[发明专利]半导体电路板及其制造方法和使用其的半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电路板，使用所述半导体电路板的半导体装置，以及用于制造所述半导体电路板的方法。

背景技术

用于电子控制的半导体芯片(半导体元件)在尺寸上已经日益减小，并且所述芯片的热产生量稳步增加。因此，提高安装有半导体芯片的半导体电路板(包括模块)的散热是重要的。这是因为如果半导体芯片即使仅在芯片的一个点处超过芯片的本征温度，所述芯片的电阻也会变为负侧温度系数。这种改变导致其中电力电流强烈流动的热逸散，由此立即破坏所述芯片。即，存在着如下需求：进行考虑了与芯片的功率损耗一致的裕量的散热设计。

热阻(Rth)可以用公式Rth＝L/(k×A)表达。在此公式中，Rth是热阻，L是热传递路径，k是热导率，以及A是散热面积。根据此公式，随着热传递路径(L)的下降以及热导率(k)和散热面积(A)的增加，热阻(Rth)变小。注意，通常热传递路径(L)对应于电路板的厚度。

公知的使用半导体芯片的半导体装置涉及不同材料之间的接触，其中所述半导体装置的热传递路径表示为：芯片→焊料→电极电路材料→绝缘衬底→背面金属板→焊料→散热构件(热沉)。除了所述散热构件，这些热介质都属于绝缘电路板。即，除非充当大部分热传递路径的绝缘电路板的散热性能出众，否则不可能实现半导体装置性能的提高。

当前主流的半导体芯片的Si芯片已经遇到了其响应速度的极限。因此，使用SiC和GaN作为下一代半导体元件的芯片的开发正作为国家项目快步前进，其目的是进一步降低装置的尺寸和提高装置的性能。具体地，SiC芯片可以在高达600℃的温度可用，而主流的Si芯片的工作温度是125到150℃。因此，除了快的响应速度之外，高的工作温度是SiC芯片的另一个特性特征。

然而，如果使用传统焊料材料将芯片和电极电路材料结合在一起，则工作温度下降到所述焊料材料的熔点或更低。由此不可能充分利用所述芯片的高的工作温度的特征。在正在开发高熔点焊料材料的当前情况下，还没有开发出充分可靠并且具有600℃或更高的熔点的任何焊料材料。例如，国际公布号WO2007/105361(专利文件1)的小册子建议使用Ag-Cu钎焊料代替高熔点焊料材料。如专利文件1所述的，已经证实使用这种具有600℃或更高的接合温度的高熔点钎焊料使电极电路材料和半导体元件之间的接合(结合)可靠性增强到了一定程度。

另一方面，不仅仅尝试增强接合可靠性，也做出尝试以进一步改善散热。例如，研究了由一种用于在没有将诸如钎焊料之类的任何接合材料置于其间而直接将半导体芯片结合到电极电路材料的方法，以及一种用于通过加厚电极电路材料不仅在纬度方向散热而且在横向方向散热的方法。此外，虽然半导体芯片通过绝缘电路板接合(结合)到热沉的单面冷却方法在传统半导体电路板模块中是主流，但是也已经使用从半导体芯片的两面对半导体芯片冷却的双面冷却方法等。

现有技术文件

专利文件

专利文件1：国际公布号WO2007/105361的小册子

专利文件2：日本专利号3797905

发明内容

本发明要解决的问题

如上所述，已经做出了对散热结构的各种改善的尝试，为半导体元件的工作温度的升高做准备。一种用于在不将诸如钎焊料之类的任何结合材料置于其间的情况下直接将半导体芯片结合(接合)到电极电路材料的方法，使得热传递路径(L)缩短。

另外，一种用于通过加厚电极电路材料不仅在纬度方向散热而且在横向方向散热的方法，使得散热面积(A)增加。从半导体芯片的两面对半导体芯片冷却的双面冷却方法，也使得散热面积(A)增加。

然而，已经存在这样一个问题，没有用于热阻减少从而进一步改善散热(热辐射特性)的各种方法的合适的半导体电路板。

本发明旨在处理此问题并且提供散热出众的半导体电路板。

解决所述问题的手段

本发明的半导体电路板，其中导体部分设置在绝缘衬底(板)上，其特征在于所述导体部分的半导体元件安装部的表面粗糙度按算术平均粗糙度Ra是0.3μm或更低，按十点平均粗糙度Rzjis是2.5μm或更低，按最大高度Rz是2.0μm或更小，并且按算术平均波纹度Wa是0.5μm或更低。