JP2520940B2

JP2520940B2 - 半導体装置用部品

Info

Publication number: JP2520940B2
Application number: JP63162672A
Authority: JP
Inventors: 彰笹目; 仁之坂上; 久雄竹内; 雅也三宅; 晃山川; 泰久湯塩
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1987-07-03
Filing date: 1988-07-01
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH01103853A

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用部材に関し、特に高発熱量の
半導体素子、たとえば、ハイパワー・トランジスタ、レ
ーザダイオード等を実装するための高熱伝導性が要求さ
れる回路基板等の半導体装置用部材に関するものであ
る。

［従来の技術］半導体素子を実装するために構成される半導体装置用
部材は、一般的には、絶縁部材と、それに接合される放
熱部材とから構成される。一例を挙げれば、その半導体
装置用部材は、半導体素子がその上に載せられる絶縁基
板と、その絶縁基板の裏面側に銀ろう等を用いたろう接
によって接合された放熱基板とから構成される。この場
合、絶縁基板には一般的に、半導体素子と絶縁を保つた
めに電気絶縁性、機械的強度、および半導体素子からの
発熱を放散するために熱伝導性が高いことが要求され
る。また、放熱基板としては、絶縁基板と同様にその熱
伝導率が高いこと、および半導体基板等や絶縁基板等を
構成する材料と熱膨脹率が近似していることが要求され
る。

このような半導体装置用部材に用いられる絶縁基板の
材料としては、従来より、アルミナ（Al₂O₃）が上記の
特性を満足するものとして一般的に選択されている。し
かしながら、アルミナは電気絶縁性および機械強度に優
れている半面、熱伝導率が17Wm^-1K^-1と小さいために熱
放散性が悪く、たとえば、高発熱量の電界効果型トラン
ジスタ（FET）等を搭載するためには不適当である。高
発熱量の半導体素子を搭載するために、熱膨脹率が260W
m^-1K^-1と高いベリリア（BeO）を用いた絶縁基板も存在
するが、ベリリアは毒性があり、使用上の安全対策が煩
雑であるという問題点がある。

また、放熱基板としては、上記の特性を満足するもの
として各種銅合金、銅−タングステン合金、銅−モリブ
デン合金などの金属材料が一般的に選択されている。た
とえば、高熱伝導性を有する半導体素子搭載用基板とし
て、タングステンまたはモリブデン中に銅を２〜30重量
％含有させた材料からなる基板が特開昭59−21032号公
報に開示されているが、熱放散性の悪いアルミナ基板と
接合するのに適した放散基板であり、アルミナとの熱膨
脹率の差が比較的小さい熱膨脹率を有するものである。
そのため、半導体素子が搭載される基板全体として備え
られるべき熱放散性については不十分であった。

そこで、最近では、高発熱量の半導体素子搭載用の絶
縁基板として、熱伝導率がベリリアとほぼ同等で、200W
m^-1K^-1程度と高い上に毒性がなく、また、アルミナと同
等の電気絶縁性や機械強度を有する窒化アルミニウム
（AlN）が有望視されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来から用いられている、銅の含有量
が10〜25重量％の銅−タングステン合金、銅−モリブデ
ン合金からなる放熱基板に、金属化層が形成された窒化
アルミニウム基板を金属ろう付け、たとえば、金、銀ろ
う付けする場合、窒化アルミニウム基板にクラックが生
じたり、あるいは銅−タングステン合金、銅−モリブデ
ン合金からなる放熱基板に反りが生じるといった新たな
問題が生じている。

このような現象は、ろう付け時の温度が500〜950℃で
あるので、この冷却過程で銅−タングステン合金、銅−
モリブデン合金と窒化アルミニウムの熱膨脹率の違いに
より、熱応力が発生することによる。この熱応力は窒化
アルミニウム基板内において引張残留応力として残り、
窒化アルミニウム基板内にクラックおよび／または銅−
タングステン合金、銅−モリブデン合金からなる放熱基
板に反りを生じせしめるものと考えられる。

また、低温ろう付けや半田付けによって銅−タングス
テン合金、銅−モリブデン合金からなる放熱基板に窒化
アルミニウム基板を接合した場合、接合時において反り
やクラックが認められなくても、ヒートサイクル（−55
℃〜＋150℃、1000サイクル）や熱衝撃によって、窒化
アルミニウム基板にクラックやその金属化層との界面に
クラックが発生し、実用上大きな問題が生じていた。

さらに、窒化アルミニウム基板が銀ろう付けによって
銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金からなる放
熱基板に接合されたものも、ヒートサイクルや熱衝撃試
験が行われると、銅−タングステン合金、銅−モリブデ
ン合金からなる放熱基板と窒化アルミニウム基板との熱
膨脹率の違いにより、熱疲労、熱応力等の発生等によっ
て上記と同様の結果をもたらした。特に接合面積が大き
くなると、この熱応力、熱疲労の問題が一層顕著とな
る。

上記組成の銅−タングステン合金、銅−モリブデン合
金と窒化アルミニウムの室温から950℃付近までの熱膨
脹率はそれぞれ6.5〜10×10^-6/k、４〜５×10^-6kと異な
っている。また、両者ともヤング率がそれぞれ27000〜3
5000kg/mm²、35000〜37000kg/mm²と高く、塑性変形しに
くい材料である。そのため、上記組成の銅−タングステ
ン合金と窒化アルミニウムをろう付け等によって接合し
た場合、その冷却過程で大きな熱応力が生じるものと考
えられる。

［発明が解決しようとする課題］この発明は、高発熱量の半導体素子を実装するために
熱放散性の良い窒化アルミニウムからなる絶縁部材を用
い、この絶縁部材に高い放熱性を有する銅−タングステ
ン合金、銅−モリブデン合金を主材料とする放熱部材
を、クラックまたは反りを発生させることなく、接合さ
せることが可能な半導体装置用部材を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］本願発明者等は上記課題を解決するために研究を重ね
てきたが、このろう接時の冷却過程で発生する熱応力に
よるクラックまたは反りを解消するためには、窒化アル
ミニウムからなる絶縁部材と、銅−タングステン合金、
銅−モリブデン合金を主材料とする放熱部材との間に、
特定の熱応力緩衝材を介在させることが有効であるこを
見出し、本発明を完成するに至った。

この発明に従った半導体装置用部材は、半導体素子を
搭載または保持するためのものであって、半導体素子に
対すべき主表面を有する窒化アルミニウムからなる絶縁
部材と、この絶縁部材に接合されるべきものであり、銅
−タングステン合金、銅−モリブデン合金、銅−モリブ
デン−タングステン合金を主材料とする放熱部材と、緩
衝材と、絶縁部材と緩衝材と放熱部材とを接合するろう
接材とを備えている。緩衝材は、絶縁部材と放熱部材と
の間に介在し、ろう接時の冷却過程で、絶縁部材と放熱
部材との熱膨脹率の差によって発生する熱応力をそれ自
身が塑性変形することによって緩和するように、塑性変
形能の高い軟質金属および軟質合金のいずれかからなる
ものである。好ましくは、緩衝材は、銅、銅合金、ニッ
ケルおよびニッケル合金のうちいずれかの材料からなれ
ばよい。

このように窒化アルミニウムからなる絶縁部材と放熱
部材との間に緩衝材として軟質金属および軟質合金のい
ずれかからなる材料を介在させると、ろう付けがなされ
る温度付近では、さらに軟らかくなり、非常に塑性変形
しやすい状態になる。そのため、窒化アルミニウムから
なる絶縁部材と放熱部材との熱膨脹率の差によって発生
した熱応力のほとんどが、この緩衝材の塑性変形によっ
て吸収され、絶縁部材内部の残留応力を解消することが
できる。その結果、絶縁部材のクラックや放熱部材の反
りの発生を防止することができる。

緩衝材の厚みは0.01〜1mmの範囲であることが好まし
い。0.01mm以下では薄すぎて塑性変形量が少なく、熱応
力を十分には吸収することができない。また、1mm以上
となると、緩衝材自身もろう付け時において熱膨脹して
いるので、それによって発生する熱応力を無視すること
ができなくなる。すなわち、放熱部材と絶縁部材との熱
膨脹率の差によって発生した熱応力は、その緩衝材の塑
性変形によって吸収され得ても、その緩衝材自身の熱応
力が大きいため、放熱部材や絶縁部材に熱歪として悪影
響を及ぼすことになる。

窒化アルミニウムからなる絶縁部材は、その上に半導
体素子が載せられるべき主表面を有する基材として用い
られるのが好ましい。また、この絶縁部材は、半導体素
子を保護するようにその上方に設けられるカバー部材、
例えば、絶縁基板に載せられた半導体素子を気密に封止
するためのキャップを構成するカバー部材に用いられて
もよい。絶縁部材が半導体素子を載せるための基材とし
て用いられる場合、あるいは、絶縁部材が半導体素子を
保護するカバー部材として用いられる場合、この発明に
従った半導体装置用部材は、半導体素子からの発熱を絶
縁部材、放熱部材への伝導し、外界へ放散するように作
用する。さらに、窒化アルミニウムからなる絶縁部材は
焼結体を含むのが好ましい。

また、窒化アルミニウムからなる絶縁部材の接合面に
金属化層を形成するのが好ましく、その金属化層が、タ
ングステンおよびモリブデンのうちの少なくとも１種の
金属と、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、および
酸窒化アルミニウムのうちの少なくとも１種のアルミニ
ウム化合物と、酸化イットリウムまたは酸化カルシウム
とを含有するものであれば、接合強度、および熱伝導性
の点については好ましいものが得られる。

さらに、金属化層のろう接材との接合面にめっき層を
形成することにより、均一に安定したろう付けを施すこ
とができる。つまり、ろう接材と金属化層との濡れ性が
めっき層を設けることによって改善され得る。放熱部材
のろう接材との接合面に形成されためっき層も上記と同
様に作用する。これらのめっき層はニッケルめっき処理
によって形成されるのが好ましい。特に、後工程で金め
っき等の処理が施される場合には、金めっきの付着性、
析出性を向上させ、その上に均一な金めっき層を形成す
るためにニッケルめっき処理を行うのが好ましい。

また、本発明の部材に使用される銅−タングステン合
金、銅−モリブデン合金、銅−モリブデン−タングステ
ン合金としては、銅の含有量が５〜25重量％であるもの
が好ましい。銅の含有量が５重量％未満では、銅−タン
グステン合金と窒化アルミニウムとの熱膨脹率のミスマ
ッチは緩和される方向にあるが、放熱部材を構成する銅
−タングステン合金の本来の機能である熱伝導性が損な
われることがある。また、銅の含有量が25％を越える
と、銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、銅−
モリブデン−タングステン合金の熱伝導性はさらに好ま
しくなるが、この合金の熱膨脹率がさらに大きくなり、
窒化アルミニウムとの熱膨王率の差が増大することによ
り、接合面に発生する熱応力が大きくなる。

この発明に従った半導体装置用部材によれば、絶縁部
材と放熱部材との間に緩衝材が介在しているので、窒化
アルミニウムからなる絶縁部材と銅−タングステン合
金、銅−モリブデン合金、銅−モリブデン−タングステ
ン合金を主材料とする放熱部材との接合時における絶縁
部材のクラック、または放熱部材の反りの発生を防止す
ることできる。したがって、信頼性、寸法精度の高い半
導体装置搭載用基板、半導体装置封止用カバー部材等の
半導体装置用部材を容易に得ることができる。

既に説明したように、本発明は、窒化アルミニウムか
らなる絶縁部材を用いた半導体装置用部材を形成する技
術を改良したものである。この発明において用いられる
焼結体としての窒化アルミニウムは、たとえは、以下に
示される方法によって得られる。

本発明に用いられる窒化アルミニウム焼結体からなる
絶縁部材は、好ましくは、窒化アルミニウムを主成分と
し、周期律表IIIa族元素を0.01〜1.0重量％、酸素を0.0
01〜0.5重量％含有し、その熱伝導率が180Wm^-1K^-1以上
を示すものである。まず希土類元素を含む化合物を少な
くとも１つ、その希土類元素換算で0.01〜1.0重量％含
有するように、窒化アルミニウムの粉末と混合する。成
形助剤としてはパラフィン、PVB、PEG等が用いられる。
このとき、フェノール樹脂等分解して炭素を残留せしめ
るもの、炭素粉、黒鉛粉等を添加し、焼結体中の残留炭
素を抑制してもよい。希土類化合物としてはステリアン
酸、パルメチン酸、アルコシキシド硝酸塩、炭酸塩、水
酸化物等が使用される。好ましくは、ステリアン酸等高
分子の化合物を用いる。これらは希土類の含有量を小さ
くし、窒化アルミニウム粉末との混合を良好にすること
が可能になると考えられる。特に、ステアリン酸は成形
助剤としての作用のほか、窒化アルミニウム粉末との混
合性、残留する炭素量等から最も好ましいものである。
窒化アルミニウム粉末は微細均粒である必要がある。平
均粒径１μｍ以下であることが好ましく、また、酸素含
有量としては2.0重量％以下であることが好ましい。こ
のような窒化アルミニウム粉末は直接窒化法（金属アル
ミニウムの窒化による方法）では得難く、還元窒化法
（酸化アルミニウムの還元窒化法による方法）によって
得られる。直接窒化法で得る場合には反応の制御、粒径
の分級等に十分配慮が必要である。

次に、この混合粉末は、所定形状に成形された後、窒
素含有の非酸化雰囲気中で焼結される。高い熱伝導率を
得るためには、1000〜2100℃の温度にて５時間以上焼結
し、平均粒径を５μｍ以上にすることが好ましい焼結条
件である。焼結後の冷却は速やかに行うのが好ましい。
徐冷した場合には、焼結助剤が析出し、焼結肌の劣化が
著しくなる。そのため、好ましくは、200℃／時間以上
の速度で1500℃の温度まで冷却する。

上記の方法で得られた窒化アルミニウム焼結体からな
る基材を用いて、その表面に金属化層を形成する工程は
以下のように行われる。

まず、上記の方法によって窒化アルミニウム焼結体か
らなる基板を準備する。金属化層の材料としては、カル
シウム化合物の粉末と、アルミニウム化合物の粉末、タ
ングステンまたはモリブデンの金属粉末とを混練し、ビ
ヒクル等の有機バインダを加えた金属ペーストを作製す
る。この場合、各組成は金属粉末を40〜98重量％、アル
ミニウム化合物を１〜25重量％、および酸化カルシウム
を１〜35重量％の範囲内であればよい。また、後工程の
焼結工程を低温度で行うためには、その焼結温度を下げ
る働きをする触媒として、銅またはニッケルを添加して
もよい。作製された金属ペーストは窒化アルミニウム焼
結体の基板表面に塗布される。この窒化アルミニウム焼
結体からなる基板は1500〜1800℃の温度で窒化等の不活
性雰囲気中で焼成されることにより、その表面に金属化
層が形成される。なお、金属粉末としてタングステン粉
末を用い、アルミニウム化合物として酸化アルミニウム
を１〜10重量％、および酸化カルシウムを１〜20重量％
含有する金属化層、または金属粉末としてモリブデン粉
末を用い、アルミニウム化合物として酸化アルミニウム
を１〜10重量％、および酸化カルシウムを１〜35重量％
含有する金属化層が形成される場合、窒化アルミニウム
焼結体からなる基板と金属化層との接着強度、および熱
伝導性の点について好ましいものが得られる。

また上記の絶縁部材の混合粉末を成形したりグリーン
シート状に成形したのち、Ｗ粉末にAl₂O₃、AlN、CaO、Y
₂O₃、ステアリン酸イットリウム等から選ばれた一種以
上の助剤を添加し、前記同様にペースト状に混練し、Al
Nの未焼結体表面に印刷もしくは塗布した後、上記同様
の焼結条件で焼結を行い、高熱伝導を有する金属化層を
もつAlN焼結体が得られる。

次に、本発明に従った半導体装置用部材を形成する方
法の典型例について説明する。第1A、Ｂ図はこの発明に
従った半導体装置用部材の製造方法を示す工程図であ
る。第1A図を参照して、まず、窒化アルミニウム焼結基
板を準備する。次に、上記の方法によって得られた金属
ペーストをこの窒化アルミニウム焼結基板表面上に塗布
する。その後、塗布された金属ペーストには乾燥処理が
施される。この窒化アルミニウム焼結基板は所定の温度
に加熱された不活性ガス雰囲気中で焼成される。焼成
後、窒化アルミニウム焼結基板の上に形成された金属化
層の表面にニッケルめっきが施される。あるいは、第1B
図を参照して、窒化アルミニウム成形基板を準備する。
次に、上記の方法によって得られた金属ペーストをこの
窒化アルミニウム成形基板表面に塗布する。その後、塗
布された金属ペーストを乾燥処理し、この成形基板を上
記の焼結条件で焼結を行う。焼結後、窒化アルミニウム
焼結基板上に形成された金属化層の表面にニッケルめっ
きが施される。以下このニッケルめっきの強度、気密性
を向上させるために800℃程度の温度で熱処理が施さ
れ、ニッケルめっきが焼結される。一方、この窒化アル
ミニウム焼結基板と接合される放熱部材としてのヒート
シンク材の表面にも上記と同様のニッケルめっき処理が
施される。そして、この窒化アルミニウム焼結基板とヒ
ートシンク材とを接合するために、ニッケルめっきの表
面にろう付けが施される。さらに、接合部には金めっき
が施される。このようにして、この発明に従った半導体
装置用部材が製造され得る。

上記の工程に従って製造される、この発明の１つの局
面による半導体装置用部材の一実施例、たとえば、その
表面にリードフレームが接合された窒化アルミニウム基
板の裏面にヒートシンク材が接合された部分について図
を用いて説明する。第2A図は半導体装置搭載用基板とし
て用いられた一実施例を示す平面図、第2B図はその断面
図、第2C図はヒートシンク材６と窒化アルミニウム基板
１との接合部を詳細に示す断面図である。図において、
この半導体装置用部材は、窒化アルミニウム基板１の表
面の一部には前述の工程に従って金属化層２が形成さ
れ、この金属化層２にはリードフレーム３が金属ろう等
でろう付けされて接合されている。また、窒化アルミニ
ウム基板１の裏面の一部には前述の工程に従って金属化
層２が形成され、この金属化層２にはヒートシンク材６
が金属ろう等でろう付けされて接合されている。さら
に、窒化アルミニウム基板１の所定位置には高発熱量の
FET等の半導体素子４が搭載され、金属化層２またはリ
ードフレーム３とボンディングワイヤ５で結線されてい
る。

第2C図に示すように、窒化アルミニウム基板１とヒー
トシンク材６との接合部は、金属化層２上に薄いめっき
層７が形成され、ヒートシンク材６の表面には金属ろう
９の濡れ性を安定させるために、必要に応じてめっき層
８が形成されている。この場合、金属化層２の放熱部材
としてのヒートシンク材６との間には、その表面にニッ
ケルめっき層７が形成された銅等の軟質金属からなる緩
衝材10が介在している。

この発明のもう１つの局面に従った半導体装置用部材
の一実施例、たとえば、高発熱量を有するダイオード等
の半導体素子を搭載するための放熱基板について図を用
いて説明する。第３図によれば、この発明に従った銅−
タングステン合金、銅−モリブデン合金、銅−モリブデ
ン−タングステン合金を主材料とする放熱部材としての
ヒートシンク材６の上に上記と同様に金属化層２を介し
て窒化アルミニウム基板１が取付けられ、その窒化アル
ミニウム基板１の上には発光ダイオート（LED）やレー
ザダイオード（LD）等の半導体素子４が接合された例が
示されている。半導体素子４は、窒化アルミニウム基板
１の表面上に形成された金属化層２の上に接合される。
この場合、窒化アルミニウム基板１はヒートシンク材と
して作用する。なお、窒化アルミニウム基板１とヒート
シンク材６との接合は、上述のリードフレームが形成さ
れた窒化アルミニウム基板とヒートシンク材の接合構造
において説明されたものと同様のものが用いられる。

また、この発明に従った半導体装置用部材が適用され
るキャップの構造について図を用いて説明する。第４図
はその一例を示すものである。窒化アルミニウム焼結体
からなるカバー部材11の周縁側部表面には金属化層２を
形成されている。この金属化層２には、金ろう等によっ
て、鉄−ニッケル系合金等の金属層から構成される枠部
材13が接合されている。枠部材13の下端はセラミックス
基板101に金属化層２を介して接合されている。セラミ
ックス基板101には半導体素子４が搭載されている。さ
らに、カバー部材11の上面にヒートシンス材６が取付け
られることにより、半導体素子４で発生した熱カバー部
材11を通してヒートシンク材６によって発散され、その
冷却効果が高められる。なお、窒化アルミニウム焼結体
からなるカバー部材11とヒートシンク材６との接合は、
上述のリードフレームが形成された窒化アルミニウム基
板とヒートシンク材との接合構造において説明されたも
のと同様のものが用いられる。また、この接合に使用さ
れる金属ろうとしては、銀ろうが好ましいが、ヒートシ
ンク材６の接合面や金属化層２の上にろう接材と濡れ性
の良い金属の薄い被覆層を形成すること等によって、両
者を強固に接合できれば、他のろう接材であってもよ
い。この金属の薄い被覆層、たとえば、めっき層が果た
す役割は、上述のリードフレームが形成された窒素アル
ミニウム基板とヒートシンク材との接合構造の実施例に
おいて説明したとおりである。

［実施例］以下、前述の方法によって得られた窒化アルミニウム
焼結体からなる基材より作成された各試料を用いて行っ
た実施例について説明する。

実施例１前述の方法によって得られた厚み1.3mmの窒化アルミ
ニウム焼結基板にメタライジング処理が施された。この
メタライジング処理は、所定の組成を有する金属ペース
トを窒化アルミニウム焼結基板の各試料の表面に塗布
し、脱バインダ処理をした後、窒素雰囲気中において温
度1600℃で60分間焼成することにより行われた。それに
よって、窒化アルミニウム焼結基板の所定の部分の上に
金属化層が形成された。この場合、金属ペーストは、タ
ングステン粉末に酸化カルシウム粉末とアルミナ粉末と
を添加し、ビヒクル等の有機バインダと混練して作成さ
れた。なお、添加量（重量％）は酸化カルシウムを14重
量％、アルミナを４重量％とした。用いられた窒化アル
ミニウム焼結基板の形状は□5mm、□20mm、□50mmであ
った。

さらに、金属化層の表面に膜厚２μｍのニッケルめっ
き層が形成された。一方、各窒化アルミニウム焼結基板
に接合される放熱部材として厚み1.5mmの各種組成を有
する銅−タングステン合金板を準備された。これらの銅
−タングステン合金板の表面には膜厚２μｍのニッケル
めっき処理が施された後、各窒化アルミニウム焼結基板
と銅−タングステン合金板との間に、ニッケルあるいは
銅の緩衝材を介在させて温度830℃において銀ろう付が
行われた。

このようにして得られた各サンプルについて、窒化ア
ルミニウム焼結基板のクラックや銅−タングステン合金
板に発生する反りの有無を調べた。反りの大きさは、第
５図に示すように窒化アルミニウム焼結基板１とヒート
シンク材６とが接合され、ａの大きさとして表面粗さ計
（東京精密製Ｅ−SP−S01A）によって測定された。ま
た、窒化アルミニウム焼結基板に発生するクラックは倍
率5000倍の走査型電子顕微鏡、あるいは倍率40倍の実体
光学顕微鏡により観察され、その有無が調べられた。そ
の結果は、第１表〜第４表に示されている。反りの有無
の評価は測定された有効長さ1mmに対して反りの大きさ
が２μｍ以下であれば反りなし、それ以上であれば反り
有りとした。

また、表中のCuW5、CuW10、CuW20における５、10、20
は銅−タングステン合金中の銅の含有量を示すものであ
る。なお、銅−タングステン合金については、CuW5、Cu
W10、CuW20の熱膨脹率はそれぞれ、6.0〜7.0×10^-6/
℃、6.5〜7.5×10^-6/℃、8.5〜9.5×10^-6/℃（室温〜95
0℃）である。また、CuW5、CuW10、CuW20の熱伝導率は
それぞれ、180w/m・ｋ、210w/m・ｋ、246w/m・ｋであ
る。

さらに、表中の“（クラック有り）”は窒化アルミニ
ウム焼結基板内部にクラックの発生が認められたことを
示す。

なお、比較のため、緩衝材としての介在層を含まない
ものについても同様に評価した。その結果は第４表に示
される。

第１表によれば、本発明に従った緩衝材としての介在
層の厚みが100μｍ以上のものは、クラックの発生も反
りの発生も認められなかった。また、第２表によれば、
介在層の厚みが500μｍのものは、反りの発生もクラッ
クの発生も認められなかった。さらに、第３表によれ
ば、介在層の厚みが1000μｍのものは、クラックの発生
も反りの発生も認められないが、介在層の厚みが1000μ
ｍ未満のもの、および1000μｍを越えるものについて
は、クラックの発生または反りの発生が認められた。緩
衝材としての介在層を含まないものについては第４表に
示すように、用いられた窒化アルミニウム焼結基板のす
べての形状について、反りの発生またはクラックの発生
が認められた。

実施例２前述の方法によって得られたAlNのグリーンシート状
に所定のパターンにＷペーストをスクリーン印刷し、乾
燥、脱バインダ処理をした後、窒素−水素雰囲気中にお
いて、温度1850℃−５時間焼結し金属化層を有するAl焼
結体が得られた（形状は□5mm×□20mm×□50mm×1.5mm
t）。

さらに実施例１と同様にNiメッキ処理をした。一方、
厚み1.5mmtの各種組成を有する銅−モリブデン合金板が
準備され、Niメッキ処理した後、Ni、銅の緩衝材を介在
させて温度830℃水素中で銀ろう付けが行われた。この
ようして得られたサンプルは実施例１と同等の評価、検
査を試みた。

表中のCuMo10、CuMo15、CuMo20における10、15、20は
銅−モリブデン合金中の銅の含有量を示すものである。

CuMo10、CuMo15、CuMo20の熱膨脹率は6.4〜6.8×10^-6
/℃、7.0〜7.4×10^-6/℃、7.6〜8.3×10^-6/℃（室温〜9
50℃）であり、各熱伝導率は165、184、196w/mkであ
る。

［発明の効果］以上説明したように、本発明は半導体装置用部材にお
いて、絶縁部材と放熱部材との間に塑性変形能の高い軟
質金属あるいは軟質合金を緩衝材として介在させること
により、これら部材の接合の際に反りおよびクラックの
発生をみない半導体装置用部材を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】第1A、Ｂ図は、この発明に従った半導体装置用部材の製
造方法の一実施例を概略的に示す工程図である。第2A図、第2B図、第2C図はこの発明に従った半導体装置
用部材の接合構造の一実施例、たとえば、リードフレー
ムと窒化アルミニウム基板と放熱基板との接合構造を示
す平面図、断面図である。第３図はこの発明に従った半導体装置用部材を発光ダイ
オード（LED）やレーザダイオード（LD）等の半導体装
置のヒートシンク材として用いた場合の一実施例を示す
断面図である。第４図はこの発明に従った半導体装置用部材を半導体素
子を気密封止するためキャップの一部、すなわち、カバ
ー部材として用いた場合の一実施例を示す断面図であ
る。第５図は窒化アルミニウム基板に接合されれた放熱基板
に発生する反りの大きさを測定した箇所を示す側面図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三宅雅也兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者山川晃兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者湯塩泰久兵庫県伊丹市昆陽北１丁目１番１号住友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献特開昭64−86538（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子を搭載または保持するための半
導体装置用部品であって、半導体素子に対すべき主表面
を有する窒化アルミニウムからなる絶縁部材と、前記絶
縁部材に接合されるべきものであり、銅−タングステン
合金、銅−モリブデン合金、銅−モリブデン−ダングス
テン合金を主材料とする放熱部材と、前記絶縁部材と前
記放熱部材との間に介在する緩衝材と、前記絶縁部材と
前記緩衝材と前記放熱部材とを接合するろう接材とを備
え、前記緩衝材は、ろう接時の冷却過程で、前記絶縁部
材と前記放熱部材との熱膨脹の差によって発生する熱応
力を、それ自身が塑性変形することによって緩和するよ
うに、塑性変形能の高い軟質金属および軟質合金のいず
れかからなるものであることを特徴とする半導体装置用
部材。
【請求項２】前記緩衝材は、銅、銅合金、ニッケルおよ
びニッケル合金からなる群より選ばれたいずれかの材料
からなる、請求項（１）に記載の半導体装置用部材。
【請求項３】前記絶縁部材は、その上に半導体素子が載
せられるべき主表面を有する基材を含む、請求項（１）
に記載の半導体装置用部材。
【請求項４】前記絶縁部材は、半導体素子を保護するよ
うにその上方に設けられるカバー部材を含む、請求項
（１）に記載の半導体装置用部材。
【請求項５】前記絶縁部材は、焼結体を含む、請求項
（１）に記載の半導体装置用部材。
【請求項６】当該半導体装置用部材は、前記絶縁部材の
接合面に形成された金属化層をさらに備える、請求項
（１）に記載の半導体装置用部材。
【請求項７】前記金属化層は、タングステン、およびモ
リブデンのうち少なくとも１種の金属と、窒化アルミニ
ウム、酸化アルミニウム、および酸窒化アルミニウムか
らなる群より選ばれた少なくとも１種のアルミニウム化
合物と、酸化カルシウムとを含有する、請求項（６）に
記載の半導体装置用部材。
【請求項８】当該半導体装置用部材は、前記金属化層の
前記ろう接材との接合面に形成されためっき層をさらに
備える、請求項（６）に記載の半導体装置用部材。
【請求項９】当該半導体装置用部材は、前記放熱部材の
前記ろう接材との接合面に形成されためっき層をさらに
備える、請求項（８）に記載の半導体装置用部材。