[go: up one dir, main page]

JP2008135595A - Power module - Google Patents

Power module Download PDF

Info

Publication number
JP2008135595A
JP2008135595A JP2006321190A JP2006321190A JP2008135595A JP 2008135595 A JP2008135595 A JP 2008135595A JP 2006321190 A JP2006321190 A JP 2006321190A JP 2006321190 A JP2006321190 A JP 2006321190A JP 2008135595 A JP2008135595 A JP 2008135595A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor chip
substrate
power module
microchannel
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.)
Pending
Application number
JP2006321190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Nishibe
祐司 西部
Yuji Yagi
雄二 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2006321190A priority Critical patent/JP2008135595A/en
Publication of JP2008135595A publication Critical patent/JP2008135595A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H10W72/30

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立が可能なパワーモジュールを提供する。
【解決手段】第1のAl層10とセラミック板12と第2のAl層14とをこの順に積層したDBA基板16と、半導体チップ18と、を有し、半導体チップの一方の主面側に、ハンダ20を介して、DBA基板16の第1のAl層10が接合されており、第2のAl層14には、マイクロチャネルが形成されている。
【選択図】図1
A power module capable of achieving both high cooling performance and improved reliability against thermal stress generation.
A DBA substrate 16 in which a first Al layer 10, a ceramic plate 12, and a second Al layer 14 are laminated in this order, and a semiconductor chip 18 are provided on one main surface side of the semiconductor chip. The first Al layer 10 of the DBA substrate 16 is bonded via the solder 20, and a microchannel is formed in the second Al layer 14.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、パワーモジュールに関する。   The present invention relates to a power module.

パワーモジュールの小型化・大容量化が進むにつれて、モジュール内に実装されている半導体チップの温度上昇、並びに、この温度上昇及び温度勾配に伴い発生する熱応力の問題が顕在化してくる。こうした問題はパワーモジュールの信頼性低下を招くことになり克服されるべきである。パワーモジュールとしては、種々の形態のものが提案されている(例えば、特許文献1および非特許文献1参照)。   As miniaturization and capacity increase of power modules, the temperature rise of the semiconductor chip mounted in the module and the problem of thermal stress generated with the temperature rise and the temperature gradient become obvious. These problems will lead to a decrease in the reliability of the power module and should be overcome. Various types of power modules have been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

非特許文献1で提案されているパワーモジュールにおいては、半導体チップに接合されている基板はCu層/セラミックス板/Cu層の積層板(DBC基板)からなり、その一方のCu層に冷却流路が形成されていることが特徴となっている。そして、これにより高い冷却性能を実現しようとするものである。   In the power module proposed in Non-Patent Document 1, the substrate bonded to the semiconductor chip is a Cu layer / ceramic plate / Cu layer laminate (DBC substrate), and a cooling channel is provided in one Cu layer. It is characterized by being formed. This is intended to achieve high cooling performance.

しかし、このパワーモジュールでは、熱応力発生による信頼性の低下が懸念される。これはCuが半導体チップ(Si)、及びセラミックスと比較して熱膨張係数が大きいため、温度上昇や温度勾配があるときには大きな熱応力が発生する可能性があることによる。したがって、このパワーモジュールでは高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立は困難である。   However, in this power module, there is a concern that the reliability is lowered due to the generation of thermal stress. This is because Cu has a larger coefficient of thermal expansion than semiconductor chips (Si) and ceramics, so that a large thermal stress may occur when there is a temperature rise or a temperature gradient. Therefore, it is difficult for this power module to achieve both high cooling performance and improved reliability against thermal stress generation.

特許文献1で提案されているパワーモジュールは、半導体チップがその上下面からはんだを介してCu板でサンドイッチされ、さらに絶縁材を介して冷却器が配置された両面冷却構造を特徴としている。一方で、Cu板と半導体チップ(Si)との熱膨張係数の違いによる熱応力発生が上記例と同様に懸念されるが、この課題に対しては樹脂モールドすることにより克服を試みている。樹脂モールドの効果は熱応力によって発生する各構造部材の変形を拘束することにあり、これによりモジュールの熱応力に対する信頼性が確保されることになる。   The power module proposed in Patent Document 1 is characterized by a double-sided cooling structure in which a semiconductor chip is sandwiched by Cu plates via solder from above and below, and a cooler is disposed via an insulating material. On the other hand, the generation of thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the Cu plate and the semiconductor chip (Si) is a concern as in the above example, but this problem has been overcome by resin molding. The effect of the resin mold is to constrain the deformation of each structural member caused by the thermal stress, thereby ensuring the reliability of the module against the thermal stress.

このモジュールは、ある程度は高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立が達成されていると考えてよい。このように、熱応力の対策には樹脂モールドを行っているが、自動車用パワーモジュールに見られるような多数チップがモジュール内に配置される大面積モジュールにおいては、この樹脂モールドを完全に行うことは不可能である。したがって、このモジュールにおいても、高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立が達成されているとは言い難い。
特開2003−110064 APEC2006 p885−p891
It can be considered that this module achieves both high cooling performance to some extent and improved reliability against thermal stress generation. In this way, resin molds are used to combat thermal stress. However, in large-area modules where a large number of chips, such as those found in automotive power modules, are placed in the module, this resin mold must be completely performed. Is impossible. Therefore, it is difficult to say that this module achieves both high cooling performance and improved reliability against thermal stress generation.
JP2003-110064 APEC2006 p885-p891

以上述べたように、従来技術において、高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立は実現されていないと考えられる。   As described above, it is considered that both the high cooling performance and the improvement in reliability against the generation of thermal stress are not realized in the conventional technology.

本発明は、高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立が可能なパワーモジュールを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a power module capable of achieving both high cooling performance and improved reliability against thermal stress generation.

上記目的は、下記本発明により達成される。すなわち、本発明は、第1のAl層とセラミック板と第2のAl層とをこの順に積層したDBA基板と、半導体チップと、を有し、前記半導体チップの一方の主面側に、ハンダを介して、前記DBA基板の前記第1のAl層が接合されており、前記第2のAl層にマイクロチャネルが形成されているパワーモジュールである。半導体チップに最も近いところにマイクロチャネルが形成されているため、このマイクロチャネルに冷媒を流すことで、半導体チップからマイクロチャネルまでの熱抵抗を大幅に低減できる。また、マイクロチャネルの存在により、これが変形することで、熱応力を緩和することができる。以上のようにして、高い冷却性能と低い熱応力とを両立させることができる。   The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention includes a DBA substrate in which a first Al layer, a ceramic plate, and a second Al layer are laminated in this order, and a semiconductor chip, and solder is provided on one main surface side of the semiconductor chip. The first Al layer of the DBA substrate is bonded to the power module, and a microchannel is formed in the second Al layer. Since the microchannel is formed at a position closest to the semiconductor chip, the thermal resistance from the semiconductor chip to the microchannel can be greatly reduced by flowing the coolant through the microchannel. In addition, thermal stress can be relieved by the deformation of the microchannel due to the presence of the microchannel. As described above, both high cooling performance and low thermal stress can be achieved.

本発明のパワーモジュールは、下記第1〜第3の態様のうち、少なくともいずれかの態様を備えることが好ましい。
(1)第1の態様は、前記半導体チップの他方の主面側に、ハンダを介して、前記DBA基板の前記第1のAl層が接合されており、前記第2のAl層にマイクロチャネルが形成されている態様である。このように、半導体チップの上下面を冷却することで、冷却性能をより優れたものとすることができる。また、上下両面で応力緩和を図ることができるので、熱応力をよる変形を効率的に抑えることができる。
(2)第2の態様は、前記DBA基板の前記第2のAl層側に、Al製の冷却部材が設けられている態様である。Al製の冷却部材を設けることで、さらに、冷却効率を高めることができる。
(3)第3の態様は、前記第1のAl層、前記第2のAl層、および前記冷却部材の少なくともいずれかにおけるAl純度が、99.99質量%以上である態様である。Al純度を99.99%以上とすることで、降伏応力が低く変形し易くなり、熱応力をより緩和することができる。
The power module of the present invention preferably includes at least one of the following first to third aspects.
(1) In the first aspect, the first Al layer of the DBA substrate is bonded to the other main surface side of the semiconductor chip via solder, and a microchannel is connected to the second Al layer. Is an aspect in which is formed. Thus, cooling performance can be made more excellent by cooling the upper and lower surfaces of the semiconductor chip. In addition, since stress relaxation can be achieved on both the upper and lower surfaces, deformation due to thermal stress can be efficiently suppressed.
(2) A 2nd aspect is an aspect with which the cooling member made from Al is provided in the said 2nd Al layer side of the said DBA board | substrate. By providing the Al cooling member, the cooling efficiency can be further increased.
(3) A third aspect is an aspect in which the Al purity in at least one of the first Al layer, the second Al layer, and the cooling member is 99.99% by mass or more. By setting the Al purity to 99.99% or more, the yield stress is low and deformation is easy, and the thermal stress can be further relaxed.

また、本発明は、半導体チップと、前記半導体チップの両主面側のそれぞれに設けられる一対の基板とを有し、前記半導体チップの両主面側に、ハンダを介して、前記基板一方の面が接合されており、当該基板の他方の面にマイクロチャネルが形成されており、前記基板が、第1のAl層とセラミック板と第2のAl層とをこの順に積層したDBA基板、または、第1のCu層とセラミック板と第2のCu層とをこの順に積層したDBC基板であるパワーモジュールである。マイクロチャネルの存在により、上記同様に、高い冷却性能と低い熱応力とを両立させることができる。   The present invention also includes a semiconductor chip and a pair of substrates provided on both principal surface sides of the semiconductor chip, and one of the substrates is disposed on both principal surface sides of the semiconductor chip via solder. A DBA substrate in which the surfaces are bonded, a microchannel is formed on the other surface of the substrate, and the substrate is formed by laminating a first Al layer, a ceramic plate, and a second Al layer in this order; or The power module is a DBC substrate in which a first Cu layer, a ceramic plate, and a second Cu layer are laminated in this order. Due to the presence of the microchannel, it is possible to achieve both high cooling performance and low thermal stress as described above.

本発明によれば、高い冷却性能と熱応力発生に対する信頼性向上との両立が可能なパワーモジュールを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a power module capable of achieving both high cooling performance and improved reliability against thermal stress generation.

[第1の形態]
本発明の第1の形態に係るパワーモジュールは、図1に示すように、第1のAl層10とセラミック板12と第2のAl層14とをこの順に積層したDBA基板16と、2つの半導体チップ18と、を有し、半導体チップ18の一方の主面側に、ハンダ20を介して、DBA基板16の第1のAl層10が接合されており、第2のAl層14には、マイクロチャネルが形成されている。また、第2のAl層14は、冷却部材22と接合している。なお、「主面」とは、半導体チップなどにおいて、その表面積が一番大きな面をいう。
[First embodiment]
As shown in FIG. 1, the power module according to the first embodiment of the present invention includes a DBA substrate 16 in which a first Al layer 10, a ceramic plate 12, and a second Al layer 14 are laminated in this order, The first Al layer 10 of the DBA substrate 16 is bonded to one main surface side of the semiconductor chip 18 via the solder 20, and the second Al layer 14 is connected to the second Al layer 14. A microchannel is formed. Further, the second Al layer 14 is joined to the cooling member 22. The “main surface” means a surface having the largest surface area in a semiconductor chip or the like.

当該パワーモジュールは、冷却性能が優れていることより、半導体チップ18の温度上昇を低減させることが可能となる。一方、モジュール構造部材で発生する熱応力の問題に関しては、応力緩和機能が優れていることより温度上昇、あるいは温度勾配により発生する熱応力を低減させることが可能となる。つまり、本発明は高い冷却性能と低い熱応力とを両立した効果を有する。   Since the power module has excellent cooling performance, the temperature rise of the semiconductor chip 18 can be reduced. On the other hand, regarding the problem of thermal stress generated in the module structural member, it is possible to reduce the thermal stress generated by temperature rise or temperature gradient because of its excellent stress relaxation function. That is, the present invention has the effect of achieving both high cooling performance and low thermal stress.

ここで、このような冷却性能が優れる理由は、(1)半導体チップ18を一方の面側から冷却し、(2)DBA基板16の一方の面側にある第2のA1層14にマイクロチャネルを形成して半導体チップ14を冷却し、半導体チップ14からマイクロチャネルまでの熱抵抗を大幅に低減できるためと考えられる。また、マイクロチャネルが半導体チップ18に最も近いところに形成されている点からも、熱抵抗を大幅に低減できる。   Here, the reason why such cooling performance is excellent is that (1) the semiconductor chip 18 is cooled from one surface side, and (2) the second A1 layer 14 on one surface side of the DBA substrate 16 is microchanneled. This is thought to be because the semiconductor chip 14 is cooled by forming the thermal resistance from the semiconductor chip 14 to the microchannel. In addition, the thermal resistance can be greatly reduced from the point that the microchannel is formed closest to the semiconductor chip 18.

また、応力緩和機能が優れる理由は、DBA基板16におけるマイクロチャネルが形成された第2のA1層14は、マイクロチャネルなしの場合と比較して剛性が小さく変形しやすいので、熱応力を緩和することができるためと考えられる。   The reason why the stress relaxation function is excellent is that the second A1 layer 14 in which the microchannel is formed in the DBA substrate 16 is less rigid and easily deformed than in the case without the microchannel, so that the thermal stress is relaxed. It is thought that it is possible.

第1の形態にかかるパワーモジュールは、図1と共通する部材について同一の符号を付して表す図2に示すように、DBA基板16を半導体チップ18の両面に設けた構成としてもよい。すなわち、半導体チップ18の両主面側に、ハンダ20を介して、DBA基板16の第1のAl層10が接合されており、第2のAl層14にマイクロチャネルが形成されている。   The power module according to the first embodiment may have a configuration in which DBA substrates 16 are provided on both surfaces of a semiconductor chip 18 as shown in FIG. 2 in which members that are the same as those in FIG. That is, the first Al layer 10 of the DBA substrate 16 is bonded to both main surface sides of the semiconductor chip 18 via the solder 20, and a microchannel is formed in the second Al layer 14.

このように、半導体チップ18の上下面を冷却することで、冷却性能をより優れたものとすることができる。また、上下両面で応力緩和を図ることができるので、熱応力をよる変形をより効率的に抑えることができる。   In this way, by cooling the upper and lower surfaces of the semiconductor chip 18, the cooling performance can be further improved. In addition, stress relaxation can be achieved on both the upper and lower surfaces, so that deformation due to thermal stress can be suppressed more efficiently.

第1の形態に係るパワーモジュールでは、図1および図2に示すように、さらに、DBA基板16の第2のAl層14側に、Al製の冷却部材22を設けてもよい。Al製の冷却部材22を設けることで、さらに、冷却効率を高めることができる。Al製の冷却部材22としては、冷却効率を高めるフィンを設けた構成を採用することが好ましい。   In the power module according to the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an Al cooling member 22 may be further provided on the second Al layer 14 side of the DBA substrate 16. By providing the cooling member 22 made of Al, the cooling efficiency can be further increased. As the cooling member 22 made of Al, it is preferable to employ a configuration in which fins that enhance cooling efficiency are provided.

第1のAl層10、前記第2のAl層14、および前記冷却部材22の少なくともいずれかにおけるAl純度は、99.99%以上であることが好ましい。99.99%以上とすることで、降伏応力が低く変形し易くなり、熱応力をより緩和することができる。特に、99.99%以上である場合のA1は非常に降伏応力が低くクリープもし易い。そのため、この材料を用いることにより予想以上の応力緩和効果が期待できる。上記すべての部材のAl純度は、99.99%以上であることがより好ましい。   The Al purity in at least one of the first Al layer 10, the second Al layer 14, and the cooling member 22 is preferably 99.99% or more. By setting it as 99.99% or more, the yield stress is low and it becomes easy to deform, and the thermal stress can be more relaxed. In particular, when A1 is 99.99% or more, A1 has a very low yield stress and is easy to creep. Therefore, the stress relaxation effect more than expected can be expected by using this material. The Al purity of all the members is more preferably 99.99% or higher.

第1のAl層10および第2のAl層14の厚みは、それぞれ、0.3〜3mmであることが好ましい。それぞれの厚みは同じにすることが好ましい。また、第2のAl層14に設けられるマイクロチャネルの溝深さ、溝幅、溝のピッチは、それぞれ、0.3〜3mm、0.3〜3mm、0.6〜6mmであることが好ましい。また、セラミック板12としては、AlN、Al、SiNなどを使用することができるが、熱伝導度を考慮すると、AlNが好ましい。セラミック板12としては、0.2〜2mmであることが好ましい。 The thicknesses of the first Al layer 10 and the second Al layer 14 are each preferably 0.3 to 3 mm. Each thickness is preferably the same. The groove depth, groove width, and groove pitch of the microchannel provided in the second Al layer 14 are preferably 0.3 to 3 mm, 0.3 to 3 mm, and 0.6 to 6 mm, respectively. . As the ceramic plate 12, AlN, Al 2 O 3 , SiN, or the like can be used, but AlN is preferable in consideration of thermal conductivity. The ceramic plate 12 is preferably 0.2 to 2 mm.

ここで、半導体チップ18としては、IGBT(MOS FETとバイポーラトランジスタを組み合わせて1チップとした素子)、パワーMOS、パワートランジスタなどのトランジスタやダイオードなどが挙げられる。   Here, examples of the semiconductor chip 18 include IGBTs (elements in which MOS FETs and bipolar transistors are combined into one chip), transistors such as power MOSs and power transistors, diodes, and the like.

[第2の形態]
本発明の第2の形態に係るパワーモジュールは、半導体チップと、前記半導体チップの両主面側のそれぞれに設けられる一対の基板とを有し、前記半導体チップの両主面側に、ハンダを介して、前記基板一方の面が接合されており、当該基板の他方の面にマイクロチャネルが形成されており、前記基板が、第1のAl層とセラミック板と第2のAl層とをこの順に積層したDBA基板、または、第1のCu層とセラミック板と第2のCu層とをこの順に積層したDBC基板である構成となっている。
[Second form]
A power module according to a second aspect of the present invention includes a semiconductor chip and a pair of substrates provided on both main surfaces of the semiconductor chip, and solder is provided on both main surfaces of the semiconductor chip. The one surface of the substrate is joined to each other, and the microchannel is formed on the other surface of the substrate, and the substrate connects the first Al layer, the ceramic plate, and the second Al layer to each other. The structure is a DBA substrate that is sequentially laminated or a DBC substrate in which a first Cu layer, a ceramic plate, and a second Cu layer are laminated in this order.

すなわち、図2に示す態様、または、図2に示す態様でDBA基板の代わりにDBC基板を使用する態様となる。DBA基板の代わりにDBC基板を使用する態様としても、第1の形態に係るパワーモジュールと同様に、高い冷却性能と低い熱応力とを両立させることができる。但し、熱応力の緩和を考慮すると、第1の態様のほうが好ましい場合がある。   In other words, the DBC substrate is used instead of the DBA substrate in the embodiment shown in FIG. 2 or the embodiment shown in FIG. As a mode in which a DBC substrate is used instead of the DBA substrate, high cooling performance and low thermal stress can be achieved at the same time as in the power module according to the first embodiment. However, considering relaxation of thermal stress, the first aspect may be preferable.

本発明を下記実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The present invention will be specifically described by the following examples, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
2個の半導体チップ(IGBTおよびダイオード)を用意し、これらの半導体チップの下面にはんだを介してDBA基板(セラミック板にはAlN(0.635mm)を使用)を接合してパワーモジュールを作製した(構造は、図1参照)。接合されたDBA基板に関して、片側のAl層(第2のAl層(1mm))にはマイクロチャネル(ストライプパターンを有する冷却媒体を流す流路)が形成されているものを使用した。また、DBA基板の外側にはAl製の冷却器(冷却部材)をろう付けにより接合した。DBA基板のA1層に形成されたマイクロチャネル、及びDBA基板外側に設けられた冷却器には冷却水が流れるように設計しており、これによって、半導体チップは下面から2重に冷却されることになる。DBA基板のそれぞれのA1層及び冷却器を構成するA1の純度は、99.99%とした。また、マイクロチャネルの溝深さ、溝幅、溝のピッチは、それぞれ、1mm、1mm、2mmとした。
(Example 1)
Two semiconductor chips (IGBT and diode) were prepared, and a DBA substrate (AlN (0.635 mm) was used for the ceramic plate) was joined to the lower surface of these semiconductor chips via solder to produce a power module. (See Figure 1 for structure). Regarding the bonded DBA substrate, one having an Al layer (second Al layer (1 mm)) on one side formed with a microchannel (a flow path for flowing a cooling medium having a stripe pattern) was used. Further, an Al cooler (cooling member) was joined to the outside of the DBA substrate by brazing. The microchannel formed in the A1 layer of the DBA substrate and the cooler provided outside the DBA substrate are designed so that the cooling water flows, so that the semiconductor chip is cooled twice from the lower surface. become. The purity of each A1 layer of the DBA substrate and the A1 constituting the cooler was 99.99%. The groove depth, groove width, and groove pitch of the microchannel were 1 mm, 1 mm, and 2 mm, respectively.

(実施例2)
2個の半導体チップ(IGBTおよびダイオード)を用意し、これらの半導体チップの上下面両サイドからはんだを介してDBA基板(セラミック板にはAlN(0.635mm)を使用)を接合してパワーモジュールを作製した。上下に接合された2つのDBA基板に関して、片側のA1層(第2のAl層(1mm))にはマイクロチャネル(ストライプパターンを有する冷却媒体を流す流路)が形成されているものを使用した。2つのDBA基板のそれぞれの外側には、A1製の冷却器(冷却部材)をろう付けにより接合した。DBA基板のA1層に形成されたマイクロチャネル、及びDBA基板外側に設けられた冷却器には冷却水が流れるように設計しており、半導体チップは上下面両サイドから2重に冷却されることになる。DBA基板のそれぞれのA1層及び冷却器を構成するA1の純度は、99.99%とした。また、マイクロチャネルの溝深さ、溝幅、溝のピッチは、それぞれ、1mm、1mm、2mmとした。
(Example 2)
Two semiconductor chips (IGBT and diode) are prepared, and a DBA substrate (AlN (0.635 mm) is used for the ceramic plate) is joined via solder from both the upper and lower sides of these semiconductor chips. Was made. Regarding the two DBA substrates bonded up and down, a substrate in which a microchannel (a flow path for flowing a cooling medium having a stripe pattern) is formed in the A1 layer (second Al layer (1 mm)) on one side is used. . A cooler (cooling member) made of A1 was joined to the outside of each of the two DBA substrates by brazing. The cooling channel is designed to flow through the microchannel formed in the A1 layer of the DBA substrate and the cooler provided outside the DBA substrate, and the semiconductor chip is cooled twice from both the upper and lower surfaces. become. The purity of each A1 layer of the DBA substrate and the A1 constituting the cooler was 99.99%. The groove depth, groove width, and groove pitch of the microchannel were 1 mm, 1 mm, and 2 mm, respectively.

ここで、A1の応力−ひずみ特性を図3に示す。この結果を見ると、A1はCuと比較して非常に降伏応力が低く顕著なクリープを示すことが分かり応力緩和に優れた材料であることが分かる。   Here, the stress-strain characteristic of A1 is shown in FIG. From this result, it can be seen that A1 has a very low yield stress compared to Cu and exhibits remarkable creep, and is excellent in stress relaxation.

また、Al純度を異なるものとした場合の応力−ひずみ特性を図4に示す。図4より、Alの純度が大きくなるに従い、応力が小さくなり、優れた応力緩和効果が発揮されていることが分かる。   FIG. 4 shows the stress-strain characteristics when the Al purity is different. As can be seen from FIG. 4, as the purity of Al increases, the stress decreases and an excellent stress relaxation effect is exhibited.

以上から、実施例1および実施例2のパワーモジュールは、優れた応力緩和効果を発揮することが期待される。また、半導体チップに最も近いところにマイクロチャネルが形成されているため、このマイクロチャネルに冷媒を流すことで、半導体チップからマイクロチャネルまでの熱抵抗を大幅に低減できることが期待される。   From the above, the power modules of Example 1 and Example 2 are expected to exhibit an excellent stress relaxation effect. In addition, since the microchannel is formed at a position closest to the semiconductor chip, it is expected that the thermal resistance from the semiconductor chip to the microchannel can be significantly reduced by flowing a coolant through the microchannel.

パワーモジュールの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a power module. パワーモジュールの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a power module. A1およびCuの応力−ひずみ特性を示す図である。It is a figure which shows the stress-strain characteristic of A1 and Cu. Al純度を異なるものとした場合の応力−ひずみ特性を示す図である。It is a figure which shows the stress-strain characteristic at the time of making Al purity different.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・第1のAl層
12・・・セラミック板
14・・・第2のAl層
16・・・DBA基板
18・・・半導体チップ
20・・・ハンダ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st Al layer 12 ... Ceramic plate 14 ... 2nd Al layer 16 ... DBA substrate 18 ... Semiconductor chip 20 ... Solder

Claims (5)

第1のAl層とセラミック板と第2のAl層とをこの順に積層したDBA基板と、半導体チップと、を有し、
前記半導体チップの一方の主面側に、ハンダを介して、前記DBA基板の前記第1のAl層が接合されており、
前記第2のAl層にマイクロチャネルが形成されているパワーモジュール。
A DBA substrate in which a first Al layer, a ceramic plate, and a second Al layer are laminated in this order, and a semiconductor chip;
The first Al layer of the DBA substrate is bonded to one main surface side of the semiconductor chip via solder,
A power module in which a microchannel is formed in the second Al layer.
前記半導体チップの他方の主面側に、ハンダを介して、前記DBA基板の前記第1のAl層が接合されており、
前記第2のAl層にマイクロチャネルが形成されているパワーモジュール。
The first Al layer of the DBA substrate is bonded to the other main surface side of the semiconductor chip via solder,
A power module in which a microchannel is formed in the second Al layer.
前記DBA基板の前記第2のAl層側に、Al製の冷却部材が設けられている請求項1または2に記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, wherein an Al cooling member is provided on the second Al layer side of the DBA substrate. 前記第1のAl層、前記第2のAl層、および前記冷却部材の少なくともいずれかにおけるAl純度が、99.99質量%以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワーモジュール。   The power module according to any one of claims 1 to 3, wherein an Al purity in at least one of the first Al layer, the second Al layer, and the cooling member is 99.99 mass% or more. . 半導体チップと、前記半導体チップの両主面側のそれぞれに設けられる一対の基板とを有し、
前記半導体チップの両主面側に、ハンダを介して、前記基板一方の面が接合されており、当該基板の他方の面にマイクロチャネルが形成されており、
前記基板が、第1のAl層とセラミック板と第2のAl層とをこの順に積層したDBA基板、または、第1のCu層とセラミック板と第2のCu層とをこの順に積層したDBC基板であるパワーモジュール。


A semiconductor chip, and a pair of substrates provided on both main surface sides of the semiconductor chip,
The one surface of the substrate is bonded to both main surface sides of the semiconductor chip via solder, and a microchannel is formed on the other surface of the substrate,
The substrate is a DBA substrate in which a first Al layer, a ceramic plate, and a second Al layer are laminated in this order, or a DBC in which a first Cu layer, a ceramic plate, and a second Cu layer are laminated in this order. A power module that is a substrate.


JP2006321190A 2006-11-29 2006-11-29 Power module Pending JP2008135595A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006321190A JP2008135595A (en) 2006-11-29 2006-11-29 Power module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006321190A JP2008135595A (en) 2006-11-29 2006-11-29 Power module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008135595A true JP2008135595A (en) 2008-06-12

Family

ID=39560234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006321190A Pending JP2008135595A (en) 2006-11-29 2006-11-29 Power module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008135595A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102582162A (en) * 2012-03-04 2012-07-18 浙江大学 Copper-clad structure of electric and electronic power module
CN103887253A (en) * 2012-12-20 2014-06-25 浙江大学 DBC board using dentate copper piece
JP2015173301A (en) * 2009-03-13 2015-10-01 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Double side cooled power module with power overlay

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015173301A (en) * 2009-03-13 2015-10-01 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Double side cooled power module with power overlay
CN102582162A (en) * 2012-03-04 2012-07-18 浙江大学 Copper-clad structure of electric and electronic power module
CN103887253A (en) * 2012-12-20 2014-06-25 浙江大学 DBC board using dentate copper piece

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101118948B1 (en) Semiconductor device
JP5120284B2 (en) Semiconductor device
JP4586087B2 (en) Power semiconductor module
CN100578768C (en) Heat dissipation device and power module
US7898807B2 (en) Methods for making millichannel substrate, and cooling device and apparatus using the substrate
CN101341592B (en) semiconductor module
KR102807539B1 (en) Power module of double-faced cooling
JP6409690B2 (en) Cooling module
WO2015064232A1 (en) Semiconductor module
JP5392272B2 (en) Double-sided substrate, semiconductor device, and method for manufacturing semiconductor device
KR102152668B1 (en) Semiconductor device
CN107078115B (en) semiconductor module
WO2016103436A1 (en) Semiconductor module
JP2012151328A (en) Heat sink and semiconductor device equipped with heat sink
US20080290500A1 (en) Semiconductor device
JP2006294971A (en) Power module substrate and manufacturing method thereof
WO2006118031A1 (en) Insulating circuit board and power module substrate
Schulz-Harder et al. Direct liquid cooling of power electronics devices
JP2010016254A (en) Semiconductor device
JP6681660B2 (en) Substrate for power module with heat sink and power module
JP2007067258A (en) Cooler and power module
JP2007081200A (en) Insulated circuit board with cooling sink
JP2008135595A (en) Power module
JP4605009B2 (en) Power module manufacturing method
JP2008159946A (en) Semiconductor module cooling device and manufacturing method thereof