JPH0265162A - Metal substrate for integrated circuits - Google Patents

Metal substrate for integrated circuits

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Publication number
JPH0265162A
JPH0265162A JP21527388A JP21527388A JPH0265162A JP H0265162 A JPH0265162 A JP H0265162A JP 21527388 A JP21527388 A JP 21527388A JP 21527388 A JP21527388 A JP 21527388A JP H0265162 A JPH0265162 A JP H0265162A
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JP
Japan
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metal substrate
substrate
metal
film
metal plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP21527388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigechika Kosuge
小菅 茂義
Makoto Kabasawa
樺沢 真事
Kiyokazu Nakada
清和 仲田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
Priority to JP21527388A priority Critical patent/JPH0265162A/en
Publication of JPH0265162A publication Critical patent/JPH0265162A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H05K1/053Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an inorganic insulating layer

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical 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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention mainly relates to a metal substrate for an integrated circuit, which is intended to improve the degree of integration of semiconductor elements.

[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。
[Prior Art] Currently, the most widely used substrate material for ICs and LSIs is alumina (A1203) ceramics. This is based on the conditions required for the substrate material, such as high electrical resistance, high dielectric strength, low dielectric constant, sufficient mechanical strength, heat resistance, good thermal conductivity, and chemical stability. This is because it satisfies the following conditions in a well-balanced manner, such as high moisture content and no hygroscopicity.

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、7は子回路の多
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。
However, current semiconductor technology is rapidly developing from LSI to VLSI, and with this development, there is an increasing demand for child circuits to have multiple functions, higher performance, smaller size, lighter weight, and lower cost. are doing.

このような状況下では、Al2O3の使用は、以下の点
で問題があることが指摘されている。
Under such circumstances, it has been pointed out that the use of Al2O3 has the following problems.

■熱伝導率が小さいため、半導体素子の高集積化に伴い
発熱量が増大する。
■Due to low thermal conductivity, the amount of heat generated increases as semiconductor devices become more highly integrated.

■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、発熱量が多くなるとSiチップが剥離するお
それかあり、その対策のための放熱構造が複雑となる。
(2) Since there is a large difference in coefficient of thermal expansion from Si used in semiconductor chips, there is a risk that the Si chip will peel off if the amount of heat generated increases, and the heat dissipation structure to prevent this will become complicated.

また、部品点数も多く、コスト高となる。Furthermore, the number of parts is large, leading to high costs.

■A I 2 Oa中に含まれる放射性元素、例えばU
■Radioactive elements contained in A I 2 Oa, such as 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。
The concentration of Th etc. is higher than the concentration of Mo used in semiconductor elements and wiring.
, which is orders of magnitude higher than that in AI gold metal, causes soft errors due to α-ray radiation.

■基板を大きくすることができず、高集積化が困難であ
る。
■The substrate cannot be made large, making it difficult to achieve high integration.

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4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
有する銅スタッドで、モリブデン台2に接合されている
。5はアルミナM、NZ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
、封止ガラス10によりアルミナ基板5に封着されてい
る。
Here is an example of the use of alumina ceramics substrate material.
The I package is shown in Figure 4. In the figure, 1 is an LSI chip, 2 is a molybdenum base to which the LSI chip 1 is fully bonded, and 3 is a copper stud having aluminum fins 4 for heat radiation, which are joined to the molybdenum base 2. 5 is alumina M, NZ, and the periphery of the molybdenum base 2 inserted into the central hole 6 is joined and supported via a Kovar member 7. 8 is the lead frame of LSI chip 1, 9
is an alumina cap for protecting the LSI chip 1, and is sealed to the alumina substrate 5 with a sealing glass 10.

第4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。
As shown in FIG. 4, it is clearly seen that the heat dissipation structure becomes complicated in the case of an alumina substrate.

そこで、上記の問題の解決法として、従来は炭化ケイ素
(S i C)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。
Therefore, as a solution to the above problem, conventional methods have been to use a ceramic sintered body of silicon carbide (S i C) or aluminum nitride (AIN), or to use a metal substrate coated with an insulating layer. is proposed.

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が判明し
ており、メタライズ法によって接む信頼性も高い。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。
In the case of SiC, it has been found that when BeO is added as a sintering aid, a sintered body with high thermal conductivity and high electrical insulation can be obtained, and the reliability of bonding by the metallization method is also high. However, SiC has a high dielectric constant, which limits its application in high frequency ranges. Further, since the SiC sintered body is manufactured by hot pressing, there are problems such as difficulty in improving flatness, difficulty in mass production, and difficulty in increasing the size of the substrate.

次に、AINは理論的には320W/m−にの熱伝導率
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。
Next, AIN is a high-strength, highly electrically insulating material that theoretically has a thermal conductivity of 320 W/m-, but in the past, only materials with low thermal conductivity could be manufactured, but recently AIN It has become possible to manufacture sintered bodies with a temperature exceeding /m-K. However, it lacks stability due to the concentration of impurities in the raw material powder, and since it is a hot press sintered body, it has the same problems as SiC described above. Furthermore, the range of thermal expansion coefficients is large, and there remains a problem in compatibility with Si.

次に、金属基板の場合、絶縁層は一般にエポキシ樹脂、
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。
Next, in the case of metal substrates, the insulating layer is generally made of epoxy resin,
Since it is made of glass epoxy resin, polyimide film, etc., it has a problem of poor dielectric strength and heat resistance.

[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があった。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, conventional substrate materials have had difficulties in achieving high integration of semiconductor elements and the accompanying high heat dissipation.

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があった。
Furthermore, in the case of hot-pressed sintered bodies, it is not possible to stably produce large substrates, which limits high integration.

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。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention provides heat dissipation,
The purpose of this invention is to obtain a metal substrate that is highly mass-producible and allows the substrate to be made larger.

[課題を解決するための手段] 本発明に係る集積回路用金属基板は、立方晶窒化ホウ素
(c−BN)の薄膜を蒸着により金属板の表面に被着し
てなるものである。蒸着法としてはPVD法またはCV
D法がとられる。金属板には一般にAI、Cu系の材料
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。
[Means for Solving the Problems] A metal substrate for an integrated circuit according to the present invention is formed by depositing a thin film of cubic boron nitride (c-BN) on the surface of a metal plate by vapor deposition. The vapor deposition method is PVD method or CV
Method D is used. Generally, AI or Cu-based materials are used for the metal plate, but electromagnetic shielding becomes possible when a magnetic material is used.

[作 用コ 本発明による金属基板は、蒸着によりc−BNの薄膜を
金属板表面に被管せしめたものである。
[Function] The metal substrate according to the present invention has a thin film of c-BN coated on the surface of the metal plate by vapor deposition.

現在までにc−BNの実用化の可能性のある成形体は得
られていないため、c−BNの持つ高熱伝導率・電気絶
縁性を有効に利用できる。−刃支持体としての機械的強
度は金属板が受は持つ。また、Al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。
Since no c-BN molded product has been obtained to date that has the potential for practical use, the high thermal conductivity and electrical insulation properties of c-BN can be effectively utilized. -The metal plate has the mechanical strength as a blade support. Furthermore, a heat dissipation section such as an Al fin can be directly bonded to the metal plate, and this together with the increase in the heat dissipation area due to the metal plate provides high heat dissipation.

[実施例] 以下、本発明の実施例を図により説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による金属基板の=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
金属板であり、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が、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
り被告されたc−BNの薄膜で、その膜厚は10μm程
度である。蒸着法はPVD法またはCVD法が用いられ
る。例えば、レーザPVD法で蒸着することがてきる。
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing an embodiment of a metal substrate according to the present invention. In the figure, 11 is a metal substrate as a whole, and 12 is a metal plate having the strength to support a semiconductor element, etc., and the material thereof is not particularly limited. Generally AI
, Cu-based materials are used, but electromagnetic shielding becomes possible by using magnetic materials. The thickness of the metal plate 12 is 1 mm.
It is enough. 13 is a thin film of c-BN deposited on one side of the metal plate 12 by vapor deposition, and the film thickness is about 10 μm. A PVD method or a CVD method is used as the vapor deposition method. For example, it can be deposited using a laser PVD method.

c−BN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500W/m−に以上
にも達することが確認されている。
Since the c-BN film 13 is a highly pure thin film obtained by the above-mentioned vapor deposition method, it has been confirmed that its thermal conductivity reaches more than 500 W/m-.

これはAl2O3の17W/m−に程度に比べてかなり
大きな値であり、高放熱性を達成することがてきる。い
うまでもなく、電気絶縁性、絶縁耐圧が十分に高いもの
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。
This is a considerably large value compared to the 17 W/m- of Al2O3, and high heat dissipation can be achieved. Needless to say, it has sufficiently high electrical insulation properties and dielectric strength. Further, by employing the above-described vapor deposition method, highly reliable metal substrates can be stably mass-produced, and the size of the substrate can be increased.

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、c−BN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。
Therefore, combined with the increase in the heat dissipation area of the present metal substrate 11, this suggests that high integration of semiconductor elements is possible. Furthermore, since the c-BN film 13 does not contain impurities that emit alpha rays, there is no possibility of soft errors occurring.

第2図は上記のようなc−BN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。
FIG. 2 is a diagram showing the peel strength of the c-BN film as described above (in the case of a film thickness of 10 μm) in relation to the heat generation density.

第2図から発熱密度14 W / eI#以下で十分に
機能し得ることがわかる。
It can be seen from FIG. 2 that it can function satisfactorily with a heat generation density of 14 W/eI# or less.

第3図は本金属基板で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。上記のように、この金属基
板のc−BN膜13は高熱伝導性を有するため、LSI
チップ1はc−BN膜13上に直接全接合で固着するこ
とができる。また、AI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。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of an LSI package constructed using this metal substrate. As mentioned above, since the c-BN film 13 of this metal substrate has high thermal conductivity, LSI
The chip 1 can be directly fixed on the c-BN film 13 with full bonding. Furthermore, the AI fins 4 can also be directly fixed to the metal plate 12. The fixing method used is fusion welding, brazing, etc. Although the cap 9 is a mullite cap in this embodiment, it may also be an alumina cap. Alternatively, a configuration similar to that of the present metal substrate 11 may be used.

キャップ9と金属基板11は従来例と同様にリドフレー
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。
The cap 9 and the metal substrate 11 are sealed together by a sealing glass 10 at the middle of the drawer of the lid frame 8, as in the conventional example.

第3図の構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4図のものと比べて、AIフ
ィン4の放熱部の構造がきわめて簡11tなものとなる
As is clear from the configuration shown in FIG. 3, when this metal substrate 11 is used, the structure of the heat dissipation portion of the AI fin 4 becomes extremely simple compared to that shown in FIG. 4 which shows a conventional example.

[発明の効果コ 以上のように本発明によれば、高純度のc−BN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、V
LSI等を直接搭載できるため放熱構造がきわめて簡単
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。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by depositing a high-purity c-BN film, a large-sized metal substrate with high thermal conductivity can be obtained. It is possible to increase the integration of elements. The degree of integration is improved by at least one order of magnitude compared to the conventional one. Also, LSI, V
Since LSI etc. can be directly mounted, the heat dissipation structure is extremely simple, and the number of parts is small, contributing to cost reduction. Of course, it has great advantages, such as being able to be mass-produced, making it possible to make large-sized boards, and being able to stably supply highly reliable boards.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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c−BN膜の剥離強度と発熱密度の関係を
示す線図、第3図は本発明の金属基板の使用例を示す断
面図、第4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・・・c−BN膜 ¥1図 第2図 発部密度fW/cm2) 代理人 弁理士  佐々木 宗 治
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between peel strength and heat generation density of the c-BN film of the above embodiment, and FIG. 3 is a metal substrate of the present invention. FIG. 4 is a sectional view showing an example of the use of a conventional alumina substrate. 11...Metal substrate 12...Metal plate 13...c-BN film ¥1 Figure 2 Density fW/cm2) Agent Patent attorney Muneharu Sasaki

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)立方晶窒化ホウ素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。
(1) A metal substrate for an integrated circuit, characterized in that a thin film of cubic boron nitride is deposited on the surface of a metal plate.
(2)立方晶窒化ホウ素薄膜をPVD法または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。
(2) The metal substrate for an integrated circuit according to claim 1, wherein the cubic boron nitride thin film is deposited by a PVD method or a CVD method.
JP21527388A 1988-08-31 1988-08-31 Metal substrate for integrated circuits Pending JPH0265162A (en)

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JP21527388A JPH0265162A (en) 1988-08-31 1988-08-31 Metal substrate for integrated circuits

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