JP2900711B2 - 半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法 - Google Patents
半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法Info
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Description
板、半導体パッケージ材料等に使用される低温焼結型磁
器の製造方法に関する。
高密度化、高速化、高出力化に伴い、LSIから発生す
る熱量はますます増加している。また、基板内部での信
号伝播の遅延も問題となっている。現在、アルミナ焼結
体、窒化アルミニウム焼結体、低温焼成ガラス含有アル
ミナ磁器等が絶縁基板、多層配線基板、半導体パッケー
ジ等の材料に使用されている。アルミナ基板は、熱伝導
率は20W/mKと比較的大きいが、比誘電率が10前
後と比較的大きいという欠点を有する。また、焼成温度
が1500℃前後と高いため、同時焼成により配線基板
を作製する場合には、W,Mo等の高価で電気抵抗のや
や大きい導体を使用しなければならないという欠点と焼
成コストが高くなるという欠点を有する。窒化アルミニ
ウム基板は、熱伝導率が100〜260W/mKと極め
て大きいが、焼成温度が1700〜2000℃程度と高
いため、アルミナ基板と同様にW,Mo等の導体材料を
使用しなければならず、焼成コストもアルミナ以上に高
くなるという欠点を有する。低温焼成ガラス含有のアル
ミナ磁器基板は、850℃〜1100℃程度の低温で焼
成できるため、Ag,Au等の電気抵抗の低い導体、さ
らにはAg−Pd,Cu等の安価で低電気抵抗の導体も
同時焼成により形成できる。また、誘電率も低く、焼成
コストも安いという長所を有する。しかし、熱伝導率は
1.5〜3.5W/mK程度と小さい欠点がある。ま
た、近年窒化アルミニウム20〜80重量%とガラス2
0〜80%から成る絶縁材料と、銅の導体材料の組合わ
せによる多層セラミックス基板が特開昭63−3071
82号公報「セラミックス回路基板」に報告されている
が、熱伝導率は3.0W/mKと十分なものではない。
以上述べたように、絶縁基板,多層配線基板,半導体パ
ッケージ用の材料系では、低温焼結化,低温誘電率化,
高熱伝導率化のすべてを満足することは不可能であっ
た。
除去して、低誘電率かつ高熱伝導率を有し、低温焼成可
能な半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法を提供
することにある。
ウム焼結体の粉砕粒子よりなる結晶粒子とガラスを原料
として用いることを特徴とする半導体実装用低温焼結型
磁器の製造方法である。
いては、結晶の熱伝導率が高いほど、この低温焼結型磁
器の熱伝導率は高くなる。本発明においては、熱伝導率
の低い窒化アルミニウム粉末ではなく、高熱伝導率化し
た窒化アルミニウム焼結体の粉砕粒子を使用しているた
めに、結果として熱伝導率の高い低温焼結型磁器を作製
することができる。一方、この低温焼結型磁器において
は、結晶の体積比率が大きいほど、熱伝導率は大きくな
る。窒化アルミニウム焼結体中の粒子は、図1に示す正
六八面体に類似した形状を有し、粒子が密に詰まった状
態となっている。窒化アルミニウム焼結体は、粒界破壊
するため、粉砕粒子も正六八面体類似の構造を有してい
る。均一な粒子径からなる球状の窒化アルミニウム粒子
では最密に詰まった場合でも磁器中において74体積%
の空間占有率しかとりえないのに対して、窒化アルミニ
ウム焼結体の粉砕粒子では、磁器中において74体積%
以上の空間の占有が可能となる。したがって、焼結体の
粉砕粒子を使用することにより、窒化アルミニウム結晶
の体積比率も向上させることができ、高熱伝導率の低温
焼結型磁器の作製が可能となった。このように窒化アル
ミニウム焼結体の粉砕粒子が磁器中において50体積%
を超えるような場合、窒化アルミニウムのガラスに対す
る濡れ性を向上させるために、あらかじめ熱酸化等によ
り粉砕粒子表面に酸化層を形成しておくことが、さらに
有効である。
誘電率が小さいために誘電率の小さいガラスと組み合わ
せることにより、信号伝播の高速化に必要な低誘電率化
も同時に達成している。さらには、一般に、窒化アルミ
ニウムおよび窒化アルミニウムを含有する複合材料にお
いては空気中での焼成は、窒化アルミニウムが分解して
しまうため主に不活性ガス中での脱脂および焼成が行わ
れている。本発明においては、空気中においても120
0℃程度まで安定な窒化アルミニウム焼結体粉砕粒子を
使用しているため、空気中での脱脂および焼成が可能と
なっている。このことにより、焼成温度の低減と共に、
焼成コストの低減および焼成の簡便化を達成している。
砕する窒化アルミニウム焼結体は固溶酸素が十分に除去
されており、高熱伝導率化されたものが望ましい。粉砕
に際しては、不純物が混入しないように注意することが
必要である。粉砕粒子の粒径は3〜60μm程度が良
く、種々の粒径の粒子が混在していても良い。平均粒径
は、10〜40μm程度が望ましい。ガラスは、ホウケ
イ酸系ガラスが望ましいが、これに限定されるものでは
ない。ガラスの粒径は1〜20μm程度が良く、平均粒
径3μm程度が望ましい。焼結は空気中あるいは窒素中
で行うことが望ましいが、他の雰囲気として水蒸気ガ
ス,アルゴンガス,ヘリウムガス,一酸化炭素ガス,水
素ガス,アンモニアガス等あるいはこれらの混合ガスま
たは真空中等も使用される。焼成温度は800〜160
0℃が良く、特に900〜1100℃が好ましい。
ムを使用し、窒素気流中、1900℃で5時間焼成して
製造した熱伝導率200W/mKのものを使用した。こ
の焼結体を粉砕し、平均粒径10μmとした。この粉砕
粒子とホウケイ酸ガラスを60:40の重量比で混合し
た。用いたガラスの組成は、表1に示した。次にバイン
ダを加えシート成形し、成形体を空気中で加熱し、バイ
ンダを除去した。その後、この成形体を空気中、900
℃で10分間焼成して焼成体を得た。得られた焼成体は
緻密で体積抵抗率1013Ω・cm以上の高絶縁性を示し
た。この焼成体についてアルキメデス法による密度の測
定、周波数1MHzにおける比誘電率の測定およびレー
ザーフラッシュ法による熱伝導率の測定を行い、その結
果を表2に示した。
後、900℃で10分間焼成し、窒化アルミニウムとガ
ラスよりなる焼結体を得た。それぞれについての窒化ア
ルミニウム焼結体粉砕粒子とガラスの重量比と共に、密
度,比誘電率および熱伝導率の結果を表2に示した。
した熱伝導率200W/mKの窒化アルミニウム焼結体
を粉砕し、平均粒径10μmとした。この粉砕粒子を空
気中、1000℃で熱処理した後、実施例1と同様にホ
ウケイ酸ガラスと60:40の重量比で混合した。次に
バインダを加えシート成形し、成形体を空気中で加熱し
バインダを除去した。その後、この成形体を空気中、9
00℃で10分間焼成して焼成体を得た。得られた焼成
体は緻密で体積抵抗率1013Ω・cm以上の高絶縁性を
示した。この焼成体についてアルキメデス法による密度
の測定、周波数1MHzにおける比誘電率の測定および
レーザーフラッシュ法による熱伝導率の測定を行い、そ
の結果を表3に示した。
気中、1000℃で熱処理した後、ホウケイ酸ガラスと
表3に記載した重量比で混合し、バインダを除去した
後、900℃で10分間焼成して焼成体を得た。それぞ
れについての窒化アルミニウム焼結体粉砕粒子とガラス
の重量比と共に、密度、比誘電率および熱伝導率の結果
を表3に示した。
施例1で用いたものと同様のホウケイ酸ガラス40重量
%を混合し、バインダを除去した後、900℃で10分
間焼成し、焼成体を作製した。得られた焼成体は、あま
り緻密化していなかった。また、比誘電率は低い値を示
したが、熱伝導率は十分な値ではなかった。これらの結
果を表4に示した。また、この焼成体の機械的強度は小
さいことが推定される。
とホウケイ酸ガラスを表4に記載した重量比で混合し、
バインダを除去した後、900℃で10分間焼成し、焼
成体を作製した。いずれも比較例1と同様に、緻密化、
熱伝導率ともに十分なものではなかった。窒化アルミニ
ウム粉末とホウケイ酸ガラスの重量比と共に、これらの
結果を表4に示した。
通常のセラミック粉末よりも熱伝導率、空間占有率、比
誘電率および耐熱性に優れた窒化アルミニウム焼結体粉
砕粒子を低温焼結型磁器の出発原料として用いることに
より、低誘電率かつ高熱伝導率を有し、低温焼成可能な
半導体装置実装用低温焼結型磁器を製造することができ
る。この製造方法による半導体装置実装用低温焼結型磁
器は、絶縁基板、ヒートシンクおよび半導体パッケージ
材料等として有用であり、その工業的価値は極めて高
い。
砕粒子の形状に類似する正六八面体の形状を示す図であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 窒化アルミニウム焼結体の粉砕粒子より
なる結晶粒子とガラスを原料として用いることを特徴と
する半導体実装用低温焼結型磁器の製造方法。 - 【請求項2】 窒化アルミニウム焼結体粉砕粒子が表面
酸化層を有するものである請求項1記載の半導体実装用
低温焼結型磁器の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP4191398A JP2900711B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4191398A JP2900711B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0616477A JPH0616477A (ja) | 1994-01-25 |
JP2900711B2 true JP2900711B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=16273942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4191398A Expired - Lifetime JP2900711B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 半導体装置実装用低温焼結型磁器の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
1992
- 1992-06-26 JP JP4191398A patent/JP2900711B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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