JP2003100966A - セラミック回路基板 - Google Patents
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- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
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- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子の発熱によるセラミック回路基板
の反りによって、セラミック回路基板と放熱部材間の伝
熱性組成物に気泡が侵入し、放熱性が劣化するのを解消
すること。 【解決手段】 セラミック基板２の上面に金属回路板３
を、下面に金属回路板３と対向するダミー金属回路板４
を取着して成り、ダミー金属回路板４が伝熱性組成物６
を介して放熱部材７に実装されるセラミック回路基板１
であって、金属回路板３の回路間に対応するダミー金属
回路板４の隙間に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹
脂５が充填されている。絶縁性樹脂５がダミー金属回路
板４の隙間を表面が面一となるように充填されること
で、ダミー金属回路板4の回路間に対応する隙間に気泡
が侵入するのを防ぐ。
の反りによって、セラミック回路基板と放熱部材間の伝
熱性組成物に気泡が侵入し、放熱性が劣化するのを解消
すること。 【解決手段】 セラミック基板２の上面に金属回路板３
を、下面に金属回路板３と対向するダミー金属回路板４
を取着して成り、ダミー金属回路板４が伝熱性組成物６
を介して放熱部材７に実装されるセラミック回路基板１
であって、金属回路板３の回路間に対応するダミー金属
回路板４の隙間に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹
脂５が充填されている。絶縁性樹脂５がダミー金属回路
板４の隙間を表面が面一となるように充填されること
で、ダミー金属回路板4の回路間に対応する隙間に気泡
が侵入するのを防ぐ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック基板に
金属回路板を接合したセラミック回路基板に関するもの
である。
金属回路板を接合したセラミック回路基板に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワーモジュール用基板やスイッ
チングモジュール用基板等の回路基板として、セラミッ
ク基板上に活性金属ロウ材を介して銅等から成る金属回
路板を直接接合させたセラミック回路基板が用いられて
いる。
チングモジュール用基板等の回路基板として、セラミッ
ク基板上に活性金属ロウ材を介して銅等から成る金属回
路板を直接接合させたセラミック回路基板が用いられて
いる。
【０００３】図３に従来のセラミック回路基板を用いた
半導体モジュールの例を断面図で示す。図３において、
11はセラミック回路基板を示し、このセラミック回路基
板11は、セラミック基板12と、その上面に取着された複
数の金属回路板13と、セラミック基板12の下面にこれら
金属回路板13と対向させて取着された金属板14とから構
成されている。そして、このようなセラミック回路基板
11は、金属回路板13上には半導体素子18等の電子部品が
搭載され、放熱部材17上に金属板14との間に伝熱性組成
物16を介在させて接合実装されることにより、半導体モ
ジュールとして使用される。
半導体モジュールの例を断面図で示す。図３において、
11はセラミック回路基板を示し、このセラミック回路基
板11は、セラミック基板12と、その上面に取着された複
数の金属回路板13と、セラミック基板12の下面にこれら
金属回路板13と対向させて取着された金属板14とから構
成されている。そして、このようなセラミック回路基板
11は、金属回路板13上には半導体素子18等の電子部品が
搭載され、放熱部材17上に金属板14との間に伝熱性組成
物16を介在させて接合実装されることにより、半導体モ
ジュールとして使用される。
【０００４】かかるセラミック回路基板11は、酸化アル
ミニウム質焼結体から成るセラミック基板12を用いる場
合には、具体的には以下の方法によって製作される。
ミニウム質焼結体から成るセラミック基板12を用いる場
合には、具体的には以下の方法によって製作される。
【０００５】まず、銀−銅合金にチタン・ジルコニウム
・ハフニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種
を添加した活性金属粉末に有機溶剤・溶媒を添加混合し
てロウ材ペーストを調製する。
・ハフニウムおよびこれらの水素化物の少なくとも１種
を添加した活性金属粉末に有機溶剤・溶媒を添加混合し
てロウ材ペーストを調製する。
【０００６】次に、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸化
マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有
機バインダ・可塑剤・溶剤等を添加混合して泥漿状と成
すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレ
ンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複数のセ
ラミックグリーンシートを得た後、所定寸法に形成し、
次にセラミックグリーンシートを必要に応じて上下に積
層するとともに還元雰囲気中にて約1600℃の温度で焼成
し、セラミックグリーンシートを焼結一体化させて酸化
アルミニウム質焼結体から成るセラミック基板12を形成
する。
マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有
機バインダ・可塑剤・溶剤等を添加混合して泥漿状と成
すとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレ
ンダーロール法等のテープ成形技術を採用して複数のセ
ラミックグリーンシートを得た後、所定寸法に形成し、
次にセラミックグリーンシートを必要に応じて上下に積
層するとともに還元雰囲気中にて約1600℃の温度で焼成
し、セラミックグリーンシートを焼結一体化させて酸化
アルミニウム質焼結体から成るセラミック基板12を形成
する。
【０００７】次に、セラミック基板12上にロウ材ペース
トを間に挟んで銅等から成る複数の金属回路板13を載置
し、一方、これに対向するセラミック基板12の下面には
同様にロウ材ペーストを間に挟んで銅等から成る金属板
14を配置する。
トを間に挟んで銅等から成る複数の金属回路板13を載置
し、一方、これに対向するセラミック基板12の下面には
同様にロウ材ペーストを間に挟んで銅等から成る金属板
14を配置する。
【０００８】そして最後に、セラミック基板12と金属回
路板13との間およびセラミック基板12と金属板14との間
に配されているロウ材ペーストを非酸化性雰囲気中にて
約900℃の温度に加熱して溶融させ、このロウ材でセラ
ミック基板12と金属回路板13とを、およびセラミック基
板12と金属板14とを接合することによって製作される。
路板13との間およびセラミック基板12と金属板14との間
に配されているロウ材ペーストを非酸化性雰囲気中にて
約900℃の温度に加熱して溶融させ、このロウ材でセラ
ミック基板12と金属回路板13とを、およびセラミック基
板12と金属板14とを接合することによって製作される。
【０００９】このように製作されたセラミック回路基板
11は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transisto
r）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor - F
ield Effect Transistor）等の半導体素子18等の電子部
品を半田などの接着剤を介して接合した後、例えば、ア
ルミニウム等の放熱部材17に半田で接合されることによ
り、半導体素子18の動作時の発熱を良好に放熱させる半
導体モジュールとなる。
11は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transisto
r）やＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor - F
ield Effect Transistor）等の半導体素子18等の電子部
品を半田などの接着剤を介して接合した後、例えば、ア
ルミニウム等の放熱部材17に半田で接合されることによ
り、半導体素子18の動作時の発熱を良好に放熱させる半
導体モジュールとなる。
【００１０】しかしながら、セラミック回路基板11（熱
膨張係数が約３〜10×10-6／℃）と放熱部材17（熱膨張
係数が約18〜23×10-6／℃）の熱膨張係数が大きく相違
することから、セラミック回路基板11と放熱部材17との
間の半田にクラックが発生し、剥離が生じて信頼性が著
しく劣化する場合がある。このため、半田に変えてグリ
ース状の伝熱性組成物16を介してセラミック回路基板11
と放熱部材17とを接合実装する構成が採用されている。
膨張係数が約３〜10×10-6／℃）と放熱部材17（熱膨張
係数が約18〜23×10-6／℃）の熱膨張係数が大きく相違
することから、セラミック回路基板11と放熱部材17との
間の半田にクラックが発生し、剥離が生じて信頼性が著
しく劣化する場合がある。このため、半田に変えてグリ
ース状の伝熱性組成物16を介してセラミック回路基板11
と放熱部材17とを接合実装する構成が採用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パワー
トランジスタモジュール等の半導体モジュールにおいて
は、大電流を流せるように金属回路板13の厚さを0.3〜
0.5ｍｍと厚くしている場合が多いため、半導体素子18
が発熱するとその温度上昇によってセラミック基板12が
反り、変形しやすいという問題点があった。すなわち、
熱膨張率が大きく異なるセラミック基板12と金属回路板
13とを接合すると、接合後の冷却過程や半導体素子のス
イッチングによる冷熱サイクルの付加により、両者の熱
膨張差に起因する熱応力が発生する。この熱応力は接合
部付近のセラミック基板12側に圧縮および引張りの残留
応力分布として存在し、特に金属回路板13の外周端部と
近接するセラミック部分に残留応力の主応力が作用す
る。この残留応力は、電子部品18のスイッチングによる
冷熱サイクル（以下、パワーサイクルと呼ぶ）の付加に
より開放されるため、例えば、セラミック基板12が変形
して、周縁部が上側に変形する。すると、金属板14と伝
熱部材17との間で伝熱性組成物16の端部がコ字状に凹
み、次にセラミック基板12の変形が戻ると伝熱性組成物
16の端部も元に戻り、端部に発生した凹み部分が閉じて
金属板14と放熱部材17との間の伝熱性組成物16に気泡
（空気）が侵入することとなる。
トランジスタモジュール等の半導体モジュールにおいて
は、大電流を流せるように金属回路板13の厚さを0.3〜
0.5ｍｍと厚くしている場合が多いため、半導体素子18
が発熱するとその温度上昇によってセラミック基板12が
反り、変形しやすいという問題点があった。すなわち、
熱膨張率が大きく異なるセラミック基板12と金属回路板
13とを接合すると、接合後の冷却過程や半導体素子のス
イッチングによる冷熱サイクルの付加により、両者の熱
膨張差に起因する熱応力が発生する。この熱応力は接合
部付近のセラミック基板12側に圧縮および引張りの残留
応力分布として存在し、特に金属回路板13の外周端部と
近接するセラミック部分に残留応力の主応力が作用す
る。この残留応力は、電子部品18のスイッチングによる
冷熱サイクル（以下、パワーサイクルと呼ぶ）の付加に
より開放されるため、例えば、セラミック基板12が変形
して、周縁部が上側に変形する。すると、金属板14と伝
熱部材17との間で伝熱性組成物16の端部がコ字状に凹
み、次にセラミック基板12の変形が戻ると伝熱性組成物
16の端部も元に戻り、端部に発生した凹み部分が閉じて
金属板14と放熱部材17との間の伝熱性組成物16に気泡
（空気）が侵入することとなる。
【００１２】その結果、半導体素子18からの放熱経路が
遮断され、良好な熱放散を行なえなくなってしまい、半
導体素子18に熱破壊や特性の劣化を招来して半導体素子
18を安定に信頼性よく作動させることができなくなると
いう問題点を有していた。
遮断され、良好な熱放散を行なえなくなってしまい、半
導体素子18に熱破壊や特性の劣化を招来して半導体素子
18を安定に信頼性よく作動させることができなくなると
いう問題点を有していた。
【００１３】本発明は上記問題点に鑑み完成されたもの
で、その目的は、セラミック回路基板を放熱部材へ実装
する際の伝熱性組成物への気泡の巻き込みを防止し、ま
たパワーサイクルにおけるセラミック回路基板の変形を
抑制して、放熱性を改善したセラミック回路基板を提供
することにある。
で、その目的は、セラミック回路基板を放熱部材へ実装
する際の伝熱性組成物への気泡の巻き込みを防止し、ま
たパワーサイクルにおけるセラミック回路基板の変形を
抑制して、放熱性を改善したセラミック回路基板を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のセラミック回路
基板は、セラミック基板の上面に金属回路板を、下面に
前記金属回路板と対向するダミー金属回路板を取着して
成り、このダミー金属回路板が伝熱性組成物を介して放
熱部材に実装されるセラミック回路基板であって、前記
金属回路板の回路間に対応する前記ダミー金属回路板の
隙間に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填さ
れていることを特徴とするものである。
基板は、セラミック基板の上面に金属回路板を、下面に
前記金属回路板と対向するダミー金属回路板を取着して
成り、このダミー金属回路板が伝熱性組成物を介して放
熱部材に実装されるセラミック回路基板であって、前記
金属回路板の回路間に対応する前記ダミー金属回路板の
隙間に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填さ
れていることを特徴とするものである。
【００１５】また、本発明のセラミック回路基板は、上
記構成において、前記金属回路板の回路間の隙間に、ヤ
ング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填されているこ
とを特徴とするものである。
記構成において、前記金属回路板の回路間の隙間に、ヤ
ング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填されているこ
とを特徴とするものである。
【００１６】本発明のセラミック回路基板によれば、金
属回路板に対向させて取着されたダミー金属回路板に対
し、その金属回路板の回路間の部位に対応する隙間の部
分に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填した
ことから、セラミック回路基板のダミー金属回路板側の
下面が平坦になるので、セラミック回路基板を放熱部材
に伝熱性組成物を介して接合する際に、ダミー金属回路
板の回路間に対応する隙間に気泡が入り込むことがなく
なり、また、ダミー金属回路板側の下面が平坦になって
いるので熱伝導率が相対的に低い伝熱性組成物を薄くし
て接合することが可能となるため、熱抵抗の増加を防ぐ
ことができる。その結果、放熱性を改善したセラミック
回路基板を提供することができる。
属回路板に対向させて取着されたダミー金属回路板に対
し、その金属回路板の回路間の部位に対応する隙間の部
分に、ヤング率が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填した
ことから、セラミック回路基板のダミー金属回路板側の
下面が平坦になるので、セラミック回路基板を放熱部材
に伝熱性組成物を介して接合する際に、ダミー金属回路
板の回路間に対応する隙間に気泡が入り込むことがなく
なり、また、ダミー金属回路板側の下面が平坦になって
いるので熱伝導率が相対的に低い伝熱性組成物を薄くし
て接合することが可能となるため、熱抵抗の増加を防ぐ
ことができる。その結果、放熱性を改善したセラミック
回路基板を提供することができる。
【００１７】また、本発明のセラミック回路基板によれ
ば、下面のダミー金属回路板の回路間に対応する隙間と
同様に、上面の金属回路板の回路間の隙間にもヤング率
が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填することにより、セ
ラミック基板の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させる
ことができ、基板の変形をより効率よく抑制することが
可能となる。さらには、絶縁性樹脂が補強材として働く
ため、セラミック基板の曲げ強度を強化し、熱的・機械
的応力に起因するクラックや割れの発生を防止し、その
結果として、クラックに起因する絶縁不良を防止して製
品の信頼性を向上させることが可能となる。
ば、下面のダミー金属回路板の回路間に対応する隙間と
同様に、上面の金属回路板の回路間の隙間にもヤング率
が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填することにより、セ
ラミック基板の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させる
ことができ、基板の変形をより効率よく抑制することが
可能となる。さらには、絶縁性樹脂が補強材として働く
ため、セラミック基板の曲げ強度を強化し、熱的・機械
的応力に起因するクラックや割れの発生を防止し、その
結果として、クラックに起因する絶縁不良を防止して製
品の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１８】このような構成により、放熱特性が良好で
あり、パワーサイクルによる放熱特性の劣化がなく、金
属回路板上に搭載される半導体素子等の電子部品を長期
にわたり安定して作動させることができるものとなる。
あり、パワーサイクルによる放熱特性の劣化がなく、金
属回路板上に搭載される半導体素子等の電子部品を長期
にわたり安定して作動させることができるものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明のセラミック回路基板１を
用いた半導体モジュールの一例を示す断面図であり、２
はセラミック基板、３は金属回路板、４はダミー金属回
路板、５は絶縁性樹脂、６は伝熱性組成物、７は放熱部
材、８は電子部品としての半導体素子である。
用いた半導体モジュールの一例を示す断面図であり、２
はセラミック基板、３は金属回路板、４はダミー金属回
路板、５は絶縁性樹脂、６は伝熱性組成物、７は放熱部
材、８は電子部品としての半導体素子である。
【００２１】セラミック基板２は、金属回路板３および
ダミー金属回路板４を支持する支持部材として機能し、
酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体・ムライト（３
Ａｌ 2Ｏ3・２ＳｉＯ2）質焼結体・炭化珪素（ＳｉＣ）
質焼結体・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体・窒化
珪素（Ｓｉ3Ｎ4）質焼結体等のセラミック材料で形成さ
れている。
ダミー金属回路板４を支持する支持部材として機能し、
酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体・ムライト（３
Ａｌ 2Ｏ3・２ＳｉＯ2）質焼結体・炭化珪素（ＳｉＣ）
質焼結体・窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体・窒化
珪素（Ｓｉ3Ｎ4）質焼結体等のセラミック材料で形成さ
れている。
【００２２】セラミック基板２は、例えば、窒化珪素質
焼結体で形成されている場合であれば、まず窒化珪素粉
末に希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結
助剤を添加・混合して窒化珪素焼結体原料粉末を調整す
る。次いで、窒化珪素焼結体原料粉末に有機バインダお
よび分散媒を添加・混合してペースト化し、このペース
トをドクターブレード法等の通常の成形法でシート状に
成形して窒化珪素グリーンシートを作製する。このよう
な窒化珪素グリーンシートを必要枚数積層し、プレス加
工等を施して圧着（加圧接着）して窒化珪素成形体を作
製する。この後、窒化珪素成形体を空気中もしくは窒素
雰囲気等の非酸化性雰囲気中で脱脂処理した後、窒素雰
囲気等の非酸化性雰囲気中で焼成して、目的とするセラ
ミック基板２を得る。
焼結体で形成されている場合であれば、まず窒化珪素粉
末に希土類酸化物粉末や酸化アルミニウム粉末等の焼結
助剤を添加・混合して窒化珪素焼結体原料粉末を調整す
る。次いで、窒化珪素焼結体原料粉末に有機バインダお
よび分散媒を添加・混合してペースト化し、このペース
トをドクターブレード法等の通常の成形法でシート状に
成形して窒化珪素グリーンシートを作製する。このよう
な窒化珪素グリーンシートを必要枚数積層し、プレス加
工等を施して圧着（加圧接着）して窒化珪素成形体を作
製する。この後、窒化珪素成形体を空気中もしくは窒素
雰囲気等の非酸化性雰囲気中で脱脂処理した後、窒素雰
囲気等の非酸化性雰囲気中で焼成して、目的とするセラ
ミック基板２を得る。
【００２３】セラミック基板２は、機械的強度が強く、
高靭性な窒化珪素質焼結体が好ましい。また、その熱伝
導率が少なくとも60Ｗ／ｍＫ以上であることが好まし
く、特に80Ｗ／ｍＫ以上、さらには100Ｗ／ｍＫ以上で
あることが好ましい。
高靭性な窒化珪素質焼結体が好ましい。また、その熱伝
導率が少なくとも60Ｗ／ｍＫ以上であることが好まし
く、特に80Ｗ／ｍＫ以上、さらには100Ｗ／ｍＫ以上で
あることが好ましい。
【００２４】また、セラミック基板２は、その厚みを0.
2〜1.0ｍｍとすることが好ましい。0.2ｍｍ未満では、
セラミック基板２と金属回路板３およびダミー金属回路
板４とを接合したときに発生する応力により、セラミッ
ク基板２に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。他
方、1.0ｍｍを超えると、半導体素子８から発生する熱
を良好に放熱部材７に伝達することが困難となる傾向が
ある。
2〜1.0ｍｍとすることが好ましい。0.2ｍｍ未満では、
セラミック基板２と金属回路板３およびダミー金属回路
板４とを接合したときに発生する応力により、セラミッ
ク基板２に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。他
方、1.0ｍｍを超えると、半導体素子８から発生する熱
を良好に放熱部材７に伝達することが困難となる傾向が
ある。
【００２５】本発明のセラミック回路基板１は、上記の
ように製造したセラミック基板２の上面および下面に、
直接接合法や活性金属法を用いて導電性を有する銅やア
ルミニウム等の金属材料から成る金属回路板３および金
属回路板３に対応する形状で対向させて配置したダミー
金属回路板４をそれぞれ一体に接合して製造される。
ように製造したセラミック基板２の上面および下面に、
直接接合法や活性金属法を用いて導電性を有する銅やア
ルミニウム等の金属材料から成る金属回路板３および金
属回路板３に対応する形状で対向させて配置したダミー
金属回路板４をそれぞれ一体に接合して製造される。
【００２６】例えば、活性金属法を用いる場合であれ
ば、銀−銅合金粉末等からなる銀ロウ粉末や、アルミニ
ウム−シリコン合金粉末等から成るアルミニウムロウ粉
末に、チタン・ジルコニウム・ハフニウム等の活性金属
やその水素化物の少なくとも１種からなる活性金属粉末
を２〜５重量％添加した活性金属ロウ材に、適当な有機
溶剤・溶媒を添加混合して得た活性金属ロウ材ペースト
を、セラミック基板２の上下面に従来周知のスクリーン
印刷技術を用いて金属回路板３およびダミー金属回路板
４に対応させた所定パターンに印刷する。
ば、銀−銅合金粉末等からなる銀ロウ粉末や、アルミニ
ウム−シリコン合金粉末等から成るアルミニウムロウ粉
末に、チタン・ジルコニウム・ハフニウム等の活性金属
やその水素化物の少なくとも１種からなる活性金属粉末
を２〜５重量％添加した活性金属ロウ材に、適当な有機
溶剤・溶媒を添加混合して得た活性金属ロウ材ペースト
を、セラミック基板２の上下面に従来周知のスクリーン
印刷技術を用いて金属回路板３およびダミー金属回路板
４に対応させた所定パターンに印刷する。
【００２７】その後、金属回路板３およびダミー金属回
路板４を活性金属ロウ材ペーストのパターン上に載置
し、これを真空中または中性もしくは還元雰囲気中で、
所定温度（銀ロウの場合は約900℃、アルミニウムロウ
材の場合は600℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材を溶
融させて、セラミック基板２の上下面と金属回路板３お
よびダミー金属回路板４とを接合させる。これにより、
セラミック基板２の上下面に金属回路板３およびダミー
金属回路板４が取着されることとなる。
路板４を活性金属ロウ材ペーストのパターン上に載置
し、これを真空中または中性もしくは還元雰囲気中で、
所定温度（銀ロウの場合は約900℃、アルミニウムロウ
材の場合は600℃）で加熱処理し、活性金属ロウ材を溶
融させて、セラミック基板２の上下面と金属回路板３お
よびダミー金属回路板４とを接合させる。これにより、
セラミック基板２の上下面に金属回路板３およびダミー
金属回路板４が取着されることとなる。
【００２８】銅やアルミニウム等から成る金属回路板３
およびダミー金属回路板４は、銅やアルミニウム等のイ
ンゴット（塊）に圧延加工法や抜き打ち加工法等従来周
知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが0.
5ｍｍで、回路パターンの形状に対応する所定のパター
ン形状に製作される。金属回路板３およびダミー金属回
路板４の厚さは、0.1〜1.0ｍｍであることが好ましい。
厚みが0.1ｍｍ未満では、金属回路板３の電気抵抗が大
きくなるため半導体素子８からの高電流信号を伝播しに
くくなる傾向がある。他方、1.0ｍｍを超えると、セラ
ミック基板２と金属回路板３およびダミー金属回路板４
とを接合したときに発生する応力により、セラミック基
板２に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。
およびダミー金属回路板４は、銅やアルミニウム等のイ
ンゴット（塊）に圧延加工法や抜き打ち加工法等従来周
知の金属加工法を施すことによって、例えば、厚さが0.
5ｍｍで、回路パターンの形状に対応する所定のパター
ン形状に製作される。金属回路板３およびダミー金属回
路板４の厚さは、0.1〜1.0ｍｍであることが好ましい。
厚みが0.1ｍｍ未満では、金属回路板３の電気抵抗が大
きくなるため半導体素子８からの高電流信号を伝播しに
くくなる傾向がある。他方、1.0ｍｍを超えると、セラ
ミック基板２と金属回路板３およびダミー金属回路板４
とを接合したときに発生する応力により、セラミック基
板２に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。
【００２９】金属回路板３およびダミー金属回路板４
は、銅から成る場合、これを無酸素銅で形成しておく
と、無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在す
る酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良
好となるので、セラミック基板２とのロウ材を介しての
接合が強固になる。したがって、金属回路板３およびダ
ミー金属回路板４は、これを無酸素銅で形成しておくこ
とが好ましい。
は、銅から成る場合、これを無酸素銅で形成しておく
と、無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在す
る酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良
好となるので、セラミック基板２とのロウ材を介しての
接合が強固になる。したがって、金属回路板３およびダ
ミー金属回路板４は、これを無酸素銅で形成しておくこ
とが好ましい。
【００３０】金属回路板３およびダミー金属回路板４の
厚みと材質は、活性金属ロウ付け時や半導体素子８等の
電子部品搭載のための半田リフロー時の加熱による反り
を抑制するために、同じ厚み・同じ材質にすることが好
ましい。
厚みと材質は、活性金属ロウ付け時や半導体素子８等の
電子部品搭載のための半田リフロー時の加熱による反り
を抑制するために、同じ厚み・同じ材質にすることが好
ましい。
【００３１】また、金属回路板３は、その表面にニッケ
ルから成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡
れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、
金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好とす
ることができるとともに、金属回路板３に半導体素子８
等の電子部品を半田を介して強固に接着させることがで
きる。従って、金属回路板３は、その表面にニッケルか
ら成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡れ性
が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好
ましい。
ルから成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡
れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、
金属回路板３と外部電気回路との電気的接続を良好とす
ることができるとともに、金属回路板３に半導体素子８
等の電子部品を半田を介して強固に接着させることがで
きる。従って、金属回路板３は、その表面にニッケルか
ら成る良導電性で、かつ耐蝕性およびロウ材との濡れ性
が良好な金属をメッキ法により被着させておくことが好
ましい。
【００３２】ダミー金属回路板４はその形状と厚みがほ
ぼ金属回路板３の形状と厚みに対応しており、セラミッ
ク回路基板１によれば、上面に金属回路板３が取着され
ているセラミック基板２の下面に、対応する金属回路板
３と対向させて、ダミー金属回路板４をセラミック基板
２を介して金属回路板３と上下で対称的な位置（対向す
る位置）に取着したことから、金属回路板３に搭載され
た半導体素子８が動作発熱しても、セラミック基板２と
金属回路板３およびダミー金属回路板４との間の熱膨張
係数の相違に起因する反りの発生が抑制され、伝熱性組
成物６に気泡（空気）の侵入がなくなって良好に放熱部
材７に伝熱させることができ、信頼性の高い半導体モジ
ュールを得ることができるセラミック回路基板となる。
ぼ金属回路板３の形状と厚みに対応しており、セラミッ
ク回路基板１によれば、上面に金属回路板３が取着され
ているセラミック基板２の下面に、対応する金属回路板
３と対向させて、ダミー金属回路板４をセラミック基板
２を介して金属回路板３と上下で対称的な位置（対向す
る位置）に取着したことから、金属回路板３に搭載され
た半導体素子８が動作発熱しても、セラミック基板２と
金属回路板３およびダミー金属回路板４との間の熱膨張
係数の相違に起因する反りの発生が抑制され、伝熱性組
成物６に気泡（空気）の侵入がなくなって良好に放熱部
材７に伝熱させることができ、信頼性の高い半導体モジ
ュールを得ることができるセラミック回路基板となる。
【００３３】ダミー金属回路板４の金属回路板３の回路
間に対応する隙間には、絶縁性樹脂５が充填されてい
る。これにより、セラミック回路基板１の下面は平坦と
なり、セラミック回路基板１を放熱部材７に伝熱性組成
物６を介して接合する際に、ダミー金属回路板４の隙間
に気泡が入り込むことがなくなり、セラミック回路基板
１と放熱部材７との間の熱抵抗の増加を防ぐことができ
る。
間に対応する隙間には、絶縁性樹脂５が充填されてい
る。これにより、セラミック回路基板１の下面は平坦と
なり、セラミック回路基板１を放熱部材７に伝熱性組成
物６を介して接合する際に、ダミー金属回路板４の隙間
に気泡が入り込むことがなくなり、セラミック回路基板
１と放熱部材７との間の熱抵抗の増加を防ぐことができ
る。
【００３４】また、この絶縁性樹脂５は、セラミック基
板２の上面に取着されている金属回路板３の回路間の隙
間へも充填するとよい。金属回路板３の回路間の隙間に
絶縁性樹脂５が充填されることにより、セラミック基板
２の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させることがで
き、基板２の変形を抑制することが可能となり、また、
絶縁性樹脂５が補強材として働くため、セラミック基板
２の曲げ強度を強化し、熱的・機械的応力に起因するク
ラックや割れの発生を防止することができ、その結果と
してクラックに起因する絶縁不良を防止することが可能
となる。さらに、回路間の放電による短絡等を有効に防
止して絶縁性を向上させることが可能となる。
板２の上面に取着されている金属回路板３の回路間の隙
間へも充填するとよい。金属回路板３の回路間の隙間に
絶縁性樹脂５が充填されることにより、セラミック基板
２の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させることがで
き、基板２の変形を抑制することが可能となり、また、
絶縁性樹脂５が補強材として働くため、セラミック基板
２の曲げ強度を強化し、熱的・機械的応力に起因するク
ラックや割れの発生を防止することができ、その結果と
してクラックに起因する絶縁不良を防止することが可能
となる。さらに、回路間の放電による短絡等を有効に防
止して絶縁性を向上させることが可能となる。
【００３５】金属回路板３の回路間に対応するダミー金
属回路板４の隙間、および必要に応じて金属回路板３の
回路間の隙間に充填される絶縁性樹脂５は、ヤング率が
20ＧＰａ以下である。これは、ヤング率が20ＧＰａより
大きくなると、半導体素子８のスイッチングによる冷熱
サイクルの付加によりセラミック基板２・金属回路板３
およびダミー金属回路板４と絶縁性樹脂５との接合界面
に発生する熱膨張差に起因する熱応力を十分に吸収する
ことが困難となり、セラミック基板２・金属回路板３お
よびダミー金属回路板４と絶縁性樹脂５との接合界面に
クラックおよび剥離が生じることがあるからである。ク
ラックや剥離が生じるとその部分が気泡となるため、そ
の気泡が半導体素子８の下に位置するダミー金属回路板
４と伝熱組成物６との間へ広がったり移動したりした場
合、放熱特性の劣化につながる可能性がある。また、ダ
ミー金属回路板４の回路間に対応する隙間のみに絶縁性
樹脂５を充填した場合に、絶縁性樹脂５のヤング率が20
ＧＰａより大きくなっていると、変形しにくい絶縁性樹
脂５の熱膨張がセラミック基板２の下面の熱膨張に影響
するようになるため、セラミック基板２の上下面で熱膨
張差が異なることとなり、セラミック回路基板１が反る
可能性がある。
属回路板４の隙間、および必要に応じて金属回路板３の
回路間の隙間に充填される絶縁性樹脂５は、ヤング率が
20ＧＰａ以下である。これは、ヤング率が20ＧＰａより
大きくなると、半導体素子８のスイッチングによる冷熱
サイクルの付加によりセラミック基板２・金属回路板３
およびダミー金属回路板４と絶縁性樹脂５との接合界面
に発生する熱膨張差に起因する熱応力を十分に吸収する
ことが困難となり、セラミック基板２・金属回路板３お
よびダミー金属回路板４と絶縁性樹脂５との接合界面に
クラックおよび剥離が生じることがあるからである。ク
ラックや剥離が生じるとその部分が気泡となるため、そ
の気泡が半導体素子８の下に位置するダミー金属回路板
４と伝熱組成物６との間へ広がったり移動したりした場
合、放熱特性の劣化につながる可能性がある。また、ダ
ミー金属回路板４の回路間に対応する隙間のみに絶縁性
樹脂５を充填した場合に、絶縁性樹脂５のヤング率が20
ＧＰａより大きくなっていると、変形しにくい絶縁性樹
脂５の熱膨張がセラミック基板２の下面の熱膨張に影響
するようになるため、セラミック基板２の上下面で熱膨
張差が異なることとなり、セラミック回路基板１が反る
可能性がある。
【００３６】絶縁性樹脂５の材料は、例えばシリコーン
系・エポキシ系・ポリイミド系・ポリアミド系等の高粘
着性・高絶縁性・高耐熱性を有するものが好ましい。ま
た、熱伝導率の高いものを用いると、セラミック回路基
板１から放熱部材７への熱伝導が向上し、放熱性が向上
するのでより好ましい。また、絶縁性樹脂５にＳｉＯ 2
等のフィラーを入れて、セラミック回路基板１との熱膨
張係数差や熱伝導性を調整することもできる。
系・エポキシ系・ポリイミド系・ポリアミド系等の高粘
着性・高絶縁性・高耐熱性を有するものが好ましい。ま
た、熱伝導率の高いものを用いると、セラミック回路基
板１から放熱部材７への熱伝導が向上し、放熱性が向上
するのでより好ましい。また、絶縁性樹脂５にＳｉＯ 2
等のフィラーを入れて、セラミック回路基板１との熱膨
張係数差や熱伝導性を調整することもできる。
【００３７】絶縁性樹脂５は、ダミー金属回路板４の回
路間に対応する隙間への充填に際しては、下面側の表面
でダミー金属回路板４の高さとほぼ同一になるように充
填するようにする。これは、絶縁性樹脂５の高さが低く
なってダミー金属回路板４の回路間に対応する隙間が十
分に埋まらないと、セラミック回路基板１を放熱部材７
に伝熱性組成物６を介して実装するときに、その部分に
気泡がたまる原因となるからである。また、絶縁性樹脂
５の高さがダミー金属回路板４の高さより高くなると、
ダミー金属回路板４と放熱部材７との接着が悪くなり、
また、ダミー金属回路板４と放熱部材７との間の伝熱性
組成物６の厚みが厚くなる分、熱抵抗が大きくなる原因
となる。
路間に対応する隙間への充填に際しては、下面側の表面
でダミー金属回路板４の高さとほぼ同一になるように充
填するようにする。これは、絶縁性樹脂５の高さが低く
なってダミー金属回路板４の回路間に対応する隙間が十
分に埋まらないと、セラミック回路基板１を放熱部材７
に伝熱性組成物６を介して実装するときに、その部分に
気泡がたまる原因となるからである。また、絶縁性樹脂
５の高さがダミー金属回路板４の高さより高くなると、
ダミー金属回路板４と放熱部材７との接着が悪くなり、
また、ダミー金属回路板４と放熱部材７との間の伝熱性
組成物６の厚みが厚くなる分、熱抵抗が大きくなる原因
となる。
【００３８】一方、金属回路板３の回路間の隙間への絶
縁性樹脂５の充填は、セラミック回路基板１の補強や金
属回路板３の回路間の絶縁性の観点からは金属回路板３
の高さ以上としておくことが好ましく、セラミック基板
２の上下面の熱膨張係数を均衡させるためには金属回路
板３の高さとほぼ同一になるように充填するのがよい。
縁性樹脂５の充填は、セラミック回路基板１の補強や金
属回路板３の回路間の絶縁性の観点からは金属回路板３
の高さ以上としておくことが好ましく、セラミック基板
２の上下面の熱膨張係数を均衡させるためには金属回路
板３の高さとほぼ同一になるように充填するのがよい。
【００３９】絶縁性樹脂５のダミー金属回路板４の回路
間に対応する隙間および金属回路板３の回路間の隙間へ
の充填は、例えば、シリコーン系樹脂の場合であれば、
ゲル状の樹脂に硬化材を加えたものを周知のスクリーン
印刷法等を用いて適量を塗布し、約150℃で２時間程度
加熱して硬化させることにより行なう。
間に対応する隙間および金属回路板３の回路間の隙間へ
の充填は、例えば、シリコーン系樹脂の場合であれば、
ゲル状の樹脂に硬化材を加えたものを周知のスクリーン
印刷法等を用いて適量を塗布し、約150℃で２時間程度
加熱して硬化させることにより行なう。
【００４０】上記のようにして作製されたセラミック回
路基板１の上面の金属回路板３の所定の位置に半導体素
子８等の電子部品を半田等を介して接合し、アルミニウ
ム等のボンディングワイヤ９等で電気的に接続して、グ
リース状の伝熱性組成物６を介して放熱部材７に接着す
ることにより、図１に示すような半導体モジュールが完
成する。
路基板１の上面の金属回路板３の所定の位置に半導体素
子８等の電子部品を半田等を介して接合し、アルミニウ
ム等のボンディングワイヤ９等で電気的に接続して、グ
リース状の伝熱性組成物６を介して放熱部材７に接着す
ることにより、図１に示すような半導体モジュールが完
成する。
【００４１】
【実施例】以下、実施例および比較例をあげて、さらに
具体的に本発明を説明する。
具体的に本発明を説明する。
【００４２】セラミック回路基板１において、セラミッ
ク基板２に厚み0.32ｍｍの窒化珪素を用い、金属回路板
３およびダミー金属回路板４にそれぞれの厚みが0.5ｍ
ｍの銅を使用し、これらを活性金属ロウ材を用いて接合
後、エッチングにより金属回路板３およびそれに対応す
るダミー金属回路板４の不要な金属部分を除去して回路
配線パターンを形成し、絶縁性樹脂５にヤング率が10Ｇ
Ｐａのシリコーン系樹脂を用いて以下の３種類のサンプ
ルを作製し、パワーサイクル試験を行なった。
ク基板２に厚み0.32ｍｍの窒化珪素を用い、金属回路板
３およびダミー金属回路板４にそれぞれの厚みが0.5ｍ
ｍの銅を使用し、これらを活性金属ロウ材を用いて接合
後、エッチングにより金属回路板３およびそれに対応す
るダミー金属回路板４の不要な金属部分を除去して回路
配線パターンを形成し、絶縁性樹脂５にヤング率が10Ｇ
Ｐａのシリコーン系樹脂を用いて以下の３種類のサンプ
ルを作製し、パワーサイクル試験を行なった。
【００４３】＜実施例１＞金属回路板３およびダミー金
属回路板４の厚みと形状とを全く同一とし、ダミー金属
回路板４の回路間に対応する隙間に、絶縁性樹脂５をダ
ミー金属回路板４の下面と面一に充填した、図１に示す
ような構成の本発明のセラミック回路基板１によるサン
プルを作製した。
属回路板４の厚みと形状とを全く同一とし、ダミー金属
回路板４の回路間に対応する隙間に、絶縁性樹脂５をダ
ミー金属回路板４の下面と面一に充填した、図１に示す
ような構成の本発明のセラミック回路基板１によるサン
プルを作製した。
【００４４】＜比較例１＞実施例１と同一の基板を用
い、ダミー金属回路板４の回路間に対応する隙間に絶縁
性樹脂５が充填されていないサンプルを作製した。
い、ダミー金属回路板４の回路間に対応する隙間に絶縁
性樹脂５が充填されていないサンプルを作製した。
【００４５】＜比較例２＞実施例１と各構成部材の厚み
が同一であり、金属回路板３のパターン形状は実施例１
と同一とし、ダミー金属回路板４はパターン形成をせず
に全面ベタ面とした、図３に示すようなセラミック回路
基板11によるサンプルを作製した。
が同一であり、金属回路板３のパターン形状は実施例１
と同一とし、ダミー金属回路板４はパターン形成をせず
に全面ベタ面とした、図３に示すようなセラミック回路
基板11によるサンプルを作製した。
【００４６】試験方法として、初めの１サイクルに半導
体素子がＯＮ後５秒間で125℃まで上昇し、ＯＦＦ後15
秒間で25℃まで下降するように印加電流を初期設定し、
これを連続で繰り返して行ない、各サイクルにおいて半
導体素子がＯＮ時の、温度ピークに達した時点の半導体
素子の温度とセラミック回路基板の下面の温度との温度
差を印加電力で割って熱抵抗を求めた。このパワーサイ
クル試験の結果を図２に線図で示す。
体素子がＯＮ後５秒間で125℃まで上昇し、ＯＦＦ後15
秒間で25℃まで下降するように印加電流を初期設定し、
これを連続で繰り返して行ない、各サイクルにおいて半
導体素子がＯＮ時の、温度ピークに達した時点の半導体
素子の温度とセラミック回路基板の下面の温度との温度
差を印加電力で割って熱抵抗を求めた。このパワーサイ
クル試験の結果を図２に線図で示す。
【００４７】図２において、横軸はパワーサイクル数
（単位：回）を、縦軸は実施例１のサンプルにおけるパ
ワーサイクル試験開始時の熱抵抗を100（％）とした時
の比率を示しており、白丸は実施例１の結果を、黒丸は
比較例１の結果を、黒四角は比較例２の結果をそれぞれ
特性曲線とともに示している。この結果によれば、熱抵
抗が低いほど放熱特性に優れることを示し、またサイク
ル数が増えても熱抵抗が変化せず安定している場合、長
期の実装信頼性に優れると判断できる。
（単位：回）を、縦軸は実施例１のサンプルにおけるパ
ワーサイクル試験開始時の熱抵抗を100（％）とした時
の比率を示しており、白丸は実施例１の結果を、黒丸は
比較例１の結果を、黒四角は比較例２の結果をそれぞれ
特性曲線とともに示している。この結果によれば、熱抵
抗が低いほど放熱特性に優れることを示し、またサイク
ル数が増えても熱抵抗が変化せず安定している場合、長
期の実装信頼性に優れると判断できる。
【００４８】図２に示す結果より分かるように、従来の
セラミック回路基板によるサンプル（比較例２）におい
ては、下面の金属板14を銅板厚みが上面の金属回路板13
と同じ厚みでベタ面としたため、金属板14とセラミック
基板12との接合部に発生する残留応力が大きくなり、セ
ラミック回路基板11の反りが大きくなる結果、伝熱性組
成物16の厚みが厚くなるため、試験前の熱抵抗が上昇し
た。また、パワーサイクル数が進むほど、セラミック回
路基板11の変形により伝熱性組成物16に気泡が侵入し、
セラミック回路基板11と放熱部材17との接着が悪くなる
ため、熱抵抗の劣化が生じた。
セラミック回路基板によるサンプル（比較例２）におい
ては、下面の金属板14を銅板厚みが上面の金属回路板13
と同じ厚みでベタ面としたため、金属板14とセラミック
基板12との接合部に発生する残留応力が大きくなり、セ
ラミック回路基板11の反りが大きくなる結果、伝熱性組
成物16の厚みが厚くなるため、試験前の熱抵抗が上昇し
た。また、パワーサイクル数が進むほど、セラミック回
路基板11の変形により伝熱性組成物16に気泡が侵入し、
セラミック回路基板11と放熱部材17との接着が悪くなる
ため、熱抵抗の劣化が生じた。
【００４９】また、比較例１においては、ダミー金属回
路板４の回路間に対応する隙間に伝熱性組成物６が充填
され、低熱伝導率の伝熱性組成物６の厚みが厚くなった
ため、試験前の熱抵抗は大きくなった。また、セラミッ
ク回路基板１の変形はないが、ダミー金属回路板４の回
路間に対応する隙間に充填した伝熱性組成物６に含まれ
る気泡が半導体素子８の下に位置するダミー金属回路板
４と伝熱性組成物６との間に移動したため、放熱特性が
劣化した。
路板４の回路間に対応する隙間に伝熱性組成物６が充填
され、低熱伝導率の伝熱性組成物６の厚みが厚くなった
ため、試験前の熱抵抗は大きくなった。また、セラミッ
ク回路基板１の変形はないが、ダミー金属回路板４の回
路間に対応する隙間に充填した伝熱性組成物６に含まれ
る気泡が半導体素子８の下に位置するダミー金属回路板
４と伝熱性組成物６との間に移動したため、放熱特性が
劣化した。
【００５０】これに対し、実施例１においては、試験開
始前の熱抵抗において、および試験後の熱抵抗において
も、良好な結果が得られた。本発明のセラミック回路基
板１においては、セラミック回路基板１の変形がないた
め伝熱性組成物６への気泡の侵入がなくなり、また絶縁
性樹脂５の充填によりダミー金属回路板４の回路間に対
応する隙間に気泡が発生することはなく、熱特性の劣化
が生じない。さらには、セラミック回路基板１の下面が
平坦になるため伝熱性組成物６の厚みを薄くでき、熱特
性を向上させることが可能となる。
始前の熱抵抗において、および試験後の熱抵抗において
も、良好な結果が得られた。本発明のセラミック回路基
板１においては、セラミック回路基板１の変形がないた
め伝熱性組成物６への気泡の侵入がなくなり、また絶縁
性樹脂５の充填によりダミー金属回路板４の回路間に対
応する隙間に気泡が発生することはなく、熱特性の劣化
が生じない。さらには、セラミック回路基板１の下面が
平坦になるため伝熱性組成物６の厚みを薄くでき、熱特
性を向上させることが可能となる。
【００５１】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であ
れば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形
態の例ではセラミック基板２に活性金属ロウ材を介して
直接に金属回路板３・ダミー金属回路板４をロウ付けし
てセラミック回路基板１を形成したが、これをセラミッ
ク基板２の表面に予めタングステンまたはモリブデン等
のメタライズ金属層を被着させておき、メタライズ金属
層に金属回路板３・ダミー金属回路板４をロウ材を介し
て取着させてセラミック回路基板１を形成してもよい。
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であ
れば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形
態の例ではセラミック基板２に活性金属ロウ材を介して
直接に金属回路板３・ダミー金属回路板４をロウ付けし
てセラミック回路基板１を形成したが、これをセラミッ
ク基板２の表面に予めタングステンまたはモリブデン等
のメタライズ金属層を被着させておき、メタライズ金属
層に金属回路板３・ダミー金属回路板４をロウ材を介し
て取着させてセラミック回路基板１を形成してもよい。
【００５２】また、上述の実施の形態の例ではセラミッ
ク基板２に活性金属ロウ材を介してあらかじめ回路配線
のパターン形状に形成された金属回路板３をロウ付けし
たが、セラミック基板２と略同形状の金属板をロウ付け
した後にエッチングにより不要な金属部分を除去して回
路配線のパターン形成を行なってもよい。
ク基板２に活性金属ロウ材を介してあらかじめ回路配線
のパターン形状に形成された金属回路板３をロウ付けし
たが、セラミック基板２と略同形状の金属板をロウ付け
した後にエッチングにより不要な金属部分を除去して回
路配線のパターン形成を行なってもよい。
【００５３】
【発明の効果】本発明のセラミック回路基板によれば、
セラミック基板の上面に金属回路板を、下面に金属回路
板と対向するダミー金属回路板を取着して成り、このダ
ミー金属回路板が伝熱性組成物を介して放熱部材に実装
されるセラミック回路基板であって、金属回路板の回路
間に対応するダミー金属回路板の隙間に、ヤング率が20
ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填されていることから、セ
ラミック回路基板のダミー金属回路板側の下面が平坦に
なるので、セラミック回路基板を放熱部材に伝熱性組成
物を介して接合する際に、ダミー金属回路板の回路間に
対応する隙間に気泡が入り込むことがなくなり、また、
ダミー金属回路板側の下面が平坦になっているので熱伝
導率が相対的に低い伝熱性組成物を薄くして接合するこ
とが可能となるため、熱抵抗の増加を防ぐことができ、
放熱特性が向上し、安定する。その結果、放熱性を改善
したセラミック回路基板を提供することができる。
セラミック基板の上面に金属回路板を、下面に金属回路
板と対向するダミー金属回路板を取着して成り、このダ
ミー金属回路板が伝熱性組成物を介して放熱部材に実装
されるセラミック回路基板であって、金属回路板の回路
間に対応するダミー金属回路板の隙間に、ヤング率が20
ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填されていることから、セ
ラミック回路基板のダミー金属回路板側の下面が平坦に
なるので、セラミック回路基板を放熱部材に伝熱性組成
物を介して接合する際に、ダミー金属回路板の回路間に
対応する隙間に気泡が入り込むことがなくなり、また、
ダミー金属回路板側の下面が平坦になっているので熱伝
導率が相対的に低い伝熱性組成物を薄くして接合するこ
とが可能となるため、熱抵抗の増加を防ぐことができ、
放熱特性が向上し、安定する。その結果、放熱性を改善
したセラミック回路基板を提供することができる。
【００５４】また、本発明のセラミック回路基板によれ
ば、下面のダミー金属回路板の回路間に対応する隙間と
同様に、上面の金属回路板の回路間の隙間にもヤング率
が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填することにより、セ
ラミック基板の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させる
ことができ、セラミック回路基板の表裏に発生する熱応
力を均衡させてセラミック回路基板の変形をより効率よ
く抑制することが可能となる。さらには、絶縁性樹脂が
補強材として働くため、セラミック基板の曲げ強度を強
化し、熱的・機械的応力に起因するクラックや割れの発
生を防止し、その結果として、クラックに起因する絶縁
不良を防止して製品の信頼性を向上させることが可能と
なる。
ば、下面のダミー金属回路板の回路間に対応する隙間と
同様に、上面の金属回路板の回路間の隙間にもヤング率
が20ＧＰａ以下の絶縁性樹脂を充填することにより、セ
ラミック基板の上下面の熱膨張係数をさらに均衡させる
ことができ、セラミック回路基板の表裏に発生する熱応
力を均衡させてセラミック回路基板の変形をより効率よ
く抑制することが可能となる。さらには、絶縁性樹脂が
補強材として働くため、セラミック基板の曲げ強度を強
化し、熱的・機械的応力に起因するクラックや割れの発
生を防止し、その結果として、クラックに起因する絶縁
不良を防止して製品の信頼性を向上させることが可能と
なる。
【００５５】このような構成により、放熱特性が良好で
あり、パワーサイクルによる放熱特性の劣化がなく、金
属回路板上に搭載される半導体素子等の電子部品を長期
にわたり安定して作動させることができるものとなる。
あり、パワーサイクルによる放熱特性の劣化がなく、金
属回路板上に搭載される半導体素子等の電子部品を長期
にわたり安定して作動させることができるものとなる。
【００５６】以上により、本発明によれば、セラミック
回路基板を放熱部材へ実装する際の伝熱性組成物への気
泡の巻き込みを防止し、またパワーサイクルにおけるセ
ラミック回路基板の変形を抑制して、放熱性を改善した
セラミック回路基板を提供することができた。
回路基板を放熱部材へ実装する際の伝熱性組成物への気
泡の巻き込みを防止し、またパワーサイクルにおけるセ
ラミック回路基板の変形を抑制して、放熱性を改善した
セラミック回路基板を提供することができた。
【図１】本発明のセラミック回路基板を用いた半導体モ
ジュールの一例を示す断面図である。
ジュールの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のセラミック回路基板の実施例および比
較例のサンプルによるパワーサイクル試験の結果の一例
を示す線図である。
較例のサンプルによるパワーサイクル試験の結果の一例
を示す線図である。
【図３】従来のセラミック回路基板を用いた半導体モジ
ュールの一例を示す断面図である。
ュールの一例を示す断面図である。
１：セラミック回路基板
２：セラミック基板
３：金属回路板
４：ダミー金属回路板
５：絶縁性樹脂
６：伝熱性組成物
７：放熱部材
８：半導体素子
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミック基板の上面に金属回路板を、
下面に前記金属回路板と対向するダミー金属回路板を取
着して成り、該ダミー金属回路板が伝熱性組成物を介し
て放熱部材に実装されるセラミック回路基板であって、
前記金属回路板の回路間に対応する前記ダミー金属回路
板の隙間に、ヤング率が２０ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が
充填されていることを特徴とするセラミック回路基板。 - 【請求項２】 前記金属回路板の回路間の隙間に、ヤン
グ率が２０ＧＰａ以下の絶縁性樹脂が充填されているこ
とを特徴とする請求項１記載のセラミック回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001296627A JP3793562B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | セラミック回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001296627A JP3793562B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | セラミック回路基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003100966A true JP2003100966A (ja) | 2003-04-04 |
| JP3793562B2 JP3793562B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=19117827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001296627A Expired - Fee Related JP3793562B2 (ja) | 2001-09-27 | 2001-09-27 | セラミック回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3793562B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008058099A (ja) * | 2006-08-30 | 2008-03-13 | New Industry Research Organization | センサ装置 |
| JP2009158502A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Toyota Motor Corp | 半導体モジュール |
| JP2011253890A (ja) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Jtekt Corp | 多層回路基板の製造方法 |
| EP2863425A3 (en) * | 2005-04-06 | 2015-08-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Heat radiator |
| JP2016122831A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
| CN110459525A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 济南南知信息科技有限公司 | 一种具有逆变器的电力系统及其制造方法 |
| WO2020149225A1 (ja) * | 2019-01-16 | 2020-07-23 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
-
2001
- 2001-09-27 JP JP2001296627A patent/JP3793562B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2863425A3 (en) * | 2005-04-06 | 2015-08-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Heat radiator |
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| KR101097571B1 (ko) | 2007-12-25 | 2011-12-22 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 반도체 모듈 |
| JP2011253890A (ja) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Jtekt Corp | 多層回路基板の製造方法 |
| JP2016122831A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
| WO2020149225A1 (ja) * | 2019-01-16 | 2020-07-23 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| JPWO2020149225A1 (ja) * | 2019-01-16 | 2021-12-02 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| JP7365368B2 (ja) | 2019-01-16 | 2023-10-19 | ローム株式会社 | 半導体装置 |
| CN110459525A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-11-15 | 济南南知信息科技有限公司 | 一种具有逆变器的电力系统及其制造方法 |
| CN110459525B (zh) * | 2019-08-20 | 2021-02-09 | 西藏华东水电设备成套有限公司 | 一种具有逆变器的电力系统及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3793562B2 (ja) | 2006-07-05 |
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