JP2003037224A - モジュール用基板 - Google Patents

モジュール用基板

Info

Publication number
JP2003037224A
JP2003037224A JP2001221523A JP2001221523A JP2003037224A JP 2003037224 A JP2003037224 A JP 2003037224A JP 2001221523 A JP2001221523 A JP 2001221523A JP 2001221523 A JP2001221523 A JP 2001221523A JP 2003037224 A JP2003037224 A JP 2003037224A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating substrate
substrate
adhesive layer
semiconductor element
heat dissipation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001221523A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshikazu Amino
俊和 網野
Haruo Doi
晴夫 土井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP2001221523A priority Critical patent/JP2003037224A/ja
Publication of JP2003037224A publication Critical patent/JP2003037224A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱板の熱伝導率が充分に高く、放熱板と絶
縁性基板との接着強度にも優れ、かつ、半導体素子の冷
却効率に優れるため、発熱量の大きい半導体素子を搭載
するための基板に好適に用いることができるモジュール
用基板を提供すること。 【解決手段】 一主面に導体回路が形成された絶縁性基
板と、上記絶縁性基板の他の主面に接着層を介して接合
された放熱板とを含む、半導体素子を搭載するためのモ
ジュール用基板であって、上記放熱板は、常温〜３００
℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は
合金からなり、上記放熱板の前記接着層との界面に粗化
面が形成されているとともに、その内部に冷却媒体を循
環させるための流路が設けられていることを特徴とする
モジュール用基板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱量の大きな半
導体素子を搭載するためのモジュール用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ）やＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）のような
動作時に多量の発熱を伴う電力用半導体素子を実装する
基板として、絶縁性基板と放熱板とを備えた放熱特性に
優れるモジュール用基板が用いられている。
【０００３】図４は、この種のモジュール用基板が用い
られたパワーモジュールを模式的に示した断面図であ
る。このパワーモジュール４０では、絶縁性基板４２の
一主面に導体回路４５が形成されるとともに、応力緩和
層４７の上に半田層４８を介して半導体素子４６が搭載
されており、導体回路４５と半導体素子４６とは、ワイ
ヤー４５ａを用いたワイヤーボンディングにより接続さ
れている。また、モジュール用基板４００は、絶縁性基
板４２と、放熱板４１と、両者を接合するためのニッケ
ルメッキ層４４と接合層（図示せず）とから構成されて
いる。
【０００４】従来、このようなパワーモジュール４０を
構成する部材には熱伝導率に優れる材料が使用されてお
り、具体的には、導体回路４５用の金属としては銅が使
用されており、絶縁性基板４２としては窒化アルミニウ
ム基板が使用されており、放熱板４１としては炭化珪素
とアルミニウムとの複合体等が使用されていた。このよ
うな材料からなるパワーモジュール４０は、スイッチン
グ等の動作により半導体素子４６に多量の熱が発生する
と、この発生した熱は、絶縁性基板４２及び放熱板４１
を介して外部に放散され、半導体素子４６の過度の温度
上昇を防止することができるようになっている。
【０００５】従来、このような構造からなるパワーモジ
ュールでは、半導体素子の冷却効率が充分なものではな
く、例えば、半導体素子が自動車用のＩＧＢＴのように
容量が大きく、発熱量の大きなものである場合、半導体
素子で発生する熱を充分に冷却させることができず、上
記半導体素子が高温化して熱破壊されることがあった。
そこで、このような半導体素子の熱破壊を防止するため
に、上記放熱板に空冷式の放熱ファンや放熱フィンを設
けるなど、上記半導体素子の冷却効率の向上を図ってい
た。
【０００６】しかしながら、上述したような放熱ファン
や放熱フィン等の冷却手段を有するパワーモジュールで
あっても、未だ半導体素子の冷却効率は充分なものとは
いえず、放熱板と半導体素子との間の熱交換をスムーズ
に行うことができないことがあり、上記半導体素子が熱
破壊されることがあった。また、放熱板と絶縁性基板と
の間の接着強度も充分なものではなかったため、半導体
素子の半田付け等の工程や、使用時の半導体素子の発熱
等により温度サイクルを受けたとき、放熱板と絶縁性基
板との熱膨張係数の差に起因する熱応力により、放熱板
と絶縁性基板との間にクラックが発生することがあっ
た。さらに、このように放熱板と絶縁性基板との間にク
ラックが発生すると、半導体素子で発生した熱が、ます
ます冷却されにくくなり、半導体素子の温度が過度に上
昇して熱破壊されやすくなっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題に
鑑みてなされたものであり、放熱板の熱伝導率が充分に
高く、放熱板と絶縁性基板との接着強度にも優れ、か
つ、半導体素子の冷却効率に優れるため、発熱量の大き
い半導体素子を搭載するための基板に好適に用いること
ができるモジュール用基板を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第一の本発明は、一主面
に導体回路が形成された絶縁性基板と、上記絶縁性基板
の他の主面に接着層を介して接合された放熱板とを含
む、半導体素子を搭載するためのモジュール用基板であ
って、上記放熱板は、常温〜３００℃における熱伝導率
が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなり、上記
接着層との界面に粗化面が形成されるとともに、その内
部に冷却媒体を循環させるための流路が設けられている
ことを特徴とするモジュール用基板である。
【０００９】また、第二の本発明は、一主面に導体回路
が形成された絶縁性基板と、上記絶縁性基板の他の主面
に接着層を介して接合された放熱板とを含む、半導体素
子を搭載するためのモジュール用基板であって、上記放
熱板は、常温〜３００℃における熱伝導率が１００Ｗ／
ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなるとともに、上記接着
層との界面に粗化面が形成されており、上記放熱板の下
方には、冷却媒体を循環させるための流路が設けられた
冷却部材が配置されていることを特徴とするモジュール
用基板である。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、第一の本発明のモジュール
用基板について説明する。第一の本発明のモジュール用
基板は、一主面に導体回路が形成された絶縁性基板と、
上記絶縁性基板の他の主面に接着層を介して接合された
放熱板とを含む、半導体素子を搭載するためのモジュー
ル用基板であって、上記放熱板は、常温〜３００℃にお
ける熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金か
らなり、上記接着層との界面に粗化面が形成されるとと
もに、その内部に冷却媒体を循環させるための流路が設
けられていることを特徴とする。
【００１１】第一の本発明のモジュール用基板では、放
熱板を構成する金属又は合金の常温〜３００℃における
熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上と非常に高く、また、
上記放熱板の内部に設けられた流路に冷却媒体を循環さ
せることで、上記モジュール用基板の上部に搭載した半
導体素子と上記放熱板との熱交換を非常にスムーズに行
うことができ、その結果、上記放熱板の温度上昇を防止
することができ、上記半導体素子の冷却効率に優れたも
のとなっている。
【００１２】また、上記放熱板の接着層との界面に形成
されている粗化面も、上記半導体素子の冷却効率の向上
に寄与している。即ち、上記放熱板の接着層との界面に
粗化面を形成されていると両者の接触面積が大きくな
り、その結果、上記放熱板と接着層との間を熱が伝導し
やすくなるのである。さらに、上記粗化面が形成される
ことで、上記放熱板と接着層との間にアンカー効果が働
き、上記放熱板と上記接着層との接着強度が非常に優れ
たものとなっているため、上記接着層にクラックが発生
することもない。
【００１３】図１（ａ）は、第一の本発明のモジュール
用基板の一主面に半導体素子が搭載されたパワーモジュ
ールの一例を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、
（ａ）に示したモジュール用基板を構成する放熱板の水
平断面図である。なお、図１（ｂ）に示した矢印は、冷
却媒体の流れを示している。
【００１４】図１（ａ）に示したように、第一の本発明
に係るパワーモジュール１０を構成するモジュール用基
板１００は、その内部に冷却媒体を流通させるための複
数の流路１３が形成され、その両側に注入口１３ａと排
出口１３ｂとが設けられた略板状の放熱板１１と、その
上に接着層１４を介して配置された板状の絶縁性基板１
２と、両者を接合させるための接着層１４とから構成さ
れ、この絶縁性基板１２の上には導体回路１５が形成さ
れている。また、図示はしないが、放熱板１１の接着層
１４との界面には粗化面が形成されている。そして、第
一の本発明に係るパワーモジュール１０は、モジュール
用基板１００の導体回路１５が形成された面に半導体素
子１６が搭載され、この半導体素子１６と導体回路１５
とが、ワイヤー１５ａを用いたワイヤーボンディングに
より接続されている。
【００１５】放熱板１１は、常温〜３００℃における熱
伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなる
ものである。放熱板１１の常温〜３００℃における熱伝
導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、放熱板１１と半
導体素子１６との間の熱交換をスムーズに行うことがで
きず、モジュール用基板１００に発熱量の大きい半導体
素子１６を搭載したパワーモジュール１０において、半
導体素子１６を好適に冷却させることができない。放熱
板１１の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であること
がより望ましい。このような放熱板１１は、通常、３〜
４ｍｍの厚さであることが望ましい。
【００１６】このような熱伝導率を有する金属又は合金
としては特に限定されず、例えば、Ｃｕ、Ａｌ及びＳｉ
等の金属や、これらの金属にＺｒ、Ｆｅ、Ｐ及びＺｎ等
が含まれた合金を挙げることができる。これらのなかで
は、Ｃｕを主成分とする合金であることが望ましい。熱
伝導率に優れ、半導体素子１６との間で良好に熱交換す
ることができるからである。具体的には、ＣｕとＺｒと
からなる合金であることが望ましい。
【００１７】また、放熱板１１の接着層１４との界面に
は粗化面が形成されている。上述した通り、このように
放熱板１１に粗化面が形成されることで、放熱板１１と
接着層１４との間にはアンカー効果が働き、放熱板１１
と接着層１４との接着強度が非常に優れたものとなる。
従って、半導体素子１６の半田付け等の工程や、使用時
の半導体素子１６の発熱等により冷熱サイクルを受けた
場合であっても、放熱板１１と接着層１４との間にクラ
ックが発生することがない。また、放熱板１１と接着層
１４との接触面積が大きくなるため、放熱板１１と接着
層１４との間を熱が伝導しやすくなり、放熱板１１によ
る半導体素子１６の冷却効率が優れたものとなる。上記
粗化面の面粗度としては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定
されるＲａで０．０１〜０．５μｍ程度であることが望
ましい。放熱板１１と接着層１４との間に好適なアンカ
ー効果を得ることができる範囲だからである。
【００１８】上記粗化面は、黒化還元処理、研磨処理、
エッチング処理及びメッキ処理のいずれかの方法により
形成されることが望ましい。なお、これらの具体的な方
法については、後述する第一の本発明のモジュール用基
板の製造方法において詳しく説明する。
【００１９】また、図１（ｂ）に示したように、放熱板
１１の内部には、放熱板１１の中央に放熱板１１を２等
分するように形成された仕切りを介して、冷却媒体を循
環させるための複数の流路１３が設けられ、その両側に
注入口１３ａと排出口１３ｂとがそれぞれ設けられてい
る。図１（ｂ）に矢印で示した通り、注入口１３ａから
注入された冷却媒体は、流路１３を通って排出口１３ｂ
から外部へ排出されることで、放熱板１１の内部を循環
し、その結果、放熱板１１を常に低温状体に保つことが
でき、モジュール用基板１００に搭載した半導体素子１
６が過度に温度上昇しないように制御することができ
る。
【００２０】上記冷却媒体としては特に限定されず、例
えば、水等を使用することができるが、例えば、半導体
素子１６を自動車用のＩＧＢＴに使用する場合、ラジエ
ーター液を利用することもできる。
【００２１】また、放熱板１１の内部には、複数の流路
１３が並列に整列されているが、放熱板の内部に設けら
れる流路の構造はこれに限定されることはなく、例え
ば、放熱板の内部に大きな流路が一本だけ設けられた構
造等であってもよい。
【００２２】接着層１４は、放熱板１１と絶縁性基板１
２との間に設けられ、これらを接合する役割を果たして
いるのであるが、このような接着層１４を構成する材料
としては特に限定されず、例えば、金属やセラミック等
の接合の際に通常に用いられる半田、ろう材、接着剤等
を挙げることができる。なお、接着層１４を構成する材
料が半田やろう材である場合、その成分中にＣｕを含む
ものであることが望ましい。熱伝導率に優れ、放熱板１
１との馴染みがよいからである。また、接着層１４の厚
さとしては特に限定されず、放熱板１１及び絶縁性基板
１２の材質、及び、これらの熱伝導率等を考慮して適宜
決定されるが、なるべく薄い方が好ましい。
【００２３】絶縁性基板１２は、その一主面に導体回路
１５が形成されるとともに、半導体素子１６が搭載さ
れ、導体回路１５及び半導体素子１６間の絶縁性を確保
し、また、導体回路１５及び半導体素子１６と放熱板１
１との絶縁性も確保する役割を果たしている。
【００２４】絶縁性基板１２は、絶縁材料で、高い熱伝
導率を有するものであることが望ましい。このような材
料としては特に限定されず、例えば、窒化物セラミッ
ク、炭化物セラミック、金属酸化物等のセラミック材料
等を挙げることができる。
【００２５】上記窒化物セラミックとしては、例えば、
窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン
等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以
上を併用してもよい。
【００２６】また、上記炭化物セラミックとしては、例
えば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化
タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。これらは
単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２７】また、上記金属酸化物としては、例えば、
アルミナ等を挙げることができる。これらのなかでは、
絶縁性基板１２を構成する材料は、窒化アルミニウム、
窒化珪素、炭化珪素及び金属酸化物から選択される少な
くとも１種のセラミックであることが望ましく、窒化ア
ルミニウムからなることが最も望ましい。熱伝導率が１
５０Ｗ／ｍ・Ｋと最も大きいからである。
【００２８】なお、絶縁性基板１２を構成する材料とし
て炭化物セラミックを使用した場合、必要により、絶縁
層を形成してもよい。炭化物セラミックは特に高純度化
しない限り導電性を有しているからである。
【００２９】上記絶縁層としては、酸化物セラミックが
望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、
コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重
合させたゾル溶液を絶縁性基板にスピンコートして乾
燥、焼成を行ったり、スパッタリング、ＣＶＤ等で形成
してもよい。また、絶縁性基板表面を酸化処理して酸化
物層を設けてもよい。
【００３０】このような絶縁層は、絶縁性基板１２の表
面全体に形成されていてもよいが、少なくとも絶縁性基
板１２と、導体回路１５及び半導体素子１６との間に形
成されていればよい。導体回路１５及び半導体素子１６
間の絶縁性を確保することができるとともに、導体回路
１５及び半導体素子１６と放熱板１１との絶縁性も確保
することができるからである。
【００３１】また、図３は異なる形状の絶縁性基板を有
するパワーモジュールの一例を模式的に示した正面図で
ある。絶縁性基板は、図３に示したように、導体回路１
５と半導体素子１６が搭載された部分とに形成されたも
のであってもよい。このような構造の絶縁性基板３２
は、図１に示した絶縁性基板１２と同様の効果を得るこ
とができるとともに、放熱板１１と絶縁性基板３２とが
重なる領域が小さくなるため、放熱板１１と絶縁性基板
３２との熱膨張係数の相違に起因して接着層１４に蓄積
される熱応力も少なくなり、より接着層１４にクラック
が発生しにくくなる。なお、以下の第一の本発明のモジ
ュール用基板の説明において、単に絶縁性基板という場
合は、絶縁性基板１２及び絶縁性基板３２の両方を指す
ものとする。
【００３２】この場合、少なくとも導体回路１５が形成
された部分の絶縁性基板３２は、窒化アルミニウム、窒
化珪素、炭化珪素及び金属酸化物から選択される少なく
とも１種のセラミック、又は、絶縁性樹脂であることが
望ましく、半導体素子１６が搭載された部分の絶縁性基
板３２は、上記セラミックからなることが望ましい。導
体回路１５が形成された部分の絶縁性基板３２は、さほ
ど高温に加熱されることがないが、半導体素子１６が搭
載された部分の絶縁性基板３２は、半導体素子１６によ
り高温に加熱されるため、絶縁性とともに耐熱性にも優
れた材料である必要があるからである。なお、絶縁性基
板３２が上述したようなセラミック材料からなる場合、
絶縁性基板３２は、窒化アルミニウムからなることが最
も望ましい。熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋと最も大きい
からである。
【００３３】上記絶縁性樹脂としては、例えば、熱硬化
性樹脂や熱可塑性樹脂等を挙げることができる。
【００３４】上記熱硬化性樹脂の具体例としては、例え
ば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、
ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリオレフィ
ン系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられ
る。
【００３５】上記エポキシ樹脂としては、例えば、クレ
ゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノール
ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノールＦ型エポキシ
樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエ
ン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基
を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、
トリグリシジルイソシアヌレート、脂環式エポキシ樹脂
等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種
以上併用してもよい。それにより、耐熱性等に優れるも
のとなる。
【００３６】上記ポリオレフィン系樹脂としては、例え
ば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポ
リイソブチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、シ
クロオレフィン系樹脂、これらの樹脂の共重合体等が挙
げられる。
【００３７】また、上記熱可塑性樹脂としては、例え
ば、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルフォン、ポリス
ルフォン等が挙げられる。さらに、絶縁性基板３２は、
これらの熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体（樹脂
複合体）であってもよい。
【００３８】また、導体回路１５が形成された部分の絶
縁性基板３２が上記絶縁性樹脂からなるものである場
合、この絶縁性樹脂は、粗化面を形成することができる
樹脂組成物からなることが望ましい。導体回路１５をそ
の表面に形成する際、絶縁性基板３２と導体回路１５と
の接着強度が優れたものとなるからである。
【００３９】また、接着層１４に面した絶縁性基板の界
面にも粗化面が形成されていることが望ましい。絶縁性
基板と接着層１４との間にアンカー効果が働き、これら
の接着強度が非常に優れたものとなるとともに、絶縁性
基板と接着層１４との接触面積が大きくなるため、絶縁
性基板及び接着層１４間の熱の伝導が良好に行われるか
らである。
【００４０】絶縁性基板の接着層１４との界面に形成さ
れる粗化面の面粗度としては、上述した放熱板１１に形
成される粗化面と同様であることが望ましい。また、こ
のような絶縁性基板の粗化面は、絶縁性基板の表面に研
磨処理、エッチング等を施すことにより形成することが
できる。
【００４１】さらに、絶縁性基板の接着層１４との界面
には、スパッタリング処理、メッキ処理等によりメタラ
イズ処理が施されていることが望ましい。絶縁性基板と
接着層１４との馴染みがよくなるからである。上記メタ
ライズ処理に使用される金属としては特に限定されず、
例えば、Ｃｕ、Ｎｉ等が挙げられる。
【００４２】また、導体回路１５は、絶縁性樹脂の表面
に単層で形成されていてもよく、絶縁性基板の内部に複
数層に分かれて形成されていてもよい。このような導体
回路１５の材料としては、例えば、銅、アルミニウム等
が挙げられるが、比較的高い導電率を有するとともに変
形抵抗の小さいアルミニウムが好ましい。また、絶縁性
基板と導体回路１５との接合は、例えば、Ａｌ−Ｓｉを
含むろう材、半田、接着剤等を用いて行うことができ
る。
【００４３】半導体素子１６としては特に限定されない
が、本発明のモジュール用基板１００は、放熱特性に特
に優れたものであるため、動作時に発熱量の多い半導体
素子であることが望ましく、このような半導体素子とし
ては、例えば、ＩＧＢＴ、ＳＩＴ等が挙げられる。この
ような半導体素子１６は、上述した絶縁性基板と導体回
路１５との接合において用いることができるろう材で接
合することができる。
【００４４】また、半導体素子１６と絶縁性基板との間
には、図示したような、応力緩衝層１７が形成されてい
ることが望ましい。パワーモジュール１０の動作時にお
いて、半導体素子１６は発熱源となるため、半導体素子
１６と絶縁性基板との熱膨張係数に起因して上記ろう材
にクラックが発生しやすくなるが、半導体素子１６と絶
縁性基板との間に応力緩衝層１７を設けることで、上記
ろう材にクラックが発生することを確実に防止すること
ができる。このような応力緩衝層１７を構成する材料と
しては特に限定されず、例えば、モリブデン等を挙げる
ことができる。
【００４５】以上説明した通り、第一の本発明のモジュ
ール用基板は、放熱板が、常温〜３００℃における熱伝
導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなる放
熱板の接着層との界面に粗化面が形成されているととも
に、その内部に冷却媒体を循環させるための流路が形成
されている。従って、放熱板と接着層との間にはアンカ
ー効果が働き、これらの接着強度が非常に優れたものと
なる。また、放熱板と接着層との接触面積が大きくなる
ため、放熱板と接着層との間を熱が伝導しやすくなり、
その内部を循環する冷却媒体によって低温状体に保たれ
た放熱板と半導体素子との間の熱交換をスムーズに行う
ことができ、半導体素子の冷却効率が優れたものとな
る。
【００４６】次に、第一の本発明のモジュール用基板を
製造する方法について説明する。第一の本発明のモジュ
ール用基板を構成する放熱板は、例えば、上述した金属
又は合金からなる内部に空洞を有する複数の柱状体を、
ろう付け、溶接、半田付け等により接合して接合体を作
製した後、この接合体の両端面に、上記柱状体と同様の
材料からなり、側面の一部に矩形状の開口が形成され、
一端部が塞がれた管を、上記接合体の端面と上記管の開
口とが当接するように配置した後、これらをろう付け、
溶接、半田付け等により接合することで、図１（ｂ）に
示したような、その内部に流路が設けられた放熱板を作
製することができる。板状体を用いて箱型のものを作製
した後、管を取りつけて放熱板としてもよい。
【００４７】次に、この放熱板の一主面に粗化面を形成
する。上記粗化面を形成する方法としては特に限定され
ず、例えば、黒化還元処理、研磨処理、エッチング処理
及びメッキ処理等を挙げることができる。
【００４８】上記黒化還元処理としては、例えば、Ｎａ
ＯＨ（２０ｇ／ｌ）、ＮａＣｌＯ２（５０ｇ／ｌ）、Ｎ
ａ３ＰＯ４（１５．０ｇ／ｌ）を含む水溶液からなる黒
化浴（酸化浴）、及び、例えば、ＮａＯＨ（２．７ｇ／
ｌ）、ＮａＢＨ４（１．０ｇ／ｌ）を含む水溶液からな
る還元浴を用いて粗化面を形成する方法が望ましい。
【００４９】上記研磨処理としては、例えば、ヤスリ、
サンドペーパー等により放熱板表面を機械的に研磨する
方法が挙げられる。
【００５０】また、上記メッキ処理としては、硫酸銅
（１〜４０ｇ／ｌ）、硫酸ニッケル（０．１〜６．０ｇ
／ｌ）、クエン酸（１０〜２０ｇ／ｌ）、次亜リン酸ナ
トリウム（１０〜１００ｇ／ｌ）、ホウ酸（１０〜４０
ｇ／ｌ）、界面活性剤（日信化学工業社製、サーフィノ
ール４６５）（０．０１〜１０ｇ／ｌ）を含むｐＨ＝９
の無電解メッキ浴にて無電解メッキを施し、Ｃｕ−Ｎｉ
−Ｐ合金からなる粗化面を形成する方法が望ましい。こ
の範囲で析出する被膜の結晶構造は針状構造になるた
め、アンカー効果に優れるからである。この無電解メッ
キ浴には上記化合物に加えて錯化剤や添加剤を加えても
よい。
【００５１】また、上記エッチング処理としては、第二
銅錯体及び有機酸からなるエッチング液を酸素共存下で
作用させ、放熱板表面を粗化する方法が望ましい。
【００５２】このような方法により放熱板表面に形成す
る粗化面の面粗度は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定され
るＲａで０．０１〜０．５μｍ程度であることが望まし
い。放熱板と、後述する接着層との間に好適なアンカー
効果を得ることができる範囲だからである。
【００５３】次に、その一主面に導体回路が形成され、
半導体素子を搭載するための絶縁性基板を作製する。上
記第一の本発明のモジュール用基板において説明した通
り、上記絶縁性基板を構成する材料としては、窒化物セ
ラミック、炭化物セラミック及び金属酸化物等のセラミ
ック材料を挙げることができる。
【００５４】まず、セラミック粉末に、必要に応じてイ
ットリア（Ｙ２Ｏ３）やＢ４Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃ
ａを含む化合物、バインダー等を配合してスラリーを調
製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆
粒状にし、この顆粒を金型に入れて加圧することにより
板状等の所定の形状に成形することで、生成形体（グリ
ーン）を作製する。
【００５５】次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、絶縁性基板を作製する
が、焼成後にそのまま使用することができる形状として
もよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気
孔のない絶縁性基板を製造することが可能となる。加
熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラ
ミックや炭化物セラミックでは、１０００〜２５００℃
であり、酸化物セラミックでは、１５００〜２０００℃
であることが望ましい。
【００５６】また、上記絶縁性基板を、少なくとも導体
回路を形成する部分と、半導体素子を搭載する部分とに
形成し、上記導体回路を形成する部分の絶縁性基板が上
述した絶縁性樹脂からなる場合、この絶縁性基板を作製
するには、上述した熱硬化性樹脂や樹脂複合体からなる
未硬化の樹脂層を形成するか、又は、熱可塑性樹脂から
なる樹脂層を形成することが望ましい。
【００５７】上記未硬化の樹脂層は、未硬化の樹脂をロ
ールコータ−、カーテンコータ−等により塗布して形成
してもよく、また、未硬化（半硬化）の樹脂フィルムを
熱圧着して形成してもよい。また、熱可塑性樹脂からな
る樹脂層は、フィルム状に成形した樹脂成形体を熱圧着
することにより形成することが望ましい。
【００５８】上記未硬化の樹脂を塗布する場合には、樹
脂を塗布した後、加熱処理を施す。上記加熱処理を施す
ことにより、未硬化の樹脂を熱硬化させることができ
る。
【００５９】また、この絶縁性基板の、後述する接着層
に面する主面に粗化面を形成することが望ましい。絶縁
性基板と接着層との間でアンカー効果を得ることができ
るため、これらの接着強度が非常に優れたものとなると
ともに、絶縁性基板と接着層との接触面積が大きくなる
ため、絶縁性基板及び接着層間の熱の伝導が良好に行わ
れるからである。粗化面は、研磨処理またはエッチング
処理により形成することができる。
【００６０】次に、上記放熱板と上記絶縁性基板とを接
着層を介して接合する。上記第一の本発明のモジュール
用基板において説明した通り、上記接着層を構成する材
料としては、半田、ろう材、接着剤等を挙げることがで
きる。ここで、上記放熱板と絶縁性基板とを半田で接合
するには、上記放熱板の粗化面に半田ペーストを塗布し
た後、上記絶縁性基板を上記半田ペースト上に載置して
加熱リフローすればよい。また、上記絶縁性基板に粗化
面を形成した場合には、絶縁性基板の粗化面が上記半田
ペーストと当接するように、上記絶縁性基板を半田ペー
スト上に載置する。このようにして放熱板と絶縁性基板
とを接合することで、上記放熱板と上記接着層との間の
接触面積が大きなものとなり、両者の接着強度は非常に
優れたものとなる。
【００６１】そして、上記絶縁性基板の接着層を接合し
た反対面に、銅、アルミニウム等で所定の導体回路を形
成することで、本発明のモジュール用基板を製造する。
上記導体回路は、例えば、絶縁性基板がＡｌＮ等のセラ
ミック材料からなる場合、Ａｌ−Ｓｉを含むろう材を用
いて、上記絶縁性基板の表面に接合することができる。
【００６２】次に、第二の本発明のモジュール用基板に
ついて説明する。第二の本発明のモジュール用基板は、
一主面に導体回路が形成された絶縁性基板と、上記絶縁
性基板の他の主面に接着層を介して接合された放熱板と
を含む、半導体素子を搭載するためのモジュール用基板
であって、上記放熱板は、常温〜３００℃における熱伝
導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなると
ともに、上記接着層との界面に粗化面が形成されてお
り、上記放熱板の下方には、冷却媒体を循環させるため
の流路が設けられた冷却部材が配置されていることを特
徴とする。
【００６３】第二の本発明のモジュール用基板では、放
熱板を構成する金属又は合金の常温〜３００℃における
熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上と非常に高く、また、
上記放熱板の下方に設けられた冷却部材の内部に冷却媒
体を循環させることで、常に上記放熱板を低温状体に保
つことができ、上記モジュール用基板の上部に搭載した
半導体素子と上記放熱板との熱交換を非常にスムーズに
行うことができるため、上記半導体素子の冷却効率に優
れたものとなっている。
【００６４】また、上記放熱板の接着層との界面に形成
されている粗化面も、上記半導体素子の冷却効率の向上
に寄与している。即ち、上記放熱板の接着層との界面に
粗化面を形成されていると両者の接触面積が大きくな
り、その結果、上記放熱板と接着層との間を熱が伝導し
やすくなるのである。さらに、上記粗化面が形成される
ことで、上記放熱板と接着層との間にアンカー効果が働
き、上記放熱板と上記接着層との接着強度が非常に優れ
たものとなっている。
【００６５】図２（ａ）は、第二の本発明のモジュール
用基板の一主面に半導体素子が搭載されたパワーモジュ
ールの一例を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、
（ａ）に示した冷却部材の水平断面図である。なお、図
２（ｂ）に示した矢印は、冷却媒体の流れを示してい
る。
【００６６】図２（ａ）に示した通り、第二の本発明に
係るパワーモジュール２０において、モジュール用基板
２００は、その下方に配置され、内部に冷却媒体を流通
させるための複数の流路２３が設けられるとともに、そ
の両側に注入口２３ａと排出口２３ｂとが設けられた略
板状の冷却部材２３０と、冷却部材２３０上に形成され
た放熱板２１と、その上に接着層２４を介して配置され
た板状の絶縁性基板２２と、両者を接合するための接着
層２４とから構成されており、この絶縁性基板２２の上
には導体回路２５が形成されている。また、図示はしな
いが、放熱板２１の接着層２４との界面には粗化面が形
成されている。そして、第二の本発明に係るパワーモジ
ュール２０は、モジュール用基板２００の導体回路２５
が形成された面に半導体素子２６が搭載され、この半導
体素子２６と導体回路２５とが、ワイヤー２５ａを用い
たワイヤーボンディングにより接続されている。
【００６７】即ち、第二の本発明のモジュール用基板２
００は、放熱板２１の内部に冷却媒体を循環させるため
の流路が設けられておらず、放熱板２１の下方に冷却媒
体を循環させるための流路２３を有する冷却部材２３０
が配置されているほかは、上述した第一の本発明のモジ
ュール用基板１００と略同様の構成からなるものであ
る。従って、ここでは、主に冷却部材２３０及び放熱板
２１について説明することとする。
【００６８】図２（ｂ）に示した通り、冷却部材２３０
は、図１（ｂ）を用いて説明した放熱板１１と略同様の
構造である。即ち、その内部に複数の流路２３が並列に
配列されており、その両端には、冷却媒体を注入するた
めの注入口２３ａ及び冷却媒体を排出するための排出口
２３ｂが設けられている。
【００６９】このような冷却部材２３０を構成する材料
としては、上述した第一の本発明のモジュール用基板で
説明した放熱板１１と同様の材料を挙げることができ
る。また、放熱板１１と冷却部材２３０とは、同じ材料
からなることが望ましい。接合が容易だからである。ま
た、この冷却部材２３０の上には、放熱板２１が図示し
ない半田層等を介して接合されている。
【００７０】放熱板２１は板状であり、このような放熱
板２１を構成する材料も第一の本発明のモジュール用基
板１００で説明した放熱板１１と同様の材料を挙げるこ
とができる。また、放熱板２１の接着層２４との界面に
は、第一の本発明のモジュール用基板１００の放熱板１
１と同様の粗化面が形成されている。
【００７１】以上説明した通り、第二の本発明のモジュ
ール用基板は、放熱板が、常温〜３００℃における熱伝
導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は合金からなる放
熱板の接着層との界面には粗化面が形成されているとと
もに、その下方に冷却媒体を循環させるための流路を有
する冷却部材が配置されている。従って、放熱板と接着
層との間にはアンカー効果が働き、これらの接着強度が
非常に優れたものとなる。また、放熱板と接着層との接
触面積が大きくなるため、放熱板と接着層との間を熱が
伝導しやすくなり、放熱板の下方に形成された冷却部材
の内部を循環する冷却媒体によって比較的低温状体に保
たれた放熱板と半導体素子との間の熱交換をスムーズに
行うことができ、半導体素子の冷却効率が優れたものと
なる。
【００７２】次に、第二の本発明のモジュール用基板の
製造方法について説明する。第二の本発明に係る冷却部
材は、例えば、上述した金属又は合金からなる内部に空
洞を有する複数の柱状体を、ろう付け、溶接、半田付け
等により接合して接合体を作製した後、この接合体の両
端面に、上記柱状体と同様の材料からなり、側面の一部
に矩形状の開口が形成され、一端部が塞がれた管を、上
記接合体の端面と上記管の開口とが当接するように配置
した後、これらをろう付け、溶接、半田付け等により接
合する等により、図２（ｂ）に示したような、その内部
に流路が設けられた放熱板を作製することができる。
【００７３】次に、上記冷却部材と同様の材料を所定の
大きさの板状に加工することで板状の放熱板を作製し、
その主面に粗化処理を施す。上記粗化処理としては、上
記第一の本発明のモジュール用基板の製造方法において
説明した方法と同様の方法を採用することができるた
め、ここではその説明を省略する。この場合、放熱板
は、板状体であるため粗化処理を容易に行うことができ
る。そして、このようにして作製した放熱板と、上記冷
却部材とをろう付け、半田付け、溶接等により接合す
る。なお、上記放熱板に粗化面を形成する工程は、この
放熱板と冷却部材とを接合した後に行ってもよい。
【００７４】その後、上記第一の本発明のモジュール用
基板の製造方法と同様にして、絶縁性基板を製造し、こ
の絶縁性基板と上記放熱板とを接着層を介して接合した
後、上記絶縁性基板の一の主面に導体回路を形成するこ
とで、第二の本発明のモジュール用基板を製造すること
ができる。
【００７５】
【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。
【００７６】実施例１（図１参照） （１）放熱板の作製 その組成がＣｕ９０重量％、Ｚｒ１０重量％からなる内
部に空洞を有する厚さが１．０ｍｍの柱状体を複数個並
べてろう付けし、縦：７０ｍｍ、横：１３０ｍｍ、厚
さ：１０ｍｍの接合体を作製し、上記接合体の開口が形
成された両端部に注入口１３ａ、排出口１３ｂとなる銅
製の管をろう付けにより接合することで、放熱板１１を
作製した。この放熱板１１の熱伝導率は２７０Ｗ／ｍ・
Ｋであった。
【００７７】そして、上記実施の形態で説明した方法に
より、放熱板１１の一方の主面に黒化還元処理を施し、
ＪＩＳ Ｂ ０６０１によるＲａが０．１μｍの粗化面
を形成した。このとき、粗化面を形成したくない面には
保護層を形成しておき、粗化処理を終えた後、保護層を
除去した。
【００７８】（２）絶縁性基板の作製 まず、窒化アルミニウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）
１００重量部、イットリア（平均粒径：０．４μｍ）４
重量部、アクリルバインダー１２重量部及びアルコール
からなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末
を作製した。
【００７９】次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平
板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。
【００８０】次に、この生成形体を１８００℃、圧力２
０ＭＰａでホットプレスし、厚さ２ｍｍの窒化アルミニ
ウム基板を製造した。続いて、この窒化アルミニウム基
板の一主面に、厚さ０．４ｍｍのアルミニウムからなる
導体回路１５を、Ａｌ−Ｓｉを含有するろう材を用いて
接合し絶縁性基板１２を製造した。
【００８１】そして、放熱板１１の粗化面を形成した面
に半田ペーストを塗布し、この半田ペーストと絶縁性基
板１２の導体回路１５を形成した主面の反対面とが当接
するように絶縁性基板１２を載置し、上記半田ペースト
をリフローすることで、接着層１４を形成して放熱板１
１と絶縁性基板１２とを接合し、第一の本発明のモジュ
ール用基板１００を製造した。
【００８２】得られたモジュール用基板１００を、−５
５℃に保った後、１５０℃に保つヒートサイクルを１０
００回繰り返すヒートサイクル試験に供した後、モジュ
ール用基板１００を縦に切断し、放熱板１１と絶縁性基
板１２との接合状態（接着層１４）を顕微鏡で観察した
が、クラック等は全く観察されなかった。
【００８３】次に、このモジュール用基板１００に、Ｉ
ＧＢＴ素子を搭載し、放熱板１１の冷却媒体用の流路１
３に水を循環させながらパワーモジュール１０を実際に
作動させ、ＩＧＢＴ素子の温度を測定したが、ＩＧＢＴ
素子は、素子として充分に機能し得る温度を保持してい
た。
【００８４】実施例２（図２参照） まず、その組成がＣｕ：９７．６７重量％、Ｆｅ：２．
３０重量％、Ｐ：０．０３重量％、Ｚｎ：０．１０重量
％からなる内部に空洞を有する柱状体を、実施例１の
（１）の工程と同様の方法で接合して、冷却部材２３０
を作製した。次に、冷却部材２３０と同様の材料を用い
て、板状の放熱板２１を作製し、この両面に、上記実施
の形態で説明した方法により黒化還元処理を施し、ＪＩ
Ｓ Ｂ０６０１によるＲａが０．１μｍの粗化面を形成
した。この後、放熱板２１と冷却部材２３０とを半田で
接合した。これらの部材の熱伝導率は２６２Ｗ／ｍ・Ｋ
であった。
【００８５】そして、その後、実施例１の（２）と同様
の工程を行い、第二の本発明のモジュール用基板２００
を製造した。
【００８６】また、得られたモジュール用基板２００を
実施例１と同条件でヒートサイクル試験したところ、接
着層２４にはクラックが全く観測されなかった。
【００８７】さらに、実施例１と同様に、このモジュー
ル用基板２００に、ＩＧＢＴ素子を搭載し、冷却部材２
３０の冷却媒体用の流路２３に水を循環させながらパワ
ーモジュール２０を実際に作動させ、ＩＧＢＴ素子の温
度を測定したが、ＩＧＢＴ素子は、素子として充分に機
能し得る温度を保持していた。
【００８８】実施例３ 絶縁性基板の接着層に面することになる面に、放熱板に
形成した粗化面と同様の粗化面を研磨処理により形成し
たほかは、実施例１と同様にしてモジュール用基板を製
造した。
【００８９】得られたモジュール用基板を実施例１と同
条件でヒートサイクル試験したところ、接着層にはクラ
ックが全く観測されなかった。
【００９０】さらに、実施例１と同様に、このモジュー
ル用基板に、ＩＧＢＴ素子を搭載し、放熱板の冷却媒体
用の流路に水を循環させながらパワーモジュールを実際
に作動させ、ＩＧＢＴ素子の温度を測定したが、ＩＧＢ
Ｔ素子は、素子として充分に機能し得る温度を保持して
いた。
【００９１】実施例４ 絶縁性基板を導体回路及び半導体素子が設けられた領域
にのみ形成したほかは、実施例１と同様にしてモジュー
ル用基板を製造した。
【００９２】得られたモジュール用基板を実施例１と同
条件でヒートサイクル試験したところ、接着層にはクラ
ックが全く観測されなかった。
【００９３】さらに、実施例１と同様に、このモジュー
ル用基板に、ＩＧＢＴ素子を搭載し、放熱板の冷却媒体
用の流路に水を循環させながらパワーモジュールを実際
に作動させ、ＩＧＢＴ素子の温度を測定したが、ＩＧＢ
Ｔ素子は、素子として充分に機能し得る温度を保持して
いた。
【００９４】比較例１ 放熱板に粗化面を形成しなかったほかは、実施例１と同
様にしてモジュール用基板を製造した。
【００９５】得られたモジュール用基板を実施例１と同
条件でヒートサイクル試験したところ、接着層にクラッ
クが発生していた。
【００９６】さらに、実施例１と同様に、このモジュー
ル用基板に、ＩＧＢＴ素子を搭載し、放熱板の冷却媒体
用の流路に水を循環させながらパワーモジュールを実際
に作動させ、ＩＧＢＴ素子の温度を測定したところ、Ｉ
ＧＢＴ素子は、時間の経過とともに温度が上昇し、素子
として充分に機能し得る温度を超えてしまった。これ
は、時間の経過とともに放熱板と絶縁性基板とを接合す
る接着層にクラックが発生したため、放熱板と絶縁性基
板との間の熱交換がスムーズに行えなくなったからであ
ると考えられる。
【００９７】比較例２ 冷却部材の代わりに、空冷フィンを設けたほかは実施例
２と同様にしてモジュール用基板を製造した。
【００９８】得られたモジュール用基板を実施例１と同
条件でヒートサイクル試験したところ、接着層にクラッ
クは観測されなかった。
【００９９】さらに、実施例１と同様に、このモジュー
ル用基板に、ＩＧＢＴ素子を搭載してパワーモジュール
を実際に作動させ、ＩＧＢＴ素子の温度を測定したとこ
ろ、ＩＧＢＴ素子は、時間の経過とともに徐々に温度が
上昇し、最終的には素子として充分に機能し得る温度を
超えてしまった。これは、放熱板と接着層との接着強度
は非常に優れていたため、上記接着層にクラックが発生
することはなかったものの、上記ＩＧＢＴ素子の冷却効
率が劣っていたため、時間の経過とともに、上記ＩＧＢ
Ｔ素子の温度が徐々に上昇し、最終的に素子として充分
に機能し得る温度を超えてしまったものと考えられる。
【０１００】
【発明の効果】以上、説明した通り、第一及び第二の本
発明のモジュール用基板は、放熱板の熱伝導率が充分に
高く、放熱板と絶縁性基板との接着強度にも優れ、か
つ、半導体素子の冷却効率に優れるため、温度サイクル
に対する耐久性に優れ、発熱量の大きい半導体素子を搭
載するための基板として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第一の本発明のモジュール用基板の
一主面に半導体素子が搭載されたパワーモジュールの一
例を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に
示したモジュール用基板を構成する放熱板の水平断面図
である。
【図２】（ａ）は、第二の本発明のモジュール用基板の
一主面に半導体素子が搭載されたパワーモジュールの一
例を模式的に示した正面図であり、（ｂ）は、（ａ）に
示したモジュール用基板を構成する放熱板の水平断面図
である。
【図３】異なる構造の絶縁性基板を有するパワーモジュ
ールの一例を模式的に示した正面図である。
【図４】従来のパワーモジュールの一例を模式的に示し
た正面図である。
【符号の説明】
１０、２０ パワーモジュール １１、２１ 放熱板 １２、２２ 絶縁性基板 １３、２３ 流路 １４、２４ 接着層 １５、２５ 導体回路 １５ａ、２５ａ ワイヤー １６、２６ 半導体素子 １００，２００ モジュール用基板 ２３０ 冷却部材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一主面に導体回路が形成された絶縁性基
    板と、前記絶縁性基板の他の主面に接着層を介して接合
    された放熱板とを含む、半導体素子を搭載するためのモ
    ジュール用基板であって、前記放熱板は、常温〜３００
    ℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は
    合金からなり、前記接着層との界面に粗化面が形成され
    るとともに、その内部に冷却媒体を循環させるための流
    路が設けられていることを特徴とするモジュール用基
    板。
  2. 【請求項２】 一主面に導体回路が形成された絶縁性基
    板と、前記絶縁性基板の他の主面に接着層を介して接合
    された放熱板とを含む、半導体素子を搭載するためのモ
    ジュール用基板であって、前記放熱板は、常温〜３００
    ℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属又は
    合金からなるとともに、前記接着層との界面に粗化面が
    形成されており、前記放熱板の下方には、冷却媒体を循
    環させるための流路が設けられた冷却部材が配置されて
    いることを特徴とするモジュール用基板。
  3. 【請求項３】 放熱板は、銅を主成分とする合金からな
    る請求項１又は２記載のモジュール用基板。
  4. 【請求項４】 絶縁性基板は、少なくとも導体回路が形
    成された部分と、半導体素子が搭載される部分とに形成
    されている請求項１〜３のいずれか１記載のモジュール
    用基板。
  5. 【請求項５】 少なくとも導体回路が形成された部分の
    絶縁性基板は、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素
    及び金属酸化物から選択される少なくとも１種のセラミ
    ック、又は、絶縁性樹脂からなり、半導体素子が搭載さ
    れる部分の絶縁性基板は、前記セラミックからなる請求
    項１〜４のいずれか１記載のモジュール用基板。
  6. 【請求項６】 接着層に面した絶縁性基板の界面に粗化
    面が形成されている請求項１〜５のいずれか１記載のモ
    ジュール用基板。
JP2001221523A 2001-07-23 2001-07-23 モジュール用基板 Pending JP2003037224A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001221523A JP2003037224A (ja) 2001-07-23 2001-07-23 モジュール用基板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001221523A JP2003037224A (ja) 2001-07-23 2001-07-23 モジュール用基板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003037224A true JP2003037224A (ja) 2003-02-07

Family

ID=19055176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001221523A Pending JP2003037224A (ja) 2001-07-23 2001-07-23 モジュール用基板

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003037224A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003060136A (ja) * 2001-08-08 2003-02-28 Ibiden Co Ltd モジュール用基板
JP2008016567A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Calsonic Kansei Corp 自動車用電子部品冷却装置
JP2016192504A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 新電元工業株式会社 電子装置
KR101818729B1 (ko) 2015-10-13 2018-02-22 한국기계연구원 열전소자 어셈블리의 히트싱크 살균 방법 및 장치

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62224952A (ja) * 1986-03-27 1987-10-02 Toshiba Corp 熱伝導性基板
JPH03234045A (ja) * 1990-02-09 1991-10-18 Toshiba Corp 窒化アルミニウム基板およびこれを用いた半導体モジュール
JPH05259593A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Toshiba Corp ＡｌＮ回路基板
JPH09184076A (ja) * 1995-12-27 1997-07-15 Aichi Steel Works Ltd 窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法
JPH09275170A (ja) * 1996-04-03 1997-10-21 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JPH10154772A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Matsushita Electric Works Ltd 半導体パッケージ
JPH1187928A (ja) * 1997-07-08 1999-03-30 Ibiden Co Ltd 多層プリント配線板
JPH11346480A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Hitachi Ltd インバータ装置
JP2000216310A (ja) * 1999-01-22 2000-08-04 Toyota Central Res & Dev Lab Inc ヒ―トシンクおよびその製造方法
JP2000226274A (ja) * 1998-12-01 2000-08-15 Aichi Steel Works Ltd セラミックス−金属接合体の製造方法
JP2000260917A (ja) * 1999-03-12 2000-09-22 Nec Corp アルミニウム放熱体及びその製造方法
JP2000273409A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toray Ind Inc 半導体装置用接着剤シートおよびそれを用いた部品ならびに半導体装置
JP2001148451A (ja) * 1999-03-24 2001-05-29 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62224952A (ja) * 1986-03-27 1987-10-02 Toshiba Corp 熱伝導性基板
JPH03234045A (ja) * 1990-02-09 1991-10-18 Toshiba Corp 窒化アルミニウム基板およびこれを用いた半導体モジュール
JPH05259593A (ja) * 1992-03-12 1993-10-08 Toshiba Corp ＡｌＮ回路基板
JPH09184076A (ja) * 1995-12-27 1997-07-15 Aichi Steel Works Ltd 窒化アルミニウムメタライズ基板の製造方法
JPH09275170A (ja) * 1996-04-03 1997-10-21 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JPH10154772A (ja) * 1996-11-25 1998-06-09 Matsushita Electric Works Ltd 半導体パッケージ
JPH1187928A (ja) * 1997-07-08 1999-03-30 Ibiden Co Ltd 多層プリント配線板
JPH11346480A (ja) * 1998-06-02 1999-12-14 Hitachi Ltd インバータ装置
JP2000226274A (ja) * 1998-12-01 2000-08-15 Aichi Steel Works Ltd セラミックス−金属接合体の製造方法
JP2000216310A (ja) * 1999-01-22 2000-08-04 Toyota Central Res & Dev Lab Inc ヒ―トシンクおよびその製造方法
JP2000260917A (ja) * 1999-03-12 2000-09-22 Nec Corp アルミニウム放熱体及びその製造方法
JP2000273409A (ja) * 1999-03-19 2000-10-03 Toray Ind Inc 半導体装置用接着剤シートおよびそれを用いた部品ならびに半導体装置
JP2001148451A (ja) * 1999-03-24 2001-05-29 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003060136A (ja) * 2001-08-08 2003-02-28 Ibiden Co Ltd モジュール用基板
JP2008016567A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Calsonic Kansei Corp 自動車用電子部品冷却装置
JP2016192504A (ja) * 2015-03-31 2016-11-10 新電元工業株式会社 電子装置
KR101818729B1 (ko) 2015-10-13 2018-02-22 한국기계연구원 열전소자 어셈블리의 히트싱크 살균 방법 및 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5981085A (en) Composite substrate for heat-generating semiconductor device and semiconductor apparatus using the same
CA2687936C (en) Low cost manufacturing of micro-channel heatsink
CA2695746C (en) Methods for making millichannel substrate, and cooling device and apparatus using the substrate
WO2002067324A1 (fr) Element pour circuit electronique, procede de fabrication d'un tel element et portion electronique
WO1998008256A1 (en) Silicon nitride circuit board and semiconductor module
WO2007037306A1 (ja) ヒートシンクモジュール及びその製造方法
JP6692299B2 (ja) 窒化珪素回路基板およびそれを用いた電子部品モジュール
JP2003060137A (ja) モジュール用基板
KR20170048999A (ko) 세라믹 기판 제조 방법 및 이 제조방법으로 제조된 세라믹 기판
CN113056087B (zh) 一种内嵌微流道的印制电路板及其制备方法
JP2003037231A (ja) モジュール用基板
JP2003037224A (ja) モジュール用基板
JPWO2016021561A1 (ja) 複合基板及びパワーモジュール
JP4737885B2 (ja) モジュール用基板
JP2007266224A (ja) パワーモジュール
JP2001217362A (ja) 積層放熱部材、および同放熱部材を用いたパワー半導体装置、並びにそれらの製造方法
CN212517193U (zh) 一种高导热率碳化硅器件封装结构
CN116496098A (zh) 双面覆接金属的陶瓷基板及其制备方法
JP6040570B2 (ja) 熱交換器
JP3837680B2 (ja) 金属−セラミックス複合基板製造用鋳型
JP2009188366A (ja) 一体型半導体放熱用基板とその製造方法
JP3537320B2 (ja) 回路基板
JP2003318316A (ja) セラミックス回路基板
JPH0361539B2 (ja)
JP2004200567A (ja) 放熱体及びその製造方法、パワーモジュール用基板、パワーモジュール

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20040324

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080617

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100817

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101013

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20101013

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20101102