JPH0294649A - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JPH0294649A JPH0294649A JP24709788A JP24709788A JPH0294649A JP H0294649 A JPH0294649 A JP H0294649A JP 24709788 A JP24709788 A JP 24709788A JP 24709788 A JP24709788 A JP 24709788A JP H0294649 A JPH0294649 A JP H0294649A
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (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(
AN 20s )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(Cu20)を
形成しておき、前記All 20s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Cu 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 j!
20 s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−8n合金からなるはんだ材(白点:
450℃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(
AN 20s )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(Cu20)を
形成しておき、前記All 20s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Cu 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 j!
20 s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−8n合金からなるはんだ材(白点:
450℃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=9G%のAl2O3焼結体の熱膨張係数が
6 X 10’/℃、Cuのそれが17.2X 10−
6/”Cであるように、A fl 2 Oa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
発生し易くなるばかりでなく、はんだ材D′には、融点
が450℃以下と低いことと合まって、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。
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=9G%のAl2O3焼結体の熱膨張係数が
6 X 10’/℃、Cuのそれが17.2X 10−
6/”Cであるように、A fl 2 Oa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
発生し易くなるばかりでなく、はんだ材D′には、融点
が450℃以下と低いことと合まって、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、第
1図に概略説明図で示されるように、絶縁板材Cを窒化
アルミニウム(All N)焼結体で構成し、これの両
面に回路形成用導体薄板材Bとヒートシンク板材Aとを
接合した構造とすると共に、前記導体薄板材Bとヒート
シンク板材Aとを、それぞれW、Mo 、W合金、およ
びMo合金のうちのいずれかで構成し、かつこれらの前
記絶縁板材Cへの接合を重量%で(以下同じ)、例えば
Ag−29%Cu−4%TI合金や、Cu−3%TI合
金、あるいはCu−3%Z「合金などからなる高融点ろ
う材(この発明では、750℃以上の融点を有するろう
材をいう)Dを用いて行なうと、前記絶縁板材と導体薄
板材Bおよびヒートシンク板材Aとは、苛酷な温度サイ
クルによっても熱疲労することのない前記高融点ろう材
りによって強固に接合し、かつ前記AgN製絶縁板材C
は、Ag2O3焼結体の熱伝導率が17W/に−mであ
るのに対してA47 N焼結体のそれはIBOW/ K
−mであるようにすぐれた熱の良導体であり、この熱伝
導率は回路形成用導体薄板材Bおよびヒートシンク板材
Aを構成するMOの熱伝導率:142W/に−m、Wの
熱伝導率:1G7W/に−mときわめて近似するもので
あり、さらに熱膨張係数に関しても、Aj7N焼結体:
3.8X 10−6/℃、Mo:5.3X 10’/
’C1W:4.7X 10−6/’C1例えばw−to
%Cu合金:5.5X 10’/’Cであるようにきわ
めて近似するものであり、したがって上記構造の半導体
装置用基板においては、AIN製絶縁板材Cと導体薄板
材Bおよびヒートシンク板材Aとの間に、ろう材の熱疲
労が原因の剥離や、絶縁板材Cに大きな熱膨張差が原因
の割れの発生がなく、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、第
1図に概略説明図で示されるように、絶縁板材Cを窒化
アルミニウム(All N)焼結体で構成し、これの両
面に回路形成用導体薄板材Bとヒートシンク板材Aとを
接合した構造とすると共に、前記導体薄板材Bとヒート
シンク板材Aとを、それぞれW、Mo 、W合金、およ
びMo合金のうちのいずれかで構成し、かつこれらの前
記絶縁板材Cへの接合を重量%で(以下同じ)、例えば
Ag−29%Cu−4%TI合金や、Cu−3%TI合
金、あるいはCu−3%Z「合金などからなる高融点ろ
う材(この発明では、750℃以上の融点を有するろう
材をいう)Dを用いて行なうと、前記絶縁板材と導体薄
板材Bおよびヒートシンク板材Aとは、苛酷な温度サイ
クルによっても熱疲労することのない前記高融点ろう材
りによって強固に接合し、かつ前記AgN製絶縁板材C
は、Ag2O3焼結体の熱伝導率が17W/に−mであ
るのに対してA47 N焼結体のそれはIBOW/ K
−mであるようにすぐれた熱の良導体であり、この熱伝
導率は回路形成用導体薄板材Bおよびヒートシンク板材
Aを構成するMOの熱伝導率:142W/に−m、Wの
熱伝導率:1G7W/に−mときわめて近似するもので
あり、さらに熱膨張係数に関しても、Aj7N焼結体:
3.8X 10−6/℃、Mo:5.3X 10’/
’C1W:4.7X 10−6/’C1例えばw−to
%Cu合金:5.5X 10’/’Cであるようにきわ
めて近似するものであり、したがって上記構造の半導体
装置用基板においては、AIN製絶縁板材Cと導体薄板
材Bおよびヒートシンク板材Aとの間に、ろう材の熱疲
労が原因の剥離や、絶縁板材Cに大きな熱膨張差が原因
の割れの発生がなく、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、AIN焼結体からなる絶縁板材の一方面に、W、
Mo 、 W合金、およびMo合金のうちのいずれかか
らなる回路形成用導体薄板材を、前記絶縁板材の他方面
に、同じ(W、Mo、W合金、およびMo合金のうちの
いずれかからなるヒートシンク板材をそれぞれ高融点ろ
う材を用いて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、AIN焼結体からなる絶縁板材の一方面に、W、
Mo 、 W合金、およびMo合金のうちのいずれかか
らなる回路形成用導体薄板材を、前記絶縁板材の他方面
に、同じ(W、Mo、W合金、およびMo合金のうちの
いずれかからなるヒートシンク板材をそれぞれ高融点ろ
う材を用いて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。
第1図に示されるように、絶縁板材Cとして、幅:50
!IIIX厚さ: 0.83+amX長さニア5m+s
の寸法もった純度=99%のAfiN焼結体を用意し、
また第1表に示される材質からなり、かつ幅:45mm
X厚さ:0.3mmX長さ=70鰭の寸法をもった回路
形成用導体薄板材B1並びに幅:50mraX厚さ;3
關×長さニア511!lの寸法をもったヒートシンク板
材Aをそれぞれ用意し、これらをそれぞれ第1表に示さ
れる高融点ろう材りを間にはさんで重ね合わせた状態で
、真空中、温度二880℃に10分間保持の条件でろう
付けすることにより本発明基板1〜8をそれぞれ製造し
た。
!IIIX厚さ: 0.83+amX長さニア5m+s
の寸法もった純度=99%のAfiN焼結体を用意し、
また第1表に示される材質からなり、かつ幅:45mm
X厚さ:0.3mmX長さ=70鰭の寸法をもった回路
形成用導体薄板材B1並びに幅:50mraX厚さ;3
關×長さニア511!lの寸法をもったヒートシンク板
材Aをそれぞれ用意し、これらをそれぞれ第1表に示さ
れる高融点ろう材りを間にはさんで重ね合わせた状態で
、真空中、温度二880℃に10分間保持の条件でろう
付けすることにより本発明基板1〜8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′として幅二50maX厚さ:Q、6tauaX長
さニア5!I11の寸法をもった純度:96%のAg2
O3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龍X厚さ:0.3mmX長さ: 70m+
s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A「雰囲気中、温度: 1075℃に5
0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:30
0ρのpb−eo%Sn合金からなるはんだ材D′を用
いて、幅:50mmX厚さ=3順X長さニア5mm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′として幅二50maX厚さ:Q、6tauaX長
さニア5!I11の寸法をもった純度:96%のAg2
O3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龍X厚さ:0.3mmX長さ: 70m+
s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A「雰囲気中、温度: 1075℃に5
0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:30
0ρのpb−eo%Sn合金からなるはんだ材D′を用
いて、幅:50mmX厚さ=3順X長さニア5mm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、温度二150℃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、絶縁板材Cと導体薄板材Bおよ
びヒートシンク板材A間の剥離、および絶縁板材Cの割
れが発生するに至るまでのサイクル数を20サイクル毎
に観察し、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′間の剥離、および絶縁板材C′の
割れが発生するに至るまでのサイクル数を同じく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、温度二150℃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、絶縁板材Cと導体薄板材Bおよ
びヒートシンク板材A間の剥離、および絶縁板材Cの割
れが発生するに至るまでのサイクル数を20サイクル毎
に観察し、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′間の剥離、および絶縁板材C′の
割れが発生するに至るまでのサイクル数を同じく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、本発明基板1〜8は、苛酷
な条件下での加熱・冷却の縁り返しによっても、剥離や
割れの発生がないので、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
離や割れが発生することが明らかである。
な条件下での加熱・冷却の縁り返しによっても、剥離や
割れの発生がないので、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
離や割れが発生することが明らかである。
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
集積化および天主ツノ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
集積化および天主ツノ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・・・高融点ろう材、 D′・・・はんだ材。
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・・・高融点ろう材、 D′・・・はんだ材。
Claims (1)
- (1)窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁板材の一方
面に、W、Mo、W合金、およびMo合金のうちのいず
れかからなる回路形成用導体薄板材を、前記絶縁板材の
他方面に、同じくW、Mo、W合金、およびMo合金の
うちいずれかからなるヒートシンク板材をそれぞれ高融
点ろう材を用いて接合してなる半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24709788A JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24709788A JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0294649A true JPH0294649A (ja) | 1990-04-05 |
JP2503775B2 JP2503775B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17158385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24709788A Expired - Lifetime JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2503775B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0422558A2 (en) * | 1989-10-09 | 1991-04-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
JP2000252387A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュール及びその製造方法、並びにモジュール基板 |
US6768193B2 (en) | 2001-08-01 | 2004-07-27 | Hitachi, Ltd. | Heat transfer structure for a semiconductor device utilizing a bismuth glass layer |
JP2014515876A (ja) * | 2011-03-16 | 2014-07-03 | モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク | 高熱伝導率/低熱膨張率を有する複合材 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP24709788A patent/JP2503775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0422558A2 (en) * | 1989-10-09 | 1991-04-17 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
EP1020914A2 (en) * | 1989-10-09 | 2000-07-19 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
EP1020914A3 (en) * | 1989-10-09 | 2000-08-02 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
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