半導體電路板及其制造方法和使用其的半導體裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及半導體電路板，使用所述半導體電路板的半導體裝置，W及用于制造 所述半導體電路板的方法。
【背景技術】
[0002] 用于電子控制的半導體巧片（半導體元件）在尺寸上已經日益減小，并且所述巧 片的熱產生量穩(wěn)步增加。因此，提高安裝有半導體巧片的半導體電路板（包括模塊）的散 熱是重要的。該是因為如果半導體巧片即使僅在巧片的一個點處超過巧片的本征溫度，所 述巧片的電阻也會變?yōu)樨搨葴囟认禂?shù)。該種改變導致其中電力電流強烈流動的熱逸散，由 此立即破壞所述巧片。即，存在著如下需求；進行考慮了與巧片的功率損耗一致的裕量的散 熱設計。
[0003] 熱阻化th)可W用公式化h=L/化XA)表達。在此公式中，Rth是熱阻，L是熱傳 遞路徑，k是熱導率，W及A是散熱面積。根據(jù)此公式，隨著熱傳遞路徑（L)的下降W及熱 導率化）和散熱面積（A)的增加，熱阻巧th)變小。注意，通常熱傳遞路徑（L)對應于電路 板的厚度。
[0004] 公知的使用半導體巧片的半導體裝置設及不同材料之間的接觸，其中所述半導體 裝置的熱傳遞路徑表示為；巧片一焊料一電極電路材料一絕緣襯底一背面金屬板一焊料一 散熱構件（熱沉）。除了所述散熱構件，該些熱介質都屬于絕緣電路板。目P，除非充當大部 分熱傳遞路徑的絕緣電路板的散熱性能出眾，否則不可能實現(xiàn)半導體裝置性能的提高。
[0005] 當前主流的半導體巧片的Si巧片已經遇到了其響應速度的極限。因此，使用SiC 和GaN作為下一代半導體元件的巧片的開發(fā)正作為國家項目快步前進，其目的是進一步降 低裝置的尺寸和提高裝置的性能。具體地，SiC巧片可W在高達600°C的溫度可用，而主流 的Si巧片的工作溫度是125至Ij150°C。因此，除了快的響應速度之外，高的工作溫度是SiC 巧片的另一個特性特征。
[0006] 然而，如果使用傳統(tǒng)焊料材料將巧片和電極電路材料結合在一起，則工作溫度下 降到所述焊料材料的烙點或更低。由此不可能充分利用所述巧片的高的工作溫度的特征。 在正在開發(fā)高烙點焊料材料的當前情況下，還沒有開發(fā)出充分可靠并且具有60(TC或更高 的烙點的任何焊料材料。例如，國際公布號W02007/10536U專利文件1)的小冊子建議使 用Ag-化纖焊料代替高烙點焊料材料。如專利文件1所述的，已經證實使用該種具有60(TC 或更高的接合溫度的高烙點纖焊料使電極電路材料和半導體元件之間的接合（結合）可靠 性增強到了一定程度。
[0007] 另一方面，不僅僅嘗試增強接合可靠性，也做出嘗試W進一步改善散熱。例如，研 究了由一種用于在沒有將諸如纖焊料之類的任何接合材料置于其間而直接將半導體巧片 結合到電極電路材料的方法，W及一種用于通過加厚電極電路材料不僅在紳度方向散熱而 且在橫向方向散熱的方法。此外，雖然半導體巧片通過絕緣電路板接合（結合）到熱沉的 單面冷卻方法在傳統(tǒng)半導體電路板模塊中是主流，但是也已經使用從半導體巧片的兩面對 半導體巧片冷卻的雙面冷卻方法等。
[000引現(xiàn)有技術文件
[0009] 專利文件
[0010] 專利文件1 ;國際公布號W02007/105361的小冊子
[0011] 專利文件2 ;日本專利號3797905

【發(fā)明內容】

[0012] 本發(fā)明要解決的問題
[0013] 如上所述，已經做出了對散熱結構的各種改善的嘗試，為半導體元件的工作溫度 的升高做準備。一種用于在不將諸如纖焊料之類的任何結合材料置于其間的情況下直接將 半導體巧片結合（接合）到電極電路材料的方法，使得熱傳遞路徑（L)縮短。
[0014] 另外，一種用于通過加厚電極電路材料不僅在紳度方向散熱而且在橫向方向散熱 的方法，使得散熱面積（A)增加。從半導體巧片的兩面對半導體巧片冷卻的雙面冷卻方法， 也使得散熱面積（A)增加。
[0015] 然而，已經存在該樣一個問題，沒有用于熱阻減少從而進一步改善散熱（熱福射 特性）的各種方法的合適的半導體電路板。
[0016] 本發(fā)明旨在處理此問題并且提供散熱出眾的半導體電路板。
[0017] 解決所述問題的手段
[0018] 本發(fā)明的半導體電路板，其中導體部分設置在絕緣襯底（板）上，其特征在于所述 導體部分的半導體元件安裝部的表面粗趟度按算術平均粗趟度Ra是0. 3ym或更低，按十 點平均粗趟度化jis是2. 5ym或更低，按最大高度化是2. 0ym或更小，并且按算術平均 波紋度Wa是0. 5ym或更低。
[0019] 假定絕緣襯底的厚度是tl并且導體部分的厚度是t2,其優(yōu)選地滿足關系： 0.1《t2/tl《50。此外，所述導體部分的側面邊緣的截面角度優(yōu)選的是45°或更小。另 夕F，所述導體部分優(yōu)選地由金屬板制成，而所述絕緣襯底優(yōu)選地由陶瓷襯底制成，并且用于 結合所述金屬板和所述陶瓷襯底的結合層的從所述金屬板突出的突出區(qū)域（寬度）優(yōu)選地 是0. 2mm或更小。此外，所述絕緣襯底優(yōu)選地由氧化侶襯底、氮化侶襯底、氮化娃襯底、和絕 緣樹脂襯底中的一個構成。此外，所述導體部分優(yōu)選地由銅、銅合金、侶和侶合金中的一個 構成。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的特征在于半導體元件安裝在本發(fā)明的半導體電路板 的導體部分上。所述半導體元件優(yōu)選地由一個或多于一個元件構成，所述元件從由Si元 件、GaN元件、和SiC元件組成的組中選出。另外，所述半導體元件優(yōu)選地通過置于其間的 接合材料結合到導體部分?？蛇x地，不使用置于其間的結合材料而將半導體元件直接結合 到所述導體部分也是優(yōu)選的。
[0021] 一種用于制造本發(fā)明的半導體電路板的方法包括：在絕緣襯底上形成導體部分的 導體部分形成步驟；W及將所述導體部分的半導體元件安裝部（表面）的表面粗趟度設定 為按算術平均粗趟度Ra是0. 3ym或更低，按十點平均粗趟度化jis是2. 5ym或更低，按 最大高度是2. 0ym或更小，并且按算術平均波紋度Wa是0. 5ym或更低的表面處理步驟。
[0022] 所述表面處理步驟優(yōu)選地是拋光步驟。替代地，拋光步驟優(yōu)選地是刻蝕步驟。另 外替代地，拋光步驟優(yōu)選地是壓制（press)過程。
[002引本發(fā)明的優(yōu)點
[0024]本發(fā)明的半導體電路板在導體部分的半導體元件安裝部的平面度上顯著改善，并 且由此散熱出眾。此外，安裝有半導體元件的半導體裝置可W改善散熱。此外，當安裝有半 導體元件時，所述半導體電路板對使用結合材料和不使用結合材料該兩種情況下都適用。
【附圖說明】
[0025] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體電路板的一種實施例的截面視圖；
[0026] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體電路板的另一種實施例的截面視圖；
[0027] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體電路板的此外另一種實施例的截面視圖；
[002引圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體電路板的又一種實施例的截面視圖；
[0029] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的一種實施例的截面視圖；
[0030] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的另一種實施例的截面視圖；
[0031] 圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的半導體裝置的此外另一種實施例的截面視圖。
【具體實施方式】
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的半導體電路板，其中導體部分設置在絕緣襯底上，其特征在于所述 導體部分的半導體元件安裝部的表面粗趟度按算術平均粗趟度Ra是0. 3ym或更低，按十 點平均粗趟度化jis是2. 5ym或更低，按最大高度化是2. 0ym或更小，并且按算術平均 波紋度Wa是0. 5ym或更低。
[0033] 圖1示出了本發(fā)明的半導體電路板的一種實施例。在圖1中，附圖標記1指代半 導體電路板，附圖標記2指代絕緣襯底，附圖標記3指代導體部分，附圖標記4指代另一個 導體部分（背面（后面）導體部分），W及附圖標記5指代絕緣襯底與導體部分之間的結合 層（接合層）。
[0034] 只要能夠保證設置于襯底的兩側的導體部分3與導體部分4之間的絕緣，所述絕 緣襯底并不特定受限。但是，優(yōu)選的，所述絕緣襯底由氧化侶襯底、氮化侶襯底、氮化娃襯 底、和絕緣樹脂襯底中的一個構成。因為所有該些氧化侶襯底、氮化侶襯底、氮化娃襯底、和 絕緣樹脂襯底都具有優(yōu)異的絕緣性能，即使薄至1. 5mm或更小的襯底厚度，該些襯底仍然 可用。在該些襯底之間，氮化娃襯底是優(yōu)選的。例如，如日本專利號3797905(專利文件2) 描述的，已經開發(fā)出具有SOOMI^a或更高的S點彎曲強度和50W/m，k或更高的熱導率，并且 因此在強度和熱導率兩方面都出眾的氮化娃襯底。
[0035] 類似于隨后將要描述的SiC元件，即使經受高達200°C或更高的工作溫度，氮化娃 襯底依然顯示出優(yōu)異的耐久性。在200°C或更高的高溫下使用的襯底不限于氮化娃襯底。 諸如氧化侶襯底和氮化侶襯底之類的陶瓷襯底也是優(yōu)選的，因為所述襯底耐熱性出眾