JPS6265991A - 高熱伝導性セラミツクス基板 - Google Patents

高熱伝導性セラミツクス基板

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JPS6265991A
JPS6265991A JP60203104A JP20310485A JPS6265991A JP S6265991 A JPS6265991 A JP S6265991A JP 60203104 A JP60203104 A JP 60203104A JP 20310485 A JP20310485 A JP 20310485A JP S6265991 A JPS6265991 A JP S6265991A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は半導体用基板として好適する高熱伝導性セラミ
ックス基板に関する。
［発明の技術的青票とその問題点１ 従来Ｊ：す、半導体用セラミックス基板としてはアルミ
ナ製のものが多用されてきたが、半導体の高電乃化、高
集積化およびモジュール化に伴い、より放熱性の大きい
、すなわら熱電導率の高いセラミックス基板が望まれて
いる。熱電導率の大きいセラミックス基板としてはべり
リア製のものが知られているが、毒性の点から使用上制
約があり、またコストが高いという難点があった。
一方、近年になって窒化アルミニウム製のセラミックス
基板が高熱伝導性、高絶縁性、高絶縁耐圧、低誘電率、
低誘電損失なとの優れた電気的特性に加え、常圧焼結が
可能でかつ多層化も可能であることから開発か進められ
ている。しかしながら窒化アルミニウムＭｊ＝ラミック
ス基板は、その上に導電性被膜を形成することが困難で
おるためセラミックス基板上に導電回路を形成したり、
また半導体チップのマウントやワイヤボンディング等が
難かしく、この点に改良の余地が残されてい１こ。
′ＴＪすわら、従来の金属粉末とガラス粉末とからなる
ペーストを塗布する厚膜ペースト法では、微細配線が可
能で必るという利点があるが、導電性被膜と基板との接
合強度が１〜２に８／ｍイと小さいうえ耐熱性も悪く、
またモリブデン−マンガンメタライズ法では、アルミナ
系セラミックス基板には強度の大ぎい導電性被膜を形成
するが、窒化物系セラミックスの場合は接合が困難でめ
った。
また銅板を直接セラミックス基板に接合させるいわゆる
ＤＢＣ法（ダイレクト・ポンディング・カッパー法）で
は工程が少なく、接合強度が大きい等の長所を有するも
のの、ファインパターンの形成において限度があり、ま
た接合時の温度や雰囲気のコントロールが難しく、接合
強度にばらつきを生じることがあるという問題があった
。
またこれらの方法はいずれも窒化アルミニウムが金属と
濡れにくいため酸化処理を施して表面にアルミナの膜を
形成させる必要があり、密着強度のばらつきの原因にな
ったり、工程が増えるという難点があった。
［発明の目的１ 本発明はこのような問題を解消するためなされたもので
、耐熱性に浸れていて接合強度が大きく、しかも微細な
導電回路の形成が可能な導電性被膜を有ゴる高熱伝導性
セラミックス基板を提供することを目的とする。
［発明の概要］ すなわら本発明の高熱伝導性セラミックス基板（ま、セ
ラミックス基板上にタングステンおにび／または［］ノ
ブデンとｌＶａ族遷移金属の窒化物との混合体を主体と
する導電性被膜か形成されていることを特徴としている
。
本発明におけるセラミックス基板としては、強度等が浸
れていることから非酸化物系はラミックスが適用される
が、特に窒化アルミニウム系セラミックスが熱伝導性が
大きいことから適している。
またタングステンおよび／またはモリブデン′とｌＶａ
族遷移金属の窒化物との混合物を主体とする導電性被膜
の形成は、たとえばタングステン酸またはモリブデン酸
の金属塩とＩＶａ族遷移金属またはその化合物とを含む
ペース１〜状あるいは）ｄ液状のメタライズ組成物をセ
ラミックス基板に塗布あるいは浸漬した後、タングステ
ン酸またはモリブデン酸の金属塩の溶融する温度以上に
加熱し、次いで非酸化性雰囲気中で１１００’Ｃ以上の
温度に加熱して焼成することにより行われる。メタライ
ズ組成物の形成は、例えばスクリーン印刷法等で行ない
、その厚みは５〜２０μｍ程度が実用的である。
タングステン酸の金属塩としてはタングステン酸リチウ
ム、タングステン酸カリウム、タングステン酸カルシウ
ム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸マグネ
シウム等があげられ、モリブデン酸の金属塩としては、
モリブデン酸リチウム、モリブデン酸カリウム、モリブ
デン酸カリウム、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン
［’＋等かあげられ、特にモリブデン酸リチウムの使用
が好ましい。
ＩＶａ族遷移金屈またはその化合物としてはチタン、ジ
ルコニウム、ハフニウムおよびその酸化物ホウ化物、炭
化物、有機金属化合物等があげられ、特に二酸化チタン
の使用が好ましい。
なおタングステン酸またはモリブデン酸の金属塩とＩＶ
ａ族遷移金属またはその化合物とを含む組成物中には、
他の物質を添加しても良いが、生成する導電性被膜がタ
ングステン酸またはモリブデン酸の金属塩とＩＶａ族遷
移金属またはその化合物とを総招で５０％モル以上また
それぞれを２モル％以上存在するようにする。
なお金属塩の溶融する温度以上に加熱するのは導電性被
膜との密着性を強化し、濡れ性を改善させるためである
。
本発明においてセラミックス基板上に上述の導電性被膜
からなる導電回路を形成するに際しては、一般的にはメ
タライズ用組成物を回路状に印刷する方法をとるが、次
の方法を採用することもできる。
すなわち、まず第１図に示すようにセラミックス基板１
の全面にメタライズ用組成物を塗布して溶融、焼成の工
程を経て導電性被膜２を形成する。
その後回路となる部分にレジスト３を印刷し、次いで、
第２図に示すように電界研磨を施し、続いて第３図に示
すように化学研磨を施してレジス］へ課外の部分を食刻
し、その後レジストを除去すると第４図に示すようにタ
ングステンおよび／またはモリブデンとＩＶａ族遷移金
屈の窒化物との混合体を主体とする導電回路４が形成さ
れる。この方法では、線間隔０．５ｍｍ以下にパターニ
ングできる。
なお導電性被膜は、１μｍ以上あれば充分であり、１０
μｍ位までが実用的である。
また導電性被膜に半導体チップをマウントしたり、ワイ
ヤをボンディングしたりするには、導電性被膜にニッケ
ルなとの電界あるいは電界めっきを施して金属被膜を形
成し、半田ヤ銀ろうを介して接合させる。
［発明の実施例］ 次に本発明の実施例について説明する。
実施例１ ３重量％の酸化イツトリウム（Ｙ２　（ｈ　）を含む窒
化アルミニウムを主成分とする混合粉末を用いて、薄板
を成形し、これを窒素カス雰囲気中にて、１８００°Ｃ
１６０分で常圧焼成法により５０ｘ５０ｘ　０．５（ｍ
ｍ＞の熱伝導率１５０Ｗ／ｍｋの高熱伝導性Ａ、ＣＮセ
ラミック焼結体を製作した。
次に、この焼結体上にモリブデン酸リチウム（Ｌ　ｉ　
２　ＭＯＯ４）と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる混合
粉末（重量比１：１）に対し、適量のバインダーおよび
溶剤を加え、ペース１〜としてスクリーン印刷法により
約１０μｍの厚さに塗布し、９２燥さぜた。
次いで、これを約７５０°Ｃ１５分間空気中で加熱して
ｌ　ｉ　２　ＭＯＯ４を溶融し、さらに、窒素：水素−
１：１の混合ガス中で約１３００°Ｃ１６０分加熱焼成
して、ＡβＮ焼結体上に導電性被膜（メタライズ層）を
形成させた。この導電性被膜は約５μＩｌｌの厚さで、
Ｎｏ、ＴｉＮおよびＹ−Ａβ２０３と類似のスピネル相
から成り、ＡβＮ焼結体と強固に接着していた。
このようにして得られた導電性被膜に約３μｍ厚さのＭ
ｉメッキを施した。（Ｎｉメッキの厚さは１〜５μｍが
実用的でおる。） この基板を用いて、半導体装置の一例として高周波電力
増幅モジュールを製作した。
第５図に示すように、上記のＡｆｆｌＮセラミック基板
１１に高周波電力トランジスタ・チップ１４を、基板の
マウント部１３ａにＡｕ−３ｉハンダ１５にて接合し、
ベースメタル１６を基板の取付部１３ｃに５ｎ−Ｐｂハ
ンダ１７にて接合した。
次ぎに、トランジスタ１４と回路部１３ｂとをＡ℃ワイ
ヤ１８にてワイヤボンディングし、さらに１３ｂには、
抵抗、コンデンサ、コイルおよびリードなどをハンダ付
けにて実装し、モジュールを製作した。
このようにして製作された半導体装置は、熱抵抗（ＡＶ
ＢＥ法にて測定）は７．２℃／Ｗを示し、従来使用され
ていたＢｅＯ基板（７，１°Ｃ／ｗ＞と同等で、かつ、
出力なとの電気特性もほぼ同等の良好な結果を得た。ま
た、導電性被膜の接着強度は１０に８／　ｔｎ（以上、
ワイヤボンディング強度は２０（］以上の優れた値を示
した。
実施例２ 実施例１と同様にして導電性被膜を形成し、Ｎｉメッキ
を施した／ＩＮセラミック基板に、第６図に示すように
、リード（Ｆｅ−Ｎｉ合金）２４をｊＨロー　（Ａｇ：
　Ｃｕ＝７２：２８）２５を用いて、還元雰囲気中で約
８００°Ｃ１５分にてロー付けした。
その接合強度は１０ｋｇ／ｍイ以上必り、ヒートサイク
ル試験（−５５°Ｃ〜１５０°Ｃ１１０００１ナイクル
）にても破壊および強度の劣化は生じなかった。
次に、このＡ、ｆ２Ｎセラミック基板（パッケージ）を
用いて、高周波電力トランジスタ（オーバレイ・１〜ラ
ンジスタ）の実装を施した。トランジスタ２６をパッケ
ージのマウント部２３ａにＡｕ−８ｉハンダ２７にて接
合し、ベースメタル２Ｂを取付部２３Ｇに３ｎ−ｐｂハ
ンダ２９にて接合した。
次に、トランジスタ２６とリード２４とをＡＪ２ワイｔ
３０にてワイヤボンディングにて接続し、実装を完成し
た。
このようにして製作された半導体装置は、熱抵抗は１２
．０’Ｃ／ｗを示し、従来使用されていた１ｅｅＯ基板
（１１，５°Ｃ／ｗ）と同等で、出力なとの電気特性も
同等以上の良好な結果を得た。
実施例３ モリブデン酸リチウムと二酸化チタンとか重量化で１：
１に混合された混合粉末に適岳のバインダーと溶剤を力
０えてメタライズ用ペーストを作製した。得られたペー
ストを酸化イツ１〜リウムを焼結助剤として含む窒化ア
ルミニウム製ゼラミックス基板（３０ｍｍＸ４５ｍｍＸ
　０．５＋ｎ＋ｎ）の表面にスクリーン印刷により全面
塗布した。これを乾燥ぎりだ後、空気中で７５０°Ｃ１
５分間加熱してモリブデン酸リチウムを溶融し、次いで
窒素：水素−１：１の混合ガス中で１３ＱＯ’Ｃ１６０
分間カ日熱焼成して導電性被膜を形成ざけた。この導電
性被膜はＴ　ｉＮ、ＭＯ１γ−Ａｌ２Ｏ２と類似のスピ
ネル相からなるものであった。
このように形成した導電性被膜の上に所定の回路となる
ようレジストを印刷し、次いて希硫酸中で２０Ｖ、２Ａ
の条件で電界研磨を行った。窒化チタンの金色がみえは
じめたところで電界研磨を止め、水散化カリウムと水酸
化ナトリウム（１：１）の溶液中で２５０’Ｃの温度で
化学研磨を行った。その後レジメ１〜を除去して導電回
路を形成した。この回路は、従来の方法に比べてはるか
に良好なファインパターンを形成できた。また必要箇所
にニッケ−ルミ解めっきを施して半田または銀ろうによ
り半導体チップのマウン（〜およびワイヤをボンディン
グして半導体基板を製造した。このようにして得られた
半導体基板は従来のアルミナ製ビラミックス基板を使用
したものに比べて放熱性が５〜６倍優れており、またワ
イＡ７等との接合強度も従来のしのと遜色のないもので
めった。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明の高熱伝導性セラミックス基
板には、接合強度が大きくて微細な導電回路の形成が可
能な導電性被膜が形成されており、ＩＣ，ＬＳＩ基板と
して非常に有用でおる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第４図は本発明の高熱伝導性レラミックス塁仮
に導電回路を形成する工程を示す断面図である。第５図
Ｊ’ｉよび第６図は本発明の高熱伝導性セラミックス基
板による半導体装置を示す図である。 １・・・・・・・・・・・・セラミックス基板２・・・
・・・・・・・・・導電性被膜３・・・・・・・・・・
・ルジスト ４・・・・・・・・・・・・導電回路 １］、２１・・・レラミックス基４反 １４．２６・・・トランジスタチップ １６．２８・・・ベースメタル ２４・・・・・・・・・・・・ソード 出願人　　　　　株式会社　東芝 代理人弁理上　　須　山　佐　− 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 手続補正書（自発） ユ １、事件の表示　　特願昭６０−２０３１．０４号２、
発明の名称 高熱伝導性セラミックス基板 ３、補正をする者 事件との関係・特許出願人 神奈川県用崎市幸区堀用町７２番地 （３０７）株式会社　東芝 ４、代理人　　〒１０１ 東京都千代田区神田多町２丁目１番地 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６゜補正の内容 （１）明細占第８頁１１行の「電界あるいは電界」する
。 （３）同１８行のｆ’ＭｉＪを［Ｎ　ｉ　Ｊと訂正する
。 以上

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）セラミックス基板上にタングステンおよび／また
    はモリブデンとIVａ族遷移金属の窒化物との混合体を主
    体とする導電性被膜が形成されていることを特徴とする
    高熱伝導性セラミックス基板。
  2. （２）導電性被膜は、電解研磨および／または化学研磨
    によりパターニングされて回路が形成されている特許請
    求の範囲第１項記載の高熱伝導性セラミックス基板。
  3. （３）導電性被膜の上には、さらに金属被膜が形成され
    ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の高熱伝
    導性セラミックス基板。
  4. （４）導電性被膜は、タングステンおよび／またはモリ
    ブデンとIVａ族遷移金属の窒化物との両者を合わせて５
    ０モル％以上含み、かつ両者をそれぞれ２モル％以上含
    む特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記
    載の高熱伝導性セラミックス基板。
  5. （５）導電性被膜は、モリブデンと窒化チタンとの混合
    物を主体とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
    ずれか１項記載の高熱伝導性セラミックス基板。
  6. （６）セラミックス基板は、非酸化物系セラミックスか
    らなる特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１
    項記載の高熱伝導性セラミックス基板。
  7. （７）非酸化物系セラミックスは、窒化物系セラミツク
    スである特許請求の範囲第６項記載の高熱伝導性セラミ
    ックス基板。
  8. （８）セラミックス基板が、半導体用基板である特許請
    求の範囲第７項記載の高熱伝導性セラミックス基板。
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