JP2003031732A - 絶縁型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、製造時あるいは運転時に生ず
る熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変性、破
壊の恐れが少なく、信頼性が高い絶縁型半導体装置とそ
の部材を提供することにある。 【解決手段】本発明は、半導体基体がセラミックス板の
一方の主面に設けられた配線金属層上に固着され、該セ
ラミックス板の他方の主面が接合金属層を介して支持部
材に固着され、該支持部材がAl合金からなるマトリック
ス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属
板で構成され、配線金属層と接合金属層がAl合金で構成
された絶縁型半導体装置、又その特定の構造を有する絶
縁型半導体装置にある。
る熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変性、破
壊の恐れが少なく、信頼性が高い絶縁型半導体装置とそ
の部材を提供することにある。 【解決手段】本発明は、半導体基体がセラミックス板の
一方の主面に設けられた配線金属層上に固着され、該セ
ラミックス板の他方の主面が接合金属層を介して支持部
材に固着され、該支持部材がAl合金からなるマトリック
ス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属
板で構成され、配線金属層と接合金属層がAl合金で構成
された絶縁型半導体装置、又その特定の構造を有する絶
縁型半導体装置にある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な絶縁型半導
体装置に関する。
体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子基体を金属支持部材上に搭載
した絶縁型半導体装置は、全ての電極が金属支持部材を
含む全てのパッケージ部材から電気的に絶縁して外部へ
引き出されているため、回路適用上の自由度が高い。例
えば、一対の主電極が回路上の接地電位から浮いている
使用例であっても、電極電位とは無関係にパッケージを
接地電位部に固定できるので半導体装置の実装が容易に
なる。
した絶縁型半導体装置は、全ての電極が金属支持部材を
含む全てのパッケージ部材から電気的に絶縁して外部へ
引き出されているため、回路適用上の自由度が高い。例
えば、一対の主電極が回路上の接地電位から浮いている
使用例であっても、電極電位とは無関係にパッケージを
接地電位部に固定できるので半導体装置の実装が容易に
なる。
【０００３】半導体素子を安全かつ安定に動作させるた
めには、半導体装置の動作時に発生する熱をパッケージ
の外へ効率良く放散させる必要がある。この熱放散は通
常、発熱源である半導体素子基体からこれと接着された
各部材を通じて気中へ熱伝達させることで達成される。
絶縁型半導体装置では、この熱伝達経路中に絶縁体、半
導体基体を接着する部分等に用いられる接着材層、金属
支持部材等が含まれる。
めには、半導体装置の動作時に発生する熱をパッケージ
の外へ効率良く放散させる必要がある。この熱放散は通
常、発熱源である半導体素子基体からこれと接着された
各部材を通じて気中へ熱伝達させることで達成される。
絶縁型半導体装置では、この熱伝達経路中に絶縁体、半
導体基体を接着する部分等に用いられる接着材層、金属
支持部材等が含まれる。
【０００４】また、半導体装置を含む回路の扱う電力が
高くなり、要求される信頼性(経時的安定性、耐湿性、
耐熱性等)が高くななるほど、完全な絶縁性が要求され
る。ここで言う耐熱性には、半導体装置の周囲温度が外
因により上昇した場合のほか、半導体装置の扱う電力が
大きく、半導体基体で発生する熱が大きくなった場合の
耐熱性も含む。
高くなり、要求される信頼性(経時的安定性、耐湿性、
耐熱性等)が高くななるほど、完全な絶縁性が要求され
る。ここで言う耐熱性には、半導体装置の周囲温度が外
因により上昇した場合のほか、半導体装置の扱う電力が
大きく、半導体基体で発生する熱が大きくなった場合の
耐熱性も含む。
【０００５】一方、絶縁型半導体装置では一般に半導体
素子基体を含むあるまとまった電気回路が組み込まれる
ため、その回路の少なくとも一部と支持部材とを電気的
に絶縁する必要がある。例えば、第１先行技術として
“半導体・通信用DBC基板”:電子材料(Vol.44、No.5)、
65〜69 頁(1989年)には、Siチップを両面に銅板が接合
されたAlNセラミックス基板(以下、銅張りAlN基板と言
う)に搭載したアッセンブリを、銅支持部材にはんだ付
け一体化したパワーモジュール装置が示されている。
素子基体を含むあるまとまった電気回路が組み込まれる
ため、その回路の少なくとも一部と支持部材とを電気的
に絶縁する必要がある。例えば、第１先行技術として
“半導体・通信用DBC基板”:電子材料(Vol.44、No.5)、
65〜69 頁(1989年)には、Siチップを両面に銅板が接合
されたAlNセラミックス基板(以下、銅張りAlN基板と言
う)に搭載したアッセンブリを、銅支持部材にはんだ付
け一体化したパワーモジュール装置が示されている。
【０００６】この第１先行技術において、銅張りAlN基
板はAlNの持つ高熱伝導性(190W/m・K)、低熱膨張率(4.3
ppm/℃)、高絶縁性(1015Ω・cm)等の特長と、銅の持つ
高熱伝導性(403W/m・K)、高電気伝導性(1.7×10-6Ω・c
m)等の特長とを組合わせたもので、電流密度が高く、発
熱の著しい電力用半導体素子基体(Si: 3.5ppm/℃)を直
接はんだ付け搭載し、優れた放熱性と信頼性を備えたモ
ジュール装置を得るのに有効な部品である。
板はAlNの持つ高熱伝導性(190W/m・K)、低熱膨張率(4.3
ppm/℃)、高絶縁性(1015Ω・cm)等の特長と、銅の持つ
高熱伝導性(403W/m・K)、高電気伝導性(1.7×10-6Ω・c
m)等の特長とを組合わせたもので、電流密度が高く、発
熱の著しい電力用半導体素子基体(Si: 3.5ppm/℃)を直
接はんだ付け搭載し、優れた放熱性と信頼性を備えたモ
ジュール装置を得るのに有効な部品である。
【０００７】一般に、銅張りAlN基板は、これにはんだ
付け搭載された半導体素子基体、又はこれに形成された
電気回路を銅支持部材から電気的に絶縁するとともに、
半導体基体から冷却フィンに至る熱流路を形成してその
放熱効果を高める役割を担う。また、銅張りAlN基板に
よれば、熱膨張率の小さい半導体基体を特別な熱膨張緩
和材(例えば、MoやW)を用いずに直接搭載できるため、
パワーモジュール装置の部品点数や組込み工数を削減で
きる。
付け搭載された半導体素子基体、又はこれに形成された
電気回路を銅支持部材から電気的に絶縁するとともに、
半導体基体から冷却フィンに至る熱流路を形成してその
放熱効果を高める役割を担う。また、銅張りAlN基板に
よれば、熱膨張率の小さい半導体基体を特別な熱膨張緩
和材(例えば、MoやW)を用いずに直接搭載できるため、
パワーモジュール装置の部品点数や組込み工数を削減で
きる。
【０００８】又、第2先行技術として特公平7-26174号公
報には、サイリスタチップをアルミナ基板に搭載したア
ッセンブリを、Al又はAl合金にSiCセラミックス粉末を
分散させた複合材(以下、Al/SiC複合材と言う)からなる
支持部材に搭載した半導体モジュール装置が開示されて
いる。本先行技術において、アルミナ基板(7.5ppm/℃)
はこれと熱膨張率が略近似したAl/SiC複合材支持部材
(6.7〜14ppm/℃)に搭載されているため、これら部材間
の接続部は優れた信頼性を有し、放熱性劣化の防止に有
効に作用する。
報には、サイリスタチップをアルミナ基板に搭載したア
ッセンブリを、Al又はAl合金にSiCセラミックス粉末を
分散させた複合材(以下、Al/SiC複合材と言う)からなる
支持部材に搭載した半導体モジュール装置が開示されて
いる。本先行技術において、アルミナ基板(7.5ppm/℃)
はこれと熱膨張率が略近似したAl/SiC複合材支持部材
(6.7〜14ppm/℃)に搭載されているため、これら部材間
の接続部は優れた信頼性を有し、放熱性劣化の防止に有
効に作用する。
【０００９】第３先行技術として特開平10-65075号公報
には、セラミックス基板の両面にAl-Si系ろう材を介し
て回路配線用Al板と熱拡散用Al板をそれぞれ接着した絶
縁基板と、Al/SiC複合材により形成されたヒートシンク
とを、Al合金を介して接合したヒートシンク付セラミッ
ク回路基板が開示されている。これによれば、両面に変
形抵抗の小さいAl板が接合されているためセラミックス
基板のクラック破壊が防止され、ヒートシンクは熱拡散
用Al板にヒートシンク中のAl合金を介してあらかじめ接
合されているのでパワーモジュールの製作工数を削減で
きる。
には、セラミックス基板の両面にAl-Si系ろう材を介し
て回路配線用Al板と熱拡散用Al板をそれぞれ接着した絶
縁基板と、Al/SiC複合材により形成されたヒートシンク
とを、Al合金を介して接合したヒートシンク付セラミッ
ク回路基板が開示されている。これによれば、両面に変
形抵抗の小さいAl板が接合されているためセラミックス
基板のクラック破壊が防止され、ヒートシンクは熱拡散
用Al板にヒートシンク中のAl合金を介してあらかじめ接
合されているのでパワーモジュールの製作工数を削減で
きる。
【００１０】第４先行技術として特開2000-277953号公
報には、セラミックス基板とSiC粉末で形成された多孔
質プリフォームを隣接させ、前記プリフォームに溶融Al
を含浸することによりAl/SiC複合材を作製すると同時に
Al/SiC複合材とセラミックス基板を溶融Alにより一体化
接合し、セラミックス基板の表面にAl回路部を形成した
回路基板が開示されている。これにより、低コストの回
路基板を得ることが可能である。
報には、セラミックス基板とSiC粉末で形成された多孔
質プリフォームを隣接させ、前記プリフォームに溶融Al
を含浸することによりAl/SiC複合材を作製すると同時に
Al/SiC複合材とセラミックス基板を溶融Alにより一体化
接合し、セラミックス基板の表面にAl回路部を形成した
回路基板が開示されている。これにより、低コストの回
路基板を得ることが可能である。
【００１１】一般に、半導体素子基体は載置部材上に融
点の比較的低いろう材により接着される。例えば、第5
先行技術としての特公平3-3937号公報には、半導体素子
基体と支持部材をロウ材を用いて一体化した半導体装置
において、ロウ材の組成を重量比87〜92.4%の錫と重量
比7.0〜10.0%のアンチモンと重量比0.6〜3.0%のニッケ
ルより構成する半導体装置が開示されている。この技術
によれば、ロウ材の機械的強度が高く、Cu-Sn合金の生
成が抑制され、半導体装置の信頼性が高くなると言われ
る。本先行技術のはんだ材を用いて素子基体を搭載した
絶縁型半導体装置は、環境保全の観点から推進されてい
る鉛フリーはんだ化の目的に沿い得る。
点の比較的低いろう材により接着される。例えば、第5
先行技術としての特公平3-3937号公報には、半導体素子
基体と支持部材をロウ材を用いて一体化した半導体装置
において、ロウ材の組成を重量比87〜92.4%の錫と重量
比7.0〜10.0%のアンチモンと重量比0.6〜3.0%のニッケ
ルより構成する半導体装置が開示されている。この技術
によれば、ロウ材の機械的強度が高く、Cu-Sn合金の生
成が抑制され、半導体装置の信頼性が高くなると言われ
る。本先行技術のはんだ材を用いて素子基体を搭載した
絶縁型半導体装置は、環境保全の観点から推進されてい
る鉛フリーはんだ化の目的に沿い得る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】半導体装置における発
熱量が少なく、要求される信頼性がさほど高くない場合
には、装置の構成部材は特段に厳選された材料である必
要はない。しかし、発熱量が大きく高い信頼性が要求さ
れる場合には、適用されるべき部材は選択されねばなら
ない。
熱量が少なく、要求される信頼性がさほど高くない場合
には、装置の構成部材は特段に厳選された材料である必
要はない。しかし、発熱量が大きく高い信頼性が要求さ
れる場合には、適用されるべき部材は選択されねばなら
ない。
【００１３】一般に、絶縁型半導体装置では第1先行技
術のように、半導体基体をはんだ付け搭載した銅張りAl
N基板を、同様のはんだ付けにより銅支持部材と一体化
している。ここで、熱伝導率の高い銅板が支持部材とし
て用いられる理由は、銅張りAlN基板から伝達される熱
流を広げて放熱効果を高めるためである。
術のように、半導体基体をはんだ付け搭載した銅張りAl
N基板を、同様のはんだ付けにより銅支持部材と一体化
している。ここで、熱伝導率の高い銅板が支持部材とし
て用いられる理由は、銅張りAlN基板から伝達される熱
流を広げて放熱効果を高めるためである。
【００１４】この場合、銅支持部材と銅張りAlN基板の
間の熱膨張率差が大きいことに起因して、はんだ層の破
壊、熱流路の遮断、絶縁基板の破壊に基づく信頼性低下
を生じやすい。具体的には以下の(1)〜(3)の問題があ
る。
間の熱膨張率差が大きいことに起因して、はんだ層の破
壊、熱流路の遮断、絶縁基板の破壊に基づく信頼性低下
を生じやすい。具体的には以下の(1)〜(3)の問題があ
る。
【００１５】(1)熱応力、歪、絶縁板の破損
銅張りAlN基板と銅支持部材の熱膨張率が互いに異なる
ため、これらの一体化物には残留熱応力ないし熱歪が発
生する。銅張りAlN基板や銅支持部材は一体化の際に、
はんだ材の融点以上に加熱した後室温まで冷却する熱処
理工程を経る。この場合、各部材ははんだ材の凝固点で
互いに固定されたまま各部材固有の熱膨張率に従って収
縮し、接着部に熱応力ないし熱歪が残留するとともに変
形を生ずる。
ため、これらの一体化物には残留熱応力ないし熱歪が発
生する。銅張りAlN基板や銅支持部材は一体化の際に、
はんだ材の融点以上に加熱した後室温まで冷却する熱処
理工程を経る。この場合、各部材ははんだ材の凝固点で
互いに固定されたまま各部材固有の熱膨張率に従って収
縮し、接着部に熱応力ないし熱歪が残留するとともに変
形を生ずる。
【００１６】一般に、電力用の半導体基体はサイズが大
きく、また、絶縁型半導体装置では複数の半導体基体や
他の素子も搭載されるので、絶縁基板やろう付け部の面
積も大きくなる。このため、残留熱応力や熱歪が大き
く、各部材の変形も促進されやすい。絶縁型半導体装置
に稼働時の熱ストレスが繰返し与えられ、これが上記残
留熱応力ないし熱歪に重畳されると、はんだ層(特に後
述する#2はんだ層)の疲労破壊による熱流路の遮断と機
械的に脆い性質を持つセラミックス絶縁板の破損を生ず
る。このような事柄は絶縁型半導体装置の正常動作を阻
害するだけでなく、特に絶縁基板の破損で代表されるよ
うな安全上の問題にもつながる。
きく、また、絶縁型半導体装置では複数の半導体基体や
他の素子も搭載されるので、絶縁基板やろう付け部の面
積も大きくなる。このため、残留熱応力や熱歪が大き
く、各部材の変形も促進されやすい。絶縁型半導体装置
に稼働時の熱ストレスが繰返し与えられ、これが上記残
留熱応力ないし熱歪に重畳されると、はんだ層(特に後
述する#2はんだ層)の疲労破壊による熱流路の遮断と機
械的に脆い性質を持つセラミックス絶縁板の破損を生ず
る。このような事柄は絶縁型半導体装置の正常動作を阻
害するだけでなく、特に絶縁基板の破損で代表されるよ
うな安全上の問題にもつながる。
【００１７】(2)そりによる熱的係合や絶縁板の破損
銅張りAlN基板と銅支持部材の熱膨張率が互いに異なる
ため、これらの一体化物にはそりを発生する。絶縁型半
導体装置にそりを生ずると、これを冷却フィンに取り付
ける際熱伝導グリースの装填が均一になされない。この
結果、銅支持部材と冷却フィン間の熱的係合が良好にな
されず、この経路の放熱性が損なわれ、絶縁型半導体装
置の正常動作を困難にする。また、絶縁型半導体装置を
冷却フィン上にネジ締め搭載した場合には、新たな外力
の印加により絶縁板の破損が助長される。
ため、これらの一体化物にはそりを発生する。絶縁型半
導体装置にそりを生ずると、これを冷却フィンに取り付
ける際熱伝導グリースの装填が均一になされない。この
結果、銅支持部材と冷却フィン間の熱的係合が良好にな
されず、この経路の放熱性が損なわれ、絶縁型半導体装
置の正常動作を困難にする。また、絶縁型半導体装置を
冷却フィン上にネジ締め搭載した場合には、新たな外力
の印加により絶縁板の破損が助長される。
【００１８】(3)組み立て工数の問題及び鉛フリーはん
だ化の困難性 半導体基体と銅張りAlN基板をはんだ付けする工程(#1は
んだ層の形成)と、同様のはんだ付けによる銅張りAlN基
板と銅支持部材との一体化工程(#2はんだ層の形成)が必
要で、絶縁型半導体装置の組み立て工数が多くなる。ま
た、一般には#1はんだ層と#2はんだ層の形成工程では温
度階層性(異なる融点を持つはんだ材)が必要になるけれ
ども、既存の鉛フリーはんだ材の組み合わせでは十分な
温度階層性を得ることは困難である。
だ化の困難性 半導体基体と銅張りAlN基板をはんだ付けする工程(#1は
んだ層の形成)と、同様のはんだ付けによる銅張りAlN基
板と銅支持部材との一体化工程(#2はんだ層の形成)が必
要で、絶縁型半導体装置の組み立て工数が多くなる。ま
た、一般には#1はんだ層と#2はんだ層の形成工程では温
度階層性(異なる融点を持つはんだ材)が必要になるけれ
ども、既存の鉛フリーはんだ材の組み合わせでは十分な
温度階層性を得ることは困難である。
【００１９】第2先行技術における支持部材は複合材で
あって、SiCセラミックス粉末からなる多孔質プリフォ
ームにAlを主成分とする溶融金属を含浸させることによ
り、Alマトリックス金属中にSiC粉末を分散させたのも
のである(以下Al/SiCと言う)。この部材の熱膨張率はSi
C粉末の添加量によって制御されるため、上記(1)や(2)
の問題はクリヤすることが可能である。しかし、絶縁型
半導体装置の組み立てには#1及び#2はんだ層形成の両工
程を通す必要があり上記(3)の問題が残る。また、アル
ミナ絶縁部材とAl/SiC支持部材は別々の工程で作製され
るためコストの問題が残る。
あって、SiCセラミックス粉末からなる多孔質プリフォ
ームにAlを主成分とする溶融金属を含浸させることによ
り、Alマトリックス金属中にSiC粉末を分散させたのも
のである(以下Al/SiCと言う)。この部材の熱膨張率はSi
C粉末の添加量によって制御されるため、上記(1)や(2)
の問題はクリヤすることが可能である。しかし、絶縁型
半導体装置の組み立てには#1及び#2はんだ層形成の両工
程を通す必要があり上記(3)の問題が残る。また、アル
ミナ絶縁部材とAl/SiC支持部材は別々の工程で作製され
るためコストの問題が残る。
【００２０】第3先行技術に基づくヒートシンク付き回
路基板を用いて得られる絶縁型半導体装置は、絶縁基板
と支持部材があらかじめ一体化されているため、後続の
絶縁型半導体装置の組み立て工程は簡素化される。しか
し、このヒートシンク付き回路基板は、それぞれ別工程
で作製されたAl張りAlN板とAl/SiCヒートシンクを積層
し、これらを加圧しながら真空中で加熱する工程を経て
得られる。このプロセスには多大のコストを要し、最終
的には絶縁型半導体装置の廉価化の障害になる。また、
あらかじめ製作されたAl張りAlN板とAl/SiCヒートシン
クの表面に形成された酸化物質が接合後の界面に残留
し、この界面の接続性及び信頼性を損ないやすい。
路基板を用いて得られる絶縁型半導体装置は、絶縁基板
と支持部材があらかじめ一体化されているため、後続の
絶縁型半導体装置の組み立て工程は簡素化される。しか
し、このヒートシンク付き回路基板は、それぞれ別工程
で作製されたAl張りAlN板とAl/SiCヒートシンクを積層
し、これらを加圧しながら真空中で加熱する工程を経て
得られる。このプロセスには多大のコストを要し、最終
的には絶縁型半導体装置の廉価化の障害になる。また、
あらかじめ製作されたAl張りAlN板とAl/SiCヒートシン
クの表面に形成された酸化物質が接合後の界面に残留
し、この界面の接続性及び信頼性を損ないやすい。
【００２１】第4先行技術に基づくセラミックス回路基
板はAl/SiCベース板とセラミックス絶縁板があらかじめ
直接一体化されているため、後続のパワーモジュール組
み立て工程は簡素化される。しかも、Al合金溶湯を所定
の型に注入することにより、一体化と同一工程でAl/SiC
の製作とセラミックス絶縁板への配線が施される。この
ため、セラミックス回路基板を比較的低コストで製作で
きる可能性を持ち、最終的には絶縁型半導体装置の廉価
化に貢献できることが期待される。しかし、本構造の場
合はAl/SiCベース板とセラミックス絶縁板が比較的高温
のもとで直接一体化されるため、一体化物に応力や歪、
そり変形を生じやすく、上述の(1)及び(2)の問題が残
る。本先行技術にはこれらに対する解決策、特に絶縁型
半導体装置の製作及び稼働段階での不具合を回避するた
めの最適構造について開示されていない。
板はAl/SiCベース板とセラミックス絶縁板があらかじめ
直接一体化されているため、後続のパワーモジュール組
み立て工程は簡素化される。しかも、Al合金溶湯を所定
の型に注入することにより、一体化と同一工程でAl/SiC
の製作とセラミックス絶縁板への配線が施される。この
ため、セラミックス回路基板を比較的低コストで製作で
きる可能性を持ち、最終的には絶縁型半導体装置の廉価
化に貢献できることが期待される。しかし、本構造の場
合はAl/SiCベース板とセラミックス絶縁板が比較的高温
のもとで直接一体化されるため、一体化物に応力や歪、
そり変形を生じやすく、上述の(1)及び(2)の問題が残
る。本先行技術にはこれらに対する解決策、特に絶縁型
半導体装置の製作及び稼働段階での不具合を回避するた
めの最適構造について開示されていない。
【００２２】本発明の目的は、製造時あるいは運転時に
生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変
性、破壊の恐れが少なく、信頼性が高い絶縁型半導体装
置を提供することにある。
生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変
性、破壊の恐れが少なく、信頼性が高い絶縁型半導体装
置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基体が
セラミックス板の一方の面に設けられた配線金属層上に
固着され、前記セラミックス板の他方の面が接合金属層
を介して支持部材に固着され、該支持部材がAl合金から
なるマトリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散
させた複合金属板で構成され、前記配線金属層と接合金
属層がAl合金、好ましくは前記マトリックス金属と同一
組成及び同一物性の少なくとも一方のAl合金で構成され
たことを特徴とする絶縁型半導体装置にある。
セラミックス板の一方の面に設けられた配線金属層上に
固着され、前記セラミックス板の他方の面が接合金属層
を介して支持部材に固着され、該支持部材がAl合金から
なるマトリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散
させた複合金属板で構成され、前記配線金属層と接合金
属層がAl合金、好ましくは前記マトリックス金属と同一
組成及び同一物性の少なくとも一方のAl合金で構成され
たことを特徴とする絶縁型半導体装置にある。
【００２４】本発明の絶縁型半導体装置は、より具体的
には、半導体基体が厚さ0.25〜1.0mmのセラミックス板
の一方の主面に設けられた配線金属層上に固着され、該
セラミックス板の他方の主面が接合金属層を介して支持
部材に固着され、該支持部材がAl 又はAl合金からなる
マトリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させ
た厚さ1〜10mmの複合金属板で構成され、厚さ0.1〜1.2m
mの該配線金属層と厚さ0.25〜0.5mmの接合金属層がAl
又はAl合金、好ましくはマトリックス金属と同一組成及
び同一物性の少なくとも一方のAl 又はAl合金で構成さ
れたことを特徴とする。
には、半導体基体が厚さ0.25〜1.0mmのセラミックス板
の一方の主面に設けられた配線金属層上に固着され、該
セラミックス板の他方の主面が接合金属層を介して支持
部材に固着され、該支持部材がAl 又はAl合金からなる
マトリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させ
た厚さ1〜10mmの複合金属板で構成され、厚さ0.1〜1.2m
mの該配線金属層と厚さ0.25〜0.5mmの接合金属層がAl
又はAl合金、好ましくはマトリックス金属と同一組成及
び同一物性の少なくとも一方のAl 又はAl合金で構成さ
れたことを特徴とする。
【００２５】本発明において特に重要な第1の点は、接
合金属層と配線金属層が複合金属におけるマトリックス
金属と同一組成及び同一物性の少なくとも一方のAl合金
で構成されている点である。第2は配線金属層の厚さが
0.1〜1.2mm、接合金属層の厚さが0.25〜0.5 mm、セラミ
ックス板の厚さが0.25〜1.0mmにそれぞれ調整され、Al
又はAl合金で構成している点である。
合金属層と配線金属層が複合金属におけるマトリックス
金属と同一組成及び同一物性の少なくとも一方のAl合金
で構成されている点である。第2は配線金属層の厚さが
0.1〜1.2mm、接合金属層の厚さが0.25〜0.5 mm、セラミ
ックス板の厚さが0.25〜1.0mmにそれぞれ調整され、Al
又はAl合金で構成している点である。
【００２６】このような特徴が付与されることより、本
発明は、特定の種々の構造を有する絶縁型半導体装置が
提供されるもので、それにより強固な接合性、優れた放
熱性、信頼性の維持が図られるものである。
発明は、特定の種々の構造を有する絶縁型半導体装置が
提供されるもので、それにより強固な接合性、優れた放
熱性、信頼性の維持が図られるものである。
【００２７】前記セラミックス板は、窒化珪素、窒化ア
ルミニウム、アルミナの群から選択された少なくとも1
種からなり、該セラミックス粉末粒子が炭化珪素、窒化
アルミニウム、窒化ほう素の群から選択された少なくと
も1種からなることが好ましい。
ルミニウム、アルミナの群から選択された少なくとも1
種からなり、該セラミックス粉末粒子が炭化珪素、窒化
アルミニウム、窒化ほう素の群から選択された少なくと
も1種からなることが好ましい。
【００２８】複合金属板は、そのマトリックス金属が純
Al又はSi、Ge、Mn、Mg、Au、Ag、 Ca、Cu、Ni、Pd、S
b、Te、Ti、V、Zn及びZrから選択された少なくとも1種
の金属を含むアルミニウム基合金からなり、該純Al又は
合金中に27〜80 vol%の炭化珪素粉末粒子が分散された
もの、よりその熱伝導率が140〜190W/m・K又は熱膨張率
が6〜14 ppm/℃に調整されたものが好ましい。
Al又はSi、Ge、Mn、Mg、Au、Ag、 Ca、Cu、Ni、Pd、S
b、Te、Ti、V、Zn及びZrから選択された少なくとも1種
の金属を含むアルミニウム基合金からなり、該純Al又は
合金中に27〜80 vol%の炭化珪素粉末粒子が分散された
もの、よりその熱伝導率が140〜190W/m・K又は熱膨張率
が6〜14 ppm/℃に調整されたものが好ましい。
【００２９】半導体基体は、配線金属層上に、Sn、又は
SnとPb、 Sb、Zn、Cu、Ni、Au、Ag、P、Bi、In、Mn、M
g、Ｓｉ、Ge、Ti、Zr、V、Hf及びPdから選択された1種
以上の金属とで構成される合金で固着されるのが好まし
い。
SnとPb、 Sb、Zn、Cu、Ni、Au、Ag、P、Bi、In、Mn、M
g、Ｓｉ、Ge、Ti、Zr、V、Hf及びPdから選択された1種
以上の金属とで構成される合金で固着されるのが好まし
い。
【００３０】本発明の絶縁型半導体装置は、マトリック
ス金属と同質材料からなる表面金属層が接合金属層から
延長されて複合金属板の表面領域に形成されているこ
と、表面金属層が接合金属層と同等、又は該接合金属層
より厚くもしくは薄く形成されること、セラミックス板
の側面が接合金属層により被覆されるか、又はセラミッ
クス板に配線金属層が形成される一方の主面を除いて接
合金属層に埋設されていることのいずれかを有すること
が好ましい。
ス金属と同質材料からなる表面金属層が接合金属層から
延長されて複合金属板の表面領域に形成されているこ
と、表面金属層が接合金属層と同等、又は該接合金属層
より厚くもしくは薄く形成されること、セラミックス板
の側面が接合金属層により被覆されるか、又はセラミッ
クス板に配線金属層が形成される一方の主面を除いて接
合金属層に埋設されていることのいずれかを有すること
が好ましい。
【００３１】又、本発明の絶縁型半導体装置は、複数又
は2種類以上の記セラミックス板が複合金属板上に搭載
されたこと、前記複合金属板又は/及び前記配線金属層
の表面に耐食性を有する金属、好ましくはNi、Sn、Ag、
Au、 Pt、Pd、Zn及びCuから選択された少なくとも一種
の金属が被覆されたこと、前記複合金属板の領域を包囲
するように前記マトリックス金属と同質の金属からなる
周辺領域が形成されたこと、前記周辺領域がフレーム状
に成形されたこと、前記複合金属板に冷却フィン又は流
体を流す流路が設けられたことのいずれかを又はこれら
の組み合せを有するものである。
は2種類以上の記セラミックス板が複合金属板上に搭載
されたこと、前記複合金属板又は/及び前記配線金属層
の表面に耐食性を有する金属、好ましくはNi、Sn、Ag、
Au、 Pt、Pd、Zn及びCuから選択された少なくとも一種
の金属が被覆されたこと、前記複合金属板の領域を包囲
するように前記マトリックス金属と同質の金属からなる
周辺領域が形成されたこと、前記周辺領域がフレーム状
に成形されたこと、前記複合金属板に冷却フィン又は流
体を流す流路が設けられたことのいずれかを又はこれら
の組み合せを有するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】（実施例１）図1は本発明の絶縁
型半導体装置の基本構造を説明する平面及び断面模式図
である。(a)は平面図、(b)は(a)におけるA-A'断面、(c)
は(a)におけるB-B'断面をそれぞれ示す。セラミックス
絶縁板としての窒化珪素板110に設けられた配線金属層1
31上に半導体基体としてのMOS FET素子基体101が搭載さ
れている。主端子30や補助端子31を設けてあるポリヒェ
ニールサルフアイド樹脂ケース20が複合部材125に取り
付けられている。複合部材125はAl合金マトリックスにS
iC粉末粒子を分散させた複合金属板125'と窒化珪素板11
0を、Al合金マトリックスと同質かつ同一物性の材料か
らなる接合金属層120により接合し、窒化珪素板110の反
対側の面にAl合金マトリックスと同質かつ同一物性の材
料からなる配線金属層131、132、130cを設けた構成を有
する。
型半導体装置の基本構造を説明する平面及び断面模式図
である。(a)は平面図、(b)は(a)におけるA-A'断面、(c)
は(a)におけるB-B'断面をそれぞれ示す。セラミックス
絶縁板としての窒化珪素板110に設けられた配線金属層1
31上に半導体基体としてのMOS FET素子基体101が搭載さ
れている。主端子30や補助端子31を設けてあるポリヒェ
ニールサルフアイド樹脂ケース20が複合部材125に取り
付けられている。複合部材125はAl合金マトリックスにS
iC粉末粒子を分散させた複合金属板125'と窒化珪素板11
0を、Al合金マトリックスと同質かつ同一物性の材料か
らなる接合金属層120により接合し、窒化珪素板110の反
対側の面にAl合金マトリックスと同質かつ同一物性の材
料からなる配線金属層131、132、130cを設けた構成を有
する。
【００３３】素子基体101と配線金属層131、132間、MOS
FET素子基体101と補助端子31間、配線金属層131と主端
子30間には、Al細線117のワイヤボンディングが施され
ている。ケース20内にはシリコーンゲル樹脂22が充填さ
れ、ケース20の上部にはポリヒェニールサルフアイド樹
脂蓋21が設けられている。ここで、窒化珪素板110に設
けられた配線金属層131上には8個の素子基体101がはん
だ113により固着されている。はんだ113による固着はフ
ラックス含有のペーストはんだ材を用いて実施される。
FET素子基体101と補助端子31間、配線金属層131と主端
子30間には、Al細線117のワイヤボンディングが施され
ている。ケース20内にはシリコーンゲル樹脂22が充填さ
れ、ケース20の上部にはポリヒェニールサルフアイド樹
脂蓋21が設けられている。ここで、窒化珪素板110に設
けられた配線金属層131上には8個の素子基体101がはん
だ113により固着されている。はんだ113による固着はフ
ラックス含有のペーストはんだ材を用いて実施される。
【００３４】また、配線金属層130c間には温度検出用サ
ーミスタ素子34がはんだ124(図示を省略)によりろう付
けされ、配線金属層130cはAl細線117により補助端子31
へ連絡されている。なお、図面では省略しているけれど
も、ケース20と複合部材125の間、そしてケース20と蓋2
1の間はシリコーン接着樹脂35(図示を省略)を用いて固
定されている。蓋21の肉厚部には凹み25、主端子30には
穴30'がそれぞれ設けられ、絶縁型半導体装置900を外部
回路配線に連絡するためのネジ(図示を省略)が収納され
ている。主端子30や補助端子31はあらかじめ所定形状に
打抜き成形された銅板にNiめっきを施したものであり、
射出成形法によってポリヒェニールサルフアイド樹脂ケ
ース20に取り付けられている。
ーミスタ素子34がはんだ124(図示を省略)によりろう付
けされ、配線金属層130cはAl細線117により補助端子31
へ連絡されている。なお、図面では省略しているけれど
も、ケース20と複合部材125の間、そしてケース20と蓋2
1の間はシリコーン接着樹脂35(図示を省略)を用いて固
定されている。蓋21の肉厚部には凹み25、主端子30には
穴30'がそれぞれ設けられ、絶縁型半導体装置900を外部
回路配線に連絡するためのネジ(図示を省略)が収納され
ている。主端子30や補助端子31はあらかじめ所定形状に
打抜き成形された銅板にNiめっきを施したものであり、
射出成形法によってポリヒェニールサルフアイド樹脂ケ
ース20に取り付けられている。
【００３５】図2は、本発明の絶縁型半導体装置用複合
部材の断面模式図である。複合部材125は、マトリック
ス金属(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aに
SiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属板(SiC添加量: 7
0vol%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 170W/m・K、
厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複合金属板12
5'の一方の主面に窒化珪素板(熱膨張率: 3.4ppm/℃、熱
伝導率: 90W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイズ: 30×50mm)11
0がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金
からなる接合金属層120により固着され、セラミックス
絶縁板110の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質
かつ同一物性のAl合金からなる配線金属層130 (131、 1
32)が設けられている。ここで、窒化珪素板110の厚さは
0.3mmであり、接合金属層120は厚さ50μm、配線金属層1
30(131、132)は厚さ0.4mmに調整されている。接合金属
層120を構成するAl合金層(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg)は窒化
珪素板110が接合されない複合金属板125'の表面に延長
して設けられ、また側面及び底面にも延長して表面金属
層125C、125Dが形成されている。
部材の断面模式図である。複合部材125は、マトリック
ス金属(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aに
SiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属板(SiC添加量: 7
0vol%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 170W/m・K、
厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複合金属板12
5'の一方の主面に窒化珪素板(熱膨張率: 3.4ppm/℃、熱
伝導率: 90W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイズ: 30×50mm)11
0がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金
からなる接合金属層120により固着され、セラミックス
絶縁板110の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質
かつ同一物性のAl合金からなる配線金属層130 (131、 1
32)が設けられている。ここで、窒化珪素板110の厚さは
0.3mmであり、接合金属層120は厚さ50μm、配線金属層1
30(131、132)は厚さ0.4mmに調整されている。接合金属
層120を構成するAl合金層(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg)は窒化
珪素板110が接合されない複合金属板125'の表面に延長
して設けられ、また側面及び底面にも延長して表面金属
層125C、125Dが形成されている。
【００３６】複合部材125におけるマトリックス金属125
Aは、(a)熱伝導率の高い点、(b)セラミックス板110やSi
C粉末粒子125Bとの接合性に優れること、(c)Ni、Sn、A
g、Au、Pt、Pd、Zn等のめっき層を容易に湿式法で形成
できること、(d)溶融状態のもとで優れた流動性を示す
こと、(e)比較的低温で溶融すること等から、Alを主成
分とする合金(例えば鋳造又はダイキャスト用合金の場
合、熱伝導率: 約150W/m・K、熱膨張率: 23ppm/℃)が選
択される。(a)は半導体基体から放出された熱流がマト
リックス領域を経由する際に効率良く外部へ放出される
のに重要な意味を持つ。
Aは、(a)熱伝導率の高い点、(b)セラミックス板110やSi
C粉末粒子125Bとの接合性に優れること、(c)Ni、Sn、A
g、Au、Pt、Pd、Zn等のめっき層を容易に湿式法で形成
できること、(d)溶融状態のもとで優れた流動性を示す
こと、(e)比較的低温で溶融すること等から、Alを主成
分とする合金(例えば鋳造又はダイキャスト用合金の場
合、熱伝導率: 約150W/m・K、熱膨張率: 23ppm/℃)が選
択される。(a)は半導体基体から放出された熱流がマト
リックス領域を経由する際に効率良く外部へ放出される
のに重要な意味を持つ。
【００３７】(b)はマトリックス金属125Aとセラミック
ス絶縁板110やSiC粉末粒子125Bとを強固に接合して熱伝
達を阻害する界面空隙の発生を抑えるのに必要な事項で
ある。(c)は半導体基体をはんだ付け搭載するのに不可
欠であって、配線金属層130に良好なはんだぬれ性を付
与するのに重要である。
ス絶縁板110やSiC粉末粒子125Bとを強固に接合して熱伝
達を阻害する界面空隙の発生を抑えるのに必要な事項で
ある。(c)は半導体基体をはんだ付け搭載するのに不可
欠であって、配線金属層130に良好なはんだぬれ性を付
与するのに重要である。
【００３８】(d)は後述するように、あらかじめ成形さ
れたセラミックス粉末粒子125Bからなる多孔質プリフォ
ームにマトリックス金属125Aの溶湯を効率よく含浸させ
るとともに、溶湯を接合金属層120や配線金属層130の領
域に効率的に流動させるのに重要な事項である。(e)は
複合金属板125'とセラミックス絶縁板110が一体化され
た後の反りを軽減するのに重要になる。このような観点
から、マトリックス金属125Aと、接合金属層120や配線
金属層130(131、132)にはAl合金が選択される。
れたセラミックス粉末粒子125Bからなる多孔質プリフォ
ームにマトリックス金属125Aの溶湯を効率よく含浸させ
るとともに、溶湯を接合金属層120や配線金属層130の領
域に効率的に流動させるのに重要な事項である。(e)は
複合金属板125'とセラミックス絶縁板110が一体化され
た後の反りを軽減するのに重要になる。このような観点
から、マトリックス金属125Aと、接合金属層120や配線
金属層130(131、132)にはAl合金が選択される。
【００３９】マトリックス金属125A、接合金属層120、
配線金属層130を構成するAl合金は、その溶湯段階でSiC
プリフォームの微細な空間、SiCプリフォームと窒化珪
素板110の間の狭い空間、そして窒化珪素板110と鋳型の
間の空間をスムーズに流動しなければならない。この流
動性を含めて上述の要件(a) 〜(e)を満たすマトリック
ス金属125Aは、Si、Ge、Mn、Mg、Au、 Ag、Ca、Cu、N
i、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群から選択された少な
くとも1種の金属とAlからなるAl合金であることが好ま
しい。具体的代表例として、Al-5wt%Si、Al-5wt%Au、Al
-7.6wt%Ca、Al-33wt% Cu、Al-28wt%Ge、 Al-35wt%Mg、A
l-1wt%Mn、Al-5.7wt%Ni、Al-3wt%Pd、Al-2wt%Sb、Al-1
1.7wt% Si、Al-15wt%Te、Al-0.5wt%Ti、Al-0.6wt%V、Al
-30wt%Zn、Al-0.1wt%Zr等の2元系合金を挙げることがで
きる。また、上記の合金を任意に組み合わせた多元系合
金を挙げることもできる。好ましくは、Al-3〜15wt%S
i、Al-3〜8wt%Au、Al-5〜10wt%Ca、Al-20〜40wt% Cu、A
l-20〜35wt%Ge、 Al-30〜40wt%Mg、Al-0.5〜2wt%Mn、Al
-3〜10wt%Ni、Al-1〜5wt%Pd、Al-1〜5wt%Sb、Al-8〜15w
t% Si、Al-10〜20wt%Te、Al-0.2〜1.0wt%Ti、Al-0.3〜
1.0wt%V、Al-20〜40wt%Zn、Al-0.02〜0.3wt%Zrであり、
各元素の１種以上の組み合せとすることができる。
配線金属層130を構成するAl合金は、その溶湯段階でSiC
プリフォームの微細な空間、SiCプリフォームと窒化珪
素板110の間の狭い空間、そして窒化珪素板110と鋳型の
間の空間をスムーズに流動しなければならない。この流
動性を含めて上述の要件(a) 〜(e)を満たすマトリック
ス金属125Aは、Si、Ge、Mn、Mg、Au、 Ag、Ca、Cu、N
i、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群から選択された少な
くとも1種の金属とAlからなるAl合金であることが好ま
しい。具体的代表例として、Al-5wt%Si、Al-5wt%Au、Al
-7.6wt%Ca、Al-33wt% Cu、Al-28wt%Ge、 Al-35wt%Mg、A
l-1wt%Mn、Al-5.7wt%Ni、Al-3wt%Pd、Al-2wt%Sb、Al-1
1.7wt% Si、Al-15wt%Te、Al-0.5wt%Ti、Al-0.6wt%V、Al
-30wt%Zn、Al-0.1wt%Zr等の2元系合金を挙げることがで
きる。また、上記の合金を任意に組み合わせた多元系合
金を挙げることもできる。好ましくは、Al-3〜15wt%S
i、Al-3〜8wt%Au、Al-5〜10wt%Ca、Al-20〜40wt% Cu、A
l-20〜35wt%Ge、 Al-30〜40wt%Mg、Al-0.5〜2wt%Mn、Al
-3〜10wt%Ni、Al-1〜5wt%Pd、Al-1〜5wt%Sb、Al-8〜15w
t% Si、Al-10〜20wt%Te、Al-0.2〜1.0wt%Ti、Al-0.3〜
1.0wt%V、Al-20〜40wt%Zn、Al-0.02〜0.3wt%Zrであり、
各元素の１種以上の組み合せとすることができる。
【００４０】更に、実用的なマトリックス金属用合金と
して、表1に掲げる多元系合金を挙げることができる。A
l-Cu系やAl-Cu-Si系は強度が高く、靭性、耐熱性に優れ
る。Al-Si系(シルミン)は鋳造性、耐食性に優れるとと
もに、熱膨張率が比較的低い。Al-Si-Mg系(γシルミン)
はMg添加で機械的性質が向上し、耐食性に優れる。Al-S
i-Cu系(含銅シルミン)はMgの代わりにCuを添加すること
により機械的性質が向上される。Al-Si-Cu-Mg系は耐食
性に優れる。Al-Cu-Ni-Mg系(Y合金)は200〜250℃以下の
高温範囲でも硬さや強度を室温なみの値に維持できる。
Al-Mg(ヒドロナリウム)は耐食性に優れる。Al-Si-Cu-Ni
-Mg系はCuやNiの添加で耐熱強度が向上され、熱膨張率
が低く、耐摩耗性に優れる。更に、Ge、 Au、Ag、Ca、P
d、 Sb、Te、Vのような金属を微量に添加して、Al合金
の固相点を下げたり、セラミックスとの接合性や耐食性
を向上させたり、溶湯の流動性を向上させたりすること
が可能である。
して、表1に掲げる多元系合金を挙げることができる。A
l-Cu系やAl-Cu-Si系は強度が高く、靭性、耐熱性に優れ
る。Al-Si系(シルミン)は鋳造性、耐食性に優れるとと
もに、熱膨張率が比較的低い。Al-Si-Mg系(γシルミン)
はMg添加で機械的性質が向上し、耐食性に優れる。Al-S
i-Cu系(含銅シルミン)はMgの代わりにCuを添加すること
により機械的性質が向上される。Al-Si-Cu-Mg系は耐食
性に優れる。Al-Cu-Ni-Mg系(Y合金)は200〜250℃以下の
高温範囲でも硬さや強度を室温なみの値に維持できる。
Al-Mg(ヒドロナリウム)は耐食性に優れる。Al-Si-Cu-Ni
-Mg系はCuやNiの添加で耐熱強度が向上され、熱膨張率
が低く、耐摩耗性に優れる。更に、Ge、 Au、Ag、Ca、P
d、 Sb、Te、Vのような金属を微量に添加して、Al合金
の固相点を下げたり、セラミックスとの接合性や耐食性
を向上させたり、溶湯の流動性を向上させたりすること
が可能である。
【００４１】一方、マトリックス金属125の中に分散さ
れるSiC粉末粒子125B用の素材は、熱伝導率が高く、熱
膨張率の低い観点から選択される。一例としての緑色炭
化珪素(SiC)は熱伝導率: 240W/m・K、熱膨張率: 2.7ppm
/℃を有し、複合金属板125'の熱伝導率を高めるととも
に熱膨張率を低くする役割を持つ。SiC粉末粒子125Bの
熱伝導性は高純度かつ結晶粒径が大きいほど優れる。こ
れは熱伝導媒体となるフォノンの散乱が少なくなるため
である。本発明絶縁型半導体装置用としては、実用的に
は純度95%以上で0.05μm以上の結晶粒径を持つSiC焼結
体を粉砕した粉末が用いられる。
れるSiC粉末粒子125B用の素材は、熱伝導率が高く、熱
膨張率の低い観点から選択される。一例としての緑色炭
化珪素(SiC)は熱伝導率: 240W/m・K、熱膨張率: 2.7ppm
/℃を有し、複合金属板125'の熱伝導率を高めるととも
に熱膨張率を低くする役割を持つ。SiC粉末粒子125Bの
熱伝導性は高純度かつ結晶粒径が大きいほど優れる。こ
れは熱伝導媒体となるフォノンの散乱が少なくなるため
である。本発明絶縁型半導体装置用としては、実用的に
は純度95%以上で0.05μm以上の結晶粒径を持つSiC焼結
体を粉砕した粉末が用いられる。
【００４２】
【表１】
【００４３】また、SiC粉末粒子125B以外に、窒化アル
ミニウム(AlN、熱伝導率: 190 W/m・K、 熱膨張率: 4.3
ppm/℃)、窒化珪素(Si3N4、熱伝導率: 90W/m・K、 熱膨
張率:3.4 ppm/℃)、アルミナ(Al2O3、熱伝導率: 20W/m
・K、 熱膨張率: 7.2ppm/℃)、窒化ほう素(c-BN、熱伝
導率: 450 W/m・K、 熱膨張率: 3.7 ppm/℃)等のセラミ
ックス粉末粒子を単独に、又は上記の粉末粒子を組み合
わせて添加することも可能である。
ミニウム(AlN、熱伝導率: 190 W/m・K、 熱膨張率: 4.3
ppm/℃)、窒化珪素(Si3N4、熱伝導率: 90W/m・K、 熱膨
張率:3.4 ppm/℃)、アルミナ(Al2O3、熱伝導率: 20W/m
・K、 熱膨張率: 7.2ppm/℃)、窒化ほう素(c-BN、熱伝
導率: 450 W/m・K、 熱膨張率: 3.7 ppm/℃)等のセラミ
ックス粉末粒子を単独に、又は上記の粉末粒子を組み合
わせて添加することも可能である。
【００４４】以上の複合金属板125'におけるマトリック
ス金属125AとSiC粉末粒子125Bはそれぞれの素材の持つ
欠点を互いに補完しあう。以下にその例をマトリックス
金属125AとしてのAl合金とSiC粉末粒子125Bを組み合わ
せた複合材125'を用いて説明する。
ス金属125AとSiC粉末粒子125Bはそれぞれの素材の持つ
欠点を互いに補完しあう。以下にその例をマトリックス
金属125AとしてのAl合金とSiC粉末粒子125Bを組み合わ
せた複合材125'を用いて説明する。
【００４５】図3はSiC添加量と複合金属板の熱膨張率の
関係を説明するグラフである。複合金属板125'の熱膨張
率はAl合金の熱膨張率(約23ppm/℃)とSiCのそれ(3.1ppm
/℃)の中間の値をとり、SiC粉末125Bの添加量を増すに
つれ低くなる傾向を示す。セラミックス板110との接合
部の残留応力や歪を軽減し、支持部材の役割を担う複合
金属板125'のそり量を低減するためには、SiC粉末粒子1
25Bの添加量を増やすのが有効である。したがって、絶
縁型半導体装置900に高度な信頼性を付与す必要がある
場合は、SiC粉末粒子125Bの添加量が多い複合金属板12
5'が適用される。
関係を説明するグラフである。複合金属板125'の熱膨張
率はAl合金の熱膨張率(約23ppm/℃)とSiCのそれ(3.1ppm
/℃)の中間の値をとり、SiC粉末125Bの添加量を増すに
つれ低くなる傾向を示す。セラミックス板110との接合
部の残留応力や歪を軽減し、支持部材の役割を担う複合
金属板125'のそり量を低減するためには、SiC粉末粒子1
25Bの添加量を増やすのが有効である。したがって、絶
縁型半導体装置900に高度な信頼性を付与す必要がある
場合は、SiC粉末粒子125Bの添加量が多い複合金属板12
5'が適用される。
【００４６】一方、絶縁型半導体装置900の稼働時にお
ける熱的又は電気的負荷が軽微で高度の信頼化を必要と
しない場合には、熱膨張率の比較的高い複合金属板125'
を用いることができる。この場合には、SiC粉末粒子125
Bの添加量を減らすことが可能である。複合金属板125'
は後述するようにセラミックス板110としての窒化珪素
板(3.4 ppm/℃)以外に、窒化アルミニウム板(4.3ppm/
℃)、アルミナ板(7.2ppm/℃)と組み合わせることが可能
である。特に、比較的熱膨張率の大きいアルミナ絶縁板
110と組み合わせる場合は、複合金属板125'の熱膨張率
を過度に低くすることは好ましくない。本発明者らの検
討によれば、この場合には14ppm/℃以下(SiC添加量: 27
vol%以上)熱膨張率であれば支障なく実用できる。
ける熱的又は電気的負荷が軽微で高度の信頼化を必要と
しない場合には、熱膨張率の比較的高い複合金属板125'
を用いることができる。この場合には、SiC粉末粒子125
Bの添加量を減らすことが可能である。複合金属板125'
は後述するようにセラミックス板110としての窒化珪素
板(3.4 ppm/℃)以外に、窒化アルミニウム板(4.3ppm/
℃)、アルミナ板(7.2ppm/℃)と組み合わせることが可能
である。特に、比較的熱膨張率の大きいアルミナ絶縁板
110と組み合わせる場合は、複合金属板125'の熱膨張率
を過度に低くすることは好ましくない。本発明者らの検
討によれば、この場合には14ppm/℃以下(SiC添加量: 27
vol%以上)熱膨張率であれば支障なく実用できる。
【００４７】図4はSiC添加量と複合金属板の熱伝導率の
関係を説明するグラフである。マトリックス金属125Aと
してのAl-20wt%Si-1.5wt%Mg合金は約130W/m・Kと、高純
度Alの270W/m・Kより低い値を有している。また、緑色S
iCは約245W/m・Kの熱伝導率を有している。複合金属板1
25'の熱伝導率はマトリックス金属125AとSiC粉末125Bの
中間の値をとり、SiC粉末125Bの添加量とともに高くな
る。支持部材としての複合金属板125'は半導体基体101
が発生する熱を効率よく外部へ放散する役割を持つか
ら、その熱伝導率はできるだけ高いことが望ましい。高
熱伝導率を得るためにはSiC粉末粒子125Bの添加量を増
やせばよい。
関係を説明するグラフである。マトリックス金属125Aと
してのAl-20wt%Si-1.5wt%Mg合金は約130W/m・Kと、高純
度Alの270W/m・Kより低い値を有している。また、緑色S
iCは約245W/m・Kの熱伝導率を有している。複合金属板1
25'の熱伝導率はマトリックス金属125AとSiC粉末125Bの
中間の値をとり、SiC粉末125Bの添加量とともに高くな
る。支持部材としての複合金属板125'は半導体基体101
が発生する熱を効率よく外部へ放散する役割を持つか
ら、その熱伝導率はできるだけ高いことが望ましい。高
熱伝導率を得るためにはSiC粉末粒子125Bの添加量を増
やせばよい。
【００４８】しかしながら、SiC粉末粒子125Bの添加量
が増えると粒子125Bの充填密度を高めることが困難であ
ったり、マトリックス金属125Aの溶湯が十分浸透しなく
なったりする。このような不具合を考慮して歩留りよく
複合金属板125'を得るためには、SiC粉末粒子125Bの添
加量は80vol%以下に調整する必要がある。また、支持部
材の役割を担う複合金属板125'は、最終的にはネジ等の
機械的締結によってAlフィン等の放熱体上に実装され
る。SiC粉末粒子125Bの添加量が80vol%を越えると、複
合金属板125'は脆くなり、しかも変形性能が低下する。
絶縁型半導体装置を冷却フィン上にネジ締め搭載した場
合には、新たな外力の印加(特に偏った荷重の印加)によ
り窒化珪素板110の破損が助長されやすくなるので、添
加量を増やす場合は注意を要する。
が増えると粒子125Bの充填密度を高めることが困難であ
ったり、マトリックス金属125Aの溶湯が十分浸透しなく
なったりする。このような不具合を考慮して歩留りよく
複合金属板125'を得るためには、SiC粉末粒子125Bの添
加量は80vol%以下に調整する必要がある。また、支持部
材の役割を担う複合金属板125'は、最終的にはネジ等の
機械的締結によってAlフィン等の放熱体上に実装され
る。SiC粉末粒子125Bの添加量が80vol%を越えると、複
合金属板125'は脆くなり、しかも変形性能が低下する。
絶縁型半導体装置を冷却フィン上にネジ締め搭載した場
合には、新たな外力の印加(特に偏った荷重の印加)によ
り窒化珪素板110の破損が助長されやすくなるので、添
加量を増やす場合は注意を要する。
【００４９】したがって、熱放散性、機械的強度、信頼
性、製造歩留り等を勘案すると、複合金属板125'におけ
るSiC粉末粒子125Bの添加量は27〜80vol%が選択され
る。図3及び4を参照すると、この場合の熱伝導率の範囲
は140〜190W/m・K、熱膨張率の範囲は6〜14ppm/℃に対
応する。
性、製造歩留り等を勘案すると、複合金属板125'におけ
るSiC粉末粒子125Bの添加量は27〜80vol%が選択され
る。図3及び4を参照すると、この場合の熱伝導率の範囲
は140〜190W/m・K、熱膨張率の範囲は6〜14ppm/℃に対
応する。
【００５０】上述の複合金属板125'にはSiC粉末粒子125
Bがランダムに分散されており、複合金属板125'の全体
をマクロに観察する上ではどの部分をサンプリングして
もSiC粉末粒子125Bの添加量あるいは占有体積率は同じ
である。この点より、複合材125の物性特に熱膨張率や
熱伝導率は基本的に等方性になることが理解される。
Bがランダムに分散されており、複合金属板125'の全体
をマクロに観察する上ではどの部分をサンプリングして
もSiC粉末粒子125Bの添加量あるいは占有体積率は同じ
である。この点より、複合材125の物性特に熱膨張率や
熱伝導率は基本的に等方性になることが理解される。
【００５１】本発明では、半導体基体101を搭載する複
合部材125の製造工程が簡略化され、更に後続における
絶縁型半導体装置900の製造工程や部品点数が削減さ
れ、最終的に装置900のコスト低減に寄与する。この点
を図5を用いて説明する。
合部材125の製造工程が簡略化され、更に後続における
絶縁型半導体装置900の製造工程や部品点数が削減さ
れ、最終的に装置900のコスト低減に寄与する。この点
を図5を用いて説明する。
【００５２】図5は本発明絶縁型半導体装置に適用され
る複合部材と従来の主要部材の製造工程の比較を説明す
る図である。本実施例における出発材料はセラミックス
板110としての窒化珪素板(Si3N4、熱伝導率: 90W/m・
K、 熱膨張率: 3.4ppm/℃、厚さ: 0.63mm)とSiC粉末125
Bのプリフォームである。SiCプリフォームは、SiC粉末1
25B、ガラス粉末、有機バインダを混練して得た混合物
を所定形状に成形した後にシンタリングして得た多孔体
である。窒化珪素板110とSiCプリフォームを、あらかじ
め所定形状及び寸法に成形した金属又は無機質物質から
なる鋳型にセットし、最終的にマトリックス金属125Aと
なるAl合金溶湯を鋳型に圧入する。この工程でAl合金溶
湯はSiCプリフォーム中に含浸され、複合金属板125'が
形成される。
る複合部材と従来の主要部材の製造工程の比較を説明す
る図である。本実施例における出発材料はセラミックス
板110としての窒化珪素板(Si3N4、熱伝導率: 90W/m・
K、 熱膨張率: 3.4ppm/℃、厚さ: 0.63mm)とSiC粉末125
Bのプリフォームである。SiCプリフォームは、SiC粉末1
25B、ガラス粉末、有機バインダを混練して得た混合物
を所定形状に成形した後にシンタリングして得た多孔体
である。窒化珪素板110とSiCプリフォームを、あらかじ
め所定形状及び寸法に成形した金属又は無機質物質から
なる鋳型にセットし、最終的にマトリックス金属125Aと
なるAl合金溶湯を鋳型に圧入する。この工程でAl合金溶
湯はSiCプリフォーム中に含浸され、複合金属板125'が
形成される。
【００５３】窒化珪素板110と複合金属板125'の一体化
は、Al合金溶湯の一部が両者間の間隙を流動することに
よってなされる。窒化珪素板110上の配線金属層130(13
1、132)は、窒化珪素板110と鋳型の間の空間にAl合金溶
湯を流動させて形成される。この溶湯の圧入過程で複合
金属板125'の形成、窒化珪素板110と複合金属板125'の
接合、窒化珪素板110上への配線金属層130(131、 132)
の形成が同時進行される。したがって、複合金属板125'
におけるマトリックス金属125A、接合金属層120、配線
金属層130(131、 132)は全く同一の出発材料で構成さ
れ、同質かつ同一物性の配線金属層130(131、 132)と接
合金属層120が形成される。
は、Al合金溶湯の一部が両者間の間隙を流動することに
よってなされる。窒化珪素板110上の配線金属層130(13
1、132)は、窒化珪素板110と鋳型の間の空間にAl合金溶
湯を流動させて形成される。この溶湯の圧入過程で複合
金属板125'の形成、窒化珪素板110と複合金属板125'の
接合、窒化珪素板110上への配線金属層130(131、 132)
の形成が同時進行される。したがって、複合金属板125'
におけるマトリックス金属125A、接合金属層120、配線
金属層130(131、 132)は全く同一の出発材料で構成さ
れ、同質かつ同一物性の配線金属層130(131、 132)と接
合金属層120が形成される。
【００５４】上述の含浸、一体化、配線金属層の形成が
なされたアッセンブリは無電解湿式めっき工程に移さ
れ、配線金属層130(131、132)と複合金属板125'の表面
金属層125C、125DにNiめっき層(厚さ: 6μm)が形成され
る。配線金属層130(131、 132)にNiめっき層を設ける理
由は半導体基体101をろう付け搭載する際のはんだぬれ
性の確保と、配線金属層130(131、 132)のワイヤボンデ
ィング性を高める点にある。複合金属板125'の化学的あ
るいは熱的な変質が許される場合は、これにNiめっき層
を設けることは必須ではない。しかし、変質や変性が許
されない場合は、外気雰囲気から遮断して内部の変質を
防ぐ意味でNiめっき層が設けられる。以上の工程を経
て、本発明絶縁型半導体装置900に適用される複合部材1
25が完成する。
なされたアッセンブリは無電解湿式めっき工程に移さ
れ、配線金属層130(131、132)と複合金属板125'の表面
金属層125C、125DにNiめっき層(厚さ: 6μm)が形成され
る。配線金属層130(131、 132)にNiめっき層を設ける理
由は半導体基体101をろう付け搭載する際のはんだぬれ
性の確保と、配線金属層130(131、 132)のワイヤボンデ
ィング性を高める点にある。複合金属板125'の化学的あ
るいは熱的な変質が許される場合は、これにNiめっき層
を設けることは必須ではない。しかし、変質や変性が許
されない場合は、外気雰囲気から遮断して内部の変質を
防ぐ意味でNiめっき層が設けられる。以上の工程を経
て、本発明絶縁型半導体装置900に適用される複合部材1
25が完成する。
【００５５】従来工程の場合は、先ずセラミックス板に
はAg-Cu-Ti系のろう材ペーストを印刷した後セラミック
ス板の両面に配線用及び裏打ち用の金属板(例えばCu板)
を積層し、積層体を熱処理して金属板とセラミックス板
をろう付けする。その後配線層を形成させるための選択
エッチング、また必要なら裏打ち用金属板の選択エッチ
ングを施し、配線層にはんだぬれ性とワイヤボンディン
グ性、裏打ち用金属板にはんだぬれ性を付与するための
無電解Niめっきが施される。選択エッチングの前後には
マスク剤の塗布やパターンニング、そしてマスク剤の除
去の工程が含まれる。絶縁基板としての金属張りセラミ
ックス板は、このように複雑な工程を経て作製される。
はAg-Cu-Ti系のろう材ペーストを印刷した後セラミック
ス板の両面に配線用及び裏打ち用の金属板(例えばCu板)
を積層し、積層体を熱処理して金属板とセラミックス板
をろう付けする。その後配線層を形成させるための選択
エッチング、また必要なら裏打ち用金属板の選択エッチ
ングを施し、配線層にはんだぬれ性とワイヤボンディン
グ性、裏打ち用金属板にはんだぬれ性を付与するための
無電解Niめっきが施される。選択エッチングの前後には
マスク剤の塗布やパターンニング、そしてマスク剤の除
去の工程が含まれる。絶縁基板としての金属張りセラミ
ックス板は、このように複雑な工程を経て作製される。
【００５６】以上までに説明したように、複合部材125
によれば主要部材の製造工程が従来工程より簡略化さ
れ、当然ながらこれらのコスト低減に寄与する。
によれば主要部材の製造工程が従来工程より簡略化さ
れ、当然ながらこれらのコスト低減に寄与する。
【００５７】上記複合部材125によるメリットはその製
造段階にとどまらず、後続の絶縁型半導体装置製作工程
の簡略化へも反映される。この点についても図5を参照
して説明する。複合部材125においては既に、支持部材
を兼ねるAl/SiC複合金属板125'と絶縁板を兼ねる窒化珪
素板110が接合金属層120により一体化され、しかも窒化
珪素板110の半導体基体搭載面には配線金属層130(131、
132)が形成されている。したがって、絶縁型半導体装置
900を製作する段階では、もう1つの主要部材である半導
体基体101をはんだ付け搭載(#1はんだ層の形成)するだ
けでよい。なお、絶縁型半導体装置を完成させるために
はワイヤボンディング、樹脂ケース取り付け、樹脂モー
ルド等の工程を経る必要がある。しかし、これらの工程
は次に述べる従来工程の場合にも共通する点である。
造段階にとどまらず、後続の絶縁型半導体装置製作工程
の簡略化へも反映される。この点についても図5を参照
して説明する。複合部材125においては既に、支持部材
を兼ねるAl/SiC複合金属板125'と絶縁板を兼ねる窒化珪
素板110が接合金属層120により一体化され、しかも窒化
珪素板110の半導体基体搭載面には配線金属層130(131、
132)が形成されている。したがって、絶縁型半導体装置
900を製作する段階では、もう1つの主要部材である半導
体基体101をはんだ付け搭載(#1はんだ層の形成)するだ
けでよい。なお、絶縁型半導体装置を完成させるために
はワイヤボンディング、樹脂ケース取り付け、樹脂モー
ルド等の工程を経る必要がある。しかし、これらの工程
は次に述べる従来工程の場合にも共通する点である。
【００５８】従来工程における金属張りセラミックス板
とAl/SiC複合支持板のそれぞれは単体部品である。これ
らを用いて絶縁型半導体装置を完成させるためには、金
属張りセラミックス板上への半導体基体の固着(#1はん
だ層の形成)と、Al/SiC複合支持板への金属張りセラミ
ックス板の固着(#2はんだ層の形成)の2工程が最低限必
要になる。しかし、複合部材125を用いた場合には#1は
んだ層の形成のみでよい。この比較で明らかなように複
合部材125によれば、絶縁型半導体装置900の組み立て段
階でも従来法より工数と部品点数を削減できる。これは
当然ながら絶縁型半導体装置900のコスト低減に寄与す
る。
とAl/SiC複合支持板のそれぞれは単体部品である。これ
らを用いて絶縁型半導体装置を完成させるためには、金
属張りセラミックス板上への半導体基体の固着(#1はん
だ層の形成)と、Al/SiC複合支持板への金属張りセラミ
ックス板の固着(#2はんだ層の形成)の2工程が最低限必
要になる。しかし、複合部材125を用いた場合には#1は
んだ層の形成のみでよい。この比較で明らかなように複
合部材125によれば、絶縁型半導体装置900の組み立て段
階でも従来法より工数と部品点数を削減できる。これは
当然ながら絶縁型半導体装置900のコスト低減に寄与す
る。
【００５９】また、従来工程では通常#1はんだ付け後に
#2はんだ付けを施す。この工程に準拠すると、#1はんだ
層は品質劣化を防ぐため後続の#2はんだ付け熱処理で再
溶融しないようにする必要がある。換言すると、#1はん
だ材と#2はんだ材には溶融温度が40〜50℃程度異なるよ
うに、温度階層性を持たせる必要がある。しかし、現状
における鉛フリーはんだ材はSnを母材にした合金のみで
あり、十分な温度階層性を付与することが困難である。
この点が半導体装置製品の鉛フリー化を妨げている大き
な要因である。これに対し複合部材125の適用によれ
ば、#1はんだ付け工程のみで絶縁型半導体装置900の製
造が可能になるため、製品の鉛フリー化を促進できる。
#2はんだ付けを施す。この工程に準拠すると、#1はんだ
層は品質劣化を防ぐため後続の#2はんだ付け熱処理で再
溶融しないようにする必要がある。換言すると、#1はん
だ材と#2はんだ材には溶融温度が40〜50℃程度異なるよ
うに、温度階層性を持たせる必要がある。しかし、現状
における鉛フリーはんだ材はSnを母材にした合金のみで
あり、十分な温度階層性を付与することが困難である。
この点が半導体装置製品の鉛フリー化を妨げている大き
な要因である。これに対し複合部材125の適用によれ
ば、#1はんだ付け工程のみで絶縁型半導体装置900の製
造が可能になるため、製品の鉛フリー化を促進できる。
【００６０】しかしながら、本発明絶縁型半導体装置90
0におけるメリットはAl/ SiC複合金属板125'の製作と、
窒化珪素板110の一体化及び配線金属層130の形成を同時
進行させる点のみで享受できない。これは以下に説明す
る複合部材125の構造に関する要件を満たした上で享受
できる。ここで、絶縁型半導体装置900の最適構造を得
るに至った理由を説明する。
0におけるメリットはAl/ SiC複合金属板125'の製作と、
窒化珪素板110の一体化及び配線金属層130の形成を同時
進行させる点のみで享受できない。これは以下に説明す
る複合部材125の構造に関する要件を満たした上で享受
できる。ここで、絶縁型半導体装置900の最適構造を得
るに至った理由を説明する。
【００６１】(A)接合金属層と配線金属層がマトリック
ス金属と同質のAl合金で構成される点 複合部材125のマトリックス金属125A、接合金属層120、
配線金属層130が同一の溶湯を素材とするAl合金で構成
されている。例えば、先行技術例3に準拠した場合はセ
ラミックス板に接合された純度99.98%以上のAl層とマト
リックス金属のAl合金とが接合されていて、それぞれは
成分の異なる異質物質で構成されることになり、両者間
に物性や成分分布の不連続な界面が生ずる。また、もと
もと別々の素材であるAl張りセラミックス基板とAl/SiC
複合部材を積層して熱処理するため、接合界面には両部
材の表面に存在していた酸素が多量に残留する。このよ
うな場合は6.9MPaと界面の接合強度は小さくなる。この
場合の破断は酸素を多量に含む界面で生ずる。
ス金属と同質のAl合金で構成される点 複合部材125のマトリックス金属125A、接合金属層120、
配線金属層130が同一の溶湯を素材とするAl合金で構成
されている。例えば、先行技術例3に準拠した場合はセ
ラミックス板に接合された純度99.98%以上のAl層とマト
リックス金属のAl合金とが接合されていて、それぞれは
成分の異なる異質物質で構成されることになり、両者間
に物性や成分分布の不連続な界面が生ずる。また、もと
もと別々の素材であるAl張りセラミックス基板とAl/SiC
複合部材を積層して熱処理するため、接合界面には両部
材の表面に存在していた酸素が多量に残留する。このよ
うな場合は6.9MPaと界面の接合強度は小さくなる。この
場合の破断は酸素を多量に含む界面で生ずる。
【００６２】これに対し本発明絶縁型半導体装置900に
適用される複合部材125では、接合金属層120とマトリッ
クス金属125Aの間は同一素材を原料として同時処理され
るため、上記のように接合力の弱い界面は形成されな
い。この場合には接合強度は65MPaと高くなり、試験に
よる破断は接合金属層120の内部で生ずる。このような
利点はマトリックス金属125Aと接合金属層120が同質のA
l合金で同時形成されることによりもたらされる。
適用される複合部材125では、接合金属層120とマトリッ
クス金属125Aの間は同一素材を原料として同時処理され
るため、上記のように接合力の弱い界面は形成されな
い。この場合には接合強度は65MPaと高くなり、試験に
よる破断は接合金属層120の内部で生ずる。このような
利点はマトリックス金属125Aと接合金属層120が同質のA
l合金で同時形成されることによりもたらされる。
【００６３】本発明絶縁型半導体装置900では、窒化珪
素板110と配線金属層130や接合金属層120の間の界面で
も79MPaと強固な接合強度が得られる。これは、マトリ
ックス金属125AとしてのAl合金中に、Si、Ge、Mn、Mg、
Au、Ag、 Ca、Cu、Ni、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群
から選択された少なくとも1種の金属が不純物として添
加されているからである。これらの不純物は窒化珪素板
等のセラミックス板110とAl合金層(120、130)の接合界
面において、窒化物あるいは酸化物として生成される。
これらの窒化物あるいは酸化物がセラミックス板110と
のぬれ性に優れ、強固な接合力を付与する担体となる。
このような効果は純度の高いAlでは得られない。
素板110と配線金属層130や接合金属層120の間の界面で
も79MPaと強固な接合強度が得られる。これは、マトリ
ックス金属125AとしてのAl合金中に、Si、Ge、Mn、Mg、
Au、Ag、 Ca、Cu、Ni、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群
から選択された少なくとも1種の金属が不純物として添
加されているからである。これらの不純物は窒化珪素板
等のセラミックス板110とAl合金層(120、130)の接合界
面において、窒化物あるいは酸化物として生成される。
これらの窒化物あるいは酸化物がセラミックス板110と
のぬれ性に優れ、強固な接合力を付与する担体となる。
このような効果は純度の高いAlでは得られない。
【００６４】また、先行技術例3に準拠した場合は、配
線金属層130に対応する部分は純度99.98%以上のAl層とA
l-Si合金層が積層された状態にあるのに対し、接合金属
層120に対応する部分はAl-Si合金層、純度99.98%以上の
Al層、Al/SiC複合部材側から流れ出したAl合金が順次積
層された状態にある。このような場合は、接合金属層12
0に対応する層と配線金属層130に対応する層はそれぞれ
異なった物性(熱膨張率、ヤング率)を持つことになる。
この点は複合部材125の最適設計の妨げになる。これに
対し本発明絶縁型半導体装置900では、接合金属層120と
配線金属層130はマトリックス金属125Aと同質かつ同一
物性のAl合金で構成されるため、複合部材125の後述す
る最適設計が可能になる。
線金属層130に対応する部分は純度99.98%以上のAl層とA
l-Si合金層が積層された状態にあるのに対し、接合金属
層120に対応する部分はAl-Si合金層、純度99.98%以上の
Al層、Al/SiC複合部材側から流れ出したAl合金が順次積
層された状態にある。このような場合は、接合金属層12
0に対応する層と配線金属層130に対応する層はそれぞれ
異なった物性(熱膨張率、ヤング率)を持つことになる。
この点は複合部材125の最適設計の妨げになる。これに
対し本発明絶縁型半導体装置900では、接合金属層120と
配線金属層130はマトリックス金属125Aと同質かつ同一
物性のAl合金で構成されるため、複合部材125の後述す
る最適設計が可能になる。
【００６５】(B)セラミックス板とともに配線金属層及
び接合金属層の厚さが調整される点 本発明絶縁型半導体装置900において重要な点は、セラ
ミックス板(厚さ: 1〜10mm)110とともに配線金属層130
(131、132)の厚さが0.1〜1.2mm、接合金属層120の厚さ
が25μm以上に調整される点である。 （配線金属層の厚さ）配線金属層130(131、132)は絶縁
型半導体装置900の主要な導電路としての役割を持つ。
仮に所定の電流を通電した場合に配線金属層自体が自己
発熱すると、半導体基体には配線による熱が半導体基体
自体の発熱分に重畳され、絶縁型半導体装置の安全動作
を保証する電流領域が狭められる。したがって、広い安
全動作領域を確保するためには、配線金属層130は抵抗
を減らすためできるだけ厚く形成する必要がある。ま
た、Al合金溶湯をスムーズに流動させる点でも配線金属
層130は適度に厚いことが望ましい。しかしながら、配
線金属層130の厚さは以下の理由により制限される。
び接合金属層の厚さが調整される点 本発明絶縁型半導体装置900において重要な点は、セラ
ミックス板(厚さ: 1〜10mm)110とともに配線金属層130
(131、132)の厚さが0.1〜1.2mm、接合金属層120の厚さ
が25μm以上に調整される点である。 （配線金属層の厚さ）配線金属層130(131、132)は絶縁
型半導体装置900の主要な導電路としての役割を持つ。
仮に所定の電流を通電した場合に配線金属層自体が自己
発熱すると、半導体基体には配線による熱が半導体基体
自体の発熱分に重畳され、絶縁型半導体装置の安全動作
を保証する電流領域が狭められる。したがって、広い安
全動作領域を確保するためには、配線金属層130は抵抗
を減らすためできるだけ厚く形成する必要がある。ま
た、Al合金溶湯をスムーズに流動させる点でも配線金属
層130は適度に厚いことが望ましい。しかしながら、配
線金属層130の厚さは以下の理由により制限される。
【００６６】図6は絶縁型半導体装置の熱抵抗、応力、
信頼性に関する配線金属層厚さ依存性を説明するグラフ
である。先ず(a)の配線金属層厚さと熱抵抗の関係に注
目する。ここに示した熱抵抗は、図1に示した絶縁型半
導体装置900における4個の半導体基体101が動作した時
の値である。配線金属層130が薄い領域では、半導体基
体101で発生した熱が横方向へ拡がりにくいため熱抵抗
は高い値を示す。配線金属層130が厚くなるにつれ横方
向拡がり効果が増すため、熱抵抗は緩やかに低下する。
更に厚くなると配線金属層130自体の熱抵抗の縦方向成
分が影響してくるため、熱抵抗は再び増加に転ずる。こ
こで、絶縁型半導体装置900は電流容量400Aのものであ
り、その目標熱抵抗は電気的安定動作を実現するため0.
4℃/W以下に設定されている。これを満足する配線金属
層130の厚さは0.1〜1.8mmの範囲である。
信頼性に関する配線金属層厚さ依存性を説明するグラフ
である。先ず(a)の配線金属層厚さと熱抵抗の関係に注
目する。ここに示した熱抵抗は、図1に示した絶縁型半
導体装置900における4個の半導体基体101が動作した時
の値である。配線金属層130が薄い領域では、半導体基
体101で発生した熱が横方向へ拡がりにくいため熱抵抗
は高い値を示す。配線金属層130が厚くなるにつれ横方
向拡がり効果が増すため、熱抵抗は緩やかに低下する。
更に厚くなると配線金属層130自体の熱抵抗の縦方向成
分が影響してくるため、熱抵抗は再び増加に転ずる。こ
こで、絶縁型半導体装置900は電流容量400Aのものであ
り、その目標熱抵抗は電気的安定動作を実現するため0.
4℃/W以下に設定されている。これを満足する配線金属
層130の厚さは0.1〜1.8mmの範囲である。
【００６７】次に(b)の応力に注目する。ここに示す縦
軸はシミュレーションによる窒化珪素板の応力(温度負
荷: 550℃⇒-55℃)で、(c)の断面模式図におけるe部(配
線金属層端部に対応する部分、複合部材125の中で最も
高い応力を示す部分)における値である。e部応力は配線
金属層130が厚くなるにつれ増加する。ここで、窒化珪
素の一般的な破壊応力は650MPa程度であり、e部応力は
この値を越えないことが必要である。この点から選択さ
れる配線金属層130の厚さは1.2mm以下である。なお、e
部応力が過大になると後述する貫通クラックを生ずるほ
か、e部を起点にして配線金属層130直下の窒化珪素領域
を進展するクラックも生ずる。これは熱抵抗の増大をも
たらす。
軸はシミュレーションによる窒化珪素板の応力(温度負
荷: 550℃⇒-55℃)で、(c)の断面模式図におけるe部(配
線金属層端部に対応する部分、複合部材125の中で最も
高い応力を示す部分)における値である。e部応力は配線
金属層130が厚くなるにつれ増加する。ここで、窒化珪
素の一般的な破壊応力は650MPa程度であり、e部応力は
この値を越えないことが必要である。この点から選択さ
れる配線金属層130の厚さは1.2mm以下である。なお、e
部応力が過大になると後述する貫通クラックを生ずるほ
か、e部を起点にして配線金属層130直下の窒化珪素領域
を進展するクラックも生ずる。これは熱抵抗の増大をも
たらす。
【００６８】引き続き(d)のクラック発生率に注目す
る。ここで言うクラックとは、絶縁型半導体装置900に
温度サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)を施した
後に発生した窒化珪素板110の機械的破壊(e部を起点に
して接合金属層120側へ貫通するクラック)のことであ
る。配線金属層130が厚くなるにつれ厚さ1.2mmまではク
ラック破壊は観測されていないのに対し、1.2mmを越え
るとクラック発生率を増す傾向にある。ここで観測され
るクラックはe部に対応する部分を起点にしている。窒
化珪素板110は絶縁型半導体装置900の絶縁性を維持する
ためのものであり、これが破壊すると絶縁型半導体装置
900の安全動作が阻害されることとなる。この観点から
選択される配線金属層130の厚さは1.2mm以下である。
る。ここで言うクラックとは、絶縁型半導体装置900に
温度サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)を施した
後に発生した窒化珪素板110の機械的破壊(e部を起点に
して接合金属層120側へ貫通するクラック)のことであ
る。配線金属層130が厚くなるにつれ厚さ1.2mmまではク
ラック破壊は観測されていないのに対し、1.2mmを越え
るとクラック発生率を増す傾向にある。ここで観測され
るクラックはe部に対応する部分を起点にしている。窒
化珪素板110は絶縁型半導体装置900の絶縁性を維持する
ためのものであり、これが破壊すると絶縁型半導体装置
900の安全動作が阻害されることとなる。この観点から
選択される配線金属層130の厚さは1.2mm以下である。
【００６９】以上に説明した熱抵抗、応力、信頼性の評
価結果を総合して、全ての点を満足できる配線金属層13
0の厚さは0.1〜1.2mmの範囲である。なお、図6は複合金
属板125'の厚さが3 mm、接合金属層120の厚さが50μm、
窒化珪素板110の厚さが0.3mmの場合の結果であるけれど
も、複合金属板125'が1〜10mm、接合金属層120が0.025
〜0.5mm、窒化珪素板110が0.2〜1.0mmの範囲では同様の
結果が得られている。 （接合金属層の厚さ）接合金属層120は半導体基体で生
ずる熱を複合金属板125'へ放出するための主要な熱伝導
路であり、絶縁型半導体装置900の放熱性及び信頼性を
阻害しない範囲の厚さが選択されなければならない。ま
た、複合部材125を安定的に製作できることも重要な要
件になる。図7は熱抵抗、ボイド率、信頼性に関する接
合金属層厚さ依存性を説明するグラフである。先ず(a)
の熱抵抗に注目する。ここで示す熱抵抗はシミュレーシ
ョンによる値である。熱抵抗は接合金属層120が厚くな
る傾向はあるけれどもその変化量は極めて小さい。熱抵
抗に強く関係するのは、むしろ配線金属層130の厚さの
方である。この結果を熱抵抗の観点から解釈すると、接
合金属層120はグラフに掲げた0〜0.5mmの範囲で任意の
厚さを選択できると判断される。
価結果を総合して、全ての点を満足できる配線金属層13
0の厚さは0.1〜1.2mmの範囲である。なお、図6は複合金
属板125'の厚さが3 mm、接合金属層120の厚さが50μm、
窒化珪素板110の厚さが0.3mmの場合の結果であるけれど
も、複合金属板125'が1〜10mm、接合金属層120が0.025
〜0.5mm、窒化珪素板110が0.2〜1.0mmの範囲では同様の
結果が得られている。 （接合金属層の厚さ）接合金属層120は半導体基体で生
ずる熱を複合金属板125'へ放出するための主要な熱伝導
路であり、絶縁型半導体装置900の放熱性及び信頼性を
阻害しない範囲の厚さが選択されなければならない。ま
た、複合部材125を安定的に製作できることも重要な要
件になる。図7は熱抵抗、ボイド率、信頼性に関する接
合金属層厚さ依存性を説明するグラフである。先ず(a)
の熱抵抗に注目する。ここで示す熱抵抗はシミュレーシ
ョンによる値である。熱抵抗は接合金属層120が厚くな
る傾向はあるけれどもその変化量は極めて小さい。熱抵
抗に強く関係するのは、むしろ配線金属層130の厚さの
方である。この結果を熱抵抗の観点から解釈すると、接
合金属層120はグラフに掲げた0〜0.5mmの範囲で任意の
厚さを選択できると判断される。
【００７０】(b)のボイド率に注目する。ここで言うボ
イドとは、接合金属層120に生じた非接合領域の面積率
のことである。厚さが0.01mm(10μm)以上であれば接合
金属層120にはボイドは生じない。これはAl合金溶湯が
効率よく接合金属層領域を流動するためである。これに
対し0.01mmより薄い領域ではボイド率は増加している。
これはAl合金溶湯の流動が阻害されるためである。この
傾向は配線金属層130の厚さが0.1〜1.2mmの範囲では同
様である。上述したように接合金属層120は熱放散のた
めの主要な伝導路であり、この部分にボイドが存在する
とその熱放散は効率よくなされない。したがって、放熱
路を確実に確保する観点から、接合金属層120の厚さは
0.01mm(10μm)以上である必要がある。
イドとは、接合金属層120に生じた非接合領域の面積率
のことである。厚さが0.01mm(10μm)以上であれば接合
金属層120にはボイドは生じない。これはAl合金溶湯が
効率よく接合金属層領域を流動するためである。これに
対し0.01mmより薄い領域ではボイド率は増加している。
これはAl合金溶湯の流動が阻害されるためである。この
傾向は配線金属層130の厚さが0.1〜1.2mmの範囲では同
様である。上述したように接合金属層120は熱放散のた
めの主要な伝導路であり、この部分にボイドが存在する
とその熱放散は効率よくなされない。したがって、放熱
路を確実に確保する観点から、接合金属層120の厚さは
0.01mm(10μm)以上である必要がある。
【００７１】次に(c)の熱抵抗増加率に注目する。温度
サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)に伴って接合
金属層120の疲労破壊が進めば放熱路が遮断される。こ
こで言う熱抵抗増加は、これに起因して生ずる現象のこ
とである。試験によって発生する歪の多くは接合金属層
120に作用する。この層120が厚い場合には過大な歪は作
用しにくくなるため疲労破壊は生じない。この結果、厚
さが0.025mm以上の領域では熱抵抗の変動は全く見られ
ない。これに対し0.025mmより薄い領域では熱抵抗を増
している。これは層120に過大な歪が作用する結果疲労
破壊が進み、熱放散路が遮断状態になるためである。し
たがって、絶縁型半導体装置900を安定動作させるため
には、接合金属層120の厚さは0.025mm以上に調整される
必要がある。
サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)に伴って接合
金属層120の疲労破壊が進めば放熱路が遮断される。こ
こで言う熱抵抗増加は、これに起因して生ずる現象のこ
とである。試験によって発生する歪の多くは接合金属層
120に作用する。この層120が厚い場合には過大な歪は作
用しにくくなるため疲労破壊は生じない。この結果、厚
さが0.025mm以上の領域では熱抵抗の変動は全く見られ
ない。これに対し0.025mmより薄い領域では熱抵抗を増
している。これは層120に過大な歪が作用する結果疲労
破壊が進み、熱放散路が遮断状態になるためである。し
たがって、絶縁型半導体装置900を安定動作させるため
には、接合金属層120の厚さは0.025mm以上に調整される
必要がある。
【００７２】以上の熱抵抗、ボイド率、信頼性の評価結
果を総合して、全ての点を満足できる接合金属層120の
厚さは0.025〜0.5mmである。なお、図7は複合金属板12
5'の厚さが3mm、窒化珪素板110の厚さが0.3mm、配線金
属層130の厚さが0.1〜1.2mmにおける結果であるけれど
も、複合金属板125'が1〜10 mm、窒化珪素板110が0.2〜
1.0mmの範囲では同様の結果が得られている。 （窒化珪素板の厚さ）窒化珪素板110も絶縁型半導体装
置900における主要な熱流路を構成する部材の1つであ
る。熱抵抗を低く抑えて良好な放熱性を確保するために
は、熱流路の中でも熱伝導率の低いこの部材は可及的に
薄くできることが望ましい。しかし、絶縁担体である以
上この性能が損なわれることは許されない。
果を総合して、全ての点を満足できる接合金属層120の
厚さは0.025〜0.5mmである。なお、図7は複合金属板12
5'の厚さが3mm、窒化珪素板110の厚さが0.3mm、配線金
属層130の厚さが0.1〜1.2mmにおける結果であるけれど
も、複合金属板125'が1〜10 mm、窒化珪素板110が0.2〜
1.0mmの範囲では同様の結果が得られている。 （窒化珪素板の厚さ）窒化珪素板110も絶縁型半導体装
置900における主要な熱流路を構成する部材の1つであ
る。熱抵抗を低く抑えて良好な放熱性を確保するために
は、熱流路の中でも熱伝導率の低いこの部材は可及的に
薄くできることが望ましい。しかし、絶縁担体である以
上この性能が損なわれることは許されない。
【００７３】図8はクラック破壊率及び熱抵抗増加率の
窒化珪素板厚さ依存性を説明するグラフである。先ず
(a)のクラック破壊率に注目する。ここで言うクラック
破壊とは、温度サイクル試験(3000サイクル、-40〜125
℃)による窒化珪素板110の機械的破壊のことである。厚
さが0.2mm以上の領域では、窒化珪素板110のクラック破
壊は全く生じていない。これに対し0.2mmより薄い領域
ではクラック破壊を生じている。この際の破壊は上述し
たe部を起点にしたて接合金属層120側に貫通したクラッ
クのことである。絶縁型半導体装置900を安全に稼働さ
せる観点から、窒化珪素板110の厚さは0.2mm以上の範囲
が選択される。
窒化珪素板厚さ依存性を説明するグラフである。先ず
(a)のクラック破壊率に注目する。ここで言うクラック
破壊とは、温度サイクル試験(3000サイクル、-40〜125
℃)による窒化珪素板110の機械的破壊のことである。厚
さが0.2mm以上の領域では、窒化珪素板110のクラック破
壊は全く生じていない。これに対し0.2mmより薄い領域
ではクラック破壊を生じている。この際の破壊は上述し
たe部を起点にしたて接合金属層120側に貫通したクラッ
クのことである。絶縁型半導体装置900を安全に稼働さ
せる観点から、窒化珪素板110の厚さは0.2mm以上の範囲
が選択される。
【００７４】次に(b)の熱抵抗増加率に注目する。温度
サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)に伴って接合
金属層120の疲労破壊が進めば放熱路が遮断される。こ
こで言う熱抵抗増加はこの熱流路遮断に起因して生ず
る。厚さが1.0mm以下の領域では熱抵抗は全く変動して
いないのに対し、これより厚い領域では熱抵抗を増して
いる。絶縁型半導体装置900を安定に動作させる上で
は、窒化珪素板110の厚さは1.0mm以下の範囲が選択され
る必要がある。
サイクル試験(3000サイクル、-40〜125℃)に伴って接合
金属層120の疲労破壊が進めば放熱路が遮断される。こ
こで言う熱抵抗増加はこの熱流路遮断に起因して生ず
る。厚さが1.0mm以下の領域では熱抵抗は全く変動して
いないのに対し、これより厚い領域では熱抵抗を増して
いる。絶縁型半導体装置900を安定に動作させる上で
は、窒化珪素板110の厚さは1.0mm以下の範囲が選択され
る必要がある。
【００７５】以上に説明したクラック破壊率及び熱抵抗
増加率の評価結果を総合して全ての点を満足できる窒化
珪素板110の厚さは0.2〜1.0mmの範囲である。なお、図8
は複合金属板125'の厚さが3mm、配線金属層130の厚さが
0.4mm、接合金属層120の厚さが50μmにおける結果であ
るけれども、複合金属板125'が1〜10mm、配線金属層130
が0.1〜1.2mm、接合金属層120が0.025〜0.5mmの範囲で
は同様の結果が得られている。
増加率の評価結果を総合して全ての点を満足できる窒化
珪素板110の厚さは0.2〜1.0mmの範囲である。なお、図8
は複合金属板125'の厚さが3mm、配線金属層130の厚さが
0.4mm、接合金属層120の厚さが50μmにおける結果であ
るけれども、複合金属板125'が1〜10mm、配線金属層130
が0.1〜1.2mm、接合金属層120が0.025〜0.5mmの範囲で
は同様の結果が得られている。
【００７６】表2は、以上までに説明した配線金属層13
0、接合金属層120、窒化珪素板110の、適正厚さに関す
るまとめを示す。配線金属層130は0.1〜1.2mm、接合金
属層120は0.025〜0.5 mm、窒化珪素板110は0.2〜1.0mm
が適正な厚さである。
0、接合金属層120、窒化珪素板110の、適正厚さに関す
るまとめを示す。配線金属層130は0.1〜1.2mm、接合金
属層120は0.025〜0.5 mm、窒化珪素板110は0.2〜1.0mm
が適正な厚さである。
【００７７】
【表２】
【００７８】図9は本発明の絶縁型半導体装置の温度サ
イクル試験による熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。ここで、絶縁型半導体装置900は厚さ3mmの複合金属
板125'(70vol%SiC)、厚さ0.3 mmの窒化珪素板110、厚さ
0.4mmの配線金属層130、厚さ50μmの接合金属層120で構
成された複合部材125上にMOS FET素子基体101を搭載し
たものである。本発明絶縁型半導体装置900(曲線A)は1
万サイクルを与えても初期値(0.35℃/W)と同等の熱抵抗
値が維持されている。
イクル試験による熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。ここで、絶縁型半導体装置900は厚さ3mmの複合金属
板125'(70vol%SiC)、厚さ0.3 mmの窒化珪素板110、厚さ
0.4mmの配線金属層130、厚さ50μmの接合金属層120で構
成された複合部材125上にMOS FET素子基体101を搭載し
たものである。本発明絶縁型半導体装置900(曲線A)は1
万サイクルを与えても初期値(0.35℃/W)と同等の熱抵抗
値が維持されている。
【００７９】一方、比較用の絶縁型半導体装置(曲線B)
は1千サイクルから熱抵抗の増大を生じている。比較用
絶縁型半導体装置は、複合金属板が3mm、接合金属層が1
5μm、窒化珪素板が0.2mm、配線金属層が1.5mmの厚さに
それぞれ調整されている。放熱性に関する寿命を“初期
熱抵抗の1.5倍に到達したときの温度サイクル数”と定
義すると、比較試料の寿命は約2千サイクルであり、本
発明試料900のそれは1万サイクル以上になる。比較試料
が早期に寿命に到達した原因は、e部の応力により配線
金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊することや、接
合金属層が疲労破壊することにより主要な放熱路が遮断
される点にある。このような事態に帰結したのは、複合
金属板、窒化珪素板、接合金属層、配線金属層の厚さが
適正に調整されていないため、応力や歪が複合部材125
全体としてバランスしないためである。
は1千サイクルから熱抵抗の増大を生じている。比較用
絶縁型半導体装置は、複合金属板が3mm、接合金属層が1
5μm、窒化珪素板が0.2mm、配線金属層が1.5mmの厚さに
それぞれ調整されている。放熱性に関する寿命を“初期
熱抵抗の1.5倍に到達したときの温度サイクル数”と定
義すると、比較試料の寿命は約2千サイクルであり、本
発明試料900のそれは1万サイクル以上になる。比較試料
が早期に寿命に到達した原因は、e部の応力により配線
金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊することや、接
合金属層が疲労破壊することにより主要な放熱路が遮断
される点にある。このような事態に帰結したのは、複合
金属板、窒化珪素板、接合金属層、配線金属層の厚さが
適正に調整されていないため、応力や歪が複合部材125
全体としてバランスしないためである。
【００８０】本発明の絶縁型半導体装置900において、
図示はしていないけれども配線金属層130と複合金属板1
25'の表面にはNiめっき層(厚さ: 6μm)が設けられてい
る。配線金属層130(131、 132)のNiめっき層ははんだぬ
れ性とワイヤボンディング性を確保できる、Sn、Ag、A
u、Pt、Pd、Zn、 Cu等の金属で代替させることが可能で
あり、厚さもはんだぬれ性とワイヤボンディング性を確
保し、複合金属板125'の品質劣化防止が可能な範囲で任
意の値を選択できる。複合金属板125'上のNiめっき層は
複合金属板125'の内部や表面の品質を保つ役割を持つけ
れども、このNiも上述した種々の金属で代替できる。逆
に品質維持の上で不要ならばめっきを省略することもで
きる。更に、上述のNiめっき層はNi、Sn、Ag、Au、Pt、
Pd、Zn、Cuの群から選択された複数の金属を積層した層
で代替してもよい。
図示はしていないけれども配線金属層130と複合金属板1
25'の表面にはNiめっき層(厚さ: 6μm)が設けられてい
る。配線金属層130(131、 132)のNiめっき層ははんだぬ
れ性とワイヤボンディング性を確保できる、Sn、Ag、A
u、Pt、Pd、Zn、 Cu等の金属で代替させることが可能で
あり、厚さもはんだぬれ性とワイヤボンディング性を確
保し、複合金属板125'の品質劣化防止が可能な範囲で任
意の値を選択できる。複合金属板125'上のNiめっき層は
複合金属板125'の内部や表面の品質を保つ役割を持つけ
れども、このNiも上述した種々の金属で代替できる。逆
に品質維持の上で不要ならばめっきを省略することもで
きる。更に、上述のNiめっき層はNi、Sn、Ag、Au、Pt、
Pd、Zn、Cuの群から選択された複数の金属を積層した層
で代替してもよい。
【００８１】複合部材125に搭載されるセラミックス板1
10は窒化珪素以外に、窒化アルミニウム(AlN、熱伝導
率: 190W/m・K、熱膨張率: 4.3 ppm/℃)、アルミナ(Al2
O3、熱伝導率: 20 W/m・K、 熱膨張率: 7.2ppm/℃)を適
用することも可能である。この際、これらのセラミック
ス板110が0.25〜1.0mmの厚さを有している限り、厚さ1
〜10mmの複合金属板125'と、厚さ0.1〜1.2mmの配線金属
層130と、厚さ25μm以上の接合金属層120とを組み合わ
せることにより、上述した窒化珪素板適用の場合と同様
の効果が得られる。また、セラミックス板は必要に応じ
て複数枚搭載されていてもよく、この際窒化珪素板、窒
化アルミニウム板、アルミナ板を必要に応じて組み合わ
せてもよい。
10は窒化珪素以外に、窒化アルミニウム(AlN、熱伝導
率: 190W/m・K、熱膨張率: 4.3 ppm/℃)、アルミナ(Al2
O3、熱伝導率: 20 W/m・K、 熱膨張率: 7.2ppm/℃)を適
用することも可能である。この際、これらのセラミック
ス板110が0.25〜1.0mmの厚さを有している限り、厚さ1
〜10mmの複合金属板125'と、厚さ0.1〜1.2mmの配線金属
層130と、厚さ25μm以上の接合金属層120とを組み合わ
せることにより、上述した窒化珪素板適用の場合と同様
の効果が得られる。また、セラミックス板は必要に応じ
て複数枚搭載されていてもよく、この際窒化珪素板、窒
化アルミニウム板、アルミナ板を必要に応じて組み合わ
せてもよい。
【００８２】以上の複合部材125を適用した絶縁型半導
体装置900は以下に説明するように、製造時あるいは運
転時に生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変
形、変性、破壊の恐れがなく、信頼性が高く、低コスト
化された装置を得るのに有効である。
体装置900は以下に説明するように、製造時あるいは運
転時に生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変
形、変性、破壊の恐れがなく、信頼性が高く、低コスト
化された装置を得るのに有効である。
【００８３】（実施例２）図10は絶縁型半導体装置の要
部を説明する鳥瞰模式図である。この図は、セラミック
ス板110としての窒化珪素板(30×50×0.3mm)と支持部材
としての複合金属板125'を一体化した複合部材125に、
半導体基体101をはんだ付け搭載した状態を示す。支持
部材125'の露出部にはNiめっき層(厚さ: 6μm、図示を
省略) 125Eが設けられている。支持部材125'は42.4mm×
85mm×3 mmなる寸法を有し、その周縁部に取り付け穴
(直径: 5.6mm) 125Fが設けられている。支持部材125'と
窒化珪素板110はAl-20wt%Si-1.5 wt%Mg合金からなる接
合金属層120(厚さ: 50μm、図示を省略)により一体化さ
れ、窒化珪素絶縁板110上に設けられたAl-20wt%Si-1.5w
t%Mg合金からなる配線金属層130(131、132、厚さ: 0.4
mm、図示を省略)に半導体基体101としてのMOS FET素子
基体(7×7×0.28mm)101が8個搭載されている。
部を説明する鳥瞰模式図である。この図は、セラミック
ス板110としての窒化珪素板(30×50×0.3mm)と支持部材
としての複合金属板125'を一体化した複合部材125に、
半導体基体101をはんだ付け搭載した状態を示す。支持
部材125'の露出部にはNiめっき層(厚さ: 6μm、図示を
省略) 125Eが設けられている。支持部材125'は42.4mm×
85mm×3 mmなる寸法を有し、その周縁部に取り付け穴
(直径: 5.6mm) 125Fが設けられている。支持部材125'と
窒化珪素板110はAl-20wt%Si-1.5 wt%Mg合金からなる接
合金属層120(厚さ: 50μm、図示を省略)により一体化さ
れ、窒化珪素絶縁板110上に設けられたAl-20wt%Si-1.5w
t%Mg合金からなる配線金属層130(131、132、厚さ: 0.4
mm、図示を省略)に半導体基体101としてのMOS FET素子
基体(7×7×0.28mm)101が8個搭載されている。
【００８４】素子基体101と配線金属層130(131、132)の
間はSn-5wt%Sbはんだ材113(厚さ: 100μm、図示を省略)
により接合されている。支持部材(熱膨張率: 7.2ppm/
℃、熱伝導率: 170 W/m・K)125'は、マトリックス金属
(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg)125AにSiC粉末粒子125Bを分散
(添加量: 70 vol%)させたものである。このような要部
構造を有する本実施例絶縁型半導体装置900は最大消費
電力400Wのもので、図2に示した断面構造を有する複合
部材125が適用されている。
間はSn-5wt%Sbはんだ材113(厚さ: 100μm、図示を省略)
により接合されている。支持部材(熱膨張率: 7.2ppm/
℃、熱伝導率: 170 W/m・K)125'は、マトリックス金属
(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg)125AにSiC粉末粒子125Bを分散
(添加量: 70 vol%)させたものである。このような要部
構造を有する本実施例絶縁型半導体装置900は最大消費
電力400Wのもので、図2に示した断面構造を有する複合
部材125が適用されている。
【００８５】図11は配線が設けられた窒化珪素板の詳細
を説明する平面図及び断面図である。窒化珪素板110
は、寸法30mm×50mm×0.3mmを有する焼結体(熱膨張率:
3.4ppm/℃、熱伝導率: 90W/m・K)であり、複合金属板12
5'と接合されない側の主面には、厚さ0.4mmの配線金属
層130(131、132、130c(サーミスタ搭載用))が設けられ
ている。これらの配線金属層130はマトリックス金属(Al
-20wt%Si-1.5wt%Mg)125Aと同質かつ同一物性のAl合金に
より形成されている。窒化珪素板110の反対側の面は、
マトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合からな
る金接合金属層120を介して複合支金属板125'(図示を省
略)と接合されている。
を説明する平面図及び断面図である。窒化珪素板110
は、寸法30mm×50mm×0.3mmを有する焼結体(熱膨張率:
3.4ppm/℃、熱伝導率: 90W/m・K)であり、複合金属板12
5'と接合されない側の主面には、厚さ0.4mmの配線金属
層130(131、132、130c(サーミスタ搭載用))が設けられ
ている。これらの配線金属層130はマトリックス金属(Al
-20wt%Si-1.5wt%Mg)125Aと同質かつ同一物性のAl合金に
より形成されている。窒化珪素板110の反対側の面は、
マトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合からな
る金接合金属層120を介して複合支金属板125'(図示を省
略)と接合されている。
【００８６】以上の主要部材構成からなる本実施例絶縁
型半導体装置900は、更に他の部材と組み合わされてい
る。以下、図1を参照して絶縁型半導体装置900の構造を
詳細に説明する。窒化珪素板110に設けられた配線金属
層131上に半導体基体としてのMOS FET素子基体101が搭
載されている。主端子30や補助端子31を設けてあるポリ
ヒェニールサルフアイド樹脂ケース20が複合部材125に
取り付けられている。複合部材125はAl合金マトリック
ス125AにSiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属板125'
と窒化珪素板110を、Al合金マトリックス125Aと同質か
つ同一物性の材料からなる接合金属層120により接合
し、窒化珪素板110の反対側の面にAl合金マトリックス1
25Aと同質かつ同一物性の材料からなる配線金属層130(1
31、132、130c)を設けた複合材からなる。
型半導体装置900は、更に他の部材と組み合わされてい
る。以下、図1を参照して絶縁型半導体装置900の構造を
詳細に説明する。窒化珪素板110に設けられた配線金属
層131上に半導体基体としてのMOS FET素子基体101が搭
載されている。主端子30や補助端子31を設けてあるポリ
ヒェニールサルフアイド樹脂ケース20が複合部材125に
取り付けられている。複合部材125はAl合金マトリック
ス125AにSiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属板125'
と窒化珪素板110を、Al合金マトリックス125Aと同質か
つ同一物性の材料からなる接合金属層120により接合
し、窒化珪素板110の反対側の面にAl合金マトリックス1
25Aと同質かつ同一物性の材料からなる配線金属層130(1
31、132、130c)を設けた複合材からなる。
【００８７】素子基体101と配線金属層131、132間、素
子基体101と補助端子31間、配線金属層131と主端子30間
には、Al細線117のワイヤボンディングが施されてい
る。ケース20内にはシリコーンゲル樹脂22が充填され、
そしてケース20の上部にはポリヒェニールサルフアイド
樹脂蓋21が設けられている。ここで、窒化珪素板110に
設けられた配線金属層131上には8個のMOS FET素子基体1
01がSn-5wt%Sbはんだ113により固着されている。Sn-5wt
%Sbはんだ113による固着はフラックス含有のペーストは
んだ材を用いて低真空雰囲気下で実施される。また、配
線金属層130c間には温度検出用サーミスタ素子34がSn-5
wt%Sbはんだ124(図示を省略)により固着され、配線金属
層130cはAl細線117により補助端子31へ連絡されてい
る。
子基体101と補助端子31間、配線金属層131と主端子30間
には、Al細線117のワイヤボンディングが施されてい
る。ケース20内にはシリコーンゲル樹脂22が充填され、
そしてケース20の上部にはポリヒェニールサルフアイド
樹脂蓋21が設けられている。ここで、窒化珪素板110に
設けられた配線金属層131上には8個のMOS FET素子基体1
01がSn-5wt%Sbはんだ113により固着されている。Sn-5wt
%Sbはんだ113による固着はフラックス含有のペーストは
んだ材を用いて低真空雰囲気下で実施される。また、配
線金属層130c間には温度検出用サーミスタ素子34がSn-5
wt%Sbはんだ124(図示を省略)により固着され、配線金属
層130cはAl細線117により補助端子31へ連絡されてい
る。
【００８８】なお、図面では省略しているけれども、ケ
ース20と複合部材125の間、そしてケース20と蓋21の間
はシリコーン接着樹脂35により固定されている。蓋21の
肉厚部には凹み25、主端子30には穴30'がそれぞれ設け
られ、絶縁型半導体装置900を外部回路に連絡するため
のネジ(図示を省略)が収納されている。主端子30や補助
端子31はあらかじめ所定形状に打抜き成形された銅板に
Niめっきを施したものであり、射出成形法によってポリ
ヒェニールサルフアイド樹脂ケース20に取り付けられて
いる。以上の構成からなる本実施例絶縁型半導体装置90
0は45mm×87mm×15mmの外寸法を有している。なお、本
実施例絶縁型半導体装置900の複合部材125のそり量は50
μmと小さい値を示した。
ース20と複合部材125の間、そしてケース20と蓋21の間
はシリコーン接着樹脂35により固定されている。蓋21の
肉厚部には凹み25、主端子30には穴30'がそれぞれ設け
られ、絶縁型半導体装置900を外部回路に連絡するため
のネジ(図示を省略)が収納されている。主端子30や補助
端子31はあらかじめ所定形状に打抜き成形された銅板に
Niめっきを施したものであり、射出成形法によってポリ
ヒェニールサルフアイド樹脂ケース20に取り付けられて
いる。以上の構成からなる本実施例絶縁型半導体装置90
0は45mm×87mm×15mmの外寸法を有している。なお、本
実施例絶縁型半導体装置900の複合部材125のそり量は50
μmと小さい値を示した。
【００８９】図12は絶縁型半導体装置の回路を説明する
図である。MOS FET素子(4個)101が並列に配置された2系
統のブロック910を有し、各ブロック910は直列に接続さ
れ、入力主端子30in、出力主端子30out、補助端子31が
所定部から引き出されて絶縁型半導体装置900の要部を
構成している。また、この回路の稼働時における温度検
出用サーミスタ34が絶縁型半導体装置900内に独立して
配置されている。本実施例絶縁型半導体装置900は最終
的に、図13に示す電動機960の回転数制御用インバータ
装置に組み込まれた。
図である。MOS FET素子(4個)101が並列に配置された2系
統のブロック910を有し、各ブロック910は直列に接続さ
れ、入力主端子30in、出力主端子30out、補助端子31が
所定部から引き出されて絶縁型半導体装置900の要部を
構成している。また、この回路の稼働時における温度検
出用サーミスタ34が絶縁型半導体装置900内に独立して
配置されている。本実施例絶縁型半導体装置900は最終
的に、図13に示す電動機960の回転数制御用インバータ
装置に組み込まれた。
【００９０】なお、本実施例では比較用として第4先行
技術例とほぼ同様の部材構成をとる回路基板(セラミッ
クス板: 窒化珪素板)を用いた絶縁型半導体装置を作製
した。この装置は本実施例とほぼ同一寸法を有する。た
だし、比較試料は複合金属板が3mm、接合金属層が30μ
m、配線金属層が0.08mm、窒化珪素板が0.2mmの厚さにそ
れぞれ調整されている。
技術例とほぼ同様の部材構成をとる回路基板(セラミッ
クス板: 窒化珪素板)を用いた絶縁型半導体装置を作製
した。この装置は本実施例とほぼ同一寸法を有する。た
だし、比較試料は複合金属板が3mm、接合金属層が30μ
m、配線金属層が0.08mm、窒化珪素板が0.2mmの厚さにそ
れぞれ調整されている。
【００９１】図14は本実施例絶縁型半導体装置の過渡熱
抵抗特性を説明するグラフである。熱抵抗は通電時間を
増すにつれて高い値をとるが、通電時間約3s以降では定
常値(0.35℃/W)を示している。この定常熱抵抗値は、4
個のMOS FET素子基体101がそれぞれ100Wの電力(合計400
W)を消費した場合でも基体101は35degしか温度上昇せ
ず、例えば支持部材125としての複合金属板125'が115℃
と過酷な環境下に搭載された場合でも絶縁型半導体装置
900は安定動作できることを意味する(素子基体101の安
定動作温度が150℃の場合)。このように優れた放熱性を
示す理由は、(1)主要な熱伝導路が熱伝導率の高い複合
金属板125'と窒化珪素絶縁板110で構成されているこ
と、(2)はんだ層113は低真空雰囲気下でろう付けされて
いるためボイドフリー化され、(3)接合金属層120がAl合
金の流動により形成されていてボイドフリー化され、
(4)窒化珪素板110が0.3mmと薄く形成されているため熱
流が効率よく伝達されることによる。なお、本実施例絶
縁型半導体装置900の熱抵抗は比較試料と同等である。
抵抗特性を説明するグラフである。熱抵抗は通電時間を
増すにつれて高い値をとるが、通電時間約3s以降では定
常値(0.35℃/W)を示している。この定常熱抵抗値は、4
個のMOS FET素子基体101がそれぞれ100Wの電力(合計400
W)を消費した場合でも基体101は35degしか温度上昇せ
ず、例えば支持部材125としての複合金属板125'が115℃
と過酷な環境下に搭載された場合でも絶縁型半導体装置
900は安定動作できることを意味する(素子基体101の安
定動作温度が150℃の場合)。このように優れた放熱性を
示す理由は、(1)主要な熱伝導路が熱伝導率の高い複合
金属板125'と窒化珪素絶縁板110で構成されているこ
と、(2)はんだ層113は低真空雰囲気下でろう付けされて
いるためボイドフリー化され、(3)接合金属層120がAl合
金の流動により形成されていてボイドフリー化され、
(4)窒化珪素板110が0.3mmと薄く形成されているため熱
流が効率よく伝達されることによる。なお、本実施例絶
縁型半導体装置900の熱抵抗は比較試料と同等である。
【００９２】本実施例の絶縁型半導体装置900と比較用
試料には、-40〜125℃の温度サイクル試験が施され、熱
抵抗が追跡された。この結果は図9に開示した通りなの
で詳細は省略し、要点のみを説明する。本実施例絶縁型
半導体装置900は選択された厚さ構成(窒化珪素板: 0.3
mm、複合金属板: 3mm、配線金属層: 0.4mm、接合金属
層: 50μm)の複合部材125を適用しているため、寿命が1
万サイクル以上と優れた放熱信頼性を示している。ま
た、このように優れた信頼性を示したことには次の点も
寄与している。
試料には、-40〜125℃の温度サイクル試験が施され、熱
抵抗が追跡された。この結果は図9に開示した通りなの
で詳細は省略し、要点のみを説明する。本実施例絶縁型
半導体装置900は選択された厚さ構成(窒化珪素板: 0.3
mm、複合金属板: 3mm、配線金属層: 0.4mm、接合金属
層: 50μm)の複合部材125を適用しているため、寿命が1
万サイクル以上と優れた放熱信頼性を示している。ま
た、このように優れた信頼性を示したことには次の点も
寄与している。
【００９３】窒化珪素板110がマトリックス金属125Aと
同質かつ同一物性のAl合金であり、物性のアンバランス
のない配線金属層130と接合金属層120でサンドウイッチ
されているため、これらの層と窒化珪素板110の間の両
接合界面が同一の状態に保たれている。この結果、配線
金属層130側のe部に過度の応力が偏って作用したり、接
合金属層120に過度の歪が偏って作用することが避けら
れ、窒化珪素板110のクラック破壊に基づく配線金属層1
30の剥離や疲労に基づく接合金属層120の破壊が抑えら
れる。一方、比較試料の場合は、複合金属板、窒化珪素
板、接合金属層、配線金属層の厚さが、局部応力や歪が
偏在しないよう適正に調整されていない。この結果、配
線金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊したり接合金
属層が疲労破壊して、主要な放熱路が遮断されるため早
期に寿命に到達している。
同質かつ同一物性のAl合金であり、物性のアンバランス
のない配線金属層130と接合金属層120でサンドウイッチ
されているため、これらの層と窒化珪素板110の間の両
接合界面が同一の状態に保たれている。この結果、配線
金属層130側のe部に過度の応力が偏って作用したり、接
合金属層120に過度の歪が偏って作用することが避けら
れ、窒化珪素板110のクラック破壊に基づく配線金属層1
30の剥離や疲労に基づく接合金属層120の破壊が抑えら
れる。一方、比較試料の場合は、複合金属板、窒化珪素
板、接合金属層、配線金属層の厚さが、局部応力や歪が
偏在しないよう適正に調整されていない。この結果、配
線金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊したり接合金
属層が疲労破壊して、主要な放熱路が遮断されるため早
期に寿命に到達している。
【００９４】図15は温度サイクル寿命に及ぼす複合金属
板の熱膨張率の影響を説明するグラフである。寿命は複
合金属板125'の熱膨張率が大きくなるにつれて減少する
傾向を示している。ここで、本実施例絶縁型半導体装置
900は最終的に自動車に搭載されるものであり、3000サ
イクル以上の温度サイクル寿命を有していることが望ま
れる。このような観点で見ると、複合金属板125'の熱膨
張率は14ppm/℃以下であることが必要である。この値は
図3を参照するとSiC粉末粒子125Bの添加量は27vol%以上
で得られる。一方、複合金属板125'を歩留りよく得るた
めには、既述したようにSiC粉末125Bの添加量を80vol%
以下に調整する必要がある。
板の熱膨張率の影響を説明するグラフである。寿命は複
合金属板125'の熱膨張率が大きくなるにつれて減少する
傾向を示している。ここで、本実施例絶縁型半導体装置
900は最終的に自動車に搭載されるものであり、3000サ
イクル以上の温度サイクル寿命を有していることが望ま
れる。このような観点で見ると、複合金属板125'の熱膨
張率は14ppm/℃以下であることが必要である。この値は
図3を参照するとSiC粉末粒子125Bの添加量は27vol%以上
で得られる。一方、複合金属板125'を歩留りよく得るた
めには、既述したようにSiC粉末125Bの添加量を80vol%
以下に調整する必要がある。
【００９５】図16は間欠通電試験による熱抵抗の推移を
説明するグラフである。この試験では、複合金属板125'
の温度が30〜100℃の変化を生ずるように素子基体101に
繰り返し通電して熱抵抗を追跡した。本実施例絶縁型半
導体装置900の場合は3万サイクルまで初期値(0.35℃/W)
と同等の値が維持されている。3万サイクル以上で熱抵
抗は漸増しているけれども、約10万サイクルまでは本発
明で寿命と定義される0.53℃/W(初期熱抵抗0.35℃/Wの
1.5倍)を越えていない。このように本実施例絶縁型半導
体装置900が優れた間欠通電耐量を示したのは、複合部
材125の構成部材が上述のように適正値に調整され、窒
化珪素板110の両面に配置されている配線金属層130と接
合金属層120が同質かつ同一物性のAl合金で構成されて
いることに基づく。
説明するグラフである。この試験では、複合金属板125'
の温度が30〜100℃の変化を生ずるように素子基体101に
繰り返し通電して熱抵抗を追跡した。本実施例絶縁型半
導体装置900の場合は3万サイクルまで初期値(0.35℃/W)
と同等の値が維持されている。3万サイクル以上で熱抵
抗は漸増しているけれども、約10万サイクルまでは本発
明で寿命と定義される0.53℃/W(初期熱抵抗0.35℃/Wの
1.5倍)を越えていない。このように本実施例絶縁型半導
体装置900が優れた間欠通電耐量を示したのは、複合部
材125の構成部材が上述のように適正値に調整され、窒
化珪素板110の両面に配置されている配線金属層130と接
合金属層120が同質かつ同一物性のAl合金で構成されて
いることに基づく。
【００９６】一方、比較試料の熱抵抗は初期値が0.35℃
/Wと本実施例絶縁型半導体装置900と同等であるけれど
も、5千サイクル以降から増加しており、寿命(0.53℃/
W)には約1万サイクルで到達している。比較試料の熱抵
抗増加の原因は、第1に接合金属層の熱疲労破壊や、そ
の接合界面における剥離破壊が進行して主要な放熱路が
遮断された点にある。第2には、e部対応部の応力により
配線金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊し、配線金
属層直下の放熱路が遮断されたことにある。
/Wと本実施例絶縁型半導体装置900と同等であるけれど
も、5千サイクル以降から増加しており、寿命(0.53℃/
W)には約1万サイクルで到達している。比較試料の熱抵
抗増加の原因は、第1に接合金属層の熱疲労破壊や、そ
の接合界面における剥離破壊が進行して主要な放熱路が
遮断された点にある。第2には、e部対応部の応力により
配線金属層直下の窒化珪素板がクラック破壊し、配線金
属層直下の放熱路が遮断されたことにある。
【００９７】上述の間欠通電試験では、配線金属層131
から複合金属板125'に至る積層構造の絶縁に関する評価
も進めた。図17はその結果で、間欠通電試験による電極
-支持部材間のコロナ放電開始電圧の推移を説明するグ
ラフである。コロナ放電開始電圧は電荷量100pCにおけ
る値である。本実施例絶縁型半導体装置900は約8kVの初
期値に対して、13万サイクル後においても約8kVとほと
んど変動していない。これに対し、比較試料の放電開始
電圧は初期的には本実施例絶縁型半導体装置900と同等
であるが、試験回数を増すにつれて逐次低下し、3万サ
イクル以降は約1kVとほぼ一定の値を示している。
から複合金属板125'に至る積層構造の絶縁に関する評価
も進めた。図17はその結果で、間欠通電試験による電極
-支持部材間のコロナ放電開始電圧の推移を説明するグ
ラフである。コロナ放電開始電圧は電荷量100pCにおけ
る値である。本実施例絶縁型半導体装置900は約8kVの初
期値に対して、13万サイクル後においても約8kVとほと
んど変動していない。これに対し、比較試料の放電開始
電圧は初期的には本実施例絶縁型半導体装置900と同等
であるが、試験回数を増すにつれて逐次低下し、3万サ
イクル以降は約1kVとほぼ一定の値を示している。
【００９８】以上から、本実施例の絶縁型半導体装置90
0は比較試料に比べて、安定して優れた絶縁性が維持さ
れている。比較試料が絶縁性劣化した主な理由は、窒化
珪素板が配線金属層131に対応する部分で機械的に破壊
したためである。絶縁物が破壊すると、その破壊部分で
電界が極度に高くなり放電を生ずる。焼結体の機械的破
損は、窒化珪素板及びその周辺部材が適正な厚さに調整
されていないため過大な応力が作用したことによる。こ
れに対し、本実施例絶縁型半導体装置900では、e部に過
度の応力が作用しないため窒化珪素板110は破壊せず、
絶縁体内部において電界が不連続的に大きい値を示すこ
ともない。
0は比較試料に比べて、安定して優れた絶縁性が維持さ
れている。比較試料が絶縁性劣化した主な理由は、窒化
珪素板が配線金属層131に対応する部分で機械的に破壊
したためである。絶縁物が破壊すると、その破壊部分で
電界が極度に高くなり放電を生ずる。焼結体の機械的破
損は、窒化珪素板及びその周辺部材が適正な厚さに調整
されていないため過大な応力が作用したことによる。こ
れに対し、本実施例絶縁型半導体装置900では、e部に過
度の応力が作用しないため窒化珪素板110は破壊せず、
絶縁体内部において電界が不連続的に大きい値を示すこ
ともない。
【００９９】なお、窒化珪素板110を適用した場合の各
部材の適正厚さ範囲は、既に表2に示した通りであるの
で詳細な説明は省略する。また、配線金属層130や接合
金属層120として好適な材料は、Si、Ge、Mn、Mg、Au、
Ag、Ca、Cu、Ni、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群から
選択された少なくとも1種の金属とAlからなるAl合金で
あることが好ましい。具体的組成として表1に掲げた材
料を用いることが可能である。
部材の適正厚さ範囲は、既に表2に示した通りであるの
で詳細な説明は省略する。また、配線金属層130や接合
金属層120として好適な材料は、Si、Ge、Mn、Mg、Au、
Ag、Ca、Cu、Ni、Pd、Sb、Te、Ti、V、Zn、Zrの群から
選択された少なくとも1種の金属とAlからなるAl合金で
あることが好ましい。具体的組成として表1に掲げた材
料を用いることが可能である。
【０１００】本実施例絶縁型半導体装置900は図12のイ
ンバータ装置に組み込まれ、電動機960の回転数制御に
用いることができる。また、インバータ装置及び電動機
は、電気自動車にその動力源として組み込まれることが
できる。この自動車においては、動力源から車輪に至る
駆動機構を簡素化できたためギヤーの噛込み比率の違い
により変速していた従来の自動車に比べ、変速時のショ
ックが軽減され、スムーズな走行が可能で、振動や騒音
の面でも従来よりも軽減することができる。
ンバータ装置に組み込まれ、電動機960の回転数制御に
用いることができる。また、インバータ装置及び電動機
は、電気自動車にその動力源として組み込まれることが
できる。この自動車においては、動力源から車輪に至る
駆動機構を簡素化できたためギヤーの噛込み比率の違い
により変速していた従来の自動車に比べ、変速時のショ
ックが軽減され、スムーズな走行が可能で、振動や騒音
の面でも従来よりも軽減することができる。
【０１０１】更に、本実施例絶縁型半導体装置900を組
み込んだインバータ装置は冷暖房機に組み込むことがで
きる。この際、従来の交流電動機を用いた場合より高い
効率を得ることができる。この点は、冷暖房機使用時の
電力消費を低減するのに役立つ。また、室内の温度が運
転開始から設定温度に到達するまでの時間を、従来の交
流電動機を用いた場合より短縮できる。
み込んだインバータ装置は冷暖房機に組み込むことがで
きる。この際、従来の交流電動機を用いた場合より高い
効率を得ることができる。この点は、冷暖房機使用時の
電力消費を低減するのに役立つ。また、室内の温度が運
転開始から設定温度に到達するまでの時間を、従来の交
流電動機を用いた場合より短縮できる。
【０１０２】本実施例と同様の効果は、絶縁型半導体装
置900が他の流体を撹拌又は流動させる装置、例えば洗
濯機、流体循環装置等に組み込まれた場合でも享受でき
る。
置900が他の流体を撹拌又は流動させる装置、例えば洗
濯機、流体循環装置等に組み込まれた場合でも享受でき
る。
【０１０３】なお、本実施例において、はんだ材113は
実施例に開示した材料(Sn-5wt%Sb)のみには限定されな
い。絶縁型半導体装置900の製作プロセスや要求特性特
に耐熱疲労信頼性に応じて、Sn又は、Pb、Sn、Sb、Zn、
Cu、Ni、Au、Ag、P、Bi、In、Mn、Mg、Si、Ge、Ti、Z
r、V、Hf、Pdの群から選択された2種以上からなる合金
を選択し得る。例えば、Sn-3wt%Ag-0.5wt%Cu、Pb-52wt%
Sn-8 wt%Bi、Au-12wt%Ge、Au-6wt%Si、Au-20wt%Si、Al-
11.7wt%Si、Ag-4.5Si、Au-85wt%Pb、 Au-26wt%Sb、Cu-6
9.3wt%Mg、Cu-35wt%Mn、Cu-36wt%Pb、Cu-76.5wt%Sb、Cu
-16.5wt%Si、Cu-28wt%Ti、Cu-10 wt%Zrのようなはんだ
材を適用できる。
実施例に開示した材料(Sn-5wt%Sb)のみには限定されな
い。絶縁型半導体装置900の製作プロセスや要求特性特
に耐熱疲労信頼性に応じて、Sn又は、Pb、Sn、Sb、Zn、
Cu、Ni、Au、Ag、P、Bi、In、Mn、Mg、Si、Ge、Ti、Z
r、V、Hf、Pdの群から選択された2種以上からなる合金
を選択し得る。例えば、Sn-3wt%Ag-0.5wt%Cu、Pb-52wt%
Sn-8 wt%Bi、Au-12wt%Ge、Au-6wt%Si、Au-20wt%Si、Al-
11.7wt%Si、Ag-4.5Si、Au-85wt%Pb、 Au-26wt%Sb、Cu-6
9.3wt%Mg、Cu-35wt%Mn、Cu-36wt%Pb、Cu-76.5wt%Sb、Cu
-16.5wt%Si、Cu-28wt%Ti、Cu-10 wt%Zrのようなはんだ
材を適用できる。
【０１０４】（実施例３）図18は別構造の絶縁型半導体
装置用複合部材の断面模式図を示す。複合部材125は前
記実施例1と同様の材料構成からなる。マトリックス金
属(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aにセラ
ミックス粉末粒子(SiC)125Bを分散させた複合金属板(Si
C添加量: 70 vol%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 1
70W/m・K、厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複
合金属板125'の一方の主面に窒化珪素板110(熱膨張率:
3.4ppm/℃、熱伝導率: 90 W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイ
ズ: 30×50mm)がマトリックス金属125Aと同質材料から
なる厚さ400μmの接合金属層120により固着され、窒化
珪素板110の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質
材料からなる厚さ0.3mmの配線金属層130 (131、132)が
設けられている。また、接合金属層120から延長されて
設けられている表面金属層(厚さ: 50μm)122は、接合金
属層120より薄く形成されている。複合金属板125'は窒
化珪素板110の搭載部に凹部が設けられている。
装置用複合部材の断面模式図を示す。複合部材125は前
記実施例1と同様の材料構成からなる。マトリックス金
属(Al-20wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aにセラ
ミックス粉末粒子(SiC)125Bを分散させた複合金属板(Si
C添加量: 70 vol%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 1
70W/m・K、厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複
合金属板125'の一方の主面に窒化珪素板110(熱膨張率:
3.4ppm/℃、熱伝導率: 90 W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイ
ズ: 30×50mm)がマトリックス金属125Aと同質材料から
なる厚さ400μmの接合金属層120により固着され、窒化
珪素板110の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質
材料からなる厚さ0.3mmの配線金属層130 (131、132)が
設けられている。また、接合金属層120から延長されて
設けられている表面金属層(厚さ: 50μm)122は、接合金
属層120より薄く形成されている。複合金属板125'は窒
化珪素板110の搭載部に凹部が設けられている。
【０１０５】図19は本実施例の絶縁型半導体装置を説明
する断面図である。絶縁型半導体装置900は図18に示し
た複合部材125を用いているほかは、基本的に前記実施
例1と同様の構成からなる。したがって詳細な説明を省
略するけれども、上述したように適正厚さの部材構成に
なっているため、本実施例の絶縁型半導体装置900は前
記実施例1と同等の初期性能及び信頼性が得られてい
る。また、本実施例の絶縁型半導体装置900は上述の優
れた性能に加えて、そり量の低減に関して著しい効果を
示した。この点について説明する。
する断面図である。絶縁型半導体装置900は図18に示し
た複合部材125を用いているほかは、基本的に前記実施
例1と同様の構成からなる。したがって詳細な説明を省
略するけれども、上述したように適正厚さの部材構成に
なっているため、本実施例の絶縁型半導体装置900は前
記実施例1と同等の初期性能及び信頼性が得られてい
る。また、本実施例の絶縁型半導体装置900は上述の優
れた性能に加えて、そり量の低減に関して著しい効果を
示した。この点について説明する。
【０１０６】本実施例の場合は、接合金属層120は400μ
mと厚いけれども、この層が複合金属板125'の端部領域
まで延長して形成されている表面金属層122は50μmと薄
い。このため、窒化珪素板110が搭載されていない端部
領域では、複合金属板125'と表面金属層122のバイメタ
ル効果による複合金属板125'の局部的変形(そり)が軽減
されている。この結果、複合金属板125'のそり量が20μ
mと、前記実施例1における50μmより大幅に低減されて
いる。
mと厚いけれども、この層が複合金属板125'の端部領域
まで延長して形成されている表面金属層122は50μmと薄
い。このため、窒化珪素板110が搭載されていない端部
領域では、複合金属板125'と表面金属層122のバイメタ
ル効果による複合金属板125'の局部的変形(そり)が軽減
されている。この結果、複合金属板125'のそり量が20μ
mと、前記実施例1における50μmより大幅に低減されて
いる。
【０１０７】複合金属板125'の端部領域は穴125Fを用い
て絶縁型半導体装置900を匡体にネジ締め固定する場所
に対応する。そり量が大きい状態のまま締め付けると端
部領域には新たな歪や応力が発生し、極端な場合は複合
金属板125'がクラック破壊する危険性を持つ。しかし、
本実施例複合金属板125'の表面金属層122は50μmと薄い
ため、端部領域の局部的変形は僅少にとどまり、ネジ締
め固定部の平坦性が保たれる。
て絶縁型半導体装置900を匡体にネジ締め固定する場所
に対応する。そり量が大きい状態のまま締め付けると端
部領域には新たな歪や応力が発生し、極端な場合は複合
金属板125'がクラック破壊する危険性を持つ。しかし、
本実施例複合金属板125'の表面金属層122は50μmと薄い
ため、端部領域の局部的変形は僅少にとどまり、ネジ締
め固定部の平坦性が保たれる。
【０１０８】（実施例４）本実施例は、セラミックス絶
縁板を埋め込み型複合部材を適用した絶縁型半導体装置
の例である。図20はセラミックス板埋め込み型複合部材
の断面模式図である。複合部材125は、マトリックス金
属(Al-28wt%Ge-1.5wt%Mg、固相点: 約420℃)125AにSiC
粉末粒子125Bを分散させた複合金属板(SiC添加量: 70vo
l%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 170W/m・K、厚
さ: 1mm、サイズ: 29.4×40.7mm)125'と、複合金属板12
5'の一方の主面に窒化アルミニウム板(熱膨張率: 3.2pp
m/℃、熱伝導率: 170W/m・K、厚さ: 0.4mm、サイズ: 21
×30mm) 110がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる厚さ250μmの接合金属層120により
固着され、窒化アルミニウム板110の他方の主面にマト
リックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる
厚さ0.1mmの配線金属層130 (131、132)が設けられてい
る。また、窒化アルミニウム板110は複合金属板125'側
に設けられた凹部の接合金属層120の領域に埋め込ま
れ、配線金属層130 (131、132)が形成される側の主面A
と複合金属板125'の表面Bとが略同一平面内に配置され
ている。配線金属層130 (131、132)及び複合金属板125'
の表面には、Niめっき(厚さ: 5μm)とAuめっき(厚さ: 1
μm)が順次施されている(図示を省略)。
縁板を埋め込み型複合部材を適用した絶縁型半導体装置
の例である。図20はセラミックス板埋め込み型複合部材
の断面模式図である。複合部材125は、マトリックス金
属(Al-28wt%Ge-1.5wt%Mg、固相点: 約420℃)125AにSiC
粉末粒子125Bを分散させた複合金属板(SiC添加量: 70vo
l%、熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 170W/m・K、厚
さ: 1mm、サイズ: 29.4×40.7mm)125'と、複合金属板12
5'の一方の主面に窒化アルミニウム板(熱膨張率: 3.2pp
m/℃、熱伝導率: 170W/m・K、厚さ: 0.4mm、サイズ: 21
×30mm) 110がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる厚さ250μmの接合金属層120により
固着され、窒化アルミニウム板110の他方の主面にマト
リックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる
厚さ0.1mmの配線金属層130 (131、132)が設けられてい
る。また、窒化アルミニウム板110は複合金属板125'側
に設けられた凹部の接合金属層120の領域に埋め込ま
れ、配線金属層130 (131、132)が形成される側の主面A
と複合金属板125'の表面Bとが略同一平面内に配置され
ている。配線金属層130 (131、132)及び複合金属板125'
の表面には、Niめっき(厚さ: 5μm)とAuめっき(厚さ: 1
μm)が順次施されている(図示を省略)。
【０１０９】本実施例では配線金属層130が形成される
窒化アルミニウム板110の主面Aと複合金属板125'の表面
Bとが略同一平面内にあるけれども、これらの面A、Bが
厳密に共通の平面内に位置しない場合、例えば両主面間
に±100μm程度の段差を有する場合でも本発明では同一
平面の範囲内として扱う。半導体基体101は窒化アルミ
ニウム板110上に複数個搭載されている。
窒化アルミニウム板110の主面Aと複合金属板125'の表面
Bとが略同一平面内にあるけれども、これらの面A、Bが
厳密に共通の平面内に位置しない場合、例えば両主面間
に±100μm程度の段差を有する場合でも本発明では同一
平面の範囲内として扱う。半導体基体101は窒化アルミ
ニウム板110上に複数個搭載されている。
【０１１０】以上の複合部材125は既述(図5)の基本プロ
セスにより製作される。複合部材125には 0.4mmと薄い
窒化アルミニウム板110が用いられ、しかもマトリック
ス金属(Al-28 wt%Ge-1.5wt%Mg)125Aが約420℃と低温で
固相化するため、複合部材125はそり量が30μm以下と平
坦性に優れている。また、本実施例における複合部材12
5の温度サイクル試験(-55〜150℃)を実施(試料数: 20
個)し、窒化アルミニウム板110のクラックの発生状況、
配線金属層130の剥離状況、接合金属層120の疲労破壊発
生状況、窒化アルミニウム板110と接合金属層120間の剥
離発生状況について観察した。温度サイクルを1万サイ
クル与えた過程では、上述したいずれの破壊も観測され
ていない。
セスにより製作される。複合部材125には 0.4mmと薄い
窒化アルミニウム板110が用いられ、しかもマトリック
ス金属(Al-28 wt%Ge-1.5wt%Mg)125Aが約420℃と低温で
固相化するため、複合部材125はそり量が30μm以下と平
坦性に優れている。また、本実施例における複合部材12
5の温度サイクル試験(-55〜150℃)を実施(試料数: 20
個)し、窒化アルミニウム板110のクラックの発生状況、
配線金属層130の剥離状況、接合金属層120の疲労破壊発
生状況、窒化アルミニウム板110と接合金属層120間の剥
離発生状況について観察した。温度サイクルを1万サイ
クル与えた過程では、上述したいずれの破壊も観測され
ていない。
【０１１１】複合部材125が優れた破壊耐量を有するの
は、構成部材が適正な厚さに調整されており、マトリッ
クス金属125A、配線金属層130、接合金属層120が低温で
固相化する同質かつ同一物性のAl合金で構成されている
ことに基づく。換言すると、e部の応力や配線金属層130
及び接合金属層120の歪が僅少に保たれているため、複
合部材125には優れた破壊耐量が付与される。更に、窒
化アルミニウム板110は複合金属板125'側に埋設されて
いるため、次に述べる本実施例絶縁型半導体装置900の
放熱性能に対しても良い効果をもたらす。
は、構成部材が適正な厚さに調整されており、マトリッ
クス金属125A、配線金属層130、接合金属層120が低温で
固相化する同質かつ同一物性のAl合金で構成されている
ことに基づく。換言すると、e部の応力や配線金属層130
及び接合金属層120の歪が僅少に保たれているため、複
合部材125には優れた破壊耐量が付与される。更に、窒
化アルミニウム板110は複合金属板125'側に埋設されて
いるため、次に述べる本実施例絶縁型半導体装置900の
放熱性能に対しても良い効果をもたらす。
【０１１２】図21は本実施例の絶縁型半導体装置を説明
する平面図、断面図及び回路図である。絶縁型半導体装
置900は以下の構成よりなる。SiからなるMOS FET素子基
体101(4個、7×7×0.28 mm)は、窒化アルミニウム板110
が埋め込まれた複合部材125の配線金属層131上にSn-3wt
% Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材113(厚さ: 70μm)
により搭載されている。また、配線金属層132にはチッ
プ抵抗112がSn-3wt%Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材1
24(図示を省略)により固着されている。これらのろう付
けは、ペースト状はんだ材を塗布した所定部に素子基体
101とチップ抵抗112をセットした後空気中で加熱し、は
んだ材が溶融した段階で真空雰囲気にしてフラックスや
気泡を排出させる工程をとる。
する平面図、断面図及び回路図である。絶縁型半導体装
置900は以下の構成よりなる。SiからなるMOS FET素子基
体101(4個、7×7×0.28 mm)は、窒化アルミニウム板110
が埋め込まれた複合部材125の配線金属層131上にSn-3wt
% Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材113(厚さ: 70μm)
により搭載されている。また、配線金属層132にはチッ
プ抵抗112がSn-3wt%Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材1
24(図示を省略)により固着されている。これらのろう付
けは、ペースト状はんだ材を塗布した所定部に素子基体
101とチップ抵抗112をセットした後空気中で加熱し、は
んだ材が溶融した段階で真空雰囲気にしてフラックスや
気泡を排出させる工程をとる。
【０１１３】また、あらかじめCuからなる端子30を一体
化したポリヒェニールサルフアイド樹脂ケース20が、シ
リコーン樹脂接着剤(図示を省略)により複合部材125に
取り付けられている。素子基体101のゲート、ソース及
びドレインにはそれぞれAl線(直径: 300μm)117のワイ
ヤボンディングが施こされている。ゲート端子30aは各
素子基体101が共用し、ソース端子30cとドレイン端子30
bは各素子基体101で専用するように配線されている。素
子基体101の搭載部にはシリコーンゲル樹脂22が充填さ
れ、チップ抵抗112搭載部にはエポキシ樹脂22a (図示を
省略)が塗布されている。ケース20にはポリヒェニール
サルフアイド樹脂蓋21を取り付けている。以上により製
作された本実施例絶縁型半導体装置900は、(c)に示す回
路を構成している。
化したポリヒェニールサルフアイド樹脂ケース20が、シ
リコーン樹脂接着剤(図示を省略)により複合部材125に
取り付けられている。素子基体101のゲート、ソース及
びドレインにはそれぞれAl線(直径: 300μm)117のワイ
ヤボンディングが施こされている。ゲート端子30aは各
素子基体101が共用し、ソース端子30cとドレイン端子30
bは各素子基体101で専用するように配線されている。素
子基体101の搭載部にはシリコーンゲル樹脂22が充填さ
れ、チップ抵抗112搭載部にはエポキシ樹脂22a (図示を
省略)が塗布されている。ケース20にはポリヒェニール
サルフアイド樹脂蓋21を取り付けている。以上により製
作された本実施例絶縁型半導体装置900は、(c)に示す回
路を構成している。
【０１１４】図22は本実施例絶縁型半導体装置の過渡熱
抵抗特性を示すグラフである。熱抵抗は通電時間を増す
につれて高い値をとる。定常熱抵抗(通電時間: 約3s以
降)は0.2℃/Wであり、優れた放熱性を示している。この
値は、例えば素子基体101が50Wの電力を消費した場合で
も基体101の温度上昇は10degと少なく、支持部材として
の複合部材125が温度140℃になっても素子基体101は安
定的に動作する(基体の安全動作温度が150℃の場合)。
このように優れた放熱性を示した理由は複合金属板125'
の熱伝導率が170W/m・Kと高いことに加えて、窒化アル
ミニウム板110が0.4mmと薄く、しかも窒化アルミニウム
板110が複合金属板125'側に埋め込まれていて基体101か
ら複合金属板125'の裏面に至る熱伝導路が短縮されてい
るためである。
抵抗特性を示すグラフである。熱抵抗は通電時間を増す
につれて高い値をとる。定常熱抵抗(通電時間: 約3s以
降)は0.2℃/Wであり、優れた放熱性を示している。この
値は、例えば素子基体101が50Wの電力を消費した場合で
も基体101の温度上昇は10degと少なく、支持部材として
の複合部材125が温度140℃になっても素子基体101は安
定的に動作する(基体の安全動作温度が150℃の場合)。
このように優れた放熱性を示した理由は複合金属板125'
の熱伝導率が170W/m・Kと高いことに加えて、窒化アル
ミニウム板110が0.4mmと薄く、しかも窒化アルミニウム
板110が複合金属板125'側に埋め込まれていて基体101か
ら複合金属板125'の裏面に至る熱伝導路が短縮されてい
るためである。
【０１１５】本実施例の絶縁型半導体装置900には-40〜
125℃の温度サイクル試験が施された。この試験を1万サ
イクル継続した後熱抵抗を測定した結果、初期値と同等
の0.2℃/Wが維持された。また、超音波探傷法によって
絶縁型半導体装置900の各積層界面の剥離、疲労による
接合金属層120のクラックの発生状況、窒化アルミニウ
ム板110のクラック発生状況、配線金属層130の剥離発生
状況を調べた。この結果、いずれの観測界面及び部材に
も上述の破壊は検出されなかった。
125℃の温度サイクル試験が施された。この試験を1万サ
イクル継続した後熱抵抗を測定した結果、初期値と同等
の0.2℃/Wが維持された。また、超音波探傷法によって
絶縁型半導体装置900の各積層界面の剥離、疲労による
接合金属層120のクラックの発生状況、窒化アルミニウ
ム板110のクラック発生状況、配線金属層130の剥離発生
状況を調べた。この結果、いずれの観測界面及び部材に
も上述の破壊は検出されなかった。
【０１１６】このように優れた信頼性が得られたのは、
本実施例の絶縁型半導体装置900が選択された厚さ構成
(窒化アルミニウム板: 0.4mm、複合金属板:1mm、配線金
属層: 0.1mm、接合金属層: 250μm)の複合部材125を適
用したことによる。配線金属層130と接合金属層120がマ
トリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金で構成
され、物性のアンバランスのないこれらの層130、120が
窒化アルミニウム板110をサンドウイッチしているた
め、これらの層130、120と窒化アルミニウム板110の間
の界面が同一の接合状態に保たれている。この結果、配
線金属層130側のe部に過度の応力が偏って作用したり、
接合金属層120に過度の歪が偏って作用したり、窒化ア
ルミニウム板110に過度の応力が集中することが避けら
れ、配線金属層130の剥離や接合金属層120の疲労破壊、
窒化アルミニウム板110のクラック破壊が抑えられる。
このような点も優れた信頼性の確保に寄与している。
本実施例の絶縁型半導体装置900が選択された厚さ構成
(窒化アルミニウム板: 0.4mm、複合金属板:1mm、配線金
属層: 0.1mm、接合金属層: 250μm)の複合部材125を適
用したことによる。配線金属層130と接合金属層120がマ
トリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金で構成
され、物性のアンバランスのないこれらの層130、120が
窒化アルミニウム板110をサンドウイッチしているた
め、これらの層130、120と窒化アルミニウム板110の間
の界面が同一の接合状態に保たれている。この結果、配
線金属層130側のe部に過度の応力が偏って作用したり、
接合金属層120に過度の歪が偏って作用したり、窒化ア
ルミニウム板110に過度の応力が集中することが避けら
れ、配線金属層130の剥離や接合金属層120の疲労破壊、
窒化アルミニウム板110のクラック破壊が抑えられる。
このような点も優れた信頼性の確保に寄与している。
【０１１７】本実施例の絶縁型半導体装置900では、素
子基体101を搭載するはんだ材113としてSn-3wt%Ag-0.8w
t%Cu合金が用いられている。このはんだ材113は前期実
施例1に掲げた金属あるいは合金で代替できる。
子基体101を搭載するはんだ材113としてSn-3wt%Ag-0.8w
t%Cu合金が用いられている。このはんだ材113は前期実
施例1に掲げた金属あるいは合金で代替できる。
【０１１８】素子基体101はIGBT、トランジスタ、サイ
リスタ、ダイオード等、MOS FET素子と異なる電気的機
能を持つものであってよい。また、半導体素子基体はSi
(4.2ppm/℃)、又はSi以外の材料(Ge: 5.8ppm/℃、GaAs:
6.5ppm/℃、GaP: 5.3ppm/℃、SiC: 3.7ppm/℃等)から
なる場合であっても本実施例と同様の効果が得られる。
リスタ、ダイオード等、MOS FET素子と異なる電気的機
能を持つものであってよい。また、半導体素子基体はSi
(4.2ppm/℃)、又はSi以外の材料(Ge: 5.8ppm/℃、GaAs:
6.5ppm/℃、GaP: 5.3ppm/℃、SiC: 3.7ppm/℃等)から
なる場合であっても本実施例と同様の効果が得られる。
【０１１９】図23は本実施例の絶縁型半導体装置が組み
込まれた電源回路装置のブロック図である。この電源回
路装置は、交流電力を整流し、電圧制御された電力を負
荷回路86に供給するものである。ここで、本実施例にお
ける負荷回路86はコンピュータの演算回路である。
込まれた電源回路装置のブロック図である。この電源回
路装置は、交流電力を整流し、電圧制御された電力を負
荷回路86に供給するものである。ここで、本実施例にお
ける負荷回路86はコンピュータの演算回路である。
【０１２０】（実施例５）本実施例では、パワー半導体
素子基体とその電気的動作を制御する回路を搭載した絶
縁型半導体装置及びこの半導体装置を用いた自動車用点
火装置について説明する。
素子基体とその電気的動作を制御する回路を搭載した絶
縁型半導体装置及びこの半導体装置を用いた自動車用点
火装置について説明する。
【０１２１】図24は本実施例の絶縁型半導体装置を説明
する鳥瞰図及び断面図である。絶縁型半導体装置900はS
iからなるIGBT素子基体101とその電気的動作を制御する
制御回路10を支持部材としての複合部材125上に搭載し
ている。窒化アルミニウム板(サイズ: 7×8×0.63mm) 1
10は厚さ1mm、面積約2 5×20mmの複合部材125に埋め込
まれており、素子基体101 (チップサイズ: 5×5×0.25m
m)は窒化アルミニウム板110に形成された配線金属層( 6
×7mm) 130上に、組成Sn-5wt% Sb-0.6wt%Ni-0.05wt%P合
金からなるはんだ材(厚さ: 200μm)113で固着されてい
る。また、複合部材125は周辺領域2に設けられた貫通孔
に埋め込まれ、周辺領域2の表面にはNiめっき(厚さ: 3
〜7μm、図示を省略)43が施されている。
する鳥瞰図及び断面図である。絶縁型半導体装置900はS
iからなるIGBT素子基体101とその電気的動作を制御する
制御回路10を支持部材としての複合部材125上に搭載し
ている。窒化アルミニウム板(サイズ: 7×8×0.63mm) 1
10は厚さ1mm、面積約2 5×20mmの複合部材125に埋め込
まれており、素子基体101 (チップサイズ: 5×5×0.25m
m)は窒化アルミニウム板110に形成された配線金属層( 6
×7mm) 130上に、組成Sn-5wt% Sb-0.6wt%Ni-0.05wt%P合
金からなるはんだ材(厚さ: 200μm)113で固着されてい
る。また、複合部材125は周辺領域2に設けられた貫通孔
に埋め込まれ、周辺領域2の表面にはNiめっき(厚さ: 3
〜7μm、図示を省略)43が施されている。
【０１２２】一方、制御回路10を構成するサイズ: 19×
10×0.8mmのアルミナ基板5には、厚さ約15μmの厚膜Cu
配線(図示省略)203、厚膜抵抗15及びオーバコートガラ
ス層(図示省略)が設けられている。アルミナ基板5の所
望領域には、Sn-3wt%Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材
124(図示を省略)によりICチップ基体16、コンデンサチ
ップ17、そしてガラススリーブ型ツェナーダイオードチ
ップ18等のチップ部品が搭載されている。これにより、
各チップ部品16、17、18ははんだ材124により厚膜抵抗1
5とともに厚膜Cu配線203と電気接続され、IGBT素子基体
101の動作を制御する制御回路10が構成されている。こ
のアルミナ基板5はシリコーン樹脂接着剤(図示省略)9に
より、複合部材125上に取り付けられている。素子基体1
01のエミッタ電極及びゲート電極は直径300μmのAl細線
117により制御回路10と電気的に連絡されている。素子
基体101のコレクタ電極(配線金属層130)は、アルミナ基
板5に設けられた厚膜配線203とAl細線117を経由して端
子30に電気接続されている。制御回路10もAl細線117'に
より端子30と電気的に連絡されている。
10×0.8mmのアルミナ基板5には、厚さ約15μmの厚膜Cu
配線(図示省略)203、厚膜抵抗15及びオーバコートガラ
ス層(図示省略)が設けられている。アルミナ基板5の所
望領域には、Sn-3wt%Ag-0.8wt%Cu合金からなるはんだ材
124(図示を省略)によりICチップ基体16、コンデンサチ
ップ17、そしてガラススリーブ型ツェナーダイオードチ
ップ18等のチップ部品が搭載されている。これにより、
各チップ部品16、17、18ははんだ材124により厚膜抵抗1
5とともに厚膜Cu配線203と電気接続され、IGBT素子基体
101の動作を制御する制御回路10が構成されている。こ
のアルミナ基板5はシリコーン樹脂接着剤(図示省略)9に
より、複合部材125上に取り付けられている。素子基体1
01のエミッタ電極及びゲート電極は直径300μmのAl細線
117により制御回路10と電気的に連絡されている。素子
基体101のコレクタ電極(配線金属層130)は、アルミナ基
板5に設けられた厚膜配線203とAl細線117を経由して端
子30に電気接続されている。制御回路10もAl細線117'に
より端子30と電気的に連絡されている。
【０１２３】以上の構造を有するアッセンブリは、(b)
に示す断面図に示すように、素子基体101の搭載部、チ
ップ部品が取り付けられたアルミナ基板5の搭載部、Al
細線117及び117'が完全に封止される如くに、複合部材1
25及び端子30の一部を含めてエポキシ樹脂22によるトラ
ンスファモールドが施されている。エポキシ樹脂22は熱
膨張率: 16ppm/℃、ガラス転移点: 155℃、体積抵抗率:
9×1015Ω・m(RT)、曲げ弾性率: 15.7GPa(1600kgf/mm
2)なる特性を有している。トランスファモールドは180
℃で実施し、次いで150℃で2hの熱処理を施して樹脂22
の硬化を促進させたものである。
に示す断面図に示すように、素子基体101の搭載部、チ
ップ部品が取り付けられたアルミナ基板5の搭載部、Al
細線117及び117'が完全に封止される如くに、複合部材1
25及び端子30の一部を含めてエポキシ樹脂22によるトラ
ンスファモールドが施されている。エポキシ樹脂22は熱
膨張率: 16ppm/℃、ガラス転移点: 155℃、体積抵抗率:
9×1015Ω・m(RT)、曲げ弾性率: 15.7GPa(1600kgf/mm
2)なる特性を有している。トランスファモールドは180
℃で実施し、次いで150℃で2hの熱処理を施して樹脂22
の硬化を促進させたものである。
【０１２４】また、複合部材125の半導体基体搭載部に
は、マトリックス金属(Al-28wt%Ge-1.5wt% Mg、固相点:
約420℃)125AにSiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属
板(SiC添加量: 70vol %、熱膨張率: 7.0ppm/℃、熱伝導
率: 170W/m・K、厚さ: 1.5mm)125'、マトリックス金属1
25Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金属層(厚
さ: 100μm)120を一体化した窒化アルミニウム板110、
窒化アルミニウム板110上に設けたマトリックス金属125
Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる配線金属層(厚
さ: 0.5mm)130で構成される複合金属板領域125'を有す
る。また、窒化アルミニウム板110は複合金属板125'側
の接合金属層120の領域に埋め込まれ、配線金属層130
が形成されている側の主面Aと複合金属板125'の表面Bと
が略同一平面内に位置している。複合金属板領域125'の
周辺領域2はマトリックス金属125Aと同質のAl合金から
なり、この領域と複合金属板領域125'とで複合部材125
が構成されている。
は、マトリックス金属(Al-28wt%Ge-1.5wt% Mg、固相点:
約420℃)125AにSiC粉末粒子125Bを分散させた複合金属
板(SiC添加量: 70vol %、熱膨張率: 7.0ppm/℃、熱伝導
率: 170W/m・K、厚さ: 1.5mm)125'、マトリックス金属1
25Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金属層(厚
さ: 100μm)120を一体化した窒化アルミニウム板110、
窒化アルミニウム板110上に設けたマトリックス金属125
Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる配線金属層(厚
さ: 0.5mm)130で構成される複合金属板領域125'を有す
る。また、窒化アルミニウム板110は複合金属板125'側
の接合金属層120の領域に埋め込まれ、配線金属層130
が形成されている側の主面Aと複合金属板125'の表面Bと
が略同一平面内に位置している。複合金属板領域125'の
周辺領域2はマトリックス金属125Aと同質のAl合金から
なり、この領域と複合金属板領域125'とで複合部材125
が構成されている。
【０１２５】図25は本実施例の絶縁型半導体装置の温度
サイクル試験による熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。図中の曲線Aは本実施例絶縁型半導体装置900、そし
て、曲線Bは同サイズの比較用絶縁型半導体装置(Cu製支
持板に銀ろう付けした窒化アルミニウム板を介してIGBT
素子基体をはんだ付け搭載した構造)に関するものであ
る。本実施例絶縁型半導体装置900の熱抵抗は、温度サ
イクル数: 5千サイクルまでの試験で初期値(約0.8℃/W)
が維持されている。以上のように、絶縁型半導体装置90
0は優れた信頼性が確保されていることが確認される。5
千サイクルの試験後にIGBT素子基体101のろう付け部を
調べたが、はんだ材層113、窒化アルミニウム板110、配
線金属層130、接合金属層120、窒化アルミニウム板110
と配線金属層130及び接合金属層120で構成される界面の
いずれにも破壊は生じていなかった。これは複合部材領
域125'の構成部材が適正な厚さに調整されていることに
よる。一方、比較用半導体装置の場合は、100サイクル
を過ぎると熱抵抗の上昇を生じている。これはIGBT素子
基体のろう付け部に熱伝導性を阻害する破壊を生じてい
ることを意味する。試験後の比較用半導体装置を分解調
査した結果、はんだ層が熱疲労破壊していることが確認
された。
サイクル試験による熱抵抗の推移を説明するグラフであ
る。図中の曲線Aは本実施例絶縁型半導体装置900、そし
て、曲線Bは同サイズの比較用絶縁型半導体装置(Cu製支
持板に銀ろう付けした窒化アルミニウム板を介してIGBT
素子基体をはんだ付け搭載した構造)に関するものであ
る。本実施例絶縁型半導体装置900の熱抵抗は、温度サ
イクル数: 5千サイクルまでの試験で初期値(約0.8℃/W)
が維持されている。以上のように、絶縁型半導体装置90
0は優れた信頼性が確保されていることが確認される。5
千サイクルの試験後にIGBT素子基体101のろう付け部を
調べたが、はんだ材層113、窒化アルミニウム板110、配
線金属層130、接合金属層120、窒化アルミニウム板110
と配線金属層130及び接合金属層120で構成される界面の
いずれにも破壊は生じていなかった。これは複合部材領
域125'の構成部材が適正な厚さに調整されていることに
よる。一方、比較用半導体装置の場合は、100サイクル
を過ぎると熱抵抗の上昇を生じている。これはIGBT素子
基体のろう付け部に熱伝導性を阻害する破壊を生じてい
ることを意味する。試験後の比較用半導体装置を分解調
査した結果、はんだ層が熱疲労破壊していることが確認
された。
【０１２６】なお、本実施例絶縁型半導体装置900の初
期熱抵抗は0.8℃/Wである。この値は、IGBT素子基体101
が50Wの電力を消費した場合でも40degしか温度上昇しな
いこと、及び複合部材125が100℃程度に昇温するエンジ
ンルーム環境下で稼働しても素子基体101の温度は安定
動作するための限界温度150℃を越えないことを意味す
る。このことから絶縁型半導体装置900は過酷な環境下
に実装しても安定した性能を維持できることが理解され
る。これは自動車用半導体装置として特に好ましい点で
ある。
期熱抵抗は0.8℃/Wである。この値は、IGBT素子基体101
が50Wの電力を消費した場合でも40degしか温度上昇しな
いこと、及び複合部材125が100℃程度に昇温するエンジ
ンルーム環境下で稼働しても素子基体101の温度は安定
動作するための限界温度150℃を越えないことを意味す
る。このことから絶縁型半導体装置900は過酷な環境下
に実装しても安定した性能を維持できることが理解され
る。これは自動車用半導体装置として特に好ましい点で
ある。
【０１２７】図26は本実施例の絶縁型半導体装置900の
回路を説明する図である。IGBT素子基体101のエミッタ
及びゲートは制御回路10と電気的に接続され、素子101
の動作はこの回路10により制御される。制御回路10には
抵抗15、ICチップ基体16、コンデンサチップ17、そして
ツェナーダイオードチップ18が搭載され、これらの素子
は厚膜Cu配線203により接続されている。素子101と制御
回路10からはそれぞれ端子30が引き出されている。この
絶縁型半導体装置900は自動車用エンジン点火装置のコ
イルへ給電するのに用いられ、最高周囲温度80℃の環境
のもとでガソリンを点火するのに使用された。自動車の
走行距離10万キロメートルに相当する稼働においても、
絶縁型半導体装置900はその回路機能を維持することが
確認された。
回路を説明する図である。IGBT素子基体101のエミッタ
及びゲートは制御回路10と電気的に接続され、素子101
の動作はこの回路10により制御される。制御回路10には
抵抗15、ICチップ基体16、コンデンサチップ17、そして
ツェナーダイオードチップ18が搭載され、これらの素子
は厚膜Cu配線203により接続されている。素子101と制御
回路10からはそれぞれ端子30が引き出されている。この
絶縁型半導体装置900は自動車用エンジン点火装置のコ
イルへ給電するのに用いられ、最高周囲温度80℃の環境
のもとでガソリンを点火するのに使用された。自動車の
走行距離10万キロメートルに相当する稼働においても、
絶縁型半導体装置900はその回路機能を維持することが
確認された。
【０１２８】なお、表3は窒化アルミニウム板を適用し
た場合の複合部材の構成部材最適厚さを示す。最適厚さ
は窒化珪素板適用の場合とほぼ同様であるので、概要を
まとめるにとどめる。
た場合の複合部材の構成部材最適厚さを示す。最適厚さ
は窒化珪素板適用の場合とほぼ同様であるので、概要を
まとめるにとどめる。
【０１２９】
【表３】
【０１３０】（実施例６）本実施例ではDC/DCコンバー
タ用絶縁型半導体装置について説明する。本実施例の絶
縁型半導体装置900は基本的に実施例２に記載の絶縁型
半導体装置と同様の構成を有しているので、重複する点
の説明を避け変更した要点のみを以下に記述する。
タ用絶縁型半導体装置について説明する。本実施例の絶
縁型半導体装置900は基本的に実施例２に記載の絶縁型
半導体装置と同様の構成を有しているので、重複する点
の説明を避け変更した要点のみを以下に記述する。
【０１３１】図27は本実施例の絶縁型半導体装置用複合
部材の断面模式図である。複合部材125が実施例1と異な
る第1の点は、サイズ: 68×46×10mmの複合金属板125'
上に窒化珪素板(30×20×0.63mm)110が2枚搭載されてい
ることである。また、前記実施例1と異なる第2の点は、
複合金属板125'に分散されているセラミックス粉末粒子
125BがSiCとAlNからなる混合粉末である点である。ここ
で、混合粉末125Bは75vol%添加されており、熱膨張率が
6.8ppm/℃、熱伝導率が160W/m・Kに調整されている。な
お、本実施例における窒化珪素板110は2枚とも同一素材
のものである必要はなく、要求に応じて異なるセラミッ
クス板110を組み合わせてもよい(例えば一方は窒化アル
ミニウムで、他方はアルミナ)。組み合わせる素材は窒
化珪素、窒化アルミニウム、アルミナの中から任意に選
択できる。更に組み合わせるセラミックス板は2枚以上
であってもよい。また、マトリックス金属125Aと同質か
つ同一物性のAl合金材料からなる配線金属層(厚さ: 1.2
mm)130と接合金属層(厚さ:50μm)120が窒化珪素板110の
両面に形成されている。
部材の断面模式図である。複合部材125が実施例1と異な
る第1の点は、サイズ: 68×46×10mmの複合金属板125'
上に窒化珪素板(30×20×0.63mm)110が2枚搭載されてい
ることである。また、前記実施例1と異なる第2の点は、
複合金属板125'に分散されているセラミックス粉末粒子
125BがSiCとAlNからなる混合粉末である点である。ここ
で、混合粉末125Bは75vol%添加されており、熱膨張率が
6.8ppm/℃、熱伝導率が160W/m・Kに調整されている。な
お、本実施例における窒化珪素板110は2枚とも同一素材
のものである必要はなく、要求に応じて異なるセラミッ
クス板110を組み合わせてもよい(例えば一方は窒化アル
ミニウムで、他方はアルミナ)。組み合わせる素材は窒
化珪素、窒化アルミニウム、アルミナの中から任意に選
択できる。更に組み合わせるセラミックス板は2枚以上
であってもよい。また、マトリックス金属125Aと同質か
つ同一物性のAl合金材料からなる配線金属層(厚さ: 1.2
mm)130と接合金属層(厚さ:50μm)120が窒化珪素板110の
両面に形成されている。
【０１３２】以上により製作された絶縁型半導体装置90
0は、図28に示す回路を構成している。ゲート端子30aは
MOS FET素子101ごとに専用のものを配置し、補助端子30
c、入力端子30A、出力端子30Bは各素子101間で共用する
ように配線されている。
0は、図28に示す回路を構成している。ゲート端子30aは
MOS FET素子101ごとに専用のものを配置し、補助端子30
c、入力端子30A、出力端子30Bは各素子101間で共用する
ように配線されている。
【０１３３】本実施例の絶縁型半導体装置900の1個の素
子基体101当たりの定常熱抵抗は約0.18℃/W)であった。
この値は、周囲温度100℃以上の条件下で素子基体101が
50Wの電力を消費した場合でも、素子101は安定的に動作
(素子基体101の温度は125℃を越えない)できることを意
味する。本実施例絶縁型半導体装置900では0.63mmと厚
い窒化珪素板110が用いられているにもかかわらず優れ
た放熱性が得られたのは、配線金属層130が1.2mmと厚く
形成されているため素子基体101から放出される熱が横
方向に拡がり、効率よい熱伝達がなされたことによる。
子基体101当たりの定常熱抵抗は約0.18℃/W)であった。
この値は、周囲温度100℃以上の条件下で素子基体101が
50Wの電力を消費した場合でも、素子101は安定的に動作
(素子基体101の温度は125℃を越えない)できることを意
味する。本実施例絶縁型半導体装置900では0.63mmと厚
い窒化珪素板110が用いられているにもかかわらず優れ
た放熱性が得られたのは、配線金属層130が1.2mmと厚く
形成されているため素子基体101から放出される熱が横
方向に拡がり、効率よい熱伝達がなされたことによる。
【０１３４】本実施例の絶縁型半導体装置900の温度サ
イクル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡し
た。温度サイクル数5千サイクルまでは初期値と同等の
熱抵抗(約0.18℃/W)が維持された。複合金属板125'の熱
膨張率が6.8ppm/℃と低い値に調整されていること、構
成部材が適正厚さに調整されていることが優れた信頼性
を確保できた主因である。また、配線金属層130と接合
金属層120はマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性
のAl合金で構成され、これらの物性が同一である点も優
れた信頼性の確保に寄与している。
イクル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡し
た。温度サイクル数5千サイクルまでは初期値と同等の
熱抵抗(約0.18℃/W)が維持された。複合金属板125'の熱
膨張率が6.8ppm/℃と低い値に調整されていること、構
成部材が適正厚さに調整されていることが優れた信頼性
を確保できた主因である。また、配線金属層130と接合
金属層120はマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性
のAl合金で構成され、これらの物性が同一である点も優
れた信頼性の確保に寄与している。
【０１３５】図29は本実施例の絶縁型半導体装置が組み
込まれたDC/DCコンバータのブロック図である。DC/DCコ
ンバータ90は絶縁型半導体装置900、絶縁型半導体装置9
00を駆動させるための制御回路10a、変圧器81、整流回
路82、そして平滑及び制御回路83が組み込まれ、入力電
源84の電圧を昇降圧した電力を電池85に供給し、この電
力は最終的に負荷回路86に送られる。ここで、負荷回路
とは例えば自動車用の照明機器、ワイパー、窓、エアコ
ン等の動力源としてのモータ類、エンジン用点火装置、
センサ類などを言う。以上のDC/DCコンバータ装置90は
自動車に取り付けられ、走行距離10万キロメートルに相
当する稼働条件下で性能が確認された。この結果、本実
施例絶縁型半導体装置900及びコンバータ装置90は10万
キロメートル走行後でも所期の回路機能が維持されるこ
とが確認された。
込まれたDC/DCコンバータのブロック図である。DC/DCコ
ンバータ90は絶縁型半導体装置900、絶縁型半導体装置9
00を駆動させるための制御回路10a、変圧器81、整流回
路82、そして平滑及び制御回路83が組み込まれ、入力電
源84の電圧を昇降圧した電力を電池85に供給し、この電
力は最終的に負荷回路86に送られる。ここで、負荷回路
とは例えば自動車用の照明機器、ワイパー、窓、エアコ
ン等の動力源としてのモータ類、エンジン用点火装置、
センサ類などを言う。以上のDC/DCコンバータ装置90は
自動車に取り付けられ、走行距離10万キロメートルに相
当する稼働条件下で性能が確認された。この結果、本実
施例絶縁型半導体装置900及びコンバータ装置90は10万
キロメートル走行後でも所期の回路機能が維持されるこ
とが確認された。
【０１３６】（実施例７）本実施例では、冷却フィンを
設けた新たな複合部材にMOS FETパワー半導体素子基体
が組み込まれたDC/DCコンバータ用絶縁型半導体装置に
ついて説明する。本実施例の絶縁型半導体装置900は基
本的に実施例６に記載の絶縁型半導体装置と同様の構成
を有しているので、変更点のみを以下に記述する。
設けた新たな複合部材にMOS FETパワー半導体素子基体
が組み込まれたDC/DCコンバータ用絶縁型半導体装置に
ついて説明する。本実施例の絶縁型半導体装置900は基
本的に実施例６に記載の絶縁型半導体装置と同様の構成
を有しているので、変更点のみを以下に記述する。
【０１３７】図30は本実施例絶縁型半導体装置に適用し
た複合部材を説明する断面模式図である。本実施例絶縁
型半導体装置900は複合金属板125'上に窒化珪素板(30×
20×0.3mm)110を2枚搭載した複合部材125を適用してい
る。前期実施例5と異なる点はマトリックス金属125Aに
分散されているセラミックス粉末粒子125BがAlNであ
り、複合金属板(サイズ: 68×46×10 mm)125'の裏面に
冷却フィン125Gを設けていることである。AlN粉末125B
は75vol%添加されており、複合金属板125'の熱膨張率は
6.8ppm/℃、熱伝導率は180W/m・Kに調整されている。
た複合部材を説明する断面模式図である。本実施例絶縁
型半導体装置900は複合金属板125'上に窒化珪素板(30×
20×0.3mm)110を2枚搭載した複合部材125を適用してい
る。前期実施例5と異なる点はマトリックス金属125Aに
分散されているセラミックス粉末粒子125BがAlNであ
り、複合金属板(サイズ: 68×46×10 mm)125'の裏面に
冷却フィン125Gを設けていることである。AlN粉末125B
は75vol%添加されており、複合金属板125'の熱膨張率は
6.8ppm/℃、熱伝導率は180W/m・Kに調整されている。
【０１３８】以上により製作された本実施例絶縁型半導
体装置900は、図28に示した回路を構成している。
体装置900は、図28に示した回路を構成している。
【０１３９】本実施例絶縁型半導体装置900の1個のMOS
FET素子101当たりの定常熱抵抗は約0.15℃/W)で、前記
実施例5の場合より更に放熱性が向上した。優れた放熱
性得られたのは冷却フィン125Gを設けたことによる効果
である。
FET素子101当たりの定常熱抵抗は約0.15℃/W)で、前記
実施例5の場合より更に放熱性が向上した。優れた放熱
性得られたのは冷却フィン125Gを設けたことによる効果
である。
【０１４０】本実施例絶縁型半導体装置900の温度サイ
クル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡した。
温度サイクル数 5千サイクルまでは初期値と同等の熱抵
抗(約0.15℃/W)が維持された。これは、前記実施例5と
同様に複合金属板125'の熱膨張率が6.8ppm/℃と小さい
値に調整されていること、複合部材125の構成部材が適
正値に調整されていることに基づく。
クル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡した。
温度サイクル数 5千サイクルまでは初期値と同等の熱抵
抗(約0.15℃/W)が維持された。これは、前記実施例5と
同様に複合金属板125'の熱膨張率が6.8ppm/℃と小さい
値に調整されていること、複合部材125の構成部材が適
正値に調整されていることに基づく。
【０１４１】本実施例絶縁型半導体装置900は前記実施
例5と同様に、図29に示したDC/DCコンバータに組み込ま
れた。この結果前記実施例5と同様に優れた回路機能が
確認された。
例5と同様に、図29に示したDC/DCコンバータに組み込ま
れた。この結果前記実施例5と同様に優れた回路機能が
確認された。
【０１４２】なお、以下にAl合金からなるマトリックス
金属125AにAlN粉末粒子125Bを分散させた複合金属板12
5'について説明する。図31はAlN粉末添加複合金属板の
熱膨張率及び熱伝導率の関係を説明するグラフである。
AlN粉末粒子125Bを添加した系でも、SiC粉末添加系(図3
及び4)と基本的には同様の傾向を示している。詳細説明
は省略するけれども、AlN粉末粒子の添加量を調整する
ことにより、絶縁型半導体装置の用途や目標性能に合わ
せて所望の熱膨張率及び熱伝導率を選択できる。
金属125AにAlN粉末粒子125Bを分散させた複合金属板12
5'について説明する。図31はAlN粉末添加複合金属板の
熱膨張率及び熱伝導率の関係を説明するグラフである。
AlN粉末粒子125Bを添加した系でも、SiC粉末添加系(図3
及び4)と基本的には同様の傾向を示している。詳細説明
は省略するけれども、AlN粉末粒子の添加量を調整する
ことにより、絶縁型半導体装置の用途や目標性能に合わ
せて所望の熱膨張率及び熱伝導率を選択できる。
【０１４３】（実施例８）本実施例では、水冷機構を設
けた新たな複合部材を適用したDC/DCコンバータ用絶縁
型半導体装置について説明する。本実施例の絶縁型半導
体装置900は基本的に前記実施例6に記載の絶縁型半導体
装置と同様の構成を有しているので、変更点のみを以下
に記述する。
けた新たな複合部材を適用したDC/DCコンバータ用絶縁
型半導体装置について説明する。本実施例の絶縁型半導
体装置900は基本的に前記実施例6に記載の絶縁型半導体
装置と同様の構成を有しているので、変更点のみを以下
に記述する。
【０１４４】図32は本実施例絶縁型半導体装置に適用し
た複合部材を説明する断面模式図である。複合部材125
は複合金属板125'上に窒化珪素板(30×20×0.3mm)110が
2枚搭載されている点、マトリックス金属125Aに分散さ
れているセラミックス粉末粒子125BがSiCとAlNの混合粉
末である点では前記実施例5と同様である。異なる点
は、複合金属板(サイズ: 68×46×20 mm)125'の中に冷
却用流体を循環させる流路125Hを設けていることであ
る。混合粉末125Bは75vol%添加されており、複合金属板
125'の熱膨張率は6.8ppm/℃、熱伝導率は160W/m・Kに調
整されている。以上により製作された本実施例絶縁型半
導体装置900は、図28に示した回路を構成している。
た複合部材を説明する断面模式図である。複合部材125
は複合金属板125'上に窒化珪素板(30×20×0.3mm)110が
2枚搭載されている点、マトリックス金属125Aに分散さ
れているセラミックス粉末粒子125BがSiCとAlNの混合粉
末である点では前記実施例5と同様である。異なる点
は、複合金属板(サイズ: 68×46×20 mm)125'の中に冷
却用流体を循環させる流路125Hを設けていることであ
る。混合粉末125Bは75vol%添加されており、複合金属板
125'の熱膨張率は6.8ppm/℃、熱伝導率は160W/m・Kに調
整されている。以上により製作された本実施例絶縁型半
導体装置900は、図28に示した回路を構成している。
【０１４５】本実施例絶縁型半導体装置900の1個のMOS
FET素子101当たりの定常熱抵抗は約0.10℃/W)で、前記
実施例5の場合より更に放熱性が向上した。優れた放熱
性得られたのは前記実施例5の場合と同様の効果による
ことに加えて、複合金属板125'に流体循環用の流路125H
を設けて水冷機構を付加したことによる。流路125Hには
水以外に、他の液体又は気体の冷媒を循環させることが
できる。
FET素子101当たりの定常熱抵抗は約0.10℃/W)で、前記
実施例5の場合より更に放熱性が向上した。優れた放熱
性得られたのは前記実施例5の場合と同様の効果による
ことに加えて、複合金属板125'に流体循環用の流路125H
を設けて水冷機構を付加したことによる。流路125Hには
水以外に、他の液体又は気体の冷媒を循環させることが
できる。
【０１４６】本実施例絶縁型半導体装置900の温度サイ
クル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡した。
温度サイクル数 5千サイクルまでは、初期値と同等の熱
抵抗(約0.10℃/W)が維持された。これは、前記実施例5
と同様に複合金属板125'の熱膨張率が6.8ppm/℃と小さ
い値に調整されていること、複合部材125の構成部材が
適正値に調整されていることに基づく。
クル試験(-55〜150℃)による熱抵抗の推移を追跡した。
温度サイクル数 5千サイクルまでは、初期値と同等の熱
抵抗(約0.10℃/W)が維持された。これは、前記実施例5
と同様に複合金属板125'の熱膨張率が6.8ppm/℃と小さ
い値に調整されていること、複合部材125の構成部材が
適正値に調整されていることに基づく。
【０１４７】本実施例絶縁型半導体装置900は前記実施
例6と同様に、図29に示したDC/DCコンバータに組み込ま
れた。この結果前記実施例5と同様に優れた回路機能が
確認された。
例6と同様に、図29に示したDC/DCコンバータに組み込ま
れた。この結果前記実施例5と同様に優れた回路機能が
確認された。
【０１４８】（実施例９）本実施例ではIC基体を搭載し
た樹脂モールド絶縁型半導体装置について説明する。図
33は樹脂モールドした絶縁型半導体装置の断面模式図で
ある。この絶縁型半導体装置900では、IC基体(サイズ:4
×4×0.25mm)101は、複合部材125上にSn-10wt%Sb合金か
らなるはんだ材113により接合されている。
た樹脂モールド絶縁型半導体装置について説明する。図
33は樹脂モールドした絶縁型半導体装置の断面模式図で
ある。この絶縁型半導体装置900では、IC基体(サイズ:4
×4×0.25mm)101は、複合部材125上にSn-10wt%Sb合金か
らなるはんだ材113により接合されている。
【０１４９】複合部材125はマトリックス金属(Al-7wt%S
i-1.5wt% Mg、固相点: 約550℃)125Aにc-BN粉末粒子125
Bを分散させた複合金属板(c-BN添加量: 60 vol%、熱膨
張率:9.1ppm/℃、熱伝導率: 200 W/m・K、厚さ: 1mm、
サイズ: 6×8mm) 125'と、複合金属板125'の一方の主面
にアルミナ板110(熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 20
W/m・K、厚さ: 0.25mm、サイズ: 5×7mm)がマトリック
ス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金
属層(厚さ: 25μm)120により固着され、アルミナ板110
の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる配線金属層(厚さ: 0.1 mm) 130が設
けられている。
i-1.5wt% Mg、固相点: 約550℃)125Aにc-BN粉末粒子125
Bを分散させた複合金属板(c-BN添加量: 60 vol%、熱膨
張率:9.1ppm/℃、熱伝導率: 200 W/m・K、厚さ: 1mm、
サイズ: 6×8mm) 125'と、複合金属板125'の一方の主面
にアルミナ板110(熱膨張率: 7.2ppm/℃、熱伝導率: 20
W/m・K、厚さ: 0.25mm、サイズ: 5×7mm)がマトリック
ス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金
属層(厚さ: 25μm)120により固着され、アルミナ板110
の他方の主面にマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる配線金属層(厚さ: 0.1 mm) 130が設
けられている。
【０１５０】IC基体101とリードフレーム30の間は直径2
5μmのAu細線117をワイヤボンディングして接続されて
いる。また、複合部材125とリードフレーム30の間はは
んだ材113により固定されている。これらの一体化物は
複合部材125の一部と最終的に端子となるリードフレー
ム30の一部を残して、全てがエポキシ樹脂22により被覆
されている。図示はしていないけれども、複合部材125
にはAlフィン等の冷却用部材を取り付けて一層放熱効果
を高めることが可能である。以上に説明した本実施例絶
縁型半導体装置900はプリント板の如き配線基板上に表
面実装するのに適した構造になっている。
5μmのAu細線117をワイヤボンディングして接続されて
いる。また、複合部材125とリードフレーム30の間はは
んだ材113により固定されている。これらの一体化物は
複合部材125の一部と最終的に端子となるリードフレー
ム30の一部を残して、全てがエポキシ樹脂22により被覆
されている。図示はしていないけれども、複合部材125
にはAlフィン等の冷却用部材を取り付けて一層放熱効果
を高めることが可能である。以上に説明した本実施例絶
縁型半導体装置900はプリント板の如き配線基板上に表
面実装するのに適した構造になっている。
【０１５１】本実施例の絶縁型半導体装置900の熱抵抗
は1.2℃/Wを示した。この値はIC基体101が10Wの電力を
消費した場合でも12degしか昇温しないことを意味す
る。また、絶縁型半導体装置900には-40〜125℃の温度
サイクル試験(1千サイクル)を施したけれども、絶縁型
半導体装置900の熱抵抗増加及び電気的機能劣化は観測
されなかった。これは、複合部材125の構成部材が適正
厚さにに調整され、接合金属層120及び配線金属層130が
マトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金から
なり、両者120、130が同一物性になっている点に基づ
く。
は1.2℃/Wを示した。この値はIC基体101が10Wの電力を
消費した場合でも12degしか昇温しないことを意味す
る。また、絶縁型半導体装置900には-40〜125℃の温度
サイクル試験(1千サイクル)を施したけれども、絶縁型
半導体装置900の熱抵抗増加及び電気的機能劣化は観測
されなかった。これは、複合部材125の構成部材が適正
厚さにに調整され、接合金属層120及び配線金属層130が
マトリックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金から
なり、両者120、130が同一物性になっている点に基づ
く。
【０１５２】
【表４】
【０１５３】表3はアルミナ板適用の複合部材における
構成部材最適厚さを示す。最適厚さは窒化珪素板適用の
場合と大幅には異なっていないので、概要をまとめるに
とどめる。
構成部材最適厚さを示す。最適厚さは窒化珪素板適用の
場合と大幅には異なっていないので、概要をまとめるに
とどめる。
【０１５４】また、以下にAl合金からなるマトリックス
金属125Aにc-BN粉末粒子125Bを分散させた複合金属板12
5'について説明する。図34はc-BN粉末添加複合金属板の
熱膨張率及び熱伝導率の関係を説明するグラフである。
c-BN粉末粒子125Bを添加した系でも、SiC粉末添加系(図
3及び4)と基本的には同様の傾向を示している。詳細な
説明は省略するけれども、c-BN粉末粒子の添加量を調整
することにより、絶縁型半導体装置の用途や目標性能に
合わせて所望の熱膨張率及び熱伝導率を選択できる。
金属125Aにc-BN粉末粒子125Bを分散させた複合金属板12
5'について説明する。図34はc-BN粉末添加複合金属板の
熱膨張率及び熱伝導率の関係を説明するグラフである。
c-BN粉末粒子125Bを添加した系でも、SiC粉末添加系(図
3及び4)と基本的には同様の傾向を示している。詳細な
説明は省略するけれども、c-BN粉末粒子の添加量を調整
することにより、絶縁型半導体装置の用途や目標性能に
合わせて所望の熱膨張率及び熱伝導率を選択できる。
【０１５５】（実施例１０）本実施例では、フレーム型
半導体装置用複合部材について説明する。図35はフレー
ム型複合部材を適用した絶縁型半導体装置を説明する平
面図及び断面図である。先ず平面図(a)を用いて説明す
る。フレーム型複合部材(240×25×2mm)125は最終的に1
つの絶縁型半導体装置を形成する区画905が連続的に配
列(5連)されている。各区画905内には、複合金属板領域
125a''、125b''と周辺領域2からなる半導体基体搭載領
域906、取り付け穴125F、切断用穴100が設けられてい
る。このフレーム型複合部材125はインテリジェントヒ
ューズリレー装置用のもので、複合金属板領域にはIC基
体(4.5×4.5×0.28mm)101aを搭載する複合金属板領域12
5a''と、MOS FET素子基体(4.0×4.0×0.28mm) 101を搭
載する複合金属板領域125b''とを有している。複合金属
板領域125a''、125b''の周辺には実施例２と同様のマト
リックス金属125Aと同質材料からなる周辺領域2が形成
され、複合金属板領域125a''、 125b''とともに複合部
材125の主要部を構成している。
半導体装置用複合部材について説明する。図35はフレー
ム型複合部材を適用した絶縁型半導体装置を説明する平
面図及び断面図である。先ず平面図(a)を用いて説明す
る。フレーム型複合部材(240×25×2mm)125は最終的に1
つの絶縁型半導体装置を形成する区画905が連続的に配
列(5連)されている。各区画905内には、複合金属板領域
125a''、125b''と周辺領域2からなる半導体基体搭載領
域906、取り付け穴125F、切断用穴100が設けられてい
る。このフレーム型複合部材125はインテリジェントヒ
ューズリレー装置用のもので、複合金属板領域にはIC基
体(4.5×4.5×0.28mm)101aを搭載する複合金属板領域12
5a''と、MOS FET素子基体(4.0×4.0×0.28mm) 101を搭
載する複合金属板領域125b''とを有している。複合金属
板領域125a''、125b''の周辺には実施例２と同様のマト
リックス金属125Aと同質材料からなる周辺領域2が形成
され、複合金属板領域125a''、 125b''とともに複合部
材125の主要部を構成している。
【０１５６】(b)は(a)におけるA-B断面の模式図を示
す。実施例２と同様の複合金属板125'と窒化珪素板(5.5
×5.5×0.3mm)110が複合金属板125'のマトリックス金属
125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金属層
(厚さ: 30μm)120により一体化され、窒化珪素板110の
他方の面にはマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性
のAl合金からなる配線金属層(厚さ: 0.1m)130が設けら
れている。また、図示はしていないけれども、素子基体
101を搭載する複合金属板領域125b''にも窒化珪素板(5
×5×0.3mm)110とマトリックス金属125Aと同質かつ同一
物性のAl合金材料からなる配線金属層(4.5×4.5 mm、
厚さ: 0.1mm)130が設けられ、この窒化珪素板110もマト
リックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる
接合金属層(厚さ: 30μm)120により複合金属板125'と接
合されている。複合金属板領域125a''や125b''の周辺に
はマトリックス金属125Aと同質の金属からなる周辺領域
2が形成され、複合金属板領域125a''、 125b''とともに
複合部材125の主要部を構成している。
す。実施例２と同様の複合金属板125'と窒化珪素板(5.5
×5.5×0.3mm)110が複合金属板125'のマトリックス金属
125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる接合金属層
(厚さ: 30μm)120により一体化され、窒化珪素板110の
他方の面にはマトリックス金属125Aと同質かつ同一物性
のAl合金からなる配線金属層(厚さ: 0.1m)130が設けら
れている。また、図示はしていないけれども、素子基体
101を搭載する複合金属板領域125b''にも窒化珪素板(5
×5×0.3mm)110とマトリックス金属125Aと同質かつ同一
物性のAl合金材料からなる配線金属層(4.5×4.5 mm、
厚さ: 0.1mm)130が設けられ、この窒化珪素板110もマト
リックス金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる
接合金属層(厚さ: 30μm)120により複合金属板125'と接
合されている。複合金属板領域125a''や125b''の周辺に
はマトリックス金属125Aと同質の金属からなる周辺領域
2が形成され、複合金属板領域125a''、 125b''とともに
複合部材125の主要部を構成している。
【０１５７】(c)はフレーム型複合部材125を適用した絶
縁型半導体装置900の断面模式図である。複合部材125に
は複合金属板領域125a''、125b''と、マトリックス金属
125Aと同質材料からなる周辺領域2とを有している(詳細
は(b)を参照)。複合金属板領域125a''にはIC基体101a、
領域125b''にはMOS FET素子基体101がSn-3wt%Ag-0.5wt%
Cuからなるはんだ材113(図示省略)により搭載されてい
る。基体101aは直径30μmのAuワイヤ(図示省略)、基体1
01は直径100μmのAlワイヤ117により端子30、31に接続
されている。これらのアッセンブリはエポキシ樹脂22の
射出成形法により封止されている。この絶縁型半導体装
置900は寸法40×29×10mmを有している。
縁型半導体装置900の断面模式図である。複合部材125に
は複合金属板領域125a''、125b''と、マトリックス金属
125Aと同質材料からなる周辺領域2とを有している(詳細
は(b)を参照)。複合金属板領域125a''にはIC基体101a、
領域125b''にはMOS FET素子基体101がSn-3wt%Ag-0.5wt%
Cuからなるはんだ材113(図示省略)により搭載されてい
る。基体101aは直径30μmのAuワイヤ(図示省略)、基体1
01は直径100μmのAlワイヤ117により端子30、31に接続
されている。これらのアッセンブリはエポキシ樹脂22の
射出成形法により封止されている。この絶縁型半導体装
置900は寸法40×29×10mmを有している。
【０１５８】以上の構成の絶縁型半導体装置900におけ
る素子基体101を搭載した部分の熱抵抗を測定したとこ
ろ0.3℃/Wを示した。また、この装置900には温度サイク
ル試験(-40〜125℃、3千サイクル)を施した。試験終了
後の熱抵抗は初期値と同等の値が維持されていた。この
ように優れた放熱性や信頼性が得られたのは、複合部材
125を構成する各部材が適正な厚さに調整され、接合金
属層120及び配線金属層130がマトリックス金属125Aと同
質かつ同一物性のAl合金で構成され、両層120、130が同
一物性に調整されていることによる。
る素子基体101を搭載した部分の熱抵抗を測定したとこ
ろ0.3℃/Wを示した。また、この装置900には温度サイク
ル試験(-40〜125℃、3千サイクル)を施した。試験終了
後の熱抵抗は初期値と同等の値が維持されていた。この
ように優れた放熱性や信頼性が得られたのは、複合部材
125を構成する各部材が適正な厚さに調整され、接合金
属層120及び配線金属層130がマトリックス金属125Aと同
質かつ同一物性のAl合金で構成され、両層120、130が同
一物性に調整されていることによる。
【０１５９】（実施例1１）本実施例では他の構造の複
合部材を用いた絶縁型半導体装置について説明する。図
36は本実施例の絶縁型半導体装置に適用した複合部材の
断面模式図を示す。複合部材125は基本的に実施例２と
同一の材料構成及び寸法を有しているので、詳細説明は
省略する。異なる点は、窒化珪素板110の外周部に略位
置する表面金属層122は150μmと接合金属層(50μm)120
より厚く形成されていることである。更に、図示を省略
しているけれども、配線金属層130と複合金属板125'の
表面にはNiめっき層(厚さ: 6μm)が設けられている。ま
た、この複合部材125を用いた本実施例絶縁型半導体装
置900は実施例２と同一の材料構成及び寸法を有してい
る。
合部材を用いた絶縁型半導体装置について説明する。図
36は本実施例の絶縁型半導体装置に適用した複合部材の
断面模式図を示す。複合部材125は基本的に実施例２と
同一の材料構成及び寸法を有しているので、詳細説明は
省略する。異なる点は、窒化珪素板110の外周部に略位
置する表面金属層122は150μmと接合金属層(50μm)120
より厚く形成されていることである。更に、図示を省略
しているけれども、配線金属層130と複合金属板125'の
表面にはNiめっき層(厚さ: 6μm)が設けられている。ま
た、この複合部材125を用いた本実施例絶縁型半導体装
置900は実施例２と同一の材料構成及び寸法を有してい
る。
【０１６０】ここで、表面金属層122を厚く形成する理
由は、窒化珪素板110の端部領域に対応する表面金属層1
22に、複合金属板125'と窒化珪素板110の間の歪を吸収
させる点にある。このような構造を採ることにより、複
合基板のそり量を低減するとともに接合金属層120の疲
労破壊や窒化珪素板110のクラック破壊を回避すること
ができる。この点について説明する。
由は、窒化珪素板110の端部領域に対応する表面金属層1
22に、複合金属板125'と窒化珪素板110の間の歪を吸収
させる点にある。このような構造を採ることにより、複
合基板のそり量を低減するとともに接合金属層120の疲
労破壊や窒化珪素板110のクラック破壊を回避すること
ができる。この点について説明する。
【０１６１】本実施例の絶縁型半導体装置900の複合部
材125のそり量は30μmと小さく、前記実施例1の場合の5
0μmより大幅に低減されている。この端部領域は複合金
属板125'に設けた穴125Fを用いて絶縁型半導体装置900
を匡体にネジ締め固定する場所に対応する。そり量が大
きい状態のまま締め付けると端部領域には新たな歪や応
力が発生し、極端な場合は複合金属板125'がクラック破
壊する危険性を持つけれども、本実施例の絶縁型半導体
装置900の場合は複合部材125が平坦なのでこのような危
険がない。また、本実施例の絶縁型半導体装置900の複
合部材125が平坦なので、装置900とこれが搭載される匡
体の間の熱的係合が良好になされる。
材125のそり量は30μmと小さく、前記実施例1の場合の5
0μmより大幅に低減されている。この端部領域は複合金
属板125'に設けた穴125Fを用いて絶縁型半導体装置900
を匡体にネジ締め固定する場所に対応する。そり量が大
きい状態のまま締め付けると端部領域には新たな歪や応
力が発生し、極端な場合は複合金属板125'がクラック破
壊する危険性を持つけれども、本実施例の絶縁型半導体
装置900の場合は複合部材125が平坦なのでこのような危
険がない。また、本実施例の絶縁型半導体装置900の複
合部材125が平坦なので、装置900とこれが搭載される匡
体の間の熱的係合が良好になされる。
【０１６２】本実施例の絶縁型半導体装置900は定常熱
抵抗0.35℃/Wを示した。このように優れた放熱性を示し
た理由は前記実施例1の場合と基本的に同様である。ま
た、本実施例絶縁型半導体装置900には-40〜125℃の温
度サイクル試験(3000サイクル)を施し、熱抵抗の変化を
追跡した。この結果、3000サイクル後の熱抵抗は初期値
と同等の値が維持されていることが確認された。これ
は、複合部材125を構成する各部材が適正厚さに調整さ
れ、表面金属層122における歪が有効に吸収されること
により、各部材及びそれらの接合界面の破壊や接合金属
層120の疲労破壊とその進展が抑えられたためである。
抵抗0.35℃/Wを示した。このように優れた放熱性を示し
た理由は前記実施例1の場合と基本的に同様である。ま
た、本実施例絶縁型半導体装置900には-40〜125℃の温
度サイクル試験(3000サイクル)を施し、熱抵抗の変化を
追跡した。この結果、3000サイクル後の熱抵抗は初期値
と同等の値が維持されていることが確認された。これ
は、複合部材125を構成する各部材が適正厚さに調整さ
れ、表面金属層122における歪が有効に吸収されること
により、各部材及びそれらの接合界面の破壊や接合金属
層120の疲労破壊とその進展が抑えられたためである。
【０１６３】本実施例の絶縁型半導体装置900には、実
施例２と同様の間欠通電試験を施した。この試験では、
配線金属層130から複合金属板125'に至る間の絶縁耐力
(コロナ放電開始電圧)を追跡した。その結果、電荷量10
0pCにおけるコロナ放電開始電圧は約8kVの初期値に対し
て、13万サイクル後においても約8kVとほとんど変動し
なかった。これは表面金属層122で歪を吸収するため、
窒化珪素板110の一体化部に過度な応力が作用せず、結
果的に機械的破損を生じにくいことによる。したがっ
て、窒化珪素板110の内部において電界が不連続的に大
きい値を示すこともない。本実施例絶縁型半導体装置90
0が優れた絶縁性を示したのはこのような理由に基づ
く。
施例２と同様の間欠通電試験を施した。この試験では、
配線金属層130から複合金属板125'に至る間の絶縁耐力
(コロナ放電開始電圧)を追跡した。その結果、電荷量10
0pCにおけるコロナ放電開始電圧は約8kVの初期値に対し
て、13万サイクル後においても約8kVとほとんど変動し
なかった。これは表面金属層122で歪を吸収するため、
窒化珪素板110の一体化部に過度な応力が作用せず、結
果的に機械的破損を生じにくいことによる。したがっ
て、窒化珪素板110の内部において電界が不連続的に大
きい値を示すこともない。本実施例絶縁型半導体装置90
0が優れた絶縁性を示したのはこのような理由に基づ
く。
【０１６４】本実施例の絶縁型半導体装置900は実施例
２と同様のインバータ装置等に適用することができる。
２と同様のインバータ装置等に適用することができる。
【０１６５】（実施例1２）本実施例では他の構造を有
する複合部材を用いた絶縁型半導体装置について説明す
る。図37は本実施例絶縁型半導体装置用複合部材の断面
模式図を示す。複合部材125は、マトリックス金属(Al-2
0wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aにセラミック
ス粉末粒子(SiC)125Bを分散させた複合金属板(SiC添加
量: 75vol%、熱膨張率: 6.5ppm/℃、熱伝導率: 180W/m
・K、厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複合金
属板125'の一方の主面にセ窒化珪素板(熱膨張率: 3.4pp
m/℃、熱伝導率: 90W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイズ: 30
×50 mm)110がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる接合金属層(厚さ: 50μm)120により
固着され、窒化珪素板110の他方の主面にマトリックス
金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる配線金属
層(厚さ: 0.4mm)130 (131、 132)が設けられている。こ
こで、接合金属層120の厚さ50μmに対して、窒化珪素板
110が接合されない周辺領域のマトリックス金属125Aと
同質材料からなる表面金属層122は200μmと厚く形成さ
れている。更に、表面金属層122に対向する裏面金属層1
26も200μmと、これに連なっている裏面金属層123の50
μmより厚く形成されている。図示していないけれど
も、配線金属層130と複合金属板125'の表面にはNiめっ
き層(厚さ: 6μm)が設けられている。
する複合部材を用いた絶縁型半導体装置について説明す
る。図37は本実施例絶縁型半導体装置用複合部材の断面
模式図を示す。複合部材125は、マトリックス金属(Al-2
0wt%Si-1.5wt%Mg、固相点: 約550℃)125Aにセラミック
ス粉末粒子(SiC)125Bを分散させた複合金属板(SiC添加
量: 75vol%、熱膨張率: 6.5ppm/℃、熱伝導率: 180W/m
・K、厚さ: 3mm、サイズ: 42.4×85mm)125'と、複合金
属板125'の一方の主面にセ窒化珪素板(熱膨張率: 3.4pp
m/℃、熱伝導率: 90W/m・K、厚さ: 0.3mm、サイズ: 30
×50 mm)110がマトリックス金属125Aと同質かつ同一物
性のAl合金からなる接合金属層(厚さ: 50μm)120により
固着され、窒化珪素板110の他方の主面にマトリックス
金属125Aと同質かつ同一物性のAl合金からなる配線金属
層(厚さ: 0.4mm)130 (131、 132)が設けられている。こ
こで、接合金属層120の厚さ50μmに対して、窒化珪素板
110が接合されない周辺領域のマトリックス金属125Aと
同質材料からなる表面金属層122は200μmと厚く形成さ
れている。更に、表面金属層122に対向する裏面金属層1
26も200μmと、これに連なっている裏面金属層123の50
μmより厚く形成されている。図示していないけれど
も、配線金属層130と複合金属板125'の表面にはNiめっ
き層(厚さ: 6μm)が設けられている。
【０１６６】以上の構造の複合部材125を適用した絶縁
型半導体装置900は15μmと極めて小さいそり量を示し
た。これは、裏面金属層126が表面金属層122に対応する
領域に設けられしかも等価な厚さに形成されている結
果、複合金属板125'領域と表面金属層122の間のバイメ
タル効果によるそりが、複合金属板125'と裏面金属層12
6の間のバイメタル効果によるそりにより補償されるこ
とに基づく。
型半導体装置900は15μmと極めて小さいそり量を示し
た。これは、裏面金属層126が表面金属層122に対応する
領域に設けられしかも等価な厚さに形成されている結
果、複合金属板125'領域と表面金属層122の間のバイメ
タル効果によるそりが、複合金属板125'と裏面金属層12
6の間のバイメタル効果によるそりにより補償されるこ
とに基づく。
【０１６７】また、本実施例の絶縁型半導体装置900に
は実施例２と同様の試験、評価が行われた。この結果、
各試験、評価とも実施例２と同等の性能及び信頼性が確
認された。
は実施例２と同様の試験、評価が行われた。この結果、
各試験、評価とも実施例２と同等の性能及び信頼性が確
認された。
【０１６８】
【発明の効果】本発明によれば、製造時あるいは運転時
に生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変
性、破壊の恐れが少なく、信頼性が高く、低コストの絶
縁型半導体装置を提供することができる。
に生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形、変
性、破壊の恐れが少なく、信頼性が高く、低コストの絶
縁型半導体装置を提供することができる。
【図1】 本発明の絶縁型半導体装置の基本構造を説明
する平面及び断面模式図である。
する平面及び断面模式図である。
【図2】 本発明の絶縁型半導体装置用の複合部材の断
面模式図である。
面模式図である。
【図3】 SiC添加量と複合金属板の熱膨張率の関係を説
明するグラフである。
明するグラフである。
【図4】 SiC添加量と複合金属板の熱伝導率の関係を説
明するグラフである。
明するグラフである。
【図5】 本発明の絶縁型半導体装置に適用される複合
部材と従来の主要部材の製造工程の比較を説明する図で
ある。
部材と従来の主要部材の製造工程の比較を説明する図で
ある。
【図6】 絶縁型半導体装置の熱抵抗、応力、信頼性に
関する配線金属層厚さ依存性を説明するグラフである。
関する配線金属層厚さ依存性を説明するグラフである。
【図7】 熱抵抗、ボイド率、信頼性に関する接合金属
層厚さ依存性を説明するグラフである。
層厚さ依存性を説明するグラフである。
【図8】 クラック破壊率及び熱抵抗増加率の窒化珪素
絶縁板厚さ依存性を説明するグラフである。
絶縁板厚さ依存性を説明するグラフである。
【図9】 本発明の絶縁型半導体装置の温度サイクル試
験による熱抵抗の推移を説明するグラフである。
験による熱抵抗の推移を説明するグラフである。
【図10】 本発明の絶縁型半導体装置の要部を説明する
鳥瞰模式図である。
鳥瞰模式図である。
【図11】 配線層が設けられた窒化珪素板の詳細を説明
する平面図及び断面図である。
する平面図及び断面図である。
【図12】 絶本発明の縁型半導体装置の回路を説明する
図である。
図である。
【図13】 本発明の絶縁型半導体装置を組み込んだイン
バータ装置の回路を説明する図である。
バータ装置の回路を説明する図である。
【図14】 本発明の絶縁型半導体装置の過渡熱抵抗特性
を説明するグラフである。
を説明するグラフである。
【図15】 温度サイクル寿命に及ぼす複合金属板の熱膨
張率の影響を説明するグラフである。
張率の影響を説明するグラフである。
【図16】 間欠通電試験による熱抵抗の推移を説明する
グラフである。
グラフである。
【図17】 間欠通電試験による電極-支持部材間のコロ
ナ放電開始電圧の推移を説明するグラフである。
ナ放電開始電圧の推移を説明するグラフである。
【図18】 本発明の絶縁型半導体装置用複合部材の断面
模式図である。
模式図である。
【図19】 本発明の絶縁型半導体装置を説明する断面図
である。
である。
【図20】 本発明のセラミックス絶縁板埋め込み型複合
部材の断面模式図である。
部材の断面模式図である。
【図21】 本発明の絶縁型半導体装置を説明する平面
図、断面図及び回路図である。
図、断面図及び回路図である。
【図22】 本発明の絶縁型半導体装置の過渡熱抵抗特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図23】 本発明の絶縁型半導体装置が組み込まれた電
源回路装置を説明するブロック図である。
源回路装置を説明するブロック図である。
【図24】 本発明の絶縁型半導体装置を説明する鳥瞰図
及び断面図である。
及び断面図である。
【図25】 本発明の絶縁型半導体装置の温度サイクル試
験による熱抵抗の推移を説明するグラフである。
験による熱抵抗の推移を説明するグラフである。
【図26】 本発明の絶縁型半導体装置の回路を説明する
図である。
図である。
【図27】 本発明の絶縁型半導体装置の複合部材を説明
する断面模式図である。
する断面模式図である。
【図28】 本発明の絶縁型半導体装置の回路を説明する
図である。
図である。
【図29】 本発明の絶縁型半導体装置が組み込まれたDC
/DCコンバータを説明するブロック図である。
/DCコンバータを説明するブロック図である。
【図30】 本発明の絶縁型半導体装置に適用した複合部
材を説明する断面模式図である。
材を説明する断面模式図である。
【図31】 AlN粉末添加複合金属板の熱膨張率及び熱伝
導率の関係を説明するグラフである。
導率の関係を説明するグラフである。
【図32】 本発明の絶縁型半導体装置に適用した複合部
材を説明する断面模式図である。
材を説明する断面模式図である。
【図33】 樹脂モールドした絶縁型半導体装置の断面模
式図である。
式図である。
【図34】 c-BN粉末添加複合金属板の熱膨張率及び熱伝
導率の関係を説明するグラフである。
導率の関係を説明するグラフである。
【図35】 本発明のフレーム型複合部材を適用した絶縁
型半導体装置を説明する平面図及び断面図である。
型半導体装置を説明する平面図及び断面図である。
【図36】 本発明の絶縁型半導体装置に適用した複合部
材の断面模式図である。
材の断面模式図である。
【図37】 本発明の絶縁型半導体装置用複合部材の断面
模式図である。
模式図である。
2…周辺領域、5…アルミナ基板、9…シリコーン接着
剤、10、10a…制御回路、15…厚膜抵抗、16…ICチップ
基体、17…コンデンサチップ、18…ガラススリーブ型ツ
ェナーダイオードチップ、20…ポリフェニールサルファ
イド樹脂ケース、21…ポリフェニールサルファイド樹脂
蓋、22…シリコーンゲル樹脂、エポキシ樹脂、22a…エ
ポキシ樹脂、25…凹み、30…主端子、端子、30a…ゲー
ト端子、30b…ドレイン端子、30c…ソース端子、補助端
子、30'…穴、30in…入力主端子、30out…出力主端子、
30A…入力端子、30B…出力端子、31…補助端子、34…温
度検出用サーミスタ素子、35…シリコーン接着樹脂、43
…Niめっき、81…変圧器、82…整流回路、83…平滑及び
制御回路、84…入力電源、85…電池、86…負荷回路、90
…DC/DCコンバータ、100…切断用穴、101…半導体基
体、MOS FET素子基体、IGBT素子基体、101a…IC基体、1
10…セラミックス絶縁板、窒化珪素板、窒化アルミニウ
ム板、アルミナ板、112…チップ抵抗、113、124…はん
だ材、117、117'…金属細線、Al細線、120…接合金属
層、Al合金層、122…表面金属層、123、126…裏面金属
層、125…複合部材、フレーム型複合部材、125'…複合
金属板、支持部材、125A…マトリックス金属、125B…セ
ラミックス粉末粒子、SiC粉末、AlN粉末、c-BN粉末粒
子、125C、125D…表面金属層、125F…取り付け穴、125G
…冷却フィン、125H…流路、125''、125a''、125b''…
複合金属板領域、130、131、132、130c…配線金属
層、、Al合金層、203…厚膜Cu配線、900…絶縁型半導体
装置、905…区画、906…半導体基体搭載領域、910…ブ
ロック、960…電動機。
剤、10、10a…制御回路、15…厚膜抵抗、16…ICチップ
基体、17…コンデンサチップ、18…ガラススリーブ型ツ
ェナーダイオードチップ、20…ポリフェニールサルファ
イド樹脂ケース、21…ポリフェニールサルファイド樹脂
蓋、22…シリコーンゲル樹脂、エポキシ樹脂、22a…エ
ポキシ樹脂、25…凹み、30…主端子、端子、30a…ゲー
ト端子、30b…ドレイン端子、30c…ソース端子、補助端
子、30'…穴、30in…入力主端子、30out…出力主端子、
30A…入力端子、30B…出力端子、31…補助端子、34…温
度検出用サーミスタ素子、35…シリコーン接着樹脂、43
…Niめっき、81…変圧器、82…整流回路、83…平滑及び
制御回路、84…入力電源、85…電池、86…負荷回路、90
…DC/DCコンバータ、100…切断用穴、101…半導体基
体、MOS FET素子基体、IGBT素子基体、101a…IC基体、1
10…セラミックス絶縁板、窒化珪素板、窒化アルミニウ
ム板、アルミナ板、112…チップ抵抗、113、124…はん
だ材、117、117'…金属細線、Al細線、120…接合金属
層、Al合金層、122…表面金属層、123、126…裏面金属
層、125…複合部材、フレーム型複合部材、125'…複合
金属板、支持部材、125A…マトリックス金属、125B…セ
ラミックス粉末粒子、SiC粉末、AlN粉末、c-BN粉末粒
子、125C、125D…表面金属層、125F…取り付け穴、125G
…冷却フィン、125H…流路、125''、125a''、125b''…
複合金属板領域、130、131、132、130c…配線金属
層、、Al合金層、203…厚膜Cu配線、900…絶縁型半導体
装置、905…区画、906…半導体基体搭載領域、910…ブ
ロック、960…電動機。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 守田 俊章
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 児玉 弘則
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 飯塚 守
長野県小諸市大字柏木190番地 株式会社
日立製作所半導体グループ内
(72)発明者 小山 賢治
長野県小諸市大字柏木190番地 株式会社
日立製作所半導体グループ内
(72)発明者 大島 昌彦
福岡県北九州市若松区北浜一丁目９番１号
日立金属株式会社若松工場内
(72)発明者 福井 聡
福岡県北九州市若松区北浜一丁目９番１号
日立金属株式会社若松工場内
(72)発明者 濱吉 繁幸
福岡県北九州市若松区北浜一丁目９番１号
日立金属株式会社若松工場内
Ｆターム(参考） 5F036 BA04 BA23 BD03 BD13
Claims (13)
- 【請求項１】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl合金からなるマトリックス金属中に
セラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板で構成さ
れ、前記配線金属層と接合金属層がAl合金で構成された
ことを特徴とする絶縁型半導体装置。 - 【請求項２】半導体基体が厚さ0.25〜1.0mmのセラミッ
クス板の一方の面に設けられた厚さ0.1〜1.2mmの配線金
属層上に固着され、前記セラミックス板の他方の面が厚
さ0.25〜0.5mmの接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた厚さ1〜10m
mの複合金属板で構成され、前記配線金属層と接合金属
層とがAl 又はAl合金で構成されたことを特徴とする絶
縁型半導体装置。 - 【請求項３】複数の半導体基体がセラミックス板の一方
の面に設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミ
ックス板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固
着され、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリッ
クス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金
属板で構成され、前記半導体基体及びセラミックス板が
樹脂容器によって覆われていることを特徴とする絶縁型
半導体装置。 - 【請求項４】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は前記セラミックス板の搭載
部分が凹部になっていることを特徴とする絶縁型半導体
装置。 - 【請求項５】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は前記セラミックス板の搭載
部分が凹部になっており、前記半導体基体及びセラミッ
クス板が樹脂容器によって覆われていることを特徴とす
る絶縁型半導体装置。 - 【請求項６】半導体基体が第１のセラミックス板の一方
の面に設けられた配線金属層上に固着され、前記第１の
セラミックス板の他方の面が接合金属層を介して支持部
材に固着され、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマ
トリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた
複合金属板で構成され、該複合金属板は導体板に設けら
れた凹部又は貫通部に埋め込まれ、前記導体板の凹部以
外の部分に回路素子が搭載された第２のセラミックス板
が搭載され、前記導体板の前記半導体基体搭載側が樹脂
によって被われていることを特徴とする絶縁型半導体装
置。 - 【請求項７】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、前記配線金属層上に外部接続リードが固着
され、前記複合金属板の前記半導体基体搭載側が熱硬化
性樹脂によって覆われていることを特徴とする絶縁型半
導体装置。 - 【請求項８】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は前記セラミックス板の搭載
面の反対面が複数のフィン状であることを特徴とする絶
縁型半導体装置。 - 【請求項９】半導体基体がセラミックス板の一方の面に
設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミックス
板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は内部に冷媒の流路を有する
ことを特徴とする絶縁型半導体装置。 - 【請求項１０】半導体基体がセラミックス板の一方の面
に設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミック
ス板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は前記セラミックス板搭載部
の大部分又はその搭載部及びその反対部分の大部分が凸
状になっていることを特徴とする絶縁型半導体装置。 - 【請求項１１】半導体基体がセラミックス板の一方の面
に設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミック
ス板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、前記セラミックス板は前記複合金属板に複
数搭載されていることを特徴とする絶縁型半導体装置。 - 【請求項１２】複数の半導体基体が複数の支持部材に各
々固着され、前記支持部材がAl 又はAl合金からなるマ
トリックス金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた
複合金属板で構成され、該複合金属板は導体に設けられ
た複数の凹部又は貫通孔に各々埋め込まれ、前記導体板
の少なくとも前記半導体基体の搭載側が樹脂によって覆
われていることを特徴とする絶縁型半導体装置。 - 【請求項１３】半導体基体がセラミックス板の一方の面
に設けられた配線金属層上に固着され、前記セラミック
ス板の他方の面が接合金属層を介して支持部材に固着さ
れ、該支持部材がAl 又はAl合金からなるマトリックス
金属中にセラミックス粉末粒子を分散させた複合金属板
で構成され、該複合金属板は前記接合金属層を有する面
以外が耐食性金属によって被われていることを特徴とす
る絶縁型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001219099A JP2003031732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 絶縁型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001219099A JP2003031732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 絶縁型半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003031732A true JP2003031732A (ja) | 2003-01-31 |
Family
ID=19053162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001219099A Pending JP2003031732A (ja) | 2001-07-19 | 2001-07-19 | 絶縁型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003031732A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005119896A1 (ja) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | インバータ装置 |
| JP2007324394A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Denso Corp | モールドパッケージおよびその製造方法 |
| JP2009283741A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2011146466A (ja) * | 2010-01-13 | 2011-07-28 | Toyota Motor Corp | パワーモジュール |
| JP2012164796A (ja) * | 2011-02-07 | 2012-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体装置 |
| WO2015129418A1 (ja) * | 2014-02-25 | 2015-09-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 防水型電子機器及びその製造方法 |
| JP2016007634A (ja) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | デンカ株式会社 | アルミニウム−炭化珪素質複合体及びその製造方法 |
| CN105470226A (zh) * | 2014-09-30 | 2016-04-06 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体器件 |
| JP2018113487A (ja) * | 2018-04-25 | 2018-07-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
-
2001
- 2001-07-19 JP JP2001219099A patent/JP2003031732A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2018113487A (ja) * | 2018-04-25 | 2018-07-19 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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