布线基板以及包含布线基板的半导体封装制造技术

一种布线基板，具备：由氮化硅形成的、包含厚度为0.2mm以上且1mm以下的传热区域部分在内的绝缘基板部；以及层叠在传热区域部分上的、包含厚度1.5mm以上的由金属材料形成的焊盘部在内的布线层部。

【技术实现步骤摘要】
布线基板以及包含布线基板的半导体封装相关申请的交叉引用本申请基于日本专利申请2014－265332(申请日：2014年12月26日)主张优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
本专利技术的实施方式涉及布线基板以及包含布线基板的半导体封装。
技术介绍
半导体封装包含例如半导体电路基板和将半导体电路基板封固的封固部件。半导体电路基板具备例如陶瓷或树脂等绝缘基材以及固定在绝缘基材的两面或单面上的包含金属箔等的导电基材、和在一方的导电基材上通过焊料等固定的包含半导体元件等的电路。例如IGBT(绝缘栅双极型晶体管：InsulatedGateBipolarTransistor)等的功率半导体元件通过进行开关而产生热。因此，半导体电路基板以经由扩散热的扩散板与散热器接触的方式被固定并冷却。近年来，功率半导体在高电压、大电流下以高速进行开关的特性被要求。在大电流下以高速进行开关，从而产生大量的热，因此期望在包含功率半导体的半导体电路中散热性、冷却性能提高。此外，随着混合动力汽车和电动汽车等的实用化，功率半导体模块被期望小型化、轻量化和低价格化。半导体电路基板的冷却性能依赖于半导体元件与冷却面之间的热阻抗(封装热阻抗)、和冷却面与冷却介质之间的热阻抗(热传递)。例如，若减少在半导体元件与冷却面之间夹着的构成，则能够减小封装热阻抗，因此对于冷却性能的提高有利。但是，若半导体元件与冷却面的距离变近，则难以使由半导体元件产生的热在传递到冷却面之前扩散。在由半导体元件产生的热不被扩散的情况下，热阻抗变大，结果冷却性能显著降低而变得不利。此外，冷却面的一部分局部地变为高温，有可能冷却介质沸腾。
技术实现思路
本专利技术的实施方式其目的在于提供冷却性能高的布线基板以及包含布线基板的半导体封装。根据技术方案，提供一种布线基板，其特征在于，具备：由氮化硅形成的、包含厚度为0.2mm以上且1mm以下的传热区域部分在内的绝缘基板部；以及层叠在上述传热区域部分上的、包含厚度为1.5mm以上的由金属材料形成的焊盘部在内的布线层部。上述构成的布线基板具有高的冷却性能。附图说明图1是用于说明第1实施方式的布线基板以及半导体封装的构成的一例的剖视图。图2是表示对多个陶瓷材料的散热性、机械的特性以及耐蚀性进行比较后的结果的图。图3是表示实施方式的布线基板以及半导体封装的焊盘部的厚度与散热能力的关系的一例的图。图4是表示第2实施方式的布线基板以及半导体封装的传热区域部分的厚度与散热能力的关系的一例的图。图5是用于说明第3实施方式的布线基板以及半导体封装的构成的其他的例的剖视图。图6是用于说明实施方式的布线基板以及半导体封装的构成的其他的例的剖视图。具体实施方式以下，参照附图说明实施方式的布线基板以及包含布线基板的半导体封装。图1是用于说明第1实施方式的布线基板以及半导体封装的构成的一例的剖视图。本实施方式的半导体封装具备半导体元件10、布线基板SB和封固构造部40。布线基板SB具有焊盘部20和绝缘基板部30。半导体元件10包含IGBT(绝缘栅双极型晶体管：InsulatedGateBipolarTransistor)、FET(Field-EffectTransistor，场效应晶体管)、GTO(gateturn-offthyristor，可关断晶闸管)、晶体管等半导体开关或二极管等用于电气电路的各种的半导体元件。半导体元件10通过例如焊料12固定于焊盘部20的表面。焊盘部20是将电路布线中使用的铜材料或铝等的导电材料进行图案化而形成的布线层部的部分。本实施方式中焊盘部20通过例如铜形成。焊盘部20与例如后述的绝缘基板部30的传热区域部分35直接接合，或者与传热区域部分35的表面钎焊接合(日语：ろう接合)。焊盘部20在绝缘基板部30上被图案化，可以构成包含半导体元件10在内的电路的一部分，也可以包括连接从外部供给电流的引线的连接焊盘。此外，焊盘部20是用于将由半导体元件10产生的热向绝缘基板部30的基板面方向(与半导体元件10、焊盘部20以及绝缘基板部30层叠着的方向正交的方向)扩散的热扩散器(heatspreader)，其可以在绝缘基板部30的单面或两面分割存在。绝缘基板部30具有流路32、多个突出形状部分34和传热区域部分35。传热区域部分35是焊盘部20进行接合的绝缘基板部30的部分，包括焊盘部20接合着的面和与焊盘部20接合着的面相对置的冷却面36。传热区域部分35是位于与焊盘部20接触的绝缘基板部30的面和冷却面36之间的绝缘基板部30的部分。突出形状部分34设置在传热区域部分35的与层叠有焊盘部20的面相对置的面上，是传热区域部分35的冷却面36突出而成的绝缘基板部30的一部分。突出形状部分34以除去突出形状部分34时的面为基准面而向流路32突出。突出形状部分34与绝缘基板部30的传热区域部分35一体地形成。突出形状部分34也可以与传热区域部分35分体，也可以在采用例如使用了喷流或垂直流等高流速的冷却方法的情况下省略突出形状部分34。流路32是设置在绝缘基板部30的内部的供冷却介质通过的空隙。即，绝缘基板部30在内部具有成为流路的空隙，具有使与层叠着焊盘部20的面相对置的面(冷却面36)为内壁面的一部分的筒形状部。绝缘基板部30使粉末状的材料烧结成片状而形成。本实施方式中，绝缘基板部30还能够由例如氮化硅(SiN)的陶瓷的片等形成，将其层叠而形成。期望的是，绝缘基板部30的材料其热阻抗较低，具有用于与焊盘部20接合的充分的强度。以往，将由半导体元件10产生的热向基板面方向扩展并散热，但若将布线基板小型化则不能向基板面方向充分地将热扩展而散热。因此，本实施方式中，需要将布线基板的传热性提高而将热向冷却介质传递。进而，为了提高冷却介质的冷却性能，需要提高冷却介质的压力、使流速更快。由此，绝缘基板部30的材料应选择传热性高、强度高并且耐蚀性良好者。氮化硅其抗折强度高，在高温环境下也稳定性高。此外，氮化硅与氧化铝(Al2O3)或树脂等比较，其热传导率高。从而，在内部具有流路32的绝缘基板部30具有对于冷却介质的流速提高或沸腾现象的充分的耐量。进而，本实施方式中，如后述那样焊盘部20形成得厚，因此焊盘部20具有一定的刚性。由此，即使是只在绝缘基板部30的一个面贴合有焊盘部20的情况也能够回避布线基板SB翘曲的情况。此外，作为用于流路表面的材料而关于铝、镍镀层、氮化硅如以下那样进行了MSE(微浆射流冲蚀，microslurry-jeterosion)试验。另外，关于镍镀层，关于一般的材料和实施了耐蚀处理的材料进行了MSE试验。准备各种材料的试验件，向试验件表面投射微细颗粒而使腐蚀(侵蚀)磨损发生，基于根据材料强度不同而腐蚀的进展速度不同这点，对材料表面的强度进行了计测。通过上述的MSE试验，得到氮化硅与铝或镍镀层相比不易磨损、难以发生腐蚀的结果。从而，例如在作为冷却介质而使用乙二醇水溶液等冷却介质的情况下，由于氮化硅与铝或铜(镍镀层)相比耐蚀性较高，因此通过用氮化硅形成布线基板SB，能够使冷却介质的压力较大而使冷却介质的流速较大，能够实现具有充分的冷却性能的布线基板SB。图2是表示关于多个陶瓷材料的散热性、机械的特性以及耐蚀性进行了比较的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种布线基板，其特征在于，具备：绝缘基板部，由氮化硅形成，包含厚度为0.2mm以上且1mm以下的传热区域部分；以及布线层部，层叠在上述传热区域部分上，包含厚度1.5mm以上的由金属材料形成的焊盘部。

【技术特征摘要】
2014.12.26 JP 2014-2653321.一种半导体封装，其中具备布线基板、半导体元件以及将上述半导体元件封固的封固构造部，上述布线基板具备：绝缘基板部，由氮化硅形成，包含厚度为0.2mm以上且1mm以下的传热区域部分；以及布线层部，包含层叠在上述传热区域部分的一个面上的厚度1.5mm以上且5mm以下的由金属材料形成的焊盘部，上述半导体元件通过焊料而接合在上述布线基板的上述焊盘部上，上述半导体封装在作为热源的上述半导体元件与和冷却介质接触的上述绝缘基板...

【专利技术属性】
技术研发人员：小谷和也，市仓优太，田多伸光，伊东弘晃，大部利春，小山泰平，结城和明，中泽洋介，山本敦史，大谷真人，上田和宏，井口知洋，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP