JP3197617B2 - GaAs半導体素子用基板 - Google Patents
GaAs半導体素子用基板Info
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Description
基板に関するものである。
導体素子を絶縁基板上に実装することによって、パッケ
ージを製造する技術が知られている。
発生する熱によって簡単に破壊に到る性質がある。従っ
て、素子の破壊を回避するためには、放熱性に優れた基
板、即ち熱伝導率が大きな基板を選択することにより、
パッケージからの放熱を促す必要がある。
ルミナ(Al2 O3 )、ベリリア(BeO)等のセラミ
ックス製焼結体が用いられ、更に近年においては、より
熱伝導性に優れる窒化アルミニウム(AlN)焼結体等
が用いられている。
きい場合、パッケージの温度上昇によって両者の接合部
付近に熱応力が加わり、歪みが生じ易くなることが知ら
れている。その結果、素子と基板との接合状態が悪化し
たり、基板にクラックが発生するなど、パッケージの信
頼性を著しく低下させる原因となる。これは、特に素子
が大型化かつ高密度化するほど顕著になる。
膨張係数の比較的近似したAlN基板とSi製の素子と
を組み合わせることにより、熱応力の発生を未然に回避
している。因みに、AlNの熱膨張係数は4.5ppm/
℃、Siの熱膨張係数は3.8ppm/℃である。
つつある砒化ガリウム(GaAs)半導体素子を用いて
パッケージを製造する場合、以下のような不都合が生じ
る。
aAs素子をAlN基板に実装したとしても、その差が
大きいため、温度上昇時における熱応力の発生を確実に
回避することができない。従って、ヒートサイクルによ
り接合状態が悪化したり、クラックが発生して、パッケ
ージの信頼性が低下してしまう。
O3 基板を用いれば、熱膨張係数の不整合に起因する熱
応力の発生をある程度回避できるものと予想される。し
かし、Al2 O3 基板の熱伝導性はAlN基板よりも劣
るため、前者のようにパッケージから熱を効率良く放出
させることができない。従って、素子が短時間の内に熱
破壊に到る確率が高くなる。
選択したとしても、信頼性の高いパッケージを得ること
は困難であるという事情がある。また、近年においてG
aAs素子は大型化・高密度化の傾向にあり、このよう
な素子を実装し得る基板に対する要望も少なくない。
意研究を行ったところ、AlN粉末に、AlNより熱膨
張係数の大きなセラミックス酸化物の粉末と焼結助剤と
を混合して成形体とし、それを所定条件下で焼成するこ
とにより、所望の条件を満たす好適な基板が得られると
いう知見を得た。しかも、前記セラミックス酸化物とし
てMgO及びAl2 O3 を選択し、それらとAlN粉末
との成分比を所定の範囲内に設定することにより、熱膨
張係数がGaAs素子に近似していて、放熱性にも優れ
た基板が得られるという知見も同様に得た。そして、本
発明者らは上記の知見に基づいて、この発明を完成させ
た。
GaAs半導体素子用基板は、AlN粉末と、AlNよ
り熱膨張係数の大きなセラミックス酸化物の粉末と、焼
結助剤とを混合し、前記混合物を所定形状に成形した
後、その成形体を加圧下にて焼成したGaAs半導体素
子用基板において、前記セラミックス酸化物は、Al 2
O 3 ,MgOであり、AlN,MgO及びAl 2 O 3 の成
分比が、AlN−MgO−Al 2 O 3 の三成分系三角図
(図1)にてモル比で示される下記の各点A〜D、即
ち、 点A(AlN:62mol%,MgO:0mol%,Al
2 O 3 :38mol%), 点B(AlN:52mol%,MgO:0mol%,Al
2 O 3 :48mol%), 点C(AlN:65mol%,MgO:35mol%,Al 2
O 3 :0mol%), 点D(AlN:75mol%,MgO:25mol%,Al 2
O 3 :0mol%) によって囲まれた範囲(図1の斜線部分)内にあること
を特徴とする。
大きなセラミックス酸化物を用いているため、全体とし
て熱膨張係数の値を上げることができる。従って、好適
な熱伝導性を維持しつつ、熱膨張係数をGaAs半導体
素子の熱膨張係数(約6.0ppm/℃)に近似させること
ができる。尚、AlNに混合するセラミックス酸化物と
しては、焼成の前後を通じて一定の絶縁性を保つことが
できるものであれば良い。
を製造する方法について工程順に詳細に説明する。主成
分であるAlN粉末に添加される前記セラミックス酸化
物としては、MgOまたはAl2 O3 から選択される少
なくとも何れかであることが望ましい。
ックス酸化物を用いた場合よりもAlN本来の高熱伝導
性を損なう度合いが小さくて済むからである。勿論これ
らの酸化物は、それぞれ単独で用いることも複合で用い
ることもできる。
るAlN,MgO及びAl2 O3 の成分比が、図1にて
モル比で示される下記の各点A〜Dによって囲まれた範
囲内にある必要がある。
図1に示す線A−Dより上側の領域に属する場合には、
AlNの成分比が大きくなり過ぎるため、焼結体の熱膨
張係数を充分上げることができない。一方、線B−Cよ
り下側の領域に属する場合には、AlNの成分比が小さ
くなり過ぎるため、焼結体の熱膨張係数が上がり過ぎて
しまう。尚、焼結された基板の組成は、原料の組成とほ
ぼ一致する。
焼結助剤、バインダ及び溶剤等と共に混合された後、プ
レス成形法またはシート成形法等の成形法に従って所定
形状に成形される。次いで、得られた成形体には脱脂及
び仮焼成が施される。
不活性雰囲気の下、加圧下で焼成が施される。その理由
は、常圧下で焼成した場合には、焼結体に好適な物性を
付与することができないからである。この場合、焼成時
の圧力を220kg/cm2以上に設定することが良い。
℃〜1700℃であることが望ましい。この焼成温度が
1550℃未満であると、成形体を完全に焼結させるこ
とができなくなる。一方、焼成温度が1700℃を越え
ると、焼結体が焼成用の治具に付着し易くなる。
適な熱伝導性を備えかつ熱膨張係数が約6.0ppm/℃で
ある所望の焼結体が製造される。また、このような基板
には後に導体回路が形成され、その上にはGaAs半導
体素子が実装される。そして、前記素子をキャップで封
止し、かつ基板の裏面にピン立てを行うことによって、
信頼性の高い所望のパッケージが製造される。
図1に基づき詳細に説明する。本実施例1では、主成分
であるAlN粉末に、セラミックス酸化物としてのMg
Oを30重量部、焼結助剤としてのY2 O3 を5重量
部、有機バインダとしてのアクリル樹脂を10重量部、
溶剤としてのエタノールを全体の58%加えた。尚、上
述のような配合にすると、そのモル比の値は図1の点a
(領域ABCDの範囲内)に示す位置となる。
し、かつそれらを乾燥粉砕させた。その後、前記混合物
をプレス成形法に従って成形し、厚さ約10mm,50mm
×70mmのシート状の成形体とした。
850℃,10時間の脱脂を施すことにより、成形体中
の有機物を熱分解させた。更に、得られた仮焼体をホッ
トプレス装置内に配置し、窒素雰囲気下にて250kg/c
m2の面圧で加圧焼成した。また、焼成時間及び焼成温度
は、1550℃,2時間に設定した。
3 のみを用いる実施例2では、AlN粉末にAl2 O3
を65重量部添加し、かつ前記実施例1と同分量の焼結
助剤、有機バインダ及び溶剤を加えて、成形体製造用の
混合物とした。
O3 及びMgOの両方を用いる実施例3では、AlN粉
末にAl2 O3 を40重量部及びMgOを10重量部添
加し、かつ前記実施例1と同分量の焼結助剤、有機バイ
ンダ及び溶剤を加えて、成形体製造用の混合物とした。
尚、前記の配合にすると、実施例2のモル比の値は図1
の点bに示す位置となり、実施例3のモル比の値は図1
の点cに示す位置となる。また、前記点b及び点cは何
れも領域ABCDの範囲内に属している。
伝導率(W/mK)と、室温から400℃においての熱膨張係
数(ppm/℃)とを測定した。その測定結果を表1に示
す。一方、前記各実施例1〜3に対する比較として、そ
れぞれ表1に示すような配合比に設定した比較例1〜5
の基板を製造した。比較例1,3のモル比の値は、図1
に示す線A−Dより上側の領域に属している(点d,点
f)。また、比較例2,4,5のモル比の値は、図1に
示す線B−Cより下側の領域に属している(点e,点
g,点h)。これらについて前記実施例と同様の測定を
行った結果を表1に共に示す。
基板では、熱膨張係数が5.8 ppm/℃〜5.9 ppm/
℃となり、極めてGaAa素子の熱膨張係数に近似した
値となった。尚かつ、その熱伝導率は50W/mK〜60W/
mKとなり、比較的好適であった。
も好適な熱伝導率を備えているものの、熱膨張係数が
6.0 ppm/℃よりも小さ過ぎて好適ではなかった。ま
た、比較例2,4,5では、熱膨張係数が6.0 ppm/
℃よりも大きくなり過ぎるばかりでなく、熱伝導率も低
くなり、余り好適ではなかった。
の基板は比較例の基板よりも優れた特性を備えており、
これらのような基板を選択すれば信頼性の高いパッケー
ジを製造できることが示唆された。そこで、各実施例1
〜3の基板に従来公知の方法に準じて導体回路を形成し
た後、3mm角のGaAs半導体素子を実装し、更にキャ
ップによる封止及びピン立てを行った。
試験を行った結果、素子と基板との接合部付近に接合状
態の悪化は認められず、また基板に反りやクラックも認
められなかった。また、このパッケージでは、素子の寿
命も短くなることはなかった。よって、前記パッケージ
は極めて信頼性に優れるものであるという結論に達す
る。
6mm角)で高密度のGaAs素子を実装して同様の試験
を行ったところ、同じく好適な結果を得ることが可能で
あった。よって、従来とは異なり、直接基板に大型素子
を実装する代わりに、その素子をキャップ側に接着する
というような、面倒な手順を踏んでパッケージを製造す
ることも不要になった。このように、本発明では、近年
において大型化・高密度化の傾向にあるGaAs素子を
直接基板に実装し得るという利点がある。
半導体素子用基板によれば、好適な熱伝導性を維持しつ
つ、熱膨張係数をGaAs半導体素子の熱膨張係数に近
似させることができる。よって、この基板との組合せに
よれば、信頼性の高いパッケージ等を製造することがで
きるという優れた効果を奏する。
l2 O3 の好適成分範囲を示す三成分系三角図である。
Claims (2)
- 【請求項1】AlN粉末と、AlNより熱膨張係数の大
きなセラミックス酸化物の粉末と、焼結助剤とを混合
し、前記混合物を所定形状に成形した後、その成形体を
加圧下にて焼成したGaAs半導体素子用基板におい
て、 前記セラミックス酸化物は、Al 2 O 3 ,MgOであり、 AlN,MgO及びAl 2 O 3 の成分比が、AlN−Mg
O−Al 2 O 3 の三成分系三角図にてモル比で示される下
記の各点A〜Dによって囲まれた範囲内にあることを特
徴とするGaAs半導体素子用基板: 点A(AlN:62mol%,MgO:0mol%,Al
2 O 3 :38mol%), 点B(AlN:52mol%,MgO:0mol%,Al
2 O 3 :48mol%), 点C(AlN:65mol%,MgO:35mol%,Al 2
O 3 :0mol%), 点D(AlN:75mol%,MgO:25mol%,Al 2
O 3 :0mol%)。 - 【請求項2】前記焼成を行う際の温度は1550℃〜1
700℃であることを特徴とする請求項1に記載のGa
As半導体素子用基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18840392A JP3197617B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | GaAs半導体素子用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18840392A JP3197617B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | GaAs半導体素子用基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0637207A JPH0637207A (ja) | 1994-02-10 |
JP3197617B2 true JP3197617B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=16223040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18840392A Expired - Lifetime JP3197617B2 (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | GaAs半導体素子用基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3197617B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012056808A1 (ja) * | 2010-10-25 | 2012-05-03 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、半導体製造装置用部材、スパッタリングターゲット部材及びセラミックス材料の製造方法 |
WO2012056807A1 (ja) | 2010-10-25 | 2012-05-03 | 日本碍子株式会社 | セラミックス材料、積層体、半導体製造装置用部材及びスパッタリングターゲット部材 |
-
1992
- 1992-07-15 JP JP18840392A patent/JP3197617B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH0637207A (ja) | 1994-02-10 |
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