JP2003124408A - Heat radiative substrate - Google Patents

Heat radiative substrate

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JP2003124408A
JP2003124408A JP2001313461A JP2001313461A JP2003124408A JP 2003124408 A JP2003124408 A JP 2003124408A JP 2001313461 A JP2001313461 A JP 2001313461A JP 2001313461 A JP2001313461 A JP 2001313461A JP 2003124408 A JP2003124408 A JP 2003124408A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor element
via hole
heat dissipation
heat
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Application number
JP2001313461A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuyuki Yamamoto
泰幸 山本
Yuichiro Mitsunabe
雄一郎 三鍋
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiative substrate having electrically conductive via holes for mounting a semiconductor in which high heat radiation characteristics are maintained, even when the semiconductor element for high optical output is mounted and large current is allowed to flow, and connectivity between the semiconductor element and the substrate is not deteriorated, and a breakage is not caused even when the substrate is repeatedly used. SOLUTION: The radiative substrate includes as a component member a ceramic substrate having a mount surface on which the semiconductor element is mounted and via holes passing through both the end surfaces of the substrate and filled with an electric conductive material such as tungsten are provided. In the part of the mount surface on which the semiconductor element is mounted, a plurality of via holes having the diameter of 0.05 to 0.5 mm are disposed so that the total area of the exposed end faces of the electric conductive materials occupies 5 to 40% of that part.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートシンクやサ
ブマウントとして好適に使用できるビアホールを有する
放熱性基板、特に、半導体レーザー素子とヒートシンク
間に導電性を有する半導体レーザー素子用のサブマウン
トとして使用可能な放熱性基板に関する。さらに詳しく
は、高出力レーザー素子を搭載することが可能なサブマ
ウントとして使用できる放熱性基板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention can be used as a heat dissipating substrate having a via hole which can be suitably used as a heat sink or a submount, and more particularly as a submount for a semiconductor laser element having conductivity between the semiconductor laser element and the heatsink. Heat dissipation substrate. More specifically, the present invention relates to a heat dissipation substrate that can be used as a submount on which a high-power laser element can be mounted.

【0002】[0002]

【従来の技術】サブマウントとは、半導体レーザー素子
とヒートシンク(銅等の金属製ブロック)の間に位置す
る絶縁基板であり、半導体レーザー素子から発生される
熱をヒートシンク側へ効率よく伝達出来る性能を持つも
のである。
2. Description of the Related Art A submount is an insulating substrate located between a semiconductor laser element and a heat sink (a block made of metal such as copper), and has a capability of efficiently transferring heat generated from the semiconductor laser element to the heat sink side. Is to have.

【0003】一般の半導体レーザー素子用のサブマウン
トは、特許第316577号公報に示されるように、絶
縁基板の両面に回路パターンが設けられており、両面間
を貫通するビアホールに導電性物質を充填することによ
ってこれら両面の回路パターンが電気的に接続されてい
るものである。そして、片面に半導体レーザー素子を、
他の片面にヒートシンクをハンダ等によりボンディング
して使用されている。
In a general submount for a semiconductor laser device, as shown in Japanese Patent No. 316577, circuit patterns are provided on both surfaces of an insulating substrate, and a via hole penetrating between both surfaces is filled with a conductive material. By doing so, the circuit patterns on these two surfaces are electrically connected. And a semiconductor laser element on one side,
It is used by bonding a heat sink to the other side by soldering or the like.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来、光ディスク用途
のレーザー光源に要求される半導体素子の光出力は数1
0mW程度であったが、近年開発中のレーザー加工や医
療分野向けの高出力レーザーでは、光出力がW級にまで
高めることが求められている。従来のサブマウントにお
いては、搭載される半導体素子の光出力がさほど高くな
いため、ビアの数は少なくてもよく、さらにサブマウン
ト表裏面間の抵抗は20mΩ程度あった。しかしなが
ら、このような従来用いられていたサブマウントに高光
出力用の半導体素子を搭載して使用した場合には、高出
力用に大電流を流す必要があるためサブマウントのビア
ホールで発熱が起こり、放熱基板としての機能を果たせ
ないばかりでなく、その発熱により半導体素子の破壊や
機能低下の原因となることが判明した。そこで、本発明
は、高出力半導体素子を搭載することが可能なサブマウ
ントとして使用できる新規な構造の放熱性基板を提供す
ることを目的とする。
Conventionally, the optical output of a semiconductor element required for a laser light source for optical discs is several 1
Although it was about 0 mW, high output lasers for laser processing and medical fields, which are under development in recent years, are required to increase the optical output to W level. In the conventional submount, since the optical output of the mounted semiconductor element is not so high, the number of vias may be small, and the resistance between the front and back surfaces of the submount is about 20 mΩ. However, when a semiconductor element for high light output is mounted and used on such a conventionally used submount, it is necessary to flow a large current for high output, so heat is generated in the via hole of the submount, It has been found that not only the function as a heat dissipation substrate cannot be fulfilled, but also the heat generated causes damage to the semiconductor element and deterioration of the function. Therefore, an object of the present invention is to provide a heat dissipation board having a novel structure that can be used as a submount on which a high-power semiconductor element can be mounted.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ビアホー
ルの孔径を大きくしてサブマウント表裏面間の抵抗を下
げれば上記課題が解決できると考え検討を行なったとこ
ろ、このような方法によりビアホールでの発熱を低減す
ることは可能であるが、設計上の要求からビアホールを
半導体素子の直下に形成する場合には、ビアホールの孔
径を大きくすると、長期間使用した場合には半導体素子
のサブマウントへの接合状態が悪化したり素子の耐久性
が低下したりするという新たな問題が発生することが明
らかとなった。そこで、このような問題の発生を招くこ
となくビアホールにおける発熱を低減する方法について
更に検討を行なった。その結果、上記のような態様にお
いては、孔径の小さなビアホールを多数均一に分散させ
て配置した場合には半導体素子の密着性の低下等の問題
を起こすことなくビアホールにおける発熱を低くするこ
とできることがあること、そしてビアホールの孔径を特
定の範囲とし、ビアホールに充填される導電性物質の露
出端面の総面積が、半導体素子が載置される部位の面積
(半導体素子の接合面の面積に相当する)に占める割合
を特定の範囲とした時に上記効果が安定して得られるこ
とを見出し、本発明を完成するに至った。
The inventors of the present invention have considered that the above problem can be solved by increasing the diameter of the via hole to reduce the resistance between the front and back surfaces of the submount, and have studied. Although it is possible to reduce heat generation in the via hole, if the via hole is formed immediately below the semiconductor element due to design requirements, increasing the via hole diameter will increase the sub-size of the semiconductor element after long-term use. It has become clear that a new problem occurs that the bonding state to the mount is deteriorated and the durability of the element is reduced. Therefore, a method for reducing heat generation in the via hole without causing such a problem was further investigated. As a result, in the above-described embodiment, when a large number of via holes having small hole diameters are uniformly dispersed and arranged, heat generation in the via holes can be reduced without causing problems such as deterioration in adhesion of the semiconductor element. And that the diameter of the via hole is within a specific range, and the total area of the exposed end faces of the conductive material filled in the via hole is the area of the portion where the semiconductor element is mounted (corresponding to the area of the bonding surface of the semiconductor element). The inventors have found that the above effect can be stably obtained when the ratio of) is within a specific range, and completed the present invention.

【0006】即ち、本発明は、半導体素子を載置するた
めの載置面を有するセラミック製基板であって、該載置
面に該基板の両面間を貫通し、その内部に導電性物質が
充填されたビアホールを有するセラミック基板を構成部
材として含む放熱性基板において、前記載置面の半導体
素子が載置される部位に、該部位に占める前記導電性物
質の露出端面の総面積が5〜40%となるように孔径
0.05〜0.5mmの複数のビアホールを配置したこ
とを特徴とする放熱性基板である。
That is, the present invention is a ceramic substrate having a mounting surface for mounting a semiconductor element, wherein the mounting surface penetrates between both surfaces of the substrate, and a conductive substance is contained therein. In a heat dissipation substrate including a ceramic substrate having a filled via hole as a constituent member, a total area of exposed end faces of the conductive material occupying the portion of the mounting surface where the semiconductor element is mounted is 5 to 5 The heat dissipation substrate is characterized in that a plurality of via holes having a hole diameter of 0.05 to 0.5 mm are arranged so as to be 40%.

【0007】上記本発明の放熱基板は、大出力の半導体
素子をビアホールの直上に載置して使用してもビアホー
ルでの発熱が少なく高い放熱特性を発揮できるばかりで
なく、長期間使用しても素子の接合性が悪化したり素子
が破損したりし難いという特徴を有する。本発明の放熱
基板の中でも前記セラミック製基板が窒化アルミニウ
ム、炭化珪素、酸化ベリリウム、又はこれらの内の何れ
かを主成分とするセラミックからなるものは、放熱特性
及び使用時の安定性が特に高く、セラミック製基板の載
置面及びその裏側の全面に導電層(メタライズ層)を形
成した場合における両導電層間の25℃における電気抵
抗値が1mΩ以下であり、且つ前記セラミック基板の2
5℃における熱伝導率が170W以上というサブマウン
トとして優れた特性を実現することもできる。
The heat dissipation board of the present invention not only exhibits high heat dissipation characteristics with little heat generation in the via hole even when a high power semiconductor element is placed and used directly on the via hole, but also can be used for a long time. Also has a feature that the bondability of the element is not easily deteriorated or the element is not easily damaged. Among the heat dissipation substrates of the present invention, the ceramic substrate made of aluminum nitride, silicon carbide, beryllium oxide, or a ceramic containing any of these as a main component has particularly high heat dissipation characteristics and stability during use. When a conductive layer (metallized layer) is formed on the mounting surface of the ceramic substrate and the entire back surface thereof, the electric resistance value at 25 ° C. between both conductive layers is 1 mΩ or less, and
It is also possible to realize excellent characteristics as a submount having a thermal conductivity of 170 W or more at 5 ° C.

【0008】なお、本発明においては、小さな孔径のビ
アホールを多く配置することにより全体としての導体断
面積を大きくしてトータルの低抵抗化が図られると共
に、ビアホールを分散させて、且つ半導体素子を搭載し
た時に該半導体素子が或特定の割合以上でその材質と近
い熱膨張係数を有するセラミックと接触するように配置
されているため、半導体素子とビアホールに充填される
導電性物質との熱膨張係数の違いに起因する応力が分散
させるためにこのような優れた効果が発現するものと考
えられる。
In the present invention, by arranging a large number of via holes each having a small hole diameter, the conductor cross-sectional area as a whole is increased to reduce the total resistance, the via holes are dispersed, and the semiconductor element is manufactured. The thermal expansion coefficient of the semiconductor element and the conductive substance filled in the via hole is so arranged that the semiconductor element comes into contact with the ceramic having a thermal expansion coefficient close to that of the material at a certain ratio or more when mounted. It is considered that such an excellent effect is exerted because the stress caused by the difference is dispersed.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の放熱
性基板について説明する。図1に代表的な本発明の放熱
基板の上面図A及び断面図Bを示す。該図に示される本
発明の放熱性基板1は、半導体素子(図示しない)を載
置するための載置面2を有するセラミック製基板3であ
って、該載置面に該基板の両面間を貫通し、その内部に
導電性物質が充填されたビアホール4を有するセラミッ
ク基板を構成部材として含み、前記載置面2の半導体素
子が載置される部位5に、同一の断面積s(該sは、ビ
アホールに充填された導伝性物質の露出面の面積に相当
する。)を有する複数のビアホール4が配置された基本
構造を有している。そして、前記セラミックス製基板3
の載置面2の上面には全面に渡って導電層6が形成さ
れ、その半導体素子が載置される部位5上にハンダ層7
が形成されている。また、前記セラミックス製基板3の
裏面(載置面と反対側の面)には全面に渡って導電層6
が形成されている。なお、上面図Aにおいては、ビアホ
ール4の位置を分かりやすくするために、ビアホールに
充填された導電性物質の端面を点線で示しているが、断
面図Bに示されるようにその上は導電層6及びハンダ層
7で被覆されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The heat dissipation substrate of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a top view A and a sectional view B of a typical heat dissipation board of the present invention. A heat dissipation substrate 1 of the present invention shown in the figure is a ceramic substrate 3 having a mounting surface 2 on which a semiconductor element (not shown) is mounted. Including a ceramic substrate having a via hole 4 filled with a conductive material inside as a constituent member, and having the same cross-sectional area s (where the semiconductor element is mounted on the mounting surface 2). s has a basic structure in which a plurality of via holes 4 having an exposed surface of the conductive material filled in the via holes are arranged. Then, the ceramic substrate 3
A conductive layer 6 is formed on the entire upper surface of the mounting surface 2 and the solder layer 7 is formed on the portion 5 where the semiconductor element is mounted.
Are formed. Further, the conductive layer 6 is formed on the entire back surface (the surface opposite to the mounting surface) of the ceramic substrate 3.
Are formed. In the top view A, the end face of the conductive material filled in the via hole is shown by a dotted line in order to make the position of the via hole 4 easy to understand, but as shown in cross-sectional view B, a conductive layer is formed above it. 6 and a solder layer 7.

【0010】上記セラミック製基板を構成するセラミッ
クとしては、公知のセラミック材料が使用可能である
が、高い放熱特性を得るためには熱伝導率の高いものを
使用するのが好適である。好適に使用できるセラミック
材料を例示すれば、窒化アルミニウム、酸化ベリリウ
ム、炭化珪素、及びこれらの内の何れかを主成分とする
セラミック等を挙げることができる。これらの中でも窒
化アルミニウム又は窒化アルミニウムを主成分とするセ
ラミックは、熱伝導率が高いため半導体レーザー素子か
ら発生する熱を効率よくヒートシンクへ逃がすと共に半
導体レーザー素子の代表的な材質であるSiと熱膨張係
数が近く、素子を搭載して使用した時の安定性が特に優
れる放熱基板が得られるため特に好適に使用される。上
記の好適なセラミック材料、特に窒化アルミニウム系セ
ラミック材料を用いることにより、熱伝導率が170W
/mK以上、更には190W/mK以上の放熱基板を得
ることができる。図1には、セラミック製基板として板
状体のものを示したが、本発明で使用するセラミック製
基板の形状はこのような板状体に限定されず、半導体素
子を載置する載置面を有するものであれば放熱基板の使
用形態に合わせて任意の形状のものが使用可能である。
また、セラミック製基板の表面粗さは目的により異なる
が、通常、Ra≦0.8μm、更に好適には、Ra≦
0.05μmであることが半導体素子のダイ付けの信頼
性が高まるため好ましい。
A known ceramic material can be used as the ceramic constituting the above-mentioned ceramic substrate, but it is preferable to use one having a high thermal conductivity in order to obtain high heat dissipation characteristics. Examples of ceramic materials that can be preferably used include aluminum nitride, beryllium oxide, silicon carbide, and ceramics containing any of these as a main component. Among these, aluminum nitride or ceramics containing aluminum nitride as a main component has a high thermal conductivity, so that the heat generated from the semiconductor laser element is efficiently released to the heat sink, and Si, which is a typical material of the semiconductor laser element, and thermal expansion. It is particularly preferably used because a heat dissipation board having a coefficient close to the element and having excellent stability when the element is mounted and used can be obtained. A thermal conductivity of 170 W can be obtained by using the above-mentioned suitable ceramic material, particularly an aluminum nitride ceramic material.
It is possible to obtain a heat dissipation substrate having a heat dissipation rate of / mK or more, and further 190 W / mK or more. 1 shows a plate-shaped ceramic substrate, the shape of the ceramic substrate used in the present invention is not limited to such a plate-shaped substrate, a mounting surface on which a semiconductor element is mounted. Any shape can be used as long as it has the following.
The surface roughness of the ceramic substrate varies depending on the purpose, but is usually Ra ≦ 0.8 μm, and more preferably Ra ≦ 0.8 μm.
The thickness of 0.05 μm is preferable because the reliability of die attachment of the semiconductor element is improved.

【0011】本発明の放熱基板の構成部材として使用す
る上記セラミック製基板には、載置面に搭載される半導
体素子を駆動させるための電力を基板の裏面からも供給
することができるようにするためにセラミック製基板の
両面間を貫通し、その内部に導電性物質が充填されたビ
アホール(図1の4に相当する)が形成されている。該
ビアホールに充填される導電性物質としては通常このよ
うな目的で使用される金属材料が特に限定なく使用でき
る。例えば、このようなビアホールをコファイア法(C
o−fire法)で形成する場合には、焼成の際の高温
に対する耐熱性が良くしかも比較的電気伝導性が高いた
めタングステン又はモリブデンが好適に使用される。ま
た、ビアホールをポストファイア法(Post−fir
e法)で形成する場合には、電気導電性が高いために、
銅、銀、金、ニッケル、及びパラジウムからなる群より
選ばれる少なくとも1種が好適に使用される。なお、導
電性材料として金属材料が充填されたビアホールを以
下、金属ビアホールとも言う。
The ceramic substrate used as a constituent member of the heat dissipation substrate of the present invention can be supplied with power for driving the semiconductor element mounted on the mounting surface from the back surface of the substrate. For this purpose, a via hole (corresponding to 4 in FIG. 1) is formed penetrating both sides of the ceramic substrate and filled with a conductive substance. As the conductive substance filled in the via hole, a metal material usually used for such a purpose can be used without particular limitation. For example, such a via hole is formed by the co-firing method (C
When it is formed by the o-fire method), tungsten or molybdenum is preferably used because it has good heat resistance to high temperatures during firing and has relatively high electric conductivity. In addition, the via hole is post-fired (Post-fire method).
e method), because of high electrical conductivity,
At least one selected from the group consisting of copper, silver, gold, nickel, and palladium is preferably used. The via hole filled with the metal material as the conductive material is also referred to as a metal via hole hereinafter.

【0012】本発明の放熱基板では、金属ビアホールの
ような導電性材料が充填されたビアホールがセラミック
製基板の載置面の半導体素子が載置される部位(図1の
5に相当する)に配置されるが、この部位に配置される
ビアホールは、孔径が0.05〜0.5mmであり、配
置数は2以上であり、且つ該部位に占める前記導電性物
質の露出端面の面積(図1のsに相当する)の総計の割
合(以下、単に導電性物質面積占有率ともいう。)が5
〜40%となるという条件を満足するように配置される
必要がある。ビアホールをセラミック製基板の載置面の
半導体素子が載置される部位に配置するのは放熱基板の
使用態様に基づく設計上の理由によるものであるが、ビ
アホールを載置面の半導体素子が載置される部位以外の
部位に配置する場合には、ビアボールの孔径を可能な限
り大きくしても素子接合状態の悪化等、使用時の安定性
や耐久性が低下するという問題は起らない。また、ビア
ホールの孔径を0.5mmよりも大きくしたり、導電性
物質面積占有率を40%より大きくした場合には、上記
使用時の安定性や耐久性の低下が避けられない。また、
0.05mm未満とするのは技術的に困難であり、ビア
ホールの数を1としたり導電性物質面積占有率を5%未
満とした場合には使用時におけるビアホールの発熱によ
り放熱特性が低下する。このような条件を満足させるこ
とにより、セラミック製基板の載置面及びその裏側の全
面に導電層(メタライズ層)を形成した場合における両
導電層間の25℃における電気抵抗値を1mΩ以下、更
には0.7mΩ以下とすることも可能となる。高出力半
導体素子を搭載して使用した時における安定性若しくは
耐久性が高く、ビアホールでの発熱が小さいという観点
からは、ビアホールは上記部位(図1の5に相当する)
の全面に渡ってほぼ均一に分散させて配置するのが好適
であり、更に孔径0.1〜0.3mmの複数のビアホー
ルを導電性物質面積占有率が6〜30%、特に6〜20
%となるように均一に分散させて配置するのがより好適
である。
In the heat dissipation board of the present invention, a via hole filled with a conductive material such as a metal via hole is provided at a portion (corresponding to 5 in FIG. 1) of the mounting surface of the ceramic substrate on which the semiconductor element is mounted. The via hole arranged in this portion has a hole diameter of 0.05 to 0.5 mm, the number of arrangement is 2 or more, and the area of the exposed end surface of the conductive material occupying the portion (see FIG. The total ratio (corresponding to s of 1) (hereinafter, also simply referred to as conductive material area occupancy) is 5
It should be arranged so as to satisfy the condition of being -40%. The via holes are arranged on the mounting surface of the ceramic substrate where the semiconductor elements are mounted for the design reason based on the usage of the heat dissipation substrate, but the via holes are mounted on the mounting surface of the semiconductor elements. In the case of arranging in a site other than the site to be placed, even if the hole diameter of the via ball is made as large as possible, the problem of deterioration in stability and durability during use such as deterioration of the element bonding state does not occur. Further, when the diameter of the via hole is larger than 0.5 mm or the conductive material area occupancy ratio is larger than 40%, the deterioration of stability and durability during use cannot be avoided. Also,
It is technically difficult to make it less than 0.05 mm, and when the number of via holes is 1 or the conductive material area occupancy rate is less than 5%, the heat dissipation of the via holes during use deteriorates the heat dissipation characteristics. By satisfying such a condition, when a conductive layer (metallized layer) is formed on the entire mounting surface of the ceramic substrate and the back side thereof, the electric resistance value at 25 ° C. between both conductive layers is 1 mΩ or less, and further, It is also possible to set it to 0.7 mΩ or less. The via hole is the above-mentioned portion (corresponding to 5 in FIG. 1) from the viewpoint of high stability or durability when mounted with a high-power semiconductor element and low heat generation in the via hole.
It is preferable to disperse the via holes substantially uniformly over the entire surface, and to arrange a plurality of via holes having a hole diameter of 0.1 to 0.3 mm in an area ratio of the conductive material of 6 to 30%, particularly 6 to 20.
It is more preferable to disperse them evenly so as to have a ratio of%.

【0013】本発明の放熱基板は、ビアホールが上記の
ようにして配置されたセラミック製基板を構成部材とし
て含むものであれば特に限定されないが、セラミック製
基板の載置面の少なくとも半導体素子が載置される部位
の表面、及びその裏面において配置されたビアホールに
充填された導電性物質の露出面を全て覆う様に導電層
(図1の6に相当する)が形成されているのが好適であ
る。さらに、セラミック製基板の載置面の少なくとも半
導体素子が載置される部位の表面には上記導電層上に、
半導体素子をリフローハンダ付けするためのハンダ層
(図1の7に相当する)がさらに形成されているのが好
適である。
The heat dissipation substrate of the present invention is not particularly limited as long as the via hole includes the ceramic substrate arranged as described above as a constituent member, but at least the semiconductor element on the mounting surface of the ceramic substrate is mounted. It is preferable that the conductive layer (corresponding to 6 in FIG. 1) is formed so as to cover all the exposed surface of the conductive material filled in the via holes arranged on the front surface of the portion to be placed and the rear surface thereof. is there. Further, on the surface of the mounting surface of the ceramic substrate at least the portion where the semiconductor element is mounted, on the conductive layer,
It is preferable that a solder layer (corresponding to 7 in FIG. 1) for reflow soldering the semiconductor element is further formed.

【0014】本発明において絶縁基板の両面に形成され
る上記導電層は導電性を有する層であれば特に限定され
ないが、通常金属膜層が使用される。該金属膜の材質と
してはセラミック基板上に密着性を有する膜を形成でき
る金属であれば公知のものが特に制限なく使用される
が、窒化アルミニウム又は窒化アルミニウム系セラミッ
クからなるセラミック製基板を用いる場合には、密着性
の観点から、チタニウム、クロム、モリブデン、タング
ステン、タングステンチタニウム、アルミニウム、ニッ
ケルクロム、及びタンタルからなる群より選ばれる少な
くとも一種の金属を使用するのが好適である。なお、該
導電層は多層構造を有していてもよい。導電層が2層以
上の積層体からなる場合には、第一層としてセラミック
材料との密着性が良好な導電性材料からなる膜を形成
し、その上に電気電導性及び耐腐食性が良好な、銅、ニ
ッケル、パラジウム、白金、及び金からなる群より選ば
れる少なくとも1種からなる層形成するのが好適であ
る。また、ハンダ層を構成するハンダ材料は特に限定さ
れず、鉛・すず系ハンダ、金・すず系ハンダ、金・シリ
コン系ハンダ、金・ゲルマニウム系ハンダ等の公知のハ
ンダ材料が制限なく使用できる。該ハンダ層も多層構造
を有していてもよく、更に導電層とハンダ層との中間に
ハンダ材の拡散を防止するための金属層を設けてもよ
い。このような該拡散防止層としては、白金、タングス
テン、タングステンチタニウム、モリブデンが好適に使
用できる。
In the present invention, the conductive layers formed on both sides of the insulating substrate are not particularly limited as long as they are conductive layers, but a metal film layer is usually used. As the material of the metal film, any known metal can be used without particular limitation as long as it is a metal capable of forming a film having adhesiveness on a ceramic substrate. When a ceramic substrate made of aluminum nitride or aluminum nitride-based ceramic is used From the viewpoint of adhesion, it is preferable to use at least one metal selected from the group consisting of titanium, chromium, molybdenum, tungsten, tungsten titanium, aluminum, nickel chromium, and tantalum. The conductive layer may have a multi-layer structure. When the conductive layer is composed of a laminate of two or more layers, a film made of a conductive material having good adhesion to the ceramic material is formed as the first layer, and electric conductivity and corrosion resistance are excellent on the film. However, it is preferable to form a layer of at least one selected from the group consisting of copper, nickel, palladium, platinum, and gold. The solder material forming the solder layer is not particularly limited, and known solder materials such as lead / tin solder, gold / tin solder, gold / silicon solder, and gold / germanium solder can be used without limitation. The solder layer may also have a multi-layer structure, and a metal layer for preventing diffusion of the solder material may be provided between the conductive layer and the solder layer. Platinum, tungsten, tungsten titanium, and molybdenum can be preferably used as the diffusion preventing layer.

【0015】上記したような本発明の放熱基板は、例え
ば一般的に採用されている金属ビアホールを有する絶縁
基板の作製方法により前記条件を満足するように配置さ
れたビアホールを形成した後に必要に応じて基板表面を
研削または研磨した後、該基板の両面に導電層(導電パ
ターン)を形成し、更に載置面の導電層上にハンダ層を
形成することにより好適に製造される。金属ビアホール
を有する絶縁基板の製造方法は公知の技術が制限無く使
用でき、特に、コファイア法又はポストファイア法が好
適に採用できる。
The heat dissipation board of the present invention as described above may be formed, if necessary, after forming the via holes arranged so as to satisfy the above-mentioned conditions by, for example, the method of producing an insulating board having a metal via hole which is generally adopted. It is preferably manufactured by grinding or polishing the surface of the substrate by forming a conductive layer (conductive pattern) on both surfaces of the substrate and then forming a solder layer on the conductive layer on the mounting surface. As a method of manufacturing an insulating substrate having a metal via hole, a known technique can be used without limitation, and a cofire method or a postfire method can be preferably used.

【0016】コファイア法を採用する場合には、焼成前
のグリーンシートにパンチング等でビアホールをあけ、
該ビアホール内に金属ペーストを印刷法または押し込み
法等により充填する。その後、脱脂、焼成を行うことに
より金属ビアホールを有する絶縁基板を得ることができ
る。このとき、焼成温度は絶縁基板の材質によって異な
るが、通常1,000〜2,000℃の範囲から選択さ
れる。例えば、セラミック製基板が窒化アルミニウム焼
結体からなる場合には、1,600〜2,000℃、更
に、好適には1,700〜1,900℃の温度で焼成さ
れる。
When the co-firing method is adopted, a via hole is opened in the green sheet before firing by punching,
The via hole is filled with a metal paste by a printing method or a pressing method. Then, degreasing and firing are performed to obtain an insulating substrate having metal via holes. At this time, the firing temperature varies depending on the material of the insulating substrate, but is usually selected from the range of 1,000 to 2,000 ° C. For example, when the ceramic substrate is made of an aluminum nitride sintered body, it is fired at a temperature of 1,600 to 2,000 ° C, and more preferably 1,700 to 1,900 ° C.

【0017】また、ポストファイア法を採用する場合に
は、グリーンシートにパンチング等でビアホールをあけ
脱脂、焼成することにより、或いはグリーンシートまた
はプレス体を脱脂、焼成して絶縁基板を得、該絶縁基板
にレーザー加工または、超音波加工等でビアホールを形
成することによりビアホールを有するセラミック基板を
得、その後、金属ペーストを充填し、焼成することによ
り金属ビアホールを有するセラミック製基板を得ること
ができる。金属ペースト充填後の焼成温度は金属ペース
トの種類により異なるが、通常600〜1,400℃の
温度で焼成される。
When the post-fire method is adopted, a via hole is opened in the green sheet by punching or the like to degrease and fire it, or the green sheet or the press body is degreased and fired to obtain an insulating substrate. A ceramic substrate having a via hole can be obtained by forming a via hole in the substrate by laser processing, ultrasonic processing or the like, and then filling a metal paste and firing the ceramic substrate having a metal via hole. The firing temperature after filling the metal paste varies depending on the type of the metal paste, but it is usually fired at a temperature of 600 to 1,400 ° C.

【0018】金属ビアホールの形成に使用される金属ペ
ーストとしては、前記したような各種金属からなる粉末
にエチルセルロース等の有機結合剤、テルピネオールや
ブチルカルビトールアセテート等の有機溶剤を添加・混
合したものが使用できる。このとき、金属ペーストの密
着性を上げるために、セラミック粉末や活性金属粉末、
例えば窒化アルミニウム基板を用いる場合には窒化アル
ミニウム粉末やチタン金属粉末等を加えることも好まし
い。なお、上記金属ペーストの組成は、通常、前記金属
粉末100重量部に対して、有機結合剤が0.1〜5重
量部、有機溶剤が1〜20重量部、前記添加剤が1〜1
0重量部の範囲である。
The metal paste used for forming the metal via hole is a mixture of the above-mentioned powders of various metals with an organic binder such as ethyl cellulose and an organic solvent such as terpineol or butyl carbitol acetate. Can be used. At this time, in order to improve the adhesiveness of the metal paste, ceramic powder or active metal powder,
For example, when using an aluminum nitride substrate, it is also preferable to add aluminum nitride powder, titanium metal powder, or the like. The composition of the metal paste is usually 0.1 to 5 parts by weight of an organic binder, 1 to 20 parts by weight of an organic solvent, and 1 to 1 parts of the additive with respect to 100 parts by weight of the metal powder.
It is in the range of 0 parts by weight.

【0019】上記の様にして得られた金属ビアホールを
有する絶縁基板の表面を必要応じて研削または研磨する
場合の方法としては、ラッピング、ポリッシング、バレ
ル研磨、サンドブラスト、研削盤による研磨等の従来公
知の方法が制限なく用いられる。なお、半導体レーザー
素子のダイ付けの信頼性を高めるために基板表面は、R
a≦0.8μm、特にRa≦0.05μmになるように
研磨するのが好ましい。
As a method for grinding or polishing the surface of the insulating substrate having the metal via holes obtained as described above as required, conventionally known methods such as lapping, polishing, barrel polishing, sand blasting, and polishing with a grinder are known. Method is used without limitation. In order to improve the reliability of die attachment of the semiconductor laser element, the substrate surface is R
It is preferable to polish so that a ≦ 0.8 μm, especially Ra ≦ 0.05 μm.

【0020】導電層およびハンダ層を形成する方法とし
ては、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等
の公知の製膜方法を採用することができる。例えば、ス
パッタ法で導電層を形成する場合は、通常基板温度を室
温〜300℃に設定し、真空槽内を2×10−3Pa以
下に真空引き後、Arガスを10〜80cc/min導
入し、圧力を0.2〜1.0Paにして、RF(高周
波)電源のパワー0.2〜3KWで所定のターゲット材
料をスパッタリングすることにより導電層を所望の厚さ
に形成することができる。また、メタルマスク法、湿式
エッチング法、ドライエッチング法等の方法が採用する
ことにより導電層又はハンダ層を所望の形状にパターン
化することもできる。例えば、メタルマスク法でパター
ニングする場合には、前記絶縁基板の上に、あらかじめ
所定のパターンが形成されたメタルマスクを固定して、
スパッタ法による製膜を行なえばよい。また、ドライエ
ッチング法でパターンニングする場合には、スパッタ法
等によって導電層が形成された前記絶縁基板に、フォト
レジスト等を用いて所定のパターンを導電層上に形成
し、イオンミリング等で導電層を除去後、レジストを剥
離することによってパターニングを行えばよい。
As a method of forming the conductive layer and the solder layer, a known film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method and an ion plating method can be adopted. For example, when the conductive layer is formed by the sputtering method, the substrate temperature is usually set to room temperature to 300 ° C., the inside of the vacuum chamber is evacuated to 2 × 10 −3 Pa or less, and then Ar gas is introduced at 10 to 80 cc / min. Then, the conductive layer can be formed to a desired thickness by setting a pressure to 0.2 to 1.0 Pa and sputtering a predetermined target material with a power of an RF (high frequency) power source of 0.2 to 3 KW. The conductive layer or the solder layer can be patterned into a desired shape by adopting a metal mask method, a wet etching method, a dry etching method, or the like. For example, when patterning by a metal mask method, a metal mask on which a predetermined pattern is formed in advance is fixed on the insulating substrate,
The film may be formed by the sputtering method. Further, in the case of patterning by a dry etching method, a predetermined pattern is formed on the conductive layer by using a photoresist or the like on the insulating substrate on which the conductive layer is formed by a sputtering method or the like, and then conductive by ion milling or the like. After removing the layer, patterning may be performed by peeling the resist.

【0021】前記のようにして得られた基板両面に導電
パターンが形成された金属ビアホールを有する絶縁基板
は、通常、所定の大きさに切断されることにより、本発
明の放熱性基板となる。切断は、公知の技術が制限無く
使用できるが、通常、ダイシングマシーンを使用するこ
とによりなされる。切断は、通常、絶縁基板部分を切断
するが、金属ビアホール部を切断することもできる。
The insulating substrate having metal via holes with conductive patterns formed on both sides of the substrate obtained as described above is usually cut into a predetermined size to become the heat-radiating substrate of the present invention. Cutting can be performed by using a dicing machine, although known techniques can be used without limitation. The cutting is usually to cut the insulating substrate portion, but it is also possible to cut the metal via hole portion.

【0022】[0022]

【実施例】以下に、本発明を更に具体的に説明するため
に実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。
EXAMPLES Examples will be shown below to more specifically describe the present invention, but the present invention is not limited to these examples.

【0023】実施例 1 堀場製作所製遠心粒度分布装置 CAPA500で測定
した沈降法による平均粒径が1.60μmで、比表面積
が2.5m/gであり、比表面積をS(m/g)と
した時に「D(μm)=6/S×3.26」から算出さ
れる平均粒径(D)が0.74μmの窒化アルミニウム
粉末100重量部に焼結助剤として、比表面積12.5
/gの酸化イットリウム粉末5重量部、有機バイン
ダー及び分散剤としてメタクリル酸ブチル15重量部、
可塑剤としてジオクチルフタレート5重量部を添加し、
トルエンを溶剤としてボールミルで混合した。このスラ
リーを脱泡後、ドクターブレード法により厚さ0.6m
mのシート状に成形した。このグリーンシートから長さ
64mm、幅64mmのシートを切り出し、パンチで直
径が250μmのビアホールを4,080個形成し、タ
ングステンペーストをビアホール内に押し込み法で充填
した。このようにして作製したタングステンビアホール
を有するグリーンシートを窒素雰囲気中800℃で脱脂
し、その後、脱脂体を窒化アルミニウムセッターに入
れ、窒素雰囲気中1,850℃で8時間加熱することに
より、直径200μmのタングステンビアホールを有す
る長さ54mm、幅54mm、厚さ0.4mmの窒化ア
ルミニウム基板を得た。得られた基板の熱伝導率を測定
したところ、200W/mKであった。
Example 1 Centrifugal particle size distribution device manufactured by Horiba Seisakusho Co., Ltd. The average particle size measured by CAPA500 by the sedimentation method is 1.60 μm, the specific surface area is 2.5 m 2 / g, and the specific surface area is S (m 2 / g )), 100 parts by weight of aluminum nitride powder having an average particle diameter (D) calculated from “D (μm) = 6 / S × 3.26” of 0.74 μm was used as a sintering aid, and a specific surface area of 12. 5
5 parts by weight of m 2 / g yttrium oxide powder, 15 parts by weight of butyl methacrylate as an organic binder and a dispersant,
Add 5 parts by weight of dioctyl phthalate as a plasticizer,
Toluene was mixed with a ball mill using a solvent. After degassing this slurry, the thickness is 0.6 m by the doctor blade method.
It was formed into a sheet of m. A sheet having a length of 64 mm and a width of 64 mm was cut out from this green sheet, 4,080 via holes having a diameter of 250 μm were formed by punching, and the tungsten paste was filled into the via holes by a pressing method. The green sheet having the tungsten via holes thus produced was degreased in a nitrogen atmosphere at 800 ° C., and then the degreased body was placed in an aluminum nitride setter and heated in a nitrogen atmosphere at 1,850 ° C. for 8 hours to obtain a diameter of 200 μm. An aluminum nitride substrate having a tungsten via hole of 54 mm in length, 54 mm in width and 0.4 mm in thickness was obtained. When the thermal conductivity of the obtained substrate was measured, it was 200 W / mK.

【0024】この窒化アルミニウム基板を用いて放熱性
基板を作製した。即ち、前記基板を厚さ0.3mmの両
面鏡面仕上げ(表面粗さRa:0.03μm)に加工
し、表裏両面の全面に導電層(第1層/第2層/第3層
=Ti:0.1μm/Pt:0.2μm/Au:1.0
μm)をスパッタ法により形成後、表面の全面にAuS
n(Au=80wt%)ハンダ(厚み5μm)を蒸着法
により形成した。次に、導電層及びハンダ層の形成され
た前記基板を長さ12mm、幅2mmにダイシングカッ
トして放熱性基板を作成した。この放熱性基板のハンダ
層の下には51個のビアホールが存在し、この時の導電
性物質面積占有率は6.7%である。また、この放熱性
基板の表面側と裏面側の間で抵抗を10箇所測定したと
ころ、抵抗値の平均は0.41mΩであった。
A heat dissipation substrate was produced using this aluminum nitride substrate. That is, the substrate is processed into a double-sided mirror-finished surface having a thickness of 0.3 mm (surface roughness Ra: 0.03 μm), and a conductive layer (first layer / second layer / third layer = Ti: 0.1 μm / Pt: 0.2 μm / Au: 1.0
(μm) by a sputtering method, and then AuS is formed on the entire surface.
n (Au = 80 wt%) solder (thickness 5 μm) was formed by vapor deposition. Next, the substrate on which the conductive layer and the solder layer were formed was dicing cut into a length of 12 mm and a width of 2 mm to prepare a heat dissipation substrate. There are 51 via holes under the solder layer of this heat dissipation substrate, and the area occupied by the conductive material at this time is 6.7%. Further, when the resistance was measured at 10 points between the front surface side and the back surface side of this heat dissipation substrate, the average resistance value was 0.41 mΩ.

【0025】さらに、この放熱性基板の表面側に長さ1
2mm、幅2mm、厚さ0.6mmのGaAs製のダミー素
子をハンダ付けした後、放熱性基板の裏面側をAuSn
(Au=80wt%)ハンダにて銅製のヒートシンクへ
ボンディングした。ダミー素子に40Aを5分間通電し
たところ、39℃に温度上昇した。その後、−50℃:
30分保持→125℃:30分保持を1サイクルとする
ヒートサイクル試験を1,000サイクル行った後、ダ
ミー素子が接合した放熱性基板を2mm角に切りだし、
ダミー素子と放熱性基板とのシェア強度試験を行ったと
ころ、平均のシェア強度は4.6kgfであった。
Further, a length of 1 is provided on the surface side of the heat dissipation substrate.
After soldering a GaAs dummy element with a width of 2 mm, a width of 2 mm, and a thickness of 0.6 mm, the back side of the heat dissipation substrate is AuSn.
(Au = 80 wt%) Solder was bonded to a copper heat sink. When 40 A was applied to the dummy element for 5 minutes, the temperature rose to 39 ° C. After that, -50 ° C:
Hold for 30 minutes → 125 ° C .: Perform a heat cycle test with 1 cycle of holding for 30 minutes for 1,000 cycles, and then cut out a heat dissipation substrate to which a dummy element is joined into a 2 mm square,
When a shear strength test was performed on the dummy element and the heat dissipation substrate, the average shear strength was 4.6 kgf.

【0026】実施例 2 実施例1と同じようにして作製した長さ64mm、幅6
4mm、厚さ0.6mmの窒化アルミニウムのグリーン
シートをパンチで直径が250μmのビアホールを7,
680個形成し、タングステンペーストをビアホール内
に押し込み法で充填した。その後、実施例1と同一条件
で脱脂・焼成し、径200μmのタングステンビアホー
ルを有する長さ54mm、幅54mm、厚さ0.3mm
の窒化アルミニウム基板を得た。得られた基板の熱伝導
率は206W/mKであった。
Example 2 Length 64 mm and width 6 produced in the same manner as in Example 1.
4mm, 0.6mm thick aluminum nitride green sheet was punched to form via holes with a diameter of 250μm.
680 pieces were formed, and the tungsten paste was filled in the via hole by a pressing method. After that, degreasing and firing are performed under the same conditions as in Example 1, and a tungsten via hole having a diameter of 200 μm is provided, a length of 54 mm, a width of 54 mm, and a thickness of 0.3 mm.
An aluminum nitride substrate of was obtained. The thermal conductivity of the obtained substrate was 206 W / mK.

【0027】この窒化アルミニウム基板に研磨、スパッ
タ、蒸着、切断工程を実施例1と同様に行い、長さ12
mm、幅2.0mmの放熱性基板を得た。この放熱性基
板のハンダ層の下には96個のビアホールが存在し、こ
の時の導電性物質面積占有率は12.6%である。ま
た、実施例1と同様にして抵抗測定を行なったところ、
平均は0.25mΩであった。さらに、実施例1と同様
にしてGaAs製のダミー素子をボンディングし、ヒートシ
ンクへボンディングした後にダミー素子に40Aを5分
間通電したところ、35℃に温度上昇した。その後、実
施例1と同様にしてヒートサイクル試験を1,000サ
イクル行った後、放熱性基板を2mm角に切りだし、シ
ェア強度試験を行ったところ、平均のシェア強度は4.
1kgfであった。
The aluminum nitride substrate was polished, sputtered, vapor-deposited and cut in the same manner as in Example 1 to give a length of 12
A heat dissipation substrate having a width of 2.0 mm and a width of 2.0 mm was obtained. There are 96 via holes under the solder layer of this heat dissipation substrate, and the area occupied by the conductive material at this time is 12.6%. Further, when the resistance was measured in the same manner as in Example 1,
The average was 0.25 mΩ. Further, a dummy element made of GaAs was bonded in the same manner as in Example 1, and after bonding to the heat sink and 40A was energized for 5 minutes, the temperature rose to 35 ° C. After that, the heat cycle test was performed for 1,000 cycles in the same manner as in Example 1, the heat dissipation substrate was cut into 2 mm square, and the shear strength test was performed. The average shear strength was 4.
It was 1 kgf.

【0028】実施例 3 実施例1と同じようにして作製した長さ64mm、幅6
4mm、厚さ0.6mmの窒化アルミニウムのグリーン
シートをパンチで直径が250μmのビアホールを2
0,720個形成した。その後、実施例1と同一条件で
脱脂・焼成し、径200μmのビアホールを有する長さ
54mm、幅54mm、厚さ0.3mmの窒化アルミニ
ウム基板を得た。前記基板の熱伝導率は195W/mK
であった。
Example 3 A length of 64 mm and a width of 6 produced in the same manner as in Example 1.
Punch a 4 mm thick aluminum nitride green sheet with a diameter of 250 μm to 2 via holes.
0,720 pieces were formed. Then, degreasing and firing were performed under the same conditions as in Example 1 to obtain an aluminum nitride substrate having a via hole with a diameter of 200 μm, a length of 54 mm, a width of 54 mm, and a thickness of 0.3 mm. The thermal conductivity of the substrate is 195 W / mK
Met.

【0029】この窒化アルミニウム基板に研磨、スパッ
タを実施例1と同様に行った後、ビアホール中に導電性
ペーストを埋めこみ900℃で焼成した。その後、蒸
着、切断工程を実施例1と同様に行い、長さ12mm、
幅2.0mmの放熱性基板を得た。この放熱性基板中に
259個のタングステンビアホールが存在し、導電性物
質面積占有率は33.9%である。また、実施例1と同
様にして抵抗測定を行なったところ、平均は0.12m
Ωであった。さらに、実施例1と同様にしてGaAs製のダ
ミー素子をボンディングし、ヒートシンクへボンディン
グした後にダミー素子に40Aを5分間通電したとこ
ろ、28℃に温度上昇した。その後、実施例1と同様に
してヒートサイクル試験を1,000サイクル行った
後、放熱性基板を2mm角に切りだし、シェア強度試験
を行ったところ、平均のシェア強度は3.3kgfであ
った。
After polishing and sputtering this aluminum nitride substrate in the same manner as in Example 1, a conductive paste was embedded in the via hole and baked at 900 ° C. Then, the vapor deposition and cutting steps are performed in the same manner as in Example 1, and the length is 12 mm,
A heat dissipation substrate having a width of 2.0 mm was obtained. There are 259 tungsten via holes in this heat dissipation substrate, and the area ratio of the conductive material is 33.9%. When the resistance was measured in the same manner as in Example 1, the average was 0.12 m.
It was Ω. Further, when a dummy element made of GaAs was bonded in the same manner as in Example 1 and bonded to a heat sink and then 40A was applied to the dummy element for 5 minutes, the temperature rose to 28 ° C. Then, the heat cycle test was conducted for 1,000 cycles in the same manner as in Example 1, the heat dissipating substrate was cut into 2 mm square, and the shear strength test was conducted. The average shear strength was 3.3 kgf. .

【0030】比較例 1 実施例1と同じようにして作製した長さ64mm、幅6
4mm、厚さ0.6mmの窒化アルミニウムのグリーン
シートをパンチで直径が250μmのビアホールを1,
360個形成し、タングステンペーストをビアホール内
に押し込み法で充填した。その後、実施例1と同一条件
で脱脂・焼成し、径200μmのタングステンビアホ−
ルを有する長さ54mm、幅54mm、厚さ0.3mm
の窒化アルミニウム基板を得た。前記基板の熱伝導率は
208W/mKであった。
Comparative Example 1 Length 64 mm and width 6 produced in the same manner as in Example 1.
A 4 mm thick 0.6 mm thick aluminum nitride green sheet is punched to form a via hole with a diameter of 250 μm.
360 pieces were formed, and the tungsten paste was filled into the via holes by a pressing method. After that, degreasing and firing were performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a tungsten via hole having a diameter of 200 μm.
54mm, width 54mm, thickness 0.3mm
An aluminum nitride substrate of was obtained. The thermal conductivity of the substrate was 208 W / mK.

【0031】この窒化アルミニウム基板に研磨、スパッ
タ、蒸着、切断工程を実施例1と同様に行い、長さ12
mm、幅2.0mmの放熱性基板を得た。この放熱性基
板には17個のビアホールが存在し、導電性物質面積占
有率は2.2%である。また、実施例1と同様にして抵
抗測定を行なったところ、平均は1.12mΩであっ
た。さらに、実施例1と同様にしてGaAs製のダミー素子
をボンディングし、ヒートシンクへボンディングした後
にダミー素子に40Aを5分間通電したところ、82℃
に温度上昇した。その後、実施例1と同様にしてヒート
サイクル試験を1,000サイクル行った後、放熱性基
板を2mm角に切りだし、シェア強度試験を行ったとこ
ろ、平均のシェア強度は4.8kgfであった。
The aluminum nitride substrate was polished, sputtered, vapor-deposited and cut in the same manner as in Example 1 to give a length of 12
A heat dissipation substrate having a width of 2.0 mm and a width of 2.0 mm was obtained. This heat dissipation substrate has 17 via holes, and the conductive material area occupancy rate is 2.2%. When the resistance was measured in the same manner as in Example 1, the average was 1.12 mΩ. Further, a GaAs dummy element was bonded in the same manner as in Example 1 and, after bonding to the heat sink, 40A was energized for 5 minutes.
The temperature rose to. Then, after performing a heat cycle test for 1,000 cycles in the same manner as in Example 1, the heat dissipation substrate was cut into a 2 mm square and a shear strength test was performed. The average shear strength was 4.8 kgf. .

【0032】比較例 2 実施例1と同じようにして作製した長さ64mm、幅6
4mm、厚さ0.6mmの窒化アルミニウムのグリーン
シートをパンチで250μm角のビアホールを20,7
20個形成した。その後、実施例1と同一条件で脱脂・
焼成し、200μm角のビアホールを有する長さ54m
m、幅54mm、厚さ0.3mmの窒化アルミニウム基
板を得た。前記基板の熱伝導率は193W/mKであっ
た。
Comparative Example 2 A length of 64 mm and a width of 6 produced in the same manner as in Example 1.
A 4 mm thick 0.6 mm thick aluminum nitride green sheet was punched to form a 250 μm square via hole 20,7.
Twenty were formed. After that, degreasing under the same conditions as in Example 1
Fired, 54m long with 200μm square via holes
An aluminum nitride substrate with m, a width of 54 mm and a thickness of 0.3 mm was obtained. The thermal conductivity of the substrate was 193 W / mK.

【0033】この窒化アルミニウム基板に研磨、スパッ
タを実施例1と同様に行った後、ビアホール中に導電性
ペーストを埋めこみ900℃で焼成した。その後、蒸
着、切断工程を実施例1と同様に行い、長さ12mm、
幅2.0mmの放熱性基板を得た。この放熱性基板中に
259個のタングステンビアホールが存在し、導電性物
質面積占有率は43.2%である。また、実施例1と同
様にして抵抗測定を行なったところ、平均は0.1mΩ
であった。さらに、実施例1と同様にしてGaAs製のダミ
ー素子をボンディングし、ヒートシンクへボンディング
した後にダミー素子に40Aを5分間通電したところ、
29℃に温度上昇した。その後、実施例1と同様にして
ヒートサイクル試験を1,000サイクル行った後、放
熱性基板を2mm角に切りだし、シェア強度試験を行っ
たところ、平均のシェア強度は1.3kgfであった。
After polishing and sputtering this aluminum nitride substrate in the same manner as in Example 1, a conductive paste was embedded in the via hole and baked at 900 ° C. Then, the vapor deposition and cutting steps are performed in the same manner as in Example 1, and the length is 12 mm,
A heat dissipation substrate having a width of 2.0 mm was obtained. There are 259 tungsten via holes in this heat dissipation substrate, and the area ratio of the conductive material is 43.2%. Moreover, when the resistance was measured in the same manner as in Example 1, the average was 0.1 mΩ.
Met. Further, a dummy element made of GaAs was bonded in the same manner as in Example 1, and after bonding to the heat sink, 40A was energized for 5 minutes.
The temperature rose to 29 ° C. Then, after performing a heat cycle test for 1,000 cycles in the same manner as in Example 1, the heat dissipation substrate was cut into 2 mm square and a shear strength test was performed. The average shear strength was 1.3 kgf. .

【0034】比較例 3 実施例1と同じようにして作製した長さ64mm、幅6
4mm、厚さ0.6mmの窒化アルミニウムのグリーン
シートをパンチで直径が1.25mmのビアホールを3
20個形成した。その後、実施例1と同一条件で脱脂・
焼成し、径1mmのビアホールを有する長さ54mm、
幅54mm、厚さ0.3mmの窒化アルミニウム基板を
得た。前記基板の熱伝導率は200W/mKであった。
この窒化アルミニウム基板に研磨、スパッタを実施例1
と同様に行った後、ビアホール中に導電性ペーストを埋
めこみ900℃で焼成した。その後、蒸着、切断工程を
実施例1と同様に行い、長さ12mm、幅2.0mmの
放熱性基板を得た。この放熱性基板中には4個のビアホ
ールが存在し、導電性物質面積占有率は13.1%であ
る。また、実施例1と同様にして抵抗測定を行なったと
ころ、平均は0.20mΩであった。さらに、実施例1
と同様にしてGaAs製のダミー素子をボンディングし、ヒ
ートシンクへボンディングした後にダミー素子に40A
を5分間通電したところ、33℃に温度上昇した。その
後、実施例1と同様にしてヒートサイクル試験を1,0
00サイクル行った後、放熱性基板を2mm角に切りだ
し、シェア強度試験を行ったところ、平均のシェア強度
は0.7kgfであった。
Comparative Example 3 A length of 64 mm and a width of 6 produced in the same manner as in Example 1.
A 4 mm thick 0.6 mm thick aluminum nitride green sheet was punched to form three 1.25 mm diameter via holes.
Twenty were formed. After that, degreasing under the same conditions as in Example 1
Fired, 54 mm long with via holes 1 mm in diameter,
An aluminum nitride substrate having a width of 54 mm and a thickness of 0.3 mm was obtained. The thermal conductivity of the substrate was 200 W / mK.
The aluminum nitride substrate was polished and sputtered in Example 1.
Then, the conductive paste was embedded in the via hole and baked at 900 ° C. Then, vapor deposition and cutting steps were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a heat dissipation substrate having a length of 12 mm and a width of 2.0 mm. There are four via holes in this heat dissipation substrate, and the conductive material area occupancy rate is 13.1%. When the resistance was measured in the same manner as in Example 1, the average was 0.20 mΩ. Furthermore, Example 1
Bond a dummy element made of GaAs in the same manner as above, and then bond 40A to the dummy element after bonding to the heat sink.
When electricity was applied for 5 minutes, the temperature rose to 33 ° C. Then, the heat cycle test was conducted in the same manner as in Example 1,
After conducting 00 cycles, the heat-dissipating substrate was cut into 2 mm square and a shear strength test was conducted. As a result, the average shear strength was 0.7 kgf.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の放熱基板は、素子が載置される
直下の部位に金属ビアホールが設けられた構造を有する
が、高出力の半導体レーザー素子等の半導体素子を載置
して使用した場合に、大電流を流してもビアホールにお
ける発熱が小さく、優れた放熱特性を有するばかりでな
く、繰り返し使用しても半導体素子と基板との接合性が
低下したり破損したりすることがなく、高い安定性・耐
久性を示す。
The heat dissipating substrate of the present invention has a structure in which a metal via hole is provided immediately below the element on which the element is mounted, but a semiconductor element such as a high-power semiconductor laser element is mounted and used. In this case, the heat generated in the via hole is small even when a large current is passed, and not only does it have excellent heat dissipation characteristics, but it does not deteriorate or break the bondability between the semiconductor element and the substrate even after repeated use. Shows high stability and durability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本図は代表的な本発明の放熱基板の上面図
(A)及び断面図(B)である。
FIG. 1 is a top view (A) and a sectional view (B) of a typical heat dissipation board of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 放熱性基板 2 載置面 3 セラミック製基板 4 内部に導伝性物質が充填されたビアホール 5 半導体素子が載置される部位 6 導電層 7 ハンダ層 s ビアホールに充填された導伝性物質の露出面の面積 1 Heat dissipation board 2 Placement surface 3 Ceramic substrate 4 Via holes filled with conductive material 5 Parts where semiconductor elements are placed 6 Conductive layer 7 Solder layer s Area of exposed surface of conductive material filled in via hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 23/373 H01L 23/14 C H01S 5/022 M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (51) Int.Cl. 7 Identification Code FI Theme Coat (Reference) H01L 23/373 H01L 23/14 C H01S 5/022 M

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体素子を載置するための載置面を有
するセラミック製基板であって、該載置面に該基板の両
面間を貫通し、その内部に導電性物質が充填されたビア
ホールを有するセラミック基板を構成部材として含む放
熱性基板において、前記載置面の半導体素子が載置され
る部位に、該部位に占める前記導電性物質の露出端面の
総面積が5〜40%となるように孔径0.05〜0.5
mmの複数のビアホールを配置したことを特徴とする放
熱性基板。
1. A ceramic substrate having a mounting surface for mounting a semiconductor element, wherein the mounting surface penetrates between both surfaces of the substrate, and a via hole filled with a conductive substance therein. In a heat dissipative substrate including a ceramic substrate as a constituent member, the total area of the exposed end faces of the conductive material in the portion of the mounting surface on which the semiconductor element is mounted is 5 to 40%. Pore size 0.05 to 0.5
A heat-radiating substrate having a plurality of mm via holes arranged therein.
【請求項2】 前記セラミック製基板が窒化アルミニウ
ム、炭化珪素、酸化ベリリウム、又はこれらの内の何れ
かを主成分とするセラミックからなることを特徴とする
請求項1に記載の放熱性基板。
2. The heat-radiating substrate according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of aluminum nitride, silicon carbide, beryllium oxide, or a ceramic containing any one of these as a main component.
【請求項3】 前記セラミック製基板の載置面及びその
裏側の全面に導電層を形成した場合における両導電層間
の25℃における電気抵抗値が1mΩ以下であり、且つ
前記セラミック基板の25℃における熱伝導率が170
W以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の
放熱性基板。
3. The electrical resistance value at 25 ° C. between both conductive layers is 1 mΩ or less when a conductive layer is formed on the mounting surface of the ceramic substrate and the entire back surface thereof, and the ceramic substrate at 25 ° C. Thermal conductivity is 170
It is W or more, The heat dissipation board | substrate of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009176966A (en) * 2008-01-24 2009-08-06 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor element, and manufacturing method thereof
JP2013008887A (en) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Ltd Optical module
JP2015037131A (en) * 2013-08-14 2015-02-23 日本特殊陶業株式会社 Wiring board and semiconductor module
JP2015076565A (en) * 2013-10-11 2015-04-20 日本特殊陶業株式会社 Ceramic wiring board
JP2015076567A (en) * 2013-10-11 2015-04-20 日本特殊陶業株式会社 Ceramic wiring board
JP2017157693A (en) * 2016-03-02 2017-09-07 日本特殊陶業株式会社 Wiring board
WO2018142499A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-09 三菱電機株式会社 Wavelength-variable light source
WO2020070946A1 (en) * 2018-10-04 2020-04-09 京セラ株式会社 Electronic component mounting board, electric device, and light emitting device
WO2023189131A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 ローム株式会社 Semiconductor light emitting device
US11972992B2 (en) 2018-10-04 2024-04-30 Kyocera Corporation Substrate for mounting an electronic component, electrical device, and light-emitting device

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009176966A (en) * 2008-01-24 2009-08-06 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor element, and manufacturing method thereof
JP2013008887A (en) * 2011-06-27 2013-01-10 Hitachi Ltd Optical module
JP2015037131A (en) * 2013-08-14 2015-02-23 日本特殊陶業株式会社 Wiring board and semiconductor module
JP2015076565A (en) * 2013-10-11 2015-04-20 日本特殊陶業株式会社 Ceramic wiring board
JP2015076567A (en) * 2013-10-11 2015-04-20 日本特殊陶業株式会社 Ceramic wiring board
JP2017157693A (en) * 2016-03-02 2017-09-07 日本特殊陶業株式会社 Wiring board
WO2018142499A1 (en) * 2017-02-01 2018-08-09 三菱電機株式会社 Wavelength-variable light source
JPWO2018142499A1 (en) * 2017-02-01 2019-02-07 三菱電機株式会社 Tunable light source
WO2020070946A1 (en) * 2018-10-04 2020-04-09 京セラ株式会社 Electronic component mounting board, electric device, and light emitting device
CN112805821A (en) * 2018-10-04 2021-05-14 京瓷株式会社 Electronic component mounting substrate, electrical device, and light-emitting device
JPWO2020070946A1 (en) * 2018-10-04 2021-09-02 京セラ株式会社 Boards for mounting electronic components, electrical devices and light emitting devices
EP3863046A4 (en) * 2018-10-04 2022-06-29 Kyocera Corporation Electronic component mounting board, electric device, and light emitting device
JP7159335B2 (en) 2018-10-04 2022-10-24 京セラ株式会社 Substrates for mounting electronic components, electric devices and light-emitting devices
US11972992B2 (en) 2018-10-04 2024-04-30 Kyocera Corporation Substrate for mounting an electronic component, electrical device, and light-emitting device
WO2023189131A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 ローム株式会社 Semiconductor light emitting device

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