JP2003243803A - 配線基板 - Google Patents
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- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】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、
低コストの絶縁型半導体装置を得ることが可能な回路基
板の提供。 【解決手段】本発明回路基板は、半導体素子基体又は／
及びチップ部品搭載用回路基板であり、セラミックス板
とその一方の主面に設けられた配線金属層と他方の主面
に設けられた裏面金属層とで構成され、該配線金属層と
該裏面金属層が互いに同質かつ同一物性のＡｌ合金で構
成され、該セラミックス板が０.２５〜１.２５mm、該配
線金属層が０.１〜２.３mm、該裏面金属層が０.０２５
〜２.０mmの厚さにそれぞれ調整されたことを特徴とす
る。
歪を軽減し、各部材の変形，変性，破壊の恐れがなく、
低コストの絶縁型半導体装置を得ることが可能な回路基
板の提供。 【解決手段】本発明回路基板は、半導体素子基体又は／
及びチップ部品搭載用回路基板であり、セラミックス板
とその一方の主面に設けられた配線金属層と他方の主面
に設けられた裏面金属層とで構成され、該配線金属層と
該裏面金属層が互いに同質かつ同一物性のＡｌ合金で構
成され、該セラミックス板が０.２５〜１.２５mm、該配
線金属層が０.１〜２.３mm、該裏面金属層が０.０２５
〜２.０mmの厚さにそれぞれ調整されたことを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置用の回路
基板、特にセラミックス板にＡｌ合金による回路配線を
形成した回路基板又は配線基板に関する。
基板、特にセラミックス板にＡｌ合金による回路配線を
形成した回路基板又は配線基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーモジュールに代表される絶縁型半
導体装置では、全ての電極を金属支持部材から電気的に
絶縁し、これらの電極は絶縁部材により金属支持部材を
含む全てのパッケージ部材から絶縁されて外部へ引き出
される。そのために、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。
導体装置では、全ての電極を金属支持部材から電気的に
絶縁し、これらの電極は絶縁部材により金属支持部材を
含む全てのパッケージ部材から絶縁されて外部へ引き出
される。そのために、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】絶縁型半導体装置では、この装置に収納さ
れた半導体素子を安全かつ安定に動作させるために、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た接着材層、及び金属支持部材を含
むのが一般的である。
れた半導体素子を安全かつ安定に動作させるために、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た接着材層、及び金属支持部材を含
むのが一般的である。
【０００４】また、半導体装置を含む回路の扱う電力が
高くなるほど、あるいは要求される信頼性（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。
高くなるほど、あるいは要求される信頼性（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】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先行技術として特開平９
−２８９２６６号公報には、ＡｌＮ，アルミナ等のセラ
ミックス板の一方の面に接合されたＡｌ板から電子部品
を搭載するための回路パターンを形成し、他方の面に放
熱部形成用Ａｌ板を接合したＡｌ−セラミックス複合基
板が開示されている。
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先行技術として特開平９
−２８９２６６号公報には、ＡｌＮ，アルミナ等のセラ
ミックス板の一方の面に接合されたＡｌ板から電子部品
を搭載するための回路パターンを形成し、他方の面に放
熱部形成用Ａｌ板を接合したＡｌ−セラミックス複合基
板が開示されている。
【０００６】第２先行技術として、特開２０００−２７
７９５３号公報には、セラミックス板と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
材を製作すると同時にＡｌ／ＳｉＣ複合材とセラミック
ス板を溶融Ａｌにより一体化接合し、セラミックス板の
表面にＡｌ回路部を形成した回路基板が開示されてい
る。
７９５３号公報には、セラミックス板と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
材を製作すると同時にＡｌ／ＳｉＣ複合材とセラミック
ス板を溶融Ａｌにより一体化接合し、セラミックス板の
表面にＡｌ回路部を形成した回路基板が開示されてい
る。
【０００７】第３先行技術として、特開平１１−３３０
３１１号公報には、熱伝導率が６０ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
る窒化珪素基板と、この基板に搭載された半導体素子
と、基板の半導体素子搭載面に接合されたＣｕからなる
金属回路板と、基板の半導体素子非搭載面に接合され、
かつ機器ケーシングあるいは実装ボードに一体に接合さ
れる単数のＣｕからなる金属板とを具備する半導体モジ
ュールが開示されている。
３１１号公報には、熱伝導率が６０ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
る窒化珪素基板と、この基板に搭載された半導体素子
と、基板の半導体素子搭載面に接合されたＣｕからなる
金属回路板と、基板の半導体素子非搭載面に接合され、
かつ機器ケーシングあるいは実装ボードに一体に接合さ
れる単数のＣｕからなる金属板とを具備する半導体モジ
ュールが開示されている。
【０００８】
【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、装置を構成する部材としてどのような材料を用い
ても問題はない。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、装置を構成する部材としてどのような材料を用い
ても問題はない。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。
【０００９】従来の絶縁型半導体装置では、第１先行技
術に開示されるような回路基板の回路パターン側には半
導体基板がはんだ付けにより固着され、放熱板側はＣ
ｕ，Ｍｏの如き金属支持板あるいはＡｌ／ＳｉＣ材の如
き複合材支持板がはんだ付けにより一体化されるのが一
般的である。
術に開示されるような回路基板の回路パターン側には半
導体基板がはんだ付けにより固着され、放熱板側はＣ
ｕ，Ｍｏの如き金属支持板あるいはＡｌ／ＳｉＣ材の如
き複合材支持板がはんだ付けにより一体化されるのが一
般的である。
【００１０】このようなＡｌ−セラミックス材の複合基
板では、回路パターン及び放熱板とセラミックス板の間
の接合界面は欠陥が形成されやすく、接合力の強固な界
面が形成されにくいことに加えて、放熱性，熱応力，信
頼性の観点を考慮した構造設計をしなくてはならないと
いう問題がある。また、Ａｌ−セラミックス複合基板を
適用して得た半導体装置は、その稼働段階において熱流
路の遮断，絶縁部材の破壊に基づく信頼性低下を生じや
すいという問題もある。また、Ａｌ−セラミックス複合
基板を構成する部材点数や組み立て工数も多く、コスト
上の問題もある。
板では、回路パターン及び放熱板とセラミックス板の間
の接合界面は欠陥が形成されやすく、接合力の強固な界
面が形成されにくいことに加えて、放熱性，熱応力，信
頼性の観点を考慮した構造設計をしなくてはならないと
いう問題がある。また、Ａｌ−セラミックス複合基板を
適用して得た半導体装置は、その稼働段階において熱流
路の遮断，絶縁部材の破壊に基づく信頼性低下を生じや
すいという問題もある。また、Ａｌ−セラミックス複合
基板を構成する部材点数や組み立て工数も多く、コスト
上の問題もある。
【００１１】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である。
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である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明絶縁型半導体装置はセラミックス板、該セラミックス
板の一方の主面に設けられた配線金属層、該セラミック
ス板の他方の主面に設けられた裏面金属層で構成され、
該配線金属層と該裏面金属層がＡｌ合金で構成されたこ
とを特徴とする。
明絶縁型半導体装置はセラミックス板、該セラミックス
板の一方の主面に設けられた配線金属層、該セラミック
ス板の他方の主面に設けられた裏面金属層で構成され、
該配線金属層と該裏面金属層がＡｌ合金で構成されたこ
とを特徴とする。
【００１３】このような構成によって絶縁型半導体装置
は強固な接合性が付与され、優れた放熱性及び信頼性の
維持が図られるとともに廉価化を図ることができる。
は強固な接合性が付与され、優れた放熱性及び信頼性の
維持が図られるとともに廉価化を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明絶縁型半導体装置における
回路基板は、セラミックス板の両面に配線金属層と裏面
金属層がそれぞれ設けられ、配線金属層と裏面金属層は
互いに同質かつ同一物性のＡｌ合金で構成され、セラミ
ックス板が０.２５〜１.２５mm、配線金属層が０.１〜
２.３mm、裏面金属層が０.０２５〜２.０mmの厚さにそ
れぞれ調整されている。
回路基板は、セラミックス板の両面に配線金属層と裏面
金属層がそれぞれ設けられ、配線金属層と裏面金属層は
互いに同質かつ同一物性のＡｌ合金で構成され、セラミ
ックス板が０.２５〜１.２５mm、配線金属層が０.１〜
２.３mm、裏面金属層が０.０２５〜２.０mmの厚さにそ
れぞれ調整されている。
【００１５】ここで、半導体装置における（１）セラミ
ックス絶縁板の破損、（２）セラミックス絶縁板の製作
工数、（３）化学エッチングのパターニング及び（４）
アルミ層の接合強度の問題について、以下に説明する。
ックス絶縁板の破損、（２）セラミックス絶縁板の製作
工数、（３）化学エッチングのパターニング及び（４）
アルミ層の接合強度の問題について、以下に説明する。
【００１６】パワーモジュールで代表される絶縁型半導
体装置では、一般に絶縁部材としてのセラミックス絶縁
板（Ａｌ−セラミックス複合基板）は熱膨張率の異なる
支持板上にはんだ付け搭載される。セラミックス絶縁板
や支持板は一体化の際に、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。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、
絶縁板及びこれをはんだ付けする部分の面積も大きくな
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。更に、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、絶縁板の構成部材であるセ
ラミックス板は機械的に脆い性質を有しているためその
破損を生じたり、セラミックス板に形成してあるＡｌ金
属配線層や反対側に形成してあるＡｌ裏面金属層の剥離
を生ずる。この剥離は金属配線層や裏面金属層の接合界
面で生ずる場合や、接合界面に平行したセラミックス板
のクラック破壊により生ずる場合がある。セラミックス
板，Ａｌ金属配線層，Ａｌ裏面金属層はいずれも、半導
体素子基体が発生する熱の主要な放散路に配置されてい
る。このため、セラミックス板の破損や、Ａｌ金属配線
層あるいはＡｌ裏面金属層の剥離は、絶縁型半導体装置
の熱流路の遮断を引き起こし絶縁型半導体装置の正常動
作を阻害する。また、セラミックス板の破損は絶縁型半
導体装置の電気的絶縁劣化のような安全上の問題を引き
起こす。
体装置では、一般に絶縁部材としてのセラミックス絶縁
板（Ａｌ−セラミックス複合基板）は熱膨張率の異なる
支持板上にはんだ付け搭載される。セラミックス絶縁板
や支持板は一体化の際に、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。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、
絶縁板及びこれをはんだ付けする部分の面積も大きくな
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。更に、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、絶縁板の構成部材であるセ
ラミックス板は機械的に脆い性質を有しているためその
破損を生じたり、セラミックス板に形成してあるＡｌ金
属配線層や反対側に形成してあるＡｌ裏面金属層の剥離
を生ずる。この剥離は金属配線層や裏面金属層の接合界
面で生ずる場合や、接合界面に平行したセラミックス板
のクラック破壊により生ずる場合がある。セラミックス
板，Ａｌ金属配線層，Ａｌ裏面金属層はいずれも、半導
体素子基体が発生する熱の主要な放散路に配置されてい
る。このため、セラミックス板の破損や、Ａｌ金属配線
層あるいはＡｌ裏面金属層の剥離は、絶縁型半導体装置
の熱流路の遮断を引き起こし絶縁型半導体装置の正常動
作を阻害する。また、セラミックス板の破損は絶縁型半
導体装置の電気的絶縁劣化のような安全上の問題を引き
起こす。
【００１７】セラミックス絶縁板（Ａｌ−セラミックス
複合基板）の製作にあたっては、ルツボ中で高純度（３
Ｎ）のＡｌを窒素雰囲気下で溶湯化し、ルツボ内に設け
たガイド一体型ダイスの入口からセラミックス板を順番
に挿入してＡｌ溶湯を接触させ、次いで出口側で溶湯を
凝固させることによって、厚さ０.５mm のＡｌ層をセラ
ミックス板の両面に接合させ、引き続き一方の面のＡｌ
板上にエッチングレジストを加熱圧着し、遮光，現像処
理を行って所望の回路パターンを形成し、塩化第２鉄溶
液にてＡｌ層をエッチングして複合基板を得る。このよ
うに複雑な工程を経ることにより、セラミックス絶縁板
及びこれを搭載する絶縁型半導体装置のコスト面で無視
できない損失がもたらされる。上述したように、セラミ
ックス板に形成されたＡｌ層は化学エッチングにより所
定形状にパターンニングされる。Ａｌ層で被覆されてい
ない領域のセラミックス板表面はエッチング液に直接さ
らされる。この際、セラミックス板表面には粒界に沿っ
た谷状のエッチング溝が形成される。上述した熱応力は
これらのエッチング溝の先端に集中して作用する。この
集中応力がセラミックス板の破壊強度を上回る状況に至
れば、セラミックス板の破損や、金属配線層あるいは裏
面金属層の剥離を引き起こすこととなる。この結果、絶
縁型半導体装置の熱流路遮断に伴う正常動作阻害，電気
的絶縁劣化の問題を生ずる。
複合基板）の製作にあたっては、ルツボ中で高純度（３
Ｎ）のＡｌを窒素雰囲気下で溶湯化し、ルツボ内に設け
たガイド一体型ダイスの入口からセラミックス板を順番
に挿入してＡｌ溶湯を接触させ、次いで出口側で溶湯を
凝固させることによって、厚さ０.５mm のＡｌ層をセラ
ミックス板の両面に接合させ、引き続き一方の面のＡｌ
板上にエッチングレジストを加熱圧着し、遮光，現像処
理を行って所望の回路パターンを形成し、塩化第２鉄溶
液にてＡｌ層をエッチングして複合基板を得る。このよ
うに複雑な工程を経ることにより、セラミックス絶縁板
及びこれを搭載する絶縁型半導体装置のコスト面で無視
できない損失がもたらされる。上述したように、セラミ
ックス板に形成されたＡｌ層は化学エッチングにより所
定形状にパターンニングされる。Ａｌ層で被覆されてい
ない領域のセラミックス板表面はエッチング液に直接さ
らされる。この際、セラミックス板表面には粒界に沿っ
た谷状のエッチング溝が形成される。上述した熱応力は
これらのエッチング溝の先端に集中して作用する。この
集中応力がセラミックス板の破壊強度を上回る状況に至
れば、セラミックス板の破損や、金属配線層あるいは裏
面金属層の剥離を引き起こすこととなる。この結果、絶
縁型半導体装置の熱流路遮断に伴う正常動作阻害，電気
的絶縁劣化の問題を生ずる。
【００１８】高純度のＡｌ溶湯はセラミックス板にぬれ
にくい。このため、Ａｌ層とセラミックス板の間の界面
に強固な接合力を付与することが困難である。この結
果、上述したようなＡｌ金属配線層やＡｌ裏面金属層の
剥離が助長されやすい。
にくい。このため、Ａｌ層とセラミックス板の間の界面
に強固な接合力を付与することが困難である。この結
果、上述したようなＡｌ金属配線層やＡｌ裏面金属層の
剥離が助長されやすい。
【００１９】第２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、絶縁型半導体装置の
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Ａ
ｌ／ＳｉＣの製作とセラミックス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、セラミックス板やこれ
に形成されたＡｌ配線金属層に上述の問題が残る。本先
行技術にはこれに対する解決策、特に絶縁型半導体装置
の製作及び稼働段階で新たな熱応力あるいは歪の印加に
伴って発生する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、絶縁型半導体装置の
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Ａ
ｌ／ＳｉＣの製作とセラミックス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、セラミックス板やこれ
に形成されたＡｌ配線金属層に上述の問題が残る。本先
行技術にはこれに対する解決策、特に絶縁型半導体装置
の製作及び稼働段階で新たな熱応力あるいは歪の印加に
伴って発生する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。
【００２０】第３先行技術における半導体パワーモジュ
ールでは、高強度かつ高靭性を有する窒化珪素板と、窒
化珪素板に搭載された半導体素子と、窒化珪素板の半導
体素子搭載面に活性金属法又はＤＢＣ（Direct Bonded
Copper）法により接合されたＣｕからなる金属回路板
と、窒化珪素板の半導体素子非搭載面に活性金属法又は
ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）法により接合されたＣ
ｕからなる金属板とを具備したセラミックス絶縁板が用
いられている。ここで、金属回路板や金属板は、活性金
属法の場合は一例によれば（ａ）窒化珪素板の両面に銀
ろうペーストを印刷⇒（ｂ）Ｃｕ板をサンドウイッチ状
にセット⇒（ｃ）真空又は還元雰囲気の押圧下で熱処理
（約８００℃）⇒（ｄ）フォトレジスト膜の形成⇒
（ｅ）化学エッチング⇒(ｆ）フォトレジスト膜の除去
⇒(ｇ）Ｎｉめっきと、複雑な製作工程を経る。また、
ＤＢＣ法の場合は一例によれば（ａ）窒化珪素板の両面
にＣｕ板をサンドウイッチ状にセット⇒（ｂ）酸化性雰
囲気の押圧下で熱処理（約１０００℃）⇒（ｃ）フォト
レジスト膜の形成⇒（ｄ）化学エッチング⇒（ｅ）フォ
トレジスト膜の除去⇒（ｆ）Ｎｉめっきと、これも複雑
な製作工程を経る。したがって、上述した（２），
（３）の問題が残る。
ールでは、高強度かつ高靭性を有する窒化珪素板と、窒
化珪素板に搭載された半導体素子と、窒化珪素板の半導
体素子搭載面に活性金属法又はＤＢＣ（Direct Bonded
Copper）法により接合されたＣｕからなる金属回路板
と、窒化珪素板の半導体素子非搭載面に活性金属法又は
ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）法により接合されたＣ
ｕからなる金属板とを具備したセラミックス絶縁板が用
いられている。ここで、金属回路板や金属板は、活性金
属法の場合は一例によれば（ａ）窒化珪素板の両面に銀
ろうペーストを印刷⇒（ｂ）Ｃｕ板をサンドウイッチ状
にセット⇒（ｃ）真空又は還元雰囲気の押圧下で熱処理
（約８００℃）⇒（ｄ）フォトレジスト膜の形成⇒
（ｅ）化学エッチング⇒(ｆ）フォトレジスト膜の除去
⇒(ｇ）Ｎｉめっきと、複雑な製作工程を経る。また、
ＤＢＣ法の場合は一例によれば（ａ）窒化珪素板の両面
にＣｕ板をサンドウイッチ状にセット⇒（ｂ）酸化性雰
囲気の押圧下で熱処理（約１０００℃）⇒（ｃ）フォト
レジスト膜の形成⇒（ｄ）化学エッチング⇒（ｅ）フォ
トレジスト膜の除去⇒（ｆ）Ｎｉめっきと、これも複雑
な製作工程を経る。したがって、上述した（２），
（３）の問題が残る。
【００２１】また、金属回路板や金属板の接合担体は、
活性金属法の場合は銀ろう，ＤＢＣ法の場合はＣｕ−Ｏ
系共晶物質によって窒化珪素板に接合される。これらの
接合担体は通常ボイドや窒化珪素板と完全にぬれない部
分を始めとする欠陥を生ずる。これらの欠陥の量や種類
は金属回路板側と金属板側とで異なるのが一般的であ
る。したがって、金属回路板と金属板を接合した窒化珪
素板の全体に内蔵する応力や変形にはアンバランスを生
じやすい。具体的には、金属回路板と金属板間の端部界
面に過大な応力や、パターンに沿った複雑なそり変形を
生ずる。この結果、本先行技術によっても上述した
（１）と同様の問題が残る。
活性金属法の場合は銀ろう，ＤＢＣ法の場合はＣｕ−Ｏ
系共晶物質によって窒化珪素板に接合される。これらの
接合担体は通常ボイドや窒化珪素板と完全にぬれない部
分を始めとする欠陥を生ずる。これらの欠陥の量や種類
は金属回路板側と金属板側とで異なるのが一般的であ
る。したがって、金属回路板と金属板を接合した窒化珪
素板の全体に内蔵する応力や変形にはアンバランスを生
じやすい。具体的には、金属回路板と金属板間の端部界
面に過大な応力や、パターンに沿った複雑なそり変形を
生ずる。この結果、本先行技術によっても上述した
（１）と同様の問題が残る。
【００２２】次に本発明について説明する。
【００２３】図１は本発明絶縁型半導体装置における回
路基板の詳細を説明する平面図及び断面図である。(ａ)
は半導体基体が搭載される側の状態を示し、セラミック
ス板としての窒化珪素板(焼結体、寸法：３０mm×５０m
m×０.３mm）１１０上に厚さ０.４mm の配線金属層１３
０(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Ａｌ合金
（Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ ）により形
成されている。（ｃ）は反対側の面の状態を示し、窒化
珪素板１１０上に厚さ０.２mm の裏面金属層１２０が配
線金属層１３０と同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−
２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ）により形成されて
いる。（ｂ）はＡ−Ａ′断面の状態を示し、窒化珪素板
１１０の両面に配線金属層１３０（１３１，１３２，１
３０ｃ）と裏面金属層１２０がサンドウイッチ状に配置
され、回路基板又は配線基板１２５を構成している。図
示を省略しているけれども、配線金属層１３０（１３
１，１３２，１３０ｃ）及び裏面金属層１２０の表面に
はＮｉめっき層（厚さ：６μｍ）が形成され、はんだぬ
れ性とワイヤボンディング性が付与されている。
路基板の詳細を説明する平面図及び断面図である。(ａ)
は半導体基体が搭載される側の状態を示し、セラミック
ス板としての窒化珪素板(焼結体、寸法：３０mm×５０m
m×０.３mm）１１０上に厚さ０.４mm の配線金属層１３
０(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Ａｌ合金
（Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ ）により形
成されている。（ｃ）は反対側の面の状態を示し、窒化
珪素板１１０上に厚さ０.２mm の裏面金属層１２０が配
線金属層１３０と同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−
２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ）により形成されて
いる。（ｂ）はＡ−Ａ′断面の状態を示し、窒化珪素板
１１０の両面に配線金属層１３０（１３１，１３２，１
３０ｃ）と裏面金属層１２０がサンドウイッチ状に配置
され、回路基板又は配線基板１２５を構成している。図
示を省略しているけれども、配線金属層１３０（１３
１，１３２，１３０ｃ）及び裏面金属層１２０の表面に
はＮｉめっき層（厚さ：６μｍ）が形成され、はんだぬ
れ性とワイヤボンディング性が付与されている。
【００２４】配線金属層１３０と裏面金属層１２０を構
成するＡｌ合金は、（ａ）熱伝導率の高い点、（ｂ）セ
ラミックス板１１０との接合性に優れること、（ｃ）Ｎ
ｉ，Ｓｎ，Ａｇ，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効率良く外部
へ放出されるのに重要な意味を持つ。（ｂ）はセラミッ
クス板１１０に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１０１のはんだ付け搭載及びワイヤボンディングを
施すのに不可欠である。（ｄ）は後述するように、Ａｌ
合金の溶湯を裏面金属層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）
は回路基板１２５のそりを軽減するのに重要である。こ
のような観点から、裏面金属層１２０や配線金属層１３
０の素材としてＡｌ合金が選択される。
成するＡｌ合金は、（ａ）熱伝導率の高い点、（ｂ）セ
ラミックス板１１０との接合性に優れること、（ｃ）Ｎ
ｉ，Ｓｎ，Ａｇ，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効率良く外部
へ放出されるのに重要な意味を持つ。（ｂ）はセラミッ
クス板１１０に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１０１のはんだ付け搭載及びワイヤボンディングを
施すのに不可欠である。（ｄ）は後述するように、Ａｌ
合金の溶湯を裏面金属層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）
は回路基板１２５のそりを軽減するのに重要である。こ
のような観点から、裏面金属層１２０や配線金属層１３
０の素材としてＡｌ合金が選択される。
【００２５】上述の要件（ａ）〜（ｅ）を満たすＡｌ合
金は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃａ，Ｃ
ｕ，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
合金であることが好ましい。具体的代表例として、Ａｌ
−７ｗｔ％Ｓｉ，Ａｌ−５ｗｔ％Ａｕ,Ａｌ−７.６ｗｔ
％Ｃａ，Ａｌ−３３ｗｔ％Ｃｕ，Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇ
ｅ，Ａｌ−３５ｗｔ％Ｍｇ，Ａｌ−１ｗｔ％Ｍｎ，Ａｌ
−５.７ｗｔ％Ｎｉ,Ａｌ−３ｗｔ％Ｐｄ，Ａｌ−２ｗｔ
％Ｓｂ，Ａｌ−１１.７ｗｔ％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。
金は、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃａ，Ｃ
ｕ，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
合金であることが好ましい。具体的代表例として、Ａｌ
−７ｗｔ％Ｓｉ，Ａｌ−５ｗｔ％Ａｕ,Ａｌ−７.６ｗｔ
％Ｃａ，Ａｌ−３３ｗｔ％Ｃｕ，Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇ
ｅ，Ａｌ−３５ｗｔ％Ｍｇ，Ａｌ−１ｗｔ％Ｍｎ，Ａｌ
−５.７ｗｔ％Ｎｉ,Ａｌ−３ｗｔ％Ｐｄ，Ａｌ−２ｗｔ
％Ｓｂ，Ａｌ−１１.７ｗｔ％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。
【００２６】
【表１】
【００２７】更に、実用的なＡｌ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。Ａｌ−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−Ｓｉ−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２００〜２
５０℃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，Ｐｄ，Ｓ
ｂ，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。
げる多元系合金を挙げることができる。Ａｌ−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−Ｓｉ−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２００〜２
５０℃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，Ｐｄ，Ｓ
ｂ，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。
【００２８】Ａｌと共に合金を構成するＳｉ，Ｇｅ，Ｍ
ｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓ
ｂ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｎ，Ｚは、Ａｌ合金の上述した
性質の調整用として添加すること以外に、Ａｌ合金とセ
ラミックス板１１０との界面を強固かつ緻密に接合する
役割を担う。これらの金属は薄い窒化物，酸化物の形で
Ａｌ合金とセラミックス板１１０の界面に存在し、両者
の接合担体となる。Ａｌ合金中の上記各種の金属はこの
接合担体の供給源となる。
ｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓ
ｂ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｎ，Ｚは、Ａｌ合金の上述した
性質の調整用として添加すること以外に、Ａｌ合金とセ
ラミックス板１１０との界面を強固かつ緻密に接合する
役割を担う。これらの金属は薄い窒化物，酸化物の形で
Ａｌ合金とセラミックス板１１０の界面に存在し、両者
の接合担体となる。Ａｌ合金中の上記各種の金属はこの
接合担体の供給源となる。
【００２９】本発明では、半導体基体１０１を搭載する
回路基板１２５の製造工程が簡略化され、最終的に絶縁
型半導体装置９００のコスト低減に寄与する。この点を
図２を用いて説明する。
回路基板１２５の製造工程が簡略化され、最終的に絶縁
型半導体装置９００のコスト低減に寄与する。この点を
図２を用いて説明する。
【００３０】図２は本発明回路基板と従来の回路基板の
製造工程の比較を示す。本発明の場合の出発材料はセラ
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：０.３mm ）と上述した溶湯用のＡｌ合金である。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
質からなる鋳型に窒化珪素板１１０をセットした後、Ａ
ｌ合金溶湯を鋳型に圧入する。この工程で裏面金属層１
２０と配線金属層１３０が窒化珪素板１１０の両面に同
時形成される。裏面金属層１２０と配線金属層１３０と
窒化珪素板１１０の一体化は、窒化珪素板１１０と鋳型
の間に設けられた空間にＡｌ合金溶湯を流動させること
によってなされる。したがって、回路基板１２５におけ
る裏面金属層１２０及び配線金属層１３０は、出発材料
が全く同質のＡｌ合金により構成されるため最終的には
実質的に同質かつ同一物性になる。
製造工程の比較を示す。本発明の場合の出発材料はセラ
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：０.３mm ）と上述した溶湯用のＡｌ合金である。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
質からなる鋳型に窒化珪素板１１０をセットした後、Ａ
ｌ合金溶湯を鋳型に圧入する。この工程で裏面金属層１
２０と配線金属層１３０が窒化珪素板１１０の両面に同
時形成される。裏面金属層１２０と配線金属層１３０と
窒化珪素板１１０の一体化は、窒化珪素板１１０と鋳型
の間に設けられた空間にＡｌ合金溶湯を流動させること
によってなされる。したがって、回路基板１２５におけ
る裏面金属層１２０及び配線金属層１３０は、出発材料
が全く同質のＡｌ合金により構成されるため最終的には
実質的に同質かつ同一物性になる。
【００３１】上述の裏面金属層１２０及び配線金属層１
３０が形成されたアッセンブリは無電解湿式めっき工程
に移され、裏面金属層１２０と配線金属層１３０の表面
にＮｉめっき層（厚さ：６μｍ）が形成される。ここ
で、配線金属層１３０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、ワイヤボンディングを確実に遂行する点にあ
る。裏面金属層１２０の化学的あるいは熱的な変質が許
される場合は、この部分に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Ｎ
ｉめっき層が設けられる。以上の工程を経て本発明回路
基板が１２５が完成する。
３０が形成されたアッセンブリは無電解湿式めっき工程
に移され、裏面金属層１２０と配線金属層１３０の表面
にＮｉめっき層（厚さ：６μｍ）が形成される。ここ
で、配線金属層１３０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、ワイヤボンディングを確実に遂行する点にあ
る。裏面金属層１２０の化学的あるいは熱的な変質が許
される場合は、この部分に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Ｎ
ｉめっき層が設けられる。以上の工程を経て本発明回路
基板が１２５が完成する。
【００３２】第１先行技術に基づく従来工程の場合は、
先ずセラミックス板の両面に純度３ＮのＡｌ溶湯を接触
させ、厚さ０.５mm のＡｌ層を形成させる。その後配線
金属層を形成させるための選択エッチング、そして必要
なら裏面金属層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を付与するための無電
解Ｎｉめっきが施される。配線金属層形成用の選択エッ
チングでは、その層が薄い場合は寸法精度の高いパター
ンニングが可能であるけれども、層が厚い場合や細かい
パターンニングが必要な場合は十分な精度が得られな
い。また、選択エッチングのためにはレジスト膜の形成
及び除去の工程も必要になる。従来工程に基づく回路基
板はこのように複雑な工程を経る。
先ずセラミックス板の両面に純度３ＮのＡｌ溶湯を接触
させ、厚さ０.５mm のＡｌ層を形成させる。その後配線
金属層を形成させるための選択エッチング、そして必要
なら裏面金属層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を付与するための無電
解Ｎｉめっきが施される。配線金属層形成用の選択エッ
チングでは、その層が薄い場合は寸法精度の高いパター
ンニングが可能であるけれども、層が厚い場合や細かい
パターンニングが必要な場合は十分な精度が得られな
い。また、選択エッチングのためにはレジスト膜の形成
及び除去の工程も必要になる。従来工程に基づく回路基
板はこのように複雑な工程を経る。
【００３３】以上までに説明したように、本発明回路基
板１２５によればその製造工程が簡略化され、当然なが
ら回路基板１２５及びこれを用いた絶縁型半導体装置９
００のコスト低減に寄与する。
板１２５によればその製造工程が簡略化され、当然なが
ら回路基板１２５及びこれを用いた絶縁型半導体装置９
００のコスト低減に寄与する。
【００３４】しかしながら、本発明回路基板１２５のメ
リットは製法上だけにあるのではなく、回路基板１２５
を適用した絶縁型半導体装置９００において更に大きな
ものになる。この理由の説明に先だって、絶縁型半導体
装置の構造について述べる。
リットは製法上だけにあるのではなく、回路基板１２５
を適用した絶縁型半導体装置９００において更に大きな
ものになる。この理由の説明に先だって、絶縁型半導体
装置の構造について述べる。
【００３５】図３は本発明回路基板を適用した絶縁型半
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。回路基板１２５は、窒化珪素板１１０と、窒化珪
素板１１０の一方の主面上に設けられた配線金属層１３
１，１３２，１３０ｃと、他方の主面に設けられた裏面
金属層１２０で構成されている。窒化珪素板１１０の各
主面に設けられた配線金属層１３０（１３１，１３２，
１３０ｃ）と裏面金属層１２０は、互いに同質かつ同一
物性のＡｌ合金で構成されている。回路基板１２５の配
線金属層１３１上には、半導体基体としてのＭＯＳ Ｆ
ＥＴ素子基体１０１がはんだ層１１３によって固着され
ている。回路基板１２５の裏面金属層１２０側は、はん
だ層１１４によってＡｌ合金マトリックス（Ａｌ−２０
ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 、固相点：約５５０℃）
に緑色炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を分散させた複合体から
なる支持板（ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.
２ppm／℃ ，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３m
m，サイズ：４２.５×８５mm ）１１５上に固着されて
いる。支持板１１５には、あらかじめ主端子３０や補助
端子３１を設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース
２０が取り付けられている。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、配線金属層１３
０ｃと補助端子３１間には、Ａｌ細線(直系：０.４mm）
１１７のワイヤボンディングが施されている。ケース２
０内にはシリコーンゲル樹脂２２が充填され、ケース２
０の上部にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋２１が設
けられている。ここで、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。
この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。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
より固着されている。なお、図面では省略しているけれ
ども、ケース２０と支持板１１５の間、そしてケース２
０と蓋２１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
てポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０に取り付け
られている。以上の構成において、回路基板１２５は支
持板１１５とともに絶縁型半導体装置９００の主要な放
熱路を担っている。また、回路基板１２５の配線金属層
１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）と裏面金属層１２
０は同質かつ同一物性のＡｌ合金により構成されてい
る。Ａｌ合金を適用することにより、窒化珪素板１１０
と配線金属層１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）及び
裏面金属層１２０の間の界面には窒化物が介在され、均
一かつ緻密かつ強固な接合界面が形成されている。以上
の構成をとることによって、絶縁型半導体装置９００に
は優れた放熱性及び信頼性が付与される。
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。回路基板１２５は、窒化珪素板１１０と、窒化珪
素板１１０の一方の主面上に設けられた配線金属層１３
１，１３２，１３０ｃと、他方の主面に設けられた裏面
金属層１２０で構成されている。窒化珪素板１１０の各
主面に設けられた配線金属層１３０（１３１，１３２，
１３０ｃ）と裏面金属層１２０は、互いに同質かつ同一
物性のＡｌ合金で構成されている。回路基板１２５の配
線金属層１３１上には、半導体基体としてのＭＯＳ Ｆ
ＥＴ素子基体１０１がはんだ層１１３によって固着され
ている。回路基板１２５の裏面金属層１２０側は、はん
だ層１１４によってＡｌ合金マトリックス（Ａｌ−２０
ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 、固相点：約５５０℃）
に緑色炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を分散させた複合体から
なる支持板（ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.
２ppm／℃ ，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３m
m，サイズ：４２.５×８５mm ）１１５上に固着されて
いる。支持板１１５には、あらかじめ主端子３０や補助
端子３１を設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース
２０が取り付けられている。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、配線金属層１３
０ｃと補助端子３１間には、Ａｌ細線(直系：０.４mm）
１１７のワイヤボンディングが施されている。ケース２
０内にはシリコーンゲル樹脂２２が充填され、ケース２
０の上部にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋２１が設
けられている。ここで、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。
この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。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
より固着されている。なお、図面では省略しているけれ
ども、ケース２０と支持板１１５の間、そしてケース２
０と蓋２１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
てポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０に取り付け
られている。以上の構成において、回路基板１２５は支
持板１１５とともに絶縁型半導体装置９００の主要な放
熱路を担っている。また、回路基板１２５の配線金属層
１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）と裏面金属層１２
０は同質かつ同一物性のＡｌ合金により構成されてい
る。Ａｌ合金を適用することにより、窒化珪素板１１０
と配線金属層１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）及び
裏面金属層１２０の間の界面には窒化物が介在され、均
一かつ緻密かつ強固な接合界面が形成されている。以上
の構成をとることによって、絶縁型半導体装置９００に
は優れた放熱性及び信頼性が付与される。
【００３６】絶縁型半導体装置９００に本発明のメリッ
トを反映させるためには、回路基板１２５には最適構造
に関する次の要因が満たされていなければならない。 （Ａ）配線金属層及び裏面金属層が同質のＡｌ合金で構
成される点 第１先行技術と同様の純度３ＮのＡｌ溶湯を用いた場合
は、Ａｌ溶湯のセラミックス板に対するぬれ性が十分で
ないため、接合強度の高い界面が得られない。本発明者
らの検討によると、窒化珪素板とＡｌ層の接合強度は
６.９ＭＰａ程度（破断界面：窒化珪素板−Ａｌ層間）
にしかならない。また、セラミックス板が窒化アルミニ
ウムやアルミナであっても、得られる接合強度は同程度
である。これに対し、本発明回路基板１２５の裏面金属
層１２０，配線金属層１３０は同一の溶湯を素材とする
Ａｌ合金で構成されている。Ａｌ合金中に含まれるＳｉ
を始めとする上述の不純物がセラミックス板の構成成分
と化学的に結合して、上記不純物の窒化物又は酸化物
（セラミックス板１１０がアルミナ板の場合）を生成す
る。このような窒化物又は酸化物が裏面金属層１２０や
配線金属層１３０と窒化珪素板１１０の間の接合担体を
構成する。この結果、接合強度は７０ＭＰ以上と高くな
る。このような利点はＡｌ合金を用いることによりもた
らされる。
トを反映させるためには、回路基板１２５には最適構造
に関する次の要因が満たされていなければならない。 （Ａ）配線金属層及び裏面金属層が同質のＡｌ合金で構
成される点 第１先行技術と同様の純度３ＮのＡｌ溶湯を用いた場合
は、Ａｌ溶湯のセラミックス板に対するぬれ性が十分で
ないため、接合強度の高い界面が得られない。本発明者
らの検討によると、窒化珪素板とＡｌ層の接合強度は
６.９ＭＰａ程度（破断界面：窒化珪素板−Ａｌ層間）
にしかならない。また、セラミックス板が窒化アルミニ
ウムやアルミナであっても、得られる接合強度は同程度
である。これに対し、本発明回路基板１２５の裏面金属
層１２０，配線金属層１３０は同一の溶湯を素材とする
Ａｌ合金で構成されている。Ａｌ合金中に含まれるＳｉ
を始めとする上述の不純物がセラミックス板の構成成分
と化学的に結合して、上記不純物の窒化物又は酸化物
（セラミックス板１１０がアルミナ板の場合）を生成す
る。このような窒化物又は酸化物が裏面金属層１２０や
配線金属層１３０と窒化珪素板１１０の間の接合担体を
構成する。この結果、接合強度は７０ＭＰ以上と高くな
る。このような利点はＡｌ合金を用いることによりもた
らされる。
【００３７】裏面金属層１２０や配線金属層１３０は同
質かつ同一物性のＡｌ合金で構成される。裏面金属層１
２０と配線金属層１３０がそれぞれ異なった物性（熱膨
張率，ヤング率）を持つ場合は、回路基板１２５の最適
設計の妨げになる。これに対し本発明回路基板１２５で
は、これらが同じ物性を持つため後述（Ｂ）で説明する
最適設計が可能になる。 （Ｂ）回路基板を構成する部材の厚さが調整される点 本発明回路基板１２５において重要な点は、配線金属層
１３０が０.１〜２.３mm、裏面金属層１２０が０.０２
５〜２.０mm、セラミックス板としての窒化珪素板１１
０が０.２５〜１.２５mmの厚さにそれぞれ調整される点
である。 ・ 配線金属層の厚さ 配線金属層１３０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、この部分を可能な範囲で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適度
に厚いことが望ましい。しかしながら、配線金属層１３
０の厚さは回路基板１２５が組み込まれた絶縁型半導体
装置９００の性能を考慮して、以下のように制限されな
ければならない。
質かつ同一物性のＡｌ合金で構成される。裏面金属層１
２０と配線金属層１３０がそれぞれ異なった物性（熱膨
張率，ヤング率）を持つ場合は、回路基板１２５の最適
設計の妨げになる。これに対し本発明回路基板１２５で
は、これらが同じ物性を持つため後述（Ｂ）で説明する
最適設計が可能になる。 （Ｂ）回路基板を構成する部材の厚さが調整される点 本発明回路基板１２５において重要な点は、配線金属層
１３０が０.１〜２.３mm、裏面金属層１２０が０.０２
５〜２.０mm、セラミックス板としての窒化珪素板１１
０が０.２５〜１.２５mmの厚さにそれぞれ調整される点
である。 ・ 配線金属層の厚さ 配線金属層１３０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、この部分を可能な範囲で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適度
に厚いことが望ましい。しかしながら、配線金属層１３
０の厚さは回路基板１２５が組み込まれた絶縁型半導体
装置９００の性能を考慮して、以下のように制限されな
ければならない。
【００３８】図４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示すグラフであ
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シミュレーションによるも
ので、図３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０.２５℃／
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０.１〜３.７mmの範囲である。
信頼性に関する配線金属層厚さ依存性を示すグラフであ
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シミュレーションによるも
ので、図３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０.２５℃／
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０.１〜３.７mmの範囲である。
【００３９】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１１０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、回
路基板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
れ増加する傾向にある。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２.３mm以下である。
縦軸はシミュレーションによる窒化珪素板１１０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、回
路基板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
れ増加する傾向にある。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２.３mm以下である。
【００４０】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、−４０〜１２
５℃)を施した後に発生した窒化珪素板１１０の機械的
破壊のことである。配線金属層１３０が厚くなるにつれ
厚さ２.４mm まではクラック破壊は観測されていないの
に対し、これを越えるとその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
とする。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２.４mm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、−４０〜１２
５℃)を施した後に発生した窒化珪素板１１０の機械的
破壊のことである。配線金属層１３０が厚くなるにつれ
厚さ２.４mm まではクラック破壊は観測されていないの
に対し、これを越えるとその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
とする。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２.４mm以下である。
【００４１】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１
３０の厚さは０.１〜２.３mmの範囲である。なお、図４
は窒化珪素板１１０の厚さが０.３mm、裏面金属層１２
０の厚さが０.３mmの場合の結果であるけれども、窒化
珪素板１１０が０.２５〜１.２５mm、裏面金属層１２０
が０.０２５〜２.０mmの範囲では同様の結果が得られて
いる。 ・ 裏面金属層の厚さ 裏面金属層１２０は半導体基体１０１で生ずる熱を回路
基板１２５を経由して外部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、回路基板１２５を安定的に製作できることも
重要な要件になる。図５は熱抵抗，ボイド率，信頼性に
関する裏面金属層厚さ依存性を示すグラフである。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。熱抵抗は裏面金属層１２０
が厚くなると増加する傾向があるけれども、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。この結果を解釈する
と、裏面金属層１２０は熱抵抗の観点からはグラフに掲
げた０〜４.９mmの範囲で任意の厚さを選択できるもの
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１
３０の厚さは０.１〜２.３mmの範囲である。なお、図４
は窒化珪素板１１０の厚さが０.３mm、裏面金属層１２
０の厚さが０.３mmの場合の結果であるけれども、窒化
珪素板１１０が０.２５〜１.２５mm、裏面金属層１２０
が０.０２５〜２.０mmの範囲では同様の結果が得られて
いる。 ・ 裏面金属層の厚さ 裏面金属層１２０は半導体基体１０１で生ずる熱を回路
基板１２５を経由して外部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、回路基板１２５を安定的に製作できることも
重要な要件になる。図５は熱抵抗，ボイド率，信頼性に
関する裏面金属層厚さ依存性を示すグラフである。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。熱抵抗は裏面金属層１２０
が厚くなると増加する傾向があるけれども、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。この結果を解釈する
と、裏面金属層１２０は熱抵抗の観点からはグラフに掲
げた０〜４.９mmの範囲で任意の厚さを選択できるもの
と判断される。
【００４２】（ｂ）のボイド率に注目する。ここで言う
ボイド率とは、裏面金属層１２０に生じた非接合領域の
面積率のことである。厚さが０.０２５ 以上の範囲では
裏面金属層１２０にはボイドは生じない。これはＡｌ合
金溶湯が鋳型と窒化珪素板１１０の間の空隙を効率よく
流動するためである。これに対し０.０２５mm より薄い
領域ではボイド率は増加している。これは空隙が狭いた
めＡｌ合金溶湯の流動が阻害されるためである。以上の
傾向は配線金属層１３０の厚さが０.１ 〜２.３mm の範
囲、そして図には示していないけれどもセラミックス板
１１０の厚さが０.２５〜１.２５mmの範囲では同様であ
る。上述したように裏面金属層120は熱放散のための主
要な伝導路であり、放熱路を確実に確保する観点から裏
面金属層１２０の厚さは０.０２５mm 以上に選択する必
要がある。
ボイド率とは、裏面金属層１２０に生じた非接合領域の
面積率のことである。厚さが０.０２５ 以上の範囲では
裏面金属層１２０にはボイドは生じない。これはＡｌ合
金溶湯が鋳型と窒化珪素板１１０の間の空隙を効率よく
流動するためである。これに対し０.０２５mm より薄い
領域ではボイド率は増加している。これは空隙が狭いた
めＡｌ合金溶湯の流動が阻害されるためである。以上の
傾向は配線金属層１３０の厚さが０.１ 〜２.３mm の範
囲、そして図には示していないけれどもセラミックス板
１１０の厚さが０.２５〜１.２５mmの範囲では同様であ
る。上述したように裏面金属層120は熱放散のための主
要な伝導路であり、放熱路を確実に確保する観点から裏
面金属層１２０の厚さは０.０２５mm 以上に選択する必
要がある。
【００４３】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
℃）に伴なって回路基板１２５における放熱路が遮断さ
れれば、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗が増加する。
ここで言う熱抵抗増加は裏面金属層１２０の不適正な厚
さに起因する放熱路の遮断により発生する。裏面金属層
１２０が薄い場合には、裏面金属層１２０の影響で配線
金属層１３０に作用する歪は小さく抑えられるため、疲
労による配線金属層１３０の窒化珪素板１１０からの剥
離は生じにくい。この結果、裏面金属層１２０の厚さが
２.０mm 以下の領域では熱抵抗の変動は見られない。こ
れに対し裏面金属層１２０の厚さが２.０mmを超える厚
い領域では、配線金属層１３０に作用する歪が大きくな
り、配線金属層１３０は疲労破壊して窒化珪素板１１０
から剥離する。この剥離により熱抵抗は増大する。以上
の傾向は配線金属層１３０の厚さが０.１〜２.３mmの範
囲、そして図には示していないけれどもセラミックス板
１１０の厚さが０.２５ 〜１.２５mm の範囲では同様で
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、裏面金属層１２０は２.３mm 以下の厚
さに調整される必要がある。
度サイクル試験（３０００サイクル、−４０〜１２５
℃）に伴なって回路基板１２５における放熱路が遮断さ
れれば、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗が増加する。
ここで言う熱抵抗増加は裏面金属層１２０の不適正な厚
さに起因する放熱路の遮断により発生する。裏面金属層
１２０が薄い場合には、裏面金属層１２０の影響で配線
金属層１３０に作用する歪は小さく抑えられるため、疲
労による配線金属層１３０の窒化珪素板１１０からの剥
離は生じにくい。この結果、裏面金属層１２０の厚さが
２.０mm 以下の領域では熱抵抗の変動は見られない。こ
れに対し裏面金属層１２０の厚さが２.０mmを超える厚
い領域では、配線金属層１３０に作用する歪が大きくな
り、配線金属層１３０は疲労破壊して窒化珪素板１１０
から剥離する。この剥離により熱抵抗は増大する。以上
の傾向は配線金属層１３０の厚さが０.１〜２.３mmの範
囲、そして図には示していないけれどもセラミックス板
１１０の厚さが０.２５ 〜１.２５mm の範囲では同様で
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、裏面金属層１２０は２.３mm 以下の厚
さに調整される必要がある。
【００４４】以上に説明したように、裏面金属層１２０
の厚さは熱抵抗の観点では０〜4.9mm、ボイド率の観点
では０.０２５mm以上、熱抵抗増加率の観点では２.０mm
以下がそれぞれ選択される。これらを総合して、全ての
点を満足できる裏面金属層１２０の厚さは０.０２５〜
２.０mmである。なお、この適正厚さは配線金属層１３
０が０.１〜２.３mm、窒化珪素板１１０が０.２５〜１.
２５mmの範囲では同様である。 ・ 窒化珪素板の厚さ 窒化珪素板１１０も絶縁型半導体装置９００の主要な熱
流路を構成する部材の１つである。熱抵抗を低く抑える
には、この部材は可及的に薄いことが望ましい。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。
の厚さは熱抵抗の観点では０〜4.9mm、ボイド率の観点
では０.０２５mm以上、熱抵抗増加率の観点では２.０mm
以下がそれぞれ選択される。これらを総合して、全ての
点を満足できる裏面金属層１２０の厚さは０.０２５〜
２.０mmである。なお、この適正厚さは配線金属層１３
０が０.１〜２.３mm、窒化珪素板１１０が０.２５〜１.
２５mmの範囲では同様である。 ・ 窒化珪素板の厚さ 窒化珪素板１１０も絶縁型半導体装置９００の主要な熱
流路を構成する部材の１つである。熱抵抗を低く抑える
には、この部材は可及的に薄いことが望ましい。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。
【００４５】図６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示すグラフである。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０.２５mm 以上の領域では、窒化珪素板
１１０の破壊は全く生じていない。これに対し０.２５m
m より薄い領域ではクラック破壊を生じている。この破
壊は上述したｅ部を起点にしたものである。絶縁型半導
体装置９００の絶縁劣化を抑えて安全に稼働させる観点
からは、窒化珪素板１１０の厚さは０.２５mm 以上の範
囲が選択される。
窒化珪素板厚さ依存性を示すグラフである。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０.２５mm 以上の領域では、窒化珪素板
１１０の破壊は全く生じていない。これに対し０.２５m
m より薄い領域ではクラック破壊を生じている。この破
壊は上述したｅ部を起点にしたものである。絶縁型半導
体装置９００の絶縁劣化を抑えて安全に稼働させる観点
からは、窒化珪素板１１０の厚さは０.２５mm 以上の範
囲が選択される。
【００４６】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
℃）に伴なって配線金属層１３０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１.２５mm 以下の領域で
は熱抵抗は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。これは、ｅ部の応力が大きく
なって窒化珪素板１１０がクラック破壊し、配線金属層
１３０と窒化珪素板１１０との間が熱的に係合しなくな
ることによる。したがって、絶縁型半導体装置９００の
放熱性を維持させるためには、窒化珪素板１１０の厚さ
は１.２５mm 以下の範囲が選択される必要がある。
度サイクル試験（３０００サイクル、−４０〜１２５
℃）に伴なって配線金属層１３０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１.２５mm 以下の領域で
は熱抵抗は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。これは、ｅ部の応力が大きく
なって窒化珪素板１１０がクラック破壊し、配線金属層
１３０と窒化珪素板１１０との間が熱的に係合しなくな
ることによる。したがって、絶縁型半導体装置９００の
放熱性を維持させるためには、窒化珪素板１１０の厚さ
は１.２５mm 以下の範囲が選択される必要がある。
【００４７】上記(ａ）及び(ｂ）は配線金属層１３０が
０.６mm、裏面金属層１２０が０.３mmの場合の結果であ
る。配線金属層１３０が０.１〜２.３mm、裏面金属層１
２０が０.０２５〜２.０mmの厚さを有する場合でも同様
の結果が得られる。
０.６mm、裏面金属層１２０が０.３mmの場合の結果であ
る。配線金属層１３０が０.１〜２.３mm、裏面金属層１
２０が０.０２５〜２.０mmの厚さを有する場合でも同様
の結果が得られる。
【００４８】以上に説明したように、窒化珪素板１１０
の好ましい厚さは、クラック破壊率の観点では０.２５m
m以上、熱抵抗増加率の観点では１.２５mm以下である。
これらの評価結果を総合してより好ましい窒化珪素板１
１０の厚さは０.２５〜1.25mmの範囲である。
の好ましい厚さは、クラック破壊率の観点では０.２５m
m以上、熱抵抗増加率の観点では１.２５mm以下である。
これらの評価結果を総合してより好ましい窒化珪素板１
１０の厚さは０.２５〜1.25mmの範囲である。
【００４９】表２は、以上までに説明した配線金属層１
３０，裏面金属層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０.１〜２.
３mm、裏面金属層１２０は０.０２５〜２.０mm、窒化珪
素板１１０は０.２５〜1.25mmが適正な厚さである。
３０，裏面金属層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０.１〜２.
３mm、裏面金属層１２０は０.０２５〜２.０mm、窒化珪
素板１１０は０.２５〜1.25mmが適正な厚さである。
【００５０】
【表２】
【００５１】本発明回路基板１２５適用の絶縁型半導体
装置９００の熱抵抗を比較試料と比べた。比較試料は厚
さ０.６３mm のＡｌＮ板の両面に第１先行技術と同様に
高純度Ａｌからなる配線金属層(厚さ：０.４mm）と裏面
金属層(厚さ：０.０５mm）を形成した回路基板を、Ａｌ
−ＳｉＣ支持板(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍ
ｇ合金マトリックスに緑色炭化珪素粉末を分散させた複
合体、ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.２ppm
／℃，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイ
ズ：４２.５×８５mm ）上に固着し、半導体基体（８
個）は回路基板上にはんだ付けした構造のものである。
定常熱抵抗は本発明回路基板１２５適用の絶縁型半導体
装置９００，比較試料ともに０.３５℃／Ｗ を示した。
初期放熱性は本発明回路基板適用の絶縁型半導体装置９
００及び比較試料とも同等であるけれども、次に述べる
試験段階で両者の優劣が明確になる。
装置９００の熱抵抗を比較試料と比べた。比較試料は厚
さ０.６３mm のＡｌＮ板の両面に第１先行技術と同様に
高純度Ａｌからなる配線金属層(厚さ：０.４mm）と裏面
金属層(厚さ：０.０５mm）を形成した回路基板を、Ａｌ
−ＳｉＣ支持板(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍ
ｇ合金マトリックスに緑色炭化珪素粉末を分散させた複
合体、ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.２ppm
／℃，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイ
ズ：４２.５×８５mm ）上に固着し、半導体基体（８
個）は回路基板上にはんだ付けした構造のものである。
定常熱抵抗は本発明回路基板１２５適用の絶縁型半導体
装置９００，比較試料ともに０.３５℃／Ｗ を示した。
初期放熱性は本発明回路基板適用の絶縁型半導体装置９
００及び比較試料とも同等であるけれども、次に述べる
試験段階で両者の優劣が明確になる。
【００５２】図７は本発明回路基板適用の絶縁型半導体
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。本発明回路基板１２５適用の絶縁型半導
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）と同等の値が維持されている。一
方、比較試料（曲線Ｂ）は同等の初期熱抵抗を示すけれ
ども、１千サイクルから熱抵抗の増大を生じている。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、絶縁型半導体装置９００のそ
れは１万サイクル以上になる。回路基板における各部材
の厚さが適正範囲に調整されているにもかかわらず比較
試料が早期に寿命に到達した原因は、配線金属層及び裏
面金属層とＡｌＮ板の接合強度が十分でなく、界面が剥
離して主要な放熱路が遮断されたことにある。接合強度
が不十分であるのは、接合界面にＡｌ窒化物以外の物
質、例えばＳｉやＭｇの窒化物が形成されていないため
である。本発明回路基板１２５は過大な応力や歪が回路
基板１２５の局部に集中しないように、窒化珪素板110,
裏面金属層１２０，配線金属層１３０が適正厚さに調整
されている。しかも、緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ
の窒化物の薄層が、窒化珪素板１１０と裏面金属層１２
０及び配線金属層１３０の間の界面に存在する。このよ
うな点が絶縁型半導体装置９００が優れた信頼性示した
理由である。
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。本発明回路基板１２５適用の絶縁型半導
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）と同等の値が維持されている。一
方、比較試料（曲線Ｂ）は同等の初期熱抵抗を示すけれ
ども、１千サイクルから熱抵抗の増大を生じている。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、絶縁型半導体装置９００のそ
れは１万サイクル以上になる。回路基板における各部材
の厚さが適正範囲に調整されているにもかかわらず比較
試料が早期に寿命に到達した原因は、配線金属層及び裏
面金属層とＡｌＮ板の接合強度が十分でなく、界面が剥
離して主要な放熱路が遮断されたことにある。接合強度
が不十分であるのは、接合界面にＡｌ窒化物以外の物
質、例えばＳｉやＭｇの窒化物が形成されていないため
である。本発明回路基板１２５は過大な応力や歪が回路
基板１２５の局部に集中しないように、窒化珪素板110,
裏面金属層１２０，配線金属層１３０が適正厚さに調整
されている。しかも、緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇ
の窒化物の薄層が、窒化珪素板１１０と裏面金属層１２
０及び配線金属層１３０の間の界面に存在する。このよ
うな点が絶縁型半導体装置９００が優れた信頼性示した
理由である。
【００５３】また本発明では、窒化珪素板１１０がアル
ミナ板に代わった場合は、アルミナ板１１０と配線金属
層１３０及び裏面金属層１２０の界面を接合する担体は
Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇの酸化物になる。
ミナ板に代わった場合は、アルミナ板１１０と配線金属
層１３０及び裏面金属層１２０の界面を接合する担体は
Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇの酸化物になる。
【００５４】本発明回路基板１２５の配線金属層１３０
や裏面金属層１２０の表面に形成される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
範囲でＳｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｚｎ，Ｃｕ等の
金属で代替でき、その厚さもはんだぬれ性とワイヤボン
ディング性を確保し、回路基板１２５の品質劣化を防止
できる範囲で任意の値を選択できる。更に、上述のＮｉ
めっき層はＮｉ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｚ
ｎ，Ｃｕの群から選択された複数金属の積層体で代替し
てもよい。
や裏面金属層１２０の表面に形成される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
範囲でＳｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｚｎ，Ｃｕ等の
金属で代替でき、その厚さもはんだぬれ性とワイヤボン
ディング性を確保し、回路基板１２５の品質劣化を防止
できる範囲で任意の値を選択できる。更に、上述のＮｉ
めっき層はＮｉ，Ｓｎ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｚ
ｎ，Ｃｕの群から選択された複数金属の積層体で代替し
てもよい。
【００５５】回路基板１２５を構成するセラミックス板
１１０は窒化珪素以外に、必要に応じて窒化アルミニウ
ム(ＡｌＮ、熱伝導率：１９０Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率：
４.３ppm／℃），アルミナ（Ａｌ2Ｏ3、熱伝導率：２０
Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率：７.２ppm／℃）で代替えするこ
とが可能である。
１１０は窒化珪素以外に、必要に応じて窒化アルミニウ
ム(ＡｌＮ、熱伝導率：１９０Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率：
４.３ppm／℃），アルミナ（Ａｌ2Ｏ3、熱伝導率：２０
Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率：７.２ppm／℃）で代替えするこ
とが可能である。
【００５６】以上の回路基板１２５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，破壊の恐れがなく、信頼性が高く，低コスト
な絶縁型半導体装置９００を提供するのに有効である。
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
な絶縁型半導体装置９００を提供するのに有効である。
【００５７】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００５８】〔実施例１〕本実施例では基本的形態の回
路基板１２５及びこれを適用した絶縁型半導体装置９０
０について説明する。
路基板１２５及びこれを適用した絶縁型半導体装置９０
０について説明する。
【００５９】本実施例回路基板１２５は図１に示した形
態のものである。１１０はセラミックス板としての窒化
珪素板（寸法：３０mm×５０mm×０.３mm，焼結体、熱
膨張率：３.４ppm／℃，熱伝導率：９０Ｗ／ｍ・Ｋ）で
あり、半導体基体１０１が搭載される側の主面に厚さ
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Ａｌ合金(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５
ｗｔ％Ｍｇ）により形成されている。反対側の主面には
厚さ０.２mm の裏面金属層１２０が配線金属層１３１と
同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−
１.５ｗｔ％Ｍｇ）により形成されている。
態のものである。１１０はセラミックス板としての窒化
珪素板（寸法：３０mm×５０mm×０.３mm，焼結体、熱
膨張率：３.４ppm／℃，熱伝導率：９０Ｗ／ｍ・Ｋ）で
あり、半導体基体１０１が搭載される側の主面に厚さ
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Ａｌ合金(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.５
ｗｔ％Ｍｇ）により形成されている。反対側の主面には
厚さ０.２mm の裏面金属層１２０が配線金属層１３１と
同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−
１.５ｗｔ％Ｍｇ）により形成されている。
【００６０】回路基板１２５は次の簡素化プロセスによ
り得られる。図８は本実施例回路基板の製法を説明する
断面模式図である。（ａ）に示すように、所定形状に成
形されたステンレス鋼からなる上鋳型９２０と下鋳型９
２１の中空部に窒化珪素板１１０をセットする。上鋳型
９２０には裏面金属層１２０が形成されるべき空間１２
０′、下鋳型９２１には配線金属層１３０が形成される
べき空間１３０′が設けられている。空間１２０′及び
１３０′には、Ａｌ合金（Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.
５ｗｔ％Ｍｇ ）からなる溶湯１２５′が供給される湯
口１２５ａ′と湯道１２５ｂ′、過剰な溶湯を系外に除
去するための排出口１２５ｃ′に連絡されている。あら
かじめ約５００℃に余熱された鋳型９２０，９２１に、
約６７０℃に加熱したＡｌ合金溶湯１２５′を加圧して
供給する。Ａｌ合金溶湯１２５′は湯口１２５ａ′と湯
道１２５ｂ′を順次経由して空間１２０′及び１３０′
を満たし、その後排出口１２５ｃ′を経て系外に流出さ
れる。引き続き、鋳型920,９２１を冷却して溶湯１２
５′を固相化させ、（ｂ）に示すように窒化珪素板１１
０の両面に配線金属層１３０と裏面金属層１２０が形成
された回路基板125を得る。配線金属層１３０と裏面金
属層１２０には、無電解めっき法によりＮｉめっき層が
形成される。
り得られる。図８は本実施例回路基板の製法を説明する
断面模式図である。（ａ）に示すように、所定形状に成
形されたステンレス鋼からなる上鋳型９２０と下鋳型９
２１の中空部に窒化珪素板１１０をセットする。上鋳型
９２０には裏面金属層１２０が形成されるべき空間１２
０′、下鋳型９２１には配線金属層１３０が形成される
べき空間１３０′が設けられている。空間１２０′及び
１３０′には、Ａｌ合金（Ａｌ−２０ｗｔ％Ｓｉ−１.
５ｗｔ％Ｍｇ ）からなる溶湯１２５′が供給される湯
口１２５ａ′と湯道１２５ｂ′、過剰な溶湯を系外に除
去するための排出口１２５ｃ′に連絡されている。あら
かじめ約５００℃に余熱された鋳型９２０，９２１に、
約６７０℃に加熱したＡｌ合金溶湯１２５′を加圧して
供給する。Ａｌ合金溶湯１２５′は湯口１２５ａ′と湯
道１２５ｂ′を順次経由して空間１２０′及び１３０′
を満たし、その後排出口１２５ｃ′を経て系外に流出さ
れる。引き続き、鋳型920,９２１を冷却して溶湯１２
５′を固相化させ、（ｂ）に示すように窒化珪素板１１
０の両面に配線金属層１３０と裏面金属層１２０が形成
された回路基板125を得る。配線金属層１３０と裏面金
属層１２０には、無電解めっき法によりＮｉめっき層が
形成される。
【００６１】ここで、配線金属層１３０と裏面金属層１
２０の厚さは、上鋳型９２０に形成される空間１２０′
及び下鋳型９２１に形成される空間１３０′の深さによ
り調整される。
２０の厚さは、上鋳型９２０に形成される空間１２０′
及び下鋳型９２１に形成される空間１３０′の深さによ
り調整される。
【００６２】以上の工程に基づいて得られる回路基板１
２５では、配線金属層１３０と裏面金属層１２０の形状
や寸法は空間１２０′，１３０′の寸法やサイズにより
調整される。このため、Ａｌ合金溶湯１２５′の鋳造後
は、先行技術１では必要であった金属層パターンニング
のための選択エッチングを経る必要がない。したがっ
て、エッチング液によるセラミックス板の微細溝が形成
されることがなく、熱応力破壊の抑制が可能な回路基板
１２５が得られる。
２５では、配線金属層１３０と裏面金属層１２０の形状
や寸法は空間１２０′，１３０′の寸法やサイズにより
調整される。このため、Ａｌ合金溶湯１２５′の鋳造後
は、先行技術１では必要であった金属層パターンニング
のための選択エッチングを経る必要がない。したがっ
て、エッチング液によるセラミックス板の微細溝が形成
されることがなく、熱応力破壊の抑制が可能な回路基板
１２５が得られる。
【００６３】窒化珪素板１１０と配線金属層１３０及び
裏面金属層１２０は、冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′
の構成成分（Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ）と窒化珪素板１１０の
反応により界面に生成されるＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物
層で接合される。この窒化物層は０.１μｍ以下と薄く
かつ緻密で、界面の全面にわたって均一に生成される。
窒化珪素板１１０と配線金属層１３０及び裏面金属層１
２０の間の接合強度は７０ＭＰａ以上と強固である。ま
た、配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶
湯１２５′を供給源としており、しかも界面窒化物層も
同一条件のもとで生成されるため、回路基板１２５に形
成された配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は実質
的に同一とみなせる状態（組成，物性，界面状態）にな
る。
裏面金属層１２０は、冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′
の構成成分（Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ）と窒化珪素板１１０の
反応により界面に生成されるＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物
層で接合される。この窒化物層は０.１μｍ以下と薄く
かつ緻密で、界面の全面にわたって均一に生成される。
窒化珪素板１１０と配線金属層１３０及び裏面金属層１
２０の間の接合強度は７０ＭＰａ以上と強固である。ま
た、配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶
湯１２５′を供給源としており、しかも界面窒化物層も
同一条件のもとで生成されるため、回路基板１２５に形
成された配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は実質
的に同一とみなせる状態（組成，物性，界面状態）にな
る。
【００６４】本実施例回路基板１２５を適用した絶縁型
半導体装置９００は図３に示した構造を有している。
（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。回路基板１２５は、窒化珪素板１１０と、窒化珪素
板１１０の一方の主面上に設けられた配線金属層１３
１，１３２，１３０ｃと、他方の主面に設けられた裏面
金属層１２０で構成されている。窒化珪素板１１０の各
主面に設けられた配線金属層１３０（１３１，１３２，
１３０ｃ）と裏面金属層１２０は、互いに同質かつ同一
物性のＡｌ合金で構成されている。回路基板１２５の配
線金属層１３１上には、半導体基体としてのＭＯＳ Ｆ
ＥＴ素子基体１０１がはんだ層（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）
１１３によって固着されている。回路基板１２５の裏面
金属層１２０側は、はんだ層（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）１
１４によってＡｌ合金マトリックス（Ａｌ−２０ｗｔ％
Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 、固相点：約５５０℃）に緑色
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を分散させた複合体からなる支
持板（ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.２ppm
／℃，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイ
ズ：４２.５×８５mm ）１１５上に固着されている。支
持板１１５には、あらかじめ主端子３０や補助端子３１
を設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０が取
り付けられている。素子基体１０１と配線金属層１３
１，１３２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、配線金属層１３０ｃと補
助端子３１間には、Ａｌ細線(直径：０.４mm）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
にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋２１が設けられて
いる。ここで、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。この固着
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。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(Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ)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。な
お、図面では省略しているけれども、ケース２０と支持
板１１５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（図示を省略）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３
０′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フェニルサルファイ
ド樹脂ケース２０に取り付けられている。ケース２０及
び蓋２１はポリブチレンテレフタレート樹脂で代替でき
る。以上の構成において、回路基板１２５は支持板１１
５とともに絶縁型半導体装置９００の主要な放熱路を担
っている。また、回路基板１２５の配線金属層１３０
（１３１，１３２，１３０ｃ）と裏面金属層１２０は同
質かつ同一物性のＡｌ合金により構成されている。Ａｌ
合金を適用することにより、窒化珪素板１１０と配線金
属層１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）及び裏面金属
層１２０の間の界面には薄い窒化物が介在し、均一かつ
緻密かつ強固な接合界面が形成されている。以上の構成
をとることによって、絶縁型半導体装置９００には優れ
た放熱性及び信頼性が付与される。
半導体装置９００は図３に示した構造を有している。
（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。回路基板１２５は、窒化珪素板１１０と、窒化珪素
板１１０の一方の主面上に設けられた配線金属層１３
１，１３２，１３０ｃと、他方の主面に設けられた裏面
金属層１２０で構成されている。窒化珪素板１１０の各
主面に設けられた配線金属層１３０（１３１，１３２，
１３０ｃ）と裏面金属層１２０は、互いに同質かつ同一
物性のＡｌ合金で構成されている。回路基板１２５の配
線金属層１３１上には、半導体基体としてのＭＯＳ Ｆ
ＥＴ素子基体１０１がはんだ層（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）
１１３によって固着されている。回路基板１２５の裏面
金属層１２０側は、はんだ層（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）１
１４によってＡｌ合金マトリックス（Ａｌ−２０ｗｔ％
Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 、固相点：約５５０℃）に緑色
炭化珪素（ＳｉＣ）粉末を分散させた複合体からなる支
持板（ＳｉＣ添加量：７０vol％，熱膨張率：７.２ppm
／℃，熱伝導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイ
ズ：４２.５×８５mm ）１１５上に固着されている。支
持板１１５には、あらかじめ主端子３０や補助端子３１
を設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０が取
り付けられている。素子基体１０１と配線金属層１３
１，１３２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、配線金属層１３０ｃと補
助端子３１間には、Ａｌ細線(直径：０.４mm）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
にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋２１が設けられて
いる。ここで、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。この固着
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。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(Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ)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。な
お、図面では省略しているけれども、ケース２０と支持
板１１５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（図示を省略）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３
０′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フェニルサルファイ
ド樹脂ケース２０に取り付けられている。ケース２０及
び蓋２１はポリブチレンテレフタレート樹脂で代替でき
る。以上の構成において、回路基板１２５は支持板１１
５とともに絶縁型半導体装置９００の主要な放熱路を担
っている。また、回路基板１２５の配線金属層１３０
（１３１，１３２，１３０ｃ）と裏面金属層１２０は同
質かつ同一物性のＡｌ合金により構成されている。Ａｌ
合金を適用することにより、窒化珪素板１１０と配線金
属層１３０（１３１，１３２，１３０ｃ）及び裏面金属
層１２０の間の界面には薄い窒化物が介在し、均一かつ
緻密かつ強固な接合界面が形成されている。以上の構成
をとることによって、絶縁型半導体装置９００には優れ
た放熱性及び信頼性が付与される。
【００６５】図９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。この
絶縁型半導体装置９００は最終的に、図１０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。この
絶縁型半導体装置９００は最終的に、図１０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。
【００６６】なお、本実施例では比較用として第１先行
技術と同様の部材構成をとる回路基板を用い、本実施例
絶縁型半導体装置９００と寸法が略近似した４００Ａ級
の比較試料も作製した。この比較試料に用いた回路基板
は、厚さ０.６３mm のＡｌＮ板の両面に第１先行技術と
同様に高純度Ａｌ（３Ｎ）からなる配線金属層（厚さ：
０.４mm）と裏面金属層（厚さ：０.０５mm）を形成した
ものである。回路基板はＡｌ−ＳｉＣ支持板（Ａｌ−２
０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 合金マトリックスに緑
色炭化珪素粉末を分散させた複合体、ＳｉＣ添加量：７
０vol％ ，熱膨張率：７.２ppm／℃，熱伝導率：１７０
Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイズ：42.5×８５mm）上に
はんだ付けにより固着し、半導体基体（８個）は回路基
板上にはんだ付けした。
技術と同様の部材構成をとる回路基板を用い、本実施例
絶縁型半導体装置９００と寸法が略近似した４００Ａ級
の比較試料も作製した。この比較試料に用いた回路基板
は、厚さ０.６３mm のＡｌＮ板の両面に第１先行技術と
同様に高純度Ａｌ（３Ｎ）からなる配線金属層（厚さ：
０.４mm）と裏面金属層（厚さ：０.０５mm）を形成した
ものである。回路基板はＡｌ−ＳｉＣ支持板（Ａｌ−２
０ｗｔ％Ｓｉ−１.５ｗｔ％Ｍｇ 合金マトリックスに緑
色炭化珪素粉末を分散させた複合体、ＳｉＣ添加量：７
０vol％ ，熱膨張率：７.２ppm／℃，熱伝導率：１７０
Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：３mm，サイズ：42.5×８５mm）上に
はんだ付けにより固着し、半導体基体（８個）は回路基
板上にはんだ付けした。
【００６７】定常熱抵抗は本実施例回路基板１２５適用
の絶縁型半導体装置９００、比較試料ともに０.３５℃
／Ｗを示し、初期放熱性は両試料とも同等である。
の絶縁型半導体装置９００、比較試料ともに０.３５℃
／Ｗを示し、初期放熱性は両試料とも同等である。
【００６８】本実施例回路基板１２５適用の絶縁型半導
体装置９００の温度サイクル試験（−４０〜１２５℃）
による熱抵抗の推移は図７に示した通りである。本実施
例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９００（曲線
Ａ）は１万サイクルを与えても初期値(０.３５℃／Ｗ）
と同等の値が維持されている。一方、比較試料（曲線
Ｂ）は同等の初期熱抵抗を示すけれども、１千サイクル
から熱抵抗の増大を生じている。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、絶縁型半導体装置９００のそれは１万サイクル以
上になる。回路基板の厚さ構成が上述した適正範囲に調
整されているにもかかわらず比較試料が早期に寿命に到
達した原因は、配線金属層及び裏面金属層とＡｌＮ板の
接合強度が十分でなく、界面が剥離して主要な放熱路が
遮断されたことにある。接合強度が不十分であるのは、
接合界面にＡｌ窒化物以外の物質、例えばＳｉやＭｇの
窒化物が形成されていないためである。
体装置９００の温度サイクル試験（−４０〜１２５℃）
による熱抵抗の推移は図７に示した通りである。本実施
例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９００（曲線
Ａ）は１万サイクルを与えても初期値(０.３５℃／Ｗ）
と同等の値が維持されている。一方、比較試料（曲線
Ｂ）は同等の初期熱抵抗を示すけれども、１千サイクル
から熱抵抗の増大を生じている。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、絶縁型半導体装置９００のそれは１万サイクル以
上になる。回路基板の厚さ構成が上述した適正範囲に調
整されているにもかかわらず比較試料が早期に寿命に到
達した原因は、配線金属層及び裏面金属層とＡｌＮ板の
接合強度が十分でなく、界面が剥離して主要な放熱路が
遮断されたことにある。接合強度が不十分であるのは、
接合界面にＡｌ窒化物以外の物質、例えばＳｉやＭｇの
窒化物が形成されていないためである。
【００６９】一方、本実施例回路基板１２５適用の絶縁
型半導体装置９００では、過大な応力や歪が回路基板１
２５の局部に集中しないように、窒化珪素板１１０，裏
面金属層１２０，配線金属層１３０が適正厚さに調整さ
れている。しかも、接合界面にＡｌ合金を構成する金属
の薄く緻密なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物層が、窒化珪素
板１１０と裏面金属層１２０及び配線金属層１３０の間
の界面に存在する。また、同質かつ同一物性の配線金属
層１３０と裏面金属層１２０で窒化珪素板110がサンド
ウイッチされているため、これらの層と窒化珪素板１１
０の間の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や裏面金属層120の接合界面に過
度の応力や歪が偏って作用することが避けられ、配線金
属層130や裏面金属層１２０の剥離や疲労破壊が抑えら
れる。このような点が優れた信頼性示した理由である。
型半導体装置９００では、過大な応力や歪が回路基板１
２５の局部に集中しないように、窒化珪素板１１０，裏
面金属層１２０，配線金属層１３０が適正厚さに調整さ
れている。しかも、接合界面にＡｌ合金を構成する金属
の薄く緻密なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物層が、窒化珪素
板１１０と裏面金属層１２０及び配線金属層１３０の間
の界面に存在する。また、同質かつ同一物性の配線金属
層１３０と裏面金属層１２０で窒化珪素板110がサンド
ウイッチされているため、これらの層と窒化珪素板１１
０の間の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や裏面金属層120の接合界面に過
度の応力や歪が偏って作用することが避けられ、配線金
属層130や裏面金属層１２０の剥離や疲労破壊が抑えら
れる。このような点が優れた信頼性示した理由である。
【００７０】図１１は間欠通電試験による熱抵抗の推移
を示すグラフである。この試験では、支持板１１５の温
度が３０〜１００℃の変化を生ずるようにＭＯＳ ＦＥ
Ｔ素子基体１０１に繰り返し通電して熱抵抗を追跡し
た。本実施例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９
００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。３万サイクル以降で熱抵抗は漸
増しているけれども、約１５万サイクルまでは本発明で
寿命（初期熱抵抗の１.５ 倍）と定義される0.53℃／Ｗ
を越えていない。このように本実施例回路基板１２５適
用の絶縁型半導体装置９００が優れた間欠通電耐量を示
したのは、回路基板１２５の構成部材が適正な値に調整
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と裏面金属層１２０が同一物性で同一のＡｌ
合金素材で構成されていることに基づくほか、上述した
温度サイクル試験の場合と同様の理由による。一方、比
較試料の熱抵抗は初期値は０.３５℃／Ｗ 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。このよう
に比較試料の放熱信頼性が劣る理由は、基本的に上述し
た温度サイクル試験の場合と同様である。
を示すグラフである。この試験では、支持板１１５の温
度が３０〜１００℃の変化を生ずるようにＭＯＳ ＦＥ
Ｔ素子基体１０１に繰り返し通電して熱抵抗を追跡し
た。本実施例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９
００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。３万サイクル以降で熱抵抗は漸
増しているけれども、約１５万サイクルまでは本発明で
寿命（初期熱抵抗の１.５ 倍）と定義される0.53℃／Ｗ
を越えていない。このように本実施例回路基板１２５適
用の絶縁型半導体装置９００が優れた間欠通電耐量を示
したのは、回路基板１２５の構成部材が適正な値に調整
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と裏面金属層１２０が同一物性で同一のＡｌ
合金素材で構成されていることに基づくほか、上述した
温度サイクル試験の場合と同様の理由による。一方、比
較試料の熱抵抗は初期値は０.３５℃／Ｗ 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。このよう
に比較試料の放熱信頼性が劣る理由は、基本的に上述し
た温度サイクル試験の場合と同様である。
【００７１】上述の間欠通電試験では、配線金属層１３
１から裏面金属層１２０に至る積層構造の絶縁に関する
評価も進めた。図１２はその結果で、間欠通電試験によ
る配線金属層−裏面金属層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。本実施例回路基板１２
５適用の絶縁型半導体装置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。本実施例回路基板１２５適用の絶縁
型半導体装置９００では、配線金属層１３０や裏面金属
層１２０が強固に接合され、この接合界面にも過度の応
力が作用しない。このため窒化珪素板１１０の破壊や、
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離を生じない
ため、優れた絶縁性が維持される。以上は、回路基板１
２５の各部材が適正厚さに調整されていること、同質か
つ同一物性の配線金属層１３０及び裏面金属層１２０と
窒化珪素板１１０が緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの
窒化物薄層で接合されているに基づく。
１から裏面金属層１２０に至る積層構造の絶縁に関する
評価も進めた。図１２はその結果で、間欠通電試験によ
る配線金属層−裏面金属層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。本実施例回路基板１２
５適用の絶縁型半導体装置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。本実施例回路基板１２５適用の絶縁
型半導体装置９００では、配線金属層１３０や裏面金属
層１２０が強固に接合され、この接合界面にも過度の応
力が作用しない。このため窒化珪素板１１０の破壊や、
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離を生じない
ため、優れた絶縁性が維持される。以上は、回路基板１
２５の各部材が適正厚さに調整されていること、同質か
つ同一物性の配線金属層１３０及び裏面金属層１２０と
窒化珪素板１１０が緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの
窒化物薄層で接合されているに基づく。
【００７２】これに対し、比較試料の放電開始電圧は初
期的には絶縁型半導体装置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。比較試料が本実施
例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９００に比べ
て早期に絶縁劣化した理由は、配線金属層や裏面金属層
がＡｌＮ板から剥離したり、配線金属層や裏面金属層に
対応するＡｌＮ板領域の機械的破壊が早期に進んだため
である。絶縁物の破壊，配線金属層や裏面金属層の剥離
を生ずると、これらの部分で電界が極度に高くなり放電
を生ずる。ＡｌＮ板領域の機械的破壊，配線金属層や裏
面金属層とＡｌＮ板の接合界面剥離を生ずるのに伴っ
て、配線金属層，裏面金属層，ＡｌＮ板の適正厚さのバ
ランスが崩れる。これにより破壊や剥離がいっそう加速
される。比較試料の回路基板の各部材は適正厚さ範囲に
調整され、同質かつ同一物性の配線金属層及び裏面金属
層が形成されてはいるけれども、接合界面を緻密かつ強
固に保つ、例えばＳｉやＭｇの窒化物薄層が介在しな
い。
期的には絶縁型半導体装置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。比較試料が本実施
例回路基板１２５適用の絶縁型半導体装置９００に比べ
て早期に絶縁劣化した理由は、配線金属層や裏面金属層
がＡｌＮ板から剥離したり、配線金属層や裏面金属層に
対応するＡｌＮ板領域の機械的破壊が早期に進んだため
である。絶縁物の破壊，配線金属層や裏面金属層の剥離
を生ずると、これらの部分で電界が極度に高くなり放電
を生ずる。ＡｌＮ板領域の機械的破壊，配線金属層や裏
面金属層とＡｌＮ板の接合界面剥離を生ずるのに伴っ
て、配線金属層，裏面金属層，ＡｌＮ板の適正厚さのバ
ランスが崩れる。これにより破壊や剥離がいっそう加速
される。比較試料の回路基板の各部材は適正厚さ範囲に
調整され、同質かつ同一物性の配線金属層及び裏面金属
層が形成されてはいるけれども、接合界面を緻密かつ強
固に保つ、例えばＳｉやＭｇの窒化物薄層が介在しな
い。
【００７３】本実施例回路基板１２５適用の絶縁型半導
体装置９００は平坦なＡｌフィン上に直径２００μｍの
ピアノ線を挟んでネジ締め固定された。この際の締め付
けトルクは４５kgf−cm(各ネジ当り）である。この締め
付け状態を３０日間続けた後、締め付けを解放した。こ
の試験による回路基板１２５の機械的破損や絶縁型半導
体装置９００の電気的機能の劣化は投入した試料（１０
個）のいずれにも認められなかった。これは、回路基板
１２５は各部材が適正厚さに調整されていて外力による
新たな応力や歪が重畳されても破壊を生じないこと、配
線金属層１３０及び裏面金属層１２０と窒化珪素板１１
０が緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物薄層で接
合されていることに基づく。一方、比較試料にも同様の
試験（試料数：１０個）を施した。この結果、４個の試
料にＡｌＮ板のクラック破壊，配線金属層や裏面金属層
の剥離が観測された。回路基板を構成する各部材が適正
厚さに調整されているにもかかわらずこれらの破壊や剥
離を生じたのは、接合界面にＡｌ以外の例えばＳｉやＭ
ｇの窒化物が形成されていないため、各部材間が緻密か
つ強固に接合されていない点に起因する。
体装置９００は平坦なＡｌフィン上に直径２００μｍの
ピアノ線を挟んでネジ締め固定された。この際の締め付
けトルクは４５kgf−cm(各ネジ当り）である。この締め
付け状態を３０日間続けた後、締め付けを解放した。こ
の試験による回路基板１２５の機械的破損や絶縁型半導
体装置９００の電気的機能の劣化は投入した試料（１０
個）のいずれにも認められなかった。これは、回路基板
１２５は各部材が適正厚さに調整されていて外力による
新たな応力や歪が重畳されても破壊を生じないこと、配
線金属層１３０及び裏面金属層１２０と窒化珪素板１１
０が緻密かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物薄層で接
合されていることに基づく。一方、比較試料にも同様の
試験（試料数：１０個）を施した。この結果、４個の試
料にＡｌＮ板のクラック破壊，配線金属層や裏面金属層
の剥離が観測された。回路基板を構成する各部材が適正
厚さに調整されているにもかかわらずこれらの破壊や剥
離を生じたのは、接合界面にＡｌ以外の例えばＳｉやＭ
ｇの窒化物が形成されていないため、各部材間が緻密か
つ強固に接合されていない点に起因する。
【００７４】また本実施例では、絶縁型半導体装置９０
０を高さ１.５ｍ の位置からコンクリート床上に落下さ
せた。試験投入試料数１０個のいずれにも、回路基板１
２５の機械的破損や絶縁型半導体装置９００の電気的機
能の劣化は認められなかった。これは、回路基板１２５
の各部材が適正厚さに調整されていること、配線金属層
１３０及び裏面金属層１２０と窒化珪素板１１０が緻密
かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物薄層で接合されて
いるに基づく。
０を高さ１.５ｍ の位置からコンクリート床上に落下さ
せた。試験投入試料数１０個のいずれにも、回路基板１
２５の機械的破損や絶縁型半導体装置９００の電気的機
能の劣化は認められなかった。これは、回路基板１２５
の各部材が適正厚さに調整されていること、配線金属層
１３０及び裏面金属層１２０と窒化珪素板１１０が緻密
かつ強固なＡｌ，Ｓｉ，Ｍｇの窒化物薄層で接合されて
いるに基づく。
【００７５】本実施例回路基板１２５適用の絶縁型半導
体装置９００は図１０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、変速時のショックが軽減され、スムーズな走行
が可能で、振動や騒音も軽減することができる。
体装置９００は図１０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、変速時のショックが軽減され、スムーズな走行
が可能で、振動や騒音も軽減することができる。
【００７６】更に、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（冷房時の消費電力：５ｋ
Ｗ，暖房時の消費電力：３ｋＷ）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。
だインバータ装置は冷暖房機（冷房時の消費電力：５ｋ
Ｗ，暖房時の消費電力：３ｋＷ）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。
【００７７】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。
【００７８】なお、配線金属層１３０や裏面金属層１２
０を構成するＡｌ合金は本実施例で示した材料に限定さ
れない。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
る合金で、特に表１に掲げた合金材であることが好まし
い。また、はんだ材１１３，１１４，１２４は本実施例
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，Ｓ
ｎ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐ，Ｂｉ，
Ｉｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈ
ｆ，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−８ｗｔ％Ｂｉ，Ａｕ−１
２ｗｔ％Ｇｅ，Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−２０ｗｔ％
Ｓｉ，Ａｌ−１１.７ｗｔ％Ｓｉ，Ａｇ−４.５Ｓｉ，Ａ
ｕ−８５ｗｔ％Ｐｂ，Ａｕ−２６ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−６
９.３ｗｔ％Ｍｇ ，Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｍｎ，Ｃｕ−３６
ｗｔ％Ｐｂ，Ｃｕ−７６.５ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−１６.５
ｗｔ％Ｓｉ，Ｃｕ−２８ｗｔ％Ｔｉ，Ｃｕ−１０ｗｔ％
Ｚｒのようなはんだ材を適用できる。
０を構成するＡｌ合金は本実施例で示した材料に限定さ
れない。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
る合金で、特に表１に掲げた合金材であることが好まし
い。また、はんだ材１１３，１１４，１２４は本実施例
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，Ｓ
ｎ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐ，Ｂｉ，
Ｉｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈ
ｆ，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−８ｗｔ％Ｂｉ，Ａｕ−１
２ｗｔ％Ｇｅ，Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−２０ｗｔ％
Ｓｉ，Ａｌ−１１.７ｗｔ％Ｓｉ，Ａｇ−４.５Ｓｉ，Ａ
ｕ−８５ｗｔ％Ｐｂ，Ａｕ−２６ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−６
９.３ｗｔ％Ｍｇ ，Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｍｎ，Ｃｕ−３６
ｗｔ％Ｐｂ，Ｃｕ−７６.５ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−１６.５
ｗｔ％Ｓｉ，Ｃｕ−２８ｗｔ％Ｔｉ，Ｃｕ−１０ｗｔ％
Ｚｒのようなはんだ材を適用できる。
【００７９】〔実施例２〕本実施例では、窒化アルミニ
ウム板１１０を用いた回路基板１２５とこれを適用した
コンピュータ電源用絶縁型半導体装置９００について説
明する。
ウム板１１０を用いた回路基板１２５とこれを適用した
コンピュータ電源用絶縁型半導体装置９００について説
明する。
【００８０】図１３は本実施例回路基板を説明する平面
図及び断面図である。（ａ）は半導体素子基体を搭載す
る側の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は支持板と接合
される側の平面図を示す。セラミックス板１１０として
の窒化アルミニウム板は熱膨張率：４.３ppm／℃，熱伝
導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.６３mm ，サイズ：
２１×３０mmを有する焼結体である。窒化アルミニウム
板１１０の一方の主面上に配線金属層１３０（１３１，
１３２）、他方の主面に裏面金属層１２０が形成されて
いる。配線金属層１３０（１３１，１３２）と裏面金属
層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金（Ａｌ−３ｗｔ
％Ｃｕ−７.５ｗｔ％Ｓｉ−０.３ｗｔ％Ｍｇ−１ｗｔ％
Ｚｎ−０.９ｗｔ％Ｆｅ−０.５ｗｔ％Ｍｎ−０.５ｗｔ
％Ｎｉ−０.３ｗｔ％Ｓｎ、固相点：約５６０℃ ）から
なり、このＡｌ合金からなる溶湯１２５′を前記実施例
１と同様に圧入鋳造して形成されている。配線金属層13
0（１３１，１３２）は厚さ０.８mm、裏面金属層１２０
は厚さ０.３５mmを有している。配線金属層１３０（１
３１，１３２）及び裏面金属層１２０の表面には、Ｎｉ
めっき（厚さ：５μｍ）が設けられている（図示を省
略）。
図及び断面図である。（ａ）は半導体素子基体を搭載す
る側の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は支持板と接合
される側の平面図を示す。セラミックス板１１０として
の窒化アルミニウム板は熱膨張率：４.３ppm／℃，熱伝
導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.６３mm ，サイズ：
２１×３０mmを有する焼結体である。窒化アルミニウム
板１１０の一方の主面上に配線金属層１３０（１３１，
１３２）、他方の主面に裏面金属層１２０が形成されて
いる。配線金属層１３０（１３１，１３２）と裏面金属
層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金（Ａｌ−３ｗｔ
％Ｃｕ−７.５ｗｔ％Ｓｉ−０.３ｗｔ％Ｍｇ−１ｗｔ％
Ｚｎ−０.９ｗｔ％Ｆｅ−０.５ｗｔ％Ｍｎ−０.５ｗｔ
％Ｎｉ−０.３ｗｔ％Ｓｎ、固相点：約５６０℃ ）から
なり、このＡｌ合金からなる溶湯１２５′を前記実施例
１と同様に圧入鋳造して形成されている。配線金属層13
0（１３１，１３２）は厚さ０.８mm、裏面金属層１２０
は厚さ０.３５mmを有している。配線金属層１３０（１
３１，１３２）及び裏面金属層１２０の表面には、Ｎｉ
めっき（厚さ：５μｍ）が設けられている（図示を省
略）。
【００８１】窒化アルミニウム板１１０と配線金属層１
３０及び裏面金属層１２０は、Ａｌ合金溶湯１２５′の
冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′の構成成分（Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎ）と窒
化アルミニウム板１１０の表面とが反応し、この結果界
面に生成されたＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，
Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層により接合される。この窒
化物層は０.１μｍ 以下と薄くかつ緻密で、界面の全面
にわたって均一に生成される。窒化アルミニウム板１１
０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間の接合
強度は、７０ＭＰａ以上と強固になっている。また、配
線金属層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶湯１２
５′を供給源としており、しかも界面窒化物層も同一条
件のもとで生成されるため、回路基板１２５に形成され
た配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は実質的に同
一とみなせる状態（組成，物性，界面状態）にある。
３０及び裏面金属層１２０は、Ａｌ合金溶湯１２５′の
冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′の構成成分（Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎ）と窒
化アルミニウム板１１０の表面とが反応し、この結果界
面に生成されたＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，
Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層により接合される。この窒
化物層は０.１μｍ 以下と薄くかつ緻密で、界面の全面
にわたって均一に生成される。窒化アルミニウム板１１
０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間の接合
強度は、７０ＭＰａ以上と強固になっている。また、配
線金属層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶湯１２
５′を供給源としており、しかも界面窒化物層も同一条
件のもとで生成されるため、回路基板１２５に形成され
た配線金属層１３０及び裏面金属層１２０は実質的に同
一とみなせる状態（組成，物性，界面状態）にある。
【００８２】本実施例回路基板１２５は温度サイクル試
験（−５５〜１５０℃、試料数：２０個）に投入され
た。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及び裏面金属層１２０の剥離状況につ
いて観察した。１万サイクルの試験によっては、上述し
たいずれの破壊も観測されていない。回路基板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、配線金属層１３０と裏面金属層１２０
は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界面に生成さ
れた窒化物層が薄くかつ緻密で界面の全面にわたって均
一に生成されていることに基づく。
験（−５５〜１５０℃、試料数：２０個）に投入され
た。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及び裏面金属層１２０の剥離状況につ
いて観察した。１万サイクルの試験によっては、上述し
たいずれの破壊も観測されていない。回路基板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、配線金属層１３０と裏面金属層１２０
は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界面に生成さ
れた窒化物層が薄くかつ緻密で界面の全面にわたって均
一に生成されていることに基づく。
【００８３】また、回路基板１２５には次に述べる落下
試験が施された。この試験では、回路基板１２５を１.
５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３回）させ
た。この試験の後に回路基板１２５の絶縁耐力を調べ
た。絶縁耐力は初期段階（交流電圧３０００Ｖ×１min
印加で絶縁劣化なし）と同等であり、窒化アルミニウム
１１０，配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の破損
は観測されなかった。回路基板１２５の優れた破壊耐力
も、構成部材が適正な厚さに調整され、配線金属層１３
０と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金か
らなり、界面窒化物層が薄く，緻密かつ強固に、均一に
生成されていることが寄与している。
試験が施された。この試験では、回路基板１２５を１.
５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３回）させ
た。この試験の後に回路基板１２５の絶縁耐力を調べ
た。絶縁耐力は初期段階（交流電圧３０００Ｖ×１min
印加で絶縁劣化なし）と同等であり、窒化アルミニウム
１１０，配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の破損
は観測されなかった。回路基板１２５の優れた破壊耐力
も、構成部材が適正な厚さに調整され、配線金属層１３
０と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金か
らなり、界面窒化物層が薄く，緻密かつ強固に、均一に
生成されていることが寄与している。
【００８４】図１４は本実施例回路基板適用の絶縁型半
導体装置を説明する平面図，断面図及び回路図である。
（ａ）及び（ｂ）に示す絶縁型半導体装置９００は以下
の構成からなる。回路基板１２５は窒化アルミニウム板
１１０に配線金属層１３０(１３１，１３２)と裏面金属
層１２０が形成されている。配線金属層１３１上には、
ＳｉからなるＭＯＳ ＦＥＴ素子基体１０１(４個、７
×７×０.２８mm）がはんだ材１１３(Ｓｎ−３ｗｔ％Ａ
ｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合金、厚さ：７０μｍ)により固着
されている。配線金属層１３２にはチップ抵抗１１２が
はんだ材124（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合
金、図示を省略）により固着されている。また、回路基
板１２５の裏面金属層１２０は、Ｃｕ支持板（２５×３
３mm、厚さ：２mm，厚さ：５μｍのＮｉめっき層を形
成）１１５上にはんだ材１１４（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−
０.８ｗｔ％Ｃｕ合金、厚さ：７０μｍ ）により固着さ
れている。これらのはんだ付けでは、回路基板１２５の
所定部にペースト状はんだ材を塗布して素子基体１０１
とチップ抵抗１１２をセットし、Ｃｕ支持板115の所定
部にペースト状はんだ材を塗布して回路基板１２５をセ
ットした後窒素中で加熱し、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する工程を経
る。ポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０にはあら
かじめＣｕ端子３０が一体化されており、このケース２
０はＣｕ支持板１１５上にシリコーン接着樹脂３５（図
示を省略）により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３０ｂ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１
０１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にはシリコーン
接着樹脂３５（図示を省略）によりポリフェニルサルフ
ァイド樹脂蓋２１が取り付けられている。以上により製
作された絶縁型半導体装置９００は、（ｃ）に示す回路
を構成している。
導体装置を説明する平面図，断面図及び回路図である。
（ａ）及び（ｂ）に示す絶縁型半導体装置９００は以下
の構成からなる。回路基板１２５は窒化アルミニウム板
１１０に配線金属層１３０(１３１，１３２)と裏面金属
層１２０が形成されている。配線金属層１３１上には、
ＳｉからなるＭＯＳ ＦＥＴ素子基体１０１(４個、７
×７×０.２８mm）がはんだ材１１３(Ｓｎ−３ｗｔ％Ａ
ｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合金、厚さ：７０μｍ)により固着
されている。配線金属層１３２にはチップ抵抗１１２が
はんだ材124（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合
金、図示を省略）により固着されている。また、回路基
板１２５の裏面金属層１２０は、Ｃｕ支持板（２５×３
３mm、厚さ：２mm，厚さ：５μｍのＮｉめっき層を形
成）１１５上にはんだ材１１４（Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−
０.８ｗｔ％Ｃｕ合金、厚さ：７０μｍ ）により固着さ
れている。これらのはんだ付けでは、回路基板１２５の
所定部にペースト状はんだ材を塗布して素子基体１０１
とチップ抵抗１１２をセットし、Ｃｕ支持板115の所定
部にペースト状はんだ材を塗布して回路基板１２５をセ
ットした後窒素中で加熱し、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する工程を経
る。ポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０にはあら
かじめＣｕ端子３０が一体化されており、このケース２
０はＣｕ支持板１１５上にシリコーン接着樹脂３５（図
示を省略）により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３０ｂ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１
０１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にはシリコーン
接着樹脂３５（図示を省略）によりポリフェニルサルフ
ァイド樹脂蓋２１が取り付けられている。以上により製
作された絶縁型半導体装置９００は、（ｃ）に示す回路
を構成している。
【００８５】図１５は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。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、Ｃｕ支持板１１５の温度が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）ことを意味する。このように優れた
放熱性を示したのは、（１）熱伝導率の高い（１７０Ｗ
／ｍ・Ｋ）窒化アルミニウム板１１０が用いられ、
（２）窒化アルミニウム板１１０の両面に比較的厚い配
線金属層（０.８mm）１３０及び裏面金属層（０.３５m
m）１２０が形成されていること、（３）熱伝導路に熱
伝導性に優れるＣｕ支持板１１５が配置されていること
による。このような構造をとることにより、半導体基体
１０１から放出された熱流が厚い配線金属層１３０によ
り拡大され、拡大熱流が高熱伝導性の窒化アルミニウム
板１１０を滞留することなく伝達され、伝達された熱流
が０.３５mm と厚く熱容量の比較的大きい裏面金属層１
２０及びＣｕ支持板１１５で吸収される。
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。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、Ｃｕ支持板１１５の温度が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）ことを意味する。このように優れた
放熱性を示したのは、（１）熱伝導率の高い（１７０Ｗ
／ｍ・Ｋ）窒化アルミニウム板１１０が用いられ、
（２）窒化アルミニウム板１１０の両面に比較的厚い配
線金属層（０.８mm）１３０及び裏面金属層（０.３５m
m）１２０が形成されていること、（３）熱伝導路に熱
伝導性に優れるＣｕ支持板１１５が配置されていること
による。このような構造をとることにより、半導体基体
１０１から放出された熱流が厚い配線金属層１３０によ
り拡大され、拡大熱流が高熱伝導性の窒化アルミニウム
板１１０を滞留することなく伝達され、伝達された熱流
が０.３５mm と厚く熱容量の比較的大きい裏面金属層１
２０及びＣｕ支持板１１５で吸収される。
【００８６】絶縁型半導体装置９００には−４０〜１２
５℃の温度サイクル試験が施された。この試験を１千サ
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 が維持されていた。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，
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離発生状況，
窒化アルミニウム板１１０のクラック発生状況を調べ
た。この結果、いずれの観測界面及び部材にも破壊は検
出されなかった。このように優れた信頼性が得られたの
は、絶縁型半導体装置９００に選択された厚さ構成の回
路基板１２５が適用されていることによる。同質かつ同
一物性の配線金属層１３０と裏面金属層１２０で窒化ア
ルミニウム板１１０がサンドウイッチされているため、
これらの層と窒化アルミニウム板１１０の間が同一界面
状態に保たれている。この結果、界面に過度の応力や歪
が偏って作用することが避けられた点も優れた信頼性の
確保に寄与している。また、窒化アルミニウム板１１０
と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間が薄くし
かも緻密かつ強固なＡｌ合金構成金属の窒化物で接合さ
れていることも、優れた温度サイクル信頼性を示した理
由である。
５℃の温度サイクル試験が施された。この試験を１千サ
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 が維持されていた。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，
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離発生状況，
窒化アルミニウム板１１０のクラック発生状況を調べ
た。この結果、いずれの観測界面及び部材にも破壊は検
出されなかった。このように優れた信頼性が得られたの
は、絶縁型半導体装置９００に選択された厚さ構成の回
路基板１２５が適用されていることによる。同質かつ同
一物性の配線金属層１３０と裏面金属層１２０で窒化ア
ルミニウム板１１０がサンドウイッチされているため、
これらの層と窒化アルミニウム板１１０の間が同一界面
状態に保たれている。この結果、界面に過度の応力や歪
が偏って作用することが避けられた点も優れた信頼性の
確保に寄与している。また、窒化アルミニウム板１１０
と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間が薄くし
かも緻密かつ強固なＡｌ合金構成金属の窒化物で接合さ
れていることも、優れた温度サイクル信頼性を示した理
由である。
【００８７】なお、表３は窒化アルミニウム板を適用し
た場合の回路基板１２５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。
た場合の回路基板１２５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。
【００８８】
【表３】
【００８９】本実施例回路基板１２５に搭載される素子
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（例えばＧｅ：
５.８ppm／℃，ＧａＡｓ：６.５ppm／℃，ＧａＰ：５.
３ppm／℃，ＳｉＣ：３.７ppm／℃等）でもよい。
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（例えばＧｅ：
５.８ppm／℃，ＧａＡｓ：６.５ppm／℃，ＧａＰ：５.
３ppm／℃，ＳｉＣ：３.７ppm／℃等）でもよい。
【００９０】図１６は本実施例回路基板適用の絶縁型半
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。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。
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。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。
【００９１】〔実施例３〕本実施例では他形態の回路基
板１２５とこれを適用した自動車点火装置用絶縁型半導
体装置９００について説明する。
板１２５とこれを適用した自動車点火装置用絶縁型半導
体装置９００について説明する。
【００９２】図１７は本実施例回路基板を説明する平面
図及び断面図である。（ａ）は半導体素子基体を搭載す
る側の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は支持板と接合
される側の平面図を示す。セラミックス板１１０として
の窒化アルミニウム板は熱膨張率：４.３ppm／℃，熱伝
導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.３mm，サイズ：１
０×１３mmを有する焼結体である。窒化アルミニウム板
１１０の一方の主面上に配線金属層１３０、他方の主面
に裏面金属層１２０が形成されている。配線金属層１３
０と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金
（Ａｌ−３ｗｔ％Ｃｕ−７.５ｗｔ％Ｓｉ−０.３ｗｔ％
Ｍｇ−１ｗｔ％Ｚｎ−０.９ｗｔ％Ｆｅ−０.５ｗｔ％Ｍ
ｎ−０.５ｗｔ％Ｎｉ−０.３ｗｔ％Ｓｎ 、固相点：約
５６０℃）からなり、このＡｌ合金からなる溶湯１２
５′を前記実施例１と同様に圧入鋳造して形成されてい
る。配線金属層１３０は厚さ２.０mm 、裏面金属層１２
０は厚さ０.３５mm を有している。配線金属層１３０及
び裏面金属層１２０の表面には、Ｎｉめっき（厚さ：５
μｍ）が設けられている（図示を省略）。
図及び断面図である。（ａ）は半導体素子基体を搭載す
る側の平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は支持板と接合
される側の平面図を示す。セラミックス板１１０として
の窒化アルミニウム板は熱膨張率：４.３ppm／℃，熱伝
導率：１７０Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.３mm，サイズ：１
０×１３mmを有する焼結体である。窒化アルミニウム板
１１０の一方の主面上に配線金属層１３０、他方の主面
に裏面金属層１２０が形成されている。配線金属層１３
０と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金
（Ａｌ−３ｗｔ％Ｃｕ−７.５ｗｔ％Ｓｉ−０.３ｗｔ％
Ｍｇ−１ｗｔ％Ｚｎ−０.９ｗｔ％Ｆｅ−０.５ｗｔ％Ｍ
ｎ−０.５ｗｔ％Ｎｉ−０.３ｗｔ％Ｓｎ 、固相点：約
５６０℃）からなり、このＡｌ合金からなる溶湯１２
５′を前記実施例１と同様に圧入鋳造して形成されてい
る。配線金属層１３０は厚さ２.０mm 、裏面金属層１２
０は厚さ０.３５mm を有している。配線金属層１３０及
び裏面金属層１２０の表面には、Ｎｉめっき（厚さ：５
μｍ）が設けられている（図示を省略）。
【００９３】窒化アルミニウム板１１０と配線金属層１
３０及び裏面金属層１２０は、Ａｌ合金溶湯１２５′の
冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′の構成成分（Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎ）と窒
化アルミニウム板１１０の表面とが反応し、これにより
界面に生成されたＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆ
ｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層で接合される。この窒
化物層は０.１μｍ 以下と薄くかつ緻密で、界面の全面
にわたって均一に生成される。窒化アルミニウム板１１
０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間の接合
強度は、７０ＭＰａ以上と強固である。また、配線金属
層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶湯１２５′を
供給源としており、しかも界面窒化物層も同一条件のも
とで生成されるため、これらは実質的に同一とみなせる
状態（組成，物性，界面状態）にある。
３０及び裏面金属層１２０は、Ａｌ合金溶湯１２５′の
冷却過程でＡｌ合金溶湯１２５′の構成成分（Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎ）と窒
化アルミニウム板１１０の表面とが反応し、これにより
界面に生成されたＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆ
ｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層で接合される。この窒
化物層は０.１μｍ 以下と薄くかつ緻密で、界面の全面
にわたって均一に生成される。窒化アルミニウム板１１
０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の間の接合
強度は、７０ＭＰａ以上と強固である。また、配線金属
層１３０及び裏面金属層１２０は同一の溶湯１２５′を
供給源としており、しかも界面窒化物層も同一条件のも
とで生成されるため、これらは実質的に同一とみなせる
状態（組成，物性，界面状態）にある。
【００９４】本実施例回路基板１２５は温度サイクル試
験（−５５〜１５０℃、試料数：２０個）に投入され
た。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及び裏面金属層１２０の剥離状況につ
いて観察した。１万サイクルの試験によっては、上述し
たいずれの破壊も観測されていない。回路基板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、配線金属層１３０と裏面金属層１２０
は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界面に生成さ
れた窒化物層が薄く，緻密かつ強固に、界面の全面にわ
たって均一に生成されていることに基づく。
験（−５５〜１５０℃、試料数：２０個）に投入され
た。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及び裏面金属層１２０の剥離状況につ
いて観察した。１万サイクルの試験によっては、上述し
たいずれの破壊も観測されていない。回路基板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、配線金属層１３０と裏面金属層１２０
は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界面に生成さ
れた窒化物層が薄く，緻密かつ強固に、界面の全面にわ
たって均一に生成されていることに基づく。
【００９５】また、回路基板１２５には次に述べる落下
試験が施された。この試験では、回路基板１２５を１.
５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３回）させ
た。この試験の後に回路基板１２５の絶縁耐力を調べ
た。絶縁耐力は初期段階（交流３０００Ｖ×１min で絶
縁劣化なし）と同等であり、窒化アルミニウム１１０，
配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の破損は観測さ
れていない。回路基板１２５の優れた破壊耐力も、構成
部材が適正な厚さに調整され、配線金属層130と裏面金
属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界
面窒化物層が薄く、緻密かつ強固に、均一に生成されて
いる点が寄与している。
試験が施された。この試験では、回路基板１２５を１.
５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３回）させ
た。この試験の後に回路基板１２５の絶縁耐力を調べ
た。絶縁耐力は初期段階（交流３０００Ｖ×１min で絶
縁劣化なし）と同等であり、窒化アルミニウム１１０，
配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の破損は観測さ
れていない。回路基板１２５の優れた破壊耐力も、構成
部材が適正な厚さに調整され、配線金属層130と裏面金
属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ合金からなり、界
面窒化物層が薄く、緻密かつ強固に、均一に生成されて
いる点が寄与している。
【００９６】図１８は本実施例回路基板適用の絶縁型半
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Ｓｉ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が搭載されて
いる。厚さ１.５mm のＣｕ支持板１１５には半導体素子
基体１０１，回路基板１２５，制御回路１０が搭載され
ている。素子基体１０１(サイズ：４×４×０.２８mm）
は配線金属層（６×９mm）１３０上に、組成Ｓｎ−５ｗ
ｔ％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。裏面金属層１２０は同一組成のはんだ材（厚さ：
２００μｍ）１１４で固着されている。
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Ｓｉ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が搭載されて
いる。厚さ１.５mm のＣｕ支持板１１５には半導体素子
基体１０１，回路基板１２５，制御回路１０が搭載され
ている。素子基体１０１(サイズ：４×４×０.２８mm）
は配線金属層（６×９mm）１３０上に、組成Ｓｎ−５ｗ
ｔ％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。裏面金属層１２０は同一組成のはんだ材（厚さ：
２００μｍ）１１４で固着されている。
【００９７】一方、制御回路１０を構成するアルミナ板
（１９×１０×０.８mm）５には、厚さ約２５μｍのＣ
ｕ配線（図示省略）２０３が設けられている。Ｃｕ配線
203の所望部には、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃ
ｕ 合金からなるはんだ材１２４（図示を省略）により
抵抗チップ１５，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１５，１６，１７，１８ははんだ材１
２４によりＣｕ配線２０３と電気接続され、素子基体１
０１の動作を制御する制御回路１０が構成されている。
素子基体１０１のエミッタ電極及びゲート電極は直径３
００μｍ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、Ｃｕ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１
０もＡｌ細線１１７′により端子３０と電気的に連絡さ
れている。
（１９×１０×０.８mm）５には、厚さ約２５μｍのＣ
ｕ配線（図示省略）２０３が設けられている。Ｃｕ配線
203の所望部には、Ｓｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃ
ｕ 合金からなるはんだ材１２４（図示を省略）により
抵抗チップ１５，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１５，１６，１７，１８ははんだ材１
２４によりＣｕ配線２０３と電気接続され、素子基体１
０１の動作を制御する制御回路１０が構成されている。
素子基体１０１のエミッタ電極及びゲート電極は直径３
００μｍ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、Ｃｕ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１
０もＡｌ細線１１７′により端子３０と電気的に連絡さ
れている。
【００９８】以上の構造を有するアッセンブリは、
（ｂ）の断面図に示すように、素子基体１０１の搭載
部、制御回路１０，Ａｌ細線１１７及び１１７′が完全
に封止されるようにエポキシ樹脂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：１５.７
ＧＰａ(１６００kgf／mm2）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の硬化を促進させてい
る。
（ｂ）の断面図に示すように、素子基体１０１の搭載
部、制御回路１０，Ａｌ細線１１７及び１１７′が完全
に封止されるようにエポキシ樹脂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：１５.７
ＧＰａ(１６００kgf／mm2）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の硬化を促進させてい
る。
【００９９】図１９は本実施例回路基板適用絶縁型半導
体装置の温度サイクル試験による熱抵抗の推移を示すグ
ラフである。熱抵抗は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。この試験後にＩ
ＧＢＴ素子基体１０１の搭載部を調べたけれども、はん
だ層１１３，１１４，窒化アルミニウム板１１０，配線
金属層１３０，裏面金属層１２０，窒化アルミニウム板
１１０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０で構成
される界面、のいずれにも破壊は生じていない。これは
回路基板１２５の構成部材が適正な厚さに調整され、配
線金属層130と裏面金属層１２０が同材質かつ同一物性
のＡｌ合金で構成され、配線金属層１３０及び裏面金属
層１２０の接合部が均一かつ緻密なＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層(０.１
μｍ以下）で構成され、強固な界面を構成していること
による。
体装置の温度サイクル試験による熱抵抗の推移を示すグ
ラフである。熱抵抗は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。この試験後にＩ
ＧＢＴ素子基体１０１の搭載部を調べたけれども、はん
だ層１１３，１１４，窒化アルミニウム板１１０，配線
金属層１３０，裏面金属層１２０，窒化アルミニウム板
１１０と配線金属層１３０及び裏面金属層１２０で構成
される界面、のいずれにも破壊は生じていない。これは
回路基板１２５の構成部材が適正な厚さに調整され、配
線金属層130と裏面金属層１２０が同材質かつ同一物性
のＡｌ合金で構成され、配線金属層１３０及び裏面金属
層１２０の接合部が均一かつ緻密なＡｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，
Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｎの窒化物層(０.１
μｍ以下）で構成され、強固な界面を構成していること
による。
【０１００】絶縁型半導体装置９００の熱抵抗は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、及び回路基板１２５が約１００℃に昇温す
るような過酷な環境下（例えばエンジンルーム）に搭載
された場合でも、素子基体１０１の温度は安定動作のた
めの限界温度１５０℃を越えないことを意味する。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。
℃／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、及び回路基板１２５が約１００℃に昇温す
るような過酷な環境下（例えばエンジンルーム）に搭載
された場合でも、素子基体１０１の温度は安定動作のた
めの限界温度１５０℃を越えないことを意味する。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。
【０１０１】図２０は絶縁型半導体装置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１
０１の動作はこの回路１０により制御される。制御回路
１０には抵抗チップ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。絶縁型半導体装置９００
は素子１０１とそれを制御する回路１０とから構成さ
れ、自動車用エンジン点火装置のコイルへ給電するのに
用いられる。このような回路を有する絶縁型半導体装置
９００は、最高周囲温度８０℃の環境のもとで自動車用
エンジ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。
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１
０１の動作はこの回路１０により制御される。制御回路
１０には抵抗チップ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。絶縁型半導体装置９００
は素子１０１とそれを制御する回路１０とから構成さ
れ、自動車用エンジン点火装置のコイルへ給電するのに
用いられる。このような回路を有する絶縁型半導体装置
９００は、最高周囲温度８０℃の環境のもとで自動車用
エンジ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。
【０１０２】〔実施例４〕本実施例では別形態の回路基
板１２５及びこれを適用した２００Ａ級ＤＣ／ＤＣコン
バータ用絶縁型半導体装置９００について説明する。
板１２５及びこれを適用した２００Ａ級ＤＣ／ＤＣコン
バータ用絶縁型半導体装置９００について説明する。
【０１０３】図２１は本実施例回路基板の半導体基体搭
載側を説明する平面模式図である。回路基板１２５は、
アルミナ板（熱膨張率：７.２ppm／℃，熱伝導率：２０
Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.２５mm，サイズ：５７×３４mm
）１１０の一方の主面上に配線金属層１３０（１３
１，１３２）、他方の主面に裏面金属層１２０（図示を
省略）が形成されている。配線金属層１３０(１３１，
１３２)と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ
合金（Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−１.５ｗｔ％Ｍｇ、固相
点：約４２０℃）からなり、前期実施例１と同様にＡｌ
合金溶湯の圧入鋳造により形成されている。配線金属層
１３０(１３１，１３２）は厚さ２.２mm、裏面金属層１
２０は厚さ１.８mm を有している。配線金属層１３０
(１３１，１３２)及び裏面金属層１２０の表面には、Ｎ
ｉめっき（厚さ：６μｍ）が施されている（図示を省
略）。
載側を説明する平面模式図である。回路基板１２５は、
アルミナ板（熱膨張率：７.２ppm／℃，熱伝導率：２０
Ｗ／ｍ・Ｋ，厚さ：０.２５mm，サイズ：５７×３４mm
）１１０の一方の主面上に配線金属層１３０（１３
１，１３２）、他方の主面に裏面金属層１２０（図示を
省略）が形成されている。配線金属層１３０(１３１，
１３２)と裏面金属層１２０は同質かつ同一物性のＡｌ
合金（Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−１.５ｗｔ％Ｍｇ、固相
点：約４２０℃）からなり、前期実施例１と同様にＡｌ
合金溶湯の圧入鋳造により形成されている。配線金属層
１３０(１３１，１３２）は厚さ２.２mm、裏面金属層１
２０は厚さ１.８mm を有している。配線金属層１３０
(１３１，１３２)及び裏面金属層１２０の表面には、Ｎ
ｉめっき（厚さ：６μｍ）が施されている（図示を省
略）。
【０１０４】回路基板１２５は既述（図２）の基本プロ
セスにより製作された。回路基板１２５の母材には０.
２５mm と薄いアルミナ板１１０が用いられ、しかも厚
い配線金属層１３０（１３１，１３２）と裏面金属層１
２０が形成されている。にもかかわらず、回路基板１２
５はそり量が３０μｍ以下と平坦性に優れ、しかもアル
ミナ板１１０の破壊を伴わずに製作された。これは、金
属層１３０，１２０が同質かつ同一物性の低温で固相化
（約４２０℃）するＡｌ合金（Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−
１.５ｗｔ％Ｍｇ）で構成され、回路基板１２５を構成
する各部材が適正厚さに調節され、金属層１３０，１２
０とアルミナ板１１０の間の界面に薄く(０.１μｍ以
下）、緻密かつ強固なＡｌ，Ｇｅ，Ｍｇの酸化物が介在
していることに基づく。
セスにより製作された。回路基板１２５の母材には０.
２５mm と薄いアルミナ板１１０が用いられ、しかも厚
い配線金属層１３０（１３１，１３２）と裏面金属層１
２０が形成されている。にもかかわらず、回路基板１２
５はそり量が３０μｍ以下と平坦性に優れ、しかもアル
ミナ板１１０の破壊を伴わずに製作された。これは、金
属層１３０，１２０が同質かつ同一物性の低温で固相化
（約４２０℃）するＡｌ合金（Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−
１.５ｗｔ％Ｍｇ）で構成され、回路基板１２５を構成
する各部材が適正厚さに調節され、金属層１３０，１２
０とアルミナ板１１０の間の界面に薄く(０.１μｍ以
下）、緻密かつ強固なＡｌ，Ｇｅ，Ｍｇの酸化物が介在
していることに基づく。
【０１０５】本実施例回路基板１２５には温度サイクル
試験（−５５〜１５０℃，試料数：２０個）が施され
た。ここでは、アルミナ板１１０のクラックの発生状
況，配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の剥離状況
について観察した。３千サイクルまでの過程では、上述
したいずれの破壊も観測されていない。このように回路
基板１２５が優れた破壊耐量を有するのも、金属層１３
０，１２０が同質かつ同一物性の低温で固相化（約４２
０℃）するＡｌ合金(Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−１.５ｗｔ
％Ｍｇ）で構成され、回路基板１２５を構成する各部材
が適正厚さに調節され、金属層１３０,１２０とアルミ
ナ板１１０の間の界面に薄く(０.１μｍ以下)、緻密か
つ強固なＡｌ，Ｇｅ，Ｍｇの酸化物が介在していること
に基づく。
試験（−５５〜１５０℃，試料数：２０個）が施され
た。ここでは、アルミナ板１１０のクラックの発生状
況，配線金属層１３０及び裏面金属層１２０の剥離状況
について観察した。３千サイクルまでの過程では、上述
したいずれの破壊も観測されていない。このように回路
基板１２５が優れた破壊耐量を有するのも、金属層１３
０，１２０が同質かつ同一物性の低温で固相化（約４２
０℃）するＡｌ合金(Ａｌ−２８ｗｔ％Ｇｅ−１.５ｗｔ
％Ｍｇ）で構成され、回路基板１２５を構成する各部材
が適正厚さに調節され、金属層１３０,１２０とアルミ
ナ板１１０の間の界面に薄く(０.１μｍ以下)、緻密か
つ強固なＡｌ，Ｇｅ，Ｍｇの酸化物が介在していること
に基づく。
【０１０６】図２２は本実施例回路基板適用絶縁型半導
体装置を説明する平面及び断面模式図，回路図である。
絶縁型半導体装置（サイズ：７６×４６×１５mm）９０
０は以下の構成よりなる。ＳｉからなるＭＯＳ ＦＥＴ
素子基体１０１（８個、９×９×０.２８mm ）は、上述
した回路基板１２５の配線金属層１３１上にＳｎ−３ｗ
ｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合金からなるはんだ材１１
３(厚さ：７０μｍ）により固着されている。回路基板
１２５の裏面金属層１２０は、Ａｌ支持板（７６×４６
×１.５mm、厚さ５μｍのＮｉめっき）１１５上にはん
だ材１１４(厚さ：７０μｍ）により固着されている。
これらのはんだ付けでは前記実施例１と同様のプロセス
を経ている。Ａｌ支持板１１５上には、あらかじめＣｕ
端子３０，３０ａ，３０ｃを一体化したポリフェニルサ
ルファイド樹脂ケース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が専用
し、補助端子３０ｃは２個の素子基体１０１で構成され
るブロック１０１Ａで共用するように配線されている。
また、端子３０は入力端子と出力端子を兼ねている。素
子基体１０１の搭載部にはシリコーンゲル樹脂２２が充
填されている。ケース２０にはポリフェニルサルファイ
ド樹脂蓋２１をシリコーン樹脂接着剤（図示を省略）に
より取り付けて絶縁型半導体装置９００を得ている。以
上により製作された絶縁型半導体装置９００は、（ｃ）
に示す回路を構成している。
体装置を説明する平面及び断面模式図，回路図である。
絶縁型半導体装置（サイズ：７６×４６×１５mm）９０
０は以下の構成よりなる。ＳｉからなるＭＯＳ ＦＥＴ
素子基体１０１（８個、９×９×０.２８mm ）は、上述
した回路基板１２５の配線金属層１３１上にＳｎ−３ｗ
ｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃｕ合金からなるはんだ材１１
３(厚さ：７０μｍ）により固着されている。回路基板
１２５の裏面金属層１２０は、Ａｌ支持板（７６×４６
×１.５mm、厚さ５μｍのＮｉめっき）１１５上にはん
だ材１１４(厚さ：７０μｍ）により固着されている。
これらのはんだ付けでは前記実施例１と同様のプロセス
を経ている。Ａｌ支持板１１５上には、あらかじめＣｕ
端子３０，３０ａ，３０ｃを一体化したポリフェニルサ
ルファイド樹脂ケース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が専用
し、補助端子３０ｃは２個の素子基体１０１で構成され
るブロック１０１Ａで共用するように配線されている。
また、端子３０は入力端子と出力端子を兼ねている。素
子基体１０１の搭載部にはシリコーンゲル樹脂２２が充
填されている。ケース２０にはポリフェニルサルファイ
ド樹脂蓋２１をシリコーン樹脂接着剤（図示を省略）に
より取り付けて絶縁型半導体装置９００を得ている。以
上により製作された絶縁型半導体装置９００は、（ｃ）
に示す回路を構成している。
【０１０７】なお、本実施例では比較用として、第２先
行技術に基づく絶縁型半導体装置（サイズ：７６×４６
×１８mm）も作製した。この装置は、サイズ：５７×３
４×０.２５mm のアルミナ板とＳｉＣ粉末で形成された
多孔質プリフォームにＡｌを含浸させた支持板（Ａｌ／
ＳｉＣ複合材、厚さ：３mm）を厚さ０.０５mm のＡｌ層
により接合し、アルミナ板の他方の面にＡｌ配線層（厚
さ：０.４mm）を形成した回路基板を用いている。この
Ａｌ配線層上にはＭＯＳ ＦＥＴ素子基体（８個、９×
９×０.２８mm）がＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃ
ｕ合金からなるはんだ材で固着されている。また、この
比較試料は絶縁型半導体装置９００と同様の回路を構成
している。
行技術に基づく絶縁型半導体装置（サイズ：７６×４６
×１８mm）も作製した。この装置は、サイズ：５７×３
４×０.２５mm のアルミナ板とＳｉＣ粉末で形成された
多孔質プリフォームにＡｌを含浸させた支持板（Ａｌ／
ＳｉＣ複合材、厚さ：３mm）を厚さ０.０５mm のＡｌ層
により接合し、アルミナ板の他方の面にＡｌ配線層（厚
さ：０.４mm）を形成した回路基板を用いている。この
Ａｌ配線層上にはＭＯＳ ＦＥＴ素子基体（８個、９×
９×０.２８mm）がＳｎ−３ｗｔ％Ａｇ−０.８ｗｔ％Ｃ
ｕ合金からなるはんだ材で固着されている。また、この
比較試料は絶縁型半導体装置９００と同様の回路を構成
している。
【０１０８】絶縁型半導体装置９００は次に述べる落下
試験に供された。この試験では、絶縁型半導体装置９０
０を１.５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３
回）させた。試験後の絶縁型半導体装置９００は初期と
同等の電気的機能が維持され、機械的破壊も観測されな
かった。
試験に供された。この試験では、絶縁型半導体装置９０
０を１.５ｍ の高さからコンクリート床面に落下（３
回）させた。試験後の絶縁型半導体装置９００は初期と
同等の電気的機能が維持され、機械的破壊も観測されな
かった。
【０１０９】図２３は本実施例回路基板適用絶縁型半導
体装置の過渡熱抵抗特性を示すグラフである。絶縁型半
導体装置９００の熱抵抗（曲線Ａ）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１.５℃／Ｗである。これに対し比較試料（曲線
Ｂ）は２℃／Ｗを示している。このように絶縁型半導体
装置９００が比較試料より優れた放熱性を示しているの
は次の理由による。このように優れた放熱性を示したの
は、（１）薄いアルミナ板１１０が用いられ、（２）ア
ルミナ板１１０の両面に厚い配線金属層（４mm）１３０
及び裏面金属層(３mm）１２０が形成され、(３）熱伝導
路に熱伝導性に優れるＡｌ支持板１１５が配置されてい
ることによる。このような構造をとることにより、半導
体基体１０１から放出された熱流が厚い配線金属層１３
０により拡大され、拡大熱流が高熱伝導性のアルミナ板
１１０に滞留することなく伝達され、伝達された熱流が
熱容量の大きい裏面金属層１２０及びＡｌ支持板１１５
で吸収される。これに対し比較試料では、主要な熱伝導
路にＡｌ板より熱伝導性の劣るＡｌ／ＳｉＣ複合材支持
板が配置されている。放熱性が絶縁型半導体装置９００
より劣るのはこの点に基づく。
体装置の過渡熱抵抗特性を示すグラフである。絶縁型半
導体装置９００の熱抵抗（曲線Ａ）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１.５℃／Ｗである。これに対し比較試料（曲線
Ｂ）は２℃／Ｗを示している。このように絶縁型半導体
装置９００が比較試料より優れた放熱性を示しているの
は次の理由による。このように優れた放熱性を示したの
は、（１）薄いアルミナ板１１０が用いられ、（２）ア
ルミナ板１１０の両面に厚い配線金属層（４mm）１３０
及び裏面金属層(３mm）１２０が形成され、(３）熱伝導
路に熱伝導性に優れるＡｌ支持板１１５が配置されてい
ることによる。このような構造をとることにより、半導
体基体１０１から放出された熱流が厚い配線金属層１３
０により拡大され、拡大熱流が高熱伝導性のアルミナ板
１１０に滞留することなく伝達され、伝達された熱流が
熱容量の大きい裏面金属層１２０及びＡｌ支持板１１５
で吸収される。これに対し比較試料では、主要な熱伝導
路にＡｌ板より熱伝導性の劣るＡｌ／ＳｉＣ複合材支持
板が配置されている。放熱性が絶縁型半導体装置９００
より劣るのはこの点に基づく。
【０１１０】絶縁型半導体装置９００には−４０〜１２
５℃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１.５℃／Ｗ が維持されていた。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，
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離発生状況，
アルミナ板１１０のクラック発生状況を調べた。この結
果、いずれの観測界面及び部材にも破壊は検出されなか
った。このように優れた信頼性が得られたのは、絶縁型
半導体装置９００が選択された厚さ構成の部材からなる
回路基板125を適用し、同質かつ同一物性の配線金属層
１３０と裏面金属層１２０でアルミナ板１１０がサンド
ウイッチされ、これらの層とアルミナ板１１０の間が同
一界面状態に保たれているため、界面に過度の応力や歪
が偏って作用することが避けられることによる。また、
配線金属層１３０及び裏面金属層１２０とアルミナ板１
１０の間の界面は、緻密かつ強固なＡｌ合金構成成分の
薄い酸化物層で接合されている。この点も優れた信頼性
の確保に寄与している。
５℃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１.５℃／Ｗ が維持されていた。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，
配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離発生状況，
アルミナ板１１０のクラック発生状況を調べた。この結
果、いずれの観測界面及び部材にも破壊は検出されなか
った。このように優れた信頼性が得られたのは、絶縁型
半導体装置９００が選択された厚さ構成の部材からなる
回路基板125を適用し、同質かつ同一物性の配線金属層
１３０と裏面金属層１２０でアルミナ板１１０がサンド
ウイッチされ、これらの層とアルミナ板１１０の間が同
一界面状態に保たれているため、界面に過度の応力や歪
が偏って作用することが避けられることによる。また、
配線金属層１３０及び裏面金属層１２０とアルミナ板１
１０の間の界面は、緻密かつ強固なＡｌ合金構成成分の
薄い酸化物層で接合されている。この点も優れた信頼性
の確保に寄与している。
【０１１１】なお、絶縁型半導体装置９００は２００Ａ
級のものであり、許容される熱抵抗は２℃／Ｗ以下であ
る。このような観点で選択される回路基板１２５の構成
部材の最適厚さは表４に示す通りである。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。
級のものであり、許容される熱抵抗は２℃／Ｗ以下であ
る。このような観点で選択される回路基板１２５の構成
部材の最適厚さは表４に示す通りである。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。
【０１１２】
【表４】
【０１１３】図２４は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。Ｄ
Ｃ／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９００を駆動させるための制御回路１０
ａ，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。
ＤＣ／ＤＣコンバータを説明するブロック図である。Ｄ
Ｃ／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９００を駆動させるための制御回路１０
ａ，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。
【０１１４】〔実施例５〕本実施例では他形態の回路基
板１２５とこれを用いた絶縁型半導体装置９００につい
て説明する。
板１２５とこれを用いた絶縁型半導体装置９００につい
て説明する。
【０１１５】図２５は本実施例回路基板の詳細を説明す
る平面図及び断面図である。回路基板１２５の母材とし
ての窒化珪素板１１０は焼結体（寸法：４３mm×８５mm
×０.３mm、熱膨張率：３.４ppm／℃，熱伝導率：９０
Ｗ／ｍ・Ｋ ）であり、半導体基体１０１が搭載される
側の主面には厚さ０.８mmの配線金属層１３１,１３２，
１３０ｃ（サーミスタ搭載用）とともに、これらの配線
を包囲する如くに周辺金属層１３３が設けられている。
これらの配線金属層１３１，１３２，１３０ｃ及び周辺
金属層１３３はＡｌ合金（Ａｌ−０.２ｗｔ％Ｃｕ−９
ｗｔ％Ｓｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｇ−０.５ｗｔ％Ｎｉ−
０.２ｗｔ％Ｔｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｎ）により形成され
ている。反対側の主面には厚さ０.２mm の裏面金属層１
２０が配線金属層１３１，１３２，１３０ｃ及び周辺金
属層１３３と同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−０.２
ｗｔ％Ｃｕ−９ｗｔ％Ｓｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｇ−０.５
ｗｔ％Ｎｉ−０.２ｗｔ％Ｔｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｎ）に
より形成されている。周辺金属層１３３で包囲された配
線金属層１３１，１３２，１３０ｃは窒化珪素板１１０
のほぼ中央領域（３０×５０mm）に設けられ、電気的活
性領域を構成する。図示はしていないけれども、配線金
属層１３１上にはＭＯＳ ＦＥＴ素子基体（７×７×
０.２８mm ）１０１が８個搭載される。また、回路基板
１２５の端部領域には直径５.６mmの穴１２５Ｇが設け
られている。
る平面図及び断面図である。回路基板１２５の母材とし
ての窒化珪素板１１０は焼結体（寸法：４３mm×８５mm
×０.３mm、熱膨張率：３.４ppm／℃，熱伝導率：９０
Ｗ／ｍ・Ｋ ）であり、半導体基体１０１が搭載される
側の主面には厚さ０.８mmの配線金属層１３１,１３２，
１３０ｃ（サーミスタ搭載用）とともに、これらの配線
を包囲する如くに周辺金属層１３３が設けられている。
これらの配線金属層１３１，１３２，１３０ｃ及び周辺
金属層１３３はＡｌ合金（Ａｌ−０.２ｗｔ％Ｃｕ−９
ｗｔ％Ｓｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｇ−０.５ｗｔ％Ｎｉ−
０.２ｗｔ％Ｔｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｎ）により形成され
ている。反対側の主面には厚さ０.２mm の裏面金属層１
２０が配線金属層１３１，１３２，１３０ｃ及び周辺金
属層１３３と同質かつ同一物性のＡｌ合金(Ａｌ−０.２
ｗｔ％Ｃｕ−９ｗｔ％Ｓｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｇ−０.５
ｗｔ％Ｎｉ−０.２ｗｔ％Ｔｉ−０.４５ｗｔ％Ｍｎ）に
より形成されている。周辺金属層１３３で包囲された配
線金属層１３１，１３２，１３０ｃは窒化珪素板１１０
のほぼ中央領域（３０×５０mm）に設けられ、電気的活
性領域を構成する。図示はしていないけれども、配線金
属層１３１上にはＭＯＳ ＦＥＴ素子基体（７×７×
０.２８mm ）１０１が８個搭載される。また、回路基板
１２５の端部領域には直径５.６mmの穴１２５Ｇが設け
られている。
【０１１６】本実施例回路基板１２５のそり量は±２０
μｍ（＋：配線金属層側が凸、−：裏面金属層側が凸）
と、極めて優れた平坦性を示した。この理由は、回路基
板１２５の周辺領域における窒化珪素板１１０と裏面金
属層１２０との間のバイメタル効果によるそり（＋）
を、窒化珪素板１１０と周辺金属層１３３との間のバイ
メタル効果による反対方向のそり（−）で補償されるた
めである。この点は、後述するように回路基板１２５が
ネジ締めされる形態の絶縁型半導体装置の場合に特に好
ましいことである。
μｍ（＋：配線金属層側が凸、−：裏面金属層側が凸）
と、極めて優れた平坦性を示した。この理由は、回路基
板１２５の周辺領域における窒化珪素板１１０と裏面金
属層１２０との間のバイメタル効果によるそり（＋）
を、窒化珪素板１１０と周辺金属層１３３との間のバイ
メタル効果による反対方向のそり（−）で補償されるた
めである。この点は、後述するように回路基板１２５が
ネジ締めされる形態の絶縁型半導体装置の場合に特に好
ましいことである。
【０１１７】図２６は本実施例回路基板を適用した絶縁
型半導体装置を説明する平面及び断面模式図である。窒
化珪素板１１０に配線金属層１３１を設けた回路基板１
２５上にＭＯＳ ＦＥＴ素子基体１０１が搭載されてい
る。回路基板１２５は主端子３０や補助端子３１をあら
かじめ設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０
の開口部に装着されている。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１
１７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の上部にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋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（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）１１３により固着されてい
る。はんだ付け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ている。また、配線金
属層１３０ｃ間には温度検出用サーミスタ素子３４がは
んだ(Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ、図示を省略)１２４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と回路基板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３
５を用いて固定されている。蓋２１の肉厚部には凹み２
５、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
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９００は４５mm×８７mm×１
２mmの外寸法を有している。回路基板１２５はケース２
０，蓋２１とともに絶縁型半導体装置９００の外囲器を
構成して底蓋の役割を担い、裏面金属層１２０は底蓋の
表面を構成している。なお、ケース２０には絶縁型半導
体装置９００を匡体に取り付ける際のネジ締め用として
の穴１２５Ｆが設けられている。
型半導体装置を説明する平面及び断面模式図である。窒
化珪素板１１０に配線金属層１３１を設けた回路基板１
２５上にＭＯＳ ＦＥＴ素子基体１０１が搭載されてい
る。回路基板１２５は主端子３０や補助端子３１をあら
かじめ設けたポリフェニルサルファイド樹脂ケース２０
の開口部に装着されている。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１
１７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の上部にはポリフェニルサルファイド樹脂蓋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（Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ）１１３により固着されてい
る。はんだ付け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ている。また、配線金
属層１３０ｃ間には温度検出用サーミスタ素子３４がは
んだ(Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ、図示を省略)１２４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と回路基板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３
５を用いて固定されている。蓋２１の肉厚部には凹み２
５、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
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９００は４５mm×８７mm×１
２mmの外寸法を有している。回路基板１２５はケース２
０，蓋２１とともに絶縁型半導体装置９００の外囲器を
構成して底蓋の役割を担い、裏面金属層１２０は底蓋の
表面を構成している。なお、ケース２０には絶縁型半導
体装置９００を匡体に取り付ける際のネジ締め用として
の穴１２５Ｆが設けられている。
【０１１８】絶縁型半導体装置９００は図９に示した回
路を構成している。また、本実施例絶縁型半導体装置９
００は最終的に、図１０に示した電動機９６０の回転数
制御用インバータ装置に組み込まれた。いずれも前記実
施例１と同様であるので説明を省略する。
路を構成している。また、本実施例絶縁型半導体装置９
００は最終的に、図１０に示した電動機９６０の回転数
制御用インバータ装置に組み込まれた。いずれも前記実
施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１１９】絶縁型半導体装置９００は０.２５℃／Ｗ
の定常熱抵抗を示した。この値は、４個のＭＯＳ ＦＥ
Ｔ素子基体１０１がそれぞれ１００Ｗの電力(合計４０
０Ｗ)を消費した場合でも基体１０１は２５deg しか温
度上昇せず、例えば１２５℃と過酷な環境下で稼働する
場合でも絶縁型半導体装置９００は安定動作し得ること
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回路基板１２５のみで
構成され、（２）支持板やそれを固着するはんだ層が存
在せず、（３）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、（４）裏面金
属層１２０がＡｌ合金の流動により形成されていてボイ
ドフリー化されており、（５）窒化珪素板１１０と配線
金属層１３０及び裏面金属層１２０との接合界面がＡ
ｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｎの窒化物薄層
で緻密に接合されていて、熱流が効率よく伝達されるた
めである。
の定常熱抵抗を示した。この値は、４個のＭＯＳ ＦＥ
Ｔ素子基体１０１がそれぞれ１００Ｗの電力(合計４０
０Ｗ)を消費した場合でも基体１０１は２５deg しか温
度上昇せず、例えば１２５℃と過酷な環境下で稼働する
場合でも絶縁型半導体装置９００は安定動作し得ること
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回路基板１２５のみで
構成され、（２）支持板やそれを固着するはんだ層が存
在せず、（３）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、（４）裏面金
属層１２０がＡｌ合金の流動により形成されていてボイ
ドフリー化されており、（５）窒化珪素板１１０と配線
金属層１３０及び裏面金属層１２０との接合界面がＡ
ｌ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｍｎの窒化物薄層
で緻密に接合されていて、熱流が効率よく伝達されるた
めである。
【０１２０】絶縁型半導体装置９００には−４０〜１２
５℃の温度サイクル試験が施されたけれども、絶縁型半
導体装置９００は１万サイクルまでの試験では熱抵抗の
上昇は認められなかった。絶縁型半導体装置９００に
は、（１）選択された厚さ構成の回路基板１２５が適用
され、（２）同質かつ同一物性の配線金属層１３０と裏
面金属層１２０で窒化珪素板１１０がサンドウイッチさ
れていてこれらの層と窒化珪素板１１０の間の接合界面
が同一の状態（組成，物性）に保たれ、（３）界面はＡ
ｌ合金の添加金属の窒化物薄層により強固かつ緻密に接
合され、（４）この結果配線金属層１３０や裏面金属層
１２０の接合界面に過度の応力や歪が偏って作用せず、
（５）配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離や疲
労破壊が抑えられる。このような点が、絶縁型半導体装
置９００が優れた放熱信頼性を示した理由である。
５℃の温度サイクル試験が施されたけれども、絶縁型半
導体装置９００は１万サイクルまでの試験では熱抵抗の
上昇は認められなかった。絶縁型半導体装置９００に
は、（１）選択された厚さ構成の回路基板１２５が適用
され、（２）同質かつ同一物性の配線金属層１３０と裏
面金属層１２０で窒化珪素板１１０がサンドウイッチさ
れていてこれらの層と窒化珪素板１１０の間の接合界面
が同一の状態（組成，物性）に保たれ、（３）界面はＡ
ｌ合金の添加金属の窒化物薄層により強固かつ緻密に接
合され、（４）この結果配線金属層１３０や裏面金属層
１２０の接合界面に過度の応力や歪が偏って作用せず、
（５）配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離や疲
労破壊が抑えられる。このような点が、絶縁型半導体装
置９００が優れた放熱信頼性を示した理由である。
【０１２１】絶縁型半導体装置９００には間欠通電試験
（回路基板１２５の温度が３０〜１００℃の変化を生ず
るように繰り返し通電）を施こし熱抵抗の推移を追跡し
た。この結果、絶縁型半導体装置９００は３万サイクル
まで初期値（０.２５℃／Ｗ）と同等の熱抵抗が維持さ
れた。３万サイクル以降で熱抵抗は漸増したけれども、
約１０万サイクルまでは本発明で寿命と定義される０.
３８℃／Ｗ は越えることはなかった。このように絶縁
型半導体装置９００が優れた間欠通電耐量を示したの
も、上述した（１）〜（５）の理由に基づく。
（回路基板１２５の温度が３０〜１００℃の変化を生ず
るように繰り返し通電）を施こし熱抵抗の推移を追跡し
た。この結果、絶縁型半導体装置９００は３万サイクル
まで初期値（０.２５℃／Ｗ）と同等の熱抵抗が維持さ
れた。３万サイクル以降で熱抵抗は漸増したけれども、
約１０万サイクルまでは本発明で寿命と定義される０.
３８℃／Ｗ は越えることはなかった。このように絶縁
型半導体装置９００が優れた間欠通電耐量を示したの
も、上述した（１）〜（５）の理由に基づく。
【０１２２】上述の間欠通電試験では、配線金属層１３
１から裏面金属層１２０に至る積層構造の絶縁に関する
評価(電荷量１００ｐＣにおけるコロナ放電開始電圧の
推移)も進めた。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
とほとんど変動しない。このことから絶縁型半導体装置
９００は安定して優れた絶縁性が維持される点が確認さ
れた。窒化珪素板１１０が機械的に破壊したり配線金属
層１３０や裏面金属層１２０が剥離したりすると、これ
らの部分で電界が極度に高くなり放電を生ずる。しか
し、絶縁型半導体装置９００では、配線金属層１３０や
裏面金属層１２０が強固に接合され、この接合界面にも
過度の応力が作用しない。この結果窒化珪素板１１０の
破壊や、配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離を
生じないため優れた絶縁性が維持される。
１から裏面金属層１２０に至る積層構造の絶縁に関する
評価(電荷量１００ｐＣにおけるコロナ放電開始電圧の
推移)も進めた。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
とほとんど変動しない。このことから絶縁型半導体装置
９００は安定して優れた絶縁性が維持される点が確認さ
れた。窒化珪素板１１０が機械的に破壊したり配線金属
層１３０や裏面金属層１２０が剥離したりすると、これ
らの部分で電界が極度に高くなり放電を生ずる。しか
し、絶縁型半導体装置９００では、配線金属層１３０や
裏面金属層１２０が強固に接合され、この接合界面にも
過度の応力が作用しない。この結果窒化珪素板１１０の
破壊や、配線金属層１３０や裏面金属層１２０の剥離を
生じないため優れた絶縁性が維持される。
【０１２３】絶縁型半導体装置９００にはネジの締め付
けトルク５０kgf−cm のもとで前記実施例１と同様の締
め付け試験が施された。この試験による回路基板１２５
の機械的破損や絶縁型半導体装置９００の電気的機能の
劣化は投入した試料(１０個)のいずれにも認められなか
った。これは上述の（１）〜（５）に加えて、回路基板
１２５の裏面金属層１２０が窒化珪素板１１０に対する
補強材として機能すること、回路基板１２５の周辺金属
層１３３も窒化珪素板１１０の補強材として機能してい
ることに基づく。
けトルク５０kgf−cm のもとで前記実施例１と同様の締
め付け試験が施された。この試験による回路基板１２５
の機械的破損や絶縁型半導体装置９００の電気的機能の
劣化は投入した試料(１０個)のいずれにも認められなか
った。これは上述の（１）〜（５）に加えて、回路基板
１２５の裏面金属層１２０が窒化珪素板１１０に対する
補強材として機能すること、回路基板１２５の周辺金属
層１３３も窒化珪素板１１０の補強材として機能してい
ることに基づく。
【０１２４】また、絶縁型半導体装置９００は前記実施
例１と同様の落下試験が施された。試験投入試料数１０
個のいずれにも、回路基板１２５の機械的破損や絶縁型
半導体装置９００の電気的機能の劣化は認められなかっ
た。これは上述した（１）〜（５）に加えて、回路基板
１２５の裏面金属層１２０や周辺金属層１３３が窒化珪
素板１１０の補強材として機能することに基づく。
例１と同様の落下試験が施された。試験投入試料数１０
個のいずれにも、回路基板１２５の機械的破損や絶縁型
半導体装置９００の電気的機能の劣化は認められなかっ
た。これは上述した（１）〜（５）に加えて、回路基板
１２５の裏面金属層１２０や周辺金属層１３３が窒化珪
素板１１０の補強材として機能することに基づく。
【０１２５】絶縁型半導体装置９００は前記実施例１と
同様の各種の装置に組み込まれ、優れた性能と信頼性が
確認された。
同様の各種の装置に組み込まれ、優れた性能と信頼性が
確認された。
【０１２６】〔実施例６〕本実施例では他形態の回路基
板１２５とそれを用いた絶縁型半導体装置９００につい
て説明する。この絶縁型半導体装置９００は前記実施例
５と同様の機能を有する。
板１２５とそれを用いた絶縁型半導体装置９００につい
て説明する。この絶縁型半導体装置９００は前記実施例
５と同様の機能を有する。
【０１２７】図２７は本実施例回路基板の詳細を説明す
る平面図及び断面図である。回路基板１２５は前記実施
例５の場合と基本的に同じであるので詳細な説明は省略
し、異なる点のみを述べる。周辺金属層１３３及び裏面
金属層１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領
域及び穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出する
ように形成されている。
る平面図及び断面図である。回路基板１２５は前記実施
例５の場合と基本的に同じであるので詳細な説明は省略
し、異なる点のみを述べる。周辺金属層１３３及び裏面
金属層１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領
域及び穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出する
ように形成されている。
【０１２８】このような構成をとることによって、窒化
珪素板１１０と周辺金属層１３３及び裏面金属層１２０
の間の剥離耐量が向上する。回路基板１２５に温度サイ
クル試験（−５５〜１５０℃、６０００サイクル、投入
試料数：２０個）を施したところ、周辺金属層１３３や
裏面金属層１２０の剥離は全く観測されていない。
珪素板１１０と周辺金属層１３３及び裏面金属層１２０
の間の剥離耐量が向上する。回路基板１２５に温度サイ
クル試験（−５５〜１５０℃、６０００サイクル、投入
試料数：２０個）を施したところ、周辺金属層１３３や
裏面金属層１２０の剥離は全く観測されていない。
【０１２９】以上の回路基板１２５を用いて前記実施例
５と同様の絶縁型半導体装置９００を作製した。この結
果、絶縁型半導体装置９００の性能は前記実施例５と同
等であることが確認された。また、前記実施例５と同様
の温度サイクル試験を１.２万サイクル与えたけれど
も、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗は初期値と同等の
値を維持していることが確認された。このように本実施
例絶縁型半導体装置900によれば一層優れた信頼性を確
保できる。この理由は、周辺金属層１３３及び裏面金属
層１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領域及
び穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出するよう
に形成していることによる。
５と同様の絶縁型半導体装置９００を作製した。この結
果、絶縁型半導体装置９００の性能は前記実施例５と同
等であることが確認された。また、前記実施例５と同様
の温度サイクル試験を１.２万サイクル与えたけれど
も、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗は初期値と同等の
値を維持していることが確認された。このように本実施
例絶縁型半導体装置900によれば一層優れた信頼性を確
保できる。この理由は、周辺金属層１３３及び裏面金属
層１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領域及
び穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出するよう
に形成していることによる。
【０１３０】〔実施例７〕本実施例では他形態の回路基
板１２５とこれを用いた縁型半導体装置９００について
説明する。この絶縁型半導体装置９００は前記実施例５
と同様の機能を有する。
板１２５とこれを用いた縁型半導体装置９００について
説明する。この絶縁型半導体装置９００は前記実施例５
と同様の機能を有する。
【０１３１】図２８は本実施例回路基板の詳細を説明す
る断面模式図である。回路基板125は前記実施例５の場
合と基本的に同じであるので詳細な説明は省略し、異な
る点のみを述べる。配線金属層１３０，１３２及び裏面
金属層１２０の端部には約６０°（窒化珪素板１１０の
主面との間でなす角度）の傾斜１５０が設けられてい
る。この傾斜により窒化珪素板１１０と配線金属層１３
０，１３２及び裏面金属層１２０の間の接合界面端部に
集中する応力が軽減される。
る断面模式図である。回路基板125は前記実施例５の場
合と基本的に同じであるので詳細な説明は省略し、異な
る点のみを述べる。配線金属層１３０，１３２及び裏面
金属層１２０の端部には約６０°（窒化珪素板１１０の
主面との間でなす角度）の傾斜１５０が設けられてい
る。この傾斜により窒化珪素板１１０と配線金属層１３
０，１３２及び裏面金属層１２０の間の接合界面端部に
集中する応力が軽減される。
【０１３２】このような構成をとることによって、窒化
珪素板１１０のクラック破壊や、配線金属層１３０，１
３２及び裏面金属層１２０の剥離耐量が向上する。回路
基板１２５に温度サイクル試験（−５５〜１５０℃、６
０００サイクル、投入試料数：２０個）を施したとこ
ろ、窒化珪素板１１０のクラック破壊や、周辺金属層１
３３や裏面金属層１２０の剥離は全く観測されていなか
った。
珪素板１１０のクラック破壊や、配線金属層１３０，１
３２及び裏面金属層１２０の剥離耐量が向上する。回路
基板１２５に温度サイクル試験（−５５〜１５０℃、６
０００サイクル、投入試料数：２０個）を施したとこ
ろ、窒化珪素板１１０のクラック破壊や、周辺金属層１
３３や裏面金属層１２０の剥離は全く観測されていなか
った。
【０１３３】以上の回路基板１２５を用いて前記実施例
５と同様の絶縁型半導体装置９００を作製した。この結
果、絶縁型半導体装置９００の性能は前記実施例５と同
等であることが確認された。また、前記実施例５と同様
の温度サイクル試験を１.３万サイクル与えたけれど
も、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗は初期値と同等の
値を維持していることが確認された。このように絶縁型
半導体装置９００によれば一層優れた放熱信頼性を確保
できる。この理由は、周辺金属層１３３及び裏面金属層
１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領域及び
穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出させた点に
加えて、傾斜１５０を設けたことによる。
５と同様の絶縁型半導体装置９００を作製した。この結
果、絶縁型半導体装置９００の性能は前記実施例５と同
等であることが確認された。また、前記実施例５と同様
の温度サイクル試験を１.３万サイクル与えたけれど
も、絶縁型半導体装置９００の熱抵抗は初期値と同等の
値を維持していることが確認された。このように絶縁型
半導体装置９００によれば一層優れた放熱信頼性を確保
できる。この理由は、周辺金属層１３３及び裏面金属層
１２０の面積を狭め、窒化珪素板１１０の端部領域及び
穴１２５Ｇの領域で窒化珪素板１１０が露出させた点に
加えて、傾斜１５０を設けたことによる。
【０１３４】
【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，破壊の恐れがなく、放熱性と信頼性が高く、低コス
トの絶縁型半導体装置を得ることが可能な回路基板を提
供できる。
に生ずる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形，変
性，破壊の恐れがなく、放熱性と信頼性が高く、低コス
トの絶縁型半導体装置を得ることが可能な回路基板を提
供できる。
【図１】本発明回路基板の詳細を説明する平面図及び断
面模式図である。
面模式図である。
【図２】本発明回路基板と従来の回路基板の製造工程の
比較である。
比較である。
【図３】本発明回路基板を適用した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。
基本構造を説明する平面及び断面模式図である。
【図４】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。
する配線金属層厚さ依存性を説明するグラフである。
【図５】熱抵抗，ボイド率，信頼性に関する裏面金属層
厚さ依存性を説明するグラフである。
厚さ依存性を説明するグラフである。
【図６】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。
厚さ依存性を説明するグラフである。
【図７】本発明回路基板適用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。
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８】一実施例回路基板の製法を説明する断面模式図
である。
である。
【図９】絶縁型半導体装置の回路を説明する図である。
【図１０】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。
置の回路を説明する図である。
【図１１】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１２】間欠通電試験による配線金属層−裏面金属層
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。
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。
【図１３】他実施例回路基板を説明する平面図及び断面
図である。
図である。
【図１４】他実施例回路基板適用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。
説明する平面図，断面図及び回路図である。
【図１５】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。
るグラフである。
【図１６】他実施例回路基板適用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。
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。
【図１７】他実施例回路基板を説明する平面図及び断面
図である。
図である。
【図１８】他実施例回路基板適用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。
説明する鳥瞰図及び断面図である。
【図１９】他実施例回路基板適用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。
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２０】絶縁型半導体装置の回路を説明する図であ
る。
る。
【図２１】他実施例回路基板の半導体基体搭載側を説明
する平面模式図である。
する平面模式図である。
【図２２】他実施例回路基板適用絶縁型半導体装置を説
明する平面及び断面模式図，回路図である。
明する平面及び断面模式図，回路図である。
【図２３】他実施例回路基板適用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。
渡熱抵抗特性を説明するグラフである。
【図２４】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。
コンバータを説明するブロック図である。
【図２５】他実施例回路基板の詳細を説明する平面図及
び断面図である。
び断面図である。
【図２６】他実施例回路基板を適用した絶縁型半導体装
置を説明する平面及び断面模式図である。
置を説明する平面及び断面模式図である。
【図２７】他実施例回路基板の詳細を説明する平面図及
び断面図である。
び断面図である。
【図２８】他実施例回路基板の詳細を説明する断面模式
図である。
図である。
５…アルミナ板、１０，１０ａ…制御回路、１５，１１
２…抵抗チップ、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…ポリフェニルサルファイド樹脂ケー
ス、２１…ポリフェニ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、２５…凹み、３０…
主端子、３０′，１２５Ｆ，１２５Ｇ…穴、３０ａ…ゲ
ート端子、３０ｂ…ドレイン端子、３０ｃ…ソース端
子、３０in…入力主端子、３０out …出力主端子、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、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、10
1…ＭＯＳ ＦＥＴ素子基体，半導体基体、１１０…セ
ラミックス板，窒化珪素板，窒化アルミニウム板，アル
ミナ板、１１３，１１４，１２４…はんだ、１１５…支
持板、１１７，１１７′…Ａｌ細線、１２０…裏面金属
層、１２０′，１３０′…空間、１２５…回路基板、１
２５′…Ａｌ合金溶湯、１２５ａ′…湯口、１２５ｂ′
…湯道、１２５ｃ′…排出口、１３０，１３１,１３２,
１３０ｃ…配線金属層、１３３…周辺金属層、１５０…
傾斜、２０３…Ｃｕ配線、９００…絶縁型半導体装置、
９１０…ブロック、９２０…上鋳型、９２１…下鋳型、
９６０…電動機。
２…抵抗チップ、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…ポリフェニルサルファイド樹脂ケー
ス、２１…ポリフェニ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、２５…凹み、３０…
主端子、３０′，１２５Ｆ，１２５Ｇ…穴、３０ａ…ゲ
ート端子、３０ｂ…ドレイン端子、３０ｃ…ソース端
子、３０in…入力主端子、３０out …出力主端子、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、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、10
1…ＭＯＳ ＦＥＴ素子基体，半導体基体、１１０…セ
ラミックス板，窒化珪素板，窒化アルミニウム板，アル
ミナ板、１１３，１１４，１２４…はんだ、１１５…支
持板、１１７，１１７′…Ａｌ細線、１２０…裏面金属
層、１２０′，１３０′…空間、１２５…回路基板、１
２５′…Ａｌ合金溶湯、１２５ａ′…湯口、１２５ｂ′
…湯道、１２５ｃ′…排出口、１３０，１３１,１３２,
１３０ｃ…配線金属層、１３３…周辺金属層、１５０…
傾斜、２０３…Ｃｕ配線、９００…絶縁型半導体装置、
９１０…ブロック、９２０…上鋳型、９２１…下鋳型、
９６０…電動機。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０５Ｋ 3/24 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｄ
(72)発明者 高橋 可昌
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 鈴木 清光
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） 4E351 AA08 BB01 BB35 CC05 DD10
DD21 DD51 GG03 GG04
5E343 AA02 AA24 BB28 BB52 BB71
DD80 EE53 GG16
Claims (9)
- 【請求項１】所定形状及び所定寸法に成形した鋳型に配
置されたセラミックス板にアルミ合金の溶湯を圧入して
前記セラミックス板の一方の面に配線金属層を形成し、
前記セラミックス板の他方の面に裏面金属層を形成して
前記セラミックス板の両面に前記配線金属層と前記裏面
金属層を同じＡｌ合金で形成したことを特徴とする半導
体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項２】所定形状及び所定寸法に成形した鋳型に配
置された厚さ０.２５〜１.０mmのセラミックス板にアル
ミ合金の溶湯を圧入して前記セラミックス板の一方の面
に厚さ０.１〜１.２mmの配線金属層を形成し、前記セラ
ミックス板の他方の面に厚さ０.２５〜０.５mmの裏面金
属層を形成して前記セラミックス板の両面に前記配線金
属層と前記裏面金属層を同じＡｌ合金で形成したことを
特徴とする半導体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項３】所定形状及び所定寸法に成形した鋳型に配
置されたセラミックス板にアルミ合金の溶湯を圧入して
前記セラミックス板の一方の面に配線金属層を形成し、
前記セラミックス板の他方の面に裏面金属層を形成し、
前記配線金属層又は前記裏面金属層のうち少なくとも一
方の表面にニッケル層を形成したことを特徴とする半導
体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項４】所定形状及び所定寸法に成形した鋳型に配
置された厚さ０.２５〜１.０mmのセラミックス板にアル
ミ合金の溶湯を圧入して前記セラミックス板の一方の面
に厚さ０.１〜１.２mmの配線金属層を形成し、前記セラ
ミックス板の他方の面に厚さ０.２５〜０.５mmの裏面金
属層を形成し、前記配線金属層又は前記裏面金属層のう
ち少なくとも一方の表面にニッケル層を形成したことを
特徴とする半導体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項５】請求項４において、前記ニッケル層は、メ
ッキによって形成することを特徴とする半導体素子又は
チップ部品用配線基板。 - 【請求項６】請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記セラミックス板は、窒化珪素，窒化アルミニウム又
はアルミナの少なくとも１つを含むことを特徴とする半
導体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項７】請求項１乃至５のいずれか１項において、
前記配線金属層と前記裏面金属層の形成のための溶湯に
は、アルミニウムにＳｉ，Ｇｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ａｕ，Ａ
ｇ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｖ，
Ｚｎ又はＺｒの金属の少なくとも１つを含むことを特徴
とする半導体素子又はチップ部品用配線基板。 - 【請求項８】請求項１乃至２のいずれか１項において、
前記配線金属層と前記裏面金属層の少なくとも１つの層
の表面が、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｎ
又はＺｎの金属の少なくとも１つの金属を含んで被覆さ
れていることを特徴とする半導体素子又はチップ部品用
配線基板。 - 【請求項９】請求項１乃至５のいずれか１項において、
半導体基体を固着するために前記配線金属層上にＳｎ又
はＰｂ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，
Ｐ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｚ
ｒ，Ｖ，Ｈｆ又はＰｄの金属の少なくとも２つ以上から
なる合金を有することを特徴とする半導体素子又はチッ
プ部品用配線基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002040916A JP2003243803A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 配線基板 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002040916A JP2003243803A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 配線基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243803A true JP2003243803A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27781458
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002040916A Pending JP2003243803A (ja) | 2002-02-19 | 2002-02-19 | 配線基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003243803A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013069877A (ja) * | 2011-09-22 | 2013-04-18 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板、パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
| JP2013172112A (ja) * | 2012-02-23 | 2013-09-02 | Hitachi Ltd | 半導体装置およびそれを用いたインバータ装置 |
| CN108695293A (zh) * | 2017-03-30 | 2018-10-23 | 日本特殊陶业株式会社 | 陶瓷布线基板及其制造方法 |
| WO2022201662A1 (ja) * | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法 |
| JP7558860B2 (ja) | 2021-03-23 | 2024-10-01 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法 |
-
2002
- 2002-02-19 JP JP2002040916A patent/JP2003243803A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013069877A (ja) * | 2011-09-22 | 2013-04-18 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板、パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
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| JP7558860B2 (ja) | 2021-03-23 | 2024-10-01 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | アルミニウム－セラミックス接合基板およびその製造方法 |
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