JPS61102744A - Substrate for semiconductor substrate and manufacture thereof - Google Patents
Substrate for semiconductor substrate and manufacture thereofInfo
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- JPS61102744A JPS61102744A JP59225464A JP22546484A JPS61102744A JP S61102744 A JPS61102744 A JP S61102744A JP 59225464 A JP59225464 A JP 59225464A JP 22546484 A JP22546484 A JP 22546484A JP S61102744 A JPS61102744 A JP S61102744A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用、性
本発明は、半導体装置用基板並びにその製造法、特に半
導体素子の発生する熱を効率よく放熱でき、しかも高い
電気絶縁性を有する半導体素子搭載用基itびにそのv
A造法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Industrial Application The present invention relates to a substrate for a semiconductor device and a method for manufacturing the same, particularly a substrate for mounting a semiconductor device that can efficiently dissipate heat generated by a semiconductor device and has high electrical insulation properties. Basic it and its v
This relates to the A construction method.
従来の技術
半導体装置、これらを利用する装置、機器では、半導体
素子、抵抗器類、コイル類等における発熱のために複雑
な熱系を構成するが、このような熱は各種熱伝導様式、
例えば熱伝導、熱輻射、対流等により装置外に放出され
ることになる。Conventional technology Semiconductor devices, devices, and equipment that use these devices construct complex thermal systems due to heat generation in semiconductor elements, resistors, coils, etc., but such heat is transmitted through various heat conduction modes,
For example, it will be released outside the device by heat conduction, heat radiation, convection, etc.
一般に、半導体素子には特性上並びに信頼性の点から最
大限許される温度(最高許容温度)があり、また、雑音
余裕の点からも素子内あるいは素子相互間の温度差にも
許容範囲が存在する。In general, semiconductor devices have a maximum permissible temperature (maximum allowable temperature) from the standpoint of characteristics and reliability, and also a permissible range of temperature differences within the device or between devices from the standpoint of noise margin. do.
従って、これら素子等を安定かつ信頼性よく動作させる
べく、最良の熱設計を行うことは、半導体装置等の設計
、製゛作において極めて重要である。Therefore, in order to operate these elements stably and reliably, it is extremely important to perform the best thermal design in the design and manufacture of semiconductor devices and the like.
更に、近年、半導体素子の高速化、高密度化、大型化の
動向がみられ、それに伴い半導体素子の発熱量の増大が
大きな問題となっている。そこで、半導体装置用基板に
ついても、放熱性の改良、即ち基板全体としての板厚方
向の熱伝導性のより一層の改良が要求されている。その
ために、半導体装置用基板については、同時に高い電気
絶縁性と、高い放熱性とを有することが要求されること
になる。Furthermore, in recent years, there has been a trend toward faster speeds, higher densities, and larger sizes of semiconductor devices, and with this, an increase in the amount of heat generated by semiconductor devices has become a major problem. Therefore, there is a demand for improved heat dissipation of substrates for semiconductor devices, that is, further improvement of thermal conductivity in the thickness direction of the entire substrate. Therefore, substrates for semiconductor devices are required to have high electrical insulation and high heat dissipation properties at the same time.
しかるに、従来使用されていた半導体装置用基板は、い
ずれも前記2つの特性を同時に満足し碍るものではなか
った。例えば、安定な電気絶縁性を有するという理由か
ら、A1□03.2Mg0・S + 02等の焼結セラ
ミ7りが広く利用されているが、このようなセラミック
は絶縁性においては満足できるものの、熱伝導性に劣り
、放熱性の要求を満足するものではなかった。また、一
部においては、W、 Mo、 Cu等の高熱伝導性金属
材料が半導体装置用Jil; liとして使用されてい
る。しかしながら、これら金属材料は本来導電性材料で
あ乞ために、電気絶縁性において問題であり、半導体装
置の設計使用上、大きな制約を受ける。更に、電気絶縁
性とある程度の放熱性とを併せ持つことから、一部にお
いてBeOの使用が試みられていたが、高価でありかつ
毒性を有することから、広く利用されるには至っていな
い。However, none of the conventionally used semiconductor device substrates satisfies the above two characteristics at the same time. For example, sintered ceramics such as A1□03.2Mg0・S+02 are widely used because they have stable electrical insulation properties, but although such ceramics are satisfactory in terms of insulation properties, It had poor thermal conductivity and did not satisfy the requirements for heat dissipation. In some cases, highly thermally conductive metal materials such as W, Mo, and Cu are used as materials for semiconductor devices. However, since these metal materials are essentially conductive materials, they have problems with electrical insulation, and are subject to significant restrictions in the design and use of semiconductor devices. Furthermore, some attempts have been made to use BeO because it has both electrical insulation and a certain degree of heat dissipation, but it has not been widely used because it is expensive and toxic.
以上の欠点を解消するために、熱伝導性良好な金属板と
、ガラスやセラミックなどの電気絶縁性良好な無機物質
とを組合せた複合材を利用する試みもなされている。し
かしながら、これらを以下に示すような一般的な方法で
複合化した場合には、目的とする、充分に高い電気絶縁
性と放熱性とを併せもつ基板を得ることは極めて困難で
あると思われる。In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, attempts have been made to utilize a composite material that combines a metal plate with good thermal conductivity and an inorganic material with good electrical insulation such as glass or ceramic. However, if these are combined using the general method shown below, it will be extremely difficult to obtain a substrate that has both sufficiently high electrical insulation and heat dissipation properties. .
即ち、例えば、上記一般的方法の1つとして、スクリー
ン印刷法により金属板をガラスで被覆することが考えら
れる。しかし、このスクリーン印刷法でピンホールのな
い充分な電気絶縁性を有するガラス層を形成するために
は、該ガラス層の厚さを15μm以上で形成する必要が
あり、このような厚さは複合化基板の放熱性を著しく損
うことになる。That is, for example, one of the above-mentioned general methods is to cover a metal plate with glass by screen printing. However, in order to form a glass layer with sufficient electrical insulation without pinholes using this screen printing method, it is necessary to form the glass layer with a thickness of 15 μm or more. This will significantly impair the heat dissipation properties of the printed circuit board.
また、ロー付けにより複合化する場合には、予めセラミ
ック薄板を作製する必要があるが、セラミック板を20
μm以下の厚さで作製することは、現状では技術的に不
可能であり、やはり高い放熱性を付与することはできな
い。逆に、ロー付は層にブローホールが形成される恐れ
があり、そのために熱伝導性は更に低下される可能性が
ある。In addition, when making a composite by brazing, it is necessary to prepare a ceramic thin plate in advance, but the ceramic plate
Currently, it is technically impossible to manufacture the film with a thickness of less than μm, and high heat dissipation performance cannot be provided. Conversely, brazing may cause blowholes to form in the layer, which may further reduce thermal conductivity.
更に、プラズマ溶射法で金属板に無機物質を被覆する場
合にも、高い放熱性を有する基彼を(尋ることは難しい
。即ち、この方法によって形成される彼JD層は表面粗
さの度合が大きく、また、該層自体が多孔質であるので
、充分な電気絶縁性を確保するためには被覆層の厚さを
30μm以上とする必要があり、この要求を満たそうと
すれば放熱性が犠1′Fにされることになり、逆に、放
熱性を維持しようとすれば、effl性が不十分となる
。Furthermore, when coating a metal plate with an inorganic material using the plasma spraying method, it is difficult to obtain a base material with high heat dissipation properties.In other words, the JD layer formed by this method has a high In addition, since the layer itself is porous, the thickness of the coating layer must be 30 μm or more to ensure sufficient electrical insulation, and if this requirement is to be met, the heat dissipation 1'F will be sacrificed, and conversely, if heat dissipation is to be maintained, efficiency will be insufficient.
また、金属板の表面を酸化処理することにより、酸化物
からなる電気絶縁層を形成する試みもなされているが、
この種の金属板として一般に用いられているCu5N+
、Fe、 AI等の酸化物層は、電気絶縁性に劣るため
、好ましくない。というのは、前記金萬の中で、Cu、
)h、 Feの場合には、これら酸化物自体の電気絶
縁性が劣ることによるものであり、またAIの場合にあ
っては、一定の放熱性を確保するために、アルマイト層
の厚さを10μm以下に抑える必要があるが、アルマイ
ト層が多孔質であるために、10μm以下の厚さでは充
分な電気絶縁性を維持できないためである。There have also been attempts to form an electrically insulating layer made of oxide by oxidizing the surface of a metal plate.
Cu5N+, which is commonly used as this kind of metal plate
, Fe, AI, etc. are not preferable because they have poor electrical insulation properties. This is because among the metals mentioned above, Cu,
) h, In the case of Fe, this is due to the poor electrical insulation properties of these oxides themselves, and in the case of AI, the thickness of the alumite layer is increased to ensure a certain level of heat dissipation. Although it is necessary to suppress the thickness to 10 μm or less, since the alumite layer is porous, sufficient electrical insulation cannot be maintained with a thickness of 10 μm or less.
このような状況の下で、熱伝導性良好な金属板の表面に
、物理的蒸着法(PVD法)または化学的蒸着法(CV
D法)によって電気絶縁性無機物質の薄層を形成するこ
とが提案されている。この気相法により形成される薄層
は(1)緻密であり、そのため薄くても電気絶縁性を維
持する、および(11)金属板と被覆層としての無機物
質とを任意に選択し、組合せることができる、などの特
徴を有しており、金属板としてN1、Cu、 Al ;
各1高熱伝導性Cu合金、Cuクラッドステンレス、銅
クラツドコバール、MoもしくはWを主体とする焼結体
などを、また熱伝導性のよい無機物質としてB、N、A
l2O3、AIN、SIC,513N4、Y2O1,2
Mg0・SiC2、ダイヤモンドなどを使用した例が多
数報告されている。Under these circumstances, physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) is applied to the surface of a metal plate with good thermal conductivity.
It has been proposed to form a thin layer of electrically insulating inorganic material by method D). The thin layer formed by this vapor phase method is (1) dense and therefore maintains electrical insulation even if it is thin, and (11) the metal plate and the inorganic material as the coating layer are arbitrarily selected and combined. It has the characteristics that it can be used as a metal plate, such as N1, Cu, Al;
Highly thermally conductive Cu alloy, Cu-clad stainless steel, copper-clad Kovar, sintered bodies mainly composed of Mo or W, and inorganic materials with good thermal conductivity such as B, N, and A.
l2O3, AIN, SIC, 513N4, Y2O1,2
Many examples using Mg0/SiC2, diamond, etc. have been reported.
このような気相蒸着法により、半導体装置用基板として
放熱性並びに電気絶縁性両者を併せ備えた優れた製品を
作製できるに至ったが、このものも、IC実装後の長寿
命試験の結果、以下のような改善すべき問題を内包して
いることがわかった。By using this vapor phase deposition method, it has become possible to produce an excellent product that has both heat dissipation and electrical insulation properties as a substrate for semiconductor devices, but as a result of a long life test after IC mounting, this product also showed It was found that the following problems need to be improved.
即ち、PVD法やCVD法により形成された被覆層は、
一般に金属板との密着性においては満足であるが、熱サ
イクルテス)(−65℃での冷却と1g5℃での加熱と
を繰返すことによるテスト)などによる長寿命テストで
は、該密着性が低下することがわかった。これは、金属
板表面において、蒸着物質と基板とが初期テストでは問
題を生じない程度の強さの金属結合を形成していたこと
によるものと思われる。That is, the coating layer formed by the PVD method or CVD method is
In general, the adhesion with metal plates is satisfactory, but in long-life tests such as thermal cycle tests (tests by repeatedly cooling at -65°C and heating at 1 g at 5°C), the adhesion deteriorates. I found out that it does. This seems to be because the vapor deposited substance and the substrate formed a strong metallic bond on the surface of the metal plate that did not cause any problems in the initial test.
発明が解決しようとする問題点
以上詳しく述べたように、半導体装置の設計・製作にお
いては、その高速化、高密度化等の指向がみられ、それ
に伴って発熱量の増大の問題が新たに出現したが、これ
は素子の高速化、高密度化と平行して解決すべき重要な
課題である。そこで、特に半導体装置用基板については
、高い電気絶縁性と高い放熱性とを併せ持つことが要求
されるようになってきた。しかしながら、従来公知のも
のはいずれもこれら2つの要求を同時に満足するもので
はなく、また、各種改善策も試みられたが、一方の特性
を改善しようとすれば他方の特性が阻害されることとな
るなど、いままでのところ前記要求に合致する特性の半
導体装置用基板は知られていない。Problems to be Solved by the Invention As detailed above, in the design and manufacture of semiconductor devices, there is a trend toward higher speeds and higher density, and with this, the problem of increased heat generation has arisen. However, this is an important issue that must be solved in parallel with increasing the speed and density of devices. Therefore, substrates for semiconductor devices in particular are required to have both high electrical insulation and high heat dissipation. However, none of the conventionally known products satisfies these two requirements at the same time, and although various improvement measures have been attempted, attempts to improve one characteristic impede the other. Up to now, no semiconductor device substrate with characteristics meeting the above requirements has been known.
尚、蒸着法により上記両物性を併せ持つ基板を得ること
も提案されているが、このものも長寿命テストにおいて
金属板と蒸着膜との結合強度が不十分であることが見出
され、実用上の信頼性を達成するには至っていない。It has also been proposed to obtain a substrate that has both of the above physical properties using a vapor deposition method, but it was also found in a long-life test that the bonding strength between the metal plate and the vapor-deposited film was insufficient, making it impractical for practical use. reliability has not yet been achieved.
このような要求を満たす基板を開発することは、高速化
、高密度化の図られた半導体素子の安定性並びに信頼性
を保証する上で極めて重要であり、また、実際にもこの
ような基板の開発に対する大きな要望がある。Developing a substrate that meets these requirements is extremely important to guarantee the stability and reliability of semiconductor devices that are designed to achieve higher speeds and higher densities. There is a great demand for the development of
そこで、本発明の目的は、半導体素子の発する熱を効率
よく放出し得、しかも電気絶縁性にも浸れた半導体装置
搭載用基板の新規製造法を提供することにあり、前記両
特性において優れ、しかも熱応力に対しても安定な半導
体装置用基板を提供することも本発明の目的の1つであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a new method for manufacturing a substrate for mounting a semiconductor device, which can efficiently dissipate heat generated by a semiconductor element and is also electrically insulating. Furthermore, it is another object of the present invention to provide a substrate for a semiconductor device that is stable against thermal stress.
問題点を解決するための手段
本発明者等は半導体装置搭載用基板の上記のような現状
に鑑みて、目的とする基板を開発すべく神々検討、研究
した結果、基板に電気絶縁性並びに放熱性を付与するた
めに熱1云導性の高い無機絶縁物質を気相法で形成する
ことが有利であることに着目し、また蒸着層と金属板と
の密着性の問題を解決するためにはこれらの間にアルミ
ナ薄膜を介在させることが有効であることを見出し、本
発明を完成した。Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned current state of substrates for mounting semiconductor devices, the inventors of the present invention have conducted thorough examination and research to develop the desired substrate, and have found that the substrate has electrical insulation and heat dissipation properties. We focused on the fact that it is advantageous to form an inorganic insulating material with high thermal conductivity by a vapor phase method in order to impart properties, and in order to solve the problem of adhesion between the vapor deposited layer and the metal plate. discovered that it is effective to interpose an alumina thin film between these, and completed the present invention.
即ち、本発明の半導体装置用基板は、熱伝導性良好な金
属板と、該金属板上の0.5μm以下の厚さのアルミナ
層と、該アルミナ層上に形成された、厚さ2〜15μm
の無機物質の被覆層とて構成されたことを特徴とする。That is, the substrate for a semiconductor device of the present invention includes a metal plate with good thermal conductivity, an alumina layer with a thickness of 0.5 μm or less on the metal plate, and an alumina layer with a thickness of 2 to 2 μm formed on the alumina layer. 15μm
It is characterized by being composed of a coating layer of an inorganic substance.
本発明の基板において、前記金属板としてはCuおよび
その合金、A1またはその合金;Cuおよびその合金と
へ1合金とのクラッド:低熱膨張係数を有する合金、例
えばλ(0もしくはW合金;λ1oまたはWなどの粉末
合金(Cu、 AI、Siを含んでいてもよい)、例え
ば[u−15〜20%Mo(またはW)などを例示する
ことができる。In the substrate of the present invention, the metal plate may include Cu and its alloy, A1 or its alloy; cladding of Cu and its alloy with He1 alloy; alloy having a low coefficient of thermal expansion, such as λ(0 or W alloy; λ1o or Examples include powder alloys such as W (which may contain Cu, AI, and Si), such as [u-15 to 20% Mo (or W).
また、前記無機物質としてはAl2O3を使用すること
ができる。Moreover, Al2O3 can be used as the inorganic substance.
本発明は、また、このような半導体装置搭載用基板の製
造法にも係り、該方法は熱伝導性金、萬板表面及び側面
に乾式または湿式にてアルミナ粉を衝突させて、核間を
研摩すると共に、厚さ0.5μm以下のアルミナ層を形
成し、次いで気相法により厚さ2〜15μmの電気絶縁
性IR機物質の被覆層を形成することを特徴とする。The present invention also relates to a method for manufacturing such a substrate for mounting a semiconductor device, and the method includes dry or wet alumina powder colliding with the surface and side surface of the thermally conductive gold plate to separate the cores from each other. While polishing, an alumina layer with a thickness of 0.5 μm or less is formed, and then a coating layer of an electrically insulating IR material with a thickness of 2 to 15 μm is formed by a vapor phase method.
本発明において有利に使用できる無機物質の薄膜形成法
としては、電子ビーム蒸着、イオンブレーティングなど
のPVD法並びに各fncVD法、例えばプラズマCV
D、光CvD、M○(Metal−organic)
CV Dなどを挙げることができる。Methods for forming thin films of inorganic substances that can be advantageously used in the present invention include PVD methods such as electron beam evaporation and ion blating, and various fncVD methods, such as plasma CVD methods.
D, optical CvD, M○ (Metal-organic)
Examples include CVD.
また、アルミナ粉による金属板表面の研磨並びにアルミ
ナ層の形成はショツトブラスト機等を使用する乾式法並
びにA1□03扮の分散液中に被Qo工基板を装入し、
回転させて遠心力により研摩・アルミナ層形成を行う湿
式法(バレル法)などを利用することにより実施される
。In addition, the polishing of the metal plate surface with alumina powder and the formation of an alumina layer are carried out by a dry method using a shot blasting machine, etc., and by charging the substrate to be Qo processed into a dispersion liquid of A1□03.
This is carried out by using a wet method (barrel method) that polishes and forms an alumina layer by rotating and using centrifugal force.
昨月
本発明の半導体装置搭載用基板は、例えば第1図に示す
ように、金属板1と無機絶縁性被覆層2との間にアルミ
ナの薄層3を設けたことを特徴とするものでありこの介
在層3により、得られる製品の金属板1と被覆層2との
密着性が大巾に改善され、上記のような熱サイクルテス
トによっても密着性が劣化することのない、長寿命の電
気絶縁性かつ放熱性の基板を提供することが可能となる
。The substrate for mounting a semiconductor device of the present invention is characterized in that a thin layer 3 of alumina is provided between a metal plate 1 and an inorganic insulating coating layer 2, for example as shown in FIG. This intervening layer 3 greatly improves the adhesion between the metal plate 1 and the coating layer 2 of the resulting product, resulting in a long-life product that does not deteriorate in adhesion even during the heat cycle test described above. It becomes possible to provide an electrically insulating and heat dissipating substrate.
前記介在層としてのアルミナ薄膜の厚さは0.5μm以
下、好ましくは0.05〜0.3μmの範囲とすること
が必要であり、この条件が満たされない場合には、所定
の金属板と被覆層との密着性を確保することができない
。即ち、0.5μmを越えた場合、特に1μm以上にも
なると、アルミナ粉の衝突により得られる膜は脆弱であ
り、剥離し易く、また0、05 μmに満たない場合、
特に0.02μm以下になると金属板表面は局部的にア
ルミナ薄膜が形成されない部分を包含することになり、
逆に密着性が悪くなる。The thickness of the alumina thin film as the intervening layer must be 0.5 μm or less, preferably in the range of 0.05 to 0.3 μm. If this condition is not met, the thickness of the alumina thin film as the intervening layer must be within the range of 0.05 to 0.3 μm. Adhesion with the layer cannot be ensured. That is, if the thickness exceeds 0.5 μm, especially if it exceeds 1 μm, the film obtained by collision with the alumina powder is fragile and easily peels off, and if the thickness is less than 0.05 μm,
In particular, if the thickness is less than 0.02 μm, the metal plate surface will include areas where no alumina thin film is formed locally.
On the contrary, adhesion deteriorates.
更に、このショツトブラスト等による下地処理は、アル
ミナを用いることが重要であり、例えば10〜20%の
MgOやSiO□を混合したアルミナ粉もしくは510
2粉末のみによるショツトブラストも実施してみたが、
密着性は従来のものよりも更に低下してしまうことが確
認された。Furthermore, it is important to use alumina for the surface treatment by shot blasting, etc. For example, alumina powder mixed with 10 to 20% MgO or SiO□ or 510%
I also tried shot blasting using only two powders, but
It was confirmed that the adhesion was even lower than that of the conventional one.
一方、m機絶縁層は各種PVDSCVD法により形成す
ることが可能であるが、中でも特にイオンブレーティン
グ法を利用することが有利である。On the other hand, the m-type insulating layer can be formed by various PVDSCVD methods, among which it is particularly advantageous to use the ion blating method.
その理由は、この方法によれば極めて微細な析出粒子に
よる膜を形成することができ、従って極めて緻密な層を
形成し碍るからである。The reason for this is that according to this method, a film can be formed using extremely fine precipitated particles, and therefore an extremely dense layer can be formed.
この被覆層の厚さは、前記の如く2〜15μm、好まし
くは5〜10μmの範囲とすることが必要である。即ち
、被覆層の厚さが15μmを越える場合には、膜が剥離
し易くなり、一方2μmに満たない場合には、特に1μ
m以下では基板の電気絶縁性を保、;Iトできなくなる
。The thickness of this coating layer needs to be in the range of 2 to 15 μm, preferably 5 to 10 μm, as described above. That is, when the thickness of the coating layer exceeds 15 μm, the film tends to peel off, while when the thickness is less than 2 μm, especially 1 μm.
If it is less than m, the electrical insulation of the substrate cannot be maintained.
また、金属板の耐食性を確保する目的で、下地処理前に
金属板全面にN1、へu等のメッキを施すことも釘利で
あり、これによって金属板と被覆層との密着性は同等阻
害されることはない。In addition, in order to ensure the corrosion resistance of the metal plate, it is also a good idea to plate the entire surface of the metal plate with N1, U, etc. before base treatment, and this will equally inhibit the adhesion between the metal plate and the coating layer. It will not be done.
このメッキ層の形成は公知の各種方法により実施するこ
とができ、特に制限されず、例えば蒸着法、浸漬法等を
挙げることができる。Formation of this plating layer can be carried out by various known methods, and is not particularly limited. For example, a vapor deposition method, a dipping method, etc. can be mentioned.
かくして、半導体搭載用の、電気絶縁性並びに放熱性両
者において優れ、しかも密着強度の高い耐熱応力性良好
な基板を提供することができる。In this way, it is possible to provide a substrate for mounting a semiconductor, which is excellent in both electrical insulation and heat dissipation, has high adhesion strength, and has good thermal stress resistance.
実、1亀例
以下、実施例により本発明の半導体装置搭載用基板並び
にその・製造法を更に具体的に説明すると共に、本発明
の基板の効果を、参考例、比較例の結果と対比させて立
証する。In fact, the following examples will further specifically explain the semiconductor device mounting substrate of the present invention and its manufacturing method, and will compare the effects of the substrate of the present invention with the results of reference and comparative examples. prove it.
実施例1および2
金属板として、Cu粉とMO粉との混合物の焼結体〔C
u −20%Mo〕を用い、この焼結体の表面にンヨッ
トブラスト機により連続的に5m/分の速度で焼結体を
送りながら10〜30μmφのアルミナ粉を空気圧3〜
5kg/cI11で1〜5分間衝突させ、該表面を研磨
すると共に0.1および0.2μm厚のアルミナ層を有
する2つのサンプルを形成した。次いで、上記焼結体を
メタクレン洗浄した後、蒸着物質としてA I 20
sを用い、電子ビーム加熱により蒸着させた。蒸着は酸
素圧5 Xl0−’Torrで、高周波電力10011
1 (13,56MHz)を印加して蒸着物質の一部を
イオン化させ、基板温度を200℃〜400℃とし、蒸
着速度0.1μm/分で行い、夫々8.8および11.
2 μmの厚さのアルミナ被覆層を形成した。Examples 1 and 2 A sintered body of a mixture of Cu powder and MO powder [C
u-20% Mo], and alumina powder of 10 to 30 μmφ was applied to the surface of this sintered body using a yacht blasting machine at an air pressure of 3 to 30 μm while continuously feeding the sintered body at a speed of 5 m/min.
Impacting at 5 kg/cI11 for 1-5 minutes polished the surface and formed two samples with alumina layers of 0.1 and 0.2 μm thickness. Next, after cleaning the sintered body with methylene chloride, A I 20 was used as the vapor deposition material.
It was deposited by electron beam heating using s. Vapor deposition was performed at an oxygen pressure of 5 Xl0-'Torr and a high frequency power of 10011
1 (13,56 MHz) was applied to ionize a part of the evaporated substance, the substrate temperature was 200°C to 400°C, and the evaporation rate was 0.1 μm/min.
An alumina coating layer with a thickness of 2 μm was formed.
参考例1〜4
実施例1および2と同様に操作した。ただし、参考例1
および2については夫々アルミナ層0.8μm、0.3
μm、アルミナ被覆層7,5および17.3μmとし、
また参考例3および4についてはショツトブラストの際
アルミナ粉とシリカ扮との混合物およびンリカのみを使
用し、下地処理膜厚を夫夫0.3μm、0.2μmとし
、またアルミナ被覆層を、8.5μm、 7.9μm
とした。Reference Examples 1 to 4 The same procedure as in Examples 1 and 2 was carried out. However, reference example 1
and 2, the alumina layer is 0.8 μm and 0.3 μm, respectively.
μm, alumina coating layer 7, 5 and 17.3 μm,
In addition, for Reference Examples 3 and 4, only a mixture of alumina powder and silica and phosphoric acid were used during shot blasting, the base treatment film thickness was 0.3 μm and 0.2 μm, and the alumina coating layer was 8 μm. .5μm, 7.9μm
And so.
比較例1および2
アルミナ粉によるショツトブラスト処理を省略した以外
は実施例1および2と同様に処理して、従来法による基
板を作製した。Comparative Examples 1 and 2 Substrates were fabricated using the conventional method in the same manner as in Examples 1 and 2, except that the shot blasting using alumina powder was omitted.
かくして、作製した基板サンプルにつき、気相膜上に金
属基板と同種のCu−W丸棒(10φ)をエポキン系樹
脂で接合させ、テンシロン試験磯で引張ることによる密
着強度試験を行った。その結果を以下の;xi表に示す
。For the substrate sample thus produced, a Cu-W round rod (10φ) of the same type as the metal substrate was bonded to the vapor phase film using an Epoquin resin, and an adhesion strength test was conducted by pulling it on a Tensilon test rock. The results are shown in Table xi below.
第1表
第1表に示した結果から明らかな如く、本発明の方法に
従って作製された基板では、従来の方法により作製され
た基板よりも金属板と、蒸着膜との密着強度は約2倍も
しくはそれ以上と大巾に改善されたことを理″解するこ
とができる。Table 1 As is clear from the results shown in Table 1, the adhesion strength between the metal plate and the deposited film is approximately twice as strong in the substrate fabricated according to the method of the present invention as in the substrate fabricated by the conventional method. You can understand that there has been a huge improvement, or even more.
また、参考例Iにみられるように、ンヨットブラスト処
理において、本発明で規定する膜厚を越えるアルミナ下
地処理膜を形成した場合には、その池の条件が満たされ
ていても低い密着強度しか与えないことが理解でき、更
にアルミナ被覆層が厚すぎても、十分な密着強度を達成
し得ないことが参考例2の結果から明らかである。In addition, as seen in Reference Example I, when an alumina base treatment film is formed that exceeds the film thickness specified in the present invention in the Nyoyo blasting process, the adhesion strength may be low even if the conditions of the pond are met. Furthermore, it is clear from the results of Reference Example 2 that even if the alumina coating layer is too thick, sufficient adhesion strength cannot be achieved.
実施例3および比較例3
実施例1および2に従って、下地アルミナ層0.2μm
1アルミナ被覆層8.6μmの基板、並びにアルミナ被
覆層のみを同様な操作でかつ同じ厚さで形成した従来の
基板を作製した。これら2つのサンプルを、−65℃で
の冷却と125℃での加熱とを交互に繰返すことからな
る熱サイクル試験にかけ、試験中の密着強度の推移を追
跡し、II+、られた結果を第2図に示した。Example 3 and Comparative Example 3 According to Examples 1 and 2, the base alumina layer was 0.2 μm thick.
A substrate with an alumina coating layer of 8.6 μm and a conventional substrate in which only the alumina coating layer was formed with the same thickness using the same procedure were prepared. These two samples were subjected to a thermal cycle test consisting of alternating cooling at -65°C and heating at 125°C, and the changes in adhesion strength during the test were tracked. Shown in the figure.
第2図の結果から明らかな如く、本発明の製品では試験
サイクル全体に亘り殆ど密着強度の変化を示さないが、
従来品では200回以上の熱サイク1 ルで
20%以上の密着強度の低下がみられる。As is clear from the results in Figure 2, the product of the present invention shows almost no change in adhesion strength over the entire test cycle;
With conventional products, adhesion strength decreases by more than 20% after 200 thermal cycles or more.
発明の効果
かくして、本発明によれば、金属板と蒸若絶禄膜との間
に、下地処理によりアルミナの薄膜層を介在させたこと
に基き、電気絶縁性並びに放熱性に優れ、しかもこれら
金属板と電気絶縁体膜との密着強度が従来品の約2倍も
しくはそれ以上と大巾に改善され、多数回に亘る熱サイ
クルの影響をも殆ど受けることのない、長寿命の基板が
提供される。Effects of the Invention Thus, according to the present invention, since a thin film layer of alumina is interposed between the metal plate and the evaporation film by surface treatment, it has excellent electrical insulation and heat dissipation properties. The adhesion strength between the metal plate and the electrical insulator film has been significantly improved to about twice or more than that of conventional products, providing a long-life board that is virtually unaffected by multiple thermal cycles. be done.
従って、本発明の半導体搭載用基板は、集積回路パッケ
ージ材料、ハイブリッドIC基板、マザーボード基板と
して広く利用し得るものであり、半導体装置の信頼性等
を大巾に改善しく尋るものである。Therefore, the semiconductor mounting substrate of the present invention can be widely used as an integrated circuit package material, a hybrid IC substrate, and a motherboard substrate, and can greatly improve the reliability of semiconductor devices.
第1図は本発明の半導体搭載用基板を模式的に示す断面
図であり、
第2図は本発明の製品並びに従来の製品の聴サイクル試
験における挙動を示すグラフである。
(主な参照番号)
l 金属板、 21i覆層、
3 アルミナ層
1′1許出願人 住友電気工業株式会社代 理 人
弁理士 新居 正彦
1 ;金属板
2:被覆層
3 : ア)X/ミナ、1FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the semiconductor mounting substrate of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing the behavior of the product of the present invention and a conventional product in a listening cycle test. (Main reference numbers) l Metal plate, 21i covering layer, 3 Alumina layer 1'1 Applicant Sumitomo Electric Industries Co., Ltd. Agent
Patent attorney Masahiko Arai 1; Metal plate 2: Covering layer 3: a) X/Mina, 1
Claims (8)
た厚さ0.5μm以下のアルミナ層と、該アルミナ層上
に形成された、厚さ2〜15μmの無機絶縁物質の被覆
層とで構成されたことを特徴とする半導体装置用基板。(1) A metal plate with good thermal conductivity, an alumina layer with a thickness of 0.5 μm or less provided on the metal plate, and an inorganic insulating material with a thickness of 2 to 15 μm formed on the alumina layer. 1. A substrate for a semiconductor device, comprising a coating layer.
よびその合金;銅およびその合金とアルミニウム合金と
のクラッド;低熱膨張係数合金;Mo、W、Cu、Al
、Siの粉末合金からなる群から選ばれる1種である特
許請求の範囲第1項記載の基板。(2) The metal plate is copper and its alloy, aluminum and its alloy; cladding of copper and its alloy and aluminum alloy; low thermal expansion coefficient alloy; Mo, W, Cu, Al
, Si powder alloy.
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項
に記載の基板。(3) The substrate according to claim 1 or 2, wherein the coating layer is formed of an Al_2O_3 material.
範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第1〜3
項のいずれか1項に記載の基板。(4) Claims 1 to 3, characterized in that the thickness of the alumina layer is within a range of 0.05 to 0.3 μm.
The substrate according to any one of Items.
ことを特徴とする特許請求の範囲第1〜4項のいずれか
1項に記載の基板。(5) The substrate according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the coating layer is within a range of 5 to 10 μm.
または湿式にてアルミナ粉を衝突させて研磨すると同時
に、該表面および側面に0.5μm以下の厚さでアルミ
ナ層を形成し、次いで該アルミナ層上に気相蒸着法によ
り絶縁性無機物質の被覆層を2〜15μmの厚さに形成
することを特徴とする、熱伝導性良好な金属板と、アル
ミナ層と絶縁性無機物質の被覆層とで構成される半導体
装置用基板の製造方法。(6) polishing the surface and side surfaces of a metal plate with good thermal conductivity by colliding alumina powder in a dry or wet manner, and at the same time forming an alumina layer with a thickness of 0.5 μm or less on the surface and side surfaces; A metal plate with good thermal conductivity, an alumina layer and an insulating inorganic material, characterized in that a coating layer of an insulating inorganic material is then formed on the alumina layer by a vapor deposition method to a thickness of 2 to 15 μm. A method of manufacturing a substrate for a semiconductor device comprising a coating layer.
法からなる群から選ばれる1種であることを特徴とする
特許請求の範囲第6項記載の方法。(7) The method according to claim 6, wherein the vapor phase deposition method is one selected from the group consisting of a physical vapor deposition method and a chemical vapor deposition method.
属板を耐食性金属でメッキする工程を含むことを特徴と
する特許請求の範囲第6項または第7項に記載の方法。(8) The method according to claim 6 or 7, further comprising the step of plating the metal plate with a corrosion-resistant metal before the alumina powder polishing step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225464A JPS61102744A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Substrate for semiconductor substrate and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59225464A JPS61102744A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Substrate for semiconductor substrate and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61102744A true JPS61102744A (en) | 1986-05-21 |
Family
ID=16829735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59225464A Pending JPS61102744A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Substrate for semiconductor substrate and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61102744A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4967254A (en) * | 1987-07-16 | 1990-10-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| US5716859A (en) * | 1995-12-22 | 1998-02-10 | The Whitaker Corporation | Method of fabricating a silicon BJT |
| JP2009302526A (en) * | 2008-05-16 | 2009-12-24 | Denso Corp | Electronic circuit device and manufacturing method thereof |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59225464A patent/JPS61102744A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4967254A (en) * | 1987-07-16 | 1990-10-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| US5716859A (en) * | 1995-12-22 | 1998-02-10 | The Whitaker Corporation | Method of fabricating a silicon BJT |
| JP2009302526A (en) * | 2008-05-16 | 2009-12-24 | Denso Corp | Electronic circuit device and manufacturing method thereof |
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