JPH0265159A - 集積回路用金属基板 - Google Patents
集積回路用金属基板Info
- Publication number
- JPH0265159A JPH0265159A JP21527288A JP21527288A JPH0265159A JP H0265159 A JPH0265159 A JP H0265159A JP 21527288 A JP21527288 A JP 21527288A JP 21527288 A JP21527288 A JP 21527288A JP H0265159 A JPH0265159 A JP H0265159A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal substrate
- substrate
- metal plate
- metal
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- 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
- H05K1/053—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an inorganic insulating layer
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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、主として半導体素子の集積度の向上を図った
集積回路用金属基板に関するものである。
集積回路用金属基板に関するものである。
［従来の技術］
現在、ＩＣ及びＬＳＩの基板材料として最も広く利用さ
れているものは、アルミナ（Ａ１２０３）セラミックス
である。これは、基板材料に要求される条件、例えば電
気抵抗が大きい、絶縁耐圧が高い、誘電率が小さい、機
械的強度が十分にある、耐熱性がある、熱伝導率が良い
、化学的に安定している、吸湿性がないなどの条件をバ
ランスよく満たすからである。
れているものは、アルミナ（Ａ１２０３）セラミックス
である。これは、基板材料に要求される条件、例えば電
気抵抗が大きい、絶縁耐圧が高い、誘電率が小さい、機
械的強度が十分にある、耐熱性がある、熱伝導率が良い
、化学的に安定している、吸湿性がないなどの条件をバ
ランスよく満たすからである。
しかし、現在の半導体技術はＬＳＩからＶＬＳＩへと急
速に発展しており、かかる発展に伴い、電子回路の多機
能化、高性能化、小型軽量化、低コスト化に対する要求
がますます増大している。
速に発展しており、かかる発展に伴い、電子回路の多機
能化、高性能化、小型軽量化、低コスト化に対する要求
がますます増大している。
このような状況下では、Ａｌ２Ｏ３の使用は、以下の点
で問題かあることが指摘されている。
で問題かあることが指摘されている。
■熱伝導率か小さいため、半導体素子の高集積化に伴い
発熱量か増大する。
発熱量か増大する。
■半導体チップに用いられるＳｉとの熱膨張率の差か大
きいため、発熱量か多くなるとＳｉチップが剥離するお
それがあり、その対策のための放熱構造が複雑となる。
きいため、発熱量か多くなるとＳｉチップが剥離するお
それがあり、その対策のための放熱構造が複雑となる。
また、部品点数も多く、コスｈ ＋；：＋となる。
■Ａｌ２Ｏ３中に含まれる放射性元素、例えばＵ。
Ｔｈなどの濃度が、半導体素子や配線に用いられるＭｏ
、ＡＩ金金属中ものよりも桁違いに高いため、α線放射
によるソフトエラーが発生する。
、ＡＩ金金属中ものよりも桁違いに高いため、α線放射
によるソフトエラーが発生する。
■基板を大きくすることができず、高集積化が困難であ
る。
る。
いま、アルミナセラミックスの基板材料の使用例をＬＳ
Ｉパッケージについてみると第６図のとおりである。図
において、１はＬＳＩチップ、２はＬＳＩチップ１を全
接合したモリブデン台、３は放熱用のアルミフィン４を
Ｈする銅スタッドで、モリブデン台２に接合されている
。５はアルミナＭＩＩＩＱで、中央の穴６に挿入された
モリブデン台２の周辺をコバール部材７を介して接合し
支持している。８はＬＳＩチップ１のリードフレーム、
９はＬＳＩチップ１を保護するためのアルミナキャップ
で、対重ガラス１０によりアルミナ基板５に封むされて
いる。
Ｉパッケージについてみると第６図のとおりである。図
において、１はＬＳＩチップ、２はＬＳＩチップ１を全
接合したモリブデン台、３は放熱用のアルミフィン４を
Ｈする銅スタッドで、モリブデン台２に接合されている
。５はアルミナＭＩＩＩＱで、中央の穴６に挿入された
モリブデン台２の周辺をコバール部材７を介して接合し
支持している。８はＬＳＩチップ１のリードフレーム、
９はＬＳＩチップ１を保護するためのアルミナキャップ
で、対重ガラス１０によりアルミナ基板５に封むされて
いる。
第６図のように、アルミナ基板の場合は放熱構造が複雑
になることがよくわかる。
になることがよくわかる。
そこで、上記の問題の解決法として、従来は炭化ケイ素
（ＳｉＣ）や窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ）のセラミ
ックス焼結体を使用するもの、あるいは絶縁層を被覆し
た金属基板を使用するものなどが提案されている。
（ＳｉＣ）や窒化アルミニウム（Ａ Ｉ Ｎ）のセラミ
ックス焼結体を使用するもの、あるいは絶縁層を被覆し
た金属基板を使用するものなどが提案されている。
ＳｉＣの場合、焼結助剤としてＢｅＯを添加すると高熱
伝導性と高電気絶縁性の焼結体が得られることか判明し
ており、メタライズ法によって接着信頼性も高い。しか
し、ＳｉＣは誘電率が高いため高周波領域での応用が制
限される。また、ＳｉＣ焼結体はホットプレスにより製
造されるため平坦度の向上や量産が困難、基板の大型化
が困難であるなどの問題がある。
伝導性と高電気絶縁性の焼結体が得られることか判明し
ており、メタライズ法によって接着信頼性も高い。しか
し、ＳｉＣは誘電率が高いため高周波領域での応用が制
限される。また、ＳｉＣ焼結体はホットプレスにより製
造されるため平坦度の向上や量産が困難、基板の大型化
が困難であるなどの問題がある。
次に、ＡＩＮは理１倫的には３２０Ｗ／ｍ ・Ｋの熱伝
導率をもつ高強度・高電気絶縁性の材料であるが、従来
は熱伝導率の小さいものしか製造できなかったものの最
近は１００Ｗ／ｍ−Ｋを越える焼結体も製造できるよう
になってきている。しかし、原料粉末中の不純物濃度の
ため安定性に欠け、またホットプレス焼結体であるため
上記のＳｉＣと同様の問題がある。さらに、熱膨張係数
の幅が大きく、Ｓｉとの整合性に問題が残っている。
導率をもつ高強度・高電気絶縁性の材料であるが、従来
は熱伝導率の小さいものしか製造できなかったものの最
近は１００Ｗ／ｍ−Ｋを越える焼結体も製造できるよう
になってきている。しかし、原料粉末中の不純物濃度の
ため安定性に欠け、またホットプレス焼結体であるため
上記のＳｉＣと同様の問題がある。さらに、熱膨張係数
の幅が大きく、Ｓｉとの整合性に問題が残っている。
次に、金属基板の場合、絶縁層は一般にエポキン樹脂、
ガラスエポキシ樹脂、ポリイミドフィルムなどであるた
め絶縁耐圧、耐熱性に劣るという問題がある。
ガラスエポキシ樹脂、ポリイミドフィルムなどであるた
め絶縁耐圧、耐熱性に劣るという問題がある。
［発明が解決しようとする課題］
従来の基板材料は上述したように半導体素子の高集積化
、それに伴う高放熱性を実現するうえで難点かあった。
、それに伴う高放熱性を実現するうえで難点かあった。
また、ホットプレス焼結体の場合は安定して大型の基板
を作ることができず高集積化に制限かあった。
を作ることができず高集積化に制限かあった。
本発明は、上記の従来の課題を解決するため、放熱性、
量産性に富み、基板の大型化が可能な金属基板を得るこ
とを目的とするものである。
量産性に富み、基板の大型化が可能な金属基板を得るこ
とを目的とするものである。
［課題を解決するだめの手段］
本発明に係る集積回路用金属基板は、ダイヤモンドの薄
膜を蒸若により金属板の表面に接着してなるものである
。蒸着法としてはＣＶＤ法がとられる。なお、金属板の
材質によっては金属板とダイヤモンドの熱膨張係数の差
を緩和するため、両者間にＡＩＮ等からなる１層または
２層以上の中間層を蒸６によって入れることが適当であ
る。金属板には一般にＡＩ、Ｃｕ系の＋イ料が用いられ
るが、磁性材料を用いると電磁シールドが可能になる。
膜を蒸若により金属板の表面に接着してなるものである
。蒸着法としてはＣＶＤ法がとられる。なお、金属板の
材質によっては金属板とダイヤモンドの熱膨張係数の差
を緩和するため、両者間にＡＩＮ等からなる１層または
２層以上の中間層を蒸６によって入れることが適当であ
る。金属板には一般にＡＩ、Ｃｕ系の＋イ料が用いられ
るが、磁性材料を用いると電磁シールドが可能になる。
また、発熱量によっては搭載する半導体素子とダイヤモ
ンド薄膜の間に熱応力緩和のためＡＩＮ等からなる１層
または２層以上の中間層を蒸着によって入れることが適
当である。
ンド薄膜の間に熱応力緩和のためＡＩＮ等からなる１層
または２層以上の中間層を蒸着によって入れることが適
当である。
「作 用］
本発明による金属基板は、蒸着によりダイヤモンドの薄
膜を金属板表面に彼むせしめたものであるため、ダイヤ
モンド膜中に不純物が混入することかほとんどない。ダ
イヤモンドはあらゆる物質中最高の熱伝導率を有し、Ｃ
ＶＤ法により形成した薄膜の熱伝導率は従来の焼結体あ
るいは薄膜に比し大１↑１に向上する。ダイヤモンド膜
は高電気絶縁性が得られ、一方支持体としての機械的強
度は金属板が受は持つ。また、ＡＩフィンなどの放熱部
を直接金属板に接合することができ、金属板による放熱
面積の増大とあいまって高放熱性が得られる。
膜を金属板表面に彼むせしめたものであるため、ダイヤ
モンド膜中に不純物が混入することかほとんどない。ダ
イヤモンドはあらゆる物質中最高の熱伝導率を有し、Ｃ
ＶＤ法により形成した薄膜の熱伝導率は従来の焼結体あ
るいは薄膜に比し大１↑１に向上する。ダイヤモンド膜
は高電気絶縁性が得られ、一方支持体としての機械的強
度は金属板が受は持つ。また、ＡＩフィンなどの放熱部
を直接金属板に接合することができ、金属板による放熱
面積の増大とあいまって高放熱性が得られる。
［実施例］
以下、本発明の実施例を図により説明する。
第１図は本発明による金属基板の一実施例を示す拡大断
面図である。図において、１１は全体としての金属基板
、１２は半導体素子等の支持体としての強度を受は持つ
金属阪であり、材質はとくに限定されない。一般にＡＩ
、Ｃｕ系の材料が用いられるか、磁性材料を用いると電
磁シールドが可能になる。金属板１２の厚さは１ ｍｍ
程度で十分である。１３は金属板１２の片面に蒸着によ
り被着されたダイヤモンドの薄膜で、その膜厚は１０μ
ｍ程度である。蒸貨法はＣＶＤ法が用いられる。
面図である。図において、１１は全体としての金属基板
、１２は半導体素子等の支持体としての強度を受は持つ
金属阪であり、材質はとくに限定されない。一般にＡＩ
、Ｃｕ系の材料が用いられるか、磁性材料を用いると電
磁シールドが可能になる。金属板１２の厚さは１ ｍｍ
程度で十分である。１３は金属板１２の片面に蒸着によ
り被着されたダイヤモンドの薄膜で、その膜厚は１０μ
ｍ程度である。蒸貨法はＣＶＤ法が用いられる。
例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法で蒸着することか
できる。
できる。
ダイヤモンド膜１３は上記の蒸着法により得られる高純
度の薄膜であるため、その熱伝導率は１０００Ｗ／ｍ−
に以上にも達することが確認されている。これはＡｌ２
Ｏ３の１７Ｗ／ｍ−に程度に比べて６０倍も大きな値で
あり、高放熱性を達成することができる。いうまでもな
く、電気絶縁性、絶縁耐圧は十分に高いものである。ま
た、上記の蒸着法の採用により、信頼性の高い金属基板
を安定して量産することができ、基板の大型化が可能で
ある。したがって、本金属基板１１の放熱面積の増大と
もあいまって半導体素子の高集積化が可能であることを
示唆している。さらに、ダイヤモンド膜１３はα線を放
射するような不純物を含まないため、ソフトエラーを生
じるおそれもない。
度の薄膜であるため、その熱伝導率は１０００Ｗ／ｍ−
に以上にも達することが確認されている。これはＡｌ２
Ｏ３の１７Ｗ／ｍ−に程度に比べて６０倍も大きな値で
あり、高放熱性を達成することができる。いうまでもな
く、電気絶縁性、絶縁耐圧は十分に高いものである。ま
た、上記の蒸着法の採用により、信頼性の高い金属基板
を安定して量産することができ、基板の大型化が可能で
ある。したがって、本金属基板１１の放熱面積の増大と
もあいまって半導体素子の高集積化が可能であることを
示唆している。さらに、ダイヤモンド膜１３はα線を放
射するような不純物を含まないため、ソフトエラーを生
じるおそれもない。
第２図は上記のようなダイヤモンド膜（膜厚１０μｍの
場合）の剥離強度を発熱密度との関係で示した線図であ
る。
場合）の剥離強度を発熱密度との関係で示した線図であ
る。
第２図から発熱密度２０Ｗ ／ ｃ♂以下で十分に機能
し１１；ることがわかる。
し１１；ることがわかる。
また、第３図は中間層を持つ金属基板の構成を示す拡大
断面図である。この場合、中間層１４はＡＩＮで、熱膨
張係数がＡＩ板の金属板１２とダイヤモンド膜１３の中
間の値を有するものである。
断面図である。この場合、中間層１４はＡＩＮで、熱膨
張係数がＡＩ板の金属板１２とダイヤモンド膜１３の中
間の値を有するものである。
中間層１４も上記と同様に蒸着によって形成する。
中間層１４の厚さは３μｍ以下でよい。
このような中間層を持つ金属基板のダイヤモンド膜の剥
離強度について第４図に示すが、この場合は発熱密度３
５ Ｗ ／ ｃｊまで耐え得ることがわかる。
離強度について第４図に示すが、この場合は発熱密度３
５ Ｗ ／ ｃｊまで耐え得ることがわかる。
第５図は第１図に示した金属基板でＬＳＩパッケージを
構成した場合の一例を示す断面図である。
構成した場合の一例を示す断面図である。
上記のように、この金属基板のダイヤモンド膜１３は高
熱伝導性を有するため、ＬＳＩチップ１はダイヤモンド
膜１３上に直接会接合で固着することかできる。また、
Ａｌフィン４も金属板１２に直接固着し得る。その固定
法は融接、ロー付は等が用いられる。キャップ９はこの
実施例ではムライトキャップであるが、アルミナキャッ
プとしてもよい。あるいは、本金属基板１１と同様の構
成とすることもできる。キャップ９と金属基板１１は従
来例と同様にリードフレーム８の引出し中間部にて封止
ガラス１０により封着されている。
熱伝導性を有するため、ＬＳＩチップ１はダイヤモンド
膜１３上に直接会接合で固着することかできる。また、
Ａｌフィン４も金属板１２に直接固着し得る。その固定
法は融接、ロー付は等が用いられる。キャップ９はこの
実施例ではムライトキャップであるが、アルミナキャッ
プとしてもよい。あるいは、本金属基板１１と同様の構
成とすることもできる。キャップ９と金属基板１１は従
来例と同様にリードフレーム８の引出し中間部にて封止
ガラス１０により封着されている。
第５図の１１が成から明らかなように、本金属基板１１
を用いると、従来例を示した第６図のものと比べて、Ａ
ｌフィン４の放熱部の構造がきわめて簡単なものとなる
。
を用いると、従来例を示した第６図のものと比べて、Ａ
ｌフィン４の放熱部の構造がきわめて簡単なものとなる
。
［発明の効果コ
以上のように本発明によれば、高純度のダイヤモンド膜
を蒸着することによって、高熱伝導性を有する大型の金
属基板が得られるので、放熱性が著しく向上し、半導体
素子の集積化を高めることができる。その集積度は従来
のものに比し少なくとも１桁は向上する。また、ＬＳＩ
、ＶＬＳＩ等を直接搭載できるため放熱構造かきわめて
簡単になり、部品点数も少なくコスト低減に寄与する。
を蒸着することによって、高熱伝導性を有する大型の金
属基板が得られるので、放熱性が著しく向上し、半導体
素子の集積化を高めることができる。その集積度は従来
のものに比し少なくとも１桁は向上する。また、ＬＳＩ
、ＶＬＳＩ等を直接搭載できるため放熱構造かきわめて
簡単になり、部品点数も少なくコスト低減に寄与する。
もちろん、量産性に富み、基板の大型化ができ、高信頼
度の基板を安定して供給できるなど効果は著大である。
度の基板を安定して供給できるなど効果は著大である。
第１図は本発明の一実施例を示す拡大断面図、第２図は
上記実施例のダイヤモンド膜の剥離強度と発熱密度の関
係を示す線図、第３図は本発明の他の実施例を示す拡大
断面図、第４図は第３図の実施例のダイヤモンド膜の剥
離強度と発熱密度の関係を示す線図、第５図は本発明の
金属基板の使用例を示す断面図、第６図は従来のアルミ
ナ基板の使用例を示す断面図である。 １１・・・金属基板 １２・・・金属板 １３・・・ダイヤモンド膜 １４・・・中間層 代理人 弁理士 佐々木 宗 冶 鼠４図 光熱−喪（Ｗ／ｃｍ２） 箆 発熱額（Ｗ／ｃｍ２） と６
上記実施例のダイヤモンド膜の剥離強度と発熱密度の関
係を示す線図、第３図は本発明の他の実施例を示す拡大
断面図、第４図は第３図の実施例のダイヤモンド膜の剥
離強度と発熱密度の関係を示す線図、第５図は本発明の
金属基板の使用例を示す断面図、第６図は従来のアルミ
ナ基板の使用例を示す断面図である。 １１・・・金属基板 １２・・・金属板 １３・・・ダイヤモンド膜 １４・・・中間層 代理人 弁理士 佐々木 宗 冶 鼠４図 光熱−喪（Ｗ／ｃｍ２） 箆 発熱額（Ｗ／ｃｍ２） と６
Claims (3)
- （１）ダイヤモンドの薄膜を金属板の表面に蒸着してな
ることを特徴とする集積回路用金属基板。 - （２）ダイヤモンド薄膜をＣＶＤ法により蒸着したこと
を特徴とする請求項１に記載の集積回路用金属基板。 - （３）ダイヤモンド薄膜と金属板あるいは半導体素子と
ダイヤモンド薄膜との間に蒸着により中間層を入れたこ
とを特徴とする請求項１に記載の集積回路用金属基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21527288A JPH0265159A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 集積回路用金属基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21527288A JPH0265159A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 集積回路用金属基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0265159A true JPH0265159A (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=16669563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21527288A Pending JPH0265159A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 集積回路用金属基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0265159A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013018692A (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-31 | Japan Vilene Co Ltd | ダイヤモンド膜及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP21527288A patent/JPH0265159A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013018692A (ja) * | 2011-07-14 | 2013-01-31 | Japan Vilene Co Ltd | ダイヤモンド膜及びその製造方法 |
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