(57)【要約】      （修正有）【課題】両面冷却型パワーモジュールへの実装を容易にするヒートスプレッダー構造体を提供する。【解決手段】ゲート電極６とソース電極７が形成された縦型ＦＥＴ４の主面に接合されるヒートスプレッダー構造体１において、ヒートスプレッダー構造体１は金属平板にビア絶縁体２を有し、ビア絶縁体２の内域にはゲート電極６に接続するビア導電体３が形成され、ビア絶縁体２は接合面側からその反対面側に行くほど幅が広がることを特徴とするヒートスプレッダー構造体１である。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極とソース電極が形成された縦型ＦＥＴの主面に接合されるヒートスプレッダー構造体において、ヒートスプレッダー構造体は金属平板にビア絶縁体を有し、ビア絶縁体の内域にはゲート電極に接続するビア導電体が形成され、ビア絶縁体は接合面側からその反対面側に行くほど幅が広がることを特徴とするヒートスプレッダー構造体。
【請求項２】
ビア絶縁体の幅の比は２倍以上であり、ビア導電体は接合面側から反対面側に行くほど幅が広がることを特徴とする請求項１記載のヒートスプレッダー構造体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、両面冷却型パワーモジュールに実装される縦型ＦＥＴなどのスイッチング素子の放熱を効果的に行うヒートスプレッダーに関する。
【背景技術】
【０００２】  縦型ＦＥＴであるＳｉＣ  ＦＥＴを使用した小型で低損失なパワーモジュールが期待されている。これを実現する一つの手段として両面冷却型のパワーモジュールがある（例えば特許文献１）。ＦＥＴの表裏面にヒートスプレッダーを貼り合わせた構造体を製作し、冷却機構を備えた回路基板や固定板に固着させることで放熱を効率良く行うものである。【０００３】  ＳｉＣ  ＦＥＴは一方の主面にゲート電極とソース電極が形成され、他方の主面にドレイン電極が形成される。ゲート電極とソース電極の形成された主面側に固着するヒートスプレッダーは、ゲート電極とソース電極を絶縁体で分けるようにした金属構造体であり、これら半導体電極をヒートスプレッダーを介して回路基板側に接続するものである。例えば金属板にビア絶縁体を形成し、ビア絶縁体の内域にビア導電体を形成し、回路基板側のソース配線とゲート配線に接続する。半導体チップは微小なサイズと精緻な電極パターンが形成されるため、ヒートスプレッダー構造体にも半導体と同様のパターン精度で加工することが必要となる。他方、回路基板の配線パターンは微小かつ精緻に形成することは難しいため、半導体の電極パターンを回路基板の配線パターンに合せることも行われ、半導体チップの小型化やモジュールの小型化のニーズに沿わないことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２１６５６４号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】  縦型ＦＥＴをヒートスプレッダーで挟み込んだ構造体の回路基板への実装を容易にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記課題を解決するために、ゲート電極とソース電極が形成された縦型ＦＥＴの主面に接合されるヒートスプレッダー構造体が、金属平板にビア絶縁体を有し、ビア絶縁体の内域にはゲート電極に接続するビア導電体が形成され、ビア絶縁体は接合面側からその反対面側に行くほど幅が広がる形状を有することを特徴とする。
【考案の効果】
【０００７】  本考案によるヒートスプレッダー構造体を使用してＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴなどの縦型ＦＥＴを実装すれば、ビア絶縁体の幅が拡大していることにより接合材の染み出しや広がりなどによる配線間の短絡を防止でき、実装が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本考案の実施形態に係るヒートスプレッダー構造体とＦＥＴの接合体。
【図２】本考案の実施形態に係るヒートスプレッダー構造体を両面冷却型パワーモジュールに適用した部分断面図。
【図３】Ａ〜Ｃ  本考案の実施形態に係るヒートスプレッダー構造体とＦＥＴの接合体を製造する一例。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、本考案の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。図１は縦型ＦＥＴ（４）のゲート電極（６）、ソース電極（７）が形成されている面にヒートスプレッダー構造体（１）を接合し、ドレイン電極（８）が形成されている面に平板のヒートスプレッダー（５）を接合した断面図である。ヒートスプレッダー構造体（１）にはビア絶縁体（２）が形成され、その内域にビア導電体（３）が形成される。図１に示すようにビア絶縁体（２）は縦型ＦＥＴの接合面から下方に向けて幅が広くなるように形成される。縦型ＦＥＴのドレイン電極面にヒートスプレッダーを接合した素子構造体を両面冷却ができる回路基板に実装した様子を示す（図２）。この図から分かるように、ヒートスプレッダー構造体は、縦型ＦＥＴに接合する面ではビア絶縁体とビア導電体のパターンが微細寸法で形成され、回路基板（９）に実装する面では広がりを持ったパターンとなる。このようにすることにより、回路基板の配線電極（１１、１２）への実装が確実で容易になる。【００１０】  図２に示す回路基板（９）は窒化ケイ素基板を銅板で貼り合わせたものが使用されるが、銅板の厚さは２００μｍから３００μｍである。配線パターンの形成はエッチングを使用するため、パターン間隔（１３）は銅板厚さに相当する程度のものになる。ビア絶縁体の幅（１６）は縦型ＦＥＴに接合する面側のそれ（１５）に比べて大きくすることが有効である。より望ましくはヒートスプレッダー構造体の厚さに依らず２倍以上であれば、幅（１６）は数百ミクロン程度にすることができ前述の回路基板のパターン間隔に整合する（ゲート電極の寸法は１００μｍ程度が多い）。本考案の目的をさらに有効に実現するためには、ビア導電体の幅もビア絶縁体と同様に半導体チップの接合面から下方に向けて大きくすることが望ましい。【００１１】  縦型ＦＥＴはＳｉＣ  ＪＦＥＴやＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴなどであり、小型で低損失、かつ高電力スイッチングが可能な素子であり、小型モジュールを実現するには両面冷却などの効果的な放熱が必要である。ヒートスプレッダー（５）およびヒートスプレッダー構造体（１）の寸法は熱源である縦型ＦＥＴの寸法より大きく設計される。ヒートスプレッダーでの熱拡散が半導体チップの放熱、あるいは冷却を効率良く行わせるためである。縦型ＦＥＴの面寸法は１．５ｍｍから３ｍｍ矩形程度であり、ヒートスプレッダー構造体はその１．５倍から２倍程度で実現される。厚さも半導体の厚さの倍程度であり、１ｍｍ程度のものである。材質としてＣｕが熱伝導率、抵抗率、加工性の面で最適である。Ｃｕの他には、ＣｕＷやＣｕとダイヤモンドの複合材も好適であるが、特に限定されない。【００１２】  ビア絶縁体はエポキシ系、ポリイミド系、シリコンレジン系樹脂で形成する。光感光性のエポキシ樹脂やポリイミド樹脂であっても良い。ビア導電体はＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、コバール合金であっても良く特に限定されない。また金属ナノペーストによる焼結性金属体であっても良い。なおビア導電体には半導体の電極を接合することから、導電性樹脂は好ましくない。【００１３】  図３のＡ、Ｂ、Ｃに本考案に係るヒートスプレッダー構造体および半導体を接合した構造体の製法を簡���に示す。Ａに示す基板は以下の手順で製作することができる。Ｃｕ板にビア絶縁体のための開口をエッチングで行う。複数個のヒートスプレッダーを面付けして加工するのが良い。開口部に樹脂を埋め込み、ビア導電体の穴あけを行う。穴あけにフォトマスク露光法を使用する場合には光感光性樹脂を使用する。ドリルで機械的に穴あけを行っても良いし、レーザによる穴あけをしても良い。ビア導電体の穴あけ部に電解めっきでＣｕを充填めっきする。ビア絶縁体やビア導電体のＣｕ基板面からの凸部は研磨により平坦化する。本考案のビア絶縁体形状は、エッチングを制御することで容易に実現できる。【００１４】  図３のＢは、縦型ＦＥＴ（４）を接合したＣｕ基板を示す。接合材には無鉛ハンダや焼結性のＡｇあるいはＣｕナノ粒子ペーストを使用することができる。接合材の塗布にはスクリーン印刷を行うのが簡便である。図３のＣは、縦型ＦＥＴのドレイン電極面にＣｕ板を接合し、レーザあるいはエッチングによりＣｕ板を分離した様子を示す。このようにして均一な厚さのヒートスプレッダー接合体（図１）を数多く製作することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】  回路基板への実装が容易なヒートスプレッダー構造体を使用することにより、小型で高性能な両面冷却型パワーモジュールを容易に実現することができる。
【符号の説明】
【００１６】    １        ヒートスプレッダー構造体
２        ビア絶縁体
３        ビア導電体
４        縦型ＳｉＣ  ＦＥＴ
５        ヒートスプレッダー
６        ゲート電極
７        ソース電極
８        ドレイン電極
９        回路基板
１０        回路基板
１１        ゲート電極配線
１２        ソース電極配線
１３        ゲート電極配線とソース電極配線の間隔
１４        銅板
１５、１６  ビア絶縁体の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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