(57)【要約】      （修正有）【課題】伝熱性および機械的強度の高いセラミック板、半導体装置および半導体モジュールを提供する。【解決手段】セラミック板１０は、窒化ケイ素の第１結晶１を複数含む第１相１Ａと、第１結晶１よりも大きい窒化ケイ素の第２結晶２を複数含み、複数の第２結晶２同士が接している第２相２Ａと、を備える。【選択図】図４
2019114782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ケイ素の第１結晶を複数含む第１相と、
前記第１結晶よりも大きい窒化ケイ素の第２結晶を複数含み、前記複数の第２結晶同士が接している第２相と、を備える、セラミック板。
【請求項２】
前記第１結晶は長軸長さが０．１〜１．０μｍであり、前記第２結晶は長軸長さが２〜６μｍである、請求項１に記載のセラミック板。
【請求項３】
前記第２結晶は、単結晶である、請求項１または２に記載のセラミック板。
【請求項４】
前記第１結晶は、多結晶である、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項５】
前記第２結晶の平均粒径は、前記第１結晶の平均粒径の３〜５０倍である、請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項６】
断面視における前記第１相の面積の割合が４０〜８０％である、請求項１〜５のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項７】
前記第１相および前記第２相の間に存在している粒界相をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項８】
前記複数の第２結晶は柱状であり、前記第２結晶同士が互いに接している、請求項１〜７のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項９】
前記第２結晶同士が互いに接している部分のうち中央部に、厚みが５ｎｍ以下のガラス層が存在する、請求項１〜８のいずれかに記載のセラミック板。
【請求項１０】
前記第２結晶同士の接触部位に介在している前記ガラス層は、前記第１結晶同士が互いに接している部分のうち中央部に存在しているガラス層よりも厚みが小さい、請求項９に記載のセラミック板。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のセラミック板と、
前記セラミック板の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１２】
請求項１１に記載の半導体装置と、
前記半導体素子と接している放熱体と、を備える半導体モジュール。
【請求項１３】
前記半導体素子と電気的に接続された外部接続導体、をさらに備える請求項１２に記載の半導体モジュール。
【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は、セラミック板等の絶縁板に搭載され、半導体装置として各種機器に実装される。例えば、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、例えば放熱フィンまたは冷却管を含む伝熱体等の放熱体に熱的に接続される。
【０００３】
セラミック板としては、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、比較的、機械的強度が高く、熱伝導率が比較的大きいため、熱伝導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。窒化ケイ素質焼結体としては、例えば特許文献１〜３等に記載された技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−８７７２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５３５９号公報
【特許文献３】国際公開第２００５／０６０２７４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、セラミック板において、熱伝導率の向上とあわせて、機械的強度の向上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】
本発明の実施形態に係るセラミック板は、窒化ケイ素の第１結晶を複数含む第１相と、前記第１結晶よりも大きい窒化ケイ素の第２結晶を複数含み、前記複数の第２結晶同士が接している第２相と、を備える。
【０００７】
本発明の実施形態に係る半導体装置は、上記構成のセラミック板と、該セラミック板の表面に配置された半導体素子とを備える。
【０００８】
本発明の実施形態に係る半導体モジュールは、上記構成の半導体装置と、該半導体装置と接している放熱体とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態に係るセラミック板によれば、上記構成であることから、優れた熱伝導性および優れた機械的強度を兼ね備えることが可能となる。すなわち、主に第１相によって機械的強度の向上を図りつつ、主に第２相によって熱伝導性の向上を図ることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係る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、セラミック板の表面に配置された半導体素子等との間の熱伝導性の向上が可能となる。
【００１１】
本発明の実施形態に係る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、半導体装置と、半導体装置と接している放熱体等との間の熱伝導性の向上が可能で、外部への放熱性の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミック板の平面視における一部を拡大して示す模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施形態に係る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に係るセラミック板の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置および半導体モジュールの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るセラミック板の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の実施形態に係るセラミック板の一部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は本発明の実施形態に係るセラミック板の評価結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るセラミック板、半導体装置および半導体モジュールについて、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にセラミック板等が用いられるときの上下方向を特定するものではない。また、以下の説明において、窒化ケイ素の第１結晶および第２結晶を特に区別せず、単に結晶として総称する場合がある。また、第１相および第２相を特に区別せず、単に結晶相として総称する場合がある。
【００１５】
＜セラミック板＞
本発明の実施形態に係るセラミック板１０は、窒化ケイ素の第１結晶１を複数含む第１相１Ａと、第１結晶１よりも大きい窒化ケイ素の第２結晶２を複数含み、複数の第２結晶２同士が接している第２相２Ａとによって基本的に構成されている。セラミック板１０は窒化ケイ素質焼結体（以下、単に焼結体ともいう）である。第２結晶２の互いに接し合っている部分は、互いに焼結している。本実施形態のセラミック板１０において、母材として機能し得る第１相１Ａの中に（第１相１Ａの間に）第２相２Ａが分散して位置していると考えることができる。具体的には、互いに一部同士が接し合っている第２結晶２（第２相２Ａ）が、その周囲に存在する第１結晶１（第１相１Ａ）によって囲まれている。ここで、第２結晶２は単結晶である。また、第１結晶１は多結晶である。
【００１６】
そして、本実施形態に係るセラミック板１０は、主として大きさの異なる第１結晶１と第２結晶２とによって構成されるものであって、第１結晶１の大きさは、例えば０．１〜１．０μｍ程度であり、第２結晶２の大きさは、例えば２〜６μｍ程度である。第１結晶１および第２結晶２は、例えば、六角柱等の柱状または長球状（長軸を回転軸とした回転楕円体状）等の形状である。このような第１結晶１および第２結晶２の大きさは、例えば、柱状のものの長さまたは長球状のものの長軸の長さ（本明細書において両者を区別せずに長軸長さともいう。）によって特定する。これらの長軸長さは、例えば図１に示すような、セラミック板１０の断面をＳＥＭなどの電子顕微鏡を用いた観察によって測定することができる。なお、第１結晶１と第２結晶２との大きさの比は、例えば、１：３〜０．２：１０程度である。なお、第１結晶１および第２結晶２それぞれの平均粒径は、例えば、上述のように複数の第１結晶１および複数の第２結晶２の長軸の長さを測定して算術平均を計算する方法で測定することができる。
【００１７】
ここで、第２相２Ａに含まれる複数の第２結晶２の平均粒径は、第１相１Ａに含まれる第１結晶１の平均粒径の３〜５０倍とすればよい。この場合には、平均粒径が比較的大きい第２結晶２が第２相２Ａを構成するため、第２相２Ａ内に存在する粒界を低減することができる。そのため、第２相２Ａの熱伝導性を効果的に高めることができ、セラミック板１０としての熱伝導性も効果的に高めることができる。
【００１８】
すなわち、第２結晶２の平均粒径が第１結晶１の平均粒径の３倍以上であれば、上記のような粒界低減による熱伝導性向上の効果を有効に得ることができる。つまり、セラミック板１０の熱伝導性の向上に有効である。また、第２結晶２の平均粒径が第１結晶１の平均粒径の５０倍以下であれば、第２結晶２の周囲を平均粒径が比較的小さい第１結晶１によって効率よく囲むことができ、第１相１Ａと第２相２Ａとの接合強度を向上させることができる。つまり、セラミック板１０の機械的強度の向上に有効である。
【００１９】
なお、第１結晶１と第２結晶２との平均粒径の比率は、例えば後述するような結晶の寸法を調整する方法を適用することで、調整することができる。また、第１結晶１および第２結晶２の平均粒径も、後述する方法（断面を観察する方法）で測定および算出することができる。
【００２０】
本実施形態に係るセラミック板１０において、第１結晶１および第２結晶２は柱状等の結晶であるが、例えば図４に示すように、複数の第２結晶２が柱状結晶であり、これらの柱状結晶の端部同士が互いに接するようにすればよい。なお、複数の第２結晶２は長手方向の端部同士で接するようにすればよく、これによれば熱伝導性をより向上させることができる。隣り合う柱状結晶は、この接した端部間で焼結し合い、個々の第２結晶２の長さ方向に連続した第２相２Ａを形成する。個々の結晶内における熱伝導性は粒界部分よりも大きいので、接し合った第２結晶２の長さ方向に、熱伝導性の高い伝熱経路が形成される。これにより、セラミック板１０内の熱伝導性を効果的に向上させることができる。柱状の第２結晶２は、例えば、その長さ方向の寸法と幅方向（長さ方向に直交する方向）の寸法との比率が約５：１〜１０：１であればよい。第２結晶２の寸法および形状（柱状にすること等）は、例えば後述する結晶の寸法を調整する方法を適用することで調整することができる。
【００２１】
また、セラミック板１０全体における第１相１Ａの面積の割合は、例えば４０〜８０％の範囲に設定すればよい。このような面積割合とすれば、第１相１Ａに第２相２Ａがいわば分散しているような配置、あるいは、第１相１Ａに第２相２Ａが囲まれているような配置にすることができる。第１相１Ａが４０％以上であれば、セラミック板１０の機械的強度を効果的に向上させることができる。また、第１相１Ａが８０％以下であれば（第２相２Ａが２０％以上であれば）、セラミック板１０の熱伝導性を効果的に向上させることができる。ここで、第１相１Ａと第２相２Ａとの割合は、例えば図４に示すような断面を観察して、面積比として算出することができる。
【００２２】
また、第２結晶２同士の接触部位に、ガラス層５が存在するようにすればよい。ガラス層５は、窒化ケイ素の結晶よりも、熱伝導率および機械的強度が低いものの、窒化ケイ素の結晶の接触部位に所定厚みのガラス層５が存在することによって、全体の熱伝導率および機械的強度を向上させることが可能となる。
【００２３】
ガラス層５としては、希土類及びアルカリ金属類などを含む。
【００２４】
ガラス層５は、第２結晶２同士が互いに接している部分のうち中央部に、５ｎｍ以下の厚みで存在すればよい。ここで、ガラス厚みの測定は、例えば、ＴＥＭ写真において、第
２結晶２同士が接している部分の両端の中点（あるいは両端からの距離が同じ点）を測定することによって行なえばよい。
【００２５】
具体的な実験結果としては、図５に示すように、実施例のＮｏ．１〜５においてはガラス厚みが２〜４ｎｍであり、比較例のＮｏ．６および７においてはガラス厚みがそれぞれ９ｎｍと７ｎｍであった。そして、その評価結果は、ガラス層５の厚みが５ｎｍ以下である実施例のＮｏ．１〜５では、セラミック板の熱伝導率は７２〜７４Ｗ／ｍＫであり、抗折強度は７１７〜８４５ＭＰａであった。これに対して、ガラス層５の厚みが５ｎｍよりも大きい比較例のＮｏ．６および７では、セラミック板の熱伝導率は６０〜６５Ｗ／ｍＫと低く、抗折強度も６６６〜６９５ＭＰａと低くなった。つまり、ガラス層５の厚みを５ｎｍ以下にすると、優れた熱伝導率及び優れた抗折強度を兼ね備える結果となることが分かった。
【００２６】
また、第１結晶１同士の接触部位にも、ガラス層５が存在するようにすればよい。この場合、第２結晶２同士の接触部位に介在しているガラス層５は、第１結晶１同士が互いに接している部分のうち中央部に存在しているガラス層５よりも厚みを小さくすればよい。
【００２７】
また、第１結晶１と第２結晶２と接触部位にもガラス層５が存在するようにすることができる。
【００２８】
また、セラミック板１０は、窒化ケイ素の結晶（第１結晶１、第２結晶２）および結晶相（第１相Ａ１、第２相Ａ２）以外に、焼結助材等の成分が含まれていてもよい。焼結助材等の成分は、例えば、窒化ケイ素の結晶同士の間（粒界部分）に存在する。
【００２９】
また、実施形態に係るセラミック板１０は、第１相１Ａおよび第２相２Ａの間に存在している粒界相４をさらに備えていてもよい。粒界相４は、例えば前述した焼結助材を主に含む相であり、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化エルビウムおよび酸化イットリウム等の酸化物である。なお、図を見やすくするために、図４において粒界相４にはハッチングを施していない。
【００３０】
このような酸化物を含む粒界相４が存在することにより、互いに粒径が異なる第１相１Ａの第１結晶１と第２相２Ａの第２結晶２との間の焼結強度を高めて、セラミック板１０の機械的強度を高めることができる。また、窒化ケイ素の結晶（第１結晶１および第２結晶２）に比べて弾性率が比較的小さい粒界相４の存在により、セラミック板１０の靭性を向上させることもできる。したがって、セラミック板１０のクラック等の機械的な破壊の可能性を低減することができる。つまり、信頼性向上に有効なセラミック板１０とすることができる。
【００３１】
粒界相４は、例えば図４に示すような断面視において、セラミック板１０全体の約５〜２０％程度存在していれば、上記のような効果を十分に得ることができる。また、セラミック板１０の熱伝導率を、粒界相４が含まれていないときと同じ程度に高く確保することもできる。
【００３２】
なお、セラミック板１０は、窒化ケイ素の結晶および結晶相以外に、上面または下面等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。
【００３３】
以上のように、本実施形態に係るセラミック板１０は、窒化ケイ素の結晶を含むものであり、窒化ケイ素質焼結体である。窒化ケイ素質焼結体における第１相１Ａは、主に、焼結体としての機械的強度（本明細書において、抗折強度ということもある。）を確保する
機能を有している。換言すれば、第１相１Ａが、セラミック板１０を基本的に構成する部分である。第１相１Ａは、比較的粒径が小さい窒化ケイ素の第１結晶１が互いに焼結し合い、機械的強度の高い焼結体を形成している。また、第２相２Ａが、主に、セラミック板１０における熱伝導率を高める機能を有している。すなわち、第２相２Ａが、セラミック板１０を厚み方向等において熱伝導率が比較的大きい伝熱経路を構成する。第２相２Ａは、比較的粒径が大きい窒化ケイ素の第２結晶２の一部同士が互いに接して焼結し、伝熱経路を形成している。第２結晶２は、個々の結晶が比較的大きいため、粒界が少なく、粒界（結晶同士がつながっている界面部分）における熱伝導性低下の影響が比較的小さい。そのため、セラミック板１０の熱伝導率を第２相２Ａによって効果的に高めることができる。なお、セラミック板１０の機械的強度は、第１相１Ａのみに依存するのではなく、第２相２Ａもセラミック板１０の機械的強度を確保する機能を有している。また、セラミック板１０の熱伝導性は、第２相２Ａのみに依存するのではなく、第１相１Ａもセラミック板１０の熱伝導性を確保する機能を有している。以上のように、本実施形態に係るセラミック板１０によれば、第１相１Ａと第２相２Ａとを備えることで、優れた熱伝導率および優れた機械的強度を兼ね備えることが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態に係るセラミック板１０は、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または正方形状等の四角形状等である。セラミック板１０は、互いに反対側に位置する上面および下面を含む表面２を有している。
【００３５】
セラミック板１０は、このような構成であることから、後述するように表面２に半導体素子１１が配置されたときに、半導体素子１１の作動にともない発生する熱を効率よく、半導体素子１１が配置された位置から離れた位置に伝導させることができる。例えば、半導体素子１１がセラミック板１０の上面の中央部に配置される場合であれば、上記の熱をセラミック板１０の下面側および外周部側にスムーズに伝えること並びに外部に放熱することができる。したがって、半導体素子１１が実装されたときの外部への放熱性の向上が容易なセラミック板１０とすることができる。
【００３６】
（実施例）
本実施形態に係るセラミック板１０は、第１結晶１および第２結晶２が前述のような大きさであるときに、熱伝導率が約７０〜７５Ｗ／ｍＫであり、抗折強度は約８００〜８５０ＭＰａである。ここで、本明細書において、熱伝導率と抗折強度は例えば次のような方法で測定すればよい。セラミック板１０の熱伝導率は、例えばレーザーフラッシュ法で測定することができる。また、セラミック板１０の抗折強度は、例えば３点曲げ試験法（ＪＩＳ-Ｋ７１７１に準拠）で測定することができる。
【００３７】
（比較例１）
これに対し、結晶の長軸長さが約４〜２０μｍ程度の窒化ケイ素質焼結体からなるセラミック板の場合には、熱伝導率は約７５Ｗ／ｍＫと大きくできるものの、抗折強度は約６５０ＭＰａと比較的小さい。言い換えれば、機械的強度を確保する必要がある場合には、セラミック板の厚みを小さくすること（薄型化）が難しい。そのため、このようなセラミック板は、例えば上面に搭載された半導体素子から後述する下面に接続される放熱体までの伝熱経路の短縮が難しく、放熱性の向上が難しい。
【００３８】
（比較例２）
また、結晶の長軸長さが約１〜７μｍ程度の窒化ケイ素質焼結体からなるセラミック板の場合には、抗折強度は約８５０〜９００ＭＰａと大きくできるものの、熱伝導率は約６０Ｗ／ｍＫと比較的小さい。言い換えれば、セラミック板は、薄型化できるとしても、熱伝導性の向上が難しい。そのため、このようなセラミック板は、例えば薄型化により、上面に搭載された半導体素子から下面に接続される放熱体までの伝熱経路を短くできるとしても、熱伝導性自体が比較的小さいため、放熱性の向上が難しい。
【００３９】
（評価結果）
具体的な例を挙げれば、平面視における外形寸法が６０ｍｍ×３５ｍｍであり、厚さが約０．３５ｍｍである、本実施形態に係るセラミック板１０は、発熱量が３００Ｗである半導体素子１１が搭載されたときに、下面側に２１４Ｗの伝熱が可能である。これに対し、比較例１のセラミック板の場合には、セラミック板の厚みを０．４６ｍｍ程度よりも小さくすることが難しい。そのため、本実施形態に係るセラミック板１０と他の条件が同じであるとき、比較例１のセラミック板の下面側への熱伝導は１６３Ｗ程度に留まる。また、比較例２のセラミック板の場合には、その厚みを本実施形態に係るセラミック板１０と同じ程度に薄型化することはできるものの、本実施形態に係るセラミック板１０と他の条件が同じであるとき、その下面側への熱伝導は１７１Ｗ程度に留まる。
【００４０】
＜セラミック板の製造方法＞
上述の実施形態に係るセラミック板１０は、例えば以下の工程によって製造することができる。
【００４１】
まず、窒化ケイ素、シリカ（酸化ケイ素）、酸化マグネシウム、酸化エルビウムおよび酸化イットリウム等の原料粉末、有機溶剤、並びにバインダを、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混合し、スラリーを調整する。ここで、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。
【００４２】
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を作製する。
【００４３】
その後、これらのシートを、必要に応じて複数上下に重ね合わせた後、約１４００〜１９００℃の温度で焼成する。本工程において、窒素加圧下、１５００〜１７００℃で１〜３時間保持して窒化ケイ素をα型からβ型へ転移し結晶を析出させ、さらに温度を上げ１８００〜１９００℃で数時間焼成することにより、第１結晶１を含む第１相１Ａおよび第２結晶２を含む第２相２Ａを備えるセラミック板１０を製造することができる。
【００４４】
以上の工程によって、本実施形態に係るセラミック板１０を製造することができる。
ケイ素  なお、セラミック板１０を製造する工程において、例えば、窒化ケイ素の原料粉末における粒径、添加する焼結助材の種類および添加量、焼成時の温度の高さおよびキープ時間等の条件を適宜調整することにより、第１結晶１および第２結晶２の粒径を調整することができる。具体例は以下のとおりである。窒化ケイ素をα型からβ型へ転移し結晶を析出させる温度（１６００〜１７００℃）での時間と結晶を成長させる温度（１８００〜１９００℃）での時間との比率により、第１結晶１を含む第１相１Ａおよび第２結晶２を含む第２相２Ａの比率を調整できる。また、焼成時のキープ時間を長くすれば、粒成長により結晶の粒径を全体に大きくすることができ、焼結助材の量を多くすれば結晶の粒径を全体に小さくすることができる。
【００４５】
＜半導体装置、半導体モジュール＞
本発明の実施形態に係る半導体装置２０は、図２および図３に示すように、上記構成のセラミック板１０と、セラミック板１０の上面の搭載領域３に配置された半導体素子１１とによって構成されている。セラミック板１０と半導体素子１１とはろう材等の接合材（符号なし）を用いて接続することができる。図２の例では、半導体素子１１とセラミック板１０とを分けて示している。なお、セラミック板１０は、半導体素子１１を位置決め固定する基材として機能する。
【００４６】
このような半導体装置２０によれば、半導体素子１１の作動にともない発生する熱を、セラミック板１０を通して、半導体素子１１が配置された位置から離れた位置に効率よく伝導させることができる。例えば、半導体素子１１がセラミック板１０の上面の中央部に配置される場合であれば、上記の熱をセラミック板１０の下面側および外周部側にスムーズに伝えることができる。そして、セラミック板１０の下面および外周部から効果的に放熱させることもできる。
【００４７】
この例における半導体素子１１は、セラミック板１０上面の中央部に位置する搭載領域３に搭載される。半導体素子１１は、例えば接合材１２等によってセラミック板１０に接合され、固定される。接合材１２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。
【００４８】
例えば、金−スズろう材のプレフォームを介して搭載領域３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１０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に係る半導体装置２０を製造することができる。
【００４９】
なお、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。
【００５０】
本発明の実施形態に係る半導体モジュール３０は、上記構成の半導体装置２０と、半導体素子１１と電気的に接続された外部接続導体２２と、半導体素子１１と熱的に接続された放熱体２１とによって構成されている。なお、半導体モジュール３０において、半導体素子１１を外部に電気接続するための外部接続導体２２は必須ではなく配置してもよい。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に熱的に接続される放熱体２１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となる。また、半導体モジュール３０におけるセラミック板１０は、半導体素子１１で発生する熱を放熱体２１に伝導して外部に放熱させる機能をも有する。
【００５１】
なお、半導体素子１１と放熱体２１との熱的な接続は、半導体装置２０のセラミック板１０の表面と放熱体２１とが接続材を介して互いに接続される。すなわち、半導体装置２０と放熱体２１とが、例えば接続材を介して機械的および熱的に互いに接続されている。ここで、半導体素子１１と放熱体２１との熱的な接続とは、両者の間の熱伝導率が約２０Ｗ／ｍＫ以上である状態をいう。この場合、半導体素子１１と放熱体２１とが直接に接し合っていてもよく、前述したように接続材を介して互いに接続固定されていてもよい。接続材としては、例えば粘性材料を含む接続材が挙げられる。
【００５２】
なお、図３に示す例では、半導体装置２０と放熱体２１および外部接続導体２２とは分けて示している。この例において、半導体装置２０、放熱体２１および外部接続導体２２が封止樹脂（図示せず）によって一体的に被覆されていてもよい。これによって、半導体素子１１等の外部環境（酸素および水分等）による酸化、腐食が効果的に抑制される。
【００５３】
半導体装置２０と放熱体２１との接続固定は、例えば、グリス等の粘性材料（図示せず）を介して両者を貼り合わせる方法で行なうことができる。粘性材料には、その熱伝導性を高めるためのフィラー粒子が添加されていてもよい。伝熱粒子２５を保持するための基材である。粘性材料がセラミック板１０と放熱体２１との間に介在して両者に機械的に接続されることにより、両者の熱的な接続も行なわれる。フィラー粒子を形成している材料は、例えば、熱伝導率が約５０Ｗ／ｍＫ以上の材料であればよい。フィラー粒子の具体例としては、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が挙げられる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・第１結晶
１Ａ・・・第１相
２・・・第２結晶
２Ａ・・・第２相
３・・・搭載領域
４・・・粒界相
５・・・ガラス層
１０・・・セラミック板
１１・・・半導体素子
１２・・・接合材
２０・・・半導体装置
２１・・・放熱体
２２・・・外部接続導体
【図１】
2019114782.tif 000003
【図２】
2019114782.tif 000004
【図３】
2019114782.tif 000005
【図４】
2019114782.tif 000006
【図５】
2019114782.tif 000007