JP6224171B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、セラミックス基板上に樹脂層を設けた圧接構造用セラミックスヒートシンク材を圧接構造により固定した半導体モジュールの製造方法において、前記樹脂層が厚さ50μm以下であり、デュロメーター(ショア)硬さ(A型)が70以下であり、上記セラミックス基板と上記樹脂層との界面に存在する空隙の平均値が3μm以下であり、上記セラミックス基板の表面粗さRaが0.1〜5μmであると共に、上記セラミックス基板は熱伝導率が60W/m・K以上であり、3点曲げ強度が600MPa以上である窒化珪素基板から成るセラミックス基板上に樹脂層を設けた圧接構造用セラミックスヒートシンク材を用意する工程と、
前記圧接構造用セラミックスヒートシンク材を押さえ部材によって、5MPa以上の押圧力で圧接する工程とを備え、上記押さえ部材により圧接構造をとったときに、上記押さえ部材と上記セラミックス基板との表面が直接接触している部分があることを特徴とする。
(実施例1〜8、参考例1および比較例1)
セラミックス基板として、縦50mm×横50mm×厚さ0.32mmの窒化珪素基板(熱伝導率90W/m・K、3点曲げ強度600MPa)を用意した。次にホーニング加工やダイヤモンド砥石を使った研磨などの表面加工により表面粗さRaを変えた。このような窒化珪素基板の両面に硬化後のショア硬度がA70以下となるシリコーン樹脂層を形成することにより、各実施例に係る圧接構造用セラミックスヒートシンクを用意した。
セラミックス基板として、縦50mm×横50mm×厚さ0.32mmの窒化珪素基板(熱伝導率80W/m・K、3点曲げ強度700MPa)を用意した。次にホーニング加工やダイヤモンド砥石を使った研磨などの表面加工により表面粗さRaを変えた。このような窒化珪素基板の両面に60℃で流動性を示す熱硬化性樹脂ペーストを塗布した。塗布した樹脂層を自然乾燥させて樹脂ペースト層とした。樹脂層上に押さえ部材相当として銅板を押圧力2MPaで押さえた状態で温度60〜120℃×15〜30分に加熱して樹脂ペースト層を溶かして、その後、自然乾燥により固化させ樹脂層とした。各実施例について実施例1と同様にセラミックス基板と樹脂層との界面にある隙間の平均値を求めた。その結果を下記表2に示す。
縦50mm×横50mm×厚さ0.635mmの酸化アルミニウム基板(熱伝導率20W/m・K、3点曲げ強度400MPa)を用いたものを実施例13〜14とする一方、縦50mm×横50mm×厚さ0.635mmの窒化アルミニウム基板(熱伝導率170W/m・K、3点曲げ強度500MPa)を用いたものを実施例15〜16として、各基板の両面にショア硬度がA70以下の樹脂層を設けた。実施例1と同様にセラミックス基板と樹脂層との界面に存在する隙間の平均値を求めた。その結果を下記表3に示す。
セラミックス基板の厚さを0.20mm、1.0mmに変えた以外は実施例2と同様の圧接構造用セラミックスヒートシンク材を用意した。具体的には、実施例17として、縦50mm×横50mm×厚さ0.20mmの窒化珪素基板(熱伝導率90W/m・K、3点曲げ強度600MPa)を用意した。実施例2と同様の測定を行った。下記表4にその測定結果を示す。
次に実施例1〜18および比較例1の圧接構造用セラミックスヒートシンクを用いて熱抵抗の測定を行った。
次に、実施例1〜8、10〜18、参考例1の圧接構造を用いて半導体モジュールを作製した。半導体モジュールは図7の構造のものとした。ねじ止めによる圧力は3MPaとした。各半導体モジュールについて耐久性を測定した。耐久性は半導体モジュール構造体を、50cm間を一分間で500回往復する振動を100時間連続で付加したときの窒化珪素基板のクラックの発生の有無で確認した。
2、2D…セラミックス基板
3…樹脂層
4…押え部材
5…セラミックス基板表面と押さえ部材が直接接触した部分
7…半導体素子
8、8A…押え部材
9、10…絶縁性スペーサ
11…放熱部材(放熱フィン)
12…セラミックス基板の挿通孔
13…押え部材の挿通孔
14…ねじ(締め付け部材)
15…ワッシャ
16…孔部
20、30…半導体モジュール
Claims (6)
- セラミックス基板上に樹脂層を設けた圧接構造用セラミックスヒートシンク材を圧接構造により固定した半導体モジュールの製造方法において、
前記樹脂層が厚さ50μm以下であり、デュロメーター(ショア)硬さ(A型)が70以下であり、上記セラミックス基板と上記樹脂層との界面に存在する空隙の平均値が3μm以下であり、上記セラミックス基板の表面粗さRaが0.1〜5μmであると共に、上記セラミックス基板は熱伝導率が60W/m・K以上であり、3点曲げ強度が600MPa以上である窒化珪素基板から成るセラミックス基板上に樹脂層を設けた圧接構造用セラミックスヒートシンク材を用意する工程と、
前記圧接構造用セラミックスヒートシンク材を押さえ部材によって、5MPa以上の押圧力で圧接する工程とを備え、上記押さえ部材により圧接構造をとったときに、上記押さえ部材と上記セラミックス基板との表面が直接接触している部分があることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。 - 押圧力がセラミックス基板の3点曲げ強度の5%以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体モジュールの製造方法。
- 前記樹脂層は無機フィラー粒子を含有していることを特徴とする請求項1ないし請求項2のいずれか1項に記載の半導体モジュールの製造方法。
- 前記樹脂層のデュロメーター(ショア)硬さ(A型)が10以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の半導体モジュールの製造方法。
- 前記直接接触している部分が、最大径1mm以下の点接触であることを特徴とする請求項1記載の半導体モジュールの製造方法。
- 前記点接触が複数箇所存在することを特徴とする請求項5に記載の半導体モジュールの製造方法。
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