JPH01101657A - 半導体装置用基板材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種の集積回路などに用いられる、半導体装
置用の基板材料に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置用の基板としては、トランジスタ等の半導体
素子を塔載するための基板と、半導体素子から熱を放散
するために取り付ける放熱基板とがある。

半導体素子塔載用の基板を構成する材料は、熱応力によ
る歪を発生しないように、熱膨張係数が半導体素子の熱
膨張係数（例えばＳｌが２．５Ｘ１０＝ル及びＧａＡｓ
が５．７Ｘ１０　　／４：′）とあまり変わらないこと
が要求される。この要求に適合する基板材料として、従
来からフバール又は４２アロイ等のＮ１合金、及びＡ４
０　　又はフォルステライト等のセラミ、ツクスが使用
されてさた。

又、放熱基板の材料としては、Ａｔ　Ｎ　Ａｕ　１Ｓ　
ｉ　ｃＸＡ！Ｎ及びダイヤモンド等が知られているが、
安価で熱伝達率が０．４９　ａａ、１１０ｍ・８ｅｃ・
Ｃと高いＡノが最も一般的に使用されている。

しかし、ＳｌやＧａＡｓなどの半導体素子が回路の高集
積化に伴ない年々大型化してくるに従って、半導体素子
の発熱量が多くなり、これを塔載Ｔる基板については熱
膨張係数の差以外に熱放散性にも優れていることが必要
になってさた。又、放熱基板については、逆に半導体素
子との熱膨張係数の差による剥離の問題が生じ、この差
を小さくすることが要求されている。

熱論、半導体素子塔載用の基板と放熱用の基板のいずれ
にも使用できるような特性をもった基板材料はいまだ知
られていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はかかる従来の事情に鑑み、熱膨張係数と熱放散
性の両方について満足丁べさ性質を有し、半導体素子塔
載用にも放熱用にも適用可能な半導体装置用基板材料を
提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の半導体装置用基板材料は、２０〜７０体積％の
珪素を含有した銀又は銀合金からなることを特徴とする
ものである。

この半導体装置用基板材料は粉末冶金の手法に従って製
造することができ、例えばＡｔ又はＩｄ金合金粉末と８
１粉末、若しくはＡｔ　−Ｓｉ合金又はＡｔ−３ｉ系合
金の粉末を成形し、熱間でのホットプレス、押出又は鍛
造などの塑性加工により固化成形する方法による。

〔作用〕

本発明では、合金マトリックスとして銀又は銀合金を採
用し、これに多重の珪素を添加して熱膨張係数と熱伝導
率を調整することによって、半導体素子と近似した熱膨
張係数な有し且つ良好な熱伝導度を呈する材料が得られ
ることを見い出したものである。

合金元素として特にＳｌを用いるのは、Ａｇの熱膨張係
数を低下させる効果が大さく、しかも状態図から判るよ
うに室温近傍でＡｇ中に殆ど固溶せず、従って熱伝導度
を高いレベルに維持でさるからである。かかるＳｌの含
有量が２０体積％未満では熱膨張係数が大きくなり丁ぎ
、又７０体積％を超えると熱伝導率が低下し、塑性加工
性も著しく悪くなる。Ｓ１含有量を調整して、材料の熱
膨張係数を１６Ｘ１０＝／ｌ：以下と丁れば、半導体装
置用基板として特に好ましい。

又好ましくは、含有される珪素の粒径を５０μｍ以下と
することによって、材料の塑性加工性や機械加工性を改
善することができる。

この半導体装置用基板材料は、半導体素子搭載用として
も放熱用としても又その両者を兼ねる基板としても使用
できるが、用途により電気絶縁性が要求される場合には
、その表面にセラミックス又は有機絶縁体からなる薄膜
コーティングを施丁ことによって、従来セラミックスが
使用されていたような用途にも応用することが可能であ
る。

又、この半導体装置用基板材料は、Ａｇ−９ｉの共晶点
が約８３０Ｃと高いので、ガラス封止性やロウ付は性に
も優れている。

〔実施例〕

エアーアトマイズ法によって、Ｓ１含有量を体積割合で
１５％、２０％、４５％、７０％及び７５％と変化させ
たＡｇ−３ｉ合金粉末を製造した。この合金粉末のうち
６０メツシユ以下の粉末を銅の容器に充填して真空封入
した後、５００ｔ：’で熱間押出を行ない、寸法が４０
Ｘ８Ｘ１０００！１１１の板材を得た。この板材から試
験片３切り出し、熱膨張係数及び熱伝導度を測定した結
果を第１表に示した。

第　　　　１　　　　表 第１表から判るように、Ｓ１含有量が２０体積％未満で
は熱膨張係数が著しく大さく、又７０体積％を超えると
熱伝導度が低下すると共に塑性加工が困難になる。

第１表に示したＳ１含有ｉ　２０％、４５％及びプ０％
の各材料を、第１図に示すようにＡｇ−３ｉ放熱基板１
に成形し、通常の如＜　Ｓｔ半導体チップ２を塔載して
配線したＡＩＯ基板３に接続した。この本発明のＡｇ−
８ｉ放熱板１はＡｌ２Ｏ３基板３やＡｌ２Ｏ３外囲器４
との熱膨張係数の差が小さいため、ＩＣ実装工程におい
て熱応力による歪を低減でき又熱放散性にも優れ、半導
体装置として長寿命であって信頼性に優れていることが
確められた。

更に、第１表のＳｉ含有量４５％及び７０％の各材料を
、第２図に示すように表面にＡ４０　　コーチイングを
施してＮ気的絶縁性を確保したＡｇ−３Ｊ、基板５とし
、このＡｇ−３ｉ基板５に通常の如くパワートランジス
タ７、抵抗８、信号トランジスタ９等を第２図の如く塔
載し、リード線１０を接続して各々を配線した。この本
発明のＡｇ−５ｉ基板５は各半導体チップ類との接続個
所に熱応力による歪を低減でき且つ熱放散性にも優れて
いることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体素子や外囲器材料との熱膨張係
数の差が小さく従って熱応力による歪の発生を低減でき
、且つ熱放散性にも優れており、半導体素子の大型化及
び大電力化に対応可能で、半導体素子搭載用にも放熱用
にも適用可能な半導体装置用基板材料を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置用基板材料を放熱板として
用いた半導体装置の断面図であり、第２図は本発明の半
導体装置用基板材料を半導体素子塔載用基板として用い
た半導体装置の断面図である。 １・・Ａｇ−５ｉ放熱板　２・・半導体チップ３・・ｐ
、ｔ　ｏ　　基板　４・・ＡｌＯ外囲器５・・Ａｇ−Ｓ
　ｉ基板　６・・Ａｔ　Ｏコーティング７・・パワート
ランジスタ　８・・抵抗９・・信号トランジスタ　１０
・・ＩＪ−１’ｉ出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２０〜７０体積％の珪素を含有した銀又は銀合金
   からなる半導体装置用基板材料。
2. （２）含有される珪素の粒径が５０μｍ以下であること
   を特徴とする、特許請求の範囲（１）項記載の半導体装
   置用基板材料。
3. （３）熱膨張係数が１６×１０＾−＾６／℃以下である
   ことを特徴とする、特許請求の範囲（１）項記載の半導
   体装置用基板材料。