JPH02125451A - 半導体装置用基板の製造法 - Google Patents
半導体装置用基板の製造法Info
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- JPH02125451A JPH02125451A JP27903288A JP27903288A JPH02125451A JP H02125451 A JPH02125451 A JP H02125451A JP 27903288 A JP27903288 A JP 27903288A JP 27903288 A JP27903288 A JP 27903288A JP H02125451 A JPH02125451 A JP H02125451A
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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、構成部材である酸化アルミニウム（Ａｇ２
０３）焼結体の絶縁板材と銅（Ｃｕ）薄板材とをきわめ
て強固に接合することができる半導体装置用基板の製造
法に関するものである。
０３）焼結体の絶縁板材と銅（Ｃｕ）薄板材とをきわめ
て強固に接合することができる半導体装置用基板の製造
法に関するものである。
従来、一般に、半導体装置用基板が、第１図に概略説明
図で示されるように、まず、２枚のＣｕ薄板材Ｂの接合
面のそれぞれに酸化銅（Ｃｕ ２０ ）を形成しておき
、これをＡｐ２０３焼結体からなる絶縁板材Ｃを間にし
て重ね合わせた状態で、１０Ｂ５〜１０８５℃の温度に
加熱して、接合面にＣｕ ２０とＣｕによる液相を発生
させて前記絶縁板材にＣｕ薄板材を接合し、このように
して得られた複合接合板材を通常のはんだ材Ｄ１例えば
５ｎ−４０％Ｐｂ合金を用いてＣｕからなるヒートシン
ク板材Ａに接合することにより製造されることは良く知
られるところである。なお、上記半導体装置用基板にお
いて、絶縁板材の上面側のＣｕ薄板材が回路形成用導体
となり、同下面側が上記の通りはんだ付は用となるもの
である。
図で示されるように、まず、２枚のＣｕ薄板材Ｂの接合
面のそれぞれに酸化銅（Ｃｕ ２０ ）を形成しておき
、これをＡｐ２０３焼結体からなる絶縁板材Ｃを間にし
て重ね合わせた状態で、１０Ｂ５〜１０８５℃の温度に
加熱して、接合面にＣｕ ２０とＣｕによる液相を発生
させて前記絶縁板材にＣｕ薄板材を接合し、このように
して得られた複合接合板材を通常のはんだ材Ｄ１例えば
５ｎ−４０％Ｐｂ合金を用いてＣｕからなるヒートシン
ク板材Ａに接合することにより製造されることは良く知
られるところである。なお、上記半導体装置用基板にお
いて、絶縁板材の上面側のＣｕ薄板材が回路形成用導体
となり、同下面側が上記の通りはんだ付は用となるもの
である。
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、上記の半導体装置用基板においては、
Ａ ｆｌ ２０ ａ焼結体の絶縁板材とＣｕ薄板材との
接合強度が十分でないために、これら両部材間に剥離が
発生し易く、信頼性の点で問題がある。
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、上記の半導体装置用基板においては、
Ａ ｆｌ ２０ ａ焼結体の絶縁板材とＣｕ薄板材との
接合強度が十分でないために、これら両部材間に剥離が
発生し易く、信頼性の点で問題がある。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、半導体
装置用基板を製造するに際して、特にＡ Ｉ ２０ ａ
焼結体の絶縁板材とＣｕ薄板材との接合強化をはかるべ
く研究を行なった結果、Ａ Ｉ ２０ ａ焼結体からな
る絶縁板′材の接合面となる両面に、予め電気メッキや
化学メッキ、真空蒸着やイオンブレーティング、さらに
スパッタリングなどの通常のメッキ法、化学蒸着法、あ
るいは物理蒸着法などを用いて、Ｃｕ薄層を形成し、こ
の状態ではＡｆＩ２０３焼結体表面に対するＣｕ薄層の
付着強度はきわめて弱いものであるが、これを酸素分圧
が０．００１〜０．１気圧の雰囲気中で、１０７０〜１
２００℃の温度に１次加熱するとＣｕ薄層のうちの表面
部が酸化してＣｕ ２０となり、このＣｕ ＯがＡ
ｆｌ ２０ ａ焼結体の表面部と反応して複合酸化物を
形成することから、Ｃｕ薄層はＡ Ｉ ２０ ｇ焼結体
の表面にきわめて強固に結合するようになり、ついで、
Ｃｕ 薄層結合のＡｌ１２０３焼結体をエツチングし
て、前記Ｃｕ薄層のＡ １２０ ｇ焼結体との接合にあ
ずからなかった反対側の表面のＣｕ ２０を除去した状
態で、これを両側からＣｕ薄板材ではさんで重ね合わせ
、これに０．２ｋｇ ｆ ／ ｄ以上の圧力を加えなが
ら８００〜１０２０℃の温度に２次加熱すると、前記Ａ
Ｉ） ２０ ａ焼結体表面部のＣｕ薄層とＣｕ薄板材
は、お互いにＣｕ同志であることから容易に強固に接合
し、このようにして形成した複合接合板材を通常のはん
だ材を用いてＣｕヒートシンク板材にはんだ接合してな
る半導体装置用基板においては、これが苛酷な温度サイ
クルにさらされても絶縁板材とＣｕ薄板材とがきわめて
強固に接合していることから、これら部材間に剥離が発
生することがなくなり、著しく信頼性の高いものとなる
という知見を得たのである。
装置用基板を製造するに際して、特にＡ Ｉ ２０ ａ
焼結体の絶縁板材とＣｕ薄板材との接合強化をはかるべ
く研究を行なった結果、Ａ Ｉ ２０ ａ焼結体からな
る絶縁板′材の接合面となる両面に、予め電気メッキや
化学メッキ、真空蒸着やイオンブレーティング、さらに
スパッタリングなどの通常のメッキ法、化学蒸着法、あ
るいは物理蒸着法などを用いて、Ｃｕ薄層を形成し、こ
の状態ではＡｆＩ２０３焼結体表面に対するＣｕ薄層の
付着強度はきわめて弱いものであるが、これを酸素分圧
が０．００１〜０．１気圧の雰囲気中で、１０７０〜１
２００℃の温度に１次加熱するとＣｕ薄層のうちの表面
部が酸化してＣｕ ２０となり、このＣｕ ＯがＡ
ｆｌ ２０ ａ焼結体の表面部と反応して複合酸化物を
形成することから、Ｃｕ薄層はＡ Ｉ ２０ ｇ焼結体
の表面にきわめて強固に結合するようになり、ついで、
Ｃｕ 薄層結合のＡｌ１２０３焼結体をエツチングし
て、前記Ｃｕ薄層のＡ １２０ ｇ焼結体との接合にあ
ずからなかった反対側の表面のＣｕ ２０を除去した状
態で、これを両側からＣｕ薄板材ではさんで重ね合わせ
、これに０．２ｋｇ ｆ ／ ｄ以上の圧力を加えなが
ら８００〜１０２０℃の温度に２次加熱すると、前記Ａ
Ｉ） ２０ ａ焼結体表面部のＣｕ薄層とＣｕ薄板材
は、お互いにＣｕ同志であることから容易に強固に接合
し、このようにして形成した複合接合板材を通常のはん
だ材を用いてＣｕヒートシンク板材にはんだ接合してな
る半導体装置用基板においては、これが苛酷な温度サイ
クルにさらされても絶縁板材とＣｕ薄板材とがきわめて
強固に接合していることから、これら部材間に剥離が発
生することがなくなり、著しく信頼性の高いものとなる
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、 Ａ 、０２０ ｓ焼結体からなる絶縁板材の両面に、通
常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを
用いてＣｕ薄層を形成した後、これを酸素分圧が０．０
０１〜０．１気圧の雰囲気中、１０７０〜１２００℃の
温度に１次加熱して、前記Ｃｕ薄層を前記絶縁板材の表
面に強固に接合させ、ついで、上記絶縁板材を間にして
上下両面からＣｕ薄板材を重ね合わせ、これに０．２ｋ
ｇｆ／ｃｍ３以上の圧力を加えながら８００〜１０２０
℃の温度に２次加熱して複合接合板材とし、 この複合接合板材をＣｕヒートシンク板材にはんだ接合
してなる半導体装置用基板の製造法に特徴を有するもの
である。
て、 Ａ 、０２０ ｓ焼結体からなる絶縁板材の両面に、通
常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法などを
用いてＣｕ薄層を形成した後、これを酸素分圧が０．０
０１〜０．１気圧の雰囲気中、１０７０〜１２００℃の
温度に１次加熱して、前記Ｃｕ薄層を前記絶縁板材の表
面に強固に接合させ、ついで、上記絶縁板材を間にして
上下両面からＣｕ薄板材を重ね合わせ、これに０．２ｋ
ｇｆ／ｃｍ３以上の圧力を加えながら８００〜１０２０
℃の温度に２次加熱して複合接合板材とし、 この複合接合板材をＣｕヒートシンク板材にはんだ接合
してなる半導体装置用基板の製造法に特徴を有するもの
である。
つぎに、この発明の方法において、各種条件を上記の通
りに限定した理由を説明する。
りに限定した理由を説明する。
（ａ）１次加熱の酸素分圧
酸素分圧がｏ、ｏｏｔ気圧未満であると、Ｃｕ薄層表面
に形成されるＣ ｕ ２０の量が少なすぎて、Ａ Ｉ
２０ ｇ焼結体の表面との反応が十分に行なわれず、こ
の結果強固な接合が得られず、一方酸素分圧が０．１気
圧を越えると、Ｃｕ薄層の大部分がＣｕ ２０となり、
このＣｕ ２０がＡ Ｉ ２０ ｇとの反応にあずかっ
てしまうため、後工程でのＣｕ薄板材との接合が不十分
で、強固な接合強度が得られないことから、酸素分圧を
０．００１〜０．１気圧と定めた。
に形成されるＣ ｕ ２０の量が少なすぎて、Ａ Ｉ
２０ ｇ焼結体の表面との反応が十分に行なわれず、こ
の結果強固な接合が得られず、一方酸素分圧が０．１気
圧を越えると、Ｃｕ薄層の大部分がＣｕ ２０となり、
このＣｕ ２０がＡ Ｉ ２０ ｇとの反応にあずかっ
てしまうため、後工程でのＣｕ薄板材との接合が不十分
で、強固な接合強度が得られないことから、酸素分圧を
０．００１〜０．１気圧と定めた。
（ｂ）１次加熱温度
その温度が１０７０℃未満になると、特にＡｇ２Ｏ３焼
結体表面とＣｕ薄層表面部に形成されたＣ ｕ ２０と
の反応が不十分となり、強固な接合をはかることができ
ず、一方その温度が１２００℃を越えると、Ｃｕ薄層の
大部分が直ちにＣｕ ２０となり、これの大部分がＡｌ
１２０３焼結体と反応して複合酸化物となってしまい、
この状態でのＣｕ薄板材との接合では強固な接合は得ら
れないことから、その温度を１０７０〜１２００℃と定
めた。
結体表面とＣｕ薄層表面部に形成されたＣ ｕ ２０と
の反応が不十分となり、強固な接合をはかることができ
ず、一方その温度が１２００℃を越えると、Ｃｕ薄層の
大部分が直ちにＣｕ ２０となり、これの大部分がＡｌ
１２０３焼結体と反応して複合酸化物となってしまい、
この状態でのＣｕ薄板材との接合では強固な接合は得ら
れないことから、その温度を１０７０〜１２００℃と定
めた。
（ｃ）２次加熱条件
その圧力が０．２ｋｇｆ／ｃ−未満でも、またその加熱
温度が８００℃未満でも、Ａｇ２Ｏ３焼結体にＣｕ薄板
材を強固に接合することができず、一方その加熱温度が
１０２０℃を越えると表面酸化が生じるようになり、強
固な接合が得られないことから、２次加熱における圧力
を０．２ｋｇ ｆ ／ｃｊ以上とし、かつその温度を８
００〜１０２０℃と定めた。
温度が８００℃未満でも、Ａｇ２Ｏ３焼結体にＣｕ薄板
材を強固に接合することができず、一方その加熱温度が
１０２０℃を越えると表面酸化が生じるようになり、強
固な接合が得られないことから、２次加熱における圧力
を０．２ｋｇ ｆ ／ｃｊ以上とし、かつその温度を８
００〜１０２０℃と定めた。
つぎに、この発明の方法を実施例により具体的に説明す
る。
る。
絶縁板材として幅：５０ｍｍＸ厚さ：０．８３ｍ＋＊Ｘ
長さニア５ｍｍの寸法をもった純度：９６％のＡ Ｉ
２０ ａ焼結体、回路形成用およびはんだ付は用として
幅：４５ｍ■×厚さ：０．３關×長さ： ７０＋ａｍの
寸法をもち、２枚を１組とした無酸素銅からなるＣｕ薄
板材、並びに幅：５０ｍｍＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５
關の寸法をもった無酸素銅からなるＣｕヒートシンク板
材を用意し、まず、上記Ａｌｊ ２０ａ焼結体の両面に
第１表に示される条件でＣｕ薄層を形成し、ついで同じ
く第１表に示される条件で、酸素含有窒素気流中、１次
加熱処理を行なって、前記Ｃｕ薄層をＡｇ２Ｏ３焼結体
表面に接合させ、ついでこれに５０％硝酸溶液を用いて
エツチング処理を施した後、これを両側から上記Ｃｕ薄
板材ではさんで重ね合わせ、同じく第１表に示される条
件で２次加熱処理を施して、前記Ｃｕ薄板材をＡｆＩ２
０３焼結体に結合させて複合接合板材を形成し、引続い
てこの複合接合板材を厚さ＝３００μｓの５ｎ−４０％
ｐｂ合金からなるはんだ材を用いて上記ヒートシンク板
材にはんだ接合することにより本発明法１〜６および比
較法１〜７をそれぞれ実施し、半導体装置用基板を製造
した。
長さニア５ｍｍの寸法をもった純度：９６％のＡ Ｉ
２０ ａ焼結体、回路形成用およびはんだ付は用として
幅：４５ｍ■×厚さ：０．３關×長さ： ７０＋ａｍの
寸法をもち、２枚を１組とした無酸素銅からなるＣｕ薄
板材、並びに幅：５０ｍｍＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５
關の寸法をもった無酸素銅からなるＣｕヒートシンク板
材を用意し、まず、上記Ａｌｊ ２０ａ焼結体の両面に
第１表に示される条件でＣｕ薄層を形成し、ついで同じ
く第１表に示される条件で、酸素含有窒素気流中、１次
加熱処理を行なって、前記Ｃｕ薄層をＡｇ２Ｏ３焼結体
表面に接合させ、ついでこれに５０％硝酸溶液を用いて
エツチング処理を施した後、これを両側から上記Ｃｕ薄
板材ではさんで重ね合わせ、同じく第１表に示される条
件で２次加熱処理を施して、前記Ｃｕ薄板材をＡｆＩ２
０３焼結体に結合させて複合接合板材を形成し、引続い
てこの複合接合板材を厚さ＝３００μｓの５ｎ−４０％
ｐｂ合金からなるはんだ材を用いて上記ヒートシンク板
材にはんだ接合することにより本発明法１〜６および比
較法１〜７をそれぞれ実施し、半導体装置用基板を製造
した。
なお、比較法１〜７は、いずれも製造条件のうちのいず
れかの条件（第１表に茶印を付す）がこの発明の範囲か
ら外れたものである。
れかの条件（第１表に茶印を付す）がこの発明の範囲か
ら外れたものである。
また、比較の目的で、上記Ａ、ｌ！ ２０３焼結体を上
記Ｃｕ薄板材で両側からはさんで重ね合わせた状態で、
酸素＝１重量％含有（酸素分圧； ０．０１気圧）のＡ
ｒ気流雰囲気中、温度： １０７５℃に５０分間保持の
条件で加熱して、これら部材を前記酸化性雰囲気によっ
て形成されたＣ ｕ ２０とＣｕとの共晶による液相の
作用で接合し、この結果得られた複合接合板材を同一の
条件でヒートシンク板材にはんだ接合することにより従
来法を行ない、半導体装置用基板を製造した。
記Ｃｕ薄板材で両側からはさんで重ね合わせた状態で、
酸素＝１重量％含有（酸素分圧； ０．０１気圧）のＡ
ｒ気流雰囲気中、温度： １０７５℃に５０分間保持の
条件で加熱して、これら部材を前記酸化性雰囲気によっ
て形成されたＣ ｕ ２０とＣｕとの共晶による液相の
作用で接合し、この結果得られた複合接合板材を同一の
条件でヒートシンク板材にはんだ接合することにより従
来法を行ない、半導体装置用基板を製造した。
つぎに、この結果得られた各種の基板について、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、絶縁板材とＣｕ薄板材
間に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。
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、絶縁板材とＣｕ薄板材
間に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、本発明法１〜６によって製
造された基板は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返
しによっても剥離が著しく発生しにくいのに対して、従
来法や比較法２．４で製造された基板は、いずれも短時
間で剥離が発生し、また比較法１，３、および５〜７で
はＡｇ２Ｏ３焼結体とＣｕ薄板材の十分な接合が行なわ
れないことが明らかである。
造された基板は、苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返
しによっても剥離が著しく発生しにくいのに対して、従
来法や比較法２．４で製造された基板は、いずれも短時
間で剥離が発生し、また比較法１，３、および５〜７で
はＡｇ２Ｏ３焼結体とＣｕ薄板材の十分な接合が行なわ
れないことが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、苛酷な温度サ
イクルにさらされても絶縁板材とＣｕ薄板材の接合面に
剥離が発生せず、したがってすぐれた熱伝導性と放熱性
を著しく長期に亘って発揮し、かつ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基板を製
造することができるのである。
イクルにさらされても絶縁板材とＣｕ薄板材の接合面に
剥離が発生せず、したがってすぐれた熱伝導性と放熱性
を著しく長期に亘って発揮し、かつ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基板を製
造することができるのである。
４、
第１図は半導体装置用基板の概略説明図である。
Ａ・・・ヒートシンク板材、 Ｂ・・・Ｃｕ薄板材、Ｃ
・・・絶縁板材、 Ｄ・・・はんだ材。
・・・絶縁板材、 Ｄ・・・はんだ材。
Claims (1)
- （１）酸化アルミニウム焼結体からなる絶縁板材の両面
に、通常のメッキ法、化学蒸着法、あるいは物理蒸着法
などを用いて銅薄層を形成した後、これを酸素分圧が０
．００１〜０．１気圧の雰囲気中、１０７０〜１２００
℃の温度に１次加熱して、前記銅薄層を前記絶縁板材の
表面に強固に接合させ、 ついで、この絶縁板材を間にして上下両面から銅薄板材
を重ね合わせ、これに０．２ｋｇｆ／ｃｍ＾３以上の圧
力を加えながら８００〜１０２０℃の温度に２次加熱し
て複合接合板材とし、 最終的に、この複合接合板材を銅からなるヒートシンク
板材にはんだ接合することを特徴とする半導体装置用基
板の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27903288A JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27903288A JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02125451A true JPH02125451A (ja) | 1990-05-14 |
| JP2503780B2 JP2503780B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17605444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27903288A Expired - Lifetime JP2503780B2 (ja) | 1988-11-04 | 1988-11-04 | 半導体装置用基板の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503780B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2807209A1 (fr) * | 2000-04-04 | 2001-10-05 | De Gail Marc Lamort | Composant pour la commutation de courants electriques forts |
| JP2008302879A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Suzuki Motor Corp | 自動車のインストルメントパネル構造 |
-
1988
- 1988-11-04 JP JP27903288A patent/JP2503780B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2807209A1 (fr) * | 2000-04-04 | 2001-10-05 | De Gail Marc Lamort | Composant pour la commutation de courants electriques forts |
| JP2008302879A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Suzuki Motor Corp | 自動車のインストルメントパネル構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2503780B2 (ja) | 1996-06-05 |
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