JPH08213539A

JPH08213539A - 半導体装置及びそれを用いた電子装置

Info

Publication number: JPH08213539A
Application number: JP7017660A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hosokawa; 隆細川; Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原; Mamoru Sawahata; 守沢畠; Shigeru Takahashi; 茂高橋; Takashi Fukumaki; 孝服巻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【構成】セラミックス板と金属板が接合され、前記金属
板によって回路が形成され、前記回路上に半導体基体が
搭載された金属接合回路基板と、前記金属接合回路基板
の前記半導体基体が搭載されていない面にろう材により
接合されたＭｏもしくはＷを主成分とする金属支持部材
からなることを特徴とする半導体装置。【効果】製造時あるいは運転時に生じる熱歪を低減し、
各部材の変形，変性、あるいは破壊の恐れがなく、熱放
散性に優れた絶縁型の半導体装置を提供することがで
き、運転時の性能が優れ、消費電力の少ない電子装置を
提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びそれを
用いた電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子基体を支持する部材は
非絶縁型半導体装置の一電極を兼ねる場合が多かった。
例えば、パワートランジスタチップを銅べース上にＰｂ
−Ｓｎはんだ材により一体化搭載したパワートランジス
タ装置では、銅ベース（金属支持部材）はトランジスタ
のコレクタ電極と支持部材を兼ねる。このような半導体
装置では、数アンペア以上のコレクタ電流が流れるが、
この際トランジスタチップはその内部で発内する。この
発熱に起因する特性の不安定性や寿命の劣化を避けるた
め、銅ベースは熱放散のための部材を兼ねる。また、高
耐圧化及び高周波化され、大電流を流すことの可能なＩ
ＧＢＴ（Insurated Gate Bipolar Transistor）
チップを上記銅ベースに直接はんだ付け搭載した場合
は、熱放散中継部材としての銅ベースの役割を一層重要
となる。

【０００３】また、半導体装置の全ての電極を金属支持
部材から電気的に絶縁し、もって半導体装置の回路適用
上の自由度を増すことのできる構造が出現している。こ
のような絶縁型半導体装置において、すべての電極は絶
縁部材により金属支持部材を含む全てのパッケージ部材
から絶縁されて外部へ引き出される。そのために、一対
の主電極が回路上の接地電位から浮いている使用例であ
っても、電極電位とは無関係にパッケージを接地電位部
に固定できるので、半導体装置の実装が容易になる。

【０００４】絶縁型半導体装置でも、半導体素子を安全
かつ安定に動作させるためには、半導体装置の動作時に
発生する熱をパッケージの外へ効率良く放散させる必要
がある。この熱放散は通常、発熱源である半導体基体か
らこれと接着された各部材を通じて気中へ熱伝達させる
ことで達成される。絶縁型半導体装置では、この熱伝達
経路中に絶縁体及び絶縁体と半導体基体を接着する部分
等に用いられた接着材層を含む。

【０００５】また、半導体装置を含む回路の扱う電力が
高くなるほど、あるいは要求される信頼性（経時的安定
性，耐湿性，耐熱性等）が高くなるほど、完全な絶縁性
が要求される。ここで言う耐熱性には、半導体装置の周
囲温度が外因により上昇した場合のほか、半導体装置の
扱う電力が大きく、半導体基体で発生する熱が大きくな
った場合の耐熱性も含む。

【０００６】一方、混成集積回路装置あるいは半導体モ
ジュール装置では、一般に半導体素子を含むあるまとま
った電気回路が組み込まれるため、その回路の少なくと
も一部とこれらの装置の支持部材あるいは放熱部材等の
金属部とを電気的に絶縁する必要がある。例えば、杉浦
康之ほか２名による“半導体・通信用ＤＢＣ基板”（電
子材料，１９８９年５月号，６５〜６９頁）には、Ｓｉ
チップを両面に銅板が接合されたＡｌＮセラミックス基
板（以下、銅張りＡｌＮ基板と言う）に搭載したアッセ
ンブリを、銅支持部材にはんだ付け一体化したパワーモ
ジュール装置が示されている。

【０００７】先行技術例で、銅張りＡｌＮ基板はＡｌＮ
の持つ高熱伝導性（１９０Ｗ／ｍ・Ｋ），低熱膨張率
(４.３×１０^-6／℃），高絶縁性（１０¹⁵Ω・cm）等の
特長と、銅の持つ高熱伝導性（４０３Ｗ／ｍ・Ｋ），高
電気伝導性(１.７×１０^-6Ω・cm）等の特長とを組み合
わせたもので、電流密度が高く、発熱の著しい電力用半
導体素子基体(Ｓｉ：３.５×１０^-6／℃）を直接はんだ
付け搭載し、優れた放熱性と信頼性を備えたモジュール
装置を得るのに有効な部品である。

【０００８】一般に、銅張りＡｌＮ基板は、これにはん
だ付け搭載された半導体素子基体、又はこれに形成され
た電気回路を銅支持部材から電気的に絶縁するととも
に、半導体基体から冷却フィンに至る熱流路を形成し、
その放熱効果を高める役割を担う。また、前記銅張りＡ
ｌＮ基板は、熱膨張率の小さい半導体基体を特別な熱膨
張緩和材（例えば、ＭｏやＷ板）を用いずに直接搭載で
きるため、パワーモジュール装置の部品点数や組み込み
工数を削減できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置における発
熱量が少なく、要求される信頼性がさほど高くない場合
には、装置を構成する部材としてどのような材料を用い
ても問題はない。しかし、発熱量が大きく、高い信頼性
が要求される場合には、適用されるべき部材は選択され
ねばならない。

【００１０】一般に、絶縁型半導体装置では先行技術例
のように、Ｓiチップを銅張りＡlＮ基板に搭載したアッ
センブリを、ろう付けないしはんだ付けにより銅支持部
材と一体化している。ここで、熱伝導率の高い銅板が支
持部材として用いられる理由は、銅張りＡｌＮ基板から
伝達される熱流を広げて放熱効果を高める役割を持たせ
るためである。

【００１１】この場合、銅支持部材と銅張りＡｌＮ基板
の間の熱膨張率差が大きいことに起因して、はんだ層の
破壊，熱流路の遮断，絶縁板の破壊に基づく信頼性低下
を生じやすい。すなわち、（１）銅張りＡｌＮ基板と銅支持部材の熱膨張率が互い
に異なるため、これらの一体化物には残留熱応力ないし
熱歪が発生する。即ち、銅張りＡｌＮ基板と銅支持部材
はＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはんだ材によりろう付けされ、
ろう材の融点以上に加熱した後、室温まで冷却する熱処
理を受ける。この場合、各部材がろう材の凝固点で互い
に固定され、その後は固定されたまま各部材固有の熱膨
張率に従って収縮し、接着部に熱応力ないし熱歪が残留
するとともに変形を生じる。一般に、電力用半導体基体
はサイズが大きく、また、パワーモジュール装置では複
数の半導体基体や他の素子も搭載されるので、絶縁基板
の面積やろう付け面積も大きくなる。このため、残留熱
応力ないし歪が大きく、各部材の変形も促進されやす
い。モジュール装置に稼働時の熱ストレスが繰返し与え
られ、残留応力ないし歪に重畳されると、はんだ層の疲
労破壊による熱流路の遮断と機械的に脆い性質を持つ絶
縁基板の破壊を生じる。このような事柄は、モジュール
装置の正常な動作を阻害するだけでなく、特に絶縁基板
の破損は安全上の問題にもつながる。

【００１２】（２）銅張りＡｌＮ基板と銅支持部材の熱
膨張率が互いに異なるため、これらの一体化物には反り
が生じる。モジュール装置に反りが生じると、これを冷
却フィンに取付ける際熱伝導グリースの装填が均一にな
されない。この結果、銅支持部材と冷却フィン間の熱的
接合が完全にはなされず、この経路の放熱性が損なわ
れ、モジュール装置の正常な電気的動作を困難にする。
また、モジュール装置を冷却フィン上に強制的にねじ締
め搭載した場合には、新たな外力の印加により絶縁基板
の破損が促進される。

【００１３】本発明の目的は、製造時あるいは運転時に
生じる熱応力ないし熱歪を軽減し、各部材の変形，変
性、あるいは破壊の恐れがなく、信頼性の高い半導体装
置及びこれを用いた電子装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
セラミックスと金属板が接合され、前記金属板によって
回路が形成され、前記回路上に半導体基体が搭載された
金属接合回路基板と、前記金属接合回路基板の前記半導
体基体が搭載されていない面にろう材により接合された
ＭｏもしくはＷを主成分とする金属支持部材からなるこ
とを特徴とする。

【００１５】本発明の電子装置は、セラミックスと金属
板が接合され、前記金属板によって回路が形成され、前
記回路上に半導体基体が搭載された金属接合回路基板
と、前記金属接合回路基板の前記半導体基体が搭載され
ていない面にろう材により接合されたＭｏもしくはＷを
主成分とする金属支持部材からなる半導体装置が、負荷
に給電する電気回路に組み込まれたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明半導体装置の支持部材の主成分は、熱伝
導率が高く、熱膨張率が小さい点から選択される。具体
的には、Ｍｏ(熱膨張率：５.３×１０^-6／℃，熱伝導
率：１３６Ｗ／ｍ・Ｋ），Ｗ(熱膨張率：４.５×１０^-6
／℃，熱伝導率：１７７Ｗ／ｍ・Ｋ）から選択された第
一金属を主成分とするものが好ましい材料として挙げら
れる。

【００１７】一方、支持部材の第一金属とともに用いら
れる金属は、熱伝導度が高い点から選択される。具体的
には、Ａｌ（熱伝導率：２４０Ｗ／ｍ・Ｋ），Ｃｕ（熱
伝導率：４０３Ｗ／ｍ・Ｋ），Ａｇ（熱伝導率：４２８
Ｗ／ｍ・Ｋ），Ｎｉ（熱伝導率：９４Ｗ／ｍ・Ｋ）のな
かから選択された少なくとも１種を含む第二金属が好ま
しい材料として挙げられる。以上の素材を複合させた支
持部材は、それぞれの素材の持つ欠点を互いに補完し合
う。例えば、本発明の一例である金属支持部材１２５
は、図１に示す断面図のように、第一金属１２５Ａと第
二金属１２５Ｂからなる粉末の焼結体で構成される。こ
の場合、金属支持部材１２５の物性値（熱膨張率及び熱
伝導率）は、図２及び図３に示すように、第一金属と第
二金属の中間の値を有している。例えば、これらの図を
参照すると、Ｍｏ１２５ＡとＣｕ１２５Ｂからなる支持
部材１２５の場合（Ｃｕの添加量：６５ｗｔ％）は、熱
伝導率：２７０Ｗ／ｍ・Ｋと優れた熱伝導性を維持し
ながら、熱膨張率：１０.５×１０^-6／℃と半導体基体
や絶縁部材のそれに近似させることができる。このよう
な金属支持部材１２５は複合材でありながら、その物性
に方向性を持たない。これは、第一金属１２５Ａと第二
金属１２５Ｂが互いに均一に分散された状態を呈してい
ることに基づく。

【００１８】第一金属１２５Ａ及び第二金属１２５Ｂの
粒径は可及的に小さいことが望ましい。これは、粒径が
小さいほど各粉末の分散が均一になされ、金属支持部材
125の物性値を制御しやすいためである。しかし、過度
に細かくすると、粉末どうしの２次凝集を生じて分散性
を逆に阻害する。このような作業性との関連を考慮する
と、最も好ましい粒径の範囲は３〜３００μｍである。

【００１９】第一金属と第二金属の複合材からなる金属
支持部材１２５を先行技術例における銅支持部材の代替
として適用した場合は、次のような特長が得られる。

【００２０】その第一は、金属支持部材１２５の熱膨張
率が小さく、絶縁部材（ＡｌＮ，ＢｅＯ，アルミナ）の
それと近似するため、金属支持部材１２５と絶縁部材の
間のはんだ層に熱応力ないし熱歪が残留しない点であ
る。ここで、上述した熱膨張率が近似するということ
は、絶縁部材と支持部材の間の熱膨張率の差が７×１０
^-6／℃以下であることを意味する。これにより、金属支
持部材１２５と絶縁部材間の一体化物は反り等の変形を
生じない。一体化物には残留応力や熱歪がないため、半
導体装置稼働時に生じる熱ストレスの重畳を受けても、
金属支持部材１２５と絶縁部材間のはんだ層の疲労破壊
による熱流路の遮断や絶縁部材の材械的破壊を生じにく
い。このことは、半導体装置の正常動作の維持と安全性
の確保に寄与する。絶縁部材とは、セラミックスと金属
板が接合されて複合化された金属接合回路基板のことを
言う。

【００２１】その第二は、一体化物には反りを生じない
ため、熱伝導グリースの充填が均一かつ確実になされ、
モジュール装置から冷却フィンに至る経路の熱伝達が確
実に行われる点である。また、モジュール装置を冷却フ
ィン上にねじ締め搭載することによる、絶縁部材の破壊
も生じない。このことも、半導体装置の正常動作と安全
性の維持に寄与する。

【００２２】その第三は、金属支持部材１２５には高い
熱伝導性が付与されているため、発熱の著しい半導体基
体から絶縁部材や支持部材を経て冷却フィンに至る熱流
路にあって、金属支持部材１２５に熱流を拡散させて広
げる役割を担わせることが可能な点である。このこと
は、半導体装置及びこれを用いた電子装置の放熱性と信
頼性を高めるのに寄与する。

【００２３】以上のように、本発明半導体装置は、製造
時あるいは運転時に生じる熱応力を軽減し、各部材の変
形，変性、あるいは破壊の恐れがなく信頼性の高いもの
となる。したがって、このような半導体装置を適用した
電子装置も信頼性の高いものとなる。

【００２４】

【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。

【００２５】〔実施例１〕本実施例では、非酸化物系セ
ラミックス（ＡｌＮ）と金属板とを接合して一体化した
金属接合回路基板と、第一金属で構成された支持部材と
をろう材により接合した半導体装置及びこれを電子装置
に応用した例について説明する。

【００２６】金属支持部材１２５は、４０ｍｍ×９５mm
×３mmの寸法を有する、厚さ５μｍのＮｉめっきを施し
たＭｏ又はＷからなる。Ｍｏからなる支持部材は、熱膨
張率：５.３×１０^-6／℃ ，熱伝導率：１３６Ｗ／ｍ・
Ｋなる物性値を有している。また、Ｗからなる支持部材
は、熱膨張率：４.５×１０^-6／℃ ，熱伝導率：１７７
Ｗ／ｍ・Ｋからなる物性値を有している。これらの物性
値は方向性を持っていない。

【００２７】以上の手順を経て得られた金属支持部材１
２５には、−５５〜１５０℃の温度サイクル試験が施さ
れた。この試験を１０００回与えた後の物性値は、初期
値とほとんど同じであり、方向性もないことが確認され
た。また、金属支持部材125の寸法変化や変形は全く観
測されなかった。

【００２８】以上に述べた金属接合支持部材１２５は、
図４に示す金属接合回路基板１２２と組み合わされ、Ｉ
ＧＢＴ素子を搭載した２０００Ｖ，７５Ａ級の半導体装
置９００に適用された。金属回路基板１２２は、寸法３
１mm×６０mm×０.６３mmを有するＡｌＮ焼結体１２の
両面に、厚さ３００μｍの銅板１３ａ（コレクタ電極を
兼ねる），１３ｂ(エミッタ電極を兼ねる），１３ｃ(ゲ
ート電極を兼ねる）と、厚さ１５０μｍの銅板１３ｄ
を、活性金属としてのＴｉを２ｗｔ％添加したＡｇ−２
８ｗｔ％Ｃｕろう材１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ及び
１３０ｄにより接合されたものである。銅板１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ及び１３ｄの表面には、無電解めっきによ
り厚さ４μｍのＮｉ層が形成されている(図示を省略)。
活性金属としてのＴｉの代替物として、Ｃｒ,Ｚｒ,Ｈｆ
等が挙げられる。これらの活性金属は、ＡｌＮ焼結体１
２と反応して窒化物を形成し、ろう材１３０ａ，１３０
ｂ，１３０ｃ及び１３０ｄとＡｌＮ焼結体１２の間の接
合媒体の役割を演じる。活性金属はＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，
Ｈｆの群から選択された少なくとも１種を含んでいれば
よい。ＡｌＮ焼結体１２は、Ａｌ₂Ｏ₃の還元窒化法によ
り製作されたＡｌＮ粉末を、助材としてのＹ₂Ｏ₃（添加
量：５ｗｔ％）とともに、窒素雰囲気中で１７００℃で
常圧焼結して得た。Ｙ₂Ｏ₃は焼結助材として焼結体の緻
密化する役割を担うとともに、高熱伝導性を付与する役
割を担う。Ｙ₂Ｏ₃以外にＣａＯを焼結助材として用いる
ことも可能である。ＡｌＮ焼結体１２の素材となるＡｌ
Ｎ粉末は、金属Ａｌ粉末を直接窒化法により得られる粉
末であってもよい。このようにして得られた金属接合回
路基板の見かけの熱膨張率は、約５.２×１０^-6／℃で
ある。

【００２９】図５は半導体装置９００の要部の斜視図で
ある。図で、金属支持部材１２５上に金属接合回路基板
１２２がＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎはんだ材１２４（図示を
省略、厚さ：２００μｍ）により接着され、金属接合回
路基板１２２の銅板１３ａ上にはＩＧＢＴ素子(１３mm
×１３mm×０.３mm）１０１がダイオード素子（１０mm
×１０mm×０.３mm）１０１′とともにＳｎ−５ｗｔ％
Ｓｂ−０.６ｗｔ％Ｎｉ−０.０５ｗｔ％Ｐはんだ材１１
３(図示を省略、厚さ：２００μｍ）により接着されて
いる。各半導体基体１０１，１０１′にはＡｌ線(直
径：５５０μｍ)１１７によるワイヤボンディングが施
され、エミッタ電極１３ｂ，ゲート電極１３ｃに接続さ
れている。

【００３０】コレクタ電極１３ａ，エミッタ電極１３
ｂ，ゲート電極１３ｃには、それぞれ外部端子１１６，
１１６′，１１６″が設けられ、更に各半導体基体１０
１，１０１′，金属接合回路基板１２２等が外気から完
全に遮断されるように、エポキシ系樹脂製ケース（図示
を省略）を設けるとともに同ケース内にシリコーンゲル
やエポキシ系樹脂を充填，硬化させて半導体装置９００
を得た。この半導体装置９００は、図６に示す回路を構
成している。なお、本実施例では比較用として、先行技
術例と同様の部材構成をとる半導体装置（本実施例と同
寸法の金属接合回路基板１２２及び銅支持部材を組み合
わせた）も作製した。半導体装置９００は最終的に、図
７に示す電動機９５０の回転数制御用インバータ装置に
組み込まれた。

【００３１】半導体装置９００の素子１０１−金属支持
部材１２５間の熱抵抗は、Ｍｏ支持部材を用いた場合の
０.３９℃／Ｗ，Ｗ支持部材を用いた場合の０.３５℃／
Ｗであった。この値は比較試料の熱抵抗０.２４℃／Ｗ
より高いが、目標仕様の０.４５℃／Ｗ以下は満たして
いる。目標仕様を満たす熱抵抗が得られたのは、熱流路
を金属接合回路基板１２２や金属支持部材１２５等の高
熱伝導性部材で構成したこと、及び、Ｍｏ板のような半
導体基体１０１，１０１′直下に配置する熱膨張率緩和
部材を省略して簡素な積層構造をとり得たことが第１の
要因である。

【００３２】また、金属接合回路基板１２２と熱伝導率
の整合した金属支持部材１２５を適用したため、はんだ
材１２４における気泡等の欠陥が低減されたことも第二
の要因として挙げられる。気泡等の欠陥が低減されたの
は、金属支持部材１２５の熱伝導率がＣｕ支持板のそれ
より低い点に起因する。はんだ材１２４を介在させて金
属接合回路基板１２２と金属支持部材１２５を積層した
構造体をはんだ付け熱処理をした場合、金属接合回路基
板１２２と金属支持部材１２５の昇温はほぼ同等に進
み、はんだ材１２４は金属接合回路基板１２２と金属支
持部材１２５の両者にほぼ均等にぬれる。この際、溶融
はんだ材１２４の系外への流出はほとんど生じないた
め、金属接合回路基板１２２と金属支持部材１２５間の
空間ははんだ材１２４によって確実に満たされる。一
方、Ｃｕ支持板を用いた場合は、熱伝導率が高いため、
Ｃｕ支持板の昇温が金属接合回路基板に先行する。この
際、はんだ材は銅支持部材側にぬれ、金属接合回路基板
側へのぬれを生じる前に系外へ流出する。流出の結果、
銅支持部材と金属接合回路基板間の空間を確実に埋める
のに必要なはんだ材の量が確保されなくなるため、はん
だ層内に気泡が生じる。このような気泡は、熱流の円滑
な伝達に対する阻害要因となる。

【００３３】〔半導体基体１０１，１０１′〕−〔金属
接合回路基板１２２〕−〔金属支持部材１２５〕の積層
一体化物を形成した段階での反り量（腹の高さ）は、Ｍ
ｏ支持部材及びＷ支持部材の場合とも最大２０μｍであ
った。これは、比較試料の半導体基体−金属接合回路基
板−銅支持部材の積層一体化物の場合の３００μｍより
大幅に小さい値である。このことも、金属支持部材１２
５の熱膨張率が金属接合回路基板１２２のそれと整合し
ていることに基づく。

【００３４】また、半導体装置９００に間欠通電し、金
属支持部材１２５の温度を３０〜１００℃間で繰返し変
化させる試験を施した。図８は間欠通電試験による熱抵
抗の推移を示す。本実施例半導体装置の熱抵抗Ａは五万
回まではほとんど変動を示さず、六万回に至って０.４
３Ｗ／℃（Ｍｏ支持部材），０.３８Ｗ／℃（Ｗ支持部
材）とわずかに上昇している。しかし、この熱抵抗上昇
は上記の目標仕様を下回る値であり、半導体装置９００
の機能に支障を及ぼすものではない。これに対し、比較
試料の熱抵抗Ｂは初期値こそ本実施例の試料より低いも
のの、試験回数を増すにつれ著しく上昇し、一万五千回
では初期値の２倍以上に達している。このように、本実
施例半導体装置９００は、比較試料より格段に安定して
優れた放熱性が維持されている。比較試料が早期に放熱
性の低下を生じた原因は、主として金属接合回路基板１
２２と銅支持部材の間におけるはんだ層の熱疲労破壊で
あった。これは、銅支持部材と金属接合回路基板１２２
の熱膨張率が大幅に異なること、及び、熱膨張率差が大
きいことに起因してはんだ付け部に残留する応力ないし
歪が極めて大きいことによる。本実施例半導体装置９０
０が優れた信頼性を示した理由は、金属接合回路基板１
２２と半導体基体１０１，１０１′間の熱膨張率の差が
ほとんどないため、はんだ材１１３に過大な熱応力や熱
歪が作用せず、同はんだの熱疲労破壊が避けられたこと
の他に、金属接合回路基板１２２と金属支持部材１２５
の熱膨張率が近似しているため、はんだ材１２４に作用
する熱応力や熱歪が軽減され、その熱疲労破壊が抑制さ
れたことによる。

【００３５】間欠通電試験では、電極１３ａ，１３ｂ，
１３ｃから金属支持部材１２５に至る積層構造の絶縁耐
力も追跡した。図９はその結果で、間欠通電試験による
電極−支持部材間のコロナ放電開始電圧の推移を示す。
コロナ放電開始電圧は電荷量１００ｐＣにおける値であ
る。本実施例試料Ａは初期値約８ｋＶに対し、四万回後
でも約８ｋＶと、ほとんど変化していない。これに対
し、比較試料Ｂの放電開始電圧は本実施例試料と同等の
初期値を示しているが、試験回数を増すにつれて逐次低
下し、一万五千回以降は約１ｋＶとほぼ一定の値を示し
ている。以上から、本実施例試料は比較試料に比べて、
安定的に優れた絶縁性が維持されていることが確認され
る。比較試料の絶縁性が劣化した主たる理由は、金属接
合回路基板１２２における絶縁体としてのＡｌＮ焼結体
１２が電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃに対応する部分で機
械的に破壊したためである。絶縁物が機械的に破壊する
と、その破壊部分で電界が極度に大きくなる結果、放電
を生じる。焼結体の機械的破損は、銅支持部材と金属接
合回路基板１２２の熱膨張率差に起因する過度な応力な
いし歪が作用する結果として生じる。これに対し、本実
施例試料の金属支持部材１２５と金属接合回路基板１２
２の一体化部にはＡｌＮ焼結体を破壊するほどの過度な
応力ないし歪が作用しないため、機械的破損を生じな
い。したがって、絶縁体内部で電界が不連続的に大きい
値を示すこともない。本実施例試料が安定的に優れた絶
縁性を示したのは、以上の理由に基づく。

【００３６】本実施例によれば、放熱性の目標仕様を満
たしながら、信頼性を向上させることができた。この効
果は、金属接合回路基板１２２の面積、したがってはん
だ材１２４の面積が大きくなるほど顕著である。その一
例を図１０により説明する。この図は本実施例と同様の
部材構成を有する半導体装置Ａの金属接合回路基板１２
２−金属支持部材１２５間の接着面積〔比較試料Ｂで
は、金属接合回路基板１２２−支持部材間の接着面積〕
と温度サイクル印加後の故障発生率の関係を示すグラフ
である。温度サイクルは−５５〜１５０℃のもとで一千
回与えた。図によれば、接着面積が約５００mm²まで
は、Ａ，Ｂともに故障発生率は０％である。５００mm²
を越えると、Ｂでは加速的に故障発生率が増加するのに
対し、Ａでは７０００mm²までは０％が維持されてい
る。また、Ａでは２０００mm²の場合に故障発生率約５
％（Ｍｏ支持部材），約２％（Ｗ支持部材）を記録して
いるが、このことは接着面積２０００mm²の場合に半導
体装置９００の稼働が不可能であることを意味するもの
ではない。換言すると、接着面積２０００mm²の場合で
も、信頼性の水準を少し低く設定すれば、半導体装置９
００の実稼働は可能である。なお、ここで言う故障と
は、主としてはんだ材１２４に生じたクラック、あるい
は金属接合回路基板１２２の機械的破損のことである。
このように、温度サイクル数が一千回と多いにもかかわ
らず、本実施例構造の試料では大面積の領域まで故障を
生じていない。これは、金属接合回路基板１２２から金
属支持部材１２５に至る積層構造体の熱膨張率が整合し
ていることによる。

【００３７】本実施例の半導体装置９００を組み込んだ
図７のインバータ装置を用いて、電動機９５０の回転数
制御を試みた。図１１はスイッチング周波数とＩＧＢＴ
半導体基体１０１の発熱温度の関係を示す。スイッチン
グ損失は周波数を増すにつれて増えるが、商用電源の５
０Ｈｚから３０ｋＨｚまでの間では、半導体基体101が
安定して動作し得る温度である１２５℃を越えることは
なかった。この間、電動機９５０は特別な異常を伴わず
に作動した。

【００３８】また、インバータ装置及び電動機は、電気
自動車にその動力源として組み込まれた。この自動車で
は、動力源から車輪に至る駆動機構を簡素化できたた
め、ギアの噛み込み比率の違いにより変速していた従来
の自動車に比べ、変速時のショックが軽減された。更
に、この自動車は、０〜２５０km／ｈの範囲でスムーズ
な走行が可能であったほか、動力源から発生する振動や
騒音の面でも従来の気筒型エンジンを搭載した自動車の
約１／２に軽減することができた。

【００３９】更に、本実施例の半導体装置９００は、イ
ンバータ装置，ブラシレス直流電動機とともに冷暖房機
（冷房時の消費電力：５ｋＷ，暖房時の消費電力：３ｋ
Ｗ，電源電圧２００Ｖ）に組み込まれた。図１２はこの
際の電動機の効率Ａを示すグラフである。従来の交流電
動機を用いた場合、Ｂと比較して示す。本実施例の場合
は、比較した全回転数範囲で、従来の場合より１０％以
上高い効率を示している。この点は、冷暖房機使用時の
電力消費を低減するのに役立つ。また、室内の温度が運
転開始から設定温度に到達するまでの時間は、本実施例
の場合は従来の交流電動機を用いた場合より約１／２に
短縮された。

【００４０】本実施例と同様の効果は、半導体装置９０
０が他の流体を撹拌又は流動させる装置、例えば洗濯
機，流体循環装置等に組み込まれた場合でも享受でき
る。

【００４１】〔実施例２〕本実施例では、金属接合回路
基板上に多数個の半導体基体が密集して搭載され、これ
らが第一金属と第二金属の複合体からなる支持部材上に
搭載された半導体装置と、これを用いた電子装置につい
て説明する。

【００４２】本実施例における金属接合回路基板（６８
mm×８６mm×０.６３mm)１２２の電極領域１３ａには、
Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０.６ｗｔ％Ｎｉ−０.０５ｗｔ％
Ｐはんだ(厚さ：２００μｍ)１１３により、ＩＧＢＴ素
子(１３mm×１３mm×０.３mm，６個)１０１と、ダイオ
ード素子（１３mm×１３mm×０.３mm，２個）１０１′
が接着された。引続き実施例１と同様に、半導体基体１
０１，１０１′と電極１３ｂ，１３ｃ間のワイヤボンデ
ィング１１７，外部端子１１６，１１６′，１１６″の
取付けを行った後、金属接合回路基板１２２を支持部材
（９５mm×１１０mm×５mm）１２５にＰｂ−６０ｗｔ％
Ｓｎはんだ材（厚さ：２００μｍ）１２４により接着し
た。

【００４３】金属接合回路基板１２２におけるＡｌＮ焼
結体１２の一方の面には電極領域１３ａ，１３ｂ，１３
ｃが形成され、他方の面には銅板１３ｄが形成されてい
る。これらの電極及び金属板は銅からなり、実施例１と
同様の手法によりろう付けされている。

【００４４】本実施例における代表的な金属支持部材１
２５は、Ｍｏ１２５ＡとＣｕ125Ｂからなる複合体で構
成されており、熱膨張率：９.５×１０^-6／℃ ，熱伝導
率：２６０Ｗ／ｍ・Ｋなる物性値（Ｃｕの添加量：６０
ｗｔ％）を有している。これらの物性値は方向性を持っ
ていない。

【００４５】また、本実施例では、Ｍｏ１２５ＡとＡ
ｌ，Ａｇ，Ｎｉ１２５Ｂを組み合わせ金属支持部材１２
５や、Ｗ１２５ＡとＣｕ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ１２５Ｂを
組み合わせた金属支持部材１２５も上記と同様にして金
属接合回路基板１２２とろう付けした。

【００４６】以上の手順を経て得られた金属支持部材１
２５には、−５５〜１５０℃の温度サイクル試験が施さ
れた。この試験を一千回与えた後物性を測定したが、熱
膨張率：９.５×１０^-6／℃ ，熱伝導率：２６０Ｗ／ｍ
・Ｋと、初期値とほとんど同じであり、方向性もないこ
とが確認された。また、金属支持部材１２５の寸法変化
や変形は全く観測されなかった。他の金属を組み合わせ
た支持部材も同様の結果を示した。

【００４７】以下実施例１と同様のパッケージを施し、
半導体装置９００を得た。この半導体装置９００は、搭
載された全ての素子が並列に接続され、等価的に図１３
に示す回路を構成している。また、本実施例と同寸法の
金属接合回路基板１２２を銅支持部材に搭載した比較用
試料も製作した。半導体装置９００は最終的に、図７に
示した電動機９５０の回転数制御用インバータ装置に組
み込まれた。

【００４８】大容量電力を取り扱う半導体装置では、そ
の信頼性をより高める目的のもとでは、金属支持部材１
２５の熱膨張率は接着される相手部材（金属接合回路基
板１２２）のそれより大きい方が好ましい。この理由
は、熱膨張率が相手部材より過度に小さいと、ろう付け
された一体化物が室温に戻る際に金属接合回路基板１２
２に引張り応力が作用する。この際、ＡｌＮ焼結体１２
の引張り応力に対する耐破壊強度は金属ほどには大きく
ないため、破損を生じやすいからである。金属接合回路
基板１２２になり得るセラミックスＡｌＮ焼結体１２の
熱膨張率はＡｌＮ：４.３×１０^-6／℃，ＢｅＯ：７.５
×１０^-6／℃ ，アルミナ：６.３×１０^-6／℃である。
金属支持部材１２５の熱膨張率は、これらＡｌＮ焼結体
１２に銅張りを施した金属接合回路基板１２２の熱膨張
率を越えるように調整することが望ましい。金属接合回
路基板１２２の熱膨張率はＡｌＮ：５.２×１０^-6／
℃，ＢｅＯ：８.４×１０^-6／℃，アルミナ：７.２×１
０^-6／℃である。

【００４９】図１４は支持部材と金属接合回路基板間の
熱膨張率差と熱抵抗変化率の関係を示す。ここで得たデ
ータは、試料に上述と同様の間欠通電試験を三万回施
し、試験の前後における熱抵抗変化率を示している。ま
た、ＡｌＮ焼結体１２と同じ寸法のＢｅＯ焼結体及びア
ルミナ焼結体を用いた金属接合回路基板１２２の場合も
同時に示す。熱抵抗の変化は、用いた金属接合回路基板
の種類や構成には関係なく、金属支持部材１２５との間
の熱膨張率差が７×１０^-6／℃を越えた場合に顕著に生
じている。この際の熱抵抗上昇の主因は、はんだ材１２
４の熱疲労破壊によるものである。このことは、はんだ
材１２４の高信頼化のためには、熱膨張率差を７×１０
^-6／℃以下に調整する必要があることを示唆している。

【００５０】本実施例における金属支持部材１２５から
半導体基体１０１，１０１′に至る部材構成では、半導
体基体（３.５×１０^-6／℃）−金属接合回路基板(銅板
とＡｌＮ焼結体の複合体，５.２×１０^-6／℃）−支持
部材（９.５×１０^-6／℃）と、熱膨張率が近似されて
いる。このため、接着面積が４９６０mm²と大きいにも
かかわらず、一体化物の反り量は１５μｍに過ぎず、各
接着部に残留する熱応力も少ないことを裏付けている。
これは、半導体装置９００を冷却フィンに取付ける際に
熱伝導路が遮断されるのを防止するのに役立つととも
に、取付けの際のねじ締めによる半導体装置９００の構
成部品の破損防止に寄与する。

【００５１】以上により得られた半導体装置９００の半
導体基体１０１−金属支持部材125間の熱抵抗は、０.０
３５℃／Ｗと極めて小さい値であった。このように低
い値が得られたのは、実施例１の場合と同様の理由の他
に、多数の半導体基体１０１，１０１′が有効な熱伝導
路内に搭載されているため、実施例１の場合より実効的
な放熱性が向上していることによる。即ち、半導体基体
１０１，１０１′が金属接合回路基板１２２の面積に占
める割合は２７.３％に及んでいる。このように、本実
施例構造の放熱機能は、特に発熱素子の占有面積が大き
くなる場合に有効に発揮される。図１５は金属接合回路
基板の面積に対する半導体基体の占有面積と熱抵抗の関
係を示す。占有面積が５０％になるまでの範囲では、金
属接合回路基板の熱流拡大の機能が有効に作用するた
め、熱抵抗は逐次減少する。しかし、５０％を越えると
熱流拡大の機能が反映されなくなるため、熱抵抗は上昇
に転ずる。したがって、本実施例構成の半導体装置は、
占有面積５０％までは放熱機能を向上させることが可能
である。

【００５２】半導体装置９００には、−５５〜１５０℃
の温度サイクルが三千回印加された。これによる半導体
基体１０１−金属支持部材１２５間の熱抵抗は０.０４
２℃／Ｗとわずかに変化したものの、この変化量は半導
体装置９００の使用上は全く問題ない範囲である。熱抵
抗変化を生じなかった最大の理由は、〔半導体基体１０
１，１０１′〕−〔金属接合回路基板１２２〕−〔金属
支持部材１２５〕積層構造全体の熱膨張率が整合されて
いるため、はんだ材１１３，１２４の熱疲労破壊が抑制
されたことによる。

【００５３】また、半導体装置９００に間欠通電試験を
施し、金属支持部材１２５の温度を３０〜１００℃の間
で繰返し変化させた。図１６は間欠通電試験による熱抵
抗の推移を示す。熱抵抗は五万回まではほとんど変化を
示さず、六万回に至ってわずかに上昇し始めているのみ
である。このように安定した放熱性が維持されたのは、
上記した温度サイクル試験の場合と同様の理由に基づ
く。

【００５４】次いで、２４個の本実施例半導体装置９０
０が、図７と同様のインバータ回路に組み込まれた。こ
こでは、１相分として８個の半導体装置９００が割り当
てられている。これにより得られたインバータ装置（電
源電圧：２５００Ｖ，ピーク出力電流：６５０Ａ，平均
周波数：２ｋＨｚ）は、電車用の主電動機（１９０ｋ
Ｗ）の速度制御に供された。この結果、走行開始（加
速）時に電動機が発する騒音は平均周波数１.５ｋＨｚ
の場合より１／３低く、そして、短い駅間距離(１.２k
m）を想定した走行試験でも表定速度４０km／ｈと優れ
た運行性能が得られた。これは、高周波化されて発熱の
著しい半導体基体１０１を効率的に冷却できるため、同
基体が安定的に動作するためである。

【００５５】本実施例の半導体装置９００は、電動機の
回転速度や移動装置の走行速度を制御するのに有用であ
る。本実施例と同様の半導体装置がエレベータ，エスカ
レータ，ベルトコンベヤ等の物体を運搬する装置やその
装置に組み込まれた場合でも、電車に組み込まれた場合
と同様の効果が得られる。

【００５６】なお、本実胞例で、金属支持部材１２５に
は第一金属に複数の種類の第二金属が添加されていて
も、その効果は変わらない。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１は金属支持部材１２５の組成とその物
性値を示す。ここで、第一金属１２５ＡにはＭｏ，Ｗの
中から選択された金属が用いられ、第二金属１２５Ｂに
はＣｕ，Ａｌ,Ａｇ,Ｎｉの群から選択された粉末が用い
られ、第二金属１２５Ｂは第一金属１２５Ａ中に５０体
積％添加されている。ここに示すいずれの金属支持部材
１２５も、金属接合回路基板１２２とはんだ付けされ、
電気的不活性領域かつ熱伝導路にあって熱中継もしくは
熱流拡大の機能と、金属接合回路基板122との間の熱応
力ないし熱歪を緩和する機能を兼備するに十分な性能を
有している。この結果表１に示したいずれの支持部材を
用いた場合も、Ｍｏ−Ｃｕ系複合材からなる金属支持部
材１２５を用いた場合と同等の放熱性及び信頼性が得ら
れた。

【００５９】本発明で、金属支持部材１２５上に設けら
れるめっき層はＮｉに限定すべきものではない。はんだ
材やろう材に対するぬれ性を向上させるためには、表面
にＣｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，
Ａｌ，Ｚｎ、もしくは、これらの合金を被覆することは
好ましいことである。この際、めっき法に限らず、蒸着
法あるいはスパッタリング法等によってもよい。

【００６０】本発明で、はんだ材１１３，１２４等は実
施例に開示した材料のみには限定されない。半導体装置
が製作されるプロセス，半導体装置に要求される特性、
特に耐熱疲労信頼性に応じて、種々の成分及び組成のも
のを選択し得る。例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｂ，Ｐｂ−
５２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｂｉ，Ａｕ−１２ｗｔ％Ｇ
ｅ，Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｉ，Ａｌ
−１１.７ｗｔ％Ｓｉ,Ａｇ−４.５ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−
８５ｗｔ％Ｐｂ，Ａｕ−２６ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−６９.
３ｗｔ％Ｍｇ，Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｍｎ，Ｃｕ−３６ｗ
ｔ％Ｐｂ，Ｃｕ−７６.５ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−１６.５ｗ
ｔ％Ｓｉ，Ｃｕ−２８ｗｔ％Ｔｉ，Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｚ
ｒ、又は、これらを任意に組み合わせたろう材を適用で
きる。

【００６１】本発明で、半導体装置は負荷に給電する電
気回路に組み込まれて使用される。この際、（１）半導
体装置が、回転装置に給電する電気回路に組み込まれて
回転装置の回転速度を制御するか、もしくは、それ自体
が移動する装置に回転装置とともに組み込まれて移動装
置の移動速度を制御する場合、（２）回転装置に給電す
る電気回路がインバータ回路である場合、（３）半導体
装置が流体を撹拌又は流動させる装置に組み込まれて、
被撹拌物又は被流動物の移動速度を制御する場合、
（４）半導体装置が物体を加工する装置に組み込まれ
て、被加工物の研削速度を制御する場合、（５）半導体
装置が発光体に組み込まれて、発光体の放出光量を制御
する場合、そして、（６）半導体装置が５０Ｈｚないし
３０ｋＨｚの周波数のもとで作動する場合にも、実施例
の場合と同様の効果，利点を享受できる。

【００６２】本発明で、金属接合回路基板１２２に搭載
される半導体基体になり得る素材は、Ｓｉ：４.２×１
０^-6／℃，Ｇｅ：５.８×１０^-6／℃ ，ＧａＡｓ：６.
５×１０^-6／℃，ＧａＰ：５.３×１０^-6／℃，Ｓｉ
Ｃ：３.５×１０^-6／℃等である。これらの素材からな
る半導体素子を搭載することに、何らの制約もない。こ
の際、半導体基体はサイリスタ，トランジスタ等、実施
例に記載されていない電気的機能を有していてもよい。
また、金属接合回路基板１２２に搭載される素子は半導
体基体に限定されず、例えば、コンデンサ，抵抗体，コ
イル等の受動素子であってもよい。

【００６３】本発明で、半導体装置の電気回路は、図６
及び図１３に示したものに限定されない、例えば、図１
７に示すように、半導体装置の内部で種々の電気回路が
設けられていることは、これを電子装置に用いる上で支
障になるものではない。この際、半導体装置の内部の電
気回路に受動素子が組み込まれていることも、好ましい
ことである。

【００６４】本発明で、金属支持部材１２５の厚さには
適当な範囲が存在する。この点を次に説明する。図１８
は金属支持部材１２５の厚さと半導体装置９００の反り
量及び熱抵抗の関係を示す。ここで、半導体装置９００
は、本実施例の２の場合と同様の寸法及び形態を有する
もので、金属支持部材１２５にはＭｏを適用している。
反り量は支持部材が薄い側で大きく、厚くなるにつれて
逐次少なくなっている。この半導体装置９００の場合
は、金属支持部材１２５から冷却フィンに至る間の熱的
接合を確実に行い、金属接合回路基板１２２の破壊を防
止する観点から反り量５０μｍまでは許容される。この
点から選択される適正厚さは１mm以上である。一方、熱
抵抗は金属支持部材１２５が薄い側で低く、厚い側で高
い値を示している。厚さ１０mm程度までは熱の横方向の
拡散効果があるため、厚さをましても見かけの熱抵抗は
ほんど変化しない。しかし、１０mm程度を越えると縦方
向(厚さ方向)の熱抵抗が増すため、見かけの熱抵抗は増
加する。半導体装置９００に許容される熱抵抗値は０.
０４５℃／Ｗであり、これを満たす範囲は厚さ１０mm
以下の場合である。以上、反り量及び熱抵抗の観点から
選択される適正な支持部材の厚さは、１mm以上１０mm以
下の範囲である。このような傾向は、金属支持部材１２
５がＷの場合、第一金属と第二金属が複合された金属支
持部材１２５の場合、そして、ＡｌＮ焼結体１２がＡｌ
Ｎ，ＢｅＯ，アルミナのいずれかの場合にも同様であ
る。また、適正厚さ範囲にある金属支持部材１２５が許
容熱抵抗０.０４５℃／Ｗを満たすためには、熱伝導率
９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が必要である。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、製造時あるいは運転時
に生じる熱歪を低減し、各部材の変形，変性、あるいは
破壊の恐れがなく、熱放散性に優れた絶縁型の半導体装
置を提供することができ、運転時の性能が優れ、消費電
力の少ない電子装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】支持部材の断面図。

【図２】支持部材の熱膨張率を示す特性図。

【図３】支持部材の熱膨張率を示す特性図。

【図４】金属接合回路基板の断面図。

【図５】一実施例の半導体装置の要部の斜視図。

【図６】半導体装置の回路図。

【図７】半導体装置が組み込まれたインバータ装置の回
路図。

【図８】間欠通電試験による熱抵抗の推移を示す特性
図。

【図９】間欠通電試験による電極−支持部材間のコロナ
放電開始電圧の推移を示す特性図。

【図１０】金属接合回路基板−支持部材間の接着面積と
温度サイクル印加後の故障発生率の関係を示す特性図。

【図１１】スイッチング周波数と半導体素子の発熱温度
との関係を示す特性図。

【図１２】半導体装置の等価回路を示す特性図。

【図１３】電動機の効率を示す特性図。

【図１４】支持部材と金属接合回路基板の間の熱膨張率
差と熱抵抗変化率の関係を示す特性図。

【図１５】金属接合回路基板の面積に対する半導体基体
の占有面積と熱抵抗の関係を示す特性図。

【図１６】間欠通電試験による熱抵抗の推移を示す特性
図。

【図１７】半導体装置に内蔵された他の電気回路図。

【図１８】支持部材の厚さと半導体装置の反り量及び熱
抵抗の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１２…ＡｌＮ焼結体、１３ａ,１３ｂ,１３ｃ,１３ｄ…
銅板、１０１,１０１′…半導体基体、１２２…金属接
合回路基板、１２５…金属支持部材、１２５Ａ…第一金
属、１２５Ｂ…第二金属、１１３，１２４…はんだ、１
１６，１１６′，１１６″…外部端子、１３０ａ，１３
０ｂ,１３０ｃ,１３０ｄ…ろう材、９００…半導体装
置、９５０…電動機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋茂茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者服巻孝茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス板と金属板が接合され、前記
金属板によって回路が形成され、前記回路上に半導体基
体が搭載された金属接合回路基板と、前記金属接合回路
基板の前記半導体基体が搭載されていない面にろう材に
より接合されたＭｏもしくはＷを主成分とする金属支持
部材からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】請求項１において、前記金属支持部材にＡ
ｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉの群から選択された少なくとも１
種が含まれる半導体装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記金属支持
部材の表面がＮｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｐｄの中から選択された少なくとも１種の金
属、又は、Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｐｄの中から選択された少なくとも２種の金
属を含む合金によって被覆されている半導体装置。
【請求項４】請求項１，２または３において、前記該金
属支持部材の熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である半導
体装置。
【請求項５】請求項１において、前記セラミックス板
が、ＡｌＮ，ＢｅＯ，アルミナのいずれかから成る半導
体装置。
【請求項６】請求項１または５において、前記金属接合
回路基板の前記セラミックス板と前記金属板の接合に、
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒの中から選択された少なくとも
１種の活性金属を含むろう材を使用する半導体装置。
【請求項７】請求項１，２，３または４において、前記
金属支持部材の厚さが、１mm以上１０mm以下である半導
体装置。
【請求項８】請求項１，５または６において、前記金属
接合回路基板の熱膨張係数が、前記金属支持部材の熱膨
張係数より小さい半導体装置。
【請求項９】請求項１，５，６または８において、前記
セラミックス板と前記金属支持部材の熱膨張係数の差が
７×１０^-6／℃以下である半導体装置。
【請求項１０】請求項１において、前記金属接合回路基
板上に１以上の前記半導体基体を搭載する半導体装置。
【請求項１１】請求項１または１０において、前記金属
接合回路基板の面積に対する前記半導体基体の占有面積
が５０％以下である半導体装置。
【請求項１２】請求項１，１０または１１において、前
記半導体基体が、ＩＧＢＴ素子，サイリスタ素子，トラ
ンジスタ素子，ダイオード素子の群の中から選択された
少なくとも１種ある半導体装置。
【請求項１３】請求項１ないし９において、前記金属接
合回路基板と前記金属支持部材が接合された領域の面積
が、５００mm²以上，７０００mm²以下となる半導体装
置。
【請求項１４】請求項１ないし１３において、前記半導
体装置が、５０Ｈｚ以上３０ｋＨｚ以下の周波数のもと
で動作する半導体装置。
【請求項１５】セラミックス板と金属板が接合され、前
記金属板によって回路が形成され、前記回路上に半導体
基体が搭載された金属接合回路基板と、前記金属接合回
路基板の前記半導体基体が搭載されていない面にろう材
により接合されたＭｏもしくはＷを主成分とする金属支
持部材からなる半導体装置が、負荷に給電する電気回路
に組み込まれたことを特徴とする電子装置。
【請求項１６】請求項１５において、前記半導体装置が
回転装置に給電する電気回路に組み込まれて前記回転装
置の回転速度を制御するか、もしくは、それ自体が移動
する装置に前記回転装置とともに組み込まれて前記移動
装置の移動速度を制御する電子装置。
【請求項１７】請求項１５または１６において、前記回
転装置に給電する電気回路がインバータ回路である電子
装置。
【請求項１８】請求項１５において、前記半導体装置が
流体を撹拌又は流動させる装置に組み込まれて、被撹拌
物又は被流動物の移動速度を制御する電子装置。
【請求項１９】請求項１５において、前記半導体装置が
物体を加工する装置に組み込まれて、被加工物の加工速
度を制御する電子装置。
【請求項２０】請求項１５において、前記半導体装置が
発光体に給電する電気回路に組み込まれて、前記発光体
の放出光量を制御する電子装置。