JP2008124067A

JP2008124067A - 熱伝導性基板およびこれを用いるパワーモジュール

Info

Publication number: JP2008124067A
Application number: JP2006302906A
Authority: JP
Inventors: Seiki Hiramatsu; 星紀平松; Kei Yamamoto; 圭山本; Takashi Nishimura; 隆西村; Atsuko Fujino; 敦子藤野; Kenji Mimura; 研史三村; Hideki Takigawa; 秀記瀧川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】熱伝導シートにクラックの発生がなく、配線電極の剥離も発生しない信頼性の高い熱伝導性基板を提供する。
【解決手段】熱伝導性基板は、半導体素子１と外部との間で送受する信号または電源を伝える配線電極２、配線電極２に接し熱を伝導する熱伝導シート３および熱伝導シート３に接し半導体素子１および配線電極２を支持するベース板４を有しており、配線電極２の側面から配線電極２を囲繞する熱伝導シート３の領域までを覆う熱伝導性部材５が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体素子が実装され熱伝導性に優れる熱伝導性基板およびこれを用いるパワーモジュールに関するものである。

半導体装置の高速化、高性能化に伴い半導体素子の電力量は増加する方向にあるとともに、半導体素子は小型化、高集積化の傾向にあるため、電力量増加に伴って単位面積当たりの発熱量は、増加の一途をたどっている。このため、半導体素子の熱暴走による動作不良が生じやすく、また半導体素子を搭載する基板に使用する部材の熱膨張で部材が破壊し、熱伝導性基板の信頼性が著しく低下する問題が生じており、電気システム装置の高機能化、高性能化を妨げる要因のひとつになっている。
このような半導体素子の電力量の増加に対処する手段として熱伝導性のシートを介して半導体素子の熱を放熱板に効率良く放熱する方法が検討されてきた。通常、半導体素子と放熱板は電気回路の観点から直接結合することができないため、熱伝導性を高めた絶縁シートを搭載した熱伝導性基板の要求が高まっている。

この要求に対し、熱伝導シートを金属ベース板と配線電極の間に設けて放熱性を高めた構造が提案されている。この構造では、セラミック粒子が充填された熱伝導性樹脂シートの上に、断面が矩形状の配線電極を設け、配線電極の端部の側面は、熱伝導性樹脂シート上部に露出している（例えば、特許文献１参照）。
また、絶縁層上に溶射法で形成した配線電極を使用した基板の構造が提案されている。この構造でも、断面が矩形状の配線電極を絶縁層上に形成してあり、配線電極の端部の側面は、熱伝導性樹脂シートの上部に露出している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−６４１６８号公報特開２００６−１７９８５６号公報

しかし、特許文献１で提案された構造では、配線電極の端部の側面が、熱伝導性樹脂シート上部に露出しているため、ヒートサイクル試験時には、配線電極の端部と熱伝導シートが接する部分から熱伝導シートにクラックが発生したり、配線電極が熱伝導シートから剥離したりして、基板の絶縁性能を著しく損なう問題がある。
また、特許文献２で提案された構造では、溶射法で電極を作製しているため、溶射温度から室温に冷却するときやヒートサイクル試験時に、配線電極の端部と熱伝導シートが接する部分から熱伝導シートにクラックが発生したり、配線電極が熱伝導シートから剥離したりして、基板の絶縁性能を著しく損なう問題がある。

この発明の目的は、熱伝導シートにクラックの発生がなく、配線電極の剥離も発生しない信頼性の高い熱伝導性基板およびこれを用いるパワーモジュールを提供することにある。

この発明に係わる熱伝導性基板は、半導体素子と外部との間で送受する信号または電源を伝える配線電極、上記配線電極に接し熱を伝導する熱伝導シートおよび熱伝導シートに接し上記半導体素子および上記配線電極を支持するベース板を有する熱伝導性基板において、上記配線電極の側面から上記配線電極を囲繞する上記熱伝導シートの領域までを覆う熱伝導性部材が形成されている。

この発明に係わる熱伝導性基板の効果は、ヒートサイクル試験やハンダリフロー時の温度で発生する熱応力に対し、配線電極の端部が熱伝導性部材により覆われているために、配線電極の端部と熱伝導シートとの接点付近からクラックが発生することがなくなり、また配線電極が熱伝導シートから剥離することがなくなるので、熱伝導性基板の信頼性が向上することである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる熱伝導性基板の断面図である。図２は、この発明の実施の形態１に係わる熱伝導性基板の斜視図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ断面での断面図である。
この発明の実施の形態１に係わる熱伝導性基板は、図１と図２に示すように、配線路であり半導体素子１の入出力端子が接続される配線電極２、配線電極２が実装される熱伝導シート３、熱伝導シート３が実装されるベース板４、配線電極２の外周端面から熱伝導シート３の上面に亘って形成された熱伝導性部材５を備える。

配線電極２は、半導体素子１に電力を供給したり、半導体素子１と外部との間の電気信号を伝達したりする配線路が形成されている。配線電極２は、銅が用いられて形成されているがこれに限定するものではなく、銀、アルミニウム、金など導電性を持つ金属であればよい。
また、配線電極２の表面は防錆のため金、ニッケルなどのめっきを施してもよい。
また、熱伝導シート３と接する部分の表面に凹凸を設けて接着性を向上させてもよい。

熱伝導シート３は、配線電極２をベース板４に接着することにより一体化し、半導体素子１からの熱をベース板４に伝達させる高熱伝導性物質が混合された樹脂であり、エポキシ樹脂中に球状のアルミナ粉末を混合したものである。なお、樹脂成分としてはエポキシ樹脂に限るものではなく、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂など整形できる樹脂であれば良い。また、高熱伝導性物質としてはアルミナに限るものではなく、シリカ、ボロンナイトライドなどのセラミック微粒子を用いてもよい。また、粒子形状としては球状を用いているがこれに限るものではなく、粒子状、破砕状、鱗片状などを用いても良い。

ベース板４は、半導体素子１、配線電極２および熱伝導シート３を支持する支持体であり、銅板を用いている。なお、ベース板４に銅板を用いているがこれに限るものではなく、アルミニウムなどの金属板、銅タングステン合金、銅モリブデン合金などの合金板、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックス板、アルミニウムシリコンカーバイト（ＡｌＳｉＣ）などの金属基複合材料などを用いてもよい。また、樹脂中にセラミック粒子やガラス繊維を充填した樹脂基複合材料を用いても良い。

熱伝導性部材５は、配線電極２の端部の側面と熱伝導シート３の配線電極２を囲繞する領域とを覆い、配線電極２および熱伝導シート３と一体化している構造部材である。熱伝導性部材５は、熱伝導シート３と同じくエポキシ樹脂中に球状のアルミナ粉末を混合したものである。なお、熱伝導性部材５としては、熱伝導シート３と同じものを用いているがこれに限るものではない。また、接着基材としてはエポキシ樹脂を用いているが、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂など整形できる樹脂であれば良い。また、樹脂に充填する粒子としてアルミナ粉末を用いているがこれに限るものではなく、ダイアモンド、金属粉末、カーボン、セラミックなど樹脂成分に比べて熱伝導率の大きい粒子であれば構わない。また、粒子形状としては球状粒子を用いているがこれに限るものではなく、粒状、破砕状、鱗片状などを用いても良い。
また、接着基材として樹脂成分を用いているがこれに限るものではなく、銅、アルミニウム、鉄、ニッケルなどの金属、銅タングステンなどの合金、アルミニウムシリコンカーバイトなどの金属基複合材料を用いても良い。

また、複数の配線電極２が熱伝導シート３に上に形成されている場合、個々の配線電極２に異なる熱伝導性部材５を形成してもよく、配線電極２の剥離や熱伝導シート３のクラックを抑制できる構造であれば構わない。

半導体素子１は、電気信号の切換、増幅などを行う素子であり、通常シリコン素子であるがこれに限定するものではなくガリウムヒ素、インジウムリン、シリコンカーバイトなどの化合物材料を用いた素子でも良く、半導体特性が得られるものであればいずれの素子でも構わない。
また、図２においてベース板４上に半導体素子１を２個搭載しているが、半導体素子１の数を限定することはない。

次に、熱伝導性部材５の形状について図３を参照して説明する。図３は、熱伝導性部材５の形状を説明するための熱伝導性基板の部分拡大断面図である。
ベース板４の厚さ方向に配線電極２を熱伝導シート３に投影したときの投影図の外周、例えば図３に示す熱伝導性基板においては、点Ｐが外周の点になる。この点Ｐを原点とし、ベース板４の面方向にＸ軸を、厚さ方向にＹ軸を設定する。
そして、熱伝導性部材５の断面をＹ軸により分けられた２つの図形５ａ、５ｂがＹ軸を中心線として線対称であり、断面を円弧状の側辺８ａ、８ｂと熱伝導シート３に沿った底辺９で表すことができる。

次に、熱伝導性部材５の断面の形状の変形例を図４〜図６を参照して説明する。図４は、Ｙ軸により分けられた２つの図形５ａ、５ｂが線対称でない熱伝導性部材５を含む部分拡大断面図である。図５は、側辺８ａ、８ｂが直線であり断面が三角形である熱伝導性部材５を含む部分拡大断面図である。図６は、配線電極２の半導体素子１が実装される面２ａより高い位置まで形成された熱伝導性部材５を含む部分拡大断面図である。
熱伝導性部材５の断面形状は、配線電極２の剥離や熱伝導シート３のクラックを抑制できる形状であればいずれの形状でも構わない。例えば、図４に示すように、Ｙ軸により２つに分けられた図形５ａ、５ｂが線対称でなくてもよいし、図５に示すように、断面が三角形状であってもよいし、図６に示すように、配線電極２の半導体素子１が実装される面２ａより高い位置まで形成してもよい。
また、断面の側辺８ａ、８ｂの形状は多次元関数、指数関数、対数関数などで表される曲線で形成されていてもよい。

このような熱伝導性基板は、ヒートサイクル試験やハンダリフロー時の温度で発生する熱応力に対し、配線電極２の端部が熱伝導性部材５により覆われているために、配線電極２の端部と熱伝導シート３との接点付近からクラックが発生することがなくなり、また配線電極２が熱伝導シート３から剥離することがなくなるので、熱伝導性基板の信頼性が向上する。
また、熱伝導性部材５が配線電極２の側面にも形成されるので、配線電極２に搭載された半導体素子１から発熱する熱量を効率よく熱伝導シート３に伝えることができ、熱伝導性基板の放熱性が向上する。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係わる熱伝導性基板の部分拡大断面図である。図７は、図５の熱伝導性基板と同じ熱伝導性基板を図示してあるが、Ｙ軸により分けられた部分５ａ、５ｂの断面の形状が異なっている。図７（ａ）には、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が内側の部分５ｂの高さｈ_２より低い場合を図示している。図７（ｂ）には、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が内側の部分５ｂの高さｈ_２より高い場合を図示している。図７（ｃ）には、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が配線電極２の厚さｔよりも高い場合を図示している。
この発明の実施の形態２に係わる熱伝導性基板は、実施の形態１に係わる熱伝導性基板と寸法を除けば同様であり、同じ符号を付記して説明は省略する。
まず、寸法の定義を行う。
ベース板４の厚さ方向に配線電極２を熱伝導シート３上に投影したときの投影図の外周、図７に示す熱伝導性基板においては、点Ｐが配線電極２の外周に相当する点になる。この点Ｐを原点とし、ベース板４の面方向にＸ軸を、厚さ方向にＹ軸を設定する。
そして、熱伝導性部材５の断面をＹ軸により２つの部分５ａ、５ｂに分ける。２つの部分のうち、Ｙ軸に関して配線電極２の反対側の部分（以下、「熱伝導性部材５の外側の部分」と称す）５ａの底辺の長さをｗ_１、高さをｈ_１、Ｙ軸に関して配線電極２側の部分（以下、「熱伝導性部材５の内側の部分」と称す）５ｂの底辺をｗ_２、高さをｈ_２で表す。また、配線電極２の厚さをｔとする。

実施の形態２においては、熱伝導性部材５の外側の部分５ａと内側の部分５ｂの寸法を変更して、熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率について評価した。
熱伝導シート３のクラック発生率は、作製した熱伝導性基板中でクラックが発生していた基板の枚数の百分率、配線電極２の剥離率は、作製した熱伝導性基板中で配線電極２が剥離していた熱伝導性基板の枚数の百分率、封止樹脂のボイド率は、熱伝導性基板を封止樹脂で封止したときに、封止樹脂中にボイドが混入した熱伝導性基板の枚数の百分率で評価した。

ベース板４の厚さを２．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さを０．１ｍｍ、配線電極２の厚さｔを１．０ｍｍとして、ベース板４と配線電極２は銅を使用し、熱伝導シート３と熱伝導性部材５は弾性率が１０ＧＰａで熱伝導率が５Ｗ／ｍＫの樹脂組成物を使用した。また、熱伝導性部材５は断面が三角形になるように作製した。
そして、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの寸法、底辺の長さと高さとを変更して、熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。なお、外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１を０．００５ｔ、０．０１ｔ、ｔ、１．０１ｔ、１．５ｔ、外側の部分５ａの高さｈ_１を０．００５ｔ、０．０１ｔ、ｔ、１．２ｔ、１．２１ｔ、１．５ｔと可変した。このとき熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２を０．５ｍｍ、高さｈ_２を０．５ｍｍに固定して評価した。その結果を表１と表２に示す。

表１と表２の結果より分かるように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１が０．００５ｔｍｍ以上で１．５ｔｍｍ以下の範囲、高さｈ_１が０．００５ｔｍｍ以上で１．５ｔｍｍ以下の範囲にある場合、配線電極２の剥離は発生しない。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が、０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲にある場合、熱伝導シート３のクラック発生率とボイド率が０％になることが分かる。なお、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が配線電極２の厚さｔを超える場合は、図７（ｃ）に示す様に、熱伝導性部材５が配線電極２上に覆いかぶさる構造になるため、配線電極２の端部の垂線上の高さを利用した。

次の評価条件としては、ベース板４の厚さを２．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さを０．１ｍｍ、配線電極２の厚さｔを１．０ｍｍとし、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１を０．３ｍｍ、高さｈ_１を０．５ｍｍに固定して熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２と高さｈ_２を変更して、熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。なお、内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２を０．００５ｔ、０．０１ｔ、ｔ、１．０１ｔ、１．５ｔ、内側の部分５ｂの高さｈ_２を０．００５ｔ、０．０１ｔ、ｔと可変した。その評価結果を表３に示す。

表３の結果より分かるように、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの高さｈ_２が０．００５ｔ以上でｔ以下の範囲にあるとき、熱伝導シート３のクラックと封止樹脂のボイドは発生しないことが分かる。
また、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺ｗ_２が、０．０１ｔｍｍ以上でｔ以下の範囲、高さｈ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲にあるとき配線電極２の剥離率が０％になることが分かる。

表１から表３に示す評価は、熱伝導性部材５の断面の形状が三角形のときの評価結果であるが、熱伝導性部材５の側辺８ａ、８ｂが円弧になるように形成した熱伝導性基板につても評価を行った。
この評価ではベース板４の厚さを２．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さを０．１ｍｍ、配線電極２の厚さｔを１．０ｍｍとし、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２を０．５ｍｍ、高さｈ_２を０．５ｍｍに固定して熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１と高さｈ_１を変更して、熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。なお、外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１を０．００５ｔ、ｔ、１．５ｔ、外側の部分５ａの高さｈ_１を０．０１ｔ、１．２ｔ、１．２１ｔ、１．５ｔと可変した。その評価結果を表４に示す。

表４の結果から分かるように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲にあるとき、配線電極２の剥離率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲にあるとき、封止樹脂のボイド率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１がｔ、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲にあるとき、熱伝導シート３のクラック発生率が０％になる。

次の評価ではベース板４の厚さを２．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さを０．１ｍｍ、配線電極２の厚さｔを１．０ｍｍとし、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１を０．３ｍｍ、高さｈ_１を０．５ｍｍに固定して熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２と高さｈ_２を変更して、熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。なお、内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２を０．００５ｔ、０．０１ｔ、ｔ、１．０１ｔ、１．５ｔ、内側の部分５ｂの高さｈ_２を０．０１ｔ、ｔと可変した。その評価結果を表５に示す。

表５の結果から分かるように、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの高さｈ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲にあるとき、熱伝導シート３のクラック発生率および封止樹脂のボイド率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの高さｈ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲にあるとき、配線電極２の剥離率が０％になる。

今までの表１から表５に示す評価条件では、配線電極２の厚さｔを１．０ｍｍとして評価してきたが、次に、配線電極２の厚さｔを０．５ｍｍに変更して、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１と高さｈ_１とを可変して熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。この評価条件では、ベース板４の厚さは２．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さは０．１ｍｍと固定している。また、ベース板４と配線電極２は銅を使用し、熱伝導シート３と熱伝導性部材５は弾性率が１０ＧＰａで熱伝導率が５Ｗ／ｍＫの樹脂組成物を使用した。また、熱伝導性部材５は断面形状を三角形となるように作製した。このような条件で作製した熱伝導性基板を評価しその結果を表６に示す。

表６の結果から分かるように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．０２ｔ以上で３ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．６ｔ以上で２．４２ｔ以下の範囲のとき、配線電極２の剥離率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．０２ｔ以上でｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．６ｔ以上でｔ以下の範囲のとき、熱伝導シート３のクラック発生率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．０２ｔ以上で２ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．６ｔ以上で２．４２ｔ以下の範囲のとき、封止樹脂のボイド率が０％になる。

次の評価条件では、ベース板４の厚さを３．０ｍｍに変更して、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１と高さｈ_１とを可変して熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。この評価条件では配線電極２の厚さｔは１．０ｍｍ、熱伝導シート３の厚さは０．１ｍｍと固定している。また、ベース板４と配線電極２は銅を使用し、熱伝導シート３と熱伝導性部材５は弾性率が１０ＧＰａで熱伝導率が５Ｗ／ｍＫの樹脂組成物を使用した。また、熱伝導性部材５は断面形状を三角形となるように作製した。このような条件で作製した熱伝導性基板を評価しその結果を表７に示す。

表７の結果から分かるように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲のとき、配線電極２の剥離率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲のとき、熱伝導シート３のクラック発生率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１がｔ、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲のとき、熱伝導シート３のクラック率が０％になる。

次の評価条件では、熱伝導シート３の厚さを０．２ｍｍに変更して、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１と高さｈ_１とを可変して熱伝導シート３のクラック発生率、配線電極２の剥離率、封止樹脂のボイド率を評価した。配線電極２の厚さは１．０ｍｍ、ベース板４の厚さは２．０ｍｍと固定している。また、ベース板４と配線電極２は銅を使用し、熱伝導シート３と熱伝導性部材５は弾性率が１０ＧＰａで熱伝導率が５Ｗ／ｍＫの樹脂組成物を使用した。また、熱伝導性部材５は断面形状を三角形となるように作製した。このような条件で作製した熱伝導性基板を評価しその結果を表８に示す。

表８の結果から分かるように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲のとき、配線電極２の剥離率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１が０．００５ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲のとき、封止樹脂のボイド率が０％になる。
また、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺ｗ_１がｔ、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．５ｔ以下の範囲のとき、熱伝導シート３のクラック率が０％になる。

このように、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの底辺の長さｗ_１が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の外側の部分５ａの高さｈ_１が０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの底辺の長さｗ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、熱伝導性部材５の内側の部分５ｂの高さｈ_２が０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲のとき、配線電極２の剥離率、熱伝導シート３のクラック率および封止樹脂のボイド率が０％になる。

上述のような寸法の熱伝導性部材５を配線電極２の側面から熱伝導シート３の配線電極２を囲繞する領域に亘って形成することにより、熱伝導シート３のクラックや配線電極２の剥離を防止することができ、熱伝導性基板を小型化や高密度化できる。
また、熱伝導性基板を樹脂で封止するとき、熱伝導性部材５の表面に沿って封止樹脂が流れ易いので、配線電極２の端部に気泡が巻き込まれることがなく、熱伝導性基板の絶縁信頼性を向上することができる。

この熱伝導性基板を用いることにより放熱性に優れ、信頼性が高いパワーモジュールを提供することができる。このパワーモジュールは、熱伝導性基板の配線電極２に実装された半導体素子１と、半導体素子１および配線電極２を封止する封止樹脂と、熱伝導性基板のベース板４に固着されたヒートシンクを具備する。

この発明の実施の形態１に係わる熱伝導性基板の断面図である。この発明の実施の形態１に係わる熱伝導性基板の斜視図である。熱伝導性部材の形状を説明するための熱伝導性基板の部分拡大断面図である。Ｙ軸により分けられた２つの図形が線対称でない熱伝導性部材を含む部分拡大断面図である。側辺が直線であり断面が三角形である熱伝導性部材を含む部分拡大断面図である。配線電極の半導体素子が実装される面より高い位置まで形成された熱伝導性部材を含む部分拡大断面図である。この発明の実施の形態２に係わる熱伝導性基板の部分拡大断面図である。

符号の説明

１半導体素子、２配線電極、３熱伝導シート、４ベース板、５熱伝導性部材、５ａ（熱伝導性部材の）外側の部分、５ｂ（熱伝導性部材の）内側の部分、８ａ、８ｂ側辺、９底辺。

Claims

半導体素子と外部との間で送受する信号または電源を伝える配線電極、上記配線電極に接し熱を伝導する熱伝導シートおよび熱伝導シートに接し上記半導体素子および上記配線電極を支持するベース板を有する熱伝導性基板において、
上記配線電極の側面から上記配線電極を囲繞する上記熱伝導シートの領域までを覆う熱伝導性部材が形成されていることを特徴とする熱伝導性基板。
上記配線電極の外周から上記熱伝導シートに向けて下ろした垂線を基準にするとき、上記配線電極の側面が上記熱伝導シートに上記垂線に対して上記配線電極側で接し、
上記熱伝導性部材は、上記垂線を挟んだ外側と内側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導性基板
上記配線電極の厚さをｔとし、上記熱伝導性部材の外側に形成されている部分の底辺の長さが０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、上記熱伝導性部材の外側に形成されている部分の高さが０．０１ｔ以上で１．２ｔ以下の範囲、上記熱伝導性部材の内側に形成されている部分の底辺の長さが０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲、上記熱伝導性部材の内側に形成されている部分の高さが０．０１ｔ以上でｔ以下の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の熱伝導性基板。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱伝導性基板の配線電極に実装された半導体素子と、上記半導体素子および上記配線電極を封止する封止樹脂と、上記熱伝導性基板のベース板に固着されたヒートシンクを具備することを特徴とするパワーモジュール。