JP2008294281A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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忍 田村
Shigeji Ichiyanagi
茂治 一柳
Shinobu Yamauchi
忍 山内
Atsuo Kurokawa
敦雄 黒川
Shogo Mori
昌吾 森
Shintaro Watanabe
慎太郎 渡▲辺▼
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Abstract

【課題】簡単に製造することができるとともに、熱応力によるクラックや剥離の発生を抑制することができる半導体装置、及びその半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置10は、セラミック基板14の一面14aに半導体素子12が熱的に結合されるとともに他面14bに金属板16を介してヒートシンク13が熱的に結合されている。ヒートシンク13と金属板16の間には、板状をなし一面に金属板16より面積の小さい第1接合面20aを備えるとともに他面に第2接合面20bを備える応力緩和部材20が介装されている。この応力緩和部材20は、第1接合面20aが金属板16の周縁16cより内側に配置されて金属板16に熱的に結合されているとともに第2接合面20bがヒートシンク13に熱的に結合されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、回路基板の一面に半導体素子が熱的に結合されるとともに他面に金属層を介して放熱装置が熱的に結合された半導体装置及びその製造方法に関する。
従来、窒化アルミニウムなどのセラミック基板の表裏両面に金属層を設けるとともに、表面金属層に半導体素子を熱的に結合(接合)し、さらに裏面金属層に半導体素子の発する熱を放熱するためのヒートシンク(放熱装置)を熱的に結合(接合)してモジュール化した半導体装置が知られている。ところで、半導体装置では、ヒートシンクの放熱性能が長期間にわたって維持されることが要求されている。しかし、従来の構成によれば、使用条件によってはセラミック基板、金属層及びヒートシンクとの線膨張係数の相違に起因して発生する熱応力によってセラミック基板と裏面金属層との接合部にクラックが生じたり、さらにはクラックの伸展による剥離が生じ、放熱性能が低下する虞がある。
そこで、従来、このような問題を解決するために、特許文献1に記載の半導体モジュールが提案されている。図6に示すように、特許文献1に記載の半導体モジュール70は、セラミックス基板74の裏面側の金属板71に所定深さの段差、溝、凹陥部で形成した熱応力緩和部71aを設けるとともにヒートシンク72と裏面側の金属板71との間の一部分に厚い半田部を有する半田層(図示せず)が形成されてなる。また、特許文献1に記載の半導体モジュール70では、セラミックス基板74の表面側の金属板73に半導体素子75が接合されている。また、熱応力緩和部71aは、表面側の金属板73の体積に対する裏面側の金属板71の体積比が0.6以下となるように金属板71に設けられている。そして、特許文献1に記載の半導体モジュール70においては、半田部によって半田層内に生じる熱応力が大幅に緩和低減されて半田クラックが発生しにくくなるとともに、ヒートシンク72の反りも熱応力緩和部71aにおいて吸収される。
特開2003−17627号公報
ところで、特許文献1の半導体モジュール70において、熱応力を緩和し、放熱性能の低下を抑制するための熱応力緩和部71aは、裏面側の金属板71をエッチング処理又はプレス加工して形成されており非常に製造し難く、半導体モジュール70が製造し難い。
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、簡単に製造することができるとともに、熱応力によるクラックや剥離の発生を抑制することができる半導体装置、及びその半導体装置の製造方法を提供することにある。
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、セラミック基板の一面に半導体素子が熱的に結合されるとともに他面に金属層を介して放熱装置が熱的に結合された半導体装置であって、前記放熱装置と前記金属層の間に、板状をなし一面に前記金属層より面積の小さい第1接合面を備えるとともに他面に第2接合面を備える応力緩和部材が介装され、前記第1接合面が前記金属層の周縁より内側に配置されて該金属層に熱的に結合されているとともに前記第2接合面が前記放熱装置に熱的に結合されている。
また、請求項5に記載の発明は、セラミック基板の一面に半導体素子が熱的に結合されるとともに他面に金属層を介して放熱装置が熱的に結合された半導体装置の製造方法であって、前記放熱装置と前記金属層との間に、板状をなし一面に前記金属層より面積の小さい第1接合面を備えるとともに他面に第2接合面を備える応力緩和部材を介在させ、該応力緩和部材の前記第1接合面を金属層の周縁より内側に配置し、該第1接合面を金属層に熱的に結合するとともに前記第2接合面を放熱装置に熱的に結合する。
請求項1及び請求項5に記載の発明によれば、金属層において、該金属層の周縁から内側に向けて離れた位置に第1接合面が接合されている。このため、セラミック基板と金属層の線膨張係数の相違に起因して熱応力が発生したとき、金属層において熱応力が集中的に作用する周縁部には第1接合面が接合されていない。よって、例えば、金属層の全面に放熱装置が直接接合されている場合に比して熱応力を緩和することができる。また、金属層の周縁部には第1接合面が接合されていないため、熱応力が作用したとき金属層の周縁部の変形が許容される。したがって、金属層の全面に放熱装置が直接接合されている場合に比して、セラミック基板と金属層との接合部における熱応力が緩和される。その結果として、セラミック基板と金属層との接合部にクラックや剥離が生じることを抑制することができる。
そして、熱応力を緩和するために設けられた応力緩和部材は、セラミック基板(金属層)及び放熱装置とは別部材を加工し、セラミック基板及び放熱装置に接合されている。このため、熱応力の緩和のために、厚みが薄く、サイズの小さい金属層をエッチング処理する場合に比して半導体装置を簡単に製造することができる。また、応力緩和部材は、放熱装置及びセラミック基板とは別体であるため、応力緩和部材を形成する材料を自由に選択することができる。このため、金属層及び放熱装置の線膨張係数や材質に合わせて応力緩和部材の材料を選択することにより、セラミック基板と金属層との接合部における熱応力の緩和に貢献することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体装置において、前記第1接合面は全面が金属層に熱的に結合されている。この発明によれば、半導体素子から発せられた熱はセラミック基板及び金属層を介して応力緩和部材から放熱装置に伝導される。このとき、第1接合面の全面が金属層に接合されているため、例えば、応力緩和部材の一面に金属層への非接合領域がある場合に比して半導体素子で発せられた熱を放熱装置に効率良く伝導することができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の半導体装置において、前記第1接合面は前記金属層に直接ろう付けされている。この発明によれば、第1接合面と金属層の間に他の部材が介在する場合に比して、半導体素子で発せられた熱を放熱装置に効率良く伝導することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の半導体装置において、前記応力緩和部材、金属層、及び放熱装置は同系の金属材料により形成されている。なお、「同系の金属材料」とは、基となる材質が同じで、一方の材料を溶融させて他方の材料に接合した場合に、両者の間に界面を作らない材料を意味する。例えば、純アルミニウムや各種アルミニウム合金は同系の金属材料である。以下、この明細書では「同系の金属材料」とは上記と同じ意味で使用する。そして、この発明によれば、応力緩和部材と金属層とを直接、又は同系の金属材料であるろう材を介して接合した箇所に熱伝導を阻害する界面の形成が抑制されるため、高い熱伝導度を確保できる。
本発明によれば、簡単に製造することができるとともに、熱応力によるクラックや剥離の発生を抑制することができる。
以下、本発明の半導体装置及び該半導体装置の製造方法を具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。なお、図1〜図3は、半導体装置を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くするために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。
図2に示すように、半導体装置10は、回路基板11に半導体素子12が接合されるとともに、回路基板11に放熱装置としてのヒートシンク13が応力緩和部材20を介して接合されて構成されている。前記回路基板11は、セラミック基板(絶縁基板)14の一面14a(表面)に金属回路15を接合し、セラミック基板14において前記一面14aに背向する他面14b(裏面)に金属板16を接合して構成されている。そして、図3に示すように、回路基板11におけるセラミック基板14及び金属板16は平面視四角形状に形成されている。なお、図3は、説明を分かり易くするため、半導体装置10における半導体素子12及び金属回路15の図示を略している。図1及び図2に示すように、半導体素子12は平面視四角形状をなすとともに半田層Hを介して金属回路15に接合されている。すなわち、半導体素子12はセラミック基板14の一面14aに金属回路15を介して熱的に結合されている。
半導体素子12は、例えば、IGBT(Insurated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET、ダイオードが用いられ、回路基板11には複数の半導体素子12が接合されている。また、図2に示すように、セラミック基板14の他面14bには金属板16が接合されている。そして、金属板16は、応力緩和部材20を介してセラミック基板14の他面14bとヒートシンク13とを接合する金属層として機能する。よって、半導体素子12とヒートシンク13とは、回路基板11及び応力緩和部材20を介して熱的に結合されている。
前記回路基板11において、セラミック基板14は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等により形成されている。また、金属回路15及び金属板16はアルミニウムで形成されている。前記ヒートシンク13はアルミニウムで形成されている。なお、アルミニウムとは純アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。また、アルミニウム以外の高熱伝導性材料として、例えば銅や銅合金等によって金属回路15、金属板16及びヒートシンク13を形成してもよい。そして、ヒートシンク13は、回路基板11における金属板16の形成材料に合わせて同じ金属材料によって形成され、金属板16とヒートシンク13は線膨張係数が同じになっている。ヒートシンク13の内部には冷却媒体(例えば、冷却水)が流れる冷媒流路13aが形成されている。
次に、前記応力緩和部材20について詳しく説明する。
図2に示すように、ヒートシンク13の一面たる上面13bと、金属板16において、ヒートシンク13の上面13bに対向する下面16aとの間には、四角板状をなす応力緩和部材20が介装されている。応力緩和部材20は、金属板16及びヒートシンク13と同じ金属材料(アルミニウムや銅等)によって形成されている。図2及び図3に示すように、応力緩和部材20の一面には平面形状が四角形状をなすとともに平滑面をなす第1接合面20aが形成され、該第1接合面20aに背向する他面には平面形状が四角形状をなすとともに平滑面をなす第2接合面20bが形成されている。なお、第1接合面20a及び第2接合面20bの平面形状は金属板16の平面形状より小さい相似形である。また、第1接合面20a及び第2接合面20bの面積は、金属板16における下面16aの面積より小さくなっている。
そして、応力緩和部材20は、第1接合面20aが金属板16の下面16aにろう付けされ、第2接合面20bがヒートシンク13の上面13bにろう付けされている。このため、セラミック基板14とヒートシンク13とは、金属板16及び応力緩和部材20を介して熱的に結合されている。なお、第1接合面20aは全面が金属板16の下面16aに接合されている。また、第1接合面20aは、金属板16(下面16a)の範囲内に収まるように金属板16の下面16aに接合されている。このため、第1接合面20aの周縁よりも外側となる位置には、金属板16の全周に亘って一定の幅で延びる周縁部16bが存在している。よって、第1接合面20aは金属板16の下面16a全面に亘って接合されているのではなく、金属板16の周縁16cよりも内側に向けて離れた位置に配置された状態で金属板16に接合されている。
なお、前記周縁部16bにおいて、金属板16の周方向に対して直交する方向への長さ(以下、周縁部16bの幅Wとする)が所定の値になるように、第1接合面20aの面積、すなわち、応力緩和部材20の大きさが設定されている。これは、第1接合面20aの面積が小さくなり過ぎて周縁部16bの幅Wが長くなり過ぎると、応力緩和部材20を介したヒートシンク13への熱の伝導効率が低下して好ましくないからである。また、第1接合面20aの面積が大きくなり過ぎて周縁部16bの幅Wが短くなり過ぎると、以下に述べる応力緩和の機能が十分に発揮できなくなり好ましくないからである。
また、金属板16の下面16aとヒートシンク13の上面13bとの間には応力緩和空間Sが形成されている。この応力緩和空間Sが形成されることにより、金属板16が熱膨張した際、金属板16の周縁部16bにおける変形が許容されるようになっている。
次に、本実施形態の半導体装置10の製造方法について説明する。
なお、ヒートシンク13に接合する回路基板11は、セラミック基板14に金属回路15及び金属板16が予め接合された市販のものを使用する。また、応力緩和部材20は、第1接合面20a及び第2接合面20bが金属板16の面積より小さくなるように予め成形されたものを使用する。
まず、ヒートシンク13の上面13bに、アルミニウム系のろう材(図示せず)、応力緩和部材20、アルミニウム系のろう材(図示せず)、及び回路基板11の順序で積層する。なお、応力緩和部材20は、第2接合面20bがヒートシンク13側に面し、回路基板11は金属板16が応力緩和部材20側に面するように載置する。また、回路基板11は、金属板16の周縁16cより内側に応力緩和部材20の第1接合面20aが位置し、かつ第1接合面20aの周囲に一定幅で周縁部16bが形成されるように、ろう材を介した応力緩和部材20上に載置する。
そして、ヒートシンク13、ろう材、応力緩和部材20、ろう材及び回路基板11が積層された全体を加熱する。なお、ろう付けは、不活性ガス雰囲気又は還元ガス雰囲気に雰囲気調整された加熱装置内で行われる。また、加熱装置としては、リフロー炉などが用いられる。ろう付けは、ろう材の溶融温度以上の温度に加熱してろう材を溶融し、その後に溶融したろう材を溶融温度未満に冷却して凝固させることにより行われる。
すると、ヒートシンク13の上面13bと応力緩和部材20の第2接合面20bとがろう付けされるとともに、金属板16の下面16aと応力緩和部材20の第1接合面20aとがろう付けされる。その結果、回路基板11とヒートシンク13とが応力緩和部材20を介して一体化され、半導体装置10が製造される。
さて、このように構成した半導体装置10は、例えば車載電動モータの駆動に適用されることにより、車両の運転状況に応じて車載電動モータに供給する電力を制御する。そして、半導体装置10における半導体素子12から発せられた熱は、金属回路15、セラミック基板14、金属板16及び応力緩和部材20を介してヒートシンク13に伝導される。半導体素子12から発せられた熱がヒートシンク13に伝導された際には、回路基板11に加えヒートシンク13も高温となり、熱膨張する。一方、半導体素子12からの発熱が停止すると、回路基板11及びヒートシンク13の温度は低下し、熱収縮する。そして、熱膨張及び熱収縮の際には、ヒートシンク13とセラミック基板14との線膨張係数の相違に起因し、半導体装置10に熱応力が発生する。
しかし、本実施形態の半導体装置10において、金属板16と、応力緩和部材20と、ヒートシンク13とは同じ金属材料(アルミニウム)によって形成されているため、金属板16と、応力緩和部材20と、ヒートシンク13の線膨張係数が同じになっている。また、第1接合面20aは金属板16の下面16a全面に亘って接合されておらず、金属板16の周縁16cより内側に接合され、金属板16における周縁部16bの下面16aとヒートシンク13の上面13bとの間には応力緩和空間Sが形成されている。このため、周縁部16bは応力緩和空間Sに向けて変形が許容される。
また、セラミック基板14と金属板16とは線膨張係数が異なるため、セラミック基板14と金属板16との間には熱応力が作用する。ここで、第1接合面20aは金属板16の周縁16cより内側に配置された状態で接合されている。すなわち、金属板16において熱応力が集中して作用する周縁部16bを避けて第1接合面20aが接合されている。このため、金属板16の下面16a全面が、応力緩和部材20を介さずヒートシンク13の上面13bに接合されている場合に比してセラミック基板14と金属板16との接合部における熱応力が緩和される。
また、半導体素子12から発せられた熱は、金属回路15、セラミック基板14、金属板16及び応力緩和部材20を介してヒートシンク13に伝導される。ヒートシンク13に伝導された熱は、ヒートシンク13内の冷媒流路13aを流れる冷却媒体に伝導されるとともに持ち去られる。すなわち、ヒートシンク13は、冷媒流路13aを流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体素子12で発せられた熱が効率良く除去され、結果として半導体素子12が回路基板11への結合側(接合側)から冷却される。
また、半導体装置10において、半導体素子12の直下となる位置には回路基板11を介して応力緩和部材20の第1接合面20aが位置している。そして、第1接合面20aは全面が金属板16の下面16aに接合されている。また、第1接合面20aが金属板16の周縁16cより内側に配置された状態で接合される構成であっても、金属板16にて第1接合面20aが非接合となる周縁部16bの幅は長くなり過ぎないように第1接合面20aの大きさが設定されている。このため、熱応力を緩和する構成を設けても、半導体素子12からヒートシンク13への熱伝導率が極端に低下しないようになっている。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)回路基板11における金属板16とヒートシンク13との間に応力緩和部材20を介装し、該応力緩和部材20における金属板16への第1接合面20aの面積を金属板16の面積より小さく形成した。そして、金属板16の下面16aと、ヒートシンク13の上面13bとの間には応力緩和空間Sが形成されている。このため、熱応力を受けた金属板16の変形が応力緩和空間Sによって許容され、例えば、金属板16の下面16a全面にヒートシンク13の上面13bが接合されている場合に比して熱応力が緩和される。
また、金属板16において熱応力が集中的に作用する周縁部16bには第1接合面20aが接合されていないため、金属板16の下面16a全面にヒートシンク13の上面13bが接合されている場合に比して金属板16側の熱膨張及び熱収縮による変形量が抑えられ、セラミック基板14と金属板16との接合部における熱応力が緩和される。その結果として、セラミック基板14と金属板16との接合部にクラックや剥離が生じることを抑制することができる。そして、熱応力を緩和するための応力緩和部材20は、セラミック基板14及びヒートシンク13とは別部材である。このため、熱応力の緩和のために、厚みが薄く、サイズの小さい金属板16をエッチング処理する場合に比して半導体装置10を簡単に製造することができる。
(2)半導体装置10は、熱応力の緩和のためにセラミック基板14とヒートシンク13との間に応力緩和部材20を介装しただけである。そして、この半導体装置10においては、市販されている回路基板11を加工したり処理することなく、セラミック基板14とヒートシンク13に応力緩和部材20を接合するだけで熱応力を緩和することができる。よって、熱応力を緩和することができる半導体装置10を簡単に製造することができる。
(3)第1接合面20aはその全面が金属板16の下面16aに接合されている。このため、半導体素子12から発せられた熱を、金属板16を介して応力緩和部材20に効率良く伝導することができる。
(4)応力緩和部材20を形成する材料と、金属板16を形成する材料と、ヒートシンク13を形成する材料は同じである(同系材料である)。このため、応力緩和部材20と金属板16とヒートシンク13とが異なる材料で形成される場合に比して、各部材間に熱伝導を阻害する界面が形成されることが抑制され、金属板16と応力緩和部材20との間での熱伝導度、さらには、応力緩和部材20とヒートシンク13との間での熱伝導度を高くすることができる。
(5)応力緩和部材20は、第1接合面20aが金属板16の下面16aに対し直接ろう付けされている。このため、応力緩和部材20の第1接合面20aと、金属板16の下面16aとの間に他の部材が介在する場合に比して、半導体素子12で発せられた熱をヒートシンク13に効率良く伝導することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図4(a)及び(b)に示すように、応力緩和部材20に、該応力緩和部材20を厚み方向に貫通する複数の凹部20cを形成してもよい。このように構成すると、半導体装置10に熱応力が発生したとき、凹部20cにより応力緩和部材20の変形が許容され、熱応力が緩和される。なお、図4において、凹部20cは丸孔状に形成されているが、孔形状は四角や三角のように任意に変更してもよい。また、凹部20cは、応力緩和部材20を厚み方向に貫通しておらず、穴状であってもよい。
○ 図5(a)及び(b)に示すように、応力緩和部材20の一面に複数の溝部20dを形成してもよい。このように構成すると、半導体装置10に熱応力が発生したとき、溝部20dにより応力緩和部材20の変形が許容され、熱応力が緩和される。
○ 応力緩和部材20は、金属板16及びヒートシンク13と全く同じ材料でなく、同系の材料で形成されていてもよく、例えば、金属板16及びヒートシンク13が純アルミニウムで形成され、応力緩和部材20がアルミニウム合金で形成されていてもよい。
○ ヒートシンク13は強制冷却式の冷却器であればよく、ヒートシンク13を流れる冷却媒体は水に限らず、例えば、他の液体や空気などの気体であってもよい。また、沸騰冷却式の冷却器であってもよい。
○ 回路基板11上に金属回路15が2個形成される構成に限らず、金属回路15が1個又は3個以上形成されるとともに、金属回路15上に半導体素子12が1個又は3個以上接合された構成としてもよい。
○ 半導体装置10は、車載用に限らず他の用途に使用するものに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記金属層において第1接合面の外側に位置する周縁部と、放熱装置において前記周縁部に対向する面との間には応力緩和空間が形成されている請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
実施形態の半導体装置を示す平面図。 図1のA−A線断面図。 半導体装置におけるセラミック基板及び応力緩和部材を示す平面図。 (a)は応力緩和部材の別例を示す平面図、(b)は応力緩和部材を示す図4(a)の4b−4b線断面図。 (a)は応力緩和部材の別例を示す平面図、(b)は応力緩和部材を示す図5(a)の5b−5b断面図。 背景技術の半導体モジュールを示す断面図。
符号の説明
10…半導体装置、12…半導体素子、13…放熱装置としてのヒートシンク、14…セラミック基板、14a…一面、14b…他面、16…金属層としての金属板、16c…周縁、20…応力緩和部材、20a…第1接合面、20b…第2接合面。

Claims (5)

  1. セラミック基板の一面に半導体素子が熱的に結合されるとともに他面に金属層を介して放熱装置が熱的に結合された半導体装置であって、
    前記放熱装置と前記金属層の間に、板状をなし一面に前記金属層より面積の小さい第1接合面を備えるとともに他面に第2接合面を備える応力緩和部材が介装され、前記第1接合面が前記金属層の周縁より内側に配置されて該金属層に熱的に結合されているとともに前記第2接合面が前記放熱装置に熱的に結合されている半導体装置。
  2. 前記第1接合面は全面が金属層に熱的に結合されている請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記第1接合面は前記金属層に直接ろう付けされている請求項1又は請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記応力緩和部材、金属層及び放熱装置は同系の金属材料により形成されている請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. セラミック基板の一面に半導体素子が熱的に結合されるとともに他面に金属層を介して放熱装置が熱的に結合された半導体装置の製造方法であって、
    前記放熱装置と前記金属層との間に、板状をなし一面に前記金属層より面積の小さい第1接合面を備えるとともに他面に第2接合面を備える応力緩和部材を介在させ、該応力緩和部材の前記第1接合面を金属層の周縁より内側に配置し、該第1接合面を金属層に熱的に結合するとともに前記第2接合面を放熱装置に熱的に結合する半導体装置の製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158715A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Nisshin Steel Co Ltd 放熱装置及びパワーモジュール
JP2011023545A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Nisshin Steel Co Ltd 放熱構造体およびパワーモジュール
JP2011054732A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Toyota Motor Corp 半導体モジュール
WO2020174741A1 (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社日立パワーデバイス 半導体装置
JP7487614B2 (ja) 2020-08-26 2024-05-21 三菱電機株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0786703A (ja) * 1993-09-10 1995-03-31 Toshiba Corp セラミックス回路基板
JPH104156A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置用絶縁基板及び半導体装置
JP2003017627A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Toshiba Corp セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体モジュール
JP2005032833A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Toshiba Corp モジュール型半導体装置
JP2006286754A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Dowa Mining Co Ltd 金属−セラミックス接合基板
JP2006294699A (ja) * 2005-04-06 2006-10-26 Toyota Industries Corp 放熱装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0786703A (ja) * 1993-09-10 1995-03-31 Toshiba Corp セラミックス回路基板
JPH104156A (ja) * 1996-06-14 1998-01-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置用絶縁基板及び半導体装置
JP2003017627A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Toshiba Corp セラミックス回路基板およびそれを用いた半導体モジュール
JP2005032833A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Toshiba Corp モジュール型半導体装置
JP2006286754A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Dowa Mining Co Ltd 金属−セラミックス接合基板
JP2006294699A (ja) * 2005-04-06 2006-10-26 Toyota Industries Corp 放熱装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158715A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Nisshin Steel Co Ltd 放熱装置及びパワーモジュール
JP2011023545A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Nisshin Steel Co Ltd 放熱構造体およびパワーモジュール
JP2011054732A (ja) * 2009-09-01 2011-03-17 Toyota Motor Corp 半導体モジュール
WO2020174741A1 (ja) * 2019-02-27 2020-09-03 株式会社日立パワーデバイス 半導体装置
JP7487614B2 (ja) 2020-08-26 2024-05-21 三菱電機株式会社 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置

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