CN100390977C - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有以下特征的半导体器件：在提高半导体器件的散热性能的同时，防止因接合部的热应力而产生的变形，确保制造工序中的组装精度，使可靠性上升。半导体器件(1)在电路基板(10)的表背面分别焊接接合半导体芯片(2)、散热用基座(3)而构成，该半导体器件(1)的散热用基座(3)具有各向异性的热传导性，形成为与接合面垂直的方向的热传导率比沿与绝缘基板(11)的接合面方向的热导率大。此外，某种程度确保了没有(或小的)热传导各向异性的电路基板(10)的导体图形(13)的厚度，经由绝缘基板(11)传送的热沿与散热用基座(3)的接合面方向预扩散而扩展了传导面积。

Description

半导体器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及在电路基板一方的面上接合半导体芯片，在另一方的面上接合用于对半导体芯片产生的热进行散热的散热用基座的半导体器件及其制造方法，尤其是涉及焊接接合电路基板和散热用基座的半导体器件及其制造方法。

技术背景

伴随着在近年的电子设备等中内藏的半导体器件的高性能化，其半导体器件的散热量也在增加。因此，为了保护这样的半导体器件，采用了通过散热片等的外部散热机构对产生的热进行散热的构成。图8是表示这类传统的半导体器件概略构成的截面图。

如同一图所示，这类的半导体器件101的构成是这样的，即对在例如陶瓷等构成的绝缘基板111的两面形成由铜箔或铝箔构成的导体图形(电路图形)112，113的电路基板110，其一方的面锡焊接合IGBT或FWD(Free-Wheel Diode，续流二极管)等的发热芯片部件(硅芯片：半导体芯片)102，另一方的面上焊接接合由铜板等金属板构成的散热用基座103(散热用基座是一种将由半导体芯片所产生的热传递给散热器的热传导件)。

在这里，电路基板110通过在绝缘基板111的表背两面上的直接接合法(Direct Bonding)或者活性金属接合法(Active Metal Bonding)等接合导体图形112，113而构成。而且，在其表面侧的导体图形112上焊接半导体芯片102，在背面侧的导体图形113上焊接散热用基座103。因此，在半导体芯片102和电路基板110之间以及电路基板110和散热用基座103之间分别形成焊接层114，115。

上述所示的传统的半导体器件101，例如，如表1所示，通常具有焊接接合了绝缘基板(正确地说为电路基板)和散热用基座热膨胀率各异的构件的叠层构造。其结果，在半导体器件的组装工序或内藏它的电子设备的组装工序内，通过异种材料的热膨胀差，在紧临其组装后在散热用基座103上产生如图9所示那样的凸状翘曲。

表1

绝缘基板	热膨胀率	散热用基座	热膨胀率
				氮化铝	4.5ppm/k	铜	16.5ppm/k
氮化硅	3.4ppm/k	铝	23.1ppm/k
				氧化铝Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	7.8ppm/k	C/C材料	7.2ppm/k

图11是在散热用基座和电路基板之间接合中使用含有铅(Pb)的焊接的情况和用不含铅的情况下，在紧临锡焊接合后开始经过时间(h)的同时测量各自的翘曲量Δt(μm)。在同一图示出使用以锡(Sn)作基座，含铅(Pb)量60重量％作为含铅的焊接的例，示出使用以锡(Sn)作为基座，含有锑(Sb)5重量％的作为不含有铅的焊接的例。

正如同一图所看到的，如果选择含有铅焊接原料，则由于焊接本身蠕变，可缓和其热应力，所以其凸形随时间而恢复平坦。

可是，为了对付近年的环境问题，在电路基板和散热用基座之间使用以不含铅的锡(Sn)作为成分的刚性(rigid)焊接时，由于锡本身难以蠕变，所以在焊接后上述翘曲原封不动残留着，凸状变形依旧。根据发明者们的实验例，可确认例如使用由长度90mm～110mm，宽43mm～60mm，厚度3mm的铜板形成的散热用基座103时，其凸状翘曲量(图9的Δt)为0.3mm～0.7mm，非常大。

一旦产生这样的翘曲，在锡焊工序以后进行的组装工序，产生所谓不能得到所希望的组装精度的不合适情况。半导体器件101使其散热用基座103安装在具有冷却叶片的散热片等散热机构上使用，然而一旦散热用基座出现凸状翘曲，则在半导体器件101和散热机构120之间产生如图10所示的间隙，其间的接触面减少。其结果引起接触热电阻的增大，妨碍半导体芯片102产生的热的散热，最终该半导体芯片102通过其异常温升而招至热破坏。

在另一方面，在例如车辆用的半导体器件，在以前也附加要求在热循环试验中的可靠性上升。在该热循环试验中的半导体器件寿命基本上受限于在电路基板和散热用基座之间焊接层的寿命。这是由于焊接接合物(电路基板以及散热用基座)的热膨胀率之差在焊接层上添加热应力，破坏了该焊接层的缘故。因此，在抑制这类热应力的同时，希望提高其热传导效率。

此外，由于对车辆用半导体器件的轻量化作为必须的任务，因此要求其对策。

其中，提出了如下技术，即：例如在含有石墨结晶的碳粒子或含有碳纤维的碳成形体中，在安装电路元件的电路基板上焊接接合由铝、铜、银或其合金溶液等加压含浸等得到的碳基金属复合材料板状成形体等的技术(参照专利文献1)。这样的技术使用轻量、热传导率高、面方向弹性率小的、机械加工性良好的基板作为散热用基座，防止了因热应力引起的接合部的破损。

此外，以下技术也是众知的，即：作为散热性碳复合板，在碳基体(matrix)中，通过在厚度方向配置碳纤维而形成的板状碳复合体中含浸液状固化材料，可以实现碳复合体的热传导率上升以及强度提高(例如参照专利文献2)。

此外，以上技术也是众知的，即：由碳短纤维强化碳复合材料构成，具有各向异性的热传导率的散热板(例如，参照专利文献3)。

[专利文献1]特开2001-58255号公报(段落号[0026]，图4)

[专利文献2]特开平11-54677号公报(段落号[0009]，图1，2)

[专利文献3]特开2001-39777号公报(段落号[0005])

可是，在上述的任一文献中，都未公开涉及可以使散热性能上升的同时，防止因接合部热应力产生的变形，作为全体可以提供高性能的半导体器件的详细技术。

发明内容

本发明是鉴于这些而提出的，其目的是提供使半导体器件的散热性能上升的同时，抑制或防止因接合部的热应力引起的变形，确保制造工序中的安装精度，使其性能上的可靠性上升的半导体器件及其制造法，更好的目的是提供可以实现轻量化的半导体器件及其制造法。

鉴于上述课题，在本发明，是包含以下部件的半导体器件，即：在绝缘基板的两面分别形成导体图形而成的电路基板，和在前述电路基板一方的面上经前述导体图形接合的半导体芯片，和前述电路基板另一方的面上经前述导体图形焊接接合，使前述半导体产生的热通过热传导到配置在与前述导体图形反对侧的外部散热机构的散热用基座；其特征在于，前述散热用基座由具有热传导各向异性的材料构成，使前述材料定向形成，以便与接合面垂直的方向的热传导率比沿着与前述电路基板的接合面的方向的还大，以使沿着与所述电路基板接合面方向的热膨胀率和所述绝缘基板的沿着所述接合面方向的热膨胀率之差为预定值以下的方式选择材质，该预定值用于防止因所述散热用基座和所述电路基板之间产生的热应力引起所述焊接层破损。

在这里，在绝缘基板及其两面形成的导体图形形成电路基板。半导体芯片也可以对电路基板焊接接合，也可以通过半导体芯片其自身的一部分溶着等直接接合。

在这样的半导体器件，其构成是这样的，用具有各向异性热传导性的材料作为散热用基座。而且通过使材料定向，以便使与接合面垂直的方向的热传导率比沿着与电路基板的接合面方向还大，使从电路基板传导的热可以更加有效地传导到外部散热机构。

采用散热用基座沿着与电路基板的接合面的热膨胀率和绝缘基板的沿着接合面方向的热膨胀率之差在预定值以下，防止因散热用基座和电路基板之间产生的热应力引起焊接层破损的材料作为散热基座材料。

其结果，根据该半导体器件，通过控制或防止因接合部热应力产生的变形，在提高半导体器件的散热性能的同时，可以确保制造工序的组装精度，提高其性能方面的可靠性。

在本发明中，尤其是防止成为要解决的问题的散热用基座和电路基板之间的焊接层的破损，然而通过防止这些散热用基座和电路基板之间焊接层的变形，最终也与防止半导体芯片和电路基板之间接合部破损有关联。

在上述构成中，尤其是一旦从电路基板的传导热传导到散热用基座之际，沿着接合面方向扩散，则其后从散热用基座热传导到散热机构之际的传导面积变大，在使散热效率上升方面较好。

因此，在绝缘基板和散热用基座之间插装的导体图形这样形成，以便使接合方向的厚度成为预定值以上，也可以这样制作，以便使从电路基板传送的热向沿着接合面方向的扩散量保持在预定的预定量以上。

根据这样的构成，可以使半导体芯片产生的热在达到散热用基座之前沿着其接合面扩散，可以扩展在散热用基座的散热面。而且通过在该状态下利用散热用基座的上述各向异性，可以实现从散热用基座向散热机构迅速的热传导。其结果可以进一步提在半导体芯片产生的热的散热效率。

在本发明中，它是包含以下部件的半导体器件的制造方法，即：在绝缘基板两面分别形成半导体图形而成的电路基板；和在前述电路基板一方的面上经前述导体图形而接合的半导体芯片；以及在前述电路基板另一方的面上，经前述导体图形而焊接接合，使前述半导体芯片产生的热热传导到配置在与前述导体图形反对侧的外部散热机构的散热用基座，其特征在于，还包含以下工序，即：由具有热传导性各向异性的材料构成前述散热用基座，使前述材料定向形成以便使作为接合方向的厚度方向比沿着与前述电路基板的接合面方向的热传导率还大，同时，作为前述散热用基座使用的材质为可使前述散热用基座沿着与所述电路基板的接合面方向的热膨胀率和前述绝缘基板的沿着所述接合面方向的热膨胀率为预定的预定值以下，该预定值用于防止由于在前述散热用基座和前述电路基板之间产生的热应力引起前述焊接层破损，使前述半导体芯片和前述散热用基座经前述导体图形同时与形成有前述导体图形的前述电路基板接合的工序。

在这样的半导体器件制造方法中，可以使半导体芯片和散热用基座经导体图形同时对形成导体图形的电路基板焊接接合。即：历来考虑起因于上述热应力产生的变形引起接合部破损，在使半导体芯片与电路基板接合之后，采取散热用基座对其接合体接合的状态，然而通过如上述所示，使半导体器件做成可以防止其变形的构成，可以使这些半导体芯片与散热基座同时与电路基板接合。

即，根据这样的制造方法，为在上述半导体器件的构成中特别有用的制造方法，可以提高半导体器件的制造效率。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的半导体器件概略构成的截面图。

图2是表示因电路基板表背面形成的导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图3是表示因导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图4是表示因导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图5是表示因导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图6是表示因导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图7是表示因导体图形厚度引起的散热效果的不同的说明图。

图8是表示传统的半导体器件的概略构成的截面图。

图9是表示传统的半导体器件问题点的说明图。

图10是表示传统的半导体器件问题点的说明图。

图11是表示传统的半导体器件问题点的说明图。

附号说明：1半导体器件，2半导体芯片，3散热用基座，10电路基板，11绝缘基板，12，13半导体图形，14，15焊接层。

具体实施方式

以下根据附图，详细说明本发明的半导体器件的实施方式。图1是表示该半导体器件的大体构成的截面图。

如同图所示，本实施方式的半导体器件1在电路基板10的表背面，分别焊接接合半导体芯片2，散热用基座3而构成。该半导体器件1在电子设备上安装之际，其散热用基座3安装在具有未图示的冷却叶片的散热片(外部散热机构)上。在电子设备运用时，在半导体芯片2产生的热通过热传导经电路基板10以及散热用基座3传导给散热片，通过该散热片散热。

具体讲，电路基板10在由氧化铝(Alumina)形成的陶瓷绝缘基板11的表背面通过上述直接接合法或活性金属接合法等形成作为导体层的铜制导体图形12，13而构成。在本实施方式，绝缘基板11以长度62mm，宽度37mm，厚度0.25mm形成，各导体图形12，13以其厚度0.25mm形成。

而且，对在电路基板10一方的面上形成的导体图形12经Sn-Ag类的焊接层14焊接接合半导体芯片2，对在另一方的面上形成的导体图形13经Sn-Sb系的焊接层15焊接接合散热用基座3。半导体芯片2由IGBT或FWD等的硅芯片构成，散热用基座3由例如特开平6-128063号公报上也记载的碳(碳系多孔质材料)上含浸铝或铜等金属材料的碳纤维复合材料或碳复合材料(以下称为C/C材料)形成。

该C/C材料是可以通过金属的含浸比例(配比)调整其热膨胀率的。即，如果增加金属的比例，则其热膨胀率变大，以便与金属的热膨胀率接近，如果增加碳的比例，则其热膨胀率变小，以便与碳的热膨胀率接近。

在本实施方式，为了使从半导体芯片2经电路基板10传导的热高效地传送到散热片，在散热用基座3上使用了具有各向异性热传导性的C/C材料，对材料定向形成，以便使作为接合方向的厚度方向比沿着与绝缘基板11的接合面方向的热传导率还大。在本实施方式，散热用基座3以长度90mm，宽度43mm，厚度3mm形成，其构成为使与电路基板10的接合方向的热传导率为320W/mK，沿接合面方向(与接合方向正交的方向)的热传导率为172W/mK。在本实施方式的散热用基座3上实施5μm的电镀镍(电镀Ni-P)。

而且，为了可以防止因散热用基座3和电路基板10之间产生的热应力破损焊接层15而选择其材质，以便使该散热用基座3沿着与绝缘基板11的接合面方向的热膨胀率和电路基板10(正确讲为绝缘基板11)的沿着该接合面方向的热膨胀率之差成为预定的预定值以下，以便尽可能减小在紧临与电路基板10焊接接合之后产生的散热用基座3的翘曲。

在这里所谓的「预定值」希望接近于零，然而考虑实用上可能选择的范围或设计上的安全率等，可以通过实验等，按照经验合适地设定。在本实施方式，如上述所示，用氧化铝作为绝缘基板11，其热膨胀率约为7.8ppm/K。因此，对C/C材料形成的散热用基座3采用与其绝缘基板11接合面垂直的方向具有约为4ppm/K，沿其接合面方向具有约为7ppm/K热膨胀率。

在本实施方式，由于经由电路基板10的传导热除了沿着与散热用基座3的接合面方向扩散之外，还传达到散热用基座3，所以至少形成插装在绝缘基板11和散热用基座3之间的导体图形13，以便使其厚度为预定的设定值以上。

即：本实施方式的散热用基座3这样形成：如上述所示地具有各向异性的热传导，以便作为接合方向的厚度方向比沿着与绝缘基板11的接合面方向的热传导率还大。因此，如果导体图形13的厚度薄，则在半导体芯片2上产生的热经由电路基板10在大体原封不动的传导面积(在这里称为传热面积)传导到散热用基座3，传送到散热片。

因此，某种程序确保没有各向异性热传导(或较小各向异性)的导体图形13的厚度，使经由绝缘基板11传送的热在与散热用基座3的接合面方向预先扩散，扩展了传导面积。据此，使散热用基座3侧接受热的面积变大，此外，通过在该状态下利用散热用基座3的各向异性热传导(在结合方向上较大)，实现从散热用基座3向散热片迅速的热传导。

而且，按照如上所示地作，则在提高半导体器件1的散热性能的同时，通过抑制或防止因热膨胀率不同引起接合部热应力而导致的变形的构成，可以有效地进行该半导体器件1的制造。

即：由于本实施方式的半导体器件1可以抑制或防止散热用基座3对电路基板10焊接接合时的变形，所以即使使半导体芯片2和散热用基座3经各导体图形同时与形成导体图形12，13的绝缘基板11接合，也不发生所谓其接合部因热应力产生破损的问题。

因此，在本实施方式的半导体器件1的制造工序，在绝缘基板11的两面形成导体图形12、13之后，半导体芯片2和散热用基座3经各导体图形同时与形成这些导体图形的绝缘基板11接合。

[实施例]

为了确认本发明的效果，发明者们对散热用基座的翘曲量，半导体芯片的上升温度，焊接层的疲劳寿命等，进行与传统构成比较的热循环试验，以下表2～表4以及图2～图7示出各试验结果。

首先，表2是表示因散热用基座及焊接种类不同，焊接接合后的散热基座的翘曲量如何变化的表。本试验对散热用基座使用上述的C/C材料的实施例和使用传统的铜的比较例，在散热用基座和电路基板之间的接合中用了含铅(Pb)的焊接的情况和不含铅的焊接的情况分别测量了各自的散热用基座的翘曲量。

在本试验，使用长度90mm，宽度43mm，厚度3mm(以下如「90mm×43mm×3mm」那样地表示)的作为散热用基座，使用62mm×37mm×0.25mm的作为绝缘基板11，在焊接温度300℃，6分钟的试验条件下进行。

表2

	C/C材料基座	铜基座
			含铅焊接	0μm	-90μm
无铅焊接	0μm	-350μm

根据同一表，在使用含铅的焊接情况下，比较例的翘曲量为90μm，相反，实施例的翘曲量为零(在同一表，在图4所示那样，用负值表示凸的翘曲量Δt)。在使用不含铅的焊接的情况下，比较例的翘曲量为350μm，相反，实施例的翘曲量为零。

即：在实施例及比较例，在使用含铅的焊接时，翘曲量减少是由于上述传统技术一欄所述的蠕变现象引起的，而在实施例即使在使用不含铅的焊接时也得到翘曲量为零的结果。这认为是由于通过在实施例使用C/C材料，散热用基座沿着与电路基板的接合面的方向的热膨胀率与绝缘基板的沿着接合面方向的热膨胀率接近，从而防止了因热应力引起的散热用基座的变形。因此，根据本实施例，可以积极地用不含铅的焊接制造半导体器件，可以提供不含与环境问题对应的铅的无铅构造的半导体器件。

其次，表3示出因绝缘基板种类引起散热效果的差异。本试验就散热用基座使用C/C材料的实施例和在散热用基座中使用传统的铜板的比较例，在用氧化铝和用氮化铝作为绝缘基板的材料的情况下，分别测量了半导体芯片的上升温度。

在本试验中，在实施例及比较例中，散热用基座都用与上述同样的，使用9.8mm×9.8mm×0.15mm的作为半导体芯片。在绝缘基板由氧化铝构成的情况下，该氧化铝厚度取0.25mm，在绝缘基板由氮化铝构成的情况下，该氮化铝的厚度取0.635mm。在各绝缘基板两面分别形成铜制的导体图形，其厚度都取0.25mm，在半导体芯片上连续施加160W功率，测量5分钟后的温度。

表3

绝缘基板种类	C/C材料基座	铜基座
			氧化铝	133℃	125℃
氮化铝	109℃	102℃

根据同一表可以看到，通过用氮化铝作为绝缘基板的材料，用C/C材料作为散热用基座材料，也可以与传统构成同等效果以上地抑制半导体芯片的温度上升。即：可以看到，即使用比铜热传导率低的C/C材料也可以得到同样的散热效果。在同一表未示出，但可以看到，即使用氮化硅取代氮化铝也可以得到同样的效果。

其次，图2～图7表示因绝缘基板的表背面形成的导体图形厚度引起的散热效果的差异。本试验在散热用基座中使用C/C材料的实施例中，在用氧化铝，氮化铝，氮化硅作为绝缘基板材料的情况下测量半导体芯片的上升温度。

在各图，用实线示出实施例的试验结果。作为比较对照的基准用图中点线示出对散热用基座使用传统的铜板的比较例(现行构造)。比较例采用由氧化铝构成的陶瓷作为绝缘基板，采用没有各向异性热传导的铜作为表背的导体图形，各厚度取0.25mm的。对该比较例，半导体芯片的上升温度为125℃。

首先，图2～图4使用与比较例相同的氧化铝作为绝缘基板的材料，其厚度分别取0.25mm，0.32mm，0.635mm。对散热用基座及半导体芯片的使用与上述相同。

如各图所示，在本试验，导体图形的厚度准备了0.25mm，0.35mm，0.40mm，0.50mm，0.60mm5种，在包含各自的电路基板的半导体器件中，在半导体芯片上连续施加160W功率，测量5分钟后的温度。

根据这些图，可以看到，导体图形的厚度越厚，则半导体芯片的上升温度越下降，散热效果越好。可以看到，绝缘基板(氧化铝)的厚度越大，则芯片温度上升越大。

根据这些图2～图4，如果用于实现与比较例(现行构造)同等以下的芯片温度的绝缘基板(氧化铝)的厚度x和导体图形(铜)的厚度y之间的关系，则为图5所示。图5中，设定半导体芯片温度为相关机构同样低的温度所必要的导体图案厚度。如果用数式表示，则如下述式(1)所示。

数式(1)  y≥0.6886x+0.218…  (1)

因此，可以看到，如果在上述厚度y的范围形成导体图形，则可以得到传统以上的散热效果。

这是由于通过使导体图形的厚度做成上述范围内，在半导体芯片正下方及绝缘基板正下方的散热向横方向(沿着接合面方向)扩散，抑制了半导体芯片温升的缘故。这样一来，通过某种程度增加半导体图形的厚度，即使使用各向异性热传导性的C/C材料也可以和传统构造相等以上地抑制半导体芯片的温升。即：不是依靠绝缘基板的热传导率，而是依靠C/C材料的热传导率的各向异性，可以弥补缺点。

其次，图6，图7分别使用氮化铝，氮化硅作为绝缘基板的材料，其厚度取0.635mm。对散热用基座及半导体芯片使用与上述相同的。

正如各图所示，即使在本试验，导体图形厚度准备了0.25mm，0.35mm，0.40mm，0.50mm，0.60mm 5种，在包含各自的电路基板的半导体器件中，在半导体芯片上连续施加160W的功率，测量5分钟后的温度。对比较例与前述(第55段)是同样的。

根据这些图可以看到，导体图形厚度越大，则半导体芯片温度的上升温度越下降，散热效果越好。在任一种厚度中，半导体芯片的温升也比比较例低。

根据以上所述可以看到，在使用氮化铝或氮化硅作为绝缘基板材料的情况下，与厚度无关，与传统构造相比也可以得到优良的散热效果。

可是，通常由于使用氧化铝的绝缘基板比使用氮化铝或氮化硅的绝缘基板价低，可以说在上述范围的厚度内，使用氧化铝的绝缘基板的意义大。

其次，表4表示散热用基座和绝缘基板之间的焊接层的寿命如何随散热用基座种类变化。本试验对散热用基座用C/C材料的实施例和对散热用基座用传统的铜板的比较例测量其焊接层产生的畸变和焊接层的寿命。

在本试验，对散热用基座以及半导体芯片使用与实施例以及比较例一起都与上述是同样的，对电路基板，构成绝缘基板的氧化铝厚度取0.25mm，对其绝缘基板两面形成的铜制导体图形厚度取0.25mm。而且在把半导体器件置入-40℃容器内1小时，室温(25℃)容器内30分钟，125℃容器内1小时的条件下，重复热循环试验，测量直到焊接接合部破损为止的寿命(周期)。把保持在125℃容器中的半导体器件取出，测量在焊接层上产生的畸变量。

表4

	C/C材料基座	铜基座
			产生的畸变Δγ(％)	0.73	1.28
焊接接合部寿命	15000	2000

根据同一表可以看到，对于产生的畸变，在比较例为1.28％，相反，在实施例为0.73％，通过采用C/C材料大大地抑制了畸变的发生。对于焊接层寿命，比较例为2000周期(实测)，相反，在实施例为15000周期(根据畸变量-寿命曲线算出)，通过采用C/C材料，大大延长了焊接层的寿命。

这样一来，通过采用与绝缘基板的热膨胀率相近的散热用基座，可以延长焊接层的寿命，提高其可靠性。这是由于焊接层的疲劳劣化是通过作为被接合材料的绝缘基板和散热用基座的热膨胀率差产生的剪切畸变对焊接层起作用，所以通过减小该热膨胀率差，可以抑制疲劳劣化。

由于即使使用比氮化铝或氮化硅低价的氧化铝作为绝缘基板材料也可以得到良好的效果，所以使低价提供半导体器件成为可能。

由于用C/C材料作为散热用基座，与用传统的铜板的情况相比，也可以使散热用基座轻量化(在上述实施方式为传统的1/4重量)，其结果，可以实现半导体器件整体轻量化。

以上对本发明的-实施方式及对应的实施例加以说明，然而本发明的实施方式对上述说明的状态并未作任何限定，不用说属于本发明技术范围内可以采取各种方式。

例如，在上述实施方式，示出电路基板，导体图形，半导体芯片以及散热用基座材质及尺寸一例，然而选择起着本发明作用效果的其它材质或尺寸也是可能的。例如，在上述实施方式列举C/C材料作为散热用基座作例；而作为各向异性的热传导性以及热膨胀率的材料也可以采用由Cu-36Ni·Fe-Cu的多层构成的包层材料(clad)也是可能的。或者作为具有低热膨胀率的材料选择Cu-SiC，Cu-Cu₂O，Al-SiC，Cu-W，Cu-Mo，Cu-Mo-Cu，Cu-Cu·Mo-Cu等材料也是可能的。

在上述实施方式示出对绝缘基板用焊接接合半导体芯片及散热用基座的例，也可以用焊接以外的金属焊料等钎焊接合。

可举出在其两面具有同样厚度的导体图形的绝缘基板作为例子。位于绝缘基板的散热用基座侧的导体图形的厚度可以比位于半导体芯片侧的导体图形的厚度要厚。这种构造对由半导体产生的热也能有效地进行散发。

在上述实施方式示出作为绝缘基板采用氧化铝等的陶瓷基板的例，然而也可以是按照构成所谓印刷基板那样的树脂制基板。

正如以上所说明的，在本发明的半导体器件，由各向异性热传导性的材料构成散热用基座，沿着与电路基板的接合面垂直的方向热传导率要大的同时，使散热用基座沿着与电路基板的接合面方向的热膨胀率和绝缘基板的沿着该接合面方向的热膨胀率之差要小。

其结果，在提高半导体器件散热性能的同时，抑制或防止因接合部热应力引起的变形，确保制造工序中的组装精度，可以提高其性能上的可靠性。

此外，尤其是通过这样形成，以便使插装在绝缘基板和散热用基座之间的导体图形厚度在预定的设定值以上，在从绝缘基板传送的热到达散热用基座之前进行扩散，可以扩展散热用基座的散热面，其结果可以进一步提高在半导体芯片产生的热的散热效率。

Claims (8)

1.一种半导体器件，包含：

在绝缘基板的两面分别形成第一导体图形和第二导体图形的电路基板；

在所述电路基板一方的面上经所述第一导体图形接合的半导体芯片；和

在所述电路基板的另一方的面上经焊接层和所述第二导体图形接合，使所述半导体芯片产生的热被热传导到配置在与所述第二导体图形相反一侧的外部散热机构的散热用基座，其特征在于，

所述散热用基座由具有热传导性各向异性的材料构成，使所述材料定向形成，以便与所述电路基板的接合面垂直的方向的热传导率比沿着与所述电路基板的接合面方向的还大，

选择材料的方式为使所述散热用基座沿着与所述电路基板接合面方向的热膨胀率和所述绝缘基板的沿着所述接合面方向的热膨胀率之差为预定值以下，该预定值用于防止因所述散热用基座和所述电路基板之间产生的热应力引起所述焊接层破损。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述散热用基座由在碳类多孔材料内含有预定金属材料的碳纤维复合材料或碳复合材料构成。

3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述散热用基座调整所述金属材料的含有量，以便使沿着所述散热用基座与所述电路基板的接合面方向的热膨胀率和沿着所述绝缘基板的所述接合面方向的热膨胀率相同。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述绝缘基板由含有氮化铝或氮化硅的陶瓷材料构成。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，为了使所述半导体芯片产生的热向沿着所述接合面方向的扩散量保持在预定量以上，插装在所述绝缘基板和所述散热用基座之间的导体图形以使其与所述接合面垂直的方向的厚度为设定值以上的方式形成，

其中，该设定值的设定为：所述绝缘基板厚度取x时，所述导体图形在与所述接合面垂直的方向的厚度y形成为可通过下式表示的厚度，y≥0.6886x+0.218。

6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，使用由氧化铝构成的陶瓷材料作为所述绝缘基板，另一方面，使用由铜形成的图形作为插装在所述绝缘基板与所述散热用基座之间的导体图形。

7.一种半导体器件的制造方法，包含：

在绝缘基板的两面分别形成第一导体图形和第二导体图形而成的电路基板；

在所述电路基板一方的面上经所述第一导体图形而接合的半导体芯片；

在所述电路基板另一方的面上经焊接层和所述第二导体图形接合，使所述半导体芯片产生的热被热传导到配置在与所述第二导体图形相反一侧的外部散热机构的散热用基座，其特征在于，它还包含如下工序，即：

由具有各向异性热传性材料构成所述散热用基座，对所述材料进行定向形成，以便与所述电路基板的接合面垂直的方向的热传导率比沿着与所述电路基板的接合面的方向的热传导率更大，同时，

作为所述散热用基座使用的材料为可使所述散热用基座的沿着与所述电路基板的接合面方向的热膨胀率和所述绝缘基板的沿着所述接合面方向的热膨胀率为预定值以下，该预定值用于防止由于在所述散热用基座和所述电路基板之间产生的热应力引起所述焊接层破损，

使所述半导体芯片和所述散热用基座经所述导体图形与形成有所述导体图形的所述电路基板同时接合的工序。

8.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，为了使所述半导体芯片产生的热向沿着所述接合面方向的扩散量保持在预定量以上，插装在所述绝缘基板和所述散热用基座之间的导体图形以使其在与所述接合面垂直的方向的厚度为设定值以上的方式形成，

其中，该设定值的设定为：所述绝缘基板厚度取x时，所述导体图形在与所述接合面垂直的方向的厚度y形成为可通过下式表示的厚度，y≥0.6886x+0.218。

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