JP2008243878A - Heat dissipation structure, its manufacturing method and power module - Google Patents

Heat dissipation structure, its manufacturing method and power module Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat dissipation structure or a power module wherein its junction part is high in reliability and manufacturing cost is low. <P>SOLUTION: The heat dissipation structure is provided with an oxide film 27 and a metal layer 28 formed by thermal spraying method (cold spraying method) on a heat sink 21. The oxide film 27 can use a thick oxide film that is formed during hot extrusion molding when the heat sink 21 is formed by hot extrusion molding. The oxide film 27 is interposed in this manner, thus suppressing the production of intermetallic compounds due to reaction between a metallic material forming the heat sink 21 and another metallic material forming the metal layer 28. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体チップ等の発熱に対する冷却機能を有する放熱構造体，その製造方法およびパワーモジュールに関する。   The present invention relates to a heat dissipation structure having a cooling function against heat generation of a semiconductor chip or the like, a manufacturing method thereof, and a power module.

パワーデバイスとしての半導体素子の発熱を放出するための放熱構造体として、アルミニウムやアルミニウム合金からなるヒートシンクを備えたものが一般に採用されている。ヒートシンクには、フィンが設けられていることが多く、放熱効率を高めるように工夫されている。また、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるヒートシンクに銅または銅合金からなる部材を設けたものが知られている。   As a heat dissipation structure for releasing heat generated by a semiconductor element as a power device, a structure including a heat sink made of aluminum or an aluminum alloy is generally employed. The heat sink is often provided with fins and is devised to increase the heat dissipation efficiency. Moreover, what provided the member which consists of copper or a copper alloy in the heat sink which consists of aluminum or an aluminum alloy is known.

たとえば、特許文献１には、銅部材の接合面に銀からなる金属層を形成しておいて、この金属層とアルミニウムヒートシンクとをろう付けすることにより、Ａｌ−Ａｇ金属間化合物を形成して、高い接合強度を実現する技術が開示されている。
特開２００４−１０６９号公報 For example, in Patent Document 1, a metal layer made of silver is formed on the joint surface of a copper member, and the metal layer and an aluminum heat sink are brazed to form an Al-Ag intermetallic compound. A technique for realizing a high bonding strength is disclosed.
JP 2004-1069 A

しかしながら、特許文献１の技術では、５００℃以上の温度でろう付けするために、銅とアルミニウムとの熱膨張率差によって冷却後にそりが生じるおそれがあった。接合の信頼性を確保するために、銅とアルミニウムとの拡散反応を防止するために銀からなる金属層を設けているので、製造コストが高くつくという不具合があった。   However, in the technique of Patent Document 1, since brazing is performed at a temperature of 500 ° C. or higher, there is a possibility that warping may occur after cooling due to a difference in thermal expansion coefficient between copper and aluminum. In order to ensure the reliability of joining, since the metal layer which consists of silver is provided in order to prevent the diffusion reaction of copper and aluminum, there existed a malfunction that manufacturing cost became expensive.

本発明の目的は、ヒートシンク上に比較的低温で金属層を設ける手段を講ずることにより、接合部の信頼性が高く、製造コストの安価な放熱構造体，その製造方法およびパワーモジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a heat dissipation structure, a manufacturing method thereof, and a power module with high reliability of a joint portion and low manufacturing cost by providing a means for providing a metal layer on a heat sink at a relatively low temperature. It is in.

本発明の放熱構造体は、ヒートシンクの上に絶縁膜を設け、この絶縁膜を挟んでヒートシンクに対向するように、金属層を設けたものである。   In the heat dissipation structure of the present invention, an insulating film is provided on a heat sink, and a metal layer is provided so as to face the heat sink with the insulating film interposed therebetween.

これにより、ヒートシンクと金属層との間に絶縁膜が介在していることで、ヒートシンクと金属層との反応によって接合部に金属間化合物などが形成されるのを抑制することができる。また、溶射処理は比較的低温での処理で行われるので、ヒートシンクと金属層との熱膨張率差に起因する反りも小さく抑制することができる。また、Ａｇ等の高価な材料を用いる必要がないので、製造コストが比較的安価である。よって、接合部の信頼性が高く、製造コストの安価な放熱構造体が得られることになる。   Thereby, it can suppress that an intermetallic compound etc. are formed in a junction part by reaction with a heat sink by interposing an insulating film between a heat sink and a metal layer. Further, since the thermal spraying process is performed at a relatively low temperature, warpage caused by a difference in thermal expansion coefficient between the heat sink and the metal layer can be suppressed to a small level. Further, since it is not necessary to use an expensive material such as Ag, the manufacturing cost is relatively low. Therefore, the heat dissipation structure with high reliability of the joint and low manufacturing cost can be obtained.

その場合、ヒートシンクに、フィン部を設けることにより、放熱機能の拡大を図ることができる。   In that case, the heat dissipation function can be expanded by providing the fin portion on the heat sink.

絶縁膜の厚みが、５０ｎｍ以上であることにより、金属層配線部材とヒートシンクとの反応をより確実に抑制することができる。   When the thickness of the insulating film is 50 nm or more, the reaction between the metal layer wiring member and the heat sink can be more reliably suppressed.

金属層が、Ａｌ，Ａｌ合金，ＣｕおよびＣｕ合金から選ばれた金属によって構成されていることが好ましい。   The metal layer is preferably made of a metal selected from Al, Al alloy, Cu and Cu alloy.

本発明の放熱構造体の製造方法は、フィンを有するヒートシンク連続体を形成した後、絶縁膜，金属層を順次形成してから、ヒートシンク連続体，絶縁膜および金属層を切断して、放熱構造体に分離する方法である。   The method for manufacturing a heat dissipation structure of the present invention includes forming a heat sink continuum having fins, sequentially forming an insulating film and a metal layer, and then cutting the heat sink continuum, the insulating film and the metal layer, It is a method of separating the body.

この方法により、多数のヒートシンクとなるヒートシンク連続体に対して、絶縁膜，溶射金属層を同時に形成することが可能になり、上述のような利点を有する放熱構造体を、より安価に製造することができる。   By this method, it becomes possible to simultaneously form an insulating film and a sprayed metal layer on a heat sink continuous body that becomes a large number of heat sinks, and to manufacture a heat dissipation structure having the above-described advantages at a lower cost. Can do.

ヒートシンク連続体は、ダイキャスト成形によって形成することもできるが、熱間押し出し成形により形成することにより、その表面に絶縁膜である酸化膜が形成される。つまり、成形工程と酸化工程とが同時に行われるので、別途絶縁膜の形成を行わなくてもよく、さらなる製造コストの削減を図ることができる。   Although the heat sink continuous body can be formed by die casting, an oxide film as an insulating film is formed on the surface by forming by hot extrusion molding. That is, since the molding process and the oxidation process are performed at the same time, it is not necessary to separately form an insulating film, and the manufacturing cost can be further reduced.

絶縁膜として、酸化膜を、ヒートシンク連続体を構成する材料の陽極酸化によって形成することにより、金属層の形成時における粒子の衝撃を受けても高い信頼性を保持しうる強固な絶縁膜を形成することが可能となる。   As an insulating film, an oxide film is formed by anodic oxidation of the material constituting the heat sink continuum, thereby forming a strong insulating film that can maintain high reliability even when subjected to the impact of particles during the formation of the metal layer It becomes possible to do.

本発明のパワーモジュールは、上記放熱構造体の金属層の上に、絶縁接続層を挟んで半導体チップ用の配線部材を設けたものである。   In the power module of the present invention, a wiring member for a semiconductor chip is provided on the metal layer of the heat dissipation structure with an insulating connection layer interposed therebetween.

これにより、安価で接合部の信頼性の高い放熱構造体をパワーモジュールの放熱機構として利用することが可能になる。また、金属層と配線部材との材料を熱膨張係数差がないかほとんどないものに適宜選択することにより、絶縁接続層に印加される熱応力を低減することができ、パワーモジュールとしても接合の信頼性を高く維持することが可能となる。   This makes it possible to use a heat dissipation structure that is inexpensive and has high reliability at the joint as a heat dissipation mechanism for the power module. In addition, by appropriately selecting the material of the metal layer and the wiring member so that there is little or no difference in thermal expansion coefficient, the thermal stress applied to the insulating connection layer can be reduced, and the power module can also be bonded. It becomes possible to maintain high reliability.

絶縁接続層が樹脂接着剤層であることにより、製造コストの削減を図ることが可能になる。   When the insulating connection layer is a resin adhesive layer, it is possible to reduce the manufacturing cost.

また、ヒートシンクに、フィン部を設けることにより、放熱機能の拡大を図ることができる。   Moreover, the heat radiation function can be expanded by providing the fin portion on the heat sink.

絶縁膜の厚みが、５０ｎｍ以上であることにより、配線部材とヒートシンクとの反応をより確実に抑制することができる。   When the thickness of the insulating film is 50 nm or more, the reaction between the wiring member and the heat sink can be more reliably suppressed.

金属層が、Ａｌ，Ａｌ合金，ＣｕおよびＣｕ合金から選ばれた金属によって構成されていることが好ましい。   The metal layer is preferably made of a metal selected from Al, Al alloy, Cu and Cu alloy.

金属層が、厚み０．５ｍｍ以上のＣｕ層またはＣｕ合金層であることにより、半導体チップからの放熱経路を横方向に拡大するヒートスプレッダー機能が得られるとともに、金属層に作用する応力に耐えうる強度が確保される。   When the metal layer is a Cu layer or Cu alloy layer having a thickness of 0.5 mm or more, a heat spreader function for expanding the heat dissipation path from the semiconductor chip in the lateral direction can be obtained, and the metal layer can withstand the stress acting on the metal layer. Strength is secured.

本発明の放熱構造体およびその製造方法によると、接合の信頼性を保持しつつ、安価な放熱構造体を得ることができる。また、本発明のパワーモジュールによると、上記放熱構造体をパワーモジュールの放熱機構として利用することにより、安価で接合部の信頼性の高いパワーモジュールが得られる。   According to the heat dissipating structure and the manufacturing method thereof of the present invention, an inexpensive heat dissipating structure can be obtained while maintaining bonding reliability. In addition, according to the power module of the present invention, by using the heat dissipation structure as a heat dissipation mechanism of the power module, a power module that is inexpensive and has a high reliability of the joint can be obtained.

（実施の形態１）
−放熱構造体の構造−
図１は、実施の形態１に係る放熱構造体の断面図である。本実施の形態の放熱構造体は、平板部２１ａおよびフィン部２１ｂを有するヒートシンク２１と、平板部２１ａの上に形成された絶縁膜である酸化膜２７と、酸化膜２７の上に形成された金属層２８とを備えている。フィン部２１ｂは、熱交換媒体である冷却水にさらされて、熱交換効率を高めるように構成されているが、フィン部２１ｂは必ずしも必要ではなく、また、フィン部２１ｂに代えて、他の放熱構造体を備えていてもよい。 (Embodiment 1)
-Structure of heat dissipation structure-
1 is a cross-sectional view of a heat dissipation structure according to Embodiment 1. FIG. The heat dissipation structure of the present embodiment is formed on the heat sink 21 having the flat plate portion 21a and the fin portion 21b, the oxide film 27 that is an insulating film formed on the flat plate portion 21a, and the oxide film 27. And a metal layer 28. The fin portion 21b is configured to be exposed to cooling water that is a heat exchange medium to increase the heat exchange efficiency. However, the fin portion 21b is not always necessary, and the fin portion 21b is replaced with another fin portion 21b. A heat dissipation structure may be provided.

本実施の形態では、ヒートシンク２１は、ＡｌまたはＡｌ合金を用いた押し出し成形によって形成されている。ただし、ダイキャスト成形を利用してもよい。   In the present embodiment, the heat sink 21 is formed by extrusion using Al or an Al alloy. However, die casting may be used.

本実施の形態では、金属層２８は、ＣｕまたはＣｕ合金からなり、コールドスプレー法を用いて形成されている。後述するように、コールドスプレー法を用いて形成された金属層２８は、比較的低温（数百℃）で形成されるので、ＡｌまたはＡｌ合金からなるヒートシンク２１との熱膨張率の差があっても、実用的に問題となる程の大きな反りを生じることがない。また、コールドスプレー法を用いて形成された膜は、緻密であることが確認されている。そして、コールドスプレー法では、膜の堆積能率が高く、製造コストも安価である。   In the present embodiment, the metal layer 28 is made of Cu or a Cu alloy, and is formed using a cold spray method. As will be described later, the metal layer 28 formed by using the cold spray method is formed at a relatively low temperature (several hundred degrees C.), so there is a difference in thermal expansion coefficient from the heat sink 21 made of Al or Al alloy. However, the warp is not so great as to cause a practical problem. In addition, it has been confirmed that the film formed using the cold spray method is dense. In the cold spray method, the deposition efficiency of the film is high and the manufacturing cost is low.

本実施の形態では、酸化膜２７は、５０ｎｍ以上の厚みを有している。たとえば、ヒートシンク形成時に、熱間押し出し法を用いることによって、１μｍ〜３μｍ程度の比較的厚い酸化膜を形成することができる。また、ヒートシンク形成時に、ダイキャスト成形や冷間押し出し成形を用いた場合は、酸化膜２７は、陽極酸化法、熱酸化法などによって、形成されていてもよい。いずれの場合においても、接合の信頼性を確保するためには、酸化膜２７の厚みは、５０ｎｍ以上であることが必要である。なお、酸化膜に代えて、Ａｌ又はＡｌ合金の窒化処理によってＡｌＮ膜を形成してもよい。   In the present embodiment, the oxide film 27 has a thickness of 50 nm or more. For example, a relatively thick oxide film of about 1 μm to 3 μm can be formed by using a hot extrusion method when forming the heat sink. Further, when die cast molding or cold extrusion molding is used when forming the heat sink, the oxide film 27 may be formed by an anodic oxidation method, a thermal oxidation method, or the like. In any case, the thickness of the oxide film 27 needs to be 50 nm or more in order to ensure the reliability of bonding. Instead of the oxide film, an AlN film may be formed by nitriding treatment of Al or Al alloy.

本実施の形態の放熱構造体によると、ＣｕまたはＣｕ合金からなる金属層２８と、ＡｌまたはＡｌ合金からなるヒートシンク２１との間に、酸化膜２７が介在しているので、Ｃｕ−Ａｌ間の反応による金属間化合物（たとえばＣｕＡｌ２）の生成を抑制することができる。特に、酸化膜２７の厚みが５０ｎｍ以上であることにより、Ｃｕ−Ａｌ間の反応を確実に抑制することができる。 According to the heat dissipation structure of the present embodiment, the oxide film 27 is interposed between the metal layer 28 made of Cu or Cu alloy and the heat sink 21 made of Al or Al alloy. Generation of an intermetallic compound (for example, CuAl 2 ) due to the reaction can be suppressed. In particular, when the thickness of the oxide film 27 is 50 nm or more, the reaction between Cu and Al can be reliably suppressed.

金属層２８は、Ａｌ，Ａｌ合金，ＣｕまたはＣｕ合金によって構成されていることが好ましい。後述するように、ヒートシンク２１は押し出し成形によって形成することにより、製造コストの低減を図ることができるが、これらの材料は押し出し成形が可能であり、しかも熱伝導率が高いので、放熱構造体のヒートシンクには好適な材料である。   The metal layer 28 is preferably made of Al, Al alloy, Cu or Cu alloy. As will be described later, although the heat sink 21 can be formed by extrusion molding, the manufacturing cost can be reduced. However, these materials can be extrusion molded and have high thermal conductivity. It is a suitable material for the heat sink.

−放熱構造体の製造方法−
図２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１における放熱構造体の製造工程を示す斜視図である。図２（ａ）に示す工程では、ＡｌまたはＡｌ合金を用いた押し出し成形により、ヒートシンク連続体２１ｘを形成する。ヒートシンク連続体２１ｘは、平板部２１ａとフィン部２１ｂとを有している。ＡｌまたはＡｌ合金に代えて、熱伝導率がより高いＣｕまたはＣｕ合金を用いてもよいが、ＡｌまたはＡｌ合金を用いた方が、ピッチの小さいフィン部２１Ｂを形成することができる利点がある。 -Manufacturing method of heat dissipation structure-
2A to 2C are perspective views showing a manufacturing process of the heat dissipation structure in the first embodiment. In the step shown in FIG. 2A, the heat sink continuous body 21x is formed by extrusion molding using Al or an Al alloy. The heat sink continuous body 21x includes a flat plate portion 21a and a fin portion 21b. Instead of Al or Al alloy, Cu or Cu alloy having higher thermal conductivity may be used. However, the use of Al or Al alloy has an advantage that the fin portion 21B having a small pitch can be formed. .

次に、図２（ｂ）に示す工程で、ヒートシンク連続体２１ｘ（平板部２１ａ）の上面に、高温の水蒸気にさらして酸化膜２７を形成する。また、陽極酸化法を用いてもよい。その場合には、陽極酸化法で形成された酸化膜には、多数のピンホールが存在するので、酸化膜２７を水蒸気にさらすことによって、封孔処理を行う。熱間押し出し成形によってヒートシンク連続体２１を形成する場合には、表面に厚さ１μｍ〜３μｍの酸化膜が形成されるので、酸化処理を別途設ける必要はない。以上の処理は、公知の処理を利用することができる。   Next, in the step shown in FIG. 2B, an oxide film 27 is formed on the upper surface of the heat sink continuous body 21x (flat plate portion 21a) by exposure to high-temperature water vapor. Further, an anodic oxidation method may be used. In that case, since many pinholes exist in the oxide film formed by the anodic oxidation method, the oxide film 27 is exposed to water vapor to perform sealing treatment. When the heat sink continuous body 21 is formed by hot extrusion, an oxide film having a thickness of 1 μm to 3 μm is formed on the surface, so that it is not necessary to separately provide an oxidation treatment. A known process can be used for the above process.

次に、図２（ｃ）に示す工程で、コールドスプレー法を用いて、ＣｕまたはＣｕ合金からなる金属層２８を酸化膜２７の上に形成する。図３は、コールドスプレー法の概略を説明する断面図である。コールドスプレー装置６０は、上方から粒子が投入されるホッパー６１と、圧縮空気を加熱するヒータ６２と、粒子を吹き付けるためのガン６３と、配管６４，６５とを備えている。そして、ガン６３から約５〜３０ｍｍ程度離れた位置に、ヒートシンク連続体２１ｘが設置されている。なお、圧縮空気に代えて、ヘリウム，窒素などの圧縮ガスを用いてもよい。   Next, in the step shown in FIG. 2C, a metal layer 28 made of Cu or a Cu alloy is formed on the oxide film 27 using a cold spray method. FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the outline of the cold spray method. The cold spray device 60 includes a hopper 61 into which particles are introduced from above, a heater 62 that heats compressed air, a gun 63 for spraying particles, and pipes 64 and 65. And the heat sink continuous body 21x is installed in the position about 5-30 mm away from the gun 63. FIG. Instead of compressed air, compressed gas such as helium or nitrogen may be used.

ホッパー６１に被膜材料であるＣｕまたはＣｕ合金の粒子（粒径１０〜４０μｍ）が投入されると、配管６４から送り込まれる圧縮空気によってガン６３に送られる。一方、配管６５から送り込まれた圧縮空気はヒータ６２で３００〜５００℃に熱されて、ガン６３に送られる。そして、ガン６３で加熱圧縮空気と粒子とが混ざり合った状態で、超音速流で噴射される。粒子は、５００ｍ／ｓ以上の高速で、ヒートシンク連続体２１ｘ上の酸化膜２７に衝突し、粒子の運動エネルギーによって粒子が塑性変形して堆積されて、金属層２８が形成される。   When Cu or Cu alloy particles (particle size of 10 to 40 μm) as a coating material is put into the hopper 61, it is sent to the gun 63 by compressed air sent from the pipe 64. On the other hand, the compressed air sent from the pipe 65 is heated to 300 to 500 ° C. by the heater 62 and sent to the gun 63. Then, in a state where the heated compressed air and the particles are mixed with each other by the gun 63, the jet is injected in a supersonic flow. The particles collide with the oxide film 27 on the heat sink continuum 21x at a high speed of 500 m / s or more, and the particles are plastically deformed and deposited by the kinetic energy of the particles, whereby the metal layer 28 is formed.

以上のように、ヒートシンク連続体２１ｘの上に、酸化膜２７，金属層２８を順次形成した後、ヒートシンク連続体２１ｘを切断して、ヒートシンク２１，酸化膜２７および金属層２８からなる放熱構造体を形成する。   As described above, after the oxide film 27 and the metal layer 28 are sequentially formed on the heat sink continuum 21x, the heat sink continuum 21x is cut to form a heat dissipation structure including the heat sink 21, the oxide film 27, and the metal layer 28. Form.

本実施の形態の放熱構造体の製造方法によると、金属層２８の形成工程で、コールドスプレー法を採用することにより、比較的低温で金属層を形成することができる。ヒータ６２で３００〜４００℃に加熱された圧縮空気を用いるものの、空気の膨張によって急激に冷却されるので、酸化膜２７に衝突する際には、室温〜１００℃の低温になっているからである。したがって、加工後にヒートシンク２１と金属層２８との熱膨張率差に起因する反りを小さく抑制することができる。また、多数のヒートシンク２１を含むヒートシンク連続体２１ｘの上に、酸化膜２７，金属層２８を形成するので、製造工程が簡素化されて、製造コストの低減を図ることができる。   According to the manufacturing method of the heat dissipation structure of the present embodiment, the metal layer can be formed at a relatively low temperature by adopting the cold spray method in the step of forming the metal layer 28. Although compressed air heated to 300 to 400 ° C. by the heater 62 is used, it is rapidly cooled by the expansion of the air, so when it collides with the oxide film 27, it is a low temperature of room temperature to 100 ° C. is there. Therefore, it is possible to suppress warping caused by the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 21 and the metal layer 28 after processing. In addition, since the oxide film 27 and the metal layer 28 are formed on the heat sink continuous body 21x including a large number of heat sinks 21, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

（実施の形態２）
−パワーモジュールの構造−
図４は、実施の形態２におけるパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。同図に示すように、本実施の形態のパワーモジュールセットは、放熱器５０の上に、複数のパワーモジュール１０を取り付けて構成されている。放熱器５０は、天板５０ａと天板５０ａに接合された容器５０ｂとからなり、天板５０ａには、パワーモジュール１０を組み込むための多数の矩形状貫通穴が設けられている。本実施形態においては、矩形状貫通穴が多数設けられているが、１つだけでもよい。放熱器５０を構成する天板５０ａと容器５０ｂとは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、ダイキャスト，押し出し，鍛造，鋳造，機械加工等によって組み立てることができる。 (Embodiment 2)
-Power module structure-
FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the power module set according to the second embodiment. As shown in the figure, the power module set of the present embodiment is configured by attaching a plurality of power modules 10 on a radiator 50. The radiator 50 includes a top plate 50a and a container 50b joined to the top plate 50a. The top plate 50a is provided with a number of rectangular through holes for incorporating the power module 10 therein. In the present embodiment, a large number of rectangular through holes are provided, but only one may be provided. The top plate 50a and the container 50b constituting the radiator 50 are made of aluminum or an aluminum alloy, and can be assembled by die casting, extrusion, forging, casting, machining, or the like.

本実施の形態では、放熱器５０は天板５０ａと容器５０ｂとを個別に形成してから両者を接合しているが、天板と容器とを一体に形成してもよい。その場合、たとえば一体型を用いたダイキャストにより放熱器を形成することができる。   In the present embodiment, the radiator 50 is formed by individually forming the top plate 50a and the container 50b and then joining the two. However, the top plate and the container may be integrally formed. In that case, the radiator can be formed, for example, by die casting using an integral type.

図５は、実施の形態２に係るパワーモジュールセットのV-V線における断面図である。ただし、図５において配線構造の図示は省略されている。また、図１に示す部材と同じ符号で示されている部材は、実施の形態１で説明した通りであるので、本実施の形態では説明を省略する。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV of the power module set according to the second embodiment. However, the illustration of the wiring structure is omitted in FIG. 1 are the same as those described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted in this embodiment.

本実施の形態のパワーモジュールセットにおいて、放熱器５０の天板５０ａと容器５０ｂとの間の空間５１には、熱交換媒体としての冷却水が紙面に直交する方向に流れている。パワーモジュール１０は、Ｏリング２５により気密を保持しつつボルト５４により天板５０ａにネジ止めされている。   In the power module set of the present embodiment, cooling water as a heat exchange medium flows in a direction orthogonal to the paper surface in the space 51 between the top plate 50a and the container 50b of the radiator 50. The power module 10 is screwed to the top plate 50 a by bolts 54 while being kept airtight by the O-ring 25.

そして、パワーモジュール１０には、実施の形態１と同様の構成を有するヒートシンク２１，酸化膜２７および金属層２８に加えて、ＩＧＢＴなどの半導体素子が形成された半導体チップ１１と、半導体チップ１１内の半導体素子と外部部材とを電気的に接続するための金属配線２３と、金属配線２３と半導体チップ１１とを接合する，Ｐｂフリー半田を含む半田層１４と、金属配線２３と金属層２８との間に介在する絶縁樹脂層２６とが設けられている。図示されていないが、半導体チップ１１の上面および下面には、それぞれ、ＩＧＢＴなどの半導体素子の活性領域に接続される上面電極および裏面電極が設けられている。そして、半導体チップ１１の裏面電極が、半田層１４によって、金属配線２３に導通状態で接合されている。   The power module 10 includes a semiconductor chip 11 in which a semiconductor element such as an IGBT is formed in addition to the heat sink 21, the oxide film 27, and the metal layer 28 having the same configuration as in the first embodiment. A metal wiring 23 for electrically connecting the semiconductor element and the external member, a solder layer 14 including Pb-free solder for joining the metal wiring 23 and the semiconductor chip 11, a metal wiring 23 and a metal layer 28, And an insulating resin layer 26 interposed therebetween. Although not shown, an upper surface electrode and a back surface electrode connected to an active region of a semiconductor element such as an IGBT are provided on the upper surface and the lower surface of the semiconductor chip 11, respectively. The back electrode of the semiconductor chip 11 is joined to the metal wiring 23 in a conductive state by the solder layer 14.

また、放熱器５０の天板５０ａ上に、半導体チップ１１等を囲むモジュール樹脂枠５３が設けられていて、モジュール樹脂枠５３がボルト５４によって天板５０ａに固定されている。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には、一体成形により、電極端子層５６（バスバー）が設けられている。この電極端子層５６と金属配線２３とは、大電力用配線１８によって接続されており、電極端子層５６と半導体チップ１１の上面電極１２の一部とは、信号配線１７によって接続されている。これによって、パワーモジュール１０と外部機器との電気的な接続が可能になっている。また、モジュール樹脂枠５３の内方には、シリコンゲルからなるゲル層４０が設けられていて、ヒートシンク２１の上面側で半導体チップ１１，信号配線１７，大電力用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材がゲル層４０内に埋設されている。   A module resin frame 53 surrounding the semiconductor chip 11 and the like is provided on the top plate 50 a of the radiator 50, and the module resin frame 53 is fixed to the top plate 50 a by bolts 54. An electrode terminal layer 56 (bus bar) is provided on the inner and outer surfaces of the module resin frame 53 by integral molding. The electrode terminal layer 56 and the metal wiring 23 are connected by the high power wiring 18, and the electrode terminal layer 56 and a part of the upper surface electrode 12 of the semiconductor chip 11 are connected by the signal wiring 17. As a result, the power module 10 and the external device can be electrically connected. Further, a gel layer 40 made of silicon gel is provided on the inner side of the module resin frame 53, and the semiconductor chip 11, the signal wiring 17, the high power wiring 18, the metal wiring 23, the solder on the upper surface side of the heat sink 21. Members such as the layer 14 and the insulating resin layer 26 are embedded in the gel layer 40.

本実施の形態のパワーモジュール１０においては、上述のＰｂフリー半田からなる半田層１４と、絶縁樹脂層２６とを備えている。一般に、Ｐｂフリー半田には、以下のものがある。たとえば、Ｓｎ（液相点２３２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ（液相点２２１℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ（液相点２２２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.55%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−1.5%Ａｇ−0.85%Ｃｕ−2.0Ｂｉ（液相点２２３℃），Ｓｎ−2.5%Ａｇ−0.5%Ｃｕ−1.0Ｂｉ（液相点２１９℃），Ｓｎ−5.8Ｂｉ（液相点１３８℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−その他（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点２２６℃），Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−3.0Ｉｎ（液相点２１６℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−4.0Ｉｎ（液相点２１１℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−8.0Ｉｎ（液相点２０８℃），Ｓｎ−8.0%Ｚｎ−3.0%Ｂｉ（液相点１９７℃）等がある。本実施の形態では、液相点が３００℃以下の低融点のＰｂフリー半田、たとえば、Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃）を用いているが、これに限定されるものではない。ただし、Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃）等の高融点のＰｂフリー半田（液相点が３００℃を超えるもの）は除くものとする。   The power module 10 according to the present embodiment includes the solder layer 14 made of the Pb-free solder and the insulating resin layer 26. In general, Pb-free solder includes the following. For example, Sn (liquid phase point 232 ° C.), Sn-3.5% Ag (liquid phase point 221 ° C.), Sn-3.0% Ag (liquid phase point 222 ° C.), Sn-3.5% Ag−0.55% Cu (liquid phase point) 220 ° C.), Sn-3.0% Ag-0.5% Cu (liquid phase point 220 ° C.), Sn-1.5% Ag-0.85% Cu-2.0 Bi (liquid phase point 223 ° C.), Sn-2.5% Ag-0.5% Cu -1.0Bi (liquid phase point 219 ° C), Sn-5.8Bi (liquid phase point 138 ° C), Sn-0.55% Cu (liquid phase point 226 ° C), Sn-0.55% Cu-others (liquid phase point 226 ° C) , Sn-0.55% Cu-0.3% Ag (liquid phase point 226 ° C), Sn-5.0% Cu (liquid phase point 358 ° C), Sn-3.0% Cu-0.3% Ag (liquid phase point 312 ° C), Sn- 3.5% Ag-0.5% Bi-3.0In (liquid phase point 216 ° C), Sn-3.5% Ag-0.5% Bi-4.0In (liquid phase point 211 ° C), Sn-3.5% Ag-0.5% Bi-8.0In (Liquid phase point 208 ° C), Sn-8.0% Zn 3.0% Bi (liquidus point 197 ° C.), and the like. In this embodiment, a low melting point Pb-free solder having a liquidus point of 300 ° C. or lower, for example, Sn-3.0% Ag-0.5% Cu (liquidus point 220 ° C.) is used. It is not a thing. However, high melting point Pb-free solder such as Sn-5.0% Cu (liquid phase point 358 ° C), Sn-3.0% Cu-0.3% Ag (liquid phase point 312 ° C) (liquid phase point exceeding 300 ° C) Shall be excluded.

絶縁樹脂層２６には、本実施の形態では、金属やセラミクスの充填剤を含むエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂の使用可能温度は、種類によって異なるが、３００℃を超えるものを選択することは容易であり、本実施の形態では、Ｐｂフリー半田の液相点よりも高いものを用いている。したがって、後述するパワーモジュールの組み立て工程において、絶縁樹脂層２６を形成した後で、Ｐｂフリー半田のリフロー工程を行うことが可能になる。たとえば、エポキシ樹脂に、アルミナ，シリカ，アルミニウム，窒化アルミニウムなどを充填したものを用いることができ、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。   In the present embodiment, an epoxy resin containing a metal or ceramic filler is used for the insulating resin layer 26. Although the usable temperature of the epoxy resin varies depending on the type, it is easy to select a temperature exceeding 300 ° C. In this embodiment, a temperature higher than the liquid phase point of Pb-free solder is used. Therefore, it becomes possible to perform a Pb-free solder reflow process after the insulating resin layer 26 is formed in the power module assembly process described later. For example, an epoxy resin filled with alumina, silica, aluminum, aluminum nitride, or the like can be used, and the thermal conductivity is preferably 1.0 (W / m · K) or more, and 5.0 ( W / m · K) or more is more preferable.

本実施の形態では、絶縁樹脂層２６の下地である金属層２８の表面は溶射処理された状態であり、研磨等はされていない。溶射処理された状態では、表面が荒れた状態であるので、絶縁樹脂層２６との接触面積が拡大するなど、研磨面よりも接着剤の接着力を高める点で有利である。   In the present embodiment, the surface of the metal layer 28 that is the base of the insulating resin layer 26 is in a state of being sprayed and is not polished or the like. In the thermal sprayed state, the surface is rough, which is advantageous in that the adhesive force of the adhesive is higher than that of the polished surface, for example, the contact area with the insulating resin layer 26 is increased.

絶縁樹脂層２６の厚みは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁樹脂層２６の熱抵抗は、熱伝導率と厚みに依存して定まるが、厚みが薄いほど熱抵抗が小さくなる。したがって、厚みが０．４ｍｍ以下であることにより、放熱機能が高くなることになる。   The thickness of the insulating resin layer 26 is preferably 0.4 mm or less, and more preferably 0.2 mm or less. The thermal resistance of the insulating resin layer 26 is determined depending on the thermal conductivity and thickness, but the thermal resistance decreases as the thickness decreases. Therefore, when the thickness is 0.4 mm or less, the heat dissipation function is enhanced.

本実施の形態によると、金属配線２３を、絶縁樹脂層２６を挟んで放熱構造体の金属層２８に接続する構造としているので、部品数の低減により、製造コストの低減を図ることができる。しかも、金属層２８の表面を溶射処理されたままにしているので、絶縁樹脂層２６による放熱構造体の金属層２８と金属配線２３との固着強度が向上し、接合部の信頼性を高く維持することができる。   According to the present embodiment, since the metal wiring 23 is connected to the metal layer 28 of the heat dissipation structure with the insulating resin layer 26 interposed therebetween, the manufacturing cost can be reduced by reducing the number of components. In addition, since the surface of the metal layer 28 is left sprayed, the adhesion strength between the metal layer 28 and the metal wiring 23 of the heat dissipation structure by the insulating resin layer 26 is improved, and the reliability of the joint is kept high. can do.

また、１つの半田層１４と、樹脂接着剤からなる絶縁樹脂層２６とを用いているので、２つの半田層を設ける場合のごとく、工程の先後に応じて低融点のＰｂフリー半田と高融点のＰｂフリー半田とを用いる必要はなく、低融点のＰｂフリー半田だけで済むことになる。現在、Ｐｂフリー半田として、比較的Ｃｕ組成比の高いＰｂフリー半田（たとえば積層点が３００℃以上のＳｎ−5.0%Ｃｕ，Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ）も開発されているが、銅喰われ問題，酸化物問題はじめ多くの問題が重なって、確実な接続信頼性を有する高融点のＰｂフリー半田を得ることは困難である。一方、低融点のＰｂフリー半田としては、たとえば液相点が２２０℃のＳｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（ＪＥＩＴＡ推奨合金）などの接続信頼性の高いものが得られている。また、樹脂接着剤としては、使用可能温度が３００℃を超えるエポキシ樹脂など、低融点のＰｂフリー半田の液相点よりも高温に耐えうるものは容易に得られる。したがって、本実施の形態により、半田層１４をＰｂフリー化して、接続信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができるのである。   In addition, since one solder layer 14 and an insulating resin layer 26 made of a resin adhesive are used, a low melting point Pb-free solder and a high melting point are provided depending on the process before and after the process, as in the case of providing two solder layers. There is no need to use a Pb-free solder, and only a low-melting point Pb-free solder is required. At present, Pb-free solder having a relatively high Cu composition ratio (for example, Sn-5.0% Cu, Sn-3.0% Cu-0.3% Ag having a lamination point of 300 ° C. or higher) has been developed as Pb-free solder. It is difficult to obtain high melting point Pb-free solder having reliable connection reliability due to many problems such as erosion problems and oxide problems. On the other hand, as the low melting point Pb-free solder, for example, a solder having high connection reliability such as Sn-3.0% Ag-0.5% Cu (JEITA recommended alloy) having a liquidus point of 220 ° C. has been obtained. Moreover, as the resin adhesive, an epoxy resin having a usable temperature exceeding 300 ° C. can easily be obtained that can withstand a higher temperature than the liquid phase point of the low melting point Pb-free solder. Therefore, according to the present embodiment, the solder layer 14 can be made Pb-free and Pb-free can be achieved while ensuring connection reliability.

すなわち、２つの半田層を用いる場合には、先に半田付けする半田層には、液相点が３００℃〜３３０℃の高融点半田（Ｓｎ−90%Ｐｂ）を用い、後に半田付けする半田層には、液相点が２１６℃程度の低融点半田（Ｓｎ−50%Ｐｂ）を用いている。すなわち、先の半田付け工程では高融点半田を用い、後の半田付け工程では、先の工程で形成された半田層がリフロー炉内で融解しないように、低融点半田を用いるのである。   That is, when two solder layers are used, high melting point solder (Sn-90% Pb) having a liquidus point of 300 ° C. to 330 ° C. is used for the solder layer to be soldered first, and solder to be soldered later. For the layer, low melting point solder (Sn-50% Pb) having a liquidus point of about 216 ° C. is used. That is, high melting point solder is used in the previous soldering process, and low melting point solder is used in the subsequent soldering process so that the solder layer formed in the previous process does not melt in the reflow furnace.

一方、環境問題から各種製品として、Ｐｂ（鉛）を使わない、いわゆるＰｂフリー（鉛フリー）部品を用いることが義務づけられつつあるが、低融点半田（Ｓｎ−50%Ｐｂ）を、たとえば（Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ）などの低融点のＰｂフリー半田に置き換えることは現在の技術で可能であるが、従来の高融点半田（Ｓｎ−90%Ｐｂ）に代わる，接続信頼性の高い高融点のＰｂフリー半田を用いることは困難である。   On the other hand, it is being obliged to use so-called Pb-free (lead-free) parts that do not use Pb (lead) as various products due to environmental problems. For example, low melting point solder (Sn-50% Pb) is used as (Sn). It is possible to replace with low melting point Pb-free solder such as -3.0% Ag-0.5% Cu), but it is possible to replace with conventional high melting point solder (Sn-90% Pb). It is difficult to use high melting point Pb-free solder.

それに対し、本実施の形態のごとく、金属層２８と金属配線２３（配線部材）との接続には絶縁樹脂層２６を用いることにより、半導体チップ１１と金属配線２３との接合のみに半田層１４を用いることができる。よって、半田層１４を低融点のＰｂフリー半田を用いて、接続信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができるのである。   On the other hand, as in the present embodiment, the insulating resin layer 26 is used for the connection between the metal layer 28 and the metal wiring 23 (wiring member), so that the solder layer 14 is only bonded to the semiconductor chip 11 and the metal wiring 23. Can be used. Therefore, the solder layer 14 can be made Pb-free while using Pb-free solder having a low melting point while ensuring connection reliability.

本実施の形態では、ヒートシンク２１の材料として、ＡｌまたはＡｌ合金を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、ＣｕまたはＣｕ合金も、押し出し成形が可能であり、熱伝導率はＡｌまたはＡｌ合金よりも高い。その他、押し出し成形を行うのでなければ、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。   In the present embodiment, Al or Al alloy is used as the material of the heat sink 21, but the material is not limited to this. For example, Cu or Cu alloy can be extruded, and the thermal conductivity is higher than that of Al or Al alloy. In addition, a composite material such as Al—SiC, Cu—W, or Cu—Mo may be used unless extrusion molding is performed.

本実施の形態では、金属配線２３の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金や、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。   In the present embodiment, Cu or Cu alloy is used as the material of the metal wiring 23, but the material is not limited to this. For example, a composite material such as Al, Al alloy, Al—SiC, Cu—W, or Cu—Mo may be used.

本実施の形態では、金属層２８の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いているが、ＡｌまたはＡｌ合金であってもよい。ただし、金属層として、より熱伝導率の高いＣｕまたはＣｕ合金を用い、その厚みを０．５ｍｍ以上にすることにより、半導体チップ１１からの放熱経路を横方向に拡大する，いわゆるヒートスプレッダー機能を高めることができる。また、金属層２８には、ヒートシンク２１，絶縁樹脂層２６，金属配線２３などとの熱膨張率差に起因する熱応力が作用する。また、金属層２８の形成時には、粒子の超高速流の衝撃によって、酸化膜２７およびヒートシンク２１に残留圧縮歪が生じるが、この残留圧縮歪によっても金属層２８に応力が加わる。そこで、金属層２８の厚みを０．５ｍｍ以上にすることにより、各種応力に耐えうる強度が確保される。   In the present embodiment, Cu or Cu alloy is used as the material of the metal layer 28, but Al or Al alloy may be used. However, a so-called heat spreader function is used in which Cu or Cu alloy having a higher thermal conductivity is used as the metal layer and the heat dissipation path from the semiconductor chip 11 is expanded in the lateral direction by setting the thickness to 0.5 mm or more. Can be increased. The metal layer 28 is subjected to thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient from the heat sink 21, the insulating resin layer 26, the metal wiring 23, and the like. Further, when the metal layer 28 is formed, residual compressive strain is generated in the oxide film 27 and the heat sink 21 due to the impact of the ultra high-speed flow of particles, and stress is also applied to the metal layer 28 by this residual compressive strain. Therefore, by setting the thickness of the metal layer 28 to 0.5 mm or more, strength that can withstand various stresses is ensured.

また、ヒートシンク２１をＡｌまたはＡｌ合金により構成し、金属層２８をＣｕまたはＣｕ合金により構成し、金属配線２３をＣｕまたはＣｕ合金によって構成することにより、以下のような顕著な効果を発揮することができる。まず、ヒートシンク２１をＡｌまたはＡｌ合金によって構成することにより、押し出し成形によって微細ピッチのフィン部２１ｂを容易に形成することができ、放熱機能をより高く発揮することができる。また、金属層２８をＣｕまたはＣｕ合金によって構成することにより、上述のヒートスプレッダー機能を発揮しうるとともに、同じくＣｕまたはＣｕ合金からなる金属配線２３と金属層２８とが絶縁樹脂層２６を挟む構造になるので、ろう付けや半田付けよりも接合機能の低い樹脂絶縁層２６に、熱膨張率差に起因する熱応力をほとんど印加せずに済む利点がある。つまり、低融点のＰｂフリー半田のみを使用することによるＰｂフリー化を実現するために有利な構造となる。   Further, the heat sink 21 is made of Al or an Al alloy, the metal layer 28 is made of Cu or a Cu alloy, and the metal wiring 23 is made of Cu or a Cu alloy, thereby exhibiting the following remarkable effects. Can do. First, when the heat sink 21 is made of Al or an Al alloy, the fine pitch fin portions 21b can be easily formed by extrusion molding, and the heat dissipation function can be further enhanced. In addition, by forming the metal layer 28 from Cu or Cu alloy, the above-described heat spreader function can be exhibited, and the metal wiring 23 and the metal layer 28 that are also made of Cu or Cu alloy sandwich the insulating resin layer 26. Therefore, there is an advantage that almost no thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is applied to the resin insulating layer 26 having a bonding function lower than that of brazing or soldering. That is, it is an advantageous structure for realizing Pb-free by using only low-melting-point Pb-free solder.

（他の実施の形態）
本発明のパワーモジュールに配置される半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ，ＧａＮなど）を用いたパワーデバイスでもよいし、Ｓｉを用いたパワーデバイスでもよい。 (Other embodiments)
The semiconductor element disposed in the power module of the present invention may be a power device using a wide band gap semiconductor (SiC, GaN, etc.) or a power device using Si.

上記実施の形態では、半導体チップ１１に、ＩＧＢＴが形成されているが、ＭＯＳＦＥＴ，ダイオード，ＪＦＥＴなどが形成された半導体チップを用いてもよい。   In the above embodiment, the IGBT is formed on the semiconductor chip 11, but a semiconductor chip on which a MOSFET, a diode, a JFET, or the like is formed may be used.

上記実施の形態では、天板５０ａに多数のパワーモジュール１０を取り付ける構造を採ったが、天板を兼ねる単一のヒートシンク部材２４上に多数の半導体チップを搭載してもよい。   In the above embodiment, a structure in which a large number of power modules 10 are attached to the top plate 50a is adopted. However, a large number of semiconductor chips may be mounted on a single heat sink member 24 that also serves as a top plate.

ヒートシンク部材２４との熱交換を行う熱交換媒体は、冷却能やコストを考慮すると、フロリナートや水などの液体であることが好ましい。ただし、ヘリウム，アルゴン，窒素，空気などの気体であってもよい。   The heat exchange medium for exchanging heat with the heat sink member 24 is preferably a liquid such as fluorinate or water in consideration of cooling ability and cost. However, it may be a gas such as helium, argon, nitrogen or air.

上記各実施の形態では、絶縁樹脂層２６を熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂によって構成したが、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂によって構成してもよい。その場合には、絶縁樹脂層２６の上に金属配線２３を設置した状態でも、気泡を抜くことが容易であるので、接着剤層の１回塗りで済み、製造コストがより安価になる。   In each of the above embodiments, the insulating resin layer 26 is made of an epoxy resin that is a thermosetting resin, but may be made of a thermoplastic resin such as PPS. In that case, even when the metal wiring 23 is placed on the insulating resin layer 26, it is easy to remove the bubbles, so that the adhesive layer only needs to be applied once and the manufacturing cost becomes lower.

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。   The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明のパワーモジュールは、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ダイオード，ＪＦＥＴ等を搭載した各種機器に利用することができる。   The power module of the present invention can be used for various devices equipped with MOSFET, IGBT, diode, JFET and the like.

実施の形態１に係る放熱構造体の断面図である。3 is a cross-sectional view of the heat dissipation structure according to Embodiment 1. FIG. （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１における放熱構造体の製造工程を示す斜視図である。(A)-(c) is a perspective view which shows the manufacturing process of the thermal radiation structure in Embodiment 1. FIG. コールドスプレー法の概略を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the outline of the cold spray method. 実施の形態２におけるパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a structure of a power module set in a second embodiment. 実施の形態２に係るパワーモジュールセットのV-V線における断面図である。It is sectional drawing in the VV line of the power module set which concerns on Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ パワーモジュール
１１ 半導体チップ
１４ 半田層
１７ 信号配線
１８ 大電力用配線
２１ ヒートシンク
２１ａ 平板部
２１ｂ フィン部
２１ｘ ヒートシンク連続体
２２ 凹凸部
２２ａ 凹部
２３ 金属配線
２５ Ｏリング
２６ 絶縁樹脂層
２７ 酸化膜
２８ 金属層
４０ ゲル層
５０ 放熱器
５０ａ 天板
５０ｂ 容器
５１ 空間
５３ モジュール樹脂枠
５６ 電極端子層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power module 11 Semiconductor chip 14 Solder layer 17 Signal wiring 18 High power wiring 21 Heat sink 21a Flat plate part 21b Fin part 21x Heat sink continuous body 22 Uneven part 22a Recessed part 23 Metal wiring 25 O-ring 26 Insulating resin layer 27 Oxide film 28 Metal layer 40 Gel layer 50 Radiator 50a Top plate 50b Container 51 Space 53 Module resin frame 56 Electrode terminal layer

Claims (13)

ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された金属層と、
を備えている、放熱構造体。 A heat sink,
An insulating film formed on the heat sink;
A metal layer formed on the insulating film;
A heat dissipation structure. 請求項１記載の放熱構造体において、
前記ヒートシンクは、フィン部を有している、放熱構造体。 The heat dissipating structure according to claim 1,
The heat sink is a heat dissipation structure having a fin portion. 請求項１または２記載の放熱構造体において、
前記絶縁膜の厚みは、５０ｎｍ以上である、放熱構造体。 In the heat dissipation structure according to claim 1 or 2,
The heat dissipation structure, wherein the insulating film has a thickness of 50 nm or more. 請求項１〜３のいずれかに記載の放熱構造体において、
前記金属層は、Ａｌ，Ａｌ合金，ＣｕおよびＣｕ合金から選ばれた金属によって構成されている、放熱構造体。 In the heat dissipation structure according to any one of claims 1 to 3,
The metal layer is a heat dissipation structure made of a metal selected from Al, Al alloy, Cu and Cu alloy. フィンを有するヒートシンク連続体を形成する工程（ａ）と、
前記ヒートシンク連続体の上に絶縁膜を形成する工程（ｂ）と、
前記絶縁膜の上に、溶射により金属層を形成する工程（ｃ）と、
前記ヒートシンク連続体，絶縁膜および金属層を切断して、放熱構造体に分離する工程（ｄ）と、
を含む放熱構造体の製造方法。 Forming a heat sink continuum having fins (a);
Forming an insulating film on the heat sink continuum (b);
Forming a metal layer on the insulating film by thermal spraying (c);
Cutting the heat sink continuum, the insulating film and the metal layer into a heat dissipation structure (d);
The manufacturing method of the thermal radiation structure containing this. 請求項５記載の放熱構造体の製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記ヒートシンク連続体を熱間押し出し成形により形成して、前記工程（ｂ）を同時に行う、放熱構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the thermal radiation structure according to claim 5,
In the step (a), the heat sink continuous body is formed by hot extrusion molding, and the step (b) is performed simultaneously. 請求項５または６記載の放熱構造体の製造方法において、
前記工程（ｂ）では、前記絶縁膜を、ヒートシンク連続体を構成する材料の陽極酸化によって形成する、放熱構造体の製造方法。 In the manufacturing method of the thermal radiation structure according to claim 5 or 6,
In the step (b), the insulating film is formed by anodic oxidation of a material constituting the heat sink continuous body. ヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成された金属層と、
前記金属層の上に形成された絶縁接続層と、
前記絶縁接続層の上に形成された半導体チップ用配線部材と、
を備えている、パワーモジュール。 A heat sink,
An insulating film formed on the heat sink;
A metal layer formed on the insulating film;
An insulating connection layer formed on the metal layer;
A semiconductor chip wiring member formed on the insulating connection layer;
Power module equipped with. 請求項８記載のパワーモジュールにおいて、
前記絶縁接続層は、樹脂接着剤層である、パワーモジュール。 The power module according to claim 8, wherein
The power module, wherein the insulating connection layer is a resin adhesive layer. 請求項９または８記載のパワーモジュールにおいて、
前記ヒートシンクは、フィン部を有している、パワーモジュール。 The power module according to claim 9 or 8,
The heat sink is a power module having a fin portion. 請求項８〜１０のいずれかに記載のパワーモジュールにおいて、
前記絶縁膜の厚みは、５０ｎｍ以上である、パワーモジュール。 In the power module according to any one of claims 8 to 10,
The power module, wherein the insulating film has a thickness of 50 nm or more. 請求項８〜１１のいずれかに記載のパワーモジュールにおいて、
前記金属層は、Ａｌ，Ａｌ合金，ＣｕおよびＣｕ合金から選ばれた金属によって構成されている、パワーモジュール。 The power module according to any one of claims 8 to 11,
The power module, wherein the metal layer is made of a metal selected from Al, Al alloy, Cu and Cu alloy. 請求項１２記載のパワーモジュールにおいて、
前記金属層は、厚み０．５ｍｍ以上のＣｕ層またはＣｕ合金層である、パワーモジュール。 The power module according to claim 12, wherein
The power module, wherein the metal layer is a Cu layer or a Cu alloy layer having a thickness of 0.5 mm or more.
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