JP2004221547A - 熱伝導性複層基板及びパワーモジュール用基板 - Google Patents

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Abstract

【課題】 温度サイクルに対する長寿命と良好な熱伝達率の両方を満たすことが
できるパワーモジュール用基板を提供する。
【解決手段】 絶縁基板２と、絶縁基板２の一方の面に積層される回路層３と、
絶縁基板３の他方の面に積層される金属層４と、回路層３にはんだ７を介して搭
載される半導体チップ５と、金属層４に接合される放熱体６とを備える。回路層
３及び金属層４は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成される。温度サイクル
が繰り返し作用しても、内部応力が蓄積することはなく、温度サイクル寿命を延
ばすことができる。また、回路層３及び金属層４は、熱伝導率の良好な銅から構
成されるので、半導体チップ５からの熱を効率良く放熱体６側に伝達させて放出
させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、大電圧、大電流を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板に関し、特に、半導体チップから発生する熱を放散させる放熱体を備えたパワーモジュール用基板に関するものである。
従来、この種のパワーモジュール用基板として、図７に示すように、ＡｌＮからなる絶縁基板１２の一方の面にＡｌ又はＣｕからなる回路層１３を積層し、他方の面にＡｌ又はＣｕからなる金属層１４を積層し、回路層１３にはんだ１７を介して半導体チップ１５を搭載し、金属層１４にはんだ１８、ろう付け等により放熱体１６を接合したパワーモジュール用基板１１や、図８に示すように、ＡｌＮからなる絶縁基板２２の一方の面に４Ｎ−Ａｌ（純度が９９．９９％以上のアルミニウム）からなる回路層２３を積層し、他方の面に４Ｎ−Ａｌからなる金属層２４を積層し、回路層２３にはんだ２７を介して半導体チップ２５を搭載し、金属層２４にはんだ２８、ろう付け等により放熱体２６を接合したパワーモジュール用基板２１等が知られている。このようなパワーモジュール用基板は、各種
提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
上記のパワーモジュール用基板１１、２１にあっては、放熱体１６、２６を例えば冷却シンク部（図示せず）に取り付け、放熱体１６、２６に伝達される半導体チップ１５、２５からの熱を冷却シンク部内の冷却水（又は冷却空気）を介して外部に放出させている。
特公平４−１２５５４号公報（第１ー３頁、第１図、第２図）
ところで、上記のような構成のパワーモジュール用基板１１、２１にあっては、回路層１３、２３及び金属層１４、２４をＣｕで構成した場合には、−４０〜１２５℃の温度サイクルを繰り返し作用させた場合に、数１０〜１００サイクル程度で回路層１３、２３と半導体チップ１５、２５との間のはんだ１７、２７にクラックが生じ、５００サイクル程度で回路層１３、２３が絶縁基板１２、２２から剥離してしまうが、回路層１３、２３及び金属層１４、２４をＡｌで構成した場合には、３０００サイクル程度まで回路層１３、２３と半導体チップ１５、２５との間のはんだ１７、２７にクラックが生じることはない。このことは、温度サイクルを繰り返し作用させた場合に、回路層１３、２３及び金属層１４、２４をＡｌで構成した場合には内部応力が蓄積しないのに対し、Ｃｕで構成した場
合には内部応力が蓄積するからである。従って、温度サイクル寿命を延ばすため
には、内部応力が蓄積しないように構成すれば良いことになる。
一方、ＡｌとＣｕとの熱伝導率を比較すると、Ｃｕの方がＡｌよりも良いので、半導体チップ１５、２５からの熱を効率良く放熱体１６、２６側に伝達させて放出させるためには、熱伝導率の良いＣｕで回路層１３、２３及び金属層１４、２４を構成した方が良いが、Ｃｕの場合には、前述したような内部応力の蓄積の問題があるので、温度サイクルに対する長寿命と良好な熱伝達率との両方を満足させることは困難であり、何れかを犠牲にしなければならなかった。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、温度サイクルに対する寿命を延ばすことができるとともに、良好な熱伝達率が得られて半導体チップからの熱を効率良く放熱体側に伝達させて放出させることができるパワーモジュール用基板を提供することを目的とするものである。
本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。
即ち、請求項１に係る発明は、純度が９９．９９９％以上のＣｕ回路層とセラミック層とを少なくとも有する熱伝導複層基板ことを特徴とする。
この発明に係る熱伝導複層基板によれば、Ｃｕ回路層が９９．９９９％以上の純胴により構成されていることから、温度サイクルが繰り返し作用されたとしても、Ｃｕ回路層に再結晶が生じることになり、Ｃｕ回路内に生じた内部応力が消滅することになり、セラミックス層とＣｕ回路層とにクラック等が生じ難いことになる。
請求項２に係る発明は、純度が９９．９９９％以上のＣｕ回路層と、該Ｃｕ回路層の一方の面に設けられたセラミックス層と、前記Ｃｕ回路層の他方の面に設けられた高純度金属層とを有する熱伝導性複層基板を特徴とする。
この発明に係る熱伝導性複層基板によれば、温度サイクルが繰り返されたとしても、Ｃｕ回路基板と、セラミックス層と、高純度金属層とに亀裂が生じ難い。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載された熱伝導性複層基板において、前記高純度金属層が、９９．９９９％以上の純度のＣｕ金属層であることを特徴とする。
この発明に係る熱伝導性複層基板によれば、温度サイクルが繰り返されたとしても、Ｃｕ回路層と、金属層とにおいては、再結晶が生じることから、内部応力の蓄積が無く、温度サイクル寿命が長くなる。
さらに、金属層及びＣｕ回路層のいずれも、９９．９９９％以上の純度の胴から構成されていることから、熱伝導率がよい。
請求項４に係る発明は、絶縁基板と、該絶縁基板の一方の面に積層される回路層と、該絶縁基板の他方の面に積層される金属層と、前記回路層にはんだを介して搭載される半導体チップと、前記金属層に接合される放熱体とを備えたパワーモジュール用基板であって、前記回路層及び金属層を、純度が９９．９９９％以上の銅で構成したことを特徴とする。
この発明によるパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので、温度サイクル寿命を延ばすことができる。また、回路層及び金属層は銅から構成されているので熱伝導率を良くすることができる。従って、半導体チップからの熱を効率良く放熱体側に伝達させて放出させることが可能となる。
請求項５に係る発明は、請求項２に記載のパワーモジュール用基板であって、前記放熱体は、はんだ、ろう付け又は拡散接合によって前記金属層に接合されていることを特徴とする。
この発明によるパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので、温度サイクル寿命を延ばすことができる。また、回路層及び金属層は銅から構成されているので熱伝導率を良くすることができる。従って、半導体チップからの熱を銅からなる回路層、絶縁基板、及び銅からなる金属層を介して放熱体側に効率良く伝達させて放出させることが可能となる。
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載のパワーモジュール用基板であって、前記絶縁基板は、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＣからなることを特徴とする。
この発明によるパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので温度サイクル寿命を延ばすことができる。また、回路層及び金属層は銅から構成されているので熱伝導率を良くすることができる。従って、半導体チップからの熱を、銅からなる回路層、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＣからなる絶縁基板、及び銅からなる金属層を介して放熱体側に効率良く伝達させて放出させることが可能となる。
請求項７に係る発明は、請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、前記回路層及び前記金属層が１００℃以内で応力解放することを特徴とする。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、金属層及び回路層が加工硬化し難く、はんだにクラックが発生することが防止され、回路層が絶縁基板から剥離することが防止される。
請求項８に係る発明は、請求項４から６のいずれかに記載のパワーのジュール用基板において、前記回路層及び前記金属層の破断時の伸びが−４０℃以上１５０℃以下の範囲で２０％以上３０％以下であることを特徴とする。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば金属層及び回路層が加工硬化し難く、はんだにクラックが発生することが防止され、回路層が絶縁基板から剥離することが防止される。
つまり、−４０℃以上１５０℃以下の範囲での伸びが、２０％よりも小さい場合には、回路層及び金属層は、加工硬化を起こし易くなり、回路層と半導体チップとの間のはんだにクラックが生じるおそれがあり、また、−４０℃から１２０℃の範囲での伸びが３０％よりも大きい場合には、回路層とはんだとの間に過大な熱応力が生じることになり、回路層と半導体との間のはんだにクラックが生じたり、回路層が絶縁基板から剥離するおそれがある。
請求項９に係る発明は、請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、前記回路層及び前記金属層の厚さが０．０４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、金属層及び回路層が加工硬化し難く、はんだにクラックが発生することが防止され、回路層が絶縁基板から剥離することが防止される。
なお、金属層及び回路層の厚さが０．０４ｍｍより薄い場合には、回路層が半導体チップと絶縁基板との間に生じる応力を軽減することができず、はんだにクラックが生じるおそれがあり、また、１ｍｍよりも厚い場合には回路層の強度が大きくなり、温度サイクルが繰り返されることによって絶縁基板が割れるおそれがある。
請求項１０に係る発明は、請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、前記回路層及び前記金属層の導電率が９９％ＩＡＳＣ以上であることを特徴とする。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、回路層が絶縁基板から剥離することが防止される。
なお、ＩＡＳＣとは、国際標準軟銅（International Annealed Copper Standard）を意味する。
請求項１１に係る発明によれば、請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、前記回路層及び前記金属層の結晶粒が平均粒径で１．０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層に反りなどの不具合が生じることがなく、また、回路層及び金属層が加工硬化することが防止される。
なお、この請求項における平均粒径とは、パワーモジュールが製造された後の平均結晶粒径の平均を意味する。
また、平均粒径が１．０ｍｍより小さい場合には、金属層及び回路層が温度サイクルにおいて加工硬化し易くなり、回路層と半導体チップとの間のはんだにクラックが生じやすくなり、また、平均粒径が３０ｍｍより大きくなると金属層及び回路層に機械的強度の異方性が生じ、反り等の不具合が生じることになる。
本発明のパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されることになるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので、温度サイクル寿命を著しく延ばすことができることになる。また、回路層及び金属層は、熱伝導率の良好な銅から構成されることになるので、半導体チップからの熱を効率良く放熱体側に伝達させて放出させることができることになる。従って、温度サイクルに対する長寿命と良好な熱伝導率との両方を満足させることができるパワーモジュール用基板を提供することができることになる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１には、本発明によるパワーモジュール用基板の一実施の形態が示されていて、このパワーモジュール用基板１は、絶縁基板２と、絶縁基板２の一方の面に積層される回路層３と、絶縁基板２の他方の面に積層される金属層４と、回路層３に搭載される半導体チップ５と、金属層４に接合される放熱体６とを備えている。
絶縁基板２は、例えばＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ等により所望の大きさに形成されるものであって、その上面及び下面に回路層３及び金属層４がそれぞれ積層接着されるようになっている。
回路層３及び金属層４を絶縁基板２に積層接着する方法としては、絶縁基板２と回路層３及び金属層４とを重ねた状態で、これらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2（４．９×１０４〜１９．６×１０４Ｐａ）を加え、Ｎ2雰囲気中で１０６５℃に加熱するいわゆるＤＢＣ法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ法）、絶縁基板３と回路層３及び金属層４との間にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態で、これらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2（４．９×１０４〜１９．６×１０４Ｐａ）を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱するいわゆる活性金属法等があり、用途に応じて適宜の方法を選択して使用すれば良い。
回路層３及び金属層４は、純度９９．９９９％以上のＣｕ（５Ｎ−Ｃｕ）から構成される。５Ｎ−Ｃｕは、再結晶温度がＲＴ（室温）〜１５０℃の特性を有する。従って、−４０〜１２５℃の温度サイクルで繰り返し使用しても、内部応力が蓄積するようなことはなく、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができる。
回路層３及び金属層４は、純度９９．９９９９％以上のＣｕ（６Ｎ−Ｃｕ）で構成しても良い。６Ｎ−Ｃｕは、再結晶温度がＲＴ（室温）〜１００℃の特性を有する。従って、５Ｎ−Ｃｕと同様に、−４０〜１２５℃の温度サイクルで繰り返し使用しても、内部応力が蓄積するようなことはなく、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができ、回路層及び金属層をＡｌで構成したものと同様に、３０００サイクル以上の温度サイクル寿命が得られる。
回路層３には、半導体チップ５を搭載するための回路パターンが形成され、この回路層３の上部にはんだ７を介して半導体チップ５が搭載されている。金属層３の下面には、はんだ８、ろう付け、拡散接合等によって放熱体６が一体に接合されている。
放熱体６は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ等のような高熱伝導材（熱伝導率の良好な素材）からなる放熱体本体と、高炭素鋼（Ｆｅ−Ｃ）等のような低熱膨張材とを複数接合させて多層構造に形成したものであって、下方に位置する冷却シンク部９に取り付けられて使用され、冷却シンク部９内の冷却水（又は冷却空気）を介して放熱体６に伝達される半導体チップ５からの熱を外部に放出させる。
上記のように構成したこの実施の形態によるパワーモジュール用基板１にあっては、回路層３及び金属層４を純度９９．９９９％以上のＣｕ（５Ｎ−Ｃｕ）で構成しているので、−４０〜１２５℃の温度サイクルが繰り返し作用する条件下で使用しても、内部応力が蓄積するようなことはなく、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができる。従って、ＳｉＣ、ＧａＮ等のように、高温領域で作動するデバイスでの使用が可能となる。
また、回路層３及び金属層４を純度９９．９９９９％以上のＣｕ（６Ｎ−Ｃｕ）で構成した場合にも、−４０〜１２５℃の温度サイクルが繰り返し作用する条件下で使用しても、内部応力が蓄積するようなことはなく、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができる。従って、１２５℃以下で作動するデバイス（Ｓｉ半導体等）でも使用することが可能となる。
表１に、従来のパワーモジュール用基板と本発明のパワーモジュール用基板との温度サイクル寿命を比較した結果を示す。ここで、セラミックスは絶縁基板を示し、金属回路は回路層及び金属層を示し、ＯＦＣは無酸素銅（Ｃｕ；９９．９〜９９．９９％）を示している。この表１から、本発明によるパワーモジュール用基板が従来のパワーモジュール用基板よりも温度サイクル寿命が長いことが分かる。
Figure 2004221547
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に示された構成と同一の構成であることから、符号のみを変えて説明する。
本実施形態における回路層３a及び金属層４aは、１００℃以下で応力解放するＣｕ（５Ｎ−Ｃｕ）からなる。ここで、応力解放とは、再結晶が起こる前に結晶内に生じていた点欠陥の消滅、転位の再配列等が生じることをいう。
このため、回路層３a及び金属層４ｂは、欠陥の消滅、転位の再配列等が生じ易いため内部応力が蓄積し難くなっている。
つまり、回路層３a及び金属層４ｂは、−４０℃以上１２５以下の範囲で温度サイクルが繰り返されたとしても、１００℃以下で欠陥の消滅、転位の再配列等が生じ、歪みのない状態に戻ることになり、加工硬度し難く硬度変化の小さいものである。
したがって、回路層３ａは、半導体チップ５と絶縁基板２との間に生じる応力を軽減することができる。
また、はんだ７にクラックが発生することを防止することができる。
表２において、温度サイクル（−４０℃〜１２５℃×１５min、３０００サイクル）後の硬度変化と絶縁回路基板の不良率との関係（不良：セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ）を示したものである。硬度変化の違いは、Ｃu（２Ｎ、３Ｎ，４Ｎ，５Ｎ、６Ｎ）の純度を変えてサンプルを作成した。
この表２から、硬度変化が３０％以上である場合には、絶縁基板の割れ又は、回路層と絶縁基板との剥がれ等の不具合が生じることが分かる。
Figure 2004221547
また、下記に示される表３において、応力解放により転位の消滅が起こる場合には、絶縁基板２の割れ又は、回路層３ａと絶縁基板２との剥がれ等の不具合が生じないことが分かる。
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に示された構成と同一の構成であることから、符号のみを変えて説明する。
本実施形態においては、回路層３ｂ及び金属層４ｂは、−４０℃以上１５０度以下の範囲で破断時における伸びの範囲が２０％以上３０％以下の純度９９．９９９％以上のＣｕにより形成されている。
ここで、回路層３ｂ及び金属層４ｂが上記銅によって、形成されていることから、−４０℃から１２５℃の温度サイクルで繰り返しし使用されたとしても、回路層３ｂ及び金属層３ｂが加工硬化し難くなっている。
このため、本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができ、ＳｉＣ、ＧａＮ等のように、高温領域で作動するデバイスでの使用が可能となる。
なお、表３において、―４０℃から１５０℃における引張試験の結果より、伸び率が２０％以上３０％以下の場合には、絶縁基板２の割れ又は、回路層３aと絶縁基板２との剥がれ等の不具合が生じることがないことが分かる。
本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に示された構成と同一の構成であることから、符号のみを変えて説明する。
本実施形態においては、回路層３ｃ及び金属層４ｃは、純度９９．９９９％以上の純銅のより形成され、回路層３ｃ及び金属層４ｃの厚さが０．０４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成されている。
回路層３ｃ及び金属層４ｃの厚みが０．０４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成されていることから、−４０〜１２５℃の温度サイクルで繰り返し使用しても、内部応力が蓄積するようなことはなく、温度サイクルの高温側での加工硬化を抑制することができ、３０００サイクル以上の温度サイクル寿命が得られる。
特に、絶縁基板２がＡｌＮ、又はＡｌ2Ｏ3によって形成されている場合には、永い温度サイクルル寿命を得ることができる。
本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に示された構成と同一の構成であることから、符号のみを変えて説明する。
本実施形態においては、回路層３ｄ及び金属層４ｄは、純度９９．９９９％以上の純銅のうち、導電率が９９％ＩＡＣＳ以上の純銅によって形成されている。
表３において、Ｎ＝５又はＮ＝６の純銅のうち導電率が９９％ＩＡＳＣ以上の純銅の場合では、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じないことが分かる。
本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、図１に示された構成と同一の構成であることから、符号のみを変えて説明する。
本実施形態において、回路層３e及び金属層４eは、９９．９９９％以上の純銅のうち平均の結晶粒径が１．０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の純銅によって形成されている。
結晶粒径が１．０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の場合には、回路層３e及び金属層４eが共に加工硬化しにくく、また、はんだ７、８の影響を受け難いことから、セラミックス基板の割れ又は、回路層３e及び金属層４eの剥がれ等の不具合生じ難いことになる。
このため、−４０℃から１２５℃の温度サイクルにおいても、３０００サイクル以上の温度サイクル寿命を得ることができる。
表３は、それぞれの絶縁基板のＣu回路部分を切り出し（残部のセラミックスは、２０％のＮaＯＨのエッチング液で除去）、不良率、転位数の減少、導電率、平均粒径及び伸び率について測定した結果を示す。
伸び率については、Ｃuの回路の厚さを０．３ｍｍとして、引張スピードを０．５ｍｍ/minとして実施した。
転位数については、１００℃の熱処理後の転位数の減少の有り又は無しについて測定した。観測においては、絶縁回路基板のＣu材の部分をＴＥＭ観察し、Ｎ＝３で転位数を測定し、その平均転位数に対し、絶縁回路基板を１００℃で３時間熱処理した後、測定した平均の転位数が減少しているか調べた。
導電率については、国際標準軟銅（ＩＡＣＳ）の電気導電度との比によって表されている。
平均結晶粒径は、１００℃熱処理後の結晶粒径の平均をとったものである。
不良率については、それぞれの試験項目に対して、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じるか否かについて判断することにした。
この結果、Ｎ＝５又はＮ＝６の純銅のうち、伸び率が２０％以上３０％以下の場合には、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じることがないことが分かる。
また、Ｎ＝５又はＮ＝６の純銅のうち、平均結晶粒径の平均が１．０ｍｍ以上である場合には、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じないことが分かる。
さらに、Ｎ＝５又はＮ＝６の純銅のうち導電率が９９ＩＡＳＣ以上の純銅の場合では、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じないことが分かる。
またさらに、Ｎ＝５又はＮ＝６の純銅のうち、１００℃で３時間熱処理した後に転位数の減少が生じる純銅においては、セラミックス基板の割れ又は、Ｃu回路とセラミックス基板との剥がれ等の不具合が生じないことが分かる。
Figure 2004221547
表４は、純銅Ａ（Ｎ＝５、真空焼鈍材 厚さ０．３ｍｍ）と、純銅Ｂ（Ｎ＝３、真空焼鈍材 厚さ０．３ｍｍ）と、アルミ（真空焼鈍材 厚さ０．４ｍｍ）とについて引張試験を行った成績票が記載されている。
この結果、純銅Ａの−４０℃から１５０℃における伸びは２０％以上３０％以下であることが分かる。
Figure 2004221547
本発明のパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されることになるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので、温度サイクル寿命を著しく延ばすことができることになる。また、回路層及び金属層は、熱伝導率の良好な銅から構成されることになるので、半導体チップからの熱を効率良く放熱体側に伝達させて放出させることができることになる。従って、温度サイクルに対する長寿命と良好な熱伝導率との両方を満足させることができるパワーモジュール用基板を提供することができることになり、産業上の利用可能性が認められる。
本発明のパワーモジュール用基板によれば、回路層及び金属層は、純度が９９．９９９％以上の銅で構成されることになるので、温度サイクルが繰り返し作用した場合に、再結晶により内部応力が消滅することになる。従って、内部応力が蓄積することがないので、温度サイクル寿命を著しく延ばすことができることになる。また、回路層及び金属層は、熱伝導率の良好な銅から構成されることになるので、半導体チップからの熱を効率良く放熱体側に伝達させて放出させることができることになる。従って、温度サイクルに対する長寿命と良好な熱伝導率との両方を満足させることができるパワーモジュール用基板を提供することができることになる。
本発明によるパワーモジュール用基板の一実施の形態を示した概略断面図である。 従来のパワーモジュール用基板の一例を示した概略断面図である。 従来のパワーモジュール用基板の他例を示した概略断面図である。
符号の説明
１ パワーモジュール用基板
２ 絶縁基板
３ 回路層
４ 金属層
５ 半導体チップ
６ 放熱体
７ はんだ

Claims (11)

  1. 純度が９９．９９９％以上のＣｕ回路層とセラミック層とを少なくとも有することを特徴とする熱伝導性複層基板。
  2. セラミックス層と、該セラミックス層の一方の面に設けられた純度９９．９９９％以上のＣｕ回路層と、前記セラミックス層の他方の面に設けられた高純度金属層とを有することを特徴とする熱伝導性複層基板。
  3. 請求項２に記載された熱伝導性複層基板において、
    前記高純度金属層が、９９．９９９％以上の純度のＣｕ金属層であることを特徴とする熱伝導複層基板。
  4. 絶縁基板と、該絶縁基板の一方の面に積層される回路層と、該絶縁基板の他方の面に積層される金属層と、前記回路層にはんだを介して搭載される半導体チップと、前記金属層に接合される放熱体とを備えたパワーモジュール用基板であって、前記回路層及び金属層を、純度が９９．９９９％以上の銅で構成したことを特徴とするパワーモジュール用基板。
  5. 請求項４に記載のパワーモジュール用基板であって、前記放熱体は、はんだ、ろう付け又は拡散接合によって前記金属層に接合されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
  6. 請求項４又は５に記載のパワーモジュール用基板であって、前記絶縁基板は、ＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＣからなることを特徴とするパワーモジュール用基板。
  7. 請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、
    前記回路層及び前記金属層が、１００℃で２４時間以内に応力解放することを特徴とするパワーモジュール用基板。
  8. 請求項４から６のいずれかに記載のパワーのジュール用基板において、
    前記回路層及び前記金属層の破断時の伸びが−４０℃以上１５０℃以下の範囲で２０％以上３０％以下であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
  9. 請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、
    前記回路層及び前記金属層の厚さが０．０４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
  10. 請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、
    前記回路層及び前記金属層の導電率が９９％ＩＡＳＣ以上であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
  11. 請求項４から６のいずれかに記載のパワーモジュール用基板において、
    前記回路層及び前記金属層の結晶粒が平均粒径で１．０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とするパワーモジュール用基板。


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