JP2012023403A - 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス基板2の一面に厚さT1の金属回路板3が、他面に厚さT2の金属放熱板4が、それぞれろう材5を介して接合されている。金属回路板3と金属放熱板4はどちらも銅または銅合金の1種であるが、その材質は異なり、金属回路板の表面の見かけの熱膨張係数が(9〜17)×10−6/K、金属放熱板の表面の見かけの熱膨張係数が(3〜9)×10−6/Kの範囲、である
【選択図】 図1
Description
請求項1記載の発明の要旨は、セラミックス基板の一面に金属回路板が形成され、他面に金属放熱板が形成された回路基板であって、前記金属回路板および前記金属放熱板が銅または銅合金であり、冷熱サイクル時における前記回路基板上の前記金属回路板の表面の歪み量/温度変化量、で定義される、前記金属回路板の表面の見かけの熱膨張係数が(9〜17)×10−6/K、冷熱サイクル時における前記回路基板上の前記金属放熱板の表面の歪み量/温度変化量、で定義される、前記金属放熱板の表面の見かけの熱膨張係数が(3〜9)×10−6/Kの範囲、であることを特徴とする回路基板に存する。
請求項2記載の発明の要旨は、前記金属放熱板の厚さは前記金属回路板の厚さよりも小さく、前記金属放熱板の軟化点温度は前記金属回路板の軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の回路基板に存する。
請求項3記載の発明の要旨は、前記金属放熱板の軟化点温度は400〜900℃の範囲であることを特徴とする請求項2に記載の回路基板に存する。
請求項4記載の発明の要旨は、前記金属回路板の軟化点温度は300℃以上であることを特徴とする請求項2または3に記載の回路基板に存する。
請求項5記載の発明の要旨は、前記金属回路板および前記金属放熱板の厚さが0.1〜10mmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回路基板に存する。
請求項6記載の発明の要旨は、前記金属回路板の厚さをT1、前記金属放熱板の厚さをT2としたとき、1<T1/T2≦10であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の回路基板に存する。
請求項7記載の発明の要旨は、常温における最大反り量が200μm/inch以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回路基板に存する。
請求項8記載の発明の要旨は、前記セラミックス基板が窒化珪素セラミックスであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の回路基板に存する。
請求項9記載の発明の要旨は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の回路基板に半導体チップが搭載された半導体モジュールであって、前記金属回路板に前記半導体チップが接合され、前記金属回路板および前記半導体チップがモールド樹脂で覆わ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10記載の発明の要旨は、前記モールド樹脂の熱膨張係数が(10〜25)×10−6/Kの範囲であることを特徴とする請求項9に記載の半導体モジュールに存する。
請求項11記載の発明の要旨は、前記金属放熱板が放熱ベースに接合されたことを特徴とする請求項9または10に記載の半導体モジュールに存する。
請求項12記載の発明の要旨は、前記放熱ベースが銅、アルミニウム、銅合金、またはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項11に記載の半導体モジュールに存する。
本発明の第1の実施の形態に係る回路基板は、その構造を最適なものとすることにより、これを用いた半導体モジュールにおいては、高い放熱特性と冷熱サイクルに対する高い耐久性を有する。特に、半導体モジュールが実際に機器に搭載された状態において、その放熱特性と耐久性を高くしている。また、金属回路板の低抵抗化および放熱ベースとの間の高い絶縁耐圧を得ることによって、搭載する半導体チップの大電力での動作を可能としている。この回路基板1の平面図およびそのI−Iにおける断面図が図1である。この回路基板1においては、セラミックス基板2の一面に厚さT1の金属回路板3が、他面に厚さT2の金属放熱板4が、それぞれろう材5を介して接合されている。また、金属回路板3と金属放熱板4はどちらも銅または銅合金の1種であるが、その材質は異なり、金属放熱板4の軟化点温度は金属回路板3の軟化点温度よりも高い。また、金属回路板3の厚さT1は金属放熱板4の厚さT2よりも大きい。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体モジュールは、前記の回路基板1を用いて形成され、特に大電力で動作する半導体チップをこれに搭載する。この半導体モジュールの断面図が図16である。この半導体モジュール11は、前記の回路基板1における金属回路板3上に半導体チップ6がはんだ層7を介して接合して搭載されている。また、これら全体を覆ってモールド樹脂8が形成されている。また、放熱ベース13がはんだ層12を介して金属放熱板4に接合されている。
実施例1〜25として、上記の構成の回路基板を作成し、これに半導体チップを搭載して上記の構造の半導体モジュールを作成して冷熱サイクルを印加し、その耐久性能を調べた。同時に、比較例となる回路基板も作成し、同様の特性を調べた。
実施例26と比較例16〜23としては、金属回路板と金属放熱板の組み合わせを同一とし、セラミックス基板の材質を変化させ、前記と同様の特性を調べた。
2、40 セラミックス基板
3 金属回路板
4 金属放熱板
5 ろう材
6、33 半導体チップ
7、12 はんだ層
8、39 モールド樹脂
11、31 半導体モジュール
13 放熱ベース
32 金属ブロック
34 フレーム
35 リード
36 ボンディングワイヤ
37 ケース
38 外部端子
Claims (12)
- セラミックス基板の一面に金属回路板が形成され、他面に金属放熱板が形成された回路基板であって、
前記金属回路板および前記金属放熱板が銅または銅合金であり、
冷熱サイクル時における前記回路基板上の前記金属回路板の表面の歪み量/温度変化量、で定義される、前記金属回路板の表面の見かけの熱膨張係数が(9〜17)×10−6/K、
冷熱サイクル時における前記回路基板上の前記金属放熱板の表面の歪み量/温度変化量、で定義される、前記金属放熱板の表面の見かけの熱膨張係数が(3〜9)×10−6/Kの範囲、
であることを特徴とする回路基板。 - 前記金属放熱板の厚さは前記金属回路板の厚さよりも小さく、
前記金属放熱板の軟化点温度は前記金属回路板の軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の回路基板。 - 前記金属放熱板の軟化点温度は400〜900℃の範囲であることを特徴とする請求項2に記載の回路基板。
- 前記金属回路板の軟化点温度は300℃以上であることを特徴とする請求項2または3に記載の回路基板。
- 前記金属回路板および前記金属放熱板の厚さが0.1〜10mmの範囲であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回路基板。
- 前記金属回路板の厚さをT1、前記金属放熱板の厚さをT2としたとき、1<T1/T2≦10であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の回路基板。
- 常温における最大反り量が200μm/inch以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回路基板。
- 前記セラミックス基板が窒化珪素セラミックスであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の回路基板。
- 請求項1乃至8のいずれか1項に記載の回路基板に半導体チップが搭載された半導体モジュールであって、
前記金属回路板に前記半導体チップが接合され、前記金属回路板および前記半導体チップがモールド樹脂で覆われていることを特徴とする半導体モジュール。 - 前記モールド樹脂の熱膨張係数が(10〜25)×10−6/Kの範囲であることを特徴とする請求項9に記載の半導体モジュール。
- 前記金属放熱板が放熱ベースに接合されたことを特徴とする請求項9または10に記載の半導体モジュール。
- 前記放熱ベースが銅、アルミニウム、銅合金、またはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項11に記載の半導体モジュール。
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