JPH03218054A

JPH03218054A - 発熱素子用基板

Info

Publication number: JPH03218054A
Application number: JP1441090A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kashiba; 良裕加柴; Masaru Okada; 勝岡田; Tetsuji Yamaguchi; 哲司山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1991-09-25

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】〔産業上の利用分野〕木発明は、例えば半導体の実装に用いられるセラミック
と金属を接合することにより製造されろ発熱素子用基板
に関し、特に大電力半導体の放熱特性を良くかつ半導体
やセラミックの破壊を防止する基板構造に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

エ５図は例えは特開昭６０−１５５５８０号公報に示さ
れタ従来のセラミック基材と金属部材が直接接合された
半導体実装用の複合基板の断面図であり、図において、
（１冫はセラミック基材のアルミナ部材、（２Ａｌ，（
２Ｂ）はアルミナ部材（１月こ形成された金属部材で、
ｗｉ回路を形成するためなどの例えば々フビツチ電解銅
板、（７Ａ）　，　（７Ｂ）はアルミナ部材（１）と銅
板（２Ａ）．（２Ｂ）を直接接合した接合面である。

第６図（ｍｌは上記従来の半導体実装用の複合基板を用
いた電力半導体モジュールの斜視図、第６図（ｂｌは放
熱部材との接合状態を拡大して示す断面図である。図に
おいて、（２℃は熱容量増加のための銅放熱部材、（４
ｍ）（４ｂ）は半導体、（５Ａａ）．（５Ａｂ）は半導
体（４ｍ），（４ｂ）を例えば銅板（２Ａａｌ，（２Ａ
ｂｌに実装するためのはんｒご、（５Ｂｍ），（５Ｅｂ
３は例えば銅板（２Ｂｍ）．（２Ｂｂ）を銅放熱部材（
２Ｘ）ニ接続ずろためのはんｒご、（６ｍｍ），（６ｂ
ａｌおよび（６ｍｂ），（６ｂｂ）はそれぞれ半導体（
４ａ）．（４ｂ）を動作させるために銅板（２Ａａ），
（２Ａｂ）とはそれぞれ電気的に絶縁された別の銅板（
２１ａ），（２ｅａ）および（２ａｂ），　（２ｅｂ）
に接続しｆコ、例エばアルミニウム製のボンデイングワ
イヤである。

上記のように構成されたモジュールの半導体（４ａ）．
（４ｂ）を動作させると、半導体（４ｍ）．（４ｂ）は
大量の熱を発生する。また、当然のことながら上記モジ
ュールは繰り返し使用される。従って、例えは電力半導
体等発熱素子用基板としては以下のことが要求されろ。

半導体（４ａ）　．（４ｂ）から発生する熱を十分逃が
すことができること、半導体（４ｍ），（４ｂ）（７）
動作・非動作に伴うビートサイクルによって発生する基
板の熱膨張・収縮により半導体（４ａ），（４ｂ）を破
壊しないこと、さらに、このヒートサイクルによりアル
ミナ部材自体が破壊しないことである。

〔発明が解決しようとする：ｌＩＡ題〕しかるに、上記
のような基板構造では、セラミック基板（１）．（ｌｍ
），＜Ｉｂｒは一般的に熱膨張係数が小さく、上記実施
例のアルミナ士ラミツクでは７ｘ１０−６であるため、
熱膨張係数が１７Ｘ１０−６　の銅板（２Ａ）　（２Ｂ
）　（２Ａａ　）　（２Ａｂｌ　（２Ｂｍ　）　（２Ｂ
ｂ）　　と直接接合した場合、熱膨張係数差により接合
面（７Ａ）（７Ｂ）の近傍に四力を発生しｒこ。このよ
うな接合体がヒートサイクルを受１１ると上記接合面（
７Ａ）（７Ｂ）近傍には大きな応力が繰り返し発生し、
硬いが脆いアル主ナ部材（１μｌａＨｌｂ）はその応力
に耐えられず割れが発生し、ついには分離してしまうこ
とがあった。

即ち、第７図はヒートサイクルを受けた上記従来の電力
半導体モジュールの断面図であり、図は典型的な割れ形
状を示す。図Ｅこおいて、（８Ａ）（８Ｂ）（８Ｃ）（
８Ｄ）は割れであり、このように割れ（８人）〜（８Ｄ
）は応力が集中するセラミック基材（１）（ｌｍ）（ｌ
ｂ）と銅板（２Ａｌ（２ｆＮ（２Ａａ）（２Ａｂｌ（２
Ｂｍ）（２Ｂｂ）　　の角部から発生した。

また、銅板（２Ａｌ　（２Ｂ）　（２Ａａ　）　（２Ａ
ｂ）　（２１１１ａ　）　（２Ｂｂ）　　はアルミナ部
材（１）　（　１　ｍ　）　（　１　ｂ　）に強固に接
合されているため、その熱膨張係数は銅単体の場合に比
べ小さくなってはいるものの、熱膨張係数が５×１０−
６と小さいシリコン半導体（４ｍ）（４ｂ）を例えばは
んだ付により実装すると、半導体（４ｍ１　）　（４ｂ
月こも割れが発生才ろということがあった。これらは、
半導体（４ｍ）（４ｂｌの動作軍流を上げるために、銅
板（２人）（２Ｂ）（２Ａａ）（２Ａｂ）（２Ｂｍｌ（
２Ｂｂｌ　　を厚くしたときや、大面積の半導体（４ｍ
ｌ（４ｂ）を実装したと上に顕著に現われた。

上記割れの発生はアルミナ部材（１）（１ａＨ１ｂ）を
厚くすることにより若干の改善は図れるものの、半導体
（４ａ）（４ｂ）からの放熱特性はアルミナ部材（１）
（ｌｍｌ（ｌｂ）の熱抵抗が高いため劣化してしまう。

例えば、Ｑ，４ｍｍの板厚のアルミナ部材（１）（ｌｍ
ｌ（ｌｂ）を０．６３ｔｎｍ　　に増，Ｉｌｌ］させる
ことにより−４０℃〜１５０℃の耐ヒートサイクル特性
は１．２倍程度向上する力ζ逆に熱の逃げを妨げる熱抵
抗値は約１．６倍高くなり、半導体（４ｍ）（４ｂ）の
機能やセラミック部材（１）（ｌｍ）（ｌｂ）のコスト
等を考慮した場合有効な方法ではない。

さらに半導体（４ｍ）（４ｂ）からの放熱特性を考えた
場合、構成材料の熱伝導率を比較すると、銅４００ｗ／
ｍ−ｋ，はんだ４０Ｗ／ｍ−ｋ、アルミナ２Ｑｗ／ｍ−
ｋの順となり、はんだとアルミナを極力減らすことが有
効となる。特に、ヒートサイクル後、第７図の典型的な
はんだ付状態に示丁ボイド（２泡）　（９Ａ）（９Ｂ）
（９Ｃ１が残存しやすいため熱伝導が著しくばらりよ、
その結果製品の性能もはらついてしまうという問題を有
していたが、第５図に示した基板構造では熱容量が不足
するため、どうしても第６図、第７図に示したように銅
放熱部材（２Ｘ》をはんだ付により接合する必要があつ
ｔコ。

従って、これらの問題を避けるためには、半導体（４ｍ
）（４ｂ）のパワーや形状を制限する、銅板（２Ａ）（
２Ｂ＋（２Ａａ）（２Ａｂ）（２８ａｌ（２Ｂｂ）を薄
く、幅広くして実装密度を下げるなどの対策か必要であ
り、モジュールの高機能化、高密度化ｌことって大六な
障害となっていた。

なお、他にセラミックと銅を接合した構造材において、
熱膨張差による内部応力を緩和させる方法として、両者
の接合面の闇に、例えばアルミニウム、銅などの比較的
柔らかい金属層、二オブ、あるいはニオブ／モリブデン
、ニオブ／タングステンの積層中間層を数鵬設けろ方法
が提案されている。（雑誌：金属１９８６年５月号４５
〜５ｏ頁）ところか、半導体実装用の基板としては上述
したように、数一もの中間層を設けることは熱放散性が
非常に悪くなり、大容量、高機能化でぎないために問題
であった。

本発明はかかる課癲を解決するためになされたもので、
過酷な使用環境下においても、放熱板を厚くてることが
できるので放熱特性を確保しつつかつセラミック基材等
に発生する熱応力を低下させ破壊が生じるのを防止する
信頼性の高い発熱素子用基板を得ることを目的とする。

本発明の別の発明は、さらに放熱板を厚くすることがで
きるので、放熱特性がさらに向上した発熱素子用基板を
得ることを目的とする。

本発明のさらに別の発明は、さらに外部への熱伝達が安
定確保された発熱素子用基板を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の発熱素子用基板は、銅又は銅合金部材と、これ
に固着し厚さがこの銅又は銅合金部材のｌ／２０〜１／
３のモリブデン、タングステンおよびその合金のいずれ
かから成り、上記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束する
第２拘束部材とで構成され、上記セラミック基材に固着
した導体を備えたものである。

本発明の別の発明の発熱素子用基板は、セラミック基材
、銅又は銅合金部材と、モリブデン，タングステンおよ
びその合金のいずれかから成り、上記銅又は銅合金部材
の熱膨張を拘束する第１拘束部材と、空孔を有し、銅又
は銅合金部材から成り、上記銅又は銅合金部材の変形の
上記セラミック基材への伝達を緩和する緩和部材とを固
着して構成され、上記セラミック基材に固着した放熱板
、並びに銅又は銅合金部材と、これに固着し厚さがこの
銅又は銅合金部材の１７２０〜１／３のモリブデン、ク
ングステンおよびその合金のいずれかから成り、上記銅
又は銅合金部材の熱膨張を拘束する第２拘束部材とで構
成され、上記セラミック基材に固着した導体を備えたも
のである。

本発明のさらに別の発明の発熱素子用基板は、上紀本発
明および本発明の別の発明の発熱素子用基板において、
上記導体の熱膨張係数が、上記放熱板の熱膨張係数以下
のものである。

〔作用〕

本発明において、導体および放熱板に銅または銅合金部
材の厚さの１７２０〜１／３の厚さの拘束部材を設けろ
ことにより、基板の熱伝導や電気伝導特性放熱性を確保
するとともに、セラミック基材や例えば実装される半導
体に加わる応力を低減させ、セラミック基材や半導体が
破壊するのを防止する。

本発明の別の発明において、放熱板にさらに緩和部材を
設けることにより、放熱板の熱変形を吸収することがで
きるので、放熱板をより厚くすることができろ。

本発明のさらに別の発明において、導体の熱膨張係数を
放熱板の熱膨張係数以下にすることにより、例えば架台
等外部との接触が保たれるので、外部への熱伝達が安定
確保される。

〔実施例〕

！！ｌ図は本発明の一実施例の発熱素子用基板の断面図
で、図において、（ｌａ），（ｌｂ）はセラミック基材
で、この場合は平板状のアルミナ部材、（　２Ａａ　）
　．（２Ａｂ）はアルミナ部材（ｌａ），（ｌｂ）の一
面に直接接合し固着された第１銅部材、（２Ｃｍ），（
２Ｃｂｌは半導体の大容量化のためにアルミナ部材（ｌ
ａ）．（ｌｂ）の一面側に追刀口した第３銅部材で、半
導体（図示せず）は上記従米基板と同様、この第３銅部
材（２Ｃａ），（２Ｃｂ）上に実装されろ。（３Ａａ）
，（３Ａｂ）は第１拘束部材で、この場合はそれぞれ第
１、第３銅部材（２Ａａ），（２Ｃａ）および（２Ａｂ
）．（２Ｃｂ）間に接合し固着され、第１，第３銅部材
（２Ａａ），（２Ｃａ）又は（２Ａｂ），〔２Ｃｂ》の
総厚さの１／２０〜１／３の厚さのモリブデン部材であ
り、上記銅部材の熱膨張を拘束し、第１、第３銅部材（
２Ａａ）．（２Ｃａ）又は（２Ａｂ），（２Ｃｂ）と第
１拘束部材（３Ａａ）．（３Ａｂ）とで導体ｍを形成す
る。

又、（２Ｂ）はア７Ｌ７　Ｚナ部材（ｌｍｌ，（ｌｂ）
の他面に直接接合固着された第２銅部材、〔２Ｄ）は銅
部材のヒートシンクの熱容量増加のために追加した第４
銅部材、（３Ｂ》は第２、第４銅部材（２Ｂ］．（２Ｄ
）間に接合し固着された第２、第４銅部材（２Ｂ）．（
２Ｄ）の総厚さの１／２０−１／３の厚さの第２拘束部
材であり、上記銅部材の熱膨張を拘束し、第２、第４銅
部材（２Ｂ）．（２Ｄ）　オヨｏｈｍ　２　拘束部材（
３Ｂ）ハ放熱板（Ｚｌｅ形成する。

上記のよう番こ構成された基板が、温度環境の変化や半
導体の動作により、ヒートサイクルを受けろと、従米基
板と同様熱膨張係数の差により、熱膨張係数の大ｈ　ｆ
ｘ銅部材（２Ａａ）（２Ａｂｌ（２Ｂ）（２Ｃａ）（２
Ｃｂｌ〔２Ｄ）はアルｉナ部材（ｌａ），（ｌｂ）より
も膨張・収縮しようとする。しかし、この実施例では膨
張係数が低く、高強度で、熱抵抗が低く、かつ他の部材
と一体化できろ材料である薄いモリブデン部材（３Ａａ
），（３Ａｂ），（３Ｂ）　　を拘束部材として追加し
た構造をとっている。モリブデンは熱膨張係数が約５Ｘ
１０　’（／’Ｃ）であり、銅の約１７ｘｌＯ　　’（
／Ｃ）との差は大きく、加熱冷却中には両者の接合界面
には大きな応力が発生するが、モリブデンの耐カ、特に
薄い圧延材の耐力は５０　ｋｇ　／ｍｍ’以上もあるた
め、銅（耐力約１０ｋｇ／ｍｍ”　）の方がすぐに塑性
変形し、モリブデンが拘束部材（３Ａａ）　，　（３Ａ
ｂ）　，　（３Ｂ）としてｓき、アルミナ部材（ｌｍｌ
，（ｌｂ）へ大きな応力か［０わろのを防止できる。な
お、モリブデンと銅の接合固着界面に加わる応力は従来
例以上となるが、両者が延性材料の金属材料であること
から割れは発生しない。

モリブデン部材（３Ａａ）　，　（３Ａｂｌ，　（３Ｂ
）　　を基板構成材料として強固に一体化するためには
、例えば、予めモリブデン部材（３Ａ畠），（３Ａｂ）
，（３Ｂ）　　とモリブデン部材の両側に位置するｍ１
、第３銅部材（２Ａｍ　入（２Ｃａ），（２Ａｂ）．（
２Ｃｂ）および！！２、第４銅部材（２Ｂ），〔２Ｄ》
をそれぞれ爆発圧接等の方法を用いて接合した後、上記
複合材料をアルミナ部材（１畠），（ｌｂ）　ｌこ特開
昭６０−１５５５８０号公報に示された例えばＤＢＣ法
等を用いて接合する方法がとられろ。

銅部材の厚さは各々トータルとしてＱ，３ｍｍ以上必要
とされ、５ｍｍ以下が適当で、Ｑ，３ｍｍ　％　ｌｍｍ
の範囲が望ましい。

第２図は、本発明の実施例の発熱素子用基板に用いたモ
リブデン部材の厚さと耐ヒートサイクル回数との関係を
示す特性図である。横軸にモリブデン部材の厚さを、縦
軸に耐ヒートサイクル回数（アルミナ部材が割れるまで
のヒートサイクルの回数》をとった。対称構造のセラミ
ックー金属複合基板のヒートサイクル試験の結果を示す
もので、モリブデン部材か介在される２層からなる銅部
材の総厚さはｌ，Ｑｍｍ、アルミナ部材の厚さは０．６
３ｍｍ．ヒートサイクルの条件は−４０℃〜１５０℃で
ある。

第２図からモリブデン部材の厚さを０．０　５　ｍｍ　
以上にすることにより、耐ヒートサイクル特性が急激に
改善されていることがわかる。

このように、モリブデン・銅閲で発生する応力を銅の変
形により吸収させることにより、銅・アルミナ間の応力
を低下させ、銅部材の厚さの１７１０程度の薄いモリブ
デン部材を追加するだけで、耐ヒートサイクル特性をｌ
Ｏ倍以上向上できることが実証できた。この効果は銅部
材の厚さがｌ．Ｑｍｍの時のみに成立するものではない
ことはいう才でもない。

第１拘束部材および第２拘束部材の各々のモリブデン部
材の厚さとしては、導体および放熱板の銅部材の各々の
トー女ル厚さのｉ　／２０　−　１／３　ｂ；　Ｍ　当
であり、この範囲内でモリブデン厚さを変化させろこと
により、耐ヒートサイクル特性、熱批抗、基板コストを
変化させることがでλる。１７２０以下の厚さのモリブ
デン部材では耐ヒートサイクル特性の改善が十分図れず
、】／３以上の厚さのモリブデン部材では熱抵抗が高く
なる結果、半導体からの熱放散が不十分となるので、高
機能化にとって不都合であり、また基板のコストも高く
なるため工業的利用価値が低下する。

なお、上記実施例では放熱板として板状のものを示して
いるが、熱容量の増強やモジュールの機械的強度の向上
のため、銅部材や拘束部材を追加しても同様の効果を期
待できる。その一例を以下に示す。

第３図は銅部材（３Ｅ》を銅部材（２Ｂ）上に環状に配
置した場合の本発明の他の実施例の発熱素子用基板の断
面図である。この実施例においては、銅部材（２Ｂ）か
らの熱を逃がし、かつ半導体（図示せず）やセラミック
基材（ｌｍ），（ｌｂ）を外力から保護できる効果があ
る。なお、このような追加部材は環状である必要かない
ことは言うまでもなく、要はアルミナ部材へ加わる応力
が大きく変化してしまう板厚方向に位置しないように追
那丁れば良い。

第４図は本発明の別の発明の一実施例の発熱素子用基板
の断面図で、図において、（２Ｆ）は空孔を有する銅ま
たは銅合金からなる緩和部材であり、この場合は空孔率
が５０ｑｂの網目状の銅板、（２Ｄ）は上記本発明の一
実施例に用いた放熱部材（２ｘ》より厚くさらに熱容量
を増加させた銅部材である。

上記のように構成された基板では、上記本発明の一実施
例とほぼ同一の効果が期待できるが、より大電流対応の
半導体へも対応が可能となる効果がある。即ち銅部材（
２Ｂ），（２Ｄ）と緩和部材〔２Ｆ）の伸びをモリブデ
ン材（３Ｂ）で拘束すると共に、銅部材（２Ｂ）．（２
Ｄ）の板厚が厚くなることによる大基な応力を緩和部材
（２Ｆ】の塑性変形により吸収し、銅部材（２Ｂ）（２
Ｄ）の変形の上記士ラミツク基材（ｌｍ）．（１ｂ）へ
の伝達を緩和するのである。緩和部材（２Ｆ）としては
単に塑性変形が容易となるだけでなく熱の逃げも確保す
る必要があるため、むやみに空孔を増すことは好ましく
ない。また塑性変形量が極端に大ぎくなるとクうツクが
発生するなど問題となるので、むやみに薄くしないこと
が望ましい。

たとえば、一例として空孔率５０％、厚さ３００μｍの
網目銅板を用いた場合、変形能ははんだ並びに熱批抗は
はんだより５割程度低く（はんだの厚さを１００μｍ、
ボイドなしと仮定》、緩和層として有効に働く。

なお、本発明の別の発明においては、第２拘束部材のモ
リブデン部材（３Ｂ》の厚さは導体側の第１拘束部材の
モリブデン部材（３Ａａ），（３Ａｂ）のように銅部材
（２Ｂ），（２Ｆ），（２Ｄ）に対する厚さの制限はな
いがセラミック基材（ｌｍ），（ｌｂ）への応力や材料
コスト、熱抵抗などを考慮すると、導体側のモリブデン
部材（３Ａａ）．（３Ａｂ）と同程度が望ましい。また
、セラミック基材（ｌｍ），（ｌｂ）とモリブデン部材
（３Ｂ）の間に第３銅部材（２Ｂ）を配置する本発明の
別の発明の一実施例のような場合は、銅部材（２Ｂ》の
厚さは銅部材（２Ｆ）　，　（２Ｄ）からモリブデン部
材（３Ｂ】に伝わる力が最も極端な例として零としたと
しても、導体側の制限からも明らかなように、セラミッ
ク基材（ｌｍ）　，（ｌｂ）への応力＠減の観点から、
モリブデン部材（３Ｂ）の厚さの２０倍を越えることは
望ましくない。また、銅部材（２Ｃａ　ｌ（２Ａａ　）
　（２Ｃｂ）　（２Ａｂ）　（２Ｂ）（２Ｆ）（２Ｄ）
やモリブデン部材（３Ａａ）　（３Ａｂ）　（３Ｂ）　
　の配置は上記実施例に限られることはなく、半導体の
特性セラミック部材の特性に応じて配置すれば良く、モ
リブデン部材（３Ａｍ）　（３Ａｂ）（３Ｂ）を多層と
しても良い。

さらにまた、緩和部材（２Ｆ》は網目状である必要はな
く平行みぞを切った平板でも良く、銅部材（２Ｂ），（
２Ｄ）に上記加工を施すことによって緩和部材（２Ｆ】
を兼ねさせても良いロ又、本発明のさらに別の発明に示したように、導体側と
放熱板側の構造に関して、モジュール内の熱を効率良く
、さらにモジュール取付架台側へ熱伝達させるよう構成
することを必要とする場合がある。即ち、モジュールを
架台にたとえばネジ止めした場合に、モジュールと架台
はなるべく全面で接触していろことが好ましく、この接
触状態は取付時はもちろんのこと、モジュールの動作時
にも確保する蚤こは、モジュールの温度が上昇した場合
に導体のモジュール装着側が凸に変形しないよう、導体
の熱膨張係数が放熱板のそれ以下になるよう構成する必
要がある。具体的にはたとえば放熱板側の総銅厚さを導
体側の総銅厚さより厚くする方法や放熱板側のモリブデ
ン厚さを導体側のモリブデン厚さより薄くする方法など
が有効であるが、接合時の歪の抑制の観点からは銅厚さ
を変化させる方がより好ましい。

さらに、本発明の発熱素子用基板を得る場合、各部材を
接合し固着する方法としては、上述したように、例えば
爆発圧接、ＤＢＣ法等の従来の方法が利用できるが，本
発明における部材が強固に接合し固着され、拘束しあう
ことが必要であるため、融点が低く、柔らかい、例えば
共晶はんだのような軟ろうＥこよる接合方法は避けた方
がよい。

さらにまた、上記実施例ではセラミック基材としてアル
ミナ部材、拘束部材としてモリブデン部材を利用する場
合について述べたが、アルミナ部材の代わりに窒化アル
ミニウム部材やシリコンカーバイト部材などの熱膨張係
数が小さく、かつ胤性な絶縁基板材料においても、同様
の効果が期待できる。また、モリブデン部材の代わりに
、ほぼ同程度の熱膨張係数、耐力、熱伝導率を有するタ
ングステン部材を利用することもできる。また、セラミ
ック部材、銅部材、拘束部材はそれぞれ１００％同一の
材料から作られている必要もなく、特に銅部材、拘束部
材は熱膨張係数、電気伝導度、耐力などの物性値が大幅
に変化しない限り上記成分を主成分とする合成物質、例
えば銅合金、モリブデン合金、タングステン合金であっ
てもよい。

なお、上記実施例ではモリブデン部材を同一厚さの第１
、第３銅部材（２Ａｍ）（２Ｃｓ）、（２Ａｂ）（２Ｃ
ｂ）および第２、第４銅部材（２Ｂ）（２Ｄ）の間に設
けているが、第１、第３銅部材ｒ２Ａａ）（２Ｃａ）、
（２Ａｂ）（２Ｃｂ）および第２、第４銅部材（２Ｂ）
（２Ｄ）の厚さが異なっていても同様の効果を期待でき
る。またｍｌ、箇３銅部材（２Ａａ）（２Ｃａ）、（２
Ａｂ）（２Ｃｂ）または第２、第４銅部材（２Ｂ）（２
Ｄ）を一体化して、モリブデン部材（３Ａａ）（３Ａｂ
ｌ（３Ｂ）を単一の銅部材の表面あるいは銅部材とアル
ミナ部材の間に配置しても同様の効果を期待でとる。

また、拘束部材は一層である必要はなく、要は第１およ
び第２拘束部材の各々の総厚さが導体および放熱板の各
々の銅部材の１７２０〜１／３となるように、半導体の
特性、セラミック部材の特性に応じて配置すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明は銅又は銅合金部材と、こ
れに固着し厚さがこの銅又は銅合金部材の１７２０〜１
／３のモリブデン、タングステンおよびその合金のいず
れかから成り、上記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束才
ろ第１拘束部材とで構成された放熱板、この放熱板に固
着したセラミック基材、並びに銅又は銅合金部材と、こ
れに固着し厚さがこの銅又は銅合金部材の１７２０〜１
／３のモリブデン、タングステンおよびその合金のいず
れかから成り、と記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束す
ろ第２拘束部材で構成され、上記セラミック基材に固着
した導体を備えたものを用いろことにより、過酷な使用
環境下においても、放熱板を厚くすることができるので
、放熱特性を確保しつつ、かつセラミック基材に発生す
る熱応力を低下させ破壊が生じるのを防止でる発熱素子
用基板を得ることができる。

本発明の別の発明は、セラｉツク基材、銅又は銅合金部
材と、モリブデン、タングステンおよびその合金のいず
れかから成り、上記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束す
る第１拘束部材と、空孔を有し、銅又は銅合金部材から
成り、上記銅又は銅合金部材の変形の上記ナラｉツク基
材への伝達を緩和する緩和部材とを固着して構成され、
上記セラミック基材に固着した放熱板、並びに銅又は銅
合金部材と、これに固着し厚さがこの銅又は銅合金部材
の１７２０〜１／３のモリブデン、タングステンおよび
その合金のいずれかから成り、上記銅又は銅合金部材の
熱膨張を拘束する第２拘束部材とで構成され、上記セラ
ミック基材に固着した導体を備えたものを用いることに
より、さら６こ放熱板を厚くすることがで〜るので、放
熱特性かさらに向上しｆこ発熱素子用基板を得ろことが
で≧ろ。

本発明のさらに別の発明は、上記本発明および木発明の
別の発明において、上記導体の熱膨張係数が上記放熱板
の熱膨張係数以下であるものを用いろことにより、さら
に外部への熱伝達が安定確保された発熱素子用基板を得
ろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発熱素子用基板の断面図、
第２図は本発明の実施例の発熱素子用基板に用いた拘束
部材の厚さと耐ヒートサイクル回数との関係を示す特性
図、第３図は本発明の他の実施例の発熱素子用基板の断
面図、第４図は本発明の別の発明の一実施例の発熱素子
用基板の断面図、第５図は従来の半導体実装用複合基板
の断面図、第６図（４）は従来の電力半導体モジュール
の斜視図、第６図（ｂｌは放熱部材との接合状態を示す
断面図、第７図はヒートサイクルを受けた従来の電力半
導体モジュールの断面図である。図番こおいて、（１畠），（ｌｂ）はセ−７５ック基材
、ｒ２Ａａ）（２Ａｂ）（２Ｂ）（２Ｃａｌ（２Ｃｂ）
（２ＤＪ　　は銅または銅合金部材、（２Ｆ）は緩和部
材、（３Ａａｌ（３Ａｂ＋　（３Ｂｌは拘束部材、ｍは
導体、２）は放熱板である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分をボす。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅又は銅合金部材と、これに固着し厚さがこの銅
又は銅合金部材の１／２０〜１／３のモリブデン、タン
グステンおよびその合金のいずれかから成り、上記銅又
は銅合金部材の熱膨張を拘束する第１拘束部材とで構成
された放熱板、この放熱板に固着したセラミック基材、
並びに銅又は銅合金部材と、これに固着し厚さがこの銅
又は銅合金部材の１／２０〜１／３のモリブデン、タン
グステンおよびその合金のいずれかから成り、上記銅又
は銅合金部材の熱膨張を拘束する第２拘束部材とで構成
され、上記セラミック基材に固着した導体を備えた発熱
素子用基板。
（２）セラミック基材、銅又は銅合金部材と、モリブデ
ン、タングステンおよびその合金のいずれかから成り、
上記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束する第１拘束部材
と、空孔を有し、銅又は銅合金部材から成り、上記銅又
は銅合金部材の変形の上記セラミツク基材への伝達を緩
和する緩和部材とを固着して構成され、上記セラミック
基材に固着した放熱板並びに銅又は銅合金部材と、これ
に固着し厚さがこの銅又は銅合金部材の１／２０〜１／
３のモリブデン、タングステン及びその合金のいずれか
から成り、上記銅又は銅合金部材の熱膨張を拘束する第
２拘束部材とで構成され、上記セラミック基材に固着し
た導体を備えた発熱素子用基板。
（３）請求項第１項又は第２項記載のものにおいて、上
記導体の熱膨張係数が上記放熱板の熱膨張係数以下であ
る発熱素子用基板。