JP2512898B2 - 絶縁基体とその製造方法 - Google Patents
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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、例えばIC、半導体素子等の電子デバイス
用のパッケージや各種基板等に用いられる絶縁基体とそ
の製造方法に関する。
用のパッケージや各種基板等に用いられる絶縁基体とそ
の製造方法に関する。
IC、半導体素子等の電子デバイスの小形化、高集積化
等の進展により、デバイスからの熱の放熱等が問題とな
ってきており、従来のアルミナ（Al2O3）製のパッケー
ジ、基板等に変わるものとして、BeO、AlN、SiC等の
熱伝導性の良好なセラミックス基板、鉄板にほうろう
がけをしたほうろう基板、金属基板に絶縁物を接着剤
で接着した基板、金属基板にセラミックス粉末を溶射
した基板、金属基板にPVD法、CVD法等でセラミックス
薄膜を成膜した基板、金属基板の表面に有機高分子の
絶縁層を形成した基板、等が提案検討されている。
等の進展により、デバイスからの熱の放熱等が問題とな
ってきており、従来のアルミナ（Al2O3）製のパッケー
ジ、基板等に変わるものとして、BeO、AlN、SiC等の
熱伝導性の良好なセラミックス基板、鉄板にほうろう
がけをしたほうろう基板、金属基板に絶縁物を接着剤
で接着した基板、金属基板にセラミックス粉末を溶射
した基板、金属基板にPVD法、CVD法等でセラミックス
薄膜を成膜した基板、金属基板の表面に有機高分子の
絶縁層を形成した基板、等が提案検討されている。
しかしながら、上記のような絶縁基板にはそれぞれ次
のような問題があり、いずれも満足すべきものとは言い
難い。
のような問題があり、いずれも満足すべきものとは言い
難い。
BeO、AlN、SiC等のセラミックス基板は、アルミナ
基板に比較して熱伝導性は５〜20倍高いが、原料粉末の
精製、粉末の粒度制御、成形、焼結等の工程を経て製作
されるため、工程が複雑である。更に高温下（1500〜20
00℃）での焼結を行わねばならず、大面積の基板の製作
が困難、熱歪みの発生、コスト高等の欠点がある。特に
BeOは熱伝導性が高いが、有毒物質であり、高価である
ため、非常に限定された分野にしか利用できない。
基板に比較して熱伝導性は５〜20倍高いが、原料粉末の
精製、粉末の粒度制御、成形、焼結等の工程を経て製作
されるため、工程が複雑である。更に高温下（1500〜20
00℃）での焼結を行わねばならず、大面積の基板の製作
が困難、熱歪みの発生、コスト高等の欠点がある。特に
BeOは熱伝導性が高いが、有毒物質であり、高価である
ため、非常に限定された分野にしか利用できない。
ほうろう基板は、650〜800℃の高温でほうろうフリ
ットを溶融するため、絶縁層としてのほうろう層が0.5m
m以上と厚く、熱伝導性が劣る。ほうろう層を薄くする
（0.1mm以下）と、ピンホールの存在により絶縁耐圧が
低下して実用化できない欠点がある。
ットを溶融するため、絶縁層としてのほうろう層が0.5m
m以上と厚く、熱伝導性が劣る。ほうろう層を薄くする
（0.1mm以下）と、ピンホールの存在により絶縁耐圧が
低下して実用化できない欠点がある。
金属基板にアルミナ等の絶縁物を接着した基板で
は、接着層での熱抵抗が増大すること、接着強度のばら
つき等の欠点があり実用化はされていない。
は、接着層での熱抵抗が増大すること、接着強度のばら
つき等の欠点があり実用化はされていない。
金属基板にセラミックス粉末を溶射した基板は、溶
射絶縁層にピンホールが多く、絶縁耐圧および絶縁層表
面の平滑性に欠ける等の欠点がある。
射絶縁層にピンホールが多く、絶縁耐圧および絶縁層表
面の平滑性に欠ける等の欠点がある。
金属基板にPVD法、CVD法等でセラミックス薄膜を成
膜した基板は、セラミックス薄膜の形成に500℃以上の
高温処理が必要であり、金属基板の選択余地、基板のな
まりによる強度低下等に問題がある。更に、薄膜と金属
基板との密着性が弱く、膜質のばらつきも大きい等の欠
点がある。
膜した基板は、セラミックス薄膜の形成に500℃以上の
高温処理が必要であり、金属基板の選択余地、基板のな
まりによる強度低下等に問題がある。更に、薄膜と金属
基板との密着性が弱く、膜質のばらつきも大きい等の欠
点がある。
有機高分子薄膜層を持つ基板は、高分子の耐熱性が
悪く、熱伝導性が小さく高熱放散性ではあり得ない等の
欠点がある。
悪く、熱伝導性が小さく高熱放散性ではあり得ない等の
欠点がある。
そこでこの発明は、電気絶縁性、熱伝導性、信頼性、
経済性等に優れた絶縁基体とその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
経済性等に優れた絶縁基体とその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
第１図は、この発明に係る絶縁基体の一例を示す拡大
部分断面図である。この実施例の絶縁基体２において
は、金属基体４上に電気絶縁性を有する化合物系のセラ
ミック層８が形成されており、かつ金属基体４とセラミ
ック層８の界面付近に両者の構成物質が混じり合って成
る混合層６が形成されている。例えば、金属基体４を銅
（Cu）とし、セラミック層８を窒化ホウ素（BN）とする
と、金属基体４とセラミック層８の界面付近に、CuとＢ
とＮとが混じり合って成る混合層６が形成されている。
部分断面図である。この実施例の絶縁基体２において
は、金属基体４上に電気絶縁性を有する化合物系のセラ
ミック層８が形成されており、かつ金属基体４とセラミ
ック層８の界面付近に両者の構成物質が混じり合って成
る混合層６が形成されている。例えば、金属基体４を銅
（Cu）とし、セラミック層８を窒化ホウ素（BN）とする
と、金属基体４とセラミック層８の界面付近に、CuとＢ
とＮとが混じり合って成る混合層６が形成されている。
金属基体４の材質としては、熱伝導率が高くかつ熱膨
張率がデバイス等のそれに近いものを選択するのが好ま
しく、例えばAl、Al合金、Cu、Cu合金、ステンレス、Fe
−42Ni、コバール等が採り得る。また当該金属基体４の
形状としては、用途等に応じて種々のもの、例えばパッ
ケージ状、各種基板状、ヒートシンク状等が採り得る。
張率がデバイス等のそれに近いものを選択するのが好ま
しく、例えばAl、Al合金、Cu、Cu合金、ステンレス、Fe
−42Ni、コバール等が採り得る。また当該金属基体４の
形状としては、用途等に応じて種々のもの、例えばパッ
ケージ状、各種基板状、ヒートシンク状等が採り得る。
セラミック層８の種類としては、熱伝導性、電気絶縁
性に優れ誘電率が小さくかつ熱膨張率が搭載するデバイ
ス等のそれに近いものを選択するのが好ましく、例えば
立方晶窒化ホウ素（Ｃ−BN）、立方晶BNを含む窒化ホウ
素（BN）、窒化アルミニウム（AlN）、リン化ホウ素（B
P）等が採り得る。また当該セラミック層８および混合
層６は、金属基体４上の全面に形成されている場合もあ
るし、一部分に形成されている場合もある。
性に優れ誘電率が小さくかつ熱膨張率が搭載するデバイ
ス等のそれに近いものを選択するのが好ましく、例えば
立方晶窒化ホウ素（Ｃ−BN）、立方晶BNを含む窒化ホウ
素（BN）、窒化アルミニウム（AlN）、リン化ホウ素（B
P）等が採り得る。また当該セラミック層８および混合
層６は、金属基体４上の全面に形成されている場合もあ
るし、一部分に形成されている場合もある。
上記セラミック層８上には、用途等に応じて、デバイ
ス等を公知の手段で搭載したり、導体パターンを公知の
手段で形成したりすることができる。
ス等を公知の手段で搭載したり、導体パターンを公知の
手段で形成したりすることができる。
上記のような絶縁基体２の特徴を列挙すれば次の通り
である。
である。
熱伝導性の優れた金属基体４上に熱伝導性および電
気絶縁性の優れたセラミック層８を密着形成したもので
あるから、電気絶縁性および熱伝導性に優れている。
気絶縁性の優れたセラミック層８を密着形成したもので
あるから、電気絶縁性および熱伝導性に優れている。
しかも、金属基体４とセラミック層８間には接着剤
を用いておらず、また混合層６の存在によって金属基体
４とセラミック層８の界面の組成が連続的に変化したも
のとなるため、金属基体４とセラミック層８間の熱伝導
が非常に良い。
を用いておらず、また混合層６の存在によって金属基体
４とセラミック層８の界面の組成が連続的に変化したも
のとなるため、金属基体４とセラミック層８間の熱伝導
が非常に良い。
更に、混合層６が言わば楔のような作用をするの
で、セラミック層８の金属基体４に対する密着性が高く
剥離しにくい。また金属基体４とセラミック層８の熱膨
張率の違いを組成が連続的に変化している混合層６で吸
収できるためクラックの発生も起こらない。従って信頼
性が高い。
で、セラミック層８の金属基体４に対する密着性が高く
剥離しにくい。また金属基体４とセラミック層８の熱膨
張率の違いを組成が連続的に変化している混合層６で吸
収できるためクラックの発生も起こらない。従って信頼
性が高い。
金属基体４上のセラミック層８は十分に薄くするこ
とが可能であり、そのようにすればセラミック層８上に
載せられるデバイスと金属基体４との熱伝導を一層良く
することができる。
とが可能であり、そのようにすればセラミック層８上に
載せられるデバイスと金属基体４との熱伝導を一層良く
することができる。
セラミックス基板単独の場合に比べて、大面積のも
のを容易にかつ安価に得ることができる。
のを容易にかつ安価に得ることができる。
第２図は、この発明に係る絶縁基体の他の例を示す拡
大部分断面図である。以下に上記絶縁基体２との相違点
を主に説明する。
大部分断面図である。以下に上記絶縁基体２との相違点
を主に説明する。
この実施例の絶縁基体14においては、金属基体４上
に、いずれも化合物系のものであって電気絶縁性を有す
る複数の（この例では二つの）互いに異種のセラミック
層８、12が積層されており、かつ金属基体４とその上の
セラミック層８間および各セラミック層８、12間の各界
面付近に、その両側の構成物質が混じり合って成る混合
層６、10がそれぞれ形成されている。例えば、セラミッ
ク層８を窒化ホウ素（BN）とし、セラミック層12を窒化
アルミニウム（AlN）とすると、両セラミック層８およ
び12の界面付近に、ＢとＮとAlとが混じり合って成る混
合層10が形成されている。混合層６の例については前述
のとおりである。
に、いずれも化合物系のものであって電気絶縁性を有す
る複数の（この例では二つの）互いに異種のセラミック
層８、12が積層されており、かつ金属基体４とその上の
セラミック層８間および各セラミック層８、12間の各界
面付近に、その両側の構成物質が混じり合って成る混合
層６、10がそれぞれ形成されている。例えば、セラミッ
ク層８を窒化ホウ素（BN）とし、セラミック層12を窒化
アルミニウム（AlN）とすると、両セラミック層８およ
び12の界面付近に、ＢとＮとAlとが混じり合って成る混
合層10が形成されている。混合層６の例については前述
のとおりである。
この場合、金属基体４やセラミック層８、12には前述
と同様のものが採り得る。但し、セラミック層の積層数
は必ずしもこの例のように２層に限られるものではな
い。
と同様のものが採り得る。但し、セラミック層の積層数
は必ずしもこの例のように２層に限られるものではな
い。
上記絶縁基体14においては、前述した絶縁基体２と同
様の特徴に加えて、そのセラミック層８、12をそれぞれ
目的に応じた特性のものに選定でき、しかも混合層10の
存在によって両セラミック層８、12間の密着性が高いと
いう利点がある。即ち、一般的に一つの材質では種々の
特性全てを満足させるのが難しいけれども、この絶縁基
体14のように異種のセラミック層８、12を積層すれば、
それぞれの利点を生かしたものとすることができる。例
えば金属基体４とデバイス間の熱膨張率の差が大きいよ
うな場合を想定すると、セラミック層８、12の熱膨張率
をそれぞれ金属基体４、デバイスに近いものにすれば、
クラック等の発生を効果的に防止することができる。
様の特徴に加えて、そのセラミック層８、12をそれぞれ
目的に応じた特性のものに選定でき、しかも混合層10の
存在によって両セラミック層８、12間の密着性が高いと
いう利点がある。即ち、一般的に一つの材質では種々の
特性全てを満足させるのが難しいけれども、この絶縁基
体14のように異種のセラミック層８、12を積層すれば、
それぞれの利点を生かしたものとすることができる。例
えば金属基体４とデバイス間の熱膨張率の差が大きいよ
うな場合を想定すると、セラミック層８、12の熱膨張率
をそれぞれ金属基体４、デバイスに近いものにすれば、
クラック等の発生を効果的に防止することができる。
第３図は、第１図のような絶縁基体をチップ用パッケ
ージに用いた一例を示す概略断面図である。絶縁基体２
のセラミック層８上に接着剤16で半導体、IC等のチップ
18を接着しており、当該チップ18の電極部（図示省略）
と金属基体４を絶縁物22を介在して貫通した外部接続用
ピン24とをボンディングワイヤ20でそれぞれ接続してい
る。もっとも、これはほんの一例であり、上記絶縁基体
２や14がこのようなもの以外に広く利用できるのは勿論
である。
ージに用いた一例を示す概略断面図である。絶縁基体２
のセラミック層８上に接着剤16で半導体、IC等のチップ
18を接着しており、当該チップ18の電極部（図示省略）
と金属基体４を絶縁物22を介在して貫通した外部接続用
ピン24とをボンディングワイヤ20でそれぞれ接続してい
る。もっとも、これはほんの一例であり、上記絶縁基体
２や14がこのようなもの以外に広く利用できるのは勿論
である。
次に上記のような絶縁基体２および14の製造方法の一
例を第４図を参照して説明する。第４図は、この発明に
係る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図であ
る。
例を第４図を参照して説明する。第４図は、この発明に
係る製造方法を実施する装置の一例を示す概略図であ
る。
前述したような金属基体４がホルダ30に取り付けられ
て真空容器（図示省略）内に収納されており、当該金属
基体４に向けて蒸発源32およびイオン源38が配置されて
いる。金属基体４は、予め表面を研磨および洗浄してお
くのが好ましい。蒸発源32は例えば電子ビーム蒸発源で
あり、蒸発材料34を加熱蒸気化して蒸着物質36を金属基
体４上に蒸着させることができる。イオン源38は例えば
バケット型イオン源が好ましく、それによれば供給され
たガスＧをイオン化して均一で大面積のイオン40を加速
して金属基体４に向けて照射することができるので、一
度に大面積の処理が可能になる。尚、42は金属基体４上
に形成される薄膜の膜厚モニタである。
て真空容器（図示省略）内に収納されており、当該金属
基体４に向けて蒸発源32およびイオン源38が配置されて
いる。金属基体４は、予め表面を研磨および洗浄してお
くのが好ましい。蒸発源32は例えば電子ビーム蒸発源で
あり、蒸発材料34を加熱蒸気化して蒸着物質36を金属基
体４上に蒸着させることができる。イオン源38は例えば
バケット型イオン源が好ましく、それによれば供給され
たガスＧをイオン化して均一で大面積のイオン40を加速
して金属基体４に向けて照射することができるので、一
度に大面積の処理が可能になる。尚、42は金属基体４上
に形成される薄膜の膜厚モニタである。
上記蒸着物質36およびイオン40の種類は、金属基体４
上に形成しようとするセラミック層（８、12）の種類に
応じて例えば次のような組み合わせとする。
上に形成しようとするセラミック層（８、12）の種類に
応じて例えば次のような組み合わせとする。
セラミック層が立方晶BNまたは立方晶BNを含むBNの
場合 蒸着物質36としてホウ素（Ｂ）。イオン40として窒素
（Ｎ）イオン。
場合 蒸着物質36としてホウ素（Ｂ）。イオン40として窒素
（Ｎ）イオン。
セラミック層がAlNの場合 蒸着物質36としてアルミニウム（Al）。イオン40とし
て窒素イオン。もっともこの場合、金属基体４がAlの場
合は初期段階では当該金属基体４上にＮイオンを照射・
注入するだけでも良い。その際の注入量は、例えば１×
1016〜１×1018イオン/cm2程度にするのが好ましい。そ
のようにすれば、スパッタを抑え、かつ抵抗率の高いAl
Nを形成することができる。
て窒素イオン。もっともこの場合、金属基体４がAlの場
合は初期段階では当該金属基体４上にＮイオンを照射・
注入するだけでも良い。その際の注入量は、例えば１×
1016〜１×1018イオン/cm2程度にするのが好ましい。そ
のようにすれば、スパッタを抑え、かつ抵抗率の高いAl
Nを形成することができる。
セラミック層がBPの場合 蒸着物質36としてホウ素。イオン40としてリン（Ｐ）
イオン。またはその逆。
イオン。またはその逆。
成膜に際しては、真空容器内を例えば10-5〜10-7Torr
程度にまで排気した後、蒸発源32からの上述のような蒸
着物質36を金属基体４上に蒸着させるのと同時に、また
はそれと交互に、イオン源38からの上述のようなイオン
40を金属基体４に向けて照射する。
程度にまで排気した後、蒸発源32からの上述のような蒸
着物質36を金属基体４上に蒸着させるのと同時に、また
はそれと交互に、イオン源38からの上述のようなイオン
40を金属基体４に向けて照射する。
これによって金属基体４上に、成膜の初期段階で前述
したような混合層６が形成され、更に引き続いて前述し
たようなセラミック層８が形成され、その結果例えば第
１図に示したような絶縁基体２が得られる。セラミック
層８が形成されるのは、蒸着物質36とイオン40との化合
作用による。
したような混合層６が形成され、更に引き続いて前述し
たようなセラミック層８が形成され、その結果例えば第
１図に示したような絶縁基体２が得られる。セラミック
層８が形成されるのは、蒸着物質36とイオン40との化合
作用による。
また、上記のような蒸着およびイオン照射を、蒸着物
質36とイオン40の少なくとも一方の種類を変えて複数回
行うことによって、例えば第２図に示したような絶縁基
体14を得ることができる。尚、セラミック層の膜厚は、
例えば膜厚モニタ42を用いて所望のものに制御すること
ができる。
質36とイオン40の少なくとも一方の種類を変えて複数回
行うことによって、例えば第２図に示したような絶縁基
体14を得ることができる。尚、セラミック層の膜厚は、
例えば膜厚モニタ42を用いて所望のものに制御すること
ができる。
前記の混合層形成作用を詳しく説明すると、照射した
イオンは、加速されており、 その運動エネルギーによって自ら金属基体に注入さ
れる（注入作用）、 照射したイオンの一部は、注入と同時に金属基体の
構成元素を弾き出す（スパッタ作用）、 照射したイオンの一部は、同時にまたは交互に蒸着
される蒸着物質を金属基体に押し込む（押し込み作
用）、 といった主としてこれら３作用を惹き起こし、それによ
って金属基体とその上に形成されるセラミック層との界
面付近に、金属基体の元素（例えばCu）、蒸着物質の元
素（例えばＢ）および照射イオンの元素（例えばＮ）の
３元素が一様に、または主として各元素の質量から決ま
るマイグレーション効果に依存して、これら３元素が混
じり合って成る混合層が形成される。セラミック層間の
混合層形成についても上記と同様である。
イオンは、加速されており、 その運動エネルギーによって自ら金属基体に注入さ
れる（注入作用）、 照射したイオンの一部は、注入と同時に金属基体の
構成元素を弾き出す（スパッタ作用）、 照射したイオンの一部は、同時にまたは交互に蒸着
される蒸着物質を金属基体に押し込む（押し込み作
用）、 といった主としてこれら３作用を惹き起こし、それによ
って金属基体とその上に形成されるセラミック層との界
面付近に、金属基体の元素（例えばCu）、蒸着物質の元
素（例えばＢ）および照射イオンの元素（例えばＮ）の
３元素が一様に、または主として各元素の質量から決ま
るマイグレーション効果に依存して、これら３元素が混
じり合って成る混合層が形成される。セラミック層間の
混合層形成についても上記と同様である。
上記の場合、蒸着物質／照射イオンの粒子比（組成
比）は、セラミック層の種類に応じて適切な値をそれぞ
れ選ぶものとする。
比）は、セラミック層の種類に応じて適切な値をそれぞ
れ選ぶものとする。
また、イオン40の加速エネルギーは、40KeV程度以下
にするのが好ましい。これは、エネルギーがそれ以上に
なると、イオン40のスパッタ作用により平滑な膜面が得
られなくなる恐れがあると共に、セラミック層の内部に
欠陥等の損傷部が多くなって良質のセラミック層が得ら
れなくなる恐れがあるからである。
にするのが好ましい。これは、エネルギーがそれ以上に
なると、イオン40のスパッタ作用により平滑な膜面が得
られなくなる恐れがあると共に、セラミック層の内部に
欠陥等の損傷部が多くなって良質のセラミック層が得ら
れなくなる恐れがあるからである。
更に、金属基体４の表面を加熱手段（図示省略）によ
って例えば数百〜500℃程度にまで加熱しながら膜形成
をしても良く、そのようにすれば上記損傷部や注入イオ
ンによるボリュームを軽減させることができると共に、
膜形成の反応を促進することができる場合もある。
って例えば数百〜500℃程度にまで加熱しながら膜形成
をしても良く、そのようにすれば上記損傷部や注入イオ
ンによるボリュームを軽減させることができると共に、
膜形成の反応を促進することができる場合もある。
上記のような製造方法の特徴を列挙すれば次の通りで
ある。
ある。
比較的低温（例えば数百℃以下）で処理できるた
め、熱による歪み、クラックの発生が無く、良質の膜形
成を行うことができる。
め、熱による歪み、クラックの発生が無く、良質の膜形
成を行うことができる。
不純物が少なく、膜質、膜厚の均一なセラミック層
が得られるため、電気絶縁性および熱伝導性に優れた絶
縁基体が得られる。
が得られるため、電気絶縁性および熱伝導性に優れた絶
縁基体が得られる。
セラミック層として薄いものを形成可能であり、従
ってこの点からも熱伝導性の高い絶縁基体が得られる。
ってこの点からも熱伝導性の高い絶縁基体が得られる。
混合層によって密着性の高いセラミック層が得られ
るので、信頼性の高い絶縁基体が得られる。
るので、信頼性の高い絶縁基体が得られる。
表面の平滑性の良いセラミック層が得られるため、
チップ、回路パターン等との密着性の良い絶縁基体が得
られる。
チップ、回路パターン等との密着性の良い絶縁基体が得
られる。
一度に大面積の処理が可能である等のため、絶縁基
体の低コスト化が可能である。
体の低コスト化が可能である。
この発明の絶縁基体によれば、次のような効果を奏す
る。
る。
熱伝導性の優れた金属基体上に熱伝導性および電気
絶縁性の優れたセラミック層を密着形成したものである
から、電気絶縁性および熱伝導性に優れている。
絶縁性の優れたセラミック層を密着形成したものである
から、電気絶縁性および熱伝導性に優れている。
金属基体とセラミック層間には接着剤を用いておら
ず、また混合層の存在によって金属基体とセラミック層
の界面の組成が連続的に変化したものとなるため、金属
基体とセラミック層間の熱伝導が非常に良い。セラミッ
ク層自体の熱伝導率がいかに高くても、当該セラミック
層と金属基体間の熱伝導が良くなければ、表面に実装さ
れるデバイス等からの熱を金属基体へ効率良く伝えるこ
とはできず絶縁基体全体としては放熱性の悪いものにな
るけれども、この発明の絶縁基体では、混合基の存在に
よってセラミック層と金属基体間の熱伝導が非常に良
く、従って表面に実装されるデバイス等からの熱をセラ
ミック層を経由して金属基体へ効率良く伝えることがで
きるので、放熱性の非常に高い絶縁基体を実現すること
ができる。
ず、また混合層の存在によって金属基体とセラミック層
の界面の組成が連続的に変化したものとなるため、金属
基体とセラミック層間の熱伝導が非常に良い。セラミッ
ク層自体の熱伝導率がいかに高くても、当該セラミック
層と金属基体間の熱伝導が良くなければ、表面に実装さ
れるデバイス等からの熱を金属基体へ効率良く伝えるこ
とはできず絶縁基体全体としては放熱性の悪いものにな
るけれども、この発明の絶縁基体では、混合基の存在に
よってセラミック層と金属基体間の熱伝導が非常に良
く、従って表面に実装されるデバイス等からの熱をセラ
ミック層を経由して金属基体へ効率良く伝えることがで
きるので、放熱性の非常に高い絶縁基体を実現すること
ができる。
混合層が言わば楔のような作用をするので、セラミ
ック層の金属基体に対する密着性が高く剥離しにくい。
また金属基体とセラミック層の熱膨張率の違いを組成が
連続的に変化している混合層で吸収できるため、ヒート
サイクルが加わってもセラミック層と金属基体間にクラ
ックが発生しにくい。従って信頼性の非常に高い絶縁基
体を実現することができる。
ック層の金属基体に対する密着性が高く剥離しにくい。
また金属基体とセラミック層の熱膨張率の違いを組成が
連続的に変化している混合層で吸収できるため、ヒート
サイクルが加わってもセラミック層と金属基体間にクラ
ックが発生しにくい。従って信頼性の非常に高い絶縁基
体を実現することができる。
金属基体上のセラミック層は十分に薄くすることが
可能であり、そのようにすればセラミック層上に載せら
れるデバイスと金属基体との熱伝導を一層良くすること
ができる。
可能であり、そのようにすればセラミック層上に載せら
れるデバイスと金属基体との熱伝導を一層良くすること
ができる。
セラミックス基板単独の場合に比べて、大面積のも
のを容易にかつ安価に得ることができる。
のを容易にかつ安価に得ることができる。
セラミック層を複数層にすれば、その各セラミック
層をそれぞれ目的に応じた特性のものに選定してそれぞ
れの利点を生かすことができ、それによって全体として
種々の特性に優れた絶縁基体を容易に実現することがで
きる。しかも混合層の存在によって、上記およびと
同様、セラミック層間の熱伝導が非常に良く、またセミ
ック層間の密着性が高くかつクラック発生も起こらない
ので、複数のセラミック層を積層しても、放熱性および
信頼性の非常に高い絶縁基体を実現することができる。
層をそれぞれ目的に応じた特性のものに選定してそれぞ
れの利点を生かすことができ、それによって全体として
種々の特性に優れた絶縁基体を容易に実現することがで
きる。しかも混合層の存在によって、上記およびと
同様、セラミック層間の熱伝導が非常に良く、またセミ
ック層間の密着性が高くかつクラック発生も起こらない
ので、複数のセラミック層を積層しても、放熱性および
信頼性の非常に高い絶縁基体を実現することができる。
この発明の製造方法によれば、次のような効果を奏す
る。
る。
ａ） 比較的低温で処理ができるため、熱による歪み、
クラックの発生が無く、良質の膜形成を行うことができ
る。
クラックの発生が無く、良質の膜形成を行うことができ
る。
ｂ） 不純物が少なく、膜質、膜厚の均一なセラミック
層が得られるため、電気絶縁性および熱伝導性に優れた
絶縁基体が得られる。
層が得られるため、電気絶縁性および熱伝導性に優れた
絶縁基体が得られる。
ｃ） セラミック層として薄いものを形成可能であり、
従ってこの点からも熱伝導性の高い絶縁基体が得られ
る。
従ってこの点からも熱伝導性の高い絶縁基体が得られ
る。
ｄ） 蒸着とイオン照射の併用によって、化合物系のセ
ラミック層を合成すると共に、当該セラミック層と金属
基体との界面付近に混合層を形成するので、簡単な工程
によって、セラミック層と金属基体間の熱伝導が非常に
良くて放熱性の非常に高い、かつセラミック層と金属基
体間にクラックが発生しにくくて信頼性の非常に高い絶
縁基体を得ることができる。
ラミック層を合成すると共に、当該セラミック層と金属
基体との界面付近に混合層を形成するので、簡単な工程
によって、セラミック層と金属基体間の熱伝導が非常に
良くて放熱性の非常に高い、かつセラミック層と金属基
体間にクラックが発生しにくくて信頼性の非常に高い絶
縁基体を得ることができる。
ｅ） 照射イオンのエネルギーを3keV〜10keVというよ
うに、実施例中に記載した40keV程度以下の範囲内でも
比較的低くするので、照射イオンによるセラミック層表
面でのスパッタ作用およびセラミック層内部での損傷部
発生がより少なくなり、しかも混合層は十分に形成する
ことができる。スパッタ作用がより少なくなる結果、表
面の平滑性の良い良質のセラミック層を形成することが
できる。表面の平滑性の良いセラミック層が得られる結
果、チップ、回路パターン等の密着性の良い絶縁基体を
得ることができ、それによってチップ等からの熱をセラ
ミック層へひいては金属基体へ効率良く伝えることがで
きるので、この意味からも放熱性が向上すると共に、表
面に形成する回路パターンが剥離しにくくなるので、こ
の意味からも信頼性の高い絶縁基体を得ることができ
る。しかも照射イオンによるセラミック層内部での損傷
部発生がより少なくなる結果、損傷部の少ない良質のセ
ラミック層が得られ、それによって電気絶縁性および熱
伝導性に優れた絶縁基体を得ることができる。しかも混
合層を十分に形成することができる結果、上記ｄ）に示
した効果を十分に奏することができる。
うに、実施例中に記載した40keV程度以下の範囲内でも
比較的低くするので、照射イオンによるセラミック層表
面でのスパッタ作用およびセラミック層内部での損傷部
発生がより少なくなり、しかも混合層は十分に形成する
ことができる。スパッタ作用がより少なくなる結果、表
面の平滑性の良い良質のセラミック層を形成することが
できる。表面の平滑性の良いセラミック層が得られる結
果、チップ、回路パターン等の密着性の良い絶縁基体を
得ることができ、それによってチップ等からの熱をセラ
ミック層へひいては金属基体へ効率良く伝えることがで
きるので、この意味からも放熱性が向上すると共に、表
面に形成する回路パターンが剥離しにくくなるので、こ
の意味からも信頼性の高い絶縁基体を得ることができ
る。しかも照射イオンによるセラミック層内部での損傷
部発生がより少なくなる結果、損傷部の少ない良質のセ
ラミック層が得られ、それによって電気絶縁性および熱
伝導性に優れた絶縁基体を得ることができる。しかも混
合層を十分に形成することができる結果、上記ｄ）に示
した効果を十分に奏することができる。
ｆ） 一度に大面積の処理が可能である等のため、絶縁
基体の低コスト化が可能である。
基体の低コスト化が可能である。
ｇ） 複数のセラミック層を積層すれば、各セラミック
層の利点を生かすことによって全体として種々の特性に
優れた絶縁基体を容易に得ることができる。しかも複数
のセラミック層間にも混合層を形成するので、セラミッ
ク層間の熱伝導が非常に良くて放熱性が非常に高く、か
つセラミック層間においてもクラック発生が起こりにく
くて信頼性の非常に高い絶縁基体を得ることができる。
層の利点を生かすことによって全体として種々の特性に
優れた絶縁基体を容易に得ることができる。しかも複数
のセラミック層間にも混合層を形成するので、セラミッ
ク層間の熱伝導が非常に良くて放熱性が非常に高く、か
つセラミック層間においてもクラック発生が起こりにく
くて信頼性の非常に高い絶縁基体を得ることができる。
第１図は、この発明に係る絶縁基体の一例を示す拡大部
分断面図である。第２図は、この発明に係る絶縁基体の
他の例を示す拡大部分断面図である。第３図は、第１図
のような絶縁基体をチップ用パッケージに用いた一例を
示す概略断面図である。第４図は、この発明に係る製造
方法を実施する装置の一例を示す概略図である。 2,14……実施例に係る絶縁基体、４……金属基体、6,10
……混合層、8,12……セラミック層、32……蒸発源、36
……蒸着物質、38……イオン源、40……イオン。
分断面図である。第２図は、この発明に係る絶縁基体の
他の例を示す拡大部分断面図である。第３図は、第１図
のような絶縁基体をチップ用パッケージに用いた一例を
示す概略断面図である。第４図は、この発明に係る製造
方法を実施する装置の一例を示す概略図である。 2,14……実施例に係る絶縁基体、４……金属基体、6,10
……混合層、8,12……セラミック層、32……蒸発源、36
……蒸着物質、38……イオン源、40……イオン。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−245153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−195094（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−170474（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−211369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−87496（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】金属基体上に電気絶縁性を有する化合物系
のセラミック層（但し窒化アルミニウムを除く）が形成
されており、かつ金属基体とセラミック層の界面付近に
両者の構成物質が混じり合って成る混合層が形成されて
いることを特徴とする絶縁基体。 - 【請求項２】金属基体上にいずれも化合物系のものであ
って電気絶縁性を有する複数の互いに異種のセラミック
層が積層されており、かつ金属基体とその上のセラミッ
ク層間および各セラミック層間の各界面付近に、その両
側の構成物質が混じり合って成る混合層がそれぞれ形成
されていることを特徴とする絶縁基体。 - 【請求項３】真空中で金属基体に対して、蒸気化された
物質の蒸着と3keV〜10keVのエネルギーに加速されたイ
オンの照射とを行うことによって、当該金属基体上に、
前記蒸気化された物質と前記加速されたイオンが化合し
て成り電気絶縁性を有する化合物系のセラミック層（但
し窒化アルミニウムを除く）を形成し、かつ金属基体と
セラミック層の界面付近に両者の構成物質が混じり合っ
て成る混合層を形成することを特徴とする絶縁基体の製
造方法。 - 【請求項４】真空中で金属基体に対して、蒸気化された
物質の蒸着と3keV〜10keVのエネルギーに加速されたイ
オンの照射とを、蒸着物質と照射イオンの少なくとも一
方の種類を変えて複数回行うことによって、当該金属基
体上に、前記蒸気化された物質と前記加速されたイオン
とが化合して成るいずれも化合物系のものであって電気
絶縁性を有する複数の互いに異種のセラミック層を積層
し、かつ金属基体とその上のセラミック層間および各セ
ラミック層間の各界面付近に、その両側の構成物質が混
じり合って成る混合層を形成することを特徴とする絶縁
基体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098887A JP2512898B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 絶縁基体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61098887A JP2512898B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 絶縁基体とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62254450A JPS62254450A (ja) | 1987-11-06 |
| JP2512898B2 true JP2512898B2 (ja) | 1996-07-03 |
Family
ID=14231649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61098887A Expired - Fee Related JP2512898B2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 | 絶縁基体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2512898B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4815065B2 (ja) * | 2001-05-30 | 2011-11-16 | 株式会社トクヤマ | ヒートシンク及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS582022A (ja) * | 1981-06-27 | 1983-01-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜形成方法 |
| JPS60195094A (ja) * | 1984-03-15 | 1985-10-03 | Agency Of Ind Science & Technol | ダイヤモンド薄膜の製造方法 |
| JPS60245153A (ja) * | 1984-05-18 | 1985-12-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用高電気絶縁性基板 |
| JPH0635360B2 (ja) * | 1985-10-11 | 1994-05-11 | 日新電機株式会社 | 単結晶窒化アルミニウム膜の作製方法 |
| JPS62170474A (ja) * | 1986-01-23 | 1987-07-27 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ蒸着装置 |
| JPS62211369A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-09-17 | Dainippon Printing Co Ltd | 化合物薄膜およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-04-28 JP JP61098887A patent/JP2512898B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62254450A (ja) | 1987-11-06 |
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