JPH03195082A - 混成集積回路 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はパワー素子が搭載された混成集積回路に関し、
特にパワー素子の発熱を考慮した混成集積回路に関する
。

（ロ）従来の技術′ 従来から、パワー用の半導体素子を搭載したパワー用の
混成集積回路においては、その動作中に発生する熱放散
を考慮していわゆるヒートシンクを介してパワー素子を
基板上に固着搭載する方式が一般的に用いられている。

第５図は従来の混成集積回路を示す断面図であり、（２
１）はアルミニウムの如き金属基板、（２２）はエポキ
シ系あるいはポリイミド系の絶縁樹脂層、（２３）は鋼
箔より形成きれた所望形状の導電路、（２４）は銅ある
いはインバーよりなるヒートシンク、（２５）はパワー
半導体素子である。

説明するまでもなく、導電路（２３）のパッド部分（２
３’）上にヒートシンク（２４）が半田によって固着さ
れ、そのヒートシンク（２４）上にはパワー素子（２５
）が固着きれ、そのパワー素子（２４）と近傍の導電路
（２３）とは金属細線で電気的に接続され所定のパワー
回路が形成されていた。

上述したパワー用の混成集積回路ではパワー素子（２４
）から発生した熱は絶縁樹脂層（２２）を介して基板（
２１）に伝導されるため、絶縁樹脂層（２２）の熱抵抗
比が高いことによって熱伝導が非常に悪く大電力用には
あまり適さない構造であった。

しかしながら、絶縁樹脂層（２２）中にシリカ等の熱抵
抗比の高い材料を含有させることでＩＯＡ〜３０Ａクラ
スの電流による発熱に対応することが可能となったが、
５０Ａ〜３００Ａクラスの大電流による発熱を考えた場
合、その程度の改良では何んら解決することができなか
った。

また、５０Ａ〜３００Ａクラスの大電流の発熱に対応す
るモジュールを第６図に示す、この構造は第６図に示す
如く、銅板からなる放熱板（３１）上にアルミナセラミ
ックス基板（３２）を固着してその基板（３２）上にパ
ワー用の導電路（３３）を形成し、その導電路（３３）
の所定部分にパワー素子（３４）を固着して熱放散を向
上させるものである。

（八）発明が解決しようとする課題 第５図で示した従来構造では上述した様に５０Ａ〜３０
０Ａクラスの大電流による発熱を考慮したときには熱放
散が悪く大電流の混成集積回路として用いることができ
なかった。

また、第６図で示した従来構造では大電流による発熱と
いう点では考慮できるが、大電流回路以外の回路パター
ンを形成することが非常に困難である。なぜなら、セラ
ミックス基板（３２）上に形成される大電流用のパター
ンは銅のメツキ法、メタライズ法、印刷法等の手段で形
成されるため５０〜１００μの小信号用のパターンを同
一のセラミックス基板（３２）上に形成することはその
工程が極めて困難となるからである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は上述した課題に鑑みて為されたものであり、金
属基板と前記基板上に付着きれ且つ前記基板表面を露出
させる複数の孔が設けられた絶縁体層と前記絶縁体層上
に形成された所望形状の導電路と前記基板上の所定位置
に固着され且つ隣接する前記導電路と接続される複数の
パワー素子と前記パワー素子がその一主面に搭載され且
つ前記孔で露出した前記基板上にその民主面が配置され
た熱抵抗比の小さいセラミックス片と前記絶縁体層上の
前記孔周端辺に設けられた導体層とを具備し、前記孔周
端辺に設けられた導体層の近傍位置に前記基板表面を露
出させるザグリ部を設け、前記ザグリ部によって露出さ
れた前記基板と前記導体層とをボンディングワイヤで接
続したことを特徴とする。

（＊）作用 この様に本発明に依れば、金属基板上に付着される絶縁
薄層に複数の孔を設け、その孔で露出した基板上にパワ
ー素子が固着された熱抵抗比の小さいセラミックス片を
配置することによりパワー素子から発生する熱はセラミ
ックス片を介して効率よく金属基板に伝導され、その結
果熱放散を著しく向上させることができると共に同一基
板上に小信号用回路も形成することが可能となる。また
、孔周端辺に設けられた導体層の近傍に基板表面を露出
させるザグリ部を有し、そのザグリ部と導体層とを接続
することにより、パワー素子からのノイズを抑制するこ
とができる。

（へ）実施例 以下に第１図および第２図に示した実施例に基づいて本
発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の混成集積回路の主要部分を示す要部拡
大図であり、第２図は第１図の１−１断面図である。

第１１図および第２図に示す如く、本発明の混成集積回
路は、金属基板（１）と、金属基板（１）上に付着され
且つ複数の孔（２ａ）を有した絶縁薄層（２）と、絶縁
薄層（２）上に形成された所望形状の導電路（３）と、
孔（２ａ）によって露出された基板（１）上に固着され
た熱抵抗比の小さいセラミックス片（４）と、セラミッ
クス片（４）上に固着されたパワー素子（５）と孔（２
ａ）を囲む様にその周端部の絶縁薄層（２）上に形成さ
れた導体層（６）と、導体層（６）の近傍に設けられた
ザグリ部（６ａ）とから構成される。

金属基板（１）として２〜５ａ＋ｍ厚の銅板が用いられ
る。その銅板の表面には銅の酸化および機械的強度を増
すために無電解メツキによってニッケルメッキ膜（１ａ
）がコーティングされている。

基板（１）の−主面に貼着される絶縁薄層（２）として
はエポキシあるいはポリイミド樹脂が用いられ、その所
定位置には複数の孔（２８）が設けられている。孔（２
ａ）は基板（１）に貼着される前にプレス等の手段によ
ってあらかじめ形成される。

絶縁薄層（２）上には銅箔からなる所望形状の導電路（
３）が形成される。この導電路（３）は第１図から明ら
かな如く、パワー用の導電路（３ａ）と小信号用の導電
路（３ｂ）とを有する様に形成される。更に述べると、
パワー用の導電路（３ａ）上には抵抗値を下げるために
銅板が半田等のろう材によって固着され大電流を対応す
る様に設計され、小信号用の導電路（３ｂ）は銅箔のフ
ォトリソエツチング技術によって約３０〜１００μのフ
ァインパターンとなる様に設計される。即ち、同一基板
（１）上に５０Ａ〜３００Ａクラスの大電流用のパター
ンと３０μ〜１００μクラスのファインパターンとが形
成されることになる。

本発明の特徴とするところは絶縁薄層（２）に設けた孔
（２ａ）によって露出された基板（１）上に熱抵抗比の
小さいセラミックス片（４）を介してパワー素子（５）
を固着搭載するところにある。

熱抵抗比の小さいセラミックス片（４）として、例えば
窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ベリリア等の材料があ
るが、本実施例でもっとも一般的である窒化アルミニウ
ムを用いるものとする。第４図はそのセラミックス片（
４）を示す断面図であり、その上下面には酸化鋼を介し
て銅板が固着された導体層が形成されている。従って基
板（１）上には半田によって固着される。また、セラミ
ックス片（４）上に固着されるパワー素子（５）も半田
によって固着搭載されることはいうまでもない、また、
上述した銅板上にはメツキ層が形成されている。パワー
素子（５）と近傍のパワー用の導電路（３ａ）とはワイ
ヤ線で電気的に接続される。第１図および第２図からは
明らかにされないが基板（１）上には小信号用の素子も
搭載され近傍の小信号用導電路（３ｂ）と接続されてい
る。

この構造により、パワー素子（５）から発生する熱は熱
抵抗比の小さいセラミックス片（４）を介して基板（１
）に効率よく伝導され熱放散が著しく向上する。このと
き、熱放散による熱は小信号回路には悪影響を及すこと
はない、何故なら、絶縁薄層（２）はあらかじめ熱抵抗
比の大きいものが選択して用いられているからである。

本発明のもう１つの特徴とするところは、孔（２ａ）の
周端辺の絶縁薄層（２〉上に導電路（３）と同一材料か
らなる導体層（６）を形成し且つその近傍に基板（１）
表面を露出させるザグリ部（６ａ）を設け、ザグリ部（
６ａ）と導体層（６）とを接続するところにある。導体
層（６）は銅箔より形成され且つセラミックス片（４）
を取り囲む様に形成されている。

導体層（６）は本来なら不要なものであるが、製造工程
において不可欠なものとなる。即ち、絶縁薄層（２）に
孔（２ａ）を設けると導電路（３）を形成する際の銅箔
エツチング工程でのレジスト膜形成時に孔（２ａ）で露
出した基板（１）表面のみを選択してレジストを形成す
ることは非常に困難となるためである。従って本発明で
は導体層（６）を積極的に残したものである。

更に本発明では積極的に形成した導体層（６）をただ単
に残存させることなく、その導体層（６）の近傍に上述
した様に基板（１）表面を露出させるザグリ部（６ａ）
を設け、そのザグリ部（６ａ）と導体層（６）とを電気
的に、例えばワイヤーボンディングによって接続する。

この構造に依れば、導体層（６）と基板（１）とがアー
スされることになり、導体層（６）によって囲まれたパ
ワー素子（５）から発生する自己ノイズを吸収すること
ができ、他の回路素子への悪影響を著しく抑制すること
ができるものである。

次に第３図Ａ乃至第３図りに基づいて本発明の混成集積
回路の製造方法について説明する。

先ず、第３図Ａに示す如く、所定の大きさにプレス抜き
された銅基板（１）を準備した後、その表面に無電解ニ
ッケルメッキ処理を行い、ニッケルメッキ被膜（１ａ）
を形成する。

次に第３図Ｂに示す如く、エポキシあるいはポリイミド
樹脂等の絶縁性接着樹脂（２）と銅箔（３゛）とがあら
かじめ一体化きれたものの所望位置に複数の孔（２ａ）
をプレス等によって形成した後、基板（１）上に樹脂（
２）を下面にして貼着する。

次に第３図Ｃに示す如く、銅箔（３゛）上および孔（２
ａ）上にレジスト膜（１０）を形成する。このとき、孔
（２ａ）上に形成きれるレジスト膜（１０）は孔（２ａ
）の周囲の銅箔（３゛）と重畳する様に形成し、銅箔を
エツチング除去して所望形状の導電路（３）を形成する
。このとき、孔（２ａ）の周端辺には銅箔（３゛）が環
内状に残され、この部分が導体層（６）となる、また、
導電路（３）上には銅板が固着される。

最後に第３図りに示す如く、孔（２ａ）によって露出さ
れた基板（１）上にあらかじめパワー素子（５〉が固着
された熱抵抗比の小さいセラミックス片（４）を半田で
固着した後、近傍の導電路（３）とワイヤで電気的に接
続する。また、導体層（６）の近傍位置にドリル等の装
置を用いて基板（１〉の表面を露出させるザグリ部（６
ａ）を形成し、そのザグリ部（６ａ）と導体層（６）と
をワイヤで接続して混成集積回路とする。

斯る本発明に依れば同一基板上にパワー用回路と小信号
用回路を形成したとしても、パワー回路でもっとも発熱
するパワー素子は熱抵抗比の小さいセラミックス片（４
）を介して孔（２ａ）で露出された基板（１）上に直接
固着搭載されることになり熱放散性を著しく向上するこ
とができ、しかも同一基板上にファインパターンを有し
た小信号回路を形成することができる。

（ト）発明の効果 以上に詳述した如く、本発明に依れば、絶縁薄層に設け
た孔によって露出された基板上に熱抵抗比の小さいセラ
ミックス片を介してパワー素子を固着することにより、
パワー素子から発生する熱を効率よく熱放散することが
できる。その結果、５０〜３００Ａクラスの大電流に対
応する混成集積回路を提供することが可能となった。

また、上述した大電流に対応すると共に同一基板上にフ
ァインパターンを有した小信号回路を形成できるために
極めて優れた混成集積回路を提供することができる。

更に本発明では、パワー素子の周辺に導体層が形成きれ
且つその導体層の近傍に形成されたザグリ部と導体層と
をワイヤで接続することにより、パワー素子の自己ノイ
ズを著しく抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す要部拡大図、第２図は第１図のＩ
−１断面図、第３図Ａ乃至第３図りは本発明の製造工程
を示す断面図、第４図は本実施例で用いるセラミックス
片を示す断面図、第５図および第６図は従来例を示す断
面図である。 （１）・・・金属基板、　（２）・・・絶縁体層、　（
２ａ）・・・孔、（３）・・・導電路、（４）・・・セ
ラミックス片、（５〉・・・パワー素子、　（６）・・
・導体層、　（６ａ）・・・ザグリ部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基板と 前記基板上に付着され且つ前記基板表面を露出させる複
   数の孔が設けられた絶縁体層と 前記絶縁体層上に形成された所望形状の導電路と 前記基板上の所定位置に固着され且つ隣接する前記導電
   路と接続される複数のパワー素子と前記パワー素子がそ
   の一主面に搭載され且つ前記孔で露出した前記基板上に
   その反主面が配置された熱抵抗比の小さいセラミックス
   片と 前記絶縁体層上の前記孔周端辺に設けられた導体層とを
   具備し、 前記孔周端辺に設けられた導体層の近傍位置に前記基板
   表面を露出させるザグリ部を設け、前記ザグリ部によっ
   て露出された前記基板と前記導体層とをボンディングワ
   イヤで接続したことを特徴とする混成集積回路。
2. （２）前記金属基板として銅を用いたことを特徴とする
   請求項１記載の混成集積回路。
3. （３）前記セラミックス片として窒化アルミニウム片、
   窒化ホウ素片、炭化ケイ素片あるいはベリリア片を用い
   たことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路。
4. （４）前記セラミックス片の両面には導体層が形成され
   ていることを特徴とする請求項３記載の混成集積回路。
5. （５）前記導電路としての銅箔を用いたことを特徴とす
   る請求項１記載の混成集積回路。
6. （６）前記パワー素子は前記基板と固着されるケース材
   により密封封止されたことを特徴とする請求項１記載の
   混成集積回路。