JP3254001B2

JP3254001B2 - 半導体モジュール用の一体化放熱器

Info

Publication number: JP3254001B2
Application number: JP07482892A
Authority: JP
Inventors: ジェームス・フランシス・バージェス; リク・ウィビナ・アンナ・アデルソン・デドンカー; ドナルド・ウェイン・ジョーンズ; コンスタンティン・アロイス・ノイゲバウアー
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: EP0508717A1; EP0508717B1; JPH05102362A; US5293070A; DE69224314D1; DE69224314T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願の説明】本願は、１９９０年１０月２６日に
提出された「薄い電力用電子チップパッケージのための
直接熱圧接技術」と称するシー・エイ・ノイゲバウアー
(C.A. Neugebauer) 等の米国特許出願第０７／６０３９
４５号と関連を有している。ノイゲバウアー等の特許出
願明細書中には、金属間接合技術および特定の金属−セ
ラミック間接合方法が開示されている。本願はまた、１
９８９年１２月２１日に提出された「強化された銅直接
接合構造物」と称するエイチ・エフ・ウェブスター(H.
F. Webster)等の米国特許出願第０７／４５４５４７号
とも関連を有している。ウェブスター等の特許出願明細
書の開示内容は、特に金属−金属化合物間の共融直接接
合の分野に関するものである。

【０００２】

【発明の分野】本発明は半導体回路部品用の放熱器に関
するものであって、更に詳しく言えば、複数の半導体素
子に対する共通の電極として役立つ一体化放熱器に関す
る。本発明はまた、金属−金属化合物間の共融接合部に
よって金属をセラミック部材または別種の金属部材に接
合するような直接接合方法にも関する。

【０００３】

【発明の背景】従来、放熱器（すなわち、熱を放散させ
るために使用される装置）上に取付けられる電力用半導
体モジュールはそれにボルト留めされ、そしてモジュー
ルチップから放熱器本体への熱伝達を向上させるために
熱グリースが使用されていた。このような取付け機構は
重量の増加をもたらすばかりでなく、冷却経路中におけ
る熱抵抗の増加をもたらすことにもなる。重量の増加は
厚い銅製支持板を使用する必要があることに由来し、ま
た冷却経路中における熱抵抗の増加はチップまたはモジ
ュールベースと最終の熱交換媒体（一般的に述べれば環
境）との間に追加される介在物（すなわち支持板）に由
来している。

【０００４】最近、上記のごとき厚い銅製支持板を排除
したモジュールが本発明に従って製造された。基本的に
は、集積ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢ
Ｔ）、ダイオードまたはＭＯＳ制御型サイリスタ（ＭＣ
Ｔ）のごとき電子回路部品が放熱器に対して直接にはん
だ付けされる。その結果、放熱器の一部分がそれに対し
て直接にはんだ付けされた素子用の共通の電極として役
立つことになる。かかる取付け構造においては、放熱器
またはそれの構成要素に電子回路部品を直接にはんだ付
けした結果として低い熱抵抗が確実に得られるようにす
るため、流入した熱を直ちに環境に伝達するための放熱
手段が設けられる。すなわち、共通の電極として働く放
熱器部分は環境への熱除去手段（この場合には冷却液）
と直接に接触して配置される。なお、冷却液供給源およ
び放熱器用の熱除去手段はいずれも、電子回路部品のパ
ッケージから電気的に絶縁される。

【０００５】本発明の一体化放熱器を製造するために
は、幾つかの先行特許技術に依存することが必要であ
る。かかる技術を以下に説明しよう。１９７３年７月１
０日付けの「金属−気体共晶を用いた金属の直接接合方
法」と称するバージェスおよびノイゲバウアー(Burgess
& Neugebauer)の米国特許第３７４４１２０号明細書中
に開示された方法に従えば、銅のごとき金属部材がニッ
ケルのごとき別の金属部材と接触して配置され、次いで
それらの金属部材がより低い融点を有する金属の融点よ
りもやや低い温度にまで加熱される。かかる加熱は、軽
度の酸化雰囲気のごとき反応性雰囲気中において、冷却
後に金属部材同士を接合する金属−気体共融物を生成す
るのに十分な時間にわたって行われる。この特許明細書
中には、かかる接合方法にとって有用な各種の金属（た
とえば、銅やステンレス鋼）および反応性気体（たとえ
ば、酸素）が記載されている。また、１９７５年１０月
１４日付けの「セラミックに対する金属の接合方法」と
称するバージェスおよびノイゲバウアー(Burgess & Neu
gebauer)の米国特許第３９１１５５３号明細書中には、
セラミックに対して金属を接合するための様々な方法、
とりわけ金属の共融物を用いてセラミックに金属を接合
するための改良方法が開示されている。たとえば、先ず
最初に銅箔を表面処理することにより、銅との間に共晶
を生成するような層（すなわち酸化銅）が形成される。
その後、米国特許第３７４４１２０号明細書中に開示さ
れた方法と同様にして接合が行われる。

【０００６】１９８３年１０月１１日付けの「セラミッ
クおよび金属に対するふくれの無い金属直接接合方法」
と称するヨヒム(Jochym)の米国特許第４４０９２７８号
明細書中には、セラミックまたは金属基体に対して金属
を直接接合して成るふくれの無い大面積のアセンブリを
得るための方法が開示されている。かかる方法は金属−
基体界面に排気用の通路を設けることを特徴とするもの
であり、従って金属−セラミック基体または金属−金属
基体の直接接合技術を論じる際には言及に値するもので
ある。１９８６年６月７日付けのクーネマン(Kuneman)
等の米国特許第４５６３３８３号明細書中には、セラミ
ック層と金属層との間に銅−酸素共晶を生成させること
によるセラミック（アルミナ）−金属接合方法が開示さ
れている。（かかる積層またはサンドイッチ構造物は、
曲げ応力の均等化を達成するために使用された技術の点
で注目に値する。）前述のごときウェブスター等の米国
特許出願第０７／４５４５４７号は、上記のごとき特許
よりも一層直接的に金属接合技術（とりわけ金属直接接
合技術）に関連している。本発明に最も関連する技術
は、後記に詳述されるごとく、金属上への金属被覆技術
およびセラミック基層のサンドイッチ技術、並びに不均
等な熱膨張または拘束されない熱膨張によって積層物中
に引起こされる応力因子に対する考慮事項である。この
ような理由に基づき、相異なる熱膨張率（ＴＣＥ）を有
する各種の層を含む積層物において層剥離を引起こす原
因となる要因である熱膨張に関しては、後記において詳
細な考察を行うことにする。

【０００７】

【発明の目的】本発明の目的の１つは、複数の半導体素
子に対する共通の電極を含む一体化放熱器を提供するこ
とにある。本発明のもう１つの目的は、放熱器の一部分
がそれにはんだ付けされた半導体素子に対する共通の電
極として役立つような放熱器を含む電力用半導体モジュ
ールを提供することにある。

【０００８】本発明の更にもう１つの目的は、半導体素
子に対する共通の電極として役立つ放熱器部分が冷却液
と直接に接触して配置されているような放熱器を含む電
力用半導体モジュールを提供することにある。本発明の
更にもう１つの目的は、熱交換流体を流すことによって
共通の陰極から熱を除去するための流体導管と一体化さ
れた共通の陰極を含む電力用半導体モジュールを提供す
ることにある。

【０００９】

【発明の概要】本発明に従えば、電力用半導体モジュー
ルの放熱性能を向上させるため、ＩＧＢＴ、ダイオード
またはＭＣＴがはんだ付けされかつ環境分散媒体（すな
わち、環境放熱媒体）と直接に接触するような共通の電
極（以後は「陰極」と呼ぶ）が提供される。このように
してすれば、チップ支持体と最終冷却媒体との間に存在
する熱障壁の数が最小になると共に、環境放熱媒体との
間で行うための手段を成す放熱器の重量が低減する。本
発明の目的からすれば、当業界において広く認められて
いる通り、環境放熱媒体は最終冷却媒体であって、それ
は気体、液体または固体のいずれから成っていてもよ
い。本発明においては、１つ以上の素子またはモジュー
ルに対する標準的な支持体として役立つ共通の陰極が流
体導管と一体化されている結果、固体素子の支持体と環
境放熱媒体との間に存在する唯一の熱障壁は陰極それ自
体である。その上、かかる陰極は共通の支持体であるか
ら、素子の支持体は発生した熱の大部分を環境に対して
直接に伝達することになる。

【００１０】本発明における実際の構造物は、波状に形
成された流路を含みかつ互いに分離した入口および出口
を有する平坦な導電性ブロックに対して銅−ベリリアま
たは銅−アルミナ積層板を直接に接合したものから成っ
ている。上記のごとき流路の形状は、ブロックの平面内
において、流路中の幾つかの部位を通過する直線方向に
沿って見た場合に長く連続した金属部分が存在しなくな
るように選定される。そのためには、ブロック中におい
て複数回にわたり前後に向きを変えながら進むような経
路に沿って流路を形成すればよい。ブロックの下部にお
いては、サンドイッチ状に金属で被覆された導電板によ
って上記の流路が閉鎖されている。その結果、波状の流
路を含むブロックと実質的に同じ形状を有する平坦な部
材が得られ、そしてかかる部材は本発明の構成要素を全
て含んでいる。詳しく述べれば、上部被覆板の（一般に
銅から成る）金属部分は共通の陰極を成していて、通例
は１８０℃の融点を有する６０／４０鉛−スズはんだを
用いて上記のごとき各種の素子がそれにはんだ付けされ
る。かかる共通の陰極には、ベリリアまたはアルミナ基
層（あるいは同等のセラミック基層）が共融接合されて
いる。このようなセラミック基層は電気的絶縁をもたら
すが、それと共通の陰極との間には共融接合層が存在す
る結果、物理的および機能的（すなわち熱的）に見れば
共通の陰極と同じ構成要素を成している。このようにし
て、セラミック基層は平坦なブロックに設けられた波状
の流路と直接に連絡することになる。なお、セラミック
基層はブロックに対して共融接合されるが、それの下方
の金属層が設置されている場合にははんだ付けされても
よい。最後に、通例は銅で被覆されたモリブデンから成
る下部被覆板が２８０℃の融点を有する９２．５Ｐｂ／
５．０Ｓｎ／２．５Ａｇのごとき高温はんだ（すなわち
高鉛はんだ）を用いてブロックの下部にはんだ付けされ
る。共通の陰極を成す導電性材料をセラミック基層に共
融接合して成る上部被覆板が（下記に詳述されるよう
な）適正な熱膨張率を有していない場合には、セラミッ
ク基層の下面に追加の導電層（すなわち下部金属層）を
接合することができる。この場合には、好ましくは上記
のごとき高温はんだを使用しながら追加の導電層をブロ
ックの上部にはんだ付けすればよい。このようにすれ
ば、共通の陰極とセラミック基層とから成る上部被覆板
を使用した前述の場合と実質的に同じ物理的および熱的
改良が達成されることになる。

【００１１】ブロックの平面内において連続的に広がる
銅を分割するような複数の平行部分を有する波状の流路
を含む放熱器を製造するためには、上部被覆板、流路を
形成したブロック、および下部被覆板から成る積層構造
物を使用しなければならないから、熱膨張率について考
慮することが必要となる。ブロック中に波状の流路が形
成される結果、ブロックの平面内において流路の平行部
分に垂直な方向については、連続的な銅の広がりは排除
されることになる。このようにすれば、温度変化に原因
する該方向に沿ったブロックの全体的伸縮は抑制される
のである。ブロックの平面内において流路の平行部分と
平行な方向については、ブロックは幅が狭くかつ１つの
空隙を含んでいる結果、該方向に沿ったブロックの全体
的伸縮はあまり大きくない。（なお、ブロックの幅をよ
り大きくする必要がある場合には、ブロックの平面内に
おいてブロックの幅方向に沿って長く連続した銅部分が
存在しなくなるように別の流路形状を採用すればよ
い。）更にまた、ブロックの上部および（または）下部
に別の銅板をはんだ付けすることは、完全な熱的一貫性
および連続性を維持しながら放熱器の残部から共通の陰
極を電気的に絶縁しようという意図を失敗に導くばかり
でなく、熱膨張率の適合性をも失わせることになる。す
なわち、波状の流路を含む銅ブロックは５．０〜６．５
ppm/℃の範囲内の実効熱膨張率を有するのに対し、銅板
は約１７．０ppm/℃の熱膨張率を有するのである。この
ようなわけで、ブロックの上部には（共通の電極として
役立つように）電気的に絶縁された被覆板を使用し、か
つブロックの下部には制御された熱膨張率を有する被覆
板を使用することが必要となる。そこで、銅拘束技術
（ＣＣＴ）として知られる技術が開発された。この技術
は、相異なる熱膨張率を有する材料を用いて積層物を製
造した場合、それらの材料の固有の熱膨張率、塑性モジ
ュラス（または延性）および硬さに応じ、一方の材料の
伸縮が他方の材料によって常に制御もしくは拘束される
という原理に基づくものである。本発明の構造物におい
ては、流路によってブロックが独立の断片に分割されて
いる結果、温度変化に原因するそれの全体的な伸縮は
（好ましくはいずれも銅から成る）上部被覆板および下
部被覆板の伸縮によって制御され、それにより極めて低
い総合熱膨張率が得られることになる。この場合、上部
被覆板は基層の高い塑性モジュラスによって拘束され
る。共通の陰極としては銅が選択されるから、銅よりも
遥かに高い塑性モジュラスを有するために応力下で容易
に降伏しないセラミックは、流路を含むブロックにおい
て空隙が銅の熱膨張率を変化させるのとほぼ同様にして
銅を拘束することになる。また、好ましくは銅で被覆さ
れたモリブデンから成る下部被覆板においては、延性の
より小さいモリブデンによって銅が拘束される。このよ
うに、上記のごときＣＣＴの原理に基づけば、ベリリア
の熱膨張率（６．１ppm/℃）に近似した熱膨張率を有す
る上部被覆板、約５．０〜６．５ppm/℃の熱膨張率を有
する中間のブロック、および約５．０ppm/℃の熱膨張率
を有する下部被覆板が得られる。要約すれば、本発明の
一体化放熱器は固体素子およびモジュールを取付けるた
めの支持板と（電気的には絶縁されながらも）物理的お
よび熱的に一体化されかつ波状の流路を含むサンドイッ
チ構造物として記載することができる。

【００１２】新規なものと考えられる本発明の特徴は、
前記特許請求の範囲中に詳細に記載されている。とは言
え、本発明の構成や実施方法並びにそれの追加の目的や
利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明を考察す
ることによって最も良く理解されよう。

【００１３】

【好適な実施の態様の詳細な説明】放熱器は、空気、水
または大地のごとき最終冷却媒体である環境との間で熱
交換を行うことが可能でなければならない。放熱器のご
とき副次的な付属品を設計する際の支配的な原則は、か
かる付属品がそれのあらゆる動作モードを通じて決して
高温にならないことである。多くの電子装置は標準的な
６０／４０はんだを用いて取付けられているから、ここ
で言う「高温」とは６０／４０はんだの融点である１８
０℃付近の温度として定義するのが適当である。本発明
においては、最終の放熱器は流体導管手段と一体化され
た共通の支持板から成っている。更に詳しく述べれば、
上記の流体導管手段は一端に流体入口を有しかつ他端に
流体出口を有する密閉された流体流路である。かかる新
規な一体化放熱器を使用したモジュールは縦続接続する
こと（すなわち、ある放熱器モジュールからの流体が別
の放熱器モジュールおよび（または）後続の放熱器モジ
ュールを通って流れるように直列に接続すること）がで
きるが、このような接続は環境（少なくとも一貫して変
化のない安定な環境）との間で熱交換を行うという意図
に反することになる。それ故、本発明に基づく複数の放
熱器モジュールを一緒に使用する場合には、それらを並
列状態で動作させることが好ましい。そのためには、た
とえば、マニホルドを具備した流体供給源から（一定し
た）同じ温度の冷却液を全ての放熱器モジュールに供給
すればよい。勿論、実際の選択は電子放熱器およびその
他の回路構成要素に関する要求条件の設計および決定に
対して最終的な責任を有する技術者に任される。

【００１４】図１には、流体流通部材１０の上面図が示
されている。かかる流体流通部材１０は約２．５インチ
の長さ、約１．５インチの幅および０．２５インチの公
称厚さを有する銅ブロック１２から成ることが好まし
い。対角線の両端に位置するかど部には、（好ましくは
約０．１２５インチの直径を有する）穴１４および１４
´ がブロック１２を貫通して設けられる。その後、放
電加工（ＥＤＭ）のごとき適当な切削技術の使用によ
り、一方の穴１４から他方の穴１４´ にまで達する流
路１６がブロック１２の内部に形成される。かかる流路
１６は波状の経路１７に沿って形成される結果、流路流
通部材１０は連続した外周面２０および互いにかみ合っ
た概して櫛歯状の内部構造を有している。一部の実施の
態様においては穴１４および１４´ を冷却液入口およ
び出口として使用することができるが、通例は入口１８
および出口１８´ が設けられる。なぜなら、多くの動
作環境（たとえば、それぞれに独立のブロック１２を有
する複数のモジュールを使用し、そしてあるブロックか
ら次のブロックに冷却液を直列に循環させるような場
合）においては、それらを設ける方が遥かに好都合だか
らである。入口１８および出口１８´ を使用する場
合、穴１４および１４´ は（たとえば、図４および６
に示されるごとく）ブロック１２の上面および下面に接
合された被覆板によって閉鎖される。図１に示された流
体流通部材１０の側面図である図２を見れば、上記のご
とき入口１８および出口１８´の位置が一層良く理解さ
れよう。なお、この実施の態様においては、入口１８お
よび出口１８´ は０．１２５インチの公称直径を有し
ている。

【００１５】図３の等角図は、図１の流体流通部材１０
を一層詳細に示している。この図を見れば容易にわかる
通り、流体流通部材１０は一定の設計厚さを有してい
る。前述のごとき公称寸法を有する流体流通部材１０に
おいては、流路１６は１１個の平行部分を有していて、
互いに隣接した平行部分間の間隔および最も外側の平行
部分とそれに最も近い外周面２０との間の間隔（たとえ
ば、距離１９−１９´として表わされるような間隔）は
０．１２５インチである。こうして得られた流体流通部
材１０の熱膨張率は約５．０〜６．５ppm/℃であって、
これは流路を含まないブロック１２の熱膨張率（約１
７．０ppm/℃）よりもかなり小さい。それと同時に、流
路を含まないブロックの場合に比べて銅の使用量が顕著
に低減するという利益が得られることも理解されよう。

【００１６】本発明の一体化放熱器を組立てる際の最終
工程は、流体流通部材１０に上部および下部被覆板を取
付けることである。すなわち、約５．０〜６．５ppm/℃
の熱膨張率を有する放熱器本体を製造した後、図４に示
されるごとく、導電性の上部被覆板２２および金属を張
った下部被覆板２４が流体流通部材１０に取付けられ
る。その際には、それらの被覆板が流体流通部材１０に
共融接合されるか、あるいは（一層簡便には）はんだ付
けされる。

【００１７】図４を見ると、破線で示された流体流通部
材１０の両側に上部被覆板２２および下部被覆板２４が
配置されている。上部被覆板２２は少なくとも２つの層
から成る積層板であって、上層２６は好ましくは銅から
成る導電層であり、また下側の層２７は好ましくはベリ
リアから成るセラミック層である。従来の銅直接接合技
術（ＤＢＣ技術）に基づけば、（銅から成る）上層２６
と最下層２８との間に（ベリリアから成る）中間の層２
７を積層することによって上部被覆板２２を最も経済的
に製造し得ることが理解されよう。本発明の好適な実施
の態様においてはこの方法が採用される。とは言え、経
済性のみが重要なわけではないのであって、ＤＢＣ技術
の使用に際しては、上層２６が中間層２７によって最下
層２８から電気的に確実に絶縁されるように十分な注意
を払うことが必要である。

【００１８】図５中の破線による図示から理解される通
り、上層２６は放熱器にはんだ付けされる各種の半導体
素子に対する共通の電極として役立つ。それ故、冷却液
が電気的に活性となるのを防止するため、この部位にお
いて電気的絶縁を行うことが望ましいのである。本発明
の主たる目的の１つは、かかる電極を環境放熱媒体（こ
の場合には前述のごとき冷却液）と直接に接触させるこ
とによって達成することができる。更にまた、セラミッ
ク層２７上に銅を接合し、次いでセラミック層２７をブ
ロック１０に直接に接合することによっても銅拘束技術
（ＣＣＴ）を効果的に実現することができる。かかる方
法の欠点は、図４に関連して上記に記載された上部被覆
板２２が有するような製造上の利点が得られないことで
ある。

【００１９】本発明に従えば、上部被覆板２２および下
部被覆板２４を流体流通部材１０とは独立に製造もしく
は供給することができるから、主製造業者は最終の組立
工程のみを行えばよいのである。上記のごとき構成要素
１０、２２および２４の全ての外面上に予めはんだの薄
層が設置されていれば、ただ１回のはんだ再融解操作に
よってそれらを組立てることができる。それ故、絶対に
必要というわけではないが、本明細書中に開示されたご
とくにして本発明の放熱器を製造することがより好都合
である。流体流通部材１０の熱膨張率および上部被覆板
２２の熱膨張率にほぼ等しい熱膨張率を有するモリブデ
ンまたは類似の導電性材料の層２３を含む下部被覆板２
４の組立ては、上記のごときはんだ再融解操作に際して
行われる。この場合、層２３には銅めっきまたは銅張り
が施されているが、かかる銅の熱膨張は前述のごときＣ
ＣＴの原理に基づいてモリブデンの熱膨張率により拘束
される。図４には、導電性材料の板２３の両側に銅層２
６を張って成る下部被覆板２４が示されているが、これ
は銅直接接合技術または通常の金属間被覆技術によって
製造することができる。言うまでもないが、全体にわた
って銅を使用すれば大幅に簡略化された簡便なはんだ再
融解操作が可能となり、それによって各種の構成要素を
単一の工程によって組立てることが容易となる。

【００２０】図５および６には、本発明の放熱器の使用
例が示されている。図５の概略上面図は他の電気的接続
手段を受入れるための穴３１を有する接続タブ３０を具
備した共通の陰極板２６を示している。かかる共通の陰
極板２６上にはんだ付けすべき半導体素子５０が破線で
示されている。最後に、（入口１８および出口１８´に
挿入された）冷却液管路３２に対し、連結ホースまたは
導管３３がスリーブ３２´ によって連結されている。
必要に応じ、スリーブ３２´ に対して絶縁材を使用し
て二重絶縁を行えば、より高度の安全性が得られる。

【００２１】図６の立面図には、上部被覆板２２の上層
を成す共通の陰極板２６に半導体素子５０を取付けたと
ころが示されている。前述のごとき全ての構成要素（た
とえば、上部被覆板２２および下部被覆板２４）は流体
流通部材１０に対して適正な位置関係で示されており、
また入口１８は点線で示されている。半導体素子５０の
直ぐ上方には、通常の手段６５によってゲート板６０お
よび陽極板６２が固定されている。これらの電極板はコ
ネクタ６４および６６によって半導体素子５０のそれぞ
れの端子に接続されている。なお、電極板の懸架や接
続、および放熱器に対するそれらの取付けのごとき事項
はここでは論じないことにする。なぜなら、かかる事項
は既に先行技術において開示されているものであった
り、あるいはずっと以前から当業技術として確立されて
いるものだからである。

【００２２】以上、特定の実施の態様に関連して本発明
を説明したが、数多くの変更態様が可能であることは当
業者にとって自明であろう。それ故、本発明の精神に反
しない限り、前記特許請求の範囲はかかる変更態様の全
てを包括するものと解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく流体流通部材の上面図である。

【図２】図１に示された流体流通部材の側面図である。

【図３】図１に示された流体流通部材の等角図である。

【図４】本発明に基づく積層物の一部分の等角分解図で
ある。

【図５】本発明に基づく共通の陰極上におけるチップの
配置状態を示す概略上面図である。

【図６】本発明に基づく一体化放熱器の使用例を示す立
面図である。

【符号の説明】

１０流体流通部材１２銅ブロック１４穴１４´ 穴１６流路１７波状の経路１８入口１８´ 出口２０外周面２２上部被覆板２３モリブデン層２４下部被覆板２６上層２７下側または中間の層２８最下層３０タブ３２冷却液管路５０半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リク・ウィビナ・アンナ・アデルソン・デドンカーアメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネクタデイ、ローゼンデール・ロード、 2385番 (72)発明者ドナルド・ウェイン・ジョーンズアメリカ合衆国、ニューヨーク州、ブラント・ヒルズ、サンドストーン・ドライブ、18番 (72)発明者コンスタンティン・アロイス・ノイゲバウアーアメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネクタデイ、マクセル・ドライブ、822 番 (56)参考文献特開昭60−163448（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−45899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/473

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】(a) 第１の熱伝導性材料から成り、かつ
入口手段および出口手段と連通した波状の流路を内部に
含むブロック状の支持体と、 (b) セラミック基層に直接接合された電気的かつ熱的
に伝導性の材料層からなるモジュール電極を含むと共
に、前記支持体の上部に配置されて前記流路を覆う第１
の被覆板であって、前記第１の上部被覆板に半田づけさ
れる複数の半導体チップが、共通の前記モジュール電極
の前記導電性かつ熱伝導性材料層に接触すると共に、前
記モジュール電極の前記導電性かつ熱伝導性材料層と前
記セラミック基層とを介して前記流路と熱的に連絡する
ように、前記セラミック基層が前記波状の流路に直接に
接触する前記第１の上部配置被覆板と、 (c) 前記支持体の熱膨張率に適合した熱膨張率を有す
る第２の熱伝導性材料から成り、前記第１の上部被覆板
に対向して前記支持体の下部に配置されて前記流路を覆
う第２の被覆板とを含むことを特徴とする、前記モジュ
ール電極と熱交換媒体とを直接接触させると共に、一様
な熱膨張率を有する電子半導体モジュール用放熱器。
【請求項２】前記導電性かつ熱伝導性材料層が銅から成
ることを特徴とする請求項１記載の放熱器。
【請求項３】前記第２の被覆板が銅で被覆されたモリブ
デンから成ることを特徴とする請求項１記載の放熱器。
【請求項４】(a) 前記モジュール用の導電性支持体に
溝をほり、前記支持体内部に連続した波状の流路を形成
する工程と、 (b) 前記流路の各端に近接して入口手段および出口手
段を設ける工程と、 (c) 誘電体材料層と、前記支持体の熱膨張率に適合す
る熱膨張率を有する共通電極の導電性材料層とを含み、
前記誘電体材料層により前記導電性材料層が前記支持体
から絶縁された上部被覆板を、前記支持体の上面上に配
置して前記流路を覆う工程と、 (d) 前記導電性材料層にチップをはんだ付けする工程
とを含むことを特徴とする、放熱器を含む電力用半導体
モジュールの製造方法。
【請求項５】前記支持体の流路を形成する工程におい
て、前記流路は前記支持体の上面と下面との間を完全に
貫通する結果、前記流路は上部および下部に閉鎖面を有
しないことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】前記支持体の熱膨張率に適合した熱膨張率
を有する下部被覆板を前記支持体の下面に配置すること
により、前記流路の下部に連続した表面を形成する工程
をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】前記支持体の熱膨張率に近似した所定の熱
膨張率を有するセラミック基板に銅を直接接合すること
により、前記上部被覆板は前記支持体の熱膨張率に適合
した熱膨張率を有するように、前記流路を形成した前記
支持体に前記上部被覆板を接合する工程をさらに有し、
結果として前記銅の熱膨張は前記上部被覆板の前記セラ
ミック基板によって拘束されることを特徴とする請求項
６記載の方法。