JPH0294652A - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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Landscapes
- Ceramic Products (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（
八〇２０３）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ＡｆＩ２０３製絶縁板材製型縁板材
せた状態で、１０Ｂ５〜１０８５℃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！
２０３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（融点：４５
０℃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（
八〇２０３）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ＡｆＩ２０３製絶縁板材製型縁板材
せた状態で、１０Ｂ５〜１０８５℃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！
２０３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（融点：４５
０℃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Ａｇ２Ｏ３焼結体の熱膨張係数が
６ Ｘ １０’／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２８ ｔｏ
−６／’Ｃであるように、Ａ Ｉ 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Ａ 、ｌ？ ２０ ａ根絶縁板材
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℃以下と低いことと含まって、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。
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Ａｇ２Ｏ３焼結体の熱膨張係数が
６ Ｘ １０’／’Ｃ１Ｃｕのそれが１７．２８ ｔｏ
−６／’Ｃであるように、Ａ Ｉ 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Ａ 、ｌ？ ２０ ａ根絶縁板材
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℃以下と低いことと含まって、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（ＡＮ 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をＷ、 Ｍ
ｏ 、 Ｗ合金、およびＭｏ合金のうちのいずれかで、
また前記ヒートシンク板材Ａを炭化けい素（Ｓ ｉ Ｃ
）または黒鉛で構成し、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％Ｔ１合金やＣｕ−３％ＴＩ合金、あるいはＣ
ＩＪ−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ＡｆｉＮ製絶縁根絶縁板材Ａｇ２
Ｏ３焼結体の熱伝導率が１７Ｗ／に−ｍであるのに対し
てＡｊ７Ｎ焼結体のそれは１８０Ｗ／Ｋ・ｍであるよう
にすぐれた熱の良導体であり、またこの熱伝導率に関し
ては、回路形成用導体薄板材Ｂを構成するＭｏの熱伝導
率：１８７Ｗ／に−ｍ、Ｗの熱伝導率：１８７Ｗ／ Ｋ
−ｍ、さらにヒートシンク板材Ａを構成するＳｉＣの熱
伝導率：２５０Ｗ／Ｋ・ｍ、黒鉛の熱伝導率：１７０Ｗ
／に−ｍであるように、いずれも熱の良導体であり、つ
ぎに熱膨張係数に関しても、ＡｇＮ焼結体：３．６Ｘ
１０−６／”Ｃ１ＳｉＣ：３．７ ＸＩＯ／”Ｃ１黒鉛
：選択的に約３ Ｘ ｔｏ−’／”Ｃ１Ｍｏ：５．３Ｘ
ｌＯ／’Ｃ１Ｗ：４．７Ｘ １０−６／℃、例えばＷ−
１０％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、ＡｆｉＮ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およびヒートシンク
板材Ａ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（ＡＮ 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をＷ、 Ｍ
ｏ 、 Ｗ合金、およびＭｏ合金のうちのいずれかで、
また前記ヒートシンク板材Ａを炭化けい素（Ｓ ｉ Ｃ
）または黒鉛で構成し、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％Ｔ１合金やＣｕ−３％ＴＩ合金、あるいはＣ
ＩＪ−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ＡｆｉＮ製絶縁根絶縁板材Ａｇ２
Ｏ３焼結体の熱伝導率が１７Ｗ／に−ｍであるのに対し
てＡｊ７Ｎ焼結体のそれは１８０Ｗ／Ｋ・ｍであるよう
にすぐれた熱の良導体であり、またこの熱伝導率に関し
ては、回路形成用導体薄板材Ｂを構成するＭｏの熱伝導
率：１８７Ｗ／に−ｍ、Ｗの熱伝導率：１８７Ｗ／ Ｋ
−ｍ、さらにヒートシンク板材Ａを構成するＳｉＣの熱
伝導率：２５０Ｗ／Ｋ・ｍ、黒鉛の熱伝導率：１７０Ｗ
／に−ｍであるように、いずれも熱の良導体であり、つ
ぎに熱膨張係数に関しても、ＡｇＮ焼結体：３．６Ｘ
１０−６／”Ｃ１ＳｉＣ：３．７ ＸＩＯ／”Ｃ１黒鉛
：選択的に約３ Ｘ ｔｏ−’／”Ｃ１Ｍｏ：５．３Ｘ
ｌＯ／’Ｃ１Ｗ：４．７Ｘ １０−６／℃、例えばＷ−
１０％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、ＡｆｉＮ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およびヒートシンク
板材Ａ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、Ａｊ７Ｎ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を、前記絶縁板材の他方面
に、ＳｉＣまたは黒鉛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、Ａｊ７Ｎ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を、前記絶縁板材の他方面
に、ＳｉＣまたは黒鉛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
ｍ＋＊Ｘ厚さ： ０．８３ｍｍＸ長さニア５關の寸法も
った純度：９９％のＡｇＮ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：４５ｍｍＸ厚さ＝０
．３ｍｍＸ長さ： ７０＋ａｍの寸法をもった回路形成
用導体板材Ｂ１並びに幅：５０ｍ＋ｓＸ厚さ：３ｍ１Ｘ
長さニア５ｍｍの寸法をもったヒートシンク板材Ａをそ
れぞれ用意し、それらをそれぞれ第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。
ｍ＋＊Ｘ厚さ： ０．８３ｍｍＸ長さニア５關の寸法も
った純度：９９％のＡｇＮ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：４５ｍｍＸ厚さ＝０
．３ｍｍＸ長さ： ７０＋ａｍの寸法をもった回路形成
用導体板材Ｂ１並びに幅：５０ｍ＋ｓＸ厚さ：３ｍ１Ｘ
長さニア５ｍｍの寸法をもったヒートシンク板材Ａをそ
れぞれ用意し、それらをそれぞれ第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：５０ｏｍＸ厚さ： ０．８３ｍ＋ｓＸ
長さ： ７５ｍｍの寸法をもった純度＝９６％のＡｆＩ
２０３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＋ｉｍＸ厚さ：０．３＋ｕ＋＊Ｘ長さ＝
７０顛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 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：
３００庫のＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ′
を用いて、幅：５０＋ｕＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋
＋＋＋＊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：５０ｏｍＸ厚さ： ０．８３ｍ＋ｓＸ
長さ： ７５ｍｍの寸法をもった純度＝９６％のＡｆＩ
２０３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＋ｉｍＸ厚さ：０．３＋ｕ＋＊Ｘ長さ＝
７０顛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 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：
３００庫のＰｂ−６０％Ｓｎ合金からなるはんだ材Ｄ′
を用いて、幅：５０＋ｕＸ厚さ：３ｍｍＸ長さニア５＋
＋＋＋＊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：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、並びにヒートシンク板
材Ａと絶縁板材Ｃの割れがそれぞれ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＜２０サイクル毎に観察し、δｐ
１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：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、並びにヒートシンク板
材Ａと絶縁板材Ｃの割れがそれぞれ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＜２０サイクル毎に観察し、δｐ
１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・冷却の繰り返しによっても、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・冷却の繰り返しによっても、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、醍酷な
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、炭化けい素または黒鉛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 |
|---|---|---|---|
| JP24710088A JPH0294652A (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 |
|---|---|---|---|
| JP24710088A JPH0294652A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294652A true JPH0294652A (ja) | 1990-04-05 |
Family
ID=17158427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24710088A Pending JPH0294652A (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0294652A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455229A2 (en) * | 1990-05-02 | 1991-11-06 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| JP2000043186A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-15 | Nippon Steel Corp | 熱良導複合材料 |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP24710088A patent/JPH0294652A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0455229A2 (en) * | 1990-05-02 | 1991-11-06 | Mitsubishi Materials Corporation | Ceramic substrate used for fabricating electric or electronic circuit |
| JP2000043186A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-15 | Nippon Steel Corp | 熱良導複合材料 |
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