JP5699442B2 - Power module substrate and power module - Google Patents

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Description

この発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールに関するものである。   The present invention relates to a power module substrate and a power module used in a semiconductor device that controls a large current and a high voltage.

半導体素子の中でも電力供給のためのパワー素子を搭載するパワーモジュール用基板としては、例えば特許文献1に記載されているように、AlN(窒化アルミ)からなるセラミックス基板上にAl(アルミニウム)の金属板がAl−Si系のろう材を介して接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。この金属板は回路層とされ、回路層の上には、はんだ材を介してパワー素子としての半導体素子が搭載される。なお、セラミックス基板の下面にも放熱のためにAl等の金属板が接合されて金属層とされ、この金属層を介して冷却器が接合されたものが提案されている。
このようなパワーモジュール用基板においては、半導体素子から発生した熱が、回路層、セラミックス基板等を介して冷却器へと放散されることになる。
As a power module substrate on which a power element for power supply among semiconductor elements is mounted, for example, as described in Patent Document 1, a metal of Al (aluminum) on a ceramic substrate made of AlN (aluminum nitride). A power module substrate is used in which the plates are bonded via an Al—Si brazing material. This metal plate is used as a circuit layer, and a semiconductor element as a power element is mounted on the circuit layer via a solder material. It has been proposed that a metal plate such as Al is joined to the lower surface of the ceramic substrate to form a metal layer for heat dissipation, and a cooler is joined via the metal layer.
In such a power module substrate, heat generated from the semiconductor element is dissipated to the cooler via the circuit layer, the ceramic substrate, and the like.

最近では、パワーモジュールの小型化・薄肉化が進められるとともに、その使用環境も厳しくなってきており、かつ、半導体素子からの発熱量が大きくなる傾向にあり、熱を効率的に放散することができるパワーモジュール用基板が要求されている。また、半導体素子の高出力化に伴って、回路層に比較的大きな電流が通電されることがある。
そこで、回路層の厚さを、例えば0.6mmを超えるように厚く構成したパワーモジュール用基板が提案されている。この場合、半導体素子から発生した熱を、回路層においてパワーモジュール用基板の板面方向に拡散することにより、熱の放散を促進することが可能となる。すなわち、回路層をヒートスプレッダとして利用するものである。また、回路層を厚く構成することで、大電流を通電することも可能となる。
Recently, power modules have become smaller and thinner, and the usage environment has become harsh, and the amount of heat generated from semiconductor elements tends to increase, and heat can be efficiently dissipated. There is a demand for a power module substrate that can be used. Further, as the output of the semiconductor element increases, a relatively large current may be passed through the circuit layer.
In view of this, a power module substrate has been proposed in which the thickness of the circuit layer is increased so as to exceed, for example, 0.6 mm. In this case, it is possible to promote heat dissipation by diffusing heat generated from the semiconductor element in the circuit layer in the direction of the plate surface of the power module substrate. That is, the circuit layer is used as a heat spreader. In addition, a large current can be applied by forming the circuit layer thick.

特開2007−311528号公報JP 2007-311528 A

ところで、前述のパワーモジュール用基板においては、セラミックス基板に金属板が積層された構造とされていることから、セラミックス基板の厚さと金属板の厚さによって、パワーモジュール用基板全体の熱膨張係数が変化することになる。セラミックス基板の厚さが比較的厚い場合には、熱膨張係数はセラミックス基板に依存することになり、比較的小さくなる。一方、金属板(回路層)の厚さが比較的厚い場合には、熱膨張係数は金属板に依存することになって比較的大きくなる。   By the way, since the power module substrate described above has a structure in which a metal plate is laminated on a ceramic substrate, the thermal expansion coefficient of the entire power module substrate depends on the thickness of the ceramic substrate and the thickness of the metal plate. Will change. When the thickness of the ceramic substrate is relatively thick, the thermal expansion coefficient depends on the ceramic substrate and becomes relatively small. On the other hand, when the metal plate (circuit layer) is relatively thick, the thermal expansion coefficient depends on the metal plate and becomes relatively large.

ここで、半導体素子を構成するシリコンの熱膨張係数は約2×10−6/℃と小さいために、前述のように回路層を厚く形成したパワーモジュール用基板においては、半導体素子の熱膨張係数とパワーモジュール用基板の熱膨張係数とが大きく異なることになる。すると、このパワーモジュール用基板に半導体素子が搭載されたパワーモジュールに対して冷熱サイクルが負荷された場合には、この熱膨張係数の差による応力がはんだ層に作用し、はんだ層にクラックが発生するといった問題があった。 Here, since the thermal expansion coefficient of silicon constituting the semiconductor element is as small as about 2 × 10 −6 / ° C., in the power module substrate in which the circuit layer is formed thick as described above, the thermal expansion coefficient of the semiconductor element is And the thermal expansion coefficient of the power module substrate are greatly different. Then, when a thermal cycle is applied to a power module in which a semiconductor element is mounted on the power module substrate, the stress due to the difference in thermal expansion coefficient acts on the solder layer, and a crack is generated in the solder layer. There was a problem such as.

そこで、回路層と半導体素子との間に、緩衝層として熱膨張係数が半導体素子に近似したMo板やCu−Mo板を介在させ、はんだ層のクラックの発生を抑制することが考えられる。
しかしながら、MoやCu−Mo合金においては、熱伝導率が低いために、半導体素子から発生した熱を、パワーモジュール用基板の板面方向に向けて十分に拡散することができず、熱の放散を効率良く行うことができないといった問題があった。
Thus, it is conceivable to suppress the occurrence of cracks in the solder layer by interposing a Mo plate or Cu—Mo plate having a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor element as a buffer layer between the circuit layer and the semiconductor element.
However, in Mo and Cu-Mo alloys, since the thermal conductivity is low, the heat generated from the semiconductor element cannot be sufficiently diffused toward the plate surface direction of the power module substrate, and the heat is dissipated. There was a problem that it was not possible to perform efficiently.

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、半導体素子から発生した熱を効率的に放散させることが可能であるとともに、冷熱サイクルを負荷した場合でも半導体素子との間に介装されたはんだ層におけるクラックの発生を抑制でき、信頼性に優れたパワーモジュールを構成することができるパワーモジュール用基板及びこのパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can efficiently dissipate heat generated from a semiconductor element, and can be interposed between the semiconductor element even when a cooling cycle is applied. It is an object of the present invention to provide a power module substrate that can suppress generation of cracks in the mounted solder layer and that can constitute a power module that is excellent in reliability, and a power module that uses this power module substrate.

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明のパワーモジュール用基板は、セラミックス基板の一方の面に金属からなる回路層が配設され、この回路層の上に半導体素子が搭載されるパワーモジュール用基板であって、前記セラミックス基板はAlNからなり、前記回路層の厚さAと前記セラミックス基板の厚さCの比が1.6≦A/C≦5.7とされ、前記回路層の一方の面には、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板が配設されており、前記金属基複合板の一方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる金属スキン層が形成され、前記金属基複合板の他方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる第2金属スキン層が形成されており、この金属基複合板を介して半導体素子が搭載されることを特徴としている。 In order to solve such problems and achieve the above object, the power module substrate of the present invention has a circuit layer made of metal disposed on one surface of a ceramic substrate, and a semiconductor is formed on the circuit layer. A power module substrate on which an element is mounted , wherein the ceramic substrate is made of AlN, and a ratio of a thickness A of the circuit layer to a thickness C of the ceramic substrate is 1.6 ≦ A / C ≦ 5.7. A metal matrix composite plate made of a metal matrix composite material in which a carbonaceous member is filled with a metal is disposed on one surface of the circuit layer, and one surface side of the metal matrix composite plate In addition, a metal skin layer made of metal filled in the carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed, and the carbon matrix member is filled in the metal matrix composite material on the other surface side of the metal matrix composite plate. Second metal slabs made of a tempered metal Emission layer is formed, it is characterized in that the semiconductor element through the metal matrix composite plate is mounted.

この構成のパワーモジュール用基板においては、前記回路層の一方の面に、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板が配設されており、この金属基複合板を介して半導体素子が搭載される構成とされているので、半導体素子が搭載される金属基複合板の熱膨張係数が、銅やアルミニウム等の熱膨張係数よりも小さく設定されることになり、冷熱サイクルによるはんだ層のクラックの発生を抑制することが可能となる。すなわち、回路層を構成する金属の熱膨張係数と半導体素子の熱膨張係数との間の中間の熱膨張係数を有する金属基複合板によって、熱応力を緩和してはんだ層のクラック発生を抑制することが可能となるのである。なお、このような作用効果は、回路層を比較的厚く形成したパワーモジュール用基板において、特に顕著となる。
また、前記金属基複合板の一方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる金属スキン層が形成されているので、はんだ層を介して半導体素子を確実に搭載することができる。また、この金属スキン層にNiめっき等を行うことによって、さらにはんだ材との密着性を向上させることも可能である。
さらに、前記金属基複合板の他方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる第2金属スキン層が形成されているので、この第2金属スキン層を介して、金属からなる回路層と前記金属基複合板とを良好に接合することが可能となる。
In the power module substrate having this configuration, a metal matrix composite plate made of a metal matrix composite material in which a metal is filled in a carbonaceous member is disposed on one surface of the circuit layer. Since the semiconductor element is mounted via the plate, the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate on which the semiconductor element is mounted is set to be smaller than the thermal expansion coefficient of copper, aluminum, or the like. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the solder layer due to the thermal cycle. That is, the metal matrix composite plate having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficient of the metal constituting the circuit layer and the thermal expansion coefficient of the semiconductor element alleviates the thermal stress and suppresses the occurrence of cracks in the solder layer. It becomes possible. Such an effect is particularly remarkable in a power module substrate having a circuit layer formed relatively thick.
In addition, since a metal skin layer made of a metal filled in a carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed on one surface side of the metal matrix composite plate, the semiconductor element can be securely connected via the solder layer. Can be mounted on. Further, by performing Ni plating or the like on the metal skin layer, it is possible to further improve the adhesion to the solder material.
Furthermore, a second metal skin layer made of metal filled in a carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed on the other surface side of the metal matrix composite plate. Accordingly, it is possible to satisfactorily bond the circuit layer made of metal and the metal matrix composite plate.

ここで、前記金属基複合板の熱膨張係数が8×10−6/℃以下とされていることが好ましい。
この場合、前記金属基複合板の熱膨張係数が8×10−6/℃以下とされているので、半導体素子が搭載される金属基複合板の熱膨張係数が、半導体素子の熱膨張係数に近似することになり、はんだクラックの発生を確実に抑制することができ、このパワーモジュール用基板の信頼性を大幅に向上させることができる。
Here, it is preferable that the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate is 8 × 10 −6 / ° C. or less.
In this case, since the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate is 8 × 10 −6 / ° C. or less, the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate on which the semiconductor element is mounted is equal to the thermal expansion coefficient of the semiconductor element. Thus, the generation of solder cracks can be reliably suppressed, and the reliability of the power module substrate can be greatly improved.

前記金属基複合板は、一方向における熱伝導率が他方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有していることが好ましい。
この場合、一方向における熱伝導率が他方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有しているので、前記金属基複合板において、半導体素子から発生した熱を一の方向に向けて優先的に伝達することが可能となり、効率的に熱を放散するように設計することができる。
The metal matrix composite plate preferably has anisotropy so that the thermal conductivity in one direction is higher than the thermal conductivity in the other direction.
In this case, since it has anisotropy so that the thermal conductivity in one direction is higher than the thermal conductivity in the other direction, in the metal matrix composite plate, the heat generated from the semiconductor element is in one direction. It can be preferentially transmitted toward and can be designed to dissipate heat efficiently.

また、前記金属基複合板における高熱伝導率方向の熱伝導率が400W/m・K以上とされており、この高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が200W/m・K以上とされていることが好ましい。
この場合、高熱伝導率方向の熱伝導率が400W/m・K以上とされていることから、半導体素子から発生した熱を高熱伝導率方向に向けて優先的に放散することが可能となる。また、高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が200W/m・K以上とされているので、高熱伝導率方向以外においても熱の伝達が行われることになり、半導体素子から発生した熱を効率良く放散させることができる。
The thermal conductivity in the high thermal conductivity direction of the metal matrix composite plate is set to 400 W / m · K or more, and the thermal conductivity in the direction orthogonal to the high thermal conductivity direction is set to 200 W / m · K or more. It is preferable.
In this case, since the thermal conductivity in the high thermal conductivity direction is set to 400 W / m · K or more, the heat generated from the semiconductor element can be preferentially dissipated in the high thermal conductivity direction. In addition, since the thermal conductivity in the direction orthogonal to the high thermal conductivity direction is 200 W / m · K or more, heat is transferred also in directions other than the high thermal conductivity direction, and the heat generated from the semiconductor element. Can be efficiently diffused.

さらに、前記高熱伝導率方向が、前記金属基複合板の厚さ方向を向くように構成されていることが好ましい。
この場合、前記金属基複合板における高熱伝導率方向が、前記金属基複合板の厚さ方向を向くように構成されているので、半導体素子から発生した熱を回路層へと優先的に伝達することができ、回路層においてパワーモジュール用基板の板面方向に熱を拡げることによって、効率的に熱を放散することが可能となる。
Furthermore, it is preferable that the high thermal conductivity direction is configured to face the thickness direction of the metal matrix composite plate.
In this case, since the high thermal conductivity direction in the metal matrix composite plate is configured to face the thickness direction of the metal matrix composite plate, heat generated from the semiconductor element is preferentially transmitted to the circuit layer. It is possible to dissipate heat efficiently by spreading heat in the direction of the plate surface of the power module substrate in the circuit layer.

また、前記金属基複合板を構成する金属基複合材料において充填される金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金とされていることが好ましい。
この場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点が比較的低いことから、炭素質部材中にこれらアルミニウムまたはアルミニウム合金を比較的容易に充填することができる。また、金属基複合板の高熱伝導方向における熱伝導率が400〜450W/m・K、RT〜200℃の熱膨張係数が6〜8×10−6/℃となり、高熱伝導方向に直交する方向における熱伝導率が200〜250W/m・K、RT〜200℃の熱膨張係数が2〜4×10−6/℃となり、半導体素子との熱膨張係数の差に起因するはんだ層のクラック発生を抑制することができるとともに、効率良く熱を放散することができる。
Moreover, it is preferable that the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate is aluminum or an aluminum alloy.
In this case, since the melting point of aluminum or aluminum alloy is relatively low, the aluminum or aluminum alloy can be filled in the carbonaceous member relatively easily. Further, the thermal conductivity of the metal matrix composite plate in the high heat conduction direction is 400 to 450 W / m · K, the thermal expansion coefficient of RT to 200 ° C. is 6 to 8 × 10 −6 / ° C., and the direction orthogonal to the high heat conduction direction. With a thermal conductivity of 200 to 250 W / m · K and RT to 200 ° C. of 2 to 4 × 10 −6 / ° C., and cracking of the solder layer caused by the difference in thermal expansion coefficient with the semiconductor element Can be suppressed and heat can be efficiently dissipated.

あるいは、前記金属基複合板を構成する金属基複合材料において充填される金属材料が銅または銅合金とされていることが好ましい。
この場合、金属基複合板の熱伝導率が500〜650W/m・K、熱膨張係数が5〜7×10−6/℃となり、半導体素子との熱膨張係数の差に起因するはんだ層のクラック発生を抑制することができるとともに、効率良く熱を放散することができる。
Or it is preferable that the metal material with which the metal matrix composite material which comprises the said metal matrix composite board is filled is copper or a copper alloy.
In this case, the thermal conductivity of the metal matrix composite plate is 500 to 650 W / m · K, the thermal expansion coefficient is 5 to 7 × 10 −6 / ° C., and the solder layer of the solder layer due to the difference in thermal expansion coefficient with the semiconductor element Generation of cracks can be suppressed and heat can be efficiently dissipated.

また、本発明のパワーモジュールは、前述のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板の前記金属基複合板の一方の面側に搭載される半導体素子と、を備えたことを特徴としている。
この構成のパワーモジュールによれば、半導体素子から発生する熱を効率的に放散することができるとともに、冷熱サイクル負荷時においても、はんだ層にクラックが発生することがない。よって、パワーモジュールの信頼性を大幅に向上させることができる。
A power module according to the present invention includes the power module substrate described above and a semiconductor element mounted on one surface side of the metal matrix composite plate of the power module substrate.
According to the power module having this configuration, the heat generated from the semiconductor element can be efficiently dissipated, and cracks are not generated in the solder layer even during a cold cycle load. Therefore, the reliability of the power module can be greatly improved.

本発明によれば、半導体素子から発生した熱を効率的に放散させることが可能であるとともに、冷熱サイクルを負荷した場合でも半導体素子との間に介装されたはんだ層におけるクラックの発生を抑制でき、信頼性に優れたパワーモジュールを構成することができるパワーモジュール用基板及びこのパワーモジュール用基板を用いたパワーモジュールを提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to efficiently dissipate heat generated from a semiconductor element, and suppress the generation of cracks in a solder layer interposed between the semiconductor element even when a cooling cycle is applied. It is possible to provide a power module substrate capable of configuring a power module with excellent reliability and a power module using the power module substrate.

本発明の実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the board | substrate for power modules which is embodiment of this invention, and a power module. 図1に示すパワーモジュール用基板の金属基複合板及び回路層の拡大説明図である。FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a metal matrix composite plate and a circuit layer of the power module substrate shown in FIG. 1. 図1に示すパワーモジュールの製造方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the power module shown in FIG. 金属基複合板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of a metal matrix composite board. 本発明の参考形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールの概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the board | substrate for power modules which is a reference form of this invention, and a power module. 図5に示すパワーモジュール用基板の金属基複合板及び回路層の拡大説明図である。FIG. 6 is an enlarged explanatory view of a metal matrix composite plate and a circuit layer of the power module substrate shown in FIG. 5. 図5に示すパワーモジュールの製造方法のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing method of the power module shown in FIG.

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図1及び図2に本発明の第1の実施形態であるパワーモジュール用基板及びパワーモジュールを示す。
このパワーモジュール1は、回路層12が配設されたパワーモジュール用基板10と、このパワーモジュール用基板10の一方の面(図1において上面)側にはんだ層2を介して接合された半導体素子3と、パワーモジュール用基板10の他方の面(図1において下面)側に配設された冷却器30と、を備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show a power module substrate and a power module according to the first embodiment of the present invention.
The power module 1 includes a power module substrate 10 on which a circuit layer 12 is disposed, and a semiconductor element bonded to one surface (upper surface in FIG. 1) of the power module substrate 10 via a solder layer 2. 3 and a cooler 30 disposed on the other surface (the lower surface in FIG. 1) side of the power module substrate 10.

半導体チップ3は、Siで構成されており、その熱膨張係数が2〜3×10−6/℃程度とされている。この半導体チップ3は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材からなるはんだ層2を介して接合されている。 The semiconductor chip 3 is made of Si and has a thermal expansion coefficient of about 2 to 3 × 10 −6 / ° C. The semiconductor chip 3 is bonded via a solder layer 2 made of, for example, a Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder material.

冷却器30は、前述のパワーモジュール用基板10を冷却するためのものであり、冷却媒体(例えば冷却水)を流通するための流路31が複数設けられた多穴管構造をなしている。冷却器30は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、A6063(アルミニウム合金)で構成されている。   The cooler 30 is for cooling the power module substrate 10 described above, and has a multi-hole tube structure provided with a plurality of flow paths 31 for circulating a cooling medium (for example, cooling water). The cooler 30 is preferably made of a material having good thermal conductivity, and is made of A6063 (aluminum alloy) in the present embodiment.

パワーモジュール用基板10は、セラミックス基板11と、このセラミックス基板11の一方の面(図1において上面)に配設された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面(図1において下面)に配設された金属層13とを備えている。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いAlN(窒化アルミ)で構成されている。また、セラミックス基板11の厚さCは、0.2mm以上1.5mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.635mmに設定されている。なお、本実施形態では、図1に示すように、セラミック基板11の幅は、回路層12及び金属層13の幅より広く設定されている。
The power module substrate 10 has a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 disposed on one surface (the upper surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11, and the other surface (lower surface in FIG. 1) of the ceramic substrate 11. And a disposed metal layer 13.
The ceramic substrate 11 prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13, and is made of highly insulating AlN (aluminum nitride). Further, the thickness C of the ceramic substrate 11 is set within a range of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and is set to 0.635 mm in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the width of the ceramic substrate 11 is set wider than the widths of the circuit layer 12 and the metal layer 13.

回路層12は、セラミックス基板11の一方の面に導電性を有する金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層12は、純度が99.99%以上のアルミニウム(いわゆる4Nアルミニウム)の圧延板からなる金属板がセラミックス基板11に接合されることにより形成されている。
ここで、回路層12の厚さAは、0.6mm以上3.6mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、A=1.0mmに設定されている。また、回路層12の厚さAとセラミックス基板11の厚さCとの比A/Cが、1.5≦A/C≦12の範囲内に設定されている。すなわち、本実施形態では、回路層12の厚さが、比較的厚く形成されているのである。
The circuit layer 12 is formed by bonding a conductive metal plate to one surface of the ceramic substrate 11. In the present embodiment, the circuit layer 12 is formed by joining a metal plate made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% or more to the ceramic substrate 11.
Here, the thickness A of the circuit layer 12 is set in a range of 0.6 mm or more and 3.6 mm or less, and in this embodiment, A = 1.0 mm. Further, the ratio A / C between the thickness A of the circuit layer 12 and the thickness C of the ceramic substrate 11 is set within a range of 1.5 ≦ A / C ≦ 12. That is, in the present embodiment, the circuit layer 12 is formed to be relatively thick.

また、金属層13は、セラミックス基板11の他方の面に金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、金属層13は、回路層12と同様に、純度が99.99%以上のアルミニウム(いわゆる4Nアルミニウム)の圧延板からなる金属板がセラミックス基板11に接合されることで形成されている。
金属層13の厚さは、0.25mm以上3.6mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
The metal layer 13 is formed by bonding a metal plate to the other surface of the ceramic substrate 11. In the present embodiment, the metal layer 13 is formed by joining a metal plate made of a rolled plate of aluminum (so-called 4N aluminum) having a purity of 99.99% or more, like the circuit layer 12, to the ceramic substrate 11. Has been.
The thickness of the metal layer 13 is set within a range of 0.25 mm to 3.6 mm, and is set to 0.6 mm in the present embodiment.

そして、回路層12の上面には、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板20が配設されている。
また、この金属基複合板20の一方の面には、炭素質部材中に充填された金属からなる第1金属スキン層21が形成されている。この第1金属スキン層21の上には、Niめっき層5が形成されており、このNiめっき層5の上にはんだ層2を介して半導体チップ3が搭載される構成とされている。
さらに、この金属基複合板20の他方の面には、炭素質部材中に充填された金属からなる第2金属スキン層22が形成されている。
On the upper surface of the circuit layer 12, a metal matrix composite plate 20 made of a metal matrix composite material in which a metal is filled in a carbonaceous member is disposed.
A first metal skin layer 21 made of metal filled in a carbonaceous member is formed on one surface of the metal matrix composite plate 20. An Ni plating layer 5 is formed on the first metal skin layer 21, and the semiconductor chip 3 is mounted on the Ni plating layer 5 via the solder layer 2.
Furthermore, a second metal skin layer 22 made of metal filled in the carbonaceous member is formed on the other surface of the metal matrix composite plate 20.

本実施形態においては、金属基複合板20を構成する金属基複合材料は、平均面間隔d002が0.340nm以下とされた炭素質部材中に、純度99%以上のアルミニウム(純アルミニウム)が充填されたアルミニウム−グラファイト複合材料で構成されており、炭素質部材の気孔の90体積%以上が純アルミニウムによって置換され、この純アルミニウムの含有率が、アルミニウム−グラファイト複合材料全体積基準で35%以下とされている。
また、前述の第1金属スキン層21及び第2金属スキン層22は、炭素質部材中に充填された純度99%以上のアルミニウム(純アルミニウム)で構成されていることになる。
In the present embodiment, the metal based composite material constituting the metal matrix composite plate 20, in a carbonaceous member that is the average spacing d 002 is 0.340nm or less, a purity of 99% or more of aluminum (pure aluminum) 90% by volume or more of the pores of the carbonaceous member is replaced with pure aluminum, and the content of pure aluminum is 35% based on the total volume of the aluminum-graphite composite material. It is as follows.
The first metal skin layer 21 and the second metal skin layer 22 described above are made of aluminum (pure aluminum) with a purity of 99% or more filled in the carbonaceous member.

ここで、前述の炭素質部材は、押出加工によって製造されるものであり、その押出方向に沿って炭素の結晶が並ぶように構成されている。よって、この炭素質部材にアルミニウムを充填した場合には、炭素質部材の押出方向においては、アルミニウムが連続して配置されることになり熱伝導率が高くなるのである。一方、押出方向に交差する方向では、炭素質部材によってアルミニウムが分断され、熱伝導率が低下することになる。このように、金属基複合板20を構成するアルミニウム−グラファイト複合材料(金属基複合材料)は、炭素質部材の押出方向における熱伝導率が、その他の方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有しており、炭素質部材の押出方向が高熱伝導率方向とされているのである。   Here, the above-mentioned carbonaceous member is manufactured by extrusion processing, and is configured such that carbon crystals are arranged along the extrusion direction. Therefore, when the carbonaceous member is filled with aluminum, the aluminum is continuously disposed in the extrusion direction of the carbonaceous member, and the thermal conductivity is increased. On the other hand, in the direction crossing the extrusion direction, aluminum is divided by the carbonaceous member, and the thermal conductivity is lowered. Thus, the aluminum-graphite composite material (metal matrix composite material) constituting the metal matrix composite plate 20 has a higher thermal conductivity in the extrusion direction of the carbonaceous member than the thermal conductivity in the other directions. It has anisotropy, and the extrusion direction of the carbonaceous member is the high thermal conductivity direction.

本実施形態では、金属基複合板20の熱膨張係数は、8×10−6/℃以下とされている。また、金属基複合板20における高熱伝導率方向の熱伝導率が400W/m・K以上、具体的には、400〜450W/m・Kとされており、この高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が200W/m・K以上、具体的には、200〜250W/m・Kとされている。 In this embodiment, the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate 20 is 8 × 10 −6 / ° C. or less. Further, the thermal conductivity in the high thermal conductivity direction of the metal matrix composite plate 20 is 400 W / m · K or more, specifically, 400 to 450 W / m · K, and the direction orthogonal to the high thermal conductivity direction. The thermal conductivity is 200 W / m · K or more, specifically 200 to 250 W / m · K.

また、金属基複合板20の厚さDは、0.5mm以上3mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、D=1.2mmに設定されている。第1スキン層21の厚さEは、0.05mm以上0.8mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、E=0.2mmに設定されている。第2金属スキン層22の厚さFは、0.05mm以上0.8mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、F=0.2mmに設定されている。   Further, the thickness D of the metal matrix composite plate 20 is set within a range of 0.5 mm or more and 3 mm or less, and in this embodiment, D = 1.2 mm. The thickness E of the first skin layer 21 is set in the range of 0.05 mm or more and 0.8 mm or less, and in this embodiment, E = 0.2 mm. The thickness F of the second metal skin layer 22 is set within a range of 0.05 mm or more and 0.8 mm or less, and in the present embodiment, F is set to 0.2 mm.

次に、本実施形態であるパワーモジュール1の製造方法について、図3及び図4を参照して説明する。
まず、アルミニウム−グラファイト複合材料からなる金属基複合板20を形成する(金属基複合板形成工程S1)。この金属基複合板形成工程S1について図4を参照して説明する。まず、気孔率10〜30体積%の黒鉛板41を準備する。このとき、黒鉛板41(炭素質部材)における押出方向が厚さ方向を向くものとする。この黒鉛板41の両面にそれぞれ気孔率5体積%以下の黒鉛からなる挟持板42,42を配設し、この挟持板42,42と黒鉛板41とを、ステンレス製の押圧板43,43によって挟持する。これを、例えば100〜200MPaで加圧した状態で750〜850℃に加熱し、純度99.98%以上の溶融アルミニウムを黒鉛板41に含浸させ、これを冷却凝固させ、アルミニウム−グラファイト複合材料からなる金属基複合板20が製出される。このとき、溶融アルミニウムの一部が、黒鉛板41(金属基複合板20)の表面に滲み出してアルミニウム層44、44が形成される。このアルミニウム層44、44に切削加工を施して厚さを調整することにより、第1金属スキン層21および第2スキン層22が形成されることになる。
Next, the manufacturing method of the power module 1 which is this embodiment is demonstrated with reference to FIG.3 and FIG.4.
First, the metal matrix composite plate 20 made of an aluminum-graphite composite material is formed (metal matrix composite plate forming step S1). This metal matrix composite plate forming step S1 will be described with reference to FIG. First, a graphite plate 41 having a porosity of 10 to 30% by volume is prepared. At this time, the extrusion direction in the graphite plate 41 (carbonaceous member) shall be in the thickness direction. Holding plates 42 and 42 made of graphite having a porosity of 5% by volume or less are disposed on both surfaces of the graphite plate 41, and the holding plates 42 and 42 and the graphite plate 41 are pressed by stainless pressing plates 43 and 43. Hold it. This is heated to 750 to 850 ° C. under a pressure of, for example, 100 to 200 MPa, impregnated with molten aluminum having a purity of 99.98% or more into the graphite plate 41, cooled and solidified, and the aluminum-graphite composite material is used. A metal matrix composite plate 20 is produced. At this time, a part of the molten aluminum oozes out on the surface of the graphite plate 41 (metal matrix composite plate 20) to form aluminum layers 44 and 44. The first metal skin layer 21 and the second skin layer 22 are formed by cutting the aluminum layers 44 and 44 to adjust the thickness.

次に、回路層12となるアルミニウム板及び金属層13となるアルミニウム板を準備し、これらのアルミニウム板を、セラミックス基板11の一方の面及び他方の面にそれぞれろう材を介して積層し、加圧・加熱後冷却することによって、前記アルミニウム板とセラミックス基板11とを接合する(金属板接合工程S2)。この金属板接合工程S2においては、ろう材としては、例えばAl−Si合金箔が使用され、ろう付けの温度は、600℃〜640℃に設定されている。   Next, an aluminum plate to be the circuit layer 12 and an aluminum plate to be the metal layer 13 are prepared, and these aluminum plates are laminated on one surface and the other surface of the ceramic substrate 11 through brazing materials, respectively, The aluminum plate and the ceramic substrate 11 are joined by cooling after pressing and heating (metal plate joining step S2). In this metal plate joining step S2, for example, an Al—Si alloy foil is used as the brazing material, and the brazing temperature is set to 600 ° C. to 640 ° C.

次に、回路層12の上に金属基複合板20を接合する(金属基複合板接合工程S3)。ここで、金属基複合板20の他方の面側には、アルミニウムからなる第2金属スキン層22が形成されていることから、この第2金属スキン層22と回路層12とが接合されることになる。金属基複合板接合工程S3では、第2金属スキン層22と回路層12とは、Al−Si系のろう材を介して接合されており、ろう付けの温度は、580℃〜620℃に設定されている。
このようにして、本実施形態であるパワーモジュール用基板10が製出されることになる。なお、金属板接合工程S2と金属基複合板接合工程S3とを、同時に行うことも可能である。
Next, the metal matrix composite plate 20 is bonded onto the circuit layer 12 (metal matrix composite plate bonding step S3). Here, since the second metal skin layer 22 made of aluminum is formed on the other surface side of the metal matrix composite plate 20, the second metal skin layer 22 and the circuit layer 12 are joined. become. In the metal matrix composite plate joining step S3, the second metal skin layer 22 and the circuit layer 12 are joined via an Al—Si brazing material, and the brazing temperature is set to 580 ° C. to 620 ° C. Has been.
In this way, the power module substrate 10 according to the present embodiment is produced. The metal plate joining step S2 and the metal matrix composite plate joining step S3 can be performed simultaneously.

次に、このパワーモジュール用基板10の他方の面側に、冷却器30を接合する(冷却器接合工程S4)。この冷却器接合工程S4においては、金属層13と冷却器30とが、Al−Si系のろう材を介して接合されており、ろう付けの温度は、580℃〜620℃に設定されている。
次に、金属基複合板20の一方の面側に形成された第1金属スキン層21の表面にNiめっき膜5を形成する(Niめっき工程S5)。このNiめっき工程S5においては、電解めっき、または、無電解めっきのいずれの方法も用いることができる。
Next, the cooler 30 is joined to the other surface side of the power module substrate 10 (cooler joining step S4). In this cooler joining step S4, the metal layer 13 and the cooler 30 are joined via an Al—Si brazing material, and the brazing temperature is set to 580 ° C. to 620 ° C. .
Next, the Ni plating film 5 is formed on the surface of the first metal skin layer 21 formed on one surface side of the metal matrix composite plate 20 (Ni plating step S5). In this Ni plating step S5, any method of electrolytic plating or electroless plating can be used.

そして、金属基複合板20の一方の面側に形成されたNiめっき膜5の上に、はんだ材を介して半導体チップ3を載置し、還元炉内においてはんだ接合する(半導体素子接合工程S6)。
これにより、はんだ層2を介して半導体チップ3がパワーモジュール用基板10上に接合され、本実施形態であるパワーモジュール1が製出されることになる。
Then, the semiconductor chip 3 is placed on the Ni plating film 5 formed on one surface side of the metal matrix composite plate 20 via a solder material, and soldered in a reduction furnace (semiconductor element bonding step S6). ).
As a result, the semiconductor chip 3 is bonded onto the power module substrate 10 via the solder layer 2, and the power module 1 according to this embodiment is produced.

以上のような構成とされた本実施形態であるパワーモジュール用基板10及びパワーモジュール1においては、回路層12の一方の面に、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板20が配設されており、この金属基複合板20を介して半導体チップ3が搭載されているので、金属基複合板20の熱膨張係数が8×10−6/℃以下となって、半導体チップ3を構成するSi等の熱膨張係数に近似することになり、冷熱サイクルによるはんだ層2のクラックの発生を抑制することが可能となる。 In the power module substrate 10 and the power module 1 according to the present embodiment configured as described above, one surface of the circuit layer 12 is made of a metal matrix composite material in which a carbonaceous member is filled with a metal. Since the metal matrix composite plate 20 is disposed and the semiconductor chip 3 is mounted via the metal matrix composite plate 20, the coefficient of thermal expansion of the metal matrix composite plate 20 is 8 × 10 −6 / ° C. or less. Thus, the thermal expansion coefficient of Si or the like constituting the semiconductor chip 3 is approximated, and the occurrence of cracks in the solder layer 2 due to the thermal cycle can be suppressed.

また、金属基複合板20は、一方向における熱伝導率が他方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有しており、金属基複合板20における高熱伝導率方向が、金属基複合板20の厚さ方向を向くように構成されているので、半導体チップ3から発生した熱を回路層12へと優先的に伝達することができ、比較的厚く形成された回路層12においてパワーモジュール用基板10の板面方向に熱を拡げることが可能となり、効率的に熱を放散することができる。   Further, the metal matrix composite plate 20 has anisotropy so that the thermal conductivity in one direction is higher than the thermal conductivity in the other direction, and the high thermal conductivity direction in the metal matrix composite plate 20 is the metal Since it is configured to face the thickness direction of the base composite plate 20, heat generated from the semiconductor chip 3 can be preferentially transferred to the circuit layer 12, and in the circuit layer 12 formed relatively thick, Heat can be spread in the direction of the plate surface of the power module substrate 10, and heat can be efficiently dissipated.

本実施形態では、金属基複合板20における高熱伝導率方向の熱伝導率が400W/m・K以上、具体的には、400〜450W/m・Kとされているので、半導体チップ3から発生した熱を高熱伝導率方向(金属基複合板20の厚さ方向)に向けて優先的に放散することが可能となり、回路層12に熱を効率的に伝達することができる。さらに、金属基複合板20において、高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が200W/m・K以上、具体的には、200〜250W/m・Kとされているので、金属基複合板20においても熱が板面方向に拡散されることになり、半導体チップ3から発生した熱を効率良く放散させることができる。   In the present embodiment, the thermal conductivity in the direction of high thermal conductivity in the metal matrix composite plate 20 is 400 W / m · K or more, specifically, 400 to 450 W / m · K. It is possible to dissipate the heat preferentially toward the high thermal conductivity direction (thickness direction of the metal matrix composite plate 20), and heat can be efficiently transferred to the circuit layer 12. Further, in the metal matrix composite plate 20, the thermal conductivity in the direction orthogonal to the high thermal conductivity direction is 200 W / m · K or more, specifically 200 to 250 W / m · K. Also in the board 20, heat is diffused in the direction of the board surface, and the heat generated from the semiconductor chip 3 can be efficiently dissipated.

また、金属基複合板20を構成する金属基複合材料において充填される金属材料が、比較的融点の低い金属であるアルミニウムとされているので、炭素質部材中にアルミニウムを比較的容易に充填することができる。また、前述のように、金属基複合板20の高熱伝導方向における熱伝導率が400〜450W/m・K、RT〜200℃の熱膨張係数が6〜8×10−6/℃となり、高熱伝導方向に直交する方向における熱伝導率が200〜250W/m・K、RT〜200℃の熱膨張係数が2〜4×10−6/℃となり、半導体チップ3との熱膨張係数の差に起因するはんだ層2のクラック発生を抑制することができるとともに、効率良く熱を放散することができる。 In addition, since the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate 20 is aluminum which is a metal having a relatively low melting point, the carbonaceous member is relatively easily filled with aluminum. be able to. Further, as described above, the thermal conductivity of the metal matrix composite plate 20 in the high heat conduction direction is 400 to 450 W / m · K, and the thermal expansion coefficient of RT to 200 ° C. is 6 to 8 × 10 −6 / ° C. The thermal conductivity in the direction orthogonal to the conduction direction is 200 to 250 W / m · K, the thermal expansion coefficient of RT to 200 ° C. is 2 to 4 × 10 −6 / ° C., and the difference in thermal expansion coefficient with the semiconductor chip 3 is The occurrence of cracks in the solder layer 2 can be suppressed, and heat can be efficiently dissipated.

また、金属基複合板20の一方の面には、金属基複合材料において炭素質部材中に充填されたアルミニウムからなる第1金属スキン層21が形成されているので、この第1金属スキン層21にNiめっき膜5を形成することにより、はんだ層2を介して半導体チップ3を確実に搭載することができる。   In addition, since the first metal skin layer 21 made of aluminum filled in the carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed on one surface of the metal matrix composite plate 20, the first metal skin layer 21 is formed. By forming the Ni plating film 5 on the semiconductor chip 3, the semiconductor chip 3 can be reliably mounted via the solder layer 2.

さらに、金属基複合板20の他方の面側に、金属基複合材料において炭素質部材中に充填されたアルミニウムからなる第2金属スキン層22が形成されているので、第2金属スキン層22を介して、アルミニウムからなる回路層12と金属基複合板20と、ろう材を介して接合することが可能となる。   Further, since the second metal skin layer 22 made of aluminum filled in the carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed on the other surface side of the metal matrix composite plate 20, the second metal skin layer 22 is Accordingly, the circuit layer 12 made of aluminum and the metal matrix composite plate 20 can be bonded to each other via a brazing material.

また、本実施形態では、回路層12がアルミニウムで構成されており、この回路層12の厚さAが0.6mm以上とされ、回路層12の厚さAとセラミックス基板11の厚さCとの比A/Cが、1.5以上に設定されているので、金属基複合板20より下方部分の熱膨張係数が回路層12側に近似することになり、金属基複合板20による熱応力緩和の効果を確実に奏功せしめることができる。
一方、回路層12の厚さAが3.6mm以下とされ、回路層12の厚さAとセラミックス基板11の厚さCとの比A/Cが12以下とされているので、冷熱サイクル負荷時において接合界面のはがれやセラミックス基板11の割れ等を防止することができる。
In the present embodiment, the circuit layer 12 is made of aluminum, the thickness A of the circuit layer 12 is 0.6 mm or more, the thickness A of the circuit layer 12 and the thickness C of the ceramic substrate 11 Is set to 1.5 or more, the coefficient of thermal expansion of the portion below the metal matrix composite plate 20 approximates to the circuit layer 12 side, and the thermal stress caused by the metal matrix composite plate 20 is The effect of mitigation can be surely achieved.
On the other hand, since the thickness A of the circuit layer 12 is 3.6 mm or less and the ratio A / C between the thickness A of the circuit layer 12 and the thickness C of the ceramic substrate 11 is 12 or less, the cooling cycle load In some cases, it is possible to prevent peeling of the bonding interface, cracking of the ceramic substrate 11, and the like.

このように本実施形態であるパワーモジュール用基板10及びパワーモジュール1によれば、半導体チップ3から発生した熱を効率的に放散させることが可能であるとともに、冷熱サイクルを負荷した場合でも半導体チップ3との間に介装されたはんだ層2におけるクラックの発生を抑制することができ、パワーモジュール用基板10及びパワーモジュール1の信頼性の向上を図ることができる。   As described above, according to the power module substrate 10 and the power module 1 of the present embodiment, the heat generated from the semiconductor chip 3 can be efficiently dissipated and the semiconductor chip can be loaded even when a cooling cycle is applied. Generation of cracks in the solder layer 2 interposed between the power module 3 and the power module substrate 10 and the power module 1 can be improved.

次に、本発明の参考形態について図5から図7を参照して説明する。
この参考形態であるパワーモジュール101は、図5に示すように、パワーモジュール用基板110と、このパワーモジュール用基板110の一方の面(図5において上面)側にはんだ層102を介して接合された半導体チップ103と、パワーモジュール用基板110の他方の面(図5において下面)側に配設された冷却器130と、を備えている。ここで、はんだ層102は、例えばSn−Ag系、Sn−In系、若しくはSn−Ag−Cu系のはんだ材とされている。
Next, a reference embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 5, the power module 101 of this reference form is bonded to the power module substrate 110 and one surface (the upper surface in FIG. 5) side of the power module substrate 110 via a solder layer 102. The semiconductor chip 103 and the cooler 130 disposed on the other surface (the lower surface in FIG. 5) side of the power module substrate 110 are provided. Here, the solder layer 102 is made of, for example, Sn—Ag, Sn—In, or Sn—Ag—Cu solder.

冷却器130は、前述のパワーモジュール用基板110を冷却するためのものであり、
天板部131と、この天板部131から垂設された放熱フィン132とを備えている。冷却器130は、熱伝導性が良好な材質で構成されることが望ましく、本実施形態においては、例えば無酸素銅等の銅または銅合金で構成されている。
The cooler 130 is for cooling the power module substrate 110 described above,
A top plate portion 131 and heat radiating fins 132 suspended from the top plate portion 131 are provided. The cooler 130 is preferably made of a material having good thermal conductivity. In the present embodiment, the cooler 130 is made of, for example, copper such as oxygen-free copper or a copper alloy.

パワーモジュール用基板110は、セラミックス基板111と、このセラミックス基板111の一方の面(図5において上面)に配設された回路層112と、セラミックス基板111の他方の面(図5において下面)に配設された金属層113とを備えている。
セラミックス基板111は、回路層112と金属層113との間の電気的接続を防止するものであって、絶縁性の高いSi(窒化ケイ素)で構成されている。また、セラミックス基板111の厚さCは、0.2mm以上1.5mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.32mmに設定されている。なお、本実施形態では、図5に示すように、セラミック基板111の幅は、回路層112及び金属層113の幅より広く設定されている。
The power module substrate 110 includes a ceramic substrate 111, a circuit layer 112 disposed on one surface (the upper surface in FIG. 5) of the ceramic substrate 111, and the other surface (the lower surface in FIG. 5) of the ceramic substrate 111. And a disposed metal layer 113.
The ceramic substrate 111 prevents electrical connection between the circuit layer 112 and the metal layer 113, and is made of highly insulating Si 3 N 4 (silicon nitride). Further, the thickness C of the ceramic substrate 111 is set within a range of 0.2 mm or more and 1.5 mm or less, and is set to 0.32 mm in the present embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the width of the ceramic substrate 111 is set wider than the widths of the circuit layer 112 and the metal layer 113.

回路層112は、セラミックス基板111の一方の面に導電性を有する金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、回路層112は、純度が99.999%以上の純銅の圧延板からなる金属板がセラミックス基板111に接合されることにより形成されている。
ここで、回路層112の厚さAは、0.6mm以上3.6mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、A=1.0mmに設定されている。また、回路層112の厚さAとセラミックス基板111の厚さCとの比A/Cが、1.5≦A/C≦12の範囲内に設定されている。すなわち、本実施形態では、回路層112の厚さが、比較的厚く形成されているのである。
The circuit layer 112 is formed by bonding a conductive metal plate to one surface of the ceramic substrate 111. In the present embodiment, the circuit layer 112 is formed by bonding a metal plate made of a pure copper rolled plate having a purity of 99.999% or more to the ceramic substrate 111.
Here, the thickness A of the circuit layer 112 is set in a range of 0.6 mm or more and 3.6 mm or less, and in this embodiment, A = 1.0 mm. The ratio A / C between the thickness A of the circuit layer 112 and the thickness C of the ceramic substrate 111 is set in a range of 1.5 ≦ A / C ≦ 12. That is, in the present embodiment, the thickness of the circuit layer 112 is relatively thick.

また、金属層113は、セラミックス基板111の他方の面に金属板が接合されることにより形成されている。本実施形態においては、金属層113は、回路層112と同様に、純度が99.999%以上の純銅の圧延板からなる金属板がセラミックス基板111に接合されることで形成されている。
金属層113の厚さは、0.25mm以上3.6mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、0.6mmに設定されている。
The metal layer 113 is formed by bonding a metal plate to the other surface of the ceramic substrate 111. In the present embodiment, the metal layer 113 is formed by bonding a metal plate made of a pure copper rolled plate having a purity of 99.999% or more to the ceramic substrate 111, similarly to the circuit layer 112.
The thickness of the metal layer 113 is set within a range of 0.25 mm to 3.6 mm, and is set to 0.6 mm in the present embodiment.

そして、回路層112の上面には、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板120が配設されている。
また、この金属基複合板120の一方の面には、炭素質部材中に充填された金属からなる第1金属スキン層121が形成されており、この第1金属スキン層121の上はんだ層102を介して半導体チップ103が搭載される構成とされている。
さらに、この金属基複合板120の他方の面には、炭素質部材中に充填された金属からなる第2金属スキン層122が形成されている。
A metal matrix composite plate 120 made of a metal matrix composite material in which a carbonaceous member is filled with metal is disposed on the upper surface of the circuit layer 112.
A first metal skin layer 121 made of a metal filled in a carbonaceous member is formed on one surface of the metal matrix composite plate 120, and the upper solder layer 102 of the first metal skin layer 121 is formed. The semiconductor chip 103 is mounted via
Further, a second metal skin layer 122 made of metal filled in the carbonaceous member is formed on the other surface of the metal matrix composite plate 120.

本実施形態においては、金属基複合板120を構成する金属基複合材料は、炭素質部材中に、純度99%以上の純銅が充填された銅−グラファイト複合材料で構成されており、炭素質部材の気孔の90体積%以上が純銅によって置換され、この純銅の含有率が、銅−グラファイト複合材料全体積基準で35%以下とされている。
また、前述の第1金属スキン層121及び第2金属スキン層122は、炭素質部材中に充填された純度99%以上の純銅で構成されていることになる。
In the present embodiment, the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate 120 is composed of a copper-graphite composite material in which a pure carbon having a purity of 99% or more is filled in a carbonaceous member. 90% by volume or more of the pores are replaced by pure copper, and the pure copper content is 35% or less based on the total volume of the copper-graphite composite material.
Further, the first metal skin layer 121 and the second metal skin layer 122 described above are made of pure copper with a purity of 99% or more filled in the carbonaceous member.

ここで、前述の金属基複合板120は、炭素質部材の押出方向における熱伝導率が、その他の方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有しており、炭素質部材の押出方向が高熱伝導率方向とされている。
本実施形態では、金属基複合板120における高熱伝導率方向の熱伝導率が500W/m・K以上、具体的には、500〜550W/m・Kとされており、この高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が300W/m・K以上、具体的には、300〜350W/m・Kとされている。
また、金属基複合板120の熱膨張係数は、8×10−6/℃以下とされている。
Here, the aforementioned metal matrix composite plate 120 has anisotropy so that the thermal conductivity in the extrusion direction of the carbonaceous member is higher than the thermal conductivity in the other direction, The extrusion direction is the high thermal conductivity direction.
In the present embodiment, the thermal conductivity in the high thermal conductivity direction of the metal matrix composite plate 120 is 500 W / m · K or more, specifically 500 to 550 W / m · K, and in this high thermal conductivity direction. The thermal conductivity in the orthogonal direction is 300 W / m · K or more, specifically, 300 to 350 W / m · K.
Moreover, the thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate 120 is 8 × 10 −6 / ° C. or less.

また、金属基複合板120の厚さDは、0.5mm以上3mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、D=1.2mmに設定されている。第1スキン層121の厚さEは、0.05mm以上0.8mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、E=0.2mmに設定されている。第2スキン層122の厚さFは、0.05mm以上0.8mm以下の範囲内に設定されており、本実施形態では、F=0.2mmに設定されている。   In addition, the thickness D of the metal matrix composite plate 120 is set within a range of 0.5 mm or more and 3 mm or less, and in this embodiment, D = 1.2 mm. The thickness E of the first skin layer 121 is set in the range of 0.05 mm or more and 0.8 mm or less, and in this embodiment, E = 0.2 mm. The thickness F of the second skin layer 122 is set in a range of 0.05 mm or more and 0.8 mm or less, and in this embodiment, F is set to 0.2 mm.

次に、本実施形態であるパワーモジュール101の製造方法について、図7を参照して説明する。
まず、銅−グラファイト複合材料からなる金属基複合板120を形成する(金属基複合板形成工程S11)。この金属基複合板形成工程S11では、気孔率10〜30体積%の黒鉛板を、気孔率5体積%以下の黒鉛からなる一対の挟持板及び一対のステンレス製の押圧板によって挟持し、これを、例えば100〜200MPaで加圧した状態で750〜850℃に加熱し、純度99%以上の溶銅を黒鉛板に含浸させ、これを冷却凝固させ、銅−グラファイト複合材料からなる金属基複合板120を製出する。このとき、溶銅の一部が、黒鉛板(金属基複合板120)の表面に滲み出して銅層が形成される。この銅層に切削加工を施して厚さを調整することにより、第1金属スキン層121および第2スキン層122が形成されることになる。
Next, the manufacturing method of the power module 101 which is this embodiment is demonstrated with reference to FIG.
First, the metal matrix composite plate 120 made of a copper-graphite composite material is formed (metal matrix composite plate forming step S11). In this metal matrix composite plate forming step S11, a graphite plate having a porosity of 10 to 30% by volume is sandwiched between a pair of sandwich plates made of graphite having a porosity of 5% by volume or less and a pair of pressing plates made of stainless steel. For example, a metal matrix composite plate made of a copper-graphite composite material is heated to 750 to 850 ° C. under a pressure of 100 to 200 MPa, impregnated with a molten copper having a purity of 99% or more, and cooled and solidified. 120 is produced. At this time, a part of the molten copper oozes out on the surface of the graphite plate (metal matrix composite plate 120) to form a copper layer. By cutting the copper layer and adjusting the thickness, the first metal skin layer 121 and the second skin layer 122 are formed.

次に、回路層112となる銅板及び金属層113となる銅板を準備し、これらの銅板を、セラミックス基板111の一方の面及び他方の面にそれぞれろう材を介して積層し、加圧・加熱後冷却することによって、前記銅板とセラミックス基板111とを接合する(金属板接合工程S12)。この金属板接合工程S12においては、Ag−Cu系のろう材を介して接合しており、ろう付けの温度は、800℃〜900℃に設定されている。   Next, a copper plate to be the circuit layer 112 and a copper plate to be the metal layer 113 are prepared, and these copper plates are laminated on one surface and the other surface of the ceramic substrate 111 through brazing materials, respectively, and pressed and heated. The copper plate and the ceramic substrate 111 are joined by post-cooling (metal plate joining step S12). In this metal plate joining step S12, joining is performed via an Ag—Cu brazing material, and the brazing temperature is set to 800 ° C. to 900 ° C.

次に、回路層112の上に金属基複合板120を接合する(金属基複合板接合工程S13)。ここで、金属基複合板120の他方の面側には、銅からなる第2金属スキン層122が形成されていることから、この第2金属スキン層122と回路層112とが接合されることになる。金属基複合板接合工程S13では、第2金属スキン層122と回路層112とは、Ag−Cu系のろう材を介して接合されており、ろう付けの温度は、800℃〜870℃に設定されている。
このようにして、本実施形態であるパワーモジュール用基板110が製出されることになる。なお、金属板接合工程S12と金属基複合板接合工程S13とを、同時に行うことも可能である。
Next, the metal matrix composite plate 120 is bonded onto the circuit layer 112 (metal matrix composite plate bonding step S13). Here, since the second metal skin layer 122 made of copper is formed on the other surface side of the metal matrix composite plate 120, the second metal skin layer 122 and the circuit layer 112 are joined. become. In the metal matrix composite plate joining step S13, the second metal skin layer 122 and the circuit layer 112 are joined via an Ag—Cu brazing material, and the brazing temperature is set to 800 ° C. to 870 ° C. Has been.
In this way, the power module substrate 110 according to the present embodiment is produced. In addition, it is also possible to perform metal plate joining process S12 and metal matrix composite board joining process S13 simultaneously.

次に、このパワーモジュール用基板110の他方の面側に、冷却器130を接合する(冷却器接合工程S14)。この冷却器接合工程S14においては、金属層113と冷却器130とが、Ag−Cu系のろう材を介して接合されており、ろう付けの温度は、800℃〜870℃に設定されている。   Next, the cooler 130 is joined to the other surface side of the power module substrate 110 (cooler joining step S14). In this cooler joining step S14, the metal layer 113 and the cooler 130 are joined via an Ag—Cu brazing material, and the brazing temperature is set to 800 ° C. to 870 ° C. .

そして、金属基複合板120の一方の面に、はんだ材を介して半導体チップ103を載置し、還元炉内においてはんだ接合する(半導体素子接合工程S15)。
これにより、はんだ層102を介して半導体チップ103がパワーモジュール用基板110上に接合され、本実施形態であるパワーモジュール101が製出されることになる。
Then, the semiconductor chip 103 is placed on one surface of the metal matrix composite plate 120 via a solder material and soldered in a reduction furnace (semiconductor element bonding step S15).
As a result, the semiconductor chip 103 is bonded onto the power module substrate 110 via the solder layer 102, and the power module 101 according to the present embodiment is produced.

以上のような構成とされた参考形態である絶縁基板110及びパワーモジュール101においては、金属基複合板120を構成する金属基複合材料において充填される金属材料が銅とされているので、この金属基複合板120の面に垂直方向の熱伝導率が500〜550W/m・K、面に平行方向の熱膨張係数が6〜8×10−6/℃となり、半導体チップ103との熱膨張係数の差に起因するはんだ層102のクラック発生を抑制することができるとともに、効率良く熱を放散することができる。 In the insulating substrate 110 and the power module 101 which are reference forms configured as described above, the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate 120 is copper. The thermal conductivity in the direction perpendicular to the surface of the base composite plate 120 is 500 to 550 W / m · K, the thermal expansion coefficient in the direction parallel to the surface is 6 to 8 × 10 −6 / ° C., and the thermal expansion coefficient with the semiconductor chip 103 It is possible to suppress the occurrence of cracks in the solder layer 102 due to the difference between them and to efficiently dissipate heat.

さらに、金属基複合板120を構成する金属基複合材料において充填される金属材料が銅とされ、回路層112が同じく銅で構成されているので、回路層112と金属基複合板120とをろう材を介して接合することができる。   Further, since the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate 120 is copper and the circuit layer 112 is also composed of copper, the circuit layer 112 and the metal matrix composite plate 120 are connected to each other. It can be joined via a material.

また、基板本体120の一方の面に、銅からなる第1金属スキン層121が形成されているので、Niめっき膜を形成することなく、はんだ材を介して半導体チップ103を接合することができる。よって、このパワーモジュール101の製造コストの削減を図ることができる。   Further, since the first metal skin layer 121 made of copper is formed on one surface of the substrate body 120, the semiconductor chip 103 can be bonded via the solder material without forming the Ni plating film. . Therefore, the manufacturing cost of the power module 101 can be reduced.

また、本実施形態では、回路層112が銅で構成されており、この回路層112の厚さAが0.6mm以上とされ、回路層112の厚さAとセラミックス基板11の厚さCとの比A/Cが、1.5以上に設定されているので、金属基複合板120より下方部分の熱膨張係数が回路層112側に近似することになり、金属基複合板120による熱応力緩和の効果を確実に奏功せしめることができる。
一方、回路層112の厚さAが3.6mm以下とされ、回路層112の厚さAとセラミックス基板11の厚さCとの比A/Cが12以下とされているので、冷熱サイクル負荷時において接合界面のはがれやセラミックス基板111の割れ等を防止することができる。
In the present embodiment, the circuit layer 112 is made of copper, the thickness A of the circuit layer 112 is 0.6 mm or more, the thickness A of the circuit layer 112 and the thickness C of the ceramic substrate 11 Is set to 1.5 or more, the thermal expansion coefficient of the portion below the metal matrix composite plate 120 approximates to the circuit layer 112 side, and the thermal stress caused by the metal matrix composite plate 120 is The effect of mitigation can be surely achieved.
On the other hand, the thickness A of the circuit layer 112 is 3.6 mm or less, and the ratio A / C between the thickness A of the circuit layer 112 and the thickness C of the ceramic substrate 11 is 12 or less. Sometimes, it is possible to prevent peeling of the bonding interface, cracking of the ceramic substrate 111, and the like.

次に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
押し出し法で製造した炭素質部材を押し出し方向が板厚方向となるように切断し、グラファイト材を準備した。これらをモールド内にセットし、純アルミニウムまたは純銅の溶湯を注いだ後、高圧をかけることにより、金属基複合板(アルミニウム−グラファイト複合材または銅―グラファイト複合材)を製造した。
Next, the result of a confirmation experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be described.
A carbonaceous member produced by the extrusion method was cut so that the extrusion direction was the thickness direction, and a graphite material was prepared. These were set in a mold, and after pouring a pure aluminum or pure copper melt, a metal matrix composite plate (aluminum-graphite composite material or copper-graphite composite material) was produced by applying high pressure.

このようにして製造されたアルミニウム−グラファイト複合材の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で板厚方向に平行方向と垂直方向とで測定した。その結果、板厚方向で422W/m・K、垂直方向で241W/m・Kであった。また、面内に平行方向にRT〜200℃までの平均熱膨張係数を測定した結果、7.1×10−6/℃であった。
また、銅−グラファイト複合材の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で板厚方向に平行方向と垂直方向とで測定した。その結果、板厚方向で530W/m・K、垂直方向で342W/m・Kであった。また、面内に平行方向にRT〜200℃までの平均熱膨張係数を測定した結果、7.5×10−6/℃であった。
この金属基複合板(アルミニウム−グラファイト複合材または銅−グラファイト複合材)を用いて、平均熱膨張係数、熱抵抗、はんだクラック、金属板とセラミックス基板との界面の破断について評価した。
The thermal conductivity of the thus produced aluminum-graphite composite material was measured by a laser flash method in a direction parallel to and perpendicular to the plate thickness direction. As a result, the thickness was 422 W / m · K in the thickness direction and 241 W / m · K in the vertical direction. Moreover, it was 7.1 * 10 < -6 > / degreeC as a result of measuring the average thermal expansion coefficient to RT-200 degreeC in a parallel direction in the surface.
Further, the thermal conductivity of the copper-graphite composite material was measured in a direction parallel to and perpendicular to the plate thickness direction by a laser flash method. As a result, the thickness was 530 W / m · K in the thickness direction and 342 W / m · K in the vertical direction. Moreover, it was 7.5 * 10 < -6 > / degreeC as a result of measuring the average thermal expansion coefficient to RT-200 degreeC in a parallel direction in the surface.
Using this metal matrix composite plate (aluminum-graphite composite material or copper-graphite composite material), the average thermal expansion coefficient, thermal resistance, solder cracks, and fracture at the interface between the metal plate and the ceramic substrate were evaluated.

まず、50mm角の金属基複合板と金属板とをろう材を介して接合した複合基板を作製し、該複合基板の熱膨張係数をRT〜200℃で測定し、平均熱膨張係数を算出した。
次に、熱抵抗Rthは、50mm角の前記複合基板に、Sn−Ag−Cuからなるはんだ材を介して10mm角のシリコンチップを接合し、このシリコンチップを発熱させて温度測定を行い、複合基板上面と金属板下面の熱抵抗を以下の式で算出した。
Rth=(Tj−Ta)/Q
Tj:シリコンチップ温度、Ta:複合基板下面の温度、Q(W):半導体チップ発熱量
First, a composite substrate in which a 50 mm square metal matrix composite plate and a metal plate were joined via a brazing material was prepared, the thermal expansion coefficient of the composite substrate was measured at RT to 200 ° C., and the average thermal expansion coefficient was calculated. .
Next, the thermal resistance Rth is obtained by bonding a 10 mm square silicon chip to the 50 mm square composite substrate via a solder material made of Sn-Ag-Cu, and heating the silicon chip to measure the temperature. The thermal resistance of the upper surface of the substrate and the lower surface of the metal plate was calculated by the following formula.
Rth = (Tj−Ta) / Q
Tj: silicon chip temperature, Ta: temperature of the lower surface of the composite substrate, Q (W): semiconductor chip heat generation

はんだクラックについては、上述の熱抵抗測定用サンプルを温度サイクル−40℃〜125℃×3000回(液相)後に、シリコンチップ下はんだ部を断面観察し、クラックの進展の程度を評価した(○:端部からのクラック進展長さが0.5mm以下、△:端部からのクラック進展長さが0.5mm超えるが実用上問題なし)。
金属板とセラミックス基板との界面の破断については、上述の熱抵抗測定用サンプルを温度サイクル−40℃〜125℃×3000回(液相)後に、金属板とセラミックス基板との界面を断面観察し、セラミックス基板のクラック、界面のはがれの有無を確認した(○:端部からのクラック進展長さが1mm以下、×:端部からのクラック進展長さが1mm超)。
評価結果を表1、表2に示す。
For solder cracks, the thermal resistance measurement sample described above was subjected to a temperature cycle of −40 ° C. to 125 ° C. × 3000 times (liquid phase), and then the cross section of the solder part under the silicon chip was observed to evaluate the degree of progress of the cracks (○ : Crack growth length from the end portion is 0.5 mm or less, Δ: Crack growth length from the end portion exceeds 0.5 mm, but there is no practical problem).
Regarding the fracture of the interface between the metal plate and the ceramic substrate, the sample for thermal resistance measurement described above was subjected to a temperature cycle of −40 ° C. to 125 ° C. × 3000 times (liquid phase), and then the cross section of the interface between the metal plate and the ceramic substrate was observed. The presence or absence of cracks in the ceramic substrate and the peeling of the interface was confirmed (◯: the crack progress length from the end portion was 1 mm or less, x: the crack progress length from the end portion was more than 1 mm).
The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 0005699442
Figure 0005699442

Figure 0005699442
Figure 0005699442

アルミニウム−グラファイト複合材からなる金属基複合板とアルミニウムからなる金属板とを備えた実施例1−20、実施例25においては、金属板とセラミックス基板との界面の破断は認められていない。ただし、セラミックス基板の厚さCと金属板の厚さAとの比A/Cが12とされた実施例25においては、はんだクラックの発生が認められた。
また、銅−グラファイト複合材からなる金属基複合板と銅からなる金属板とを備えた実施例21−24においても、金属板とセラミックス基板との界面の破断は認められていない。
In Examples 1-20 and 25 provided with a metal matrix composite plate made of an aluminum-graphite composite material and a metal plate made of aluminum, no fracture at the interface between the metal plate and the ceramic substrate was observed. However, in Example 25 in which the ratio A / C between the thickness C of the ceramic substrate and the thickness A of the metal plate was 12, occurrence of solder cracks was observed.
In Examples 21-24 including a metal matrix composite plate made of a copper-graphite composite material and a metal plate made of copper, no fracture at the interface between the metal plate and the ceramic substrate was observed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、金属基複合材料を、炭素質部材中にアルミニウムを充填したアルミニウム−グラファイト複合材料、または、炭素質部材中に銅を充填した銅−グラファイト複合材料として説明したが、これに限定されることはなく、アルミニウム合金、銅合金や、他の金属を充填したものであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this, It can change suitably in the range which does not deviate from the technical idea of the invention.
For example, the metal matrix composite material has been described as an aluminum-graphite composite material in which a carbonaceous member is filled with aluminum, or a copper-graphite composite material in which a carbonaceous member is filled with copper, but the present invention is not limited to this. Instead, it may be filled with an aluminum alloy, a copper alloy, or another metal.

また、炭素質部材として、黒鉛板(黒鉛部材)を用いたものとして説明したが、これに限定されることはなく、炭化ケイ素(SiC)やダイヤモンド等で構成された炭素質部材であってもよい。
さらに、第1金属スキン層及び第2金属スキン層を、金属基複合板中に充填されたアルミニウムまたは銅を滲み出させて形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、金属基複合板を形成する際に、アルミニウムや銅の板材を挟持板の間に挟みこんで、第1金属スキン層及び第2金属スキン層を形成してもよい。
Further, the carbonaceous member has been described as using a graphite plate (graphite member), but the carbonaceous member is not limited to this, and even a carbonaceous member made of silicon carbide (SiC), diamond, or the like. Good.
Furthermore, although the first metal skin layer and the second metal skin layer have been described as being formed by leaching aluminum or copper filled in the metal matrix composite plate, the present invention is not limited to this, When the base composite plate is formed, the first metal skin layer and the second metal skin layer may be formed by sandwiching an aluminum or copper plate material between the sandwich plates.

さらに、冷却器の構造や材質は、本実施形態に限定されることはなく、他の構造や材質であってもよい。
また、冷却器と金属層とを接合した構成で説明したが、冷却器と金属層との間に、緩衝層を介在させてもよい。
Furthermore, the structure and material of the cooler are not limited to the present embodiment, and other structures and materials may be used.
Moreover, although demonstrated by the structure which joined the cooler and the metal layer, you may interpose a buffer layer between a cooler and a metal layer.

1、101 パワーモジュール
2、102 はんだ層
3,103 半導体チップ(半導体素子)
10、110 パワーモジュール用基板
11、111 セラミックス基板
12、112 回路層
20、120 金属基複合板
21、121 第1金属スキン層(金属スキン層)
22、122 第2金属スキン層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Power module 2,102 Solder layer 3,103 Semiconductor chip (semiconductor element)
10, 110 Power module substrate 11, 111 Ceramic substrate 12, 112 Circuit layer 20, 120 Metal matrix composite plate 21, 121 First metal skin layer (metal skin layer)
22, 122 Second metal skin layer

Claims (8)

セラミックス基板の一方の面に金属からなる回路層が配設され、この回路層の上に半導体素子が搭載されるパワーモジュール用基板であって、
前記セラミックス基板はAlNからなり、前記回路層の厚さAと前記セラミックス基板の厚さCの比が1.6≦A/C≦5.7とされ、
前記回路層の一方の面には、炭素質部材中に金属が充填された金属基複合材料からなる金属基複合板が配設されており、
前記金属基複合板の一方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる金属スキン層が形成され、前記金属基複合板の他方の面側に、前記金属基複合材料において炭素質部材中に充填された金属からなる第2金属スキン層が形成されており、
この金属基複合板を介して半導体素子が搭載されることを特徴とするパワーモジュール用基板。
A power module substrate in which a circuit layer made of metal is disposed on one surface of a ceramic substrate, and a semiconductor element is mounted on the circuit layer,
The ceramic substrate is made of AlN, and the ratio of the thickness A of the circuit layer and the thickness C of the ceramic substrate is 1.6 ≦ A / C ≦ 5.7,
On one surface of the circuit layer, a metal matrix composite plate made of a metal matrix composite material filled with metal in a carbonaceous member is disposed,
A metal skin layer made of metal filled in a carbonaceous member in the metal matrix composite material is formed on one surface side of the metal matrix composite plate, and the metal matrix layer is formed on the other surface side of the metal matrix composite plate. A second metal skin layer made of metal filled in the carbonaceous member in the matrix composite material is formed;
A power module substrate on which a semiconductor element is mounted via the metal matrix composite plate.
前記金属基複合板の熱膨張係数が8×10−6/℃以下とされていることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール用基板。 2. The power module substrate according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the metal matrix composite plate is 8 × 10 −6 / ° C. or less. 前記金属基複合板は、一方向における熱伝導率が他方向における熱伝導率よりも高くなるように異方性を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパワーモジュール用基板。   The power according to claim 1 or 2, wherein the metal matrix composite plate has anisotropy so that the thermal conductivity in one direction is higher than the thermal conductivity in the other direction. Module board. 前記金属基複合板における高熱伝導率方向の熱伝導率が400W/m・K以上とされており、この高熱伝導率方向に直交する方向の熱伝導率が200W/m・K以上とされていることを特徴とする請求項3に記載のパワーモジュール用基板。   The thermal conductivity in the high thermal conductivity direction of the metal matrix composite plate is 400 W / m · K or more, and the thermal conductivity in the direction perpendicular to the high thermal conductivity direction is 200 W / m · K or more. The power module substrate according to claim 3. 前記高熱伝導率方向が、前記金属基複合板の厚さ方向を向くように構成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のパワーモジュール用基板。   5. The power module substrate according to claim 3, wherein the high thermal conductivity direction is configured to face a thickness direction of the metal matrix composite plate. 前記金属基複合板を構成する金属基複合材料において充填される金属材料がアルミニウムまたはアルミニウム合金とされていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。   6. The power module according to claim 1, wherein the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate is aluminum or an aluminum alloy. substrate. 前記金属基複合板を構成する金属基複合材料において充填される金属材料が銅または銅合金とされていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板。   6. The power module according to claim 1, wherein the metal material filled in the metal matrix composite material constituting the metal matrix composite plate is copper or a copper alloy. substrate. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のパワーモジュール用基板と、前記パワーモジュール用基板の前記金属基複合板の一方の面側に搭載される半導体素子と、を備えたことを特徴とするパワーモジュール。 A power module substrate according to any one of claims 1 to 7 and a semiconductor element mounted on one surface side of the metal matrix composite plate of the power module substrate. A featured power module.
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