JPH0222831A - 高温用熱膨張調整材 - Google Patents
高温用熱膨張調整材Info
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- JPH0222831A JPH0222831A JP63172286A JP17228688A JPH0222831A JP H0222831 A JPH0222831 A JP H0222831A JP 63172286 A JP63172286 A JP 63172286A JP 17228688 A JP17228688 A JP 17228688A JP H0222831 A JPH0222831 A JP H0222831A
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- alloy
- kovar
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
- H10W72/381—Auxiliary members
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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。
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、パッケージ型半導体デバイスなどにおけるセ
ラミックス基板と封止部品との銀ろう付は接合などにお
いて、熱膨張差を具合よく整合させ得る熱膨張調整材に
関するものである。
ラミックス基板と封止部品との銀ろう付は接合などにお
いて、熱膨張差を具合よく整合させ得る熱膨張調整材に
関するものである。
［従来の技術］
例えばパッケージ型の半導体デバイスにおいては、第３
図に示すように、ＡＪ ２０３セラミツクス基板３を銀
ろう２により筐体１゛に接合し、前記セラミックス基板
３にパワー用ダイオードの如きＳｉチップ５を半田４に
より接合することが行なわれている。
図に示すように、ＡＪ ２０３セラミツクス基板３を銀
ろう２により筐体１゛に接合し、前記セラミックス基板
３にパワー用ダイオードの如きＳｉチップ５を半田４に
より接合することが行なわれている。
この場合、筐体とセラミックス基板との銀ろう付けにお
いては、約４００〜９００℃の高温に加熱されるため、
Ａｌ２Ｏ３セラミックスと筐体との熱膨張の整合を得る
必要があり、筐体側の材料には一般にその熱膨張係数が
セラミックスに近いコバールのような低膨張性合金が使
用されている。
いては、約４００〜９００℃の高温に加熱されるため、
Ａｌ２Ｏ３セラミックスと筐体との熱膨張の整合を得る
必要があり、筐体側の材料には一般にその熱膨張係数が
セラミックスに近いコバールのような低膨張性合金が使
用されている。
［発明が解決しようとする課題］
筐体であるコバールに上記ＡｊｚＯａセラミックスを銀
ろう付けする場合、コバール表面における銀ろう（Ａ＜
１−２８％ＣＵ合金など）との濡れ性が悪く、ろう付は
後の剥離などその信頼性にとかくの問題を残していた。
ろう付けする場合、コバール表面における銀ろう（Ａ＜
１−２８％ＣＵ合金など）との濡れ性が悪く、ろう付は
後の剥離などその信頼性にとかくの問題を残していた。
本発明の目的は、上記した銀ろう付は上での懸念を解消
し、コバールの有するセラミックスとのずぐれな熱膨張
整合性をそのまま維持しつつろう付は性を大巾に改善し
た高温用熱膨張調整材を提供しようとするものである。
し、コバールの有するセラミックスとのずぐれな熱膨張
整合性をそのまま維持しつつろう付は性を大巾に改善し
た高温用熱膨張調整材を提供しようとするものである。
［課題を解決するための手段］
本発明は、コバールの両面に銅又は銅合金をクラッドし
、銅・コバール・銅の厚さ比が２：１：２から好ましく
はｔ 二２００ ： ｔとくに必要あらば１：５００：
１の範囲となるように構成したものである。
、銅・コバール・銅の厚さ比が２：１：２から好ましく
はｔ 二２００ ： ｔとくに必要あらば１：５００：
１の範囲となるように構成したものである。
［作用］
上記の構成比であれば、コバールの有するセラミックス
との熱膨張整合性を害することなく表面に銅層を有する
ことによるろう付は性の大巾な改善と安定化を達成する
ことができ、半導体デバイスとしての信頼性の向上に寄
与することができる。
との熱膨張整合性を害することなく表面に銅層を有する
ことによるろう付は性の大巾な改善と安定化を達成する
ことができ、半導体デバイスとしての信頼性の向上に寄
与することができる。
［実施例］
以下に、本発明について実施例を参照し説明する。
本発明においては、第１図に示すようにコバール（２８
〜３１％Ｎｉ、１２〜１４％Ｃｏ、残部ＦｅならびにＣ
を０．０２％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｍｎを０．８
％以下としてなる合金）１ａの両面に銅又は銅合金１ｂ
、ｌｂをクラッドし、熱膨張調整可能なりラッド材１に
構成する。
〜３１％Ｎｉ、１２〜１４％Ｃｏ、残部ＦｅならびにＣ
を０．０２％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｍｎを０．８
％以下としてなる合金）１ａの両面に銅又は銅合金１ｂ
、ｌｂをクラッドし、熱膨張調整可能なりラッド材１に
構成する。
両面にクラッドするのは、加熱の際の反りを防止し熱的
安定性を確保するためである。
安定性を確保するためである。
銅又は銅合金をクラッドするのは、Ａｌ２Ｏ３セラミッ
クス３と接合させる際に、銅が銀ろうとの濡れ性ならび
に接合性においてとくにすぐれているためである。すな
わち、第２図に示すように本発明に係るクラツド材１を
用いることにより銀ろう２が接するのはコバール１ａで
はなく銅層１ｂとなり、銅そのものとの銀ろう付けと変
るところがなく、安定かつすぐれた接合を得ることがで
きる。
クス３と接合させる際に、銅が銀ろうとの濡れ性ならび
に接合性においてとくにすぐれているためである。すな
わち、第２図に示すように本発明に係るクラツド材１を
用いることにより銀ろう２が接するのはコバール１ａで
はなく銅層１ｂとなり、銅そのものとの銀ろう付けと変
るところがなく、安定かつすぐれた接合を得ることがで
きる。
第４図は、上記のようにして得た本発明に係るクラツド
材とＡｌ２Ｏ３セラミックスとの熱膨張量の温度による
変化を示す線図である。
材とＡｌ２Ｏ３セラミックスとの熱膨張量の温度による
変化を示す線図である。
第４図かられかるように、熱膨張の観点からみると、ク
ラツド材における銅の板厚比が小さいほどその熱膨張量
がセラミックスに近接してくることになる。しかし、銅
・コバール・銅の板厚比が１：２００：１（Ｃｕ被覆体
積率約１％）よりも小さくなると、銅の厚さが不足気味
となり、前記したろう付は性の改善がやや不十分となる
上、銅のずぐれた熱伝導性に基く熱放散能力も低下し好
ましくない、しかしながら、とくに必要性のある場合１
：５００：１（Ｃｕ被覆体積率約０．４％）まで小さく
することは可能である。
ラツド材における銅の板厚比が小さいほどその熱膨張量
がセラミックスに近接してくることになる。しかし、銅
・コバール・銅の板厚比が１：２００：１（Ｃｕ被覆体
積率約１％）よりも小さくなると、銅の厚さが不足気味
となり、前記したろう付は性の改善がやや不十分となる
上、銅のずぐれた熱伝導性に基く熱放散能力も低下し好
ましくない、しかしながら、とくに必要性のある場合１
：５００：１（Ｃｕ被覆体積率約０．４％）まで小さく
することは可能である。
上記の熱放散の意味からすれば、銅の板厚比は大きい方
が好ましいことになるが、第４図からもわかるように銅
の板厚比が大きくなると熱膨張量が次第に増大しセラミ
ックスとの整合性が悪くなる。
が好ましいことになるが、第４図からもわかるように銅
の板厚比が大きくなると熱膨張量が次第に増大しセラミ
ックスとの整合性が悪くなる。
従って、銅・コバール・銅の板厚比の上限としては２：
ｌ：２までが限度となるのである。
ｌ：２までが限度となるのである。
なお、銅層については純銀であっても差支えはないが、
合金成分を２重量％以下添架したＣｕ −Ｓｎ合金、Ｃ
ｕ−Ａｇ合金、ｃｕ−Ｚｒ合金、Ｃｕ−Ｐ合金、ｃｕ−
ｚｎ合金あるいはＣｕ −Ａ、Ｉ！２０３複合材などを
用いれば、ろう付は性の改善と同時に耐熱性の改善をも
実現することができ、非常に好ましいということができ
る。
合金成分を２重量％以下添架したＣｕ −Ｓｎ合金、Ｃ
ｕ−Ａｇ合金、ｃｕ−Ｚｒ合金、Ｃｕ−Ｐ合金、ｃｕ−
ｚｎ合金あるいはＣｕ −Ａ、Ｉ！２０３複合材などを
用いれば、ろう付は性の改善と同時に耐熱性の改善をも
実現することができ、非常に好ましいということができ
る。
実施例１゜
冷間圧延圧接により銅層・コバール層・銅層の各板厚が
９．９ａｍ： １．９８ｍｍ： ９．９）ｔｍとなるよ
うにして銅・コバール・銅クラツド材（全板厚２．０＋
ｍ）を製作した。このクラツド材をメタルキャップに加
工し、これとＡｌ２Ｏ３セラミックスとをＡＱろう（Ａ
ｇ−２８％Ｃｕ合金）で接合してセラミックパッケージ
を組立てたところ、ろう付は性も良好でしかも室温に冷
却した後もＡｊ２０３セラミックスとの熱膨張差による
剥離もなく、良好なパッケージを得ることができた。
９．９ａｍ： １．９８ｍｍ： ９．９）ｔｍとなるよ
うにして銅・コバール・銅クラツド材（全板厚２．０＋
ｍ）を製作した。このクラツド材をメタルキャップに加
工し、これとＡｌ２Ｏ３セラミックスとをＡＱろう（Ａ
ｇ−２８％Ｃｕ合金）で接合してセラミックパッケージ
を組立てたところ、ろう付は性も良好でしかも室温に冷
却した後もＡｊ２０３セラミックスとの熱膨張差による
剥離もなく、良好なパッケージを得ることができた。
実施例２６
耐熱性の複合材であるＣｕ−０，１％ＡｊｚＯａ複合材
（軟化温度６００℃）とコバールとを組合せ、第１図の
断面形状になるよう３層＃を造のクラツド材に冷間圧延
圧接した。さらに、８００℃で金属接合を十分にするた
めの拡散前、熱処理後、仕上圧延を行ない、全板厚が１
．０ｗ、 ｃｕ−Ａｊｚ Ｏ３・コバール・Ｃｕ−Ａ第２０３の板
厚比を０．０２：０．９６：０．０２としてなる本発明
に係るクラツド材を製作した。
（軟化温度６００℃）とコバールとを組合せ、第１図の
断面形状になるよう３層＃を造のクラツド材に冷間圧延
圧接した。さらに、８００℃で金属接合を十分にするた
めの拡散前、熱処理後、仕上圧延を行ない、全板厚が１
．０ｗ、 ｃｕ−Ａｊｚ Ｏ３・コバール・Ｃｕ−Ａ第２０３の板
厚比を０．０２：０．９６：０．０２としてなる本発明
に係るクラツド材を製作した。
このクラツド材をメタルキャ・ｙプに加工し、ＡｊｚＯ
３セラミックスとＡｇろう（Ａ（Ｊ −２８％Ｃｕ合金
）を用い温度９００℃で接合し、マルチレイヤー型のセ
ラミックパッケージに組立てた。
３セラミックスとＡｇろう（Ａ（Ｊ −２８％Ｃｕ合金
）を用い温度９００℃で接合し、マルチレイヤー型のセ
ラミックパッケージに組立てた。
Ａｇろうによるろう付は性はきわめて良好で、しかも室
温に冷却してもＡＮｚＣ）３セラミツクスの熱膨張によ
る割れもなく、良好なパッケージを得ることができた。
温に冷却してもＡＮｚＣ）３セラミツクスの熱膨張によ
る割れもなく、良好なパッケージを得ることができた。
実施例３゜
２、Ｏｆｌ厚さのｃｕ−ｏ、ｔ％Ｚｒ合金素条と１．０
ｍ＋厚さのコバール合金素条と２．０ｆｌ厚さのｃｕ−
ｏ、ｔ％Ｚ「合金素条とを重ね合せ、冷間圧延圧接およ
び仕上圧延して、板厚２．０市の３層構造のクラツド材
を製作した。このクラツド材を金属基板としてこれに厚
さ１．０ａｍのＡＪ ２０ａセラミツクスをＡ（Ｊろう
（ＡＱ −２２％Ｃｕ−１８％Ｚｎ−５％Ｓｎ合金）を
用いて接合し、さらにＡｌ２Ｏ３セラミツクス上にパワ
ー用のＳｉダイードを半田付けして、第２図に示すよう
な構成よりなるデバイスを作製した。この場合、ＡＱろ
う付は温度７００℃から室温に冷却したが、Ａ１ｚＯ３
セラミックスの割れもなく良好な表面実装メタルを得る
ことができた。
ｍ＋厚さのコバール合金素条と２．０ｆｌ厚さのｃｕ−
ｏ、ｔ％Ｚ「合金素条とを重ね合せ、冷間圧延圧接およ
び仕上圧延して、板厚２．０市の３層構造のクラツド材
を製作した。このクラツド材を金属基板としてこれに厚
さ１．０ａｍのＡＪ ２０ａセラミツクスをＡ（Ｊろう
（ＡＱ −２２％Ｃｕ−１８％Ｚｎ−５％Ｓｎ合金）を
用いて接合し、さらにＡｌ２Ｏ３セラミツクス上にパワ
ー用のＳｉダイードを半田付けして、第２図に示すよう
な構成よりなるデバイスを作製した。この場合、ＡＱろ
う付は温度７００℃から室温に冷却したが、Ａ１ｚＯ３
セラミックスの割れもなく良好な表面実装メタルを得る
ことができた。
応用例１゜
上記実施例においては冷間圧延圧接により３層構造の銅
・コバール・銅クラツド材を製作したが、さらに板厚比
を１：５００：１と小さくし板厚を２、Ｏｒ＊ｗａとす
るような場合には、コバール合金に約４μｍ厚の銅を蒸
着法を含む気相法あるいは電気めっき法を用いて被着さ
せ製造することが可能である。
・コバール・銅クラツド材を製作したが、さらに板厚比
を１：５００：１と小さくし板厚を２、Ｏｒ＊ｗａとす
るような場合には、コバール合金に約４μｍ厚の銅を蒸
着法を含む気相法あるいは電気めっき法を用いて被着さ
せ製造することが可能である。
応用例２゜
上記実施例においてはコバール合金として２８〜３１％
Ｎｉ −Ｌ２〜１４％Ｃｏ−、０．０２％以下のＣ−０
，２％以下の５ｉ−０，８％以下のＭｎ−残部Ｆｅより
なる合金組成のものを用いたか、低膨張コバール合金（
２９，０〜２９．５％Ｎｉ −１３，Ｏ〜１３．５％Ｃ
ｏ−０，０２％以下のＣ−０，２％以下の５ｉ−０，８
％以下のＭｎ−残部Ｆｃからなる合金組成のもの）で線
膨張係数が３０℃〜４５０℃において４．０〜４．２Ｘ
１０４／’Ｃ（通常のコバール合金は４．５〜４．ｌＸ
ｌ０逼／℃である）の素材を利用することもできる。
Ｎｉ −Ｌ２〜１４％Ｃｏ−、０．０２％以下のＣ−０
，２％以下の５ｉ−０，８％以下のＭｎ−残部Ｆｅより
なる合金組成のものを用いたか、低膨張コバール合金（
２９，０〜２９．５％Ｎｉ −１３，Ｏ〜１３．５％Ｃ
ｏ−０，０２％以下のＣ−０，２％以下の５ｉ−０，８
％以下のＭｎ−残部Ｆｃからなる合金組成のもの）で線
膨張係数が３０℃〜４５０℃において４．０〜４．２Ｘ
１０４／’Ｃ（通常のコバール合金は４．５〜４．ｌＸ
ｌ０逼／℃である）の素材を利用することもできる。
［発明の効果］
以上の通り、本発明によればつぎのようなすぐれた効果
を得ることができる。
を得ることができる。
（１１ＡＪ ２０３セラミツクスと熱膨張の傾きが類似
し、ろう付は温度９００℃から室温に冷却してもセラミ
ックスが割れたり剥離しなりするおそれのない熱膨張整
合性のある材料を得ることができる。
し、ろう付は温度９００℃から室温に冷却してもセラミ
ックスが割れたり剥離しなりするおそれのない熱膨張整
合性のある材料を得ることができる。
（２） 素材として非常に安価な銅およびコバール合
金を採用でき、安価な製品を工業的に製造することがで
きる。
金を採用でき、安価な製品を工業的に製造することがで
きる。
（３） ！ｉＡ・コバール・銅クラツド材は、加工性
に優れ、Ａｇろう付けの信頼性が高く、製品の歩留りを
向上できる利点を有する。
に優れ、Ａｇろう付けの信頼性が高く、製品の歩留りを
向上できる利点を有する。
（４） ＃Ａ・コバール・別クラッド材の板厚構成比
を２：１：２〜１：２００：１さらに必要あれば１：５
００：１までも自由に変えることによって７００〜９０
０℃の高温における熱膨張を調整できる。
を２：１：２〜１：２００：１さらに必要あれば１：５
００：１までも自由に変えることによって７００〜９０
０℃の高温における熱膨張を調整できる。
第１図は本発明に係るクラツド材の構成を示す断面図、
第２図は本発明に係るクラツド材をパッケージ用封止材
とし半導体を実装した様子を示す説明図、第３図は従来
のパッケージの実装状況を示す説明図、第４図は温度と
熱膨張との関係を示す線区である。 ：熱膨張調整材、 ２：銀ろう、 ３ ： セラミックス１． ５ ： ８１ チップ。
第２図は本発明に係るクラツド材をパッケージ用封止材
とし半導体を実装した様子を示す説明図、第３図は従来
のパッケージの実装状況を示す説明図、第４図は温度と
熱膨張との関係を示す線区である。 ：熱膨張調整材、 ２：銀ろう、 ３ ： セラミックス１． ５ ： ８１ チップ。
Claims (2)
- （１）コバール板の両面に銅又は銅合金を被覆した３層
複合材よりなり、銅層・コバール層・銅層の比を２：１
：２（銅被覆体積率８０％）から１：５００：１（銅被
覆体積率０．４％）好ましくは１：２００；１（銅被覆
体積率１％）の範囲としてなる高温用熱膨張調整材。 - （２）銅層として合金成分の添加量が２重量％以下のＣ
ｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金、Ｃｕ−Ｚｒ合金、Ｃｕ
−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金あるいはＣｕ−Ａｌ＿２Ｏ＿
３複合材を用いる請求項１記載の高温用熱膨張調整材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63172286A JPH0222831A (ja) | 1988-07-11 | 1988-07-11 | 高温用熱膨張調整材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63172286A JPH0222831A (ja) | 1988-07-11 | 1988-07-11 | 高温用熱膨張調整材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0222831A true JPH0222831A (ja) | 1990-01-25 |
Family
ID=15939114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63172286A Pending JPH0222831A (ja) | 1988-07-11 | 1988-07-11 | 高温用熱膨張調整材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0222831A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6554178B1 (en) | 1999-04-08 | 2003-04-29 | Quallion Llc | Battery case feedthrough |
| US6716554B2 (en) | 1999-04-08 | 2004-04-06 | Quallion Llc | Battery case, cover, and feedthrough |
-
1988
- 1988-07-11 JP JP63172286A patent/JPH0222831A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6554178B1 (en) | 1999-04-08 | 2003-04-29 | Quallion Llc | Battery case feedthrough |
| US6716554B2 (en) | 1999-04-08 | 2004-04-06 | Quallion Llc | Battery case, cover, and feedthrough |
| US7108166B2 (en) | 1999-04-08 | 2006-09-19 | Quallion Llc | Method for sealing a battery case |
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