JPH02100346A - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JPH02100346A JPH02100346A JP25294488A JP25294488A JPH02100346A JP H02100346 A JPH02100346 A JP H02100346A JP 25294488 A JP25294488 A JP 25294488A JP 25294488 A JP25294488 A JP 25294488A JP H02100346 A JPH02100346 A JP H02100346A
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Landscapes
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- Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、半導体装置の高集積化および大電力化に十
分対応することができる半導体装置用基板に関するもの
である。
分対応することができる半導体装置用基板に関するもの
である。
従来、一般に、半導体装置用基板としては、例えば第２
図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム（
Ａｇ２Ｏ３）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に
、Ｃｕ薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例え
ば前記Ｃｕ薄板材の接合面に酸化銅（ Ｃ ｕ ２ ０
）を形成しておき、前記へ１２０３製絶縁板材と重ね
合わせた状態で、１０６５〜１０８５℃に加熱して接合
面に前記Ｃ ｕ ２ ０とＣｕとの間で液相を発生させ
て結合する方法であり、また前記Ｃｕ薄板材のうち、Ａ
ρ２０３製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体とな
り、同下面側がはんだ付は用となるものであり、この状
態で、通常Ｐｂ−Ｓｎ合金からなるはんだ材（像点：４
５０℃以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Ｃｕからな
るヒートシンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつこと
が知られている。
図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム（
Ａｇ２Ｏ３）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に
、Ｃｕ薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例え
ば前記Ｃｕ薄板材の接合面に酸化銅（ Ｃ ｕ ２ ０
）を形成しておき、前記へ１２０３製絶縁板材と重ね
合わせた状態で、１０６５〜１０８５℃に加熱して接合
面に前記Ｃ ｕ ２ ０とＣｕとの間で液相を発生させ
て結合する方法であり、また前記Ｃｕ薄板材のうち、Ａ
ρ２０３製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体とな
り、同下面側がはんだ付は用となるものであり、この状
態で、通常Ｐｂ−Ｓｎ合金からなるはんだ材（像点：４
５０℃以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Ｃｕからな
るヒートシンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつこと
が知られている。
しかし、近年の半導体装置の高集積化および大電力化に
よって半導体装置に発生する熱量が増大するようになり
、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り返
しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷にな
る傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基板
では、このような苛酷な温度サイクルにさらされると、
例えば純度：９Ｂ％のＡ ｆｌ ２０ ａ焼結体の熱膨
張係数が６Ｘ１０ ／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２Ｘ
１０−６／’Ｃであるように、Ａｇ２Ｏ３製絶縁板材
Ｃ′とＣｕ薄板材Ｂ′との間に存在する大きな熱膨張差
によって、延性のないＡｊ！２０３製絶縁板材には割れ
が発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′には、熱
疲労が発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じる
ようになり、この状態になると半導体装置内に発生した
熱のヒートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行ｔ゛う
ことかできなくなるという問題が発生し、かかる点で半
導体装置の高集積化および大電力化に十分対応すζこと
ができないのが現状である。
よって半導体装置に発生する熱量が増大するようになり
、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り返
しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷にな
る傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基板
では、このような苛酷な温度サイクルにさらされると、
例えば純度：９Ｂ％のＡ ｆｌ ２０ ａ焼結体の熱膨
張係数が６Ｘ１０ ／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２Ｘ
１０−６／’Ｃであるように、Ａｇ２Ｏ３製絶縁板材
Ｃ′とＣｕ薄板材Ｂ′との間に存在する大きな熱膨張差
によって、延性のないＡｊ！２０３製絶縁板材には割れ
が発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′には、熱
疲労が発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じる
ようになり、この状態になると半導体装置内に発生した
熱のヒートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行ｔ゛う
ことかできなくなるという問題が発生し、かかる点で半
導体装置の高集積化および大電力化に十分対応すζこと
ができないのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、半導体
装置の高集積化および大電力化に対応することができる
半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、半
導体装置用基板を、第１図に概略説明図で示されるよう
に、結合材としてシリケート系ガラスまたはりん酸系ガ
ラスなどの酸化物系ガラスを用い、この酸化物系ガラス
層Ｅを介して、いずれもＣｕまたはＣｕ合金からなる回
路形成用薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとを接合した構
造をもつものとすると、前記薄板材Ｂとヒートシンク板
材Ａとは上・２酸化物系ガラス層によって強固に接合さ
れ、さらに前記酸化物系ガラス層Ｅは、高い絶縁抵抗を
もつので、基板に要求される特性をすべて具備したもの
になると共に、前記薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａ
を構成するＣｕおよびＣｕ合金と近似する１０〜ＩＧＸ
１０’／”Ｃの熱膨張係数（ちなみにＣｕの熱膨張係
数は上記の通り１７．２Ｘ １０’／”Ｃ１また例えば
Ｃｕ−１０％Ｗ合金のそれは１５．２Ｘ ！０−’／”
Ｃ）をもつことから、基板が苛酷な温度サイクルにさら
されても上記薄板材Ｂ１酸化物系ガラス層Ｅ１およびヒ
ートシンク板材Ａ間に熱疲労が原因の剥離や割れの発生
がなく、すぐれた熱の拡散性と放熱性を発揮するように
なるという知見を得たのである。
装置の高集積化および大電力化に対応することができる
半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、半
導体装置用基板を、第１図に概略説明図で示されるよう
に、結合材としてシリケート系ガラスまたはりん酸系ガ
ラスなどの酸化物系ガラスを用い、この酸化物系ガラス
層Ｅを介して、いずれもＣｕまたはＣｕ合金からなる回
路形成用薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとを接合した構
造をもつものとすると、前記薄板材Ｂとヒートシンク板
材Ａとは上・２酸化物系ガラス層によって強固に接合さ
れ、さらに前記酸化物系ガラス層Ｅは、高い絶縁抵抗を
もつので、基板に要求される特性をすべて具備したもの
になると共に、前記薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａ
を構成するＣｕおよびＣｕ合金と近似する１０〜ＩＧＸ
１０’／”Ｃの熱膨張係数（ちなみにＣｕの熱膨張係
数は上記の通り１７．２Ｘ １０’／”Ｃ１また例えば
Ｃｕ−１０％Ｗ合金のそれは１５．２Ｘ ！０−’／”
Ｃ）をもつことから、基板が苛酷な温度サイクルにさら
されても上記薄板材Ｂ１酸化物系ガラス層Ｅ１およびヒ
ートシンク板材Ａ間に熱疲労が原因の剥離や割れの発生
がなく、すぐれた熱の拡散性と放熱性を発揮するように
なるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、ＣｕまたはＣｕ合金からなるヒートシンク板材の片
面に、ＣｕまたはＣｕ合金と近似した熱膨張係数を６す
る、望ましくはシリケート系ガラスまたはりん酸系ガラ
スからなる酸化物系ガラス絶縁層を介して、Ｃｕまたは
Ｃｕ合金からなる回路形成用薄板材を接合してなる半導
体装置用基板に特徴を有するものである。
て、ＣｕまたはＣｕ合金からなるヒートシンク板材の片
面に、ＣｕまたはＣｕ合金と近似した熱膨張係数を６す
る、望ましくはシリケート系ガラスまたはりん酸系ガラ
スからなる酸化物系ガラス絶縁層を介して、Ｃｕまたは
Ｃｕ合金からなる回路形成用薄板材を接合してなる半導
体装置用基板に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の半導体装置用基板を実施例により具
体的に説明する。
体的に説明する。
いずれも第１表に示される材質を有し、かつ幅：５０＋
ｎＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５ｍｍの寸法をもったヒー
トシンク板材Ａ１および幅：４５＋＋＋ｍＸ厚さ：０．
３−−Ｘ長さニア０關の寸法をもった回路形成用薄板材
Ｂ１さらに同じ（第１表に示される組成、溶融点、およ
び熱膨張係数をＨするシリケート系ガラスおよびりん酸
系ガラスからなる酸化物系ガラスを用意し、第１表に示
される組合せにおいて、まず、第１図に示される通り、
ヒートシンク板材Ａの深さ：１！Ｉｌ＋の上面凹みに前
記酸化物系ガラスをペーストの状態で所定の厚さに塗布
した後、窒素雰囲気中で、それぞれ第１表に示される温
度に加熱して前記酸化物系ガラスを溶融または半溶融状
態とし、冷却して厚さ：１ｍｍの酸化物系ガラス絶縁層
Ｅを焼付は形成し、ついで前記酸化物系ガラス絶縁層Ｅ
の上に回路形成用薄板材Ｂを重ね合わせ、１ ｋｇ ／
ｅシの荷重を付加した状態で、窒素雰囲気中、同じく
第１表に示される温度に加熱して前記薄板材Ｂを酸化物
系ガラス絶縁層りを介してヒートシンク板材Ａに接合す
ることにより本発明基板１〜１０をそれぞれ製造した。
ｎＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５ｍｍの寸法をもったヒー
トシンク板材Ａ１および幅：４５＋＋＋ｍＸ厚さ：０．
３−−Ｘ長さニア０關の寸法をもった回路形成用薄板材
Ｂ１さらに同じ（第１表に示される組成、溶融点、およ
び熱膨張係数をＨするシリケート系ガラスおよびりん酸
系ガラスからなる酸化物系ガラスを用意し、第１表に示
される組合せにおいて、まず、第１図に示される通り、
ヒートシンク板材Ａの深さ：１！Ｉｌ＋の上面凹みに前
記酸化物系ガラスをペーストの状態で所定の厚さに塗布
した後、窒素雰囲気中で、それぞれ第１表に示される温
度に加熱して前記酸化物系ガラスを溶融または半溶融状
態とし、冷却して厚さ：１ｍｍの酸化物系ガラス絶縁層
Ｅを焼付は形成し、ついで前記酸化物系ガラス絶縁層Ｅ
の上に回路形成用薄板材Ｂを重ね合わせ、１ ｋｇ ／
ｅシの荷重を付加した状態で、窒素雰囲気中、同じく
第１表に示される温度に加熱して前記薄板材Ｂを酸化物
系ガラス絶縁層りを介してヒートシンク板材Ａに接合す
ることにより本発明基板１〜１０をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、第２図に示されるように、絶縁板
材Ｃ′として幅：５０＋ｎＸ厚さ： ０．６３ｍ＋ａＸ
長さ＝７５ｆｆｉ重の寸法をもった純度：９［ｉ９６の
Ａｆ！２０３焼結体を、また回路形成用およびはんだ付
は川として、幅：４５ｍｍｘ厚さ：０．３ｍｍＸ長さ：
７０ｍｍの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）
をそれぞれ用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、
酸素：１容量％含有のＡｒ雰囲気中、温度： １０７５
℃に５０分間保持の条件で加熱し、前記酸化性雰囲気に
よって形成したＣ ｕ ２０とＣｕとの共晶による液相
を接合面に発生させて接合し、ついでこの接合体を厚さ
＝３００−のＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ
′を用いて、幅：５０ｍｍＸ厚さ：３＋ｓｍＸ長さ：
７５ｍ５の寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク
板材Ａ′の片面にはんだ付けすることにより従来基板を
製造した。
材Ｃ′として幅：５０＋ｎＸ厚さ： ０．６３ｍ＋ａＸ
長さ＝７５ｆｆｉ重の寸法をもった純度：９［ｉ９６の
Ａｆ！２０３焼結体を、また回路形成用およびはんだ付
は川として、幅：４５ｍｍｘ厚さ：０．３ｍｍＸ長さ：
７０ｍｍの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）
をそれぞれ用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、
酸素：１容量％含有のＡｒ雰囲気中、温度： １０７５
℃に５０分間保持の条件で加熱し、前記酸化性雰囲気に
よって形成したＣ ｕ ２０とＣｕとの共晶による液相
を接合面に発生させて接合し、ついでこの接合体を厚さ
＝３００−のＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ
′を用いて、幅：５０ｍｍＸ厚さ：３＋ｓｍＸ長さ：
７５ｍ５の寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク
板材Ａ′の片面にはんだ付けすることにより従来基板を
製造した。
つぎに、この結果得られた本発明基板１〜８および従来
基板に対して、温度：１５０℃に加熱後、−５５℃に冷
却を１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、
本発明基板については、薄板材Ｂとヒートシンク原材Ａ
間に、また従来基板については、Ｃｕ薄板材Ｂ′とヒー
トシンク板材Ａ′間にそれぞれ剥離が発生するまでのサ
イクル数を２０サイクル毎に観察し、測定した。これら
の結果を第１表に示した。
基板に対して、温度：１５０℃に加熱後、−５５℃に冷
却を１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、
本発明基板については、薄板材Ｂとヒートシンク原材Ａ
間に、また従来基板については、Ｃｕ薄板材Ｂ′とヒー
トシンク板材Ａ′間にそれぞれ剥離が発生するまでのサ
イクル数を２０サイクル毎に観察し、測定した。これら
の結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から明らかなように、本発明基板
１〜１０は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しに
よっても、剥離の発生がないので、すぐれた熱伝導性お
よび放熱性を示すのに対して、従来基板においては比較
的早期に剥離が発生し、かつ絶縁板材Ｃ′にはすべてに
割れが発生していた。
１〜１０は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しに
よっても、剥離の発生がないので、すぐれた熱伝導性お
よび放熱性を示すのに対して、従来基板においては比較
的早期に剥離が発生し、かつ絶縁板材Ｃ′にはすべてに
割れが発生していた。
上述のように、この発明の半導体装置用基板は、苛酷な
温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、すぐ
れた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の高
集積化および大電力化に十分に対応することができるき
わめて信頼性の高いものである。
温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、すぐ
れた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の高
集積化および大電力化に十分に対応することができるき
わめて信頼性の高いものである。
第１図は本発明半導体装置用基板の概略説明図、第２図
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 Ａ、Ａ’・・・ヒートシンク板材、 Ｂ、 Ｂ’・・・薄板材、 Ｃ′・・・絶縁板材、
Ｄ′・・・はんだ材、 Ｅ・・・酸化物系ガラス絶縁層。
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 Ａ、Ａ’・・・ヒートシンク板材、 Ｂ、 Ｂ’・・・薄板材、 Ｃ′・・・絶縁板材、
Ｄ′・・・はんだ材、 Ｅ・・・酸化物系ガラス絶縁層。
Claims (2)
- （１）ＣｕまたはＣｕ合金からなるヒートシンク板材の
片面に、ＣｕまたはＣｕ合金と近似した熱膨張係数を有
する酸化物系ガラス絶縁層を介して、ＣｕまたはＣｕ合
金からなる回路形成用薄板材を接合してなる半導体装置
用基板。 - （２）上記酸化物系ガラス絶縁層が、シリケート系ガラ
スまたはりん酸系ガラスからなることを特徴とする上記
特許請求の範囲第（１）項記載の半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25294488A JP2503778B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25294488A JP2503778B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100346A true JPH02100346A (ja) | 1990-04-12 |
| JP2503778B2 JP2503778B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17244332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25294488A Expired - Lifetime JP2503778B2 (ja) | 1988-10-07 | 1988-10-07 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503778B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08111482A (ja) * | 1994-09-20 | 1996-04-30 | Sgs Thomson Microelettronica Spa | 電子パワーデバイスのヒートシンクを電気的に絶縁するための方法および装置 |
| US6768193B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-07-27 | Hitachi, Ltd. | Heat transfer structure for a semiconductor device utilizing a bismuth glass layer |
| US7699500B2 (en) | 2005-06-07 | 2010-04-20 | Fujikura Ltd. | Light-emitting element mounting board, light-emitting element module, lighting device, display device, and traffic signal equipment |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6638567B2 (ja) * | 2016-06-14 | 2020-01-29 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
-
1988
- 1988-10-07 JP JP25294488A patent/JP2503778B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08111482A (ja) * | 1994-09-20 | 1996-04-30 | Sgs Thomson Microelettronica Spa | 電子パワーデバイスのヒートシンクを電気的に絶縁するための方法および装置 |
| JP2700449B2 (ja) * | 1994-09-20 | 1998-01-21 | エッセ・ジ・エッセ・トムソン・ミクロエレクトロニクス・ソシエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ | 電子パワーデバイスのヒートシンクを電気的に絶縁するための方法および装置 |
| US6768193B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-07-27 | Hitachi, Ltd. | Heat transfer structure for a semiconductor device utilizing a bismuth glass layer |
| US6784538B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-08-31 | Hitachi, Ltd. | Heat transfer structure for a semiconductor device utilizing a bismuth glass layer |
| US7699500B2 (en) | 2005-06-07 | 2010-04-20 | Fujikura Ltd. | Light-emitting element mounting board, light-emitting element module, lighting device, display device, and traffic signal equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2503778B2 (ja) | 1996-06-05 |
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