JP2503780B2 - 半導体装置用基板の製造法 - Google Patents
半導体装置用基板の製造法Info
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- JP2503780B2 JP2503780B2 JP27903288A JP27903288A JP2503780B2 JP 2503780 B2 JP2503780 B2 JP 2503780B2 JP 27903288 A JP27903288 A JP 27903288A JP 27903288 A JP27903288 A JP 27903288A JP 2503780 B2 JP2503780 B2 JP 2503780B2
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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、構成部材である酸化アルミニウム（Al2O
3）焼結体の絶縁板材と銅（Cu）薄板材とをきわめて強
固に接合することができる半導体装置用基板の製造法に
関するものである。
3）焼結体の絶縁板材と銅（Cu）薄板材とをきわめて強
固に接合することができる半導体装置用基板の製造法に
関するものである。
従来、一般に、半導体装置用基板が、第１図に概略説
明図で示されるように、まず、２枚のCu薄板材Ｂの接合
面のそれぞれに酸化銅（Cu2O）を形成しておき、これを
Al2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃを間にして重ね合わせ
た状態で、1065〜1085℃の温度に加熱して、接合面にCu
2OとCuによる液相を発生させて前記絶縁板材にCu薄板材
を接合し、このようにして得られた複合接合板材を通常
のはんだ材Ｄ、例えばSn-40％Pb合金を用いてCuからな
るヒートシンク板材Ａに接合することにより製造される
ことは良く知られるところである。なお、上記半導体装
置用基板において、絶縁板材の上面側のCu薄板材が回路
形成用導体となり、同下面側が上記の通りはんだ付け用
となるものである。
明図で示されるように、まず、２枚のCu薄板材Ｂの接合
面のそれぞれに酸化銅（Cu2O）を形成しておき、これを
Al2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃを間にして重ね合わせ
た状態で、1065〜1085℃の温度に加熱して、接合面にCu
2OとCuによる液相を発生させて前記絶縁板材にCu薄板材
を接合し、このようにして得られた複合接合板材を通常
のはんだ材Ｄ、例えばSn-40％Pb合金を用いてCuからな
るヒートシンク板材Ａに接合することにより製造される
ことは良く知られるところである。なお、上記半導体装
置用基板において、絶縁板材の上面側のCu薄板材が回路
形成用導体となり、同下面側が上記の通りはんだ付け用
となるものである。
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
なる傾向があるが、上記の半導体装置用基板において
は、Al2O3焼結体の絶縁板材とCu薄板材との接合強度が
十分でないために、これら両部材間に剥離が発生し易
く、信頼性の点で問題がある。
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
なる傾向があるが、上記の半導体装置用基板において
は、Al2O3焼結体の絶縁板材とCu薄板材との接合強度が
十分でないために、これら両部材間に剥離が発生し易
く、信頼性の点で問題がある。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、半導
体装置用基板を製造するに際して、特にAl2O3焼結体の
絶縁板材とCu薄板材との接合強化をはかるべく研究を行
なった結果、Al2O3焼結体からなる絶縁板材の接合面と
なる両面に、予め電気メッキや化学メッキ、真空蒸着や
イオンプレーティング、さらにスパッタリングなどの通
常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを
用いて、Cu薄層を形成し、この状態ではAl2O3焼結体表
面に対するCu薄層の付着強度はきわめて弱いものである
が、これを酸素分圧が0.001〜0.1気圧の雰囲気中で、10
70〜1200℃の温度に１次加熱するとCu薄層のうちの表面
部が酸化してCu2Oとなり、このCu2OがAl2O3焼結体の表
面部と反応して複合酸化物を形成することから、Cu薄層
はAl2O3焼結体の表面にきわめて強固に結合するように
なり、ついで、Cu薄層結合のAl2O3焼結体をエッチング
して、前記Cu薄層のAl2O3焼結体との接合にあずからな
かった反対側の表面のCu2Oを除去した状態で、これを両
側からCu薄板材ではさんで重ね合わせ、これに0.2kgf/c
m2以上の圧力を加えながら800〜1020℃の温度に２次加
熱すると、前記Al2O3焼結体表面部のCu薄層とCu薄板材
は、お互いにCu同志であることから容易に強固に接合
し、このようにして形成した複合接合板材を通常のはん
だ材を用いてCuヒートシンク板材にはんだ接合してなる
半導体装置用基板においては、これが苛酷な温度サイク
ルにさらされても絶縁板材とCu薄板材とがきわめて強固
に接合していることから、これら部材間に剥離が発生す
ることがなくなり、著しく信頼性の高いものとなるとい
う知見を得たのである。
体装置用基板を製造するに際して、特にAl2O3焼結体の
絶縁板材とCu薄板材との接合強化をはかるべく研究を行
なった結果、Al2O3焼結体からなる絶縁板材の接合面と
なる両面に、予め電気メッキや化学メッキ、真空蒸着や
イオンプレーティング、さらにスパッタリングなどの通
常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを
用いて、Cu薄層を形成し、この状態ではAl2O3焼結体表
面に対するCu薄層の付着強度はきわめて弱いものである
が、これを酸素分圧が0.001〜0.1気圧の雰囲気中で、10
70〜1200℃の温度に１次加熱するとCu薄層のうちの表面
部が酸化してCu2Oとなり、このCu2OがAl2O3焼結体の表
面部と反応して複合酸化物を形成することから、Cu薄層
はAl2O3焼結体の表面にきわめて強固に結合するように
なり、ついで、Cu薄層結合のAl2O3焼結体をエッチング
して、前記Cu薄層のAl2O3焼結体との接合にあずからな
かった反対側の表面のCu2Oを除去した状態で、これを両
側からCu薄板材ではさんで重ね合わせ、これに0.2kgf/c
m2以上の圧力を加えながら800〜1020℃の温度に２次加
熱すると、前記Al2O3焼結体表面部のCu薄層とCu薄板材
は、お互いにCu同志であることから容易に強固に接合
し、このようにして形成した複合接合板材を通常のはん
だ材を用いてCuヒートシンク板材にはんだ接合してなる
半導体装置用基板においては、これが苛酷な温度サイク
ルにさらされても絶縁板材とCu薄板材とがきわめて強固
に接合していることから、これら部材間に剥離が発生す
ることがなくなり、著しく信頼性の高いものとなるとい
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、 Al2O3焼結体からなる絶縁板材の両面に、通常のメッ
キ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを用いてCu
薄層を形成した後、 これを酸素分圧が0.001〜0.1気圧の雰囲気中、1070〜
1200℃の温度に１次加熱して、前記Cu薄層を前記絶縁板
材の表面に強固に接合させ、 ついで、上記絶縁板材を間にして上下両面からCu薄板
材を重ね合わせ、これに0.2kgf/cm2以上の圧力を加えな
がら800〜1020℃の温度に２次加熱して複合接合板材と
し、 この複合接合板材をCuヒートシンク板材にはんだ接合
してなる半導体装置用基板の製造法に特徴を有するもの
である。
って、 Al2O3焼結体からなる絶縁板材の両面に、通常のメッ
キ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを用いてCu
薄層を形成した後、 これを酸素分圧が0.001〜0.1気圧の雰囲気中、1070〜
1200℃の温度に１次加熱して、前記Cu薄層を前記絶縁板
材の表面に強固に接合させ、 ついで、上記絶縁板材を間にして上下両面からCu薄板
材を重ね合わせ、これに0.2kgf/cm2以上の圧力を加えな
がら800〜1020℃の温度に２次加熱して複合接合板材と
し、 この複合接合板材をCuヒートシンク板材にはんだ接合
してなる半導体装置用基板の製造法に特徴を有するもの
である。
つぎに、この発明の方法において、各種条件を上記の
通りに限定した理由を説明する。
通りに限定した理由を説明する。
（ａ）１次加熱の酸素分圧 酸素分圧が0.001気圧未満であると、Cu薄層表面に形
成されるCu2Oの量が少なすぎて、Al2O3焼結体の表面と
の反応が十分に行なわれず、この結果強固な接合が得ら
れず、一方酸素分圧が0.1気圧を越えると、Cu薄層の大
部分がCu2Oとなり、このCu2OがAl2O3との反応にあずか
ってしまうため、後工程でのCu薄板材との接合が不十分
で、強固な接合強度が得られないことから、酸素分圧を
0.001〜0.1気圧と定めた。
成されるCu2Oの量が少なすぎて、Al2O3焼結体の表面と
の反応が十分に行なわれず、この結果強固な接合が得ら
れず、一方酸素分圧が0.1気圧を越えると、Cu薄層の大
部分がCu2Oとなり、このCu2OがAl2O3との反応にあずか
ってしまうため、後工程でのCu薄板材との接合が不十分
で、強固な接合強度が得られないことから、酸素分圧を
0.001〜0.1気圧と定めた。
（ｂ）１次加熱温度 その温度が1070℃未満になると、特にAl2O3焼結体表
面とCu薄層表面部に形成されたCu2Oとの反応が不十分と
なり、強固な接合をはかることができず、一方その温度
が1200℃を越えると、Cu薄層の大部分が直ちにCu2Oとな
り、これの大部分がAl2O3焼結体と反応して複合酸化物
となってしまい、この状態でのCu薄板材との接合では強
固な接合は得られないことから、その温度を1070〜1200
℃と定めた。
面とCu薄層表面部に形成されたCu2Oとの反応が不十分と
なり、強固な接合をはかることができず、一方その温度
が1200℃を越えると、Cu薄層の大部分が直ちにCu2Oとな
り、これの大部分がAl2O3焼結体と反応して複合酸化物
となってしまい、この状態でのCu薄板材との接合では強
固な接合は得られないことから、その温度を1070〜1200
℃と定めた。
（ｃ）２次加熱条件 その圧力が0.2kgf/cm2未満でも、またその加熱温度が
800℃未満でも、Al2O3焼結体にCu薄板材を強固に接合す
ることができず、一方その加熱温度が1020℃を越えると
表面酸化が生じるようになり、強固な接合が得られない
ことから、２次加熱における圧力を0.2kgf/cm2以上と
し、かつその温度を800〜1020℃と定めた。
800℃未満でも、Al2O3焼結体にCu薄板材を強固に接合す
ることができず、一方その加熱温度が1020℃を越えると
表面酸化が生じるようになり、強固な接合が得られない
ことから、２次加熱における圧力を0.2kgf/cm2以上と
し、かつその温度を800〜1020℃と定めた。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明
する。
する。
絶縁板材として幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの
寸法をもった純度:96％のAl2O3焼結体、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
の寸法をもち、２枚を１組とした無酸素銅からなるCu薄
板材、並びに幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mmの寸法をも
った無酸素銅からなるCuヒートシンク板材を用意し、ま
ず、上記Al2O3焼結体の両面に第１表に示される条件でC
u薄層を形成し、ついで同じく第１表に示される条件
で、酸素含有窒素気流中、１次加熱処理を行なって、前
記Cu薄層をAl2O3焼結体表面に接合させ、ついでこれに5
0％硝酸溶液を用いてエッチング処理を施した後、これ
を両側から上記Cu薄板材ではさんで重ね合わせ、同じく
第１表に示される条件で２次加熱処理を施して、前記Cu
薄板材をAl2O3焼結体に結合させて複合接合板材を形成
し、引続いてこの複合接合板材を厚さ:300μｍのSn-40
％Pb合金からなるはんだ材を用いて上記ヒートシンク板
材にはんだ接合することにより本発明法１〜６および比
較法１〜７をそれぞれ実施し、半導体装置用基板を製造
した。
寸法をもった純度:96％のAl2O3焼結体、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
の寸法をもち、２枚を１組とした無酸素銅からなるCu薄
板材、並びに幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mmの寸法をも
った無酸素銅からなるCuヒートシンク板材を用意し、ま
ず、上記Al2O3焼結体の両面に第１表に示される条件でC
u薄層を形成し、ついで同じく第１表に示される条件
で、酸素含有窒素気流中、１次加熱処理を行なって、前
記Cu薄層をAl2O3焼結体表面に接合させ、ついでこれに5
0％硝酸溶液を用いてエッチング処理を施した後、これ
を両側から上記Cu薄板材ではさんで重ね合わせ、同じく
第１表に示される条件で２次加熱処理を施して、前記Cu
薄板材をAl2O3焼結体に結合させて複合接合板材を形成
し、引続いてこの複合接合板材を厚さ:300μｍのSn-40
％Pb合金からなるはんだ材を用いて上記ヒートシンク板
材にはんだ接合することにより本発明法１〜６および比
較法１〜７をそれぞれ実施し、半導体装置用基板を製造
した。
なお、比較法１〜７は、いずれも製造条件のうちのい
ずれかの条件（第１表に※印を付す）がこ の発明の範囲から外れたものである。
ずれかの条件（第１表に※印を付す）がこ の発明の範囲から外れたものである。
また、比較の目的で、上記Al2O3焼結体を上記Cu薄板
材で両側からはさんで重ね合わせた状態で、酸素:1容量
％含有（酸素分圧:0.01気圧）のAr気流雰囲気中、温度:
1075℃に50分間保持の条件で加熱して、これら部材を前
記酸化性雰囲気によって形成されたCu2OとCuとの共晶に
よる液相の作用で接合し、この結果得られた複合接合板
材を同一の条件でヒートシンク板材にはんだ接合するこ
とにより従来法を行ない、半導体装置用基板を製造し
た。
材で両側からはさんで重ね合わせた状態で、酸素:1容量
％含有（酸素分圧:0.01気圧）のAr気流雰囲気中、温度:
1075℃に50分間保持の条件で加熱して、これら部材を前
記酸化性雰囲気によって形成されたCu2OとCuとの共晶に
よる液相の作用で接合し、この結果得られた複合接合板
材を同一の条件でヒートシンク板材にはんだ接合するこ
とにより従来法を行ない、半導体装置用基板を製造し
た。
つぎに、この結果得られた各種の基板について、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、絶縁板材とCu薄板材間に
剥離が発生するまでのサイクル数を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。
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、絶縁板材とCu薄板材間に
剥離が発生するまでのサイクル数を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、本発明法１〜６によって
製造された基板は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り
返しによっても剥離が著しく発生しにくいのに対して、
従来法や比較法2,4で製造された基板は、いずれも短時
間で剥離が発生し、また比較法1,3、および５〜７ではA
l2O3焼結体とCu薄板材の十分な接合が行なわれないこと
が明らかである。
製造された基板は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り
返しによっても剥離が著しく発生しにくいのに対して、
従来法や比較法2,4で製造された基板は、いずれも短時
間で剥離が発生し、また比較法1,3、および５〜７ではA
l2O3焼結体とCu薄板材の十分な接合が行なわれないこと
が明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、苛酷な温度
サイクルにさらされても絶縁板材とCu薄板材の接合面に
剥離が発生せず、したがってすぐれた熱伝導性と放熱性
を著しく長期に亘って発揮し、かつ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基板を製
造することができるのである。
サイクルにさらされても絶縁板材とCu薄板材の接合面に
剥離が発生せず、したがってすぐれた熱伝導性と放熱性
を著しく長期に亘って発揮し、かつ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基板を製
造することができるのである。
第１図は半導体装置用基板の概略説明図である。 Ａ……ヒートシンク板材、Ｂ……Cu薄板材、Ｃ……絶縁
板材、Ｄ……はんだ材。
板材、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63−65653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30042（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100347（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】酸化アルミニウム焼結体からなる絶縁板材
の両面に、通常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理
蒸着法などを用いて銅薄層を形成した後、 これを酸素分圧が0.001〜0.1気圧の雰囲気中、1070〜12
00℃の温度に１次加熱して、前記銅薄層を前記絶縁板材
の表面に強固に接合させ、 ついで、この絶縁板材を間にして上下両面から銅薄板材
を重ね合わせ、これに0.2kgf/cm2以上の圧力を加えなが
ら800〜1020℃の温度に２次加熱して複合接合板材と
し、 最終的に、この複合接合板材を銅からなるヒートシンク
板材にはんだ接合することを特徴とする半導体装置用基
板の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27903288A JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27903288A JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02125451A JPH02125451A (ja) | 1990-05-14 |
| JP2503780B2 true JP2503780B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17605444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27903288A Expired - Lifetime JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503780B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2807209A1 (fr) * | 2000-04-04 | 2001-10-05 | De Gail Marc Lamort | Composant pour la commutation de courants electriques forts |
| JP4930842B2 (ja) * | 2007-06-11 | 2012-05-16 | スズキ株式会社 | 自動車のインストルメントパネル構造 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP27903288A patent/JP2503780B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02125451A (ja) | 1990-05-14 |
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