JP2001135753A - 半導体モジュール用基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体モジュール用基板及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体チップの搭載部分において、優れた伝
熱、放熱特性を有し、熱応力に起因するクラック等の発
生を防止することができる半導体モジュール用基板を提
供すること。 【解決手段】 半導体チップ７を搭載するための半導体
モジュール用基板において、ヒートシンク２と、ヒート
シンク２上に溶射法により形成された絶縁層４と、ヒー
トシンク２と絶縁層４との界面部分に、溶射法により形
成されたヒートシンク材料と絶縁体材料との混合層３と
を備え、混合層３の成分比率が、ヒートシンク２に近い
部分はヒートシンク材料が高く、絶縁層４に近い部分は
絶縁体材料が高くなるようにする。
熱、放熱特性を有し、熱応力に起因するクラック等の発
生を防止することができる半導体モジュール用基板を提
供すること。 【解決手段】 半導体チップ７を搭載するための半導体
モジュール用基板において、ヒートシンク２と、ヒート
シンク２上に溶射法により形成された絶縁層４と、ヒー
トシンク２と絶縁層４との界面部分に、溶射法により形
成されたヒートシンク材料と絶縁体材料との混合層３と
を備え、混合層３の成分比率が、ヒートシンク２に近い
部分はヒートシンク材料が高く、絶縁層４に近い部分は
絶縁体材料が高くなるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体モジュール用
基板及びその製造方法に関し、特に大量の熱を発する半
導体チップを搭載するためのパワーモジュール用基板等
の半導体モジュール用基板及びその製造方法に関する。
基板及びその製造方法に関し、特に大量の熱を発する半
導体チップを搭載するためのパワーモジュール用基板等
の半導体モジュール用基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種半導体モジュール用基板と
しては、例えば図４、図５に示すようなパワーモジュー
ル用基板が知られている。図４に示したパワーモジュー
ル用基板１１は、セラミック基板からなる絶縁基板１４
の上面にろう材１５を介して配線金属板１６が張り合わ
せられる一方、絶縁基板１４の下面にろう材１３を介し
てヒートシンク１２が接合された構造を有している。
しては、例えば図４、図５に示すようなパワーモジュー
ル用基板が知られている。図４に示したパワーモジュー
ル用基板１１は、セラミック基板からなる絶縁基板１４
の上面にろう材１５を介して配線金属板１６が張り合わ
せられる一方、絶縁基板１４の下面にろう材１３を介し
てヒートシンク１２が接合された構造を有している。
【０００３】また図５に示したパワーモジュール用基板
２１は、ヒートシンク２２上にろう材２３を介して、セ
ラミック基板からなる絶縁基板２５が接合され、この絶
縁基板２５上にさらに配線金属板２６がＤＢＣ（Direct
Bonding Copper ）法によって直接接合されたＤＢＣ基
板２４が接合された構造を有している。
２１は、ヒートシンク２２上にろう材２３を介して、セ
ラミック基板からなる絶縁基板２５が接合され、この絶
縁基板２５上にさらに配線金属板２６がＤＢＣ（Direct
Bonding Copper ）法によって直接接合されたＤＢＣ基
板２４が接合された構造を有している。
【０００４】このようなパワーモジュール用基板１１
（２１）では、配線金属板１６（２６）上に半導体チッ
プ７が搭載され、半導体チップ７上面に形成されたパッ
ド電極（図示略）と配線金属板１６（２６）のパッド電
極部１６ａ（２６ａ）とがワイヤー１８（２８）にてボ
ンディングされるようになっている。
（２１）では、配線金属板１６（２６）上に半導体チッ
プ７が搭載され、半導体チップ７上面に形成されたパッ
ド電極（図示略）と配線金属板１６（２６）のパッド電
極部１６ａ（２６ａ）とがワイヤー１８（２８）にてボ
ンディングされるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体モジュール用基
板は、特にパワーモジュール用基板として用いられる場
合、搭載する半導体チップ７が大電流の通流によって大
量の熱を発することから優れた放熱特性を有しているこ
とが要求される。このため、半導体チップ７とヒートシ
ンク１２（２２）との間に位置することになる絶縁基板
１４（２５）についても優れた放熱特性を有すること、
つまり高い熱伝導率を有することが要求される。
板は、特にパワーモジュール用基板として用いられる場
合、搭載する半導体チップ７が大電流の通流によって大
量の熱を発することから優れた放熱特性を有しているこ
とが要求される。このため、半導体チップ７とヒートシ
ンク１２（２２）との間に位置することになる絶縁基板
１４（２５）についても優れた放熱特性を有すること、
つまり高い熱伝導率を有することが要求される。
【０００６】また、パワーモジュール用基板等の半導体
モジュール用基板では、搭載された半導体チップの動作
／休止による周期的な温度変化（温度サイクル）によっ
て、構成要素間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が生
じるが、この熱応力が過大である場合、絶縁基板や半導
体チップにクラック等が生じてしまい信頼性が低下する
ことがある。そのため構成要素間の熱膨張率を整合させ
て熱応力の緩和を図ることが重要となる。
モジュール用基板では、搭載された半導体チップの動作
／休止による周期的な温度変化（温度サイクル）によっ
て、構成要素間の熱膨張係数の差に起因する熱応力が生
じるが、この熱応力が過大である場合、絶縁基板や半導
体チップにクラック等が生じてしまい信頼性が低下する
ことがある。そのため構成要素間の熱膨張率を整合させ
て熱応力の緩和を図ることが重要となる。
【０００７】しかしながら、例えば放熱特性の高いヒー
トシンク（Ｃｕ：熱膨張係数１７．７×１０-6／Ｋ）と
絶縁基板（ＡｌＮ：熱膨張係数４．５×１０-6／Ｋ）と
を接合する場合、これら材料間の熱膨張差は大きく、界
面にハガレが生じたり、材料にクラックが生じてしまい
信頼性が低下することがある。
トシンク（Ｃｕ：熱膨張係数１７．７×１０-6／Ｋ）と
絶縁基板（ＡｌＮ：熱膨張係数４．５×１０-6／Ｋ）と
を接合する場合、これら材料間の熱膨張差は大きく、界
面にハガレが生じたり、材料にクラックが生じてしまい
信頼性が低下することがある。
【０００８】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
って、放熱特性に優れ、熱応力に起因するクラック等の
発生を防止することができる半導体モジュール用基板及
びその製造方法を提供することを目的としている。
って、放熱特性に優れ、熱応力に起因するクラック等の
発生を防止することができる半導体モジュール用基板及
びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記目的を
達成するために本発明に係る半導体モジュール用基板
（１）は、半導体チップを搭載するための半導体モジュ
ール用基板において、ヒートシンクと、該ヒートシンク
上に溶射法により形成された絶縁層と、前記ヒートシン
クと前記絶縁層との界面部分に、溶射法により形成され
たヒートシンク材料と絶縁体材料との混合層とを備え、
該混合層の成分比率が、前記ヒートシンクに近い部分は
前記ヒートシンク材料が高く、前記絶縁層に近い部分は
前記絶縁体材料が高くなっていることを特徴としてい
る。
達成するために本発明に係る半導体モジュール用基板
（１）は、半導体チップを搭載するための半導体モジュ
ール用基板において、ヒートシンクと、該ヒートシンク
上に溶射法により形成された絶縁層と、前記ヒートシン
クと前記絶縁層との界面部分に、溶射法により形成され
たヒートシンク材料と絶縁体材料との混合層とを備え、
該混合層の成分比率が、前記ヒートシンクに近い部分は
前記ヒートシンク材料が高く、前記絶縁層に近い部分は
前記絶縁体材料が高くなっていることを特徴としてい
る。
【００１０】上記した半導体モジュール用基板（１）に
よれば、前記ヒートシンクと前記絶縁層との間に、層厚
方向に前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材料との成分
比率を変化させた傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応
力緩和層が介在されているので、前記ヒートシンクと前
記絶縁層との熱膨張係数の差に起因する熱応力が緩和さ
れ、前記絶縁層におけるクラック等の発生を防止するこ
とができる。
よれば、前記ヒートシンクと前記絶縁層との間に、層厚
方向に前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材料との成分
比率を変化させた傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応
力緩和層が介在されているので、前記ヒートシンクと前
記絶縁層との熱膨張係数の差に起因する熱応力が緩和さ
れ、前記絶縁層におけるクラック等の発生を防止するこ
とができる。
【００１１】また、本発明に係る半導体モジュール用基
板（２）は、上記半導体モジュール用基板（１）におい
て、前記絶縁層上に溶射法により形成された金属層と、
前記絶縁層と前記金属層との界面部分に、溶射法により
形成された絶縁体材料と金属材料との混合層とを備え、
該混合層の成分比率が、前記絶縁層に近い部分は前記絶
縁体材料が高く、前記金属層に近い部分は前記金属材料
が高くなっていることを特徴としている。
板（２）は、上記半導体モジュール用基板（１）におい
て、前記絶縁層上に溶射法により形成された金属層と、
前記絶縁層と前記金属層との界面部分に、溶射法により
形成された絶縁体材料と金属材料との混合層とを備え、
該混合層の成分比率が、前記絶縁層に近い部分は前記絶
縁体材料が高く、前記金属層に近い部分は前記金属材料
が高くなっていることを特徴としている。
【００１２】上記した半導体モジュール用基板（２）に
よれば、前記絶縁層と前記金属層との間に、層厚方向に
前記絶縁体材料と前記金属材料との成分比率を変化させ
た傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応力緩和層が介在
されているので、前記絶縁層と前記金属層との熱膨張係
数の差に起因する熱応力が緩和され、前記絶縁層におけ
るクラック等の発生を防止することができる。
よれば、前記絶縁層と前記金属層との間に、層厚方向に
前記絶縁体材料と前記金属材料との成分比率を変化させ
た傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応力緩和層が介在
されているので、前記絶縁層と前記金属層との熱膨張係
数の差に起因する熱応力が緩和され、前記絶縁層におけ
るクラック等の発生を防止することができる。
【００１３】また、本発明に係る半導体モジュール用基
板の製造方法（１）は、半導体チップを搭載するための
半導体モジュール用基板の製造方法において、ヒートシ
ンク上にヒートシンク材料と絶縁体材料との混合溶射を
行うことにより、前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材
料との混合層を形成する工程と、前記混合層上に絶縁体
材料の溶射を行うことによって、絶縁層を形成する工程
とを含み、前記混合溶射により前記混合層を形成するに
あたって、前記ヒートシンクに近い部分では前記ヒート
シンク材料の供給比率を高くし、その上に形成される前
記絶縁層に近くなる部分では前記絶縁体材料の供給比率
を高くしていくことを特徴としている。
板の製造方法（１）は、半導体チップを搭載するための
半導体モジュール用基板の製造方法において、ヒートシ
ンク上にヒートシンク材料と絶縁体材料との混合溶射を
行うことにより、前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材
料との混合層を形成する工程と、前記混合層上に絶縁体
材料の溶射を行うことによって、絶縁層を形成する工程
とを含み、前記混合溶射により前記混合層を形成するに
あたって、前記ヒートシンクに近い部分では前記ヒート
シンク材料の供給比率を高くし、その上に形成される前
記絶縁層に近くなる部分では前記絶縁体材料の供給比率
を高くしていくことを特徴としている。
【００１４】上記した半導体モジュール用基板の製造方
法（１）によれば、前記ヒートシンクと前記絶縁層との
間に、層厚方向に前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材
料との成分比率を変化させた傾斜構造の前記混合層、す
なわち熱応力緩和層が介在された半導体モジュール用基
板を作製することができる。よって、前記ヒートシンク
と前記絶縁層との熱膨張係数の差に起因する熱応力が緩
和され、前記絶縁層におけるクラック等の発生を防止す
ることができる半導体モジュール用基板を実現すること
ができる。
法（１）によれば、前記ヒートシンクと前記絶縁層との
間に、層厚方向に前記ヒートシンク材料と前記絶縁体材
料との成分比率を変化させた傾斜構造の前記混合層、す
なわち熱応力緩和層が介在された半導体モジュール用基
板を作製することができる。よって、前記ヒートシンク
と前記絶縁層との熱膨張係数の差に起因する熱応力が緩
和され、前記絶縁層におけるクラック等の発生を防止す
ることができる半導体モジュール用基板を実現すること
ができる。
【００１５】また、本発明に係る半導体モジュール用基
板の製造方法（２）は、上記半導体モジュール用基板の
製造方法（１）において、前記絶縁層上に絶縁体材料と
金属材料との混合溶射を行うことにより、前記絶縁体材
料と前記金属材料との混合層を形成する工程と、前記混
合層上に金属材料の溶射を行うことによって、金属層を
形成する工程とを含み、前記混合溶射により前記混合層
を形成するにあたって、前記絶縁層に近い部分では前記
絶縁体材料の供給比率を高くし、その上に形成される前
記金属層に近くなる部分では前記金属材料の供給比率を
高くしていくことを特徴としている。
板の製造方法（２）は、上記半導体モジュール用基板の
製造方法（１）において、前記絶縁層上に絶縁体材料と
金属材料との混合溶射を行うことにより、前記絶縁体材
料と前記金属材料との混合層を形成する工程と、前記混
合層上に金属材料の溶射を行うことによって、金属層を
形成する工程とを含み、前記混合溶射により前記混合層
を形成するにあたって、前記絶縁層に近い部分では前記
絶縁体材料の供給比率を高くし、その上に形成される前
記金属層に近くなる部分では前記金属材料の供給比率を
高くしていくことを特徴としている。
【００１６】上記した半導体モジュール用基板の製造方
法（２）によれば、前記絶縁層と前記金属層との間に、
層厚方向に前記絶縁体材料と前記金属材料との成分比率
を変化させた傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応力緩
和層が介在された半導体モジュール用基板を作製するこ
とができる。よって、前記絶縁層と前記金属層との熱膨
張係数の差に起因する熱応力が緩和され、前記絶縁層に
おけるクラック等の発生を防止することができる半導体
モジュール用基板を実現することができる。
法（２）によれば、前記絶縁層と前記金属層との間に、
層厚方向に前記絶縁体材料と前記金属材料との成分比率
を変化させた傾斜構造の前記混合層、すなわち熱応力緩
和層が介在された半導体モジュール用基板を作製するこ
とができる。よって、前記絶縁層と前記金属層との熱膨
張係数の差に起因する熱応力が緩和され、前記絶縁層に
おけるクラック等の発生を防止することができる半導体
モジュール用基板を実現することができる。
【００１７】また、本発明に係る半導体モジュール用基
板の製造方法（３）は、上記半導体モジュール用基板の
製造方法（２）において、前記絶縁層を配線パターンを
有するマスクで被覆した後、前記絶縁体材料と前記金属
材料との混合溶射を行うことにより、前記混合層を形成
し、次に該混合層上に前記金属材料の溶射を行うことに
より、配線パターンとなる金属層を形成することを特徴
としている。
板の製造方法（３）は、上記半導体モジュール用基板の
製造方法（２）において、前記絶縁層を配線パターンを
有するマスクで被覆した後、前記絶縁体材料と前記金属
材料との混合溶射を行うことにより、前記混合層を形成
し、次に該混合層上に前記金属材料の溶射を行うことに
より、配線パターンとなる金属層を形成することを特徴
としている。
【００１８】上記した半導体モジュール用基板の製造方
法（３）によれば、前記絶縁層を配線パターンを有する
マスクで被覆した後、前記絶縁体材料と前記金属材料と
の混合溶射を行うことにより、前記混合層を形成し、次
に該混合層上に前記金属材料の溶射を行うため、前記絶
縁層と同様の方法により配線パターンとなる金属層が形
成され、半導体モジュール用基板の作製工程の簡略化を
図ることができる。
法（３）によれば、前記絶縁層を配線パターンを有する
マスクで被覆した後、前記絶縁体材料と前記金属材料と
の混合溶射を行うことにより、前記混合層を形成し、次
に該混合層上に前記金属材料の溶射を行うため、前記絶
縁層と同様の方法により配線パターンとなる金属層が形
成され、半導体モジュール用基板の作製工程の簡略化を
図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体モジュ
ール用基板及びその製造方法の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は実施の形態に係るパワーモジュー
ル用基板としての半導体モジュール用基板を示す側断面
図である。
ール用基板及びその製造方法の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は実施の形態に係るパワーモジュー
ル用基板としての半導体モジュール用基板を示す側断面
図である。
【００２０】図１に示したように実施の形態（１）に係
る半導体モジュール用基板１では、ヒートシンク２の上
に、溶射法により形成されたヒートシンク材料と絶縁体
材料との混合層３を介在して、絶縁層４が設けられてい
る。ヒートシンク２は、例えばＣｕ材、Ａｌ材、Ｍｏ
材、Ｗ材、Ｃｕ−Ｍｏ混合材、Ｃｕ−Ｗ混合材等といっ
た高い熱伝導率を有する材料で構成されている。
る半導体モジュール用基板１では、ヒートシンク２の上
に、溶射法により形成されたヒートシンク材料と絶縁体
材料との混合層３を介在して、絶縁層４が設けられてい
る。ヒートシンク２は、例えばＣｕ材、Ａｌ材、Ｍｏ
材、Ｗ材、Ｃｕ−Ｍｏ混合材、Ｃｕ−Ｗ混合材等といっ
た高い熱伝導率を有する材料で構成されている。
【００２１】絶縁層４は、例えばＡｌＮ材やＡｌ2 Ｏ3
材等のセラミック粉末の溶射により、その膜厚が０．３
〜２．０ｍｍ程度となるように形成されている。また混
合層３は、層厚方向に前記ヒートシンク材料（Ｃｕ材、
Ａｌ材等）と前記絶縁体材料（ＡｌＮ材、Ａｌ2 Ｏ3 材
等）との成分比率を変化させた傾斜構造（層厚：０．０
５〜０．５ｍｍ程度）となるように形成され、その成分
比率はヒートシンク２に近い部分では前記ヒートシンク
材料が高く、絶縁層４に近い部分では前記絶縁体材料が
高くなっている。
材等のセラミック粉末の溶射により、その膜厚が０．３
〜２．０ｍｍ程度となるように形成されている。また混
合層３は、層厚方向に前記ヒートシンク材料（Ｃｕ材、
Ａｌ材等）と前記絶縁体材料（ＡｌＮ材、Ａｌ2 Ｏ3 材
等）との成分比率を変化させた傾斜構造（層厚：０．０
５〜０．５ｍｍ程度）となるように形成され、その成分
比率はヒートシンク２に近い部分では前記ヒートシンク
材料が高く、絶縁層４に近い部分では前記絶縁体材料が
高くなっている。
【００２２】また絶縁層４上には、溶射法により形成さ
れた絶縁体材料と金属材料との混合層５を介在して、パ
ターンが形成された配線金属層６が設けられている。
れた絶縁体材料と金属材料との混合層５を介在して、パ
ターンが形成された配線金属層６が設けられている。
【００２３】配線金属層６は、例えばＣｕ材、Ａｌ材、
Ｍｏ材等の金属粉末を用いて溶射法により、その膜厚が
０．１〜０．５ｍｍ程度となるように形成されている。
また混合層５は、層厚方向に前記絶縁体材（ＡｌＮ材、
Ａｌ2 Ｏ3 材等）と前記金属材料（Ｃｕ材、Ａｌ材等）
との成分比率を変化させた傾斜構造（層厚：０．０５〜
０．５ｍｍ程度）となるように形成され、その成分比率
は絶縁層４に近い部分では前記絶縁体材料が高く、配線
金属層６に近い部分では前記金属材料が高くなってい
る。
Ｍｏ材等の金属粉末を用いて溶射法により、その膜厚が
０．１〜０．５ｍｍ程度となるように形成されている。
また混合層５は、層厚方向に前記絶縁体材（ＡｌＮ材、
Ａｌ2 Ｏ3 材等）と前記金属材料（Ｃｕ材、Ａｌ材等）
との成分比率を変化させた傾斜構造（層厚：０．０５〜
０．５ｍｍ程度）となるように形成され、その成分比率
は絶縁層４に近い部分では前記絶縁体材料が高く、配線
金属層６に近い部分では前記金属材料が高くなってい
る。
【００２４】また半導体チップ７は、配線金属層６上に
搭載され、半導体チップ７上面に形成されたパッド電極
（図示略）と配線金属層６のパッド電極部６ａとがワイ
ヤー８にてボンディングされるようになっている。
搭載され、半導体チップ７上面に形成されたパッド電極
（図示略）と配線金属層６のパッド電極部６ａとがワイ
ヤー８にてボンディングされるようになっている。
【００２５】ここで、ヒートシンク２をＣｕ、Ａｌのそ
れぞれで構成したときの絶縁層４、配線金属層６の各構
成材料の組み合わせ例を表１に、また表１に示す各材料
の熱伝導率と熱膨張係数を表２にそれぞれ示す。
れぞれで構成したときの絶縁層４、配線金属層６の各構
成材料の組み合わせ例を表１に、また表１に示す各材料
の熱伝導率と熱膨張係数を表２にそれぞれ示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】 次に、本発明の実施の形態に係る半導体モジュール用基
板の製造方法を、上記構成の半導体モジュール用基板１
を製造する場合を例にとり、図２を用いて説明する。
板の製造方法を、上記構成の半導体モジュール用基板１
を製造する場合を例にとり、図２を用いて説明する。
【００２８】まずヒートシンク２上に、減圧プラズマ溶
射法において、ヒートシンク材料の粉末と絶縁体材料の
粉末とからなる２種類の粉末材料の混合溶射を行うこと
により（図２（ａ））、ヒートシンク２上面にヒートシ
ンク材料と絶縁体材料との混合層３を付着形成する。
射法において、ヒートシンク材料の粉末と絶縁体材料の
粉末とからなる２種類の粉末材料の混合溶射を行うこと
により（図２（ａ））、ヒートシンク２上面にヒートシ
ンク材料と絶縁体材料との混合層３を付着形成する。
【００２９】なお、混合溶射を行うにあたっての粉末供
給比率は、ヒートシンク２に近い部分ではヒートシンク
材料の粉末の比率を高くし、溶射が進むに従って、絶縁
体材料の粉末の比率を高くしていく。
給比率は、ヒートシンク２に近い部分ではヒートシンク
材料の粉末の比率を高くし、溶射が進むに従って、絶縁
体材料の粉末の比率を高くしていく。
【００３０】次に混合層３上に、絶縁体材料の粉末の溶
射を行うことにより（図２（ｂ））、混合層３上面に絶
縁層４を付着形成し、形成された絶縁層４上に配線パタ
ーンを有するマスク９を所定位置に配置し、そして絶縁
層４上に、絶縁体材料の粉末と金属材料の粉末とからな
る２種類の粉末材料の混合溶射を行うことにより（図２
（ｃ））、絶縁層４上面に絶縁体材料と金属材料との混
合層５を付着形成する。
射を行うことにより（図２（ｂ））、混合層３上面に絶
縁層４を付着形成し、形成された絶縁層４上に配線パタ
ーンを有するマスク９を所定位置に配置し、そして絶縁
層４上に、絶縁体材料の粉末と金属材料の粉末とからな
る２種類の粉末材料の混合溶射を行うことにより（図２
（ｃ））、絶縁層４上面に絶縁体材料と金属材料との混
合層５を付着形成する。
【００３１】なお、混合溶射を行うにあたっての粉末供
給比率は、絶縁層４に近い部分では絶縁体材料の粉末の
比率を高くし、溶射が進むに従って、金属材料の粉末の
比率を高くしていく。
給比率は、絶縁層４に近い部分では絶縁体材料の粉末の
比率を高くし、溶射が進むに従って、金属材料の粉末の
比率を高くしていく。
【００３２】次に混合層５上に、金属材料の粉末の溶射
を行うことにより（図２（ｄ））、混合層５上面に配線
金属層６を付着形成し（図２（ｅ））、そしてマスク９
を除去することによって、図１に示した半導体モジュー
ル用基板１を作製する。
を行うことにより（図２（ｄ））、混合層５上面に配線
金属層６を付着形成し（図２（ｅ））、そしてマスク９
を除去することによって、図１に示した半導体モジュー
ル用基板１を作製する。
【００３３】上記構成の半導体モジュール用基板１によ
れば、ヒートシンク２と絶縁層４との間に、層厚方向に
ヒートシンク材料と絶縁体材料との成分比率を変化させ
た傾斜構造の混合層３、すなわち熱応力緩和層が介在さ
れ、絶縁層４と配線金属層６との間に、層厚方向に絶縁
体材料と金属材料との成分比率を変化させた傾斜構造の
混合層５、すなわち熱応力緩和層が介在されているの
で、ヒートシンク２と絶縁層４との熱膨張係数の差や、
絶縁層４と配線金属層６との熱膨張係数の差に起因する
熱応力が緩和され、絶縁層４におけるクラック等の発生
を防止することができる。
れば、ヒートシンク２と絶縁層４との間に、層厚方向に
ヒートシンク材料と絶縁体材料との成分比率を変化させ
た傾斜構造の混合層３、すなわち熱応力緩和層が介在さ
れ、絶縁層４と配線金属層６との間に、層厚方向に絶縁
体材料と金属材料との成分比率を変化させた傾斜構造の
混合層５、すなわち熱応力緩和層が介在されているの
で、ヒートシンク２と絶縁層４との熱膨張係数の差や、
絶縁層４と配線金属層６との熱膨張係数の差に起因する
熱応力が緩和され、絶縁層４におけるクラック等の発生
を防止することができる。
【００３４】なお、本実施の形態では、ヒートシンク２
を構成する金属材料として、Ｃｕ、Ａｌを用いた例を述
べたが、別の実施の形態では、熱伝導率の高いその他の
材料を用いて構成しても差し支えない。
を構成する金属材料として、Ｃｕ、Ａｌを用いた例を述
べたが、別の実施の形態では、熱伝導率の高いその他の
材料を用いて構成しても差し支えない。
【００３５】また、上記実施の形態では、半導体モジュ
ール用基板１がパワーモジュール用基板である例を述べ
たが、本発明はパワーモジュール用基板のみならず、種
々の半導体モジュール用基板に適用することができる。
ール用基板１がパワーモジュール用基板である例を述べ
たが、本発明はパワーモジュール用基板のみならず、種
々の半導体モジュール用基板に適用することができる。
【００３６】さらに上記実施の形態では、絶縁層４上に
溶射法により形成された混合層５と配線金属層６とを備
えた半導体モジュール用基板についてのみ説明している
が、絶縁層４の上面にろう材（Ａｇろう材等）を介して
配線金属板を張り合せるようにしても良い。
溶射法により形成された混合層５と配線金属層６とを備
えた半導体モジュール用基板についてのみ説明している
が、絶縁層４の上面にろう材（Ａｇろう材等）を介して
配線金属板を張り合せるようにしても良い。
【００３７】
【実施例及び比較例】次に、本発明に係る半導体モジュ
ール用基板の実施例を説明する。実施例では、図１に示
した半導体モジュール用基板１のヒートシンク２、混合
層３、絶縁層４、混合層５、配線金属層６の各構成材料
を下記の表３に示す組み合わせとして、タイプＡ〜Ｄの
４種類の半導体モジュール用基板１のサンプルを製造し
た。
ール用基板の実施例を説明する。実施例では、図１に示
した半導体モジュール用基板１のヒートシンク２、混合
層３、絶縁層４、混合層５、配線金属層６の各構成材料
を下記の表３に示す組み合わせとして、タイプＡ〜Ｄの
４種類の半導体モジュール用基板１のサンプルを製造し
た。
【００３８】 ＜評価サンプル＞ ・ヒートシンク２の寸法： １４０ｍｍ×７０ｍｍ×３ｍｍｔ ・混合層３の寸法： ４０ｍｍ×３０ｍｍ×０．１５ｍｍｔ ・材料供給比率（混合層３）： 最下層での供給比率は、９０：１０（＝ヒー トシンク材料：絶縁体材料）にし、ヒートシンク２から離れるに従って、絶縁体 材料を１０％ずつ添加増加し、最上層での供給比率は１０：９０にする。 ・絶縁層４の寸法： ４０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６ｍｍｔ ・混合層５の寸法： ４０ｍｍ×３０ｍｍ×０．１５ｍｍｔ ・材料供給比率（混合層５）： 最下層での供給比率は、９０：１０（＝絶縁 体材料：金属材料）にし、絶縁層４から離れるに従って、金属材料を１０％ずつ 添加増加し、最上層での供給比率は１０：９０にする。 ・配線金属層６の厚み： ０．３ｍｍ そして各タイプＡ〜Ｄに半導体チップ７を搭載した後、
図３に示すように半導体チップ７の上面とヒートシンク
２の下面との間での熱抵抗の測定を行った。
図３に示すように半導体チップ７の上面とヒートシンク
２の下面との間での熱抵抗の測定を行った。
【００３９】また−６５℃→１５０℃→−６５℃の温度
変化を１０００回繰り返す温度サイクル（Ｔ／Ｃ）試験
を行って、試験後の絶縁層４及び半導体チップ７につい
て剥がれやクラック発生の有無を評価した。これらの熱
抵抗比率（従来例（タイプＥ）を１００とした相対比
率）及び温度サイクル試験後の評価結果を表３に併せて
示す。
変化を１０００回繰り返す温度サイクル（Ｔ／Ｃ）試験
を行って、試験後の絶縁層４及び半導体チップ７につい
て剥がれやクラック発生の有無を評価した。これらの熱
抵抗比率（従来例（タイプＥ）を１００とした相対比
率）及び温度サイクル試験後の評価結果を表３に併せて
示す。
【００４０】また、図５に示した従来構造のパワ−モジ
ュール用基板２１について、ヒートシンク２２、絶縁基
板２５、配線金属板２６の各構成材料を表３のタイプＥ
に示す組み合わせとして製造した。
ュール用基板２１について、ヒートシンク２２、絶縁基
板２５、配線金属板２６の各構成材料を表３のタイプＥ
に示す組み合わせとして製造した。
【００４１】 ＜評価サンプル＞ ヒートシンク２２の寸法： １４０ｍｍ×７０ｍｍ×３ｍｍｔ ろう材２３の厚み： ０．１ｍｍ 絶縁基板２５の寸法： ４０ｍｍ×３０ｍｍ×０．６ｍｍｔ 絶縁基板２５と配線金属板２６との接合部の厚み： ０．１ｍｍ 配線金属板２６の厚み： ０．３ｍｍ そしてタイプＥに半導体チップ７を搭載した後、比較例
として上記と同様にして熱抵抗の測定と温度サイクル試
験とを行い、その結果を表３に併せて示した。
として上記と同様にして熱抵抗の測定と温度サイクル試
験とを行い、その結果を表３に併せて示した。
【００４２】
【表３】 表３から明らかなように、実施例に係る半導体モジュー
ル用基板１のタイプＡ〜Ｄでは、いずれも従来構造を有
するタイプＥよりも熱抵抗値が低減しており、半導体チ
ップ７で発生した熱をヒートシンク２で効率良く放熱さ
せていることを確認することができた。
ル用基板１のタイプＡ〜Ｄでは、いずれも従来構造を有
するタイプＥよりも熱抵抗値が低減しており、半導体チ
ップ７で発生した熱をヒートシンク２で効率良く放熱さ
せていることを確認することができた。
【００４３】また、実施例に係るタイプＡ〜Ｄのいずれ
にも絶縁層４や半導体チップ７について剥がれやクラッ
ク等の発生は認められなかった。この温度サイクル試験
の結果から、実施例に係る半導体モジュール用基板１
は、従来の半導体モジュール用基板２１と同等以上の信
頼性が得られることを確認することができた。
にも絶縁層４や半導体チップ７について剥がれやクラッ
ク等の発生は認められなかった。この温度サイクル試験
の結果から、実施例に係る半導体モジュール用基板１
は、従来の半導体モジュール用基板２１と同等以上の信
頼性が得られることを確認することができた。
【００４４】以上の結果から、放熱特性に優れ、半導体
チップ７搭載後における熱負荷信頼性の高い半導体モジ
ュール用基板を実現できることを確認することができ
た。
チップ７搭載後における熱負荷信頼性の高い半導体モジ
ュール用基板を実現できることを確認することができ
た。
【図１】本発明の実施の形態（１）に係る半導体モジュ
ール用基板を示す側断面図である。
ール用基板を示す側断面図である。
【図２】実施の形態（１）に係る半導体モジュール用基
板の製造工程の一部を示した側断面図である。
板の製造工程の一部を示した側断面図である。
【図３】実施の形態（１）に係る半導体モジュール用基
板について熱抵抗を測定する様子を示す概略側断面図で
ある。
板について熱抵抗を測定する様子を示す概略側断面図で
ある。
【図４】従来のパワ−モジュール用基板の一例を示す側
断面図である。
断面図である。
【図５】従来のパワ−モジュール用基板の一例を示す側
断面図である。
断面図である。
１ 半導体モジュール用基板 ２ ヒートシンク ３、５ 混合層 ４ 絶縁層 ６ 配線金属層 ７ 半導体チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 静輝 山口県美祢市大嶺町東分字岩倉2701番１ 株式会社住友金属エレクトロデバイス内 Ｆターム(参考） 4K031 AA06 AB03 AB04 AB05 BA06 CB10 CB14 CB35 CB41 CB43 CB46 5F036 AA01 BA23 BB08 BB21 BC24
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体チップを搭載するための半導体モ
ジュール用基板において、 ヒートシンクと、 該ヒートシンク上に溶射法により形成された絶縁層と、 前記ヒートシンクと前記絶縁層との界面部分に、溶射法
により形成されたヒートシンク材料と絶縁体材料との混
合層とを備え、 該混合層の成分比率が、前記ヒートシンクに近い部分は
前記ヒートシンク材料が高く、前記絶縁層に近い部分は
前記絶縁体材料が高くなっていることを特徴とする半導
体モジュール用基板。 - 【請求項２】 前記絶縁層上に溶射法により形成された
金属層と、 前記絶縁層と前記金属層との界面部分に、溶射法により
形成された絶縁体材料と金属材料との混合層とを備え、 該混合層の成分比率が、前記絶縁層に近い部分は前記絶
縁体材料が高く、前記金属層に近い部分は前記金属材料
が高くなっていることを特徴とする請求項１記載の半導
体モジュール用基板。 - 【請求項３】 半導体チップを搭載するための半導体モ
ジュール用基板の製造方法において、 ヒートシンク上にヒートシンク材料と絶縁体材料との混
合溶射を行うことにより、前記ヒートシンク材料と前記
絶縁体材料との混合層を形成する工程と、 前記混合層上に絶縁体材料の溶射を行うことによって、
絶縁層を形成する工程とを含み、 前記混合溶射により前記混合層を形成するにあたって、
前記ヒートシンクに近い部分では前記ヒートシンク材料
の供給比率を高くし、その上に形成される前記絶縁層に
近くなる部分では前記絶縁体材料の供給比率を高くして
いくことを特徴とする半導体モジュール用基板の製造方
法。 - 【請求項４】 前記絶縁層上に絶縁体材料と金属材料と
の混合溶射を行うことにより、前記絶縁体材料と前記金
属材料との混合層を形成する工程と、 前記混合層上に金属材料の溶射を行うことによって、金
属層を形成する工程とを含み、 前記混合溶射により前記混合層を形成するにあたって、
前記絶縁層に近い部分では前記絶縁体材料の供給比率を
高くし、その上に形成される前記金属層に近くなる部分
では前記金属材料の供給比率を高くしていくことを特徴
とする請求項３記載の半導体モジュール用基板の製造方
法。 - 【請求項５】 前記絶縁層を配線パターンを有するマス
クで被覆した後、前記絶縁体材料と前記金属材料との混
合溶射を行うことにより、前記混合層を形成し、次に該
混合層上に前記金属材料の溶射を行うことにより、配線
パターンとなる金属層を形成することを特徴とする請求
項４記載の半導体モジュール用基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31568599A JP2001135753A (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 半導体モジュール用基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31568599A JP2001135753A (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 半導体モジュール用基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135753A true JP2001135753A (ja) | 2001-05-18 |
Family
ID=18068334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31568599A Pending JP2001135753A (ja) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | 半導体モジュール用基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001135753A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007041203A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Casio Comput Co Ltd | ディスプレイパネル |
| JP2009016527A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | パワーモジュールとその放熱板・セラミック層接合基板の製造方法 |
| JP2014240511A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射皮膜の製造方法および溶射用材料 |
| JP2015185688A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US9558311B2 (en) | 2013-10-31 | 2017-01-31 | International Business Machines Corporation | Surface region selection for heat sink placement |
-
1999
- 1999-11-05 JP JP31568599A patent/JP2001135753A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007041203A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Casio Comput Co Ltd | ディスプレイパネル |
| JP2009016527A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | パワーモジュールとその放熱板・セラミック層接合基板の製造方法 |
| JP2014240511A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 溶射皮膜の製造方法および溶射用材料 |
| US9558311B2 (en) | 2013-10-31 | 2017-01-31 | International Business Machines Corporation | Surface region selection for heat sink placement |
| JP2015185688A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
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