JPH0927571A

JPH0927571A - 半導体装置及びそれを用いた電子装置

Info

Publication number: JPH0927571A
Application number: JP17461595A
Authority: JP
Inventors: Yasutoshi Kurihara; 保敏栗原; Nobusuke Okada; 亘右岡田; Mamoru Sawahata; 守沢畠; 茂 ▲高▼橋; Shigeru Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】製造時あるいは運転時に生ずる熱歪を軽減し、
各部材の変形，変性、あるいは破壊の恐れがなく熱放散
性や信頼性の高い絶縁型の半導体装置を提供すること。【構成】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金属をそれぞれ板面の長手方向に伸びる
ように配置し、第１金属と第２金属を板面に平行な方向
に交互に接着して一体化した支持基板と、支持基板上に
接着された絶縁基板と、絶縁基板上に接着され、炭素を
主体とする焼結体表面に金属を主成分とする層を設けた
金属化炭素基板と、金属化炭素基板上に搭載された半導
体素子とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置及びこれを
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又はＰｂ−Ｉｎソルダーを介して一体化搭載した
パワートランジスタ装置では、銅ベースはトランジスタ
のコレクタ電極と支持部材を兼ねる。このようなパワー
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、高耐圧化され、大電流を流すことの可能なInsula
ted 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】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(１)杉
浦康之ほか２名による“半導体・通信用ＤＢＣ基板”：
電子材料（Ｖol.４４，Ｎo.５)，６５〜６９頁（１９８
９年）には、Ｓｉチップを熱膨張緩衝材としてのＭｏを
介して銅板に搭載したアッセンブリを、Ｍｏメタライズ
層を形成した後Ｎｉめっきを施したアルミナ基板を介し
て、銅支持部材と一体化したパワーモジュール装置が示
されている。熱伝導率の低いアルミナ基板を絶縁体とし
て用いた場合は、モジュール装置全体としての熱伝達効
率を高めるため、発熱の著しい半導体基体から絶縁基板
に至る熱流路に熱を拡散させて広げる機能を持つ銅板の
如き高熱伝導性部材を配置する必要がある。上記アッセ
ンブリにおける銅板の第１の目的は、このような役割を
担わせることである。第２に、銅板はモジュール装置の
主電流路の役割を持つ。しかし、銅板は熱膨張率が大き
いため半導体素子の搭載に当たってはＭｏやＷ等の熱膨
張緩和材を設けることが必要である。このようなモジュ
ール装置もまた、絶縁型半導体装置である。また、上記
パワーモジュール装置における銅支持部材は、絶縁基板
から伝達された熱流を拡散させて広げる機能を持つ。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】本発明に関連する半導体実装の技術分野に
おいて、上記（１）の他に次の技術が提案されている。
（２）特開平6−321649 号公報には、銅支持板上に窒化
アルミニウム基板、その上に炭素を主体とする焼結体基
板をそれぞれ接着し、半導体基体を炭素を主体とする焼
結体基板上にはんだ付け搭載したパワー半導体素子が開
示されている。この技術によれば、熱放散性や電機伝導
性，機械的強度に優れた炭素を主体とする焼結体基板を
用いるため、半導体装置の放熱性及び信頼性を向上させ
ることができる。また、炭素を主体とする焼結体基板と
半導体基体は熱膨張率が近似しているため、両者のはん
だ付けによる接合部の耐熱疲労性は向上したものとな
る。

【０００８】

【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。

【０００９】一般に、絶縁型半導体装置では従来技術例
（１）のように、Ｓｉチップを熱膨張緩衝材としてのＭ
ｏ板を介して銅板に搭載したアッセンブリを、Ｍｏメタ
ライズ層を形成した後Ｎｉめっきを施したアルミナ基板
を介して、ろう付けにより銅支持部材と一体化してい
る。ここで、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍ・Ｋと高く、抵抗
率が１.７×１０^-6Ω・cm と小さい銅板が用いられる理
由は、熱流を広げて放熱効果を高めるとともに主電流路
の役割を持たせるためである。また、銅板とＳｉチップ
の間にＭｏ板を介装するのは、銅板の熱膨張率が１６.
７×１０^-6／℃ とＳｉチップのそれ(Ｓｉ：３.５×１
０^-6／℃）と大幅に異なることに基づく。即ち、熱膨張
率の差を緩和し（Ｍｏの熱膨張率：５.３×１０^-6／
℃)、もってＳｉチップを一体化しているろう材及びチ
ップそのものの熱疲労破壊を防止するためである。

【００１０】この場合、次のような問題点がある。その
第１は、Ｍｏ板と銅板との間の熱膨張率差が大きいこと
に起因する。このことにより、両者を一体化するための
ろう材として、一般にそれ自体剛性が高く、破壊強度が
高くそして熱疲労破壊しにくい材料、例えばＡｇ−２８
ｗｔ％Ｃｕろう（銀ろう）やＡｕ−２０ｗｔ％Ｓｎろう
が用いられる。Ｍｏ板と銅板の一体化は、上記ろう材を
介装したＭｏ板と銅板の積層体を、ろう材の融点以上に
加熱した後室温まで冷却することにより図られるが、各
部材はろう材の凝固点で互いに固定される。その後は凝
固したろう材により固定されたまま、各部材固有の熱膨
張率に従って収縮する。この際、上述の熱膨張率差によ
って各部材の収縮量が異なり、各部材の接着部に熱応力
ないし熱歪が残留するとともに、一体化物は反りの如き
変形を生ずる。その後、一体化物は半導体装置を組み込
むための熱処理過程や、半導体装置の稼働による熱的変
化の過程を経る。ここで生ずる熱ストレスは、上記残留
熱応力や熱歪に重畳して印加されることになる。この結
果、Ｍｏ板と銅板の間のろう付け部は破壊を生じやすく
なる。また、半導体装置を組み込む過程で、一体化物の
Ｍｏ板側には半導体基体、そして銅板側にはアルミナ板
がそれぞれはんだ付けされる。しかし、一体化物の変形
は、所望の厚さのはんだ層を均一に形成することや、空
洞のないはんだ層を形成することに対し、不利益をもた
らす。はんだ層の厚さの不均一は熱疲労破壊寿命に、そ
してはんだ層の空洞は半導体装置の放熱性にそれぞれ悪
影響を及ぼす。特に半導体基体は熱の発生及び熱的変化
を発生する源であり、そして銅板は放熱路の主要部材で
あり、半導体装置の安定動作のためには厚さの不均一性
や空洞の発生は避けなければならない。

【００１１】問題点の第２は、銅板とアルミナ板（熱膨
張率：６.３×１０^-6／℃)の間の熱膨張率差が大きいこ
とに起因する。これらは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。したがってこの場合
も、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、パワー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。特に、熱応力
や歪の残留はモジュール装置の稼働時の熱ストレスの重
畳を受けて一層大きな応力や歪を生ずる根源となり、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
質を持つ絶縁基板を破損させる原因になる。絶縁基板の
破損は、モジュール装置の正常な動作を阻害するだけで
なく、安全上の問題も生ずる。

【００１２】問題点の第３は、銅板に電極部材をろう付
けする際に生ずる。例えばＩＧＢＴチップを搭載した半
導体装置では、ゲート及びエミッタ端子は銅板から電気
的に絶縁されていなければならない。この場合、端子金
属はアルミナ条片により絶縁され、この条片はＰｂ−６
０ｗｔ％Ｓｎはんだ材によりろう付けされるのが一般的
である。アルミナ条片と銅板の熱膨張率差が大きく、問
題点の第１及び第２と同様の接着部における熱応力や歪
の残留，変形及び空隙を生ずる。この接着部には銅板を
中継して熱変化が与えられ、この際のストレスは残留熱
応力や歪に重畳して過大な応力や歪を生む。この結果、
アルミナ条片の破壊や端子の銅板からの剥離を生じ、半
導体装置の正常な電気的動作の妨げになる。また、接着
部の変形や空隙はチップから端子に至る確実なワイヤボ
ンディング配線の妨げになる。

【００１３】問題点の第４は、Ｍｏ板を介装することに
より、半導体装置の積層構造が複雑化する点である。こ
のことは、部品点数及び組込工数の増大、即ち経済性の
面での不利益をもたらす。また、複雑な積層構造をとる
結果、放熱性の向上に対しても不利益をもたらす。

【００１４】問題点の第５は、銅支持板とアルミナ板間
の熱膨張率が異なる点である。この場合も問題点の第２
と同様の理由により、はんだ層の破壊，熱流路の遮断，
絶縁板の破壊等に基づく信頼性低下を生ずる。具体的に
は、（１）アルミナ板と銅支持板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が発生する
ことである。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、上記残留熱応力に重畳されると、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。このような破壊は、モジ
ュール装置の正常な動作を阻害するだけでなく、安全上
の問題も生ずる。（２）アルミナ板と銅支持板の熱膨張
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、モジュール装置から冷却フィンに
至る経路の放熱性が損なわれ、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。

【００１５】一方、従来技術例（２）に開示された半導
体装置は、Ｓｉ基体が炭素を主体とする焼結体基板上に
はんだ付けされ、この基板が電気的に活性な領域にあっ
て導電機能，熱伝導路にあって熱中継もしくは熱流拡大
の機能、そして半導体基体との間の熱応力を緩和する機
能を兼備している点で優れた装置と言える。しかしなが
ら、炭素を主体とする焼結体基板は、これと熱膨張率差
が大きな銅支持板上に接着されるため、特に両者の接着
部の信頼性が課題となる。

【００１６】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、製造時あるいは運転時に生ずる熱歪を軽減し、
各部材の変形，変性、あるいは破壊の恐れがなく信頼性
の高い絶縁型の半導体装置を提供することである。

【００１７】また、本発明の他の目的は、上記半導体装
置を用いた電子装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
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金属をそれぞれ板面の長手方向に伸びるように配
置し、第１金属と第２金属を板面に平行な方向に交互に
接着して一体化した支持基板と、支持基板上に接着され
た絶縁基板と、絶縁基板上に接着され、炭素を主体とす
る焼結体表面に金属を主成分とする層を設けた金属化炭
素基板と、金属化炭素基板上に搭載された半導体素子と
を有することを特徴とする。

【００１９】本発明の電子装置は、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金属をそれぞ
れ板面の長手方向に伸びるように配置し、第１金属と第
２金属を板面に平行な方向に交互に接着して一体化した
支持基板と、支持基板上に接着された絶縁基板と、絶縁
基板上に接着され、炭素を主体とする焼結体表面に金属
を主成分とする層を設けた金属化炭素基板と、金属化炭
素基板上に搭載された半導体素子とを有する半導体装置
を用いた電子装置であり、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。

【００２０】

【作用】本発明半導体装置では、半導体基体，金属化炭
素部材、そして絶縁部材が順次積層された一体化物が、
第１金属と第２金属が互いに接合された複合金属からな
る支持部材に直接ろう付けして搭載される。これは、上
記支持部材の熱膨張率を調整することが可能で、上記無
機質セラミックス絶縁部材のそれとの差を７×１０^-6／
℃以内に制御できると同時に、熱伝導率を９０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上に調整することが可能で、熱中継機能と熱応力緩
和機能を兼備すべき部分に適用できる点に基づく。これ
と従来技術例（１）の半導体装置を比較すると、本発明
半導体装置は次のような特徴を持つ。

【００２１】従来技術例（１）の場合は、Ｍｏ板と銅板
との複合一体化物に熱応力ないし歪の残留，変形を生
じ、この一体化物を組み込んだ半導体装置では、厚さ制
御や空隙のないはんだ層の形成が困難になるだけでな
く、Ｍｏ板と銅板の間の破壊を生じやすい。これに対
し、本発明半導体装置では、上記複合一体化物の代替物
として金属化炭素部材を用いる。この際、金属化炭素部
材には熱応力ないし歪の残留や変形を生じないため、金
属化炭素部材そのものの破壊を生じにくい。また、金属
化炭素部材の適用により積層構造を簡素化できるため、
放熱性や経済性の面で享受できる利点が多い。

【００２２】本発明半導体装置では、金属化炭素部材に
主絶縁用セラミックス基板や端子絶縁用アルミナ条片と
直接ろう付けされる。この場合、炭素焼結体とセラミッ
クス基板の熱膨張率が近接しているため、これらの接着
部には、熱応力ないし歪の残留や変形を生じない。この
結果、セラミックス基板の破壊やろう層の熱疲労を防止
できるだけでなく、ろう層における空隙の発生を抑える
ことが可能になる。

【００２３】本発明半導体装置では、第１金属と第２金
属とで構成された複合金属からなり、熱伝導率と熱膨張
率が調整された金属支持部材上に、主絶縁用セラミック
ス基板が直接ろう付けされる。この場合、金属支持部材
とセラミックス基板の熱膨張率が近接しているため、こ
れらの接着部には、熱応力ないし歪の残留や変形を生じ
ない。この結果、セラミックス基板の破壊やろう層の熱
疲労を防止できるだけでなく、ろう層における空隙の発
生を抑えることが可能になる。

【００２４】上記金属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、Ｃｕ（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
ｗｔ５Ｓｎ(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
セラミックス基板の如き絶縁基板から冷却フィンに至る
熱伝達路において、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。

【００２５】一方、上記金属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
−４２ｗｔ％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
択された少なくとも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役割を受け持つ。

【００２６】以上の第１及び第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金属支持部材１２５は、図１
に示す俯瞰図のように、第１金属１２５Ａと第２金属１
２５Ｂ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
中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それに近似
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似させることが
できる。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】表１は第２金属１２５Ｂとしてのインバと
第１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１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。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】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の熱伝導率を示す。４２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。

【００３３】複合材としての金属支持部材１２５を従来
技術例（１）における銅支持板の代替として適用した場
合は、次のような特徴が得られる。

【００３４】その第１は、金属支持部材１２５の熱膨張
率が、絶縁部材(アルミナ，ＡｌＮ,ＢｅＯ，ＢＮ）のそ
れと近似するため、金属支持部材１２５と絶縁部材の間
のはんだ層には、熱応力ないし熱歪は残留しない点であ
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。

【００３５】その第２は、一体化物に反りを生じないた
め、モジュール装置から冷却フィンに至る経路の熱中継
が確実に行なわれる。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。

【００３６】その第３は、発熱の著しい半導体基体から
絶縁部材や支持板を経て冷却フィンに至る熱流路にあっ
て、支持部材１２５の第１金属１２５Ａに熱流を選択的
に導びくことが可能な点である。このことは、半導体装
置を用いた電子装置全体の放熱性を高めるのに寄与す
る。

【００３７】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。

【００３８】

【実施例】本発明を実施例により詳細に説明する。

【００３９】〔実施例１〕本実施例では、一方の主面
に半導体基体を搭載し他方の主面を絶縁部材と一体化す
る炭素を主体とする焼結体であって、電気的に活性な領
域にあって導電機能，熱伝導路にあって熱中継もしくは
熱流拡大の機能、そして半導体基体もしくは絶縁部材と
の間の熱応力を緩和する機能を兼備する金属化炭素部材
と、第１金属と第２金属を互いに接合した複合金属部材
であって、前記金属化炭素部材を前記絶縁部材を介装し
てはんだ付け搭載し、電気的不活性領域かつ熱伝導路に
あって熱中継機能、そして前記絶縁部材との間の熱応力
を緩和する機能を兼備した支持部材から構成される半導
体装置及びこれを電子装置に用いた例について説明す
る。

【００４０】金属化炭素部材１０は２５mm×２５mm×２
mmの寸法を有しており、図５（ａ）と（ｂ）に示す構成
からなる。１００は炭素焼結体又は炭素中に炭素以外の
物質を分散した炭素焼結体であり、金属化炭素部材１０
は、１００の表面に活性金属又は活性金属の炭化物を含
む金属化層１１１Ａ，１１２Ａを介して設けられた金属
化層１１１，１１２、又は、金属層に連なって設けられ
た金属板１１１Ｂ，１１２Ｂを含んでいる。

【００４１】炭素焼結体は可及的に緻密で、熱伝導性や
電気伝導性を阻害する物質を含まないことが望ましい。
例えば、炭素焼結体の密度が１.６ｇ／cm³の場合と１.
７５g／cm³の場合を比較すると、前者の熱伝導率は後
者の０.７倍になる。実用的な熱伝導率９０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上を得るには密度１.６５ｇ／cm³以上であることが望
ましい。また、炭素焼結体中に不純物としてのＦｅが２
ｗｔ％含まれる場合は、それが１ｗｔ％の場合に比べ熱
伝導率：約０.７倍そして電気抵抗率：１.３倍となる。
即ち、緻密性や熱伝導性及び電気伝導性の阻害物質を含
まないことが望まれるのは、熱拡散板用導電部材として
有効にその役割を担わせるためである。熱伝導性や電気
伝導性を阻害するように作用する物質としては、上述の
Ｆｅのほか、Ｓｂ，Ｃｒ，Ｈｇ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔａ，Ｐ
ｔ，Ｍｎが挙げられる。逆に、熱伝導性や電気伝導性の
観点で阻害要因にならない物質としては、Ｃｕ，Ａｇ，
Ａｌ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｂ
ｅ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｒｈ等が挙げられる。以上の観点から
半導体装置に適用する炭素焼結体としては、密度1.65ｇ
／cm³以上，純度９９％以上であることが好ましい。

【００４２】炭素焼結体に緻密性が要求される第２の理
由は、炭素それ自身は極めて吸着性の強い物質であるこ
とによる。焼結体に揮発性物質が吸着されると、金属化
の際の熱処理工程で吸着物質を放出し、金属化層の品質
を損なうばかりでなく、半導体装置を組み込むはんだ付
けの際にも、はんだ層のぬれ性を阻害したり、気泡を生
じたりするためである。

【００４３】また、本発明の炭素焼結体には、炭素に炭
素以外の物質を分散させた焼結体も含まれる。この一例
である炭素−３０ｗｔ％銅の複合焼結体の場合は、熱膨
張率：５.７×１０^-6／℃ ，熱伝導率：３００Ｗ／ｍ・
Ｋそして電気抵抗率：約６０×１０^-6Ω・cmである。上
記の物性値を有する複合炭素部材も、半導体基体として
のＳｉ，絶縁部材としてのＡｌＮ，アルミナ，ＢｅＯ，
ＢＮと熱膨張率が近似するだけでなく、優れた熱伝導性
と電気伝導性が付与されているため、絶縁型半導体装置
における半導体基体搭載用熱拡散板部材ないし導電部材
として好適である。

【００４４】しかし、炭素焼結体又は炭素以外の物質を
分散した炭素焼結体は、それ単独では熱拡散板部材とし
て半導体装置に組み込むことは困難である。これに組み
込むためには、上記焼結体の被接着面に金属化処理を施
して金属層を形成する必要が有る。この金属層は、半導
体基体や絶縁基板とのろう付けを可能にする目的で設け
られるものであり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒなどの活性
金属によって形成される。

【００４５】図６は炭素焼結体から金属層に至る間の界
面状態を説明する断面図である。炭素焼結体１００の内
部に向けて、活性金属又は活性金属の炭化物を含む界面
層１１１Ａ，１１２Ａが侵入している。この侵入は炭素
焼結体の粒界を選択してなされる。Ｘ線回折によると、
金属化層１１１，１１２と炭素焼結体１００の間の界面
領域には、表５に示す界面層１１１Ａ，１１２Ａが形成
される。

【００４６】

【表５】

【００４７】一方、上記焼結体は半導体装置の主電流路
としての役割を兼ねるから、その電気抵抗率は可及的に
小さいことが望ましい。上記した炭素焼結体は、Ｃｕ
(１.７×１０^-6Ω・cm）やＭｏ(５.６×１０^-6Ω・c
m)，はんだ材(Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ：２０×１０^-6Ω・c
m）等よりは高抵抗で大電流を通電する場合には、発熱
や電力損失の問題が発生する。上述した金属層や金属板
は、電気的には炭素焼結体より低抵抗であり、電流路確
保の点で炭素焼結体の欠点を補うものとしても作用す
る。また、主電流路の低抵抗化は、上述の金属化層によ
る以外に焼結体の厚さを増したり、導電性の良い金属と
の複合体、例えば上述した炭素−３０ｗｔ％銅の如き複
合焼結体を用いることにより可能である。ろう付け性能
及び低抵抗化の観点で選択される上記金属層は、Ｃｕ，
Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ａ
ｌ，Ｚｎを含む合金にＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の活性金属が
添加されていることが望ましい。また、同様の観点から
選択される上記金属板は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｆ
ｅ，Ｓｂ，Ｚｎ，真鍮，青銅，銅−ベリリウム合金，４
２アロイ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等が望ましい。

【００４８】複合焼結体は、炭素焼結体の中に炭素以外
の物質が均一に分散されている状態が望ましい。この理
由は、複合焼結体の物性に異方性が生じないためであ
る。例えば、熱膨張率に異方性を有する複合材を絶縁型
半導体装置に適用した場合は、熱拡散板は特定の方向に
対しては半導体基体や絶縁基板と整合して膨張，収縮す
るので問題ないが、これ以外の方向に対しては整合性の
ない膨張，収縮をするので半導体装置の製造時及び使用
時に生ずる問題が多い。

【００４９】炭素以外の分散物質は、炭素焼結体そのも
のの欠点を補う立場で選択されねばならない。例えば、
機械的強度、特に引張り応力に対する耐破壊強度が劣る
点、導電性が劣る点を改善するだけでなく、熱伝導性を
更に高めるのに寄与できるものである必要がある。この
観点から推奨される金属物質としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａ
ｌ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｂｅ，
Ｉｒ，Ｐｄ，Ｒｈ等が挙げられる。これらの金属物質
は、重量比で６０ｗｔ％以下であることが望ましい。こ
の理由は、６０ｗｔ％以上では複合焼結体の物性、特に
熱膨張率が大きくなり、炭素焼結体の好ましい点が消失
するためである。これらの金属物質は、上述の観点で選
択される限り、単一の種類に限定される必要はなく、複
数の種類にわたって添加されることが許される。また、
添加金属物質が複数の種類にわたる場合でも、６０ｗｔ
％より少ない範囲ではそれぞれの金属物質の量を任意に
調整して良い。

【００５０】本発明において、炭素以外の分散物質は金
属に限定されず、上述したように炭素焼結体の欠点を補
う立場で選択される限り、非金属物質であっても良い。
例えば、ＳｉＣ，ＢｅＯ又はＡｌ₂Ｏ₃を含有したＳｉ
Ｃ，ＡｌＮ，Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを含有したＡｌＮ，Ｂ
Ｎ，ＢｅＯ，Ｓｉ₃Ｎ₄等のセラミックスが挙げられる。
これらの物質は、複合焼結体の熱伝導率，熱膨張率を調
整するのに有効である。しかし、これらの物質は電気抵
抗率が高く、複合焼結体のそれも高めるように作用する
から、添加量は複合焼結体の電気伝導性を著しく損なわ
ない量に限る必要がある。例えば、Ｙ₂Ｏ₃又はＣａＯを
含有したＡｌＮを１０ｗｔ％添加した複合焼結体では、
これを添加しない炭素焼結体に比べ、熱伝導率，熱膨張
率，機械的強度は不変であるが、電気抵抗率は１.２倍
になる。他の非金属物質を添加した場合も、これと同様
の傾向を示す。

【００５１】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１２
５Ａと第２金属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１
２５Ａ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。

【００５２】図７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。

【００５３】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。

【００５４】以上に述べた金属化炭素部材１０と支持部
材１２５は、ＩＧＢＴ素子を搭載した２０００Ｖ，７５
Ａ級の半導体装置９００に適用された。図８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１
２５上に３１mm×６０mm×０.６３mm のＡｌＮからなる
絶縁部材１２２がＰｂ−５０ｗｔ％Ｓｎはんだ124（図
示を省略、厚さ：２００μｍ）により接着され、絶縁部
材１２２上には金属化炭素部材１０が２個並んでＰｂ−
５０ｗｔ％Ｓｎはんだ１２３（図示を省略、厚さ：２０
０μｍ）により接着され、金属化炭素部材１０にはＩＧ
ＢＴ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：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。銅条片からなるこれらの電極１３ｂ，
１３ｃは、３mm×２３mm×２mmのアルミナ条片１１４に
ろう層（図示を省略、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０.６ｗｔ
％Ｎｉ−０.０５ｗｔ％Ｐ，厚さ：２００μｍ）１３′
により接着され、アルミナ条片１１４は同じろう層（図
示を省略）１４′により金属化炭素部材１０に接着され
ている。

【００５５】上記構造体において、ＡｌＮからなる絶縁
部材１２２は焼結助材としてのＹ₂Ｏ₃を約５ｗｔ％添加
したものであり、これにより焼結体の緻密化と高熱伝導
化が図られている。Ｙ₂Ｏ₃以外にＣａＯを焼結助材とし
て用いることも可能である。絶縁部材１２２の両主面に
はＭｏ・Ｍｎメタライズ層が形成され、この層の表面に
はＮｉめっき層が形成されている。

【００５６】金属化炭素部材１０は、コレクタ電極１３
ａを担う。コレクタ電極１３ａ，エミッタ電極１３ｂ，
ゲート電極１３ｃには、それぞれ外部端子１１６，１１
６′や中継端子１２６が設けられ、更に各半導体基体１
０１，１０１′，金属化炭素部材１０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９に示した回路を構
成している。なお、本実施例では比較用として、金属化
炭素部材１０及び支持部材１２５を銅板〔半導体基体搭
載部に先行技術例（１）と同様にＭｏを設けている〕
に、そして、ＡｌＮからなる絶縁部材１２２を同寸法の
アルミナ絶縁基板に置き換えた試料も作製した。半導体
装置９００は最終的に、図１０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。

【００５７】半導体装置９００の素子１０１−支持部材
１２５間の熱抵抗は、０.２５℃／Ｗと、比較試料の熱
抵抗０.４２℃／Ｗより低い値が得られた。低熱抵抗化
が図られたのは、熱流路を金属化炭素部材１０，ＡｌＮ
からなる絶縁部材１２２，支持部材１２５を高熱伝導性
部材で構成したこと、及び、熱膨張率緩和部材を除外し
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、絶縁部材１２２から半導体基体１０１，１０１′
に至る積層体の変形を軽減でき、それ自体変形しにくい
部材１０及び１２５を用いているため、〔支持部材１２
５〕−〔絶縁基板１２２〕−〔金属化炭素部材１０〕間
のはんだ付け接着部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１０
１，１０１′〕−〔金属化炭素部材１０〕−〔絶縁基板
１２２〕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−銅板−絶縁部材の積層一体化物の３００
μｍより大幅に小さい値である。

【００５８】本実施例において、半導体装置の熱抵抗は
比較試料と同等の０.４２℃／Ｗまでは許される。この
熱抵抗を得るために必要な金属化炭素部材１０及び支持
部材１２５の熱伝導率は、９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
このような熱伝導率は、金属化炭素部材１０の場合は、
炭素焼結体（純度：９９％）の密度が１.６５ｇ／cm³以
上であるか、又は、炭素マトリックスにＣｕ，Ａｇ，Ａ
ｌ，Ａｕ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｂｅ，
Ｉｒ，Ｐｄ，Ｒｈの群から選択された少なくとも１種の
金属を分散した複合焼結体にすることにより得られる。
また、支持部材１２５の場合は、図３及び図４（ａ）を
参照すると、第１金属がＣｕそして第２金属がインバの
構成ではＣｕ占有率：２０ｗｔ％以上で、また、Ａｌと
インバの構成ではＡｌ占有率：３５ｗｔ％以上で、９０
Ｗ／ｍ・Ｋ以上を得ることが可能である。

【００５９】また、半導体装置９００に間欠通電し、支
持板１２５の温度を３０〜１００℃間で繰返し変化させ
る試験を施した。図１１は間欠通電試験による熱抵抗の
推移を示す。本実施例の半導体装置の熱抵抗（Ａ）は３
５０００回まではほとんど変動を示さず、４００００回
に至って０.２８Ｗ／℃ とわずかに上昇している。しか
し、この程度の熱抵抗上昇は、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）は試験回数が増えるにつれ顕著な上昇を示
し、１０００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主な原因は、半導体基
体−Ｍｏ板間のはんだ層ではなく、銅板（半導体基体搭
載部にＭｏを設けている）とアルミナ絶縁基板の間にお
けるはんだ層の熱疲労破壊であった。これは、銅板とア
ルミナ絶縁基板の熱膨張率が大幅に異なること、及び、
Ｍｏを搭載した銅板の変形が著しいことによる。本実施
例の半導体装置９００が優れた信頼性を示した最大の理
由は、金属化炭素部材１０と半導体基体１０１，１０
１′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
壊が避けられたためである。金属化炭素部材１０の熱膨
張率が絶縁部材１２２と近似したため、はんだ１２３に
作用する熱応力や熱歪が軽減されたこと、そして、上述
の積層一体化物の反り量が少ないため、絶縁部材１２２
−支持部材１２５間のはんだ層１２４に極端に薄い部分
を有していないことも、熱抵抗の変動が少なく、信頼性
の向上が図られた理由である。更に、支持部材１２５の
熱膨張率が絶縁部材１２２と近似したため、はんだ層１
２４に作用する熱応力や熱歪が軽減されたことも、信頼
性の向上が実現された理由である。

【００６０】図１２は金属化炭素部材と絶縁部材の間の
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、絶縁部材１２２と支持部材１２５間の熱膨張率差
は、２×１０^-6／℃と小さくなるように調整されてい
る。熱抵抗の変化は、用いた絶縁部材の種類や金属化炭
素部材の構成には関係なく、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１２３の熱疲労破壊によるもので
ある。このことは、はんだ層１２３の高信頼化のために
は、上記熱膨張率差を７×１０^-6／℃以下に調整する必
要があることを示唆している。

【００６１】上述の間欠通電試験では、金属化炭素部材
１０−支持部材１２５間の電気絶縁性、そして、金属化
炭素部材１０−エミッタ電極１３ｂ，ゲート電極１３ｃ
間の電気絶縁性を追跡した。この結果、４００００回の
試験後における絶縁耐圧（周波数：６０Ｈｚ）は７ｋＶ
以上と、初期値と同等の値が維持され、絶縁部材122の
破壊による耐圧劣化は観測されなかった。この効果も上
述と同様に、金属化炭素部材１０が絶縁基板１２２や条
片１１４と近似した熱膨張率を有しているため、これら
の部材に過大な熱応力や熱歪が作用しないためである。

【００６２】本実施例によれば、比較試料に比べて、放
熱性を実質上犠牲にせずに信頼性を向上させることがで
きた。この効果は、絶縁部材１２２の面積、したがって
金属化炭素部材１０の面積（比較試料における銅板の面
積）が大きくなるほど顕著であった。その一例を図１３
により説明する。この図は本実施例構造（Ａ）の半導体
装置の金属化炭素部材１０−絶縁部材１２２間接着面積
〔比較試料構造（Ｂ）にあっては、銅板−アルミナ絶縁
基板間接着面積〕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−５５〜１５
０℃のもとで５００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８０００mm²までは０％
が維持されている。なお、ここで言う故障とは、主とし
てはんだ層１２３に生じたクラック、あるいは部分的剥
離のことである。

【００６３】図１４は支持板と絶縁部材の間の熱膨張率
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、金
属化炭素部材１０と絶縁部材１２２の間の熱膨張率差
は、２×１０^-6／℃と小さくなるように調整されてい
る。熱抵抗の変化は、用いた絶縁部材の種類や支持板の
構成には関係なく、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７×１０^-6／℃以下に調整する必要がある
ことを示唆している。

【００６４】放熱性を損なわずに信頼性を向上させるた
めの本発明の効果は、絶縁部材122の面積、したがって
支持板１２５の面積（比較試料における銅支持板の面
積）が大きくなるほど顕著である。その一例を図１５に
より説明する。この図は本実施例構造（Ａ）の半導体装
置の〔絶縁部材１２２〕−〔支持部材１２５〕間接着面
積〔比較試料構造(Ｂ)にあっては、アルミナ絶縁基板−
銅支持板間接着面積〕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３００mm²までは、Ａ，Ｂともに故障発生率は
０％である。３００mm²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５００００mm²ま
では０％が維持されている。なお、ここで言う故障と
は、主としてはんだ層１２５に生じたクラック、あるい
は部分的剥離のことである。このように、温度サイクル
数が１０００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、金属化炭素部材１０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。

【００６５】本実施例の半導体装置９００には、密度が
１.８ｇ／cm³(金属化炭素部材１０)と小さい部材が適用
されているため、装置９００の重量が低減されている。
この点は、半導体装置９００を電子装置用として実装す
る際の作業を容易にさせるだけでなく、電子装置の小
型，軽量化に寄与する所が大きい。

【００６６】本実施例の半導体装置９００を組み込んだ
図１０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１６はスイッチング周波数とＩＧＢ
Ｔ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５０Ｈ
ｚから３０ｋＨｚまでの間では、素子１０１が安定して
動作する温度の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。

【００６７】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。

【００６８】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
７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。

【００６９】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。

【００７０】〔実施例２〕本実施例では、金属化炭素
部材上に多数個の半導体装置基体が密集して搭載され、
これらが複合金属支持板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。

【００７１】本実施例の金属化炭素部材１０は、炭素粉
末に３０ｗｔ％の銅粉末を添加した混合粉末を出発材料
とし、この圧粉成形体を焼結して得た複合体１００を母
材にしている。この複合炭素焼結体１００は、熱膨張
率：５.７×１０^-6／℃ ，熱伝導率：約３００Ｗ／ｍ・
Ｋ，抵抗率：約６０×１０^-6Ω・cm、そして相対密度：
９０％）で、物性値に異方性のないものである。図１８
は複合炭素焼結体１００の断面構造模式図を示す。炭素
の焼結体粒子１００Ａのマトリックスの中に、銅焼結体
粒子１００Ｂが埋め込まれている。埋め込まれた銅粒子
１００Ｂは焼結体１００のいずれの部分にもほぼ均等に
分散されていて、方向性は見られない。上述した物性に
異方性が見られないのは、この点に基づく。炭素焼結体
１００に実施例１と同様に銅板１１１Ｂ，１１２Ｂをろ
う付けして部材（６２mm×８０mm×２mm）１０を得た。
図１９は一例としての炭素−銅複合焼結体の物性を示す
グラフである。複合焼結体では、銅粉末の添加量を増す
につれ、熱膨張率（Ａ）や熱伝導率（Ｂ）を増し、抵抗
率（Ｃ）を減ずる。これらの物性値は、絶縁型半導体装
置の導電性部材として許される範囲内では、いかなる値
でも選択され得る。

【００７２】しかし、電力用半導体装置の信頼性に重き
を置く場合には、炭素部材１０は接着される相手部材よ
り熱膨張率の小さい方が好ましい。熱膨張率が相手部材
より過度に大きいと、ろう付けされた一体化物が室温に
戻る際に炭素部材１０に引張り応力が作用する。複合焼
結体１００は引張り応力に対する破壊耐量は金属ほどに
は大きくなく破損を生じやすいからである。半導体基体
になり得る材料の熱膨張率はＳｉ：４.２×１０^-6／
℃，Ｇｅ：５.８×１０^-6／℃，ＧａＡｓ：６.５×１０
^-6／℃，ＧａＰ：５.３×１０^-6／℃ 、そして、絶縁部
材になり得る材料の熱膨張率はＡｌＮ：４.３×１０^-6
／℃、ＢｅＯ：７.５×１０^-6／℃，アルミナ：６.３×
１０^-6／℃，ＢＮ：３.７×１０^-6／℃である。これら
の中で最も熱膨張率の大きいベリリヤのそれを越えない
ようにするためには、複合炭素部材１００中の銅は６０
ｗｔ％を越えないようにする必要がある。

【００７３】表６は熱膨張率が７.６×１０^-6／℃ を越
えない金属添加物の添加量範囲を示す。この表から、銅
以外の金属添加物の場合は、最大６０ｗｔ％未満までの
添加が許される。

【００７４】

【表６】

【００７５】金属化炭素部材１０は、支持部材（９５mm
×１１０mm×５mm）１２５にＰｂ−６０ｗｔ％Ｓｎはん
だ（厚さ：２００μｍ）１２４により接着されたアルミ
ナ絶縁基板（６８mm×８６mm×０.６３mm）１２２上
に、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０.６ｗｔ％Ｎｉ−０.０５ｗ
ｔ％Ｐはんだ（厚さ：２００μｍ)１２３により搭載さ
れた。この部材１０には、Ｓｎ−５ｗｔ％Ｓｂ−０.６
ｗｔ％Ｎｉ−０.０５ｗｔ％Ｐはんだ（厚さ：２００μ
ｍ）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。

【００７６】支持部材１２５はＣｕマトリックス金属に
ＡｌＮセラミックス粉末を分散した複合金属から構成さ
れており、熱膨張率：６.５×１０^-6／℃ ，熱伝導率：
215Ｗ／ｍ・ｋ，密度：５.５ｇ／cm³なる物性値(ＡｌＮ
粉末の分散量：６０体積％)を有している。これらの物
性値は方向性を持っていない。ＡｌＮ粉末はＹ₂Ｏ₃が焼
結助材及び高熱伝導化のために５ｗｔ％添加されてお
り、常圧焼結法で1700℃で焼結した後、粒径５０μｍ以
下に粉砕されたものである。粒径３０μｍ，純度９９.
９９％のＣｕ粉末とＡｌＮ粉末をバインダーとともに
混合した後成形し、この成形体を真空中で１０００℃，
１００ＭＰａのもとで加圧熱処理し、上記寸法の支持板
を得た。この支持板には、Ｎｉを厚さ約４μｍに電解め
っきした。ここで、ＡｌＮ粉末にＹ₂Ｏ₃を添加したＡｌ
Ｎを用いるのは、この粉末に１９０Ｗ／ｍ・ｋと高い熱
伝導率を付与し、支持部材１２５の高熱伝導化を図るた
めである。このような高熱伝導化や低熱膨張化を図る目
的のもとでは、粉末としてＣａＯを助材にして焼結した
ＡｌＮを用いることが許される。

【００７７】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が、熱膨
張率：６.４×１０^-6／℃、熱伝導率：２１０Ｗ／ｍ・
ｋ、密度：５.５ｇ／cm³と、上記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、支持
部材１２５の寸法変化や変形は全く観測されなかった。

【００７８】以下実施例１と同様の部材搭載，配線，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２０に示す回路を構成している。また、比較
用として、金属化炭素部材１０と支持部材１２５を同寸
法の銅板に置き換えた試料も製作した。半導体装置９０
０は最終的に、図１０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。

【００７９】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／℃）−金属化炭素部材（５.７×１
０^-6／℃）−絶縁部材（６.３×１０^-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。

【００８０】以上により得られた半導体装置９００の半
導体基体１０１−支持部材１２５間の熱抵抗は、０.０
３９℃／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、前記実施例１の場合と同様の理由
の他に、多数の発熱する半導体基体１０１，１０１′が
有効な熱伝導路内に搭載されているため、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、半導体基体１０１,１０１′が金属化炭素部材１
０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２１は
金属化炭素部材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、金属化炭素部材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。

【００８１】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−支持部材１２５間熱抵抗は０.０
４３℃／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
化を生じなかった理由は、〔半導体基体１０１，１０
１′〕−〔金属化炭素部材１０〕−〔絶縁部材１２２〕
−〔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、はんだ層１１３,１２３,１２４の熱疲労破
壊が抑制されたことによる。

【００８２】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２２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。

【００８３】次いで、２４個の本実施例半導体装置９０
０が、図１０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：２０００Ｖ，ピーク出力電流：６５０Ａ，
平均周波数：２ｋＨｚ）は、電車用の主電動機（１９０
ｋＷ）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。

【００８４】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、焼結炭素部材１００上に設けられる金
属層１１１Ｂは、部材１００の主面の全面に設けられる
ことを必須とするものではない。電気伝導性や熱伝導性
に関して支障がない限り、その上に搭載する素子や部材
がろう付けされる領域にのみに選択的に設けられて良
く、そして、選択的に設けられる金属層１１１Ｂは複数
であっても良い。また、はんだ材やろう材に対するぬれ
性を向上させるために、金属化層１１１，１１２，金属
板１１１Ｂ，１１２Ｂの表面にＣｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａ
ｕ，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。

【００８５】本発明において、ろう材１１３，１２３，
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，Ｐｂ−５２ｗｔ％Ｓｎ−８ｗｔ％Ｂｉ、Ａｕ−１
２ｗｔ％Ｇｅ，Ａｕ−６ｗｔ％Ｓｉ，Ａｕ−２０ｗｔ％
Ｓｉ，Ａｌ−１１.７ｗｔ％Ｓｉ,Ａｇ−４.５ｗｔ％Ｓ
ｉ,Ａｕ−８５ｗｔ％Ｐｂ,Ａｕ−２６wt％Ｓｂ，Ｃｕ−
６９.３ｗｔ％Ｍｇ，Ｃｕ−３５ｗｔ％Ｍｎ，Ｃｕ−３
６ｗｔ％Ｐｂ，Ｃｕ−７６.５ｗｔ％Ｓｂ，Ｃｕ−１６.
５ｗｔ％Ｓｉ，Ｃｕ−２８ｗｔ％Ｔｉ，Ｃｕ−１０ｗｔ
％Ｚｒ、又は、これらを任意に組み合わせたろう材を適
用できる。

【００８６】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５０Ｈｚないし３０ｋＨｚの周波数のもとで作
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。

【００８７】本発明において、金属化炭素部材１０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，コイル等が搭載されても良い。

【００８８】本発明において、半導体装置の電気回路
は、図１０及び図２１に示したものに限定されない。例
えば、図２４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。また、半導体基体１
０１又は１０１′がサイリスタやトランジスタであった
り、１個の半導体基体１０１又は１０１′の中に図９に
示したインバータ回路又はインバータ回路とともにこれ
を制御する回路が形成されていてもよい。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。

【００８９】

【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】金属支持部材の断面模式図である。

【図２】金属支持部材の熱膨張率を示すグラフである。

【図３】金属支持部材の熱伝導率を示すグラフである。

【図４】金属支持部材の熱膨張率および熱伝導率を示す
グラフである。

【図５】金属化炭素部材の断面図である。

【図６】炭素焼結体から金属層に至る間の界面状態を説
明する図である。

【図７】第１金属と第２金属の接合界面部のＥＰＭＡに
よるライン分析波形を示す。

【図８】本発明の一実施例の半導体装置の要部俯瞰図で
ある。

【図９】半導体装置の回路図である。

【図１０】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１１】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１２】金属化炭素部材と絶縁部材の間の熱膨張率差
と熱抵抗変化率の関係を示すグラフである。

【図１３】金属化炭素部材−絶縁基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】支持板と絶縁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１５】絶縁基板−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１６】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１７】電動機の効率を示すグラフである。

【図１８】金属を添加した複合炭素焼結体の断面構造模
式図である。

【図１９】炭素−銅系複合焼結体の物性を示すグラフで
ある。

【図２０】半導体装置の回路を示す図である。

【図２１】金属化炭素部材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２２】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２３】半導体装置に内蔵された他の電気回路の例で
ある。

【符号の説明】

１０…金属化炭素部材、１００…炭素焼結体、１１１，
１１２…金属化層、１１１Ａ、１１２Ａ…界面層、１０
１，１０１′…半導体基体、１１４，１２２…絶縁部
材、１２５…支持部材、１２５Ａ…第１金属、１２５Ｂ
…第２金属、１１３，１２３，１２４…ろう材、１１５
…電極材、１１６，１１６′…端子、１２６…中継端
子。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導率の高い第１金属と前記第１金属よ
り熱膨張率の小さい第２金属をそれぞれ板面の長手方向
に伸びるように配置し、前記第１金属と第２金属を板面
に平行な方向に交互に接着して一体化した支持基板と、前記支持基板上に接着された絶縁基板と、前記絶縁基板上に接着され、炭素を主体とする焼結体表
面に金属を主成分とする層を設けた金属化炭素基板と、前記金属化炭素基板上に搭載された半導体素子とを有す
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、前記支持基板
の表面には、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
金属からなる層が形成される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、前記支持基板の熱伝導
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、前記絶縁基板はＡｌ
Ｎ，ＢｅＯ，ＢＮ，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、前記絶縁基板は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
基板の熱膨張率と前記絶縁基板の熱膨張率の差は７×１
０^-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、前記絶縁
基板の熱膨張率は前記支持基板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、前記金属化炭素基板
は、前記炭素を主体とする焼結体と前記金属を主成分と
する層がＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｃｒの群から選択された少
なくとも１種の活性金属又は前記活性金属の炭化物を含
む物質により接合されていることを特徴とする半導体装
置。
【請求項１０】請求項１または９において、前記活性金
属又は活性金属の炭化物を含む物質は、前記炭素を主体
とする焼結体の内部に侵入していることを特徴とする半
導体装置。
【請求項１１】請求項１または９において、前記炭素を
主体とする焼結体は、炭素中にＣｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｉ
ｎ，Ｃｄ，Ｗ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｉｒ，Ｐｄ，
Ｒｈの群から選択された少なくとも１種の金属、又は、
ＳｉＣ，ＢｅＯ，ＡｌＮ，ＢＮ，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃、
から選択された少なくとも１種のセラミックス、又は、
前記金属および前記セラミックスを分散した複合焼結体
であることを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】請求項１１において、前記複合焼結体は
前記少なくとも１種の金属を６０wt％未満添加される
か、もしくは、前記少なくとも１種のセラミックスを１
０ｗｔ％未満添加されたものであることを特徴とする半
導体装置。
【請求項１３】請求項１または９において、前記金属化
炭素基板の熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを
特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項１において、前記金属化炭素基板
の熱膨張率は前記絶縁基板の熱膨張率より小さい、又
は、前記金属化炭素基板の熱膨張率と前記絶縁基板の熱
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１５】請求項１において、前記金属を主成分と
する層の表面はＣｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｚｎの群から選択された少な
くとも１種の金属、もしくは、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｚｎの群か
ら選択された２種以上の金属からなる合金で被覆される
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】請求項１または９において、前記金属化
炭素基板上に１個以上の前記半導体素子が搭載されたこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】請求項１または９において、前記金属化
炭素基板の前記半導体素子を搭載する方の面積に対する
前記半導体素子の占有面積の割合は５０％以下であるこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項１８】請求項１または９において、前記半導体
素子はＩＧＢＴ素子又はダイオード素子を備えたことを
特徴とする半導体装置。
【請求項１９】請求項１または９において、前記金属化
炭素基板または前記支持基板と、前記絶縁基板ははんだ
付けにより一体化されており、一体化された領域は５０
０mm²以上１００００mm²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２０】請求項１又は９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２１】熱伝導率の高い第１金属と前記第１金属
より熱膨張率の小さい第２金属をそれぞれ板面の長手方
向に伸びるように配置し、前記第１金属と第２金属を板
面に平行な方向に交互に接着して一体化した支持基板
と、前記支持基板上に接着された絶縁基板と、前記絶縁基板上に接着され、炭素を主体とする焼結体表
面に金属を主成分とする層を設けた金属化炭素基板と、前記金属化炭素基板上に搭載された半導体素子とを有す
る半導体装置を用いた電子装置であり、前記半導体装置が、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２２】請求項２１において、前記第１金属はＣ
ｕ，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
特徴とする電子装置。
【請求項２３】請求項２１または２２において、前記支
持基板の表面には、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐ
ｄ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｚｎから選択された少なくとも
１種の金属からなる層が形成されることを特徴とする電
子装置。
【請求項２４】請求項１において、前記支持基板の熱伝
導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする電子
装置。
【請求項２５】請求項２１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２６】請求項２１または２５において、前記回
転装置に給電する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。
【請求項２７】請求項２１，２５または２６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、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２８】請求項２１，２５または２６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、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２９】請求項２１において、前記半導体装置は
発光体に給電する電気回路に組み込まれ、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３０】請求項２９において、前記発光体に給電
する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。