JPH01214194A - 熱伝導性基板 - Google Patents
熱伝導性基板Info
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- JPH01214194A JPH01214194A JP4012188A JP4012188A JPH01214194A JP H01214194 A JPH01214194 A JP H01214194A JP 4012188 A JP4012188 A JP 4012188A JP 4012188 A JP4012188 A JP 4012188A JP H01214194 A JPH01214194 A JP H01214194A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
この発明は、パワー半導体モジュール基板等に適用され
るｔ熱伝導性基板に関する。
るｔ熱伝導性基板に関する。
（従来の技術及びその課題）
近年、パワー半導体素子に対し、高密度集積化、ハイブ
リット化、更には第電流制御等の種々の要求が高まって
いる。このような要求を満たそうとすると、半導体素子
から発生する多量の熱による温度上昇が聞届となる。こ
のため、発生する熱を有効に放出して半導体素子の温度
上昇を防止する必要がある。
リット化、更には第電流制御等の種々の要求が高まって
いる。このような要求を満たそうとすると、半導体素子
から発生する多量の熱による温度上昇が聞届となる。こ
のため、発生する熱を有効に放出して半導体素子の温度
上昇を防止する必要がある。
このようなことから、従来、第３図に示すように、放熱
基板を用いたパワー半導体モジュールが多用されている
。第３図中、１はＣｕ等の良熱伝導性金属からなるヒー
トシンクであり、このヒートシンク１上には半田層２及
び接合層３を介して、後述する熱拡散板との間を絶縁す
るためのＡｌ２Ｏ３からなる第１の絶縁板４が形成され
ている。この絶縁板４の上には、接合層５及び半田層６
を介してＣｕ等でつくられた熱拡散板７が形成されてい
る。この熱拡散板７の上には実装される半導体素子との
絶縁を図るために、Ａｌ２Ｏ３からなる第２の絶縁板１
０が半田層８及び接合層９を介して設けられている。第
２の絶縁板１０の上には拡散層１１及び半田層１２を介
して半導体素子１３が設けられている。
基板を用いたパワー半導体モジュールが多用されている
。第３図中、１はＣｕ等の良熱伝導性金属からなるヒー
トシンクであり、このヒートシンク１上には半田層２及
び接合層３を介して、後述する熱拡散板との間を絶縁す
るためのＡｌ２Ｏ３からなる第１の絶縁板４が形成され
ている。この絶縁板４の上には、接合層５及び半田層６
を介してＣｕ等でつくられた熱拡散板７が形成されてい
る。この熱拡散板７の上には実装される半導体素子との
絶縁を図るために、Ａｌ２Ｏ３からなる第２の絶縁板１
０が半田層８及び接合層９を介して設けられている。第
２の絶縁板１０の上には拡散層１１及び半田層１２を介
して半導体素子１３が設けられている。
このように、従来のパワー半導体モジュールに用いられ
る放熱基板は非常に複雑な構造になってしまうという欠
点を有する。これは、絶縁基板として多用されているＡ
ｌ２Ｏ３は耐電圧が１００ｋＶ／ｃｍと良好であるもの
の、熱伝導率が２０Ｗ／ Ｃｍ φｋ）と低いため、Ａ
ｌ２Ｏ３のみでは熱放出が不十分だからである。従って
、放熱基板をこのようにＣｕ等の良熱伝導性材料とＡｌ
２Ｏ３との禎層構造にして放熱性及び絶縁性を両方満足
させているのである。
る放熱基板は非常に複雑な構造になってしまうという欠
点を有する。これは、絶縁基板として多用されているＡ
ｌ２Ｏ３は耐電圧が１００ｋＶ／ｃｍと良好であるもの
の、熱伝導率が２０Ｗ／ Ｃｍ φｋ）と低いため、Ａ
ｌ２Ｏ３のみでは熱放出が不十分だからである。従って
、放熱基板をこのようにＣｕ等の良熱伝導性材料とＡｌ
２Ｏ３との禎層構造にして放熱性及び絶縁性を両方満足
させているのである。
一方、近時、熱伝導性及び絶縁性に優れたＡｌＮ、Ｓｉ
Ｃ等に注目し、このような材料で形成された基材上にＣ
ｕ等からなる導電性部材を接合してモジュール基板を作
成することが試みられている。特にＡｌＮは熱伝導率が
極めて高いため注目されている材料である。このように
モジュール基板を構成すれば、上述のＡｌ２Ｏ３及びＣ
ｕ等との積層体を用いる場合と比較して構造が極めて簡
略である。
Ｃ等に注目し、このような材料で形成された基材上にＣ
ｕ等からなる導電性部材を接合してモジュール基板を作
成することが試みられている。特にＡｌＮは熱伝導率が
極めて高いため注目されている材料である。このように
モジュール基板を構成すれば、上述のＡｌ２Ｏ３及びＣ
ｕ等との積層体を用いる場合と比較して構造が極めて簡
略である。
しかしながら、ＡｌＮ等はろう材に対する濡れ性が低い
ため、銀ろう等で基材と導電性部材とを接合しても、十
分な接合強度を得ることが困難である。
ため、銀ろう等で基材と導電性部材とを接合しても、十
分な接合強度を得ることが困難である。
この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、構造が簡略で放熱性が良好であり、且つ基材と導電性
層との間の接合力が高い夕熱伝導性基板を提供すること
を目的とする。
、構造が簡略で放熱性が良好であり、且つ基材と導電性
層との間の接合力が高い夕熱伝導性基板を提供すること
を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
この発明に係る藪熱伝導性基板は、表面に導電層形成領
域を有するＡｌＮ基材と、この基材表面の導電層形成領
域以外の部分に不活性層を形成してこの基材を高温真空
下に保持することにより導電層形成領域のみを活性化し
、この領域に金属蒸気を接触させることにより形成され
る導電性層とを具備することを特徴とする。この場合に
、前記金属蒸気は、Ｎ１５ＦｅＳＣｕＳＴＬ又はこれら
の合金を含んでいることが好ましい。これにより、Ｎ
ｉ −Ａ １合金、Ｆ、ｅ−Ａ１合金、Ｃｕ−Ａｌ合金
又はＴｉＮで形成された導電性層を形成することができ
る。また、不活性層をＢＮ又はグラファイトで形成する
ことが好ましい。更に、ＡｕＳＡｇ又はＣｕ等を含むめ
っき層を前記導電層の上に形成することもできる。
域を有するＡｌＮ基材と、この基材表面の導電層形成領
域以外の部分に不活性層を形成してこの基材を高温真空
下に保持することにより導電層形成領域のみを活性化し
、この領域に金属蒸気を接触させることにより形成され
る導電性層とを具備することを特徴とする。この場合に
、前記金属蒸気は、Ｎ１５ＦｅＳＣｕＳＴＬ又はこれら
の合金を含んでいることが好ましい。これにより、Ｎ
ｉ −Ａ １合金、Ｆ、ｅ−Ａ１合金、Ｃｕ−Ａｌ合金
又はＴｉＮで形成された導電性層を形成することができ
る。また、不活性層をＢＮ又はグラファイトで形成する
ことが好ましい。更に、ＡｕＳＡｇ又はＣｕ等を含むめ
っき層を前記導電層の上に形成することもできる。
（作用）
この発明においては、ＡｌＮと金属蒸気とを反応させて
ＡｌＮ基材の上に導電性層を形成するので、基材と導電
性層との接合力が大きい。また、ＡｌＮは熱伝導率が極
めて高く、また絶縁性も高いので、ＡｌＮ基材に導電性
層を形成しただけの極めて簡略な構造にすることができ
る。
ＡｌＮ基材の上に導電性層を形成するので、基材と導電
性層との接合力が大きい。また、ＡｌＮは熱伝導率が極
めて高く、また絶縁性も高いので、ＡｌＮ基材に導電性
層を形成しただけの極めて簡略な構造にすることができ
る。
（実施例）
以下、添付図面を参照してこの発明の実施例について詳
細に説明する。第１図はこの実施例に係る良熱伝導性基
板を示す断面図である。導熱伝導性基板２０は、表面に
導電性層形成領域２２を有する板状のＡｌＮ基材２１と
、導電性層形成領域２２上に形成された導電性層２３と
を備えている。そして、導電性層２３上に半導体素子が
接合されるようになっている。なお、導電性層２３上に
めっき層を形成してその上に半導体素子を接合すること
もできる。この場合に、めっき層をＡｕ。
細に説明する。第１図はこの実施例に係る良熱伝導性基
板を示す断面図である。導熱伝導性基板２０は、表面に
導電性層形成領域２２を有する板状のＡｌＮ基材２１と
、導電性層形成領域２２上に形成された導電性層２３と
を備えている。そして、導電性層２３上に半導体素子が
接合されるようになっている。なお、導電性層２３上に
めっき層を形成してその上に半導体素子を接合すること
もできる。この場合に、めっき層をＡｕ。
Ａｇ又はＣｕ等で形成することができる。
導電性層２３は、例えばＮ ｉ −Ａ １合金、Ｆｅ−
Ａ１合金、Ｃｕ−Ａｌ合金又はＴｉＮで形成されている
。この中でＴｉＮはセラミック材料であるが良好な導電
性を示す。この導電性層２３は基材２１表面の導電性層
形成領域２２を高温真空下に保持し、領域２２に金属蒸
気を接触させてＡｌＮと蒸気状の金属とが反応すること
により得ることができる。導電性層２３を前述のような
材料で形成する場合には、金属蒸気として、Ｎｉ１Ｆｅ
ＳＣｕ、Ｔｉ又はこれらの合金を用いることができる。
Ａ１合金、Ｃｕ−Ａｌ合金又はＴｉＮで形成されている
。この中でＴｉＮはセラミック材料であるが良好な導電
性を示す。この導電性層２３は基材２１表面の導電性層
形成領域２２を高温真空下に保持し、領域２２に金属蒸
気を接触させてＡｌＮと蒸気状の金属とが反応すること
により得ることができる。導電性層２３を前述のような
材料で形成する場合には、金属蒸気として、Ｎｉ１Ｆｅ
ＳＣｕ、Ｔｉ又はこれらの合金を用いることができる。
ＡｌＮ基材２１表面の導電性層形成領域２２の部分のみ
に、導電性層２３を形成するためには、基材２１表面の
導電性層形成領域２２以外の領域にＢＮ又はグラファイ
ト等の不活性物質で構成された不活性層を形成し、前述
の反応が導電性層形成領域２２のみで生ずるようにする
。
に、導電性層２３を形成するためには、基材２１表面の
導電性層形成領域２２以外の領域にＢＮ又はグラファイ
ト等の不活性物質で構成された不活性層を形成し、前述
の反応が導電性層形成領域２２のみで生ずるようにする
。
次に、この発明の良熱伝導性基板を製造するための装置
の一例について第２図を参照しながら説明する。第２図
中、３１は真空容器であり、その側壁下部には排気口３
２が設けられていて、図示しない排気装置により排気口
１２を介して真空容器３１内が排気されるようになって
いる。この真空容器内３１内には反応容器３３が配設さ
れており、この容器３３内には、導電性層形成領域２２
を有するＡｌＮ基材２１とＮｉ等で形成された金属板３
４とが対向して設けられている。また、真空容器３１に
は反応容器３３の外側にヒータ３５が設置されている。
の一例について第２図を参照しながら説明する。第２図
中、３１は真空容器であり、その側壁下部には排気口３
２が設けられていて、図示しない排気装置により排気口
１２を介して真空容器３１内が排気されるようになって
いる。この真空容器内３１内には反応容器３３が配設さ
れており、この容器３３内には、導電性層形成領域２２
を有するＡｌＮ基材２１とＮｉ等で形成された金属板３
４とが対向して設けられている。また、真空容器３１に
は反応容器３３の外側にヒータ３５が設置されている。
このような装置により良熱伝導性基板を形成するために
は、先ず、排気手段により真空容器３１内をＩ Ｘ １
０−４Ｔｏｒｒ以下の圧力にし、ヒータ３５により１１
００℃以上に加熱する。そうすると、ＡｌＮ基材２１表
面の導電性層形成領域２２が活性化すると共に、反応容
器３３内が金属蒸気の雰囲気となる。このため、導電性
層形成領域２２においてＡｌＮと金属とが反応して領域
２２上に導電性層２３が形成される。金属板３４がＮｉ
、Ｆｅ５Ｃｕ又はこれらの合金製の場合には、ＡｌＨの
ＡｌとＮｉ等とが反応してＮｉ−Ａｌ合金等の導電性層
が形成されるが、金属板がＴｉ又はＴｉ合金の場合には
、ＡｌＮのＮとＴｉとが反応してＴｉＮの導電性層が形
成される。この場合に、不活性層を構成するＢＮ又はグ
ラファイト等は、高温真空下においても不活性であり、
蒸気状の金属とは反応しないので、導電性層形成領域２
２以外の領域には導電性層２３が形成されることはない
。
は、先ず、排気手段により真空容器３１内をＩ Ｘ １
０−４Ｔｏｒｒ以下の圧力にし、ヒータ３５により１１
００℃以上に加熱する。そうすると、ＡｌＮ基材２１表
面の導電性層形成領域２２が活性化すると共に、反応容
器３３内が金属蒸気の雰囲気となる。このため、導電性
層形成領域２２においてＡｌＮと金属とが反応して領域
２２上に導電性層２３が形成される。金属板３４がＮｉ
、Ｆｅ５Ｃｕ又はこれらの合金製の場合には、ＡｌＨの
ＡｌとＮｉ等とが反応してＮｉ−Ａｌ合金等の導電性層
が形成されるが、金属板がＴｉ又はＴｉ合金の場合には
、ＡｌＮのＮとＴｉとが反応してＴｉＮの導電性層が形
成される。この場合に、不活性層を構成するＢＮ又はグ
ラファイト等は、高温真空下においても不活性であり、
蒸気状の金属とは反応しないので、導電性層形成領域２
２以外の領域には導電性層２３が形成されることはない
。
次に、具体的な実施例について説明する。
実施例１
パワーモジュールの導電性層形成領域に対応する所定形
状をした厚さ０．３Ｈのステンレス製のマスクをＡｌＮ
基材表面に配した後、ＢＮスプレー（商品名ルービーエ
フ）によって、導電性層の形成を必要としない部分にＢ
Ｎを塗布し不活性層を形成した。その後、ＡｌＮ基材の
ステンレスマスクを除去し、このＡｌＮ基材をアルミナ
容器内に配設した。次に、この容器内に、基材から約５
■離隔させて基材と対向するようにＮｉ板を設置した。
状をした厚さ０．３Ｈのステンレス製のマスクをＡｌＮ
基材表面に配した後、ＢＮスプレー（商品名ルービーエ
フ）によって、導電性層の形成を必要としない部分にＢ
Ｎを塗布し不活性層を形成した。その後、ＡｌＮ基材の
ステンレスマスクを除去し、このＡｌＮ基材をアルミナ
容器内に配設した。次に、この容器内に、基材から約５
■離隔させて基材と対向するようにＮｉ板を設置した。
このアルミナ容器を真空炉中に設置した後、炉内を約２
Ｘ １０′５Ｔｏｒｒにし、１２３０℃まで昇温して
３時間保持した。冷却後、炉から基材を取出し、これを
アセトン中で超音波洗浄した後観察したところ、ＢＮス
プレーされた領域はＡｌＮ基材の表面が露出しており、
それ以外の領域はＮｉ−Ａ１合金の導電性層が形成され
ていた。この導電性層に半導体素子を半田により接合し
、半導体モジュールとした。この半導体モジュールの熱
伝導率は１２０Ｗ／ （ｍ 争Ｋ）であり、Ａ１□０３
基板を用いた場合よりも１桁高い値を示した。また、こ
の導電性層は、ＡｌＮとＮｉとの反応により形成された
ものであるため、結合性が高く、室温から２００℃まで
の繰返し加熱にも十分に耐えることができた。
Ｘ １０′５Ｔｏｒｒにし、１２３０℃まで昇温して
３時間保持した。冷却後、炉から基材を取出し、これを
アセトン中で超音波洗浄した後観察したところ、ＢＮス
プレーされた領域はＡｌＮ基材の表面が露出しており、
それ以外の領域はＮｉ−Ａ１合金の導電性層が形成され
ていた。この導電性層に半導体素子を半田により接合し
、半導体モジュールとした。この半導体モジュールの熱
伝導率は１２０Ｗ／ （ｍ 争Ｋ）であり、Ａ１□０３
基板を用いた場合よりも１桁高い値を示した。また、こ
の導電性層は、ＡｌＮとＮｉとの反応により形成された
ものであるため、結合性が高く、室温から２００℃まで
の繰返し加熱にも十分に耐えることができた。
実施例２
実施例１と同様、パワーモジュールの導電性層形成領域
に対応する所定形状をした厚さ０．３■ｌのステンレス
製のマスクをＡｌＮ基材表面に配した後、グラファイト
スプレー（商品名アクアダック）によって、導電性層の
形成を必要としない部分にグラファイトを塗布し不活性
層を形成した。
に対応する所定形状をした厚さ０．３■ｌのステンレス
製のマスクをＡｌＮ基材表面に配した後、グラファイト
スプレー（商品名アクアダック）によって、導電性層の
形成を必要としない部分にグラファイトを塗布し不活性
層を形成した。
その後、ＡｌＮ基材のステンレスマスクを除去し、この
ＡｌＮ基材をアルミナ容器内に配設した。次に、この容
器内に、基材から約５Ｉｌｌ離隔させて基材と対向する
ようにＴｉ板を設置した。このアルミナ容器を真空炉中
に設置した後、炉内を約２ ｘ １０′５Ｔｏｒｒにし
、１１８０℃まで昇温しで１．５時間保持した。冷却後
、炉から基材を取出し、これをアセトン中で超音波洗浄
した後観察したところ、グラファイトスプレーされた領
域はＡｌＮ基材の表面が露出しており、それ以外の領域
はＴｉＮの導電性層が形成されていた。この導電性層に
Ｃｕめっきした後、半導体素子を半田により接合し、半
導体モジュールとした。この半導体モジュールの熱伝導
率は実施例１と同等な１１５Ｗ／ （ｍ −Ｋ）であり
、半導体モジュールとしての特性も同等であった。
ＡｌＮ基材をアルミナ容器内に配設した。次に、この容
器内に、基材から約５Ｉｌｌ離隔させて基材と対向する
ようにＴｉ板を設置した。このアルミナ容器を真空炉中
に設置した後、炉内を約２ ｘ １０′５Ｔｏｒｒにし
、１１８０℃まで昇温しで１．５時間保持した。冷却後
、炉から基材を取出し、これをアセトン中で超音波洗浄
した後観察したところ、グラファイトスプレーされた領
域はＡｌＮ基材の表面が露出しており、それ以外の領域
はＴｉＮの導電性層が形成されていた。この導電性層に
Ｃｕめっきした後、半導体素子を半田により接合し、半
導体モジュールとした。この半導体モジュールの熱伝導
率は実施例１と同等な１１５Ｗ／ （ｍ −Ｋ）であり
、半導体モジュールとしての特性も同等であった。
［発明の効果］
この発明によれば、ＡｌＮ基材と金属蒸気を反応させて
導電性層を形成するので、基材と導電性層との接合力を
極めて高くすることができる。また、ＡｌＮはそれ自体
熱伝導率が極めて高いので良好な熱伝導性を得ることが
できる。更に、ＡｌＮは高熱伝導性に加え絶縁性も高い
ので、ＡｌＮ基材上に直接導電性層を形成することがで
き、構造を極めて簡略化することができる。
導電性層を形成するので、基材と導電性層との接合力を
極めて高くすることができる。また、ＡｌＮはそれ自体
熱伝導率が極めて高いので良好な熱伝導性を得ることが
できる。更に、ＡｌＮは高熱伝導性に加え絶縁性も高い
ので、ＡｌＮ基材上に直接導電性層を形成することがで
き、構造を極めて簡略化することができる。
第１図はこの発明の実施例に係６７熱伝導性基板を示す
断面図、第２図はこの産熱伝導性基板を製造するための
装置を示す断面図、第３図は従来のパワー半導体モジュ
ールを示す断面図である。 ２０：基板、２１．ＡｌＮ基材、２２；導電性層形成領
域、２３；導電性層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図
断面図、第２図はこの産熱伝導性基板を製造するための
装置を示す断面図、第３図は従来のパワー半導体モジュ
ールを示す断面図である。 ２０：基板、２１．ＡｌＮ基材、２２；導電性層形成領
域、２３；導電性層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図
Claims (6)
- （１）表面に導電層形成領域を有するＡｌＮ基材と、こ
の基材表面の導電層形成領域以外の部分に不活性層を形
成してこの基材を高温真空下に保持することにより導電
層形成領域のみを活性化し、この領域に金属蒸気を接触
させることにより形成される導電性層とを具備すること
を特徴とする熱伝導性基板。 - （２）前記金属蒸気は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ又はこ
れらの合金を含んでいることを特徴とする請求項１に記
載の熱伝導性基板。 - （３）前記導電性層は、Ｎｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ合
金、Ｃｕ−Ａｌ合金又はＴｉＮで形成されていることを
特徴とする請求項１又は２に記載の熱伝導性基板。 - （４）前記不活性層は、ＢＮ又はグラファイトで形成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項
に記載の熱伝導性基板。 - （５）前記導電層の上に形成されためっき層を有するこ
とを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の熱
伝導性基板。 - （６）前記めっき層は、Ａｕ、Ａｇ又はＣｕを含んでい
ることを特徴とする請求項５に記載の熱伝導性基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4012188A JPH01214194A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 熱伝導性基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4012188A JPH01214194A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 熱伝導性基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01214194A true JPH01214194A (ja) | 1989-08-28 |
Family
ID=12571989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4012188A Pending JPH01214194A (ja) | 1988-02-23 | 1988-02-23 | 熱伝導性基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01214194A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0422558A2 (en) * | 1989-10-09 | 1991-04-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| JP2014105377A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Denso Corp | 成膜処理方法 |
-
1988
- 1988-02-23 JP JP4012188A patent/JPH01214194A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0422558A2 (en) * | 1989-10-09 | 1991-04-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| EP1020914A2 (en) * | 1989-10-09 | 2000-07-19 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| EP1020914A3 (en) * | 1989-10-09 | 2000-08-02 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| JP2014105377A (ja) * | 2012-11-29 | 2014-06-09 | Denso Corp | 成膜処理方法 |
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