特許 6903051 二面冷却式回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6903051

(24)【登録日】2021年6月24日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】二面冷却式回路

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20210701BHJP

   C04B 37/02 20060101ALI20210701BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   C04B37/02 Z

【請求項の数】5

【全頁数】5

(21)【出願番号】特願2018-517862(P2018-517862)

(86)(22)【出願日】2016年10月4日

(65)【公表番号】特表2018-531516(P2018-531516A)

(43)【公表日】2018年10月25日

(86)【国際出願番号】EP2016073643

(87)【国際公開番号】WO2017060224

(87)【国際公開日】20170413

【審査請求日】2019年10月2日

(31)【優先権主張番号】102015219347.0

(32)【優先日】2015年10月7日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】511004645

【氏名又は名称】セラムテック ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＣｅｒａｍＴｅｃ ＧｍｂＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】ローランド ディルシュ

(72)【発明者】

【氏名】ハラルト クレス

【審査官】 井上 和俊

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０６４２３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２１４７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３３０９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５３１８４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｃ０４Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面（１ｂ）および下面（１ａ）を有する第一のセラミック基板（１）からなる部品（９）であって、上面（１ｂ）にはメタライゼーション（２）が施与されており、メタライゼーション（２）には接合材（３）を介してＳｉ回路（４）がその下面側で取り付けられており、Ｓｉ回路（４）の上面には接合材（５）が施与されており、接合材（５）にはセラミック平面基板（６）がその下面側で施与されており、平面基板（６）にはメタライゼーション（７）を介して第二のセラミック基板（８）が配置されており、ここでセラミック平面基板（６）は、金属が充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）（１１）を有する部品（９）において、金属が充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）（１１）はＣｕで充填されており、セラミック平面基板（６）は窒化アルミニウムであることを特徴とする部品（９）。

【請求項2】

Ｓｉ回路（４）が、シリコン回路、チップまたはトランジスタであることを特徴とする、請求項１記載の部品。

【請求項3】

全てのメタライゼーション（２、７）が、ＤＣＢ−Ｃｕ、厚膜−Ｃｕ、ＡｇまたはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなり、かつ／またはセラミック基板（１、８）と一緒に焼結されたメタライゼーションであることを特徴とする、請求項１または２記載の部品。

【請求項4】

接合材（３、５）が、ろう材、焼結された銀または銀接着剤であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の部品。

【請求項5】

第一のセラミック基板（１）の下面（１ａ）に冷却要素が配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、上面および下面を有する第一のセラミック基板からなる部品であって、その上面にメタライゼーションが施与されており、このメタライゼーションに接合材を介して電子部材がその下面側で取り付けられている部品に関する。

【0002】

Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮからなるセラミック基板が、少なくとも片面のメタライゼーション（ＤＣＢ−Ｃｕ、厚膜−Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ−Ｎｉ−Ａｕ）を担持しており、またこのメタライゼーションにおいて、Ｓｉ回路が、圧力、ろう材、焼結された銀、銀接着剤などにより固定されて取り付けられていることが知られている。

【0003】

基板の第二の面には、さらなるメタライゼーション面が存在していてよく、このメタライゼーション面には、例えばアルミニウムなどからなる冷却体が接着またはろう付けされている。つまりＳｉ回路は、多くても片面で電気絶縁ヒートシンクと接合されている。何もないＳｉ回路の上面は気体冷却すれば十分である。一般的にＳｉ回路とは、チップまたはトランジスタとも理解される。

【0004】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の部品を、Ｓｉ回路が、両面において、つまりその下面と上面のどちらにおいても冷却されるように改善するという課題に基づいている。高い伝熱性および同時に高い導電性を有する要素によりＳｉ回路を両面冷却することで、アセンブリの効率を上げるものとする。

【0005】

本発明によれば、この課題は、請求項１の特徴を有する部品により解決される。

【0006】

Ｓｉ回路の上面に接合材が施与されており、この接合材にセラミック平面基板がその下面側で施与されており、かつこの平面基板にメタライゼーションを介して第二のセラミック基板が配置されており、ここでこのセラミック平面基板が、金属が充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）および／または冷却材を通すための冷却チャネルを有していることで、Ｓｉ回路は、両面において、つまりその下面と上面のどちらにおいても冷却される。高い伝熱性および同時に高い導電性を有する要素によりＳｉ回路を両面冷却することで、Ｓｉ回路のアセンブリの効率を上げるものとする。ここで、セラミック平面基板のビア内の金属は、第二の基板のメタライゼーションとＳｉ回路上に存在する接合材のどちらにも接している。

【0007】

Ｓｉ回路は、チップまたはトランジスタであることが好ましい。

【0008】

メタライゼーションは、ＤＣＢ−Ｃｕ、厚膜−Ｃｕ、ＡｇまたはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなることが好ましく、かつ／またはセラミック基板と一緒に焼結されたメタライゼーションである。焼結されたメタライゼーションは、セラミックと密接に接合されており、それにより、Ｓｉ回路からセラミックへの優れた熱輸送を有する。

【0009】

接合材は、ろう材、焼結された銀または銀接着剤であることが好ましい。

【0010】

本発明の実施形態において、貫通型接触部はＣｕまたはＡｇからなり、基板は窒化アルミニウムからなる。窒化アルミニウムは高い伝熱性を有する。

【0011】

一実施形態において、第一のセラミック基板の下面には、冷却要素、例えばフィンなどが配置されている。

【0012】

何もないＳｉ回路の上面に接合材を介して接触する、金属が充填されたビアを有するセラミック平面基板を用いることで、より良好に二面での熱排出を行うことができる。この平面基板は、金属が充填された、例えばＣｕまたはＡｇが充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）を有する。窒化アルミニウムを基板原料として選択する場合、その膨張係数は約４．７ｐｐｍ／Ｋであり、約４．２ｐｐｍ／Ｋを有するチップのケイ素に近い。

【0013】

このビアセラミック（平面基板）は、Ｓｉ回路の面とメタライゼーションされたセラミック基板のもう一方の面のどちらにおいても、ろう材、銀ペーストまたは銀焼結層を介して第二のセラミック基板に対して結合されてもよく、または銅ペーストを焼き付ける際に、メタライゼーションされた上部基板の銅層と直接接合されてもよい。

【0014】

放熱量をさらに上げるために、セラミック平面基板の代わりに、液体貫流式セラミック冷却器またはセラミックフィンを有する液体貫流式セラミック冷却器を使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来技術による部品を示す。

【図2】本発明による部品を示す。

【0016】

図１は、従来技術による部品９を示す。この部品は、上面１ｂおよび下面１ａを有する第一のセラミック基板１からなり、上面１ｂにはメタライゼーション２が施与されており、このメタライゼーション２には、接合材３を介してＳｉ回路４がその下面側で取り付けられている。本発明によると、Ｓｉ回路４またはその上面には接合材５を介してセラミック平面基板６がその下面側で施与されており、平面基板６にはメタライゼーション７を介して第二のセラミック基板８が配置されており、ここでセラミック平面基板６は、金属が充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）１１および／または冷却材を通すための冷却チャネルを有する。

【0017】

セラミック基板１、８は、プレート型に形成されていることが好ましく、非常に高い伝熱性を有する窒化アルミニウムからなることが好ましい。

【0018】

メタライゼーションは、ＤＣＢ−Ｃｕ、厚膜−Ｃｕ、ＡｇまたはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなることが好ましく、かつ／またはセラミック基板１、８と一緒に焼結されている。

【0019】

ＳＩ回路４は、チップまたはトランジスタの実施形態であるシリコン回路である。

【0020】

接合材３、５は、ろう材、焼結された銀または銀接着剤であることが好ましい。

【0021】

貫通型接触部１１は、例えばＣｕまたはＡｇからなる。

【0022】

第一のセラミック基板１の下面１ａに冷却要素が配置されていることが好ましい（図２には図示せず）。この冷却要素は、空気を冷却するためのフィンであってよい。しかしながら、液体を通す冷却容器であってもよい。

【0023】

セラミック平面基板６は、ＳＩ回路４の排熱をセラミック基板８に伝えるのに役立ち、また他方では、ＳＩ回路４をメタライゼーション７に電気的に接続するために利用することもできる。また、平面基板６は窒化アルミニウムからなることが好ましい。その金属が充填された熱／電気の貫通型接触部（ビア）１１を通して、排熱が輸送され、電気的な接続が生み出される。貫通型接触部（ビア）１１は、平面基板６の表面に対して垂直に延びることが好ましい。

【0024】

どちらの図においても、符号１０は、電気的に接続するためのボンドワイヤを表す。

【図1】

【図2】