(57)【要約】  【課題】  粘性を有する接熱材に対する熱伝導性が向上したセラミック板等を提供すること。  【解決手段】  窒化ケイ素の多結晶相１を有しているとともに平面状の表面２を含む表面部分３を有する窒化ケイ素質焼結体４を備えており、表面部分３において、多結晶相１は、窒化ケイ素の針状結晶１ａが互いに隙間１ｂを挟んで重なり合った３次元網目構造である部分を含むセラミック板10等である。【選択図】  図４
2018207004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ケイ素の多結晶相を有しているとともに平面状の表面を含む表面部分を有する窒化ケイ素質焼結体を備えており、
前記表面部分において、前記多結晶相は、窒化ケイ素の針状結晶が互いに隙間を挟んで重なり合った３次元網目構造である部分を含むセラミック板。
【請求項２】
前記表面が前記セラミック板の厚み方向において互いに反対側に位置する上面および下面を含んでおり、前記上面および下面の少なくとも一方の全面において、前記表面部分における前記多結晶相が前記３次元網目構造である請求項１記載のセラミック板。
【請求項３】
前記上面および前記下面の両方の全面において、前記表面部分における前記多結晶相が前記３次元網目構造である請求項２記載のセラミック板。
【請求項４】
前記表面部分よりも内側において前記多結晶相の結晶粒界に介在するシリケート相をさらに備える請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のセラミック板。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のセラミック板と、
該セラミック板の前記表面に配置された半導体素子とを備える半導体装置。
【請求項６】
請求項５記載の半導体装置と、
該半導体装置の前記半導体素子と電気的に接続された外部接続導体と、
前記半導体素子と熱的に接続された放熱体と、
粘性材料および該粘性材料よりも熱伝導率が大きい伝熱粒子からなり前記粘性材料中に分散した伝熱粒子を含んでおり、前記セラミック板の表面と前記放熱体との間に介在する接続材とを備える半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ケイ素質焼結体を有するセラミック板、半導体装置および半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子等の半導体素子が搭載される絶縁板として、窒化ケイ素質焼結体からなるセラミック板が用いられるようになってきている。窒化ケイ素質焼結体は、機械的強度が高く、熱伝導率が比較的大きいため、熱伝導効率が高い薄い絶縁板として使用できる。そのため、絶縁板を備える半導体装置の軽量化が図れる。このように半導体装置に用いられる絶縁板は、半導体素子等を搭載して固定する基板として用いられる。
【０００３】
絶縁板に搭載された半導体素子は、絶縁板等を介して金属製の放熱体に熱的に接続され、放熱体を介して外部に放熱される。半導体素子は、リード端子等の導電性接続材を介して外部の電気回路と電気的に接続される。半導体素子が搭載される絶縁板は、例えば酸化アルミニウムまたは酸化亜鉛等のフィラーが添加されたグリス等を介して放熱体に熱的に接続される（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2017−17228号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子から絶縁板を介した放熱体への熱伝導は、グリスにフィラーが添加されることで向上している。しかしながら、近年、半導体素子の高密度化等に起因した発熱量の増加に応じて、絶縁板と放熱体との間の熱伝導率をさらに向上させることが求められるようになってきている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様のセラミック板は、窒化ケイ素の多結晶相を含んでいるとともに平面状の表面を含む表面部分を有する窒化ケイ素質焼結体を備えており、前記表面部分において、前記多結晶相は、窒化ケイ素の針状結晶が互いに隙間を挟んで重なり合った３次元網目構造である部分を含んでいる。
【０００７】
本発明の１つの態様の半導体装置は、上記構成のセラミック板と、該セラミック板の前記表面に配置された半導体素子と、粘性材料および該粘性材料よりも熱伝導率が大きい伝熱粒子からなり前記粘性材料中に分散した伝熱粒子を含んでおり、前記セラミック板の表面と前記半導体素子との間に介在する接続材とを備える。
【０００８】
本発明の１つの態様の半導体モジュールは、上記構成の半導体装置と、該半導体装置と電気的に接続された外部接続導体と、前記半導体素子と熱的に接続された放熱体とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の１つの態様のセラミック板によれば、上記構成であることから、放熱体に熱的に接続されたときに、その接続された表面と放熱体との間の熱伝導性の向上が容易である。すなわち、上記構成のセラミック板は、表面部分の３次元網目構造における窒化ケイ素の結晶間の隙間にグリス等の粘性材料が入りこみ、伝熱粒子を含む粘性材料と絶縁板との接し合う面積が従来よりも大きくなる。この粘性材料および伝熱粒子との接し合う面積の増加によって、熱伝導が行なわれる面積も大きくなる。したがって、放熱体との間で熱伝導性の向上が容易なセラミック板を提供することができる。
【００１０】
本発明の１つの態様の半導体装置によれば、上記構成のセラミック板を含むことから、セラミック板と、セラミック板に機械的に接続される放熱体等との間の熱伝導性の向上が容易な半導体装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の１つの態様の半導体モジュールによれば、上記構成の半導体装置を含むことから、セラミック板と、セラミック板に機械的に接続される放熱体等との間の熱伝導性の向上が容易で、外部への放熱性の向上が容易な半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態のセラミック板の一部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態のセラミック板の一部を拡大して示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態のセラミック板の一例を示す断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態のセラミック板の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態の半導体モジュールの一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部分を拡大して模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態の半導体モジュールの他の例における要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態のセラミック板、半導体装置および半導体モジュールを、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は説明上の便宜的なものであり、実際にセラミック板、半導体装置または半導体モジュールが使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下の説明における各種の熱伝導率は、室温〜500℃程度
における値である。また、以下の説明における熱伝導率は、非定常法による各種の測定装置で測定することができる。
【００１４】
図１（ａ）は本発明の実施形態のセラミック板の一部を拡大して示す平面図であり、図１（ｂ）は本発明の実施形態のセラミック板の一部を拡大して示す断面図である。図２（ａ）は本発明の実施形態のセラミック板の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は本発明の実施形態のセラミック板の一例を示す平面図である。図３（ａ）は本発明の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ部分を拡大して模式的に示す断面図である。図４は、本発明の実施形態の半導体モジュールの一例を示す断面図である。なお、図１（ａ）は断面図ではないが、識別しやすくするため後述する多結晶相にハッチングを施している。
【００１５】
窒化ケイ素の多結晶相１を有する窒化ケイ素質焼結体４によってセラミック板10が基本的に構成されている。窒化ケイ素質焼結体４は、平面状の表面２を含む表面部分（表面２および表面２からある程度の深さまでの領域）２ａを有している。セラミック板10に半導体素子11がろう材等の接合材（符号なし）を介して接続されて、実施形態の半導体装置20が基本的に構成されている。半導体装置20に含まれる半導体素子11が外部接続導体21と電気的に接続され、半導体素子11と放熱体22とが互いに熱的に接続されて、半導体モジュール30が基本的に構成される。
【００１６】
なお、半導体素子11と放熱体22との熱的な接続は、半導体装置20のセラミック板10の表
面２と放熱体22とが接続材23を介して互いに接続されて行なわれる。すなわち、半導体装置20と放熱体22とが、接続材23を介して機械的および熱的に互いに接続されている。
【００１７】
例えば図１に示すように、セラミック板10の表面部分３において、多結晶相１は、窒化ケイ素の針状結晶１ａが互いに隙間１ｂを挟んで重なり合った３次元網目構造である部分を含んでいる。窒化ケイ素質焼結体を形成している窒化ケイ素は六方晶系であり、針状結晶を形成する。この窒化ケイ素の多結晶体によって結晶相１が構成されている。なお、窒化ケイ素結晶は、粒成長の過程で複数の結晶同士が互いに結合する場合があるため、図１における個々の窒化ケイ素の粒子は針状ではないものもある。
【００１８】
実施形態のセラミック板10は、例えば図２に示すように平板状であり、平面視において長方形状等の四角形状である。セラミック板10は、互いに反対側に位置する上面２Ａおよび下面２Ｂを含む表面２を有している。セラミック板10の表面は、いわゆる巨視的な露出表面である。表面２に、セラミック板10に種々の加工、搬送等の操作を行なう作業者または装置等が触れる。
【００１９】
この表面２からある程度の深さまでが表面部分３である。この表面部分３において、多結晶相１は、窒化ケイ素の針状結晶１ａが互いに隙間１ｂを挟んで重なり合った３次元網目構造である部分を含んでいる。言い換えれば、セラミック板１の表面２から３次元網目構造の多結晶相１が存在する深さまでが、セラミック板１の表面部分３である。なお、セラミック板10は、窒化ケイ素質焼結体４以外に、窒化ケイ素質翔悦体の外表面に付着したガラスコーティング層等の他の部材（図示せず）を含んでいてもよい。
【００２０】
セラミック板10における針状結晶１ａの３次元網目構造とは、複数の針状結晶１ａが、水平方向および垂直方向においてランダムな向きになって、互いに重なり合った構造である。３次元網目構造の多結晶相１は、複数の針状結晶１ａ同士の間に隙間１ｂが存在する。すなわち、針状結晶１ａが網本体部分に相当し、隙間１ｂが網目部分（網本体間の空いている部分）に相当する。
【００２１】
なお、後述するようにセラミックグリーンシートに成形された窒化ケイ素の結晶（粉末）が焼成されて多結晶相１が形成されるときに、その長手方向がセラミック板10の横方向（上下面２Ａ、２Ｂに平行な方向）に沿うようになりやすい。すなわち、断面視よりも平面視において、個々の結晶が針状であることがわかりやすい傾向がある。
【００２２】
実施形態のセラミック板１によれば、上記構成であることから、放熱体22に熱的に接続されたときに、その接続された表面と放熱体22との間の熱伝導性の向上が容易である。すなわち、上記構成のセラミック板10は、表面部分３の３次元網目構造における窒化ケイ素の結晶１ａ間の隙間１ｂに接続材23が入りこみやすい。そのため、例えば後述するように、伝熱粒子14を含む粘性材料24と絶縁板１との接し合う面積が従来よりも大きくなる。この粘性材料24およびフィラー14との接し合う面積の増加によって、熱伝導が行なわれる面積も大きくなる。したがって、放熱体22との間で熱伝導性の向上が容易なセラミック板10を提供することができる。
【００２３】
この場合に、個々の針状結晶１ａは、例えば、長手方向の寸法が約５〜30μｍであり、それに直交する方向の寸法が約0.5〜５μｍの細長い六角柱状であり、いわゆる針状であ
る。また、前述したように、個々の針状結晶１ａは、必ずしも正確に六角柱状である必要はなく、複数の六角柱状の結晶同士が一体化したものでも構わない。
【００２４】
また、隙間１ｂは、例えば向かい合う内面間の距離が約0.1〜３μｍ程度の空間部分で
あり、複雑な多角形状または不定形状等である。また、このような隙間１ｂは、互いに独
立したものである必要はなく、複数のものが互いにつながったものでも構わない。複数の隙間１ｂが互いにつながっていれば、セラミック板10の表面２から表面部分３の深い位置（表面２からより遠い位置）まで接続材23が入り込むことができる。そのため、接続材23とセラミック板10との接し合う面積が効果的の大きくなり、両者間の熱伝導性が向上する。これによって、半導体装置20から放熱体22への熱伝導性を効果的に向上させることができる。
【００２５】
表面部分３の深さ、および表面部分３における隙間１ｂの存在する割合は、例えばセラミック板10の表面２および断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で拡大して観察することによって検知することができる。また、針状結晶１ａの外形寸法（上記長手方向等の寸法）も、ＳＥＭ等による観察で検知することができる。
【００２６】
上記実施形態のセラミック板10において、表面部分３の深さ（表面２から表面部分３の表面と反対側の端までの距離）は、例えば約１〜30μｍ程度に設定される。表面部分３の深さが約１μｍ以上であれば、接続材23とセラミック板10との接し合う面積を大きくして両者間の熱伝導性を効果的に高めることができる。また、表面部分３の深さが約30μｍ以下であれば、セラミック板10の機械的な強度を確保する上で有利である。また、セラミック板10自体の熱伝導性を高くする上でも有利である。
【００２７】
また、セラミック板10の表面部分３における隙間１ｂの割合は、体積の割合として、約１〜10％であればよい。セラミック板10の表面部分３における隙間１ｂの体積の割合が約１％以上であれば接続材23が表面部分３に入り込みやすく、接続材23を介したセラミック板10と放熱体22との熱伝導性が効果的に向上する。また、セラミック板10の表面部分３における隙間１ｂの体積の割合が約10％以下であれば、セラミック板10の機械的な強度を確保する上で有利である。また、セラミック板10自体の熱伝導性を高くする上でも有利である。
【００２８】
また、針状結晶１ａおよび隙間１ｂを含む３次元網目構造の表面部分３では、隙間１ｂについて、平面視における寸法（開口）が、断面視における寸法（深さ）よりも大きくてもよい。この場合には、隙間１ｂの開口が比較的大きいため、隙間１ｂ内に接続材23および後述する接続材23中の伝熱粒子25が入り込みやすい。これによって、セラミック板10と放熱体22との間の熱伝導性を効果的に高めることもできる。開口の寸法が深さの寸法よりも大きい隙間１ｂは、例えば前述したように、針状結晶１ａのうち長手方向がセラミック板10の上下面２Ａ、２Ｂに平行になるものが相対的に多くなるようにすればよい。
【００２９】
このようなセラミック板10は、例えば以下の工程によって製作することができる。まず、窒化ケイ素、シリカ（酸化ケイ素）、酸化マグネシウム、酸化エルビウム、酸化イットリウム等の原料粉末と有機溶剤、バインダをミル等の粉砕手段で粉砕して原料粉末を作製する。この時に、それぞれの材料に応じた粒径までで混合し、スラリーを調整する。シリカ（酸化ケイ素）、酸化マグネシウム、酸化エルビウム、酸化イットリウム等は、焼結助材等の添加材である。
【００３０】
次に、調整したスラリーをドクターブレード法等の方法でシート状に成形して帯状のセラミックグリーンシートを作製する。作製したセラミックグリーンシートを、適当な寸法および形状に切断して複数のシート作製する。その後、これらのシートを、必要に応じて複数上下に積層した後、約1400〜1900℃の温度で焼成する。以上の工程によって、セラミック板10を製作することができる。
【００３１】
上記の製作工程のうち焼成の工程において、焼結助材の一部を除去（昇華等）させることによって、隙間１ｂを含む３次元網目構造の表面部分３を有する多結晶相１を形成する
ことができる。また、そのような表面部分３を有するセラミック板10を製作することができる。この場合、焼成時の昇温および降温の速度並びにピーク温度等のキープ時間等の温度条件、焼成時の露点等を含む雰囲気条件およびｂ焼成用セッターの配置形態等のその他の条件を適宜調整することによって、焼結助材の除去量を調整することができる。すなわち、セラミック板10の表面部分３における隙間１ｂの割合を調整することができる。
【００３２】
なお、この実施形態のセラミック板10は、上面２Ａおよび下面２Ｂを有し、その下面２Ｂに放熱体22が接続される。このようなセラミック板10は、少なくとも下面２Ｂにおいて上記のような表面部分３が含まれていればよい。これによって、接続材23を介した放熱体22のセラミック板10への接続において、接続材23とセラミック板10との接し合う面積が効果的に大きくなり、両者間の熱伝導性が向上する。このときに、下面２Ｂの全面において、表面部分３における多結晶相１が３次元網目構造であれば、下面２Ｂの全面において放熱体22との熱伝導性を効果的に向上させることができる。
【００３３】
また、セラミック板10の上面２Ａに接続材23を介して放熱体22等の部材が接続されるときには、上面２Ａの全面において、表面部分３における多結晶相１が３次元網目構造であってもよい。これにより、上面２Ａの全面において放熱体22等の部材との熱伝導性を効果的に向上させることができる。また、このときに、上面２Ａの全面において、表面部分３における多結晶相１が３次元網目構造であってもよい。これにより、上面２Ａの全面において放熱体22との熱伝導性を効果的に向上させることができる。すなわち、セラミック板２は、上面２Ａおよび下面２Ｂの少なくとも一方の全面において、表面部分３における多結晶相１が３次元網目構造であってもよい。
【００３４】
また、セラミック板２は、上面２Ａおよび下面２Ｂの両方の全面において、表面部分３における多結晶相１が３次元網目構造であってもよい。この場合には、例えばセラミック板10の上面２Ａおよび下面２Ｂの両面に接続材23を介して放熱体22等の部材が接続されるときに、これらの部材とセラミック板10との熱電伝導性を高めることができる。このような部材は、例えば後述する半導体素子11でも構わない。半導体素子1とセラミック板10と
を接合する接合材が３次元網目構造の隙間１ｂに入り込み、セラミック板10と接合材との接し合う面積が大きくなる。そのため、半導体素子11とセラミック板10との間の熱伝導性が高められる。
【００３５】
本発明の実施形態の一例である半導体装置20は、前述したように、上記構成のセラミック板10と、セラミック板10の表面３に配置された半導体素子11とを有している。このような半導体装置20によれば、上記構成のセラミック板10を含むことから、接続材23を介して放熱体22が接続されるときに、接続材23を介した放熱体22との熱伝導性が高い半導体モジュール30を作製することができる。
【００３６】
セラミック板10およびこれに搭載された半導体素子11は、外部との電気信号の送受信および外部への放熱の基本的な単位となるものである。外部電気回路（図示せず）からの種々の電気信号が半導体素子11で受信され、半導体素子11で演算等の各種の操作が行なわれる。この操作の結果が外部電気回路に送信され、外部電気回路を含む機器の制御等が行なわれる。この機器としては、例えば、コンピュータ、通信機器および自動車のエンジン等を制御する制御機器等が挙げられる。
【００３７】
図２に示す例では、セラミック板10の上面２Ａの中央部が半導体素子11の実装領域２ｓとされている。実装領域２ｓは、平面視において半導体素子11よりも大きい四角形状の領域である。セラミック板10の実装領域２ｓに対する半導体素子11の接合は、前述したようにろう材等の接合材によって行なうことができる。ろう材としては、例えば金−スズろう材等の低融点ろう材が挙げられる。また、接合材は、スズ−銀系ろう材等でもよく、異方
導電性接着剤等を含む接着剤等でもよい。
【００３８】
例えば、金−スズろう材のプレフォームを介して実装領域２ｓに半導体素子11を位置合わせして、これらを所定の温度に加熱することで、半導体素子11をセラミック板２に接合することができる。この工程によって、図３に示すような実施形態の半導体装置20を製作することができる。
【００３９】
図３に示す例では、半導体装置20と、これに電気的に接続されるリード端子21および熱的に接続される放熱体22とを別々に、互いに分離した状態で示している。半導体素子11とリード端子21とが後述するボンディングワイヤ等の導電性接続材26を介して接続されて、半導体素子11とリード端子21とが互いに電気的に接続される。リード端子21を介して半導体素子11を外部電気回路に電気的に接続させることができる。また、前述した接続材23を介して、セラミック板10の下面２Ｂに放熱体22が機械的および熱的に接続される。これによって、例えば図４に示すような半導体モジュール30を製作することができる。
【００４０】
すなわち、半導体モジュール30は、半導体装置20の半導体素子11と電気的に接続された上記リード端子21等の外部接続導体と、半導体素子11と熱的に接続された放熱体22とをゆうしている。図４に示す例において、放熱体22は下面に多数の板状部が突出する放熱フィンである。放熱体22は、平板状のものでもよく、冷却用の流体が流れる流路を有するものであってもよい。半導体素子11と放熱体22との熱的な接続とは、両者の間の熱伝導率が約20Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である状態をいう。
【００４１】
このような半導体モジュール30によれば、上記構成の半導体装置20を含むことから、セラミック板10と、セラミック板10に機械的に接続される放熱体22等との間の熱伝導性の向上が容易で、外部への放熱性の向上が容易な半導体モジュール30を提供することができる。
【００４２】
図４における半導体モジュール30は、本発明の一つの実施形態を示している。図４（ａ）は、その半導体モジュール30全体の断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ部分を拡大して示す断面図である。例えば図４（ｂ）に示す例のように、接合材23は、粘性材料24と粘性材料24よりも熱伝導率が高い伝熱材からなり粘性材料24中に分散した伝熱粒子25を含んでいる。なお、図４（ｂ）では、図を見やすくするために、多結晶相１における針状結晶１ａおよび隙間１ｂを含む３次元網目構造および接続材23等を模式的に示している。接続材23についても、伝熱粒子25の個数を少なくして示し、図における各部位の識別をしやすくしている。実際には、例えば複数の伝熱粒子25同士が互いに接し合い、セラミック板１の下面から放熱体22まで続く、伝熱粒子25による伝熱経路が形成されていてもよい。
【００４３】
粘性材料24は、伝熱粒子25を保持するための基材である。粘性材料24がセラミック板10と放熱体22との間に介在して両者に機械的に接続されることによって、伝熱粒子25のセラミック板10および放熱体22に対する熱的な接続を効果的に行なわせることができる。粘性材料24は、例えばグリスであり、その粘性によって、セラミック板10と放熱体22との間に接続材23として介在した状態を維持できる。
【００４４】
この場合の粘性材料24は、セラミック板10および放熱体22に対して完全に固定されるのではなく、その粘性によって両者に付着した状態である。これによって、セラミック板10と放熱体22との間に生じる熱応力を緩和しながら、両者を互いにつなぎ留めておくことができる。
【００４５】
伝熱粒子25は、セラミック板10と放熱体22とを熱的に接続する伝熱経路を形成する主要
部分である。伝熱粒子25は、例えば酸化アルミニウム、酸化亜鉛等のセラミック材料、カーボン等の無機材料等の良熱伝導材料等によって形成されている。伝熱粒子25を形成している材料は、例えば、熱伝導率が約50Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料であればよい。
【００４６】
接続材23における伝熱粒子25の割合は、例えば40〜80体積％程度であればよい。接続材23における伝熱粒子25の割合が40体積％以上であれば、セラミック板10と放熱体22との間に熱伝導経路を容易に形成することができる。また、接続材23における伝熱粒子25の割合が80体積％以下であれば、接続材23における粘性材料24の割合を、セラミック板10と放熱体22との機械的な接続に適した程度に高めることが容易である。
【００４７】
また、セラミック版10表面の結晶相１は、窒化ケイ素の針状結晶からなるため、伝熱粒子25より硬度が高く、伝熱粒子によって摩耗する可能性を効果的に低減することができる。したがって、セラミック板10の放熱体22に対する伝熱性が高い状態を長期にわたって維持することができる。
【００４８】
なお、図４に示す例では、半導体素子11およびリード端子21等が、セラミック板10の上面２Ａの一部とモールド樹脂27によって一体的に被覆されている。これによって、半導体素子11および導電性接続材26等の酸化が抑制されている。モールド樹脂26は、例えばエポキシ樹脂である。未硬化のエポキシ樹脂を所定に位置に塗布した後、これを、加熱等の方法で硬化させる。このような方法によって、モールド樹脂27を所定位置に形成することができる。
【００４９】
また、図４（ｂ）における表面部分３よりも上側の部分（セラミック板１の内部に向かってより深い部分）では、針状結晶１ａ同士の間に存在する隙間（符号なし）が比較的少ない。この上側の部分では、多結晶相１は３次元網目構造にはなっていない。そのため、この上側の部分では、針状結晶同士が互いに接し合う部分が比較的多くなり、窒化ケイ素質焼結体４自体の熱伝導性が比較的高くなっている。すなわち、半導体素子11で発生した熱を効率よく表面部分３に伝導することができ、表面部分３で効率よく接続材23にその熱を伝えることができる。
【００５０】
図５は、本発明の実施形態の半導体モジュール30の他の例における要部を拡大して模式的に示す断面図である。図５において図１〜図４と同様の部位には同様の符号を付している。例えば図５に示すように、上記各実施形態のセラミック板10、ならびにこれを含む半導体装置20および半導体モジュール30において、セラミック板10を構成している窒化ケイ素質焼結体４は、表面部分３よりも内側において多結晶相１の結晶粒界に介在するシリケート相５をさらに有していてもよい。シリケート相５は、例えば、前述した焼結助材の反応生成物であり、マグネシウムシリケート等の結晶である。
【００５１】
なお、図５においても、図４と同様に、見やすくするために多結晶相１における針状結晶１ａおよび隙間１ｂを含む３次元網目構造および接続材23等を模式的に示している。接続材23についても、伝熱粒子25の個数を少なくして示している。シリケート相５についても、模式的に円形状の断面のものとして示している。シリケート相５は、例えば針状結晶１ａ間を充填するような多角形状または不定形状等のものでもよい。
【００５２】
また、焼結助材として、エルビウム、イットリウム等の希土類化合物を添加して、希土類シリケートからなるシリケート相５を多結晶相１に分散させるようにしてもよい。これにより、多結晶相１の焼結性も向上させることができる。その結果、セラミック板10自体の熱伝導率も高く、機械的な強度の向上においても有利なセラミック板10とすることができる。セラミック板10の機械的強度の向上によって、半導体モジュール30としての機械的な強度を確保しながら、セラミック板10の厚みを小さくすることもできる。セラミック板
10の厚みを小さくすることによって、伝熱経路の短縮による半導体素子11から放熱体22への伝熱性を向上させることができる。また、半導体モジュール30の薄型化も容易である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・多結晶相
１ａ・・・針状結晶
１ｂ・・・隙間
２・・・表面
２Ａ・・・上面
２Ｂ・・・下面
２ｓ・・・実装領域
３・・・表面部分
４・・・窒化ケイ素質焼結体
５・・・シリケート相
10・・・セラミック板
11・・・半導体素子
20・・・半導体装置
21・・・外部接続導体
22・・・放熱体
23・・・接続材
24・・・粘性材料
25・・・伝熱粒子
26・・・導電性接続材
27・・・モールド樹脂
30・・・半導体モジュール
【図１】
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【図２】
2018207004.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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