JPS63179734A - 良熱伝導性基板 - Google Patents
良熱伝導性基板Info
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- JPS63179734A JPS63179734A JP62011280A JP1128087A JPS63179734A JP S63179734 A JPS63179734 A JP S63179734A JP 62011280 A JP62011280 A JP 62011280A JP 1128087 A JP1128087 A JP 1128087A JP S63179734 A JPS63179734 A JP S63179734A
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
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- H01L2924/01029—Copper [Cu]
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- Ceramic Products (AREA)
- Die Bonding (AREA)
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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
この発明は放熱性及び耐熱疲労性に優れた半導体素子用
良熱伝導性基板に関する。
良熱伝導性基板に関する。
（従来の技術）
近年、パワー半導体素子に対する高密度集積化、ハイブ
リッド化、更には大電流の制御など。
リッド化、更には大電流の制御など。
種々の吸水が高まっている。こうした吸水を達成しよう
とすると、半導体素子よ多発生する多量の熱が問題とな
る。このため１発生する多量の熱を放出して半導体素子
の温度上昇を防ぐ必要がある。
とすると、半導体素子よ多発生する多量の熱が問題とな
る。このため１発生する多量の熱を放出して半導体素子
の温度上昇を防ぐ必要がある。
このようなことから、従来、放熱基板を用いた第３図に
示すパワー牛導体モジュールが多用されている。即ち第
３図中のｌはＣｕ等からなるヒートシンクであり、この
ヒートシンクエ上には後記熱拡散板との絶縁を図るため
のＡｌｚｏａからなる第１絶縁板２１が半田層３を介し
て接合されている。この絶縁板２１上には熱拡散板４が
半田層３を介して接合されている。また、この熱拡散板
４上には実装すべき半導体素子５との絶縁を図るための
ＡＡ’２０３からなる第２絶縁板２２が半田層３を介し
て接合されている。そして、これら絶縁板２２上には半
導体素子５が半田層３を介して夫々接合されている。な
お、図中の６は第１．第２の絶縁板２１＋２２と半田層
３の間に形成された接合層である。
示すパワー牛導体モジュールが多用されている。即ち第
３図中のｌはＣｕ等からなるヒートシンクであり、この
ヒートシンクエ上には後記熱拡散板との絶縁を図るため
のＡｌｚｏａからなる第１絶縁板２１が半田層３を介し
て接合されている。この絶縁板２１上には熱拡散板４が
半田層３を介して接合されている。また、この熱拡散板
４上には実装すべき半導体素子５との絶縁を図るための
ＡＡ’２０３からなる第２絶縁板２２が半田層３を介し
て接合されている。そして、これら絶縁板２２上には半
導体素子５が半田層３を介して夫々接合されている。な
お、図中の６は第１．第２の絶縁板２１＋２２と半田層
３の間に形成された接合層である。
しかしながら、従来のパワー半導体モジュールに用いら
れる放熱基板は同第３図に示す如く非常に複雑となる欠
点があった。これは第１．第２の絶縁板２１＋２２を構
成するＭ２Ｏ３は耐電圧が１００ ｋＶ／ｃ！ｒＬと良
好であるものの、熱伝導率が２０Ｗ／ｍｓ°０と低いた
めに、放熱と絶縁の両機能をＣｕとＡｌｚｏａの両材料
を用いて満足させる必要があるからである。
れる放熱基板は同第３図に示す如く非常に複雑となる欠
点があった。これは第１．第２の絶縁板２１＋２２を構
成するＭ２Ｏ３は耐電圧が１００ ｋＶ／ｃ！ｒＬと良
好であるものの、熱伝導率が２０Ｗ／ｍｓ°０と低いた
めに、放熱と絶縁の両機能をＣｕとＡｌｚｏａの両材料
を用いて満足させる必要があるからである。
一方、最近窒化アルミニウムＣＡＩＮ＞は耐電圧（１４
０−１７０ｋＶ／ｃＩｒＬ）と熱伝導率（６０Ｗ／ｍ１
１°Ｃ）が共に浸れていることに着目し、これをＣｕ部
材に接合してモジニール基板を造ることが試みられてい
る。しかしながら、このようなパワー半導体モジュール
基板においてはんＮとＣｕＯ熱膨張係数（Ｃｕ：１７Ｘ
１０ ／’Ｏ，ＡＡ’Ｎ：４Ｘ１０ ／”Ｏ）が大
きく異なるため、都合部の温度上昇や下降に伴い接合部
に大きな応力が生じる。このため、接合部あるいは、Ａ
Δ部にクラックが発生する問題がおった。
０−１７０ｋＶ／ｃＩｒＬ）と熱伝導率（６０Ｗ／ｍ１
１°Ｃ）が共に浸れていることに着目し、これをＣｕ部
材に接合してモジニール基板を造ることが試みられてい
る。しかしながら、このようなパワー半導体モジュール
基板においてはんＮとＣｕＯ熱膨張係数（Ｃｕ：１７Ｘ
１０ ／’Ｏ，ＡＡ’Ｎ：４Ｘ１０ ／”Ｏ）が大
きく異なるため、都合部の温度上昇や下降に伴い接合部
に大きな応力が生じる。このため、接合部あるいは、Ａ
Δ部にクラックが発生する問題がおった。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明は良熱伝導性基板に、良熱伝導性セラミックスと
Ｃｕ部材の接合体を用いる場合、温度変化により生ずる
熱応力で、接合部あるいは良熱伝導性セラミックスにク
ラックが生ずるという問題点を解決する良熱伝導基板の
提供を目的とする。
Ｃｕ部材の接合体を用いる場合、温度変化により生ずる
熱応力で、接合部あるいは良熱伝導性セラミックスにク
ラックが生ずるという問題点を解決する良熱伝導基板の
提供を目的とする。
（問題を解決するだめの手段）
本発明者らは、上記問題点を解決すべく、鋭意研究を重
ねた結果、温度変化、熱疲労性に優れた。良熱伝導性セ
ラミックスとＣｕ部材の接合体からなる。良熱伝導性基
板を発明するに至った。
ねた結果、温度変化、熱疲労性に優れた。良熱伝導性セ
ラミックスとＣｕ部材の接合体からなる。良熱伝導性基
板を発明するに至った。
即ち１本発明の良熱伝導°性基板は、良熱伝導性セラミ
ックス基板がｌＯ体積チ以下の空孔率を有する銅基焼結
合金部材と接合されてなることを特徴とする。さらに詳
記すると、この良熱伝導性セラミックスとしては、んぎ
、ＳｉＣ，ＢｅＯなどが挙げられる。また１０体積チ以
下の空孔率を有する銅基焼結合金部材は、粉末冶金法に
て作製されたものである。１０体積チ以下の無数の微細
な空孔を持たすことによシ銅基焼結合金自体が応力緩和
効果を発揮して熱応力の発生を減らし、さらには、耐熱
疲労性の向上に有効となる。さらに上記、銅基焼結合金
は、粒子分数型合金であることが好ましい。この粒子分
数型合金の場合、マトリックスとしては銅を用い粒子分
散量は、２〜１２体積チが好ましい、そしてその粒子と
しては、粒径１０＃ｍ以下の例えば、Ｚｒ０２ ＊ Ｃ
ｅＯ２＃ ＴｌＯ２＃ Ｓ ｉ Ｏ２ｓ Ｔｈ０２ ａ
”ｌ ２ｏｓ ′などを挙げることが出来る。粒子
分散量が１２チを越える場合、あるいは、粒径がｌＯ師
を越える場合、応力緩和効果が少なくなシ、本発明の目
的には合致しなくなる。良熱伝導性セラミックス基体と
銅基焼結合金部材との接合は活性金属法１例えばＴｉ
、Ｚｒ 、Ｈｆ 、 Ｖ等の活性金属が添加された。銀
ろうなどを用いて接合される。さらには、良熱伝導性セ
ラミックスの接合面に、活性金属を配し、さらにその上
に、銅基粉体を、配して接合と焼結を同時に行なう方法
などがある。
ックス基板がｌＯ体積チ以下の空孔率を有する銅基焼結
合金部材と接合されてなることを特徴とする。さらに詳
記すると、この良熱伝導性セラミックスとしては、んぎ
、ＳｉＣ，ＢｅＯなどが挙げられる。また１０体積チ以
下の空孔率を有する銅基焼結合金部材は、粉末冶金法に
て作製されたものである。１０体積チ以下の無数の微細
な空孔を持たすことによシ銅基焼結合金自体が応力緩和
効果を発揮して熱応力の発生を減らし、さらには、耐熱
疲労性の向上に有効となる。さらに上記、銅基焼結合金
は、粒子分数型合金であることが好ましい。この粒子分
数型合金の場合、マトリックスとしては銅を用い粒子分
散量は、２〜１２体積チが好ましい、そしてその粒子と
しては、粒径１０＃ｍ以下の例えば、Ｚｒ０２ ＊ Ｃ
ｅＯ２＃ ＴｌＯ２＃ Ｓ ｉ Ｏ２ｓ Ｔｈ０２ ａ
”ｌ ２ｏｓ ′などを挙げることが出来る。粒子
分散量が１２チを越える場合、あるいは、粒径がｌＯ師
を越える場合、応力緩和効果が少なくなシ、本発明の目
的には合致しなくなる。良熱伝導性セラミックス基体と
銅基焼結合金部材との接合は活性金属法１例えばＴｉ
、Ｚｒ 、Ｈｆ 、 Ｖ等の活性金属が添加された。銀
ろうなどを用いて接合される。さらには、良熱伝導性セ
ラミックスの接合面に、活性金属を配し、さらにその上
に、銅基粉体を、配して接合と焼結を同時に行なう方法
などがある。
（作 用）
前述の良熱伝導性セラミックス基体と１０体積−以下の
空孔率を有する銅基焼結合金部材との接合体は、半導体
素用良熱伝導性基板として、放熱性が良好なことはもと
よシ、発生する熱応力が小さいこと、さらに熱疲労に対
しても強いことが特徴となる。この熱応力の減少および
耐疲労性の向上は、銅基焼結合金部材に存在する無数の
微細な空孔の存在による。つまシ、接合時に生ずる熱応
力はマトリックスである銅あるいは銅合金自身の塑性変
形あるいは弾性変形によシ、吸収される他に微細かつ無
数に存在する空孔部にても吸収される。このような応力
緩和効果によシ、上記良熱伝導性基板が得られるのであ
る。
空孔率を有する銅基焼結合金部材との接合体は、半導体
素用良熱伝導性基板として、放熱性が良好なことはもと
よシ、発生する熱応力が小さいこと、さらに熱疲労に対
しても強いことが特徴となる。この熱応力の減少および
耐疲労性の向上は、銅基焼結合金部材に存在する無数の
微細な空孔の存在による。つまシ、接合時に生ずる熱応
力はマトリックスである銅あるいは銅合金自身の塑性変
形あるいは弾性変形によシ、吸収される他に微細かつ無
数に存在する空孔部にても吸収される。このような応力
緩和効果によシ、上記良熱伝導性基板が得られるのであ
る。
（実施例）
以下５本発明の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１
絶縁板、放熱板及びヒートシンクを兼ねた厚さ０．５關
のＡＩＮ板と、空孔率的３体積チを有する厚さ０．５龍
のＣｕ−ＡＪ２０ａ分散型合金（ＡＪｚＯａ ３ Ｍ量
％）とを、ジクロルメタン及びアセトンで洗浄して脱脂
した後、ＡＩＮ板とＣｕ−ＡＪｚＯａ板の間にＡｇ箔４
μｍと、１”１箔ｌｔｔｍを重ね合せた。そして０．
１ ｋｙ／ｃｒｄの面圧を負荷させ、 ５ＸｌＯ−’
Ｔｏｒｒ以上の真空度にて、８５０’ＯＸＳ分保持の接
合処理を行なった。接合後アルゴン雰囲気中で、冷却し
て、第１図に示すざと＜、ＡＭ板１１ Ｋ Ｃｕ−Ａｌ
ｚＯ３板１２をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３を介して接
合した構造のパワー半導体モジュール基盤１４を得た。
のＡＩＮ板と、空孔率的３体積チを有する厚さ０．５龍
のＣｕ−ＡＪ２０ａ分散型合金（ＡＪｚＯａ ３ Ｍ量
％）とを、ジクロルメタン及びアセトンで洗浄して脱脂
した後、ＡＩＮ板とＣｕ−ＡＪｚＯａ板の間にＡｇ箔４
μｍと、１”１箔ｌｔｔｍを重ね合せた。そして０．
１ ｋｙ／ｃｒｄの面圧を負荷させ、 ５ＸｌＯ−’
Ｔｏｒｒ以上の真空度にて、８５０’ＯＸＳ分保持の接
合処理を行なった。接合後アルゴン雰囲気中で、冷却し
て、第１図に示すざと＜、ＡＭ板１１ Ｋ Ｃｕ−Ａｌ
ｚＯ３板１２をＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ合金層１３を介して接
合した構造のパワー半導体モジュール基盤１４を得た。
得られたモジュール基板１４はＡＩＮ板１板上１ｕ−Ａ
ｌ２Ｏ３板１２とが合金層１３によシ強固に接合されか
つ、合金層が接合部よシ、はみ出し広がっていないもの
であった。
ｌ２Ｏ３板１２とが合金層１３によシ強固に接合されか
つ、合金層が接合部よシ、はみ出し広がっていないもの
であった。
また前記モジュール基板１４のＣｕ−ＡｌｚＯａ板１２
に第１２に示す如く半導体素子１５をＰｂ−８ｎ系半田
１６を介して実装したところ、半導体素子１５からの多
量を熱をＣｕ−Ａｌ２Ｏ３板１２及びＡＩＮ板１板上１
良好に放出できるパワー半導体モジュールを得ることが
できた。
に第１２に示す如く半導体素子１５をＰｂ−８ｎ系半田
１６を介して実装したところ、半導体素子１５からの多
量を熱をＣｕ−Ａｌ２Ｏ３板１２及びＡＩＮ板１板上１
良好に放出できるパワー半導体モジュールを得ることが
できた。
実施例２
セラミックスとして、厚さ０．４正のＢａＯ板と実施例
１で用いたＣｕ−Ａｌ２Ｏ５板と同じ仕様のものを用意
し、ＢａＯ板とＣｕ−Ａ＃２０３板の間に、Ｔｉ箔厚さ
６μｍｋＭね合せ、０．３３ ｋｇｌａｄ Ｏ面圧を負
荷サセ。
１で用いたＣｕ−Ａｌ２Ｏ５板と同じ仕様のものを用意
し、ＢａＯ板とＣｕ−Ａ＃２０３板の間に、Ｔｉ箔厚さ
６μｍｋＭね合せ、０．３３ ｋｇｌａｄ Ｏ面圧を負
荷サセ。
５Ｘ１０ Ｔｏｒｒ以上の真空度で９５０℃×６分保
持−次にアルゴン算囲気中で冷却して、 ＢａＯ板にＣ
ｕ−Ａｌ２Ｏ３板をＣｕ−Ｔｉ合金属を介して、接合し
た構造のパワー半導体モジエール基盤を得た。得られた
モジュール基盤に実施例１と同様の条件にて、半導体素
子を実装したところ、半導体素子からの多量の熱をＣｕ
−Ａ１２０ａ板及びＢａＯ板よシ良好に放出できるＩワ
ー半導体モジュールを得ることができたＪ！〔発明の効
果〕 良熱伝導性セラミックス基体とｌＯ体積チ以下の空孔率
を有する銅基焼結合金部材とが接合された構造の良熱伝
導性基板は、銅基焼結合金部材が接合時に生ずる熱ひず
みを吸収するため、良熱伝導性基板に大きな熱応力が生
ぜず、セラミックス基体にクラックが生じない。さらに
は、耐熱疲労性に優れたものとなる。
持−次にアルゴン算囲気中で冷却して、 ＢａＯ板にＣ
ｕ−Ａｌ２Ｏ３板をＣｕ−Ｔｉ合金属を介して、接合し
た構造のパワー半導体モジエール基盤を得た。得られた
モジュール基盤に実施例１と同様の条件にて、半導体素
子を実装したところ、半導体素子からの多量の熱をＣｕ
−Ａ１２０ａ板及びＢａＯ板よシ良好に放出できるＩワ
ー半導体モジュールを得ることができたＪ！〔発明の効
果〕 良熱伝導性セラミックス基体とｌＯ体積チ以下の空孔率
を有する銅基焼結合金部材とが接合された構造の良熱伝
導性基板は、銅基焼結合金部材が接合時に生ずる熱ひず
みを吸収するため、良熱伝導性基板に大きな熱応力が生
ぜず、セラミックス基体にクラックが生じない。さらに
は、耐熱疲労性に優れたものとなる。
第１図は１本発明の良熱伝導性基板の実効例におけるパ
ワー半導体モジュール基板の断面図、第２図は、第１図
で示したモジュール基板に半導体素子を実装したパワー
半導体モジュールの断面図。 第３図は従来のパワー半導体モジュールの構成を示す断
面図である。 １・・・ヒートシンクｓ２１・・・第１絶縁板。 ２２・・・第２絶脈板、３・・・苧田層、４・・・熱拡
散板、５・・・半導体素子、６・・・接合層、１１・・
・ＡＩ！Ｎ板、１２ ・−Ｃｕ−ＡｌｚＯａ板、１３−
・・合金層、１４−・・パワー半導体モジュール基板％
１５・・・半導体素子。 １６・・・半田。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図
ワー半導体モジュール基板の断面図、第２図は、第１図
で示したモジュール基板に半導体素子を実装したパワー
半導体モジュールの断面図。 第３図は従来のパワー半導体モジュールの構成を示す断
面図である。 １・・・ヒートシンクｓ２１・・・第１絶縁板。 ２２・・・第２絶脈板、３・・・苧田層、４・・・熱拡
散板、５・・・半導体素子、６・・・接合層、１１・・
・ＡＩ！Ｎ板、１２ ・−Ｃｕ−ＡｌｚＯａ板、１３−
・・合金層、１４−・・パワー半導体モジュール基板％
１５・・・半導体素子。 １６・・・半田。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 竹 花 喜久男 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図
Claims (2)
- （１）良熱伝導性セラミックス基体が１０体積％以下の
空孔率を有する銅基合金部材と接合されていることを特
徴とする良熱伝導性基板。 - （２）銅基合金部材が粒子分散型合金であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の良熱伝導性基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011280A JPS63179734A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 良熱伝導性基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011280A JPS63179734A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 良熱伝導性基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63179734A true JPS63179734A (ja) | 1988-07-23 |
Family
ID=11773583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62011280A Pending JPS63179734A (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 良熱伝導性基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63179734A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184399A (en) * | 1990-06-29 | 1993-02-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing circuit board |
| JPH0566999U (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-03 | 昭和電工株式会社 | 回路用基板 |
-
1987
- 1987-01-22 JP JP62011280A patent/JPS63179734A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5184399A (en) * | 1990-06-29 | 1993-02-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing circuit board |
| US5286927A (en) * | 1990-06-29 | 1994-02-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing circuit board and circuit board itself manufactured by said method |
| JPH0566999U (ja) * | 1992-02-21 | 1993-09-03 | 昭和電工株式会社 | 回路用基板 |
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