JP2503774B2 - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JP2503774B2 JP2503774B2 JP24709688A JP24709688A JP2503774B2 JP 2503774 B2 JP2503774 B2 JP 2503774B2 JP 24709688 A JP24709688 A JP 24709688A JP 24709688 A JP24709688 A JP 24709688A JP 2503774 B2 JP2503774 B2 JP 2503774B2
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- Japan
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- plate material
- semiconductor device
- heat sink
- thin plate
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- Ceramic Products (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の高集積化および大電力化に
十分対応することができる半導体装置用基板に関するも
のである。
十分対応することができる半導体装置用基板に関するも
のである。
従来、一般に、半導体装置用基板としては、例えば第
２図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム
（Al2O3）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に、C
u薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例えば前
記Cu薄板材の接合面に酸化銅（Cu2O）を形成しておき、
前記Al2O3製絶縁板材と重ね合わせた状態で、1965〜108
5℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCuとの間で液相を発
生させて結合する方法であり、また前記Cu薄板材のう
ち、Al2O3製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体と
なり、同下面側がはんだ付け用となるものであり、この
状態で、通常Pb-Sn合金からなるはんだ材（融点:450℃
以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Cuからなるヒート
シンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつことが知られ
ている。
２図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム
（Al2O3）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に、C
u薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例えば前
記Cu薄板材の接合面に酸化銅（Cu2O）を形成しておき、
前記Al2O3製絶縁板材と重ね合わせた状態で、1965〜108
5℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCuとの間で液相を発
生させて結合する方法であり、また前記Cu薄板材のう
ち、Al2O3製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体と
なり、同下面側がはんだ付け用となるものであり、この
状態で、通常Pb-Sn合金からなるはんだ材（融点:450℃
以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Cuからなるヒート
シンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつことが知られ
ている。
しかし、近年の半導体装置の高集積化および大電力化
によって半導体装置に発生する熱量が増大するようにな
り、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り
返しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷に
なる傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基
板では、このような苛酷な温度サイクルにさらされる
と、例えば純度:96％のAl2O3焼結体の熱膨張係数が６×
10-6／℃、Cuのそれが17.2×10-6／℃であるように、Al
2O3製絶縁板材Ｃ′とCu薄板材Ｂ′との間に存在する大
きな熱膨張差によって、延性のないAl2O3製絶縁板材に
は割れが発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′に
は、融点が450℃以下と低いことと合まって、熱疲労が
発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じるように
なり、この状態になると半導体装置内に発生した熱のヒ
ートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行なうことがで
きなくなるという問題が発生し、かかる点で半導体装置
の高集積化および大電力化に十分対応することができな
いのが現状である。
によって半導体装置に発生する熱量が増大するようにな
り、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り
返しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷に
なる傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基
板では、このような苛酷な温度サイクルにさらされる
と、例えば純度:96％のAl2O3焼結体の熱膨張係数が６×
10-6／℃、Cuのそれが17.2×10-6／℃であるように、Al
2O3製絶縁板材Ｃ′とCu薄板材Ｂ′との間に存在する大
きな熱膨張差によって、延性のないAl2O3製絶縁板材に
は割れが発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′に
は、融点が450℃以下と低いことと合まって、熱疲労が
発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じるように
なり、この状態になると半導体装置内に発生した熱のヒ
ートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行なうことがで
きなくなるという問題が発生し、かかる点で半導体装置
の高集積化および大電力化に十分対応することができな
いのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、半導
体装置の高集積化および大電力化に対応することができ
る半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、
第１図に概略説明図で示されるように、ヒートシンク板
材Ａを高い絶縁性を有する窒化アルミニウム（AlN）焼
結体で構成し、一方回路形成用導体ＢをMo,W,Mo合金、
およびＷ合金のうちのいずれかからなる薄板材で構成
し、かつ前記AlN製ヒートシンク板材Ａの片面に、例え
ば重量％で（以下同じ）、Ag-29％Cu-4％Ti合金、Cu-3
％Ti合金、あるいはCu-3％Zr合金などからなる高融点ろ
う材（この発明では、750℃以上の融点を有するろう材
をいう）Ｄを用いて前記回路形成用導体薄板材Ｂを接合
した構造にすると、前記AlN製ヒートシンク板材Ａと導
体薄板材Ｂとは、苛酷な温度サイクルによっても熱疲労
することのない前記高融点ろう材Ｄによって強固に接合
し、かつ前記AlN製ヒートシンク板材は、Al2O3焼結体の
熱伝導率が17W/K・ｍであるのに対してAlN焼結体のそれ
は160W/K・ｍであるようにすぐれた熱の良導体であり、
この熱伝導率は回路形成用導体薄板材を構成するMoの熱
伝導率:142W/K・ｍ、Ｗの熱伝導率:167W/K・ｍときわめ
て近似するものであり、さらに熱膨張係数に関しても、
AlN焼結体:3.6×10-6／℃、Mo:5.3×10-6／℃、W:4.7×
10-6／℃、例えばW-10％Cu合金:5.5×10-6／℃であるよ
うにきわめて近似するものであり、したがって上記構造
の半導体装置用基板においては、AlN製ヒートシンク板
材Ａと導体薄板材Ｂ間に、ろう材の熱疲労が原因の剥離
や、AlN製ヒートシンク板材に大きな熱膨張差が原因の
割れの発生なく、すぐれた熱の拡散性と放熱性を発揮す
るようになるという知見を得たのである。
体装置の高集積化および大電力化に対応することができ
る半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、
第１図に概略説明図で示されるように、ヒートシンク板
材Ａを高い絶縁性を有する窒化アルミニウム（AlN）焼
結体で構成し、一方回路形成用導体ＢをMo,W,Mo合金、
およびＷ合金のうちのいずれかからなる薄板材で構成
し、かつ前記AlN製ヒートシンク板材Ａの片面に、例え
ば重量％で（以下同じ）、Ag-29％Cu-4％Ti合金、Cu-3
％Ti合金、あるいはCu-3％Zr合金などからなる高融点ろ
う材（この発明では、750℃以上の融点を有するろう材
をいう）Ｄを用いて前記回路形成用導体薄板材Ｂを接合
した構造にすると、前記AlN製ヒートシンク板材Ａと導
体薄板材Ｂとは、苛酷な温度サイクルによっても熱疲労
することのない前記高融点ろう材Ｄによって強固に接合
し、かつ前記AlN製ヒートシンク板材は、Al2O3焼結体の
熱伝導率が17W/K・ｍであるのに対してAlN焼結体のそれ
は160W/K・ｍであるようにすぐれた熱の良導体であり、
この熱伝導率は回路形成用導体薄板材を構成するMoの熱
伝導率:142W/K・ｍ、Ｗの熱伝導率:167W/K・ｍときわめ
て近似するものであり、さらに熱膨張係数に関しても、
AlN焼結体:3.6×10-6／℃、Mo:5.3×10-6／℃、W:4.7×
10-6／℃、例えばW-10％Cu合金:5.5×10-6／℃であるよ
うにきわめて近似するものであり、したがって上記構造
の半導体装置用基板においては、AlN製ヒートシンク板
材Ａと導体薄板材Ｂ間に、ろう材の熱疲労が原因の剥離
や、AlN製ヒートシンク板材に大きな熱膨張差が原因の
割れの発生なく、すぐれた熱の拡散性と放熱性を発揮す
るようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、AlN焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
高融点ろう材を用いて、W,Mo,W合金、およびMo合金のう
ちのいずれかからなる回路形成用導体薄板材を結合して
なる半導体装置用基板に特徴を有するものである。
って、AlN焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
高融点ろう材を用いて、W,Mo,W合金、およびMo合金のう
ちのいずれかからなる回路形成用導体薄板材を結合して
なる半導体装置用基板に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の半導体装置用基板を実施例により
具体的に説明する。
具体的に説明する。
ヒートシンク板材Ａとして、幅:50mm×厚さ:3mm×長
さ:75mmの寸法をもった純度:99％のAlN焼結体、また回
路形成用導体薄板材Ｂとして、幅:45mm×厚さ:1mm×長
さ:70mmの寸法をもち、かつ第１表に示される材質の各
種薄板材をそれぞれ用意し、ついでこれら両者を第１図
に示されるように、それぞれ第１表に示される高融点ろ
う材Ｄを間にはさんで重ね合わせた状態で、真空中、温
度:850〜1050℃の範囲内の所定温度に10分間保持の条件
でろう付けすることにより本発明基板１〜８をそれぞれ
製造した。
さ:75mmの寸法をもった純度:99％のAlN焼結体、また回
路形成用導体薄板材Ｂとして、幅:45mm×厚さ:1mm×長
さ:70mmの寸法をもち、かつ第１表に示される材質の各
種薄板材をそれぞれ用意し、ついでこれら両者を第１図
に示されるように、それぞれ第１表に示される高融点ろ
う材Ｄを間にはさんで重ね合わせた状態で、真空中、温
度:850〜1050℃の範囲内の所定温度に10分間保持の条件
でろう付けすることにより本発明基板１〜８をそれぞれ
製造した。
また、比較の目的で、第２図に示されるように絶縁板
材Ｃ′として幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法
をもった純度:96％のAl2O3焼結体を、また回路形成用お
よびはんだ付け用として、幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:
70mmの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）をそれ
ぞれ 用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、酸素:1容量
％含有のAr雰囲気中、温度:1075℃に50分間保持の条件
で加熱し、前記酸化性雰囲気によって形成したCu2OとCu
との共晶による液相を接合面に発生させて接合し、つい
でこの接合体を厚さ:300μｍのPb-60％Sn合金からなる
はんだ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mm
の寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク板材Ａ′
の片面にはんだ付けすることにより従来基板を製造し
た。
材Ｃ′として幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法
をもった純度:96％のAl2O3焼結体を、また回路形成用お
よびはんだ付け用として、幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:
70mmの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）をそれ
ぞれ 用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、酸素:1容量
％含有のAr雰囲気中、温度:1075℃に50分間保持の条件
で加熱し、前記酸化性雰囲気によって形成したCu2OとCu
との共晶による液相を接合面に発生させて接合し、つい
でこの接合体を厚さ:300μｍのPb-60％Sn合金からなる
はんだ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mm
の寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク板材Ａ′
の片面にはんだ付けすることにより従来基板を製造し
た。
つぎに、この結果得られた本発明基板１〜８および従
来基板に対して、温度:150℃に加熱後、−55℃に冷却を
１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、本発
明基板については、導体薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａ
間の剥離、およびヒートシンク板材の割れが発生するに
至るまでのサイクル数を20サイクル毎に観察し、また従
来基板については、Cu薄板材Ｂ′とヒートシンク板材
Ａ′間の剥離、および絶縁板材Ｃ′の割れが発生するに
至るまでのサイクル数を同じく20サイクル毎に観察し、
測定した。これらの結果を第１表に示した。
来基板に対して、温度:150℃に加熱後、−55℃に冷却を
１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、本発
明基板については、導体薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａ
間の剥離、およびヒートシンク板材の割れが発生するに
至るまでのサイクル数を20サイクル毎に観察し、また従
来基板については、Cu薄板材Ｂ′とヒートシンク板材
Ａ′間の剥離、および絶縁板材Ｃ′の割れが発生するに
至るまでのサイクル数を同じく20サイクル毎に観察し、
測定した。これらの結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明基板１〜８は、苛
酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによっても、剥離
や割れの発生がないので、すぐれた熱伝導性および放熱
性を示すのに対して、従来基板においては比較的早期に
剥離や割れが発生することが明らかである。
酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによっても、剥離
や割れの発生がないので、すぐれた熱伝導性および放熱
性を示すのに対して、従来基板においては比較的早期に
剥離や割れが発生することが明らかである。
上述のように、この発明の半導体装置用基板は、苛酷
な温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、す
ぐれた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の
高集積化および大電力化に十分に対応することができる
きわめて信頼性の高いものである。
な温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、す
ぐれた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の
高集積化および大電力化に十分に対応することができる
きわめて信頼性の高いものである。
第１図は本発明半導体装置用基板の概略説明図、第２図
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 A,A′……ヒートシンク板材、B,B′……薄板材、Ｃ′…
…絶縁板材、Ｄ……高融点ろう材、Ｄ′……はんだ材。
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 A,A′……ヒートシンク板材、B,B′……薄板材、Ｃ′…
…絶縁板材、Ｄ……高融点ろう材、Ｄ′……はんだ材。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30042（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65653（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】窒化アルミニウム焼結体からなるヒートシ
ンク板材の片面に、高融点ろう材を用いて、W,Mo,W合
金、およびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成用
導体薄板材を結合してなる半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24709688A JP2503774B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24709688A JP2503774B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294648A JPH0294648A (ja) | 1990-04-05 |
| JP2503774B2 true JP2503774B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17158370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24709688A Expired - Lifetime JP2503774B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503774B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5189669B2 (ja) * | 2011-05-24 | 2013-04-24 | 田中貴金属工業株式会社 | 活性金属ろう材 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP24709688A patent/JP2503774B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0294648A (ja) | 1990-04-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080402 Year of fee payment: 12 |
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