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。技术领域本发明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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本发明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结果的图。这里，作为陶瓷的材料而对氧化铝、铝硅合金、氮化铝、氮化硅分别表示评价结果。氧化铝以及铝硅合金的热传导率低且散热性低。此外，所谓氧化铝和氮化铝，由于弯曲强度低且机械的特性比其他的材料差，因此不能得到用于与焊盘部20接合的充分的强度。此外由于氮化铝其断裂韧性值低且耐蚀性差，因此在作为流路的表面材料使用的情况下有可能发生腐蚀。与此相对地，氮化硅在散热性、机械的特性、绝缘信赖性以及耐蚀性的所有方面具有优良的特性，作为绝缘基板部30的材料是适当的。封固构造部40是由例如树脂等形成的绝缘体。封固构造部40通过例如模具或浇灌(potting)而将半导体封装的半导体元件10或焊盘部20等覆盖以及封固。封固构造部40通过至少将半导体元件10封固来防止半导体元件10与水或空气接触，回避半导体元件10的劣化。封固构造部40可以配置为，将焊盘部20的一部分露出。本实施方式的半导体封装，作为半导体元件10而采用了从电流开始流动起到急速地开始温度上升为止需要规定的时间例如3秒左右的半导体元件。例如，在本实施方式的半导体封装作为搭载在车辆上的变换器电路使用的情况下，在车辆的加速器被踩踏时在半导体元件10中流过电流。车辆的加速器在长时间中被踩踏是稀有的，因此为了将半导体元件10有效地冷却，将在半导体元件10中开始流过电流后规定的时间中的半导体元件10的温度上升抑制得低是有效的。本实施方式的半导体封装在作为热源的半导体元件10和与冷却介质接触的绝缘基板部30的冷却面36之间具有焊料12、焊盘部20、绝缘基板部30的传热区域部分35。从而，由半导体元件10产生的热被向焊盘部20散热、进而被向绝缘基板部30的传热区域部分35散热，通过冷却介质冷却。此外，在焊盘部20连接着引线的情况下，通过从引线向焊盘部20流动的电流，在引线与焊盘部20的连接部分产生热。在引线与焊盘部20之间产生的热被向焊盘部20散热，进而被向绝缘基板部30的传热区域部分35散热，通过冷却介质冷却。在从热源到冷却介质之间含有传热系数低的部件的情况下，热流(日语：熱流束)在与传热系数低的部件相接触的部件内扩散。因此，与传热系数低的部件接触的部件的体积越大，则越能够吸收由热源产生的热。此外，由热源产生的热在与冷却介质接触的冷却面上向比热源的接触面积更广的区域扩散，冷却面的温度与热源相比变低。但是，本实施方式的半导体封装中，在热源与冷却面36之间不包含传热系数低的部件，因此有可能由热源产生的热不略微扩散地传递到冷却面36。若由热源产生的热不扩散地传递到冷却面36，则导致冷却性能显著降低。该情况下，仅冷却面36的一部分被用于热交换，因此成为无用地需要高压且高速的冷却介质的流动的冷却系统。如上述那样，本实施方式的半导体封装中，由热源产生的热不略微扩散地传递到冷却面36，从而有可能成为效率低的冷却系统，因此本申请发明者们检讨了将焊盘部20的厚度(层叠方向的宽度)H1和传热区域部分的厚度(层叠方向的宽度)H2改变时的各自的散热能力。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示出了在与层叠方向大致正交的方向上将半导体元件10的宽度L1设为10[mm]、传热区域部分35的宽度L2设为30[mm]、传热系数(日语：熱伝達率)设为6000[W/(m2K)]、绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度H2设为0.25[mm]、使焊盘部20的厚度H1[mm]在0.5[mm]以上且10[mm]以下的范围变化而进行了模拟后的结果。这里将横轴设为焊盘部20的厚度H1[mm]，将纵轴设为使最大的散热能力为1时的散热能力[W/W]。另外所谓散热能力，是指将半导体元件所容许的最大散热量[W]作为基准的值。通过使最大的散热能力为1，将半导体元件的容许温度的影响除去。根据该模拟结果，在焊盘部20的厚度H1小时散热能力低，在焊盘部20的厚度H1为1.5[mm]时能够得到最大的散热能力的大致80％，在为2[mm]时能够得到最大的散热能力的大致85％。此外，在焊盘部20的厚度H1为4[mm]时能够得到最大的散热能力的大致98％，在焊盘部20的厚度H1为5[mm]时能够得到最大的散热能力的大致99％，在焊盘部20的厚度H1为5[mm]以上时能够大致得到与最大散热能力同等的结果。另外，上述的模拟结果即使是改变了半导体元件10的宽度L1和传热区域部分35的宽度L2和传热系数(heattransfercoefficient)的情况也能够得到大致相同的结果。根据上述的结果，为了得到充分的散热能力，优选焊盘部20的厚度H1设为1.5[mm]以上，更优选的是设为2[mm]以上。另一方面，为了实现半导体封装的小型化、轻量化以及低价格化，焊盘部20的厚度H1做得薄者是优选的。从而，优选焊盘部20的厚度H1设为能够得到大致最大的散热能力的范围的最小值，例如设为5[mm]以下是优选的。对于厚度H1的最大值而言，考虑散热能力和半导体封装的厚度而在设计时适当变更。图4是表示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4示出了在与层叠方向正交的方向上将半导体元件10的宽度L1设为10[mm]、传热区域部分35的宽度L2设为30[mm]、传热系数设为6000[W/(m2K)]、焊盘部20的厚度H1设为2[mm]而使绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度H2在0.1[mm]以上且2[mm]以下的范围内变化并进行了模拟后的结果。这里设横轴为焊盘部20的厚度H1[mm]，设纵轴为使最大的散热能力为1时的散热能力。另外所谓散热能力，是指以半导体元件所容许的最大散热量[W]为基准的值。通过使最大的散热能力为1，将半导体元件的容许温度的影响除去。根据该模拟结果，有绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度H2越薄则热能力越好的倾向，在厚度H2为0.25mm以下时，散热能力[W/W]没有变化。另外，上述的模拟结果即使是改变了半导体元件10的宽度L1、传热区域部分35的宽度L2、传热系数的情况也能够得到大致相同的结果。若绝缘基板部30的传热区域部分35变厚，材料的成本上升，难以将半导体封装的单价抑制得低。另一方面若传热区域部分35过于薄，则作为基板不能得到充分的强度，在被施加冲击等时会导致绝缘基板部30破损。从而，传热区域部分35的厚度H2只要是作为基板的可得到强度的最小厚度例如0.2[mm]以上的厚度即可。在将陶瓷片层叠而形成绝缘基板部30的情况下，传热区域部分35的厚度H2依赖于形成绝缘基板部30的陶瓷片的单位厚度，因此例如传热区域部分35的厚度H2的最小值为一片陶瓷片的厚度。此外，即使是例如机车(locomotive)中6.5kV模块的情况，为了确保绝缘性，传热区域部分35只要是1[mm]的厚度就足够。根据以上的说明，传热区域部分35的厚度H2优选的是，设为例如0.2[mm]以上且1[mm]以下。如上所述，通过使焊盘部20的厚度和绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度为适当的值，能够提供一种即使是在半导体元件10与冷却面36之间仅配置焊料12和焊盘部20和绝缘基板部30的传热区域部分35、也具备充分的散热能力的布线基板SB以及半导体封装。即，根据本实施方式，能够提供冷却性能高的布线基板以及包含布线基板在内的半导体封装。进而，本实施方式的半导体封装仅具备半导体元件10、焊盘部20、绝缘基板部30和封固构造部40，由于构成变少，所以能够实现小型化、轻量化、低价格化。图5是用于说明第2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。另外，在以下的多个例的说明中，对于与上述的第1实施方式相同的构成附加相同的符号而省略说明。本实施方式中绝缘基板部30的构成与图1的例不同，其他的构成与图1所示的例相同。本实施方式的半导体封装被安装于流路套(jacket)50。绝缘基板部30具有传热区域部分35。本实施方式中，绝缘基板部30不具有突出形状部分。从而，传热区域部分35的冷却面36是大致平坦的。传热区域部分35在端部具有供与流路套50固定的螺栓54插入的螺栓孔。流路套50具有凹部56和台阶(step)部58。凹部56设置在基板面方向上的中央部分。凹部56与传热区域部分35对置，凹部56与传热区域部分35之间的空隙成为冷却介质的流路。台阶部58设置在将传热区域部分35与流路套50螺栓固定的部分的内侧。台阶部58上配置有O型圈52。O型圈52是弹性体，被夹在传热区域部分35与台阶部58之间，将绝缘基板部30与流路套50之间封固。如上所述，本实施方式的半导体封装通过在绝缘基板部30安装流路套50，从而在绝缘基板部30与流路套50之间形成冷却介质的流路。流路套50可以不是以陶瓷为材料者，可以由例如铝等金属材料或树脂材料形成。在该例中也优选为了得到充分的散热能力而焊盘部20的厚度H1设为1.5[mm]以上，更优选的是设为2[mm]以上。此外，为了实现半导体封装的小型化、轻量化以及低价格化，优选的是焊盘部20的厚度H1设为5[mm]以下。此外，传热区域部分35的厚度H2只要是必要最小限度的厚度即可，优选的是传热区域部分35的厚度H2设为例如0.2[mm]以上且1[mm]以下。如上所述，通过将焊盘部20的厚度和绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度设为适当的值，与上述的实施方式同样，能够提供冷却性能高的布线基板以及包含布线基板在内的半导体封装。进而，根据该例，由于构成变少，所以能够实现小型化、轻量化、低价格化。图6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一例的剖视图。本实施方式中绝缘基板部30以及封固构造部40的构成与图1的例不同，其他的构成与图1所示的例相同。本实施方式的半导体封装被安装于流路套50。绝缘基板部30具有传热区域部分35、多个突出形状部分34以及面形状部38。传热区域部分35在端部具有供与流路套50固定的螺栓54插入的螺栓孔。面形状部38与多个突出形状部分34的各个端部连续地形成。即，突出形状部分34的一端与传热区域部分35连续，另一端与面形状部38连续。所谓传热区域部分35、突出形状部分34以及面形状部38，通过氮化硅等的陶瓷一体地形成。陶瓷在烧结时收缩，因此在本实施方式中，将突出形状部分34的另一端与面形状部38连接，回避绝缘基板部30的翘曲。封固构造部40将半导体元件10覆盖，焊盘部20的一部分从封固构造部40露出。在焊盘部20露出的部分能够连接引线或母线。上述以外的构成与图5所示的半导体封装相同。即，流路套50具有凹部56和台阶部58。本实施方式的半导体封装中，通过在绝缘基板部30安装流路套50，从而在绝缘基板部30与流路套50之间形成冷却介质的流路。流路套50经由例如低热传导的密封(sealing)件连接，因此不需要散热能力，只要能够形成流路，材料可以是任意的。流路套50可以不将陶瓷作为材料，可以由例如铝等金属材料或树脂材料形成。在该例中也优选为了得到充分的散热能力而焊盘部20的厚度H1设为1.5[mm]以上，更优选的是设为2[mm]以上。此外为了实现半导体封装的小型化、轻量化以及低价格化，优选的是焊盘部20的厚度H1设为5[mm]以下。此外，传热区域部分35的厚度H2只要是必要最小限度的厚度即可，优选的是传热区域部分35的厚度H2设为例如0.2[mm]以上且1[mm]以下。如上所述，通过将焊盘部20的厚度和绝缘基板部30的传热区域部分35的厚度设为适当的值，能够与上述的实施方式同样地提供冷却性能高的布线基板以及包含布线基板在内的半导体封装。进而，根据该例，由于构成变少，因此能够实现小型化、轻量化、低价格化。说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例而提示的，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他的各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等价的范围中。例如，在第1实施方式中，绝缘基板部30的突出形状部分34也可以省略。即使是该情况，也能够得到与上述的第1实施方式的布线基板以及半导体封装相同的效果。此外，在第1实施方式以及第2实施方式中，封固构造部40可以以将焊盘部20的一部分露出而覆盖半导体元件10的方式配置。即使是该情况也能够得到与上述的第1实施方式以及第2实施方式相同的效果。此外，在第2实施方式以及第3实施方式中，将布线基板SB固定在流路套50的方法不限定于上述的方法。