JPH02122550A - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JPH02122550A JPH02122550A JP27541388A JP27541388A JPH02122550A JP H02122550 A JPH02122550 A JP H02122550A JP 27541388 A JP27541388 A JP 27541388A JP 27541388 A JP27541388 A JP 27541388A JP H02122550 A JPH02122550 A JP H02122550A
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Landscapes
- 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（
Ａｇ２０３）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（Ｃｕ ２０ ）を
形成しておき、前記Ａｇ２Ｏ３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ＣＬｌ ２０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 ＩＩ
２ Ｏａ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−５ｎ合金からなるはんだ材（融点：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（
Ａｇ２０３）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（Ｃｕ ２０ ）を
形成しておき、前記Ａｇ２Ｏ３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ＣＬｌ ２０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 ＩＩ
２ Ｏａ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−５ｎ合金からなるはんだ材（融点：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
伴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：９６％のＡ 、ＩＩ’ ２０ ａ焼結体の
熱膨張係数が６ＸＬＯ／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２Ｘ
１０−６／”Ｃであるように、Ａ Ｉ’ ２０３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Ａｇ２Ｏ３製絶縁板材には
割れが発生し晶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な
うことが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るこ
とができないのが現状である。
伴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：９６％のＡ 、ＩＩ’ ２０ ａ焼結体の
熱膨張係数が６ＸＬＯ／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２Ｘ
１０−６／”Ｃであるように、Ａ Ｉ’ ２０３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Ａｇ２Ｏ３製絶縁板材には
割れが発生し晶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な
うことが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るこ
とができないのが現状である。
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、酸化物系ガラス層Ｅを介して、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｍ
ｏ、およびＭ。
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、酸化物系ガラス層Ｅを介して、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｍ
ｏ、およびＭ。
合金のうちのいずれかからなる回路形成用薄板材Ｂと炭
化けい素（以下ＳｉＣで示す）焼結体からなるヒートシ
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とは上記酸化物系ガラス
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となり、さらに前記薄板材Ｂを
構成する、例えばＷおよびＭｏはそれぞれ４．７ ＸＩ
Ｏ／”Ｃおよび５．３Ｘ １０−６／”Ｃの熱膨張係数
を有し、また前記ヒートシンク板材Ａを構成するＳｉＣ
焼結体は、これときわめて近似した３、７ ＸＩＯ’／
”Ｃ５の熱膨張係数を有することから、上記酸化物系ガ
ラス絶縁層Ｅとして、これらと近似した熱膨張係数を有
するものを選定すれば、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酸化物系ガラス絶縁層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
ようになり、しかもこの場合、上記酸化物系ガラス絶縁
層Ｅは、ガラスソルダーおよびガラス板材のいずれか、
または両方で構成することができ、かつこれにセラミッ
ク粒子が分散含有したものも適用可能であるという知見
を得たのである。
化けい素（以下ＳｉＣで示す）焼結体からなるヒートシ
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とは上記酸化物系ガラス
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となり、さらに前記薄板材Ｂを
構成する、例えばＷおよびＭｏはそれぞれ４．７ ＸＩ
Ｏ／”Ｃおよび５．３Ｘ １０−６／”Ｃの熱膨張係数
を有し、また前記ヒートシンク板材Ａを構成するＳｉＣ
焼結体は、これときわめて近似した３、７ ＸＩＯ’／
”Ｃ５の熱膨張係数を有することから、上記酸化物系ガ
ラス絶縁層Ｅとして、これらと近似した熱膨張係数を有
するものを選定すれば、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酸化物系ガラス絶縁層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
ようになり、しかもこの場合、上記酸化物系ガラス絶縁
層Ｅは、ガラスソルダーおよびガラス板材のいずれか、
または両方で構成することができ、かつこれにセラミッ
ク粒子が分散含有したものも適用可能であるという知見
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、ＳｉＣ焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
望ましくはこれと近似した熱膨張係数を有し、必要に応
じてセラミック粒子を分散含有し、かつガラスソルダー
および／またはガラス板材で構成された酸化物系ガラス
絶縁層を介して、Ｗ、Ｗ合金、ＭＯ，およびＭｏ合金の
うちのいずれか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、ＳｉＣ焼結体からなるヒートシンク板材の片面に、
望ましくはこれと近似した熱膨張係数を有し、必要に応
じてセラミック粒子を分散含有し、かつガラスソルダー
および／またはガラス板材で構成された酸化物系ガラス
絶縁層を介して、Ｗ、Ｗ合金、ＭＯ，およびＭｏ合金の
うちのいずれか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。
ヒートシンク板材として幅：５０ｍ＋ｓＸ厚さ：３龍×
長さニア５＋＋＋ｓの寸法を有するＳｉＣ焼結体、それ
ぞれ第１表に示される材質を有し、かつ幅＝４５ｍ＋ｍ
Ｘ厚さ＋ ０．９ｍ＋ｓＸ長さ： ７０ｍｍの寸法を
もった回路形成用薄板材、さらに酸化物系ガラス絶縁層
形成のための、それぞれ第１表に示される組成、軟化点
、および熱（線）膨張係数を有する幅：４５ｍｍＸ厚さ
：０．７ｍｍＸ長さニア０關のガラス板材、並びＩ：１
０％Ｂ Ｏ−３％Ｓ Ｉ Ｏ−３％Ａ Ｉ ２０３３
％Ｔ ｉＯ２−［％ｐｂｏからなる組成（以上重量％）
、３６０℃の軟化点、および８ Ｘ １０’／”Ｃの熱
膨張係数を有するペースト状ガラスソルダーを用意し、
これらをそれぞれ第１表に示される組合せにおいて、い
ずれも窒素雰囲気を採用し、（１） ヒートシンク板
材Ａと薄板材Ｂとをガラスソルダーを介して重ね合わせ
、４００℃に加熱して両部材間に厚さ二〇、３朋の酸化
物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接合する方法
（以下、接合手段Ａという）、 （２） ヒートシンク板材Ａ１ガラス板材、および薄
板材Ｂの順に、各部材間にいずれもガラスソルダーを介
在させた状態で積み重ね、これ全体を４００℃に加熱し
て、ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂの間に厚さ：１．３
ｍｍの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接
合する方法（以下、接合手段Ｂという）、 （３） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、酸化物系
ガラス絶縁層Ｅ形成のためのガラス板材を重ね合わせて
、第１表に示される温度に加熱して接合し、ついでその
上に薄板材Ｂを重ね合わせ、同じく第１表に示される温
度に加熱して、これを接合する方法（以下、接合手段Ｃ
という）、 （４） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、ガラス板
材を重ね合わせ、第１表に示される温度に加熱して接合
し、ついでその上にガラスソルダーを介して薄板材Ｂを
重ね合わせ、４００℃に加熱してヒートシンク板材Ａと
薄板材Ｂの間に厚さ：ｌｌ１１１の酸化物系ガラス絶縁
層Ｅを形成することにより接合する方法（以下、接合手
段りという）、以上（１）〜（４）のうちのいずれかの
接合手段にて本発明基板〜１３をそれぞれ製造した。
長さニア５＋＋＋ｓの寸法を有するＳｉＣ焼結体、それ
ぞれ第１表に示される材質を有し、かつ幅＝４５ｍ＋ｍ
Ｘ厚さ＋ ０．９ｍ＋ｓＸ長さ： ７０ｍｍの寸法を
もった回路形成用薄板材、さらに酸化物系ガラス絶縁層
形成のための、それぞれ第１表に示される組成、軟化点
、および熱（線）膨張係数を有する幅：４５ｍｍＸ厚さ
：０．７ｍｍＸ長さニア０關のガラス板材、並びＩ：１
０％Ｂ Ｏ−３％Ｓ Ｉ Ｏ−３％Ａ Ｉ ２０３３
％Ｔ ｉＯ２−［％ｐｂｏからなる組成（以上重量％）
、３６０℃の軟化点、および８ Ｘ １０’／”Ｃの熱
膨張係数を有するペースト状ガラスソルダーを用意し、
これらをそれぞれ第１表に示される組合せにおいて、い
ずれも窒素雰囲気を採用し、（１） ヒートシンク板
材Ａと薄板材Ｂとをガラスソルダーを介して重ね合わせ
、４００℃に加熱して両部材間に厚さ二〇、３朋の酸化
物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接合する方法
（以下、接合手段Ａという）、 （２） ヒートシンク板材Ａ１ガラス板材、および薄
板材Ｂの順に、各部材間にいずれもガラスソルダーを介
在させた状態で積み重ね、これ全体を４００℃に加熱し
て、ヒートシンク板材Ａと薄板材Ｂの間に厚さ：１．３
ｍｍの酸化物系ガラス絶縁層Ｅを形成することにより接
合する方法（以下、接合手段Ｂという）、 （３） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、酸化物系
ガラス絶縁層Ｅ形成のためのガラス板材を重ね合わせて
、第１表に示される温度に加熱して接合し、ついでその
上に薄板材Ｂを重ね合わせ、同じく第１表に示される温
度に加熱して、これを接合する方法（以下、接合手段Ｃ
という）、 （４） まず、ヒートシンク板材Ａの上に、ガラス板
材を重ね合わせ、第１表に示される温度に加熱して接合
し、ついでその上にガラスソルダーを介して薄板材Ｂを
重ね合わせ、４００℃に加熱してヒートシンク板材Ａと
薄板材Ｂの間に厚さ：ｌｌ１１１の酸化物系ガラス絶縁
層Ｅを形成することにより接合する方法（以下、接合手
段りという）、以上（１）〜（４）のうちのいずれかの
接合手段にて本発明基板〜１３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關×厚さ：０．８３ｍ＋＊Ｘ長さ
ニア５龍の寸法をもった純度：９６％のＡ Ｉ ２０
ａ焼結体を、また回路形成用およびはんだ付は用として
、幅：４５關Ｘ厚さ：０，３龍×長さ： ７０１１１１
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、酸素二１
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 Ｌｌ 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＝３０
０μｓのＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ′を
用いて、幅：５ｈ＋ｍＸ厚さ：３ＩＩＩｍ×長さニア５
關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關×厚さ：０．８３ｍ＋＊Ｘ長さ
ニア５龍の寸法をもった純度：９６％のＡ Ｉ ２０
ａ焼結体を、また回路形成用およびはんだ付は用として
、幅：４５關Ｘ厚さ：０，３龍×長さ： ７０１１１１
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、酸素二１
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 Ｌｌ 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＝３０
０μｓのＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ′を
用いて、幅：５ｈ＋ｍＸ厚さ：３ＩＩＩｍ×長さニア５
關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１〜１３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およびヒートシンク
板材Ａと酸化物系ガラス絶縁層Ｅ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。
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およびヒートシンク
板材Ａと酸化物系ガラス絶縁層Ｅ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
１〜１３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。
１〜１３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’ ・・・ヒートンンク板材、 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’ ・・・ヒートンンク板材、 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 (6)
- （１）炭化ケイ素焼結体からなるヒートシンク板材の片
面に、酸化物系ガラス絶縁層を介して、Ｗ、Ｗ合金、Ｍ
ｏおよびＭｏ合金のうちのいずれか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上記ヒートシンク板
材および回路形成用薄板材と近似した熱膨張係数を有す
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。 - （３）上記酸化物系ガラス絶縁層がセラミック粒子を分
散含有することを特徴とする上記特許請求の範囲第（１
）項および第（２）項記載の半導体装置用基板。 - （４）上記酸化物系ガラス絶縁層がガラスソルダーで構
成されることを特徴とする上記特許請求の範囲第（１）
項、第（２）項、および第（３）項記載の半導体装置用
基板。 - （５）上記酸化物系ガラス絶縁層がガラス板材で構成さ
れることを特徴とする上記特許請求の範囲第（１）項、
第（２）項、および第（３）項記載の半導体装置用基板
。 - （６）上記酸化物系ガラス絶縁層がガラスソルダーとガ
ラス板材で構成されることを特徴とする上記特許請求の
範囲第（１）項、第（２）項、および第（３）項記載の
半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541388A JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27541388A JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02122550A true JPH02122550A (ja) | 1990-05-10 |
| JP2508545B2 JP2508545B2 (ja) | 1996-06-19 |
Family
ID=17555156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27541388A Expired - Lifetime JP2508545B2 (ja) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2508545B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300684A (ja) * | 1992-04-21 | 1993-11-12 | Fanuc Ltd | 電動機のステータ |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP27541388A patent/JP2508545B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300684A (ja) * | 1992-04-21 | 1993-11-12 | Fanuc Ltd | 電動機のステータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2508545B2 (ja) | 1996-06-19 |
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