JPS5835933A - 混成集積回路装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は混成集積回路装置に係シ、特に大電力容量混成
集積回路装置に適する絶縁基板に関する。
集積回路装置に適する絶縁基板に関する。
高出力トランジスタ等の半導体素子を複数個搭載した混
成集積回路装置（以下混成ＩＣ）では、数アンペア以上
の主電流が流れるが、この際半導体素子は通常発熱する
。この発熱に起因する特性の不安定化や寿命の加速的劣
化を避けるため、半導体素子が許容制限温度を越えて昇
温するのを防止する方法がとられなければならない。又
、混成ＩＣに搭載される回路素子、中でも半導体素子と
してのトランジスタペレットは他の回路素子と電気的に
絶縁されなければならない場合が多い。さらに、高度な
機能が要求される混成ＩＣでは搭載された回路素子が外
部からの影響、特に電磁波妨害を受けないための方策や
安全上の見地から、回路素子はその収納容器から電気的
にしゃ断されていなければならない。
成集積回路装置（以下混成ＩＣ）では、数アンペア以上
の主電流が流れるが、この際半導体素子は通常発熱する
。この発熱に起因する特性の不安定化や寿命の加速的劣
化を避けるため、半導体素子が許容制限温度を越えて昇
温するのを防止する方法がとられなければならない。又
、混成ＩＣに搭載される回路素子、中でも半導体素子と
してのトランジスタペレットは他の回路素子と電気的に
絶縁されなければならない場合が多い。さらに、高度な
機能が要求される混成ＩＣでは搭載された回路素子が外
部からの影響、特に電磁波妨害を受けないための方策や
安全上の見地から、回路素子はその収納容器から電気的
にしゃ断されていなければならない。
このような要請を満すためには放熱性や電気絶縁性に優
れた絶縁基板が必要になる。このような絶縁基板の一例
として、第１図に示す断面図のように、ヒートシンクと
しての役割を併せて担う銅のごとき支持板ｌ上に鉛−錫
系はんだ２を介して、電気絶縁を担い回路素子を搭載す
るだめのアルミナ板３を固着、一体化した構造が知られ
ている。
れた絶縁基板が必要になる。このような絶縁基板の一例
として、第１図に示す断面図のように、ヒートシンクと
しての役割を併せて担う銅のごとき支持板ｌ上に鉛−錫
系はんだ２を介して、電気絶縁を担い回路素子を搭載す
るだめのアルミナ板３を固着、一体化した構造が知られ
ている。
この際、アルミナ板のけんだ２と接する側の主表面には
所定の金属化された領域４を有し、他方の側の主表面に
は回路素子を搭載したり電気回路を構成するのに必要な
金属化された領域５，５１が選択的に設けられている。
所定の金属化された領域４を有し、他方の側の主表面に
は回路素子を搭載したり電気回路を構成するのに必要な
金属化された領域５，５１が選択的に設けられている。
混成ＩＣは、前述した絶縁基板に半導体素子を含む回路
素子を搭載して所定の電気配線や電気端子を設け（図示
せず）、外気から搭載回路素子をしゃ断するエポキシ系
樹脂等からなる封止用ケース６をエポキシ系接着剤のご
とき物を介して支持板１上に一本化し、さらに、必要な
らば支持板１やケース６とで構成する空間に回路素子を
電気的に保護するための樹脂□物等を充填して得られる
。
素子を搭載して所定の電気配線や電気端子を設け（図示
せず）、外気から搭載回路素子をしゃ断するエポキシ系
樹脂等からなる封止用ケース６をエポキシ系接着剤のご
とき物を介して支持板１上に一本化し、さらに、必要な
らば支持板１やケース６とで構成する空間に回路素子を
電気的に保護するための樹脂□物等を充填して得られる
。
しかしながら、以上のごとき従来の絶縁基板を用いた混
成ＩＣでは、次のような未解決の課題が残されていた。
成ＩＣでは、次のような未解決の課題が残されていた。
アルミナ板３の熱膨張係数はｅ、 ３ ｘ １０−６／
ｃと支持板１としての銅のそれ（１８Ｘ １ ｏ−６／
ｃ）に比べ著しく小さく、これらにはんだ２による一体
化処理を施すと、一体化領域即ちはんだ２領域にはこの
熱膨張係数差に起因する熱歪が残留し、なおこのはんだ
２領域が熱歪を完全に吸収しきれない場合はアルミナ板
３および支持板１の変形、特に著しくは支持板１の変形
をともなう、この変形の態様は、第１図の破線で示した
ように、支持板１のアルミナ板３を一体化した部分が凸
になるようなそシを生ずるのが一般的である。このそり
量を定量的に例示すると、（１）縦６０ｍｍ、横３２ｒ
ｒａｎ、厚さ１．６ ｔｍの網支持板に、縦３２閣、横
２５園、厚す０．６ ｗｍ６７ｋ ミナ板ヲ厚す０．１
ｍノ９３．５ Ｐ ｂ−５Ｓｎ−１，５Ａｇ系はんだ
を介して一体化した場合、網支持板の長手方向のそり（
腹の高さ）は０．３３−０．８４Ａｍ、 （２）縦３１
Ｗａｎ、横９０ｒａｎ、厚さ１．６ｍ＋１ノ銅支持板に
、縦２５、横２５、厚さ０．６ｗｘ １７） ７ ｋ
ミナ板２枚を厚す０．１ ｔｔｒｍ ノ９３．５ Ｐ
ｂ −５Ｓｎ−１，５Ａｇ系はんだを介して一本化した
場合、網支持板の長手方向のそシ（腹の高さ）は０．７
５〜１．５Ｗ程度になる。
ｃと支持板１としての銅のそれ（１８Ｘ １ ｏ−６／
ｃ）に比べ著しく小さく、これらにはんだ２による一体
化処理を施すと、一体化領域即ちはんだ２領域にはこの
熱膨張係数差に起因する熱歪が残留し、なおこのはんだ
２領域が熱歪を完全に吸収しきれない場合はアルミナ板
３および支持板１の変形、特に著しくは支持板１の変形
をともなう、この変形の態様は、第１図の破線で示した
ように、支持板１のアルミナ板３を一体化した部分が凸
になるようなそシを生ずるのが一般的である。このそり
量を定量的に例示すると、（１）縦６０ｍｍ、横３２ｒ
ｒａｎ、厚さ１．６ ｔｍの網支持板に、縦３２閣、横
２５園、厚す０．６ ｗｍ６７ｋ ミナ板ヲ厚す０．１
ｍノ９３．５ Ｐ ｂ−５Ｓｎ−１，５Ａｇ系はんだ
を介して一体化した場合、網支持板の長手方向のそり（
腹の高さ）は０．３３−０．８４Ａｍ、 （２）縦３１
Ｗａｎ、横９０ｒａｎ、厚さ１．６ｍ＋１ノ銅支持板に
、縦２５、横２５、厚さ０．６ｗｘ １７） ７ ｋ
ミナ板２枚を厚す０．１ ｔｔｒｍ ノ９３．５ Ｐ
ｂ −５Ｓｎ−１，５Ａｇ系はんだを介して一本化した
場合、網支持板の長手方向のそシ（腹の高さ）は０．７
５〜１．５Ｗ程度になる。
したがって、従来の混成ＩＣ用基板においては、（１）
アルミナ板３と支持板１間一体化部（換言するなら、は
んだ２領域）の残留熱歪が大きく、−ＩＩ体化部熱疲労
による破壊やアルミナ板３の破壊を生じやすいこと、（
２）支持板１のそりが大きく、ケース６の気密的な一本
化が困難なことなど、混成ＩＣを製作する上で、又混成
ＩＣの品質を高度に保つ上での問題を残している。これ
らの問題は絶縁基板の放熱性や電気絶縁性を阻害する大
きな要因につながるため、この改善策が強く望まれてい
る。又、このことは混成ＩＣの電力容量が大きく、そし
て高度な回路機能を持たせるために回路素子の搭載数を
増すほど、つまり大きな接着面積を有する絶縁基板はど
深刻である。
アルミナ板３と支持板１間一体化部（換言するなら、は
んだ２領域）の残留熱歪が大きく、−ＩＩ体化部熱疲労
による破壊やアルミナ板３の破壊を生じやすいこと、（
２）支持板１のそりが大きく、ケース６の気密的な一本
化が困難なことなど、混成ＩＣを製作する上で、又混成
ＩＣの品質を高度に保つ上での問題を残している。これ
らの問題は絶縁基板の放熱性や電気絶縁性を阻害する大
きな要因につながるため、この改善策が強く望まれてい
る。又、このことは混成ＩＣの電力容量が大きく、そし
て高度な回路機能を持たせるために回路素子の搭載数を
増すほど、つまり大きな接着面積を有する絶縁基板はど
深刻である。
本発明は従来の絶縁基板の欠点を改め、一体化部の熱疲
労を防止し、支持板のそわ量を低減し、併せて優れた電
気絶縁性と放熱性を保ち得る基板を有する混成ＩＣを提
供することを目的とする。
労を防止し、支持板のそわ量を低減し、併せて優れた電
気絶縁性と放熱性を保ち得る基板を有する混成ＩＣを提
供することを目的とする。
上記目的を達成してなる本発明の混成ＩＣの特徴は、支
持板とセラミクス板とを、該セラミクス板の一方の主表
面に設けられた第１の金属化領域および第１の金属層を
介して一体化し、前記セラミクス板と半導体素子を搭載
する金属板とを、前記セラミクス板の他方の主表面に設
けられた第２の金属化領域および第２の金属層を介して
一体化した構造を有し、該合金材の融点が前記第２の金
属層を構成する合金材の融点よりも低くなるようにした
ことを特徴とする。
持板とセラミクス板とを、該セラミクス板の一方の主表
面に設けられた第１の金属化領域および第１の金属層を
介して一体化し、前記セラミクス板と半導体素子を搭載
する金属板とを、前記セラミクス板の他方の主表面に設
けられた第２の金属化領域および第２の金属層を介して
一体化した構造を有し、該合金材の融点が前記第２の金
属層を構成する合金材の融点よりも低くなるようにした
ことを特徴とする。
即ち本発明は、支持板とセラミクス板との間の一本化部
に残留する熱歪を低減し、支持板やセラミクス板の変形
を軽減するため、セラミクス板と一体化面積の小さな金
属板間は融点の高い金属ノルダを、そしてセラミクス板
と一体化面積の大きな支持板間は融点の低い金属ノルダ
を用いてそれぞれ固着し、金属板−セラミクス板間一体
化部に残留する熱歪の一体化面に対して垂直な方向の成
分と、セラミクス板−支持板間一体化部に残留する熱歪
の一本化面に対して垂直な方向の成分とが、互いに反対
方向に作用するようにし、残留熱歪の補償が適度になさ
れるようにしたことを基本とする。
に残留する熱歪を低減し、支持板やセラミクス板の変形
を軽減するため、セラミクス板と一体化面積の小さな金
属板間は融点の高い金属ノルダを、そしてセラミクス板
と一体化面積の大きな支持板間は融点の低い金属ノルダ
を用いてそれぞれ固着し、金属板−セラミクス板間一体
化部に残留する熱歪の一体化面に対して垂直な方向の成
分と、セラミクス板−支持板間一体化部に残留する熱歪
の一本化面に対して垂直な方向の成分とが、互いに反対
方向に作用するようにし、残留熱歪の補償が適度になさ
れるようにしたことを基本とする。
この結果、一本化部の残留熱歪は相互に補償し合う形と
なり、セラミクス板や支持板のそりは大幅に縮減される
。
なり、セラミクス板や支持板のそりは大幅に縮減される
。
本発明の混成ＩＣでは支持板としては銅又は銅やアルミ
ニウムにニッケル等はんだに対してぬれ性のよい金属を
被覆したものが望ましく、セラミック板としてはアルミ
ナ、ベリリヤ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケ
イ素のような物質が望ましく、そして金属板としては支
持板と同様の材質を選ぶことが望ましい。この際、互い
に対向する一本化部の一体化条件を略一致させるために
、セラミクス板の両面に、これらの面に対して垂直な任
意の方向から検視したときの図形が同心かつ合同になる
ような金属化領域を設けること、同様の検視をした際金
属板の図形も金属化領域のそれと同心かつ合同になるよ
うにすることが望ましい。
ニウムにニッケル等はんだに対してぬれ性のよい金属を
被覆したものが望ましく、セラミック板としてはアルミ
ナ、ベリリヤ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケ
イ素のような物質が望ましく、そして金属板としては支
持板と同様の材質を選ぶことが望ましい。この際、互い
に対向する一本化部の一体化条件を略一致させるために
、セラミクス板の両面に、これらの面に対して垂直な任
意の方向から検視したときの図形が同心かつ合同になる
ような金属化領域を設けること、同様の検視をした際金
属板の図形も金属化領域のそれと同心かつ合同になるよ
うにすることが望ましい。
そしてセラミクス板−金属板間一体化部に在って接着剤
の役割を担う第２の金属層には例えば９５Ｐｂ−５８１
合金や９３．５ Ｐ ｂ −５Ｓ ｎ−１，５Ａｇ合金
のようなはんだそして必要なら銀−亜鉛系合金のような
ろう材、これに対して支持板−セラミクス板間一体化部
に在って接着剤の役割を担う第１の金属層には４０Ｐｂ
−６０Ｓｎ合金（第２の金属層が９５Ｐｂ−５Ｓｎ合金
や９３．５Ｐｂ−５’５ｎ−１，５Ａｇ合金の場合）や
９５ＰＥｌ＝５Ｓｎ合金又は９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−１
，５Ａｇ合金（第２の金属層が銀−亜鉛系合金のような
ろう材の場合）を用いることが重要である。なお、本発
明混成ＩＣでは、金属板には最も発熱の著しい半導体素
子を固着することが放熱の点で有利であるが、同金属板
と電気絶縁して搭載する必要のある他の回路素子は、同
金属板上にさらに絶縁して設けられた金属板等の上に搭
載すればよい。
の役割を担う第２の金属層には例えば９５Ｐｂ−５８１
合金や９３．５ Ｐ ｂ −５Ｓ ｎ−１，５Ａｇ合金
のようなはんだそして必要なら銀−亜鉛系合金のような
ろう材、これに対して支持板−セラミクス板間一体化部
に在って接着剤の役割を担う第１の金属層には４０Ｐｂ
−６０Ｓｎ合金（第２の金属層が９５Ｐｂ−５Ｓｎ合金
や９３．５Ｐｂ−５’５ｎ−１，５Ａｇ合金の場合）や
９５ＰＥｌ＝５Ｓｎ合金又は９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−１
，５Ａｇ合金（第２の金属層が銀−亜鉛系合金のような
ろう材の場合）を用いることが重要である。なお、本発
明混成ＩＣでは、金属板には最も発熱の著しい半導体素
子を固着することが放熱の点で有利であるが、同金属板
と電気絶縁して搭載する必要のある他の回路素子は、同
金属板上にさらに絶縁して設けられた金属板等の上に搭
載すればよい。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例１
本実施例では５Ａ級整流回路モジュールについて説明す
る。
る。
このモジュールの絶縁基板は、第２図に示すように、表
面にニッケルめっきを施した幅３２聰、長さ６０ｔｔａ
ｎｓ厚さ１．６ ｗｎの銅支持板１１と、湿式法によっ
て形成したタングステン層およびその上にめっきによっ
て形成したニッケル層からなる金属化領域１２．１３を
有する幅１５ｍ５＋、長さ２０間、厚さ０．６簡のアル
ミナ板１４と、表面ニッケルめっきを施した幅１３薗、
長さ１８Ｂ１厚さ１．６ｇの鍋載置板１５を、厚さ０．
１ ｒａｓの４０Ｐｂ−６０Ｓｎはんだ１６や９３．５
Ｐｂ−５Ｓｎ−１゜５Ａｇはんだ１７を介して積層状に
一体化したものである。この場合、アルミナ板１４の両
面に設けられた金属化領域１２，１３．鍋載置板１５そ
してはんだ１６．１７はアルミナ板１４と同心状で、し
かもこれらは主たる平面に垂直な方向に検視したとき合
同となる図形が描かれるように積層されている。
面にニッケルめっきを施した幅３２聰、長さ６０ｔｔａ
ｎｓ厚さ１．６ ｗｎの銅支持板１１と、湿式法によっ
て形成したタングステン層およびその上にめっきによっ
て形成したニッケル層からなる金属化領域１２．１３を
有する幅１５ｍ５＋、長さ２０間、厚さ０．６簡のアル
ミナ板１４と、表面ニッケルめっきを施した幅１３薗、
長さ１８Ｂ１厚さ１．６ｇの鍋載置板１５を、厚さ０．
１ ｒａｓの４０Ｐｂ−６０Ｓｎはんだ１６や９３．５
Ｐｂ−５Ｓｎ−１゜５Ａｇはんだ１７を介して積層状に
一体化したものである。この場合、アルミナ板１４の両
面に設けられた金属化領域１２，１３．鍋載置板１５そ
してはんだ１６．１７はアルミナ板１４と同心状で、し
かもこれらは主たる平面に垂直な方向に検視したとき合
同となる図形が描かれるように積層されている。
又、銅載置板１５−アルミナ板１４間は３５０Ｃの熱処
理によって、そしてアルミナ板１４−銅支持板１１間は
２４０Ｃの熱処理によってそれぞれ固着一体化した。
理によって、そしてアルミナ板１４−銅支持板１１間は
２４０Ｃの熱処理によってそれぞれ固着一体化した。
以上の構成で得た絶縁基板の銅支持板１１のそり景を測
定したところ、銅支持板１１はアルミナ板１４を一体化
した側が凸になるようにそったが。
定したところ、銅支持板１１はアルミナ板１４を一体化
した側が凸になるようにそったが。
最大そり量（腹の高さ）は２３μｍで、鍋載置板１５を
一本化しない場合のそり量（腹の高さ）７５〜１３０μ
ｍに比べて、大幅に低減されていることが確認された。
一本化しない場合のそり量（腹の高さ）７５〜１３０μ
ｍに比べて、大幅に低減されていることが確認された。
又、この絶縁基板に一５５Ｃ（２５分）〜室温（５分）
〜＋１５０Ｃ（２５分）〜室温（５分）・・・・・・・
・・・・・の熱サイクルを５００回与えたが、一体化部
および絶縁基板を構成する各部材には何等機械的損傷は
見出されず、銅支持板１１−銅載置板１５間の絶縁耐力
（交流電圧５０００Ｖを印加したときのもれ電流）は１
０′″９八以下であった。このように、そりが大幅に軽
減され、優れた耐熱疲労性を持つ絶縁基板が得られたの
は、アルミナ板１４と銅支持板１１間の一本化部の残留
熱歪が補償され、かつ補償が適度になされるように銅支
持板１１とアルミナ板１４を融点の低いはんだにより固
着したことに起因する。さらに得られた絶縁基板上にシ
リコンダイオードペレットを搭載し、整流回路を構成し
た後、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、さら
に絶縁性樹脂を充填してモジュールを作製した。
〜＋１５０Ｃ（２５分）〜室温（５分）・・・・・・・
・・・・・の熱サイクルを５００回与えたが、一体化部
および絶縁基板を構成する各部材には何等機械的損傷は
見出されず、銅支持板１１−銅載置板１５間の絶縁耐力
（交流電圧５０００Ｖを印加したときのもれ電流）は１
０′″９八以下であった。このように、そりが大幅に軽
減され、優れた耐熱疲労性を持つ絶縁基板が得られたの
は、アルミナ板１４と銅支持板１１間の一本化部の残留
熱歪が補償され、かつ補償が適度になされるように銅支
持板１１とアルミナ板１４を融点の低いはんだにより固
着したことに起因する。さらに得られた絶縁基板上にシ
リコンダイオードペレットを搭載し、整流回路を構成し
た後、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、さら
に絶縁性樹脂を充填してモジュールを作製した。
このモジュールのダイオードペレットと銅支持板１１間
の熱抵抗は０．５Ｃ／Ｗ以下で、実用上支障のない優れ
た放熱性を有していることが確認された。又、モジュー
ルに前述と同様の熱サイクルを５回与えたが封止用ケー
スと銅支持板１１間の密封性は完全に保たれていること
が確認された。
の熱抵抗は０．５Ｃ／Ｗ以下で、実用上支障のない優れ
た放熱性を有していることが確認された。又、モジュー
ルに前述と同様の熱サイクルを５回与えたが封止用ケー
スと銅支持板１１間の密封性は完全に保たれていること
が確認された。
これは前述したように一本化部の熱歪が補償され、銅支
持板１１の熱変形が軽減されたことによる。
持板１１の熱変形が軽減されたことによる。
実施例２
本実施例ではＩＯＡ級インバータの電流制御パワーモジ
ュールについて説明スル。
ュールについて説明スル。
この絶縁基板は、第３図に示すように、表面にニッケル
めっきを施した幅７０咽、長さ１４０ｆｉ、厚さ３．２
１ｒＩｎの銅支持板２１と、湿式法によって形成したタ
ングステン層およびその上にめっきによって形成したニ
ッケル層からなる金属化領域を両面に有する幅２５ｍｍ
、長さ２５Ｍ、厚さ０．６ ｗｎのアルミナ板２２１〜
２２６、同じく幅１５ｍｍ、長さ１５朋、厚さ０．６
ｒｒｒｍのアルミナ板２２７ 、２２８および同じく幅
１６ｍｍ、長さ１５Ｂ、厚さ０．６ ｒａｎのアルミナ
板２２９と、そして表面にニッケルめつきを施した幅２
３腿、長さ２３ｍｍ、厚さ０．２５閣の鍋載置板２３１
〜２３６、同じく幅１３Ｂ、長さ１３＋ａ、厚さ０．２
５ｍの鍋載置板２３７゜２３８および同じく幅１４ｍ、
長さ１３ｍｍ、厚さ０．２５ｍの鍋載置板２３９を順次
積層して一本化したもので、銅支持板２１−アルミナ板
２２１〜２２９間に厚さ０．２ ｍｎの４０Ｐｂ−６０
Ｓｎはんだ（図示せず）を、アルミナ板２２１〜２２９
、銅載置板２３１〜２３９間に厚さ０．２配の９５ Ｐ
ｂ −５Ｓｎはんだ（図示せず）をそれぞれ介して固
着している。この場合、アルミナ板２２１〜２２９の両
面に設けられた金属化領域、鍋載置板２３１〜２３９そ
してはんだはそれぞれに対応するアルミナ板２２１〜２
２９と同心状で、しかもこれらは主たる平面に垂直な方
向に検視したとき合同の図形が描かれるように積層され
ている。
めっきを施した幅７０咽、長さ１４０ｆｉ、厚さ３．２
１ｒＩｎの銅支持板２１と、湿式法によって形成したタ
ングステン層およびその上にめっきによって形成したニ
ッケル層からなる金属化領域を両面に有する幅２５ｍｍ
、長さ２５Ｍ、厚さ０．６ ｗｎのアルミナ板２２１〜
２２６、同じく幅１５ｍｍ、長さ１５朋、厚さ０．６
ｒｒｒｍのアルミナ板２２７ 、２２８および同じく幅
１６ｍｍ、長さ１５Ｂ、厚さ０．６ ｒａｎのアルミナ
板２２９と、そして表面にニッケルめつきを施した幅２
３腿、長さ２３ｍｍ、厚さ０．２５閣の鍋載置板２３１
〜２３６、同じく幅１３Ｂ、長さ１３＋ａ、厚さ０．２
５ｍの鍋載置板２３７゜２３８および同じく幅１４ｍ、
長さ１３ｍｍ、厚さ０．２５ｍの鍋載置板２３９を順次
積層して一本化したもので、銅支持板２１−アルミナ板
２２１〜２２９間に厚さ０．２ ｍｎの４０Ｐｂ−６０
Ｓｎはんだ（図示せず）を、アルミナ板２２１〜２２９
、銅載置板２３１〜２３９間に厚さ０．２配の９５ Ｐ
ｂ −５Ｓｎはんだ（図示せず）をそれぞれ介して固
着している。この場合、アルミナ板２２１〜２２９の両
面に設けられた金属化領域、鍋載置板２３１〜２３９そ
してはんだはそれぞれに対応するアルミナ板２２１〜２
２９と同心状で、しかもこれらは主たる平面に垂直な方
向に検視したとき合同の図形が描かれるように積層され
ている。
以上の構成で得た絶縁基板の銅支持板２１のそり量を測
定したところ、銅支持板２１はアルミナ板を一本化した
側が凸になるようにそったが最大そり量（腹の高さ）は
３５μｍで鍋載置板を一体化しない場合のそり量（腹の
高さ）２５０〜５００μｍに比べて、大幅に低減されて
いることが確認された。又、この絶縁基板に一５５ｔｌ
’（２５分）〜室温（５分）〜＋１５０Ｃ（２５分）〜
室温（５分）・・・・・・・・・・・・の熱サイクルを
５００回与えたが、一体化部および絶縁基板を構成する
各部材には機械的損傷は同等見出されず、銅支持板２１
−銅載置板２３１〜２３９間の絶縁耐力（交流電圧５０
００Ｖを印加したときのもれ電流）ｉｄ、１０−’Ａ以
下であった。
定したところ、銅支持板２１はアルミナ板を一本化した
側が凸になるようにそったが最大そり量（腹の高さ）は
３５μｍで鍋載置板を一体化しない場合のそり量（腹の
高さ）２５０〜５００μｍに比べて、大幅に低減されて
いることが確認された。又、この絶縁基板に一５５ｔｌ
’（２５分）〜室温（５分）〜＋１５０Ｃ（２５分）〜
室温（５分）・・・・・・・・・・・・の熱サイクルを
５００回与えたが、一体化部および絶縁基板を構成する
各部材には機械的損傷は同等見出されず、銅支持板２１
−銅載置板２３１〜２３９間の絶縁耐力（交流電圧５０
００Ｖを印加したときのもれ電流）ｉｄ、１０−’Ａ以
下であった。
このように、そりが大幅に軽減され、優れた耐熱疲労性
を持つ絶縁基板が得られたのは、−に化部の垂直方向で
の残留熱歪が互いに補償されるようにしたことに起因す
る。
を持つ絶縁基板が得られたのは、−に化部の垂直方向で
の残留熱歪が互いに補償されるようにしたことに起因す
る。
さらに、得られた絶縁基板上にトランジスタ、ダイオー
ド、抵抗、双方向性サイリスタを搭載して、所定の回路
を構成し、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、
さらに絶縁性樹脂を充填してモジュールを作製した。こ
のモジュールは第４図に示す電気回路を構成している。
ド、抵抗、双方向性サイリスタを搭載して、所定の回路
を構成し、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、
さらに絶縁性樹脂を充填してモジュールを作製した。こ
のモジュールは第４図に示す電気回路を構成している。
が、一点鎖線で表わした範囲の回路素子はそれぞれ対応
する銅装置板上に搭載されている。なお、第４図におい
て、１０１．１０２，１０３，１０４，１０５はダイオ
ード％ ２０１，２０２はトランジスタ、３０１は双方
向性サイリスタ、４０１，４０２は抵抗で又 ある。このモジュールのトランジスへはダイオードと銅
支持本２１との間の熱抵抗は０．５ｔＺ’／Ｗ以下で、
実用上支障のない優れた放熱性を有していることが確認
された。又、本モジュールに前述と同様の熱サイクルを
５回与尋たが、封止用ケースと銅支持板２１間の密封性
は完全に保たれていることが確認された。これは前述し
たように一本化部の熱歪が補償され、銅支持板の熱変形
が軽減されたことによる。
する銅装置板上に搭載されている。なお、第４図におい
て、１０１．１０２，１０３，１０４，１０５はダイオ
ード％ ２０１，２０２はトランジスタ、３０１は双方
向性サイリスタ、４０１，４０２は抵抗で又 ある。このモジュールのトランジスへはダイオードと銅
支持本２１との間の熱抵抗は０．５ｔＺ’／Ｗ以下で、
実用上支障のない優れた放熱性を有していることが確認
された。又、本モジュールに前述と同様の熱サイクルを
５回与尋たが、封止用ケースと銅支持板２１間の密封性
は完全に保たれていることが確認された。これは前述し
たように一本化部の熱歪が補償され、銅支持板の熱変形
が軽減されたことによる。
実施例３
本実施例では５ｋＶＡ級電流制御パワーモジュールにつ
いて説明する。
いて説明する。
このモジュールに使用された絶縁基板は、前記実施例１
と同様の構造の基板であるが、ニッケルめっきを施した
幅３９＋ａ、長さ９２ｍｍ、厚さ１．０問、幅３９咽、
長さ１．６問および幅３９町、長さ９２ｍ、厚さ３．２
聴の網支持板上に、前記実施例１と同様の金属化領域を
設けた幅２５間、長さ３２Ｆｌ！ＩＩ＋、厚さ０．６馴
のアルミナ板を介して幅２３閣、長さ３ｏ議の銅載置板
をソルダにより一本化したものである。この際、アルミ
ナ板−銅装置板間は厚さ０．２ ｍｍの９３．５ Ｐｂ
−５Ｓ ｎ−１，５Ａｇ又は９５Ｐｂ−５Ｓｎはんだ
により一本化し、網支持板−アルミナ板間は厚さ０．２
ｔｅｒｍの４０Ｐｂ−６０Ｓｎはんだにより一体化し
た。
と同様の構造の基板であるが、ニッケルめっきを施した
幅３９＋ａ、長さ９２ｍｍ、厚さ１．０問、幅３９咽、
長さ１．６問および幅３９町、長さ９２ｍ、厚さ３．２
聴の網支持板上に、前記実施例１と同様の金属化領域を
設けた幅２５間、長さ３２Ｆｌ！ＩＩ＋、厚さ０．６馴
のアルミナ板を介して幅２３閣、長さ３ｏ議の銅載置板
をソルダにより一本化したものである。この際、アルミ
ナ板−銅装置板間は厚さ０．２ ｍｍの９３．５ Ｐｂ
−５Ｓ ｎ−１，５Ａｇ又は９５Ｐｂ−５Ｓｎはんだ
により一本化し、網支持板−アルミナ板間は厚さ０．２
ｔｅｒｍの４０Ｐｂ−６０Ｓｎはんだにより一体化し
た。
第１表は以上の構成で得た絶縁基板の銅支持板長手方向
の量大そシ量（腹の高さ）である。このそり量は試料数
１０個の平均値で示す。銅支持板は アルミナ板を一本化した側が凸になるようにそったが、
最大そシ量（腹の高さ）は４５〜８５μｍで、同様の構
造であるが網支持板−アルミナ板間ソルダとしてアルミ
ナ板−銅装置板間ソルダと同じ材料を用いた場合のそり
量（腹の高さ）１３０〜３３０μｍに比べて大幅に低減
されており、第１表から明らかなように銅支持板が薄い
場合（例えば厚さ１． Ｏｗｎのとき）でも約８０μｍ
とアルミナ板−銅装置板間ソルダと同じ材料を用いた場
合の約３００μｍに比べ大幅に低減されていることが確
認された。又、これらの絶縁基板に前記実施例１と同様
の熱サイクルを５００回与えたが、一本化部および絶縁
基板を構成する各部材には同等機械的損傷は見出されず
、網支持板−銅載置板間の絶縁耐力（交流電圧５０００
Ｖを印加したときのもれ電流）は１０”ＱＡ以下であっ
た。このようにそりが大幅（軽減され、優れた耐熱疲労
性を持つ絶縁基板が得られたのは、一体化部の垂直方向
の残留歪が互いに補償されるようにしたことに起因する
。さらに得られた絶縁基板上にサイリスタ、ダイオード
、抵抗等を搭載して、第４図に示すような回路を構成し
、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、さらに絶
縁性樹脂を充填してモジュールヲ作製した。このモジュ
ールのサイリスタ又はダイオードと銅支持本との間の熱
抵抗は０．５０／Ｗ以下で、実用上支障のない優れた放
熱性を有していることが確認された。又、同モジュール
に前述と同様の熱サイクルを５回与えだが、封止用ケー
スと網支持板間の密封性は完全に保たれていることが確
認された。これは前述したように一本化部の熱歪が補償
され、銅支持板の熱変形が軽減されたことによる。
の量大そシ量（腹の高さ）である。このそり量は試料数
１０個の平均値で示す。銅支持板は アルミナ板を一本化した側が凸になるようにそったが、
最大そシ量（腹の高さ）は４５〜８５μｍで、同様の構
造であるが網支持板−アルミナ板間ソルダとしてアルミ
ナ板−銅装置板間ソルダと同じ材料を用いた場合のそり
量（腹の高さ）１３０〜３３０μｍに比べて大幅に低減
されており、第１表から明らかなように銅支持板が薄い
場合（例えば厚さ１． Ｏｗｎのとき）でも約８０μｍ
とアルミナ板−銅装置板間ソルダと同じ材料を用いた場
合の約３００μｍに比べ大幅に低減されていることが確
認された。又、これらの絶縁基板に前記実施例１と同様
の熱サイクルを５００回与えたが、一本化部および絶縁
基板を構成する各部材には同等機械的損傷は見出されず
、網支持板−銅載置板間の絶縁耐力（交流電圧５０００
Ｖを印加したときのもれ電流）は１０”ＱＡ以下であっ
た。このようにそりが大幅（軽減され、優れた耐熱疲労
性を持つ絶縁基板が得られたのは、一体化部の垂直方向
の残留歪が互いに補償されるようにしたことに起因する
。さらに得られた絶縁基板上にサイリスタ、ダイオード
、抵抗等を搭載して、第４図に示すような回路を構成し
、エポキシ樹脂からなる封止用ケースを設け、さらに絶
縁性樹脂を充填してモジュールヲ作製した。このモジュ
ールのサイリスタ又はダイオードと銅支持本との間の熱
抵抗は０．５０／Ｗ以下で、実用上支障のない優れた放
熱性を有していることが確認された。又、同モジュール
に前述と同様の熱サイクルを５回与えだが、封止用ケー
スと網支持板間の密封性は完全に保たれていることが確
認された。これは前述したように一本化部の熱歪が補償
され、銅支持板の熱変形が軽減されたことによる。
実施例４
本実施例ではＩＯＡ級インバータの電流制御パワーモジ
ュールについて説明する この絶縁基板は、前記実施例２において、アルミナ板の
代りに両面にチタニウム−パラジウム−全積層金属層に
よる金属化領域を設けたべＩＪ ＩＪヤ添加炭化ケイ素
板を用いたものであり、他は前記実施例２と同様である
。
ュールについて説明する この絶縁基板は、前記実施例２において、アルミナ板の
代りに両面にチタニウム−パラジウム−全積層金属層に
よる金属化領域を設けたべＩＪ ＩＪヤ添加炭化ケイ素
板を用いたものであり、他は前記実施例２と同様である
。
以上の構成で得た絶縁基板の銅支持板のそり量（腹の高
さ）は前記実施例２とほぼ同等であった。
さ）は前記実施例２とほぼ同等であった。
又、同絶縁基板の耐熱サイクル性、絶縁耐力も前記実施
例２とほぼ同等であった。このようにそりが大幅に軽減
され、優れた耐熱疲労性を持つ絶縁基板が得られ大のは
、一体化部の垂直方向の残留熱歪が互いに補償されるよ
うにしたことに起因する。
例２とほぼ同等であった。このようにそりが大幅に軽減
され、優れた耐熱疲労性を持つ絶縁基板が得られ大のは
、一体化部の垂直方向の残留熱歪が互いに補償されるよ
うにしたことに起因する。
さらに、前記実施例２と同様にしてモジュールを得だ。
このモジュールのトランジスタ又はダイオードと網支持
体との間の熱抵抗は０．３Ｃ／Ｗ以下で、優れた放熱性
を有していることが確認された。又、同モジュールに前
記実施例２と同様の熱サイクルを与えても、封止用ケー
スと網支持板間の密封性は完全に保たれていることが確
認された。
体との間の熱抵抗は０．３Ｃ／Ｗ以下で、優れた放熱性
を有していることが確認された。又、同モジュールに前
記実施例２と同様の熱サイクルを与えても、封止用ケー
スと網支持板間の密封性は完全に保たれていることが確
認された。
これは前述したように一本化部の熱歪が補償され、銅支
持板の熱変形が軽減されたことによる。
持板の熱変形が軽減されたことによる。
実施例５
本実施例ではＩＯＡ級インバータの電流制御パワーモジ
ュールについて説明する。
ュールについて説明する。
この絶縁基板は、前記実施例２において、銅載置板−ア
ルミナ板間に銀−亜鉛系合金材を、そしてアルミナ板−
網支持板間に９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−１、５Ａ ｇ系合
金材を介して一体化したものであり、他は前記実施例２
と同様である。
ルミナ板間に銀−亜鉛系合金材を、そしてアルミナ板−
網支持板間に９３．５Ｐｂ−５Ｓｎ−１、５Ａ ｇ系合
金材を介して一体化したものであり、他は前記実施例２
と同様である。
以上の構成で得た絶縁基板の銅支持板のそり量（腹の高
さ）は−１５μｍ（網支持板側が凸）と軽減された他、
同絶縁基板の耐熱サイクル性、絶縁耐力とも前記実施例
とほぼ同等であった。又、前記実施例２と同様にしてモ
ジュールを得た。このモジュールの熱抵抗および密封性
は前記実施例２とほぼ同等であった。このように、そり
量が軽減され、優れた耐熱サイクル性、絶縁耐力、放熱
性、密封性が得られたのは、前記実施例２と同様の理由
による。
さ）は−１５μｍ（網支持板側が凸）と軽減された他、
同絶縁基板の耐熱サイクル性、絶縁耐力とも前記実施例
とほぼ同等であった。又、前記実施例２と同様にしてモ
ジュールを得た。このモジュールの熱抵抗および密封性
は前記実施例２とほぼ同等であった。このように、そり
量が軽減され、優れた耐熱サイクル性、絶縁耐力、放熱
性、密封性が得られたのは、前記実施例２と同様の理由
による。
以上に実施例を用いて本発明を説明したが、本発明はこ
れのみに限定されるものではなく、例えば次のような場
合でも本発明の効果ないし利点を享受できる。
れのみに限定されるものではなく、例えば次のような場
合でも本発明の効果ないし利点を享受できる。
（１）支持板や回路素子搭載用の金属板としては銅に限
る必要はなく、はんだのぬれやすいニッケル、鉄−ニッ
ケル系合金等のような金属でもよく、又アルミニウムに
はんだに対するぬれ性に優れる銀。
る必要はなく、はんだのぬれやすいニッケル、鉄−ニッ
ケル系合金等のような金属でもよく、又アルミニウムに
はんだに対するぬれ性に優れる銀。
金、ニッケル、錫等をめっきしたような金属でもよい。
（２）支持板と回路素子搭載用金属板間の絶縁担体とな
るセラミクス板としては、前述のアルミナ、炭化ケイ素
に限る必要はなく、ベリリヤ、窒化ホウ素、窒化アルミ
ニウム、窒化シリコン等でもよい。
るセラミクス板としては、前述のアルミナ、炭化ケイ素
に限る必要はなく、ベリリヤ、窒化ホウ素、窒化アルミ
ニウム、窒化シリコン等でもよい。
（３）セラミクス板と支持板間の一体化に必要なはんだ
としてはｐｂ−８ｎ系のはんだに限る必要はなく、例え
ばインジウム、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム等の
元素を一成分とするような合金材であってもよい。
としてはｐｂ−８ｎ系のはんだに限る必要はなく、例え
ばインジウム、ガリウム、シリコン、ゲルマニウム等の
元素を一成分とするような合金材であってもよい。
（４）支持板、回路素子搭載用金属板およびセラミクス
板は直方体状の板に限る必要はなく、例えば円形あるい
は一般に多角形の板でもよい。この場合、セラミクス板
の両面に施される金属化領域はそれぞれ円形あるいは多
角形に形成されることが好ましく、又、一本化に必要な
はんだもこれらの形状に応じて形成されることが好まし
い。
板は直方体状の板に限る必要はなく、例えば円形あるい
は一般に多角形の板でもよい。この場合、セラミクス板
の両面に施される金属化領域はそれぞれ円形あるいは多
角形に形成されることが好ましく、又、一本化に必要な
はんだもこれらの形状に応じて形成されることが好まし
い。
（５）セラミクス板上に設けられる金属板は単数である
必要はなく、複数の金属板が一本化されてもよい。
必要はなく、複数の金属板が一本化されてもよい。
以上まで説明したように、本発明によれば次のような利
点ないし効果を奏することができる。
点ないし効果を奏することができる。
（１）セラミクス板の一方の面側に一本化される面積の
小さな金属板は融点の高い合金材を介して、そして他方
の面側に一本化される面積の大きな支持板は融点の低い
合金材を介してそれぞれ固着した結果、セラミクス板−
支持板間の残留熱歪を低減することができ、支持板のそ
りを少なくできる。
小さな金属板は融点の高い合金材を介して、そして他方
の面側に一本化される面積の大きな支持板は融点の低い
合金材を介してそれぞれ固着した結果、セラミクス板−
支持板間の残留熱歪を低減することができ、支持板のそ
りを少なくできる。
（２）支持板とセラミクス板間の一体化面に残留する熱
歪が緩和され、かつ周囲温度の変動によって同一体化面
に新たに生ずる熱歪がそれに連動するかたちで補償され
るため、同一本化面は熱衝撃に強く熱疲労を生じにくい
。
歪が緩和され、かつ周囲温度の変動によって同一体化面
に新たに生ずる熱歪がそれに連動するかたちで補償され
るため、同一本化面は熱衝撃に強く熱疲労を生じにくい
。
（３）（１）、 （２）により、セラミクス板の損傷を
生じにくいため、支持板と回路素子搭載用金属板間の電
気絶縁性を安定に保つことができる。又、同様の理由に
より同絶縁物基板の熱抵抗を低く保つことができる、 （４）支持板のそりが小さく、又、温度変化に対するそ
り量の変動も少ないため、同支持板と樹脂ケース間を気
密に一体化できる。
生じにくいため、支持板と回路素子搭載用金属板間の電
気絶縁性を安定に保つことができる。又、同様の理由に
より同絶縁物基板の熱抵抗を低く保つことができる、 （４）支持板のそりが小さく、又、温度変化に対するそ
り量の変動も少ないため、同支持板と樹脂ケース間を気
密に一体化できる。
（５）以上の効果により、広い面積にわたってセラミク
ス板−支持板間一本化を実現できる。したがって、高度
の機能を持った混成集積回路装置を経済性高く製作でき
る。
ス板−支持板間一本化を実現できる。したがって、高度
の機能を持った混成集積回路装置を経済性高く製作でき
る。
第１図は本発明の従来例、第２図ないし第４図は本発明
の実施例をそれぞれ示す図である。 １１・・・網支持板、１２．１３・・・金属化領域、１
４・・・アルミナ板、１５・・・銅載置板、１６．１７
・・・は第１図 第２図
の実施例をそれぞれ示す図である。 １１・・・網支持板、１２．１３・・・金属化領域、１
４・・・アルミナ板、１５・・・銅載置板、１６．１７
・・・は第１図 第２図
Claims (1)
- １、 支持板とセラミクス板とを、該セラミクス板の一
方の主表面に設けられた第１の金属化領域および第１の
金属層を介して一本化し、そして前記セラミクス板と半
導体素子を搭載する金属板とを、前記セラミクス板の他
方の主表面に設けられた第２の金属化領域と第２の金属
層を介して一体化してなる積層体を有し、前記第１の金
属層が合金材で構成され、該合金材の融点が前記第２の
金属層の融点よりも低くなるようにしたことを特徴とす
る混成集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13412181A JPS5835933A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 混成集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13412181A JPS5835933A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 混成集積回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5835933A true JPS5835933A (ja) | 1983-03-02 |
Family
ID=15120950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13412181A Pending JPS5835933A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 混成集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5835933A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5568661A (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-23 | Hitachi Ltd | Structure for mounting power transistor |
-
1981
- 1981-08-28 JP JP13412181A patent/JPS5835933A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5568661A (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-23 | Hitachi Ltd | Structure for mounting power transistor |
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