KR102094566B1 - 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈 - Google Patents

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Abstract

파워 사이클성, 히트 사이클성을 더욱 향상시키고, 보다 고집적화에 대응할 수 있는 다층 구조의 파워 모듈용 기판을 제공한다. 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 복수의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 이 제 1 세라믹스 기판 (2) 을 개재하여 적층 상태로 접합됨과 함께, 제 1 세라믹스 기판 (2) 에 형성한 관통공 (11) 내에 제 1 세라믹스 기판 (2) 의 양면에 배치되는 양 회로층용 금속판을 접속 상태로 하는 금속 부재 (12) 가 삽입되고, 적층 상태의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 의 일방측의 면에 제 2 세라믹스 기판 (3) 이 접합되고, 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 과는 반대측의 면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 방열층용 금속판 (6) 이 접합되어 있다.

Description

파워 모듈용 기판 및 파워 모듈{POWER MODULE SUBSTRATE AND POWER MODULE}
본 발명은 대전류, 고전압을 제어하는 반도체 장치에 사용되는 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈에 관한 것이다.
본원은 2012년 8월 31일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2012-191607호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래의 파워 모듈로서, 세라믹스 기판의 일방의 면에 도체 패턴층을 형성하는 금속판이 적층되고, 이 도체 패턴층 상에 반도체 칩 등의 전자 부품이 납땜됨과 함께, 세라믹스 기판의 타방의 면에 방열층이 되는 금속판이 형성되고, 이 방열층에 히트 싱크가 접합된 구성의 것이 알려져 있다.
이 파워 모듈에 사용되는 파워 모듈용 기판에 있어서는, 세라믹스 기판의 표면에 금속판을 납(蠟)땜에 의해 접합하고 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 세라믹스 기판의 표면에 휘발성 유기 매체의 표면 장력에 의해 납재 박을 가고정함과 함께, 그 납재 박의 표면에 기재로부터 타발 (打拔) 된 도체 패턴층을 가고정한 상태로 가열하여 휘발성 유기 매체를 휘발시키고, 이들을 두께 방향으로 가압함으로써 금속판과 세라믹스 기판을 납땜한 파워 모듈용 기판을 형성하고 있다.
한편, 이 종류의 파워 모듈용 기판으로는, 절연 기판으로서의 기능, 방열 기판으로서의 기능 외에, 최근의 고집적화에 수반하여 배선 기판으로서의 기능도 요구되어 오고 있어, 다층화하는 것이 검토되고 있다.
예를 들어 특허문헌 2 에 개시된 금속-세라믹스 접합 기판 (파워 모듈용 기판) 에서는, 비아홀용 관통공이 형성된 복수의 세라믹스 기판과, 이들 세라믹스 기판 사이에 개재하는 알루미늄제의 금속판이 다층 구조로 형성되어 있다. 이 경우, 금속판은 주형 중에서 포개어 쌓은 세라믹스 기판에 금속 용탕을 흘려 넣어 고화시킴으로써 형성되어 있고, 이 때문에, 세라믹스 기판에 형성해 둔 관통공 내에도 금속 용탕이 들어가 고화되어, 그 관통공 내의 금속을 개재하여 세라믹스 기판의 양측의 금속판이 서로 전기적 접속 상태로 되어 있다.
또, 특허문헌 3 에는, 세라믹스 기판에 형성한 관통공 내에 금속 기둥을 형성하고, 이 금속 기둥에 의해 세라믹스 기판 양면의 금속판을 접속 상태로 한 것이 개시되어 있다.
일본 특허공보 제4311303호 일본 특허공보 제4565249호 일본 특허공보 제4646417호
이와 같은 다층 구조의 파워 모듈용 기판에 있어서, 추가적인 고집적화에 대응하여, 전자 부품의 발열에 수반하는 열스트레스가 빈번하게 작용하기 때문에, 보다 높은 파워 사이클성이 요구되고, 또한 환경 온도 변화에 수반하는 히트 사이클성의 향상도 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 파워 사이클성, 히트 사이클성을 더욱 향상시키고, 보다 고집적화에 대응할 수 있는 다층 구조의 파워 모듈용 기판 및 그 파워 모듈용 기판을 사용한 파워 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 파워 모듈용 기판은, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 복수의 회로층용 금속판이 제 1 세라믹스 기판을 개재하여 적층 상태로 접합됨과 함께, 상기 제 1 세라믹스 기판에 형성한 관통공 내에 그 제 1 세라믹스 기판의 양면에 배치되는 양 회로층용 금속판을 접속 상태로 하는 금속 부재가 삽입되고, 상기 적층 상태의 회로층용 금속판의 일방측의 면에 제 2 세라믹스 기판이 접합되고, 그 제 2 세라믹스 기판의 상기 회로층용 금속판과는 반대측의 면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 방열층용 금속판이 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 1 세라믹스 기판을 개재하여 적층 상태가 된 복수의 회로층용 금속판이 금속 부재에 의해 접속 상태로 됨으로써 다층의 회로층이 형성되어 있어, 고집적의 회로층을 구축할 수 있다. 게다가, 이 회로층을 열전도성이 우수한 구리 또는 구리 합금에 의해 형성했으므로, 탑재되는 반도체 소자로부터의 열을 신속하게 방산할 수 있음과 함께, 그 반도체 소자를 고착하는 땜납층에 변형이나 크랙 등을 발생시키지 않아, 그 땜납층을 장기적으로 건전하게 유지할 수 있고, 파워 사이클성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제 2 세라믹스 기판의 타방의 면에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 방열층용 금속판을 접합했으므로, 세라믹스 기판과의 열팽창차에 수반하는 응력 발생을 완화시켜, 세라믹스 기판의 균열이나 크랙의 발생이 방지되어 히트 사이클성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 파워 모듈용 기판에 있어서, 상기 제 1 세라믹스 기판과 제 2 세라믹스 기판 사이에 배치되는 중단 (中段) 의 회로층용 금속판에, 상기 제 1 세라믹스 기판보다 외방으로 돌출되는 외부 접속용 리드 단자부가 일체로 형성되어 있으면 된다.
최상단의 회로층용 금속판은 전자 부품이 탑재되기 때문에, 외부로의 배선을 위해서 전자 회로를 우회하여 회로를 형성할 필요가 있거나 하여, 이것에 리드 단자부를 형성하는 경우에는, 면방향으로 커지기 쉽지만, 중단의 금속판을 이용하는 경우에는, 그 외주 중의 적절한 위치에 리드 단자부를 형성하면 되고, 평면적의 확대를 억제하여 파워 모듈용 기판을 소형화하는 것이 가능하다.
본 발명의 파워 모듈용 기판에 있어서, 상기 제 2 세라믹스 기판에 상기 제 1 세라믹스 기판보다 외방으로 돌출되는 돌출부가 형성됨과 함께, 상기 리드 단자부의 적어도 일부가 상기 제 2 세라믹스 기판의 돌출부 상에 지지되어 있으면 된다.
리드 단자부에 본딩 와이어 등을 접속하는 경우의 부하를 제 2 세라믹스 기판에 일부 부담시킬 수 있어, 리드 단자부의 변형을 방지할 수 있다.
본 발명의 파워 모듈용 기판에 있어서, 상기 제 1 세라믹스 기판과 상기 제 2 세라믹스 기판 사이에 형성되는 중단의 회로층에, 그 중단의 회로층의 단부로 개구되는 구멍부가 형성되어 있으면 된다.
본 발명의 파워 모듈은, 상기 파워 모듈용 기판과, 상기 제 1 세라믹스 기판 상에 배치되는 상기 회로층용 금속판 상에 접합된 전자 부품을 구비하고, 상기 방열층용 금속판의 표면을 제외하고, 상기 파워 모듈용 기판 및 상기 전자 부품이 수지 몰드에 의해 봉지되어 있는 것을 특징으로 한다.
전자 부품과 파워 모듈용 기판을 수지 몰드에 의해 봉지함으로써, 전자 부품과 방열층 사이에 적층된 복수의 기판 및 금속판 및 전자 부품의 주위나 간극으로 수지가 흘러 들어, 파워 모듈용 기판에 수지 몰드를 강고하게 유지할 수 있어, 전자 부품의 접합성을 양호하게 확보할 수 있다.
또, 전자 부품과 휨이 억제된 파워 모듈용 기판을 수지 몰드에 의해 봉지함으로써, 전자 부품이 탑재된 회로층측의 수지의 두께가 균일해져, 파워 사이클이 부하 (負荷) 되었을 때에 상기 땜납층의 접합 신뢰성을 유지할 수 있다.
특히, 중단의 회로층에 구멍부를 갖는 경우, 수지가 구멍부에도 들어가 파워 모듈용 기판에 수지 몰드를 보다 강고하게 유지할 수 있다.
본 발명의 히트 싱크가 부착된 파워 모듈은, 상기 파워 모듈용 기판과, 상기 파워 모듈용 기판의 상기 방열층용 금속판에 접합된 히트 싱크와, 상기 제 1 세라믹스 기판 상에 배치되는 상기 회로층용 금속판 상에 접합된 전자 부품을 구비하고, 상기 파워 모듈용 기판 및 상기 전자 부품이 수지 몰드에 의해 봉지되어 있음과 함께, 상기 히트 싱크의 일부가 상기 수지 몰드에 덮여 있는 것으로 해도 된다.
본 발명에 의하면, 회로층용 금속판을 구리 또는 구리 합금에 의해 형성하고, 방열층용 금속판을 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성함으로써, 파워 사이클성과 히트 사이클성의 양방의 특성을 높게 발휘할 수 있고, 장기적으로 신뢰성이 높은 다층의 파워 모듈용 기판을 얻을 수 있다.
도 1 은 본 발명의 파워 모듈용 기판의 제 1 실시형태를 나타내는 종단면도로, 도 2 의 A-A 선을 따른 시시도 (矢視圖) 에 상당한다.
도 2 는 도 1 의 파워 모듈용 기판의 평면도이다.
도 3 은 도 1 의 B-B 선을 따른 시시 (矢視) 평면도이다.
도 4 는 도 1 의 우측면도이다.
도 5 는 도 1 의 접합부 부근을 나타내는 확대 단면도이다.
도 6 은 1 차 접합시의 접합 전 상태를 나타내는 분해 단면도이다.
도 7 은 접합 전의 세라믹스 기판의 관통공과 회로층용 금속판 볼록부의 치수 관계를 나타내는 도 5 와 동일한 확대 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 제조 방법에서 사용되는 가압 장치의 예를 나타내는 정면도이다.
도 9 는 1 차 접합체에 방열층용 금속판을 접합하기 전 상태를 나타내는 분해 단면도이다.
도 10 은 도 1 의 파워 모듈용 기판에 전자 부품을 탑재하여 수지 몰드를 형성한 파워 모듈의 단면도이다.
도 11 은 히트 싱크가 부착된 파워 모듈에 수지 몰드를 형성한 단면도이다.
도 12 는 접합부 부근의 다른 예를 나타내는 도 5 와 동일한 확대 단면도이다.
도 13 은 접합부의 또 다른 예를 나타내는 도 5 와 동일한 확대 단면도이다.
도 14 는 본 발명의 파워 모듈용 기판의 다른 실시형태인 중단의 회로층의 구성을 설명하는 도 3 과 동일한 평면도이다.
도 15 는 본 발명의 파워 모듈용 기판의 또 다른 실시형태인 중단의 회로층의 구성을 설명하는 도 3 과 동일한 평면도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
이 파워 모듈용 기판 (1) 은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이 복수의 세라믹스 기판 (2, 3) 과 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 과 방열층용 금속판 (6) 이 적층 상태가 되고, 서로 납땜 등에 의해 접합되어 있고, 최상단에 배치되는 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E) 의 일부 (도시예에서는 4D, 4E) 에 전자 부품 (7) 이 탑재되고, 최하단에 배치되는 방열층용 금속판 (6) 에 히트 싱크 (8) 가 접합된다.
세라믹스 기판 (2, 3) 은, AlN, Al2O3, SiC 등에 의해, 예를 들어 0.32 ㎜ ∼ 1.0 ㎜ 의 두께로 형성된다. 또, 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 은 무산소동이나 터프 피치동 등의 순구리 또는 구리 합금에 의해 형성되고, 방열층용 금속판 (6) 은 순도 99.90 ％ 이상의 순알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 이들 금속판의 두께는, 예를 들어 0.25 ㎜ ∼ 2.5 ㎜ 가 된다.
이들의 접합은, 후술하는 바와 같이 2 회로 나누어 실시되며, 양 세라믹스 기판 (2, 3) 과 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 을 먼저 접합한 후, 제 2 세라믹스 기판 (3) 에 방열층용 금속판 (6) 을 접합한다. 이 경우, 양 세라믹스 기판 (2, 3) 과 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 의 접합에는, 예를 들어 Ag-27.4 질량％ Cu-2.0 질량％ Ti 의 활성 금속 납재가 사용되고, 제 2 세라믹스 기판 (3) 과 방열층용 금속판 (6) 의 접합에는, Al-Si 계 또는 Al-Ge 계의 납재가 사용된다.
또, 도시예에서는 세라믹스 기판이 제 1 세라믹스 기판 (2) 과 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 2 장이 사용되고, 제 1 세라믹스 기판 (2) 의 양면에 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 이 배치되어 있다. 최상단의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E) 과는 반대측의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 에 제 2 세라믹스 기판 (3) 이 접합되고, 이 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 과는 반대측의 면에 방열층용 금속판 (6) 이 접합되어 있다.
또, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 은, 최상단에 5 장, 양 세라믹스 기판 사이의 중단에 2 장 배치되고, 최하단에는 1 장의 방열층용 금속판 (6) 이 형성되어 있다. 최상단의 5 장의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E) 은, 중간 위치에 1 장 (4C), 그 양측에 각각 2 장씩 (4A, 4B 와 4D, 4E) 배치되어 있다. 양 세라믹스 기판 (2, 3) 사이의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 은, 최상단의 양측 위치에 배치되어 있는 금속판 (4A, 4D) 및 금속판 (4B, 4E) 을 각각 연결할 수 있는 길이이고, 또한 일단부가 제 1 세라믹스 기판 (2) 의 단 가장자리로부터 돌출되는 길이의 가늘고 긴 띠판상으로 형성되고, 2 장이 나란히 평행하게 배치되어 있고, 각각, 제 1 세라믹스 기판 (2) 의 단 가장자리로부터 서로 반대 방향을 향하여 돌출되어 있다. 제 1 세라믹스 기판 (2) 상의 5 장의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E) 에 의해 상단의 회로층이 형성되고, 양 세라믹스 기판 (2, 3) 사이에 배치되는 회로층용 금속판 (5A, 5B) 에 의해 중단의 회로층이 형성된다. 그리고, 이 중단의 회로층에는 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이 양 회로층용 금속판 (5A, 5B) 이 간격을 두고 배치되어 있음으로써, 이들 회로층용 금속판 (5A, 5B) 과 양 세라믹스 기판 (2, 3) 에 둘러싸이도록 구멍 (51) 이 형성되고, 그 개구부 (51a) 가 단부로 개구되어 있다.
그리고, 최상단에 있어서의 양측의 금속판 (4A, 4D) 및 금속판 (4B, 4E) 이 쌍이 되어, 중간 위치의 금속판 (4C) 의 하방에서 연결되도록, 중단의 금속판 (5A, 5B) 을 개재하여 서로 전기적 접속 상태로 되어 있다.
그 접속 형태로는, 제 1 세라믹스 기판 (2) 에 4 개의 관통공 (11) 이 형성되고, 전술한 5 장의 최상단의 회로층용 금속판 (4A ∼ 4E) 중 중간 위치의 금속판 (4C) 을 제외한 4 장의 금속판 (4A, 4B, 4D, 4E) 의 편면에 각각 볼록부 (본 발명의 금속 부재에 상당) (12) 가 원기둥상으로 일체로 형성되고, 이들 볼록부 (12) 가 각각 관통공 (11) 내에 삽입되고, 양 세라믹스 기판 (2, 3) 사이의 중단의 금속판 (5A, 5B) 에 접합된 구조로 되어 있다. 이 경우, 도 5 에 나타내는 바와 같이 볼록부 (12) 는 중단의 금속판 (5A, 5B) 에 접합되고, 중단의 금속판 (5A, 5B) 으로의 접합부 (P) 와 금속판 (4A, 4B, 4D 및 4E) 의 하면의 중간 부근이 소성 변형되어 약간 확경된 상태로 되어 있는데, 관통공 (11) 의 내주면과의 사이에는 간극 (G) 이 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 관통공 (11) 을 갖는 제 1 세라믹스 기판 (2) 과 관통공 (11) 을 갖지 않는 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 2 장으로 구성된 파워 모듈용 기판을 사용하여 설명했지만, 제 1 세라믹스 기판 (2) 또는 제 2 세라믹스 기판 (3) 을 복수 장 갖는 구조로 할 수도 있다.
또, 중단의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 의 제 1 세라믹스 기판 (2) 으로부터 측방으로의 돌출 단부는, 도 1 의 2 점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 도중에 절곡되어, 외부 접속용 리드 단자부 (15) 로서 사용된다.
이 경우, 제 2 세라믹스 기판 (3) 은 제 1 세라믹스 기판 (2) 보다 평면적이 크게 형성되어 있음으로써, 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 외주부는 제 1 세라믹스 기판 (2) 보다 외방으로 돌출되어 있고, 리드 단자부 (15) 의 일부는 제 1 세라믹스 기판 (2) 의 외방으로 돌출되어 있는 제 2 세라믹스 기판 (3) 의 돌출부 (3a) 의 상면에 지지되어 있다.
다음으로, 이와 같이 구성한 파워 모듈용 기판 (1) 을 제조하는 방법에 대해 설명한다.
세라믹스 기판 (2, 3) 중, 관통공 (11) 을 갖는 제 1 세라믹스 기판 (2) 은 세라믹스의 소성 전의 그린 시트에 프레스 가공에 의해 관통공을 형성한 후에 소성함으로써 얻을 수 있다. 그 외형은 소성 후에 가공된다. 관통공을 갖지 않는 제 2 세라믹스 기판 (3) 은 그린 시트를 소성한 후에 외형 가공된다.
도 6 및 도 9 에 나타내는 바와 같이 금속판 (4C, 5A, 5B, 6) 은 납재 (13, 14) 를 옥탄디올 등의 휘발성 유기 매체 등에 의해 표면에 가고정해 두고, 프레스 가공에 의해 일체로 타발함으로써 납재 박을 첩부 (貼付) 한 금속판으로 해둔다. 이 경우, 최상단의 금속판 (4C) 의 편면 및 중앙의 금속판 (5A, 5B) 의 양면에, 예를 들어 Ag-27.4 질량％ Cu-2.0 질량％ Ti 의 활성 금속 납재 (13) 가 첩부되고, 최하단의 금속판 (6) 에는, 그 편면에 Al-Si 계 또는 Al-Ge 계의 납재 (14) 가 첩부된다.
또, 최상단의 금속판 (4A ∼ 4E) 중, 볼록부 (12) 를 갖는 금속판 (4A, 4B, 4D, 4E) 은, 미리 프레스 가공에 의해 편면에 볼록부 (12) 를 성형해 두고, 그 볼록부 (12) 를 제외하도록 구멍을 뚫은 납재 박을 볼록부 (12) 의 주위의 평면에 첩부함으로써 형성된다.
이와 같이 하여 성형되는 볼록부 (12) 는, 관통공 (11) 을 갖는 세라믹스 기판 (2) 의 두께보다 크고, 도 7 에 나타내는 바와 같이 관통공 (11) 에 삽입했을 때에 세라믹스 기판 (2) 으로부터 약간 돌출되는 길이로 설정된다. 세라믹스 기판 (2) 의 두께의 치수 편차를 고려하여, 그 공차의 최대값보다 0.02 ㎜ ∼ 0.2 ㎜ 큰 길이, 예를 들어 0.05 ㎜ 큰 길이로 설정된다. 또, 볼록부 (12) 의 외경 (D1) 과 세라믹스 기판 (2) 의 관통공 (11) 의 내경 (D2) 은, 후술하는 가압시에 볼록부 (12) 가 확경되므로, 그 확경 상태에서도 간극 (G) 이 형성되도록 볼록부 (12) 의 외경 (D1) 은 1.0 ㎜ ∼ 20 ㎜, 세라믹스 기판 (2) 의 관통공 (11) 의 내경 (D2) 은 1.1 ㎜ ∼ 28 ㎜ 로 형성된다. 예를 들어 볼록부 (12) 의 외경 (D1) 이 10 ㎜, 관통공 (11) 의 내경 (D2) 은 13 ㎜ 가 된다.
이와 같이 하여 형성한 2 장의 세라믹스 기판 (2, 3) 및 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B, 6) 은 2 회로 나누어 접합되며, 먼저, 2 장의 세라믹스 기판 (2, 3) 과 최상단의 금속판 (4A ∼ 4E) 및 중단의 금속판 (5A, 5B) 을 먼저 접합 (1 차 접합) 하고, 그 후에 그 1 차 접합체에 최하단의 금속판 (6) 및 히트 싱크 (8) 를 접합 (2 차 접합) 한다.
1 차 접합에 있어서는, 세라믹스 기판 (2, 3) 과 최상단의 금속판 (4A ∼ 4E) 및 중단의 금속판 (5A, 5B) 을 교대로 중첩하고, 금속판 (4A, 4B, 4D, 4E) 의 볼록부 (12) 를 대응하는 세라믹스 기판 (2) 의 관통공 (11) 에 삽입한 상태로 하고, 그 적층체 (S) 를 도 8 에 나타내는 가압 장치에 설치한다.
이 가압 장치 (110) 는, 베이스판 (111) 과, 베이스판 (111) 의 상면의 4 모서리에 수직으로 장착된 가이드 포스트 (112) 와, 이들 가이드 포스트 (112) 의 상단부에 고정된 고정판 (113) 과, 이들 베이스판 (111) 과 고정판 (113) 사이에서 자유롭게 상하 이동하도록 가이드 포스트 (112) 에 지지된 가압판 (114) 과, 고정판 (113) 과 가압판 (114) 사이에 형성되고, 가압판 (114) 을 하방으로 탄성 지지하는 스프링 등의 탄성 지지 수단 (115) 을 구비하고 있다.
고정판 (113) 및 가압판 (114) 은, 베이스판 (111) 에 대해 평행하게 배치되어 있고, 베이스판 (111) 과 가압판 (114) 사이에 전술한 적층체 (S) 가 배치된다. 적층체 (S) 의 양면에는 가압을 균일하게 하기 위해서 카본 시트 (116) 가 배치 형성된다.
이 가압 장치 (110) 에 의해 가압한 상태로, 가압 장치 (110) 째 도시를 생략한 가열로 내에 설치하고, 예를 들어 850 ℃ 의 납땜 온도로 가열하여 납땜한다.
이 납땜에 있어서는, 납재 중의 활성 금속인 Ti 가 우선적으로 세라믹스 기판 (2, 3) 의 표면에 확산되어 TiN 을 형성하고, Ag-Cu 합금을 개재하여 금속판 (4A ∼ 4E, 5A, 5B) 과 접합한다.
또, 이 납땜시에 금속판 (4A, 4B, 4D, 4E) 의 볼록부 (12) 에 항복점 이상의 하중이 작용하도록, 미리 탄성 지지 수단 (115) 의 탄성력을 설정해 둔다. 터프 피치동의 850 ℃ 부근에서의 항복 응력은 3 ∼ 4 ㎫ 정도인 점에서, 예를 들어 볼록부 (12) 의 외경 (D1) 을 10 ㎜ 로 하면, 850 ℃ 의 고온시에 볼록부 (12) 에 231 N 이상의 하중이 작용하도록, 상온에서의 탄성 지지 수단 (115) 의 탄성력을 설정해 둔다.
이와 같이 탄성력을 설정해 둠으로써, 납땜시에 볼록부 (12) 가 소성 변형되어 눌려 찌부러지면서, 중앙의 금속판 (5A, 5B) 에 접합됨과 함께 이 볼록부 (12) 의 주위의 금속판 (4A ∼ 4E) 의 평면이 세라믹스 기판 (2) 의 표면에 밀접하여, 면방향으로 균일한 접합 상태를 얻을 수 있다.
또, 접합한 후의 상태에 있어서도, 볼록부 (12) 는 부분적으로 확경되지만, 전술한 바와 같이 확경된 상태로 볼록부 (12) 와 관통공 (11) 의 내주면 사이에 간극 (G) 이 형성되는 설정이므로, 볼록부 (12) 가 관통공 (11) 의 내주면으로 압박되는 경우는 없다.
이어서, 2 차 접합에서는, 도 9 에 나타내는 바와 같이 최하단을 구성하는 금속판 (6) 의 납재 (14) 가 첩부된 면 상에 1 차 접합체 (1X) 의 제 2 세라믹스 기판 (3) 을 중첩되도록 적층하고, 전술한 가압 장치 (110) 를 사용하여, 이들을 가압한 상태로 진공 중에서 가열하여 남땝한다. 이 경우의 가압력으로는 예를 들어 0.68 ㎫ (7 ㎏f/㎠), 가열 온도로는 예를 들어 630 ℃ 가 된다.
이와 같이 하여 제조된 파워 모듈용 기판 (1) 은, 도 1 에 쇄선으로 나타내는 바와 같이 최상단의 금속판 (4A ∼ 4E) 의 일부에 전자 부품 (7) 이 탑재되고, 최하단의 금속판 (6) 에 히트 싱크 (8) 가 장착되어 사용에 제공된다. 또, 중단의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 의 제 1 세라믹스 기판 (2) 으로부터의 돌출 단부는 절곡되어 외부 접속용 리드 단자부 (15) 가 된다.
또한, 히트 싱크 (8) 는, 예를 들어 A6063 알루미늄 합금의 압출 성형에 의해 형성된다. 도시예에서는, 지면에 직교하는 방향으로 압출되고, 그 압출 방향을 따라 띠판상으로 스트레이트의 핀 (21) 이 형성된다. 치수적으로 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 가로세로 50 ㎜ 이고 두께 5 ㎜ 의 판상부 (22) 의 편면에, 압출 방향을 따른 두께 4 ㎜, 높이 15 ㎜ 의 스트레이트상의 핀 (21) 이 복수 형성되어 있다. 이 히트 싱크 (8) 는, 금속판 (6) 에 납땜, 나사 고정 등에 의해 고정된다. 또한, 히트 싱크 (8) 를 금속판 (6) 에 납땜하는 경우에는, 납재로서 Al-Si 계 또는 Al-Ge 계의 납재를 사용하고, 가압력으로는 예를 들어 0.68 ㎫ (7 ㎏f/㎠), 가열 온도로는 예를 들어 610 ℃ 에서 납땜하는 것이 가능하다.
이 파워 모듈용 기판 (1) 은, 볼록부 (12) 와 관통공 (11) 의 내주면 사이에 간극 (G) 이 형성되어 있으므로, 사용시의 온도 사이클에 의해 열신축이 반복되어도, 관통공 (11) 의 부분에서의 열응력이 경감되어 접합부의 박리나 세라믹스 기판 (2, 3) 의 균열 등이 방지되어, 파워 모듈용 기판으로서 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.
또, 최상단의 금속판 (4D, 4E) 에 탑재되어 있는 전자 부품 (7) 에서 발생하는 열은, 그 금속판 (4D, 4E) 으로부터 볼록부 (12) 를 경유하여 중앙의 금속판 (5A, 5B) 에도 열전달되는데, 볼록부 (12) 가 전자 부품 (7) 의 바로 아래에 배치되는 경우에는, 금속판 (4D, 4E) 으로부터 볼록부 (12) 를 개재하여 직선적으로 중앙의 금속판 (5A, 5B) 에 열전달되어 신속하게 방열할 수 있다. 이 방열성을 높이기 위해서는, 볼록부 (12) 의 외경 (D1) 은 큰 편이 좋고, 예를 들어 전자 부품 (7) 의 투영 면적보다 큰 횡단면적이면, 볼록부 (12) 의 연장 상에 전자 부품 (7) 을 탑재하면 우수한 방열성을 발휘한다. 또, 파워 모듈로서도 대전류가 흐르므로, 큰 단면적의 볼록부 (12) 의 쪽이 전류 밀도가 작아지므로 바람직하다.
또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이 중앙의 복수의 금속판 (5A, 5B) 에 의해 회로를 분할하여 구성하는 경우, 전술한 특허문헌 2 에 기재된 바와 같이 금속 용탕을 흘려 넣는 방법으로는 제조상의 곤란성이 있지만, 본 발명 방법에서는 중앙의 금속판에 의해 회로를 분할하는 형태도 용이하게 제조할 수 있다. 이 경우, 양 금속판 (5A, 5B) 의 대향 측부 가장자리를 L 자형 등으로 굴곡 상태로 하는 것도 가능하고, 그 형상 외에 중단의 금속판의 장수 등도 임의로 설정할 수 있어, 설계의 자유도가 높아지고, 고집적화에 유리하다.
또, 본 실시형태의 파워 모듈용 기판에 전자 부품을 탑재한 파워 모듈에 있어서, 전자 부품의 고정, 절연 등의 목적으로 수지 몰드에 의해 봉지하는 것도 가능하다.
도 10 은 수지 몰드를 형성한 파워 모듈을 나타내고 있고, 이 파워 모듈 (55) 은 방열층용 금속판 (6) 의 표면을 제외하고, 파워 모듈용 기판 (1) 과 전자 부품 (7) 이 에폭시 수지 등의 수지 몰드 (56) 에 의해 수지 봉지되어 있다. 이로써, 전자 부품 (7) 과 방열층용 금속판 (6) 사이에 적층된 복수의 세라믹스 기판 (2, 3) 및 회로층용 금속판 (4A, 4B, 4D, 4E, 5A, 5B) 및 전자 부품 (7) 의 주위나 간극에 수지가 흘러 들어가 파워 모듈용 기판 (1) 에 수지 몰드 (56) 를 강고하게 유지할 수 있어, 전자 부품 (7) 의 접합성을 양호하게 확보할 수 있다. 전술한 바와 같이 중단의 회로층에는 양 회로층용 금속판 (5A, 5B) 사이에 단부로 개구되는 구멍부 (51) 가 형성되어 있으므로, 이 구멍부 (51) 에도 수지가 들어가 수지 몰드 (56) 를 보다 강고하게 유지할 수 있다.
도 11 은 히트 싱크를 장착한 상태의 히트 싱크가 부착된 파워 모듈에 수지 몰드를 형성한 실시형태를 나타내고 있다. 이 히트 싱크가 부착된 파워 모듈 (61) 에 있어서는, 수지 몰드 (62) 는, 전자 부품 (7) 및 파워 모듈용 기판 (1) 을 일체로 덮음과 함께, 히트 싱크 (8) 의 일부, 구체적으로는 방열층용 금속판 (6) 에 접합되어 있는 히트 싱크 (8) 의 천판 부분을 덮도록 형성되어 있다.
히트 싱크 (8) 와의 접합 부분도 수지 몰드 (62) 에 의해 덮이므로, 전체로서 강고하게 일체화된다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어 2 차 접합에서는, 최하단을 구성하는 방열층용 금속판 (6) 의 편면에 증착 등에 의해 두께 0.4 ㎛ 정도의 구리층을 형성해 두고, 그 위에 1 차 접합체 (1X) 의 제 2 세라믹스 기판 (3) 을 적층하고, 이들을 과도 액상 접합법 (Transient Liquid Phase Diffusion Bonding) 에 의해 접합해도 된다.
이 과도 액상 접합법에 있어서는, 금속판 (6) 의 표면에 증착시킨 구리층이 금속판 (6) 과 세라믹스 기판 (3) 의 계면에 개재되어 있고, 가열에 의해 그 구리가 먼저 금속판 (6) 의 알루미늄 중에 확산되고, 그 금속판 (6) 의 구리층 근방의 구리 농도가 상승하여 융점이 저하되고, 이로써, 알루미늄과 구리의 공정역에서 접합 계면에 금속 액상이 형성된다. 이 금속 액상이 형성된 상태로 온도를 일정하게 유지해 두면, 금속 액상이 세라믹스 기판 (3) 과 일정 온도에서 일정 시간 접촉하여 반응함과 함께, 구리가 더욱 알루미늄 중에 확산됨에 수반하여, 금속 액상 중의 구리 농도가 서서히 저하되어 융점이 상승하게 되어, 온도를 일정하게 유지한 상태로 응고가 진행되어 간다. 이로써 금속판 (6) 과 세라믹스 기판 (3) 의 강고한 접합이 얻어지고, 응고가 진행된 후에 상온까지 냉각시킨다. 그 때의 가압력으로는 98 kPa (1 ㎏f/㎠) ∼ 3.4 ㎫ (35 ㎏f/㎠) 가 되고, 10-3 ∼ 10-6 ㎩ 의 진공 중에서, 600 ℃ 에서 0.5 시간 가열된다.
또, 이 과도 액상 접합법을 사용하여, 세라믹스 기판 (3) 과 금속판 (6) 의 접합과, 금속판 (6) 과 히트 싱크 (8) 의 접합을 동시에 실시하는 것도 가능하다.
또한, 금속판에 볼록부를 일체로 형성한 실시형태로서 설명했지만, 도 12 에 나타내는 바와 같이 기둥상의 금속 부재 (31) 를 금속판 (4, 5) 과는 별도로 형성해 두고, 세라믹스 기판 (2) 의 관통공 (11) 내에 금속 부재 (31) 를 배치하고, 그 양 단면을 양 금속판 (4, 5) 에 접합시키는 것으로 해도 된다. 이 경우에는, 금속 부재 (31) 의 양 단면에 접합부 (P) 가 형성된다.
또한, 도 13 에 나타내는 바와 같이 양 금속판 (4, 5) 에 각각 볼록부 (금속 부재) (12A, 12B) 를 형성해 두고, 세라믹스 기판 (2) 의 관통공 (11) 의 길이의 도중 위치에서 접합되는 구성으로 해도 된다. 이 경우에는, 관통공 (11) 의 도중 위치에 접합부 (P) 가 형성된다.
또, 이 금속 부재는 원기둥상이 아니라 횡단면 다각형의 기둥상으로 형성하고, 관통공도 동일한 다각형으로 함으로써, 관통공 내에서 금속 부재를 회전 정지하는 것이 가능해져, 다층 구조로 하는 경우의 금속판의 위치 결정을 용이하게 할 수 있다.
또, 각 실시형태에서는 세라믹스 기판을 2 장으로, 금속판을 3 층 구조로 했지만, 이것에 한정되지 않고 세라믹스 기판을 3 장 이상으로 하여 금속판을 적층해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 관통공 (11) 을 갖는 제 1 세라믹스 기판 (2) 은, 세라믹스의 소성 전의 그린 시트에 프레스 가공에 의해 관통공을 형성한 후에 소성함으로써 얻었지만, 소성 후의 세라믹에 레이저 가공 등에 의해 관통공 (11) 을 형성해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 중단의 회로층용 금속판 (5A, 5B) 을 도 3 에 나타내는 바와 같이 가늘고 긴 띠판상으로 형성했지만, 도 14 에 나타내는 바와 같이 평면에서 봤을 때 L 자상으로 굴곡 성형할 수도 있고, 그 굴곡 부분을 대치시키도록 하여 나열함으로써, 굴곡하는 구멍 (51) 을 형성할 수도 있다. 또, 중단의 회로층의 단부로 개구되는 구멍 (51) 은, 회로층의 일방의 단부로부터 타방의 단부로 관통하는 구성에 한정되는 것이 아니고, 도 15 에 나타내는 바와 같이 1 장의 회로층용 금속판 (5) 의 단부에 절결된 구멍 (51) 으로 할 수도 있다. 이 경우에도, 수지가 구멍 (51) 에 들어가 경화됨으로써, 파워 모듈용 기판에 수지 몰드를 강고하게 유지할 수 있다.
또한, 히트 싱크도 실시형태와 같은 압출 가공에 의한 스트레이트 핀이 부착된 형상 이외에, 단조 등에 의해 형성한 핀상 핀을 갖는 것, 방열판으로 불리는 판상의 것으로 해도 되고, 본 발명에서는 이들 여러 가지의 타입의 것을 합쳐서 히트 싱크로 정의한다.
산업상 이용가능성
본 발명은 대전류, 고전압을 제어하는 반도체 장치에 사용되고, 다층화함으로써 고집적화에 대응할 수 있는 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈에 적용할 수 있다.
1 : 파워 모듈용 기판
1X : 1 차 접합체
2 : 제 1 세라믹스 기판
3 : 제 2 세라믹스 기판
4A ∼ 4E : 회로층용 금속판 (상단의 회로층)
5, 5A, 5B : 회로층용 금속판 (중단의 회로층)
6 : 방열층용 금속판
7 : 전자 부품
8 : 히트 싱크
11 : 관통공
12 : 볼록부 (금속 부재)
13, 14 : 납재
15 : 외부 접속용 리드 단자부
21 : 핀
22 : 판상부
31 : 금속 부재
51 : 구멍부
51a : 개구부
55 : 파워 모듈
56 : 수지 몰드
61 : 히트 싱크가 부착된 파워 모듈
62 : 수지 몰드
110 : 가압 장치
G : 간극
P : 접합부
S : 적층체

Claims (8)

  1. 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 복수의 회로층용 금속판이 제 1 세라믹스 기판을 개재하여 적층 상태로 접합됨과 함께, 상기 제 1 세라믹스 기판에 형성한 관통공 내에 그 제 1 세라믹스 기판의 양면에 배치되는 양 회로층용 금속판을 접속 상태로 하는 금속 부재가 삽입되고, 상기 적층 상태의 회로층용 금속판의 일방측의 면에 제 2 세라믹스 기판이 접합되고, 그 제 2 세라믹스 기판의 상기 회로층용 금속판과는 반대측의 면에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 방열층용 금속판이 접합되어 있고,
    상기 복수의 회로층용 금속판, 상기 제 1 세라믹스 기판 및 상기 제 2 세라믹스 기판은 납땜 접합부를 통해 접합되고,
    상기 금속 부재는 상기 복수의 회로층용 금속판 중 적어도 하나와 일체로 형성되는 볼록부를 포함하고,
    상기 볼록부가 상기 관통공에 삽입되어, 상기 볼록부의 선단부의 납땜 접합부를 통해 상기 복수의 회로층용 금속판이 접속 상태가 되는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스 기판과 제 2 세라믹스 기판 사이에 배치되는 중단의 회로층용 금속판에, 상기 제 1 세라믹스 기판보다 외방으로 돌출되는 외부 접속용 리드 단자부가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 세라믹스 기판에 상기 제 1 세라믹스 기판보다 외방으로 돌출되는 돌출부가 형성됨과 함께, 상기 리드 단자부의 적어도 일부가 상기 제 2 세라믹스 기판의 돌출부 상에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스 기판과 상기 제 2 세라믹스 기판 사이에 형성되는 중단의 회로층에, 그 중단의 회로층의 단부로 개구되는 구멍부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스 기판과 상기 제 2 세라믹스 기판 사이에 형성되는 중단의 회로층에, 그 중단의 회로층의 단부로 개구되는 구멍부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 세라믹스 기판과 상기 제 2 세라믹스 기판 사이에 형성되는 중단의 회로층에, 그 중단의 회로층의 단부로 개구되는 구멍부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈용 기판.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 파워 모듈용 기판과, 상기 제 1 세라믹스 기판 상에 배치되는 상기 회로층용 금속판 상에 접합된 전자 부품을 구비하고, 상기 방열층용 금속판의 표면을 제외하고, 상기 파워 모듈용 기판 및 상기 전자 부품이 수지 몰드에 의해 봉지되어 있는 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 파워 모듈용 기판과, 상기 파워 모듈용 기판의 상기 방열층용 금속판에 접합된 히트 싱크와, 상기 제 1 세라믹스 기판 상에 배치되는 상기 회로층용 금속판 상에 접합된 전자 부품을 구비하고, 상기 파워 모듈용 기판 및 상기 전자 부품이 수지 몰드에 의해 봉지되어 있음과 함께, 상기 히트 싱크의 일부가 상기 수지 몰드에 덮여 있는 것을 특징으로 하는 히트 싱크가 부착된 파워 모듈.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5716972B2 (ja) * 2013-02-05 2015-05-13 株式会社デンソー 電子部品の放熱構造およびその製造方法
JP6139329B2 (ja) * 2013-08-16 2017-05-31 日本碍子株式会社 セラミック回路基板及び電子デバイス
WO2015029186A1 (ja) * 2013-08-29 2015-03-05 三菱電機株式会社 半導体モジュール、半導体装置、及び自動車
JP6341822B2 (ja) * 2014-09-26 2018-06-13 三菱電機株式会社 半導体装置
CN107078100B (zh) * 2014-10-29 2019-04-23 日立汽车系统株式会社 电子设备及电子设备的制造方法
CN105742252B (zh) * 2014-12-09 2019-05-07 台达电子工业股份有限公司 一种功率模块及其制造方法
JP6524809B2 (ja) * 2015-06-10 2019-06-05 富士電機株式会社 半導体装置
DE102015216047A1 (de) * 2015-08-21 2017-02-23 Continental Automotive Gmbh Schaltungsträger, Leistungselektronikanordnung mit einem Schaltungsträger
JP6638282B2 (ja) * 2015-09-25 2020-01-29 三菱マテリアル株式会社 冷却器付き発光モジュールおよび冷却器付き発光モジュールの製造方法
WO2017060224A1 (de) * 2015-10-07 2017-04-13 Ceramtec Gmbh Zweiseitig gekühlter schaltkreis
CN205282468U (zh) * 2015-11-30 2016-06-01 比亚迪股份有限公司 Igbt散热模组以及具有其的igbt模组
TWI575679B (zh) * 2015-12-10 2017-03-21 財團法人工業技術研究院 功率模組及其製造方法
KR101652904B1 (ko) * 2016-01-14 2016-08-31 주식회사 엠디엠 전력반도체 모듈 패키지와 pcb의 방열을 위한 대전력 다층 pcb 및 그 제조 방법
JP2017135262A (ja) * 2016-01-28 2017-08-03 株式会社村田製作所 半導体モジュール
CN105552049A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 南京银茂微电子制造有限公司 功率模块的一体化液冷散热装置及其使用的底板
CN110100293B (zh) * 2016-12-15 2021-08-31 阿莫绿色技术有限公司 功率继电器组件
DE102016125348B4 (de) 2016-12-22 2020-06-25 Rogers Germany Gmbh Trägersubstrat für elektrische Bauteile und Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats
CN107369741A (zh) * 2017-07-13 2017-11-21 东莞市凯昶德电子科技股份有限公司 带一体式金属围坝的led支架模组及其制备方法
CN109309065B (zh) * 2017-07-27 2023-05-05 比亚迪股份有限公司 一种散热元件及其制备方法和igbt模组
CN107768340B (zh) * 2017-09-14 2019-12-06 株洲中车时代电气股份有限公司 一种功率模块陶瓷衬板
JP7200705B2 (ja) * 2019-01-31 2023-01-10 セイコーエプソン株式会社 振動デバイス、振動デバイスの製造方法、振動モジュール、電子機器および移動体
CN111081662A (zh) * 2019-12-30 2020-04-28 珠海零边界集成电路有限公司 一种芯片模块、电子模组及制备方法
WO2021241950A1 (ko) * 2020-05-27 2021-12-02 주식회사 아모센스 파워모듈
EP3923321A1 (de) * 2020-06-08 2021-12-15 CeramTec GmbH Modul mit anschlusslaschen für zuleitungen
WO2022005097A1 (ko) * 2020-07-01 2022-01-06 주식회사 아모센스 파워모듈 및 이에 포함되는 세라믹기판 제조방법
WO2022058426A1 (en) * 2020-09-17 2022-03-24 Hitachi Energy Switzerland Ag Power module and method for producing a power module
WO2024053837A1 (ko) * 2022-09-05 2024-03-14 삼성전자주식회사 방열판을 포함하는 전자 장치 및 제조 방법
KR20240038268A (ko) * 2022-09-16 2024-03-25 주식회사 아모그린텍 히트싱크 일체형 파워모듈용 기판 및 그 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007281498A (ja) 2007-05-28 2007-10-25 Hitachi Metals Ltd 半導体パワーモジュール
JP2008124430A (ja) * 2006-10-18 2008-05-29 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3538933A1 (de) * 1985-11-02 1987-05-14 Bbc Brown Boveri & Cie Leistungshalbleitermodul
JPS63252456A (ja) * 1987-04-08 1988-10-19 Nec Corp 多層セラミツク基板構造体とその製造方法
JPH0430497A (ja) * 1990-05-25 1992-02-03 Fujitsu Ltd プリント配線板ユニット
JPH05251602A (ja) * 1991-06-18 1993-09-28 Oki Electric Ind Co Ltd ハイブリッドｉｃの製造方法
DE4318061C2 (de) * 1993-06-01 1998-06-10 Schulz Harder Juergen Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
JPH08139480A (ja) 1994-11-08 1996-05-31 Mitsubishi Materials Corp ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板
DE4444680A1 (de) * 1994-12-15 1996-06-27 Schulz Harder Juergen Mehrfachsubstrat für elektrische Bauelemente, insbesondere für Leistungs-Bauelemente
JP2939444B2 (ja) 1996-09-18 1999-08-25 株式会社東芝 多層窒化けい素回路基板
DE19749987B4 (de) * 1997-07-11 2008-09-25 Curamik Electronics Gmbh Gehäuse für Halbleiterbauelemente, insbesondere für Leistungshalbleiterbauelemente
DE19729677B4 (de) 1997-07-11 2006-05-18 Curamik Electronics Gmbh Gehäuse für Halbleiterbauelemente, insbesondere für Leistungshalbleiterbauelemente
JPH11340600A (ja) 1998-05-22 1999-12-10 Toshiba Corp セラミックス回路基板
US6404065B1 (en) * 1998-07-31 2002-06-11 I-Xys Corporation Electrically isolated power semiconductor package
US6117797A (en) * 1998-09-03 2000-09-12 Micron Technology, Inc. Attachment method for heat sinks and devices involving removal of misplaced encapsulant
JP3445511B2 (ja) * 1998-12-10 2003-09-08 株式会社東芝 絶縁基板、その製造方法およびそれを用いた半導体装置
JP2002076214A (ja) 2000-08-28 2002-03-15 Toshiba Corp 絶縁基板、その製造方法、およびそれを用いた半導体装置
JP4646417B2 (ja) 2001-02-21 2011-03-09 京セラ株式会社 セラミック回路基板
JP2002329939A (ja) * 2001-05-01 2002-11-15 Daisho Denshi:Kk 配線基板
KR100723454B1 (ko) * 2004-08-21 2007-05-30 페어차일드코리아반도체 주식회사 높은 열 방출 능력을 구비한 전력용 모듈 패키지 및 그제조방법
JP4360847B2 (ja) * 2003-06-30 2009-11-11 日本特殊陶業株式会社 セラミック回路基板、放熱モジュール、および半導体装置
DE102004033933B4 (de) * 2004-07-08 2009-11-05 Electrovac Ag Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
JP4311303B2 (ja) 2004-08-17 2009-08-12 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法
JP4565249B2 (ja) 2004-08-26 2010-10-20 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属−セラミックス接合基板およびその製造方法
US8154114B2 (en) 2007-08-06 2012-04-10 Infineon Technologies Ag Power semiconductor module
JP5115318B2 (ja) * 2007-09-14 2013-01-09 日産自動車株式会社 半導体装置
KR101463075B1 (ko) * 2008-02-04 2014-11-20 페어차일드코리아반도체 주식회사 히트 싱크 패키지
KR101493866B1 (ko) * 2008-02-28 2015-02-16 페어차일드코리아반도체 주식회사 전력 소자 패키지 및 그 제조 방법
KR101524544B1 (ko) * 2008-03-28 2015-06-02 페어차일드코리아반도체 주식회사 펠티어 효과를 이용한 열전기 모듈을 포함하는 전력 소자패키지 및 그 제조 방법
JP4567773B2 (ja) * 2008-07-18 2010-10-20 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP4634497B2 (ja) * 2008-11-25 2011-02-16 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール
JP4634498B2 (ja) * 2008-11-28 2011-02-16 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール
JP5012772B2 (ja) * 2008-11-28 2012-08-29 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
DE102009002519A1 (de) * 2009-04-21 2010-10-28 Robert Bosch Gmbh Gekapselte Schaltungsvorrichtung für Substrate mit Absorptionsschicht sowie Verfahren zu Herstellung derselben
JP5018909B2 (ja) * 2009-06-30 2012-09-05 株式会社デンソー 半導体装置
KR101022906B1 (ko) * 2009-07-20 2011-03-16 삼성전기주식회사 전력반도체 모듈 및 그 제조방법
JP5345017B2 (ja) * 2009-08-27 2013-11-20 三菱電機株式会社 電力用半導体装置とその製造方法
JP5380242B2 (ja) 2009-10-20 2014-01-08 フリージア・マクロス株式会社 電子部品搭載用基板の製造方法及び電子部品搭載用基板
JP5648290B2 (ja) * 2010-01-28 2015-01-07 株式会社デンソー 電子装置およびその製造方法
JP2011253950A (ja) * 2010-06-02 2011-12-15 Mitsubishi Electric Corp 電力半導体装置
JP5383621B2 (ja) * 2010-10-20 2014-01-08 三菱電機株式会社 パワー半導体装置
JP5707896B2 (ja) * 2010-11-24 2015-04-30 三菱マテリアル株式会社 ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
KR101343140B1 (ko) * 2010-12-24 2013-12-19 삼성전기주식회사 3ｄ 파워모듈 패키지
JP5821389B2 (ja) * 2011-04-20 2015-11-24 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール用基板
EP2728616B1 (en) * 2011-06-29 2018-07-18 NGK Insulators, Ltd. Circuit board for peripheral circuit in high-capacity module and high-capacity module including peripheral circuit using circuit board
KR101255946B1 (ko) * 2011-09-16 2013-04-23 삼성전기주식회사 전력 모듈 패키지
KR20130047362A (ko) * 2011-10-31 2013-05-08 삼성전기주식회사 전력 모듈 패키지
JP6060553B2 (ja) * 2012-04-06 2017-01-18 株式会社豊田自動織機 半導体装置
US8604610B1 (en) * 2012-06-13 2013-12-10 Fairchild Semiconductor Corporation Flexible power module semiconductor packages
DE102012112738A1 (de) * 2012-12-20 2014-06-26 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektronikmodul mit einer mit Kunststoff umhüllten elektronische Schaltung und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2015029186A1 (ja) * 2013-08-29 2015-03-05 三菱電機株式会社 半導体モジュール、半導体装置、及び自動車

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008124430A (ja) * 2006-10-18 2008-05-29 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
JP2007281498A (ja) 2007-05-28 2007-10-25 Hitachi Metals Ltd 半導体パワーモジュール

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US20150223317A1 (en) 2015-08-06

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