JPH02207554A - 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 - Google Patents

放熱性のすぐれた半導体装置用基板

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JPH02207554A
JPH02207554A JP2801589A JP2801589A JPH02207554A JP H02207554 A JPH02207554 A JP H02207554A JP 2801589 A JP2801589 A JP 2801589A JP 2801589 A JP2801589 A JP 2801589A JP H02207554 A JPH02207554 A JP H02207554A
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JP
Japan
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substrate
layer
heat dissipation
thickness
weight
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Pending
Application number
JP2801589A
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English (en)
Inventor
Yoshio Kuromitsu
祥郎 黒光
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
Tadaharu Tanaka
田中 忠治
Hiroto Uchida
寛人 内田
Toshiyuki Nagase
敏之 長瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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Priority to DE9090102122T priority patent/DE69000112D1/de
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Priority to KR1019900001300A priority patent/KR900013667A/ko
Priority to US07/474,904 priority patent/US5096768A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/0102Calcium [Ca]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01039Yttrium [Y]

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  • Ceramic Products (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱伝導性がよく、したがってすぐれた放熱
性をもたらす窒化アルミニウム(以下、AINで示す)
基焼結基体の表面に対するガラス質層の密着性がきわめ
て高く、かつこのガラス質層の密着性は、加熱・冷却の
繰り返しによる熱衝撃にも低下することのない、すなわ
ち耐繰り返し熱衝撃性にすぐれた半導体装置用基板に関
するものである。
〔従来の技術〕
従来、放熱性のすぐれた半導体装置用基板として、例え
ば特開昭82−28847号公報に記載されるように、
AJ7Nの焼結体からなる基板の表面に、スパッタリン
グ法やゾルゲル法、さらに光化学蒸着法などによりS 
iO2層を形成してなる基板が提案されており、この5
IO2層の表面に、例えば導体ペーストや抵抗ペースト
を用いて印刷回路を形成し、焼成を施すことにより実用
に供されることも知られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、近年の電子機器の高性能化並びに軽薄短小化に
伴い、ハイブリッドモジュールの集積度も一段と増す傾
向にあり、この結果単位当りの発熱量の増大を避けるこ
とができない状態になりつつあるが、上記の従来基板で
は、熱伝導性のすぐれたAIIN焼結基体によってすぐ
れた放熱性が確保できるものの、AfIN焼結基体とS
iO2層との密着性が十分でないために、増大する発熱
や、さらに繰り返し熱衝撃によって、これらの間に剥離
が発生し易くなり、信頼性の点で問題が生じるようにな
っている。
〔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、S s
 O2層のAflN焼結基体に対する密着性を向上せし
めるべく研究を行なった結果、基体を、酸化イツトリウ
ム(以下、Y2O3で示す)および酸化カルシウム(以
下、CaOで示す)のうちの1種または2種:0.1〜
10重量%を含有し、残りがAINと不可避不純物から
なる組成を有するAJN基焼結体、 で構成した上で、この基体に、 酸素分圧:10 〜1気圧、水素気分圧: 10’気圧
以下の雰囲気中で、1100〜1500℃の温度に加熱
保持、 の条件で酸化処理を施すと、基体の構成成分であるY2
O3およびCaOが、きわめて強力な酸化促進作用を発
揮することから、基体表面部には短時間で、緻密な所定
厚さの酸化アルミニウムを主体とする表面酸化層が形成
されるようになり、この状態の基体表面に、酸化ジルコ
ニウム(以下、Z r O2で示す)=10〜65重量
%を含有し、残りがS iO2と不可避不純物からなる
組成を有するガラス質層を形成すると、このガラス質層
は上記表面酸化層に対して強固に密着接合し、かつガラ
ス質層中のZ r O2成分が耐繰り返し熱衝撃性を向
上せしめる作用をもつことから、発熱や繰り返し熱衝撃
が原因で剥離することがなくなり、また上記ガラス質層
は、例えば回路形成に用いられるペーストの焼成層とも
強固に接合し、さらに基体中のY2O3およびCaO成
分は上記A、IIN基焼結体の焼結性を向上させる作用
をもつことから、A、l!N基焼結体は高強度をもつよ
うになるほか、AIIN基焼結体は主要構成成分である
AINによって高い熱伝導性を有し、すぐれた放熱性を
示す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、 Y2O3およびCaOのうちの1種または28:0.1
〜10重量%を含有し、残りがANNと不可避不純物か
らなる組成、並びに、 平均層厚:0.2〜20il!mの表面酸化層、を有す
るAgN基焼結基体の表面に、 ZrO2:10〜65重量%、 を含有し、残りがSiO2と不可避不純物からなる組成
を有する平均層厚: o、oi〜1011mのガラス質
層、 を形成してなる、ガラス質層の基体に対する密着性およ
び放熱性にすぐれた半導体装置用基板に特徴を有するも
のである。
つぎに、この発明の基板において、上記の通りに数値限
定した理由を説明する。
(a)  基体におけるY2O1およびCaOの含有量
これらの成分には、基体が上記の条件で酸化処理された
時に、酸化を促進して基体表面部に緻密な酸化層をすみ
やかに形成する作用があるほか、焼結性を向上させて基
体の強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.
1!Ii量%未満では前記作用に所望の効果が得られず
、一方その含有量が10重量%を越えると、基体自体の
熱伝導性が低下するようになることから、その含有量を
0.1〜10重量%と定めた。
(b)  基体の表面酸化層の平均層厚その厚さが0.
21Ila未満では、ガラス質層の基体表面に対する密
着性が不十分となり、一方その厚さが20伽を越えると
、基体のもつすぐれた熱伝導性がそこなわれるようにな
ることから、その厚さを0.1〜20mと定めた。
(C)  ガラス質層におけるZ r O2含有量Z 
r O2成分には、上記のように基板が加熱と冷却の繰
り返しによる熱衝撃にさらされた場合にも、基体とガラ
ス質層間に長期に亘って変らぬ高い密着性を保持せしめ
る作用があるが、その含有量が10重量%未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が85重
量%を越えると、ガラス質層表面に印刷される焼成ペー
ストとの接着性が低下するようになることから、その含
有量を10〜65重量%と定めた。
(d)  ガラス質層の平均層厚 その厚さが0.01m未満では、例えば回路印刷に用い
られるペーストの焼成層の基板に対する密着性が不十分
であり、一方その厚さが101tIaを越えると、基体
によるすぐれた放熱性がそこなわれるようになることか
ら、その厚さを0.O1〜1O111sと定めた。
また、この発明の基板は、単層基板として用いても、さ
らにこれに、それぞれ印刷回路を形成した後、例えばは
うけい酸ガラスなどのガラス粉末を有機バインダーと混
合してペースト状とし、これを基板表面に印刷添着した
状態で、2枚以上積み重ね、この基板の積み重ね体を、
前記ガラス粉末の軟化点以上の温度に加熱して焼成し、
相互接合することにより形成される多層基板として用い
てもよい。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の基板を実施例により具体的に説明す
る。
まず、原料粉末として、いずれも1〜31tImの平均
粒径を有するAIN粉末、Y2O3粉末、およびCaO
粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第1表に示さ
れる配合組成に配合し、ボールミルにて72時時間式混
合し、乾燥した後、さらにこれに有機バインダーを添加
して混合し、ドクターブレード法によりグリーンシート
に成形し、ついで常圧の窒素雰囲気中、温度: 1g0
0℃に2時間保持の条件で焼結して、実質的に配合組成
と同一の成分組成を有し、かつ平面: 25.4mm 
X 25.4mm、厚さ: 0.825mmの寸法をも
ったA、QN基焼結基体を製造し、ついで、これらの基
体に、同じく第1表に示される条件で酸化処理を施して
表面酸化層を形成した後、 エチルアルコール: 500gにエチルシリケート:2
50gを混合してなるSiO3源溶液と、イソプロピル
アルコール:1500gにジルコニウムテトラブトキシ
ド: 600gを混合してなるZ r O2源溶液、 とを用い、これら固溶液をそれぞれ適宜割合に混合した
混合溶液を、500r、p、m、で回転する基体の表面
に10秒間ふりかけ、大気中、温度:900℃に1時間
保持して焼成を1サイクルとし、これを所定厚さまで繰
り返し行なうことからなるゾルゲル法にて、第1表に示
されるZ r 02含有量および平均層厚のガラス質層
を形成することにより本発明基板1〜14をそれぞれ製
造した。
また、比較の目的で、原料粉末としてY2O3およびC
aOを配合せずにAgN焼結基体を製造し、かつ表面酸
化層形成のための酸化処理を行なわず、さらに上記のゾ
ルゲル法に代って、エチルシリケート: 347gと、
エチルアルコール: 500gと、0.3%HCg水溶
液: 190.2gの割合の混合液を、=28 500r、p、s、で回転する基体の表面に10秒間ふ
りかけ、大気中、温度=800℃に10分間保持して焼
成を1サイクルとし、これを所定厚さまで繰り返し行な
うことからなるゾルゲル法にかえる以外は同一の条件で
従来基板1〜3をそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の基板について、レーザ
ーフラッシュ法にて熱伝導度を測定すると共に、ピーリ
ング試験を行ない、基体とガラス質層の密着性を評価し
た。
なお、ピーリング試験は、製造ままの基板と、165℃
に30分間保持後、直ちに一55℃に30分間保持を1
サイクルとする熱衝撃を1000サイクル繰り返し行な
った基板について、第1図に概略斜視図で示されるよう
に、基板1の表面、すなわち基体1aの表面に密着形成
されたガラス質層1b上に、平面寸法で2111×21
1Imの面積にAg−20重量%Pd合金粉末の導体ペ
ーストをスクリーン印刷し、温度:125℃に10分間
保持して乾燥した後、温度=850℃に10分間保持の
条件で焼成してペースト焼成層2を形成し、ついで、こ
の上に直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤ4を5n−P
b共共合合金んだ3を用い、温度:215℃でろう付け
して、図示される状態とし、この状態で無酸素銅ワイヤ
4をT方向に引張り、この時のピーリング強度(引きは
がし強度)をn1定した。これらの?#1定結定結節1
表に示した。
〔発明の効果〕
第1表に示される結果から、本発明基板1〜14は、従
来基板1〜3と同様に著しく高い熱伝導度を示し、すぐ
れた放熱性を保持した状態で、−段と高いピーリング強
度を示し、この高いピーリング強度は、繰り返しの熱衝
撃を受けてもほとんど変らず、ガラス質層の基体に対す
る高い密着性が繰り返しの熱衝撃後でも維持されること
が明らかであるのに対して、従来基板1〜3においては
、相対的にS L 02層の基体に対する密着性が低く
、かつ繰り返し熱衝撃を受けた後では接合状態が維持さ
れないようになることが示されている。
上述のように、この発明の基板は、基体表面部に形成さ
れた表面酸化層によってガラス質層との間にきわめて高
い密着性が確保され、かっこの高い密着性はガラス質層
中のZ r 02成分によって繰り返し熱衝撃が付加さ
れた後でも維持され、さらにこのガラス質層は、いずれ
も印刷され、焼成されて形成された回路やガラス接合材
などとも強固に接合するほか、A47N基焼結体によっ
て一段とすぐれた放熱性が確保されるので、半導体装置
の集積度の向上にも十分満足して対応することができる
など工業上有用な特性を有するのである。
【図面の簡単な説明】
第1図はビーリング試験方法を示す概略斜視図である。 1・・・基 板、      1a・・・基 体、1b
・・・ガラス質層、   2・・・ペースト焼成層、3
・・・はんだ、       4・・・無酸素銅ワイヤ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)酸化イットリウムおよび酸化カルシウムのうちの
    1種または2種:0.1〜10重量%、を含有し、残り
    が窒化アルミニウムと不可避不純物からなる組成、並び
    に、 平均層厚:0.2〜20μmの表面酸化層、を有する窒
    化アルミニウム基焼結基体の表面に、酸化ジルコニウム
    :10〜65重量%、 を含有し、残りが酸化けい素と不可避不純物からなる組
    成を有する平均層厚:0.01〜10μmのガラス質層
    、 を形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板。
JP2801589A 1989-02-03 1989-02-07 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 Pending JPH02207554A (ja)

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DE9090102122T DE69000112D1 (de) 1989-02-03 1990-02-02 Substrat zur herstellung eines dickschichtschaltkreises.
EP90102122A EP0381242B1 (en) 1989-02-03 1990-02-02 Substrate used for fabrication of thick film circuit
KR1019900001300A KR900013667A (ko) 1989-02-03 1990-02-03 후막회로의 제작에 사용되는 기판
US07/474,904 US5096768A (en) 1989-02-03 1990-02-05 Substrate used for fabrication of thick film circuit

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130009023A (ko) * 2011-07-14 2013-01-23 엘지이노텍 주식회사 표시장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61119094A (ja) * 1984-11-15 1986-06-06 株式会社東芝 高熱伝導性回路基板の製造方法
JPS62216979A (ja) * 1986-03-18 1987-09-24 住友電気工業株式会社 ガラス層を有する窒化アルミニウム焼結体並びにその製造方法

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