JP4904915B2 - パワーモジュール用基板の製造方法、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の製造方法、パワーモジュール用基板およびパワーモジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP4904915B2 JP4904915B2 JP2006138657A JP2006138657A JP4904915B2 JP 4904915 B2 JP4904915 B2 JP 4904915B2 JP 2006138657 A JP2006138657 A JP 2006138657A JP 2006138657 A JP2006138657 A JP 2006138657A JP 4904915 B2 JP4904915 B2 JP 4904915B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit layer
- power module
- ceramic plate
- module substrate
- oxide film
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector 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
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector 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
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector 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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
しかしながら、このようにエッチング処理により回路層を形成すると、この回路層の側面は、その表面(半導体チップ側)から裏面(セラミックス板側)に向かうに従い漸次、この回路層の外側に向けて拡がるような末広がり形状になるため、近年のパワーモジュールに対するさらなるコンパクト化、すなわち回路層を構成する導体の幅を狭くして、隣合う導体同士の間隔を狭くすることについての要求に応えることが困難であるという問題があった。また、エッチング処理では、製造に要する時間がかかるばかりでなく、廃液も発生することになるため、結果として製造コストを低減することが困難であるという問題があった。
そこで、本発明者等は、母材から打ち抜いた回路層、または鋳造により形成した回路層を、セラミックス板にろう付けすることによって、側面がセラミックス板の表面から略垂直に立上がった回路層を形成することについて検討している。
そして、このように表面に乗り上げたろう材上にさらに半導体チップを接合すると、この接合時にろう材の組成成分の一部が溶融することがあり、半導体チップと回路層との接合部にボイドが発生し、これらの接合信頼性を低下させるおそれがある。
特に、例えばろう材がAl−Si系とされてSiを含有し、回路層が純Al若しくはAl合金により形成されている場合には、回路層の表面に乗り上げたろう材は、この回路層よりも硬いうえに、パワーモジュールを使用する過程での熱サイクルによりさらに加工硬化させられることによって、回路層に対してその表面および側面から大きな外力を作用させ、回路層とセラミックス板との接合界面に大きな応力が作用し、回路層がセラミックス板の表面から剥離し易くなり、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
また、回路層の表面においてろう材が乗り上げた部分に、ワイヤボンディングが施されると、ろう材は前記のように回路層と比べて硬いので、この部分とワイヤボンディングとの接合部における熱サイクル寿命を低下させるおそれがある。
さらに、回路層の表面に前記のように乗り上げたろう材は、視認することができ、外観品質を低減させるおそれもある。
この発明によれば、回路層の側面に金属酸化膜を形成しながら、または形成した後に、ろう材箔を溶融してセラミックス板と回路層とをろう付けするので、回路層の側面における溶融したろう材の濡れ性を低下させることが可能になり、溶融したろう材がこの側面を伝って回路層の表面に乗り上がるのを防ぐことができる。したがって、回路層と半導体チップとの接合信頼性を低下させたり、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、さらには、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させたりすることなく、パワーモジュールのコンパクト化や低コスト化を図ることができる。
この場合、前記金属酸化膜を容易かつ確実に形成することが可能になり、前記の作用効果が確実に奏効されることになる。
この発明によれば、回路層と半導体チップとの接合信頼性を低下させたり、パワーモジュールの熱サイクル寿命を低減させたり、さらには、パワーモジュール用基板の外観品質を低下させたりすることなく、パワーモジュールのコンパクト化や低コスト化を図ることができる。
このパワーモジュール10は、セラミックス板11の表面に回路層12がろう付けされたパワーモジュール用基板14と、回路層12の表面に第1はんだ層17を介してはんだ接合された半導体チップ15と、セラミックス板11の裏面側に接合されたヒートシンク16とを備えている。
まず、純Al若しくはAl合金からなる母材を打ち抜いて回路層12を形成する。
すなわち、本実施形態では、母材の表裏面のうち、形成される回路層12の裏面を有する裏面にろう材箔を配置しておき、この母材における回路層12の形成予定部をその裏面側から押圧し、この回路層12の形成予定部の外周縁にせん断力を作用させてその厚さ方向途中まで切断し、前記ろう材箔のうち回路層12の形成予定部の外周縁に位置する部分を切断した後に、この回路層12の形成予定部をその表面側から押圧して押し戻す。
まず、材質については、回路層12および金属層13を純度99.98%のAl合金、ろう材13をAl−Si系(Alが93wt%、Siが7wt%)、セラミックス板11をAlNによりそれぞれ形成した。厚さについては、回路層12および金属層13を約0.4mm、ろう材箔を約13μm、セラミックス板11を約0.635mmとした。なお、回路層12および金属層13は平面視四角形とされ、縦および横の寸法はそれぞれ、約28mmおよび約70mmとした。また、前記積層体18を構成する回路層12、金属層13およびろう材箔は、揮発性有機媒体(オクタンジオール)により仮固定した。
そして、前記積層体18が複数積層されたものを、5.0×10−2Pa以上5.0×10−1Pa以下の低真空度の雰囲気とされ、かつ620℃〜650℃に保温可能な炉内に、Al−Si−Mg系合金からなる部材とともに置いて、積層方向に0.23MPa〜0.35MPaで加圧した状態で30分〜60分間加熱し、パワーモジュール用基板14を形成した。
さらに、金属層13にも酸化膜20を形成したので、この金属層13とヒートシンク16との接合信頼性をも向上させることができる。
例えば、前記実施形態では、回路層12および金属層13を母材から打ち抜いて形成したが、これに代えて、鋳造により形成してもよい。
また、母材を打ち抜いて回路層12を形成する方法として、前記実施形態に代えて、例えば、裏面にろう材箔が配置された母材における回路層12の形成予定部に向けて打ち抜きパンチを前進移動し、この母材における回路層12の形成予定部をその裏面側から押圧して、このパンチの前進移動を、回路層12の形成予定部の外周縁を母材の厚さ方向全域でせん断変形させて破断するまで継続することにより母材から打ち抜いて形成してもよい。さらにまた、金属層13もこのような方法で形成してもよい。
さらに、酸化膜20として、前記ろう材箔よりも融点が低く、かつ回路層12および金属層13を形成する材質よりも酸素との親和性が高い金属材料からなる蒸着膜が酸化した金属酸化膜を示したが、これに代えて、例えば、蒸着膜を形成しないで直接、回路層12および金属層13の側面12a、13aに酸化膜を形成するようにしてもよい。
また、純度99.98%のAl合金からなる板材の表面に、Al−Si−Mg系合金からなる蒸着膜を形成し、さらにこの蒸着膜を酸化させて酸化膜を形成した後に、この酸化膜の表面に、Alを93wt%、Siを7wt%それぞれ含有する溶融したAl−Si系のろう材を滴下したときの、この酸化膜の表面に対する溶融ろう材の濡れ角を測定したところ90°以下であり、前記板材の表面に酸化膜を形成しないで直接、溶融ろう材を滴下した場合(濡れ角度90°より大)と比べて、濡れ性を低下させることができたことが確認された。
11 セラミックス板
12 回路層
12a 回路層の側面
14 パワーモジュール用基板
15 半導体チップ
16 ヒートシンク
20 酸化膜
Claims (5)
- セラミックス板の表面に回路層がろう付けされてなり、回路層の表面に半導体チップが接合されるとともに、セラミックス板の裏面側にヒートシンクが接合されるパワーモジュール用基板の製造方法であって、
セラミックス板に回路層をろう付けする際に、またはこのろう付けの前に予め、回路層の外表面のうち、セラミックス板の表面から略垂直に立上がる側面に金属酸化膜を形成することを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。 - 請求項1記載のパワーモジュール用基板の製造方法において、
前記金属酸化膜は、回路層の側面に、セラミックス板と回路層とをろう付けするろう材箔よりも融点が低く、かつ回路層を形成する材質よりも酸素との親和性が高い金属材料を蒸着させて蒸着膜を形成しておき、その後、この蒸着膜を酸化させることにより形成されることを特徴とするパワーモジュール用基板の製造方法。 - セラミックス板の表面に回路層がろう付けされてなり、回路層の表面に半導体チップが接合されるとともに、セラミックス板の裏面側にヒートシンクが接合されるパワーモジュール用基板であって、
回路層の外表面のうち、セラミックス板の表面から略垂直に立上がる側面に、金属酸化膜が形成されていることを特徴とするパワーモジュール用基板。 - 請求項3記載のパワーモジュール用基板において、
前記金属酸化膜は、セラミックス板と回路層とをろう付けするろう材箔よりも融点が低く、かつ回路層を形成する材質よりも酸素との親和性が高い金属材料からなる蒸着膜が酸化した金属酸化膜であることを特徴とするパワーモジュール用基板。 - セラミックス板の表面に回路層がろう付けされたパワーモジュール用基板と、回路層の表面に接合された半導体チップと、セラミックス板の裏面側に接合されたヒートシンクとを備えたパワーモジュールであって、
前記パワーモジュール用基板が、請求項3または4に記載のパワーモジュール用基板であることを特徴とするパワーモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006138657A JP4904915B2 (ja) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板およびパワーモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006138657A JP4904915B2 (ja) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | パワーモジュール用基板の製造方法、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 |
---|---|
JP2007311526A JP2007311526A (ja) | 2007-11-29 |
JP4904915B2 true JP4904915B2 (ja) | 2012-03-28 |
Family
ID=38844118
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006138657A Active JP4904915B2 (ja) | 2006-05-18 | 2006-05-18 | パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板およびパワーモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4904915B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5664024B2 (ja) * | 2010-08-30 | 2015-02-04 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
JP5577988B2 (ja) * | 2010-09-24 | 2014-08-27 | カシオ計算機株式会社 | インターポーザーの製造方法及び半導体装置の製造方法 |
JP5915051B2 (ja) * | 2010-09-29 | 2016-05-11 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
JP5671351B2 (ja) * | 2011-01-12 | 2015-02-18 | 昭和電工株式会社 | 電子素子搭載用基板の製造方法 |
JP5707278B2 (ja) * | 2011-08-19 | 2015-04-22 | 昭和電工株式会社 | 絶縁回路基板の製造方法 |
CN104126226B (zh) * | 2012-02-14 | 2018-05-04 | 三菱综合材料株式会社 | 焊接结构、功率模块、带散热器的功率模块用基板及其制造方法以及焊料基底层形成用膏 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3346216B2 (ja) * | 1997-04-01 | 2002-11-18 | イビデン株式会社 | プリント配線板 |
JP4476428B2 (ja) * | 2000-04-21 | 2010-06-09 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム回路基板およびその製造方法 |
JP2001332854A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
JP2001332823A (ja) * | 2000-05-24 | 2001-11-30 | Toshiba Corp | セラミックス回路基板 |
JP2004265972A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2006237151A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 配線基板および半導体装置 |
-
2006
- 2006-05-18 JP JP2006138657A patent/JP4904915B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007311526A (ja) | 2007-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4904916B2 (ja) | パワーモジュール用基板およびパワーモジュール用基板の製造方法並びにパワーモジュール | |
EP3208839B1 (en) | Substrate with cooler for power modules and method for producing same | |
JP4904915B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法、パワーモジュール用基板およびパワーモジュール | |
KR20140041817A (ko) | 파워 모듈용 기판, 히트 싱크가 형성된 파워 모듈용 기판, 파워 모듈 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 | |
JP2010179336A (ja) | 接合体、半導体モジュール、及び接合体の製造方法 | |
JP5115318B2 (ja) | 半導体装置 | |
CN109755208B (zh) | 一种接合材料、半导体装置及其制造方法 | |
JP6443568B2 (ja) | 接合材、それを用いた接合方法及び接合構造 | |
JP2017183716A (ja) | ヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付絶縁回路基板 | |
JP4682889B2 (ja) | パワーモジュール用基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP6432208B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP6819299B2 (ja) | 接合体、パワーモジュール用基板、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP4725412B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP4876719B2 (ja) | パワー素子搭載用ユニットおよびパワー素子搭載用ユニットの製造方法並びにパワーモジュール | |
JP4951932B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
KR20120021152A (ko) | 파워 모듈용 기판, 히트 싱크 부착 파워 모듈용 기판, 파워 모듈 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 | |
KR102524698B1 (ko) | 접합체, 파워 모듈용 기판, 파워 모듈, 접합체의 제조 방법 및 파워 모듈용 기판의 제조 방법 | |
US11712759B2 (en) | Lead-free soldering foil | |
JP4882538B2 (ja) | パワー素子搭載用ユニットおよびパワー素子搭載用ユニットの製造方法並びにパワーモジュール | |
JP4910789B2 (ja) | パワー素子搭載用基板およびパワー素子搭載用基板の製造方法並びにパワーモジュール | |
JP2008021716A (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法およびパワーモジュール用基板並びにパワーモジュール | |
WO2013129229A1 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2010098058A (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 | |
JP7400109B2 (ja) | 金属-セラミック基板を生産する方法及びそのような方法によって生産された金属-セラミック基板 | |
JP7398565B2 (ja) | 金属-セラミック基板を生産する方法及びそのような方法によって生産された金属-セラミック基板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090331 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090729 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110927 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111128 |
|
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: 20111213 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111226 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4904915 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |