JP4407521B2 - 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明の絶縁伝熱構造体は、接合層と前記接合層よりも熱伝導率の高い第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子とを有する絶縁体層の両側に前記接合層よりも熱伝導率の高い高熱伝導体層が配置される絶縁伝熱構造体であって、前記第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の一部が前記高熱伝導体層に貫入しており、前記絶縁体層の一方に形成された前記高熱伝導体層には、半導体チップを搭載するための回路が形成されており、前記絶縁体層が、ガラス相またはガラス相に結晶相もしくはセラミック粒子が分散した複合相によって形成されていることを特徴とする。
本発明による絶縁伝熱構造体によれば、絶縁体層の絶縁性高熱伝導硬質粒子を介して一方の高熱伝導体層からの熱が他方の高熱伝導体層側に伝導されることになる。なお、本明細書において、第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の一部が高熱伝導体層に貫入しているとは、第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の一部が高熱伝導体層に対して突き出されていることを意味する。
また、本発明による絶縁伝熱構造体によれば、回路上に半導体チップを搭載して、この半導体チップで発生した熱を、半導体チップが搭載された高熱伝導体層から他の高熱伝導体層に伝導する。
さらに、本発明による絶縁伝熱構造体によれば、ガラス相またはガラス相に結晶相もしくはセラミック粒子が分散した複合相を用いることで絶縁耐圧を上昇させたり、高温高湿雰囲気中での耐圧値の劣化を抑制したりすることができる。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、一方の高熱伝導体層と他方の高熱伝導体層とが第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子によって連通することになり、絶縁体層の絶縁性高熱伝導硬質粒子を介して一方の高熱伝導体層からの熱が他方の高熱伝導体層側に伝導されることになる。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子と高熱伝導体層とが面接触することになり、高熱伝導体層に生じた熱が絶縁性高熱伝導硬質粒子に熱移動するための経路が高熱伝導体層を貫通することなく確保される。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、高熱伝導体層に生じた熱が絶縁性高熱伝導硬質粒子に熱移動するための経路が確実に確保される。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、高熱伝導体層に生じた熱が絶縁性高熱伝導硬質粒子に熱移動するための経路がより確実に確保される。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、第二の絶縁性高熱伝導硬質粒子によっても高熱伝導体層に発生する熱が他方の高熱熱伝導体層に熱伝導することになり、さらに、使用時において、温度サイクルが繰り返し変動することになっても、高熱伝導体層と絶縁体層との剥離が防止される。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、Al、Cu、AgまたはAuの熱伝導率が高いことから、発熱体の熱が良好に伝達されることになる。また、Alは、歪み量に対する変形応力が小さく、熱サイクルによる熱硬化が少ないことから、信頼性が向上する。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、高熱伝導体層の1つに半導体チップを搭載して、他の高熱伝導体層とこの半導体チップの電極をワイヤなどで接続し、電子回路として使用することができる。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、分割形成された高熱伝導体層の厚みを適宜変更することで、過渡熱を抑制することができる。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、ニッケルメッキ層によってはんだとの良好な接合性が得られるので、高い放熱性を維持することができる。したがって、製品寿命が向上する。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、放熱体によって効率よく放熱することができる。
この発明に係る絶縁伝熱構造体によれば、端子構造を介して他の電子回路等と接続される。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、半導体チップの生じる熱が絶縁伝熱構造体を介して放熱され、使用時に熱サイクルが生じたとしても、高熱伝導体層と絶縁体層との間に剥離や亀裂が生じない。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、上述と同様に、高熱伝導体層と絶縁体層との間に剥離や亀裂が生じない。また、半導体チップの生じる熱が伝導されたときに、より効率よく放熱することができる。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、半導体チップに生じる熱が絶縁伝熱構造体を介してヒートシンクに伝達されることから、温度が上がりにくいので、使用時に熱サイクルが生じたとしても、高熱伝導体層と絶縁体層との間に剥離や亀裂が生じないことになる。
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、絶縁伝熱構造体をヒートシンクに対して付勢することで、絶縁伝熱構造体とヒートシンクとの接触が良好となるので、半導体チップに生じる熱をより効率よく伝達させることができる。
図1には、本発明による絶縁伝熱構造体の第1の実施の形態が示されていて、この絶縁伝熱構造体1は、絶縁体層2と、絶縁体層2の両側に配置される高熱伝導体層6、7とを備えている。
以上のように製造して絶縁性高熱伝導硬質粒子4を、接合層3内で例えば格子状のように2方向で等間隔となるように配置することで、高熱伝導体層6、7内で両高熱伝導体層6、7間の熱伝導性に偏りが生じることを抑制すると共に、製造コストを低減する。
ここで、高熱伝導体層6の上に半導体チップを搭載する場合において、高熱伝導体層6の半導体チップが搭載される半導体チップ搭載予定部と対向する接合層3のみに絶縁性高熱伝導硬質粒子4を配置するようにマスクMの貫通孔Maを形成してもよい。このようにすることで、半導体チップで発熱した熱を、他の高熱伝導体層に効率よく伝導する。
なお、第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子4に用いる材料と第二の絶縁性高熱伝導硬質粒子5の用いる材料とは異なっていてもよく、例えば第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子4としてダイヤモンドを用いて第二の絶縁性高熱伝導硬質粒子5としてSiCを用いてもよい。
2 絶縁体層
3 接合層
4 絶縁性高熱伝導硬質粒子
5 第二の絶縁性高熱伝導硬質粒子
6、7 高熱伝導体層
9 半導体チップ
10〜13、20〜26 パワーモジュール用基板
14 Niメッキ層(ニッケルメッキ層)
16 放熱体
17 ヒートシンク
19 密接部材
Claims (16)
- 接合層と前記接合層よりも熱伝導率の高い第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子とを有する絶縁体層の両側に前記接合層よりも熱伝導率の高い高熱伝導体層が配置される絶縁伝熱構造体であって、前記第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の一部が前記高熱伝導体層に貫入しており、前記絶縁体層の一方に形成された前記高熱伝導体層には、半導体チップを搭載するための回路が形成されており、
前記絶縁体層が、ガラス相またはガラス相に結晶相もしくはセラミック粒子が分散した複合相によって形成されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1に記載の絶縁伝熱構造体において、
前記第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の両端部が前記高熱伝導体層に貫入していることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1又は2に記載の絶縁伝熱構造体において、
前記高熱伝導体層に貫入させられた前記第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の貫入深さが、前記高熱伝導体層の厚み以下であることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項3に記載の絶縁伝熱構造体において、
前記貫入深さが、前記第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子の平均粒子径の0.05倍以上であることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項4に記載の絶縁伝熱構造体において、
前記貫入深さが、前記絶縁体層の厚みの半分以上であることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1から5のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体において、
前記絶縁体層内に第一の絶縁性高熱伝導硬質粒子よりも小径であり、かつ前記接合層よりも熱伝導率の高い第二の絶縁性高熱伝導硬質粒子が分散配置されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1から6のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体において、
前記高熱伝導体層が、Al、Cu、AgまたはAuで構成されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1に記載の絶縁伝熱構造体において、
前記回路が構成された高熱伝導体層が、前記絶縁体層の一面に少なくとも1つ形成されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項8に記載の絶縁伝熱構造体において、
少なくとも2つ形成された前記高熱伝導体層のうちの1つの厚みが、他の前記高熱伝導体層のうちの少なくとも1つの厚みと異なることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項7から9のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体において、
前記回路が構成された高熱伝導体層の表面が、ニッケルメッキ層によって被覆されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1から10のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体において、
前記高熱伝導体層のうちの一方が、放熱体であることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1から11のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体において、
前記高熱伝導体層の少なくとも一部に、端子構造が形成されていることを特徴とする絶縁伝熱構造体。 - 請求項1から12のいずれかに記載の絶縁伝熱構造体の前記高熱伝導体層の上面に半導体チップが設けられたことを特徴とするパワーモジュール用基板。
- 請求項13に記載の絶縁伝熱構造体の他の前記高熱伝導体層の下面に放熱板が接合されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。
- 請求項13又は14に記載のパワーモジュール用基板にヒートシンクが設けられたことを特徴とするパワーモジュール用基板。
- 請求項15に記載のパワーモジュール用基板において、
前記絶縁伝熱構造体を前記ヒートシンクに対して付勢させる付勢部材を備えることを特徴とするパワーモジュール用基板。
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