JPH04162756A - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュールInfo
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- JPH04162756A JPH04162756A JP28978190A JP28978190A JPH04162756A JP H04162756 A JPH04162756 A JP H04162756A JP 28978190 A JP28978190 A JP 28978190A JP 28978190 A JP28978190 A JP 28978190A JP H04162756 A JPH04162756 A JP H04162756A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
本発明は、放熱性および熱サイクル特性に優れた信頼性
の高い半導体モジュールに関する。
の高い半導体モジュールに関する。
（従来の技術）
近年、パワートランジスタモジュールやスイッチング電
源モジュールなどの半導体モジュール用の回路基板とし
て、セラミックス基板上に銅板を直接接合させた、いわ
ゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンデインク・カッパー法
）による回路基板か多用されるようになってきている。
源モジュールなどの半導体モジュール用の回路基板とし
て、セラミックス基板上に銅板を直接接合させた、いわ
ゆるＤＢＣ法（ダイレクト・ボンデインク・カッパー法
）による回路基板か多用されるようになってきている。
また、半導体素子の高集積化や高出力化が進むにつれて
、素子からの発熱量が増大する傾向にあり、それに伴っ
て、使用するセラミックス基板には高い放熱性か求めら
れている。そこで、従来から使用されているアルミナを
用いたセラミックス基板に代えて、窒化アルミニウムを
用いたセラミックス基板かＤＢＣ用の基板として注目さ
れている。窒化アルミニウム基板は、熱伝導率か大きく
、パワートランシタのような放熱量の大きい半導体素子
の塔載用基板として好都合であることに加えて、半導体
素子の素材となるシリコンと近似した熱膨脹率を有する
ため、熱サイクルが繰り返されても部品側の半田層や銅
層にクラック等の欠点が生じるおそれかほとんどないと
いう利点もある。
、素子からの発熱量が増大する傾向にあり、それに伴っ
て、使用するセラミックス基板には高い放熱性か求めら
れている。そこで、従来から使用されているアルミナを
用いたセラミックス基板に代えて、窒化アルミニウムを
用いたセラミックス基板かＤＢＣ用の基板として注目さ
れている。窒化アルミニウム基板は、熱伝導率か大きく
、パワートランシタのような放熱量の大きい半導体素子
の塔載用基板として好都合であることに加えて、半導体
素子の素材となるシリコンと近似した熱膨脹率を有する
ため、熱サイクルが繰り返されても部品側の半田層や銅
層にクラック等の欠点が生じるおそれかほとんどないと
いう利点もある。
さらに、上記窒化アルミニウム基板を使用したＤＥＣ基
板を半導体モジュール用の回路基板として用いることに
よって、従来のアルミナを用いたＤＢＣ基板のように必
すしも厚い銅のようなヒートシンクベースを必要とせす
、アルミニウム等からなる放熱性容器に直接接合するこ
とか可能となり、半導体モジュールのコストダウンを図
ることか可能となる。
板を半導体モジュール用の回路基板として用いることに
よって、従来のアルミナを用いたＤＢＣ基板のように必
すしも厚い銅のようなヒートシンクベースを必要とせす
、アルミニウム等からなる放熱性容器に直接接合するこ
とか可能となり、半導体モジュールのコストダウンを図
ることか可能となる。
（発明が解決しようとする課題）
上述したように、窒化アルミニウムーＤＢＣ基板を半導
体モジュール用の回路基板として用いることによって、
ヒートシンクベースとして銅量外の素材、例えばアルミ
ニウムからなる放熱性容器等を用いることか可能となる
半面、ＤＢＣ基板とこれら放熱性容器との接合を考慮し
なければならないという問題かある。
体モジュール用の回路基板として用いることによって、
ヒートシンクベースとして銅量外の素材、例えばアルミ
ニウムからなる放熱性容器等を用いることか可能となる
半面、ＤＢＣ基板とこれら放熱性容器との接合を考慮し
なければならないという問題かある。
すなわち、窒化アルミニウムーＤＢＣ基板を用いた半導
体モジュールは、通常、窒化アルミニウム基板の両面に
銅板をＤＢＣ法によって接合し、一方の銅板上に半導体
素子を実装し、他方の銅板を利用して半田付けによりヒ
ートシンクベースに接合することによって構成している
。ここで、窒化アルミニウムの熱膨脹率（Ｒ−４００℃
） ｉ；！、４．６Ｘｔｏ−６／に、また銅の熱膨脹率
（Ｒ−４００℃）は１８Ｘ １０−６／にであり、これ
らと比較して例えばアルミニウムの熱膨脹率（Ｒ−４０
［］°Ｃ）は２６Ｘ １０−６／にと大きい。
体モジュールは、通常、窒化アルミニウム基板の両面に
銅板をＤＢＣ法によって接合し、一方の銅板上に半導体
素子を実装し、他方の銅板を利用して半田付けによりヒ
ートシンクベースに接合することによって構成している
。ここで、窒化アルミニウムの熱膨脹率（Ｒ−４００℃
） ｉ；！、４．６Ｘｔｏ−６／に、また銅の熱膨脹率
（Ｒ−４００℃）は１８Ｘ １０−６／にであり、これ
らと比較して例えばアルミニウムの熱膨脹率（Ｒ−４０
［］°Ｃ）は２６Ｘ １０−６／にと大きい。
このように熱膨脹率に大きな差か存在するＤＢＣ基板の
銅層とアルミニウム製放熱性容器とを半田付けによって
接合すると、接合の際や熱サイクルの付加によって、両
者の熱膨脹率の差に起因する熱応力か発生する。この熱
応力は、半田層や窒化アルミニウム基板に疲労やクラッ
クを生しさせ、半導体モジュールの信頼性を大幅に低下
させてしまう。
銅層とアルミニウム製放熱性容器とを半田付けによって
接合すると、接合の際や熱サイクルの付加によって、両
者の熱膨脹率の差に起因する熱応力か発生する。この熱
応力は、半田層や窒化アルミニウム基板に疲労やクラッ
クを生しさせ、半導体モジュールの信頼性を大幅に低下
させてしまう。
本発明は、このような課題に対処するためになされたの
で、窒化アルミニウム基板を用いたＤＢＣ基板と、アル
ミニウム等からなるヒートシンクとの間の熱膨脹率の差
に起因する熱応力を緩和し、熱サイクル特性を向上させ
た半導体モジュールを提供することを目的としている。
で、窒化アルミニウム基板を用いたＤＢＣ基板と、アル
ミニウム等からなるヒートシンクとの間の熱膨脹率の差
に起因する熱応力を緩和し、熱サイクル特性を向上させ
た半導体モジュールを提供することを目的としている。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
すなわち本発明における第１の半導体モジュールは、両
主面上に直接接合された銅層を有する窒化アルミニウム
基板と、一方の前記銅層上に搭載された半導体素子と、
他方の前記銅層に有機系耐熱性接着剤により接合された
ヒートシンクとを具備することを特徴としている。
主面上に直接接合された銅層を有する窒化アルミニウム
基板と、一方の前記銅層上に搭載された半導体素子と、
他方の前記銅層に有機系耐熱性接着剤により接合された
ヒートシンクとを具備することを特徴としている。
また、本発明における第２の半導体モジュールは、一方
の主面上に直接接合された銅層を有する窒化アルミニウ
ム基板と、前記銅層上に搭載された半導体素子と、前記
銅層と反する前記窒化アルミニウム基板の他方の主面に
有機系耐熱性接着剤により接合されたヒートシンクとを
具備することを特徴としている。
の主面上に直接接合された銅層を有する窒化アルミニウ
ム基板と、前記銅層上に搭載された半導体素子と、前記
銅層と反する前記窒化アルミニウム基板の他方の主面に
有機系耐熱性接着剤により接合されたヒートシンクとを
具備することを特徴としている。
（作 用）
本発明の半導体モジュールにおいては、窒化アルミニウ
ム基板とヒートシンクとの接合を、上記窒化アルミニウ
ム基板に直接接合された銅層を介して、あるいは銅層を
介さずに、有機系耐熱性接着剤により行っている。この
有機系耐熱性接着剤層は、材質上の特性からクツション
層として機能し、上記窒化アルミニウム基板あるいは銅
層とヒートシンクとの熱膨脹率の差に起因して熱サイク
ル過程で生じる熱応力ひずみを緩和する。よって、半導
体モジュールの熱サイクル特性に対する信頼性か大幅に
向上する。
ム基板とヒートシンクとの接合を、上記窒化アルミニウ
ム基板に直接接合された銅層を介して、あるいは銅層を
介さずに、有機系耐熱性接着剤により行っている。この
有機系耐熱性接着剤層は、材質上の特性からクツション
層として機能し、上記窒化アルミニウム基板あるいは銅
層とヒートシンクとの熱膨脹率の差に起因して熱サイク
ル過程で生じる熱応力ひずみを緩和する。よって、半導
体モジュールの熱サイクル特性に対する信頼性か大幅に
向上する。
（実施例）
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第１図は本発明の一実施例の半導体モジュールを示す断
面図である。同図において、１は窒化アルミニウム焼結
体からなるセラミックス基板である。この窒化アルミニ
ウム基板１の両主面上には、いわゆるＤＢＣ法によって
直接接合された銅層２．３かそれぞれ設けられており、
これらによってＤＢＣ基板４か構成されている。これら
銅層２．３のうち、一方の銅層２は半導体装部となるも
のであり、所望の回路パターンを有している。また、他
方の銅層３はヒートシンクとの接合部となるものである
。
面図である。同図において、１は窒化アルミニウム焼結
体からなるセラミックス基板である。この窒化アルミニ
ウム基板１の両主面上には、いわゆるＤＢＣ法によって
直接接合された銅層２．３かそれぞれ設けられており、
これらによってＤＢＣ基板４か構成されている。これら
銅層２．３のうち、一方の銅層２は半導体装部となるも
のであり、所望の回路パターンを有している。また、他
方の銅層３はヒートシンクとの接合部となるものである
。
これら銅層２．３は、所定形状の銅板を窒化アルミニウ
ム基板１上に接触配置し、銅の融点（１０８３℃）以下
で銅と銅酸化物の共晶温度（１０１３５℃）以上の温度
で加熱することにより接合形成される。また、使用する
窒化アルミニウム基板１としては、予め酸化処理を施す
等して、表面に酸化アルミニウム層が形成されているも
のか好ましい。
ム基板１上に接触配置し、銅の融点（１０８３℃）以下
で銅と銅酸化物の共晶温度（１０１３５℃）以上の温度
で加熱することにより接合形成される。また、使用する
窒化アルミニウム基板１としては、予め酸化処理を施す
等して、表面に酸化アルミニウム層が形成されているも
のか好ましい。
この酸化アルミニウム層によって銅板の接合か容易にな
る。
る。
上記実装部側銅層２上には、半導体素子５が半田層６に
よって接合され搭載されており、この半導体素子４はポ
ンデイグワイヤ７等によって、上記実装部側銅層２の回
路と電気的に接続さている。
よって接合され搭載されており、この半導体素子４はポ
ンデイグワイヤ７等によって、上記実装部側銅層２の回
路と電気的に接続さている。
また接合部側銅層３は、ヒートシンクとして機能する例
えばアルミニウム等からなる放熱性容器８に対して有機
系耐熱性接着剤９により接合されており、これらによっ
て半導体モジュールｌＯか構成されている。
えばアルミニウム等からなる放熱性容器８に対して有機
系耐熱性接着剤９により接合されており、これらによっ
て半導体モジュールｌＯか構成されている。
上記有機系耐熱性接着剤９は、窒化アルミニウム基板１
およびヒートシンクに対する濡れ性や熱伝導性等を考慮
して選択されるものである。なお、ここで言う耐熱性接
着剤とは、半導体素子からの熱発散時に軟化や分解が生
しなければよく、通常１５０°Ｃ程度の耐熱温度を有し
ているものであることが好ましい。
およびヒートシンクに対する濡れ性や熱伝導性等を考慮
して選択されるものである。なお、ここで言う耐熱性接
着剤とは、半導体素子からの熱発散時に軟化や分解が生
しなければよく、通常１５０°Ｃ程度の耐熱温度を有し
ているものであることが好ましい。
例えばヒートシンクとしてアルミニウムからなる放熱性
容器８を用いた場合には、窒化アルミニウムあるいは銅
やアルミニウムに対する濡れ性に優れている点と熱伝導
性に優れている点から、上記耐熱性接着剤としてはシリ
コーン樹脂系の接着剤か適している。シリコーン樹脂系
接着剤は、−般に１８０℃程度の耐熱温度を有し、かつ
５Ｗ／ｍＫ〜１５ν／ｍＫ程度の熱伝導率を有している
。
容器８を用いた場合には、窒化アルミニウムあるいは銅
やアルミニウムに対する濡れ性に優れている点と熱伝導
性に優れている点から、上記耐熱性接着剤としてはシリ
コーン樹脂系の接着剤か適している。シリコーン樹脂系
接着剤は、−般に１８０℃程度の耐熱温度を有し、かつ
５Ｗ／ｍＫ〜１５ν／ｍＫ程度の熱伝導率を有している
。
また、熱伝導性を向上させる上で、良熱伝導性微粉末を
充填材として含有するシリコーン樹脂系接着剤を使用す
ることがさらに好ましい。上記充填材としては、銀、銅
、アルミニウム、金等の金属微粉末や窒化アルミニウム
、炭化ケイ素等のセラミックス微粉末が例示される。こ
れら充填材は、シリコーン樹脂組成物中に５０重量％〜
９０重量％程度含有させることか好ましい。このような
充填材を含有するシリコーン樹脂系接着剤を用いること
によって、有機系耐熱性接着剤層を介在させることによ
る放熱性の低下かさらに抑制される。
充填材として含有するシリコーン樹脂系接着剤を使用す
ることがさらに好ましい。上記充填材としては、銀、銅
、アルミニウム、金等の金属微粉末や窒化アルミニウム
、炭化ケイ素等のセラミックス微粉末が例示される。こ
れら充填材は、シリコーン樹脂組成物中に５０重量％〜
９０重量％程度含有させることか好ましい。このような
充填材を含有するシリコーン樹脂系接着剤を用いること
によって、有機系耐熱性接着剤層を介在させることによ
る放熱性の低下かさらに抑制される。
次に、上記構成の半導体モノニール１０の具体的な製造
例と、その特性の評価結果について説明する。
例と、その特性の評価結果について説明する。
ます、焼結助剤として酸化イツトリウムを約４重量％含
有する窒化アルミニウム焼結体からなり、かつ表面に酸
化層か形成された板厚１ 、５ｍｍの窒化アルミニウム
基板１を用意し、この窒化アルミニウム基板１の両面に
、酸素含有量か３００ｐｐｍで厚さ ０ 、４ｍｍのタ
フピッチ銅を使用した実装部となる所望の回路パターン
を有する銅板２と、酸素含有量か３００ｐｐｍで厚さ
０ 、４ｍｍのタフピンチ銅を使用した接合部となる銅
板３とを接触配置し、窒素ガス雰囲気中で１０７５°Ｃ
１１０分間の条件で加熱して、両者を接合してＤＢＣ基
板４を作製した。
有する窒化アルミニウム焼結体からなり、かつ表面に酸
化層か形成された板厚１ 、５ｍｍの窒化アルミニウム
基板１を用意し、この窒化アルミニウム基板１の両面に
、酸素含有量か３００ｐｐｍで厚さ ０ 、４ｍｍのタ
フピッチ銅を使用した実装部となる所望の回路パターン
を有する銅板２と、酸素含有量か３００ｐｐｍで厚さ
０ 、４ｍｍのタフピンチ銅を使用した接合部となる銅
板３とを接触配置し、窒素ガス雰囲気中で１０７５°Ｃ
１１０分間の条件で加熱して、両者を接合してＤＢＣ基
板４を作製した。
次いて、上記ＤＢＣ基板４の実装部側銅板２上に半導体
素子５を半田付けによって接合搭載Ｉ７た。
素子５を半田付けによって接合搭載Ｉ７た。
一方、接合部側銅板３とアルミニウム製放熱性容器４と
の間に、有機系耐熱性接着剤としてシリコーン樹脂系接
着剤を介在させ、１２０℃で２時間放置して両者を接合
して半導体モジュール１０（実施例１）を作製し、以下
に示す特性評伝に供した。
の間に、有機系耐熱性接着剤としてシリコーン樹脂系接
着剤を介在させ、１２０℃で２時間放置して両者を接合
して半導体モジュール１０（実施例１）を作製し、以下
に示す特性評伝に供した。
また、上記実施例１における有機系耐熱性接着剤を、良
熱伝導性の充填剤としてＡＩＮ微粉末を６０重量％の割
合で含有するシリコーン樹脂系接着剤に変更する以外は
同様にして、接合部側銅板３とアルミニウム製放熱性容
器８とを接合して半導体モジュール１０（実施例２）を
作製し、特性評価に供した。
熱伝導性の充填剤としてＡＩＮ微粉末を６０重量％の割
合で含有するシリコーン樹脂系接着剤に変更する以外は
同様にして、接合部側銅板３とアルミニウム製放熱性容
器８とを接合して半導体モジュール１０（実施例２）を
作製し、特性評価に供した。
また、本発明との比較として、ＤＢＣ基板４とアルミニ
ウム製放熱性容器８との接合を耐熱性接着剤の代わりに
、半田付けによって行う以外は実施例１と同様にして半
導体モジュール（比較例１）を作製した。
ウム製放熱性容器８との接合を耐熱性接着剤の代わりに
、半田付けによって行う以外は実施例１と同様にして半
導体モジュール（比較例１）を作製した。
このようにして得た各実施例および比較例の半導体モジ
ュールをそれぞれ１０個つづ用いて、−６５℃〜 １５
０℃および１５０℃〜−６５℃を １サイクルとして１
０００サイクルの熱サイクル試験を行い、熱サイクルに
対する特性を評価した。なお、熱サイクルに対する評価
は、接合部（接合界面、接合面等）のクラックの有無に
より合否を判定した。このクラックの有無は光学顕微鏡
、蛍光探傷法および耐電圧測定によって判定した。
ュールをそれぞれ１０個つづ用いて、−６５℃〜 １５
０℃および１５０℃〜−６５℃を １サイクルとして１
０００サイクルの熱サイクル試験を行い、熱サイクルに
対する特性を評価した。なお、熱サイクルに対する評価
は、接合部（接合界面、接合面等）のクラックの有無に
より合否を判定した。このクラックの有無は光学顕微鏡
、蛍光探傷法および耐電圧測定によって判定した。
その結果、実施例１による半導体モジュールの不良発生
率は０％で、実施例２による半導体モジュールの不良発
生率は１０％で、比較例１による半導体モジュールの不
良発生率は６０％であった。このように、実施例による
半導体モジュールは、それぞれ１０００サイクルの試験
後もクラック発生率か０％および１０％と低率であった
のに対し、比較例の半導体モジュールは１０００サイク
ルの試験後にアルミニウム製放熱性容器８側の半田層に
クラックの発生したものか６０％も存在していた。
率は０％で、実施例２による半導体モジュールの不良発
生率は１０％で、比較例１による半導体モジュールの不
良発生率は６０％であった。このように、実施例による
半導体モジュールは、それぞれ１０００サイクルの試験
後もクラック発生率か０％および１０％と低率であった
のに対し、比較例の半導体モジュールは１０００サイク
ルの試験後にアルミニウム製放熱性容器８側の半田層に
クラックの発生したものか６０％も存在していた。
このことから、上記実施例による半導体モジュールは熱
サイクルに対して信頼性に優れるものであることが分る
。また、有機系耐熱性接着剤９か介在することによる放
熱性の低下もあまり見られず、特に良熱伝導性充填剤を
含有するシリコーン樹脂系接着剤を用いることにより、
この点の改善か図れた。
サイクルに対して信頼性に優れるものであることが分る
。また、有機系耐熱性接着剤９か介在することによる放
熱性の低下もあまり見られず、特に良熱伝導性充填剤を
含有するシリコーン樹脂系接着剤を用いることにより、
この点の改善か図れた。
上記実施例の半導体モジュールは、窒化アルミニウム基
板１とアルミニウム製放熱性容器８との熱膨張差に起因
して生しる熱応力によるひずみが、有機系耐熱性接着剤
層９によって緩和されるため、熱サイクルに対する信頼
性か大幅に向上したものとなる。また、上記有機系耐熱
性接着剤層９は、ヒートシンク側の反り等の形状異常も
吸収緩和し、これにより接合の信頼性をさらに高めるも
のである。
板１とアルミニウム製放熱性容器８との熱膨張差に起因
して生しる熱応力によるひずみが、有機系耐熱性接着剤
層９によって緩和されるため、熱サイクルに対する信頼
性か大幅に向上したものとなる。また、上記有機系耐熱
性接着剤層９は、ヒートシンク側の反り等の形状異常も
吸収緩和し、これにより接合の信頼性をさらに高めるも
のである。
なお、上記実施例では両生面に銅層をＤＢＣ法によって
形成した窒化アルミニウム基板１を用いているため、Ｄ
ＢＣ基板４自体の放熱性が損なわれることもなく、また
窒化アルミニウム基板１の反りも防止できることから、
半導体素子５の搭載も良好に行うことができる。
形成した窒化アルミニウム基板１を用いているため、Ｄ
ＢＣ基板４自体の放熱性が損なわれることもなく、また
窒化アルミニウム基板１の反りも防止できることから、
半導体素子５の搭載も良好に行うことができる。
このように、ヒートシンクに対する接合の信頼性が向上
することによって、窒化アルミニウム基板の熱伝導率か
大きいという特徴を充分にいかすことかでき、放熱性に
優れ、かつ熱サイクルに対する信頼性の高い半導体モジ
ュールを提供することか可能となる。
することによって、窒化アルミニウム基板の熱伝導率か
大きいという特徴を充分にいかすことかでき、放熱性に
優れ、かつ熱サイクルに対する信頼性の高い半導体モジ
ュールを提供することか可能となる。
次に、本発明の他の実施例の半導体モジュールを第２図
を参照して説明する。
を参照して説明する。
第２図は本発明の他の実施例の半導体モジュールを示す
断面図である。なお、前述の実施例と同一部分には同一
符号を付し説明を省略する。
断面図である。なお、前述の実施例と同一部分には同一
符号を付し説明を省略する。
窒化アルミニウム基板１の一方の主面１ａ上には、いわ
ゆるＤＢＣ法によって直接加熱接合された半導体装部と
なる銅層２か設けられており、これらによって一方の主
面１ａのみに銅層２を接合したＤＢＣ基板１１が構成さ
れている。
ゆるＤＢＣ法によって直接加熱接合された半導体装部と
なる銅層２か設けられており、これらによって一方の主
面１ａのみに銅層２を接合したＤＢＣ基板１１が構成さ
れている。
また、使用する窒化アルミニウム基板１としては、予め
酸化処理を施す等して、表面に酸化アルミニウム層か形
成されているものか好ましい。酸化アルミニウム層は銅
板との接合を容易にするとともに、ヒートシンクとの接
合面となる窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂの
有機系耐熱性接着剤９例えばシリコーン樹脂系接着剤に
対する接合信頼性を向上させる。また、耐薬品性の向上
にも寄与する。
酸化処理を施す等して、表面に酸化アルミニウム層か形
成されているものか好ましい。酸化アルミニウム層は銅
板との接合を容易にするとともに、ヒートシンクとの接
合面となる窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂの
有機系耐熱性接着剤９例えばシリコーン樹脂系接着剤に
対する接合信頼性を向上させる。また、耐薬品性の向上
にも寄与する。
そして、半導体素子５か搭載された上記ＤＢＣ基板１１
は、窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂによって
、ヒートシンクとして機能する例えばアルミニウム等か
らなる放熱性容器８に有機系耐熱性接着剤９により接合
されており、これらによって半導体モジュール１２が構
成されている。
は、窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂによって
、ヒートシンクとして機能する例えばアルミニウム等か
らなる放熱性容器８に有機系耐熱性接着剤９により接合
されており、これらによって半導体モジュール１２が構
成されている。
次に、上記構成の半導体モジュール１２の具体的な製造
例と、その特性の評価結果について説明する。
例と、その特性の評価結果について説明する。
まず、前述の実施例と同一の窒化アルミニウム基板１を
用意し、この窒化アルミニウム基板１の一方の主面ｌａ
上に、酸素含有量が３００ｐｐｍで厚さ ０．４１のタ
フピッチ銅を使用した実装部となる所望の回路パターン
を有する銅板２を接触配置し、窒素ガス雰囲気中で１０
７５℃、１０分の条件で加熱して、両者を接合してＤＢ
Ｃ基板１１を作製した。
用意し、この窒化アルミニウム基板１の一方の主面ｌａ
上に、酸素含有量が３００ｐｐｍで厚さ ０．４１のタ
フピッチ銅を使用した実装部となる所望の回路パターン
を有する銅板２を接触配置し、窒素ガス雰囲気中で１０
７５℃、１０分の条件で加熱して、両者を接合してＤＢ
Ｃ基板１１を作製した。
次いて、上記ＤＢＣ基板１１の銅層２上に半導体素子５
を半田付けによって接合搭載した。
を半田付けによって接合搭載した。
この後、前述の実施例と同様に、シリコーン樹脂系接着
剤と、良熱伝導性の充填剤としてＡＩＮ微粉末を６０重
量％の割合で含有するシリコーン樹脂系接着剤とをそれ
ぞれ用い、窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂと
アルミニウム製放熱性容器８とを接合して半導体モジュ
ール１２（実施例３．４）を作製し、特性評価に供した
。
剤と、良熱伝導性の充填剤としてＡＩＮ微粉末を６０重
量％の割合で含有するシリコーン樹脂系接着剤とをそれ
ぞれ用い、窒化アルミニウム基板１の他方の主面１ｂと
アルミニウム製放熱性容器８とを接合して半導体モジュ
ール１２（実施例３．４）を作製し、特性評価に供した
。
また、本発明との比較として、窒化アルミニウム基板１
の他方の主面１ｂとアルミニウム製放熱性容器８との接
合を耐熱性接着剤の代わりに、半田付けによって行う以
外は実施例３と同様にして半導体モジュール（比較例２
）を作製した。
の他方の主面１ｂとアルミニウム製放熱性容器８との接
合を耐熱性接着剤の代わりに、半田付けによって行う以
外は実施例３と同様にして半導体モジュール（比較例２
）を作製した。
このようにして得た各実施例および比較例の半導体モジ
ュールをそれぞれ１０個づづ用いて、前述の実施例と同
様に熱サイクルに対する特性を評価した。
ュールをそれぞれ１０個づづ用いて、前述の実施例と同
様に熱サイクルに対する特性を評価した。
その結果、実施例３による半導体モジュールの不良発生
率は０％で、実施例４による半導体モジュールの不良発
生率は１０％で、比較例１による半導体モジュールの不
良発生率は７０％であった。このように、比較例２の半
導体モジュールは、１０００サイクルの試験後にアルミ
ニウム製放熱性容器８側の半田層にクラックの発生した
ものか７０％と、比較例１による半導体モジュールより
もさらに増加していたのに対し、実施例３および４は１
０００サイクルの試験後もクラック発生率が０％および
１０％と低率であった。
率は０％で、実施例４による半導体モジュールの不良発
生率は１０％で、比較例１による半導体モジュールの不
良発生率は７０％であった。このように、比較例２の半
導体モジュールは、１０００サイクルの試験後にアルミ
ニウム製放熱性容器８側の半田層にクラックの発生した
ものか７０％と、比較例１による半導体モジュールより
もさらに増加していたのに対し、実施例３および４は１
０００サイクルの試験後もクラック発生率が０％および
１０％と低率であった。
このことから、上記実施例による半導体モジュール１２
は、窒化アルミニウム基板１を熱伝導率の差が大きいア
ルミニウム製放熱性容器８に直接接合したのにもかかわ
らず、熱サイクルに対して信頼性に優れるものであるこ
とが分る。また、有機系耐熱性接着剤９か介在すること
による放熱性の低下もあまり見られなかった。
は、窒化アルミニウム基板１を熱伝導率の差が大きいア
ルミニウム製放熱性容器８に直接接合したのにもかかわ
らず、熱サイクルに対して信頼性に優れるものであるこ
とが分る。また、有機系耐熱性接着剤９か介在すること
による放熱性の低下もあまり見られなかった。
また、上記実施例では一方の主面１ａのみに銅層２を接
合したＤＢＣ基板１１を用いていることから、その分生
導体モジュールのコストダウンを図ることができる。
合したＤＢＣ基板１１を用いていることから、その分生
導体モジュールのコストダウンを図ることができる。
なお、窒化アルミニウム基板１の一方の主面１ａのみに
銅層２をＤＢＣ法によって接合すると、窒化アルミニウ
ム基板１に多少反りが発生するか、本発明では有機系耐
熱性接着剤９によって窒化アルミニウム基板１とアルミ
ニウム製放熱性容器８とを接合しているため、上記窒化
アルミニウム基板１の反りを吸収緩和することかでき、
よって信頼性の高い接合が実現できる。
銅層２をＤＢＣ法によって接合すると、窒化アルミニウ
ム基板１に多少反りが発生するか、本発明では有機系耐
熱性接着剤９によって窒化アルミニウム基板１とアルミ
ニウム製放熱性容器８とを接合しているため、上記窒化
アルミニウム基板１の反りを吸収緩和することかでき、
よって信頼性の高い接合が実現できる。
［発明の効果コ
以上説明したように本発明によれば、窒化アルミニウム
基板や銅層とヒートシンクとの熱膨脹率の差に起因する
熱応力ひずみが有機系耐熱性接着剤によって緩和される
ため、熱サイクルに対する信頼性か大幅に向上した半導
体モジュールを提供することが可能となる。
基板や銅層とヒートシンクとの熱膨脹率の差に起因する
熱応力ひずみが有機系耐熱性接着剤によって緩和される
ため、熱サイクルに対する信頼性か大幅に向上した半導
体モジュールを提供することが可能となる。
第１図は本発明の一実施例の半導体モジュールの要部を
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例の半導体モジ
ュールの要部を示す断面図である。 １・・・・・・窒化アルミニウム基板、２・・・・・・
ＤＢＣ法による実装部側銅層、３・・・・・・ＤＢＣ法
による接合部側銅層、４．１１・・・・・・ＤＢＣ基板
、５・・・・・・半導体素子、８・・・・・・アルミニ
ウム製放熱性容器、９・・・・・・有機系耐熱性接着剤
、１０１１２・・・パ・・半導体モジュール。 出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 第２図
示す断面図、第２図は本発明の他の実施例の半導体モジ
ュールの要部を示す断面図である。 １・・・・・・窒化アルミニウム基板、２・・・・・・
ＤＢＣ法による実装部側銅層、３・・・・・・ＤＢＣ法
による接合部側銅層、４．１１・・・・・・ＤＢＣ基板
、５・・・・・・半導体素子、８・・・・・・アルミニ
ウム製放熱性容器、９・・・・・・有機系耐熱性接着剤
、１０１１２・・・パ・・半導体モジュール。 出願人 株式会社 東芝 代理人 弁理士 須 山 佐 − 第２図
Claims (5)
- （１）両主面上に直接接合された銅層を有する窒化アル
ミニウム基板と、 一方の前記銅層上に搭載された半導体素子と、他方の前
記銅層に有機系耐熱性接着剤により接合されたヒートシ
ンクと を具備することを特徴とする半導体モジュール。 - （２）一方の主面上に直接接合された銅層を有する窒化
アルミニウム基板と、 前記銅層上に搭載された半導体素子と、 前記銅層と反する前記窒化アルミニウム基板の他方の主
面に有機系耐熱性接着剤により接合されたヒートシンク
と を具備することを特徴とする半導体モジュール。 - （３）請求項１または２記載の半導体モジュールにおい
て、 前記有機系耐熱性接着剤がシリコーン樹脂系接着剤であ
ることを特徴とする半導体モジュール。 - （４）請求項３記載の半導体モジュールにおいて、前記
シリコーン樹脂系接着剤は、良熱伝導性微粉末を充填材
として含有することを特徴とする半導体モジュール。 - （５）請求項１または２記載の半導体モジュールにおい
て、 前記窒化アルミニウム基板は、表面層として酸化アルミ
ニウム層を有していることを特徴とする半導体モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28978190A JPH04162756A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28978190A JPH04162756A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04162756A true JPH04162756A (ja) | 1992-06-08 |
Family
ID=17747683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28978190A Pending JPH04162756A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04162756A (ja) |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04257248A (ja) * | 1991-02-12 | 1992-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | 混成集積回路装置 |
| WO1997030494A1 (de) * | 1996-02-14 | 1997-08-21 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Kühlkörper mit einer montagefläche für ein elektronisches bauteil |
| US5701032A (en) * | 1994-10-17 | 1997-12-23 | W. L. Gore & Associates, Inc. | Integrated circuit package |
| KR100354462B1 (ko) * | 1998-11-04 | 2002-09-30 | 가부시끼가이샤 도시바 | 모듈형 반도체 장치 |
| JP2008145807A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Oki Electric Ind Co Ltd | ファイバブラッググレーティング装置 |
| CN102254877A (zh) * | 2011-07-08 | 2011-11-23 | 南京银茂微电子制造有限公司 | 无金属底板功率模块 |
| WO2013024813A1 (ja) | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 三菱マテリアル株式会社 | 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 |
| WO2013147142A1 (ja) | 2012-03-30 | 2013-10-03 | 三菱マテリアル株式会社 | 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用基板及びパワーモジュール |
| WO2014115677A1 (ja) | 2013-01-22 | 2014-07-31 | 三菱マテリアル株式会社 | 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用基板、ヒートシンク付パワーモジュール |
| WO2014157112A1 (ja) | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 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用基板及びパワーモジュール |
| WO2015046280A1 (ja) | 2013-09-30 | 2015-04-02 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｃｕ／セラミックス接合体、Ｃｕ／セラミックス接合体の製造方法、及び、パワーモジュール用基板 |
| KR20160120285A (ko) | 2014-02-12 | 2016-10-17 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 구리/세라믹스 접합체 및 파워 모듈용 기판 |
| KR20160135177A (ko) | 2014-03-20 | 2016-11-25 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 접합체, 파워 모듈용 기판, 파워 모듈 및 접합체의 제조 방법 |
| JP2018037677A (ja) * | 2014-11-20 | 2018-03-08 | 日本精工株式会社 | 放熱基板 |
| WO2018159590A1 (ja) | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 |
| WO2019082970A1 (ja) | 2017-10-27 | 2019-05-02 | 三菱マテリアル株式会社 | 接合体、及び、絶縁回路基板 |
| WO2019146464A1 (ja) | 2018-01-25 | 2019-08-01 | 三菱マテリアル株式会社 | 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法 |
| JP2019149514A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱板付絶縁回路基板、及び、放熱板付絶縁回路基板の製造方法 |
| DE102018106176A1 (de) * | 2018-03-16 | 2019-09-19 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Leistungshalbleitereinrichtung mit einer Metallplatte und mit einem auf der Metallplatte angeordneten Substrat |
| KR20190123727A (ko) | 2017-02-28 | 2019-11-01 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 구리/세라믹스 접합체, 절연 회로 기판, 및, 구리/세라믹스 접합체의 제조 방법, 절연 회로 기판의 제조 방법 |
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