JP2008227336A - Semiconductor module, circuit board used therefor - Google Patents

Semiconductor module, circuit board used therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2008227336A
JP2008227336A JP2007066174A JP2007066174A JP2008227336A JP 2008227336 A JP2008227336 A JP 2008227336A JP 2007066174 A JP2007066174 A JP 2007066174A JP 2007066174 A JP2007066174 A JP 2007066174A JP 2008227336 A JP2008227336 A JP 2008227336A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit board
metal
metal heat
solder layer
semiconductor module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007066174A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tejima
博幸 手島
Junichi Watanabe
渡辺　　純一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP2007066174A priority Critical patent/JP2008227336A/en
Publication of JP2008227336A publication Critical patent/JP2008227336A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Landscapes

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

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor module having both high heat radiation performance and high durability over a thermal stock cycle, and a circuit board used therefor. <P>SOLUTION: In this semiconductor module 1, a circuit board 2 is joined to a semiconductor chip 3 via a first solder layer 4. The circuit board 2 consists of a ceramic board 5, a metal circuit boards 6 joined to both sides thereof and a metal heat radiation plate 7. In this semiconductor module 1, the thickness of a second solder layer 9 is reduced in the center of the metal heat radiation plate 7 and increased on its end. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、主に大電力で動作する半導体チップを搭載する半導体モジュール、およびこれに用いられる回路基板の構造に関する。また、この回路基板の製造方法に関する。   The present invention mainly relates to a semiconductor module on which a semiconductor chip that operates with high power is mounted, and a structure of a circuit board used therefor. Moreover, it is related with the manufacturing method of this circuit board.

近年、電動車両用インバータとして高電圧、大電流動作が可能なパワー半導体モジュール（例えばＩＧＢＴモジュール）が用いられている。こうした半導体モジュールには、電気的絶縁性と熱伝導率が高く、機械的強度の高い回路基板に半導体チップが接合された形態のものが用いられる。この構造の一例の断面図を図１１に示す。ここで、この半導体モジュール５１においては、回路基板５２と半導体チップ５３とが第１のはんだ層５４により接合される。回路基板５２は、セラミックス基板５５とその両側に接合された金属回路板５６、金属放熱板５７とからなり、金属回路板５６とセラミックス基板５５間、および金属放熱板５７とセラミックス基板５５間は、ろう材（図示せず）により強固に接合される。金属回路板５６は配線となるパターンをなして形成され、この上にはんだ層５４を介して半導体チップ５３が接合される。金属放熱板５７はこの回路基板５２の放熱性を高めるためにセラミックス基板５５のほぼ全面にわたり形成される。セラミックス基板５５は例えば熱伝導率が大きく、電気的絶縁性と強度に優れた窒化珪素セラミックスであり、金属回路板５６と金属放熱板５７は共に銅やアルミニウム等の熱伝導率の大きな金属で形成される。また、半導体チップ５３の反対側には、さらにこの放熱性を高めるために、金属放熱板５７に放熱部材５８が第２のはんだ層５９により接合される。放熱部材５８はこの半導体モジュール５１における支持基板ともなり、例えば銅および／またはアルミニウムで形成される。ここで、セラミックス基板５５と金属回路板５６との接合、およびセラミックス基板５５と金属放熱板５７との接合には、接合強度は高いが接合に高温（６００℃以上）を要するろう付けが用いられる。一方、半導体チップ５３が高温には耐えられないために、半導体チップ５３と金属回路板５６との接合には、接合強度は弱いが接合に高温（３５０℃よりも高い温度）を必要としないはんだが用いられている。金属放熱板５７と放熱部材５８との接合は回路基板５２に半導体チップ５３を接合した後、又はこの接合と同時に行われるため、同様にはんだが用いられる。   In recent years, power semiconductor modules (for example, IGBT modules) capable of high voltage and large current operation have been used as inverters for electric vehicles. As such a semiconductor module, a semiconductor module is used in which a semiconductor chip is bonded to a circuit board having high electrical insulation and thermal conductivity and high mechanical strength. A cross-sectional view of an example of this structure is shown in FIG. Here, in the semiconductor module 51, the circuit board 52 and the semiconductor chip 53 are joined by the first solder layer 54. The circuit board 52 is composed of a ceramic circuit board 55 and a metal circuit board 56 and a metal heat radiating board 57 bonded to both sides thereof. Between the metal circuit board 56 and the ceramic board 55, and between the metal heat radiating board 57 and the ceramic board 55, It is firmly joined by a brazing material (not shown). The metal circuit board 56 is formed in a pattern to be a wiring, and the semiconductor chip 53 is bonded thereon via a solder layer 54. The metal heat radiating plate 57 is formed over almost the entire surface of the ceramic substrate 55 in order to enhance the heat dissipation of the circuit board 52. The ceramic substrate 55 is, for example, silicon nitride ceramics having a high thermal conductivity and excellent electrical insulation and strength. The metal circuit board 56 and the metal heat sink 57 are both formed of a metal having a high thermal conductivity such as copper or aluminum. Is done. On the other side of the semiconductor chip 53, a heat radiating member 58 is joined to the metal heat radiating plate 57 by a second solder layer 59 in order to further improve the heat radiating property. The heat radiating member 58 also serves as a support substrate in the semiconductor module 51, and is made of, for example, copper and / or aluminum. Here, for joining the ceramic substrate 55 and the metal circuit board 56 and joining the ceramic substrate 55 and the metal heat radiating plate 57, brazing which has a high joining strength but requires a high temperature (600 ° C. or more) is used. . On the other hand, since the semiconductor chip 53 cannot withstand high temperatures, the bonding between the semiconductor chip 53 and the metal circuit board 56 has low bonding strength but does not require high temperature (a temperature higher than 350 ° C.) for bonding. Is used. Since the joining of the metal heat radiating plate 57 and the heat radiating member 58 is performed after the semiconductor chip 53 is joined to the circuit board 52 or simultaneously with this joining, solder is similarly used.

こうした半導体モジュール５１を含む装置がＯＮとなっている場合、半導体チップ５３が自己の発熱によって高温になる。一方、この半導体モジュール５１を含む装置がＯＦＦの場合には、この発熱はなくなるため、半導体チップ５３は冷却水温またはモジュールが曝される雰囲気温度と等しくなる。従って、通常の使用において、この半導体モジュール５１は、多数回の冷熱サイクルにさらされる。この半導体モジュール５１を構成する構成要素の室温での熱膨張係数は、例えば、半導体チップ５３を構成するシリコンでは３．０×１０−６／Ｋ、セラミックス基板５５を構成する窒化ケイ素は３．０×１０−６／Ｋ以下、金属回路板５６、金属放熱板５７を構成する銅は１６．７×１０−６／Ｋ程度と異なる。このため、これらを接合した場合、この冷熱サイクルに際しては、この熱膨張差に起因した反りが半導体モジュール５１に発生する。また、この反りの大きさや方向は、このサイクル中で変化する。この反りに際して、以上の構成の中で最も機械的強度が小さなはんだ接合部（第１のはんだ層５４、第２のはんだ層５９）に亀裂進展や剥離が進行することがある。特に、面積が大きな第２のはんだ層５９においては、冷熱サイクルによる反り量が大きいため金属放熱板の端部から亀裂が発生し、これが内部に向かって進展することにより剥離する場合が多い。従って、こうした大電力の半導体モジュールにおいては、放熱性の高さと、冷熱サイクルに対する耐久性の高さが同時に要求される。 When the device including such a semiconductor module 51 is ON, the semiconductor chip 53 becomes high temperature due to its own heat generation. On the other hand, when the device including the semiconductor module 51 is OFF, this heat generation is eliminated, so that the semiconductor chip 53 becomes equal to the cooling water temperature or the ambient temperature to which the module is exposed. Therefore, in normal use, the semiconductor module 51 is subjected to a number of cooling and heating cycles. The thermal expansion coefficient at room temperature of the components constituting the semiconductor module 51 is, for example, 3.0 × 10 −6 / K for silicon constituting the semiconductor chip 53, and 3.0 for silicon nitride constituting the ceramic substrate 55. × 10 -6 / K or less, copper constituting the metal circuit plate 56, a metal radiating plate 57 differs from the 16.7 × 10 -6 / K approximately. For this reason, when these are joined, warpage due to this difference in thermal expansion occurs in the semiconductor module 51 during this cooling cycle. The magnitude and direction of the warp change during this cycle. At the time of this warping, crack propagation and peeling may progress to the solder joint (the first solder layer 54 and the second solder layer 59) having the smallest mechanical strength in the above configuration. In particular, in the second solder layer 59 having a large area, since the amount of warpage due to the thermal cycle is large, a crack is generated from the end portion of the metal heat radiating plate, and the second solder layer 59 is often peeled by the progress toward the inside. Therefore, in such a high-power semiconductor module, high heat dissipation and high durability against a cooling cycle are required at the same time.

はんだ層の厚さを厚くしてはんだ層に生じるせん断歪を小さくすることが、接合部の亀裂進展を抑制するためには有効である。しかしながら、はんだの熱伝導率は高くても３０〜４０Ｗ／ｍ／Ｋ程度であり、金属回路板、金属放熱板やセラミックス基板よりもはるかに小さいため、はんだ層を厚くすれば回路基板のモジュールの熱抵抗が大きくなり放熱性は悪くなる。また、前述のような熱伝導率の大きなはんだ材料を得ることは困難である。従って、回路基板、または半導体モジュールにおける放熱性の高さと耐久性を両立させることは困難であった。   Increasing the thickness of the solder layer to reduce the shear strain generated in the solder layer is effective in suppressing crack propagation at the joint. However, the thermal conductivity of solder is about 30 to 40 W / m / K at the highest, and is much smaller than metal circuit boards, metal heat sinks and ceramic substrates. Thermal resistance increases and heat dissipation becomes worse. Also, it is difficult to obtain a solder material having a large thermal conductivity as described above. Therefore, it has been difficult to achieve both high heat dissipation and durability in a circuit board or semiconductor module.

このために、はんだ接合部（はんだ層）への応力集中を抑制し、はんだ接合部の破断を抑制して信頼性を向上させた構造が各種提案されている。例えば、特許文献１では、接合された金属放熱板において、セラミックス基板と接合されていない部分の厚さを部分的に薄くすることが記載されている。また、特許文献２には、金属回路板および金属放熱板の外周部に段差を設けた構造が記載され、特許文献３には、金属回路板に部分的に溝等を設けた構造が記載されている。これらの構造では、段差部や溝部に応力を集中させ、はんだ層に応力が集中しない構成としている。また、特許文献４には、はんだ層の厚さ、金属回路板や金属放熱板の厚さを最適化する事により回路基板全体に加わる応力を調整し、はんだ層に加わる機械的歪みを最小限にすることが記載されている。これにより、はんだ層の破断がしにくい回路基板が得られた。   For this reason, various structures have been proposed in which the concentration of stress on the solder joint (solder layer) is suppressed, the fracture of the solder joint is suppressed, and the reliability is improved. For example, Patent Document 1 describes that in a bonded metal heat dissipation plate, the thickness of a portion not bonded to a ceramic substrate is partially reduced. Patent Document 2 describes a structure in which a step is provided on the outer periphery of a metal circuit board and a metal heat sink, and Patent Document 3 describes a structure in which a groove or the like is partially provided in the metal circuit board. ing. In these structures, the stress is concentrated on the stepped portion and the groove portion, and the stress is not concentrated on the solder layer. In Patent Document 4, the stress applied to the entire circuit board is adjusted by optimizing the thickness of the solder layer, the thickness of the metal circuit board and the metal heat sink, and the mechanical strain applied to the solder layer is minimized. It is described that. Thereby, a circuit board in which the solder layer was not easily broken was obtained.

特開２０００−１０１２０３JP 2000-101203 A 特開平１０−４１５６JP 10-4156 特開平１０−８４０５９JP-A-10-84059 特開２００３−２０４０２０JP2003-204020A

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術においては、接合部（はんだ層）への応力集中を防止するということが主眼となっている。このため、代わりにはんだ層以外の構成要素に対してこの応力が集中し、その構成要素が壊れやすくなることは避けられない。例えば、特許文献１に記載の技術においては、部分的に薄くされた金属放熱板が接するセラミックス基板の耐久性に問題が出る。また、特許文献２、３に記載の方法では金属回路板の外周の段差部や溝部が破断しやすくなる。はんだ接合部が破断する場合よりもこれらの部分が破断する方が半導体モジュールの動作自体に対する影響は小さいものの、回路基板が部分的に壊れるという点では変わらないため、信頼性に対してはやはり好ましくない影響がある。また、例えば特許文献２における図３のように、はんだ層の断面形状に２７０°の角度、あるいはこれよりも大きな角度をもつ箇所が存在すると、その箇所からクラックを生じやすい。   However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3, the main purpose is to prevent stress concentration on the joint (solder layer). For this reason, it is inevitable that this stress is concentrated on the components other than the solder layer instead, and the components are easily broken. For example, in the technique described in Patent Document 1, there is a problem in the durability of a ceramic substrate with which a partially thinned metal heat sink is in contact. Further, in the methods described in Patent Documents 2 and 3, the stepped portion and the groove portion on the outer periphery of the metal circuit board are easily broken. Although the effect on the operation of the semiconductor module is less when these parts break than when the solder joint breaks, it is still preferable for reliability because the circuit board is not partially broken. There is no impact. Further, for example, as shown in FIG. 3 in Patent Document 2, if the cross-sectional shape of the solder layer has a portion having an angle of 270 ° or an angle larger than this, a crack is likely to be generated from the portion.

一方、特許文献４に記載の技術においては、具体的には、例えばはんだ層の厚さを厚くしたり、金属放熱板を厚くすることが記載されているが、これらにより回路基板の放熱性は低くなる。従って、耐久性と放熱性を両立させた構造を得ることは困難であることは明らかである。   On the other hand, in the technique described in Patent Document 4, specifically, for example, it is described that the thickness of the solder layer is increased or the metal heat dissipation plate is increased. Lower. Therefore, it is clear that it is difficult to obtain a structure that achieves both durability and heat dissipation.

従って、高い放熱性と冷熱サイクルに対する高い耐久性を兼ね備えた半導体モジュールおよびこれに使用される回路基板を得ることは困難であった。   Therefore, it has been difficult to obtain a semiconductor module having high heat dissipation and high durability against a heat cycle and a circuit board used therefor.

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、前記金属放熱板における前記放熱部材と接する側の面が、前記放熱部材側に凸の曲面形状となっており、前記はんだ層はその厚さが前記金属放熱板の中央部で薄く、端部で厚いことを特徴とする半導体モジュールに存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記金属放熱板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールに存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記セラミックス基板の金属放熱板側の面が金属放熱板側に凸の曲面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュールに存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記セラミック基板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュールに存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記回路基板が前記放熱部材側に凸形状となる反りを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体モジュールに存する。
請求項６記載の発明の要旨は、セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、前記放熱部材における前記金属放熱板と接する側の面において、前記金属放熱板の端部と相対する箇所にＶ字形状の溝が設けられていることを特徴とする半導体モジュールに存する。
請求項７記載の発明の要旨は、セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、前記金属放熱板における前記放熱部材と接する側の面において、外周部が面取り加工され、前記はんだ層は前記加工面を覆うフィレット部を有することを特徴とする半導体モジュールに存する。
請求項８記載の発明の要旨は、セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板であって、前記金属放熱板における、前記セラミックス基板に接する面と反対側の面が、前記セラミックス基板側と反対側に凸の曲面形状となっていることを特徴とする回路基板に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記金属放熱板の厚さが中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項６に記載の回路基板に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、前記セラミックス基板における前記金属放熱板と接する側の面が、前記金属放熱板側に凸の曲面形状となっていることを特徴とする請求項６または７に記載の回路基板に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、前記セラミックス基板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の回路基板に存する。
請求項１２記載の発明の要旨は、セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板であって、前記金属放熱板における前記セラミックス基板に接する面と反対側の面において、外周部が面取り加工されたことを特徴とする回路基板に存する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
The gist of the invention of claim 1 is that a semiconductor chip is mounted on a circuit board on which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both sides of a ceramic substrate, and the metal heat sink is attached to a heat dissipation member via a solder layer. The semiconductor module is joined, and a surface of the metal heat radiating plate that is in contact with the heat radiating member has a curved surface that is convex toward the heat radiating member, and the thickness of the solder layer is the metal heat radiating member. It exists in the semiconductor module characterized by being thin at the center part of a board and thick at an edge part.
The gist of the invention according to claim 2 resides in the semiconductor module according to claim 1, wherein the thickness of the metal heat radiating plate is thick at the center and thin at the end.
The gist of the invention described in claim 3 resides in the semiconductor module according to claim 1 or 2, wherein the surface of the ceramic substrate on the side of the metal heat sink is a curved surface projecting toward the metal heat sink.
The gist of the invention described in claim 4 resides in the semiconductor module according to claim 3, wherein the ceramic substrate is thick at the center and thin at the end.
The gist of the invention according to claim 5 resides in the semiconductor module according to any one of claims 1 to 4, wherein the circuit board has a warp that is convex toward the heat radiating member.
The gist of the invention of claim 6 is that a semiconductor chip is mounted on a circuit board on which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both surfaces of a ceramic substrate, and the metal heat sink is attached to a heat dissipation member via a solder layer. A semiconductor module joined, wherein a V-shaped groove is provided at a position facing an end of the metal heat dissipation plate on a surface of the heat dissipation member on a side in contact with the metal heat dissipation plate. It exists in the semiconductor module.
The gist of the invention described in claim 7 is that a semiconductor chip is mounted on a circuit board on which a metal circuit board and a metal heat sink are formed on both sides of a ceramic substrate, and the metal heat sink is attached to a heat dissipation member via a solder layer. In the semiconductor module joined, an outer peripheral portion is chamfered on a surface of the metal heat radiating plate in contact with the heat radiating member, and the solder layer has a fillet portion covering the processed surface. It exists in the semiconductor module.
The gist of the invention described in claim 8 is a circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both surfaces of the ceramic board, and a surface of the metal heat sink opposite to the face in contact with the ceramic board. However, the present invention resides in a circuit board characterized by having a curved surface shape convex on the side opposite to the ceramic substrate side.
The gist of the invention according to claim 9 resides in the circuit board according to claim 6, wherein the metal heat radiating plate is thick at the center and thin at the end.
The gist of the invention described in claim 10 is that the surface of the ceramic substrate in contact with the metal heat radiating plate has a curved shape that is convex toward the metal heat radiating plate. Lies in the described circuit board.
The gist of the invention described in claim 11 resides in the circuit board according to any one of claims 8 to 10, wherein the thickness of the ceramic substrate is thick at the center and thin at the end.
The gist of the invention of claim 12 is a circuit board in which a metal circuit board and a metal heat radiating plate are formed on both surfaces of the ceramic substrate, respectively, on the surface opposite to the surface in contact with the ceramic substrate in the metal heat radiating plate The circuit board is characterized in that the outer peripheral portion is chamfered.

本発明は以上のように構成されているので、高い放熱性と、冷熱サイクルに対する高い耐久性を兼ね備えた半導体モジュールを得ることができる。   Since this invention is comprised as mentioned above, the semiconductor module which has high heat dissipation and high durability with respect to a thermal cycle can be obtained.

以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。   The present invention will be described below with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments.

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図が図１である。この半導体モジュール１においては、回路基板２と半導体チップ３とが第１のはんだ層４により接合される。回路基板２は、セラミックス基板５とその両側に接合された金属回路板６、金属放熱板７とからなり、金属回路板６とセラミックス基板５間、および金属放熱板７とセラミックス基板５間は、ろう材（図示せず）により強固に接合されている。金属回路板６は配線となるパターンをなして形成され、この上に第１のはんだ層４を介して半導体チップ３が接合される。金属放熱板７はこの回路基板２の放熱性を高めるためにセラミックス基板５のほぼ全面にわたり形成される。また、半導体チップ３の反対側には、さらにこの放熱性を高めるために、放熱部材８が第２のはんだ層９により接合される。放熱部材８はこの半導体モジュール１における支持基板ともなる。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the first embodiment. In the semiconductor module 1, the circuit board 2 and the semiconductor chip 3 are joined by the first solder layer 4. The circuit board 2 is composed of a ceramic circuit board 5 and a metal circuit board 6 and a metal heat radiating board 7 bonded to both sides thereof. Between the metal circuit board 6 and the ceramic board 5, and between the metal heat radiating board 7 and the ceramic board 5, It is firmly joined by a brazing material (not shown). The metal circuit board 6 is formed in a pattern to be a wiring, and the semiconductor chip 3 is bonded thereon via the first solder layer 4. The metal heat sink 7 is formed over almost the entire surface of the ceramic substrate 5 in order to improve the heat dissipation of the circuit board 2. In addition, a heat radiating member 8 is joined to the opposite side of the semiconductor chip 3 by a second solder layer 9 in order to further improve the heat dissipation. The heat radiating member 8 also serves as a support substrate in the semiconductor module 1.

この半導体モジュール１を製造するにあたっては、まず、セラミックス基板５と金属回路板６、金属放熱板７を接合した回路基板２を製造する。次に、この回路基板２上に半導体チップ３を第１のはんだ層４により接合し、搭載する。次に、この半導体チップ３が搭載された回路基板２を放熱部材８に第２のはんだ層９により接合する。   In manufacturing the semiconductor module 1, first, the circuit board 2 in which the ceramic substrate 5, the metal circuit board 6, and the metal heat sink 7 are joined is manufactured. Next, the semiconductor chip 3 is joined and mounted on the circuit board 2 by the first solder layer 4. Next, the circuit board 2 on which the semiconductor chip 3 is mounted is joined to the heat radiating member 8 by the second solder layer 9.

ここで、半導体チップ３は例えばシリコンで形成されたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワー半導体素子である。この半導体モジュール１が使用される際には、この半導体チップ３には大きな電流が流れるため、熱を発生する。回路基板２や放熱部材８はこの放熱を行なう。   Here, the semiconductor chip 3 is a power semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) formed of silicon, for example. When this semiconductor module 1 is used, heat is generated because a large current flows through the semiconductor chip 3. The circuit board 2 and the heat dissipation member 8 perform this heat dissipation.

回路基板２において、セラミックス基板５は熱伝導率の高い絶縁材料で、例えば厚さが０．３２ｍｍ程度の厚さの窒化珪素セラミックス（熱伝導率：９０Ｗ／ｍ／Ｋ）である。金属回路板６は、この回路基板２における配線としての役割を果たすため、高い熱伝導率と低い電気抵抗率を兼ね備えた材料として銅（熱伝導率：３９０Ｗ／ｍ／Ｋ程度）またはアルミニウム（熱伝導率：２３０Ｗ／ｍ／Ｋ程度）およびこれらの合金が用いられ、配線となる所定のパターンをなしている。その厚さは、この半導体モジュール１における金属回路板６のパターン、大きさ、厚さ等を考慮した上で、充分な放熱特性が得られるべく、０．１〜３．０ｍｍの範囲から適宜選択される。金属放熱板７は、熱伝導率が高い材料として、金属回路板６と同じ材料が好ましく用いられ、その厚さは金属回路板６と同様に０．１〜３．０ｍｍとすることが好ましい。ただし、前記金属回路板と金属放熱板の厚さは、金属回路板のパターン形状にもよるが、一般には金属回路板と金属放熱板の厚さが同等か、または金属回路板のほうが、金属放熱板の厚さよりも厚くなるように用いられ、回路基板の反りが小さくなるように設計されている。金属放熱板７は放熱性と一般には反り量を小さくすることを目的として設けられるため、一般には金属回路板６よりも大きな面積をもち、セラミックス基板５のほぼ全面にわたり形成される。   In the circuit board 2, the ceramic substrate 5 is an insulating material having a high thermal conductivity, for example, silicon nitride ceramics (thermal conductivity: 90 W / m / K) having a thickness of about 0.32 mm. Since the metal circuit board 6 serves as a wiring in the circuit board 2, copper (thermal conductivity: about 390 W / m / K) or aluminum (thermal) is used as a material having both high thermal conductivity and low electrical resistivity. Conductivity: about 230 W / m / K) and alloys thereof are used to form a predetermined pattern for wiring. The thickness is appropriately selected from the range of 0.1 to 3.0 mm in order to obtain sufficient heat dissipation characteristics in consideration of the pattern, size, thickness, etc. of the metal circuit board 6 in the semiconductor module 1. Is done. The metal heat radiating plate 7 is preferably made of the same material as that of the metal circuit board 6 as a material having a high thermal conductivity, and the thickness thereof is preferably 0.1 to 3.0 mm like the metal circuit board 6. However, although the thickness of the metal circuit board and the metal heat sink depends on the pattern shape of the metal circuit board, in general, the thickness of the metal circuit board and the metal heat sink is equal, or the metal circuit board is more metallic. It is used so as to be thicker than the thickness of the heat sink, and is designed so that the warp of the circuit board is reduced. Since the metal heat sink 7 is provided for the purpose of reducing heat dissipation and generally the amount of warpage, it generally has a larger area than the metal circuit board 6 and is formed over almost the entire surface of the ceramic substrate 5.

放熱部材８は放熱ベースおよびこの半導体モジュール１の基板となる。その材料としては、厚さが２〜５ｍｍ程度の銅またはアルミニウム板が用いられる。放熱部材８には、実際には冷却用のフィン形状があらかじめ形成されていたり、前記モジュールを更に別の金属板上にグリース等を介して接合し、用いられることがある。放熱部材８には、最終的に回路基板２を介して半導体チップ３から発生した熱が流入し、放熱部材８がこれを大気または冷却水へと放熱することにより、この半導体素子の温度（特にジャンクション温度）や半導体モジュール１全体の温度上昇が抑制される。   The heat radiating member 8 serves as a heat radiating base and a substrate for the semiconductor module 1. As the material, a copper or aluminum plate having a thickness of about 2 to 5 mm is used. The heat radiating member 8 may actually be formed with a cooling fin shape in advance, or may be used by joining the module to another metal plate via grease or the like. The heat generated from the semiconductor chip 3 finally flows into the heat radiating member 8 via the circuit board 2, and the heat radiating member 8 radiates the heat to the atmosphere or cooling water, so that the temperature of the semiconductor element (particularly, Junction temperature) and temperature rise of the entire semiconductor module 1 are suppressed.

ここで、回路基板２において、セラミックス基板５と金属回路板６との接合、およびセラミックス基板５と金属放熱板７との接合には、接合強度の大きなろう付け、すなわちろう材を用いた接合が用いられる。この接合には高温（６００℃以上）を要する。ろう材としては、例えば銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材を用いることができ、７００℃以上でこれらを接合することができる。また、接合後のろう材の厚さは１０〜２０μｍ程度と金属回路板６等と比べて無視できる程度に薄い。このため、ろう材の熱伝導（熱抵抗）が問題になることはない。   Here, in the circuit board 2, the bonding between the ceramic substrate 5 and the metal circuit board 6 and the bonding between the ceramic substrate 5 and the metal heat radiating plate 7 include brazing with high bonding strength, that is, bonding using a brazing material. Used. This joining requires a high temperature (600 ° C. or higher). As the brazing material, for example, a silver (Ag) -copper (Cu) -titanium (Ti) based active metal brazing material can be used, and these can be joined at 700 ° C. or higher. Further, the thickness of the brazing material after joining is about 10 to 20 μm, which is so thin as to be negligible compared to the metal circuit board 6 and the like. For this reason, the heat conduction (thermal resistance) of the brazing material does not become a problem.

このろう付け後に、不要なろう材を除去する工程と、必要に応じて電解または無電解めっき（Ｎｉ−Ｐ組成等）工程や、または防錆処理工程等を施し、回路基板の集合体を作製する。尚、金属回路板６の表面に対して、はんだ材質に対する濡れ性向上処理を施すこともできる。   After this brazing, an unnecessary brazing material is removed, and an electrolytic or electroless plating (Ni-P composition etc.) process or a rust prevention treatment process is performed as necessary to produce an assembly of circuit boards. To do. In addition, the wettability improvement process with respect to a solder material can also be given with respect to the surface of the metal circuit board 6. FIG.

一方、半導体チップ３が高温には耐えられないために、半導体チップ３と金属回路板６との接合（第１のはんだ層４）には、接合に高温を必要としないはんだが用いられる。はんだとしては、例えば鉛（Ｐｂ）−スズ（Ｓｎ）系はんだ材、スズ（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−鉛（Ｐｂ）系はんだ材、ならびに昨今の環境対応を考慮したＰｂフリーのＳｎ−銀（Ａｇ）系、Ｓｎ−Ａｇ−銅（Ｃｕ）系、Ｓｎ−亜鉛（Ｚｎ）系、Ｓｎ−インジウム（Ｉｎ）系のはんだ材等を用いることができる。これらの接合に要する温度は２００〜４００℃程度と低温であるが、その接合強度は前記のろう材と比べて小さい。金属放熱板７と放熱部材８との接合は回路基板２に半導体チップ３を接合した後に行われるため、第２のはんだ層９にも同様のはんだ、例えば４０Ｐｂ−Ｓｎ等の共晶はんだが用いられる。また、これらのはんだ材料の熱伝導率は２０〜４０Ｗ／ｍ／Ｋ程度であり、セラミックス基板５、金属放熱板７等と比べて小さい。このため、はんだ層が厚いとその部分の熱抵抗が大きくなり、放熱性が悪くなる。   On the other hand, since the semiconductor chip 3 cannot withstand high temperatures, solder that does not require high temperature for bonding is used for bonding the semiconductor chip 3 and the metal circuit board 6 (first solder layer 4). As the solder, for example, lead (Pb) -tin (Sn) -based solder material, tin (Sn) -silver (Ag) -lead (Pb) -based solder material, and Pb-free Sn-silver considering the recent environmental response An (Ag) -based, Sn-Ag-copper (Cu) -based, Sn-zinc (Zn) -based, Sn-indium (In) -based solder material, or the like can be used. Although the temperature required for these joining is as low as about 200-400 degreeC, the joining strength is small compared with the said brazing material. Since the joining of the metal heat radiating plate 7 and the heat radiating member 8 is performed after the semiconductor chip 3 is joined to the circuit board 2, the same solder, for example, eutectic solder such as 40 Pb—Sn is used for the second solder layer 9. It is done. Moreover, the thermal conductivity of these solder materials is about 20-40 W / m / K, and is small compared with the ceramic substrate 5, the metal heat sink 7, etc. For this reason, if the solder layer is thick, the thermal resistance of the portion increases, and the heat dissipation becomes worse.

この半導体モジュール１においては、第２のはんだ層９の厚さは、金属放熱板７の中央部で薄く、端部で厚くなっている（中央部、端部は共に図１における破線円内で示す）。これは、金属放熱板７の放熱部材８と接する側の表面形状を反映している。すなわち、この半導体モジュール１においては、この面は平坦ではなく、下側、すなわち放熱部材８側に凸の曲面形状となっている。一方、金属放熱板７におけるこの面と反対側の面は平坦となっている。金属放熱板７が加工のしやすい銅やアルミニウムまたはこれらの合金であれば、こうした形状とすることは、製造工程で述べたように圧延やプレス成形等の機械的手法により容易に形成可能である。この構成により、第２のはんだ層９の厚さを、例えば金属放熱板７の中央部で５０μｍ、端部で２００μｍといった構造とする事が可能である。   In this semiconductor module 1, the thickness of the second solder layer 9 is thin at the center of the metal heat sink 7 and thick at the end (both the center and end are within the broken line circle in FIG. Show). This reflects the surface shape of the metal heat radiating plate 7 on the side in contact with the heat radiating member 8. That is, in this semiconductor module 1, this surface is not flat, and has a curved surface shape that protrudes downward, that is, toward the heat dissipation member 8. On the other hand, the surface of the metal heat radiating plate 7 opposite to this surface is flat. If the metal heat radiating plate 7 is easily processed copper, aluminum, or an alloy thereof, such a shape can be easily formed by a mechanical method such as rolling or press forming as described in the manufacturing process. . With this configuration, the thickness of the second solder layer 9 can be, for example, 50 μm at the center of the metal heat sink 7 and 200 μm at the end.

この回路基板２を用いた半導体モジュール１が冷熱サイクルにさらされると、半導体チップ３（シリコン）、金属回路板６および金属放熱板７（銅）、セラミックス基板５（窒化珪素）の熱膨張係数の違いにより、反りを生じ、かつその反りの向きおよび大きさは冷熱サイクル中で変動する。このため、この半導体モジュール１において強度の小さなはんだ層に塑性歪みが蓄積されやすい。ここで、第１のはんだ層４はパターン化された金属回路板６に沿っているため、その幅や面積が小さいのに対して、第２のはんだ層９は、ほぼ回路基板１の全面にわたって存在しているため、特にその端部では大きな歪みとなる。従って、前記歪みによって第２のはんだ層９に亀裂が発生し進展する際には、まず端部のはんだ層から亀裂進展と剥離が発生して、これが中央へ進展することにより、全面的な破断が生ずる。これに対して、本発明の半導体モジュール１においては、やはり第２のはんだ層９の歪はその端部において最も大きいが、第２のはんだ層９の厚さが金属放熱板７の端部で厚くなっていることにより、第２のはんだ層９の単位厚さあたりの歪量は、はんだ層全体でほぼ均一になっており、この端部でのクラックの発生を抑制している。これにより、破断を抑制している。   When the semiconductor module 1 using the circuit board 2 is exposed to a cooling cycle, the thermal expansion coefficients of the semiconductor chip 3 (silicon), the metal circuit board 6, the metal heat sink 7 (copper), and the ceramic board 5 (silicon nitride) are increased. Differences cause warpage, and the direction and magnitude of the warpage varies during the thermal cycle. For this reason, in this semiconductor module 1, plastic strain tends to be accumulated in a solder layer having a low strength. Here, since the first solder layer 4 is along the patterned metal circuit board 6, its width and area are small, whereas the second solder layer 9 is almost over the entire surface of the circuit board 1. Since it exists, it becomes a big distortion especially in the edge part. Therefore, when a crack is generated and propagated in the second solder layer 9 due to the strain, crack growth and delamination first occur from the solder layer at the end, and this progresses to the center, thereby causing a complete fracture. Will occur. On the other hand, in the semiconductor module 1 of the present invention, the distortion of the second solder layer 9 is still the largest at the end, but the thickness of the second solder layer 9 is at the end of the metal heat sink 7. By increasing the thickness, the amount of strain per unit thickness of the second solder layer 9 is substantially uniform throughout the solder layer, and the occurrence of cracks at this end is suppressed. Thereby, the fracture is suppressed.

また、この半導体モジュール１においては、第２のはんだ層９において、例えば特許文献２における図３におけるはんだ層のように、角度が２７０°あるいはこれよりも大きな角度をもつ角部は存在しない。従って、角部からクラックが発生することがない。   Further, in the semiconductor module 1, the second solder layer 9 does not have a corner portion having an angle of 270 ° or larger than the solder layer in FIG. Therefore, no crack is generated from the corner.

一方、はんだ層９において、厚くなっている部分では熱伝導が悪くなる。ところが、この半導体モジュール１における熱の発生元となる半導体チップ３は、この回路基板２の端部には位置しておらず、中央付近に位置しており、この部分でのはんだ層９は端部より薄くなっている。従って、第２のはんだ層９の厚さが一様に薄い場合と比べて、回路基板２自身の放熱性は大差ない。すなわち、高い放熱性と信頼性を備える。   On the other hand, in the solder layer 9, the heat conduction is deteriorated in the thickened portion. However, the semiconductor chip 3 that is a heat generation source in the semiconductor module 1 is not located at the end of the circuit board 2 but near the center, and the solder layer 9 at this portion is not at the end. It is thinner than the part. Therefore, compared with the case where the thickness of the second solder layer 9 is uniformly thin, the heat dissipation of the circuit board 2 itself is not much different. That is, it has high heat dissipation and reliability.

従って、この半導体モジュール１は、高い耐久性と高い放熱性を兼ね備えたものとなる。   Therefore, the semiconductor module 1 has both high durability and high heat dissipation.

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る半導体モジュール１１の断面図が図２である。この半導体モジュール１１は、回路基板１２、半導体チップ１３、第１のはんだ層１４、放熱部材１８、第２のはんだ層１９からなる。回路基板１２は、セラミックス基板１５、金属回路板１６、金属放熱板１７からなる。以上の各構成要素の材質や製造方法については、第１の実施の形態と同一であるため、説明は省略する。ここでは、セラミックス基板１５と金属放熱板１７の形状が第１の実施の形態と異なる。 (Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor module 11 according to the second embodiment. The semiconductor module 11 includes a circuit board 12, a semiconductor chip 13, a first solder layer 14, a heat radiating member 18, and a second solder layer 19. The circuit board 12 includes a ceramic substrate 15, a metal circuit board 16, and a metal heat sink 17. About the material and manufacturing method of each said component, since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. Here, the shapes of the ceramic substrate 15 and the metal heat sink 17 are different from those of the first embodiment.

この半導体モジュール１１においても、第２のはんだ層１９は中央部で薄く、端部で厚くなっている。この形状とするため、この回路基板１２においては、セラミックス基板１５の金属放熱板１７と接する側の面（下面）の形状を平坦とせずに、下側、すなわち放熱部材側に凸の形状としている。一方、金属放熱板１７はどちらの面も平坦であるが、これがセラミックス基板１５にろう付けで接合される際に、セラミックス基板１５の下面に沿った形で接合時に弾塑性変形する。特に金属放熱板１７が無酸素銅板である場合、２００℃〜３００℃以上の温度に曝された際には軟化が進行し、セラミックス基板１５（窒化珪素）と比べて弾塑性変形しやすい。特に、金属放熱板１７の軟化温度がろう付け温度よりも低い場合には弾塑性変形しやすい。   Also in this semiconductor module 11, the second solder layer 19 is thin at the center and thick at the end. In order to obtain this shape, in this circuit board 12, the surface of the ceramic substrate 15 on the side in contact with the metal heat radiating plate 17 (lower surface) is not flattened, but is convex on the lower side, that is, on the heat radiating member side. . On the other hand, both surfaces of the metal heat radiating plate 17 are flat, but when this is joined to the ceramic substrate 15 by brazing, the metal heat radiating plate 17 is elastically plastically deformed at the time of joining in a form along the lower surface of the ceramic substrate 15. In particular, when the metal heat radiating plate 17 is an oxygen-free copper plate, the softening progresses when exposed to a temperature of 200 ° C. to 300 ° C. or more, and the metal heat radiating plate 17 is more easily elastically plastically deformed than the ceramic substrate 15 (silicon nitride). In particular, when the softening temperature of the metal heat radiating plate 17 is lower than the brazing temperature, the metal heat radiating plate 17 is easily elastically plastically deformed.

このセラミックス基板１５の製造方法について述べる。ここではこの材料として窒化珪素を用いる場合につき説明する。まず、窒化珪素粉末を主成分とする原料粉末に、酸化物系のマグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）のセラミックス焼結助剤粉末を加える。これに更に分散剤、粘結助剤、溶剤等を添加しボールミルで混合・粉砕し、所定粘度のスラリーを作製する。 A method for manufacturing the ceramic substrate 15 will be described. Here, the case where silicon nitride is used as this material will be described. First, an oxide-based magnesia (MgO) or yttria (Y 2 O 3 ) ceramic sintering aid powder is added to a raw material powder mainly composed of silicon nitride powder. Further, a dispersant, a caking aid, a solvent and the like are added, and the mixture is mixed and pulverized by a ball mill to prepare a slurry having a predetermined viscosity.

次に、脱泡工程を経て、このスラリーの粘度を更に基準範囲内に調整し、その後シート成形法によりグリーンシート（以下ではシートと表現することがある）を作製する。このシート成形時の条件や治具を各種変更し、１枚のシート単体で用いたり、重ねたシートを圧着する積層工程により、焼結体サイズで厚さ０．１〜３．２ｍｍｔとなるように各種シートを作製する。この際、成形時の条件（バインダー成分や、送り乾燥条件等）や治具（ブレード形状等）を各種変更することで、シート中央部と端部とで厚みの異なるシートを作成することが可能である。   Next, through a defoaming step, the viscosity of the slurry is further adjusted within the reference range, and then a green sheet (hereinafter sometimes referred to as a sheet) is produced by a sheet forming method. Various conditions and jigs at the time of forming the sheet are changed, and a single sheet is used alone, or a lamination process in which the stacked sheets are pressure-bonded so that the sintered body size is 0.1 to 3.2 mm thick. Various sheets are prepared. At this time, by changing various molding conditions (binder components, feed drying conditions, etc.) and jigs (blade shape, etc.), it is possible to create sheets with different thicknesses at the center and end of the sheet. It is.

シート成形以外の方法で、セラミックス基板１５を上記の形状とすることは、例えば、平坦な窒化珪素セラミックス基板の片面を研磨加工することでも実現可能である。また、断面形状が凹となる研削砥石を用いた研削加工によっても実現できる。   Making the ceramic substrate 15 into the above-described shape by a method other than sheet forming can also be realized, for example, by polishing one surface of a flat silicon nitride ceramic substrate. It can also be realized by grinding using a grinding wheel having a concave cross-sectional shape.

この半導体モジュール１１においても、第１の実施の形態に係る半導体モジュールと同一の効果が得られる。すなわち、高い耐久性と高い放熱性を兼ね備える。   Also in this semiconductor module 11, the same effect as the semiconductor module according to the first embodiment can be obtained. That is, it has both high durability and high heat dissipation.

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図が図３である。この半導体モジュール２１は、回路基板２２、半導体チップ２３、第１のはんだ層２４、放熱部材２８、第２のはんだ層２９からなる。回路基板２２は、セラミックス基板２５、金属回路板２６、金属放熱板２７からなる。以上の各構成要素の材質や製造方法については、第１の実施の形態と同一であるため、説明は省略する。ここでは、第１の実施の形態とは金属放熱板２７と放熱部材２８の表面の形状が異なる。 (Third embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor module according to the third embodiment. The semiconductor module 21 includes a circuit board 22, a semiconductor chip 23, a first solder layer 24, a heat dissipation member 28, and a second solder layer 29. The circuit board 22 includes a ceramic substrate 25, a metal circuit board 26, and a metal heat sink 27. About the material and manufacturing method of each said component, since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. Here, the shapes of the surfaces of the metal heat radiating plate 27 and the heat radiating member 28 are different from those of the first embodiment.

この半導体モジュール２１においては、金属放熱板２７のどちらの面も平坦となっている。一方、放熱部材２８の表面において、金属放熱板２７の端部に相対する箇所にＶ字形状の溝３０が設けられている。溝３０が設けられているため、第２のはんだ層２９はこの部分で局所的に厚くなっている。また、図３に示すように、この溝３０内に第２のはんだ層２９が形成され、この部分で局所的に厚くなっている。また、第１の実施の形態と同様に、この場合においても、第２のはんだ層２９において、角度が２７０°あるいはこれよりも大きな角度をもつ角部は存在しない。従って、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、この溝の形状は、正確なＶ字形状である必要はなく、第２のはんだ層２９に大きな角度をもつ角部が形成されない形状であればよい。例えば、半円よりも浅い円弧形状や、台形形状であってもよい。   In this semiconductor module 21, both surfaces of the metal heat sink 27 are flat. On the other hand, a V-shaped groove 30 is provided on the surface of the heat dissipation member 28 at a location facing the end of the metal heat dissipation plate 27. Since the groove 30 is provided, the second solder layer 29 is locally thick at this portion. Further, as shown in FIG. 3, a second solder layer 29 is formed in the groove 30 and locally thickened in this portion. Also in this case, as in the first embodiment, there is no corner portion having an angle of 270 ° or larger in the second solder layer 29. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, the shape of the groove does not have to be an accurate V-shape, and may be any shape as long as corners having a large angle are not formed in the second solder layer 29. For example, an arc shape shallower than a semicircle or a trapezoid shape may be used.

本実施の形態では、例えば、プレス成形による機械的手法で溝３０を形成することができる。プレス成形では溝の周囲にバリを生じないことが利点である。バリははんだ層中で亀裂の原因となるからである。切削加工や化学的エッチング手法を用いて溝３０を形成することもできる。特に切削加工時には極力バリが生じないように注意が必要である。   In the present embodiment, for example, the groove 30 can be formed by a mechanical technique by press molding. In press molding, it is an advantage that no burr is generated around the groove. This is because burrs cause cracks in the solder layer. The grooves 30 can also be formed using a cutting process or a chemical etching technique. In particular, care must be taken not to cause burrs as much as possible during cutting.

この半導体モジュール２１においても、第１の実施の形態に係る半導体モジュールと同一の効果が得られる。すなわち、高い耐久性と高い放熱性を兼ね備える。   Also in this semiconductor module 21, the same effect as the semiconductor module according to the first embodiment can be obtained. That is, it has both high durability and high heat dissipation.

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る半導体モジュール３１の断面図が図４である。この半導体モジュール３１は、回路基板３２、半導体チップ３３、第１のはんだ層３４、放熱部材３８、第２のはんだ層３９からなる。回路基板３２は、セラミックス基板３５、金属回路板３６、金属放熱板３７からなる。以上の各構成要素の材質や製造方法については、第１の実施の形態と同一であるため、説明は省略する。ここでは、第１の実施の形態とは金属放熱板３７の形状が異なる。 (Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor module 31 according to the fourth embodiment. The semiconductor module 31 includes a circuit board 32, a semiconductor chip 33, a first solder layer 34, a heat dissipation member 38, and a second solder layer 39. The circuit board 32 includes a ceramic substrate 35, a metal circuit board 36, and a metal heat sink 37. About the material and manufacturing method of each said component, since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. Here, the shape of the metal heat radiating plate 37 is different from that of the first embodiment.

この回路基板３２において、金属放熱板３７における放熱部材３８と接する側の面（セラミックス基板３５と接する側の面と反対側の面）の外周端部３７ａが丸み加工されている。これにより、例えば銅厚０．５ｍｍｔの場合、この外周の角部に２００μｍ程度の曲率半径が付与されている。この丸み加工は、金属放熱板３７におけるこの面の全周にわたり行われていることが好ましい。第２のはんだ層３９は丸み加工された金属放熱板３７の外周端部３７ａを覆うフィレット３９ａを有する。フィレット３９ａにより第２のはんだ層３９は金属放熱板３７の両端部の間において端部の厚いはんだ層となる。丸み加工に代えて面取り加工を行っても良い。面取り角度は４５°でよいがそれに限定されない。   In this circuit board 32, the outer peripheral edge portion 37 a of the metal heat radiating plate 37 on the side in contact with the heat radiating member 38 (the surface opposite to the surface in contact with the ceramic substrate 35) is rounded. Thereby, for example, when the copper thickness is 0.5 mm, a radius of curvature of about 200 μm is given to the corner of the outer periphery. This rounding process is preferably performed over the entire circumference of this surface of the metal heat radiating plate 37. The second solder layer 39 has a fillet 39a that covers the outer peripheral end portion 37a of the rounded metal radiator plate 37. Due to the fillet 39a, the second solder layer 39 becomes a thick solder layer between the both end portions of the metal heat radiating plate 37. A chamfering process may be performed instead of the rounding process. The chamfer angle may be 45 °, but is not limited thereto.

この面取りや丸め加工は、例えば、金属放熱板３７をセラミックス基板３５にろう付け接合した後に行うが、どちらの場合も、金属放熱板３７のこの角部を機械的研磨または研削や、化学的に局所エッチングすることにより容易に行うことができる。また、この面取りまたは丸み加工部分で第２のはんだ層３９が局所的に厚くなればよいため、その形状の制御は特に厳密に行なう必要はない。   This chamfering or rounding process is performed, for example, after the metal heat radiating plate 37 is brazed and joined to the ceramic substrate 35. In either case, this corner portion of the metal heat radiating plate 37 is mechanically polished or ground, or chemically. This can be easily done by local etching. Further, since it is sufficient that the second solder layer 39 is locally thickened at the chamfered or rounded portion, it is not necessary to strictly control the shape thereof.

この加工が設けられた回路基板３２を用いた半導体モジュール３１においては、第２のはんだ層３９の厚さが金属放熱板３７の端部で厚くなる。従って、第１の実施の形態に係る半導体モジュールと同一の効果が得られる。また、金属放熱板の丸み加工部が、丸み加工が無い場合と比較して、はんだ接合の前記端部に塑性歪が蓄積され難い。すなわち、高い耐久性と高い放熱性を兼ね備える。   In the semiconductor module 31 using the circuit board 32 provided with this processing, the thickness of the second solder layer 39 is increased at the end of the metal heat radiating plate 37. Therefore, the same effect as the semiconductor module according to the first embodiment can be obtained. Moreover, compared with the case where the rounding process part of a metal heat sink does not have a rounding process, a plastic strain is hard to accumulate | store in the said edge part of a solder joint. That is, it has both high durability and high heat dissipation.

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る半導体モジュール４１の断面図が図５である。この半導体モジュール４１は、回路基板４２、半導体チップ４３、第１のはんだ層４４、放熱部材４８、第２のはんだ層４９からなる。回路基板４２は、セラミックス基板４５、金属回路板４６、金属放熱板４７からなる。以上の各構成要素の材質や製造方法については、第１の実施の形態と同一であるため、説明は省略する。ここでは、第１の実施の形態とは回路基板４２の反り形状が異なる。 (Fifth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor module 41 according to the fifth embodiment. The semiconductor module 41 includes a circuit board 42, a semiconductor chip 43, a first solder layer 44, a heat radiating member 48, and a second solder layer 49. The circuit board 42 includes a ceramic substrate 45, a metal circuit board 46, and a metal heat sink 47. About the material and manufacturing method of each said component, since it is the same as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted. Here, the warp shape of the circuit board 42 is different from that of the first embodiment.

この回路基板４２は全体が下側、すなわち放熱部材４８側に凸の形状となって反っている。回路基板４２をこうした形状とすることは、例えば、第２のはんだ層４９を形成する温度（はんだの融点温度の近傍）での、回路基板単体の反り制御設計によってなされる。回路基板４２と放熱部材４８とを接合する前の回路基板４２は反り量ｈを有している。回路基板４２は金属回路板４６、セラミックス基板４５、金属放熱板４７からなるため全体としては見かけ上、金属とセラミックスの間の熱膨張率を有する。回路基板４２と放熱部材４８とをはんだ接合する際、溶融したはんだの熱により熱膨張率の小さい回路基板４２と熱膨張率の大きい放熱部材４８は加熱されて熱膨張するが、膨張量の差は第２のはんだ層４９が溶融している間はそれに吸収されて歪となって現れない。第２のはんだ層４９の温度が低下して融点に達すると第２のはんだ層４９は凝固して第２のはんだ層４９と金属放熱板４７との界面および第２のはんだ層４９と放熱部材４８との界面は固定される。さらに温度が低下すると熱膨張率の大きい放熱部材４８がより多く収縮するため回路基板４２には圧縮応力が作用する。その結果、回路基板４２と放熱部材４８とを接合した後の回路基板４２の反り量は接合前の反り量ｈより小さくなる。例えば、金属回路板４６と金属放熱板４７が同一材種の場合、金属放熱板４７の厚さを、金属回路板４６の厚さと同等か、それよりも大きくすることでこの反り量を制御してもよい。また、耐熱性のある銅合金を金属回路側に用いるか、または金属放熱板に用いる何れの構成においても、耐熱銅合金の厚さと他方に用いられる無酸素銅等の厚さをバランスよく構成させて反りを制御することも可能である。この場合、耐熱銅合金の厚さを、無酸素銅の厚さよりも薄くすることもできる。   The entire circuit board 42 is warped in a convex shape on the lower side, that is, on the heat radiating member 48 side. The circuit board 42 having such a shape is formed by, for example, a warp control design of the circuit board alone at the temperature at which the second solder layer 49 is formed (near the melting point temperature of the solder). The circuit board 42 before joining the circuit board 42 and the heat dissipation member 48 has a warp amount h. Since the circuit board 42 is composed of the metal circuit board 46, the ceramic board 45, and the metal heat sink 47, it has an apparent thermal expansion coefficient between the metal and the ceramic as a whole. When the circuit board 42 and the heat radiating member 48 are joined by solder, the circuit board 42 having a small coefficient of thermal expansion and the heat radiating member 48 having a large coefficient of thermal expansion are heated and thermally expanded by the heat of the molten solder. While the second solder layer 49 is melted, it is absorbed therein and does not appear as distortion. When the temperature of the second solder layer 49 decreases and reaches the melting point, the second solder layer 49 is solidified and the interface between the second solder layer 49 and the metal heat radiating plate 47 and the second solder layer 49 and the heat radiating member. The interface with 48 is fixed. When the temperature further decreases, the heat radiation member 48 having a large coefficient of thermal expansion contracts more, and a compressive stress acts on the circuit board 42. As a result, the warpage amount of the circuit board 42 after joining the circuit board 42 and the heat dissipation member 48 is smaller than the warpage amount h before joining. For example, when the metal circuit board 46 and the metal heat sink 47 are of the same material type, the warp amount is controlled by making the thickness of the metal heat sink 47 equal to or greater than the thickness of the metal circuit board 46. May be. In addition, in any configuration in which a heat-resistant copper alloy is used on the metal circuit side or a metal heat sink, the thickness of the heat-resistant copper alloy and the thickness of oxygen-free copper used on the other side are configured in a well-balanced manner. It is also possible to control the warpage. In this case, the heat-resistant copper alloy can be made thinner than the oxygen-free copper.

この回路基板４２を用いることにより、第２のはんだ層４９は、中央部で薄く、端部で厚くなる。従って、第１の実施の形態に係る半導体モジュールと同一の効果が得られる。すなわち、高い耐久性と高い放熱性を兼ね備える。   By using this circuit board 42, the second solder layer 49 is thin at the center and thick at the end. Therefore, the same effect as the semiconductor module according to the first embodiment can be obtained. That is, it has both high durability and high heat dissipation.

この反り量は、図５に示す金属放熱板４８の端部での反り量をｈとすると、金属放熱板４７の幅をＤとすると、ｈが３００μｍ以下であることが好ましい（室温状態ではｈ／Ｄは５０μｍ／ｉｎｃｈ以内）。この値が３００μｍよりも大きいと、冷熱サイクルの比較的初期に第２のはんだ層４９に亀裂が生じやすくなる。また、端部ではんだ層が厚くなりすぎるため、放熱性が悪くなり、反りによりセラミックス基板４５が割れることがある。更には、半導体チップ４３および金属回路板４６の位置が本来の位置から大きくずれるためワイヤーボンディング不良（ワイヤーの密着強度不足）を招くことがある。   The amount of warpage is preferably 300 μm or less when the amount of warpage at the end of the metal heat sink 48 shown in FIG. / D is within 50 μm / inch). When this value is larger than 300 μm, the second solder layer 49 is likely to crack in a relatively early stage of the thermal cycle. In addition, since the solder layer becomes too thick at the end, the heat dissipation is deteriorated, and the ceramic substrate 45 may be broken by warping. Furthermore, the positions of the semiconductor chip 43 and the metal circuit board 46 are greatly deviated from their original positions, which may cause wire bonding failure (insufficient wire adhesion strength).

以下では本発明の実施例及び比較例について説明する。   Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described.

セラミックス基板としては、前記の窒化珪素セラミックス焼結体を用いた。この焼結体から、複数のセラミックス基板を切り出した。焼結体のサイズは、基板の取り数や基板厚さにもよるが、焼結後の厚さ０．３２ｍｍｔの場合には、現在最大で３００ｍｍ程度まで可能である。その後、レーザー加工により所望の形状にセラミックス基板を加工する。後述の実施例においては、回路基板単体で５０×５０ｍｍサイズの回路基板を４個取りで作製した。   As the ceramic substrate, the silicon nitride ceramic sintered body described above was used. A plurality of ceramic substrates were cut out from the sintered body. The size of the sintered body depends on the number of substrates and the thickness of the substrate, but when the thickness after sintering is 0.32 mmt, it can be up to about 300 mm at present. Thereafter, the ceramic substrate is processed into a desired shape by laser processing. In the examples described later, four circuit boards each having a size of 50 × 50 mm were produced by using a single circuit board.

次に、あらかじめ脱脂・焼結前にシート表面に塗布しておいたｈ−ＢＮ等の潤滑物質等を湿式ブラスト処理で基板表面の清浄化と平滑化を行った。この窒化珪素セラミックス基板の特性は、３点曲げ強度７００ＭＰａ以上、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ／Ｋ以上、破壊靭性値が５ＭＰａ・ｍ１／２以上であった。ちなみにこの窒化珪素セラミックス基板については、焼結条件や助剤量や成分により熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ／Ｋのものから６０Ｗ／ｍ／Ｋのものまで用途に応じて作製することが可能である。 Next, the substrate surface was cleaned and smoothed by wet blasting with a lubricating material such as h-BN that had been applied to the sheet surface before degreasing and sintering. The characteristics of this silicon nitride ceramic substrate were a three-point bending strength of 700 MPa or more, a thermal conductivity of 90 W / m / K or more, and a fracture toughness value of 5 MPa · m 1/2 or more. By the way, this silicon nitride ceramic substrate can be produced in accordance with the use from a thermal conductivity of 120 W / m / K to 60 W / m / K depending on sintering conditions, amount of auxiliary agent and components. .

金属回路板及び金属放熱板の材質は無酸素銅（ろう付熱処理後の降伏応力が２０ＭＰａ程度）である。ただし、実施例１９〜２１等においては、金属回路板に耐熱銅合金（ろう付熱処理後の降伏応力が１００ＭＰａ以上）を用いた。他の実施例における銅（金属回路板及び金属放熱板）の厚さは、一例として金属回路板は１．０ｍｍｔ、金属放熱板は厚さ０．８ｍｍｔまたは１．０ｍｍｔとした。窒化珪素セラミックス基板は厚さ０．３２ｍｍｔのものを用いた。板厚が中央と端部で異なる部材（金属放熱板およびセラミックス）を作製する場合には、中央部の板厚が前記板厚となるように各々調整し、端部が中央よりも薄くなるようにした。放熱部材としては、厚さ３ｍｍｔで、回路基板よりもサイズが大きい銅板（８０×６０ｍｍサイズ）を用いた。   The material of the metal circuit board and the metal heat sink is oxygen-free copper (yield stress after brazing heat treatment is about 20 MPa). However, in Examples 19 to 21 and the like, a heat resistant copper alloy (yield stress after brazing heat treatment was 100 MPa or more) was used for the metal circuit board. As an example, the thickness of copper (metal circuit board and metal heat sink) in other examples was 1.0 mmt for the metal circuit board and 0.8 mmt or 1.0 mmt for the metal heat sink. A silicon nitride ceramic substrate having a thickness of 0.32 mmt was used. When manufacturing members (metal heat sinks and ceramics) with different plate thicknesses at the center and at the ends, adjust the thickness so that the plate thickness at the center is equal to the plate thickness, so that the ends are thinner than the center. I made it. As the heat radiating member, a copper plate (80 × 60 mm size) having a thickness of 3 mmt and larger than the circuit board was used.

金属回路板、金属放熱板とセラミックス基板を接合する工程は、セラミックス基板もしくは前記金属板の表面に銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系の活性金属ろう材を印刷し、７００℃以上でこれらを接合した。その後、金属回路板および金属放熱板をエッチング加工して個々の回路基板を形成した。このエッチング工程では、ろう付接合した金属板とセラミックス基板の接合体の金属板上に感光性レジストをラミネーションにより貼り付け、露光・現像処理の後、表裏の金属板表面に所望のレジストパターンを形成した。その後、塩化鉄溶液等を用いた湿式エッチングにより、金属板の不要部を除去して所望の金属回路パターン（金属回路板および金属放熱板）を同時に形成した。次に前記のレジストを除去し、洗浄・乾燥を行った。また回路基板の個片への分割は、その後に行った。   The step of joining the metal circuit board, the metal heat sink and the ceramic substrate is performed by printing an active metal brazing material of silver (Ag) -copper (Cu) -titanium (Ti) system on the surface of the ceramic substrate or the metal plate, 700 These were joined at a temperature of 0 ° C or higher. Thereafter, the metal circuit board and the metal heat sink were etched to form individual circuit boards. In this etching process, a photosensitive resist is laminated on the metal plate of the brazed and bonded metal plate and ceramic substrate, and a desired resist pattern is formed on the front and back metal plate surfaces after exposure and development. did. Thereafter, unnecessary portions of the metal plate were removed by wet etching using an iron chloride solution or the like, and a desired metal circuit pattern (metal circuit plate and metal heat dissipation plate) was simultaneously formed. Next, the resist was removed, and cleaning and drying were performed. Moreover, the division | segmentation into the piece of a circuit board was performed after that.

はんだ層としては厚みが０．１〜０．２ｍｍｔのシートを各種組み合わせて使用した。第１のはんだ接合層の材質にはＳｎ−３Ａｇ−１．５Ｐｂ組成、第２のはんだ接合層には４０Ｐｂ−Ｓｎ組成のはんだシートを用い、いずれもリフロー炉を用いて各々３５５℃および２３５℃で別々に接合した。ここで、第２のはんだ層に用いたシートには５０μｍサイズのニッケル（Ｎｉ）ボールを予め添加してある。はんだ層による接合は、第１のはんだ接合層、第２のはんだ接合層の順で行った。また、必用に応じて回路基板または半導体素子に荷重を印加し、はんだ接合層の厚さを調整した。以下では、特に記載しない限り、第１のはんだ層の厚さは実測で０．１５ｍｍ以下であり、かつ一様な厚さであった。   As the solder layer, various combinations of sheets having a thickness of 0.1 to 0.2 mmt were used. An Sn-3Ag-1.5Pb composition is used for the material of the first solder joint layer, and a solder sheet having a 40Pb-Sn composition is used for the second solder joint layer, both of which are 355 ° C. and 235 ° C. using a reflow furnace, respectively. Were joined separately. Here, a nickel (Ni) ball having a size of 50 μm is added in advance to the sheet used for the second solder layer. The joining by the solder layer was performed in the order of the first solder joining layer and the second solder joining layer. Moreover, the load was applied to the circuit board or the semiconductor element as necessary, and the thickness of the solder joint layer was adjusted. In the following description, unless otherwise specified, the thickness of the first solder layer was 0.15 mm or less in actual measurement, and was a uniform thickness.

金属回路板に形成した回路パターンは、平板を３分割したパターンを採用し、その内の２つのパターン上にのみ半導体チップを各々１個ずつ実装した。その後、この半導体モジュールとＰＰＳ樹脂ケースを接着した。尚、前記ケースの端子と半導体素子および金属回路パターンを電気的に接続するボンディングワイヤーには、太さ０．３ｍｍ径のアルミワイヤーを用いて超音波接合した。   As the circuit pattern formed on the metal circuit board, a pattern obtained by dividing the flat plate into three parts was adopted, and one semiconductor chip was mounted on each of only two patterns. Thereafter, the semiconductor module and the PPS resin case were bonded. The bonding wire for electrically connecting the terminal of the case, the semiconductor element, and the metal circuit pattern was ultrasonically bonded using an aluminum wire having a diameter of 0.3 mm.

このようにして作製した半導体モジュールを雰囲気温度が２５℃→−４０℃→１２５℃→−４０℃を１サイクルとした冷熱サイクル（冷熱衝撃試験）試験装置に投入し、所定サイクル後の第１および第２のはんだ層の亀裂進展に対応するボイド率の増加を超音波顕微鏡を用いて評価した。反り測定は３次元レーザー測定装置または断面観察から評価した。第１のはんだ層、第２のはんだ層の厚みはこの半導体モジュールを切断した後の断面観察で評価した。また、半導体チップ側から放熱部材の裏面までの熱抵抗を測定した。ここで、熱抵抗としては、半導体チップ下面から放熱部材の下面までの値を、（（半導体チップ通電後の温度）−（半導体チップ通電前の温度））／（投入電力）として計算した。この熱抵抗についても、初期の値と、熱サイクル印加後の値を測定し、その増加率を調べた。ここで、７００サイクル印加後の熱抵抗値の増加率が３０％以上の場合を不合格としたが、これは、第２のはんだ層におけるボイド増加率が２０％以上である場合に対応していた。   The semiconductor module produced in this way is put into a thermal cycle (cooling thermal shock test) test apparatus in which the ambient temperature is 25 ° C. → −40 ° C. → 125 ° C. → −40 ° C. as one cycle. An increase in the void ratio corresponding to the crack growth of the second solder layer was evaluated using an ultrasonic microscope. Warpage measurement was evaluated from a three-dimensional laser measuring device or cross-sectional observation. The thicknesses of the first solder layer and the second solder layer were evaluated by cross-sectional observation after cutting the semiconductor module. Moreover, the thermal resistance from the semiconductor chip side to the back surface of the heat dissipation member was measured. Here, as the thermal resistance, a value from the lower surface of the semiconductor chip to the lower surface of the heat dissipation member was calculated as ((temperature after energization of the semiconductor chip) − (temperature before energization of the semiconductor chip)) / (input power). Regarding the thermal resistance, the initial value and the value after application of the thermal cycle were measured, and the increase rate was examined. Here, the case where the increase rate of the thermal resistance value after application of 700 cycles was 30% or more was rejected, but this corresponds to the case where the void increase rate in the second solder layer is 20% or more. It was.

まず、第１の実施の形態として示した構造の回路基板及び半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、実施例１〜４として、底面を曲面として中心部と端部でその厚さを変えた金属放熱板を用いることにより、第２のはんだ層の厚さを端部で厚くした半導体モジュールを作成した。また、比較例１として、中心部と端部で金属放熱板の厚さの差を０．０５ｍｍと小さくした半導体モジュールを作成した。この場合には回路基板の微小な反りによって第２のはんだ層は中心部よりも端部で薄くなった。これらの評価結果について表１に示す。また、図６に、冷熱サイクルの７００サイクル印加後の第２のはんだ層のボイド増加率と第２のはんだ層における端部と中心部との厚さの差との関係を示す。また、図７に、初期の熱抵抗値と第２のはんだ層における端部と中心部との厚さの差との関係を示す。図６、図７においては、各実施例が○、比較例が×で表示されている（以下も同様とする）。   First, a circuit board and a semiconductor module having the structure shown as the first embodiment were manufactured, and the above evaluation was performed. Here, as Examples 1 to 4, a semiconductor module in which the thickness of the second solder layer is increased at the end by using a metal heat radiating plate having a curved bottom surface and varying the thickness between the center and the end. It was created. Further, as Comparative Example 1, a semiconductor module in which the difference in thickness of the metal heat sink at the center portion and the end portion was as small as 0.05 mm was created. In this case, the second solder layer was thinner at the end than at the center due to the slight warping of the circuit board. These evaluation results are shown in Table 1. FIG. 6 shows the relationship between the void increase rate of the second solder layer after 700 cycles of the cooling / heating cycle and the difference in thickness between the end portion and the center portion of the second solder layer. FIG. 7 shows the relationship between the initial thermal resistance value and the difference in thickness between the end and the center of the second solder layer. 6 and 7, each example is indicated by “◯” and the comparative example is indicated by “X” (the same shall apply hereinafter).

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表１、図６）より、金属放熱板の形状を曲面とし、第２のはんだ層の厚さを端部で厚くすることにより、高い耐久性が得られることが確認された。この際、図７より、初期の熱抵抗値は比較例１と同等であった。従って、実施例１〜４においては、高い放熱性と耐久性とを兼ね備えることが確認された。   From this result (Table 1, FIG. 6), it was confirmed that high durability was obtained by making the shape of the metal heat sink a curved surface and increasing the thickness of the second solder layer at the end. At this time, from FIG. 7, the initial thermal resistance value was equivalent to that of Comparative Example 1. Therefore, in Examples 1-4, it was confirmed that it has high heat dissipation and durability.

次に、第２の実施の形態として示した構造の回路基板及び半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、実施例５〜７においては、底面を曲面として中心部と端部でその厚さを変えたセラミックス基板を用いることにより、金属放熱板の底面の形状を同様の形状とし、第２のはんだ層の厚さを端部で厚くした半導体モジュールを作成した。また、比較例２、３として、セラミックス基板における端部と中心部での厚さの差を０．１ｍｍ以下と小さくした半導体モジュールを作成した。この場合には回路基板の微小な反りによって第２のはんだ層は中心部よりも端部で薄くなった。これらの評価結果について表２に示す。また、図８に、冷熱サイクルを７００サイクル印加後の第２のはんだ層のボイド増加率と第２のはんだ層における端部と中心部との厚さの差との関係を示す。   Next, a circuit board and a semiconductor module having the structure shown as the second embodiment were manufactured, and the above evaluation was performed. Here, in Examples 5 to 7, the bottom surface of the metal heat radiating plate has the same shape by using a ceramic substrate having a curved bottom surface and the thickness changed at the center and the end. A semiconductor module in which the thickness of the solder layer was increased at the end was produced. Further, as Comparative Examples 2 and 3, a semiconductor module in which the difference in thickness between the end portion and the center portion of the ceramic substrate was as small as 0.1 mm or less was prepared. In this case, the second solder layer was thinner at the end than at the center due to the slight warping of the circuit board. These evaluation results are shown in Table 2. FIG. 8 shows the relationship between the void increase rate of the second solder layer after applying 700 cycles of cooling and heating and the difference in thickness between the end portion and the center portion of the second solder layer.

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表２、図８）より、金属放熱板の形状を曲面とし、第２のはんだ層の厚さを端部で厚くすることにより、高い耐久性が得られることが確認された。特に、第２のはんだ層の厚さを端部で０．０７７ｍｍ以上厚くした場合に、その耐久性が向上した。この際、初期の熱抵抗値は比較例２、３と同等であった。従って、実施例５〜７においては、高い放熱性と耐久性とを兼ね備えることが確認された。   From this result (Table 2, FIG. 8), it was confirmed that high durability can be obtained by making the shape of the metal heat sink a curved surface and increasing the thickness of the second solder layer at the end. In particular, the durability was improved when the thickness of the second solder layer was increased by 0.077 mm or more at the end. At this time, the initial thermal resistance value was equivalent to Comparative Examples 2 and 3. Therefore, in Examples 5-7, it was confirmed that it has high heat dissipation and durability.

次に、第３の実施の形態として示した構造の半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、実施例８〜１２においては、金属放熱板の端部に対応する箇所の放熱部材にＶ字形状の溝を設け、その深さを変えた半導体モジュールを作成した。また、比較例４として、中心部と端部でその溝の深さを０．０４３ｍｍと小さくした半導体モジュールを作成した。なお、この場合の溝の深さとは、溝の最深部から金属放熱板までの距離である。これらの評価結果について表３に示す。また、図９に、冷熱サイクルの７００サイクル印加後の第２のはんだ層のボイド増加率と溝の深さとの関係を示す。   Next, a semiconductor module having the structure shown as the third embodiment was manufactured and evaluated as described above. Here, in Examples 8-12, the semiconductor module which provided the V-shaped groove | channel in the heat radiating member of the location corresponding to the edge part of a metal heat sink, and changed the depth was produced. Further, as Comparative Example 4, a semiconductor module having a groove depth as small as 0.043 mm at the center and the end was prepared. In this case, the depth of the groove is a distance from the deepest part of the groove to the metal heat sink. These evaluation results are shown in Table 3. FIG. 9 shows the relationship between the void increase rate of the second solder layer and the groove depth after 700 cycles of the cooling / heating cycle.

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表３、図９）より、金属放熱板の端部に対応する箇所の放熱部材にＶ字形状の溝を設けることにより、高い耐久性が得られることが確認された。特に、溝の深さを０．０７９ｍｍよりも深くすることにより、耐久性が向上した。この際、初期の熱抵抗値は比較例４と同等であった。従って、実施例８〜１２においては、高い放熱性と耐久性とを兼ね備えることが確認された。   From this result (Table 3, FIG. 9), it was confirmed that high durability can be obtained by providing a V-shaped groove in the heat dissipating member at a location corresponding to the end of the metal heat dissipating plate. In particular, the durability was improved by making the groove depth deeper than 0.079 mm. At this time, the initial thermal resistance value was equivalent to that of Comparative Example 4. Therefore, in Examples 8-12, it was confirmed that it has high heat dissipation and durability.

次に、第４の実施の形態として示した構造の半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、実施例１３〜１８においては、金属放熱板の底面の外周部に面取り加工を施して曲面形状とし、その曲率半径を変化させた半導体モジュールを作成した。また、比較例５として、中心部と端部でその曲率半径を０．０５３ｍｍと小さくし、金属放熱板端部におけるはんだ層の厚さを０．１ｍｍよりも小さくした半導体モジュールを作成した。ここで、面取り加工は化学エッチングで実施し、エッチング時間および諸条件を変更し、丸めコーナーＲ部の径を調整した。これらの評価結果について表４に示す。   Next, a semiconductor module having the structure shown as the fourth embodiment was manufactured and evaluated as described above. Here, in Examples 13 to 18, semiconductor modules were produced in which the outer peripheral portion of the bottom surface of the metal heat sink was chamfered into a curved shape and the curvature radius thereof was changed. Further, as Comparative Example 5, a semiconductor module was produced in which the radius of curvature was reduced to 0.053 mm at the center and the end, and the thickness of the solder layer at the end of the metal heat sink was less than 0.1 mm. Here, the chamfering process was performed by chemical etching, the etching time and various conditions were changed, and the diameter of the rounded corner R portion was adjusted. These evaluation results are shown in Table 4.

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表４）より、金属放熱板の底面の外周部に面取り加工を施して、金属放熱板端部におけるはんだ層の厚さを厚くすることにより、高い耐久性が得られることが確認された。特に、これによって第２のはんだ層の厚さを端部で中央部よりも０．０４４ｍｍ厚くした場合には耐久性が向上することが確認された。この際、初期の熱抵抗値は比較例５と同等であった。従って、実施例１３〜１８においては、高い放熱性と耐久性とを兼ね備えることが確認された。   From this result (Table 4), it was confirmed that high durability can be obtained by chamfering the outer peripheral portion of the bottom surface of the metal heat sink and increasing the thickness of the solder layer at the end of the metal heat sink. It was. In particular, it was confirmed that the durability was improved when the thickness of the second solder layer was 0.044 mm thicker than the central portion at the end portion. At this time, the initial thermal resistance value was equivalent to that of Comparative Example 5. Therefore, in Examples 13-18, it was confirmed that it has high heat dissipation and durability.

次に、第５の実施の形態として示した構造の半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、実施例１９〜２１においては、金属回路板を銅合金（耐力１１０ＭＰａ）とし、金属放熱板に無酸素銅板を用いて、その厚さを変えることによって回路基板の反りを制御した。また、比較例６、７として、同様にして反りの小さな回路基板を作成した。これらの回路基板を用いた半導体モジュールについて上記の評価を行った。なお、前記のように、第２のはんだ層を用いてこれらの回路基板を放熱部材に接合した後では、その反り量は接合前よりも小さくなっている。このため、第２のはんだ層における端部と中央部での厚さの差は接合前の反り量よりも小さくなっている。これらの評価結果について表５に示す。また、図１０に、この場合の冷熱サイクルの７００サイクル印加後の第２のはんだ層のボイド増加率と第２のはんだ層における端部と中心部との厚さの差との関係を示す。   Next, a semiconductor module having the structure shown as the fifth embodiment was manufactured and evaluated as described above. Here, in Examples 19 to 21, the metal circuit board was made of a copper alloy (with a yield strength of 110 MPa), an oxygen-free copper plate was used as the metal heat sink, and the warpage of the circuit board was controlled by changing the thickness thereof. In addition, as Comparative Examples 6 and 7, circuit boards with small warpage were produced in the same manner. The above evaluation was performed on semiconductor modules using these circuit boards. As described above, after these circuit boards are bonded to the heat dissipation member using the second solder layer, the amount of warpage is smaller than that before bonding. For this reason, the difference in thickness between the end portion and the center portion of the second solder layer is smaller than the warpage amount before joining. These evaluation results are shown in Table 5. FIG. 10 shows the relationship between the void increase rate of the second solder layer after 700 cycles of the cooling cycle in this case and the difference in thickness between the end portion and the center portion of the second solder layer.

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表５、図１０）より、回路基板に意図的に反りを導入することにより、高い耐久性が得られることが確認された。特に、これによって第２のはんだ層の厚さを中央部よりも端部で０．０３８ｍｍだけ厚くすることによって、高い耐久性が得られることが確認された。この際、初期の熱抵抗値は比較例６、７と同等であった。従って、実施例１９〜２１においては、高い放熱性と耐久性とを兼ね備えることが確認された。   From these results (Table 5, FIG. 10), it was confirmed that high durability can be obtained by intentionally introducing warpage into the circuit board. In particular, it has been confirmed that high durability can be obtained by making the thickness of the second solder layer 0.038 mm thicker at the end than at the center. At this time, the initial thermal resistance value was equivalent to those of Comparative Examples 6 and 7. Therefore, in Examples 19-21, it was confirmed that it has high heat dissipation and durability.

最後に、比較例として図１１に示した構造の半導体モジュールを製造し、上記の評価を行った。ここで、比較例８〜１２においては、第１のはんだ層及び第２のはんだ層の厚さを変えた。この際、熱抵抗を大きく劣化させないために、比較例８の側では第１のはんだ層を薄くし、第２のはんだ層を厚くしており、比較例１２の側では第１のはんだ層を厚くし、第２のはんだ層を薄くしている。なお、第２のはんだ層の中心部と端部での厚さはほぼ同一としている。これらの評価結果について表６に示す。なお、ここでは第１のはんだ層の５００サイクル印加後のボイド増加率も測定した。   Finally, a semiconductor module having the structure shown in FIG. 11 was manufactured as a comparative example, and the above evaluation was performed. Here, in Comparative Examples 8 to 12, the thicknesses of the first solder layer and the second solder layer were changed. At this time, in order not to greatly deteriorate the thermal resistance, the first solder layer is made thinner and the second solder layer is made thicker on the comparative example 8 side, and the first solder layer is made on the comparative example 12 side. The second solder layer is made thinner. Note that the thickness of the second solder layer at the center and at the end is substantially the same. These evaluation results are shown in Table 6. In addition, the void increase rate after 500 cycles application of the 1st solder layer was also measured here.

Figure 2008227336
Figure 2008227336

この結果（表６）より、これらの比較例においてはいずれも７００サイクル後の熱抵抗の増加率が高くなることが確認された。これは、第１のはんだ層が薄い場合には第１のはんだ層のボイド増加率が高くなり、第２のはんだ層が薄い場合にはボイド増加率が高くなるためである。従って、はんだ層の厚さを面内で一様にした場合には、はんだ層の厚さを調整しても、低い熱抵抗と高い耐久性を両立させることは困難である。一方、本発明の実施例においては低い熱抵抗と高い耐久性が両立された。   From these results (Table 6), it was confirmed that in these comparative examples, the rate of increase in thermal resistance after 700 cycles was high. This is because the void increase rate of the first solder layer is high when the first solder layer is thin, and the void increase rate is high when the second solder layer is thin. Therefore, when the thickness of the solder layer is made uniform in the plane, it is difficult to achieve both low thermal resistance and high durability even if the thickness of the solder layer is adjusted. On the other hand, in the Example of this invention, low heat resistance and high durability were compatible.

本発明の第１の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る実施例におけるボイド増加率とはんだ層の厚さ差との関係を測定した結果である。It is the result of having measured the relationship between the void increase rate in the Example which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the thickness difference of a solder layer. 本発明の第１の実施の形態に係る実施例における初期の熱抵抗値とはんだ層の厚さ差との関係を測定した結果である。It is the result of having measured the relationship between the initial thermal resistance value in the Example which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the thickness difference of a solder layer. 本発明の第２の実施の形態に係る実施例におけるボイド増加率とはんだ層の厚さ差との関係を測定した結果である。It is the result of having measured the relationship between the void increase rate in the Example which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the thickness difference of a solder layer. 本発明の第３の実施の形態に係る実施例におけるボイド増加率とはんだ層の厚さ差との関係を測定した結果である。It is the result of having measured the relationship between the void increase rate in the Example which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and the thickness difference of a solder layer. 本発明の第５の実施の形態に係る実施例におけるボイド増加率とはんだ層の厚さ差との関係を測定した結果である。It is the result of having measured the relationship between the void increase rate and the thickness difference of a solder layer in the Example which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 従来の半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the conventional semiconductor module.

符号の説明Explanation of symbols

１、１１、２１、３１、４１、５１ 半導体モジュール
２、１２、２２、３２、４２、５２ 回路基板
３、１３、２３、３３、４３、５３ 半導体チップ（素子）
４、１４、２４、３４、４４、５４ 第１のはんだ層（＃１はんだ層）
５、１５、２５、３５、４５、５５ セラミックス基板
６、１６、２６、３６、４６、５６ 金属回路板
７、１７、２７、３７、４７、５７ 金属放熱板
８、１８、２８、３８、４８、５８ 放熱部材
９、１９、２９、３９、４９、５９ 第２のはんだ層（＃２はんだ層）
３０ 溝
３７ａ 金属放熱板の外周端部
３９ａ 第２のはんだ層のフィレット 1, 11, 21, 31, 41, 51 Semiconductor module 2, 12, 22, 32, 42, 52 Circuit board 3, 13, 23, 33, 43, 53 Semiconductor chip (element)
4, 14, 24, 34, 44, 54 First solder layer (# 1 solder layer)
5, 15, 25, 35, 45, 55 Ceramic substrate 6, 16, 26, 36, 46, 56 Metal circuit board 7, 17, 27, 37, 47, 57 Metal heat sink 8, 18, 28, 38, 48 , 58 Heat dissipation member 9, 19, 29, 39, 49, 59 Second solder layer (# 2 solder layer)
30 groove 37a outer peripheral end 39a of metal heat sink fillet of second solder layer

Claims (12)

セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、
前記金属放熱板における前記放熱部材と接する側の面が、前記放熱部材側に凸の曲面形状となっており、
前記はんだ層はその厚さが前記金属放熱板の中央部で薄く、端部で厚いことを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor module in which a semiconductor chip is mounted on a circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both surfaces of a ceramic substrate, and the metal heat sink is bonded to a heat dissipation member via a solder layer,
The surface of the metal heat radiating plate on the side in contact with the heat radiating member has a curved shape convex to the heat radiating member side,
The semiconductor module according to claim 1, wherein the thickness of the solder layer is thin at a central portion and thick at an end portion of the metal heat radiating plate. 前記金属放熱板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, wherein a thickness of the metal heat radiating plate is thick at a central portion and thin at an end portion. 前記セラミックス基板の金属放熱板側の面が金属放熱板側に凸の曲面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。   3. The semiconductor module according to claim 1, wherein a surface of the ceramic substrate on the side of the metal heat sink is a curved surface that is convex toward the metal heat sink. 前記セラミック基板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。   4. The semiconductor module according to claim 3, wherein the thickness of the ceramic substrate is thick at the center and thin at the end. 前記回路基板が前記放熱部材側に凸形状となる反りを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。   5. The semiconductor module according to claim 1, wherein the circuit board has a warp that protrudes toward the heat dissipation member. セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、
前記放熱部材における前記金属放熱板と接する側の面において、前記金属放熱板の端部と相対する箇所にＶ字形状の溝が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor module in which a semiconductor chip is mounted on a circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both surfaces of a ceramic substrate, and the metal heat sink is bonded to a heat dissipation member via a solder layer,
A semiconductor module, wherein a surface of the heat radiating member on the side in contact with the metal heat radiating plate is provided with a V-shaped groove at a location facing an end of the metal heat radiating plate. セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板上に半導体チップが搭載され、前記金属放熱板がはんだ層を介して放熱部材に接合されてなる半導体モジュールであって、
前記金属放熱板における前記放熱部材と接する側の面において、外周部が面取り加工され、前記はんだ層は前記加工面を覆うフィレット部を有することを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor module in which a semiconductor chip is mounted on a circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both surfaces of a ceramic substrate, and the metal heat sink is bonded to a heat dissipation member via a solder layer,
An outer peripheral portion of the metal heat radiating plate in contact with the heat radiating member is chamfered, and the solder layer has a fillet portion covering the processed surface. セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板であって、
前記金属放熱板における、前記セラミックス基板に接する面と反対側の面が、前記セラミックス基板側と反対側に凸の曲面形状となっていることを特徴とする回路基板。 A circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both sides of a ceramic substrate,
A circuit board, wherein a surface of the metal heat dissipating plate opposite to a surface in contact with the ceramic substrate has a curved surface shape convex to the opposite side of the ceramic substrate. 前記金属放熱板の厚さが中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項６に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 6, wherein a thickness of the metal heat sink is thick at a central portion and thin at an end portion. 前記セラミックス基板における前記金属放熱板と接する側の面が、前記金属放熱板側に凸の曲面形状となっていることを特徴とする請求項６または７に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 6, wherein a surface of the ceramic substrate that is in contact with the metal heat dissipation plate has a curved surface that is convex toward the metal heat dissipation plate. 前記セラミックス基板の厚さが、中央部で厚く、端部で薄いことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 8, wherein a thickness of the ceramic substrate is thick at a central portion and thin at an end portion. セラミックス基板の両面に金属回路板および金属放熱板がそれぞれ形成された回路基板であって、
前記金属放熱板における前記セラミックス基板に接する面と反対側の面において、外周部が面取り加工されたことを特徴とする回路基板。 A circuit board in which a metal circuit board and a metal heat sink are respectively formed on both sides of a ceramic substrate,
A circuit board, wherein an outer peripheral portion of the metal heat radiating plate is chamfered on a surface opposite to a surface in contact with the ceramic substrate.
JP2007066174A 2007-03-15 2007-03-15 Semiconductor module, circuit board used therefor Pending JP2008227336A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007066174A JP2008227336A (en) 2007-03-15 2007-03-15 Semiconductor module, circuit board used therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007066174A JP2008227336A (en) 2007-03-15 2007-03-15 Semiconductor module, circuit board used therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008227336A true JP2008227336A (en) 2008-09-25

Family

ID=39845567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007066174A Pending JP2008227336A (en) 2007-03-15 2007-03-15 Semiconductor module, circuit board used therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008227336A (en)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153639A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2012064801A (en) * 2010-09-16 2012-03-29 Mitsubishi Materials Corp Power module substrate with head sink, power module, and manufacturing method of power module substrate with head sink
WO2012157583A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-22 富士電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2013030523A (en) * 2011-07-27 2013-02-07 Dowa Metaltech Kk Method of manufacturing metal-ceramic junction circuit board
KR101244831B1 (en) * 2010-05-31 2013-03-19 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Semiconductor module and method of manufacturing the same
WO2013122126A1 (en) 2012-02-14 2013-08-22 三菱マテリアル株式会社 Solder joint structure, power module, heat-sink-attached substrate for power module, method for producing said substrate, and paste for forming solder underlayer
WO2013141110A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-26 日本軽金属株式会社 Method for manufacturing substrate with integrated radiator, and substrate with integrated radiator
JP2014112732A (en) * 2012-03-30 2014-06-19 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module with heat sink and power module
WO2014103934A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 三菱マテリアル株式会社 Power module
WO2014103955A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 三菱マテリアル株式会社 Power module
WO2014157178A1 (en) 2013-03-29 2014-10-02 三菱マテリアル株式会社 Power module
KR20140147090A (en) * 2012-03-30 2014-12-29 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module substrate, power module substrate with heat sink, and power module
WO2015111202A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 株式会社日立製作所 Semiconductor module
US9666504B2 (en) 2011-06-30 2017-05-30 Vestas Wind Systems A/S Heat sink for cooling of power semiconductor modules
JP2017163074A (en) * 2016-03-11 2017-09-14 三菱マテリアル株式会社 Method for manufacturing power module substrate
WO2018061517A1 (en) * 2016-09-29 2018-04-05 三菱電機株式会社 Power module, method for producing same and electric power converter
CN110600457A (en) * 2018-06-13 2019-12-20 丰田自动车株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
CN112331622A (en) * 2019-08-05 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 Packaging method of insulated gate bipolar transistor module and module
JP2022171659A (en) * 2021-08-16 2022-11-11 ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッド Power semiconductor module manufacturing method and power semiconductor module
WO2023214450A1 (en) * 2022-05-02 2023-11-09 三菱電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same

Cited By (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153639A (en) * 2008-12-25 2010-07-08 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101244831B1 (en) * 2010-05-31 2013-03-19 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 Semiconductor module and method of manufacturing the same
JP2012064801A (en) * 2010-09-16 2012-03-29 Mitsubishi Materials Corp Power module substrate with head sink, power module, and manufacturing method of power module substrate with head sink
CN103477429A (en) * 2011-05-13 2013-12-25 富士电机株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JPWO2012157583A1 (en) * 2011-05-13 2014-07-31 富士電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
EP2709148A4 (en) * 2011-05-13 2015-07-15 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2015128194A (en) * 2011-05-13 2015-07-09 富士電機株式会社 Semiconductor device
WO2012157583A1 (en) * 2011-05-13 2012-11-22 富士電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9153519B2 (en) * 2011-05-13 2015-10-06 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device for preventing a progression of a crack in a solder layer and method of manufacturing the same
US20140042609A1 (en) * 2011-05-13 2014-02-13 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing the same
US10186470B2 (en) 2011-06-30 2019-01-22 Vestas Wind Systems A/S Heat sink for cooling of power semiconductor modules
US9666504B2 (en) 2011-06-30 2017-05-30 Vestas Wind Systems A/S Heat sink for cooling of power semiconductor modules
JP2013030523A (en) * 2011-07-27 2013-02-07 Dowa Metaltech Kk Method of manufacturing metal-ceramic junction circuit board
KR20140127250A (en) 2012-02-14 2014-11-03 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Solder joint structure, power module, heat-sink-attached substrate for power module, method for producing said substrate, and paste for forming solder underlayer
US9355986B2 (en) 2012-02-14 2016-05-31 Mitsubishi Materials Corporation Solder joint structure, power module, power module substrate with heat sink and method of manufacturing the same, and paste for forming solder base layer
WO2013122126A1 (en) 2012-02-14 2013-08-22 三菱マテリアル株式会社 Solder joint structure, power module, heat-sink-attached substrate for power module, method for producing said substrate, and paste for forming solder underlayer
JP2013197246A (en) * 2012-03-19 2013-09-30 Nippon Light Metal Co Ltd Substrate integrated with radiator, and method of manufacturing the same
US9474146B2 (en) 2012-03-19 2016-10-18 Nippon Light Metal Company, Ltd. Manufacturing method of radiator-integrated substrate and radiator-integrated substrate
WO2013141110A1 (en) * 2012-03-19 2013-09-26 日本軽金属株式会社 Method for manufacturing substrate with integrated radiator, and substrate with integrated radiator
JP2014112732A (en) * 2012-03-30 2014-06-19 Mitsubishi Materials Corp Substrate for power module with heat sink and power module
KR20140147090A (en) * 2012-03-30 2014-12-29 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module substrate, power module substrate with heat sink, and power module
KR102097177B1 (en) 2012-03-30 2020-04-03 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module substrate, power module substrate with heat sink, and power module
US9480144B2 (en) 2012-03-30 2016-10-25 Mitsubishi Materials Corporation Power module substrate, power module substrate with heat sink, and power module
WO2014103955A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 三菱マテリアル株式会社 Power module
WO2014103934A1 (en) 2012-12-25 2014-07-03 三菱マテリアル株式会社 Power module
US9426915B2 (en) 2012-12-25 2016-08-23 Mitsubishi Materials Corporation Power module
EP2940719A4 (en) * 2012-12-25 2016-08-24 Mitsubishi Materials Corp Power module
US9642275B2 (en) 2012-12-25 2017-05-02 Mitsubishi Materials Corporation Power module
KR20150099739A (en) 2012-12-25 2015-09-01 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module
KR20150099754A (en) 2012-12-25 2015-09-01 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module
WO2014157178A1 (en) 2013-03-29 2014-10-02 三菱マテリアル株式会社 Power module
KR20150135275A (en) 2013-03-29 2015-12-02 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 Power module
US9953944B2 (en) 2013-03-29 2018-04-24 Mitsubishi Materials Corporation Power module
WO2015111202A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 株式会社日立製作所 Semiconductor module
US9754855B2 (en) 2014-01-27 2017-09-05 Hitachi, Ltd. Semiconductor module having an embedded metal heat dissipation plate
JP2017163074A (en) * 2016-03-11 2017-09-14 三菱マテリアル株式会社 Method for manufacturing power module substrate
WO2018061517A1 (en) * 2016-09-29 2018-04-05 三菱電機株式会社 Power module, method for producing same and electric power converter
CN110600457A (en) * 2018-06-13 2019-12-20 丰田自动车株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
CN110600457B (en) * 2018-06-13 2023-11-24 株式会社电装 Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
CN112331622A (en) * 2019-08-05 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 Packaging method of insulated gate bipolar transistor module and module
JP2022171659A (en) * 2021-08-16 2022-11-11 ファーウェイ デジタル パワー テクノロジーズ カンパニー リミテッド Power semiconductor module manufacturing method and power semiconductor module
WO2023214450A1 (en) * 2022-05-02 2023-11-09 三菱電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008227336A (en) Semiconductor module, circuit board used therefor
JP6359455B2 (en) Semiconductor circuit board, semiconductor device using the same, and method for manufacturing semiconductor circuit board
JP5613914B2 (en) Power module substrate
JP6079505B2 (en) Bonded body and power module substrate
JP4893096B2 (en) Circuit board and semiconductor module using the same
JP2013042165A (en) Circuit board, semiconductor module using the same, and method of manufacturing circuit board
JP4893095B2 (en) Circuit board and semiconductor module using the same
TWI661516B (en) Bonded body, power module substrate with heat sink, heat sink, method of producing bonded body, method of producing power module substrate with heat sink and method of producing heat sink
JP2008235852A (en) Ceramic substrate and semiconductor module using the same
JP2015062953A (en) Joined body, and substrate for power module
JP5218621B2 (en) Circuit board and semiconductor module using the same
JP2008147308A (en) Circuit board and semiconductor module having same
JP5370460B2 (en) Semiconductor module
JP5665355B2 (en) Manufacturing method of joined body of ceramic member and finned heat dissipation member
TW201841310A (en) Manufacturing method of insulated circuit substrate with heat sink
JP4104429B2 (en) Module structure and module using it
JP5914968B2 (en) Power module substrate with heat sink and manufacturing method thereof
JP6819299B2 (en) Joined body, substrate for power module, manufacturing method of joined body and manufacturing method of substrate for power module
JP2009088330A (en) Semiconductor module
JP6031784B2 (en) Power module substrate and manufacturing method thereof
JP2015142063A (en) Power module and method of manufacturing power module
JP2008147307A (en) Circuit board and semiconductor module having same
TWI636719B (en) Manufacturing method for combining metal with ceramic substrate
JP5392901B2 (en) Silicon nitride wiring board
JP5388697B2 (en) Multi-circuit board, circuit board, and module using the same