JPH0677368A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH0677368A JPH0677368A JP4228423A JP22842392A JPH0677368A JP H0677368 A JPH0677368 A JP H0677368A JP 4228423 A JP4228423 A JP 4228423A JP 22842392 A JP22842392 A JP 22842392A JP H0677368 A JPH0677368 A JP H0677368A
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- semiconductor
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大電力半導体素子等の発熱の大きい半導体を
搭載する半導体装置で、半導体の発熱を簡単な構造で効
率よく逃がすことができる安価な装置を得る。 【構成】 セラミック絶縁体１の片面に、半導体素子３
を搭載するための回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃが積層して
接合される。また、これとは反対側のセラミック絶縁体
の片面に、裏面部材２ａ，２ｂが積層して接合される。
これら回路導体と裏面部材の少なくとも一方を、内部に
液体を流すことができる水路２０を有する積層型構造体
によって構成する。この積層型構造体は、銅部材および
モリブデンもしくはタングステンを主成分とする合金拘
束部材によって構成される。
搭載する半導体装置で、半導体の発熱を簡単な構造で効
率よく逃がすことができる安価な装置を得る。 【構成】 セラミック絶縁体１の片面に、半導体素子３
を搭載するための回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃが積層して
接合される。また、これとは反対側のセラミック絶縁体
の片面に、裏面部材２ａ，２ｂが積層して接合される。
これら回路導体と裏面部材の少なくとも一方を、内部に
液体を流すことができる水路２０を有する積層型構造体
によって構成する。この積層型構造体は、銅部材および
モリブデンもしくはタングステンを主成分とする合金拘
束部材によって構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば半導体素子の
実装に用いられるセラミック材と金属材とを積層接合す
ることにより製造される半導体装置に関し、特に半導体
素子で発生する熱を効果的に放熱するために水冷方式を
採用した半導体装置に関する。Ａに関する。
実装に用いられるセラミック材と金属材とを積層接合す
ることにより製造される半導体装置に関し、特に半導体
素子で発生する熱を効果的に放熱するために水冷方式を
採用した半導体装置に関する。Ａに関する。
【０００２】
【従来の技術】図６はたとえば電子材料１９８９年５月
号に示された従来のセラミック基材と金属部材とが直接
接合されている半導体実装用の装置を示す断面図であ
り、同図において符号１はたとえばアルミナ部材からな
るセラミック絶縁体、２Ａはこのセラミック絶縁体１の
片面に接合して設けられた、たとえば銅部材からなる回
路導体、２ａは同じくセラミック絶縁体１の反対側の片
面に接合して設けられた、たとえば銅部材からなる裏面
部材で、これらによって空冷方式による半導体装置が構
成されている。
号に示された従来のセラミック基材と金属部材とが直接
接合されている半導体実装用の装置を示す断面図であ
り、同図において符号１はたとえばアルミナ部材からな
るセラミック絶縁体、２Ａはこのセラミック絶縁体１の
片面に接合して設けられた、たとえば銅部材からなる回
路導体、２ａは同じくセラミック絶縁体１の反対側の片
面に接合して設けられた、たとえば銅部材からなる裏面
部材で、これらによって空冷方式による半導体装置が構
成されている。
【０００３】また、図７は上述した空冷方式による半導
体装置を実装した従来の電源装置の一例を示している。
これを簡単に説明すると、図中３は半導体素子、４Ａ，
４ａはそれぞれ半導体素子３および裏面部材２ａの接合
用として用いられている半田層、７は半導体素子３で発
生した熱を拡散させるためのたとえば銅製のヒートシン
ク、８は半導体素子３で発生した熱を大気中に逃がすた
めのたとえばアルミニウム製の放熱フィン、９はヒート
シンク７と放熱フィン８を固着するためのたとえば樹脂
製の固定剤、１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ半導体素子３を
動作させるために回路導体２Ｂとは電気的に絶縁された
別の回路導体２Ａ，２Ｃに接続した、たとえばアルミニ
ウム製のボンディングワイヤである。
体装置を実装した従来の電源装置の一例を示している。
これを簡単に説明すると、図中３は半導体素子、４Ａ，
４ａはそれぞれ半導体素子３および裏面部材２ａの接合
用として用いられている半田層、７は半導体素子３で発
生した熱を拡散させるためのたとえば銅製のヒートシン
ク、８は半導体素子３で発生した熱を大気中に逃がすた
めのたとえばアルミニウム製の放熱フィン、９はヒート
シンク７と放熱フィン８を固着するためのたとえば樹脂
製の固定剤、１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ半導体素子３を
動作させるために回路導体２Ｂとは電気的に絶縁された
別の回路導体２Ａ，２Ｃに接続した、たとえばアルミニ
ウム製のボンディングワイヤである。
【０００４】さらに、図８はＩＢＭ Ｊ．ＲＥＳ．ＤＥ
ＶＥＬＯＰ．Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．１、１９８２に示さ
れた水冷方式で半導体素子３の発熱を逃がす半導体装置
である。同図において、符号１はセラミック基材による
セラミック絶縁体、３は半導体素子、４は半田層、７は
ヒートシンク、９は固定剤で、これらは図６や図７等に
示した半導体装置と略同等品である。そして、このよう
な従来装置において、図中符号５は冷却のための液体、
１１は液体５を通すためのヒートパイプ、１２は半導体
素子３の熱を表面から奪うためのピストン、１３はピス
トン１２を半導体素子３に押え付けるためのスプリング
である。なお、この従来例では、ヒートシンク７をピス
トン１２のガイドとして機能するような形状で形成して
いる。
ＶＥＬＯＰ．Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．１、１９８２に示さ
れた水冷方式で半導体素子３の発熱を逃がす半導体装置
である。同図において、符号１はセラミック基材による
セラミック絶縁体、３は半導体素子、４は半田層、７は
ヒートシンク、９は固定剤で、これらは図６や図７等に
示した半導体装置と略同等品である。そして、このよう
な従来装置において、図中符号５は冷却のための液体、
１１は液体５を通すためのヒートパイプ、１２は半導体
素子３の熱を表面から奪うためのピストン、１３はピス
トン１２を半導体素子３に押え付けるためのスプリング
である。なお、この従来例では、ヒートシンク７をピス
トン１２のガイドとして機能するような形状で形成して
いる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したような構成に
よる従来の半導体装置において、半導体素子３を動作さ
せると、半導体素子３は多量の熱を発生するが、半導体
素子３の破壊を防ぐためには、半導体素子３の動作温度
を約１２５℃以下に保つ必要がある。そして、このよう
な条件を満足するには、発生した熱を効率的に逃がすこ
とが必要で、たとえば図７に示した従来例では、熱は半
導体装置からヒートシンク７、放熱フィン８を伝達して
大気中に放熱されるようになっている。
よる従来の半導体装置において、半導体素子３を動作さ
せると、半導体素子３は多量の熱を発生するが、半導体
素子３の破壊を防ぐためには、半導体素子３の動作温度
を約１２５℃以下に保つ必要がある。そして、このよう
な条件を満足するには、発生した熱を効率的に逃がすこ
とが必要で、たとえば図７に示した従来例では、熱は半
導体装置からヒートシンク７、放熱フィン８を伝達して
大気中に放熱されるようになっている。
【０００６】ここで、このような放熱能力は、放熱フィ
ン８までに如何に速く多量の熱を伝えることができる
か、また放熱フィン８から大気中までに如何に速く多量
の熱を逃がすか、で決定される。
ン８までに如何に速く多量の熱を伝えることができる
か、また放熱フィン８から大気中までに如何に速く多量
の熱を逃がすか、で決定される。
【０００７】そして、上述した放熱フィン８まで熱を速
く伝えるには、良熱伝導性の材料を用いることが有効で
あり、従来は窒化アルミニウム等の絶縁性を有しながら
も、金属並みの良熱伝導性の材料を用いることによって
対応している。
く伝えるには、良熱伝導性の材料を用いることが有効で
あり、従来は窒化アルミニウム等の絶縁性を有しながら
も、金属並みの良熱伝導性の材料を用いることによって
対応している。
【０００８】しかしながら、図７に示した従来例の場合
には、半導体素子３から放熱フィン８までの距離はおよ
そ１０ｍｍもあり、どうしてもこの間で温度差が生じ、
効率的な冷却が不可能となる。さらに、この従来装置で
は、全体が一体物でないために、ヒートシンク７と放熱
フィン８との間にグリース等の固定剤９を供給するが、
この固定剤９は高分子材料であるために熱伝導性が低
く、ここでもロスを生じる。
には、半導体素子３から放熱フィン８までの距離はおよ
そ１０ｍｍもあり、どうしてもこの間で温度差が生じ、
効率的な冷却が不可能となる。さらに、この従来装置で
は、全体が一体物でないために、ヒートシンク７と放熱
フィン８との間にグリース等の固定剤９を供給するが、
この固定剤９は高分子材料であるために熱伝導性が低
く、ここでもロスを生じる。
【０００９】また、最近では、半導体装置の高集積化に
伴い、たとえ熱伝導性の良好な材料を用いたとしても、
空冷方式自体が限界を迎えている。すなわち、空冷方式
で放熱効率を上げようとすると、放熱フィン８を半導体
素子３に比べて極端に大きくするか、もしくは強制冷却
用ファンのサイズや回転数を上げる等の対策を講じるこ
とが必要となっている。しかしながら、半導体装置の高
集積化に伴なう発熱量の増加には追いつかないのが現状
であり、半導体装置の能力を制限したり、半導体素子の
実装密度を下げたりする必要があり、実用面で問題を避
けられない。
伴い、たとえ熱伝導性の良好な材料を用いたとしても、
空冷方式自体が限界を迎えている。すなわち、空冷方式
で放熱効率を上げようとすると、放熱フィン８を半導体
素子３に比べて極端に大きくするか、もしくは強制冷却
用ファンのサイズや回転数を上げる等の対策を講じるこ
とが必要となっている。しかしながら、半導体装置の高
集積化に伴なう発熱量の増加には追いつかないのが現状
であり、半導体装置の能力を制限したり、半導体素子の
実装密度を下げたりする必要があり、実用面で問題を避
けられない。
【００１０】これに代わる放熱方式として従来から、図
８に例示した水冷方式によるものが提案されている。そ
して、この水冷方式の半導体装置では、空冷方式の限界
以上の冷却能率を得られるが、その一方において、図示
したように装置構造が複雑で、コストアップになるとい
う欠点があった。また、水冷用ヒートパイプ１１に到達
するまでに、半導体素子３とピストン１２間の接触抵抗
や熱伝導性の悪い固定剤９などが存在するため、折角水
冷方式を採用しても、熱伝導ロスが大きいという問題が
あった。
８に例示した水冷方式によるものが提案されている。そ
して、この水冷方式の半導体装置では、空冷方式の限界
以上の冷却能率を得られるが、その一方において、図示
したように装置構造が複雑で、コストアップになるとい
う欠点があった。また、水冷用ヒートパイプ１１に到達
するまでに、半導体素子３とピストン１２間の接触抵抗
や熱伝導性の悪い固定剤９などが存在するため、折角水
冷方式を採用しても、熱伝導ロスが大きいという問題が
あった。
【００１１】さらに、上述した従来装置では、セラミッ
ク絶縁体１、金属製ヒートシンク７、冷却用ヒートパイ
プ１１を単独で製造し、後工程で組み上げていたため、
装置構造が複雑となり、しかも上述した部材間での接触
熱抵抗もばらつくため、半導体特性が不安定となるとい
う問題があった。
ク絶縁体１、金属製ヒートシンク７、冷却用ヒートパイ
プ１１を単独で製造し、後工程で組み上げていたため、
装置構造が複雑となり、しかも上述した部材間での接触
熱抵抗もばらつくため、半導体特性が不安定となるとい
う問題があった。
【００１２】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、大電力半導体などの発熱の大きい半導体素
子を搭載するにあたって、半導体素子の発熱を簡単な構
造で効率よく逃がすことができ、しかもコスト的にも安
価な水冷方式を利用した半導体装置を得ることを目的と
している。
ものであり、大電力半導体などの発熱の大きい半導体素
子を搭載するにあたって、半導体素子の発熱を簡単な構
造で効率よく逃がすことができ、しかもコスト的にも安
価な水冷方式を利用した半導体装置を得ることを目的と
している。
【００１３】また、本発明によれば、より冷却能率の高
い水冷方式の半導体装置を得ることを目的としている。
い水冷方式の半導体装置を得ることを目的としている。
【００１４】さらに、本発明によれば、冷却機能の高い
半導体装置を、簡単な方法によって製造することができ
る半導体装置の製造方法を得ることを目的としている。
半導体装置を、簡単な方法によって製造することができ
る半導体装置の製造方法を得ることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような要請に応える
ために本発明に係る半導体装置は、セラミック絶縁体、
セラミック絶縁体の片面に接合された半導体素子を搭載
する回路導体、および回路導体の接合された面とは反対
側のセラミック絶縁体の片面に接合された裏面部材から
構成され、これらの回路導体および裏面部材の少なくと
もいずれか一方を、内部に液体を流すことのできる積層
型構造体としたものである。
ために本発明に係る半導体装置は、セラミック絶縁体、
セラミック絶縁体の片面に接合された半導体素子を搭載
する回路導体、および回路導体の接合された面とは反対
側のセラミック絶縁体の片面に接合された裏面部材から
構成され、これらの回路導体および裏面部材の少なくと
もいずれか一方を、内部に液体を流すことのできる積層
型構造体としたものである。
【００１６】また、本発明によれば、回路導体もしくは
ヒートシンク部材となる裏面部材の少なくともいずれか
一方を、内部に液体を流すことができる、銅部材および
モリブデンもしくはタングステンを主成分とする合金拘
束部材による積層型構造体とするものである。
ヒートシンク部材となる裏面部材の少なくともいずれか
一方を、内部に液体を流すことができる、銅部材および
モリブデンもしくはタングステンを主成分とする合金拘
束部材による積層型構造体とするものである。
【００１７】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法は、セラミック絶縁体の各面の所定個所に、セラミッ
ク材と金属材とを接合するための化学的固定剤を印刷等
で形成するとともに、少なくともいずれか一方が内部に
液体を流すことのできる積層型構造体とされている半導
体素子搭載用の回路導体、裏面部材を、セラミック絶縁
体上に位置決めして重ね合わせた状態で接合し、かつこ
れら回路導体、裏面部材全体を一体化するものである。
法は、セラミック絶縁体の各面の所定個所に、セラミッ
ク材と金属材とを接合するための化学的固定剤を印刷等
で形成するとともに、少なくともいずれか一方が内部に
液体を流すことのできる積層型構造体とされている半導
体素子搭載用の回路導体、裏面部材を、セラミック絶縁
体上に位置決めして重ね合わせた状態で接合し、かつこ
れら回路導体、裏面部材全体を一体化するものである。
【００１８】
【作用】本発明によれば、半導体素子から内部に液体を
流すことのできる回路導体もしくは裏面部材まで一体構
造とされているため、接触熱抵抗なしで、液体を用いた
効率的な冷却が行なえる。
流すことのできる回路導体もしくは裏面部材まで一体構
造とされているため、接触熱抵抗なしで、液体を用いた
効率的な冷却が行なえる。
【００１９】また、本発明によれば、回路導体もしくは
ヒートシンク部材となる裏面部材の少なくともいずれか
一方を、銅部材およびモリブデンもしくはタングステン
を主成分とする合金拘束部材で構成しているため、セラ
ミック絶縁体に発生する応力を低減し、より厚い積層型
構造体をセラミック絶縁体に接合でき、これにより流体
の液量を増加させ、冷却能力を増加させることが可能と
なる。
ヒートシンク部材となる裏面部材の少なくともいずれか
一方を、銅部材およびモリブデンもしくはタングステン
を主成分とする合金拘束部材で構成しているため、セラ
ミック絶縁体に発生する応力を低減し、より厚い積層型
構造体をセラミック絶縁体に接合でき、これにより流体
の液量を増加させ、冷却能力を増加させることが可能と
なる。
【００２０】さらに、本発明によれば、セラミック絶縁
体の所定個所に、化学的固定剤を印刷形成するととも
に、少なくともいずれか一方が内部に液体を流すことの
できる積層型構造体である半導体素子搭載用の回路導
体、裏面部材を、セラミック絶縁体の所定個所に位置決
めし、重ね合わせた状態で接合し、これら回路導体、裏
面部材全体を一体化することにより、水冷方式の半導体
装置を得る。
体の所定個所に、化学的固定剤を印刷形成するととも
に、少なくともいずれか一方が内部に液体を流すことの
できる積層型構造体である半導体素子搭載用の回路導
体、裏面部材を、セラミック絶縁体の所定個所に位置決
めし、重ね合わせた状態で接合し、これら回路導体、裏
面部材全体を一体化することにより、水冷方式の半導体
装置を得る。
【００２１】
【実施例】実施例１．図１および図２は本発明に係る半
導体装置およびその製造方法の一実施例を示すものであ
り、これらの図において、符号１は基板としてのセラミ
ック絶縁体、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはこのセラミック絶縁体
１の片面に接合された回路導体で、その内の一つ（回路
導体２Ｂ）上に半導体素子３が実装されている。４Ａは
回路導体２Ｂ上に半導体素子３を接合するための半田
層、５は半導体素子３で発生した熱を効率的に伝導させ
るための液体である。
導体装置およびその製造方法の一実施例を示すものであ
り、これらの図において、符号１は基板としてのセラミ
ック絶縁体、２Ａ，２Ｂ，２Ｃはこのセラミック絶縁体
１の片面に接合された回路導体で、その内の一つ（回路
導体２Ｂ）上に半導体素子３が実装されている。４Ａは
回路導体２Ｂ上に半導体素子３を接合するための半田
層、５は半導体素子３で発生した熱を効率的に伝導させ
るための液体である。
【００２２】このような構造による半導体装置におい
て、半導体素子３を動作させると、半導体素子３が発熱
する。この熱は従来例と同様に半田層４Ａ、回路導体２
Ｂ、セラミック絶縁体１を通して伝わってゆく。
て、半導体素子３を動作させると、半導体素子３が発熱
する。この熱は従来例と同様に半田層４Ａ、回路導体２
Ｂ、セラミック絶縁体１を通して伝わってゆく。
【００２３】ここで、本実施例では、図１および図２か
ら明らかなように、裏面部材２ｂに、液体５が通過でき
るような水路２０が形成されており、この水路はセラミ
ック絶縁体１と裏面部材２ａとによって外部と遮断され
るように構成されている。
ら明らかなように、裏面部材２ｂに、液体５が通過でき
るような水路２０が形成されており、この水路はセラミ
ック絶縁体１と裏面部材２ａとによって外部と遮断され
るように構成されている。
【００２４】以上の構成による半導体装置は、以下のよ
うなプロセスによって製造することが可能となる。ま
ず、セラミック絶縁体１と回路導体２Ａ、裏面部材２ｂ
を化学的に接合するために、セラミック絶縁体１もしく
は回路導体２Ａおよび裏面部材２ｂの少なくともいずれ
か一方に、セラック材と金属材とを接合させるための材
料として、たとえばチタンなどの活性金属を含むペース
ト（化学的固定剤）を印刷によって供給する。
うなプロセスによって製造することが可能となる。ま
ず、セラミック絶縁体１と回路導体２Ａ、裏面部材２ｂ
を化学的に接合するために、セラミック絶縁体１もしく
は回路導体２Ａおよび裏面部材２ｂの少なくともいずれ
か一方に、セラック材と金属材とを接合させるための材
料として、たとえばチタンなどの活性金属を含むペース
ト（化学的固定剤）を印刷によって供給する。
【００２５】次に、予めエッチングもしくは抜き打ちに
よって所望の形状に加工した裏面部材２ａ，２ｂ、セラ
ミック絶縁体１、回路導体２Ａのそれぞれを重ね合わ
せ、接合装置中にセットする。なお、このような接合装
置の能力としては、雰囲気形成、加熱、加圧が必要であ
る。たとえば回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび裏面部材
２ａ，２ｂとして銅、セラミック絶縁体としてアルミナ
を用いた場合においては、１０-4Torr程度の真空中で１
０００℃の加熱、２ＭＰａの加圧を３０分施すことによ
って接合が達成される。このとき、セラミック絶縁体１
と回路導体２Ａおよび裏面部材２ｂは、上述したペース
トによって強固に気密接合され、同時に裏面部材２ｂと
裏面部材２ａは拡散接合によって、強固に気密接合され
る。
よって所望の形状に加工した裏面部材２ａ，２ｂ、セラ
ミック絶縁体１、回路導体２Ａのそれぞれを重ね合わ
せ、接合装置中にセットする。なお、このような接合装
置の能力としては、雰囲気形成、加熱、加圧が必要であ
る。たとえば回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび裏面部材
２ａ，２ｂとして銅、セラミック絶縁体としてアルミナ
を用いた場合においては、１０-4Torr程度の真空中で１
０００℃の加熱、２ＭＰａの加圧を３０分施すことによ
って接合が達成される。このとき、セラミック絶縁体１
と回路導体２Ａおよび裏面部材２ｂは、上述したペース
トによって強固に気密接合され、同時に裏面部材２ｂと
裏面部材２ａは拡散接合によって、強固に気密接合され
る。
【００２６】以上のように、液体５を流すヒートパイプ
（水路２０）を積層型構造によって得ているため、微細
な水路形成が可能となり、かつ積層接合方法も流動性の
高い、たとえば半田等を用いてないため、水路２０を塞
いでしまうことなく、高い信頼性をもって製造すること
が可能となる。
（水路２０）を積層型構造によって得ているため、微細
な水路形成が可能となり、かつ積層接合方法も流動性の
高い、たとえば半田等を用いてないため、水路２０を塞
いでしまうことなく、高い信頼性をもって製造すること
が可能となる。
【００２７】このようにして製造された半導体装置にお
いて半導体素子３を動作させた場合は、セラミック絶縁
体１を通過した熱が直接液体５で冷却される。そして、
発熱部である半導体素子３から液体が通過する冷却部ま
ではおよそ１ｍｍしかなく、発熱を即座に吸収すること
ができる。さらに、それぞれの部材は化学的に結合して
一体化されているため、かしめやばねによる押え付けで
存在する接触熱抵抗をなくすことが可能であり、信頼性
の高い理想的な冷却が実現できる。
いて半導体素子３を動作させた場合は、セラミック絶縁
体１を通過した熱が直接液体５で冷却される。そして、
発熱部である半導体素子３から液体が通過する冷却部ま
ではおよそ１ｍｍしかなく、発熱を即座に吸収すること
ができる。さらに、それぞれの部材は化学的に結合して
一体化されているため、かしめやばねによる押え付けで
存在する接触熱抵抗をなくすことが可能であり、信頼性
の高い理想的な冷却が実現できる。
【００２８】実施例２．液体５を流す水路を、図３に示
したように、回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ；２Ｄ，２Ｅ，
２Ｆ内に形成することによって、さらに効果的な冷却が
可能となる。すなわち、半導体素子３に最も近い回路導
体２Ｂ，２Ｅで冷却回路を形成して熱を奪うことによっ
て、熱伝導性の悪いセラミック絶縁体１（熱伝導度はア
ルミナでは銅の約１／２０、窒化アルミニウムでさえ銅
の１／３である）での大きな温度差をなくし、より効果
的な冷却が可能となる。
したように、回路導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃ；２Ｄ，２Ｅ，
２Ｆ内に形成することによって、さらに効果的な冷却が
可能となる。すなわち、半導体素子３に最も近い回路導
体２Ｂ，２Ｅで冷却回路を形成して熱を奪うことによっ
て、熱伝導性の悪いセラミック絶縁体１（熱伝導度はア
ルミナでは銅の約１／２０、窒化アルミニウムでさえ銅
の１／３である）での大きな温度差をなくし、より効果
的な冷却が可能となる。
【００２９】なお、回路導体２Ｄ，２Ｆにも水路が形成
されているが、この中には必ずしも液体を通す必要はな
く、回路導体の高さ合わせをすることによって、半導体
製造時に均一な圧力を加え、歪や未接合部のない信頼性
の高い半導体装置を得るための部分である。
されているが、この中には必ずしも液体を通す必要はな
く、回路導体の高さ合わせをすることによって、半導体
製造時に均一な圧力を加え、歪や未接合部のない信頼性
の高い半導体装置を得るための部分である。
【００３０】実施例３．上述した実施例２における半導
体装置は一般的に複雑な形状であり、かつワイヤボンデ
ィング等を行なう必要のある回路導体２Ｂ，２Ｅ内のみ
に液体５を流すため、液体５の流入口や出口の配置に対
して自由度が小さく、構造も簡素化できないため、たと
えば図４に示すように、セラミック絶縁体１に液体５を
流す穴を開けるとともに、回路導体２Ｂ，２Ｅと裏面部
材２ａ，２ｂに液体を流す水路を形成することによっ
て、半導体素子３の直下での熱を奪うことができる特徴
を生かしたまま、単純形状である裏面部材２ａ，２ｂに
液体の流入口と出口とを設けることができる。
体装置は一般的に複雑な形状であり、かつワイヤボンデ
ィング等を行なう必要のある回路導体２Ｂ，２Ｅ内のみ
に液体５を流すため、液体５の流入口や出口の配置に対
して自由度が小さく、構造も簡素化できないため、たと
えば図４に示すように、セラミック絶縁体１に液体５を
流す穴を開けるとともに、回路導体２Ｂ，２Ｅと裏面部
材２ａ，２ｂに液体を流す水路を形成することによっ
て、半導体素子３の直下での熱を奪うことができる特徴
を生かしたまま、単純形状である裏面部材２ａ，２ｂに
液体の流入口と出口とを設けることができる。
【００３１】そして、このような構成によれば、流体５
の流入口と出口との自由度を高め、さらに構造も簡素化
し、工業的利用価値が大幅に向上する。
の流入口と出口との自由度を高め、さらに構造も簡素化
し、工業的利用価値が大幅に向上する。
【００３２】実施例４．銅板内に半導体素子３の冷却が
可能となるだけの量の液体を流すには、たとえば１ｍｍ
程度の厚さの銅板による回路導体や裏面部材をセラミッ
ク絶縁体１に接合することが好ましい。しかし、セラミ
ック絶縁体１に対して厚い回路導体や裏面部材、たとえ
ば厚みが0.635mmのセラミック絶縁体１に対して、0.5mm
の銅板を接合した半導体装置においては、使用温度の変
化や半導体素子３の発熱に伴なう温度変化が生じると、
両者の大きな熱膨張差でセラミック絶縁体１に割れが発
生することがあることに鑑み、本実施例では、図５に示
すように、銅の熱膨張を拘束する金属材、たとえば低熱
膨張性のモリブデンやタングステンの箔（約0.1mm程
度）を回路内に挿入するようにしてもよい。
可能となるだけの量の液体を流すには、たとえば１ｍｍ
程度の厚さの銅板による回路導体や裏面部材をセラミッ
ク絶縁体１に接合することが好ましい。しかし、セラミ
ック絶縁体１に対して厚い回路導体や裏面部材、たとえ
ば厚みが0.635mmのセラミック絶縁体１に対して、0.5mm
の銅板を接合した半導体装置においては、使用温度の変
化や半導体素子３の発熱に伴なう温度変化が生じると、
両者の大きな熱膨張差でセラミック絶縁体１に割れが発
生することがあることに鑑み、本実施例では、図５に示
すように、銅の熱膨張を拘束する金属材、たとえば低熱
膨張性のモリブデンやタングステンの箔（約0.1mm程
度）を回路内に挿入するようにしてもよい。
【００３３】そして、このようにすると、同じ寿命で比
較すると、厚さで３倍以上の積層型構造体を接合するこ
とが可能となり、液体５を封じきる銅部材の厚さを0.15
mmとした場合、液体の流量を５倍以上とすることができ
る。
較すると、厚さで３倍以上の積層型構造体を接合するこ
とが可能となり、液体５を封じきる銅部材の厚さを0.15
mmとした場合、液体の流量を５倍以上とすることができ
る。
【００３４】なお、上述した実施例では、全て水路をセ
ラミック絶縁体１と積層型構造体で形成しているが、積
層型構造体のみで形成しても同様の作用効果が得られ
る。たとえば実施例１では、セラミック絶縁体１と二枚
の裏面導体２ａ，２ｂによって水路を形成しているが、
裏面導体を三枚構造とし、中心の裏面導体に水路用の加
工を施してもよい。要は、半導体装置内で一体構成され
た水路が形成できればよい。ただし、実施例４に示した
ように、接合可能な部材の厚さは制限されるため、不必
要な部材を追加すると、液体５の流量を犠牲にする必要
がある。
ラミック絶縁体１と積層型構造体で形成しているが、積
層型構造体のみで形成しても同様の作用効果が得られ
る。たとえば実施例１では、セラミック絶縁体１と二枚
の裏面導体２ａ，２ｂによって水路を形成しているが、
裏面導体を三枚構造とし、中心の裏面導体に水路用の加
工を施してもよい。要は、半導体装置内で一体構成され
た水路が形成できればよい。ただし、実施例４に示した
ように、接合可能な部材の厚さは制限されるため、不必
要な部材を追加すると、液体５の流量を犠牲にする必要
がある。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る半導体
装置によれば、セラミック絶縁体、セラミック絶縁体の
片面に接合された半導体素子を搭載する回路導体、およ
び回路導体の接合された面とは反対側のセラミック絶縁
体の片面に接合された裏面部材から構成され、これらの
回路導体および裏面部材の少なくともいずれか一方を、
内部に液体を流すことのできる積層型構造体としたの
で、簡単な構造にもかかわらず、半導体素子の発熱に対
して効率的な冷却が可能となり、低コスト化も可能で、
しかも一体化構造とされた水冷方式の半導体装置を得る
ことができる。
装置によれば、セラミック絶縁体、セラミック絶縁体の
片面に接合された半導体素子を搭載する回路導体、およ
び回路導体の接合された面とは反対側のセラミック絶縁
体の片面に接合された裏面部材から構成され、これらの
回路導体および裏面部材の少なくともいずれか一方を、
内部に液体を流すことのできる積層型構造体としたの
で、簡単な構造にもかかわらず、半導体素子の発熱に対
して効率的な冷却が可能となり、低コスト化も可能で、
しかも一体化構造とされた水冷方式の半導体装置を得る
ことができる。
【００３６】また、本発明によれば、回路導体もしくは
裏面導体の積層型構造体を、銅部材およびモリブデンも
しくはタングステンを主成分とする合金拘束部材で構成
するため、半導体素子の冷却能力を、より一層発揮させ
ることができる。
裏面導体の積層型構造体を、銅部材およびモリブデンも
しくはタングステンを主成分とする合金拘束部材で構成
するため、半導体素子の冷却能力を、より一層発揮させ
ることができる。
【００３７】特に、従来装置では、セラミック絶縁体、
金属製ヒートシンク、冷却用ヒートパイプを単独で製造
し、後工程で組み上げていたため、装置構造が複雑とな
り、しかも上述した部材間での接触熱抵抗もばらつくた
め、半導体特性が不安定となるという問題があったが、
本発明では、水冷方式の半導体基板がコンパクトとな
り、かつ安定した放熱特性が得られ、従来の空冷方式並
みの基板コストが実現できるという効果がある。
金属製ヒートシンク、冷却用ヒートパイプを単独で製造
し、後工程で組み上げていたため、装置構造が複雑とな
り、しかも上述した部材間での接触熱抵抗もばらつくた
め、半導体特性が不安定となるという問題があったが、
本発明では、水冷方式の半導体基板がコンパクトとな
り、かつ安定した放熱特性が得られ、従来の空冷方式並
みの基板コストが実現できるという効果がある。
【００３８】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、液体を流す水路を積層型構造によって得てい
るため、微細な水路形成が可能となり、かつ積層接合方
法も流動性の高い、たとえば半田等を用いてないため、
水路を塞いでしまうことなく、高い信頼性をもって製造
することが可能となる。
によれば、液体を流す水路を積層型構造によって得てい
るため、微細な水路形成が可能となり、かつ積層接合方
法も流動性の高い、たとえば半田等を用いてないため、
水路を塞いでしまうことなく、高い信頼性をもって製造
することが可能となる。
【図１】本発明に係る半導体装置およびその製造方法の
一実施例を示す概略断面図である。
一実施例を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の概略構成を説明する
ための概略斜視図である。
ための概略斜視図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の別の実施例を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の他の実施例を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図５】本発明に係る半導体装置のさらに別の実施例を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図６】従来の半導体装置の基本構造を説明するための
概略断面図である。
概略断面図である。
【図７】従来の半導体装置を実装した電源装置の概略斜
視図である。
視図である。
【図８】従来の水冷方式の半導体装置を示す概略断面図
である。
である。
１ セラミック絶縁体 ２Ａ 回路導体 ２Ｂ 回路導体 ２Ｃ 回路導体 ２Ｄ 回路導体 ２Ｅ 回路導体 ２Ｆ 回路導体 ２ａ 裏面部材 ２ｂ 裏面部材 ３ 半導体素子 ４Ａ 半田層 ５ 液体 ６Ａ 拘束部材 ６Ｂ 拘束部材 ６Ｃ 拘束部材 ６ａ 拘束部材 ２０ 水路
Claims (3)
- 【請求項１】 セラミック絶縁体と、このセラミック絶
縁体の片面に接合された半導体を搭載するための回路導
体と、前記セラミック絶縁体における回路導体の接合さ
れた面と反対側の片面に接合された裏面部材とから構成
され、前記回路導体および裏面部材の少なくとも一方
を、内部に液体を流すことができる積層型構造体によっ
て構成したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 セラミック絶縁体と、このセラミック絶
縁体の片面に接合された半導体を搭載するための回路導
体と、および前記セラミック絶縁体における回路導体の
接合された面と反対側の片面に接合された裏面部材とか
ら構成され、前記回路導体および裏面部材の少なくとも
一方を、内部に液体を流すことができる、銅部材および
モリブデンもしくはタングステンを主成分とする合金拘
束部材による積層型構造体によって構成したことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項３】 セラミック絶縁体の各面の所定個所に、
セラミック材と金属材とを接合するための化学的固定剤
を印刷形成するとともに、少なくともいずれか一方が内
部に液体を流すことのできる積層型構造体とされている
半導体素子搭載用の回路導体および裏面部材を、セラミ
ック絶縁体上に位置決めして重ね合わせた状態で接合
し、かつこれら回路導体、裏面部材全体を一体化するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4228423A JPH0677368A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4228423A JPH0677368A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677368A true JPH0677368A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16876247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4228423A Pending JPH0677368A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677368A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2786658A1 (fr) * | 1998-11-27 | 2000-06-02 | Alstom Technology | Structure composite pour composant electronique de puissance procede de fabrication de cette structure et composant electronique de puissance pourvu d'une telle structure |
| JP2002094192A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-03-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板の冷却構造 |
| JP2007027466A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Nichicon Corp | 冷却装置付き回路基板及びその製造方法 |
| DE102008061488A1 (de) * | 2008-12-10 | 2010-06-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromrichtermodul mit gekühlter Verschienung |
| DE102020115091A1 (de) | 2020-06-05 | 2021-12-09 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Element zur Kühlung elektronischer Komponenten |
-
1992
- 1992-08-27 JP JP4228423A patent/JPH0677368A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2786658A1 (fr) * | 1998-11-27 | 2000-06-02 | Alstom Technology | Structure composite pour composant electronique de puissance procede de fabrication de cette structure et composant electronique de puissance pourvu d'une telle structure |
| JP2002094192A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-03-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板の冷却構造 |
| JP2007027466A (ja) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Nichicon Corp | 冷却装置付き回路基板及びその製造方法 |
| JP4493026B2 (ja) * | 2005-07-19 | 2010-06-30 | ニチコン株式会社 | 冷却装置付き回路基板の製造方法 |
| DE102008061488A1 (de) * | 2008-12-10 | 2010-06-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Stromrichtermodul mit gekühlter Verschienung |
| DE102020115091A1 (de) | 2020-06-05 | 2021-12-09 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Element zur Kühlung elektronischer Komponenten |
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