流路构件以及半导体模块制造技术

提供散热特性优良的流路构件以及在设于该流路构件的金属层上搭载半导体元件而成的半导体模块。被壁包围的空间是流体流过的流路(2)，在流路构件(1)中，所述壁由陶瓷构成，所述壁当中进行热交换的壁部的内面(3a)中的晶界相的面积占有率小于外面(3b)中的晶界相的面积占有率。通过满足这样的构成，流路构件(1)在散热特性上优良。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及流路构件以及半导体模块。
技术介绍
近年来，半导体元件用在大电流下高速进行开关的用途中。该半导体元件若发热而成为高温，则有影响到开关功能的可能性。为此，在半导体元件的搭载时，使用具有能通过与流体的热交换来冷却半导体元件的流路的流路构件。作为这样的流路构件，例如在专利文献1中提出如下结构的流路构件：在安装半导体部件的电路的下部形成成为制冷剂流路的空隙部，从所述电路到所述空隙部的基板厚度方向的距离t满足0.5mm≤t≤5mm的条件，该距离t和所述空隙部的宽度Y处于Y≤20t的关系。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开2002-329938号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题虽然通过具有能冷却半导体元件的流路，相比于没有流路的结构在散热特性上更优良，但在这里，对流路构件谋求进一步的散热特性的提升。本专利技术为了满足上述要求而提出，提供一种散热特性优良的流路构件以及半导体模块。用于解决课题的手段在本专利技术的流路构件中，被壁包围的空间是流体流过的流路，所述壁由陶瓷构成，所述流路构件的特征在于，所述壁当中进行热交换的壁部的内面中的晶界相的面积占有率小于外面中的晶界相的面积占有率。另外，本专利技术的半导体模块的特征在于，在设于上述构成的本专利技术的流路构件的所述壁的金属层上搭载半导体元件。专利技术效果本专利技术的流路构件在散热特性上优良。另外，根据本专利技术的半导体模块，能将在大电流下高速进行开关的功能维持得较高。附图说明图1表示本实施方式的半导体模块的一例，(a)是立体图，(b)是截面图。图2表示构成本实施方式的流路构件的盖体部的一例，(a)是立体图，(b)是(a)中的A-A线的截面图，(c)是(b)中的B部的放大图。图3是表示纺锤形状的孔的形状例的示意图。具体实施方式以下，参照附图来说明本实施方式的一例。图1表示本实施方式的半导体模块的一例。(a)是立体图，(b)是截面图。另外，对同一构件标注同一编号。如图1(a)所示那样，本实施方式的半导体模块30在流路构件1具有金属层10，在其上搭载半导体元件20。该半导体元件20伴随使用而发热，特别在是IGBT元件、LED元件等功率半导体的情况下，发热量较多。另外，在图1中示出在盖体部3上设置2个导体元件20的示例，但半导体元件20并不限于2个，可以是1个，也可以是3个以上。并且，本实施方式的流路构件1如图1(b)所示那样，被壁(盖体部3、侧壁部6、底板部7)包围的空间是流体流过的流路2，从提供口4提供的制冷剂经过流路2而从排出口5排出。另外，在图1中，使提供口4以及排出口5形成在侧壁部6，但也可以设置在盖体部3、底板部7等进行适当变更。另外，在本实施方式的流路构件1中，盖体部3、侧壁部6以及底板部7由陶瓷构成。如此地，通过盖体部3、侧壁部6以及底板部7由陶瓷构成，能流过有腐蚀性的制冷剂，或者能在有腐蚀性的环境使用。接下来，本实施方式的流路构件1通过伴随使用而从半导体元件20产生的热和流过流路2的制冷剂所具有的热的热交换，来抑制半导体元件20成为过分高温，在图1所示的构成中，壁当中的盖体部3相当于进行热交换的壁部。另外，在流路构件1用于半导体元件20的搭载中时，进行热交换的壁部换言之也可以说是搭载半导体元件20一侧的壁部。另外，在流路构件1用于与外部环境的热交换中时，盖体部3、侧壁部6、底板部7全都是进行热交换的壁部。在本实施方式的流路构件1中，盖体部3的内面3a中的晶界相的面积占有率小于外面3b中的晶界相的面积占有率。另外，内面3a构成流路2的一部分。如此，通过使内面3a中的晶界相的面积占有率小于外面3b中的晶界相的面积占有率，从盖体部3的外面3b向内面3a的在半导体元件20产生的热的热传导性得到提升，能与流过流路2的制冷剂高效地进行热交换，因此流路构件1在散热特性上变得优良。在此，从盖体部3的外面3b向内面3a的在半导体元件20产生的热的热传导性得到提升出于以下的理由。由于晶界相相比于结晶相而热传导性更低，因此相对比地，在晶界相的面积占有率大的外面3b，在半导体元件20产生的热难以在沿着外面3b的方向(图1(b)中的横向)上扩散，相对比地，由于变得易于在晶界相的面积占有率小的内面3a侧(图1(b)中的纵向)移动，因此在半导体元件20产生的热的热传导性得到提升。另外，内面3a的晶界相的面积占有率优选为0.1面积％以上4.0面积％以下。在内面3a的晶界相的面积占有率满足上述范围时，除了优良的散热特性以外，即使流过高的压力的流体，也能抑制内面3a中的脱粒所带来的损伤。另外，外面3b的晶界相的面积占有率优选为8.0面积％以上23.0面积％以下。在外面3b的晶界相的面积占有率满足上述范围时，能使得除了优良的散热特性以外，在机械特性上也优良。在此，盖体部3的内面3a以及外面3b的晶界相的面积占有率的测定方法，例如有如下记述的方法。首先，在从盖体部3切出适当大小的样本后，使用扫描型电子显微镜(SEM)将倍率设为1000～6000倍来进行观察，在通过元素映射(例如若在晶界相包含镁(Mg)则指定镁)确认晶界相的位置后，拍摄反射电子像。接下来，对得到的照片使用图像解析软件“A像くん”(注册商标，“旭化成Engineering(株)”制，另外，以后在记作图像解析软件“A像くん”的情况下设为表示旭化成Engineering(株)制的图像解析软件)，为了使晶界相与结晶相的对比度变得明确而设定阈值，进行图像解析，将在任意的5处测定该作业的平均值设为晶界相的面积占有率。另外，还能在元素映射中使用电子射线微型分析仪(EPMA)。另外，在晶界相的面积占有率的测定时进行研磨的情况下，相对于盖体部3的厚度，各个研磨量在到50μm程度为止的范围内，使内面3a以及外面3b的研磨量相同。另外，进行热交换的壁部即盖体部3优选内面3a中的平均结晶粒径大于外面3b中的平均结晶粒径。在满足这样的构成时，由于在外面3b妨碍结晶相间的热传导的界面较多，因此在沿着外面3b的方向上热难以扩散，在内面3a侧，热变得易于移动，在半导体元件20产生的热与流过流路2的流体即制冷剂能效率良好地进行热交换，散热特性得到提升。另外，内面3a的平均结晶粒径例如为1.3μm以上4μm以下，外面3b的平均结晶粒径为0.5μm以上1μm以下。在此，作为盖体部3的内面3a以及外面3b的平均结晶粒径的测定方法，例如在从盖体部3切出包含内面3a以及外面3b的适当大小的样本后，在相对于盖体部3的厚度到50μm程度为止范围内，以相同研磨量对内面3a以及外面3b进行镜面研磨。接下来，在使用SEM对各个研磨面在1000～6000倍下观察、拍摄后，使用图像解析软件“A像くん”来进行图像解析，由此能求得平均结晶粒径。另外，利用图像解析软件”A像くん”的图像解析遵循JIS R 1670-2006标准。另外，其他还能使用弦长法来求取平均结晶粒径。具体地，对拍摄的照片，根据位于一定长度的直线上的结晶相的个数来测定粒径，在多处进行该测定，求取平均值即可。另外，在本实施方式的流路构件1中，盖体部3优选内面3a的算术平均粗糙度Ra为0.2μm以上。在满足这样的构成时，流过流路2内的流体在内面3a变得易于出现紊流，热交换效率得到提升，流路构件1的散热特性得到提升。另外，为了在高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流路构件，被壁包围的空间是流体流过的流路，所述壁由陶瓷构成，所述流路构件的特征在于，所述壁当中进行热交换的壁部的内面中的晶界相的面积占有率小于外面中的晶界相的面积占有率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.25 JP 2014-0619791.一种流路构件，被壁包围的空间是流体流过的流路，所述壁由陶瓷构成，所述流路构件的特征在于，所述壁当中进行热交换的壁部的内面中的晶界相的面积占有率小于外面中的晶界相的面积占有率。2.根据权利要求1所述的流路构件，其特征在于，所述内面中的平均结晶粒径大于所述外面中的平均结晶粒径。3.根据权利要求1或2所述的流路构件，其特征在于，所述内面中的算术平均粗糙度Ra为0.2μm以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的流路构件，其特征在于，在所述壁部的与所述外面垂直的截...

【专利技术属性】
技术研发人员：石峰裕作，小松原健司，
申请(专利权)人：京瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP