JPH05129467A - 半導体基板 - Google Patents
半導体基板Info
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- JPH05129467A JPH05129467A JP3311597A JP31159791A JPH05129467A JP H05129467 A JPH05129467 A JP H05129467A JP 3311597 A JP3311597 A JP 3311597A JP 31159791 A JP31159791 A JP 31159791A JP H05129467 A JPH05129467 A JP H05129467A
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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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた密着性でセラミックス質絶縁層を形成
することができ、放熱特性の良好な半導体素子搭載用基
板を得る。 【構成】 熱膨張係数が半導体素子に近似した金属質の
基板の表面に電気めっき法でＡｌ層を形成し、陽極処理
によって電気Ａｌめっき層の表層部に陽極酸化皮膜を形
成する。陽極酸化皮膜は、セラミックス質絶縁層の下地
として使用される。 【効果】 陽極酸化皮膜とセラミックスとの親和性が高
いため、密着性に優れた絶縁層が形成される。また、陽
極酸化皮膜自体が絶縁体として働くため、セラミックス
質絶縁層の厚みを薄くし、半導体素子からの放熱特性を
向上させることができる。
することができ、放熱特性の良好な半導体素子搭載用基
板を得る。 【構成】 熱膨張係数が半導体素子に近似した金属質の
基板の表面に電気めっき法でＡｌ層を形成し、陽極処理
によって電気Ａｌめっき層の表層部に陽極酸化皮膜を形
成する。陽極酸化皮膜は、セラミックス質絶縁層の下地
として使用される。 【効果】 陽極酸化皮膜とセラミックスとの親和性が高
いため、密着性に優れた絶縁層が形成される。また、陽
極酸化皮膜自体が絶縁体として働くため、セラミックス
質絶縁層の厚みを薄くし、半導体素子からの放熱特性を
向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高密度集積回路，
パワートランジスタ等のように発熱量が大きな半導体素
子を搭載する半導体基板に関する。
パワートランジスタ等のように発熱量が大きな半導体素
子を搭載する半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を搭載する基板として、強
度，絶縁性，安定性等の要求特性を満足するアルミナを
主成分とするセラミックスが従来から使用されている。
アルミナ質の半導体素子搭載基板には、たとえば焼結済
みの基板上にスクリーン印刷で導体層及び絶縁層を交互
に印刷・焼成する厚膜法や、セラミックス粉末を有機バ
インダーで固めたグリーンシートに導体パターンを印刷
し、グリーンシート及び導体パターンを同時に焼成する
湿式法等で、所定の配線が形成される。
度，絶縁性，安定性等の要求特性を満足するアルミナを
主成分とするセラミックスが従来から使用されている。
アルミナ質の半導体素子搭載基板には、たとえば焼結済
みの基板上にスクリーン印刷で導体層及び絶縁層を交互
に印刷・焼成する厚膜法や、セラミックス粉末を有機バ
インダーで固めたグリーンシートに導体パターンを印刷
し、グリーンシート及び導体パターンを同時に焼成する
湿式法等で、所定の配線が形成される。
【０００３】基板に搭載される半導体素子は、集積度が
大幅に大きくなる傾向にあり、これに伴って単位面積当
りの発熱量も増大する。この点、アルミナは、２０Ｗ／
ｍＫ程度の熱伝導率を示すに止まり、半導体素子に発生
した熱を効率よく外部に放散することができない。その
結果、半導体素子が蓄熱によって高温になり、誤動作や
破損等のトラブルが発生する。
大幅に大きくなる傾向にあり、これに伴って単位面積当
りの発熱量も増大する。この点、アルミナは、２０Ｗ／
ｍＫ程度の熱伝導率を示すに止まり、半導体素子に発生
した熱を効率よく外部に放散することができない。その
結果、半導体素子が蓄熱によって高温になり、誤動作や
破損等のトラブルが発生する。
【０００４】しかも、アルミナは、半導体素子の主体で
あるＳｉに比較して大きな熱膨張係数をもつため、昇温
及び降温の繰り返しによって半導体素子と基板との間の
接続が機械的及び電気的に破壊され易い。また、半導体
素子に加わる熱応力が大きくなると、機械的に脆い素子
自体が破壊される虞れもある。
あるＳｉに比較して大きな熱膨張係数をもつため、昇温
及び降温の繰り返しによって半導体素子と基板との間の
接続が機械的及び電気的に破壊され易い。また、半導体
素子に加わる熱応力が大きくなると、機械的に脆い素子
自体が破壊される虞れもある。
【０００５】そこで、アルミナ基板以上の特性を備えた
ものとして、結晶化ガラス，ベリリア，炭化ケイ素系セ
ラミックス，ＢａＳｎ（ＢＯ3)2 等の材質を使用するこ
とが検討されている。また、セラミックスを焼結する際
に、金属製の放熱フィンをセラミックス粉末中に埋め込
み、放熱フィンが一体化された基板を製造することも行
われている。（材料フォーラム第１０号第２１〜２４頁
参照）
ものとして、結晶化ガラス，ベリリア，炭化ケイ素系セ
ラミックス，ＢａＳｎ（ＢＯ3)2 等の材質を使用するこ
とが検討されている。また、セラミックスを焼結する際
に、金属製の放熱フィンをセラミックス粉末中に埋め込
み、放熱フィンが一体化された基板を製造することも行
われている。（材料フォーラム第１０号第２１〜２４頁
参照）
【０００６】他方、Ｓｉに熱膨張係数が近似し、熱伝導
性が良好なＮｉ−Ｆｅ合金，Ｗ−Ｃｕ合金，Ｍｏ−Ｃｕ
合金等の金属質基板を使用することも知られている。た
とえば、特開昭５９−１４１２４８号公報では、Ｗ，モ
リブデン等の粉末にＦｅ族元素を添加した混合粉末を焼
結して多孔質焼結体を製造した後、Ｃｕの含浸により焼
結体の密度、ひいては熱伝導率を向上させた半導体素子
搭載基板が紹介されている。
性が良好なＮｉ−Ｆｅ合金，Ｗ−Ｃｕ合金，Ｍｏ−Ｃｕ
合金等の金属質基板を使用することも知られている。た
とえば、特開昭５９−１４１２４８号公報では、Ｗ，モ
リブデン等の粉末にＦｅ族元素を添加した混合粉末を焼
結して多孔質焼結体を製造した後、Ｃｕの含浸により焼
結体の密度、ひいては熱伝導率を向上させた半導体素子
搭載基板が紹介されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】金属質の基板材料は、
セラミックスに比較して熱伝導性が優れているものの、
導電性を呈する。そのため、基板表面に半導体素子から
外部端子に至る配線を形成するとき、先ず全面を絶縁層
でコーティングした後、所定のパターンをもった導体層
を設けることが必要となる。そこで、金属質基板の表面
にセラミックス粉末を塗布し、焼き付けることによっ
て、絶縁層を形成している。また、アルミナを蒸着させ
ることによって絶縁層を形成する方法も、一部で試みら
れている。
セラミックスに比較して熱伝導性が優れているものの、
導電性を呈する。そのため、基板表面に半導体素子から
外部端子に至る配線を形成するとき、先ず全面を絶縁層
でコーティングした後、所定のパターンをもった導体層
を設けることが必要となる。そこで、金属質基板の表面
にセラミックス粉末を塗布し、焼き付けることによっ
て、絶縁層を形成している。また、アルミナを蒸着させ
ることによって絶縁層を形成する方法も、一部で試みら
れている。
【０００８】絶縁層としては、基板に強固に付着してい
ること及び均一な層厚をもっていることが要求される。
また、装置の小型化に応じて、可能な限り絶縁層の厚み
を薄くすることが必要とされる。
ること及び均一な層厚をもっていることが要求される。
また、装置の小型化に応じて、可能な限り絶縁層の厚み
を薄くすることが必要とされる。
【０００９】ところが、金属質基板の表面状態によって
は、密着性に欠けたり、層厚が不足する場合が生じる。
これら欠陥は、特に薄い絶縁層を形成しようとするとき
に顕著なものとなり、ピンホール等として現れる。ま
た、蒸着により形成された絶縁層は、比較的多孔質であ
り、絶縁層の上に形成される導体層が下地基板に導通す
る虞れがある。その結果、絶縁破壊が発生し、半導体装
置の故障や誤動作の原因となる。
は、密着性に欠けたり、層厚が不足する場合が生じる。
これら欠陥は、特に薄い絶縁層を形成しようとするとき
に顕著なものとなり、ピンホール等として現れる。ま
た、蒸着により形成された絶縁層は、比較的多孔質であ
り、絶縁層の上に形成される導体層が下地基板に導通す
る虞れがある。その結果、絶縁破壊が発生し、半導体装
置の故障や誤動作の原因となる。
【００１０】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、Ａｌ表面に形成される酸化皮膜を
絶縁層の下地として使用することにより、絶縁層を形成
するセラミックスと基体との親和性を向上させ、薄くて
も層厚均一性及び密着性に優れた絶縁層を形成すること
ができる半導体素子搭載基板を提供することを目的とす
る。
出されたものであり、Ａｌ表面に形成される酸化皮膜を
絶縁層の下地として使用することにより、絶縁層を形成
するセラミックスと基体との親和性を向上させ、薄くて
も層厚均一性及び密着性に優れた絶縁層を形成すること
ができる半導体素子搭載基板を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子搭載
基板は、熱膨張係数が半導体素子に近似した金属質の基
板と、該基板表面に形成された電気Ａｌめっき層と、該
電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって表層部に
形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上にセラミ
ックス質絶縁層が形成されることを特徴とする。
基板は、熱膨張係数が半導体素子に近似した金属質の基
板と、該基板表面に形成された電気Ａｌめっき層と、該
電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって表層部に
形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上にセラミ
ックス質絶縁層が形成されることを特徴とする。
【００１２】基体としては、搭載する半導体素子に熱膨
張係数が近似しているＦｅ−４２％Ｎｉ合金，Ｗ−Ｃｕ
焼結体，Ｗ−Ａｇ焼結体，Ｍｏ−Ｃｕ焼結体，Ｍｏ−Ａ
ｇ焼結体等の金属質基板が使用される。特に、Ｗ或いは
Ｍｏ系の焼結体にあっては、Ｃｕ，Ａｇ等の含有量を調
節することによって熱伝導率や熱膨張係数を制御できる
利点を備えている。
張係数が近似しているＦｅ−４２％Ｎｉ合金，Ｗ−Ｃｕ
焼結体，Ｗ−Ａｇ焼結体，Ｍｏ−Ｃｕ焼結体，Ｍｏ−Ａ
ｇ焼結体等の金属質基板が使用される。特に、Ｗ或いは
Ｍｏ系の焼結体にあっては、Ｃｕ，Ａｇ等の含有量を調
節することによって熱伝導率や熱膨張係数を制御できる
利点を備えている。
【００１３】金属質基板の表面に電気Ａｌめっき層は、
好ましくは非水系のめっき浴中で金属質基板を電気めっ
きすることにより、４〜２０μｍの層厚で金属質基板の
表面に形成される。たとえば、本出願人が特開昭６２−
７０５９２号公報，特開平１−２７２７９０号公報等で
紹介しているめっき法を始めとして各種の方法が採用さ
れる。
好ましくは非水系のめっき浴中で金属質基板を電気めっ
きすることにより、４〜２０μｍの層厚で金属質基板の
表面に形成される。たとえば、本出願人が特開昭６２−
７０５９２号公報，特開平１−２７２７９０号公報等で
紹介しているめっき法を始めとして各種の方法が採用さ
れる。
【００１４】
【作 用】電気Ａｌめっき層は、金属質基板の表面に緻
密に形成され、金属質基板に対する密着性も良好であ
る。また、めっき時間やめっき液の調整等により層厚を
調整することができ、均質な層厚で金属質基板の表面に
形成される。この電気Ａｌめっき層を陽極処理すると
き、絶縁層を構成するセラミックスとの親和性の大きな
陽極酸化皮膜が形成される。したがって、陽極処理され
た電気Ａｌめっき層を下地としてセラミックス粉末を塗
布して焼き付けると、基体に対して密着性が優れ、ピン
ホール等の欠陥がない絶縁層が形成される。そして、薄
い絶縁層の形成が可能となるため、半導体素子から基体
への熱放散特性が改善され、半導体素子が高温になるこ
とが防止される。
密に形成され、金属質基板に対する密着性も良好であ
る。また、めっき時間やめっき液の調整等により層厚を
調整することができ、均質な層厚で金属質基板の表面に
形成される。この電気Ａｌめっき層を陽極処理すると
き、絶縁層を構成するセラミックスとの親和性の大きな
陽極酸化皮膜が形成される。したがって、陽極処理され
た電気Ａｌめっき層を下地としてセラミックス粉末を塗
布して焼き付けると、基体に対して密着性が優れ、ピン
ホール等の欠陥がない絶縁層が形成される。そして、薄
い絶縁層の形成が可能となるため、半導体素子から基体
への熱放散特性が改善され、半導体素子が高温になるこ
とが防止される。
【００１５】
【実施例】金属質基板として、Ｗ焼結体に１０重量％の
Ｃｕを含浸させたものを使用した。この金属質基板は、
熱膨張係数が５．９×１０-6／℃，熱伝導率が０．５２
Ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃であった。金属質基板をブラスト
処理し、その表面を活性化させた後、次の条件下で電気
めっきを施した。
Ｃｕを含浸させたものを使用した。この金属質基板は、
熱膨張係数が５．９×１０-6／℃，熱伝導率が０．５２
Ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃であった。金属質基板をブラスト
処理し、その表面を活性化させた後、次の条件下で電気
めっきを施した。
【００１６】 電気アルミニウムめっきの条件 めっき浴の組成：ＡｌＣｌ3 ９０６ｇ／ｌ １−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド ４８
４ｇ／ｌ フェナントロリン １．８ｇ／ｌ めっき浴の温度：６０℃ 電流密度 ：３Ａ／ｄｍ2
４ｇ／ｌ フェナントロリン １．８ｇ／ｌ めっき浴の温度：６０℃ 電流密度 ：３Ａ／ｄｍ2
【００１７】電気めっきを２０分間継続したところ、平
均厚みが１０μｍのＡｌめっき層がフレーム基体の露出
表面に形成された。形成された電気Ａｌめっき層は、フ
レーム基体に対する密着性に優れ、均一な膜厚で緻密な
組織をもっていた。
均厚みが１０μｍのＡｌめっき層がフレーム基体の露出
表面に形成された。形成された電気Ａｌめっき層は、フ
レーム基体に対する密着性に優れ、均一な膜厚で緻密な
組織をもっていた。
【００１８】電気Ａｌめっき層が形成された金属質基板
を陽極として電解浴に浸漬し、次の条件で陽極処理し
た。 陽極処理の条件 電解浴の組成：蓚酸 ３０ｇ／ｌ 電解浴の温度：１５℃ 電流密度 ：１Ａ／ｄｍ2
を陽極として電解浴に浸漬し、次の条件で陽極処理し
た。 陽極処理の条件 電解浴の組成：蓚酸 ３０ｇ／ｌ 電解浴の温度：１５℃ 電流密度 ：１Ａ／ｄｍ2
【００１９】陽極処理を６０分間継続したところ、電気
Ａｌめっき層の表面部に均質な陽極酸化皮膜が形成され
た。この陽極酸化皮膜は、平均膜厚が１０μｍであっ
た。
Ａｌめっき層の表面部に均質な陽極酸化皮膜が形成され
た。この陽極酸化皮膜は、平均膜厚が１０μｍであっ
た。
【００２０】次いで、陽極処理された電気Ａｌめっき層
の表面に、各種セラミックス粉末を５０ｇ／ｍ2 の割合
で散布し焼き付けた。そして、形成されたセラミックス
質絶縁層を０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 の力でブラッシング
し、下地の陽極酸化皮膜が露出するまでの回数をカウン
トすることにより、絶縁層の密着性を評価した。測定結
果を、表１に示す。なお、表１には、電気Ａｌめっき層
を形成していない無垢の金属質基体及び陽極酸化処理を
施さない電気Ａｌめっき層にセラミックス粉末を塗布し
て絶縁層を形成した場合を、それぞれ比較例１及び２と
して掲げている。
の表面に、各種セラミックス粉末を５０ｇ／ｍ2 の割合
で散布し焼き付けた。そして、形成されたセラミックス
質絶縁層を０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 の力でブラッシング
し、下地の陽極酸化皮膜が露出するまでの回数をカウン
トすることにより、絶縁層の密着性を評価した。測定結
果を、表１に示す。なお、表１には、電気Ａｌめっき層
を形成していない無垢の金属質基体及び陽極酸化処理を
施さない電気Ａｌめっき層にセラミックス粉末を塗布し
て絶縁層を形成した場合を、それぞれ比較例１及び２と
して掲げている。
【００２１】
【００２２】表１から明らかなように、陽極処理された
電気Ａｌめっき層を介して設けられた絶縁層は、金属質
基体に対して優れた密着性を呈していることが判る。こ
の密着性の改善は、陽極酸化皮膜とセラミックスとの親
和性が良好なこと、及び陽極酸化皮膜が比較的多孔質で
ありセラミックス質絶縁層に対するアンカー作用を呈し
ていることに起因するものと推察される。また、陽極酸
化皮膜自体が一種の絶縁層であるため、セラミックス質
絶縁層をその分だけ薄くしても、絶縁破壊を生じること
がなく、搭載される半導体素子から基板への放熱路が確
保される。
電気Ａｌめっき層を介して設けられた絶縁層は、金属質
基体に対して優れた密着性を呈していることが判る。こ
の密着性の改善は、陽極酸化皮膜とセラミックスとの親
和性が良好なこと、及び陽極酸化皮膜が比較的多孔質で
ありセラミックス質絶縁層に対するアンカー作用を呈し
ていることに起因するものと推察される。また、陽極酸
化皮膜自体が一種の絶縁層であるため、セラミックス質
絶縁層をその分だけ薄くしても、絶縁破壊を生じること
がなく、搭載される半導体素子から基板への放熱路が確
保される。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
素子搭載基板にあっては、放熱特性の良好な金属質基板
を使用し、この基板の上に電気Ａｌめっき層を設け、陽
極処理してセラミックス質絶縁層の下地としているの
で、ピンホール等の欠陥がないセラミックス質絶縁層を
優れた密着性で形成することができる。また、陽極酸化
皮膜自体も絶縁層として働くため、セラミックス質絶縁
層を薄くすることができ、半導体素子から基板への放熱
特性を一層向上させることが可能となる。
素子搭載基板にあっては、放熱特性の良好な金属質基板
を使用し、この基板の上に電気Ａｌめっき層を設け、陽
極処理してセラミックス質絶縁層の下地としているの
で、ピンホール等の欠陥がないセラミックス質絶縁層を
優れた密着性で形成することができる。また、陽極酸化
皮膜自体も絶縁層として働くため、セラミックス質絶縁
層を薄くすることができ、半導体素子から基板への放熱
特性を一層向上させることが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/36 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｃ 7220−4Ｍ 23/36 Ｄ
Claims (1)
- 【請求項１】 熱膨張係数が半導体素子に近似した金属
質の基板と、該基板表面に形成された電気Ａｌめっき層
と、該電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって表
層部に形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上に
セラミックス質絶縁層が形成されることを特徴とする半
導体素子搭載基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311597A JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311597A JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129467A true JPH05129467A (ja) | 1993-05-25 |
| JP2984116B2 JP2984116B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=18019163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3311597A Expired - Lifetime JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2984116B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10284643A (ja) * | 1997-04-03 | 1998-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板 |
| US20150064450A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | Applied Materials, Inc. | Anodization architecture for electro-plate adhesion |
| US9663870B2 (en) | 2013-11-13 | 2017-05-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
| US9850591B2 (en) * | 2013-03-14 | 2017-12-26 | Applied Materials, Inc. | High purity aluminum top coat on substrate |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP3311597A patent/JP2984116B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10284643A (ja) * | 1997-04-03 | 1998-10-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板 |
| US9850591B2 (en) * | 2013-03-14 | 2017-12-26 | Applied Materials, Inc. | High purity aluminum top coat on substrate |
| US10774436B2 (en) | 2013-03-14 | 2020-09-15 | Applied Materials, Inc. | High purity aluminum top coat on substrate |
| US20150064450A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | Applied Materials, Inc. | Anodization architecture for electro-plate adhesion |
| US9624593B2 (en) * | 2013-08-29 | 2017-04-18 | Applied Materials, Inc. | Anodization architecture for electro-plate adhesion |
| US9663870B2 (en) | 2013-11-13 | 2017-05-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
| US9879348B2 (en) | 2013-11-13 | 2018-01-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
| US10260160B2 (en) | 2013-11-13 | 2019-04-16 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2984116B2 (ja) | 1999-11-29 |
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Legal Events
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