(57)【要約】【課題】小型でありながら多数の電子部品を搭載することができる絶縁基板を提供することを課題とする。【解決手段】ベース板１は、互いにほぼ直角に屈曲した３つの平板部分２からなる断面Ｕ字状の立体構造を有し、ベース板１の内面を構成する３つの平板部分２の表面にそれぞれ電子部品を搭載するための搭載領域が区画されている。また、ベース板１の内面上には３つの平板部分２の搭載領域全体を覆うようにＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層３が成膜され、絶縁層３の表面上には各平板部分２の搭載領域に対応してＣｕからなる配線層４が成膜されている。このような構成を有する絶縁基板では、ベース板１の３つの平板部分２の搭載領域上にそれぞれ半導体素子５等の電子部品を配置することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる平面上に区画され且つそれぞれ電子部品を搭載するための複数の搭載領域を有するベース板と、
前記ベース板の複数の搭載領域上に成膜される絶縁層と、
前記ベース板の複数の搭載領域に対応して前記絶縁層の表面上に成膜される配線層と
を備えることを特徴とする絶縁基板。
【請求項２】
前記ベース板は、前記絶縁層が成膜される面とは反対側にヒートシンク部を有する請求項１に記載の絶縁基板。
【請求項３】
前記ベース板の前記絶縁層とは反対側の面上に配置されるヒートシンク部材をさらに備える請求項１に記載の絶縁基板。
【請求項４】
前記絶縁層は、溶射法により成膜される請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項５】
前記絶縁層は、スパッタリング、化学気相成長法、及び物理気相成長法のいずれかにより成膜される請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項６】
前記配線層は、溶射法により成膜される請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項７】
前記配線層は、スパッタリング、化学気相成長法、及び物理気相成長法のいずれかにより成膜される請求項１〜５のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項８】
前記絶縁層は、セラミック絶縁層である請求項１〜７のいずれか一項に記載の絶縁基板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の絶縁基板と、
前記絶縁基板における前記ベース板の複数の搭載領域に対応して前記配線層の表面上にそれぞれ電子部品として搭載される複数の半導体素子と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
互いに異なる平面上に区画され且つそれぞれ電子部品を搭載するための複数の搭載領域を有するベース板を用意し、
前記ベース板の複数の搭載領域上に絶縁層を成膜し、
前記ベース板の複数の搭載領域に対応して前記絶縁層の表面上に配線層を成膜する
ことを特徴とする絶縁基板の製造方法。
【請求項１１】
前記ベース板の複数の搭載領域にわたって溶射することによりこれら複数の搭載領域に共通の前記絶縁層を成膜し、
前記絶縁層の表面上にマスクを用いて溶射することにより前記ベース板の複数の搭載領域に対応する前記配線層をそれぞれ成膜する請求項１０に記載の絶縁基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁基板に係り、特に半導体素子等の電子部品が搭載される絶縁基板に関する。
また、この発明は、このような絶縁基板を用いた半導体装置及び絶縁基板の製造方法にも関している。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ベース板の表面上に絶縁層及び配線層が順次積層して形成された絶縁基板が開示されている。このような絶縁基板では、配線層の表面にはんだを介して半導体素子等の電子部品を接合することにより半導体装置を構成することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の絶縁基板では、電子部品がベース板の同一の面の上に配置されるため、多数の電子部品を搭載しようとすると、大面積のベース板を用いる必要があり、絶縁基板が大型化してしまうという問題があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型でありながら多数の電子部品を搭載することができる絶縁基板を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような絶縁基板を用いた半導体装置及びこのような絶縁基板を得ることができる絶縁基板の製造方法を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る絶縁基板は、互いに異なる平面上に区画され且つそれぞれ電子部品を搭載するための複数の搭載領域を有するベース板と、ベース板の複数の搭載領域上に成膜される絶縁層と、ベース板の複数の搭載領域に対応して絶縁層の表面上に成膜される配線層とを備えるものである。
【０００７】
また、ベース板は絶縁層が成膜される面とは反対側にヒートシンク部を有することが好ましい。あるいは、ベース板の絶縁層とは反対側の面上にヒートシンク部材が配置されることが好ましい。
絶縁層は、溶射法、スパッタリング、化学気相成長法、及び物理気相成長法のいずれかにより成膜することができる。
同様に、配線層も、溶射法、スパッタリング、化学気相成長法、及び物理気相成長法のいずれかにより成膜することができる。
なお、絶縁層として、セラミック絶縁層を用いることが好ましい。
【０００８】
この発明に係る半導体装置は、上記の絶縁基板と、絶縁基板におけるベース板の複数の搭載領域に対応して配線層の表面上にそれぞれ電子部品として搭載される複数の半導体素子とを備えるものである。
【０００９】
この発明に係る絶縁基板の製造方法は、互いに異なる平面上に区画され且つそれぞれ電子部品を搭載するための複数の搭載領域を有するベース板を用意し、ベース板の複数の搭載領域上に絶縁層を成膜し、ベース板の複数の搭載領域に対応して絶縁層の表面上に配線層を成膜する方法である。
ここで、ベース板の複数の搭載領域にわたって溶射することによりこれら複数の搭載領域に共通の絶縁層を成膜し、絶縁層の表面上にマスクを用いて溶射することによりベース板の複数の搭載領域に対応する配線層をそれぞれ成膜することができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、小型でありながら多数の電子部品を搭載することが可能な絶縁基板を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る絶縁基板の断面図を示す。この絶縁基板は、Ａｌからなるベース板１を有しており、このベース板１は、互いにほぼ直角に屈曲した３つの平板部分２からなる断面Ｕ字状の立体構造を有している。ここで、断面Ｕ字状のベース板１の内面を構成する３つの平板部分２の表面にそれぞれ電子部品を搭載するための搭載領域が区画されている。また、ベース板１の内面上には３つの平板部分２の搭載領域全体を覆うようにセラミック絶縁層としてのＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層３が成膜されている。さらに、この絶縁層３の表面上には、各平板部分２の搭載領域に対応してＣｕからなる配線層４が成膜されている。
このような構成を有する絶縁基板は、各配線層４の表面に図示しないはんだを介して電子部品である半導体素子５を接合することにより半導体装置として使用することができる。ここで、１つの搭載領域に対して１つあるいは複数の半導体素子５を配置することができる。
【００１２】
次に、この実施の形態１に係る絶縁基板の製造方法について説明する。まず、互いにほぼ直角に屈曲した３つの平板部分２を有する立体形状に形成されたＡｌ押出し材をベース板１として用意する。次に、このベース板１の３つの平板部分２の表面全体にわたって溶射を行うことにより、これら３つの平板部分２に共通のＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層３を成膜する。さらに、絶縁層３の表面上にマスクを用いて溶射することによりそれぞれの平板部分２の搭載領域に対応してＣｕからなる配線層４を成膜する。
このようにして、絶縁基板が製造される。
【００１３】
この絶縁基板では、ベース板１の互いに屈曲した３つの平板部分２の表面にそれぞれ搭載領域が区画され、これら３つの搭載領域上にそれぞれ半導体素子５等の電子部品を配置することができる。したがって、小型でありながら多数の電子部品を実装することができる絶縁基板を実現することができる。
【００１４】
また、立体構造を有するベース板１の各平板部分２の表面上に溶射法により絶縁層３及び配線層４を成膜するため、これら絶縁層３及び配線層４を焼結やロウ付け等を行うことなく容易に成膜することができる。
また、マスクを用いて溶射を行うことにより立体構造のベース板１でも各平板部分２の搭載領域に対応した所定パターンの配線層４を成膜することできる。
【００１５】
また、溶射法により容易に絶縁層３及び配線層４をそれぞれ所望の厚さに成膜することができると共に厚さの調整が容易である。
さらに、ベース板１が立体構造を有するため、溶射時及び電子部品のはんだ接合時の入熱に起因したベース板１の変形を抑制することができ、これにより入熱による変形が抑制された絶縁基板が得られる。
【００１６】
また、ベース板１としてＡｌ押出し材を用いることにより、ベース板１を低コストで量産することができる。
また、上述のように絶縁層３をＡｌ２Ｏ３から成膜すれば、Ａｌ２Ｏ３はＡｌと優れた密着性を有するため、絶縁層３とベース板１との密着性が向上する。
さらに、ベース板１は熱伝導率の優れたＡｌから形成されているため、半導体素子５等の電子部品で発生した熱は配線層４及び絶縁層３を通ってベース板１の各平板部分２から外部へ効率よく放散される。また、半導体素子５から発生した熱は、ベース板１の平面方向に拡散しながら板厚方向に伝達される。従って、通常の１つの平板部分しか持たないベース板では、隣接する半導体素子５からの熱が互いに干渉し、局所的な熱の集中が発生する。しかし、ベース板１は立体構造であり、具体的には互いにほぼ直角に屈曲した３つの平板部分２からなる断面Ｕ字状の立体構造を有している。従って、各平板部分上の半導体素子５等から発生した熱はベース板１を伝導する際に互いに干渉する虞が少なく、局所的な熱の集中が抑制される。
【００１７】
実施の形態２．
図２を参照して、実施の形態２に係る絶縁基板を説明する。この実施の形態２は、実施の形態１の絶縁基板において、ベース板１の代わりに、断面Ｕ字形状の外側にヒートシンク部１１を有するベース板１２を用いるものである。ここで、断面Ｕ字状のベース板１２は、その外側すなわち絶縁層３が成膜される面とは反対側に、複数のフィン１１ａからなるヒートシンク部１１を有しており、Ａｌ押出し材等から形成することができる。なお、このベース板１２の内面上にも、実施の形態１におけるベース板１と同様に、絶縁層３及び配線層４が積層されており、各配線層４の表面に半導体素子５等の電子部品を搭載して半導体装置を構成することができる。
【００１８】
このベース板１２は、優れた熱伝導率を有するＡｌからなるだけでなく、絶縁層３が成膜される面とは反対側にヒートシンク部１１を有するため、半導体素子５等の電子部品で発生した熱が配線層４及び絶縁層３を通ってベース板１２のヒートシンク部１１から外部へさらに効率よく放散される。
【００１９】
なお、上述のように、複数のフィン１１ａが形成された空冷式のヒートシンク部１１を有するベース板１２の代わりに、図３に示されるように、複数の通水管１３ａが形成された水冷式のヒートシンク部１３を有するベース板１４を用いることもできる。
【００２０】
実施の形態３．
図４を参照して、実施の形態３に係る絶縁基板を説明する。この実施の形態３は、実施の形態１において、Ａｌからなるベース板１の代わりに、Ａｌ／ＳｉＣ複合材からなる断面Ｕ字状のベース板２１を備え、さらにこのベース板２１の外面すなわちベース板２１の絶縁層３とは反対側の面に接してＡｌ等からなるヒートシンク部材２２を配置したものである。ヒートシンク部材２２は、外方を向いて形成される複数のフィン２２ａを有している。
【００２１】
ここで、半導体素子５等の電子部品に使用されているＳｉ等の半導体材料は低膨張であるが、ベース板２１が小さい熱膨張係数を有するＡｌ／ＳｉＣ複合材から形成されるため、各配線層４の表面に搭載される半導体素子５等の電子部品とベース２１との熱膨張係数の差が小さくなってそれらの間に生じる熱応力が低減され、熱応力による電子部品の反りの発生や電子部品を接合するはんだのクラック等の発生を抑制することができる。
また、ベース板２１を構成するＡｌ／ＳｉＣ複合材は、Ａｌと同様に優れた熱伝導率を有すると共にベース板２１の外面に接してＡｌからなるヒートシンク部材２２が配置されているため、半導体素子５等の電子部品で発生した熱は配線層４、絶縁層３及びベース板２１を通ってヒートシンク部材２２から外部へ効率よく放散される。
【００２２】
なお、上述のように複数のフィン２２ａが形成された空冷式のヒートシンク部材２２の代わりに、図５に示されるように、複数の通水管２３ａが形成された水冷式のヒートシンク部材２３を、断面Ｕ字状のベース板２１の外面すなわちベース板２１の絶縁層３が成膜される面とは反対側の面に接して配置することもできる。
【００２３】
実施の形態４．
図６を参照して、実施の形態４に係る半導体装置を説明する。この実施の形態４は、実施の形態１の絶縁基板に半導体素子５等の電子部品を搭載して半導体装置を構成したものを一対用意し、これら一対の半導体装置の内面を互いに対向させてそれぞれのベース板１の上端面を接して配置したものである。
このように構成すれば、各配線層４の表面に搭載される半導体素子５がＡｌからなる一対のベース板１により周りを囲まれた状態となるため、外部からの電界ノイズに対するシールド性が向上する。
【００２４】
なお、図３に示したようにベース板１４が水冷式のヒートシンク部１３を有する絶縁基板を用いて図７に示されるような半導体装置を構成することにより、放熱性を向上させることができる。同様に、図２に示したようにベース板１２が空冷式のヒートシンク部１１を有する絶縁基板を用いて半導体装置を構成することにより、放熱性を向上させることもできる。
また、図５に示されるようにＡｌ／ＳｉＣ複合材からなる断面Ｕ字状のベース板２１の外面に接して水冷式のヒートシンク部２３が配置される絶縁基板を用いて図８に示されるような半導体装置を構成することにより、放熱性を向上させることができる。同様に、図４に示したように断面Ｕ字状のベース板２１の外面に接して空冷式のヒートシンク部２２を有する絶縁基板を用いて半導体装置を構成することにより、放熱性を向上させることもできる。
【００２５】
実施の形態５．
図９を参照して、実施の形態５の絶縁基板を説明する。この実施の形態５は、実施の形態１における断面Ｕ字状のベース板１に対して、その内面ではなく、その外面上に絶縁層３１及び配線層３２を積層したものである。
【００２６】
ここで、断面Ｕ字状のベース板１の外面を構成する３つの平板部分２の表面にそれぞれ電子部品を搭載するための搭載領域が区画されている。また、ベース板１の外面上に、実施の形態１と同様に、溶射法により３つの平板部分２の搭載領域全体を覆うようにＡｌ２Ｏ３からなる絶縁層３１が成膜されると共に、この絶縁層３１の表面上に溶射法により各平板部分２の搭載領域に対応してＣｕからなる配線層３２が成膜されている。
なお、この絶縁基板でも、各配線層３２の表面に半導体素子５等の電子部品を搭載して半導体装置を構成することができる。
【００２７】
断面Ｕ字状のベース板１の外面を構成する３つの平板部分２の表面にそれぞれ搭載領域が区画され、これら３つの搭載領域上にそれぞれ半導体素子５等の電子部品を配置することができるため、上述の実施の形態１と同様に、小型でありながら多数の電子部品を実装することが可能な絶縁基板を実現することができる。
【００２８】
なお、ベース板１の代わりに、図１０に示されるように、複数の通水管３３ａが形成されたヒートシンク部３３を有するベース板３４を用いれば、放熱性を向上させることができる。
【００２９】
実施の形態６．
図１１に示されるように、断面Ｕ字状のベース板１に対して、その内面上に絶縁層３及び配線層４を順次積層すると共に外面上に絶縁層３１及び配線層３２を順次積層し、ベース板１の内側の各配線層４及び外側の各配線層３２の表面にそれぞれ半導体素子５等の電子部品を搭載して半導体装置を構成することができる。
【００３０】
なお、上述の実施の形態１〜６において、ベース板１，１２，１４，２１，３４はＡｌやＡｌ／ＳｉＣ複合材の他、各種の材料から形成することができ、特にＣｕ、Ｆｅ等の高い放熱性を有する材料から形成することが好ましい。また、Ａｌのように押出し加工や、ブレス加工が容易な金属等から形成してもよい。
また、断面Ｕ字状のベース板１，１２，１４，２１，３４の代わりに、断面Ｌ字形状等、その他様々な断面形状を有する立体構造のベース板を用いることができる。
【００３１】
また、上述の実施の形態１〜６では、それぞれのベース板１，１２，１４，２１，３４がＵ字鋼型に形成されていたが、これらのベース板１，１２，１４，２１，３４をそれぞれ筐体状に形成することもでき、このように構成すれば、電子部品を搭載するための搭載領域が増えると共にこの筐体状のベース板１，１２，１４，２１，３４を有する絶縁基板を図７及び８のように対向させれば、内部が密閉されてシールド性がより一層向上する。
【００３２】
また、実施の形態１〜６において、絶縁層３及び３１は、大気圧プラズマ溶射（ＡＰＳ）または溶棒式フレーム溶射（ローカイド）などの溶射法により成膜することができる。また、エアロゾルデポジション法及び減圧プラズマ法を用いても良い。この場合、大気圧プラズマ溶射または溶棒式フレーム溶射に比べ緻密組織が形成でき、高熱伝導化が期待できる。
また、上述の実施の形態では、ベース板は押出し加工にて作成したが、プレス加工、鋳造、ダイカスト等で作成しても良い。
また、絶縁層３及び３１は、Ａｌ２Ｏ３に限らず、絶縁性を有し且つ溶射を行うことができる各種の材料から成膜することができる。また、絶縁層としてセラミック絶縁層を用いることで、高熱伝導と低膨張が期待できる。
【００３３】
また、配線層４及び３２は、高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）またはコールドスプレーなどの溶射法により成膜することができる。
また、配線層４及び３２は、Ｃｕに限らず、導電性を有し且つ溶射を行うことができる各種の材料から成膜することができる。
【００３４】
ここで、コールドスプレー法と大気圧プラズマ溶射法によりそれぞれＣｕ層を成膜し、その断面組織を観察したところ、コールドスプレー法により成膜されたＣｕ層では、金属粒子の酸化はほとんど見られず、気孔率は１％程度であるのに対し、大気圧プラズマ溶射法により成膜されたＣｕ層では、金属粒子の表層が酸化しており、１０％程度の気孔率が確認された。また、Ｃｕ層の残留応力は、コールドスプレー法により成膜した場合には圧縮力、大気圧プラズマ溶射法により成膜した場合には引張り力であった。
また、絶縁層、配線層は溶射法のほか、スパッタリング、化学気相成長法、物理気相成長法のいずれかで成膜してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２の変形例に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３の変形例に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４の別の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態５の変形例に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係る絶縁基板に半導体素子が実装された様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１２，１４，２１，３４  ベース板、２  平板部分、３，３１  絶縁層、４，３２  配線層、５  半導体素子、１１，１３  ヒートシンク部、１１ａ，２２ａ  フィン、１３ａ，２３ａ  通水管、２２，２３  ヒートシンク部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007103796.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007103796.tif 000012
【図１１】
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