JP2503779B2 - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JP2503779B2 JP2503779B2 JP25294588A JP25294588A JP2503779B2 JP 2503779 B2 JP2503779 B2 JP 2503779B2 JP 25294588 A JP25294588 A JP 25294588A JP 25294588 A JP25294588 A JP 25294588A JP 2503779 B2 JP2503779 B2 JP 2503779B2
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- glass
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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、1065〜108
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、前記Cu薄板材のうち、Al
2O3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、1065〜108
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、前記Cu薄板材のうち、Al
2O3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
に伴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、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。
に伴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、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、
半導体装置用基板を、第１図に概略説明図で示されるよ
うに、絶縁板材Ｃを回路形成用薄板材Ｂおよびヒートシ
ンク板材Ａを構成するCuまたはCu合金と近似した熱膨張
係数を有する酸化物系ガラス、望ましくはシリケート系
ガラスまたはりん酸系ガラスで構成し、かつ前記絶縁板
材Ｃへの前記回路形成用薄板材Ｂおよびヒートシンク板
材Ａの接合にガラス結合材Ｄを用いた構造にすると、前
記薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａは前記絶縁板材Ｃに前
記ガラス結合材Ｄによって強固に接合し、さらに前記絶
縁板材Ｃを構成する酸化物系ガラスは高い絶縁抵抗をも
つので、基板に要求される特性を具備することになり、
その上前記酸化物系ガラスは、CuおよびCu合金と近似し
た12〜20×10-6／℃の熱膨張係数（ちなみにCuの熱膨張
係数は上記の通り17.2×10-6／℃、また例えばCu-10％
Ｗ合金のそれは15.2×10-6／℃）をもつことから、基板
が苛酷な温度サイクルにさらされても上記薄板材Ｂ、絶
縁板材Ｃ、およびヒートシンク板材Ａ間に熱疲労が原因
の剥離や割れの発生がなく、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、
半導体装置用基板を、第１図に概略説明図で示されるよ
うに、絶縁板材Ｃを回路形成用薄板材Ｂおよびヒートシ
ンク板材Ａを構成するCuまたはCu合金と近似した熱膨張
係数を有する酸化物系ガラス、望ましくはシリケート系
ガラスまたはりん酸系ガラスで構成し、かつ前記絶縁板
材Ｃへの前記回路形成用薄板材Ｂおよびヒートシンク板
材Ａの接合にガラス結合材Ｄを用いた構造にすると、前
記薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａは前記絶縁板材Ｃに前
記ガラス結合材Ｄによって強固に接合し、さらに前記絶
縁板材Ｃを構成する酸化物系ガラスは高い絶縁抵抗をも
つので、基板に要求される特性を具備することになり、
その上前記酸化物系ガラスは、CuおよびCu合金と近似し
た12〜20×10-6／℃の熱膨張係数（ちなみにCuの熱膨張
係数は上記の通り17.2×10-6／℃、また例えばCu-10％
Ｗ合金のそれは15.2×10-6／℃）をもつことから、基板
が苛酷な温度サイクルにさらされても上記薄板材Ｂ、絶
縁板材Ｃ、およびヒートシンク板材Ａ間に熱疲労が原因
の剥離や割れの発生がなく、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、CuおよびCu合金と近似した熱膨張係数を有する酸
化物系ガラス、望ましくはシリケート系またはりん酸系
ガラスからなる絶縁板材の一方面に、CuまたはCu合金か
らなる回路形成用薄板材を、その他方面に同じくCuまた
はCu合金からなるヒートシンク板材を、それぞれガラス
結合材を用いて接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、CuおよびCu合金と近似した熱膨張係数を有する酸
化物系ガラス、望ましくはシリケート系またはりん酸系
ガラスからなる絶縁板材の一方面に、CuまたはCu合金か
らなる回路形成用薄板材を、その他方面に同じくCuまた
はCu合金からなるヒートシンク板材を、それぞれガラス
結合材を用いて接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。
いずれも第１表に示される材質を有し、かつ寸法が
幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの薄板材Ｂ、幅:50mm
×厚さ:3mm×厚さ:75mmの絶縁板材Ｃ、および幅:50mm×
厚さ:3mm×長さ:75mmのヒートシンク板材Ａを用意し、
これら部材を第１表に示される組合せにおいて、第１図
に示される通りに同じく第１表に示される組成のペース
ト状ガラス結合材Ｄを介在させて重ね合わせ、１kg/cm2
の荷重を付加した状態で、窒素雰囲気中、同じく第１表
に示される温度に加熱して上記ガラス結合材Ｄを溶融ま
たは半溶融状態とし、冷却して上記薄板材Ｂ、絶縁板材
Ｃ、およびヒートシンク板材Ａを前記ガラス結合材Ｄに
より一体接合することにより本発明基板１〜10をそれぞ
れ製造した。
幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの薄板材Ｂ、幅:50mm
×厚さ:3mm×厚さ:75mmの絶縁板材Ｃ、および幅:50mm×
厚さ:3mm×長さ:75mmのヒートシンク板材Ａを用意し、
これら部材を第１表に示される組合せにおいて、第１図
に示される通りに同じく第１表に示される組成のペース
ト状ガラス結合材Ｄを介在させて重ね合わせ、１kg/cm2
の荷重を付加した状態で、窒素雰囲気中、同じく第１表
に示される温度に加熱して上記ガラス結合材Ｄを溶融ま
たは半溶融状態とし、冷却して上記薄板材Ｂ、絶縁板材
Ｃ、およびヒートシンク板材Ａを前記ガラス結合材Ｄに
より一体接合することにより本発明基板１〜10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
酸化物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。
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
酸化物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１〜10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、絶縁板材Ｃと薄板材Ｂおよびヒート
シンク板材Ａ間の剥離、並びに絶縁板材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、絶縁板材Ｃと薄板材Ｂおよびヒート
シンク板材Ａ間の剥離、並びに絶縁板材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１〜10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,C′
……絶縁板材、Ｄ……ガラス結合材、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,C′
……絶縁板材、Ｄ……ガラス結合材、Ｄ′……はんだ
材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−94650（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30042（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】CuおよびCu合金と近似した熱膨張係数を有
する酸化物系ガラスからなる絶縁板材の一方面に、Cuま
たはCu合金からなる回路形成用薄板材を、その他方面に
同じくCuまたはCu合金からなるヒートシンク板材を、そ
れぞれガラス結合材を用いて接合してなる半導体装置用
基板。 - 【請求項２】上記酸化物系ガラスがシリケート系ガラス
またはりん酸系ガラスからなることを特徴とする上記特
許請求の範囲第（１）項記載の半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25294588A JP2503779B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25294588A JP2503779B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100347A JPH02100347A (ja) | 1990-04-12 |
| JP2503779B2 true JP2503779B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17244346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25294588A Expired - Lifetime JP2503779B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503779B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102991666A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-27 | 中国商用飞机有限责任公司 | 具备流动控制和防除冰功能的叠层板飞机蒙皮 |
| US11749632B2 (en) | 2021-03-31 | 2023-09-05 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Glass-based bonding structures for power electronics |
-
1988
- 1988-10-07 JP JP25294588A patent/JP2503779B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02100347A (ja) | 1990-04-12 |
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