JPH0470776B2 - - Google Patents

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JPH0470776B2
JPH0470776B2 JP63103957A JP10395788A JPH0470776B2 JP H0470776 B2 JPH0470776 B2 JP H0470776B2 JP 63103957 A JP63103957 A JP 63103957A JP 10395788 A JP10395788 A JP 10395788A JP H0470776 B2 JPH0470776 B2 JP H0470776B2
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JP
Japan
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beryllium
sintered body
aluminum nitride
semiconductor device
room temperature
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JP63103957A
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JPS63313842A (ja
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Yukio Takeda
Satoru Ogiwara
Mitsuru Ura
Kosuke Nakamura
Tadamichi Asai
Tokio Oogoshi
Yasuo Matsushita
Kunihiro Maeda
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30Die-attach connectors
    • H10W72/381Auxiliary members
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/884Die-attach connectors and bond wires

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  • Ceramic Products (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な窒化アルミニウム焼結体に係
り、特に高熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼
結体からなる半導体装置搭載用基板及び半導体装
置に関する。 〔従来の技術〕 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形成され
るようになつてきた。さらに大容量化や小型化に
対する要請も大きく、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てい
る。従来、こうした絶縁基板用材料としてはアル
ミナ焼結体が使用されているが、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、より熱放散性の大きい絶縁基板
材料の開発が求められていた。こうした絶縁基板
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) 熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数に近いこ
と。 (4) 機械的強度が大きいこと。 (5) 誘電率が小さいこと。 などが要求される。 窒化アルミニウム焼結体はその熱膨張係数が約
5×10-6/℃で、アルミナ焼結体のそれの約7×
10-6/℃に比べて小さく、シリコンの熱膨張係数
約3.3×10-6/℃に近い。また、曲げ強さが約50
Kg/mm2以上を有し、アルミナ焼結体の約20Kg/mm2
に比べ極めて高強度である。さらに電気絶縁性に
も優れている。 従来公知である窒化アルミニウム焼結体の製造
方法には(1)反応焼結法、(2)常圧焼結法、(3)ホツト
プレス焼結法がある。このうち反応焼結法は金属
アルミニウムの成形体を窒素ガス雰囲気中で窒化
反応させながら焼結させる方法である。反応焼結
法では窒化反応が窒素ガスの拡散律速であること
から肉厚の製品の場合、中心部に未反応金属が残
ることと、多孔質であるため電気絶縁材としては
実用化されていない。常圧焼結法では窒化アルミ
ニウム粉末に酸化イツトリウムと希土類酸化物、
酸化イツトリウムと二酸化ケイ素、ニツケル、酸
化カルシウムなどの粉末を添加して混合したのち
成形体として焼成する方法が知られている。さら
にホツトプレス焼結法では窒化アルミニウム粉末
に酸化アルミニウム、酸化イツトリウムと二酸化
ケイ素などの粉末を添加して混合したのち成形体
とし、加圧下に加熱して焼結する方法である。従
来公知である常圧焼結法及びホツトプレス焼結法
によれば緻密化した窒化アルミニウム焼結体を得
ることができ、焼結体は高強度で電気絶縁性及び
低熱膨張係数を有する。しかし、上記の方法で得
た焼結体の熱伝導率は小さく、通常0.07cal/
cm・sec・℃(室温)であり、大きいものでも
0.1cal/cm・sec・℃である。これらの点から、
窒化アルミニウム焼結体より高熱伝導率を有する
ものが開発されると、大規模集積回路などの絶縁
基板材料として極めて有用である。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明の目的は熱伝導率が高い半導体装置搭載
用基板及び半導体装置を提供するにある。 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、窒化アルミニウムを主成分とする焼
結体基板に半導体素子接続用金属層及び配線層を
有する半導体装置搭載用基板又はその焼結体基板
上に半導体素子及び配線層を有し、これらがリー
ド線によつて接続されている半導体装置ある。 焼結体は焼結助剤を含むことができ、室温にお
ける熱伝導率0.3cal/cm・sec・℃以上、室温に
おける電気抵抗率1012Ωcm以上室温から300℃に
おける平均熱膨張係数6×10-6/℃以下、焼結体
の理論密度の90%以上の密度を有する窒化アルミ
ニウム焼結体で、ベリリウム及びベリリウム含有
物質を含むのがよい。 〔作 用〕 本発明の焼結体基板はその製造法の一例とし
て、平均粒径が20μm以下である窒化アルミニウ
ム粉末にベリリウム及びベリリウム含有物質、好
ましくはその化合物中のベリリウム量を好ましく
は0.05〜10重量%を添加して混合した粉末を加圧
成形し、非酸化性雰囲気中で1600〜2000℃の温度
で常圧焼結するか、1600〜2000℃の温度と100
Kg/cm2以上の加圧下でホツトプレスして、そのも
のの理論密度の90%以上の密度を得るのに十分な
時間焼結することによつて得ることができる。 本発明において添加するベリリウム量は0.05〜
10重量%が好ましい。緻密化した焼結体を得るに
は0.05重量%以上が好ましく、焼結体の熱膨張係
数を6×10-6/℃以下にするには10重量%以下が
好ましい。特に、シリコン半導体素子用の絶縁基
板として使用する場合に好適である。 添加するベリリウムはベリリウム、硝酸ベリリ
ウム、硫酸ベリリウム、炭酸ベリリウム、リン酸
ベリリウム、水酸化ベリリウム、ハロゲン化ベリ
リウム、ベリリウムアセチルアセトン、シユウ酸
ベリリウム、炭化ベリリウム、ホウ化ベリリウ
ム、ケイ化ベリリウム、窒化ベリリウム、酸化ベ
リリウム等のベリリウム化合物からなるベリリウ
ム含有物質が用いられる。 窒化アルミニウム粉末は平均粒径が20μm以下、
好ましくは10μm以下の粒径が好ましい。 ベリリウムまたはベリリウム含有物質を添加混
合した窒化アルミニウム粉末成形体の焼結は非酸
化性の雰囲気中で行うことが好ましい。酸化性雰
囲気では窒化アルミニウムが酸化するために所望
の焼結体を得ることが困難になる。 焼結温度は1600〜2000℃、好ましくは1700〜
1900℃が有効である。絨密な焼結体を得るには
1600℃以上が好ましく、過焼成を防止するには
2000℃以下が好ましい。焼結は常圧焼結法によつ
ても良いし、ホツトプレス法によつても良い。も
し、一軸加圧式のホツトプレス法で焼結体を製造
する場合、収縮は加圧軸方向にしか起らず、寸法
精度が高く、常圧焼結法による焼結体よりも高強
度を有する焼結体を得ることができる。ホツトプ
レス法では加圧する荷重の大きさは使用するダイ
スの材質によつて上限が決るが、100Kg/cm2以上
の荷重が加えられるものであれば所望の焼結体を
得ることができる。焼結時間は原料粉末の粒径、
ベリリウムまたはベリリウム含有物質の種類及び
添加量、温度、焼結時に加える荷重の有無及び大
きさにより最適値が決る。一般的には原料粉末の
粒径が小さく、温度が高く、焼結時に荷重を加え
た場合、特に加える荷重が大きい程短時間で緻密
な焼結体が得られる。ベリリウムまたはベリリウ
ム含有物質の種類及び添加量についてはその種類
及び添加量により多少の差がある。 実験例 1 平均粒径が2μmの窒化アルミニウム粉末に平均
粒径が3μmの酸化ベリリウム粉末を0.03〜30重量
%添加し混合した。次いで該混合粉末を室温で
1000Kg/cm2の圧力を加えて成形体とした。該成形
体は次に焼成炉中で減圧度1×10-3〜1×
10-5torr中で焼結した。加熱は室温から1800℃ま
で約1hで昇温し、1800℃で0.5h保持したのち放冷
した。上記によつて製造した窒化アルミニウム焼
結体の特性と焼結体中のベリリウム含有量との関
係を第1図〜第4図に示す。 第1図〜第4図の結果より、窒化アルミニウム
焼結体中に含有されるベリリウムの量が0.05〜25
重量%のとき、0.3calcm・s・℃以上の高い熱伝
導率と1012Ωcm以上の電気抵抗率が得られ、10.5
%以下で6×10-6/℃以下の低熱膨張係数を有
し、焼結体の論理密度の90%以上の密度を有する
緻密化した焼結体が得られる。 実験例 2 窒化アルミニウム粉末に対して酸化ベリリウム
粉末を3重量%添加した混合粉末から成形体を得
て、焼結条件を変えて真空中で焼結体を製造し
た。 第1表は焼結体の製造条件と得られる焼結体の
相対密度の関係を示す表である。得られた焼結体
はその相対密度を90%以上にした場合、いずれも
0.4calcm・s・℃以上の熱伝導率(室温)と、
1012Ω・cm以上の電気抵抗率(室温)と、4.2〜
4.3×10-6/℃の熱膨張係数(室温〜300℃の平均
値)を有した。 実験例 3 窒化アルミニウム粉末に対して酸化ベリリウム
粉末を3重量%添加した混合粉末から成形体を得
て、実験例1に記載した方法と同様にして焼結体
を得た。この実施例は焼結体の製造時の雰囲気を
アルゴンガス、ヘリウムガス、窒素ガス、水素ガ
スと種々変えたものである。得られた焼結体はい
ずれも実験例1に記載した焼結体中のベリリウム
含有物質が1重量%のものと同様の性能を有し
た。 実験例 4 窒化アルミニウムに対して金属ベリリウムまた
は硝酸ベリリウム、硫酸ベリリウム、炭酸ベリリ
ウム、リン酸ベリリウム、水酸化ベリリウム、ハ
ロゲン化ベリリウム、ベリリウムアセチルアセト
ン、シユウ酸ベリリウム、炭化ベリリウム、ホウ
化ベリリウム、ケイ化ベリリウム、窒化ベリリウ
ムの1種をベリリウムとして0.03〜10重量%添加
して混合し、実験例1と同様にして焼結体を製造
した。得られた焼結体はベリリウムまたはベリリ
ウム含有化合物中のベリリウムを0.05%以上添加
した場合には相対密度90%以上に緻密化され、実
験例1に記載した焼結体と同様の性能を示した。
【表】
〔発明の効果〕
以上の如く、本発明の窒化アルミニウム焼結体
は、高度に緻密化され易く、高熱伝導率を有す
る。さらに組成を調整することによつて高電気抵
抗率及び低熱膨張係数を併せ有するという特徴を
持つ。従つて、前述した如き本発明の半導体装置
の電気絶縁基板に用いることによつて優れた効果
を得ることができる。更に、本発明の焼結体は耐
熱、耐酸化性や耐食性、耐薬品性が要求される部
材、耐熱衝撃性が要求される部材、高温において
高強度が要求される部材としても好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図はベリリウム含有量と焼結体の相対密度
の関係を示す図、第2図はベリリウム含有量と焼
結体の熱伝導率(室温)の関係を示す図、第3図
はベリリウム含有量と焼結体の電気抵抗率(室
温)の関係を示す図、第4図はベリリウム含有量
と熱膨張係数(室温〜300℃)の関係を示す図、
第5図は従来のシリコン半導体装置の組立断面
図、第6図は本発明の焼結体を基板に用いたシリ
コン半導体装置の組立断面図である。 1及び11…シリコン素子、2及び12…リー
ド線、3…モリブデンスペーサ、4及び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及び14…半
田、15…窒化アルミニウム焼結体基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 窒化アルミニウムを主成分とし、ベリリウム
    またはベリリウム含有物質をベリリウム量で0.05
    〜10重量%含有する焼結体基板上に、半導体素子
    接続用金属層及び配線層が形成されていることを
    特徴とする半導体装置搭載用基板。 2 前記焼結体は室温の熱伝導率が0.3cal/・
    cm・s・℃以上及び室温から300℃における平均
    熱膨張係数が6×10-6/℃以下であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置搭
    載用基板。 3 窒化アルミニウムを主成分とし、ベリリウム
    またはベリリウム含有物質をベリリウム量で0.05
    〜10重量%含有する焼結体基板上に、半導体素子
    及び配線層が形成され、前記半導体素子と配線層
    とがリード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。 4 前記焼結体は室温の熱伝導率が0.3cal/cm・
    s・℃以上及び室温から300℃における平均熱膨
    張係数が6×10-6/℃以下であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項記載の半導体装置。
JP63103957A 1988-04-28 1988-04-28 半導体装置搭載用基板及び半導体装置 Granted JPS63313842A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5811390B2 (ja) * 1977-02-18 1983-03-02 株式会社東芝 熱伝導性基板の製造方法

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