JP7063559B2 - ベース板及びパワーモジュール - Google Patents
ベース板及びパワーモジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP7063559B2 JP7063559B2 JP2017151893A JP2017151893A JP7063559B2 JP 7063559 B2 JP7063559 B2 JP 7063559B2 JP 2017151893 A JP2017151893 A JP 2017151893A JP 2017151893 A JP2017151893 A JP 2017151893A JP 7063559 B2 JP7063559 B2 JP 7063559B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- base plate
- insulating substrate
- power module
- ceramic
- ceramic insulating
- 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
-
- 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
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- 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
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
実施例及び比較例では、表1に示すベース板1~8を用いた。各ベース板は、市販の材料を研削加工により所定形状に加工した後、無電解Niめっきを施したものを用いた。表中の各物性値を測定するために、研削加工により熱伝導率測定用試験体(直径11mm×厚さ3mm)、線熱膨張係数測定用試験体(直径3mm×長さ10mm)、弾性率測定用試験体(3mm×4mm×長さ40mm)を作製した。それぞれの試験片を用いて、25℃での熱伝導率をレーザーフラッシュ法(理学電機社製;LF/TCM-8510B)により、温度150℃から25℃における降温時の線熱膨張係数を熱膨張計(セイコー電子工業社製;TMA300)により、ヤング率を3点曲げ法(島津製作所社製;オートグラフAG-X)で測定した。また、放熱面の反り量については、3次元輪郭形状測定機(東京精密社製;コンターレコード1600D-22)を用いて測定した。さらに平面度については、透明な樹脂ブロックに締め付けトルク10Nでネジ止めした後、レーザー変位計(キーエンス社製;LT9010M)で放熱面の形状を測定して求めた。
実施例及び比較例では、図3(a)に示す3層構造のセラミックス絶縁基板4A、又は図3(b)に示す5層構造のセラミックス絶縁基板4Bである絶縁基板1~6を用いた。各絶縁基板の詳細を下記及び表2に示す。
・絶縁基板1、2(3層構造)では、Ag(90%)-Cu(10%)-TiH2(3.5%)ろう材を用いて、温度800℃で金属をセラミックス基材7に接合した後、エッチング法で金属回路を形成し、無電解Niめっきを施した。
・絶縁基板3(5層構造)では、絶縁基板1,2と同様の手法で金属回路を形成した後、融点300℃の高温半田で回路金属を接合した後、無電解Niめっきを施した。
・絶縁基板4(3層構造)は、Al-Cuクラッド箔をろう材とし用い温度630℃で回路金属をセラミックス基材7に接合した後、エッチング法で金属回路を形成し、無電解Niめっきを施した。
・絶縁基板5(5層構造)は、絶縁基板4と同様の手法で金属回路を形成した後、溶射法(コールドスプレー法)で銅回路を積層し、温度300℃でアニール処理を行った後、無電解Niめっきを施した。
・絶縁基板6(5層構造)は、溶射法(コールドスプレー法)でアルミニウム回路を積層し、温度500℃でアニール処理を行った後、溶射法(コールドスプレー法)で銅回路を積層し、温度300℃でアニール処理を行った後、無電解Niめっきを施した。
セラミックス絶縁基板として表2の絶縁基板6を用い、Si半導体素子及び電極を高温半田で絶縁基板6に接合した後、この絶縁基板6を表1のベース板4に共晶半田を用いてに接合した。次に、Al線をSi半導体素子とセラミックス絶縁基板に超音波接合して配線した後、樹脂筐体をベース板に接着剤で接着した後、樹脂筐体内にシリコーンゲルを充填してパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールの放熱面の形状を3次元輪郭測定装置で測定した結果、長さ10cmに対する反り量CXが26μm、CYが25μmであった。
表3に示す絶縁基板とベース板を用いた以外は、実施例1と同様の手法でパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールの評価結果を表3に示す。なお、反り量又は反り変化量の符号がマイナスである場合は、放熱面が凹状の反りを有していた又は凹状となる方向に反りの形状が変化したことを意味する。
実施例1のパワーモジュールの放熱面のベース板表面を表4の反り量に研削加工した。次に、このパワーモジュールを、8本のM6の取り付けボルトで140mm×190mm×50mmの透明樹脂ブロックに締め付け、トルク10Nで取り付けた。その後、レーザー変位計を用いて、樹脂ブロックの裏面よりパワーモジュールの放熱面のベース板の平面度を測定した。その結果を表3に示す。
半導体素子としてSiC半導体素子を用いた以外は、実施例1と同様の手法でパワーモジュールを作製した。得られたパワーモジュールの放熱面の形状を3次元輪郭測定装置で測定した結果、長さ10cmに対する反り量Cxが25μm、Cyが24μmであった。次に、このパワーモジュールを、8本のM6の取り付けボルトで140mm×190mm×50mmの透明樹脂ブロックに締め付け、トルク10Nで取り付けた。その後、レーザー変位計を用いて、樹脂ブロックの裏面よりパワーモジュールの放熱面のベース板の平面度を測定した結果、11μmであった。また、得られたパワーモジュールは、温度-40℃×30分と温度175℃×30分を1サイクルとする1000回のヒートサイクル試験を行った後、電気特性を評価した結果、初期特性を維持していることを確認した。
Claims (5)
- ベース板と、
前記ベース板上に接合されたセラミックス絶縁基板と、
前記セラミックス絶縁基板上に接合された半導体素子と、を備えるパワーモジュールであって、
前記ベース板は、金属-炭化珪素質複合体と、前記複合体の表面に形成されためっき層又は金属溶射層と、を備え、
前記ベース板の少なくとも一方の面において、前記面内の長手方向における長さ10cmあたりの反り量C’X(μm)及び前記面内の前記長手方向に垂直な方向における長さ10cmあたりの反り量C’Y(μm)が、-50≦C’X≦50かつ-50≦C’Y≦50の条件を満たし、
前記ベース板の前記セラミックス絶縁基板と反対側の面において、前記面内の長手方向における長さ10cmあたりの反り量CX(μm)及び前記面内の前記長手方向に垂直な方向における長さ10cmあたりの反り量CY(μm)が、-30≦CX≦50かつ-30≦CY≦50の条件を満たし、
前記セラミックス絶縁基板に接合された前記ベース板の反り量と、前記セラミックス絶縁基板に接合される前の前記ベース板の反り量との差が、前記ベース板の前記セラミックス絶縁基板と反対側の面において、前記面内の長手方向における長さ10cmあたり20μm以下であり、前記面内の前記長手方向に垂直な方向における長さ10cmあたり20μm以下である、パワーモジュール。 - 前記セラミックス絶縁基板は、セラミックス基材と、前記セラミックス基材の両面に設けられた金属層とを備え、
前記セラミックス基材は、AlN、Si3N4又はAl2O3で形成された、厚み0.3~1.5mmのセラミックス基材であり、
前記金属層は、Cu、Al、Mo、Cu及びMo含む合金、並びにCu及びWを含む合金からなる群より選ばれる少なくとも1種で形成された、厚み0.1~2mmの金属層である、請求項1に記載のパワーモジュール。 - 前記ベース板の前記セラミックス絶縁基板と反対側の面に放熱部品が取り付けられたときの当該面の平面度が30μm以下である、請求項1又は2に記載のパワーモジュール。
- 前記半導体素子が、Si、SiC及びGaNのいずれかで形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
- 電車又は自動車の駆動インバータとして用いられる、請求項1~4のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017151893A JP7063559B2 (ja) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | ベース板及びパワーモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017151893A JP7063559B2 (ja) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | ベース板及びパワーモジュール |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019033132A JP2019033132A (ja) | 2019-02-28 |
JP7063559B2 true JP7063559B2 (ja) | 2022-05-09 |
Family
ID=65523653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017151893A Active JP7063559B2 (ja) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | ベース板及びパワーモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7063559B2 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047619A (ja) | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 放熱部品の製造方法 |
JP2005019875A (ja) | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、及び半導体装置 |
JP2005252159A (ja) | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Ngk Insulators Ltd | 接合体の形状制御方法、接合体の製造方法、接合体、ヒートスプレッダモジュールの製造方法及びヒートスプレッダモジュール |
WO2007080701A1 (ja) | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | アルミニウム-炭化珪素質複合体及びそれを用いた放熱部品 |
JP2009043814A (ja) | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 放熱構造体の製造方法 |
JP2010099686A (ja) | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Denki Kagaku Kogyo Kk | アルミニウム−炭化珪素質複合体及びその製造方法 |
-
2017
- 2017-08-04 JP JP2017151893A patent/JP7063559B2/ja active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047619A (ja) | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 放熱部品の製造方法 |
JP2005019875A (ja) | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、及び半導体装置 |
JP2005252159A (ja) | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Ngk Insulators Ltd | 接合体の形状制御方法、接合体の製造方法、接合体、ヒートスプレッダモジュールの製造方法及びヒートスプレッダモジュール |
WO2007080701A1 (ja) | 2006-01-13 | 2007-07-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | アルミニウム-炭化珪素質複合体及びそれを用いた放熱部品 |
CN101361184A (zh) | 2006-01-13 | 2009-02-04 | 电气化学工业株式会社 | 铝-碳化硅复合体和使用该复合体的散热零件 |
US20090280351A1 (en) | 2006-01-13 | 2009-11-12 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Aluminum/silicon carbide composite and heat radiation part making use of the same |
JP2009043814A (ja) | 2007-08-07 | 2009-02-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 放熱構造体の製造方法 |
JP2010099686A (ja) | 2008-10-23 | 2010-05-06 | Denki Kagaku Kogyo Kk | アルミニウム−炭化珪素質複合体及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019033132A (ja) | 2019-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4015023B2 (ja) | 電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品 | |
JP7144419B2 (ja) | パワーモジュール | |
JP6601512B2 (ja) | ヒートシンク付きパワーモジュール用基板及びパワーモジュール | |
JP2008041752A (ja) | 半導体モジュールおよび半導体モジュール用放熱板 | |
JP4893096B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP7027094B2 (ja) | 放熱部品付きパワーモジュール | |
JP2007299973A (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP2006100640A (ja) | セラミックス回路基板及びこれを用いたパワー半導体モジュール | |
JP7405806B2 (ja) | パワーモジュール | |
JP2006269966A (ja) | 配線基板およびその製造方法 | |
JP5218621B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
JP7211949B2 (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP7299672B2 (ja) | セラミックス回路基板及びその製造方法 | |
JP7063559B2 (ja) | ベース板及びパワーモジュール | |
JP6565735B2 (ja) | パワーモジュール用基板及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 | |
JP2019033131A (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP7027095B2 (ja) | セラミックス回路基板 | |
JP7298988B2 (ja) | セラミックス回路基板及びその製造方法 | |
JP2004343035A (ja) | 放熱部品、回路基板および半導体装置 | |
JP7299671B2 (ja) | セラミックス回路基板 | |
JPH08222670A (ja) | 半導体素子搭載用パッケージ | |
JP2012009787A (ja) | パワーモジュール用基板及びその製造方法 | |
JP2023040689A (ja) | 基板および半導体モジュール |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200720 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210520 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210730 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220302 |
|
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: 20220412 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220421 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7063559 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |