JPH0917908A

JPH0917908A - 半導体装置及びそれを用いた電子装置

Info

Publication number: JPH0917908A
Application number: JP7160364A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原; 茂 ▲高▼橋; Shigeru Takahashi; Mamoru Sawahata; 守沢畠; Nobusuke Okada; 亘右岡田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】製造時あるいは運転時に生ずる熱応力ないし熱
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。【構成】半導体装置は、セラミックスと金属板が接合さ
れた金属接合回路基板上に半導体基体が搭載され、金属
接合回路基板の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支持部材からなり、熱伝導率の高い
第１金属からなる層と第１金属より熱膨張率の小さい第
２金属からなる層を、金属接合回路基板を接合する面及
びこれと対向する面でストライプ状のパターンが形成さ
れるよう積層し、このストライプ状のパターンを支持部
材の長手方向と並行に形成した複合金属で支持部材を構
成した。

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ベース上に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熱する。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In
sulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)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は一層重要となる。

【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】絶縁型半導体装置においても、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１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“半導
体・通信用ＤＢＣ基板”：電子材料(Ｖol.４４，Ｎo.
５），６５〜６９頁（１９８９年）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】上記従来技術において、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・c
m)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
を組合せたもので、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、前記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ＡｌＮ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）を用いずに搭載で
きるため、パワーモジュール装置の部品点数や組込み工
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。具体的には、（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ずる。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、上記残留
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、上記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
つ絶縁基板の破損を生ずる。このような事柄は、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
を発生する。モジュール装置に反りを生ずると、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
的係合が完全になされず、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ネジ締
め搭載した場合には、新たな外力の印加により絶縁基板
の破損が助長される。

【００１３】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
製造時あるいは運転時に生ず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
供することである。

【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た金属接合回路基板上
に半導体基体が搭載され、該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
た支持部材から構成された半導体装置において、該支持
部材は熱伝導率の高い第１金属と該第１金属より熱膨張
率の小さい第２金属からなる複合金属であって、前記半
導体基体から発せられる熱が前記第１金属を選択的に経
由して外部へ放出される機能を有することを特徴とす
る。

【００１５】本発明の電子装置は、セラミックスと金属
板が接合された金属接合回路基板上に半導体基体が搭載
され、該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支持部材から構成
された半導体装置において、該支持部材は熱伝導率の高
い第１金属と該第１金属より熱膨張率の小さい第２金属
からなる複合金属であって、前記半導体基体から発せら
れる熱が前記第１金属を選択的に経由して外部へ放出さ
れる機能を有する半導体装置が、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における第１金属
は、熱伝導率が高い点から選択される。具体的には、Ｃ
ｕ(熱伝導率：４０３Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率：１６.７×
１０^-6／℃)，Ａｌ(２３６Ｗ／ｍ・Ｋ，２３×１０^-6／
℃)，Ａｇ(４２８Ｗ／ｍ・Ｋ，１９×１０^-6／℃)，Ｂ
ｅ(２１８Ｗ／ｍ・Ｋ，１４×１０^-6／℃），Ｃｕ−５
ｗｔ％Ｓｎ(１８０Ｗ／ｍ・Ｋ，１７.５×１０^-6／
℃），Ｃｕ−３２ｗｔ％Ｚｎ(１０６Ｗ／ｍ・Ｋ，１８.
５×１０^-6／℃）の群から選択された少なくとも１種が
好ましい材料として挙げられる。これは、半導体基体か
ら発せられた熱流の大半（約８０％）を第１金属領域を
選択的に経由させ、効率よく外部へ放出するために重要
な点である。このため本発明では、第１金属は、例えば
銅張りＡｌＮ基板の如き絶縁基板から冷却フィンに至る
熱伝達経路において、連続的に連なっていることを必須
とする。換言すると、上記絶縁基板から冷却フィンに至
る熱伝達経路内で、例えばインバ，４２アロイ，フェル
ニコ等の熱伝導率の低い金属によって導熱を阻害する構
成の支持部材は、本発明には含まれない。しかし、これ
ら第１金属の熱膨張率の大きい点は、熱膨張率の小さい
周辺部材との高信頼化された一体化を図る際の欠点とな
る。

【００１７】一方、上記支持部材における第２金属は、
熱膨張率が小さい点から選択される。具体的には、イン
バ(Ｆｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ，熱膨張率：１.５×１０^-6／
℃，熱伝導率：１５Ｗ／ｍ・Ｋ)，４２アロイ(Ｆｅ−４
２ｗｔ％Ｎｉ，５×１０^-6／℃，１３.４Ｗ／ｍ・Ｋ)，
フェルニコ(Ｆｅ−３１ｗｔ％Ｎｉ−１５ｗｔ％Ｃｏ,５
×１０^-6／℃，１６.７Ｗ／ｍ・Ｋ)の群から選択された
１種が好ましい材料として挙げられる。これらの金属
は、上記支持部材の見かけの熱膨張率が大きくなること
を抑制する作用を受け持つ。

【００１８】以上の第１及び２金属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あう。
例えば本発明における支持部材１２５は、図１に示す俯
瞰図のように、第１金属１２５Ａと第２金属１２５Ｂを
互いにサンドウイッチ状に接合、一体化させた構成にな
っている。第１金属１２５Ａと第２金属１２５Ｂで構成
されるストライプ状パターンは、支持部材１２５の長手
方向に延びている。また、第１金属１２５Ａと第２金属
１２５Ｂはともに、熱発生源としての半導体基体あるい
は回路基板が搭載される側の主面１２５ａから熱が放出
される側の主面１２５ｂに至るまで連なっている。この
場合、支持部材１２５の物性値（熱膨張率及び熱伝導
率）は、第１金属１２５Ａと第２金属１２５Ｂの中間の
値を有している。例えば、第１金属１２５ＡがＣｕであ
り第２金属１２５Ｂがインバである構成では、図２及び
図３のような相関関係を示す。これらの図を参照する
と、Ｃｕ１２５Ａとインバ１２５Ｂからなる支持部材１
２５の場合（Ｃｕの占有率：４２ｗｔ％）は、熱伝導
率：１７５Ｗ／ｍ・Ｋと優れた放熱性を維持したまま、
熱膨張率：６.１×１０^-6／℃（Ｘ方向），９.２×１０
^-6／℃（Ｙ方向）と半導体基体や絶縁部材の熱膨張率に
近接させることができる。ここで、Ｘ方向とはストライ
プ状パターンと並行な方向、そして、Ｙ方向とはＸ方向
に直角な方向を指す。また、図４は第１金属１２５Ａが
Ａｌであり第２金属１２５Ｂがインバである場合の物性
値を示す。この複合材からなる支持部材１２５の場合
（Ａｌの占有率：３０ｗｔ％）は、熱伝導率：１３０Ｗ
／ｍ・Ｋと優れた放熱性を維持したまま、熱膨張率：
６.１×１０^-6／℃（Ｘ方向），９.３×１０^-6／℃（Ｙ
方向）と半導体基体や絶縁部材の熱膨張率に近接させる
ことができる。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】表１は第２金属１２５Ｂとしてのインバと
第２金属１２５Ａを組み合わせた場合の熱膨張率を示
す。熱膨張率が第１金属の占有率を増すにつれ大きくな
り、Ｘ方向の方がＹ方向より小さくなる傾向は、第１金
属１２５ＡがＣｕやＡｌの場合と同様である。これらの
組み合わせに基づく支持部材は、熱膨張率の許容される
範囲で任意の第１金属占有率を選択できる。また、表２
は第２金属１２５Ｂとしてのインバと第２金属１２５Ａ
を組み合わせた場合の熱伝導率を示す。熱伝導率が第１
金属の占有率を増すにつれ大きくなる傾向は、第１金属
１２５ＡがＣｕやＡｌの場合と同様である。これらの組
み合わせに基づく支持部材は、熱伝導率の許容される範
囲で任意の第１金属占有率を選択できる。

【００２２】

【表３】

【００２３】

【表４】

【００２４】表３は第２金属１２５Ｂとしての４２アロ
イやフェルニコと各第１金属125Ａを組み合わせた支持
部材１２５の熱膨張率、そして、表４は第２金属１２５
Ｂとしての４２アロイやフェルニコと各第１金属１２５
Ａを組み合わせた支持部材１２５の熱伝導率を示す。４
２アロイやフェルニコを適用した場合も、インバを適用
した場合と同様に、熱膨張率や熱伝導率の観点で許容さ
れる任意の第１金属占有率を選択できる。

【００２５】複合材としての支持部材１２５を先行技術
例における銅支持板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。

【００２６】その第１は、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、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。これに
より、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、半導体装置の稼働時の熱ストレスの重畳を受けて
も、はんだ層の疲労破壊による熱流路の遮断や絶縁部材
の機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。

【００２７】その第２は、一体化物には反りを生じない
ため、モジュール装置から冷却フィンに至る経路の熱中
継が確実に行われる点である。また、モジュール装置を
冷却フィン上にネジ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。

【００２８】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ずる熱応力を軽減し、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。

【００２９】

【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。

【００３０】〔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、熱伝導率の高い第１金属と第１
金属より熱膨張率の小さい第２金属とで構成された支持
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。

【００３１】支持部材１２５は、４０mm×９５mm×３mm
の寸法を有する、Ｎｉめっき（厚さ：５μｍ）した複合
金属であり、熱膨張率：６.１×１０^-6／℃(Ｘ方向)，
９.２×１０^-6／℃（Ｙ方向），熱伝導率：１７５Ｗ／
ｍ・Ｋなる物性値を有している。以上の性質を得るため
に、支持部材１２５は、図１に示したように第１金属１
２５ＡとしてのＣｕ（占有率：４２ｗｔ％）と第２金属
１２５Ｂとしてのインバが互いにサンドウイッチ状に接
合、一体化されたものとなっている。これによって形成
されるストライプパターンは、支持部材１２５の長手方
向に延びている。この支持部材１２５は、第１金属素材
１２５Ａと第２金属素材１２５Ｂを約１０００℃のもと
でホットプレスして両素材を拡散的に接合した後、両素
材金属１２５Ａと１２５Ｂによりストライプパターンが
形成された面を所定厚さまで圧延したものである。引続
き、上記圧延材を所定寸法にプレス切断した後、無光沢
Ｎｉめっきを施し、これを約６００℃の水素雰囲気中で
熱処理した。

【００３２】図５は第１金属１２５Ａと第２金属１２５
Ｂからなる接合界面部のＥＰＭＡによるライン分析波形
を示す。第１金属と第２金属の構成金属は互いに他の領
域に拡散しており、両素材金属は拡散によって接合され
ていることを確認できる。

【００３３】以上の手順を経て得られた支持部材１２５
には、−５５〜１５０℃の温度サイクル試験が施され
た。この試験を１０００回与えた後物性値を測定した。
熱膨張率は６.２×１０^-6／℃（Ｘ方向），９.１×１０
^-6／℃（Ｙ方向）、そして、熱伝導率は１７８Ｗ／ｍ・
Ｋと、初期値とほとんど同じ値が維持された。また、支
持部材１２５の寸法変化や変形は全く観測されなかっ
た。

【００３４】以上に述べた支持部材１２５は、図６に示
す金属接合回路基板１２２と組み合わされ、ＩＧＢＴ素
子を搭載した２０００Ｖ，７５Ａ級の半導体装置９００
に適用された。金属接合回路基板１２２は、寸法３１mm
×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−２８ｗ
ｔ％Ｃｕろう１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ及び１３０
ｄにより接合されたものである。銅板１３ａ，１３ｂ，
１３ｃ及び１３ｄの表面には、無電解めっきにより厚さ
５μｍ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１２
と反応して窒化物を形成し、ろう層１３０ａ，１３０
ｂ，１３０ｃ及び１３０ｄとＡｌＮ焼結体１２の間の接
合媒体の役割を演ずる。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
割も担う。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。

【００３５】図７は半導体装置９００の要部俯瞰図であ
る。図において、支持部材１２５上に金属接合回路基板
１２２がＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎはんだ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％Ｓ
ｂ−０.６ｗｔ％Ｎｉ−０.０５ｗｔ％Ｐはんだ１１３
(図示を省略、厚さ：２００μｍ）により接着されてい
る。各素子１０１，１０１′にはＡｌ線（直径：５５０
μｍ）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。

【００３６】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′が設けられ、更に各素子１０１，１０１′，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８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合せた）も作製し
た。半導体装置９００は最終的に、図９に示す電動機９
５０の回転数制御用インバータ装置に組み込まれた。

【００３７】半導体装置９００の素子１０１−支持部材
１２５間の熱抵抗は、０.３７℃／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０.４２℃／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板の如き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。ま
た、金属接合回路基板１２２と熱膨張率の整合した支持
部材１２５を適用したため、はんだ層１２４における気
泡等の欠陥が低減されたことも第２の要因として挙げら
れる。〔半導体基体１０１，１０１′〕−〔金属接合回
路基板１２２〕−〔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、最大３０μｍ
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、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。

【００３８】本実施例において、半導体装置の熱抵抗は
上述したように０.４２℃／Ｗの値までは許される。こ
の目標熱抵抗値を満たすためには、支持部材１２５は９
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有している必要がある。
図３を参照すると、このような熱伝導率は、第１金属１
２５ＡがＣｕ，第２金属１２５Ｂがインバである組み合
わせでは、Ｃｕ占有率２０ｗｔ％以上の任意の範囲で得
ることが可能である。また、半導体装置９００に間欠通
電し、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１０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３５０００回まではほとんど変動を示さず、４
００００回に至って０.３９Ｗ／℃ 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、１５０００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９
００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１２２と銅支持板の
間におけるはんだ層の熱疲労破壊であった。これは、銅
支持板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９００が優れた信頼性を示
した理由は、金属接合回路基板１２２と半導体基体１０
１，１０１′間の熱膨張率差がほとんどないため、はん
だ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と支持部材１２５の熱膨張率が近似しているた
め、はんだ層１２４に作用する熱応力や熱歪が軽減され
たことによる。

【００３９】上述の間欠通電試験では、電極１３ａ，１
３ｂ，１３ｃから支持板１２５に至る積層構造の絶縁耐
力も追跡した。図１１はその結果で、間欠通電試験によ
る電極−支持板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、４０
０００回後においても約８ｋＶと、ほとんど変動してい
ない。これに対し、比較試料の放電開始電圧（Ｂ）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、１５０００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。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
電を生ずる。焼結体の機械的破損は、銅支持板と金属接
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ずる。これに対し、本実
施例試料の支持板１２５と金属接合回路基板１２２の一
体化部には過度な応力ないし歪が作用しないため、Ａｌ
Ｎ焼結体１２の機械的破損を生じない。したがって、絶
縁体内部において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。

【００４０】図１２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３００００
回施し、試験の前後における熱抵抗変化を示している。
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、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、はんだ層１２４
の熱疲労破壊によるものである。このことは、はんだ層
１２４の高信頼化のためには、上記熱膨張率差を７×１
０^-6／℃以下に調整する必要があることを示唆してい
る。

【００４１】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
だ層１２４の面積が大きくなるほど顕著である。その一
例を図１３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
１２２−支持部材１２５間の接着面積〔比較試料（Ｂ）
にあっては、金属回路基板１２２−支持板間の接着面
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
１０００回与えた。図によれば、接着面積が約５００mm
²までは、Ａ，Ｂともに故障発生率は０％である。５０
０mm²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２００００mm²の場合に故障発生
率約５％を記録しているが、このことは接着面積２００
００mm²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
２００００mm²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９００の実稼働は可能である。な
お、ここで言う故障とは、主としてはんだ層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１０
００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。

【００４２】本実施例の半導体装置９００を組み込んだ
図９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１４はスイッチング周波数とＩＧＢＴ
素子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５０Ｈｚ
から３０ｋＨｚまでの間では、素子１０１が安定して動
作し得る温度の、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。

【００４３】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。この自動車に
おいては、動力源から車輪に至る駆動機構を簡素化でき
たためギヤー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、動力源を源とする振動
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。

【００４４】更に、本実施例の半導体装置９００を組み
込んだインバータ装置、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：３ｋＷ，電源電圧２００Ｖ）に組み込まれた。図１
５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。

【００４５】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。

【００４６】〔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１金属及び第２金属をストライプ状に接合した
複合材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。

【００４７】本実施例における金属接合回路基板(６８m
m×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。引続き前記実施例１と同様に、素子１０
１，１０１′と電極１３ｂ，１３ｃ間のワイヤボンディ
ング１１７，端子１１６，１１６′の取り付けを行った
後、金属接合回路基板１２２を支持部材（９５mm×１１
０mm×５mm）１２５にＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはんだ（厚
さ：２００μｍ）１２４により接着した。

【００４８】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、他方の面には金属板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、上記実施
例１と同様の手法によりろう付けされている。

【００４９】支持部材１２５は第１金属１２５Ａとして
のＡｌ（占有率：３３ｗｔ％）と、第２金属１２５Ｂと
してのフェルニコを拡散接合した複合体で構成されてお
り、熱膨張率：１０.２×１０^-6／℃（Ｘ方向），１１.
３×１０^-6／℃（Ｙ方向），熱伝導率：９０Ｗ／ｍ・Ｋ
なる物性値を有している。上記拡散接合は約６３０℃の
真空雰囲気中でホットプレスにより実施し、引続き第１
金属１２５Ａと第２金属１２５Ｂとで構成されたストラ
イプパターン面を所定厚さまで圧延した。この支持部材
１２５にはＮｉを厚さ５μｍに電解めっきした後、６０
０℃の水素雰囲気中で熱処理を施した。この熱処理は、
Ｎｉめっき層と第１金属１２５Ａ及び第２金属１２５Ｂ
との間の冶金的結合を強固にするためである。

【００５０】以上の手順を経て得られた支持部材１２５
には、５５〜１５０℃の温度サイクル試験が施された。
この試験を１０００回与えた後物性を測定したところ、
熱膨張率：１０.３×１０^-6／℃（Ｘ方向），１１.０×
１０^-6／℃（Ｙ方向），熱伝導率：９１Ｗ／ｍ・Ｋと、
上記初期値とほとんど同じであることが確認された。ま
た、支持部材１２５の寸法変化や変形は全く観測されな
かった。

【００５１】以下実施例１と同様のパッケージングを施
し、半導体装置９００を得た。この装置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１６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を銅支持板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９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。

【００５２】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、支持部材１２５
の熱膨張率は接着される相手部材(金属接合回路基板１
２２)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１２２に引
張り応力が作用する。この際、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焼結体１２の熱膨張率はＡｌＮ：
４.５×１０^-6／℃，ＢｅＯ：７.５×１０^-6／℃，アル
ミナ：６.３×１０^-6／℃である。支持部材１２５の熱
膨張率は、これら焼結体１２の熱膨張率を越えるように
調整することが望ましい。

【００５３】本実施例における支持部材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Ａ
ｌＮ焼結体の複合体、５.２×１０^-6／℃）−支持板
（６.５×１０^-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を冷却フィンに取り付ける際に
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、取り付けの際のネジ締めによる装置９００の構成部
品の破損防止に寄与する。

【００５４】以上により得られた半導体装置９００の半
導体基体１０１−支持板１２５間の熱抵抗は、０.０３
９℃／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、上記実施例１の場合と同様の理由の
他に、多数の発熱素子１０１，１０１′が有効な熱伝導
路内に搭載されているため、前記実施例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、発熱素
子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１７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。

【００５５】半導体装置９００には、−５５℃〜＋１５
０℃の温度サイクルが３０００回印加された。これによ
る半導体基体１０１−支持板１２５間熱抵抗は０.０４
１℃／Ｗとわずかに変化したものの、この変化量は装置
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１０１，１
０１′〕−〔金属接合回路基板１２２〕−〔支持部材１
２５〕積層構造全体の熱膨張率が整合されているため、
はんだ層１１３，１２４の熱疲労破壊が抑制されたこと
による。

【００５６】また、半導体装置９００に間欠通電試験を
施し、支持部材１２５の温度を３０〜１００℃の間で繰
返し変化させた。図１８は間欠通電試験による熱抵抗の
推移を示す。熱抵抗は５００００回まではほとんど変化
を示さず、６００００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。

【００５７】次いで、２４個の本実施例半導体装置９０
０が、図９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（１.２
ｋｍ)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。

【００５８】以上に説明したように、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，ベルトコンベヤー等の
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。
本発明において、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、表面にＣｕ，Ｎ
ｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｚ
ｎ、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。

【００５９】本発明において、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
のものを選択しうる。例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｂ,Ｐ
ｂ−５２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｂｉ,Ａｕ−１２ｗｔ％
Ｇｅ，Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−２０ｗｔ％Ｓｉ，Ａ
ｌ−１１.７ｗｔ％Ｓｉ,Ａｇ−４.５ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ
−８５ｗｔ％Ｐｂ，Ａｕ−２６ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−６
９.３ｗｔ％Ｍｇ，Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｍｎ，Ｃｕ−３６
ｗｔ％Ｐｂ，Ｃｕ−７６.５ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−１６.
５ｗｔ％Ｓｉ，Ｃｕ−２８ｗｔ％Ｔｉ，Ｃｕ−１０ｗｔ
％Ｚｒ、又は、これらを任意に組合わせたろう材を適用
できる。

【００６０】本発明において、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
み込まれて上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回転装置とともに組み
込まれて上記移動装置の移動速度を制御する場合、
（２）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、上
記発光体の放出光量を制御する場合、そして、（６）半
導体装置が出力周波数５０Ｈｚないし３０ｋＨｚで作動
する場合にも上記実施例の場合と同様の効果，利点を享
受できる。

【００６１】本発明において、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.
２×１０^-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。

【００６２】本発明において、半導体装置の電気回路
は、図８，図９及び図１６に示したものに限定されな
い。例えば、図１９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。

【００６３】本発明において、第１金属と第２金属とで
構成されるストライプ状パターンは、支持部材の長手方
向に並行に形成されていることを必須とするものではな
い。例えば、図２０に示す平面図のように、ストライプ
状パターンが支持部材１２５の短辺方向（Ｘ方向）に並
行に形成されてもよい。また、本発明における支持部材
には、金属接合回路基板を搭載する面１２５ａからそれ
に対向する面１２５ｂに至る貫通孔を設けておくことは
好ましいことである。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、製造時あるいは運転時
に生ずる熱歪を低減し、各部材の変形，変性、あるいは
破壊の恐れがなく、熱放散性や信頼性に優れた絶縁型の
半導体装置を提供することができる。また、運転時の性
能や信頼性が優れ、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】支持部材の俯瞰図である。

【図２】第１金属がＣｕであり第２金属がインバである
場合の熱膨張率を示すグラフである。

【図３】第１金属がＣｕであり第２金属がインバである
場合の熱伝導率を示すグラフである。

【図４】第１金属がＡｌであり第２金属がインバである
場合の物性値を示すグラフである。

【図５】第１金属と第２金属からなる接合界面部のＥＰ
ＭＡによるライン分析波形を示すグラフである。

【図６】金属接合回路基板の断面模式図である。

【図７】半導体装置の要部俯瞰図である。

【図８】半導体装置の回路である。

【図９】半導体装置が組み込まれたインバータ装置の回
路である。

【図１０】間欠通電試験による熱抵抗の推移を示すグラ
フである。

【図１１】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グラフである。

【図１２】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グラフである。

【図１３】金属接合回路基板−支持板間の接着面積と温
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。

【図１４】スイッチング周波数と半導体素子の発熱温度
との関係を示すグラフである。

【図１５】電動機の効率を示すグラフである。

【図１６】半導体装置の等価回路を示す図である。

【図１７】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グラフである。

【図１８】間欠通電試験による熱抵抗の推移を示すグラ
フである。

【図１９】半導体装置に内蔵された他の電気回路の例で
ある。

【図２０】支持部材の平面図である。

【符号の説明】

１２…焼結体、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ…金属
板、１０１，１０１′…半導体基体、１２２…金属接合
回路基板、１２５…支持部材、１２５Ａ…第１金属、１
２５Ｂ…第２金属、１１３，１２４…ろう材、１１６，
１１６′…端子、９００…半導体装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田亘右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】セラミックスと金属板が接合された金属接
合回路基板上に半導体基体が搭載され、該金属接合回路
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
より接合された支持部材から構成された半導体装置であ
って、前記支持部材は、熱伝導率の高い第１金属からなる層と
前記第１金属より熱膨張率の小さい第２金属からなる層
を、前記金属接合回路基板を接合する面及びこれと対向
する面でストライプ状のパターンが形成されるよう積層
し、このストライプ状のパターンを前記支持部材の長手
方向と並行に形成した複合金属であ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、前記第１金属はＣｕ，
Ａｌ，Ａｇ，Ｂｅ，Ｓｎ，Ｚｎの群から選択された少な
くとも１種の金属からなり、前記第２金属は少なくとも
ＦｅとＮｉを主成分として含む合金からなることを特徴
とする半導体装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記支持部材
の前記金属接合回路基板を接合する面及びこの面に対向
する面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓ
ｎ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｚｎから選択された少なくとも１種の
金属が被覆されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項１において、前記支持部材の熱伝導
率は９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする半導体
装置。
【請求項５】請求項１において、前記セラミックスはＡ
ｌＮ，ＢｅＯ，アルミナの群から選択された１種からな
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項５において、前記セラミックスはＹ
₂Ｏ₃，ＣａＯの群から選択された少なくとも１種を含有
したＡｌＮであることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】請求項１，２または５において、前記支持
部材の熱膨張率と前記セラミックスの熱膨張率の差は７
×１０^-6／℃以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項１，２または５において、前記金属
接合回路基板の熱膨張率は前記支持部材の熱膨張率より
小さいことを特徴とする半導体装置。
【請求項９】請求項１において、前記金属接合回路基板
は、前記セラミックスと前記金属板をＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｃｒの群から選択された少なくとも１種の活性金属
を含むろう材により接合したものであることを特徴とす
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が搭載されたことを特徴
とする半導体装置。
【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
の割合が５０％以下であることを特徴とする半導体装
置。
【請求項１２】請求項１，１０または１１において、前
記半導体基体はＩＧＢＴ素子又はダイオード素子のいず
れかを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】請求項１または２において、前記金属接
合回路基板と前記支持部材が一体化された領域は、５０
０mm²以上７０００mm²以下の面積を有していることを特
徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項１または２において、前記半導体
装置は出力周波数が５０Ｈｚ以上３０ｋＨｚ以下で作動
することを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】セラミックスと金属板が接合された金属
接合回路基板上に半導体基体が搭載され、該金属接合回
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
により接合された支持部材から構成された半導体装置で
あって、前記支持部材は、熱伝導率の高い第１金属から
なる層と前記第１金属より熱膨張率の小さい第２金属か
らなる層を、前記金属接合回路基板を接合する面及びこ
れと対向する面でストライプ状のパターンが形成される
よう積層し、このストライプ状のパターンを前記支持部
材の長手方向と並行に形成した複合金属である半導体装
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
は、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ことを特徴とする電子装
置。
【請求項１７】請求項１５または１６において、前記半
導体装置は流体を撹拌又は流動させる装置に組み込まれ
て、被撹拌物又は流動物の移動速度を制御することを特
徴とする電子装置。
【請求項１８】請求項１５または１６において、前記半
導体装置は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ことを特徴とする電子装置。
【請求項１９】請求項１５において、前記半導体装置が
発光体に給電する電気回路に組み込まれて、上記発光体
の放出光量を制御することを特徴とする電子装置。
【請求項２０】請求項１５または１６において、前記電
気回路はインバータ回路であることを特徴とする電子装
置。