JPS631268B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS631268B2
JPS631268B2 JP57019638A JP1963882A JPS631268B2 JP S631268 B2 JPS631268 B2 JP S631268B2 JP 57019638 A JP57019638 A JP 57019638A JP 1963882 A JP1963882 A JP 1963882A JP S631268 B2 JPS631268 B2 JP S631268B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
silicon carbide
thermal conductivity
beryllium
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57019638A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS57166366A (en
Inventor
Yukio Takeda
Kosuke Nakamura
Yasuo Matsushita
Tokio Oogoshi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP57019638A priority Critical patent/JPS57166366A/ja
Publication of JPS57166366A publication Critical patent/JPS57166366A/ja
Publication of JPS631268B2 publication Critical patent/JPS631268B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/884Die-attach connectors and bond wires

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、炭化ケイ素焼結体の製法に関する。 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、小型化に対
する要請も大きくなり、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た。
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
るためには、より熱放散の大きい絶縁基板の開発
が要請されるようになつてきた。絶縁基板材料と
して、 (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、 などが要求される。 ところで炭化ケイ素焼結体は、その熱膨張係数
が約4×10-6/℃で、アルミナのそれの約8×
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。また機械強度も曲げ強
さで50Kg/mm2以上を有し、アルミナのそれの約
20Kg/mm2に比べると極めて高強度であることが
知られている。また炭化ケイ素焼結体の熱伝導率
は0.1〜0.3cal/cm・sec・℃でアルミナの約3倍
以上の値を有する。これらの点から、炭化ケイ素
は電気絶縁性の大きいものが開発されると、大規
模集積回路などの絶縁基板用材料として極めて有
用である。 炭化ケイ素は炭素とケイ素から成る―族化
合物半導体である。このため、電気絶縁性を有す
る高密度焼結体を得ることは困難と考えられてお
り、事実、こうしたものはこれまで見当らなかつ
た。 炭化ケイ素は共有結合性の大きい化合物である
ため、硬く強靭で、1500℃以上の高温でも耐酸化
性、耐食性に優れた安定な物質であることは良く
知られているが、この強い共有結合性のため高密
度焼結が困難な材料であつた。 そこで高密度炭化ケイ素焼結体を得るために
種々の焼結助剤が用いられてきた。 例えば、アルミニウムや鉄を添加してホツトプ
レスすることにより、炭化ケイ素の理論密度の98
%の密度を有する焼結体が得られることが知られ
ている〔Alliegro et al.J.Am.Ceram.Soc.39、
386〜389(1956)〕。また、ホウ素と炭素を用いて、
ホツトプレス法または無加圧法で高密度の焼結体
を得る方法が知られている(特開昭49―99308
号)。これらはいずれもガスタービン用部品等の
耐熱構造材を提供することを目的とするものであ
る。これらの焼結助剤を用いた炭化ケイ素焼結体
の熱伝導率の値はいずれも0.4cal/cm・sec・℃
以下である。 また、炭化ケイ素にBe炭化物を添加して焼結
したものが、特開昭53―67711号、特開昭55―
32796号公報およびその対応米国特許第4172109号
に示されているが、これは原料の炭化ケイ素粉末
中に0.5〜5重量%の過剰炭素を含むものを用い
て焼結した高強度材料に関するもので、とくにこ
うした過剰炭素はその焼結体の熱伝導性を著しく
損う。 本発明の目的は熱伝導率の大きい非酸化物系セ
ラミツク焼結体を提供するにある。 平均粒径10μm以下、ベリリウム量0.1〜3.5重量
%相当量の酸化ベリリウムと残部が平均粒径
10μm以下の炭化ケイ素とから成る粉末組成物を、
非酸化性雰囲気中で圧力100Kg/cm2以上、温度
1850〜2500℃でホツトプレスし、理論密度90%以
上とすることを特徴とする高熱伝導性炭化ケイ素
焼結体の製法にある。理論密度90%以上にするこ
とによつて室温の熱伝導率が0.4cal/cm・sec・
℃以上である焼結体が得られる。 Be量が0.1重量%未満では効果が少なく、特に
炭化ケイ素を主成分とする焼結体では、室温の熱
伝導率が0.4cal/cm・sec・℃以上の焼結体が得
られない。一方3.5重量%より多いと炭化ケイ素
焼結体ではその熱膨張係数が4×10-6℃よりも大
きくなり、とくに、シリコン半導体素子用の基板
として使用する場合などに問題となる。 添加は炭化ケイ素粉末にBeO粉末を混合する。
このときBeOとしては約0.5〜14重量%添加する
こにより焼結体中に0.1〜3.5重量%含ませること
ができる。但し焼結時の雰囲気、温度によつて多
小変る。 本発明において上記酸化ベリリウムおよび炭化
ケイ素微粉末は、平均10μm、好ましくは2μm以
下の粒径を有する。 熱伝導率が0.5cal/cm・sec・℃以上のものを
得たいときは、炭化ケイ素はその主成分がα型
SiCである粉末を用いて焼結するのが良い。 酸化ベリリウムを含有する炭化ケイ素粉末の焼
結は非酸化性雰囲気がよい。酸化性雰囲気では炭
化ケイ素粉末表面が酸化し高密度な焼結体が得ら
れにくい。 好ましい焼結温度は1850〜2500℃、さらに好ま
しくは1900〜2300℃である。温度が1850℃より低
い場合には高密度な焼結体が得られにくい。2500
℃より高い場合には炭化ケイ素の昇華が激しく、
焼結体は過焼成になり、緻密な磁器が得られにく
い。焼結時に試料を高圧で加圧するホツトプレス
法では、加圧する荷重は使用するダイスの材質に
よる。黒鉛製のダイスでは約700Kg/cm2まで圧力
を加えることができる。通常の圧力は100〜300
Kg/cm2である。またサブミクロンの粒径を有する
炭化ケイ素粉末を使用することにより、ホツトプ
レスしないでも緻密(理論値90%)な焼結体を得
ることができる。焼結時間は原料粉末の粒径、温
度、焼結時に加える荷重により最適値が決められ
る。原料粉末の粒径が小さく、温度が高く、焼結
時に加える荷重が大きいほど短時間で高密度の焼
結体が得られる。 実施例 1 平均粒径2μmの炭化ケイ素粉末に粒径10μm以
下の酸化ベリリウム粉末を0.1〜20重量%添加し
混合した。次いで混合粉末を室温で1000Kg/cm2
圧力を加えて成形体とした。成形体は1.60〜
1.67g/cm3の密度(炭化ケイ素の理論密度の50〜
52%の相対密度)を有する。次に成型体を黒鉛製
のダイスに入れ、減圧度1×10-5〜1×10-3torr
中でホツトプレス法により焼結した。焼結圧力は
300Kg/cm2で、加熱は室温から2000℃まで約2hで
昇温し、2000℃で1h保持したのち加熱電源を切
つて放冷した。圧力は温度が1500℃以下になつて
から解除した。上記によつて製造した炭化ケイ素
焼結体の特性とベリリウムの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、炭化ケイ素焼結体
に含有するベリリウムの量が0.1〜3.5重量%の範
囲の場合に高密度で高熱伝導率、低熱膨張係数
(4×10-6/℃以下)を併せ有する焼結体が得ら
れる。 実施例 2 炭化ケイ素粉末に対し酸化ベリリウム粉末を4
重量%添加した混合粉末を実施例1と同様にして
ホツトプレス法により焼結体を得た。このときの
焼結体に含まれるベリリウムの含有量は約1重量
%であつた。本実施例においてはホツトプレス条
件を変えて焼結体を作製した。第1表は得られた
焼結体の特性とホツトプレス条件との関係を示す
もので、温度1850〜2500℃、圧力100Kg/cm2以上
で焼結することにより、理論密度の90%以上、
0.4cal/cm・sec・℃以上の熱伝導率、1011Ωcm以
上の電気抵抗率および3.3×10-6/℃の熱膨張係
数の焼結体を得た。
【表】 実施例 3 炭化ケイ素の焼結体は実施例1と同様に、酸化
ベリリウムの添加率を3重量%とし、焼結時の雰
囲気をアルゴンガス、ヘリウムガスおよび窒素ガ
スを使用し製造した。得れた焼結体中のベリリウ
ムの含有量は0.9重量%であつた。その特性は実
施例1のベリリウム含有量1重量%の焼結体とほ
ぼ同じであつた。 実施例 4 平均粒径が0.2〜20μmの炭化ケイ素粉末に酸化
ベリリウムを2重量%添加して混合したのち、実
施例1と同様にしてホツトプレス法により焼結体
を製造した。第2表は炭化ケイ素原料粉末の平均
粒径と得られた焼結体の相対密度の関係である。
焼結体は炭化ケイ素原料粉末の平均粒径が10μm
以下であれば相対密度95%以上に緻密化する。ま
た、相対密度が95%以上に緻密化した焼結体は実
施例1のベリリウム含有量0.4重量%の場合と同
様な特性を示した。炭化ケイ素原料粉末の平均粒
径が10μmより大きく、緻密化が十分進行しなか
つた焼結体では熱伝導率が0.2cal/cm・sec・℃
以下、機械的強度が10Kg/mm2以下と小さい値で
あつた。
【表】 実施例 5 第5図は実施例1及び2で得られた焼結体の室
温の熱伝導率と相対密度との関係をまとめたもの
である。図に示すように、本発明の酸化ベリリウ
ムを加えた焼結体は90%以上の相対密度とするこ
とにより0.4cal/cm・sec・℃以上の高熱伝導率
が得られることがわかる。図中の%は焼結体中の
ベリリウム含有量である。 比較例 1 炭化ケイ素粉末に添加剤を加えないで実施例1
と同様にしてホツトプレス法により焼結体を得
た。該焼結体の特性は第3表に示す通りで、緻密
化していないため、熱伝導率が低い。
【表】 熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨張係数は室温〜300℃の平均値
比較例 2 炭化ケイ素粉末に添加剤として酸化アルミニウ
ムを2重化%添加混合した。混合粉末は実施例1
と同様にして成形体としたのち、ホツトプレス法
により焼結体を得た。焼結体の特性は第4表に示
す通りで、十分に緻密化し、機械的強度は大きい
が、熱伝導率、電気抵抗率はいずれも小さい値を
示している。また、炭化アルミニウム、窒化アル
ミニウム、リン酸アルミニウムを添加剤として使
用した場合にも第4表に示したものと同様な特性
を示した。
【表】 熱伝導率、電気抵抗率は室温で測定
熱膨態係数は室温〜300℃の平均値
実施例 6 本発明の焼結体からなる電気絶縁基板の具体的
な適用例として、実施例1で得たベリリウム含有
量が0.5重量%の炭化ケイ素焼結体を基板として
用いた半導体パワーモジユールで説明する。第5
図は従来構造の組立断面図である。導体4とヒー
トシンク6及びヒートシンク6と金属支持板8の
間を有機絶縁物5及びアルミナ基板7絶縁し、ま
たシリコン素子1とヒートシンク6との熱膨張係
数の差によるひずみを緩和するためにスペーサ3
を介在させてある。第7図は本発明の焼結体から
なる絶縁基板を用いたモジユールの組立断面図で
ある。基板15はシリコン素子11と直接ろう付
されており、非常に簡単な構造を有する。 上記半導体装置を−60℃で30分保持したのち室
温にして5分保持し、さらに125℃に昇温して30
分保持するヒートサイクルを加えた。従来法の半
導体装置(第5図)は20回のヒートサイクルで基
板にクラツクが発生するとともにハンダ付箇所に
はがれが生じた。本発明になる半導体装置は150
回のヒートサイクル後でも異常が認められなかつ
た。 本発明によつて得られる炭化ケイ素焼結体は緻
密化しており、高熱伝導率、高電気抵抗率および
低熱膨張係数を有するという特徴を有する。従つ
て前述した如き電気絶縁用基板材料、耐熱、耐酸
化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
との関係を示す図、第2図はベリリウム含有量と
焼結体の室温における熱伝導率との関係を示す
図、第3図はベリリウム含有量と焼結体の室温に
おける電気抵抗率との関係を示す図、第4図はベ
リリウム含有量と焼結体の室温〜300℃における
熱膨張係数の平均値との関係を示す図、第5図は
相対密度と熱伝導率との関係を示す線図、第6図
は従来の半導体装置の断面図、第7図は本発明の
半導体装置の断面図である。 1,11…シリコン素子、2,12…アルミニ
ウムリード線、3…モリブデンスペーサ、4,1
3…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、9,10,14
…半田、15…炭化ケイ素焼結体基板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 平均粒径10μm以下、ベリリウム量0.1〜3.5重
    量%相当量の酸化ベリリウムと残部が平均粒径
    10μm以下の炭化ケイ素とから成る粉末組成物を、
    非酸化性雰囲気中で圧力100Kg/cm2以上、温度
    1850〜2500℃でホツトプレスし、理論密度90%以
    上とすることを特徴とする高熱伝導性炭化ケイ素
    焼結体の製法。
JP57019638A 1982-02-12 1982-02-12 Non-oxide ceramic sintered body Granted JPS57166366A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57019638A JPS57166366A (en) 1982-02-12 1982-02-12 Non-oxide ceramic sintered body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57019638A JPS57166366A (en) 1982-02-12 1982-02-12 Non-oxide ceramic sintered body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57166366A JPS57166366A (en) 1982-10-13
JPS631268B2 true JPS631268B2 (ja) 1988-01-12

Family

ID=12004755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57019638A Granted JPS57166366A (en) 1982-02-12 1982-02-12 Non-oxide ceramic sintered body

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS57166366A (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4144207A (en) * 1977-12-27 1979-03-13 The Carborundum Company Composition and process for injection molding ceramic materials

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57166366A (en) 1982-10-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4571610A (en) Semiconductor device having electrically insulating substrate of SiC
US4585706A (en) Sintered aluminum nitride semi-conductor device
JPH054950B2 (ja)
JPH0617270B2 (ja) 窒化硼素常圧焼結体
JPS6337065B2 (ja)
JP7611816B2 (ja) 窒化ケイ素焼結体の製造方法
JPS5831755B2 (ja) 電気絶縁用基体
JPS638261A (ja) 多結晶炭化ケイ素からの電気絶縁性基体材料と、アイソスタチツク熱間圧縮によるその製造方法
JPH1093244A (ja) 多層窒化けい素回路基板
JP2642184B2 (ja) 窒化アルミニウム―六方晶窒化ほう素系焼結体の製造方法
JPS631268B2 (ja)
JPS5815953B2 (ja) 電気的装置用基板
JPH0247856B2 (ja)
JPS6236988B2 (ja)
JPH0313190B2 (ja)
JPS6236989B2 (ja)
JPS593436B2 (ja) 焼結用炭火ケイ素粉末組成物
JP3180100B2 (ja) 半導体モジュール
JPH06216481A (ja) セラミックス銅回路基板
JPH0442861A (ja) 高強度な窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPH0522670B2 (ja)
JP2003277152A (ja) 炭化珪素焼結体とその製造方法および用途
JP3038320B2 (ja) 回路基板用窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JPS59162177A (ja) 電気絶縁性炭化ケイ素粉末組成物
JP2001158933A (ja) Al−SiC系複合材料とその製造方法及びそれを用いた半導体装置