JP2984116B2 - 半導体素子搭載基板 - Google Patents
半導体素子搭載基板Info
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- JP2984116B2 JP2984116B2 JP3311597A JP31159791A JP2984116B2 JP 2984116 B2 JP2984116 B2 JP 2984116B2 JP 3311597 A JP3311597 A JP 3311597A JP 31159791 A JP31159791 A JP 31159791A JP 2984116 B2 JP2984116 B2 JP 2984116B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor element
- substrate
- insulating layer
- layer
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高密度集積回路，
パワートランジスタ等のように発熱量が大きな半導体素
子を搭載する半導体基板に関する。
パワートランジスタ等のように発熱量が大きな半導体素
子を搭載する半導体基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を搭載する基板として、強
度，絶縁性，安定性等の要求特性を満足するアルミナを
主成分とするセラミックが従来から使用されている。ア
ルミナ質の半導体素子搭載基板には、たとえば焼結済み
の基板上にスクリーン印刷で導体層及び絶縁層を交互に
印刷・焼成する厚膜法や、セラミック粉末を有機バイン
ダーで固めたグリーンシートに導体パターンを印刷し、
グリーンシート及び導体パターンを同時に焼成する湿式
法等で、所定の配線が形成される。
度，絶縁性，安定性等の要求特性を満足するアルミナを
主成分とするセラミックが従来から使用されている。ア
ルミナ質の半導体素子搭載基板には、たとえば焼結済み
の基板上にスクリーン印刷で導体層及び絶縁層を交互に
印刷・焼成する厚膜法や、セラミック粉末を有機バイン
ダーで固めたグリーンシートに導体パターンを印刷し、
グリーンシート及び導体パターンを同時に焼成する湿式
法等で、所定の配線が形成される。
【０００３】基板に搭載される半導体素子は、集積度が
大幅に大きくなる傾向にあり、これに伴って単位面積当
りの発熱量も増大する。この点、アルミナは、２０Ｗ／
ｍＫ程度の熱伝導率を示すに止まり、半導体素子に発生
した熱を効率よく外部に放散することができない。その
結果、半導体素子が蓄熱によって高温になり、誤動作や
破損等のトラブルが発生する。
大幅に大きくなる傾向にあり、これに伴って単位面積当
りの発熱量も増大する。この点、アルミナは、２０Ｗ／
ｍＫ程度の熱伝導率を示すに止まり、半導体素子に発生
した熱を効率よく外部に放散することができない。その
結果、半導体素子が蓄熱によって高温になり、誤動作や
破損等のトラブルが発生する。
【０００４】しかも、アルミナは、半導体素子の主体で
あるＳｉに比較して大きな熱膨張係数をもつため、昇温
及び降温の繰り返しによって半導体素子と基板との間の
接続が機械的及び電気的に破壊され易い。また、半導体
素子に加わる熱応力が大きくなると、機械的に脆い素子
自体が破壊される虞れもある。
あるＳｉに比較して大きな熱膨張係数をもつため、昇温
及び降温の繰り返しによって半導体素子と基板との間の
接続が機械的及び電気的に破壊され易い。また、半導体
素子に加わる熱応力が大きくなると、機械的に脆い素子
自体が破壊される虞れもある。
【０００５】そこで、アルミナ基板以上の特性を備えた
ものとして、結晶化ガラス，ベリリア，炭化ケイ素系セ
ラミック，ＢａＳｎ（ＢＯ3)2 等の材質を使用すること
が検討されている。また、セラミックを焼結する際に、
金属製の放熱フィンをセラミック粉末中に埋め込み、放
熱フィンが一体化された基板を製造することも行われて
いる。（材料フォーラム第１０号第２１〜２４頁参照）
ものとして、結晶化ガラス，ベリリア，炭化ケイ素系セ
ラミック，ＢａＳｎ（ＢＯ3)2 等の材質を使用すること
が検討されている。また、セラミックを焼結する際に、
金属製の放熱フィンをセラミック粉末中に埋め込み、放
熱フィンが一体化された基板を製造することも行われて
いる。（材料フォーラム第１０号第２１〜２４頁参照）
【０００６】他方、Ｓｉに熱膨張係数が近似し、熱伝導
性が良好なＮｉ−Ｆｅ合金，Ｗ−Ｃｕ合金，Ｍｏ−Ｃｕ
合金等の金属基板を使用することも知られている。たと
えば、特開昭５９−１４１２４８号公報では、Ｗ，モリ
ブデン等の粉末にＦｅ族元素を添加した混合粉末を焼結
して多孔質焼結体を製造した後、Ｃｕの含浸により焼結
体の密度、ひいては熱伝導率を向上させた半導体素子搭
載基板が紹介されている。
性が良好なＮｉ−Ｆｅ合金，Ｗ−Ｃｕ合金，Ｍｏ−Ｃｕ
合金等の金属基板を使用することも知られている。たと
えば、特開昭５９−１４１２４８号公報では、Ｗ，モリ
ブデン等の粉末にＦｅ族元素を添加した混合粉末を焼結
して多孔質焼結体を製造した後、Ｃｕの含浸により焼結
体の密度、ひいては熱伝導率を向上させた半導体素子搭
載基板が紹介されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】金属基板材料は、セラ
ミックに比較して熱伝導性が優れているものの、導電性
を呈する。そのため、基板表面に半導体素子から外部端
子に至る配線を形成するとき、先ず全面を絶縁層でコー
ティングした後、所定のパターンをもった導体層を設け
ることが必要となる。そこで、金属基板の表面にセラミ
ック粉末を塗布し、焼き付けることによって、絶縁層を
形成している。また、アルミナを蒸着させることによっ
て絶縁層を形成する方法も、一部で試みられている。
ミックに比較して熱伝導性が優れているものの、導電性
を呈する。そのため、基板表面に半導体素子から外部端
子に至る配線を形成するとき、先ず全面を絶縁層でコー
ティングした後、所定のパターンをもった導体層を設け
ることが必要となる。そこで、金属基板の表面にセラミ
ック粉末を塗布し、焼き付けることによって、絶縁層を
形成している。また、アルミナを蒸着させることによっ
て絶縁層を形成する方法も、一部で試みられている。
【０００８】絶縁層としては、基板に強固に付着してい
ること及び均一な層厚をもっていることが要求される。
また、装置の小型化に応じて、可能な限り絶縁層の厚み
を薄くすることが必要とされる。
ること及び均一な層厚をもっていることが要求される。
また、装置の小型化に応じて、可能な限り絶縁層の厚み
を薄くすることが必要とされる。
【０００９】ところが、金属基板の表面状態によって
は、密着性に欠けたり、層厚が不足する場合が生じる。
これら欠陥は、特に薄い絶縁層を形成しようとするとき
に顕著なものとなり、ピンホール等として現れる。ま
た、蒸着により形成された絶縁層は、比較的多孔質であ
り、絶縁層の上に形成される導体層が下地基板に導通す
る虞れがある。その結果、絶縁破壊が発生し、半導体装
置の故障や誤動作の原因となる。
は、密着性に欠けたり、層厚が不足する場合が生じる。
これら欠陥は、特に薄い絶縁層を形成しようとするとき
に顕著なものとなり、ピンホール等として現れる。ま
た、蒸着により形成された絶縁層は、比較的多孔質であ
り、絶縁層の上に形成される導体層が下地基板に導通す
る虞れがある。その結果、絶縁破壊が発生し、半導体装
置の故障や誤動作の原因となる。
【００１０】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、Ａｌ表面に形成される酸化皮膜を
絶縁層の下地として使用することにより、絶縁層を形成
するセラミックと基体との親和性を向上させ、薄くても
層厚均一性及び密着性に優れた絶縁層を形成することが
できる半導体素子搭載基板を提供することを目的とす
る。
出されたものであり、Ａｌ表面に形成される酸化皮膜を
絶縁層の下地として使用することにより、絶縁層を形成
するセラミックと基体との親和性を向上させ、薄くても
層厚均一性及び密着性に優れた絶縁層を形成することが
できる半導体素子搭載基板を提供することを目的とす
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子搭載
基板は、熱膨張係数が半導体素子に近似した金属基板
と、該金属基板の表面に形成された電気Ａｌめっき層
と、該電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって表
層部に形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上に
セラミック絶縁層が形成されることを特徴とする。
基板は、熱膨張係数が半導体素子に近似した金属基板
と、該金属基板の表面に形成された電気Ａｌめっき層
と、該電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって表
層部に形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上に
セラミック絶縁層が形成されることを特徴とする。
【００１２】基体としては、搭載する半導体素子に熱膨
張係数が近似しているＦｅ−４２％Ｎｉ合金，Ｗ−Ｃｕ
焼結体，Ｗ−Ａｇ焼結体，Ｍｏ−Ｃｕ焼結体，Ｍｏ−Ａ
ｇ焼結体等の金属基板が使用される。特に、Ｗ或いはＭ
ｏ系の焼結体にあっては、Ｃｕ，Ａｇ等の含有量を調節
することによって熱伝導率や熱膨張係数を制御できる利
点を備えている。
張係数が近似しているＦｅ−４２％Ｎｉ合金，Ｗ−Ｃｕ
焼結体，Ｗ−Ａｇ焼結体，Ｍｏ−Ｃｕ焼結体，Ｍｏ−Ａ
ｇ焼結体等の金属基板が使用される。特に、Ｗ或いはＭ
ｏ系の焼結体にあっては、Ｃｕ，Ａｇ等の含有量を調節
することによって熱伝導率や熱膨張係数を制御できる利
点を備えている。
【００１３】金属基板の表面に電気Ａｌめっき層は、好
ましくは非水系のめっき浴中で金属基板を電気めっきす
ることにより、４〜２０μｍの層厚で金属基板の表面に
形成される。たとえば、本出願人が特開昭６２−７０５
９２号公報，特開平１−２７２７９０号公報等で紹介し
ているめっき法を始めとして各種の方法が採用される。
ましくは非水系のめっき浴中で金属基板を電気めっきす
ることにより、４〜２０μｍの層厚で金属基板の表面に
形成される。たとえば、本出願人が特開昭６２−７０５
９２号公報，特開平１−２７２７９０号公報等で紹介し
ているめっき法を始めとして各種の方法が採用される。
【００１４】
【作用】電気Ａｌめっき層は、金属基板の表面に緻密に
形成され、金属基板に対する密着性も良好である。ま
た、めっき時間やめっき液の調整等により層厚を調整す
ることができ、均質な層厚で金属基板の表面に形成され
る。この電気Ａｌめっき層を陽極処理するとき、絶縁層
を構成するセラミックとの親和性の大きな陽極酸化皮膜
が形成される。したがって、陽極処理された電気Ａｌめ
っき層を下地としてセラミック粉末を塗布して焼き付け
ると、基体に対して密着性が優れ、ピンホール等の欠陥
がない絶縁層が形成される。そして、薄い絶縁層の形成
が可能となるため、半導体素子から基体への熱放散特性
が改善され、半導体素子が高温になることが防止され
る。
形成され、金属基板に対する密着性も良好である。ま
た、めっき時間やめっき液の調整等により層厚を調整す
ることができ、均質な層厚で金属基板の表面に形成され
る。この電気Ａｌめっき層を陽極処理するとき、絶縁層
を構成するセラミックとの親和性の大きな陽極酸化皮膜
が形成される。したがって、陽極処理された電気Ａｌめ
っき層を下地としてセラミック粉末を塗布して焼き付け
ると、基体に対して密着性が優れ、ピンホール等の欠陥
がない絶縁層が形成される。そして、薄い絶縁層の形成
が可能となるため、半導体素子から基体への熱放散特性
が改善され、半導体素子が高温になることが防止され
る。
【００１５】
【実施例】金属基板として、Ｗ焼結体に１０重量％のＣ
ｕを含浸させたものを使用した。この金属基板は、熱膨
張係数が５．９×１０-6／℃，熱伝導率が０．５２Ｃａ
ｌ／ｃｍ・秒・℃であった。金属基板をブラスト処理
し、その表面を活性化させた後、次の条件下で電気めっ
きを施した。
ｕを含浸させたものを使用した。この金属基板は、熱膨
張係数が５．９×１０-6／℃，熱伝導率が０．５２Ｃａ
ｌ／ｃｍ・秒・℃であった。金属基板をブラスト処理
し、その表面を活性化させた後、次の条件下で電気めっ
きを施した。
【００１６】電気アルミニウムめっきの条件 めっき浴の組成：ＡｌＣｌ3 ９０６ｇ／ｌ １−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロリド ４８４ｇ／ｌ フェナントロリン １．８ｇ／ｌ めっき浴の温度：６０℃ 電流密度 ：３Ａ／ｄｍ2
【００１７】電気めっきを２０分間継続したところ、平
均厚みが１０μｍのＡｌめっき層がフレーム基体の露出
表面に形成された。形成された電気Ａｌめっき層は、フ
レーム基体に対する密着性に優れ、均一な膜厚で緻密な
組織をもっていた。
均厚みが１０μｍのＡｌめっき層がフレーム基体の露出
表面に形成された。形成された電気Ａｌめっき層は、フ
レーム基体に対する密着性に優れ、均一な膜厚で緻密な
組織をもっていた。
【００１８】電気Ａｌめっき層が形成された金属基板を
陽極として電解浴に浸漬し、次の条件で陽極処理した。 陽極処理の条件 電解浴の組成：蓚酸 ３０ｇ／ｌ 電解浴の温度：１５℃ 電流密度 ：１Ａ／ｄｍ2
陽極として電解浴に浸漬し、次の条件で陽極処理した。 陽極処理の条件 電解浴の組成：蓚酸 ３０ｇ／ｌ 電解浴の温度：１５℃ 電流密度 ：１Ａ／ｄｍ2
【００１９】陽極処理を６０分間継続したところ、電気
Ａｌめっき層の表面部に均質な陽極酸化皮膜が形成され
た。この陽極酸化皮膜は、平均膜厚が１０μｍであっ
た。
Ａｌめっき層の表面部に均質な陽極酸化皮膜が形成され
た。この陽極酸化皮膜は、平均膜厚が１０μｍであっ
た。
【００２０】次いで、陽極処理された電気Ａｌめっき層
の表面に、各種セラミック粉末を５０ｇ／ｍ2 の割合で
散布し焼き付けた。そして、形成されたセラミック絶縁
層を０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 の力でブラッシングし、下地
の陽極酸化皮膜が露出するまでの回数をカウントするこ
とにより、絶縁層の密着性を評価した。測定結果を、表
１に示す。なお、表１には、電気Ａｌめっき層を形成し
ていない無垢の金属基体及び陽極酸化処理を施さない電
気Ａｌめっき層にセラミック粉末を塗布して絶縁層を形
成した場合を、それぞれ比較例１及び２として掲げてい
る。
の表面に、各種セラミック粉末を５０ｇ／ｍ2 の割合で
散布し焼き付けた。そして、形成されたセラミック絶縁
層を０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 の力でブラッシングし、下地
の陽極酸化皮膜が露出するまでの回数をカウントするこ
とにより、絶縁層の密着性を評価した。測定結果を、表
１に示す。なお、表１には、電気Ａｌめっき層を形成し
ていない無垢の金属基体及び陽極酸化処理を施さない電
気Ａｌめっき層にセラミック粉末を塗布して絶縁層を形
成した場合を、それぞれ比較例１及び２として掲げてい
る。
【００２１】
【００２２】表１から明らかなように、陽極処理された
電気Ａｌめっき層を介して設けられた絶縁層は、金属基
体に対して優れた密着性を呈していることが判る。この
密着性の改善は、陽極酸化皮膜とセラミックとの親和性
が良好なこと、及び陽極酸化皮膜が比較的多孔質であり
セラミック絶縁層に対するアンカー作用を呈しているこ
とに起因するものと推察される。また、陽極酸化皮膜自
体が一種の絶縁層であるため、セラミック絶縁層をその
分だけ薄くしても、絶縁破壊を生じることがなく、搭載
される半導体素子から基板への放熱路が確保される。
電気Ａｌめっき層を介して設けられた絶縁層は、金属基
体に対して優れた密着性を呈していることが判る。この
密着性の改善は、陽極酸化皮膜とセラミックとの親和性
が良好なこと、及び陽極酸化皮膜が比較的多孔質であり
セラミック絶縁層に対するアンカー作用を呈しているこ
とに起因するものと推察される。また、陽極酸化皮膜自
体が一種の絶縁層であるため、セラミック絶縁層をその
分だけ薄くしても、絶縁破壊を生じることがなく、搭載
される半導体素子から基板への放熱路が確保される。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
素子搭載基板にあっては、放熱特性の良好な金属基板を
使用し、この基板の上に電気Ａｌめっき層を設け、陽極
処理してセラミック絶縁層の下地としているので、ピン
ホール等の欠陥がないセラミック絶縁層を優れた密着性
で形成することができる。また、陽極酸化皮膜自体も絶
縁層として働くため、セラミック絶縁層を薄くすること
ができ、半導体素子から基板への放熱特性を一層向上さ
せることが可能となる。
素子搭載基板にあっては、放熱特性の良好な金属基板を
使用し、この基板の上に電気Ａｌめっき層を設け、陽極
処理してセラミック絶縁層の下地としているので、ピン
ホール等の欠陥がないセラミック絶縁層を優れた密着性
で形成することができる。また、陽極酸化皮膜自体も絶
縁層として働くため、セラミック絶縁層を薄くすること
ができ、半導体素子から基板への放熱特性を一層向上さ
せることが可能となる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 23/14 H01L 23/36 C25D 11/00
Claims (1)
- 【請求項１】 熱膨張係数が半導体素子に近似した金属
基板と、該金属基板の表面に形成された電気Ａｌめっき
層と、該電気Ａｌめっき層を陽極処理することによって
表層部に形成された酸化皮膜とを備え、該酸化皮膜の上
にセラミック絶縁層が形成されていることを特徴とする
半導体素子搭載基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311597A JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311597A JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129467A JPH05129467A (ja) | 1993-05-25 |
| JP2984116B2 true JP2984116B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=18019163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3311597A Expired - Lifetime JP2984116B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 半導体素子搭載基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2984116B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3814924B2 (ja) * | 1997-04-03 | 2006-08-30 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置用基板 |
| WO2014158767A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-10-02 | Applied Materials, Inc. | High purity aluminum top coat on substrate |
| US9624593B2 (en) * | 2013-08-29 | 2017-04-18 | Applied Materials, Inc. | Anodization architecture for electro-plate adhesion |
| US9663870B2 (en) | 2013-11-13 | 2017-05-30 | Applied Materials, Inc. | High purity metallic top coat for semiconductor manufacturing components |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP3311597A patent/JP2984116B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05129467A (ja) | 1993-05-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990914 |