JP6278516B2 - Power module substrate - Google Patents

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Description

本発明は、セラミック基板の両主面のそれぞれに銅板が接合され、大量の熱を発生する半導体素子を銅板上に搭載した時のセラミック基板と銅板の接合信頼性を向上できるパワーモジュール用基板に関する。   The present invention relates to a power module substrate capable of improving the bonding reliability between a ceramic substrate and a copper plate when a copper plate is bonded to each of both main surfaces of the ceramic substrate and a semiconductor element generating a large amount of heat is mounted on the copper plate. .

従来より、パワーモジュール用基板は、大電流を流すことで高熱発生が伴う高速化、高集積化の進むパワートランジスタ等の半導体素子を搭載し、半導体素子からの発熱を速やかに放熱して半導体素子の信頼性を維持できるようにして民生用機器や、自動車、電気自動車等の車載用等に用いられている。   Conventionally, power module substrates have been equipped with semiconductor elements such as power transistors, which are becoming faster and more highly integrated due to the generation of high heat by flowing a large current, and the heat generated from the semiconductor elements can be quickly dissipated. Therefore, it is used for consumer equipment, in-car use such as automobiles and electric cars.

図3(A)〜(C)に示すように、従来のパワーモジュール用基板50は、セラミック基板51の一方の主面に回路パターン状の回路銅板52と、他方の主面にベタ状のベタ銅板53を接合している。このパワーモジュール用基板50は、予めパターン形成がされた回路銅板52や、ベタ銅板53を銅の融点を利用して直接加熱接合する直接接合法や、活性金属ろうを介して加熱接合する活性金属ろう材接合法で接合して作製している。あるいは、パワーモジュール用基板50は、セラミック基板51にパターンが形成されていない全面銅板を直接接合法や、活性金属ろう材接合法で加熱接合した後、銅板をエッチングして所望のパターンの回路銅板52や、ベタ銅板53にすることで作製している。   As shown in FIGS. 3A to 3C, a conventional power module substrate 50 includes a circuit pattern-like circuit copper plate 52 on one main surface of a ceramic substrate 51 and a solid solid plate on the other main surface. The copper plate 53 is joined. The power module substrate 50 includes a circuit copper plate 52 having a pattern formed in advance, a direct bonding method in which a solid copper plate 53 is directly heat-bonded using the melting point of copper, and an active metal that is heat-bonded through an active metal brazing. It is made by joining with the brazing material joining method. Alternatively, the power module substrate 50 is a circuit copper plate having a desired pattern by etching the copper plate after directly bonding the entire copper plate on which the pattern is not formed on the ceramic substrate 51 by the direct bonding method or the active metal brazing material bonding method. 52 or a solid copper plate 53.

上記のパワーモジュール用基板50は、回路銅板52の中の所定の銅板上に搭載する半導体素子54をボンディングワイヤ55を介して回路銅板52の中の他の銅板と電気的に導通状態とし、更に他の銅板を介して外部と電気的に導通状態としている。そして、パワーモジュール用基板50は、半導体素子54に大電流を流すことで発生する高熱をセラミック基板51を介してベタ銅板53側に伝熱し、更にベタ銅板53から放熱できるようにしている。このパワーモジュール用基板50は、回路銅板52に大電流を流すことができるようにするために銅板の厚みが厚くなっていると共に、セラミック基板51の両主面のそれぞれに銅板を接合するときのセラミック基板51と銅板の熱膨張係数差による反りの発生を防止するためにベタ銅板53の厚みも同じような厚みとなっている。   The power module substrate 50 makes a semiconductor element 54 mounted on a predetermined copper plate in the circuit copper plate 52 electrically connected to other copper plates in the circuit copper plate 52 through bonding wires 55, It is electrically connected to the outside through another copper plate. The power module substrate 50 transfers high heat generated by flowing a large current through the semiconductor element 54 to the solid copper plate 53 side via the ceramic substrate 51, and further allows heat to be dissipated from the solid copper plate 53. The power module substrate 50 has a thick copper plate so that a large current can flow through the circuit copper plate 52, and the copper plate is bonded to each of both main surfaces of the ceramic substrate 51. The thickness of the solid copper plate 53 is the same in order to prevent the occurrence of warpage due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate 51 and the copper plate.

しかしながら、セラミック基板51に厚みの厚い銅板を接合したパワーモジュール用基板50には、半導体素子54に大電流を流したり、切断したりすることで、加熱と、冷却の温度サイクルが繰り返され、セラミック基板51と銅板の熱膨張係数差に起因する熱応力を発生させている。この熱応力は、接合部付近のセラミック基板51に、圧縮と引っ張りの残留応力分布として存在し、特に、銅板の端部と近接するセラミック基板51部分に残留応力の主応力が作用している。そして、この残留応力は、この応力のうちの引っ張り成分としての最大応力値がセラミック基板51の引っ張り強度を超えるとセラミック基板51にクラックを発生させ、更には回路銅板52や、ベタ銅板53のセラミック基板51からの剥離を発生させている。また、パワーモジュール用基板50は、通常、ベタ銅板53をセラミック基板51の他方の主面にセラミック基板51の端部より所定の間隔を設けて、全面に接合しているので、加熱と、冷却の温度サイクルによる収縮が大きく、セラミック基板51のクラック発生の要因となっている。   However, in the power module substrate 50 in which a thick copper plate is bonded to the ceramic substrate 51, a large current is passed through the semiconductor element 54, or by cutting, the heating and cooling temperature cycles are repeated. The thermal stress resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 51 and the copper plate is generated. This thermal stress exists as a residual stress distribution of compression and tension on the ceramic substrate 51 in the vicinity of the joint, and in particular, the main stress of the residual stress acts on the portion of the ceramic substrate 51 close to the end of the copper plate. The residual stress causes a crack in the ceramic substrate 51 when the maximum stress value as a tensile component of the stress exceeds the tensile strength of the ceramic substrate 51, and further, the ceramic of the circuit copper plate 52 and the solid copper plate 53. Peeling from the substrate 51 is generated. Moreover, since the power module substrate 50 is usually bonded to the entire surface of the ceramic substrate 51 with the solid copper plate 53 provided at a predetermined distance from the end of the ceramic substrate 51, heating and cooling are performed. The shrinkage due to the temperature cycle is large, which causes cracks in the ceramic substrate 51.

これに対応するために、図4(A)〜(C)に示すように、従来のパワーモジュール用基板50には、セラミック基板51の表面に接合された回路銅板52及び/又はベタ銅板53の外周囲にU字状の溝56(図4(A)参照)や、階段状の段差57(図4(B)参照)や、貫通又は非貫通の孔58(図4(C)参照)を設けることで、加熱と、冷却の温度サイクルによる収縮を緩和させるものがある。   In order to cope with this, as shown in FIGS. 4A to 4C, the conventional power module substrate 50 includes a circuit copper plate 52 and / or a solid copper plate 53 bonded to the surface of the ceramic substrate 51. A U-shaped groove 56 (see FIG. 4A), a stepped step 57 (see FIG. 4B), and a through or non-through hole 58 (see FIG. 4C) are formed around the outer periphery. Some are provided to relieve shrinkage caused by heating and cooling temperature cycles.

従来のパワーモジュール用基板には、セラミック基板と、このセラミック基板の少なくとも表面に接合された銅板とを具備するパワーモジュール用基板において、銅板のセラミック基板との接合面と反対面側の外周縁部に沿って所定の間隔で直線状に複数の孔が形成されているのが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
これによると、冷熱サイクルが付加された場合等においても、セラミック基板のクラック発生や強度低下を有効に防止することができ、しかも製造工程的に有利な機械加工(プレス加工)によっても銅板の変形を防止し得る、信頼性に優れたパワーモジュール用基板を提供することができるとしている。
A conventional power module substrate includes a ceramic substrate and a copper plate bonded to at least the surface of the ceramic substrate, and the outer peripheral edge of the copper plate opposite to the bonding surface with the ceramic substrate. It is proposed that a plurality of holes are formed in a straight line at predetermined intervals along the line (for example, see Patent Document 1).
According to this, even when a thermal cycle is added, cracks and strength reduction of the ceramic substrate can be effectively prevented, and the deformation of the copper plate is also achieved by mechanical processing (press processing) advantageous to the manufacturing process. It is possible to provide a power module substrate with excellent reliability that can prevent the above.

特開平8−250823号公報JP-A-8-250823

しかしながら、前述したような従来のパワーモジュール用基板は、次のような問題がある。
(1)セラミック基板の表面に接合された銅板の外周囲にU字状の溝、階段状の段差、又は孔を設ける、あるいは、特開平8−250823号公報で開示されるようなパワーモジュール用基板は、銅板である金属板のコーナーに特段の円弧形状のアールがなくて直角となっているので、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが付加された時に銅板のコーナーと近接するセラミック基板部分に残留応力が集中して作用し、銅板のコーナーと近接するセラミック基板部分に発生するクラックや、強度低下を防止することができなくなっている。
(2)特開平8−250823号公報で開示されるようなパワーモジュール用基板は、例え、銅板のコーナーに円弧形状のアールを設けたとしても、銅板の角部に設ける貫通孔が銅板のコーナーから遠ざかる中心部側となるので、銅板の角部に設ける貫通孔の中心間を直線とする辺部に、所定の間隔で複数個設ける貫通孔が銅板縁部から遠ざかることとなっている。従って、このような貫通孔を設けるパワーモジュール用基板では、銅板辺部の縁部と近接するセラミック基板部分の残留応力を分散できなくなり、セラミック基板の辺部に発生するクラックの発生や、強度低下を防止することができなくなっている。
(3)また、特開平8−250823号公報で開示されるようなパワーモジュール用基板は、銅板の角部や、辺部に設ける貫通孔をセラミック基板と接合する前の銅板に機械加工で設けているので、貫通孔を銅板の縁部に近接させて設けることが難しく、銅板の縁部と近接するセラミック基板部分の残留応力を分散できなくなり、セラミック基板のクラックの発生や、強度低下を防止することができなくなっている。
However, the conventional power module substrate as described above has the following problems.
(1) A U-shaped groove, stepped step or hole is provided on the outer periphery of the copper plate bonded to the surface of the ceramic substrate, or for a power module as disclosed in JP-A-8-250823. The board has a special arc-shaped rounded corner at the corner of the metal plate, which is a copper plate, and has a right angle. Therefore, when a thermal cycle is applied to the power module substrate, it remains on the ceramic substrate portion adjacent to the copper plate corner. Stress is concentrated and it is impossible to prevent cracks generated in the ceramic substrate portion adjacent to the corner of the copper plate and strength reduction.
(2) A power module substrate as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-250823, for example, even if an arc-shaped round is provided at the corner of the copper plate, the through hole provided at the corner of the copper plate has a corner of the copper plate. Therefore, a plurality of through holes provided at a predetermined interval are away from the edge of the copper plate on the side portion where the center of the through hole provided at the corner of the copper plate is a straight line. Therefore, in the power module substrate provided with such a through hole, it becomes impossible to disperse the residual stress of the ceramic substrate portion adjacent to the edge portion of the copper plate side, and the occurrence of cracks in the side portion of the ceramic substrate or the strength reduction Can no longer prevent.
(3) Also, the power module substrate as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-250823 is provided by machining the copper plate before joining the ceramic substrate with the through holes provided in the corners and sides of the copper plate. Therefore, it is difficult to provide the through hole close to the edge of the copper plate, and it becomes impossible to disperse the residual stress of the ceramic substrate portion adjacent to the edge of the copper plate, preventing the occurrence of cracks and strength reduction of the ceramic substrate. Can no longer do.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、セラミック基板のクラックの発生や、強度低下を防止することができるパワーモジュール用基板を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It aims at providing the board | substrate for power modules which can prevent generation | occurrence | production of the crack of a ceramic substrate, or a strength fall.

前記目的に沿う本発明に係るパワーモジュール用基板は、四角形状のセラミック基板の両主面のそれぞれに、コーナーに円弧形状のアールを備える1又は複数枚の銅板を接合するパワーモジュール用基板において、銅板角部のアールの中点と円弧形状の中心を結ぶ第1の直線上に設けられ、アールの中点からの距離が円弧形状の中心までの距離より短い位置を中心とする第1の貫通孔と、銅板角部のアールの中点と第1の貫通孔の中心を結んで延設する第1の直線上に設けられ、アールの中点からの距離が円弧形状の中心までの距離より長い位置を中心とする第2の貫通孔と、第1、第2の貫通孔に隣接し銅板の直線状の辺部外縁と平行して延設する第2の直線上に設けられ、辺部外縁から第2の直線上までの距離がアールの中点から第1の貫通孔の中心までの距離と同等で、且つ辺部外縁の延設線から第1の貫通孔の中心までの距離より短いと共に、第2の貫通孔の中心からの距離が第1、第2の貫通孔の中心間距離と同等の位置を中心とする第3の貫通孔と、銅板の辺部外縁と平行して延設する第2の直線上の銅板の一方の角部と他方の角部に設ける第3の貫通孔の中心間に複数個が設けられ、第1の貫通孔の中心と第3の貫通孔の中心間距離と近似する距離を隣接する中心間距離とする位置を中心とする第4の貫通孔と、第2の直線より銅板の中央側で第2の直線と平行すると共に、第2の直線から第2の貫通孔の中心までの距離より短い位置に延設する第3の直線上に複数個が設けられ、第3の貫通孔の中心と第4の貫通孔の中心間、及び隣接する第4の貫通孔の中心間で千鳥構造となる位置を中心とする第5の貫通孔を有する。   The power module substrate according to the present invention that meets the above-mentioned object is a power module substrate in which one or a plurality of copper plates having arc-shaped rounded corners are joined to both main surfaces of a rectangular ceramic substrate, A first penetration centered on a first straight line connecting the midpoint of the rounded corner of the copper plate and the center of the arc shape, and the distance from the midpoint of the round is shorter than the distance to the center of the arc shape. It is provided on the first straight line extending from the hole, the midpoint of the rounded corner of the copper plate and the center of the first through hole, and the distance from the midpoint of the round is greater than the distance to the center of the arc shape A second through-hole centered at a long position and a second straight line adjacent to the first and second through-holes and extending in parallel with the outer edge of the straight side of the copper plate; The distance from the outer edge to the second straight line is The distance from the center of the second through hole is equal to the distance to the center of the through hole and shorter than the distance from the extending line of the outer edge of the side to the center of the first through hole. A third through-hole centered at a position equivalent to the distance between the centers of the through-holes, and one corner and the other corner of the copper plate on the second straight line extending in parallel with the outer edge of the side of the copper plate A plurality is provided between the centers of the third through holes provided in the portion, and the center is a position where the distance between the centers of the first through holes and the center of the third through holes is the distance between adjacent centers. The fourth through hole is parallel to the second straight line on the center side of the copper plate from the second straight line, and extends to a position shorter than the distance from the second straight line to the center of the second through hole. A plurality are provided on the third straight line, between the center of the third through hole and the center of the fourth through hole, and between the centers of the adjacent fourth through holes. Having a fifth through hole of around the position where the bird structure.

ここで、上記のパワーモジュール用基板において、第1〜第5の貫通孔の孔径は、実質的に同一であるのがよい。   Here, in the power module substrate, the diameters of the first to fifth through holes may be substantially the same.

また、上記のパワーモジュール用基板において、第1〜第5の貫通孔は、セラミック基板に銅板を接合した後に、エッチング加工により形成された孔であるのがよい。   In the power module substrate described above, the first to fifth through holes may be holes formed by etching after bonding a copper plate to the ceramic substrate.

上記のパワーモジュール用基板は、銅板角部のアールの中点と円弧形状の中心を結ぶ第1の直線上に設けられ、アールの中点からの距離が円弧形状の中心までの距離より短い位置を中心とする第1の貫通孔と、銅板角部のアールの中点と第1の貫通孔の中心を結んで延設する第1の直線上に設けられ、アールの中点からの距離が円弧形状の中心までの距離より長い位置を中心とする第2の貫通孔と、第1、第2の貫通孔に隣接し銅板の直線状の辺部外縁と平行して延設する第2の直線上に設けられ、辺部外縁から第2の直線上までの距離がアールの中点から第1の貫通孔の中心までの距離と同等で、且つ辺部外縁の延設線から第1の貫通孔の中心までの距離より短いと共に、第2の貫通孔の中心からの距離が第1、第2の貫通孔の中心間距離と同等の位置を中心とする第3の貫通孔と、銅板の辺部外縁と平行して延設する第2の直線上の銅板の一方の角部と他方の角部に設ける第3の貫通孔の中心間に複数個が設けられ、第1の貫通孔の中心と第3の貫通孔の中心間距離と近似する距離を隣接する中心間距離とする位置を中心とする第4の貫通孔と、第2の直線より銅板の中央側で第2の直線と平行すると共に、第2の直線から第2の貫通孔の中心までの距離より短い位置に延設する第3の直線上に複数個が設けられ、第3の貫通孔の中心と第4の貫通孔の中心間、及び隣接する第4の貫通孔の中心間で千鳥構造となる位置を中心とする第5の貫通孔を有するので、銅板角部に円弧形状のアールと、銅板の外周部全周に外縁から均等の距離で、隣接間が略均等間隔に貫通孔と、を設けることができ、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが付加された時に集中する銅板と近接するセラミック基板部分に発生する残留応力を防止でき、セラミック基板のクラックの発生や、強度低下を防止することができる。   The power module substrate is provided on a first straight line connecting the midpoint of the rounded corner of the copper plate and the center of the arc shape, and the distance from the midpoint of the radius is shorter than the distance to the center of the arc shape. Is provided on the first straight line extending from the center of the first through hole, the center of the corner of the copper plate corner and the center of the first through hole, and the distance from the center of the corner is A second through hole centered at a position longer than the distance to the center of the arc shape, and a second adjacent to the first and second through holes and extending in parallel with the outer edge of the straight side of the copper plate Provided on a straight line, the distance from the outer edge of the side to the second straight line is equal to the distance from the center of the radius to the center of the first through hole, and from the extended line of the outer edge of the side It is shorter than the distance to the center of the through hole, and the distance from the center of the second through hole is the distance between the centers of the first and second through holes. A third through-hole centered at the same position and a third through-hole provided at one corner and the other corner of the copper plate on the second straight line extending in parallel with the outer edge of the side of the copper plate A fourth through-hole centered at a position where the distance between the center of the first through-hole and the distance between the centers of the first and third through-holes is a distance between adjacent centers A plurality of third straight lines extending parallel to the second straight line on the center side of the copper plate from the second straight line and extending to a position shorter than the distance from the second straight line to the center of the second through hole. Is provided, and has a fifth through-hole centered at a position having a staggered structure between the center of the third through-hole and the center of the fourth through-hole, and between the centers of the adjacent fourth through-holes. An arc-shaped radius is formed at the corner of the copper plate, and through holes are provided at equal distances from the outer edge and at substantially equal intervals between the outer edges of the outer periphery of the copper plate. It is possible to prevent the residual stress generated in the ceramic substrate adjacent to the copper plate that is concentrated when the thermal cycle is added to the power module substrate, and to prevent the generation of cracks in the ceramic substrate and the decrease in strength. it can.

特に、上記のパワーモジュール用基板は、第1〜第5の貫通孔の孔径は、実質的に同一であるので、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが付加された時に集中する銅板の外周囲部分で接合するセラミック基板部分に発生する残留応力を効果的に防止することができる。   In particular, since the power module substrate has substantially the same diameter of the first to fifth through holes, the outer peripheral portion of the copper plate that is concentrated when the cooling cycle is applied to the power module substrate. Residual stress generated in the ceramic substrate portions to be joined can be effectively prevented.

また、特に、上記のパワーモジュール用基板は、第1〜第5の貫通孔は、セラミック基板に銅板を接合した後に、エッチング加工により形成された孔であるので、それぞれの銅板の外周囲に近接する所望する位置に容易に第1〜第5の貫通孔を設けるパワーモジュール用基板を提供することができる。   In particular, in the power module substrate described above, the first to fifth through holes are holes formed by etching after bonding the copper plate to the ceramic substrate, and therefore close to the outer periphery of each copper plate. It is possible to provide a power module substrate in which first to fifth through holes are easily provided at desired positions.

(A)〜(C)はそれぞれ本発明の一実施の形態に係るパワーモジュール用基板の一方の主面の平面図、他方の主面の平面図、A−A’線縦断面図である。(A)-(C) are the top views of one main surface of the board | substrate for power modules which concerns on one embodiment of this invention, the top view of the other main surface, and the A-A 'line longitudinal cross-sectional view, respectively. 同パワーモジュール用基板の角部の拡大説明図である。It is expansion explanatory drawing of the corner | angular part of the board | substrate for power modules. (A)〜(C)はそれぞれ従来のパワーモジュール用基板の一方の主面の平面図、他方の主面の平面図、A−A’線縦断面図である。(A)-(C) is the top view of one main surface of the board | substrate for conventional power modules, the top view of the other main surface, and an A-A 'line longitudinal cross-sectional view, respectively. (A)〜(C)はそれぞれ同パワーモジュール用基板の角部の拡大説明図である。(A)-(C) is an enlarged explanatory view of the corner | angular part of the board | substrate for power modules, respectively.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施するための形態について説明し、本発明の理解に供する。
図1(A)〜(C)に示すように、本発明の一実施の形態に係るパワーモジュール用基板10は、アルミナ(Al)や、窒化アルミニウム(AlN)や、ジルコニア入りアルミナ等のセラミックからなる四角形状のセラミック基板11を有している。また、このパワーモジュール用基板10は、セラミック基板11の両主面のそれぞれには、コーナーに円弧形状のアール12を備える様々な形状からなる1又は複数枚の銅板13を接合して有している。そして、パワーモジュール用基板10は、セラミック基板11の一方の主面に複数枚の銅板13で回路パターンを形成し、セラミック基板11の他方の主面にベタ状の銅板13を接合して有している。このパワーモジュール用基板10は、通常、セラミック基板11の両主面にパターンが形成されていない全面銅板を直接接合法や、活性金属ろう材接合法で加熱接合した後、両主面の全面銅板のそれぞれをエッチングしてコーナーに円弧形状のアール12を備える所望の回路パターン状や、ベタ状の銅板13にしている。
Next, with reference to the accompanying drawings, embodiments for embodying the present invention will be described for understanding of the present invention.
As shown in FIGS. 1A to 1C, a power module substrate 10 according to an embodiment of the present invention includes alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), zirconia-containing alumina, and the like. A rectangular ceramic substrate 11 made of the above ceramic is provided. In addition, the power module substrate 10 has one or a plurality of copper plates 13 having various shapes with arc-shaped rounds 12 at the corners bonded to both main surfaces of the ceramic substrate 11. Yes. The power module substrate 10 has a circuit pattern formed by a plurality of copper plates 13 on one main surface of the ceramic substrate 11, and a solid copper plate 13 bonded to the other main surface of the ceramic substrate 11. ing. In this power module substrate 10, the entire copper plate on which no pattern is formed on both main surfaces of the ceramic substrate 11 is usually heat bonded by a direct bonding method or an active metal brazing material bonding method, and then the entire copper plate on both main surfaces. These are etched to form a desired circuit pattern having arc-shaped rounds 12 at the corners or a solid copper plate 13.

上記の全面銅板の直接接合法とは、予め表面を酸化させた銅板を酸化性セラミック基板11に当接させ、窒素雰囲気中で焼成して酸化銅の融点(1083℃)付近まで昇温して銅と微量の酸素との反応により生成するCu−O共晶液相を結合材として直接セラミック基板11に接合する方法である。なお、直接接合法では、セラミック基板11がAlNからなる場合に、AlNの表面に酸化膜が存在しないので、セラミック基板11の表面に酸化膜を形成、すなわち、AlNの表面をAlとしておく必要がある。 The direct bonding method of the entire copper plate is a method in which a copper plate whose surface has been oxidized in advance is brought into contact with the oxidizable ceramic substrate 11 and fired in a nitrogen atmosphere to raise the temperature to the vicinity of the melting point of copper oxide (1083 ° C.). In this method, a Cu—O eutectic liquid phase generated by the reaction between copper and a small amount of oxygen is directly bonded to the ceramic substrate 11 as a binder. In the direct bonding method, when the ceramic substrate 11 is made of AlN, there is no oxide film on the surface of AlN, so an oxide film is formed on the surface of the ceramic substrate 11, that is, the surface of AlN is made Al 2 O 3. It is necessary to keep.

また、上記の全面銅板の活性金属ろう材接合法とは、チタン、ジルコニウム、ベリリウム等のような極めて反応性の大きい、所謂、活性な金属をAg−Cu系ろう等に加えた活性金属ろう材を用いてセラミック基板11と銅板を接合する方法である。この接合は、活性金属ろう材からなるペーストをセラミック基板11の表面に塗布し、その上に予め表面を酸化させた銅板と当接させ、750℃〜850℃程度で加熱してチタン等の酸素との親和力の強さを利用して直接セラミック基板11に接合している。なお、活性金属ろう材接合法では、セラミック基板11がジルコニア系アルミナからなる場合に、Ag−Cu系ろうに、例えば、ジルコニウム、チタン、フッ化水素、ニオブのいずれか1種以上を含有させたものを用いることができ、セラミック基板11への親和力を高めることで接合反応強度を高めて強固に接合することができる。   In addition, the active metal brazing material joining method for the entire copper plate is an active metal brazing material in which a so-called active metal such as titanium, zirconium, beryllium or the like is added to an Ag-Cu brazing filler metal. In this method, the ceramic substrate 11 and the copper plate are joined together. In this bonding, a paste made of an active metal brazing material is applied to the surface of the ceramic substrate 11 and brought into contact with a copper plate whose surface has been oxidized in advance, and heated at about 750 ° C. to 850 ° C. for oxygen such as titanium. It is directly bonded to the ceramic substrate 11 using the strength of the affinity. In the active metal brazing method, when the ceramic substrate 11 is made of zirconia-based alumina, the Ag—Cu-based brazing contains, for example, at least one of zirconium, titanium, hydrogen fluoride, and niobium. A material can be used, and by increasing the affinity for the ceramic substrate 11, the bonding reaction strength can be increased and a strong bonding can be achieved.

更に、上記のエッチングは、先ず、全面銅板上に所望形状の回路パターン状や、ベタ状の銅板13となるエッチングレジスト膜をスクリーン印刷、又はフォトレジスト法で形成している。なお、エッチングレジスト膜には、前述した銅板13のコーナーに円弧形状のアール12を設けるためのパターンや、後述する所望する銅板13の外周部に貫通孔を設けるためのパターン等も含んでいる。   Further, in the above etching, first, an etching resist film to be a desired circuit pattern shape or a solid copper plate 13 is formed on the entire copper plate by screen printing or a photoresist method. The etching resist film also includes a pattern for providing the arc-shaped rounds 12 at the corners of the copper plate 13 described above, a pattern for providing through holes in the outer peripheral portion of the desired copper plate 13 to be described later, and the like.

次に、エッチングレジスト膜を設けた全面銅板上には、塩化第2鉄を30〜40重量%含む水溶液からなるエッチング液を噴射してエッチングレジスト膜で覆われていない部分の銅板部を除去している。そして、更に、銅板13からエッチングレジスト膜を剥離することで、セラミック基板11に所望の回路パターン状や、ベタ状の銅板13を接合して備えるパワーモジュール用基板10を作製している。   Next, on the entire copper plate provided with the etching resist film, an etching solution made of an aqueous solution containing 30 to 40% by weight of ferric chloride is sprayed to remove the copper plate portion which is not covered with the etching resist film. ing. Further, the etching resist film is peeled off from the copper plate 13, thereby producing the power module substrate 10 provided with a desired circuit pattern or solid copper plate 13 bonded to the ceramic substrate 11.

図2に示すように、上記のパワーモジュール用基板10は、所望の銅板13の角部に、円弧形状のアール12の中点14と、アール12の円弧形状の中心15を結んで45°の角度で延設する第1の直線16上に第1の貫通孔17の中心15aを有している。この第1の貫通孔17の中心15aは、アール12の中点14からの距離Aがアール12の中点14からアール12の半径である円弧形状の中心15までの距離Rより短い距離(A<R)の位置となっている。また、第1の貫通孔17の中心15aのアール12の中点14からの距離Aは、第1の貫通孔17の孔径寸法やエッチング精度等によって異なるが、第1の貫通孔17と、アール12の中点14が銅板13強度を保持して近接できる位置になるような距離としている。   As shown in FIG. 2, the power module substrate 10 has a 45 ° angle by connecting the midpoint 14 of the arc-shaped round 12 and the center 15 of the round-shaped arc 12 to the corner of the desired copper plate 13. A center 15a of the first through hole 17 is provided on a first straight line 16 extending at an angle. The center 15a of the first through-hole 17 has a distance A shorter than the distance R from the midpoint 14 of the radius 12 to the arcuate center 15 having the radius of the radius 12 from the midpoint 14 of the radius 12. The position is <R). Further, the distance A from the midpoint 14 of the center 12a of the center 15a of the first through-hole 17 varies depending on the hole diameter size of the first through-hole 17, the etching accuracy, and the like. The distance is set such that the midpoint 14 of 12 becomes a position where the strength of the copper plate 13 can be kept close while maintaining the strength.

また、パワーモジュール用基板10は、上記の銅板13の角部に、コーナーのアール12の中点14と、第1の貫通孔17の中心15aを結んで延設する直線である上記と同じ第1の直線16上に第2の貫通孔18の中心15bを有している。この第2の貫通孔18の中心15bは、アール12の中点14からアール12の半径である円弧形状の中心15までの距離Rより長く、第1の貫通孔17の孔径と孔径どうしが交差しないと共に、銅板13強度を保持して近接できる第1の貫通孔17の中心15aから距離Bの位置となっている。すなわち、第2の貫通孔18の中心15bは、アール12の中点14からの距離が距離(A+B)の位置となっている。   The power module substrate 10 is a straight line that extends from the corner portion of the copper plate 13 by connecting the midpoint 14 of the corner radius 12 and the center 15a of the first through-hole 17. The center 15 b of the second through hole 18 is provided on one straight line 16. The center 15b of the second through-hole 18 is longer than the distance R from the midpoint 14 of the radius 12 to the arc-shaped center 15 that is the radius of the radius 12, and the hole diameter of the first through-hole 17 intersects with the hole diameter. In addition, the copper plate 13 is positioned at a distance B from the center 15a of the first through-hole 17 that can maintain and maintain the strength of the copper plate 13. That is, the center 15b of the second through hole 18 is located at a distance (A + B) from the midpoint 14 of the radius 12.

このパワーモジュール用基板10は、上記の第1、第2の貫通孔17、18に隣接し、銅板13の直線状の辺部外縁と平行して延設する第2の直線19上に第3の貫通孔20の中心15cを有している。この第2の直線19の辺部外縁からの距離は、コーナーのアール12の中点14から第1の貫通孔17の中心15aまでの距離Aと同等で、且つ辺部外縁の延設線から第1の貫通孔17の中心15aまでの距離A’より短い距離(A<A’)となっている。そして、第3の貫通孔20の中心15cは、第2の貫通孔18の中心15bからの距離が第1の貫通孔17の中心15aから第2の貫通孔18の中心15bまでの距離である距離Bの位置となっている。第2の直線19の辺部外縁からの距離Aは、第1の貫通孔17の場合と同様に、第3の貫通孔20の孔径寸法やエッチング精度等によって異なるが、第3の貫通孔20と銅板13の辺部外縁との間の銅板13で強度を保持して近接できる位置になるような距離となっている。   This power module substrate 10 is adjacent to the first and second through-holes 17 and 18 and is third on a second straight line 19 extending in parallel with the outer edge of the straight side of the copper plate 13. The through-hole 20 has a center 15c. The distance from the outer edge of the second straight line 19 is equal to the distance A from the midpoint 14 of the corner radius 12 to the center 15a of the first through hole 17, and from the extended line of the outer edge of the side. The distance is shorter than the distance A ′ to the center 15 a of the first through hole 17 (A <A ′). The center 15 c of the third through-hole 20 is a distance from the center 15 b of the first through-hole 17 to the center 15 b of the second through-hole 18 from the center 15 b of the second through-hole 18. It is the position of distance B. The distance A from the outer edge of the side of the second straight line 19 varies depending on the hole diameter size, etching accuracy, and the like of the third through-hole 20 as in the case of the first through-hole 17, but the third through-hole 20 And a distance between the outer edges of the copper plate 13 so as to be close to each other while maintaining the strength.

また、パワーモジュール用基板10は、上記の銅板13の辺部外縁と平行して延設する上記の第2の直線19上の銅板13の一方の角部と、他方の角部に設けるそれぞれの第3の貫通孔20の中心15c間距離Xの間に複数個の第4の貫通孔21の中心15dを有している。この第4の貫通孔21の中心15dは、第1の貫通孔17の中心15aと、第3の貫通孔20の中心15c間との距離と最も近似する距離で整数個が得られるピッチ間距離Zの位置となっている。なお、第4の貫通孔21の中心15dは、銅板13の外形寸法が縦方向と、横方向で異なる場合には、それぞれの方向に対してのピッチ間距離Zの位置となっている。また、第4の貫通孔21は、第3の貫通孔20の場合と同様に、第4の貫通孔21の孔径寸法やエッチング精度等によって異なるが、第4の貫通孔21と銅板13の辺部外縁との間の銅板13で強度を保持して近接できる位置になるような距離となっている。また、   The power module substrate 10 is provided at one corner of the copper plate 13 on the second straight line 19 extending in parallel with the outer edge of the side of the copper plate 13 and at each other corner. Centers 15 d of the plurality of fourth through holes 21 are provided between the distances X between the centers 15 c of the third through holes 20. The center 15d of the fourth through-hole 21 is an inter-pitch distance at which an integer number is obtained with a distance closest to the distance between the center 15a of the first through-hole 17 and the center 15c of the third through-hole 20. Z position. The center 15d of the fourth through hole 21 is the position of the pitch distance Z in each direction when the outer dimensions of the copper plate 13 are different in the vertical direction and the horizontal direction. Further, the fourth through hole 21 differs from the fourth through hole 21 and the side of the copper plate 13, although it differs depending on the hole size and etching accuracy of the fourth through hole 21 as in the case of the third through hole 20. The distance between the outer edges of the part is such that the copper plate 13 can be brought close to the position while maintaining the strength. Also,

上記の第2の直線19上の銅板13の一方の角部と、他方の角部に設けるそれぞれの第3の貫通孔20の中心15c間距離Xは、銅板13の外形寸法をWとした場合に、下記の数式1によって求めることができる。   The distance X between the centers 15c of the third through holes 20 provided at one corner of the copper plate 13 on the second straight line 19 and the other corner is when the outer dimension of the copper plate 13 is W. Further, it can be obtained by the following formula 1.

Figure 0006278516
Figure 0006278516

更に、上記のパワーモジュール用基板10は、上記第2の直線19より銅板13の中央側で第2の直線19と平行すると共に、第2の直線19から第2の貫通孔18の中心15bまでに距離より短い位置に延設する第3の直線22上に複数個の第5の貫通孔23の中心15dを有している。この第5の貫通孔23の中心15dは、第3の貫通孔20の中心15cと第4の貫通孔21の中心15d間、及び隣接する第4の貫通孔21の中心15d間の中間に位置し、それぞれとの間で千鳥構造となる位置となっている。なお、第2の直線19と第3の直線22との間隔は、第5の貫通孔23の孔径が第3の貫通孔20や、第4の貫通孔21の孔径と孔径どうしが交差しないと共に、銅板13強度を保持して近接できるような位置に設けている。   Further, the power module substrate 10 is parallel to the second straight line 19 on the center side of the copper plate 13 with respect to the second straight line 19 and from the second straight line 19 to the center 15b of the second through hole 18. A center 15d of a plurality of fifth through holes 23 is provided on a third straight line 22 extending to a position shorter than the distance. The center 15d of the fifth through hole 23 is located between the center 15c of the third through hole 20 and the center 15d of the fourth through hole 21 and between the centers 15d of the adjacent fourth through holes 21. However, it has a staggered position between them. Note that the distance between the second straight line 19 and the third straight line 22 is such that the hole diameter of the fifth through hole 23 does not intersect the hole diameter of the third through hole 20 or the fourth through hole 21. The copper plate 13 is provided at a position where the strength can be kept close.

なお、上述した、第1、第2、第3の直線16、19、22は、実際に銅板13上に引かれた線ではなく、第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23の中心15a〜15eの位置を特定するための仮想線を意味している。同様に、円弧形状のアール12の中点14、アール12の円弧形状の中心15、及び第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23の中心15a〜15eは、実際に銅板13上に書かれた点ではなく、それぞれの位置を特定するための仮想点を意味している。   The first, second, and third straight lines 16, 19, and 22 described above are not lines that are actually drawn on the copper plate 13, but the first to fifth through holes 17, 18, 20, and 21. , 23 imaginary lines for specifying the positions of the centers 15a to 15e. Similarly, the center point 14 of the arc-shaped round 12, the arc-shaped center 15 of the round 12, and the centers 15 a to 15 e of the first to fifth through holes 17, 18, 20, 21, 23 are actually copper plates. 13 is not a point written on 13 but a virtual point for specifying each position.

上記のパワーモジュール用基板10は、銅板13のコーナーに大きな円弧形状のアール12を設けることができ、パワーモジュール用基板10に冷熱サイクルが付加されて銅板13のコーナーと近接するセラミック基板11角部部分に熱応力が集中して作用したとしても、銅板13接合部の残留応力を分散させることができ、銅板13の角部と近接するセラミック基板11部分に発生するクラックや、強度低下を防止することができる。また、上記のパワーモジュール用基板10は、銅板13のコーナーに円弧形状のアール12を設け、銅板13角部に設ける第1の貫通孔17、及び第2の貫通孔18が銅板13のコーナーから中心部側となったとしても、銅板13の辺部に所定の間隔で設ける第3、第4の貫通孔20、21、及びこれらの間に千鳥形状に設ける第5の貫通孔23を銅板13の直線状の辺部外縁に近接して設けているので、銅板13辺部の縁部と近接するセラミック基板11部分の残留応力を分散でき、セラミック基板11の辺部に発生するクラックや、強度低下を防止することできる。   The power module substrate 10 can be provided with large arc-shaped rounded corners 12 at the corners of the copper plate 13, and the corners of the ceramic substrate 11 close to the corners of the copper plate 13 by applying a cooling cycle to the power module substrate 10. Even if the thermal stress concentrates on the portion, the residual stress at the joint portion of the copper plate 13 can be dispersed, and cracks occurring at the ceramic substrate 11 portion adjacent to the corner portion of the copper plate 13 and strength reduction can be prevented. be able to. Further, the power module substrate 10 is provided with arc-shaped rounds 12 at the corners of the copper plate 13, and the first through holes 17 and the second through holes 18 provided at the corners of the copper plate 13 from the corners of the copper plate 13. Even if it becomes the center side, the copper plate 13 includes the third and fourth through holes 20 and 21 provided at predetermined intervals in the side portion of the copper plate 13 and the fifth through hole 23 provided in a staggered shape therebetween. Since the residual stress of the ceramic substrate 11 portion adjacent to the edge of the copper plate 13 side can be dispersed, cracks generated in the side portion of the ceramic substrate 11 and strength are provided. Decline can be prevented.

上記のパワーモジュール用基板10の第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23の孔径は、特に、その大きさを限定するものではなく、また、エッチングの加工精度にも左右されるが、全てが実質的に同一の大きさであるのがよい。銅板13に設ける貫通孔は、全てを同一の孔径とするエッチングマスクを用いて加工することで、加工精度のよい孔径を効率的に作製できると共に、パワーモジュール用基板に冷熱サイクルが付加された時に集中する銅板13の外周囲部分と接合するセラミック基板部分に発生する残留応力を銅板13の外周囲部分に設ける同一の孔径によって全周に渡って効果的に防止することができる。   The diameters of the first to fifth through holes 17, 18, 20, 21, and 23 of the power module substrate 10 are not particularly limited in size, and also depend on the etching processing accuracy. However, all should be substantially the same size. The through-holes provided in the copper plate 13 are processed using an etching mask having the same hole diameter, so that a hole diameter with high processing accuracy can be efficiently produced, and when a thermal cycle is added to the power module substrate Residual stress generated in the ceramic substrate portion joined to the outer peripheral portion of the concentrated copper plate 13 can be effectively prevented over the entire circumference by the same hole diameter provided in the outer peripheral portion of the copper plate 13.

上記のパワーモジュール用基板10の第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23は、セラミック基板11の両主面にパターンが形成されていない全面銅板を直接接合法や、活性金属ろう材接合法で加熱接合した後、両主面の全面銅板のそれぞれをエッチング加工により形成された孔であるのがよい。セラミック基板11の両主面に接合された全面銅板には、エッチング加工時に、上記の第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23を備えると共に、コーナーに円弧形状のアール12を備える所望の回路パターン状や、ベタ状の銅板13としている。このパワーモジュール用基板10は、所望する銅板13の外周囲に近接する所望する位置に容易に第1〜第5の貫通孔17、18、20、21、23を設けることができ、銅板13の外周囲と近接するセラミック基板11部分に発生する残留応力を全周に渡って防止することができる。   The first to fifth through-holes 17, 18, 20, 21, and 23 of the power module substrate 10 are formed by directly bonding a whole-surface copper plate in which no pattern is formed on both main surfaces of the ceramic substrate 11, After heat-bonding by the metal brazing material bonding method, it is preferable that the holes are formed by etching each of the entire copper plates on both main surfaces. The entire copper plate bonded to both main surfaces of the ceramic substrate 11 is provided with the above first to fifth through holes 17, 18, 20, 21, 23 at the time of etching, and has an arc-shaped round shape 12 at the corner. A desired circuit pattern or a solid copper plate 13 is provided. The power module substrate 10 can be easily provided with first to fifth through holes 17, 18, 20, 21, 23 at desired positions close to the outer periphery of the desired copper plate 13. Residual stress generated in the ceramic substrate 11 portion close to the outer periphery can be prevented over the entire circumference.

上記のパワーモジュール用基板10は、回路パターン状の中の所定の銅板13上に搭載する半導体素子をボンディングワイヤを介して他の所定の銅板13と電気的に導通状態とし、更に他の銅板13を介して外部と電気的に導通状態としている。そして、パワーモジュール用基板10は、半導体素子に大電流を流すことで発生する高熱をセラミック基板11を介して裏面のベタ状の銅板13側に伝熱し、更にベタ状の銅板13から放熱できるようにしている。このパワーモジュール用基板10は、銅板13に大電流を流すことができるようにするために銅板13の厚みが厚くなっていると共に、セラミック基板11の両主面のそれぞれに銅板13を接合するときのセラミック基板11と銅板13の熱膨張係数差による反りの発生を防止するために裏面のベタ状の銅板13の厚みも同じような厚みとなっている。   In the power module substrate 10 described above, a semiconductor element mounted on a predetermined copper plate 13 in a circuit pattern is electrically connected to another predetermined copper plate 13 through a bonding wire, and the other copper plate 13 is further electrically connected. It is in electrical continuity with the outside via. The power module substrate 10 can transmit high heat generated by flowing a large current to the semiconductor element to the solid copper plate 13 on the back surface through the ceramic substrate 11, and further radiate heat from the solid copper plate 13. I have to. In the power module substrate 10, the thickness of the copper plate 13 is increased in order to allow a large current to flow through the copper plate 13, and the copper plate 13 is joined to each of the two main surfaces of the ceramic substrate 11. In order to prevent the occurrence of warping due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic substrate 11 and the copper plate 13, the thickness of the solid copper plate 13 on the back surface is the same.

本発明のパワーモジュール用基板は、高電圧の電流が流れ、大量の熱を発生する半導体素子を実装し、例えば、インバーター用や、自動車部品用等として用いるためのパワーモジュール用基板に利用することができる。   The power module substrate of the present invention is mounted with a semiconductor element that generates a large amount of heat through which a high-voltage current flows. For example, the power module substrate can be used as a power module substrate for use in an inverter, an automobile part, or the like. Can do.

10:パワーモジュール用基板、11:セラミック基板、12:アール、13:銅板、14:中点、15、15a、15b、15c、15d、15e:中心、16:第1の直線、17:第1の貫通孔、18:第2の貫通孔、19:第2の直線、20:第3の貫通孔、21:第4の貫通孔、22:第3の直線、23:第5の貫通孔   10: Power module substrate, 11: Ceramic substrate, 12: Earl, 13: Copper plate, 14: Midpoint, 15, 15a, 15b, 15c, 15d, 15e: Center, 16: First straight line, 17: First Through hole, 18: second through hole, 19: second straight hole, 20: third through hole, 21: fourth through hole, 22: third straight hole, 23: fifth through hole

Claims (3)

四角形状のセラミック基板の両主面のそれぞれに、コーナーに円弧形状のアールを備える1又は複数枚の銅板を接合するパワーモジュール用基板において、
前記銅板角部の前記アールの中点と前記円弧形状の中心を結ぶ第1の直線上に設けられ、前記アールの中点からの距離が前記円弧形状の中心までの距離より短い位置を中心とする第1の貫通孔と、
前記銅板角部の前記アールの中点と前記第1の貫通孔の中心を結んで延設する前記第1の直線上に設けられ、前記アールの中点からの距離が前記円弧形状の中心までの距離より長い位置を中心とする第2の貫通孔と、
前記第1、第2の貫通孔に隣接し前記銅板の直線状の辺部外縁と平行して延設する第2の直線上に設けられ、前記辺部外縁から前記第2の直線上までの距離が前記アールの中点から前記第1の貫通孔の中心までの距離と同等で、且つ前記辺部外縁の延設線から前記第1の貫通孔の中心までの距離より短いと共に、前記第2の貫通孔の中心からの距離が前記第1、第2の貫通孔の中心間距離と同等の位置を中心とする第3の貫通孔と、
前記銅板の前記辺部外縁と平行して延設する前記第2の直線上の前記銅板の一方の角部と他方の角部に設ける前記第3の貫通孔の中心間に複数個が設けられ、前記第1の貫通孔の中心と前記第3の貫通孔の中心間距離と近似する距離を隣接する中心間距離とする位置を中心とする第4の貫通孔と、
前記第2の直線より前記銅板の中央側で前記第2の直線と平行すると共に、前記第2の直線から前記第2の貫通孔の中心までの距離より短い位置に延設する第3の直線上に複数個が設けられ、前記第3の貫通孔の中心と前記第4の貫通孔の中心間、及び隣接する前記第4の貫通孔の中心間で千鳥構造となる位置を中心とする第5の貫通孔を有することを特徴とするパワーモジュール用基板。
In each of the main surfaces of the quadrangular ceramic substrate, in the power module substrate that joins one or more copper plates having arc-shaped rounded corners,
Centered on a first straight line connecting the midpoint of the rounded corner of the copper plate corner and the center of the arc shape, the distance from the midpoint of the round is shorter than the distance to the center of the arc shape A first through hole to be
Provided on the first straight line extending from the center of the radius of the corner of the copper plate and the center of the first through-hole, the distance from the center of the radius to the center of the arc shape A second through hole centered at a position longer than the distance of
Provided on a second straight line adjacent to the first and second through-holes and extending in parallel with a straight side outer edge of the copper plate, from the side outer edge to the second straight line; The distance is equal to the distance from the center of the radius to the center of the first through hole, and is shorter than the distance from the extending line of the outer edge of the side portion to the center of the first through hole. A third through hole centered at a position where the distance from the center of the two through holes is the same as the distance between the centers of the first and second through holes;
A plurality are provided between the center of the third through hole provided at one corner of the copper plate on the second straight line extending in parallel with the outer edge of the side of the copper plate and the other corner. A fourth through hole centered at a position where the distance between the center of the first through hole and the distance between the centers of the third through holes is a distance between adjacent centers;
A third straight line extending parallel to the second straight line on the center side of the copper plate from the second straight line and extending to a position shorter than the distance from the second straight line to the center of the second through hole. A plurality of elements are provided on the top and centered on a position where a staggered structure is formed between the center of the third through hole and the center of the fourth through hole and between the centers of the adjacent fourth through holes. 5. A power module substrate having 5 through holes.
請求項1記載のパワーモジュール用基板において、前記第1〜第5の貫通孔の孔径は、実質的に同一であることを特徴とするパワーモジュール用基板。   The power module substrate according to claim 1, wherein the first to fifth through holes have substantially the same diameter. 請求項1、又は2記載のパワーモジュール用基板において、前記第1〜第5の貫通孔は、前記セラミック基板に前記銅板を接合した後に、エッチング加工により形成された孔であることを特徴とするパワーモジュール用基板。   3. The power module substrate according to claim 1, wherein the first to fifth through holes are holes formed by etching after joining the copper plate to the ceramic substrate. Power module substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3696851B1 (en) 2019-02-18 2022-10-12 Infineon Technologies AG Semiconductor arrangement and method for producing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2815498B2 (en) * 1991-08-06 1998-10-27 同和鉱業株式会社 Ceramic-copper bonded substrate with excellent thermal shock resistance
DE4318241C2 (en) * 1993-06-02 1995-06-29 Schulz Harder Juergen Metal coated substrate with improved resistance to thermal shock
JPH08250823A (en) * 1995-03-10 1996-09-27 Toshiba Corp Ceramic circuit board
JP3115238B2 (en) * 1996-09-09 2000-12-04 株式会社東芝 Silicon nitride circuit board
JP4759384B2 (en) * 2005-12-20 2011-08-31 昭和電工株式会社 Semiconductor module
JP4867793B2 (en) * 2007-05-25 2012-02-01 株式会社豊田自動織機 Semiconductor device
JP2012114203A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Mitsubishi Electric Corp Insulation substrate, manufacturing method thereof, and power semiconductor device
JP2013175525A (en) * 2012-02-24 2013-09-05 Denki Kagaku Kogyo Kk Method of manufacturing ceramic circuit board, and circuit board
JP6028793B2 (en) * 2012-03-15 2016-11-16 富士電機株式会社 Semiconductor device

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