JPWO2018216412A1 - パワーモジュール用基板およびパワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール用基板およびパワーモジュール Download PDF

Info

Publication number
JPWO2018216412A1
JPWO2018216412A1 JP2019519522A JP2019519522A JPWO2018216412A1 JP WO2018216412 A1 JPWO2018216412 A1 JP WO2018216412A1 JP 2019519522 A JP2019519522 A JP 2019519522A JP 2019519522 A JP2019519522 A JP 2019519522A JP WO2018216412 A1 JPWO2018216412 A1 JP WO2018216412A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal plate
corner
power module
surface roughness
insulating substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019519522A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6744488B2 (ja
Inventor
芳紀 小西
芳紀 小西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=64396636&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPWO2018216412(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Publication of JPWO2018216412A1 publication Critical patent/JPWO2018216412A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6744488B2 publication Critical patent/JP6744488B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/20—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern by affixing prefabricated conductor pattern
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)

Abstract

絶縁基板１と、該絶縁基板１にろう材３を介して接合された金属板２とを備えており、該金属板２は、側面に、２つの第１平面部２１ａに挟まれた凹の角である第１角部２１ｂを有している第１金属板２１と、側面に、２つの前記第１平面部２１ａにそれぞれ対向する２つの第２平面部２２ａが交わる凸の角である第２角部２２ｂを有している第２金属板２２とを有しており、前記第１金属板２１の前記側面における厚み方向の表面粗さは、前記第１平面部２１ａの表面粗さより前記第１角部２１ｂの表面粗さの方が小さいパワーモジュール用基板１０等である。

Description

本開示は、金属板が絶縁基板に接合ざれたパワーモジュール用基板およびパワーモジュールに関するものである。
従来、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電子部品が搭載されたパワーモジュール等の電子装置に用いられる回路基板として、例えば、セラミック焼結体等からなる絶縁基板の上面に銅等の金属材料からなる金属板が接合されたパワーモジュール用基板が用いられている。
パワーモジュールを小型化するために、打ち抜き加工で金属板を作製して、絶縁基板の上面に対して垂直な側面を有する金属板とすることで、金属板（の側面）同士の間隔を小さくすることが行なわれている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００７−５３３４９号公報
本開示の１つの態様のパワーモジュール用基板は、絶縁基板と、該絶縁基板にろう材を介して接合された金属板とを備えており、該金属板は、側面に、２つの第１平面部に挟まれた凹の角である第１角部を有している第１金属板と、側面に、２つの前記第１平面部にそれぞれ対向する２つの第２平面部が交わる凸の角である第２角部を有している第２金属板とを有しており、前記第１金属板の前記側面における厚み方向の表面粗さは、前記第１平面部の表面粗さより前記第１角部の表面粗さの方が小さい。
本開示の１つの態様のパワーモジュールは、上記構成のパワーモジュール用基板と、該パワーモジュール用基板の前記金属板上に搭載された電子部品とを備える。
本開示のパワーモジュール用基板の一例を示す上面図である。 図１のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１の下面図である。 図１のＡ部の拡大図の一例を示す。 図１のＡ部の拡大図の他の一例を示す。 図５の斜視図である。 本開示のパワーモジュールの一例を示す上面図である。 図７のＢ−Ｂ線における断面図である。
本開示の実施形態のパワーモジュール用基板およびパワーモジュールについて図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にパワーモジュール用基板およびパワーモジュール等が使用される際の上下を限定するものではない。
図１は本開示のパワーモジュール用基板の一例を示す上面図である。図２は図１のＢ−Ｂ線における断面図である。図３は図１の下面図である。また、図４および図５は、いずれも図１のＡ部の拡大図の一例である。図６は図５の斜視図である。
パワーモジュール用基板１０は、図１〜図３に示す例のように、絶縁基板１と、絶縁基板１の上面にろう材３を介して接合された金属板２とを備えている。金属板２は、側面に、２つの第１平面部２１ａに挟まれた凹の角である第１角部２１ｂを有している第１金属板２１と、側面に、２つの第１平面部２１ａにそれぞれ対向する２つの第２平面部２２ａが交わる凸の角である第２角部２２ｂを有している第２金属板２２とを有している。そして、第１金属板２１の側面における厚み方向の表面粗さは、第１平面部２１ａの表面粗さより第１角部２１ｂの表面粗さの方が小さい。
従来のパワーモジュール用基板においては、垂直な側面を有する金属板を用いても、金属板を接合するろう材同士の間隔が小さくなり、金属板間の絶縁性が低下してしまう場合があった。これは、金属板の側面が屈曲して凹の角部を有している場合には、２つの平面状の側面に挟まれた凹の角部においては、２方向からろう材が広がるために、ろう材が金属板の側面から絶縁基板上に広がりやすいためである。すなわち、凹の角部近傍においては、近接する金属板を接合するろう材との間隔が小さくなるので、金属板間の絶縁性が低下してしまうおそれがあった。
例えば、角部とそれを挟む平面部とで表面粗さに違いのない、従来のパワーモジュール用基板における第１角部２１ｂ近傍における絶縁基板１上へのろう材の広がりは、図４および図５に示す例において、二点鎖線で示すようなものとなる。第１金属板２１の第１平面部２１ａから絶縁基板１へのろう材３の広がりと比較して、第１角部２１ｂからの広がりは大きいものとなっている。そのため、第１金属板２１の第１平面部２１ａと第２金属板２２の第２平面部２２ａとの間におけるろう材３同士の間隔に比較して、第１角部２１ｂと第２角部２２ｂとの間におけるろう材３同士の間隔が小さくなっている。
これに対して、上記のような実施形態のパワーモジュール用基板１０によれば、凹の角である第１角部２１ｂの方が隣接する第１平面部２１ａよりもろう材の濡れ性がよくなるので、図６に示す例のように、第１金属板２１の側面におけるろう材３の這い上がりが、第１平面部２１ａよりも第１角部２１ｂにおいて大きくなる。これにより、図４および図５に示す例のように、第１角部２１ｂから絶縁基板１上へのろう材３の広がりが従来のものに比較して抑えられる。したがって、第１金属板２１と第２金属板２２との間の絶縁性に優れたパワーモジュール用基板１０となる。また、凹の角である第１角部２１ｂを有している第１金属板２１と、凸の角である第２角部２２ｂを有している第２金属板２２とを近接して配置しても両者間の絶縁性を確保することができるので、小型のパワーモジュール用基板１０とすることができる。
ここで、第１金属板２１の側面の表面粗さの測定は、第１金属板２１の厚み方向に測定する。ろう材３の第１金属板２１の側面における這い上がりの程度に影響を与えるのは、ろう材３の這い上がり方向である第１金属板２１の厚み方向であるからである。第１角部２１ｂの表面粗さは、角の頂点での表面粗さである必要はなく、角の頂点を含む所定の幅を有する範囲である角部の表面粗さである。第１角部２１ｂの表面粗さを測定する範囲は、角の頂点から２つの第１平面部２１ａの方向へ０．５ｍｍ程度までの部分であればよい。図５に示す例のように角が平面視で凹曲面である場合には、第１角部２１ｂの表面粗さを測定する範囲は、平面視において２つの第１平面部２１ａを延長して交差する部分を角の頂点とみなして、そこから第１平面部２１ａの方向へ０．５ｍｍ程度以内の部分である。より明確には、図４および図５に示す例のように、第１金属板２１の第１平面部２１ａから外側に広がったろう材３の外周端の直線部分を角の方向へ延長した仮想延長線（図４および図５に示す２つの直線Ｌ）が第１金属板２１の側面と交差する部分に挟まれる範囲（図４および図５に示す範囲ｃ）を第１金属板２１の第１角部２１ｂとすることができる。言い換えれば、第１角部２１の範囲は、角の頂点から第１平面部２１ａの外側のろう材３の幅の範囲である。第１平面部２１ａの表面粗さは、第１角部２１ｂから離れた部分で測定すればよい。具体的には、第１平面部２１ａの長さを３等分〜７等分のように奇数等分したうちの中央部分において測定すればよい。図４〜図６に示す例においては、第１平面部２１ａを測定する領域として、第１平面部２１ａの長さを５等分したうちの中央部分（第１角部２１ｂ側から３番目）である領域Ｄ３を示しており、一般的なパワーモジュール用基板においては、このような領域Ｄ３において第１平面部２１ａの表面粗さを測定すればよい。第１平面部２１ａの長さが５ｍｍ以下と短い場合は、３等分したうちの中央部分で測定すればよい。表面粗さは、算術平均粗さＲａであり、レーザー顕微鏡を用いて測定することができる。例えば、キーエンス社製のレーザー顕微鏡（ＫＶ９５１０)を用いて、測定レンジが１００μｍ、カットオフが０．０８ｍｍ、測定ピッチが０．０１μｍの条件で測定することができる。上記で定義した第１平面部２１ａおよび第１角部２１ｂのそれぞれにおいて、複数箇所（例えば３箇所）で測定した平均値を、それぞれ第１平面部２１ａの表面粗さおよび第１角部２１ｂの表面粗さとする。表面粗さは、例えば、金属板２（第１金属板２１）が銅板であり、一般的な金型による打ち抜き加工によって形成された側面（をさらに追加工した側面）を有するものであって、ろう材３が銀−銅合金を主成分とするものである場合であれば、第１平面部２１ａの表面粗さが０．３〜１．０μｍで、第１角部２１ｂの表面粗さが０．１μｍ〜０．５μｍとすることができる。このときの第１平面部２１ａの表面粗さと第１角部２１ｂの表面粗さとで、例えば０．１μｍ以上の差があれば、上記のような効果を奏するものとなる。また、この程度の表面粗さであれば、第１平面部２１ａにおいても、金属板２（第１金属板２１）の厚みの１／５〜１／２程度までろう材３が這い上がって、金属板２（第１金属板２１）の側面から絶縁基板１の上面にかけてろう材３に凹曲面のメニスカス形状のフィレット部が形成され、応力を緩和しやすくなる。
パワーモジュール用基板１０において、第１平面部２１ａから第１角部２１ｂにかけて、表面粗さが徐々に小さくなっているものであってもよい。言い換えれば、第１角部２１から離れるにつれて表面粗さが小さくなっているものであってもよい。この場合には、第１金属板２１の側面におけるろう材の濡れ性の変化が緩やかになり、図６に示す例のように、ろう材３の第１金属板２１の側面における高さの変化が緩やかにある。そして、絶縁基板１上へのろう材３の広がり長さも第１平面部２１ａと第１角部２１ｂとの間で極端に変化することがない。そのため、ろう材３における広がり長さが変化する部分は熱応力等が集中しやすい形状とはならないので、第１金属板２１の絶縁基板１への接合信頼性が向上したものとなる。この場合の第１平面部２１ａから第１角部２１ｂにかけての表面粗さの変化は、第１角部２１ｂおよび第１平面部２１の表面粗さＲａの測定を、一定の間隔（例えば、１ｍｍ）をあけて行なうことで確認することができる。加工上のバラツキおよび測定バラツキにより、必ずしも第１角部２１から離れるにつれて表面粗さＲａが小さくならない場合もあるが、表面粗さＲａと測定位置（第１角部２１ｂからの距離）の関係を示すグラフの近似曲線において、第１角部２１から離れるにつれて表面粗さＲａが小さくなっていればよい。あるいは、以下のようにして表面粗さの変化を確認することもできる。第１平面部２１を等間隔に複数の領域に分けて、各領域において複数箇所で表面粗さＲａを測定し、各領域における平均の表面粗さを比較すればよい。例えば、図４および図５においては、第１平面部２１ａにおける、第１平面部２１ａの長さを５等分した領域のうち、第１角部２１ｂに近い側から順に３つの領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を示している。この各領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のそれぞれにおいて、複数箇所で表面粗さＲａを測定し、各領域Ｄ１〜Ｄ３における平均の表面粗さおよび第１角部２１ｂにおける表面粗さを比較することができる。このとき、領域Ｄ１における表面粗さ、領域Ｄ２における表面粗さ、領域Ｄ３における表面粗さの順で小さければよい。少なくとも、第１平面部２１ａにおける最も第１角部２１ｂに近い領域Ｄ１の平均の表面粗さが、第１角部２１ｂの表面粗さより大きく、第１角部２１ｂに２番目に近い領域Ｄ２の平均の表面粗さより小さければよく、領域Ｄ２における表面粗さと領域Ｄ３における表面粗さは同程度であってもよい。
また、図５および図６に示す例のように、第１角部２１ａは平面視で凹曲面であってもよい。この場合には、第１角部２１ａにおけるろう材３の這い上がり高さをより高いものとしやすくなる。また、第１角部２１ａが角を有さない、応力が集中し難い形状となるので、角を起点としたクラック等が発生し難く、信頼性の高いものとなる。第１角部２１ａは、例えば、平面視で半径０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度の凹曲面とすることができる。
図７は、本開示のパワーモジュールの一例を示す上面図である。図８は図７のＢ−Ｂ線における断面図である。パワーモジュール１００は、図７および図８に示す例のように、上述したようなパワーモジュール用基板１０と、パワーモジュール用基板１０の金属板２上に搭載された電子部品５とを備える。このようなパワーモジュール１００によれば、上記構成のパワーモジュール用基板１０を備えていることから、絶縁信頼性が向上したものとなる。また、絶縁性が向上しているので、小型のパワーモジュール１００とすることができる。
図７および図８に示す例においては、パワーモジュール用基板１０は、絶縁基板１の上面に１つの第１金属板２１と２つの第２金属板２２とを備えている。第１金属板２１に電子部品５が搭載されており、電子部品５と第２金属板とは、ボンディングワイヤ６等の接続材によって電気的に接続されている。図７および図８に示す例においては、例えば、第１金属板２１は電子部品５の搭載用かつ放熱用として機能し、第２金属板２２は電子部品５を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続するための接続する端子として機能する。この場合、第２金属板２２は、平面視で絶縁基板１１の外縁から突出していてもよい。また、図１〜図８に示す例においては、絶縁基板１の下面には第３金属板２３がろう材３によって接合されている。図１〜図８に示す例の場合は、第３金属板２３は絶縁基板１の下面より一回り小さい四角形状のものである。このような第３金属板２３は、電子部品５で発生した熱をパワーモジュール１００外に放出するための放熱板として機能させることができる。これによって、パワーモジュール１００としての放熱性が向上し、電子部品５の長期の作動信頼性が向上する。第３金属板は、電子部品５を搭載したり、外部回路と接続したりするための回路板として機能するものであってもよい。
絶縁基板１は、パワーモジュール用基板１０において、金属板２を固定して支持するための基体部分である。また、絶縁基板１は、第１金属板２１と第２金属板２２あるいは金属板２（第１金属板２１および第２金属板２２）と第３金属板２３とを互いに電気的に絶縁させるための絶縁部材として機能する。
絶縁基板１は、セラミック焼結体からなり、高い機械的強度および高い伝熱特性（冷却特性）などの特性を有するものがよい。セラミック焼結体としては、公知の材料を用いることができ、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）質焼結体および炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体などを用いることができる。絶縁基板１は、例えば、縦が１０〜１２０ｍｍ、横が１０〜１２０ｍｍ厚さが０．２〜３．０ｍｍの矩形板状のものを用いることができる。このような絶縁基板１は、公知の製造方法によって製造することができ、例えば、アルミナ粉末に焼結助剤を添加した原料粉末に有機バインダー等を加えて混練して、基板状に成形したのち、焼成することで製造することができる。
金属板２（第１金属板２１、第２金属板２２）は、上述したように、パワーモジュール１００において、電子部品５が搭載され、電子部品５を外部電気回路に電気的に接続するための回路導体として機能する。そのため、その形状は特に定まったものはなく、パワーモジュール１００における配線設計に応じて設定されるものであるが、金属板２は、少なくとも１つの凹の角部（第１角部２１ｂ）を有する第１金属板２１を１つ以上と、凹の角部に近接して配置されている凸の角部（第２角部２２ｂ）を有する１つ以上の第２金属板２２とを有している。金属板２の厚みは、電気抵抗、強度および放熱性を考慮して、例えば、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍに設定することができる。
図１および図７において、金属板２は、長方形の一対の対角部が正方形状に切欠かれた形状で、２つの第１角部２１ｂを有する１つの第１金属板２１と、２つの正方形状の第２金属板２２とを備えている。また、第２金属板２２は四角形の絶縁基板１の一対の対角の位置にそれぞれ配置され、第２角部２２ｂは第１角部２１ｂに近接しており、第２平面部２２ａは第１金属板２１の第１平面部２１ａと対向している。第１金属板２１および第２金属板２２の形状は上述したように特にこの例に限られるものではなく、また、第１金属板２１および第２金属板２２の数、ならびに第１金属板２１と第２金属板の配置もまたこれに限られるものではない。
金属板２は、例えば銅（Ｃｕ）または銅合金あるいはアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金等の金属材料によって形成されている。いわゆる９９％以上の純銅または純アルミニウムであると電気抵抗が小さく、熱伝導性にも優れている。また金属板２の成分として酸素が含有される場合には、金属板２における含有量が少ない方が、ボンディングワイヤ６と金属板２との接合強度の向上に関して有利である。
金属板２は、例えば、金属母基板を打ち抜き加工して所定の形状とし、さらに側面の表面粗さを調整するための追加工をすることで作製することができる。金型を用いた、通常の打ち抜き加工により、側面と主面との間の角度がほぼ直角である金属板２とすることができる。そのため、パワーモジュール用基板１０においては、金属板２間の距離を小さくすることができ、小型化することができる。金属板２の形状は、打ち抜き加工の際の金型の形状によって設定することができ、第１角部２１ａの形状を平面視で凹曲面とするのも同様である。そして、打ち抜き加工によって形成された、比較的表面粗さの小さい側面を追加工することで、第１角部２１ｂより表面粗さの大きい第１平面部２１ａを有する第１金属板２１を形成することができる。打ち抜き加工後の追加工の程度を、第１角部２１ｂと第１平面部２１ａとで異ならせることで表面粗さも異ならせることができる。追加工としては、例えば、バレル研磨あるいはブラスト加工を用いることができる。また、この追加工によって、打ち抜き加工で発生するバリを除去することもできる。さらには、打ち抜き加工および追加工によって、金属板２の上面と側面の間の角を面取りしてＲ面とすることができ、この角からの放電を抑えることができる。
追加工で第１角部２１ｂの表面粗さを第１平面部２１ａの表面粗さより小さくするには、例えば、バレル研磨に用いるメディア（研磨石、研磨材）の大きさを調整して、第１角部２１ｂに研磨材が当たり難くする方法を用いることができる。例えば、直径０．６ｍｍのメディアを用いると、直角の凹角においては角の頂点から０．３ｍｍ程度まではメディアが当たり難くなるので、この部分は研磨され難く、この部分以外が研磨されやすくなる。研磨によって表面粗さが大きくなるようにすれば、研磨され難い角部の表面粗さは元のままで研磨されやすい第１角部２１ｂ以外の表面粗さは大きくなる。これは、ブラスト加工の場合でも同様で、研磨材の大きさを調整すればよい。あるいは、第１角部２１ｂに樹脂等からなる保護膜を設けた状態でバレル研磨またはブラスト加工をすることで、第１角部２１ｂ以外の表面粗さを大きくすることもできる。
第２金属板２２は、部位によって表面粗さを変える必要はないが、第２金属板２２と第１金属板２１とで、ろう材３の側面への這い上がりの程度および絶縁基板１上への広がりの程度を同程度にするために、第２金属板２２についても第１金属板２１に施すのと同じ追加工をして作製することができる。
第１金属板２１の側面において、第１平面部２１ａから第１角部２１ｂにかけて表面粗さが徐々に小さくなるようにするためには、例えば、上述したバレル研磨において、複数種類の大きさを有するメディアを用いることができる。例えば、上記の直径０．６ｍｍの第１メディアに加えて、直径３ｍｍの第２メディアを用いることで、角の頂点から０．３ｍｍ程度までの部分では第１メディアおよび第２メディアともに当たり難くなり、角の頂点から０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度までの部分では第１メディアは当たりやすく、第２メディアは当たり難くなり、角の頂点から１．５ｍｍ以上離れた部分では第１メディア、第２メディアともに当たりやすくなる。第１角部２１ｂから離れるにつれて多くのメディアが当たって研磨されるので、表面粗さを徐々に大きくすることができる。組み合わせるメディアの大きさ、大きさの種類の数、混合比率等により、表面粗さの変化の状態を調整することができる。また、形状の異なるメディア、材質の異なるメディアを混合して用いることもできる。ブラスト加工の場合でも同様である。あるいは、上述した保護膜を用いてバレル研磨またはブラスト加工することもできる。例えば、第１角部２１ｂおよびその近傍を保護膜で覆った状態でバレル研磨またはブラスト加工を施した後、第１角部２１ｂの近傍の保護膜だけを除去して、第１角部２１ｂのみを保護膜で覆った状態で再度バレル研磨またはブラスト加工を施すことで、追加工の加工量（研磨の程度）を部位によって異ならせることができる。
金属板２は、ろう材３によって絶縁基板１に接合され（ろう付けされ）ている。ろう材３としては、例えば、金属板２が銅（Ｃｕ）または銅合金からなる場合で貼れば、銀―銅（Ａｇ−Ｃｕ）合金ろうに、チタン（Ｔｉ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の活性金属を含む活性金属ろうを用いることができる。金属板２がアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金からなる場合は、Ａｌ−Ｓｉ系合金またはＡｌ−Ｇｅ系合金のろう材を用いることができる。絶縁基板１に、スクリーン印刷等の方法でろう材ペーストを塗布して、その上に金属板２を載置して加圧した状態で加熱することで金属板２は絶縁基板１に接合（ろう付け）される。
ろう材３は平面視で金属板２の外縁から絶縁基板１上に広がっている。このろう材３の広がり幅、すなわち、平面視で金属板２の外縁からろう材３の外縁までの距離は、例えば、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度とすることができる。また、第１金属板２１と第２金属板２２との間隔は、例えば、０．８ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とすることができる。第１金属板２１と第２金属板２２との間において、ろう材３の外縁間の距離（間隔）は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることができる。ろう材３および金属板２同士の間隔がこの程度であれば、隣接する金属板２間において絶縁不良となる可能性を小さくすることができるとともに、十分小さいのでパワーモジュール用基板１０およびパワーモジュール１００を小型のものとすることができる。
第３金属板２３は、例えば金属板２と同様の材料を用い、同様の方法で作製することができる。また、第３金属板２３は、金属板２と同様の接合手段（ろう付け等）で絶縁基板１に接合することができる。
第３金属板２３が上述した放熱板として機能するものである場合には、平面視において、第３金属板２３の大きさは、例えば、金属板２全体の大きさと同じかそれよりも大きく、絶縁基板１よりも小さいものに設定することができる。第３金属板２３が金属板２と同じ大きさである場合には、金属板２と第３金属板２３とを絶縁基板１に接合した際に絶縁基板１の上下での熱応力の相違が低減されるため、パワーモジュール用基板１０の反りを抑制することに関して有利である。また第３金属板２３を絶縁基板１よりも小さくすることで、第３金属板２３と金属板２との間の電気絶縁性を向上させることができる。また、第３金属板２３が金属板２よりも大きい場合には、パワーモジュール１００の使用時に発生する熱を第３金属板２３の水平方向に効果的に拡散することができ、放熱性を向上させることに関しては有利である。より放熱性を向上させたい場合には、第３金属板２３を絶縁基板１よりも大きくすることができる。この場合、金属板２は絶縁基板１の外縁より内側になるように接合して、第３金属板２３との絶縁性を確保するようにすることができる。
金属板２および第３金属板２３の表面には、その表面の保護のため、あるいはろう材３またはボンディングワイヤ６等の接合性の向上のためにめっき層をもうけてもよい。めっき層は、パラジウム、ニッケル、銀等の金属めっき層とすることができる。
なお、パワーモジュール用基板１０は、いわゆる多数個取りの形態で作製してこれを分割することで作製することもできる。
図７および図８に示す例のようなパワーモジュール１００は、上記のようなパワーモジュール用基板１０に電子部品５を搭載することで得ることができる。電子部品５は、例えばＩＧＢＴ等のパワー半導体素子である。電子部品５は、金属板２の上に、例えば、はんだ付けまたはろう付けあるいは拡散接合で接合されて固定される。図７および図８に示す例では、電子部品５は第１金属板２１の上に固定され、電子部品５と第２金属板２２とがアルミニウムまたは金（Ａｕ）等のボンディングワイヤ６で電気的に接続されている。なお、パワーモジュール１００は、例えば、ケースに収納されていてもよいし、ケースに収納してさらに樹脂で覆うこともできる。ケースの底にヒートシンクを配置して、パワーモジュール用基板１０の第３金属板２３と伝熱性の材料、例えば伝熱グリースで接合して放熱性を高めることもできる。
なお、パワーモジュール用基板１０およびパワーモジュール１００は、上記実施形態に記載された例に限定されるものではなく、本開示の要旨の範囲内で種々の変更は可能である。
１・・・・絶縁基板
２・・・・金属板
２１・・・・第１金属板
２１ａ・・・第１平面部
２１ｂ・・・第２角部
２２・・・・第２金属板
２２ａ・・・第２平面部
２２ｂ・・・第２角部
２３・・・・第３金属板
３・・・・ろう材
４・・・・第３金属板
５・・・・電子部品
６・・・・ボンディングワイヤ
１０・・・パワーモジュール用基板
１００・・・パワーモジュール

Claims (4)

  1. 絶縁基板と、該絶縁基板にろう材を介して接合された金属板とを備えており、
    該金属板は、側面に、２つの第１平面部に挟まれた凹の角である第１角部を有している第１金属板と、側面に、２つの前記第１平面部にそれぞれ対向する２つの第２平面部が交わる凸の角である第２角部を有している第２金属板とを有しており、
    前記第１金属板の前記側面における厚み方向の表面粗さは、前記第１平面部の表面粗さより前記第１角部の表面粗さの方が小さいパワーモジュール用基板。
  2. 前記第１平面部から前記第１角部にかけて、前記表面粗さは徐々に小さくなっている請求項１に記載のパワーモジュール用基板。
  3. 前記第１角部は平面視で凹曲面である請求項１または請求項２に記載のパワーモジュール用基板。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパワーモジュール用基板と、
    該パワーモジュール用基板の前記金属板上に搭載された電子部品とを備えるパワーモジュール。
JP2019519522A 2017-05-26 2018-04-20 パワーモジュール用基板およびパワーモジュール Active JP6744488B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017104726 2017-05-26
JP2017104726 2017-05-26
PCT/JP2018/016332 WO2018216412A1 (ja) 2017-05-26 2018-04-20 パワーモジュール用基板およびパワーモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018216412A1 true JPWO2018216412A1 (ja) 2020-03-19
JP6744488B2 JP6744488B2 (ja) 2020-08-19

Family

ID=64396636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019519522A Active JP6744488B2 (ja) 2017-05-26 2018-04-20 パワーモジュール用基板およびパワーモジュール

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6744488B2 (ja)
WO (1) WO2018216412A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03216909A (ja) * 1989-12-21 1991-09-24 General Electric Co <Ge> 補強された直接結合銅構造体
JP2007207914A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Tokuyama Corp メタライズドセラミックス基板の製造方法、該方法により製造したメタライズドセラミックス基板、およびパッケージ
JP2011119584A (ja) * 2009-12-07 2011-06-16 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板およびその製造方法
WO2011149065A1 (ja) * 2010-05-27 2011-12-01 京セラ株式会社 回路基板およびこれを用いた電子装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03216909A (ja) * 1989-12-21 1991-09-24 General Electric Co <Ge> 補強された直接結合銅構造体
JP2007207914A (ja) * 2006-01-31 2007-08-16 Tokuyama Corp メタライズドセラミックス基板の製造方法、該方法により製造したメタライズドセラミックス基板、およびパッケージ
JP2011119584A (ja) * 2009-12-07 2011-06-16 Mitsubishi Materials Corp パワーモジュール用基板およびその製造方法
WO2011149065A1 (ja) * 2010-05-27 2011-12-01 京セラ株式会社 回路基板およびこれを用いた電子装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018216412A1 (ja) 2018-11-29
JP6744488B2 (ja) 2020-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5776701B2 (ja) 半導体装置、および、半導体装置の製造方法
US20220037226A1 (en) Power module substrate and power module
WO2016121660A1 (ja) 回路基板および電子装置
JP2022000871A (ja) 電気回路基板及びパワーモジュール
EP3358615A1 (en) Silicon nitride circuit board and semiconductor module using same
JP7237647B2 (ja) 回路基板および電子装置
CN114156240A (zh) 用于半导体模块的底板和用于制造底板的方法
JP4124040B2 (ja) 半導体装置
JP6339452B2 (ja) チップ抵抗器およびその実装構造
JP6702800B2 (ja) 回路基板集合体、電子装置集合体、回路基板集合体の製造方法および電子装置の製造方法
JP6744488B2 (ja) パワーモジュール用基板およびパワーモジュール
JP6271867B2 (ja) 電子部品搭載用基板
JP6046421B2 (ja) 配線基板および電子装置
JP6983119B2 (ja) 放熱板、半導体パッケージおよび半導体装置
WO2019163941A1 (ja) パワーモジュール用基板およびパワーモジュール
JP6317178B2 (ja) 回路基板および電子装置
JP2018006377A (ja) 複合基板、電子装置および電子モジュール
JP4656126B2 (ja) 半導体装置
JP6166094B2 (ja) 配線基板および電子装置
JP2023089928A (ja) パッケージ
JP2011181787A (ja) パワー系半導体装置
JPH10223809A (ja) パワーモジュール
JP2007318034A (ja) 複数個取り配線基板、電子部品収納用パッケージおよび電子装置
JP6538524B2 (ja) 回路基板および電子装置
JP2016032032A (ja) 回路基板、および電子装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200630

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200706

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200730

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6744488

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150