JP2012227271A - パワーモジュール用絶縁放熱基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一方の面側に搭載される半導体チップからの発熱を、他方の面側に設置される冷却器へと伝熱させるパワーモジュール用絶縁放熱基板Pであって、少なくとも、絶縁樹脂基板1と、当該絶縁樹脂基板の表裏に積層された金属層3,4と、当該絶縁樹脂基板中に配置された高熱伝導絶縁粒子2とを有し、且つ、当該両金属層と高熱伝導絶縁粒子とが、当該高熱伝導絶縁粒子の絶縁樹脂基板からの露出面に設けられた鉤状の凹部に、当該金属層の一部が噛み合わせ状に食い込んだ状態で接続されていることを特徴とするパワーモジュール用絶縁放熱基板。
【選択図】図1
Description
このようなパワーモジュールの一例(例えば、特許文献1参照)を、図13に示した概略断面図を用いて説明する。
即ち、『絶縁基板20』はAlN、Al2O3、Si3N4、SiC等、『回路層3、熱拡散層4、放熱体22』はCu、Al等、『低熱膨張材21』はインバー合金等である。
この原因について、回路層3と高熱伝導絶縁粒子2aとの接触界面を示した図15を用いて説明する(熱拡散層4についても同様の接続構造となるため、説明の便宜上、熱拡散層4と高熱伝導絶縁粒子2aとの接続構造については説明を省略した)。
尚、図には示していないが、上記樹脂中に、高熱伝導絶縁粒子2と同質材料で、且つ、当該高熱伝導絶縁粒子2よりも径が小さいフィラーを、絶縁樹脂基板1の応力緩和性に影響が出ない範囲で充填するのが、高熱伝導粒子2を含む絶縁樹脂基板1の全熱抵抗を下げる(即ち、熱伝導率を上げる)上で好ましい。
尚、当該無電解Niめっきの種類としては、無電解NiPめっき、無電解NiBめっき等、何れのNiめっきも利用可能であるが、中でも熱伝導率が最も高いNiBめっきを選択するのがより初期接触熱抵抗を小さくできる点で好ましい。
因みに、上記平坦な面一化方法では、金属箔3a、4aを薄層化してから研磨を行う例を示したが、箔層化せずに研磨のみで平坦な面一にすることももちろん可能である。
これにより、パワーモジュールが大型の場合においても反りを抑制することができる。
尚、実施例としては、図4(e)と図12に示した絶縁放熱基板Pa、Pfの製造例を用いることとし、また、当該絶縁放熱基板Pfの構成における絶縁樹脂基板として、絶縁放熱基板Paと同様に内部に補強繊維が含まれていない場合の構成について説明する。
まず、後に熱拡散層として使用される厚さ0.3mm、熱伝導率400W/mKからなる無酸素銅箔(住友金属鉱山伸銅社製)の一方の面に、厚さ0.15mm、熱伝導率3W/mKの絶縁樹脂(エポキシ)フィルム(新神戸電機社製:HTS−3W)を配置し、次いで、当該絶縁樹脂フィルムの表面に、マスクを介して高熱伝導絶縁粒子をムラなく配置した。尚、高熱伝導絶縁粒子としては、大きさが約φ0.35mm、熱伝導率が170W/mKからなるAlNの破砕品(トクヤマ社製)を、濃度1mol/l(常温)の水酸化ナトリウム溶液に30分浸漬処理して、表面に鉤状の凹部を形成せしめたものを用いた。
まず、厚さ18μmの銅箔(3EC−III:三井金属社製)の一方の面に、半導体チップの搭載エリアに対応する部分に10mm□の開口部が形成された厚さ0.15mm、熱伝導率3W/mKの絶縁樹脂フィルム(新神戸電機社製:HTS−3W)を配置し、次いで、当該開口部内に堆積比率が約60%となるように高熱伝導絶縁粒子(上記実施例1と同様のもの)を配置した。
≪無電解銅めっき工程≫
(1)界面活性処理
コンディショナー(OPC−370コンディクリーン:奥野製薬社製)、濃度100ml/l、処理温度65℃、処理時間5分
(2)水洗
(3)ソフトエッチング:過水硫酸系
(4)水洗
(5)酸洗浄
濃度100ml/l(98%濃硫酸)、処理温度25℃、処理時間2分
(6)触媒付与(以下の工程を順次行う)
1)プリディップ{OPC−SALM(奥野製薬社製)、濃度260g/l、処理温度25℃、処理時間2分}
2)触媒付与{OPC−SALM(奥野製薬社製)、濃度260g/l、処理温度25℃、処理時間5分}⇒{OPC−80キャタリスト(奥野製薬社製)、濃度50ml/l}
(7)水洗
(8)触媒活性化処理
アクセラレーター{OPC−555(奥野製薬社製)、濃度100ml/l、処理温度25℃、処理時間7分}
(9)水洗
(10)無電解銅めっき処理
処理温度30℃、処理時間20分、
◎ 薬品名
1)ATSアドカッパーIW−A(濃度50ml/l)
2)ATSアドカッパーIW−M(濃度80ml/l)
3)ATSアドカッパーC(濃度10ml/l)
4)無電解銅R−N(濃度3ml/l)
(11)水洗・乾燥
1a:液状絶縁樹脂
1b:絶縁樹脂フィルム
1c:補強基材入り絶縁樹脂フィルム
2、2a:高熱伝導絶縁粒子
3a、4a:金属箔
3b、4b:薄層化された金属箔
3、11:回路層
4、12:熱拡散層
5:鉤状の凹部
6:アンカーパターン
7:金属未充填部
8:冷却器
9:冷却水
10:無電解めっき層
11a、12a:電解めっき層
13:突出部
14:粗化層
15:補強基材
16:開口部
17:絶縁樹脂
18:はんだ
19:半導体チップ
20:絶縁基板
21:低熱膨張材
22:放熱体
23:取付ねじ
24:単なる凹凸形状
25:接触界面
26:剥離部
P、Pa、Pb、Pc、Pd、Pe、Pf、Pg、Ph:パワーモジュール用絶縁放熱基板
PM:パワーモジュール
A:絶縁樹脂層の表面
B:絶縁樹脂層の裏面
Claims (11)
- 一方の面側に搭載される半導体チップからの発熱を、他方の面側に設置される冷却器へと伝熱させるパワーモジュール用絶縁放熱基板であって、少なくとも、絶縁樹脂基板と、当該絶縁樹脂基板の表裏に積層された金属層と、当該絶縁樹脂基板中に配置された高熱伝導絶縁粒子とを有し、且つ、当該両金属層と高熱伝導絶縁粒子とが、当該高熱伝導絶縁粒子の絶縁樹脂基板からの露出面に設けられた鉤状の凹部に、当該金属層の一部が噛み合わせ状に食い込んだ状態で接続されていることを特徴とするパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該高熱伝導絶縁粒子の露出面が、絶縁樹脂基板からの突出露出面であることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該高熱伝導絶縁粒子の露出面が、絶縁樹脂基板から突出することなく当該絶縁樹脂基板面と面一となっていることを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該金属層が、無電解めっきと電解めっきとを順次析出したものからなることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該無電解めっきが、Niめっきからなることを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該無電解めっきが、絶縁樹脂基板の表面及び裏面に残された金属箔のアンカーパターンを介して析出されていることを特徴とする請求項4又は5に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該高熱伝導絶縁粒子が、搭載される半導体チップに対応して部分的に配置されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該半導体チップに対応する部分に配置されている高熱伝導絶縁粒子が、硬化後に絶縁樹脂基板となる絶縁樹脂フィルムに設けた開口部をガイドにして配置されたものであることを特徴とする請求項7に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該絶縁樹脂基板が、内部に補強繊維を含んでいることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該絶縁樹脂基板が、横方向の線膨張係数よりも縦方向の線膨張係数が小さい異方性線膨張樹脂からなることを特徴とする請求項1〜9に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
- 当該絶縁樹脂基板の表裏に積層される金属層のうち、半導体チップが搭載される面とは反対側の面に積層される金属層が、冷却器であることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載のパワーモジュール用絶縁放熱基板。
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