JPH03125463A - 半導体装置用軽量基板 - Google Patents
半導体装置用軽量基板Info
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- JPH03125463A JPH03125463A JP1263710A JP26371089A JPH03125463A JP H03125463 A JPH03125463 A JP H03125463A JP 1263710 A JP1263710 A JP 1263710A JP 26371089 A JP26371089 A JP 26371089A JP H03125463 A JPH03125463 A JP H03125463A
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- Japan
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- plate material
- alloy
- sheet material
- semiconductor device
- oxide
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- Die Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (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〕
この発明は、軽量にして、熱伝導性（放熱性）にすぐれ
、したがって半導体装置の高集積化および大電力化に十
分対応することができる半導体装置用基板に関するもの
である。
、したがって半導体装置の高集積化および大電力化に十
分対応することができる半導体装置用基板に関するもの
である。
従来、一般に、半導体装置用基板としては、例えば第２
図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム（
Ａ．１７２０３で示す）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の
両側面に、それぞれＣｕ薄板材Ｂ′を液相接合し、この
液相接合は、例えば前記Ｃｕ薄板材の接合面に酸化銅（
Ｃ ｕ ２ ０ ）を形成しておき、前記Ａｇ２０３
焼結体製絶縁板材と重ね合せた状態で、１０６５〜１０
８５℃に加熱して接合面に前記Ｃ ｕ ２ ０とＣｕと
の間で液相を発生させて結合することからなり、また前
記Ｃｕ薄板材のうち、前記絶縁板材Ｃ′の一方側が回路
形成用導体となり、同他方側がヒートシンク板材Ａ′と
のはんだ付は用となるものであり、この状態で、通常Ｐ
ｂ− Ｓｎ合金からなるはんだ材（一般に４５０℃以下
の融点をもつものをはんだという）Ｄ′を用いて、Ｃｕ
からなるヒートシンク板材Ａ′に接合してなる構造のも
のが知られている。
図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム（
Ａ．１７２０３で示す）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の
両側面に、それぞれＣｕ薄板材Ｂ′を液相接合し、この
液相接合は、例えば前記Ｃｕ薄板材の接合面に酸化銅（
Ｃ ｕ ２ ０ ）を形成しておき、前記Ａｇ２０３
焼結体製絶縁板材と重ね合せた状態で、１０６５〜１０
８５℃に加熱して接合面に前記Ｃ ｕ ２ ０とＣｕと
の間で液相を発生させて結合することからなり、また前
記Ｃｕ薄板材のうち、前記絶縁板材Ｃ′の一方側が回路
形成用導体となり、同他方側がヒートシンク板材Ａ′と
のはんだ付は用となるものであり、この状態で、通常Ｐ
ｂ− Ｓｎ合金からなるはんだ材（一般に４５０℃以下
の融点をもつものをはんだという）Ｄ′を用いて、Ｃｕ
からなるヒートシンク板材Ａ′に接合してなる構造のも
のが知られている。
しかし、近年の半導体装置の高集積化および大電力化に
伴って、装置自体が大型化し、重量化する傾向にあり、
したがってこれを構成する部材の軽量化が強く望まれて
いるが、上記の従来半導体装置用基板においては、これ
の構成材であるＡｇ２０３焼結体が約１５〜２ｏｗ／ｍ
−にの相対的に高い熱伝導度を有し、かっＣｕが約３９
０Ｗ／ｍ−にの一段と高い熱伝導度をもっことから、す
ぐれた熱伝導性（放熱性）を示すが、これを構成するヒ
ートシンク板材Ａ′および薄板材Ｂ′がいずれも重質の
Ｃｕであり、さらにこれに重質のＰｂ−Ｓｎ合金はんだ
材Ｄ′が加わるために、これらの要求に対応することが
できないのが現状である。
伴って、装置自体が大型化し、重量化する傾向にあり、
したがってこれを構成する部材の軽量化が強く望まれて
いるが、上記の従来半導体装置用基板においては、これ
の構成材であるＡｇ２０３焼結体が約１５〜２ｏｗ／ｍ
−にの相対的に高い熱伝導度を有し、かっＣｕが約３９
０Ｗ／ｍ−にの一段と高い熱伝導度をもっことから、す
ぐれた熱伝導性（放熱性）を示すが、これを構成するヒ
ートシンク板材Ａ′および薄板材Ｂ′がいずれも重質の
Ｃｕであり、さらにこれに重質のＰｂ−Ｓｎ合金はんだ
材Ｄ′が加わるために、これらの要求に対応することが
できないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、すぐれ
た熱伝導性をもった上で、さらに軽量の半導体装置用基
板を開発すべく研究を行なった結果、ヒートシンク板材
および薄板材として、Ｃｕのもつ熱転導度：約３９０Ｗ
／ｍ−にと同様に１５０〜２５０Ｗ／ｍ−にの高い熱伝
導度を有し、かつＣｕより一段と軽量の純Ａｐや、例え
ばＡＮ −２．５％Ｍｇ−０．２％Ｃｒ合金およびＡｇ
−１％Ｍｎ合金などのへρ合金を用いると共に、絶縁板
材として、Ａ Ｉ ２ ０ ａ焼結体と同等に軽量で、
それより高い熱伝導度を有する窒化アルミニウム（以下
Ａ，ＱＮで示す）系焼結体を適用し（ちなみに、Ａ Ｄ
２ ０ ａ焼結体の熱伝導度は１５〜２０Ｗ／ｍ−に
であるのに対して、ＡｇＮ系焼結体のそれは５０〜２７
０Ｗ／ｍーＫ）、このＡｇＮ系焼結板材の両面に、Ａ，
Ｑ−１３％Ｓｊ合金、Ａｌｌ） −７．５％Ｓｉ合金、
Ａｇ−９．５％Ｓｔ−１％Ｍｇ合金、およびｌ）７、５
％Ｓｉ−１０％Ｇｅ合金などのＡ．Ｉｌｌ−Ｓｉ系合金
や、Ａｇ−１５％Ｇｅ合金などのＡｇ−Ｇｅ系合金から
なるろう材（以上重量％、以下％は重量％を示す）を、
箔材、あるいは前記ヒートシンク板材および薄板材の接
合面にクラッドした状態で用いて、ヒートシンク板材お
よび薄板材をそれぞれ積層接合し、この場合ＡｇＮ系焼
結板材に対するヒートシンク板材および薄板材のろう付
は密着性を向上させるために、ＡｇＮ系焼結板材の少な
くとも接合面に、表面酸化層を形成すると共に、この表
面酸化層形成面には酸化けい素（以下ＳｉＯ２で示す）
系被覆層を形成しておき、さらに上記の通りＡ，ｆｆＮ
系焼結板材の一方面に、表面酸化層およびＳ １ ０
２系被覆層を介してろう付けされた八ΩまたはＡ，Ｑ合
金の薄板材の表面の所定部分または全面に回路形成用お
よび部品はんだ付は用としてＣｕまたはＮｉメッキ層を
形成した構造にすると、構成部材すべてが軽量にして熱
伝導性の良好なＡ、ｉｌｌまたは１１合金とＡｇＮ系焼
結体で構成されることになることから、基板全体が軽量
化され、かつ放熱性のすぐれたものになるという研究結
果を得るに至ったのである。
た熱伝導性をもった上で、さらに軽量の半導体装置用基
板を開発すべく研究を行なった結果、ヒートシンク板材
および薄板材として、Ｃｕのもつ熱転導度：約３９０Ｗ
／ｍ−にと同様に１５０〜２５０Ｗ／ｍ−にの高い熱伝
導度を有し、かつＣｕより一段と軽量の純Ａｐや、例え
ばＡＮ −２．５％Ｍｇ−０．２％Ｃｒ合金およびＡｇ
−１％Ｍｎ合金などのへρ合金を用いると共に、絶縁板
材として、Ａ Ｉ ２ ０ ａ焼結体と同等に軽量で、
それより高い熱伝導度を有する窒化アルミニウム（以下
Ａ，ＱＮで示す）系焼結体を適用し（ちなみに、Ａ Ｄ
２ ０ ａ焼結体の熱伝導度は１５〜２０Ｗ／ｍ−に
であるのに対して、ＡｇＮ系焼結体のそれは５０〜２７
０Ｗ／ｍーＫ）、このＡｇＮ系焼結板材の両面に、Ａ，
Ｑ−１３％Ｓｊ合金、Ａｌｌ） −７．５％Ｓｉ合金、
Ａｇ−９．５％Ｓｔ−１％Ｍｇ合金、およびｌ）７、５
％Ｓｉ−１０％Ｇｅ合金などのＡ．Ｉｌｌ−Ｓｉ系合金
や、Ａｇ−１５％Ｇｅ合金などのＡｇ−Ｇｅ系合金から
なるろう材（以上重量％、以下％は重量％を示す）を、
箔材、あるいは前記ヒートシンク板材および薄板材の接
合面にクラッドした状態で用いて、ヒートシンク板材お
よび薄板材をそれぞれ積層接合し、この場合ＡｇＮ系焼
結板材に対するヒートシンク板材および薄板材のろう付
は密着性を向上させるために、ＡｇＮ系焼結板材の少な
くとも接合面に、表面酸化層を形成すると共に、この表
面酸化層形成面には酸化けい素（以下ＳｉＯ２で示す）
系被覆層を形成しておき、さらに上記の通りＡ，ｆｆＮ
系焼結板材の一方面に、表面酸化層およびＳ １ ０
２系被覆層を介してろう付けされた八ΩまたはＡ，Ｑ合
金の薄板材の表面の所定部分または全面に回路形成用お
よび部品はんだ付は用としてＣｕまたはＮｉメッキ層を
形成した構造にすると、構成部材すべてが軽量にして熱
伝導性の良好なＡ、ｉｌｌまたは１１合金とＡｇＮ系焼
結体で構成されることになることから、基板全体が軽量
化され、かつ放熱性のすぐれたものになるという研究結
果を得るに至ったのである。
この発明は、主尺研究結果にもとづいてなされたもので
あって、第１図に概略説明図で示されるように、 絶縁板材Ｃを、平均層厚：０．２〜２０μｓの表面酸化
層Ｃ−８を有するＡ１１Ｎ系焼結板材Ｃ−Ｈの少なくと
も両面に平均層厚： ０．０１〜１０μｍのＳ Ｉ Ｏ
Ｚ系被覆層Ｃ−Ｃを形成したもので構成し、この場合Ａ
４７Ｎ系焼結板材Ｃ−Ｂは、酸化イツトリウム（以下Ｙ
２Ｏ３で示す）および酸化カルシウム（以下ＣａＯて示
す）のうちの１種または２種：０．１〜１０重量％、を
含有し、残りがＡｐＮと不可避不純物からなる組成もつ
ものが望ましく、 また、Ｓ Ｉ Ｏ２系被覆層ｃ−ｃとしては、（ａ）
実質的にＳ Ｌ ０２からなるもの、（ｂ） 酸化
ジルコニウム（以下Ｚ ｒ Ｏ２で示す）：１〜５０％
、 を含有し、残りがＳｉ０２と不可避不純物からなる組成
をもつもの、 （ｃ）酸化チタニウム（以下ＴｉＯ２で示す）：１〜５
０％、 を含有し、残りが３１０２と不可避不純物からなる組成
をもつもの、 以上（ａ）〜（Ｃ）のいずれかで構成されることが望ま
しく、 上記絶縁板材Ｃの一方面にＡ１１）またはＡｌ１合金か
らなるヒートシンク板材Ａを、また上記絶縁板材Ｃの他
方面に同じ＜Ａｉ）またはへρ合金からなる回路形成用
薄板材Ｂを、それぞれＡｌ−Ｓｉ系合金またはＡｌ−Ｇ
ｅ系合金からなるろう材りを用いて積層接合し、 さらに、上記回路形成用薄板材Ｂの表面の所定部分また
は全面にＣｕまたはＮｌメッキ層を形成してなる放熱性
にすぐれた半導体装置用軽量基板に特徴を有するもので
ある。
あって、第１図に概略説明図で示されるように、 絶縁板材Ｃを、平均層厚：０．２〜２０μｓの表面酸化
層Ｃ−８を有するＡ１１Ｎ系焼結板材Ｃ−Ｈの少なくと
も両面に平均層厚： ０．０１〜１０μｍのＳ Ｉ Ｏ
Ｚ系被覆層Ｃ−Ｃを形成したもので構成し、この場合Ａ
４７Ｎ系焼結板材Ｃ−Ｂは、酸化イツトリウム（以下Ｙ
２Ｏ３で示す）および酸化カルシウム（以下ＣａＯて示
す）のうちの１種または２種：０．１〜１０重量％、を
含有し、残りがＡｐＮと不可避不純物からなる組成もつ
ものが望ましく、 また、Ｓ Ｉ Ｏ２系被覆層ｃ−ｃとしては、（ａ）
実質的にＳ Ｌ ０２からなるもの、（ｂ） 酸化
ジルコニウム（以下Ｚ ｒ Ｏ２で示す）：１〜５０％
、 を含有し、残りがＳｉ０２と不可避不純物からなる組成
をもつもの、 （ｃ）酸化チタニウム（以下ＴｉＯ２で示す）：１〜５
０％、 を含有し、残りが３１０２と不可避不純物からなる組成
をもつもの、 以上（ａ）〜（Ｃ）のいずれかで構成されることが望ま
しく、 上記絶縁板材Ｃの一方面にＡ１１）またはＡｌ１合金か
らなるヒートシンク板材Ａを、また上記絶縁板材Ｃの他
方面に同じ＜Ａｉ）またはへρ合金からなる回路形成用
薄板材Ｂを、それぞれＡｌ−Ｓｉ系合金またはＡｌ−Ｇ
ｅ系合金からなるろう材りを用いて積層接合し、 さらに、上記回路形成用薄板材Ｂの表面の所定部分また
は全面にＣｕまたはＮｌメッキ層を形成してなる放熱性
にすぐれた半導体装置用軽量基板に特徴を有するもので
ある。
さらに、この発明の基板の構成部材について、以下に詳
述する。
述する。
（ａ） ＡｇＮ系焼結板材
このＡＪ７Ｎ系焼結仮焼結板材常の粉末冶金法にて製造
されるが、その製造に際しては、原料粉末として用いら
れるＡＪ７Ｎ粉末に、Ｙ２Ｏ３粉末およびＣａＯ粉末の
うちの１種または２種を配合するのが望ましく、これら
粉末の配合によって、焼結性が一段と改善されてＡｌＮ
系焼結板材の強度が向上するようになるほか、後工程で
のＡｇＮ系焼結板材表面部の酸化層の形成に際して、酸
化が促進されて緻密組織を有する酸化層のすみやかな形
成が可能となるものであり、しかし、その配合割合が０
．１％未満ては前記の作用に所望の効果が得られず、一
方その配合割合が１０％を越えると自体の熱伝導性が低
下するようになることから、その配合割合（含有割合と
同じ）を０．１〜ｌＯ％としなければならない。
されるが、その製造に際しては、原料粉末として用いら
れるＡＪ７Ｎ粉末に、Ｙ２Ｏ３粉末およびＣａＯ粉末の
うちの１種または２種を配合するのが望ましく、これら
粉末の配合によって、焼結性が一段と改善されてＡｌＮ
系焼結板材の強度が向上するようになるほか、後工程で
のＡｇＮ系焼結板材表面部の酸化層の形成に際して、酸
化が促進されて緻密組織を有する酸化層のすみやかな形
成が可能となるものであり、しかし、その配合割合が０
．１％未満ては前記の作用に所望の効果が得られず、一
方その配合割合が１０％を越えると自体の熱伝導性が低
下するようになることから、その配合割合（含有割合と
同じ）を０．１〜ｌＯ％としなければならない。
（ｂ）ＡｌｌＮ系焼結板材表面部に形成される酸化層こ
の表面酸化層は、ＡｌＮ系焼結板材とｌ）またはＡｌ合
金のヒートシンク板材および薄板材とのＡＤ−Ｓｉ系合
金またはＡ（１−Ｇｅ系合金からなるろう材によるろう
付は密着性を、Ｓ Ｌ Ｏ２系被覆層との共存において
向上させるために形成されるが、その平均層厚が０．２
ｕｍ未満ではＳ Ｉ Ｏ２系被覆層との間に十分な密着
性を確保することができず、一方その平均層厚が２０ｔ
Ｅｎを越えると、ＡｌＮ系焼結板材のもつすぐれた熱伝
導性が損なわれるようになるので、その平均層厚を０．
２〜２０虜としなければならない。
の表面酸化層は、ＡｌＮ系焼結板材とｌ）またはＡｌ合
金のヒートシンク板材および薄板材とのＡＤ−Ｓｉ系合
金またはＡ（１−Ｇｅ系合金からなるろう材によるろう
付は密着性を、Ｓ Ｌ Ｏ２系被覆層との共存において
向上させるために形成されるが、その平均層厚が０．２
ｕｍ未満ではＳ Ｉ Ｏ２系被覆層との間に十分な密着
性を確保することができず、一方その平均層厚が２０ｔ
Ｅｎを越えると、ＡｌＮ系焼結板材のもつすぐれた熱伝
導性が損なわれるようになるので、その平均層厚を０．
２〜２０虜としなければならない。
また、表面酸化層は、ＡｇＮ系焼結板材に、２
酸素分圧：１０ 〜１気圧、水蒸気分圧： 工０’気圧
以下の雰囲気中で、１１００〜１５００℃の温度に、層
厚に応じた所定時間保持、 の条件で酸化処理を施すことにより形成されるものであ
り、Ａｇ２Ｏ３を主成分とするものである。
以下の雰囲気中で、１１００〜１５００℃の温度に、層
厚に応じた所定時間保持、 の条件で酸化処理を施すことにより形成されるものであ
り、Ａｇ２Ｏ３を主成分とするものである。
（ｃ） Ｓ ｉ０２系被覆層
ＳｉＯ系被覆層は、Ａ、１ｌ１２０３を主成分とする表
面酸化層、並びにＡ、９−８ｔ系合金またはＡｇ−Ｇｅ
系合金からなるろう材との密着性にすぐれたものであり
、Ａ１１Ｎ系焼結板材とＡｇまた］ Ｏ はＡｌ合金のヒートシンク板材および薄板材とのろう付
は接合には不可欠の介在層であるが、その平均層厚が０
．０１庫未満では所望の接合強度を確保することができ
ず、一方その平均層厚が１０庫を越えると熱伝導性（放
熱性）が損なわれるようになるので、その平均層厚を０
．０１〜１０部としなければならない。
面酸化層、並びにＡ、９−８ｔ系合金またはＡｇ−Ｇｅ
系合金からなるろう材との密着性にすぐれたものであり
、Ａ１１Ｎ系焼結板材とＡｇまた］ Ｏ はＡｌ合金のヒートシンク板材および薄板材とのろう付
は接合には不可欠の介在層であるが、その平均層厚が０
．０１庫未満では所望の接合強度を確保することができ
ず、一方その平均層厚が１０庫を越えると熱伝導性（放
熱性）が損なわれるようになるので、その平均層厚を０
．０１〜１０部としなければならない。
また、Ｓ ｌ ０２系被覆層は、これを実質的にＳ １
０２で構成してもすぐれた接合強度が得られるが、Ｓｉ
Ｏに、ＺｒＯまたはＴ １０２を２ １〜５０％の割合で含有させると、密着性が一段と向上
するようになり、基板が実用時に加熱と冷却の繰り返し
による熱衝撃にさらされた場合にも表面酸化層とろう材
間に長期に亘ってすぐれた密着性が保持されるようにな
るが、その含有割合が１％未満では上記の作用に所望の
効果が得られず、その含有割合が５０％を越えるとろう
材との密着性に劣化傾向が現われはじめるので、その含
有割合は１〜５０％としなければならない。
０２で構成してもすぐれた接合強度が得られるが、Ｓｉ
Ｏに、ＺｒＯまたはＴ １０２を２ １〜５０％の割合で含有させると、密着性が一段と向上
するようになり、基板が実用時に加熱と冷却の繰り返し
による熱衝撃にさらされた場合にも表面酸化層とろう材
間に長期に亘ってすぐれた密着性が保持されるようにな
るが、その含有割合が１％未満では上記の作用に所望の
効果が得られず、その含有割合が５０％を越えるとろう
材との密着性に劣化傾向が現われはじめるので、その含
有割合は１〜５０％としなければならない。
さらに、このＳｉＯ系被覆層は、これがＳｉＯ２１
で構成される場合には、例えば、
（ａ） ターゲツト材質：純度９９．９％の高純度石
英ガラス、 ターゲット寸法、直径３ ｍｍ Ｘ高さ１．０ｍｍ５電
力 ： ｉｏｏ ｗ。
英ガラス、 ターゲット寸法、直径３ ｍｍ Ｘ高さ１．０ｍｍ５電
力 ： ｉｏｏ ｗ。
ＡｇＮ系焼結板材の回転数： １０ｒ、ｐ、ｍ、、の条
件での高周波スパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート＋３４７ｇと、エチルアル
コール：５００ｇと、０．３％ＨＣβ水溶液：１９０．
２ｇの割合の混合液を、５００ｒ、ｐ、ｍ、で回転する
ＡｇＮ系焼結板材の表面に１０秒間ふりかけ、温度：８
００℃に１０分間保持する焼成を１サイクルとし、これ
を所定厚さになるまで繰り返し行なうことからなるゾル
ゲル法、 （ｃ） 反応ガス： ５ｉ２Ｈ６１０２＝０．０１５
（容量比）、反応容器内圧カニ ０．２ｔｏｒｒ 。
件での高周波スパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート＋３４７ｇと、エチルアル
コール：５００ｇと、０．３％ＨＣβ水溶液：１９０．
２ｇの割合の混合液を、５００ｒ、ｐ、ｍ、で回転する
ＡｇＮ系焼結板材の表面に１０秒間ふりかけ、温度：８
００℃に１０分間保持する焼成を１サイクルとし、これ
を所定厚さになるまで繰り返し行なうことからなるゾル
ゲル法、 （ｃ） 反応ガス： ５ｉ２Ｈ６１０２＝０．０１５
（容量比）、反応容器内圧カニ ０．２ｔｏｒｒ 。
ＡｌＮ系焼結板材の温度：１５０°Ｃ１光；水銀ランプ
発生光、 の条件での光化学蒸着法（以下光ＣＶＤ法という）、 ２ 以上（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかの方法で形成する
のがよく、またＺｒＯやＴ ｉ Ｏ２を含有したＳ ｉ
ｏ ２系被覆層も、上記の（ａ）〜（Ｃ）のいずれかの
方法を用い、それぞれターゲツト材質、混合液、あるい
は反応ガスの組成を所定組成に調製することにより形成
することができる。
発生光、 の条件での光化学蒸着法（以下光ＣＶＤ法という）、 ２ 以上（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかの方法で形成する
のがよく、またＺｒＯやＴ ｉ Ｏ２を含有したＳ ｉ
ｏ ２系被覆層も、上記の（ａ）〜（Ｃ）のいずれかの
方法を用い、それぞれターゲツト材質、混合液、あるい
は反応ガスの組成を所定組成に調製することにより形成
することができる。
つぎに、この発明の半導体装置用基板を実施例により具
体的に説明する。
体的に説明する。
まず、原料粉末として、いずれも１〜３虜の平均粒径を
有するＡｇＮ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、およびＣａＯ粉末を
用い、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合
組成に配合し、ボールミルにて７２時時間式混合し、乾
燥した後、さらにこれに有機バインダーを添加して混合
し、ドクターブレード法によりグリーンシートに形成し
、ついで常圧のＮ２雰囲気中、温度： １ｇ００℃に２
時間保持の条件で焼結して、実質的に配合組成と同一の
成分組成を有し、かつ幅：５０ｍｍＸ厚さ：０．［１３
ｍ１Ｘ長さニア５＋ｎ＋ｎの寸法をもったＡｇＮ系焼結
板材を形成し、ついで、これらのＡｇＮ系焼結板材に、
酸素分圧＝０．１〜１気圧、水蒸気分圧：ｌＸ１０−５
〜１×１０−３気圧の雰囲気中、１３５０〜１４５０℃
の温度に所定時間保持の条件で酸化処理を施して第１表
に示される平均層厚の表面酸化層を形成し、さらに引続
いて、前記表面酸化層上に、通常の高周波スパッタ法、
ゾルゲル法、および光ＣＶＤ法のうちのいずれかの方法
にて、同じく第１表に示される組成および平均層厚を有
するＳ ｉＯ２系被覆層を形成することにより絶縁板材
Ａ−Ｖをそれぞれ製造した。
有するＡｇＮ粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、およびＣａＯ粉末を
用い、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合
組成に配合し、ボールミルにて７２時時間式混合し、乾
燥した後、さらにこれに有機バインダーを添加して混合
し、ドクターブレード法によりグリーンシートに形成し
、ついで常圧のＮ２雰囲気中、温度： １ｇ００℃に２
時間保持の条件で焼結して、実質的に配合組成と同一の
成分組成を有し、かつ幅：５０ｍｍＸ厚さ：０．［１３
ｍ１Ｘ長さニア５＋ｎ＋ｎの寸法をもったＡｇＮ系焼結
板材を形成し、ついで、これらのＡｇＮ系焼結板材に、
酸素分圧＝０．１〜１気圧、水蒸気分圧：ｌＸ１０−５
〜１×１０−３気圧の雰囲気中、１３５０〜１４５０℃
の温度に所定時間保持の条件で酸化処理を施して第１表
に示される平均層厚の表面酸化層を形成し、さらに引続
いて、前記表面酸化層上に、通常の高周波スパッタ法、
ゾルゲル法、および光ＣＶＤ法のうちのいずれかの方法
にて、同じく第１表に示される組成および平均層厚を有
するＳ ｉＯ２系被覆層を形成することにより絶縁板材
Ａ−Ｖをそれぞれ製造した。
さらに、ヒートシンク板材として、いずれも幅＝５０ｍ
ｍＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋ｎｍの寸法を有し、ま
た薄板材として、いずれも幅：４５ｍｍｘ厚さ：１ｍｍ
ｘ長さ： ７０＋ｎｍを有し、かつ（ａ） 純Ａｇ、 （ｂ） Ａｇ−２，５％Ｍｇ−０，２％Ｃｒ合金（以
下、Ａｇ−Ｍｇ−Ｃｒ合金という）、 （ｃ）ｌ）−１％Ｍｎ合金（以下、Ａｌｌ）−Ｍｎ合金
という）、 ３ ４ ５ １６ （ｄ） Ａｌ−０，０２％Ｎ＋合金（以下、Ａｌ−Ｎ
１合金という）、 （ｅ） Ａｌ−０，００５％Ｂ合金（以下、Ａｌ−Ｂ
合金という）、 以上（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかからなる板材を用
意し、またろう材として、厚さ＝５０庫を有し、かつ、 （ａ）ＡＮ−１３％Ｓｉ合金、 （ｂ） ＡＮ−７，５％Ｓｔ合金、 （ｃ） Ａｌ−１５％Ｇｅ合金、 以上（ａ）〜（Ｃ）のうちのいずれかからなる箔材を用
意し、ろう材として、 （ｄ） Ａｌ−９，５％５ｉ−１％Ｍｇ合金（以下、
Ａ、９−８ｔ −Ｍｇ合金という）、（ｅ） Ａｌ
−７，５％５ｉ−１０％Ｇｅ合金（以下、Ａｌ−８ｉ−
Ｇｅ合金という）、 上記（ｄ）または（ｅ）を適用する場合には、上記のヒ
ートシンク板材および薄板材の圧延加工時に３０庫の厚
さにクラッドしてろう付は板材（プレージングシート）
とした状態で用い、ついてこれらの構成部材を第２表に
示される組合せで第１図に示される状態に積み重ね、こ
の状態で真空中、４３０〜６１０℃に１０分間保持の条
件でろう付けして積層接合体とし、これに温度二３５０
℃に３０分間保持後常温まで炉台の熱処理を施し、引続
いて前記積層接合体を構成する薄板材の表面全面に、厚
さ＝０．５ｊＥｒＩのＣｕまたはＮｉメッキ層を通常の
無電解メッキ法により形成することにより本発明基板１
〜２２をそれぞれ製造した。
ｍＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋ｎｍの寸法を有し、ま
た薄板材として、いずれも幅：４５ｍｍｘ厚さ：１ｍｍ
ｘ長さ： ７０＋ｎｍを有し、かつ（ａ） 純Ａｇ、 （ｂ） Ａｇ−２，５％Ｍｇ−０，２％Ｃｒ合金（以
下、Ａｇ−Ｍｇ−Ｃｒ合金という）、 （ｃ）ｌ）−１％Ｍｎ合金（以下、Ａｌｌ）−Ｍｎ合金
という）、 ３ ４ ５ １６ （ｄ） Ａｌ−０，０２％Ｎ＋合金（以下、Ａｌ−Ｎ
１合金という）、 （ｅ） Ａｌ−０，００５％Ｂ合金（以下、Ａｌ−Ｂ
合金という）、 以上（ａ）〜（ｅ）のうちのいずれかからなる板材を用
意し、またろう材として、厚さ＝５０庫を有し、かつ、 （ａ）ＡＮ−１３％Ｓｉ合金、 （ｂ） ＡＮ−７，５％Ｓｔ合金、 （ｃ） Ａｌ−１５％Ｇｅ合金、 以上（ａ）〜（Ｃ）のうちのいずれかからなる箔材を用
意し、ろう材として、 （ｄ） Ａｌ−９，５％５ｉ−１％Ｍｇ合金（以下、
Ａ、９−８ｔ −Ｍｇ合金という）、（ｅ） Ａｌ
−７，５％５ｉ−１０％Ｇｅ合金（以下、Ａｌ−８ｉ−
Ｇｅ合金という）、 上記（ｄ）または（ｅ）を適用する場合には、上記のヒ
ートシンク板材および薄板材の圧延加工時に３０庫の厚
さにクラッドしてろう付は板材（プレージングシート）
とした状態で用い、ついてこれらの構成部材を第２表に
示される組合せで第１図に示される状態に積み重ね、こ
の状態で真空中、４３０〜６１０℃に１０分間保持の条
件でろう付けして積層接合体とし、これに温度二３５０
℃に３０分間保持後常温まで炉台の熱処理を施し、引続
いて前記積層接合体を構成する薄板材の表面全面に、厚
さ＝０．５ｊＥｒＩのＣｕまたはＮｉメッキ層を通常の
無電解メッキ法により形成することにより本発明基板１
〜２２をそれぞれ製造した。
一方、比較の目的で、第２図に示されるように、幅：５
０ｍｍＸ厚さ：Ｏ，Ｂ３ｍｍＸ長さニア５ｍｍの寸法を
もった純度：９８％のＡｌ２０３焼結体からなる絶縁板
材を用い、これの両側から幅：４５ｍｍＸ厚さ：０．３
ｍｍＸ長さニア０＋＋＋ｍの寸法をもった無酸素銅薄板
材（２枚）ではさんだ状態で重ね合わせ、この状態で酸
素：１容量％含有のＡｒ雰囲気中、温度：１０７５℃に
５０分間保持の条件で加熱し、この酸化性雰囲気で表面
に形成したＣ ｕ ２０と母材のＣｕとの共晶による液
相を接合面に発生させて接合し、ついでこの接合体を、
厚さ：３００ｐの箔材とした７ ８ ｐ ｂ−ｅｏ％Ｓｎ合金からなるはんだ祠を用いて、幅
＝５０關×厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋ｕ＋の寸法をも
った無酸素銅からなるヒートシンク板材の片面にはんだ
付けすることにより従来基板を製造した。
０ｍｍＸ厚さ：Ｏ，Ｂ３ｍｍＸ長さニア５ｍｍの寸法を
もった純度：９８％のＡｌ２０３焼結体からなる絶縁板
材を用い、これの両側から幅：４５ｍｍＸ厚さ：０．３
ｍｍＸ長さニア０＋＋＋ｍの寸法をもった無酸素銅薄板
材（２枚）ではさんだ状態で重ね合わせ、この状態で酸
素：１容量％含有のＡｒ雰囲気中、温度：１０７５℃に
５０分間保持の条件で加熱し、この酸化性雰囲気で表面
に形成したＣ ｕ ２０と母材のＣｕとの共晶による液
相を接合面に発生させて接合し、ついでこの接合体を、
厚さ：３００ｐの箔材とした７ ８ ｐ ｂ−ｅｏ％Ｓｎ合金からなるはんだ祠を用いて、幅
＝５０關×厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋ｕ＋の寸法をも
った無酸素銅からなるヒートシンク板材の片面にはんだ
付けすることにより従来基板を製造した。
ついで、本発明基板１〜２２および従来基板について、
一般に半導体装置用基板の評価試験として採用されてい
る試験、すなわち温度＝１２５℃に加熱後、−５５℃に
冷却を１サイクルとする繰り返し加熱試験を行ない、絶
縁板材に割れが発生するに至るまでのサイクル数を２０
サイクル毎に観察して測定し、またレーザ・フラッシュ
法による熱伝導度の測定、および絶縁板材とヒートシン
ク板材の接合強度の測定を行ない、さらに本発明基板１
〜２２の重量を測定し、従来基板の重量を１とし、これ
に対する相対比を求めた。これらの結果を第２表に示し
た。
一般に半導体装置用基板の評価試験として採用されてい
る試験、すなわち温度＝１２５℃に加熱後、−５５℃に
冷却を１サイクルとする繰り返し加熱試験を行ない、絶
縁板材に割れが発生するに至るまでのサイクル数を２０
サイクル毎に観察して測定し、またレーザ・フラッシュ
法による熱伝導度の測定、および絶縁板材とヒートシン
ク板材の接合強度の測定を行ない、さらに本発明基板１
〜２２の重量を測定し、従来基板の重量を１とし、これ
に対する相対比を求めた。これらの結果を第２表に示し
た。
第２表に示される結果から、本発明基板１〜２２は、い
ずれも従来基板と同等のすぐれた熱伝導性および接合強
度を示し、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによ
っても、絶縁板材に割れの発生が見られないのに対して
、従来基板ではＡｇ２Ｏ３焼結体とＣｕ間の大きな熱膨
張係数差に原因して絶縁板材に比較的早期に割れが発生
するものであり、また本発明基板１〜２２は、従来基板
に比して約６５％の重量減を示し、軽量化の著しいこと
が明らかである。
ずれも従来基板と同等のすぐれた熱伝導性および接合強
度を示し、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによ
っても、絶縁板材に割れの発生が見られないのに対して
、従来基板ではＡｇ２Ｏ３焼結体とＣｕ間の大きな熱膨
張係数差に原因して絶縁板材に比較的早期に割れが発生
するものであり、また本発明基板１〜２２は、従来基板
に比して約６５％の重量減を示し、軽量化の著しいこと
が明らかである。
上述のように、この発明の半導体装置用基板は、軽量に
して、放熱性（熱伝導性）にすぐれ、かつ構成部材の接
合も強固なので、半導体装置の高集積化および大電力化
に十分対応することができ、かつ苛酷な条件下での実用
に際してもセラミック質の絶縁板材に割れなどの欠陥発
生なく、信頼性のきわめて高いものであるなど工業上有
用な効果をもたらすものである。
して、放熱性（熱伝導性）にすぐれ、かつ構成部材の接
合も強固なので、半導体装置の高集積化および大電力化
に十分対応することができ、かつ苛酷な条件下での実用
に際してもセラミック質の絶縁板材に割れなどの欠陥発
生なく、信頼性のきわめて高いものであるなど工業上有
用な効果をもたらすものである。
第１図はこの発明の半導体装置用基板の概略説明図、第
２図は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 ０ １ Ａ、Ａ’ ・・・ヒートシンク板材、 Ｂ、Ｂ’・・・薄板材、 ｃ、ｃ’・・・絶縁板材
、Ｃ−Ｂ・・・ＡｇＮ系焼結板材、 Ｃ−Ｓ・・・表面酸化層、 ｃ−ｃ・・・Ｓ Ｉ Ｏ２系被覆層、 Ｄ・・・ろう材、 Ｄ′・・・はんだ材。
２図は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 ０ １ Ａ、Ａ’ ・・・ヒートシンク板材、 Ｂ、Ｂ’・・・薄板材、 ｃ、ｃ’・・・絶縁板材
、Ｃ−Ｂ・・・ＡｇＮ系焼結板材、 Ｃ−Ｓ・・・表面酸化層、 ｃ−ｃ・・・Ｓ Ｉ Ｏ２系被覆層、 Ｄ・・・ろう材、 Ｄ′・・・はんだ材。
Claims (5)
- （１）絶縁板材が、平均層厚：０．２〜２０μｍの表面
酸化層を有する窒化アルミニウム系焼結板材の少なくと
も両面に平均層厚：０．０１〜１０μｍの酸化けい素系
被覆層を形成したものからなり、 かつ、上記絶縁板材の一方面にはＡｌまたはＡｌ合金か
らなるヒートシンク板材が、また上記絶縁板材の他方面
には同じくＡｌまたはＡｌ合金からなる回路形成用薄板
材が、それぞれＡｌ−Ｓｉ系合金またはＡｌ−Ｇｅ系合
金からなるろう材にて積層接合され、 さらに、上記回路形成用薄板材の表面の所定部分または
全面にＣｕまたはＮｉメッキ層を形成した構造を有する
ことを特徴とする半導体装置用軽量基板。 - （２）上記窒化アルミニウム系焼結板材が、酸化イット
リウムおよび酸化カルシウムのうちの１種または２種：
０．１〜１０重量％、 を含有し、残りが窒化アルミニウムと不可避不純物から
なる組成を有することを特徴とする上記特許請求の範囲
第（１）項記載の半導体装置用軽量基板。 - （３）上記酸化けい素系被覆層が、 実質的に酸化けい素からなることを特徴とする上記特許
請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の半導体装
置用軽量基板。 - （４）上記酸化けい素系被覆層が、 酸化ジルコニウム：１〜５０重量％、 を含有し、残りが酸化けい素と不可避不純物からなる組
成を有することを特徴とする上記特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項記載の半導体装置用軽量基板。 - （５）上記酸化けい素系被覆層が、 酸化チタニウム：１〜５０重量％、 を含有し、残りが酸化けい素と不可避不純物からなる組
成を有することを特徴とする上記特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項記載の半導体装置用軽量基板。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263710A JP2658435B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 半導体装置用軽量基板 |
| EP90119255A EP0422558B1 (en) | 1989-10-09 | 1990-10-08 | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| KR1019900015989A KR0173782B1 (ko) | 1989-10-09 | 1990-10-08 | 전기 또는 전자회로의 성형에 사용되는 세라믹기판 |
| DE69034139T DE69034139T2 (de) | 1989-10-09 | 1990-10-08 | Keramiksubstrat zur Herstellung elektrischer oder elektronischer Schaltungen |
| DE69033718T DE69033718T2 (de) | 1989-10-09 | 1990-10-08 | Keramisches Substrat angewendet zum Herstellen einer elektrischen oder elektronischen Schaltung |
| EP00104809A EP1020914B1 (en) | 1989-10-09 | 1990-10-08 | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| US07/594,596 US5130498A (en) | 1989-10-09 | 1990-10-09 | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1263710A JP2658435B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 半導体装置用軽量基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03125463A true JPH03125463A (ja) | 1991-05-28 |
| JP2658435B2 JP2658435B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=17393245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1263710A Expired - Fee Related JP2658435B2 (ja) | 1989-10-09 | 1989-10-09 | 半導体装置用軽量基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658435B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5965193A (en) * | 1994-04-11 | 1999-10-12 | Dowa Mining Co., Ltd. | Process for preparing a ceramic electronic circuit board and process for preparing aluminum or aluminum alloy bonded ceramic material |
| JP2000228568A (ja) * | 1999-02-04 | 2000-08-15 | Dowa Mining Co Ltd | アルミニウム−窒化アルミニウム絶縁回路基板 |
| WO2002013267A1 (en) * | 2000-08-09 | 2002-02-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module and power module with heat sink |
| JP2002208760A (ja) * | 2001-01-09 | 2002-07-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板及びその製造方法 |
| EP1243569A2 (en) | 1994-04-11 | 2002-09-25 | Dowa Mining Co., Ltd. | Electrical circuit having a metal-bonded-ceramic material or MBC component as an insulating substrate |
| JP2002334961A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 |
| EP1056321A3 (en) * | 1999-05-28 | 2003-03-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Circuit substrate |
| WO2005070851A1 (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Tokuyama Corporation | 表面に酸化物層を有する非酸化物セラミックス、その製造方法およびその用途 |
| US7128979B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-10-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Circuit board, method of producing same, and power module |
| JP2007036263A (ja) * | 2001-03-01 | 2007-02-08 | Dowa Holdings Co Ltd | 半導体実装用絶縁基板及びパワーモジュール |
| JP2010010564A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール用基板 |
-
1989
- 1989-10-09 JP JP1263710A patent/JP2658435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1243569A2 (en) | 1994-04-11 | 2002-09-25 | Dowa Mining Co., Ltd. | Electrical circuit having a metal-bonded-ceramic material or MBC component as an insulating substrate |
| US6183875B1 (en) | 1994-04-11 | 2001-02-06 | Dowa Mining Co., Ltd. | Electronic circuit substrates fabricated from an aluminum ceramic composite material |
| US5965193A (en) * | 1994-04-11 | 1999-10-12 | Dowa Mining Co., Ltd. | Process for preparing a ceramic electronic circuit board and process for preparing aluminum or aluminum alloy bonded ceramic material |
| JP2000228568A (ja) * | 1999-02-04 | 2000-08-15 | Dowa Mining Co Ltd | アルミニウム−窒化アルミニウム絶縁回路基板 |
| EP1056321A3 (en) * | 1999-05-28 | 2003-03-19 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Circuit substrate |
| US7019975B2 (en) | 2000-08-09 | 2006-03-28 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module and power module with heat sink |
| WO2002013267A1 (en) * | 2000-08-09 | 2002-02-14 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module and power module with heat sink |
| JP2002208760A (ja) * | 2001-01-09 | 2002-07-26 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板及びその製造方法 |
| JP2007036263A (ja) * | 2001-03-01 | 2007-02-08 | Dowa Holdings Co Ltd | 半導体実装用絶縁基板及びパワーモジュール |
| JP2002334961A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Denki Kagaku Kogyo Kk | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 |
| US7128979B2 (en) | 2002-04-19 | 2006-10-31 | Mitsubishi Materials Corporation | Circuit board, method of producing same, and power module |
| WO2005070851A1 (ja) * | 2004-01-23 | 2005-08-04 | Tokuyama Corporation | 表面に酸化物層を有する非酸化物セラミックス、その製造方法およびその用途 |
| JP2010010564A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板の製造方法及びパワーモジュール用基板 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |