JP6462958B2 - 半導体実装用放熱ベース板およびその製造方法 - Google Patents
半導体実装用放熱ベース板およびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6462958B2 JP6462958B2 JP2018523629A JP2018523629A JP6462958B2 JP 6462958 B2 JP6462958 B2 JP 6462958B2 JP 2018523629 A JP2018523629 A JP 2018523629A JP 2018523629 A JP2018523629 A JP 2018523629A JP 6462958 B2 JP6462958 B2 JP 6462958B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat dissipation
- circuit layer
- dissipation base
- metal circuit
- crystal grain
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 114
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 160
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 160
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 160
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 118
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 77
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 62
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 20
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 31
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 18
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 8
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 8
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 7
- LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N Dimethyl ether Chemical compound COC LCGLNKUTAGEVQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 6
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 5
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 5
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 5
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 titanium-aluminum-boron Chemical compound 0.000 description 5
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910000521 B alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000010730 cutting oil Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical group [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000341 volatile oil Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/18—Measures for using chemical processes for influencing the surface composition of castings, e.g. for increasing resistance to acid attack
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/20—Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
- H01L23/142—Metallic substrates having insulating layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3736—Metallic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
- H05K1/0203—Cooling of mounted components
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
従来技術としてパワーモジュール用のセラミック絶縁基板ではセラミック基板の片方に金属回路が形成されると共に、他方の面に放熱面たるベース板を形成し、金属回路上にパワー半導体チップが接合されている。このようなパワーモジュール用基板は実使用環境ではパワー半導体に電力を供給する端子などを保持する筐体部品に対し接着剤などで一体に固定され、筐体部品と共にベース板はボルトやネジなどで締結される。
また、柱状晶組織が金属回路層に形成されると、半導体チップとの接合に不具合を生じ、柱状晶組織が放熱ベースの放熱面に形成されると、放熱特性に悪影響を与える。
なお、特許文献2に記載された発明は、絶縁基板とアルミニウム層との接合界面における結晶粒径を規制するものであり、絶縁基板と金属回路層との接合強度を高めるためのものであって、この発明とは技術思想が異なる。
また、この発明に係る半導体実装用放熱ベース板の製造方法は、半導体部品を実装するアルミニウムからなる金属回路層を鋳造により直接接合にて固着されるセラミックからなる絶縁基板と、前記絶縁基板を挟んで前記金属回路層の反対側に前記絶縁基板に鋳造により直接接合にて固着されるアルミニウムからなる放熱ベースとを備えた半導体実装用放熱ベース板を製造するにあたり、前記放熱ベースおよび前記金属回路層の鋳造時に、少なくとも1種類以上結晶粒微細化材を鋳型のキャビティ側表面の一部に付着させることで、前記放熱ベースまたは前記金属回路層の表面の少なくとも一部に結晶粒径を規制した結晶粒径規制領域を形成することを特徴とするものである。
この発明に係る実施の形態1を図1から図5までについて説明する。図1は半導体実装用放熱ベース板の構成を示す斜視図である。図2は鋳型の組立を示す側断面図である。図3は鋳造時の冷却工程を示す側断面図である。図4は鋳造後の半導体実装用放熱ベース板を示し、図4(a)は斜視図、図4(b)は図4(a)に示すIVb−IVb線における断面図である。図5はボルト締結穴開けと湯道の切断加工を示す斜視図である。
この実施の形態1では、金属回路層11として厚さ0.3〜1.5mmで純度99〜99.9%のアルミニウム、絶縁基板12として厚み0.3〜2mmの窒化アルミニウム、強度部材13として絶縁基板と同様の窒化アルミニウム、放熱ベース14として厚み1〜5mmの層構成にて、ボルト締結穴15として放熱ベース14の四隅に3〜8mmのボルト締結穴を具備する構成として説明する。ボルト締結穴15とその周辺部分とによって締結部CPが形成される。
これらそれぞれの突起24b,24cに対して、絶縁基板12と強度部材13を配置し然る後に上型26をかぶせて型開き防止用のボルト28で上型26と下型24を締結固定していく。離型膜の塗装、結晶粒微細化材25の塗装、絶縁基板12と強度部材13の配置、上型26と下型24の締結固定が完了した鋳型を鋳造工程に投入する。鋳造工程では、鋳型CS内での溶融アルミニウムの流動性を確保するため、鋳型CSをアルミニウムの融点以上の温度で予熱しておく。
図4(b)に示すように、放熱ベース14の四隅における締結穴15を含む締結部CPに相当する部分の放熱ベース14の表面部分には鋳造による結晶粒径を規制した結晶粒径規制領域CRが形成されている。放熱ベース14における結晶粒径規制領域CRが形成された表面と反対側の表面には放熱面HRが形成される。
ボルト締結穴15と湯道23部分のアルミニウムSAの切断には2通りの加工方法があり、1つ目はマシニングセンターやCNCフライス加工機を使用し、強度部材13が露出した面同士を万力やバイス等で固定し、放熱ベース板の結晶粒微細化した部分をドリルやエンドミルなどの切削工具で穴あけを行う。また、本実施の形態における構成では結晶粒微細化材25を使用しているとはいえ、放熱ベース14を形成する金属は99〜99.9%の純度の純アルミニウムであるため、切削くずが切削工具の刃先に溶着し構成刃先を形成し易く潤滑、冷却を目的として切削油の使用が必要である。また、湯道23部分もエンドミルやフライスカッターのような切削工具によって切断加工される。
この発明における構成要素は半導体チップを実装する金属回路層を直接接合にて固着した絶縁基板12と、絶縁基板12を挟んで金属回路層11の反対側に前記金属回路層11と同様の金属材料で形成された放熱ベース14が金属回路層11と同様に絶縁基板12に直接接合にて固着し、放熱ベース14の内部に絶縁基板12と隔絶された強度部材13を具備した半導体実装用放熱ベース板であり、前記金属回路層11と放熱ベース14を形成する金属は純度99〜99.9%程度のアルミニウムである。
特に、発明者等が試みた限りにおいては単位面積当たりに同量の結晶粒微細化材を塗布した場合、二ホウ化チタンや二ホウ化アルミニウムよりもチタン−アルミニウム合金の方がアルミニウムの結晶粒を細かく微細化した。すなわち、所定の平均粒径を目指す場合はチタン−アルミニウム合金の方が結晶粒を微細化する効果に優れ、少量の結晶粒微細化材で同様の効果が得られる。
これにより、鋳造による結晶粒径を規制して放熱ベースに設けられる締結部の表面における柱状晶組織の生成を抑制し、柱状晶組織による締結作用に対する悪影響を阻止することができる。
この構成により、放熱ベースの金属回路層側の金属回路層以外の最表面の平均結晶粒径を12mm以下とすることで締結穴形成時において結晶粒径に依存した穴形状の歪みバラつきを抑制した高品質の締結穴を提供できる。
これにより、鋳造時の冷却工程の指向性凝固の冷却速度バラつきに依存してコントロールが困難なアルミニウム結晶粒の粗大な柱状晶となるのを抑制することで、前記放熱ベースの半導体部品を実装する金属回路層側の金属回路層の以外の最表面の平均結晶粒径を12mm以下にコントロールし前項における効果と同様の効果を得る。
これにより、鋳型CSの一部の選択領域に結晶粒微細化材を付着させることにより、半導体実装用放熱ベース板の金属部分の結晶粒サイズを選択的に12mm以下にコントロールし、結晶粒の粗大な柱状晶化を抑制することが可能となる。
この発明に係る実施の形態2を図6について説明する。図6は柱状放熱フィンが一体になった半導体実装用放熱ベース板の構成を示す側面図である。
実施の形態2における半導体実装用放熱ベース板の構成を示す図6において、強度部材13が設けられた放熱ベース14には、半導体チップ74を実装する金属回路層11が絶縁基板12を介して固着され、放熱ベース14の放熱面HRを構成する放熱ベース14の下面には柱状の放熱フィン61が多数千鳥状に配置されている。
放熱ベース14の上面に絶縁基板12を介して固着されている金属回路層11には回路パターン溝72が形成されニッケルメッキ71およびハンダ73を介在して半導体チップ74からなる 半導体部品が実装される。
この構成により、柱状の放熱フィンが多数千鳥状に配置されている放熱ベースについて、鋳造による結晶粒径を規制して放熱ベースに設けられる締結部の表面における柱状晶組織の生成を抑制し、柱状晶組織による締結作用に対する悪影響を阻止することができる。
この発明に係る実施の形態3を図7および図8について説明する。図7は半導体の実装状態を示し、図7(a)は斜視図、図7(b)は側面図である。図8は金属回路層の組織を微細化した半導体実装用放熱ベース板を示す側面図である。
この構成により、金属回路層11の最表面の平均結晶粒径を12mm以下とすることで実使用時の温度サイクルで結晶粒界を起点として結晶粒毎に熱膨張量が異なって金属回路層11上に接合する半導体チップ74に曲げ応力が発生して破損することや、半導体チップ74と金属回路層11の界面が剥離する不良の発生を抑制する効果がある。
これにより、鋳造時の冷却工程の指向性凝固の冷却速度バラつきに依存してコントロールが困難なアルミニウム結晶粒の粗大な柱状晶となるのを抑制することで、前記放熱ベースの半導体部品実装する金属回路層側の最表面の平均結晶粒径を12mm以下にコントロールし前項における効果を得る。
この発明に係る実施の形態4を図9および図10について説明する。図9は半導体実装用放熱ベース板の取付状態を示す側面図である。図10は放熱面の組織を微細化した半導体実装用放熱ベース板を示す側面図である。
同様に、実使用時の温度サイクルで反り量が経時的に変化すると放熱ベース14の放熱面HRと冷却装置側の接触面の間で放熱グリースが放熱ベースの反り変形に合わせて流動し、放熱グリース内部にボイドを発生させるポンプアウト現象を起こし、初期と比較して接触熱抵抗が高くなり放熱性が悪化する。最終的には放熱性が悪化した結果として、半導体チップの駆動時の発熱を冷却しきれなくなりチップ破損につながる可能性が高くなる。
この構成により、鋳造時の冷却工程の指向性凝固の冷却速度バラつきに依存してコントロールが困難なアルミニウム結晶粒の粗大な柱状晶となるのを抑制することで、前記放熱ベースの放熱面の最表面の平均結晶粒径を12mm以下にコントロールし、実使用時における温度サイクルが加わるにつれ半導体実装用放熱ベース板の放熱面の平面度が悪化するのを防止する効果がある。
これにより、鋳造時の冷却工程の指向性凝固の冷却速度バラつきに依存してコントロールが困難なアルミニウム結晶粒の粗大な柱状晶となるのを抑制することで、前項における前記放熱ベースの半導体部品実装する放熱面の平均結晶粒径を12mm以下にコントロールし前項における効果を得る。
Claims (10)
- 導体部品を実装するアルミニウムからなる金属回路層を固着されるセラミックからなる絶縁基板と、前記絶縁基板を挟んで前記金属回路層の反対側において前記絶縁基板に固着されるアルミニウムからなる放熱ベースとを備え、
前記放熱ベースまたは前記金属回路層の表面の少なくとも一部に結晶粒径を規制した結晶粒径規制領域を設けると共に、
前記結晶粒径規制領域における平均結晶粒径が前記金属回路層および前記放熱ベースの他の領域における平均結晶粒径より小さい
ことを特徴とする半導体実装用放熱ベース板。 - 前記放熱ベースに設けられる締結部を備え、前記締結部の表面を少なくとも含む前記放熱ベースの表面に前記結晶粒径規制領域を設けたことを特徴とする請求項1に記載の半導体実装用放熱ベース板。
- 前記金属回路層の表面に前記結晶粒径規制領域を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体実装用放熱ベース板。
- 前記放熱ベースの放熱面に前記結晶粒径規制領域を設けたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体実装用放熱ベース板。
- 前記金属回路層と前記放熱ベースとを純度99〜99.9%のアルミニウムにより構成するとともに、前記結晶粒径規制領域における平均結晶粒径を12mm以下としたことを特徴とする請求項1に記載の半導体実装用放熱ベース板。
- 前記放熱ベースと前記金属回路層の表面高さを合わせることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体実装用放熱ベース板。
- 半導体部品を実装するアルミニウムからなる金属回路層を鋳造により直接接合にて固着されるセラミックからなる絶縁基板と、前記絶縁基板を挟んで前記金属回路層の反対側に前記絶縁基板に鋳造により直接接合にて固着されるアルミニウムからなる放熱ベースとを備えた半導体実装用放熱ベース板を製造するにあたり、前記放熱ベースおよび前記金属回路層の鋳造時に、少なくとも1種類以上結晶粒微細化材を鋳型のキャビティ側表面の一部に付着させることで、前記放熱ベースまたは前記金属回路層の表面の少なくとも一部に結晶粒径を規制した結晶粒径規制領域を形成することを特徴とする半導体実装用放熱ベース板の製造方法。
- 前記鋳型のキャビティ側表面の前記放熱ベースに設けられる締結部の表面を少なくとも含む前記放熱ベースの一部に対向する部分に、鋳造に際し少なくとも1種類以上結晶粒微細化材を付着させることを特徴とする請求項7に記載の半導体実装用放熱ベース板の製造方法。
- 前記鋳型のキャビティ側表面の前記金属回路層に対向する部分に、鋳造に際し少なくとも1種類以上結晶粒微細化材を付着させることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体実装用放熱ベース板の製造方法。
- 前記鋳型のキャビティ側表面の前記放熱ベースの放熱面に対向する部分に鋳造に際し少なくとも1種類以上結晶粒微細化材を付着させることを特徴とする請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の半導体実装用放熱ベース板の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016119439 | 2016-06-16 | ||
JP2016119439 | 2016-06-16 | ||
PCT/JP2017/019898 WO2017217221A1 (ja) | 2016-06-16 | 2017-05-29 | 半導体実装用放熱ベース板およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017217221A1 JPWO2017217221A1 (ja) | 2018-08-09 |
JP6462958B2 true JP6462958B2 (ja) | 2019-01-30 |
Family
ID=60663139
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018523629A Active JP6462958B2 (ja) | 2016-06-16 | 2017-05-29 | 半導体実装用放熱ベース板およびその製造方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10898946B2 (ja) |
JP (1) | JP6462958B2 (ja) |
KR (1) | KR102159517B1 (ja) |
CN (1) | CN109417059B (ja) |
DE (1) | DE112017002999B4 (ja) |
WO (1) | WO2017217221A1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112017002999B4 (de) * | 2016-06-16 | 2022-03-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleiter-montage-wärmeabführungs-basisplatte und herstellungsverfahren für dieselbe |
JP6940997B2 (ja) * | 2017-07-31 | 2021-09-29 | Dowaメタルテック株式会社 | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 |
JP7062464B2 (ja) * | 2018-02-21 | 2022-05-06 | Dowaメタルテック株式会社 | アルミニウム-セラミックス接合基板およびその製造方法 |
JP7147313B2 (ja) * | 2018-07-18 | 2022-10-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 金属ベース基板 |
JP6750809B1 (ja) * | 2019-04-22 | 2020-09-02 | 三菱電機株式会社 | 冷却器 |
JP7170614B2 (ja) * | 2019-09-18 | 2022-11-14 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
JP7383582B2 (ja) | 2020-07-29 | 2023-11-20 | Dowaメタルテック株式会社 | アルミニウム-セラミックス接合基板およびその製造方法 |
JP2022048812A (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-28 | Dowaメタルテック株式会社 | 放熱部材およびその製造方法 |
CN113097079B (zh) * | 2021-03-31 | 2023-11-17 | 光华临港工程应用技术研发(上海)有限公司 | 一种功率半导体模块制造方法 |
Family Cites Families (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5318970B2 (ja) * | 1972-07-11 | 1978-06-17 | ||
US5614043A (en) * | 1992-09-17 | 1997-03-25 | Coors Ceramics Company | Method for fabricating electronic components incorporating ceramic-metal composites |
JPH08330507A (ja) * | 1995-05-30 | 1996-12-13 | Motorola Inc | ハイブリッド・マルチチップ・モデュールおよびその製造方法 |
JPH09315875A (ja) | 1996-05-29 | 1997-12-09 | Dowa Mining Co Ltd | アルミニウム−セラミックス複合基板及びその製造方法 |
JP2001168250A (ja) * | 1999-12-10 | 2001-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体用絶縁基板およびそれを用いた半導体装置並びに該基板の製造方法 |
JP2001316502A (ja) * | 2000-04-28 | 2001-11-16 | Jsr Corp | 伝熱性シートおよびそれを用いた加熱構造、放熱構造、電気的検査方法および装置。 |
US6901648B2 (en) * | 2001-08-31 | 2005-06-07 | General Electric Company | Method of manufacturing a nickel-base alloy welding filler metal |
US6967982B2 (en) * | 2001-12-25 | 2005-11-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a strain reduction cushion function, semiconductor laser module, and semiconductor laser device fabrication method |
US7128979B2 (en) * | 2002-04-19 | 2006-10-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Circuit board, method of producing same, and power module |
EP1518847B1 (en) * | 2003-09-29 | 2013-08-28 | Dowa Metaltech Co., Ltd. | Aluminum/ceramic bonding substrate and method for producing same |
KR20110124372A (ko) * | 2004-04-05 | 2011-11-16 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | Al/AlN 접합체, 전력 모듈용 기판 및 전력 모듈, 그리고 Al/AlN 접합체의 제조 방법 |
JP4228303B2 (ja) * | 2004-04-12 | 2009-02-25 | 住友電気工業株式会社 | 半導体発光素子搭載部材と、それを用いた半導体発光装置 |
US7749430B2 (en) * | 2005-01-20 | 2010-07-06 | A.L.M.T. Corp. | Member for semiconductor device and production method thereof |
JP5186719B2 (ja) * | 2005-08-29 | 2013-04-24 | 日立金属株式会社 | セラミックス配線基板、その製造方法及び半導体モジュール |
JP4965305B2 (ja) | 2006-03-31 | 2012-07-04 | Dowaメタルテック株式会社 | 金属−セラミックス接合基板の製造方法 |
JP4748074B2 (ja) * | 2007-02-01 | 2011-08-17 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板、その製造方法、パワーモジュール |
JP4965314B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-07-04 | Dowaメタルテック株式会社 | 金属−セラミックス接合基板の製造装置 |
JP5028147B2 (ja) * | 2007-05-29 | 2012-09-19 | 株式会社アライドマテリアル | 半導体装置用ヒートスプレッダとその製造方法 |
JP5119753B2 (ja) * | 2007-06-11 | 2013-01-16 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板並びにパワーモジュール |
US8564118B2 (en) * | 2008-06-06 | 2013-10-22 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate, power module, and method for manufacturing power module substrate |
JP4567773B2 (ja) * | 2008-07-18 | 2010-10-20 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
JP5675610B2 (ja) * | 2009-07-24 | 2015-02-25 | 株式会社東芝 | 窒化珪素製絶縁シートおよびそれを用いた半導体モジュール構造体 |
JP5478178B2 (ja) | 2009-09-30 | 2014-04-23 | Dowaメタルテック株式会社 | 金属−セラミックス接合基板の製造方法および製造装置 |
JP5686606B2 (ja) * | 2010-01-12 | 2015-03-18 | 日本軽金属株式会社 | フィン一体型基板の製造方法およびフィン一体型基板 |
WO2011149065A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 京セラ株式会社 | 回路基板およびこれを用いた電子装置 |
JP5614127B2 (ja) * | 2010-06-28 | 2014-10-29 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板及びその製造方法 |
JP5772021B2 (ja) | 2011-02-03 | 2015-09-02 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール用基板 |
WO2012169408A1 (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | 京セラ株式会社 | 回路基板およびこれを備える電子装置 |
US9799627B2 (en) * | 2012-01-19 | 2017-10-24 | Semiconductor Components Industries, Llc | Semiconductor package structure and method |
JP6044097B2 (ja) * | 2012-03-30 | 2016-12-14 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板、冷却器付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
JP5947104B2 (ja) | 2012-05-18 | 2016-07-06 | 昭和電工株式会社 | 電子素子搭載用基板 |
EP2911192B1 (en) * | 2012-10-16 | 2021-05-05 | Mitsubishi Materials Corporation | Substrate for power module with heat sink, power module with heat sink, and method for producing substrate for power module with heat sink |
EP2940719B1 (en) * | 2012-12-25 | 2019-01-30 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module |
JP6098168B2 (ja) * | 2013-01-09 | 2017-03-22 | 株式会社Ihi | 鋳型及びその製造方法並びに鋳造品の鋳造方法 |
DE112015003487T5 (de) * | 2014-07-29 | 2017-05-11 | Denka Company Limited | Keramische Leiterplatte und Verfahren zur Herstellung der selben |
US10014237B2 (en) | 2014-12-16 | 2018-07-03 | Kyocera Corporation | Circuit board having a heat dissipating sheet with varying metal grain size |
WO2016121660A1 (ja) | 2015-01-29 | 2016-08-04 | 京セラ株式会社 | 回路基板および電子装置 |
DE112017002999B4 (de) * | 2016-06-16 | 2022-03-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleiter-montage-wärmeabführungs-basisplatte und herstellungsverfahren für dieselbe |
-
2017
- 2017-05-29 DE DE112017002999.6T patent/DE112017002999B4/de active Active
- 2017-05-29 US US16/080,163 patent/US10898946B2/en active Active
- 2017-05-29 JP JP2018523629A patent/JP6462958B2/ja active Active
- 2017-05-29 WO PCT/JP2017/019898 patent/WO2017217221A1/ja active Application Filing
- 2017-05-29 CN CN201780029589.XA patent/CN109417059B/zh active Active
- 2017-05-29 KR KR1020187035504A patent/KR102159517B1/ko active IP Right Grant
-
2020
- 2020-12-23 US US17/132,708 patent/US11484936B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20190008275A (ko) | 2019-01-23 |
CN109417059B (zh) | 2022-04-26 |
WO2017217221A1 (ja) | 2017-12-21 |
CN109417059A (zh) | 2019-03-01 |
JPWO2017217221A1 (ja) | 2018-08-09 |
US10898946B2 (en) | 2021-01-26 |
US20210121943A1 (en) | 2021-04-29 |
DE112017002999B4 (de) | 2022-03-24 |
DE112017002999T5 (de) | 2019-02-21 |
US20190111467A1 (en) | 2019-04-18 |
KR102159517B1 (ko) | 2020-09-24 |
US11484936B2 (en) | 2022-11-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6462958B2 (ja) | 半導体実装用放熱ベース板およびその製造方法 | |
JP5686606B2 (ja) | フィン一体型基板の製造方法およびフィン一体型基板 | |
JP5125241B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
EP3358615B1 (en) | Silicon nitride circuit board and semiconductor module using same | |
JP2018163995A (ja) | 半導体実装用放熱ベース板及びその製造方法並びに製造装置 | |
WO2016125635A1 (ja) | 窒化珪素回路基板およびそれを用いた電子部品モジュール | |
CN111448654B (zh) | 用于电子部件的散热器、具有这种散热器的电子组件和制造这种散热器的方法 | |
CN106856180A (zh) | 一种焊接igbt模块的方法 | |
JP2008235672A (ja) | 半導体装置、及び半導体装置の製造方法 | |
JP6940997B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
JP4915013B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
JP4821013B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
JP7062464B2 (ja) | アルミニウム-セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
JP5724273B2 (ja) | パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール、パワーモジュール用基板の製造方法及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
US6597574B2 (en) | Radiator plate and process for manufacturing the same | |
JP4543275B2 (ja) | アルミニウム−セラミックス接合基板およびその製造方法 | |
JP6201297B2 (ja) | 銅板付きパワーモジュール用基板及び銅板付きパワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP2002057256A (ja) | 複合材料 | |
JP2002299532A (ja) | Al−SiC系複合体および放熱部品 | |
JP2013211288A (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP6491058B2 (ja) | 中継基板および電子装置 | |
JP2003306730A (ja) | Al−SiC系複合体および放熱部品 | |
JP2003318316A (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP2009016527A (ja) | パワーモジュールとその放熱板・セラミック層接合基板の製造方法 | |
CN102646604B (zh) | 自带散热器的功率模块用基板及其制造方法以及功率模块 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180416 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180416 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181204 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181227 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6462958 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |