JPH08191120A - パワー半導体素子用基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワー半導体素子搭載用の基板とその製造方
法に関し、熱歪の少ない状態で高い熱伝導性と接着性を
有し、量産性、軽量化に優れたパワー半導体素子用基板
の提供を目的とする。 【構成】 アルミニュームマトリクスにＳｉＣを分散し
て成る組成のベースと、このベースに自由表面がパワー
半導体素子装荷側でベースと同一平面になる如くして埋
め込まれた素子搭載用のＡｌＮチップとを含むパワー半
導体素子用基板。予め形成されたモールドの所定位置に
ＡｌＮチップを載置しておき、射出成型法を利用してベ
ースを形成すると共にＡｌＮチップを前記露出面を残し
てベース内に埋め込んで製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放熱性と信頼性に優れ
た、パワー半導体素子搭載用の基板とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】パワー半導体素子は大電流駆動されるた
め発熱し、素子特性を維持するため放熱性に優れた搭載
基板が必要とされる。特に近年、高密度集積化や制御回
路との昆載化による小型、軽量化が進められているた
め、高密度熱流の放散が重要な課題となっている。

【０００３】従来から発熱量の多いパワー半導体素子の
基板には、放熱性の優れた金属のヒートシンクが用いら
れ、絶縁性を保つため樹脂層を介してパワー半導体素子
や他の回路素子および電気配線が行われている。しか
し、樹脂層は熱伝導性が低いので、発熱量の多いパワー
半導体素子だけ金属のヒートシンク上に局部的に配設さ
れた熱良導性絶縁セラミクス板に固着する技術が開示さ
れている。

【０００４】例えば、特開平１−２９０２７９号公報に
は、金属ヒートシンク上に塗布された樹脂絶縁層の所定
位置に開口部を設けてセラミクス絶縁板を島状に埋め込
み、このセラミクス絶縁板上にパワー半導体素子を固着
し、周辺の樹脂絶縁層上に電気配線する技術が開示され
ている。また、特開昭５９−１２３２５０号公報には、
金属ヒートシンクに直接開口部を設けて開口部に熱良導
性絶縁セラミクスを島状に埋め込みメタライズ加工で接
着した上でセラミクス上にパワー半導体素子などを配置
する技術が開示されている。

【０００５】一方、特開平５−３６８７２号公報には、
金属ヒートシンク上に樹脂絶縁層を塗布後、パワー半導
体素子の設置部だけから樹脂絶縁層を完全に除去し、熱
良導性セラミクスである窒化アルミニューム（ＡｌＮ）
を金属ヒートシンク上に直接半田づけし、更にその上に
パワー半導体素子を半田づけすることによって熱抵抗を
従来の１／２以下にする技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来技術は、
いずれも金属ヒートシンクと熱良導性絶縁セラミクスの
ヒートシンク作用を組み合わせる目的で開発され、それ
ぞれパワー半導体素子の熱抵抗を低減する上で効果はあ
る。しかし、樹脂層の加工性と接着性を利用する特開平
１−２９０２７９号公報記載技術は量産性に優れている
が、金属ヒートシンクとセラミクスとの間に樹脂層が薄
く介在するので熱抵抗の低減効果が小さく、大出力素子
や高密度集積化の場合不十分である。

【０００７】また、金属ヒートシンクとＢｅＯセラミク
スを金属で接着した特開昭５９−１２３２５０号公報記
載技術は、熱抵抗低減効果や寄生容量遮断効果は大きい
が、金属とセラミクス間の熱膨張係数の違いによる熱応
用力が大きく、接着強度や素子特性に影響を及ぼすとい
う信頼性の問題が生ずる。

【０００８】一方、樹脂層を完全に局部除去して金属ヒ
ートシンクとＡｌＮを接合する特開平５−３６８７２号
公報記載技術は、熱抵抗低減効果が著しい反面、パワー
半導体素子のＡｌＮへ固着後の高さが周囲の配線部分と
異なるため固体配線、従って大規模集積化が困難であ
り、また熱歪による接着性や素子特性への影響にも問題
が残っている。熱歪は、セラミクスと金属との熱膨張係
数差に起因するもので、パワー半導体素子が駆動されて
発熱した時温度上昇し、半導体素子の休止時に温度下降
するヒートサイクルによって、セラミクスに熱疲労を生
じてクラックが発生したり、熱歪応力が半導体素子の接
合特性を変化させて所定の機能（ｐｎ接合特性）に影響
を及ぼすのである。

【０００９】この問題を解決するために、特開昭６４−
１２５５９号公報では、熱良導性セラミクス、例えばＡ
ｌＮとパワー半導体素子との間に多孔質の粒子状フィラ
ーを分散させたマトリクス金属から成る複合部材を配置
し、熱膨張係数差によって生ずる熱歪をフィラーの空隙
によって吸収する試みが開示されている。しかし、この
技術は、多数の層状材料を積層したりする工程や組成の
調整が煩雑であり、量産或は高密度集積化が難しいとい
う問題点をもっている。

【００１０】本発明の目的は、パワー半導体素子を搭載
するセラミクスチップと金属ヒートシンク間の高い熱伝
導性を確保しつつ熱歪の問題を解消し、両者間の高い接
着性と量産性、軽量化を併せて達成できるパワー半導体
素子用基板とその製造方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、アルミニュ
ームマトリクスにＳｉＣ粒子をとして分散して成るベー
スと、このベースのデバイス装荷側表面近傍に露出面が
デバイス装荷側表面と同一平面上に在る如くして埋め込
まれた島状のＡｌＮから成る素子搭載用チップと、を含
むパワー半導体素子用基板を開示する。

【００１２】前記ベースは、放熱性を高めるために溝状
に加工した放熱面を有したり、或はベースに冷媒流路を
埋め込み配設したり工夫することもできる。

【００１３】前記素子搭載用チップ形状は、前記ベース
に埋め込まれた領域がその自由表面より大きくすること
ができる。

【００１４】これら本発明のパワー半導体素子用基板
は、予め所定形状に製造されたモールド内に平面形状の
露出面を有するＡｌＮの素子搭載用チップを設置し、射
出成形法を利用してアルミニュームマトリクスにＳｉＣ
を分散したベース材料を含む原料を前記モールド内に注
入充填してこの原料と前記チップを露出面以外の領域で
接触させ、その後加熱または冷却によって固化成形する
方法によって製造することができる。

【００１５】前記原料が有機樹脂バインダーや添加助剤
を含む場合は、加熱処理によってバインダーを蒸発させ
て焼結させる。また前記原料が前記ベース材料の溶融混
合物である場合は、冷却処理によってパワー半導体素子
用基板を形成する。

【００１６】

【作用】ＡｌＮは高い熱伝導率（約１５０Ｗ／ｍ・ｋ）
を有するセラミクスであり、これをパワー半導体素子用
チップとしてその上に直接パワー半導体素子を固着する
と共に、ＡｌＮチップを、露出面を残してアルミニュー
ムマトリクスに埋め込むことによってパワー半導体素子
から発生する熱流を非常に低い熱抵抗の下に速やかにヒ
ートシンクに導くことができる。ＳｉＣを分散したＡｌ
マトリクス（以下Ａｌ：ＳｉＣと略記）から成るベース
は、金属に近い高い熱伝導率を有し、放熱面を複数本の
平行溝状に加工して面積を増したり、或はベース内部に
強制流動される冷媒の流路を設けるなどして熱交換を行
えば、良好なヒートシンク機能を発揮する。

【００１７】ＡｌＮチップは、露出面よりも埋め込まれ
た内部領域で広い形状を有するように設計されている
と、ヒートシンクであるＡｌ：ＳｉＣとの接触面がより
広がるため、熱放散がより速やかに惹起する。

【００１８】ＡｌＮは搭載するパワー半導体素子の構成
半導体であるＳｉやＧａＡｓと熱膨張係数が近く（５．
６×１０^-6Ｋ^-1）、ヒートサイクルによって発生する熱
歪応力が小さいので、トラブルが少ない。また、Ａｌ：
ＳｉＣベースは、小さな熱膨張係数を有するＳｉＣ粒子
を適量分散することによって熱膨張係数をＡｌＮチップ
に近似させることができる。発生する熱歪は分散させた
ＳｉＣ粒子（フィラー）の空孔によってある程度吸収で
きる。

【００１９】ＡｌＮチップを、予め設計したパターンに
基づいて製造したモールドの所定位置に載置し、その後
射出成形法によってモールドに原料を充填してＡｌ：Ｓ
ｉＣベースを形成すると、ＡｌＮチップやＡｌ：ＳｉＣ
ベースが放熱特性を考慮した複雑な形状を有していても
容易に両者を密着させ、且つ平坦な自由表面をもつ基板
を成形することができる。

【００２０】ＡｌＮとＡｌ：ＳｉＣは、熱膨張係数が近
似しているだけでなく、主成分であるＡｌを共有してい
るため、成形の熱的プロセス中に境界領域で成分の相互
拡散を生じたり、Ａｌの分子結合が生じたりして界面で
接合強度が非常に高くなるという特質がある。従って、
伝熱特性や、および工程簡略化の点で有利である。ま
た、ＡｌＮ及びＡｌ：ＳｉＣは比重が小さいために、基
板の軽量化に資することができる。

【００２１】

【実施例】本発明を以下に基づき、より詳しく述べる。 （実施例その１）図１は、本発明の一実施例による基板
上にパワー半導体素子および周辺回路を搭載した状態を
示す断面図である。図において、１１は例えばＩＧＢＴ
（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半
導体素子、１２はＡｌＮチップ、１３はベースで１３ａ
がＡｌを主成分とする金属マトリクス、１３ｂがＳｉＣ
粒子から成るフィラーである。１４は放熱部、１５はワ
イア、１７は下部電極、１８は橋状電極、１９は導体回
路配線、２０は導体回路配線１９を上面に配設した絶縁
層である。

【００２２】ＡｌＮチップ１２は後述する射出成形法に
よってＡｌ：ＳｉＣを主成分とするベース１３に埋め込
まれており、その露出面（自由表面）１２Ａはベース１
３の露出面１３Ａと同一平面上にあるように製造されて
いる。

【００２３】パワー半導体素子１１は、ＡｌＮチップ１
２表面にダイレクトボンディングされてもよいが必要に
応じて下部電極１７を介してＡｌＮチップ１２に固着さ
れる。この場合橋状電極１８が隣接するパワー半導体素
子１１の下部電極１７に接続され、数素子（図の場合は
２素子）あわせて必要な電流値を確保するように設計さ
れる。この結果、各パワー素子の温度上昇が抑制され、
ヒートシンクにかかる放熱負担を、従って熱歪を小さく
することができる。図１の他のＡｌＮチップ１２上に
は、パワー半導体素子１１以外の素子、例えば制御回路
素子等が固着され、それぞれワイヤ１５を介して素子間
或は導体回路配線１９に接続されている。

【００２４】ベース１３の成分は、Ａｌをマトリクスと
するが、ＳｉＣフィラーとの混合特性を改善したり、融
点や機械的強度を調整する目的でＳｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ
ｕ、ＦｅおよびＣｒ等の合金元素を添加することができ
る。フィラー１３ｂのＳｉＣ粒子は直径１０〜１００μ
ｍ程度のものが通常用いられる。粒子形状は成形性の観
点から球状が好ましいが、異形や多角形状であってもよ
い。ベース１３は間接形成法または直接形成法によって
製造される。以下各方法を説明する。

【００２５】図２は、間接成形法のプロセスを示すフロ
ーチャートである。各材料を混合して後の混練、乾燥工
程は省略することもできる。この二つの工程は、原料の
マトリクスやフィラーの各粒子をバインダーによくなじ
ませ、成形性を向上させる上で効果がある。

【００２６】バインダーは有機樹脂系が中心であるが、
その組成選定は射出成形工程で得られるグリーン成形体
３１の形状、寸法精度を決める上で重要である。成形性
と脱脂性とを考慮して表１に示す材料の組合せを用い
た。

【表１】

【００２７】脱脂工程は、バインダーの分散による急激
なガス発生を抑制するため、比較的穏やかな（１５゜Ｃ
／ｈｒ以下）温度上昇によって行われる。脱脂後の表面
処理および乾燥工程は、含浸工程での形状破壊を防ぐ目
的で行われるが、省略するこも可能である。

【００２８】表面処理、乾燥工程は、例えば水ガラスな
どの無機液状バインダーを脱脂した成形体表面に噴霧し
て後乾燥硬化させて無機バインダー粒子間の結合を高め
るものである。同様の目的で添加助剤として、原料や有
機バインダーと共に予めカルコゲナイドガラス等の低軟
化温度ガラスや金属酸化物等を用いる場合もある。この
場合は、乾燥工程でこれら添加助剤の融点以上に加熱す
る必要がある。但し、これら無機バインダーや添加助剤
は高濃度添加すると、熱伝導性を低下させる原因となる
ので、必要最小限の量にとどめなければならない。

【００２９】含浸工程は、溶融マトリクスを成形体の粒
子間に充填する工程であり、図４または図５のようにし
て行うのが典型である。

【００３０】図３は、図２の射出成型工程においてグリ
ーン成形体３１を形成する様子を示す模式図である。所
定形状に加工されたモールド３２のキャビティ部に混合
材料３３がモータ３５に駆動された加圧機構部３４によ
って圧入充填され、グリーン成形体３１となる。

【００３１】図４は、減圧チャンバー内における溶融マ
トリクス含浸のプロセスを示す模式図である。脱脂、表
面処理、乾燥された成形体４１が金属溶融器４３内に載
置され、溶融金属４２中にディップされる。金属浴容器
４３はチャンバー４４内に収納されており、チャンバー
４４内は排気ポンプ４５によって減圧状態にある。

【００３２】一方、図５は溶融マトリクス金属の加速含
浸方法を示す模式図である。成形体４１は、大気圧によ
って加圧された状態の溶融マトリクス金属を含浸され
る。成形体４１は、フィルター部５１を介して排気ポン
プ４５で減圧された状態にあるので、図４の場合よりも
速やかに溶融マトリクス金属が成形体４１の粒子間に充
填される。

【００３３】図６は、直接成形法の原理を示す。所定形
状に製造されたモールド６２内にＡｌＮチップ１２を例
えば図のように載置し、下方よりＳｉＣ粒子を分散した
溶融Ａｌマトリクス６１をモールド６２内に流入せしめ
る。モールド下方の溶融マトリクス流出孔にはフィルタ
部５１が設けられており、内部のガスは抜けるが溶融塩
は流出しない構造になっている。加圧用シャフト６４を
操作して６３の方向に溶融塩を押せば、ＡｌＮチップ１
２の底面に溶融塩が密着し、またモールド６２内に充満
する。このまま冷却すれば、成形された基板ができる。
溶融塩に分散するＳｉＣ粒子の表面に予め、例えばＮ
ｉ、Ｚｎ、Ｍｇ等の金属皮膜を被着させておけば、Ｓｉ
Ｃ粒子とマトリクスとの濡れが向上し、従ってＡｌマト
リクス中での分散性が高まる。

【００３４】ベース１３の下面に設けられた放熱部１４
は図１で示したように複数本の平行な溝を設けることに
よって放熱面積を増すことができるが、このような複雑
な形状のベースも、射出成型によって簡単に一体形成で
きる特徴がある。

【００３５】（実施例その２）図７は、本発明の別の実
施例によるパワー半導体素子用基板に素子等を配置した
断面図である。本実施例においては、Ａｌを主成分とす
る金属マトリクス１３ａとＳｉＣ粒子から成るフィラー
１３ｂとで構成される。ベース１３内に冷却用パイプ２
１が配設されている。通電によってパワー半導体素子が
発熱すると、冷却用パイプ２１内に外部から水などの冷
媒がポンプ（図示せず）によって注入され、ＡｌＮチッ
プ１２を経てベース１３内に伝搬する熱エネルギーを速
やかに交換してベース１３を冷却する。この結果、ベー
ス１３の熱抵抗は極めて低い水準に低下する。

【００３６】図７に示したようなパワー半導体素子用基
板は、ベース１３を図６で示した直接成形法で作ること
によって容易に得られる。予めモールド６２内の所定位
置にＡｌＮチップ１２と冷却用パイプ２１とを固設して
おき、溶融塩注入孔からＳｉＣフィラー分散Ａｌマトリ
クス融液をアキュラッド法によって比較的ゆっくり注入
して冷却用パイプ２１と融液との接触性を高める。モー
ルド６２のキャビティ内に溶融塩が完全に充填したら徐
冷して図示した基板を得るのである。

【００３７】（実施例その３）図８は、本発明の更に別
の実施例によるパワー半導体素子用基板とその上面に配
置した素子等を示す断面図である。本実施例において
は、ベース１３に埋め込まれるＡｌＮチップ１２の形状
がステップ状に２段になっている。深い位置に埋め込ま
れた下段の周囲を広くベース１３のＡｌ：ＳｉＣが取り
囲み、ＡｌＮとＡｌ：ＳｉＣの接触面積が増すと共に機
構的に剥離し難い構造となるので、チップとベースの熱
伝導および接着強度が更に改善される。

【００３８】（実施例その４）本発明によるＡｌＮチッ
プ埋め込みＡｌ：ＳｉＣベース基板の熱抵抗値をチップ
サイズをパラメーターにして調べ、従来のＡｌ：ＳｉＣ
ベース上に樹脂層を介してＡｌＮチップを配設した基板
と比較した。

【００３９】図９は、前記した間接成形法を用いてベー
ス１３を射出成型することによりＡｌＮチップ１２を埋
め込み形成した本発明のパワー半導体素子用基板であ
る。パワー素子の熱抵抗を調べるために、ＡｌＮチップ
１２上に下部電極１７を介してパワー半導体素子１１を
固着した。パワー半導体素子１１の周辺には絶縁層２０
を介して制御回路系の導体配線１９ａおよびパワー回路
系の導体配線１９ｂが２層に配置され、更にこれら導体
回路配線１９とパワー半導体素子１１とがＡｌのワイア
ボンディングによって電気的に接続されている。パワー
半導体素子１１の下部電極１７とパワー回路系の導体配
線１９ｂは、更に橋状導体１７によって接合されてい
る。

【００４０】図１０は、Ａｌ：ＳｉＣから成るベース１
３上に塗布されたエポキシ樹脂から成る絶縁層２０に凹
部を設け、その位置にＡｌＮチップ１２を埋め込んだ従
来型のパワー半導体素子用基板と基板に搭載されたデバ
イスを示す断面図である。ＡｌＮチップ１２底部とベー
ス１３上部との間隔（樹脂層厚み）は０．１５ｍｍであ
る。図示した通り、基板の状態が異なるだけで搭載して
あるデバイスや配線は図９と全く同じである。また、各
要素のサイズも図９と全く同じである。

【００４１】図９、図１０では、パワー半導体素子１１
として定格６００Ｖ、２０ＡのＩＧＢＴを用いた。ＩＧ
ＢＴの寸法は４．９×４．９ｍｍ²である。この素子を
４０Ｗで１００ｍｓ駆動した時の基板の熱抵抗を測定し
た。得られた結果を図示したのが、図１１である。図１
１によれば、本発明による基板ではチップサイズによる
熱抵抗値は殆ど変化なく、しかも従来品の１／２以下で
あることがわかる。従来方法で製造したばあいＡｌＮチ
ップサイズが大きくなるにつれて熱抵抗値が下がるの
は、ＡｌＮチップの放熱効果による。外挿すると、Ａｌ
Ｎチップ法が３０×３０ｍｍ²以上の領域で本実施例の
場合とほぼ同じ熱抵抗値が得られることになるが、基板
上へのデバイスの高密度実装を考慮すると、非現実的な
数値である。

【００４２】このような本発明による基板の低熱抵抗値
は、射出成型法を用いてＡｌＮチップ１２をＡｌ：Ｓｉ
Ｃベース１３に精度よく埋め込むことによって得られた
もので、図１１は本発明の優れた特性を示すものであ
る。

【００４３】図１２は、本実施例のパワー半導体装置を
使ってのモータ２００の制御装置を示す。パワー半導体
部１００は、パワートランジスタＰＴ₁〜ＰＴ₆、ダイオ
ードＤ₁〜Ｄ₆より成り、３相Ｕ、Ｖ、Ｗのモータ２００
の回転数制御やトルク制御を行う。４００は直流電源、
５００は平滑コンデンサである。更に、外部の制御回路
部２２は、各パワートランジスタＰＴ₁〜ＰＴ₆のゲート
（ベース）Ａ₁〜Ｂ₃の制御を行う。図１３は、図１２の
制御回路部２２とパワー半導体部１００との実施例図で
あり、特に上面部である。各記号は、図１等ですでに示
した通りである。尚、２３はドライバー用ＩＣである。

【００４４】以上実施例を用いて本発明を説明したが、
本発明はこれらにとどまるものではない。例えば、ベー
ス１３との接着強度を強固にするために、ＡｌＮチップ
１２の界面に予めメタライズ加工をしておいてもよい。
この場合には、前記したような一回の射出成型によるチ
ップ／ベースの接触ではなく、射出成型時にセラミクッ
クチップのダミーを準備するなどして、ベース１３の表
面に所定寸法の溝部を設け、その中にメタライズ加工し
たＡｌＮチップ１２を嵌合する方式が好ましい。

【００４５】本発明の基板に搭載するに好適なパワー半
導体素子は、前記したＩＧＢＴ以外に大出力のサイリス
タや大電流用ダイオードであってもよい。また、Ｓｉ系
半導体以外にもＧａＡｓ系半導体にも適用することがで
きる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果が得られる。 １．基板を構成するＡｌＮチップとＡｌ：ＳｉＣベース
との熱膨張係数差が小さく、また射出成型法による一体
化プロセスの加熱処理時に主成分のＡｌ原子を共有する
関係から界面での相互拡散およびＡｌの化学結合が誘発
されて強い接着強度が得られる。ＡｌＮチップと半導体
素子の熱膨張係数差も小さいため、素子駆動時の熱歪が
小さく高い信頼性が得られる。 ２．射出成型法によるベース形成によって、複雑なベー
ス形状も容易に実現できるため、ベース内に冷却パイプ
を埋め込むなどして基板の熱抵抗値を大幅に引き下げる
ことができる。 ３．パワー素子／ＡｌＮチップ／Ａｌ：ＳｉＣベースの
直接接着構造によって高い熱伝導率による大容量熱放散
が可能である。このため、基板上への高密度実装や基板
の小型化が可能となる。 ４．ＡｌＮ、Ａｌ：ＳｉＣが軽量であるため、小型、軽
量のパワー半導体素子用基板を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による基板上にパワー半導体素
子を実装した様子を示す断面図である。

【図２】間接成形法によるベース製造のプロセスを示す
フローチャートである。

【図３】図２の射出成型工程においてグリーン成形体を
形成する様子を示す模式図である。

【図４】間接形成法で溶融マトリクス含浸の様子を示す
模式図である。

【図５】別の方法による溶融マトリクス含浸の様子示す
模式図である。

【図６】直接成形法によるベース製造の様子を示す模式
図である。

【図７】別の実施例による基板上にパワー半導体素子を
配設した様子を示す断面図である。

【図８】更に別の実施例による基板上にパワー半導体素
子を載値した状態を示す断面図である。

【図９】間接成形法を利用して製造したベースを含む本
発明のパワー半導体素子用基板にパワー素子と駆動回路
を実装した様子を示す断面図である。

【図１０】従来法によって製造した基板に図９と同じパ
ワー素子と駆動回路を実装した様子を示す断面図であ
る。

【図１１】図９と図１０の各素子駆動時の基板の熱抵抗
値測定データである。

【図１２】本発明のモータ制御装置の一例を示す図であ
る。

【図１３】図１２のモータ制御装置の一部の回路の実施
例図である。

【符号の説明】

１１ パワー半導体素子 １２ ＡｌＮチップ １３ ベース １３ａ Ａｌを主成分とする金属マトリクス １３ｂ ＳｉＣ粒子から成るフィラー １４ 放熱部 １５ ワイア １７ 下部電極 １８ 橋状電極 １９ 導体回路配線 １９ａ 制御回路系の導体配線 １９ｂ パワー回路系の導体配線 ２０ 絶縁層 ２１ 冷却用パイプ ３１ グリーン成形体 ３２ モールド ３３ 混合材料 ３４ 加圧機構部 ３５ モータ ４１ 脱脂、表面処理、乾燥された成形体 ４２ 溶融金属 ４３ 金属浴容器 ４４ チャンバー ４５ 排気ポンプ ５１ フィルター部 ６１ 溶融アルミニュームマトリクス ６２ モールド ６４ 加圧用シャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 1/02 Ａ Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｚ (72)発明者 山田 一二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニュームを主成分とする金属マト
   リクスにＳｉＣを分散して成るベースと、該ベースのデ
   バイス装荷側表面近傍に露出面が該デバイス装荷側表面
   と同一平面上に在る如くして埋め込まれた島状の窒化ア
   ルミニューム（ＡｌＮ）から成る素子搭載チップと、 を含むパワー半導体素子用基板。
2. 【請求項２】 前記ベースの前記デバイス装荷側表面と
   反対側の面（裏面）が、放熱面積を増加させるため平行
   に複数本溝状加工されて成る請求項１記載のパワー半導
   体素子用基板。
3. 【請求項３】 前記ベースの前記素子搭載用チップの埋
   め込み領域より下方に、冷却用媒体の流路を配設して成
   る請求項１記載のパワー半導体素子用基板。
4. 【請求項４】 前記素子搭載用チップの前記ベースへの
   埋め込み断面が、前記デバイス装荷側表面においてより
   前記ベース内部においてより大きくなる如く前記素子搭
   載用チップの形状を設計した請求項１記載のパワー半導
   体素子用基板。
5. 【請求項５】 少なくとも一表面が平面形状を有する窒
   化アルミニューム（ＡｌＮ）から成る素子搭載用チップ
   を所定個数だけ、平面形状を有する前記一表面が露出面
   となる如くして予め所定形状に製造されたモールド内に
   設置する第一の工程と、 アルミニュームマトリクスにＳｉＣを分散しベース材料
   を含む原料を前記モールド内に注入充填する射出成型法
   を利用して、前記素子搭載用チップの前記露出面以外の
   領域に前記原料を接触させパワー半導体素子用基板の形
   状を形成する第二の工程と、 加熱または冷却のプロセスによってアルミニュームマト
   リクスにＳｉＣを分散したベースを固化成形する第三の
   工程と、 より成るパワー半導体素子用基板の製造方法。
6. 【請求項６】 前記原料がベース材料の粉末に有機樹脂
   バインダーおよび添加助剤を混合して成る前記第二の工
   程と、脱バインダー処理と焼結のプロセスを含む前記第
   三の工程と、 を含んで成る請求項５記載のパワー半導体素子用基板の
   製造方法。
7. 【請求項７】 前記ベース材料から成る溶融混合物を前
   記モールド内に充填する前記第二の工程と、冷却によっ
   て前記溶融混合物を固化せしめる前記第三の工程と、 を含んで成る請求項５記載のパワー半導体素子用基板の
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜４いずれかのパワー半導体素
   子用基板の上記チップ上にパワー半導体素子を搭載して
   なるパワー半導体装置。