JPH0247856B2 - - Google Patents
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- JPH0247856B2 JPH0247856B2 JP57019641A JP1964182A JPH0247856B2 JP H0247856 B2 JPH0247856 B2 JP H0247856B2 JP 57019641 A JP57019641 A JP 57019641A JP 1964182 A JP1964182 A JP 1964182A JP H0247856 B2 JPH0247856 B2 JP H0247856B2
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- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
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- Die Bonding (AREA)
Description
本発明は、新規な半導体装置に係り、特に高熱
伝導性電気絶縁性を有する基板を用いた半導体装
置に関する。 近年、半導体工業の進歩は目ざましく、大規模
集積回路等に使用される絶縁基板には半導体チツ
プ等の回路構成要素が増々高密度に搭載されるよ
うになつてきた。さらに大容量、小型化に対する
要請も大きくなり、使用する絶縁基板は熱放散性
の良い材料が要求されるようになつてきた。従
来、絶縁基板としてアルミナ焼結体が使用されて
いる。アルミナ基板は熱放散性があまり良くない
のでこうした目的を達成するためには、より熱放
散の大きい絶縁基板の開発が要請されるようにな
つてきた。絶縁基板材料としては、 (1) 電気絶縁性が大きいこと、 (2) 熱伝導率が大きいこと、 (3) 熱膨脹係数がシリコンの熱膨脹係数に近いこ
と、 (4) 機械的強度が大きいこと、 などが要求される。 炭化ケイ素焼結体は、その熱膨脹係数が約４×
10-6／℃で、アルミナのそれの約８×10-6／℃に
比べて小さく、シリコンの熱膨脹係数約3.3×
10-6／℃に近い。また曲げ強さ50Kg／mm2以上を有
し、アルミナのそれの約20Kg／mm2に比べると極め
て高強度であることが知られている。更に熱伝導
率は0.1〜0.3cal／cm・sec・℃でアルミナの約３
倍以上の値を有する。これらの点から、炭化ケイ
素は電気絶縁性の大きいものが開発されると、大
規模集積回路などの絶縁基板用材料として極めて
有用である。 炭化ケイ素は炭素とケイ素から成る−族化
合物半導体である。このため、電気絶縁性を有す
る高密度焼結体を得ることは困難と考えられてお
り、事実、こうしたものはこれまで見当らなかつ
た。 炭化ケイ素は共有結合性の大きい化合物である
ため、硬く強靭で、1500℃以上の高温でも耐酸化
性、耐食性に優れた安定な物質であることは良く
知られているが、この強い共有結合性のため高密
度焼結が困難な材料であつた。 そこで高密度炭化ケイ素焼結体を得るために種
種の焼結助剤が用いられてきた。 例えば、アルミニウムや鉄を添加してホツトプ
レスすることにより、炭化ケイ素の理論密度の98
％の密度を有する焼結体が得られることが知られ
ている〔Alliegro et al.J.Am.Ceram.Soc.，39，
386〜389（1956）〕。また、ホウ素と炭素を用いて、
ホツトプレス法または無加圧法で高密度の焼結体
を得る方法が知られている（特開昭49−99308
号）。これらはいずれもガスタービン用部品等の
耐熱構造材を提供することを目的とするものであ
る。これらの焼結助剤を用いた炭化ケイ素焼結体
においては焼結体の電気抵抗率の値はいずれも
100Ω・cm以下で、電気絶縁材料としては使用す
ることができない。 また、炭化ケイ素にBeを添加して焼結したも
のが、特開昭53−67711号、特開昭55−32796号公
報およびその対応米殿特許第4172109号に示され
ているが、これは原料の炭化ケイ素粉末中に0.5
〜５重量％の過剰炭素を含むものを用いて焼結し
た高強度材料に関するもので、とくにこうした過
剰炭素はその焼結体の電気絶縁性を著しく損い電
気絶縁材料としては用いることができない。 本発明の目的は放熱性の大きい半導体装置を提
供するにある。 本発明は、ベリリウムを0.1〜3.5重量％含み、
残部が実質的に炭化ケイ素である電気絶縁性焼結
体からなる基体の表面上に、半導体素子が金属に
よつて接合され、前記半導体素子接合面の前記基
体上に配線層が形成され、前記半導体素子と前記
配線層とは、金属線によつて電気的に接続されて
いることを特徴とする半導体装置にある。 また、焼結体はAl0.1重量％以下、B0.1重量％
以下、遊離炭素0.4重量％以下であることが好ま
しい。 また、焼結体はα型炭化ケイ素を主成分とする
のが好ましい。 本発明の、0.1〜3.5重量％のベリリウムを含
み、アルミニウム含有量0.1重量％以下、ホウ素
含有量0.1重量％以下である焼結体からなる基体
は室温における熱伝導率0.4cal／cm・sec・℃以
上、電気抵抗率107Ω・cm以上を有し、理論密度
の90％以上の密度が得られるので、放熱性の高い
半導体装置が得られる。 また、本発明の半導体装置は、遊離炭素0.4重
量％以下の炭化ケイ素粉末にBeOを添加した微
粉末を加工成形し、非酸化性雰囲気中、1850℃〜
2500℃でホツトプレスして焼結体中のベリリウム
が0.1〜3.5重量％で、アルミニウム0.1重量％以
下、ホウ素0.1重量％以下で、室温において、熱
伝導率0.4cal／cm・sec・℃以上、電気抵抗率107
Ω・cm以上で、かつ理論密度の90％以上に焼結さ
れた基体に半導体素子を載置するのが好ましい。 室温の電気抵抗率を107Ω・cm以上にするには
0.1以上とすることが好ましく、シリコン半導体
素子を載置した装置では、焼結体の熱膨脹係数を
４×10-6℃以下にするには3.5重量％以下のベリ
リウム量とすることが好ましい。 ベリリウムはBeOとして添加するのが良い。
BeOとしては約0.5〜14重量％添加することによ
り焼結体中に0.1〜3.5重量％含ませることができ
る。但し焼結時の雰囲気、温度によつて多少変
る。 また、本発明において、炭化ケイ素粉末中に
0.4重量％を越える遊離炭素を含まないようにす
るのが好ましい。0.4重量％を越える遊離炭素は
熱伝導率、特に電気抵抗率を著しく低下させる。 本発明において上記酸化ベリリウムおよび炭化
ケイ素粉末は、平均10μｍ、好ましくは2μｍ以下
の粒径を有する微粉末を用い、これをホツトプレ
スすることにより焼結するのがよい。焼結体中の
アルミニウムまたはホウ素は両者とも0.1重量％
以下が好ましい。アルミニウムが上記より多く含
まれると焼結体の電気抵抗率が107Ω・cmより小
さくなり好ましくない。また、ホウ素が上記より
多く含まれると熱伝導率が0.4cal／cm・sec・℃
より小さくなつてしまう。 なお、熱伝導率が0.5cal／cm・sec・℃以上の
ものを得たいときは、炭化ケイ素はその主成分が
α型SiCである粉末を用いて焼結するのが良い。 酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素粉末の焼
結は非酸化性雰囲気で行うのが良い。酸化性雰囲
気では炭化ケイ素粉末表面が酸化し高密度な焼結
体が得られにくい。 好ましい焼結温度は1850〜2500℃、更に好まし
くは1900〜2300℃である。高密度な焼結体を得る
には1850℃以上、炭化ケイ素の昇華及び過焼成を
防止し、緻密な磁器を得るには2500℃以下がよ
い。焼結時に試料を高圧で加圧するホツトプレス
法で加圧する荷重は使用するダイスの材質によつ
て決められ、黒鉛製では約700Kg／cm2まで圧力を
加えることができる。 しかし、一般にはこうした大きな圧力を加えな
くとも高密度な焼結体を得ることができる。通常
の圧力は100〜300Kg／cm2である。またサブミクロ
ンの粒径を有する炭化ケイ素粉末を使用すること
により、加圧しないでも緻密（理論値90％）な焼
結体を得ることができる。 実験例 １ 平均粒径2μｍの炭化ケイ素粉末に粒径10μｍ以
下の酸化ベリリウム粉末を0.1〜20重量％添加し
混合した、次いで混合粉末を室温で1000Kg／cm2の
圧力を加えて成形体とした。成形体は1.60〜1.67
ｇ／cm3の密度（炭化ケイ素の理論密度に対し50〜
52％の相対密度）を有する。次に成形体を黒鉛製
のダイスに入れ、減圧度１×10-5〜１×10-3torr
中でホツトプレス法により焼結した。焼結圧力は
300Kg／cm2で、加熱は室温から2000℃まで約2hで
昇温し、2000℃で1h保持したのち加熱電源を切
つて放冷した。圧力は温度が1500℃以下になつて
から解除した。上記によつて製造した炭化ケイ素
焼結体の特性とベリリウムの含有量との関係を第
１図〜第４図に示す。 第１図〜第４図の結果より、炭化ケイ素粉末に
含有するベリリウムの量が0.1〜3.5重量％の範囲
の場合に高密度で高熱伝導率、高電気抵抗率、低
熱膨脹係数（４×10-6／℃以下）を併せ有する焼
結体が得られる。 実験例 ２ 炭化ケイ素粉末に対し酸化ベリリウム粉末を４
重量％添加した混合粉末を実験例１と同様にして
ホツトプレス法により焼結体を得た。このときの
焼結体に含まれるベリリウムの含有量は約１重量
％であつた。本実験例においてはホツトプレス条
件を変えて焼結体を作製した。第１表は得られた
焼結体の特性とホツトプレス条件との関係を示す
もので、温度1850〜2500℃、圧力100Kg／cm2以上
で焼結することにより、理論密度の90％以上、
0.4cal／cm・sec・℃以上の熱伝導率、1011Ω・cm
以上の電気抵抗率および3.3×10-6／℃の熱膨脹
係数の焼結体を得た。 第７図は第１図、第２図及び第１表から求めた
熱伝導率と相対密度との関係を示す線図である。
図に示す如く、90％以上の相対密度で急激に熱伝
導率が向上する。図中の数字はBeの含有量であ
る。
伝導性電気絶縁性を有する基板を用いた半導体装
置に関する。 近年、半導体工業の進歩は目ざましく、大規模
集積回路等に使用される絶縁基板には半導体チツ
プ等の回路構成要素が増々高密度に搭載されるよ
うになつてきた。さらに大容量、小型化に対する
要請も大きくなり、使用する絶縁基板は熱放散性
の良い材料が要求されるようになつてきた。従
来、絶縁基板としてアルミナ焼結体が使用されて
いる。アルミナ基板は熱放散性があまり良くない
のでこうした目的を達成するためには、より熱放
散の大きい絶縁基板の開発が要請されるようにな
つてきた。絶縁基板材料としては、 (1) 電気絶縁性が大きいこと、 (2) 熱伝導率が大きいこと、 (3) 熱膨脹係数がシリコンの熱膨脹係数に近いこ
と、 (4) 機械的強度が大きいこと、 などが要求される。 炭化ケイ素焼結体は、その熱膨脹係数が約４×
10-6／℃で、アルミナのそれの約８×10-6／℃に
比べて小さく、シリコンの熱膨脹係数約3.3×
10-6／℃に近い。また曲げ強さ50Kg／mm2以上を有
し、アルミナのそれの約20Kg／mm2に比べると極め
て高強度であることが知られている。更に熱伝導
率は0.1〜0.3cal／cm・sec・℃でアルミナの約３
倍以上の値を有する。これらの点から、炭化ケイ
素は電気絶縁性の大きいものが開発されると、大
規模集積回路などの絶縁基板用材料として極めて
有用である。 炭化ケイ素は炭素とケイ素から成る−族化
合物半導体である。このため、電気絶縁性を有す
る高密度焼結体を得ることは困難と考えられてお
り、事実、こうしたものはこれまで見当らなかつ
た。 炭化ケイ素は共有結合性の大きい化合物である
ため、硬く強靭で、1500℃以上の高温でも耐酸化
性、耐食性に優れた安定な物質であることは良く
知られているが、この強い共有結合性のため高密
度焼結が困難な材料であつた。 そこで高密度炭化ケイ素焼結体を得るために種
種の焼結助剤が用いられてきた。 例えば、アルミニウムや鉄を添加してホツトプ
レスすることにより、炭化ケイ素の理論密度の98
％の密度を有する焼結体が得られることが知られ
ている〔Alliegro et al.J.Am.Ceram.Soc.，39，
386〜389（1956）〕。また、ホウ素と炭素を用いて、
ホツトプレス法または無加圧法で高密度の焼結体
を得る方法が知られている（特開昭49−99308
号）。これらはいずれもガスタービン用部品等の
耐熱構造材を提供することを目的とするものであ
る。これらの焼結助剤を用いた炭化ケイ素焼結体
においては焼結体の電気抵抗率の値はいずれも
100Ω・cm以下で、電気絶縁材料としては使用す
ることができない。 また、炭化ケイ素にBeを添加して焼結したも
のが、特開昭53−67711号、特開昭55−32796号公
報およびその対応米殿特許第4172109号に示され
ているが、これは原料の炭化ケイ素粉末中に0.5
〜５重量％の過剰炭素を含むものを用いて焼結し
た高強度材料に関するもので、とくにこうした過
剰炭素はその焼結体の電気絶縁性を著しく損い電
気絶縁材料としては用いることができない。 本発明の目的は放熱性の大きい半導体装置を提
供するにある。 本発明は、ベリリウムを0.1〜3.5重量％含み、
残部が実質的に炭化ケイ素である電気絶縁性焼結
体からなる基体の表面上に、半導体素子が金属に
よつて接合され、前記半導体素子接合面の前記基
体上に配線層が形成され、前記半導体素子と前記
配線層とは、金属線によつて電気的に接続されて
いることを特徴とする半導体装置にある。 また、焼結体はAl0.1重量％以下、B0.1重量％
以下、遊離炭素0.4重量％以下であることが好ま
しい。 また、焼結体はα型炭化ケイ素を主成分とする
のが好ましい。 本発明の、0.1〜3.5重量％のベリリウムを含
み、アルミニウム含有量0.1重量％以下、ホウ素
含有量0.1重量％以下である焼結体からなる基体
は室温における熱伝導率0.4cal／cm・sec・℃以
上、電気抵抗率107Ω・cm以上を有し、理論密度
の90％以上の密度が得られるので、放熱性の高い
半導体装置が得られる。 また、本発明の半導体装置は、遊離炭素0.4重
量％以下の炭化ケイ素粉末にBeOを添加した微
粉末を加工成形し、非酸化性雰囲気中、1850℃〜
2500℃でホツトプレスして焼結体中のベリリウム
が0.1〜3.5重量％で、アルミニウム0.1重量％以
下、ホウ素0.1重量％以下で、室温において、熱
伝導率0.4cal／cm・sec・℃以上、電気抵抗率107
Ω・cm以上で、かつ理論密度の90％以上に焼結さ
れた基体に半導体素子を載置するのが好ましい。 室温の電気抵抗率を107Ω・cm以上にするには
0.1以上とすることが好ましく、シリコン半導体
素子を載置した装置では、焼結体の熱膨脹係数を
４×10-6℃以下にするには3.5重量％以下のベリ
リウム量とすることが好ましい。 ベリリウムはBeOとして添加するのが良い。
BeOとしては約0.5〜14重量％添加することによ
り焼結体中に0.1〜3.5重量％含ませることができ
る。但し焼結時の雰囲気、温度によつて多少変
る。 また、本発明において、炭化ケイ素粉末中に
0.4重量％を越える遊離炭素を含まないようにす
るのが好ましい。0.4重量％を越える遊離炭素は
熱伝導率、特に電気抵抗率を著しく低下させる。 本発明において上記酸化ベリリウムおよび炭化
ケイ素粉末は、平均10μｍ、好ましくは2μｍ以下
の粒径を有する微粉末を用い、これをホツトプレ
スすることにより焼結するのがよい。焼結体中の
アルミニウムまたはホウ素は両者とも0.1重量％
以下が好ましい。アルミニウムが上記より多く含
まれると焼結体の電気抵抗率が107Ω・cmより小
さくなり好ましくない。また、ホウ素が上記より
多く含まれると熱伝導率が0.4cal／cm・sec・℃
より小さくなつてしまう。 なお、熱伝導率が0.5cal／cm・sec・℃以上の
ものを得たいときは、炭化ケイ素はその主成分が
α型SiCである粉末を用いて焼結するのが良い。 酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素粉末の焼
結は非酸化性雰囲気で行うのが良い。酸化性雰囲
気では炭化ケイ素粉末表面が酸化し高密度な焼結
体が得られにくい。 好ましい焼結温度は1850〜2500℃、更に好まし
くは1900〜2300℃である。高密度な焼結体を得る
には1850℃以上、炭化ケイ素の昇華及び過焼成を
防止し、緻密な磁器を得るには2500℃以下がよ
い。焼結時に試料を高圧で加圧するホツトプレス
法で加圧する荷重は使用するダイスの材質によつ
て決められ、黒鉛製では約700Kg／cm2まで圧力を
加えることができる。 しかし、一般にはこうした大きな圧力を加えな
くとも高密度な焼結体を得ることができる。通常
の圧力は100〜300Kg／cm2である。またサブミクロ
ンの粒径を有する炭化ケイ素粉末を使用すること
により、加圧しないでも緻密（理論値90％）な焼
結体を得ることができる。 実験例 １ 平均粒径2μｍの炭化ケイ素粉末に粒径10μｍ以
下の酸化ベリリウム粉末を0.1〜20重量％添加し
混合した、次いで混合粉末を室温で1000Kg／cm2の
圧力を加えて成形体とした。成形体は1.60〜1.67
ｇ／cm3の密度（炭化ケイ素の理論密度に対し50〜
52％の相対密度）を有する。次に成形体を黒鉛製
のダイスに入れ、減圧度１×10-5〜１×10-3torr
中でホツトプレス法により焼結した。焼結圧力は
300Kg／cm2で、加熱は室温から2000℃まで約2hで
昇温し、2000℃で1h保持したのち加熱電源を切
つて放冷した。圧力は温度が1500℃以下になつて
から解除した。上記によつて製造した炭化ケイ素
焼結体の特性とベリリウムの含有量との関係を第
１図〜第４図に示す。 第１図〜第４図の結果より、炭化ケイ素粉末に
含有するベリリウムの量が0.1〜3.5重量％の範囲
の場合に高密度で高熱伝導率、高電気抵抗率、低
熱膨脹係数（４×10-6／℃以下）を併せ有する焼
結体が得られる。 実験例 ２ 炭化ケイ素粉末に対し酸化ベリリウム粉末を４
重量％添加した混合粉末を実験例１と同様にして
ホツトプレス法により焼結体を得た。このときの
焼結体に含まれるベリリウムの含有量は約１重量
％であつた。本実験例においてはホツトプレス条
件を変えて焼結体を作製した。第１表は得られた
焼結体の特性とホツトプレス条件との関係を示す
もので、温度1850〜2500℃、圧力100Kg／cm2以上
で焼結することにより、理論密度の90％以上、
0.4cal／cm・sec・℃以上の熱伝導率、1011Ω・cm
以上の電気抵抗率および3.3×10-6／℃の熱膨脹
係数の焼結体を得た。 第７図は第１図、第２図及び第１表から求めた
熱伝導率と相対密度との関係を示す線図である。
図に示す如く、90％以上の相対密度で急激に熱伝
導率が向上する。図中の数字はBeの含有量であ
る。
【表】
【表】
実験例 ３
炭化ケイ素の焼結体は実験例１と同様に製造し
た。本実験例においては酸化ベリリウムの添加量
を３重量％とし、焼結時の雰囲気をアルゴンガ
ス、ヘリウムガスおよび窒素ガスを使用した。得
られた焼結体中のベリリウムの含有量は0.9重量
％であつた。その特性は実験例１のベリリウム含
有量１重量％の焼結体とほぼ同じであつた。 実験例 ４ 平均粒径が0.2〜20μｍの炭化ケイ素粉末に酸化
ベリリウムを２重量％添加して混合したのち、実
験例１と同様にしてホツトプレス法により焼結体
を製造した。第２表は炭化ケイ素原料粉末の平均
粒径と得られた焼結体の相対密度の関係である。
焼結体は炭化ケイ素原料粉末の平均粒径が10μｍ
以下であれば相対密度95％以下に緻密化する。ま
た、相対密度が95％以上に緻密化した焼結体は実
験例１のベリリウム含有量0.4重量％の場合と同
様な特性を示した。炭化ケイ素原料粉末の平均粒
径が10μｍより大きく、緻密化が十分進行しなか
つた焼結体では熱伝導率が0.2cal／cm・sec・℃
以下、機械的強度が10Kg／mm2以下と小さい値であ
つた。
た。本実験例においては酸化ベリリウムの添加量
を３重量％とし、焼結時の雰囲気をアルゴンガ
ス、ヘリウムガスおよび窒素ガスを使用した。得
られた焼結体中のベリリウムの含有量は0.9重量
％であつた。その特性は実験例１のベリリウム含
有量１重量％の焼結体とほぼ同じであつた。 実験例 ４ 平均粒径が0.2〜20μｍの炭化ケイ素粉末に酸化
ベリリウムを２重量％添加して混合したのち、実
験例１と同様にしてホツトプレス法により焼結体
を製造した。第２表は炭化ケイ素原料粉末の平均
粒径と得られた焼結体の相対密度の関係である。
焼結体は炭化ケイ素原料粉末の平均粒径が10μｍ
以下であれば相対密度95％以下に緻密化する。ま
た、相対密度が95％以上に緻密化した焼結体は実
験例１のベリリウム含有量0.4重量％の場合と同
様な特性を示した。炭化ケイ素原料粉末の平均粒
径が10μｍより大きく、緻密化が十分進行しなか
つた焼結体では熱伝導率が0.2cal／cm・sec・℃
以下、機械的強度が10Kg／mm2以下と小さい値であ
つた。
【表】
実験例 ５
実験例１と同じ炭化ケイ素粉末に酸化ベリリウ
ム粉末を２重量％添加し、さらに不純物としてカ
ーボンブラツク（粒径0.1μｍ以下の微粉末）を炭
化ケイ素に対して0.3〜１重量％添加して混合粉
末とした。混合粉末より実験例１に記載したもの
と同様にしてホツトプレス法により焼結体を得
た。第３表はカーボンブラツクの添加量と該焼結
体の特性との関係を示し、カーボンブラツクの添
加量が0.5重量％になると電気抵抗率106Ω・cmと
なる。
ム粉末を２重量％添加し、さらに不純物としてカ
ーボンブラツク（粒径0.1μｍ以下の微粉末）を炭
化ケイ素に対して0.3〜１重量％添加して混合粉
末とした。混合粉末より実験例１に記載したもの
と同様にしてホツトプレス法により焼結体を得
た。第３表はカーボンブラツクの添加量と該焼結
体の特性との関係を示し、カーボンブラツクの添
加量が0.5重量％になると電気抵抗率106Ω・cmと
なる。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ６ 実験例５と同様にして不純物として添加したカ
ーボンブラツクに換えて窒化アルミニウム粉末
（粒径2μｍ以下の微粉末）を炭化ケイ素に添加し
て混合粉末とした。第４表にアルミニウムの含有
量と焼結体の特性との関係を示し、アルミニウム
の含有量が0.1重量％より多くなると電気抵抗率
が著しく小さくなる。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ６ 実験例５と同様にして不純物として添加したカ
ーボンブラツクに換えて窒化アルミニウム粉末
（粒径2μｍ以下の微粉末）を炭化ケイ素に添加し
て混合粉末とした。第４表にアルミニウムの含有
量と焼結体の特性との関係を示し、アルミニウム
の含有量が0.1重量％より多くなると電気抵抗率
が著しく小さくなる。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ７ 実験例５と同様にして不純物として添加したカ
ーボンブラツクに換えて窒化ホウ素粉末（粒径
5μｍ以下の微粉末）を炭化ケイ素に添加して混
合粉末とした。第５表はホウ素の含有量と該焼結
体の特性との関係を示し、ホウ素の含有量が0.1
重量％より多くなると熱伝導率が著しく小さくな
る。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ７ 実験例５と同様にして不純物として添加したカ
ーボンブラツクに換えて窒化ホウ素粉末（粒径
5μｍ以下の微粉末）を炭化ケイ素に添加して混
合粉末とした。第５表はホウ素の含有量と該焼結
体の特性との関係を示し、ホウ素の含有量が0.1
重量％より多くなると熱伝導率が著しく小さくな
る。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ８ 炭化ケイ素粉末は高周波熱プラズマ中で合成し
た粉末を使用した。該粉末は200Å〜0.2μmの粉
径を有する極めて微細な粉末である。該粉末の平
均粒径が1μｍである酸化ベリリウム粉末を２重
量％添加して混合した。次いで該混合粉末に1000
Kg／cm2の圧力を加えて成形体としたのち、該成形
体を１×10-4torrの真空中で焼結した。室温から
2100℃まで約2hで昇温し、2100℃で0.5h保持した
のち、加熱電源を切つて放冷した。焼結体中のベ
リリウム含有量は約0.4重量％であつた。第６表
に該焼結体の特性を示す。焼結体は緻密化してお
り、高熱伝導率、高電気抵抗率及び小さい熱膨脹
係数を有している。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実験例 ８ 炭化ケイ素粉末は高周波熱プラズマ中で合成し
た粉末を使用した。該粉末は200Å〜0.2μmの粉
径を有する極めて微細な粉末である。該粉末の平
均粒径が1μｍである酸化ベリリウム粉末を２重
量％添加して混合した。次いで該混合粉末に1000
Kg／cm2の圧力を加えて成形体としたのち、該成形
体を１×10-4torrの真空中で焼結した。室温から
2100℃まで約2hで昇温し、2100℃で0.5h保持した
のち、加熱電源を切つて放冷した。焼結体中のベ
リリウム含有量は約0.4重量％であつた。第６表
に該焼結体の特性を示す。焼結体は緻密化してお
り、高熱伝導率、高電気抵抗率及び小さい熱膨脹
係数を有している。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
比較例 １ 炭化ケイ素粉末に添加剤を加えないで実験例１
と同様にしてホツトプレス法により焼結体を得
た。該焼結体の特性は第７表に示す通りで、緻密
化していないため、熱伝導率、電気抵抗率、機械
的強度のいずれの値も小さい。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
比較例 １ 炭化ケイ素粉末に添加剤を加えないで実験例１
と同様にしてホツトプレス法により焼結体を得
た。該焼結体の特性は第７表に示す通りで、緻密
化していないため、熱伝導率、電気抵抗率、機械
的強度のいずれの値も小さい。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
比較例 ２ 炭化ケイ素粉末に添加剤として酸化アルミニウ
ムを２重量％添加混合した混合粉末を実験例１と
同様にして成形体としたのち、ホツトプレス法に
より焼結体を得た。焼結体は第８表に示す通り十
分に緻密化し、機械的強度は大きいが、熱伝導
率、電気抵抗率はいずれも小さい値を示してい
る。また、炭化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、リン酸アルミニウムを添加剤として使用した
場合にも第８表に示したものと同様な特性を示し
た。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
比較例 ２ 炭化ケイ素粉末に添加剤として酸化アルミニウ
ムを２重量％添加混合した混合粉末を実験例１と
同様にして成形体としたのち、ホツトプレス法に
より焼結体を得た。焼結体は第８表に示す通り十
分に緻密化し、機械的強度は大きいが、熱伝導
率、電気抵抗率はいずれも小さい値を示してい
る。また、炭化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、リン酸アルミニウムを添加剤として使用した
場合にも第８表に示したものと同様な特性を示し
た。
【表】
熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実施例 以上の実験例及び比較例をもとに、本発明にな
る半導体装置の具体的な適用例として、実験例１
で得たベリリウム含有量が0.5重量％の炭化ケイ
素焼結体を基板として用いた半導体パワーモジユ
ールで説明する。第５図は従来構造の組立断面図
である。導体４とヒートシンク６及びヒートシン
ク６と金属支持板８の間を有機絶縁物５及びアル
ミナ基板７絶縁し、またシリコン素子１とヒート
シンク６との熱膨脹係数の差によるひずみを緩和
するためにスペーサ３を介在させてある。第６図
は本発明の半導体パワーモジユールの組立断面図
である。上述の炭化ケイ素焼結体からなる基板１
５はシリコン素子１１と直接ろう付けされてお
り、非常に簡単な構造の半導体装置が得られる。
また、基板１５には配線層となる導体１３が設け
られ、この配線層となる導体１３と半導体素子１
１とはAlからなる金属細線１２によつて電気的
に接続されている。 上記半導体装置を−60℃で30分保持したのち室
温にして５分保持し、さらに125℃に昇温して30
分保持するヒートサイクルを加えた。従来の半導
体装置（第５図）は20回のヒートサイクルで基板
にクラツクが発生するとともにハンダ付箇所には
がれが生じた。しかし、本発明の半導体装置（第
６図）は150回のヒートサイクル後でも異常が認
められなかつた。 以上、本発明の緻密で、高熱伝導率、高電気抵
抗率及び低熱膨脹係数を有する基板上に半導体素
子を載置した半導体装置は熱的安定性が高いとい
う優れた効果を有する。
熱膨脹係数は室温〜300℃の平均値
実施例 以上の実験例及び比較例をもとに、本発明にな
る半導体装置の具体的な適用例として、実験例１
で得たベリリウム含有量が0.5重量％の炭化ケイ
素焼結体を基板として用いた半導体パワーモジユ
ールで説明する。第５図は従来構造の組立断面図
である。導体４とヒートシンク６及びヒートシン
ク６と金属支持板８の間を有機絶縁物５及びアル
ミナ基板７絶縁し、またシリコン素子１とヒート
シンク６との熱膨脹係数の差によるひずみを緩和
するためにスペーサ３を介在させてある。第６図
は本発明の半導体パワーモジユールの組立断面図
である。上述の炭化ケイ素焼結体からなる基板１
５はシリコン素子１１と直接ろう付けされてお
り、非常に簡単な構造の半導体装置が得られる。
また、基板１５には配線層となる導体１３が設け
られ、この配線層となる導体１３と半導体素子１
１とはAlからなる金属細線１２によつて電気的
に接続されている。 上記半導体装置を−60℃で30分保持したのち室
温にして５分保持し、さらに125℃に昇温して30
分保持するヒートサイクルを加えた。従来の半導
体装置（第５図）は20回のヒートサイクルで基板
にクラツクが発生するとともにハンダ付箇所には
がれが生じた。しかし、本発明の半導体装置（第
６図）は150回のヒートサイクル後でも異常が認
められなかつた。 以上、本発明の緻密で、高熱伝導率、高電気抵
抗率及び低熱膨脹係数を有する基板上に半導体素
子を載置した半導体装置は熱的安定性が高いとい
う優れた効果を有する。
第１図はベリリウム含有量と焼結体の相対密度
との関係を示す図、第２図はベリリウム含有量と
焼結体の室温における熱伝導率との関係を示す
図、第３図はベリリウム含有量と焼結体の室温に
おける電気抵抗率との関係を示す図、第４図はベ
リリウム含有量と焼結体の室温〜300℃における
熱膨脹係数の平均値との関係を示す図、第５図は
従来法によるシリコン半導体装置の組立断面図、
第６図は本発明による基板を用いたシリコン半導
体装置の断面図、第７図は熱伝導率と相対密度と
の関係を示す線図である。 １，１１……シリコン素子、２，１２……アル
ミニウムリード線、３……モリブデンスペーサ、
４，１３……導体、５……有機絶縁物、６……ヒ
ートシンク、７……アルミナ基板、８……支持
板、９，１０，１４……半田、１５……炭化ケイ
素焼結体基板。
との関係を示す図、第２図はベリリウム含有量と
焼結体の室温における熱伝導率との関係を示す
図、第３図はベリリウム含有量と焼結体の室温に
おける電気抵抗率との関係を示す図、第４図はベ
リリウム含有量と焼結体の室温〜300℃における
熱膨脹係数の平均値との関係を示す図、第５図は
従来法によるシリコン半導体装置の組立断面図、
第６図は本発明による基板を用いたシリコン半導
体装置の断面図、第７図は熱伝導率と相対密度と
の関係を示す線図である。 １，１１……シリコン素子、２，１２……アル
ミニウムリード線、３……モリブデンスペーサ、
４，１３……導体、５……有機絶縁物、６……ヒ
ートシンク、７……アルミナ基板、８……支持
板、９，１０，１４……半田、１５……炭化ケイ
素焼結体基板。
Claims (1)
- １ ベリリウムを0.1〜3.5重量％含み、残部が実
質的に炭化ケイ素である電気絶縁性焼結体からな
る基体の表面上に、半導体素子が金属によつて接
合され、前記半導体素子接合面の前記基体上に配
線層が形成され、前記半導体素子と前記配線層と
は、金属線によつて電気的に接続されていること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57019641A JPS57164540A (en) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | Electric device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57019641A JPS57164540A (en) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | Electric device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55075601A Division JPS5815953B2 (ja) | 1979-11-05 | 1980-06-06 | 電気的装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57164540A JPS57164540A (en) | 1982-10-09 |
| JPH0247856B2 true JPH0247856B2 (ja) | 1990-10-23 |
Family
ID=12004847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57019641A Granted JPS57164540A (en) | 1982-02-12 | 1982-02-12 | Electric device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57164540A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6276525A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Toshiba Corp | モリブデン板とその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5254995U (ja) * | 1975-10-18 | 1977-04-20 | ||
| JPS5815953B2 (ja) * | 1980-06-06 | 1983-03-28 | 株式会社日立製作所 | 電気的装置用基板 |
-
1982
- 1982-02-12 JP JP57019641A patent/JPS57164540A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57164540A (en) | 1982-10-09 |
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