JP2508545B2 - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JP2508545B2 JP2508545B2 JP27541388A JP27541388A JP2508545B2 JP 2508545 B2 JP2508545 B2 JP 2508545B2 JP 27541388 A JP27541388 A JP 27541388A JP 27541388 A JP27541388 A JP 27541388A JP 2508545 B2 JP2508545 B2 JP 2508545B2
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- substrate
- semiconductor device
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- 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。
〔従来の技術〕 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、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、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、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、Al2O
3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、Al2O
3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、酸化物系ガラス層Ｅを介して、Cu,Cu合金、Mo,お
よびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成用薄板材
Ｂと炭化けい素（以下SiCで示す）焼結体からなるヒー
トシンク板材Ａとを接合した構造をもつものとすると、
前記薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとは上記酸化物系ガ
ラス層によって強固に接合され、さらに前記酸化物系ガ
ラス層Ｅは、高い絶縁抵抗をもつので、基板に要求され
る特性をすべて具備したものとなり、さらに前記薄板材
Ｂを構成する、例えばＷおよびMoはそれぞれ4.7×10-6/
℃および5.3×10-6/℃の熱膨張係数を有し、また前記ヒ
ートシンク板材Ａを構成するSiC焼結体は、これときわ
めて近似した3.7×10-6/℃、の熱膨張係数を有すること
から、上記酸化物系ガラス絶縁層Ｅとして、これらと近
似した熱膨張係数を有するものを選定すれば、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、酸化物
系ガラス絶縁層Ｅ、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り、しかもこの場合、上
記酸化物系ガラス絶縁層Ｅは、ガラスソルダーおよびガ
ラス板材のいずれか、または両方で構成することがで
き、かつこれにセラミック粒子が分散含有したものも適
用可能であ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、酸化物系ガラス層Ｅを介して、Cu,Cu合金、Mo,お
よびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成用薄板材
Ｂと炭化けい素（以下SiCで示す）焼結体からなるヒー
トシンク板材Ａとを接合した構造をもつものとすると、
前記薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとは上記酸化物系ガ
ラス層によって強固に接合され、さらに前記酸化物系ガ
ラス層Ｅは、高い絶縁抵抗をもつので、基板に要求され
る特性をすべて具備したものとなり、さらに前記薄板材
Ｂを構成する、例えばＷおよびMoはそれぞれ4.7×10-6/
℃および5.3×10-6/℃の熱膨張係数を有し、また前記ヒ
ートシンク板材Ａを構成するSiC焼結体は、これときわ
めて近似した3.7×10-6/℃、の熱膨張係数を有すること
から、上記酸化物系ガラス絶縁層Ｅとして、これらと近
似した熱膨張係数を有するものを選定すれば、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、酸化物
系ガラス絶縁層Ｅ、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り、しかもこの場合、上
記酸化物系ガラス絶縁層Ｅは、ガラスソルダーおよびガ
ラス板材のいずれか、または両方で構成することがで
き、かつこれにセラミック粒子が分散含有したものも適
用可能であ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、SiC焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
望ましくはこれと近似した熱膨張係数を有し、必要に応
じてセラミック粒子を分散含有し、かつガラスソルダー
および／またはガラス板材で構成された酸化物系ガラス
絶縁層を介して、W,W合金,Mo,およびMo合金のうちのい
ずれかからなる回路形成用薄板材を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、SiC焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
望ましくはこれと近似した熱膨張係数を有し、必要に応
じてセラミック粒子を分散含有し、かつガラスソルダー
および／またはガラス板材で構成された酸化物系ガラス
絶縁層を介して、W,W合金,Mo,およびMo合金のうちのい
ずれかからなる回路形成用薄板材を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基板を実施例により具
体的に説明する。
体的に説明する。
ヒートシンク板材として幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75
mmの寸法を有するSiC焼結体、それぞれ第１表に示され
る材質を有し、かつ幅:45mm×厚さ:0.9mm×長さ:70mmの
寸法をもった回路形成用薄板材、さらに酸化物系ガラス
絶縁層形成のための、それぞれ第１表に示される組成、
軟化点、および熱（線）膨張係数を有する幅:45mm×厚
さ:0.7mm×長さ:70mmのガラス板材、並びに10％B2O3−
３％SiO2−３％Al2O3−３％TiO2−81％PbOからなる組成
（以上重量％）、360℃の軟化点、および８×10-6/℃の
熱膨張係数を有するペースト状ガラスソルダーを用意
し、これらをそれぞれ第１表に示される組合せにおい
て、いずれも窒素雰囲気を採用し、 （１） ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂとをガラスソル
ダーを介して重ね合わせ、400℃に加熱して両部材間に
厚さ:0.3mmの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成することに
より接合する方法（以下、接合手段Ａという）、 （２） ヒートシンク板材Ａ、ガラス板材、および薄板
材Ｂの順に、各部材間にいずれもガラスソルダーを介在
させた状態で積み重ね、これ全体を400℃に加熱して、
ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂの間に厚さ:1.3mmの酸化
物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接合する方法
（以下、接合手段Ｂという）、 （３） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、酸化物系ガ
ラス絶縁層Ｅ形成のためのガラス板材を重ね合わせて、
第１表に示される温度に加熱して接合し、ついでその上
に薄板材Ｂを重ね合わせ、同じく第１表に示される温度
に加熱して、これを接合する方法（以下、接合手段Ｃと
いう）、 （４） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、ガラス板材
を重ね合わせ、第１表に示される温度に加熱して接合
し、ついでその上にガラスソルダーを介して薄板材Ｂを
重ね合わせ、400℃に加熱してヒートシンク板材Ａと薄
板材Ｂの間に厚さ:1mmの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成
することにより接合する方法（以下、接合手段Ｄとい
う）、 以上（１）〜（４）のうちのいずれかの接合手段にて
本発明基板〜13をそれぞれ製造した。
mmの寸法を有するSiC焼結体、それぞれ第１表に示され
る材質を有し、かつ幅:45mm×厚さ:0.9mm×長さ:70mmの
寸法をもった回路形成用薄板材、さらに酸化物系ガラス
絶縁層形成のための、それぞれ第１表に示される組成、
軟化点、および熱（線）膨張係数を有する幅:45mm×厚
さ:0.7mm×長さ:70mmのガラス板材、並びに10％B2O3−
３％SiO2−３％Al2O3−３％TiO2−81％PbOからなる組成
（以上重量％）、360℃の軟化点、および８×10-6/℃の
熱膨張係数を有するペースト状ガラスソルダーを用意
し、これらをそれぞれ第１表に示される組合せにおい
て、いずれも窒素雰囲気を採用し、 （１） ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂとをガラスソル
ダーを介して重ね合わせ、400℃に加熱して両部材間に
厚さ:0.3mmの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成することに
より接合する方法（以下、接合手段Ａという）、 （２） ヒートシンク板材Ａ、ガラス板材、および薄板
材Ｂの順に、各部材間にいずれもガラスソルダーを介在
させた状態で積み重ね、これ全体を400℃に加熱して、
ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂの間に厚さ:1.3mmの酸化
物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接合する方法
（以下、接合手段Ｂという）、 （３） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、酸化物系ガ
ラス絶縁層Ｅ形成のためのガラス板材を重ね合わせて、
第１表に示される温度に加熱して接合し、ついでその上
に薄板材Ｂを重ね合わせ、同じく第１表に示される温度
に加熱して、これを接合する方法（以下、接合手段Ｃと
いう）、 （４） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、ガラス板材
を重ね合わせ、第１表に示される温度に加熱して接合
し、ついでその上にガラスソルダーを介して薄板材Ｂを
重ね合わせ、400℃に加熱してヒートシンク板材Ａと薄
板材Ｂの間に厚さ:1mmの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成
することにより接合する方法（以下、接合手段Ｄとい
う）、 以上（１）〜（４）のうちのいずれかの接合手段にて
本発明基板〜13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。
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。
つぎに、この結果得られた本発明基板１〜13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、薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａ
と酸化物系ガラス絶縁層Ｅ間に、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′間にそれぞれ
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。
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、薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａ
と酸化物系ガラス絶縁層Ｅ間に、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′間にそれぞれ
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明らかなように、本発明基
板１〜13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
的早期に剥離が発生し、かつ絶縁板材Ｃ′にはすべてに
割れが発生していた。
板１〜13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
的早期に剥離が発生し、かつ絶縁板材Ｃ′にはすべてに
割れが発生していた。
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′……はんだ材、 Ｅ……酸化物系ガラス絶縁層。
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′……はんだ材、 Ｅ……酸化物系ガラス絶縁層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 忠治 埼玉県大宮市北袋町１―297 三菱金属 株式会社中央研究所内 (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２−100346（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】炭化ケイ素焼結体からなるヒートシンク板
材の片面に、酸化物系ガラス絶縁層を介して、W,W合
金、MoおよびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成
用薄板材を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絶縁層が上記ヒートシ
ンク板材および回路形成用薄板材と近似した熱膨張係数
を有す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。 - 【請求項３】上記酸化物系ガラス絶縁層がセラミック粒
子を分散含有することを特徴とする上記特許請求の範囲
第（１）項または第（２）項記載の半導体装置用基板。 - 【請求項４】上記酸化物系ガラス絶縁層がガラスソルダ
ーで構成されることを特徴とする上記特許請求の範囲第
（１）項、第（２）項、または第（３）項記載の半導体
装置用基板。 - 【請求項５】上記酸化物系ガラス絶縁層がガラス板材で
構成されることを特徴とする上記特許請求の範囲第
（１）項、第（２）項、または第（３）項記載の半導体
装置用基板。 - 【請求項６】上記酸化物系ガラス絶縁層がガラスソルダ
ーとガラス板材で構成されることを特徴とする上記特許
請求の範囲第（１）項、第（２）項、または第（３）項
記載の半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541388A JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541388A JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122550A JPH02122550A (ja) | 1990-05-10 |
| JP2508545B2 true JP2508545B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17555156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27541388A Expired - Lifetime JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508545B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300684A (ja) * | 1992-04-21 | 1993-11-12 | Fanuc Ltd | 電動機のステータ |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP27541388A patent/JP2508545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02122550A (ja) | 1990-05-10 |
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