JPH02102549A - 熱膨張調整材 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パッケージ型半導体デバイスにおけるセラミ
ックス基板と封止部品との銀ろう付は接合などにおいて
、熱膨張差を具合よく整合させ得る熱膨張調整材に関す
るものである。

［従来の技術］ 例えばパッケージ型の半導体デバイスにおいては、第４
図に示すように、Ａｊ２０３セラミックス基板３を銀ろ
う２により筐体１−に接合し、前記セラミックス基板３
にパワー用ダイオードの如きＳｉチップ５を半田４によ
り接合することが行なわれている。

この場合、筐体とセラミックス基板との銀ろう付けにお
いては、約８００〜９００℃の高温に加熱されるため、
ＡｊｚＯａセラミックスと筐体との熱ｉ張の整合を得る
必要があり、筐体側の材料には一般にその熱膨張係数が
セラミックスに近いコバールやモリブデンが使用されて
いるが、ハフニウム（以下Ｈｆ）のような低膨張性金属
又は合金を使用することも試みられている。

［発明が解決しようとする課題］ 筐体として使用されるＨｆに上記Ａ、１ｌｚＯ３セラミ
ックスを銀ろう付けする場合、Ｈｆ表面における銀ろう
（Ａｇ−２８％Ｃｕ合金など）との濡れ性が悪く、ろう
付は部が不安定となり信頼性に欠ける上、Ｈｆの熱膨張
係数がＡｊｌｚＯ３より小さいためろう付は後銀ろう接
合部に大きな応力が残留し、ろう付は後の剥離のおそれ
を生じさせるなどとかくの問題を残していた。

本発明の目的は、上記した銀ろう付は上での懸念を解消
し、Ｈｆの有するセラミックスとのすぐれた熱膨張整合
性をそのまま維持しつつろう付は性を大巾に改善した熱
膨張調整材を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｈｆの両面に銅又は銅合金をクラッドし、銅
・Ｈｆ　・銅の厚さ比が２：１：２から１：５００：１
の範囲となるように構成したものである。

［作用］ 上記の構成比であれば、Ｈｆの有するセラミックスとの
熱膨張整合性を害することなく表面に銅層を有すること
によるろう付は性の大巾な改善と安定化を達成すること
ができ、半導体デバイスとしての信頼性の向上に寄与す
ることができる。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し説明する。

本発明においては、第１図に示すようにＨｆ１ａの両面
にほぼ同じ厚さの銅又は銅合金１ｂ。

１ｂをクラッドし、熱ｉ張調整可能なりラッド材１に構
成する。

両面にほぼ同じ厚さにクラッドするのは、加熱の際の反
りを防止し熱的安定性を確保するなめである。

銅又は銅合金をクラッドするのは、ＡＪ２０３セラミッ
クス３と接合させる際に、銅が銀ろうとの濡れ性ならび
に接合性においてとくにすぐれている上、熱伝導性にも
すぐれているためである。

すなわち、本発明に係るクラツド材１を用いることによ
り銀ろう２が接するのは第４図の従来例のようにＨｆで
はなく第２図に示すように銅層１ｂとなり、銅そのもの
との銀ろう付けと変るところがなく、良好な熱伝導性と
相俟って安定かつすぐれた接合を得ることができる。

第３図は、上記のようにして得た本発明に係るクラツド
材とＡｊｚＯ３セラミックスとの熱膨張量の温度による
変化を示す線図である。

第３図かられかるように、熱膨張の観点からみると、ク
ラツド材における銅の板厚比が小さいほどその熱膨張量
がセラミックスに近接してくることになる。しかし、銅
・Ｈｆ　・銅の板厚比が１＝５００：１（Ｃｕ被覆体積
率約０．４％）よりも小さくなると、銅の厚さが不足気
味となり、前記しなろう付は性の改善がやや不十分とな
る上、銅のすぐれた熱伝導性に基く熱放散能力も低下し
好ましくない。

上記の熱放散の意味からすれば、銅の板厚比は大きい方
が好ましいことになるが、第３図からもわかるように銅
の板厚比が大きくなると熱膨張量が次第に増大しセラミ
ックスとの整合性が悪くなる。

従って、銅・Ｈｆ　−銅の板厚比の上限としては２：１
：２までが限度となるのである。

なお、銅層については純銅であっても差支えはないが、
合金成分を２重量％以下添架したＣｕ５ｎ合金、Ｃｕ−
Ａｇ合金、Ｃｕ−Ｚｒ合金、Ｃｕ−Ｐ合金、Ｃｕ−Ｚｎ
合金あるいはＣｕ　−ＡｊｇＯｓ複合材などを用いれば
、ろう付は性の改善と同時に耐熱性の改善をも実現する
ことができ、非常に好ましいということができる。

実施例１゜ 冷間圧延圧接により銅層・Ｈｆ層・８層の各板厚が１０
ｃｚｍ：　１．９８ＩｌｌＩ：　１０μｍとなるように
して銅・Ｈｆ　・銅クラツド材（全板厚２．Ｏｎｍ）を
製作した。このクラツド材をメタルキャッグに加工し、
これとＡＪ２０３セラミックスとをＡ（］ろう（Ａｇ−
２８％Ｃｕ合金）で接合してセラミックパッケージを組
立てたところ、ろう付は性も良好でしかも室温に冷却し
た後もＡＩ＋２０３セラミックスとの熱膨張差によるＡ
ＩＪろうの剥離もなく、良好なパッケージを得ることが
できた。

実施例２゜ 耐熱性の複合材であるＣｕ−０，１％Ａｊ２０３複合材
（軟化温度６００℃）とＨｆとを組合せ、第１図の断面
形状になるよう３層構造のクラツド材に冷間圧延圧接し
た。さらに、８００″Ｃで金属接合を十分にするための
拡散加熱処理後、仕上圧延を行ない、全板厚が１．０市
、 Ｃｕ−Ａｌ＋２０３　・■Ｉｒ　−Ｃｕ　　ＡＪ２０３
の板厚比を０．０２＋０．９６：０．０２としてなる本
発明に係るクラツド材を製作しな。

このクラツド材をメタルキャップに加工し、ＡＪ２０３
セラミックスとＡｇろう（Ａｇ−２８％Ｃｕ合金）を用
い温度９００℃で接合し、マルチレイヤー型のセラミッ
クバラゲージに組立てた。

Ａｇろうによるろう付は性はきわめて良好で、しかも室
温に冷却してもＡｊｚＯｓセラミックスの熱膨張差によ
る割れらなく、ＡＱろうの剥離もみとめられず、良好な
パッケージを得ることができな、これを実装試験した結
果、熱抵抗の変動も少く良好な熱伝導性を示すことがわ
かった。

実施例３゜ １．０ｆｆｉｌＩ厚さのＣｕ−０，１％２「合金素条と
１．０ｍ厚さのＨｆ素条と１．０１１１Ｉ厚さのＣｕ　
−０，１％Ｚ「合金素条とを３層に重ね合ぜ、冷間圧延
圧接および仕上圧延して、板厚１．０市の３層′！Ｉ４
３ｆ！のクラツド材を製作した。このクラツド材を金属
基板としてこれにノフさ１．０市のＡｊｚＯｓセラミッ
クスをＡ（］ろう（］ＡＱ−２２％ｃｕ−ｉｓ％Ｚｎ−
５％Ｓｎ合金を用いて接合し、さらにＡＪ２０３セラミ
ックス上にパワー用のＳｉダイードを半田付けして、第
２図に示すような構成よりなるデバイスを作製した。こ
の場合、Ａｇろう付は温度７００℃から室温に冷却した
が、ＡｊｚＯ３セラミックスの割れもなく良好なろう付
けを行なうことができた。これを実装試験した結果、熱
による半田の疲労もなく良好な表面実装メタル基板を得
ることができた。

応用例１゜ 上記実施例においては冷間圧延圧接により３層構造の銅
・Ｈｆ　・銅クラツド材を製作したが、さらに板厚比を
１：５００：１と小さくし板厚を１．０關とするような
場合には、Ｈｆ板の両面に約２μｍ厚の銅を蒸着法を含
む気相法あるいは電気めっき法を用いて被着さぜ製造す
ることが可能であることがわかった。

応用例２゜ 上記実釉例ではＨｆ板（純度９９．９０％以１）を利用
したが、Ｈｆ−１０％Ｃｕ合金（焼結材）を利用するこ
とにより銅被覆厚さを薄くし、しかも鋼・Ｈｆ−１０％
Ｃｕ焼結圧延材・銅の接着性を良好ならしめた３層構造
のクラツド材を簡単に製造できることがわかった。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によればつぎのようなすぐれた効果
を奏することができる。

（１）　　ＡＪ　２０３４ニラミックスト熱！！ｌｖ１
ノ傾きが類似し、ろう付は温度９００℃から室温に冷却
してもセラミックスが割れたり剥辞したりするおそれの
ない熱膨張整合性のある材料を得ることができる。

（２）銅・Ｈｆ　・銅クラツド材は、加工性がＨｆ単体
よりも改善され、Ａ（ｌろう付けの信頼性が高く、パッ
ケージ部品として製品の歩留りを向上できる利点を有す
る。

（３）銅・Ｈｆ　−銅クラツド材の板厚構成比を２＝１
＝２から１：５００：１まで自由に変えることによって
７００〜９００℃の高温における熱膨張を調整できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るクラツド材の構成を示す断面図、
第２図は本発明に係るクラツド材をパッケージ用封止材
とし半導体を実装した様子を示す説明断面図、第３図は
温度と熱膨張との関係を示す線図、第４図は従来のパッ
ケージの実装状況を示す説明見取図である。 １：熱膨張調整材、 １　ａ　：　Ｈｆ、 ｂ ：銅又は銅合金、 ：銀ろう、 ３　： ＡＩ！ セラミックス、 ：半田、 ５　：　Ｓｌ チップ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハフニウム板の両面にほぼ同じ厚さの銅又は銅合
   金を被覆した３層複合材よりなり、銅層・ハフニウム層
   ・銅層の比を２：１：２ （銅被覆体積率８０％）から１：５００：１（銅被覆体
   積率０．４％）の範囲としてなる熱膨張調整材。
2. （２）銅層として合金成分の添加量が２重量％以下のＣ
   ｕ−Ｓｎ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金、Ｃｕ−Ｚｒ合金、Ｃｕ
   −Ｐ合金、Ｃｕ−Ｚｎ合金あるいはＣｕ−Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３複合材を用いてなる請求項１記載の熱膨張調整材。