JPH10107174A - 半導体装置用基板およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置用基板およびその製造方法Info
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- JPH10107174A JPH10107174A JP8254046A JP25404696A JPH10107174A JP H10107174 A JPH10107174 A JP H10107174A JP 8254046 A JP8254046 A JP 8254046A JP 25404696 A JP25404696 A JP 25404696A JP H10107174 A JPH10107174 A JP H10107174A
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
- H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
- H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating
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Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックス基板と銅板とを接合した半導体装
置用基板において、セラミックス基板と銅板との未接合
部で生じる放電を防止する。 【解決手段】セラミックス基板に銅板を接合後、基板を
静水圧プレス、一軸加圧プレス、加圧ロール等で加圧す
ることにより、セラミックス基板と銅板との間に生じた
未接合空隙を押し潰して著しく偏平な空隙とする。厚い
セラミックス基板を使用した場合、２００ＭＰａ以上の
圧力で加圧すれば放電電圧は１．５ｋＶ以上にすること
ができる。
置用基板において、セラミックス基板と銅板との未接合
部で生じる放電を防止する。 【解決手段】セラミックス基板に銅板を接合後、基板を
静水圧プレス、一軸加圧プレス、加圧ロール等で加圧す
ることにより、セラミックス基板と銅板との間に生じた
未接合空隙を押し潰して著しく偏平な空隙とする。厚い
セラミックス基板を使用した場合、２００ＭＰａ以上の
圧力で加圧すれば放電電圧は１．５ｋＶ以上にすること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワートランジス
タモジュールなどに適用される、セラミックス基板に銅
板を直接接合したＣＢＣ基板（Copper Bonding Ceramic
Substrate）などの半導体装置用基板およびその製造方
法に関する。
タモジュールなどに適用される、セラミックス基板に銅
板を直接接合したＣＢＣ基板（Copper Bonding Ceramic
Substrate）などの半導体装置用基板およびその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず、セラミックス基板に銅板を直接接
合したＣＢＣ基板を用いたパワートランジスタモジュー
ルの例の断面を図２に示す。図において、１は放熱金属
ベース、２はＣＢＣ基板、３は半導体チップ、４は外部
導出端子、５はボンディングワイヤ、６は樹脂ケース、
７は端子ブロック、８は封止樹脂、９はゲル状充填材で
ある。
合したＣＢＣ基板を用いたパワートランジスタモジュー
ルの例の断面を図２に示す。図において、１は放熱金属
ベース、２はＣＢＣ基板、３は半導体チップ、４は外部
導出端子、５はボンディングワイヤ、６は樹脂ケース、
７は端子ブロック、８は封止樹脂、９はゲル状充填材で
ある。
【０００３】ここで、ＣＢＣ基板２は、アルミナあるい
は窒化アルミニウムなどのセラミックス基板２ａに対
し、その表裏両面に、銅と微量の酸素との反応により生
成するＣｕ−Ｏ共晶液相を接合剤として接合するダイレ
クト・ボンデング・カッパー法により箔状の薄い銅板２
ａ，２ｂを直接接合したものである。またはセラミック
ス基板２ａの表裏の表面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉなどの活性
化金属ろう材を塗布し、その両面に箔状の薄い銅板２
ａ、２ｂをろう付する活性化金属ろう付法でもＣＢＣ基
板は製作できる。これらの方法により、主面側の銅板２
ｃに回路パターンを形成した上で、ここに半導体チップ
３をダイボンティングし、さらに外部導出端子４を半田
付けし、ワイヤ５をボンティングして回路を組立てた
後、ＣＢＣ基板２を放熱金属ベース１の上に半田付け
し、樹脂ケース６内に充填材９を充填し、樹脂８で封止
してパッケージングを完了する。
は窒化アルミニウムなどのセラミックス基板２ａに対
し、その表裏両面に、銅と微量の酸素との反応により生
成するＣｕ−Ｏ共晶液相を接合剤として接合するダイレ
クト・ボンデング・カッパー法により箔状の薄い銅板２
ａ，２ｂを直接接合したものである。またはセラミック
ス基板２ａの表裏の表面にＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉなどの活性
化金属ろう材を塗布し、その両面に箔状の薄い銅板２
ａ、２ｂをろう付する活性化金属ろう付法でもＣＢＣ基
板は製作できる。これらの方法により、主面側の銅板２
ｃに回路パターンを形成した上で、ここに半導体チップ
３をダイボンティングし、さらに外部導出端子４を半田
付けし、ワイヤ５をボンティングして回路を組立てた
後、ＣＢＣ基板２を放熱金属ベース１の上に半田付け
し、樹脂ケース６内に充填材９を充填し、樹脂８で封止
してパッケージングを完了する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のＣＢ
Ｃ基板をパワートランジスタモジュールなどの特に高耐
圧の半導体装置の基板として採用する場合には次のよう
な問題がある。すなわち、ＣＢＣ基板のセラミックス基
板２ａと銅板２ｂ、２ｃを直接接合する時に、それらの
界面に空隙１０が生じ、未接合部となる。これらの空隙
１０が大きい場合には、ＣＢＣ基板の銅板２ｂ、２ｃの
膨れとなり、外観的に判別できる。代表的な空隙の形状
としては、底円の直径が２００〜３００μｍ、高さ５０
〜１００μｍの部分球状である。未接合部は、接合時の
雰囲気の酸素量、温度、接合時間、接合方法などにより
少なくすることができるが、底円の直径が２ｍｍ以下の
未接合部を完全になくすことは出来なかった。
Ｃ基板をパワートランジスタモジュールなどの特に高耐
圧の半導体装置の基板として採用する場合には次のよう
な問題がある。すなわち、ＣＢＣ基板のセラミックス基
板２ａと銅板２ｂ、２ｃを直接接合する時に、それらの
界面に空隙１０が生じ、未接合部となる。これらの空隙
１０が大きい場合には、ＣＢＣ基板の銅板２ｂ、２ｃの
膨れとなり、外観的に判別できる。代表的な空隙の形状
としては、底円の直径が２００〜３００μｍ、高さ５０
〜１００μｍの部分球状である。未接合部は、接合時の
雰囲気の酸素量、温度、接合時間、接合方法などにより
少なくすることができるが、底円の直径が２ｍｍ以下の
未接合部を完全になくすことは出来なかった。
【０００５】この未接合部の空隙１０は、通電動作に伴
い半導体チップ３からの多量の熱をＣＢＣ基板２を介し
て、放熱金属ベース１に伝達し、外部に放熱することを
妨げるほか、主面側の銅板２ｃに回路パターンにかかる
回路電圧により、空隙１０内で放電して回路雑音を生
じ、半導体装置を誤動作させることがあった。放電電圧
は、放電が開始する放電開始電圧より、放電を開始後、
電圧を下げ放電が消失する放電消滅電圧の方が低い。例
えば、半導体装置用基板における放電開始電圧は０．８
ｋＶ以上であるが、放電消滅電圧は０．５ｋＶと低いこ
とが実測によりわかった。
い半導体チップ３からの多量の熱をＣＢＣ基板２を介し
て、放熱金属ベース１に伝達し、外部に放熱することを
妨げるほか、主面側の銅板２ｃに回路パターンにかかる
回路電圧により、空隙１０内で放電して回路雑音を生
じ、半導体装置を誤動作させることがあった。放電電圧
は、放電が開始する放電開始電圧より、放電を開始後、
電圧を下げ放電が消失する放電消滅電圧の方が低い。例
えば、半導体装置用基板における放電開始電圧は０．８
ｋＶ以上であるが、放電消滅電圧は０．５ｋＶと低いこ
とが実測によりわかった。
【０００６】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ空隙
部の断面モデル図と等価回路図である。１２はセラミッ
ク基板、１３は銅板、１１は未接合部の空隙である。セ
ラミック基板１２の厚さをｔ2 、空隙１１の高さをｔ1
とする。図３（ｂ）の等価回路において、空隙１１とセ
ラミックス基板１２とをコンデンサと見なし、それらが
直列接続されているものとする。ε1 、ε2 はそれぞれ
空隙、セラミックス基板の誘電率である。この等価回路
を用いて未接合空隙での放電時の分担電圧を求めて見
る。
部の断面モデル図と等価回路図である。１２はセラミッ
ク基板、１３は銅板、１１は未接合部の空隙である。セ
ラミック基板１２の厚さをｔ2 、空隙１１の高さをｔ1
とする。図３（ｂ）の等価回路において、空隙１１とセ
ラミックス基板１２とをコンデンサと見なし、それらが
直列接続されているものとする。ε1 、ε2 はそれぞれ
空隙、セラミックス基板の誘電率である。この等価回路
を用いて未接合空隙での放電時の分担電圧を求めて見
る。
【０００７】今、外部印加電圧をＶ、空隙１１の分担電
圧をＶ1 、セラミックス基板１２の分担電圧をＶ2 とす
ると、次式が成立する。
圧をＶ1 、セラミックス基板１２の分担電圧をＶ2 とす
ると、次式が成立する。
【０００８】
【数１】 この２式より未接合部の分担電圧Ｖ1 が導き出される
（式(3) ）。
（式(3) ）。
【０００９】
【数２】 この分担電圧Ｖ1 が、空気中のパッシェンの法則におけ
る圧力と放電距離の関係から求められるパッシェン電圧
Ｖ（Paschen ）を越えると放電を始めることになる。よ
って放電を起こす際の外部印加電圧Ｖは式(4) のように
なる。
る圧力と放電距離の関係から求められるパッシェン電圧
Ｖ（Paschen ）を越えると放電を始めることになる。よ
って放電を起こす際の外部印加電圧Ｖは式(4) のように
なる。
【００１０】
【数３】 ここで、空隙内は窒素が入っているものとし、窒素の誘
電率をε1 ＝１、セラミックス基板１２はアルミナと
し、アルミナの比誘電率をε2 ＝８として、セラミック
ス基板の厚さがｔ2 ＝０．２５mmと０．６３mmの場合に
ついて、未接合空隙での放電開始電圧を求めた。
電率をε1 ＝１、セラミックス基板１２はアルミナと
し、アルミナの比誘電率をε2 ＝８として、セラミック
ス基板の厚さがｔ2 ＝０．２５mmと０．６３mmの場合に
ついて、未接合空隙での放電開始電圧を求めた。
【００１１】その結果を図４に示す。横軸は、空隙の高
さｔ1 、縦軸は放電開始電圧である。放電が起きる印加
電圧の最小値は、セラミックス基板の厚さ０．２５mmで
は約０．６ｋＶ、０．６３mmでは１．０ｋＶで、実測値
とほぼ一致した。また、その時の未接合空隙の高さｔ1
は、３０〜６０μｍであり、実測値とあっている。式
(4) から、セラミックスと銅板を接合したＣＢＣ基板の
未接合部での放電電圧を高くするには、未接合部の高さ
を小さくするか、あるいはセラミックス基板を厚くすれ
ば良いことになる。しかし、セラミックス基板を厚くす
ると、熱抵抗が増大し、通電動作時の半導体チップから
放熱金属ベースへの熱の伝達を妨げることとなり、半導
体装置の特性を低下させる。
さｔ1 、縦軸は放電開始電圧である。放電が起きる印加
電圧の最小値は、セラミックス基板の厚さ０．２５mmで
は約０．６ｋＶ、０．６３mmでは１．０ｋＶで、実測値
とほぼ一致した。また、その時の未接合空隙の高さｔ1
は、３０〜６０μｍであり、実測値とあっている。式
(4) から、セラミックスと銅板を接合したＣＢＣ基板の
未接合部での放電電圧を高くするには、未接合部の高さ
を小さくするか、あるいはセラミックス基板を厚くすれ
ば良いことになる。しかし、セラミックス基板を厚くす
ると、熱抵抗が増大し、通電動作時の半導体チップから
放熱金属ベースへの熱の伝達を妨げることとなり、半導
体装置の特性を低下させる。
【００１２】従来、空隙の容量が約１００ｐＣ（ピコク
ーロン）と非常に低いものであったため、この放電エネ
ルギーも小さく、ほとんど問題にされていなかったが、
半導体装置や周辺装置の高度制御化により、上記の放電
の問題の重要性が増している。以上の点に鑑み本発明の
目的は、放電電圧を素子耐電圧以上に高耐圧化を図った
半導体装置用基板を提供することにある。
ーロン）と非常に低いものであったため、この放電エネ
ルギーも小さく、ほとんど問題にされていなかったが、
半導体装置や周辺装置の高度制御化により、上記の放電
の問題の重要性が増している。以上の点に鑑み本発明の
目的は、放電電圧を素子耐電圧以上に高耐圧化を図った
半導体装置用基板を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明は、セラミックス基板と銅板とを接合した半導体装
置用基板において、セラミックス基板と銅板の接合した
界面に、著しく偏平な押し潰された形の空隙を有するも
のとする。特に、空隙の高さが１０μｍ以下であること
がよい。
発明は、セラミックス基板と銅板とを接合した半導体装
置用基板において、セラミックス基板と銅板の接合した
界面に、著しく偏平な押し潰された形の空隙を有するも
のとする。特に、空隙の高さが１０μｍ以下であること
がよい。
【００１４】銅板を直接接合した半導体装置基板の銅板
表面を例えば、静水圧プレス（ColdIsostatic Press、
以下ＣＩＰと記す）、一軸加圧プレス、加圧ロール等で
加圧することにより、直接接合で生じた界面の未接合空
隙が潰れ、空隙の高さが極端に短くなり、或いは放電す
る空間が無くなるために、放電電圧が高くなる。この放
電電圧は、空隙高さが短い程より効果が大きく、例えば
１０μｍ以下であると放電電圧は１．５ｋＶ以上にな
り、実素子の耐電圧として十分な値となる。
表面を例えば、静水圧プレス（ColdIsostatic Press、
以下ＣＩＰと記す）、一軸加圧プレス、加圧ロール等で
加圧することにより、直接接合で生じた界面の未接合空
隙が潰れ、空隙の高さが極端に短くなり、或いは放電す
る空間が無くなるために、放電電圧が高くなる。この放
電電圧は、空隙高さが短い程より効果が大きく、例えば
１０μｍ以下であると放電電圧は１．５ｋＶ以上にな
り、実素子の耐電圧として十分な値となる。
【００１５】特に、２００ＭＰａ以上の圧力で加圧する
ことがよい。この場合、厚い基板では放電開始電圧が
１．５ｋＶ以上となる。加圧圧力が高い程、放電電圧が
高くなることが実験で確かめられ、３５０ＭＰａ以上の
加圧力では、薄い基板でも放電電圧が２ｋＶ以上にな
る。
ことがよい。この場合、厚い基板では放電開始電圧が
１．５ｋＶ以上となる。加圧圧力が高い程、放電電圧が
高くなることが実験で確かめられ、３５０ＭＰａ以上の
加圧力では、薄い基板でも放電電圧が２ｋＶ以上にな
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら本発明の
実施例について説明する。まず最初に、セラミツクス基
板の製造方法を説明する。アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）に焼
結助材としてイットリアなどを添加して粉砕混合し、さ
らにポリビニルブチラール、トルエン、キシレン、フタ
ル酸ジオクチルなどを添加して混練した後、ドクターブ
レード法により、シート状に成形してグリーンシートを
得る。このグリーンシートを所定の形状に型抜きした
後、酸化雰囲気中で７００℃に加熱し、成形体中のバイ
ンダーを除去した。更にその成形体を状圧の窒素、或い
は窒素を含むアルゴン雰囲気中で１５５０〜１７５０℃
に加熱焼成し、焼結したアルミナ基板を得た。
実施例について説明する。まず最初に、セラミツクス基
板の製造方法を説明する。アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）に焼
結助材としてイットリアなどを添加して粉砕混合し、さ
らにポリビニルブチラール、トルエン、キシレン、フタ
ル酸ジオクチルなどを添加して混練した後、ドクターブ
レード法により、シート状に成形してグリーンシートを
得る。このグリーンシートを所定の形状に型抜きした
後、酸化雰囲気中で７００℃に加熱し、成形体中のバイ
ンダーを除去した。更にその成形体を状圧の窒素、或い
は窒素を含むアルゴン雰囲気中で１５５０〜１７５０℃
に加熱焼成し、焼結したアルミナ基板を得た。
【００１７】その板厚０．２５mm、０．６３mmのアルミ
ナ基板に対し、その表裏の両面に、板厚０．２〜０．３
mmのタフピッチ銅を重ね合わせ、温度１０５０〜１０７
５℃の窒素雰囲気中で１０分間加熱し、セラミックス基
板と銅板を直接接合してＣＢＣ基板を作成した。そのＣ
ＢＣ基板の表裏の銅板に電圧を印加して放電試験を行っ
たところ、放電電圧は、０．５〜０．８ｋＶであった。
ナ基板に対し、その表裏の両面に、板厚０．２〜０．３
mmのタフピッチ銅を重ね合わせ、温度１０５０〜１０７
５℃の窒素雰囲気中で１０分間加熱し、セラミックス基
板と銅板を直接接合してＣＢＣ基板を作成した。そのＣ
ＢＣ基板の表裏の銅板に電圧を印加して放電試験を行っ
たところ、放電電圧は、０．５〜０．８ｋＶであった。
【００１８】〔実験１〕この基板を、ＣＩＰの加圧容器
内の水中に浸し、５０〜５００ＭＰａの圧力で加圧した
後乾燥し、再度放電試験を行った。加圧は１０秒間以上
行えば十分である。図１は、その放電試験の結果を示
す、電圧特性図である。横軸は加圧圧力、縦軸は放電開
始電圧、パラメータはセラミックス基板の厚さである。
０．２５mm，０．６３mmの両基板とも１００ＭＰａ未満
の加圧では、放電電圧の向上は殆ど認められないが、１
００ＭＰａ以上の加圧において、放電電圧の向上が認め
られる。
内の水中に浸し、５０〜５００ＭＰａの圧力で加圧した
後乾燥し、再度放電試験を行った。加圧は１０秒間以上
行えば十分である。図１は、その放電試験の結果を示
す、電圧特性図である。横軸は加圧圧力、縦軸は放電開
始電圧、パラメータはセラミックス基板の厚さである。
０．２５mm，０．６３mmの両基板とも１００ＭＰａ未満
の加圧では、放電電圧の向上は殆ど認められないが、１
００ＭＰａ以上の加圧において、放電電圧の向上が認め
られる。
【００１９】放電電圧は、０．６３mmの板厚のセラミッ
クス基板では２５０ＭＰａ以上で、０．２５mmの基板で
は３５０ＭＰａ以上で２．０ｋＶ以上となってほぼ安定
し、基板端部での縁面放電が支配的となった。実用に耐
える１．５ｋＶになるのは、０．６３mmの基板では、２
００ＭＰａ、０．２５mmの基板では２５０ＭＰａであ
る。厚さの薄い基板の方が空隙での分担電圧が高いた
め、空隙の高さを低くしなければならず、大きい加圧力
が必要になるのである。
クス基板では２５０ＭＰａ以上で、０．２５mmの基板で
は３５０ＭＰａ以上で２．０ｋＶ以上となってほぼ安定
し、基板端部での縁面放電が支配的となった。実用に耐
える１．５ｋＶになるのは、０．６３mmの基板では、２
００ＭＰａ、０．２５mmの基板では２５０ＭＰａであ
る。厚さの薄い基板の方が空隙での分担電圧が高いた
め、空隙の高さを低くしなければならず、大きい加圧力
が必要になるのである。
【００２０】放電開始電圧が１．５ｋＶ以上となった基
板を切断し、断面を観察したところ、加圧前に見られた
部分球状の空隙の中央部が押しつぶされ、円環状の空隙
が残っていた。但し、残った空隙の最大高さは１０μｍ
以下となっていた。この実験から、ＣＢＣ基板の放電
は、セラミックス基板と銅板との未接合空隙で生じる
が、ＣＢＣ基板の銅板を１００ＭＰａ以上に加圧するこ
とにより、その未接合空隙が潰されて、放電電圧が増大
したと考えられる。特に、加圧力を３５０ＭＰａ以上に
増すと、放電電圧が２．０ｋＶ以上になることから、未
接合空隙は、ほぼ完全に潰すことが出来たと考えられ
る。
板を切断し、断面を観察したところ、加圧前に見られた
部分球状の空隙の中央部が押しつぶされ、円環状の空隙
が残っていた。但し、残った空隙の最大高さは１０μｍ
以下となっていた。この実験から、ＣＢＣ基板の放電
は、セラミックス基板と銅板との未接合空隙で生じる
が、ＣＢＣ基板の銅板を１００ＭＰａ以上に加圧するこ
とにより、その未接合空隙が潰されて、放電電圧が増大
したと考えられる。特に、加圧力を３５０ＭＰａ以上に
増すと、放電電圧が２．０ｋＶ以上になることから、未
接合空隙は、ほぼ完全に潰すことが出来たと考えられ
る。
【００２１】なお、３５０ＭＰａで加圧したＣＢＣ基板
に、３５０℃×１０分間の水素雰囲気での熱処理を５回
行った後、放電電圧を測定したが、この条件での熱処理
による放電電圧の低下は認められなかった。 〔実験２〕一軸加圧プレス機を用い、上下の押し型と外
枠を有するプレス成形用金型の上下の押し型の間に、厚
さ３mmのゴムシートを２枚挿入し、そのゴムシートの間
にＣＢＣ基板基板をはさんで、ＣＢＣ基板の銅表面を５
０〜５００ＭＰａで加圧した。
に、３５０℃×１０分間の水素雰囲気での熱処理を５回
行った後、放電電圧を測定したが、この条件での熱処理
による放電電圧の低下は認められなかった。 〔実験２〕一軸加圧プレス機を用い、上下の押し型と外
枠を有するプレス成形用金型の上下の押し型の間に、厚
さ３mmのゴムシートを２枚挿入し、そのゴムシートの間
にＣＢＣ基板基板をはさんで、ＣＢＣ基板の銅表面を５
０〜５００ＭＰａで加圧した。
【００２２】加圧したＣＢＣ基板の表裏の銅板に電圧を
印加して放電試験を行ったところ、１００ＭＰａ以上の
加圧において、実施例１と同様に放電電圧の向上が認め
られた。板厚０．６３mmの基板では２５０ＭＰａ以上
で、０．２５mmの基板では３５０ＭＰａ以上で２．０ｋ
Ｖ以上となって安定し、基板端部での縁面放電が支配的
となった。ゴムシートの厚さを１〜５mmに変えても同じ
結果が得られた。 〔実験３〕ＣＢＣ基板を、厚さ１mmの２枚のゴムシート
の間に挟み、上下二本のロールを有する圧延機の間に入
れ、５０〜５００ＭＰａで加圧した。
印加して放電試験を行ったところ、１００ＭＰａ以上の
加圧において、実施例１と同様に放電電圧の向上が認め
られた。板厚０．６３mmの基板では２５０ＭＰａ以上
で、０．２５mmの基板では３５０ＭＰａ以上で２．０ｋ
Ｖ以上となって安定し、基板端部での縁面放電が支配的
となった。ゴムシートの厚さを１〜５mmに変えても同じ
結果が得られた。 〔実験３〕ＣＢＣ基板を、厚さ１mmの２枚のゴムシート
の間に挟み、上下二本のロールを有する圧延機の間に入
れ、５０〜５００ＭＰａで加圧した。
【００２３】加圧したＣＢＣ基板の表裏の銅板に電圧を
印加して放電試験を行ったところ、１００ＭＰａ以上の
加圧において、実施例１と同様に放電電圧の向上が認め
られた。板厚０．６３mmの基板では２５０ＭＰａ以上
で、０．２５mmの基板では３５０ＭＰａ以上で２．０ｋ
Ｖ以上となって安定し、基板端部での縁面放電が支配的
となった。ゴムシートの厚さを０．５〜２mmに変えても
同じ結果が得られた。
印加して放電試験を行ったところ、１００ＭＰａ以上の
加圧において、実施例１と同様に放電電圧の向上が認め
られた。板厚０．６３mmの基板では２５０ＭＰａ以上
で、０．２５mmの基板では３５０ＭＰａ以上で２．０ｋ
Ｖ以上となって安定し、基板端部での縁面放電が支配的
となった。ゴムシートの厚さを０．５〜２mmに変えても
同じ結果が得られた。
【００２４】これらの実験から、加圧の方法に依らずＣ
ＢＣ基板のセラミックス基板と銅板とを加圧すれば、セ
ラミックス基板と銅板との未接合空隙を潰すことがで
き、ＣＢＣ基板の放電電圧を向上させられることがわか
る。 〔実施例１〕厚さ０．２５mmのアルミナ基板に銅板を直
接接合したＣＢＣ基板をＣＩＰにより４００ＭＰａで加
圧した。このＣＢＣ基板と、比較例として加圧しないＣ
ＢＣ基板とを用い、半導体チップをダイボンティング
し、トランジスタモジュールを作製した。
ＢＣ基板のセラミックス基板と銅板とを加圧すれば、セ
ラミックス基板と銅板との未接合空隙を潰すことがで
き、ＣＢＣ基板の放電電圧を向上させられることがわか
る。 〔実施例１〕厚さ０．２５mmのアルミナ基板に銅板を直
接接合したＣＢＣ基板をＣＩＰにより４００ＭＰａで加
圧した。このＣＢＣ基板と、比較例として加圧しないＣ
ＢＣ基板とを用い、半導体チップをダイボンティング
し、トランジスタモジュールを作製した。
【００２５】比較例のトランジスタモジュールでは、印
加電圧０．６〜０．８ｋＶで放電を生じたのに対し、本
トランジスタモジュールでは、２．５ｋＶまで放電をし
なかった。従って、回路雑音を生じ、半導体装置を誤動
作させることも無かった。また、両方のトランジスタモ
ジュールにおいて通電試験をおこない、半導体チップの
温度のバラツキを測定したところ、比較例のトランジス
タモジュールでは、±３℃であったのに対し、加圧を経
た実施例１のトランジスタモジュールでは、±１．５℃
と幅が小さかった。また温度上昇も平均で０．５から１
℃少なかった。すなわち、ＣＢＣ基板を加圧してセラミ
ックス基板と銅板との未接合空隙を潰すことにより、基
板の熱抵抗を低下させられることがわかった。
加電圧０．６〜０．８ｋＶで放電を生じたのに対し、本
トランジスタモジュールでは、２．５ｋＶまで放電をし
なかった。従って、回路雑音を生じ、半導体装置を誤動
作させることも無かった。また、両方のトランジスタモ
ジュールにおいて通電試験をおこない、半導体チップの
温度のバラツキを測定したところ、比較例のトランジス
タモジュールでは、±３℃であったのに対し、加圧を経
た実施例１のトランジスタモジュールでは、±１．５℃
と幅が小さかった。また温度上昇も平均で０．５から１
℃少なかった。すなわち、ＣＢＣ基板を加圧してセラミ
ックス基板と銅板との未接合空隙を潰すことにより、基
板の熱抵抗を低下させられることがわかった。
【００２６】以上、アルミナ基板と銅板とを接合したＣ
ＢＣ基板の例について述べたが、窒化アルミニウム基板
や、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉなどの活性化金属ろう材を用いて
銅板をろう付した半導体装置用基板においても同様の効
果が認められた。また、一旦放電を開始した後、放電が
消滅する電圧は、放電開始電圧より３０〜４０％低い電
圧となるが、ＣＢＣ基板を加圧することにより、放電開
始電圧を高くすることにより、放電消滅電圧も向上する
ことが確認された。
ＢＣ基板の例について述べたが、窒化アルミニウム基板
や、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉなどの活性化金属ろう材を用いて
銅板をろう付した半導体装置用基板においても同様の効
果が認められた。また、一旦放電を開始した後、放電が
消滅する電圧は、放電開始電圧より３０〜４０％低い電
圧となるが、ＣＢＣ基板を加圧することにより、放電開
始電圧を高くすることにより、放電消滅電圧も向上する
ことが確認された。
【００２７】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば、セ
ラミックス基板と銅板とを接合した半導体装置用基板に
おいて、接合後基板を高圧に加圧することにより、セラ
ミックス基板と銅板の未接合空隙を潰して空隙で発生し
ていた放電を抑え、ＣＢＣ基板の使用電圧を高めること
ができる。すなわち、半導体装置用の基板として耐放電
電圧の高いＣＢＣ基板が得られ、半導体装置を誤動作さ
せるような雑音を生じることが無く、特にパワートラン
ジスタモジュールなどの半導体装置の耐電圧の向上や信
頼性の向上に大きく寄与できる。
ラミックス基板と銅板とを接合した半導体装置用基板に
おいて、接合後基板を高圧に加圧することにより、セラ
ミックス基板と銅板の未接合空隙を潰して空隙で発生し
ていた放電を抑え、ＣＢＣ基板の使用電圧を高めること
ができる。すなわち、半導体装置用の基板として耐放電
電圧の高いＣＢＣ基板が得られ、半導体装置を誤動作さ
せるような雑音を生じることが無く、特にパワートラン
ジスタモジュールなどの半導体装置の耐電圧の向上や信
頼性の向上に大きく寄与できる。
【００２８】更に、ＣＢＣ基板の未接合空隙が潰される
ことにより、熱抵抗の低減も実現できる。
ことにより、熱抵抗の低減も実現できる。
【図１】加圧力と放電開始電圧との関係を示す図
【図２】ＣＢＣ基板を用いたトランジスタモジュールの
断面図
断面図
【図３】（ａ）は未接合空隙の断面モデル図、（ｂ）は
その等価回路図
その等価回路図
【図４】未接合空隙のあるＣＢＣ基板の放電開始電圧特
性図
性図
１ 放熱金属ベース ２ ＣＢＣ基板 ２ａ セラミックス基板 ２ｂ、２ｃ 銅板 ３ 半導体チップ ４ 外部導出端子 ５ ボンディングワイヤ ６ 樹脂ケース ７ 端子ブロック ８ 封止樹脂 ９ ゲル状充填材 １０ 空隙 １１ 空隙 １２ セラミックス基板 １３ 銅板
Claims (5)
- 【請求項１】セラミックス基板と銅板とを接合した半導
体装置用基板において、セラミックス基板と銅板の接合
した界面に、押し潰された形の著しく偏平な空隙を有す
ることを特徴とする半導体装置用基板。 - 【請求項２】空隙の最大高さが１０μｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置用基板。 - 【請求項３】セラミックス基板に銅板を接合した半導体
装置用基板の製造方法において、接合後前記基板を加圧
して、セラミックス基板と銅板の接合した界面に生じた
空隙を潰すことを特徴とする半導体装置用基板の製造方
法。 - 【請求項４】基板を静水圧プレス、一軸加圧プレス、加
圧ロールのいずれかで加圧することを特徴とする請求項
３記載の半導体装置用基板の製造方法。 - 【請求項５】基板を２００ＭＰａ以上の圧力で加圧する
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置用基板の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404696A JP3601208B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 半導体装置用基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25404696A JP3601208B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 半導体装置用基板およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10107174A true JPH10107174A (ja) | 1998-04-24 |
| JP3601208B2 JP3601208B2 (ja) | 2004-12-15 |
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ID=17259488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25404696A Expired - Fee Related JP3601208B2 (ja) | 1996-09-26 | 1996-09-26 | 半導体装置用基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3601208B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093373A1 (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-04 | 京セラ株式会社 | 複合体およびそれを用いた半導体装置、半導体モジュールならびにその製法 |
| WO2011122406A1 (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | 株式会社村田製作所 | 金属ベース基板およびその製造方法 |
| WO2012086417A1 (ja) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | パワーモジュールの絶縁構造とパワーモジュールを用いた電力変換装置 |
| WO2013008919A1 (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05136290A (ja) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Toshiba Corp | セラミツクス回路基板 |
| JPH08186193A (ja) * | 1994-12-28 | 1996-07-16 | Hitachi Ltd | 回路基板及びそれを用いた半導体装置 |
-
1996
- 1996-09-26 JP JP25404696A patent/JP3601208B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH05136290A (ja) * | 1991-11-11 | 1993-06-01 | Toshiba Corp | セラミツクス回路基板 |
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| WO2012086417A1 (ja) * | 2010-12-24 | 2012-06-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | パワーモジュールの絶縁構造とパワーモジュールを用いた電力変換装置 |
| JP2012138409A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-19 | Hitachi Automotive Systems Ltd | パワーモジュールの絶縁構造とパワーモジュールを用いた電力変換装置 |
| CN103283022A (zh) * | 2010-12-24 | 2013-09-04 | 日立汽车系统株式会社 | 功率模块的绝缘结构和使用功率模块的电力变换装置 |
| US9326425B2 (en) | 2010-12-24 | 2016-04-26 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Power module |
| WO2013008919A1 (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
| JPWO2013008919A1 (ja) * | 2011-07-14 | 2015-02-23 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3601208B2 (ja) | 2004-12-15 |
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