JPH0455339B2 - - Google Patents

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JPH0455339B2
JPH0455339B2 JP1532485A JP1532485A JPH0455339B2 JP H0455339 B2 JPH0455339 B2 JP H0455339B2 JP 1532485 A JP1532485 A JP 1532485A JP 1532485 A JP1532485 A JP 1532485A JP H0455339 B2 JPH0455339 B2 JP H0455339B2
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ceramics
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Yasuyuki Sugiura
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Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、半導体装置等に用いる基板構造体に
関する。
（発明の技術的背景及びその問題点） 近時、セラミツクスに銅または銅合金でなる導
電層を直接接合した基板の実用化が試みられてい
る。この基板は、導電層とセラミツクスの間に介
在物が存在しないので、導電層上に設けられた半
導体素子の発熱を迅速に放散させることが可能で
あり、使用する半導体素子の大容量化が進められ
ている。
しかしながら、前記基板においても次のような
問題点があり、まだ改善の余地が残されていた。
すなわち半導体素子の作動中に導電層に接続され
ている導出端子付近のセラミツクスにクラツクが
発生する現象が生ずることがあつた。
（発明の目的） 本発明は、半導体素子の作動中に、セラミツク
にクラツクが生ずることのないよう信頼性の高い
基板構造体を提供するものである。
（発明の概要） 本発明は、セラミツクスの表面に銅又は銅合金
でなる導電層が直接接合され該導電層に導出端子
が接続された基板構造体であつて、前記導出端子
を接続する導電部分は、セラミツクスとの間に空
間部を有して橋絡されてなることを特徴とするも
のである。
発明者は、セラミツクスにクラツクが生ずる現
象について着目し、本発明を完成したものであ
る。すなわち、セラミツクスと銅との熱膨脹率差
は100〜140×10-7／℃と大きく、セラミツクスに
銅を直接接合した基板では、両者の接合面にはそ
の差による熱応力が生じ、この応力がセラミツク
スの強度以上になるとセラミツクスを破壊させ
る。セラミツクスの銅を直接接合する基板では、
セラミツクスと銅のそれぞれの板厚を選択し、無
理のない状態のものとしている。しかしながら、
この基板に半導体素子を実装した状態では外部へ
の導出端子が銅部分に接合されるため、該部分に
生ずる応力が局部的に増大することになる。した
がつて、この状態で半導体素子を作動させ温度上
昇−下降サイクルを繰り返すと、セラミツクスに
過大な応力が加わることになり破壊しているもの
と考えられるのである。
そこで発明者は、直接接合される銅部分の導出
端子接続部分の構造を工夫することにより、該部
分の熱応力を緩和することに成功したものであ
る。本発明の具体例を第１図に示す。第１図は基
板構造体の一部分を拡大して示す斜視図である。
第１図において、セラミツクス１の表面には銅で
なる導電層２が直接接合されており、該導電層の
上には半導体素子３及び導出端子４が各々接合さ
れる。半導体素子３の電極と導出端子４とは金属
細線５により接続される。ここで導電層２の導出
端子が接合され部分は、セラミツクス１との間に
空間６を有し橋絡されている。
第１図に示す基板構造体は、通常樹脂ケースに
装入されシリコーン樹脂ゲル剤を充填した後、エ
ポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で封止される。
第１図に示す基板構造体では、導出端子の接合
する部分の導電層がセラミツクスと直接接合して
いないため、導出端子に生ずる熱応力を直接セラ
ミツクスに受けることがない。この効果を充分得
るためには、導出端子と導電層との接合部分より
も橋絡部分が広いことが望ましい。更に導電層の
前記接合部分は、少なくとも２個所以上で支承さ
れた橋絡状態とすることにより、導出端子の熱応
力による変位を効果的に吸収することができる。
導電層の前記接合部分が片持状態の場合は導電層
の直接接合時に空間部分の形成が困難であり、ま
た導出端子の熱応力による変位を充分に吸収でき
ないことがある。また、導出端子４の接合部分付
近に、例えば第１図に示すような切り込み７を形
成し、熱応力を緩和、吸収する構造にすれば、前
記した導電層の橋絡部分による吸収効果と相俟つ
てセラミツクスに加わる熱応力の影響を著しく少
なくすることができる。
なお、空間部６の隙間巾は、0.1mm以上あれば
効果が顕著であり、0.5mmまでが実用上好ましい。
空間部を形成する手段としては、プレス成形等に
よる曲げ成形あるいは切削加工による除去成形等
が適用できる。曲げ成形は、成形が容易であり、
除去成形のものは導電層表面を単一平面とするこ
とができる。
曲げ成形においては、第１図に示した実施例の
ほか、第２図に示すように導電層２を空間部６が
形成されるようにプレス成形し、この空間部６を
はさんだ一方の導電層２を延長することなくその
端面２ａをセラミツクス１と対向させ、この端面
２ａと他方の側の延長された面２ｂとをセラミツ
クス１に接合させるようにしてもよい。
また、除去成形においては第３図に示すよう
に、銅板からなる導電層２の片側に切削加工によ
り溝を形成してこの側の面をセラミツクス１に複
合させて空間部６を形成してもよい。
本発明に用いるセラミツクスと銅または銅合金
の直接接合体は次の方法で得ることができる。す
なわち、セラミツクス表面に例えば銅板を接触配
置させて、1083℃（銅の融点）以下、1063℃（銅
−酸化銅の共晶温度）以上で例えば窒素等の不活
性ガス雰囲気中で加熱する。この場合、銅は100
〜2000ppmの酸素を含有するものがよく、例えば
タフピツチ電解銅を用いることができる。この酸
素は、加熱により接合に寄与する銅−酸化銅の共
晶生成に役立つ。
セラミツクスは、電気的特性に優れた酸化アル
ミニウムが適用できる。また、特に熱伝導性を良
好にするものとしては良熱伝導性を有する窒化ア
ルミニウム、酸化ベリリウム、炭化珪素が好まし
い。電気特性を考慮すれば窒化アルミニウムが好
ましい。なお、セラミツクスの厚さは0.4〜1.0
mm、銅板の厚さは0.2〜0.5mmの範囲で組合せる。
（発明の実施例） 窒化アルミニウムセラミツクス（厚さ0.6mm）
とプレス成形により空間部を形成したタフピツチ
銅でなる導電層（厚さ0.3mm）とを第１図に示す
構造で直接接合した。更に銅でなる導出端子を第
１図に示すように導電層にはんだで接合した。比
較のために、空間部を有しない構造体を用意し
た。
これらの構造体を用い熱衝撃テストを行ないセ
ラミツクスのクラツク発生を比較した。熱衝撃テ
ストは−50〜150℃の昇温−降温サイクルを繰返
し付加するものである。この結果、本発明のもの
は200サイクル経過後もクラツクの発生が見られ
ないのに対し、比較のものは100サイクルでセラ
ミツクスの導出端子付近にクラツクの発生が見ら
れた。
（発明の効果） 本発明構造体によれば、半導体素子の作動によ
り生ずる熱サイクルによつてもセラミツクスにク
ラツクが入ることがない信頼性の高い基板構造体
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明構造体の一実施例の一部を拡
大して示す部分斜視図である。第２図ないし第３
図は本発明の他の実施例の要部を示す断面図であ
る。 １……セラミツクス、２……導電層、３……半
導体素子、４……導出端子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ セラミツクスの表面に銅又は銅合金でなる導
    電層が直接接合され該導電層に導出端子が接続さ
    れた基板構造体であつて、前記導出端子を接続す
    る導電層部分は、セラミツクスとの間に空間部分
    を有して橋絡されてなる基板構造体。 ２ 導出端子は、温度変化により生ずる応力を緩
    和する構造を具備する特許請求の範囲第１項に記
    載の基板構造体。 ３ セラミツクスは、酸化アルミニウム、窒化ア
    ルミニウム、酸化ベリリウム及び炭化珪素のいず
    れかである特許請求の範囲第１項または第２項に
    記載の基板構造体。
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