JPH04288854A - 半導体装置実装用セラミックス基板およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置実装用セラミックス基板およびその製造方法

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JPH04288854A
JPH04288854A JP3078459A JP7845991A JPH04288854A JP H04288854 A JPH04288854 A JP H04288854A JP 3078459 A JP3078459 A JP 3078459A JP 7845991 A JP7845991 A JP 7845991A JP H04288854 A JPH04288854 A JP H04288854A
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aluminum nitride
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ceramic substrate
semiconductor device
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Toshiyuki Ishii
敏由記 石井
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
Yoshio Kuromitsu
祥郎 黒光
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Mitsubishi Materials Corp
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H01L2924/1517Multilayer substrate

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化アルミニウム基板
上に低温焼成多層基板を接合した半導体装置実装用セラ
ミックス基板、および、その半導体装置実装用セラミッ
クス基板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置実装用のセラミックス
基板、例えばハイブリッドIC等の半導体装置実装用の
セラミックス基板およびその製造方法としては、特開平
2−238642号公報に記載されたようなものが知ら
れている。
【0003】この製造方法は、アルミナ粉末と硼硅酸ガ
ラス粉末とを主構成材とし、ガラス・セラミックス複合
材料よりなるグリーンシートを形成し、このグリーンシ
ートを所定の大きさに切断した後、ビア用ホールと半導
体チップ搭載用の穴を打ち抜き、切断した個々のグリー
ンシートに銅ペーストを印刷して導体回路を作り、この
複数のグリーンシートを位置合わせして積層し、この積
層体をこのグリーンシートと同形で半導体チップ搭載用
の穴を備えない窒化アルミニウム基板上に置き、重しを
載せて不活性ガス雰囲気中で焼成して一体化するもので
ある。
【0004】すなわち、このセラミックス基板は、窒化
アルミニウム基板上に、グリーンシートからなる多層配
線基板を積層するとともに、半導体チップをも搭載して
いる。そして、この半導体チップと多層配線基板とはワ
イヤボンディングされて結線されている。
【0005】したがって、このセラミックス基板にあっ
ては、窒化アルミニウム基板により高周波特性を向上さ
せるとともに、放熱性も向上させている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体装置実装用セラミックス基板の製造方
法にあっては、グリーンシートの積層体を窒化アルミニ
ウム基板上に載置して加熱、焼成するようにしていたた
め、窒化アルミニウム基板に比較してグリーンシートの
積層体が大幅に収縮することとなり、グリーンシートが
窒化アルミニウム基板に接合しないという課題があった
。すなわち、従来の接合はグリーンシートのガラス成分
をバインダとして融着させようとしていたが、熱収縮率
の差が大きいため、接合ができなかったものである。
【0007】
【発明の目的】本発明の目的は、低誘電率で信号伝達速
度の高速度化、多層配線による高密度化、放熱性の改善
を達成した半導体装置実装用セラミックス基板を提供す
ることである。
【0008】また、本発明の目的は、窒化アルミニウム
基板と低温焼成多層基板との接合、一体化を達成した半
導体装置実装用セラミックス基板の製造方法を提供する
ことである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明は
、窒化アルミニウム基板と、この窒化アルミニウム基板
に積層された低温焼成多層基板と、これらの両基板の間
に介在して、これらの両基板を接合する接合層と、を有
する半導体装置実装用セラミックス基板である。
【0010】また、請求項2に記載の発明は、上記接合
層は、酸化物で形成した半導体装置実装用セラミックス
基板である。
【0011】また、請求項3に記載の発明は、上記接合
層は、その熱膨張係数が、上記窒化アルミニウム基板の
熱膨張係数よりも大きく、かつ、上記低温焼成多層基板
の熱膨張係数よりも小さい材料で形成した半導体装置実
装用セラミックス基板である。
【0012】また、請求項4に記載の発明は、上記接合
層は、その軟化点温度が300〜1,000℃の範囲に
ある材料で形成した半導体装置実装用セラミックス基板
である。
【0013】また、請求項5に記載の発明は、上記接合
層は、上記両基板間に順次積層されて形成された複数層
を有し、これらの各層の軟化点温度が異なる半導体装置
実装用セラミックス基板である。
【0014】また、請求項6に記載の発明は、上記接合
層は、上記両基板間に順次積層されて形成された複数層
を有し、これらの各層の熱膨張係数が上記窒化アルミニ
ウム基板側の層が小さく上記低温焼成多層基板側に向か
って順番に大きくなるように構成した半導体装置実装用
セラミックス基板である。
【0015】また、請求項7に記載の発明は、上記窒化
アルミニウム基板は、上記接合層と接触する側に表面処
理層を有する半導体装置実装用セラミックス基板である
。この表面処理層としては窒化アルミニウムを酸化して
アルミナ層を形成したものとさらにSiO2層が形成さ
れたものがある。この結果、接着剤としてガラスペース
トを使用した場合にも、窒化アルミニウムがガラスと反
応してバブルを生じることなく、接合は強固になされて
いる。
【0016】また、請求項8に記載の発明は、内部配線
が施されたグリーンシートを複数層積層して仮焼するこ
とにより、低温焼成多層基板を形成する工程と、この低
温焼成多層基板を接合層を介して窒化アルミニウム基板
に積層し、積層体を形成する工程と、この積層体を焼成
する工程と、を備えた半導体装置実装用セラミックス基
板の製造方法である。
【0017】
【作用】本発明に係る半導体装置実装用セラミックス基
板は、内部配線を例えば印刷により形成したグリーンシ
ートを複数用意する。内部配線としては例えば銅ペース
トの印刷による。また、グリーンシートはアルミナ粉末
と硼硅酸ガラス粉末とを主成分としたガラス・セラミッ
クス複合材料により形成している。そして、このグリー
ンシートに半導体チップ搭載用の穴等を形成する。さら
に、この複数のグリーンシートを積層して、この積層体
を例えば700〜800℃で仮焼する。この結果、複数
層の内部配線を有する低温焼成多層基板が形成される。
【0018】そして、この低温焼成多層基板を窒化アル
ミニウム基板の上に接合層を介して積層する。接合層と
しては、例えばガラスペースト等の無機物の接着剤を使
用し、このガラスペーストを低温焼成多層基板の一面に
塗布する。このガラスペーストの塗布面に窒化アルミニ
ウム基板を接触させる。このようにして窒化アルミニウ
ム基板の上にグリーンシートの積層体を載置、積層した
後、例えば800〜900℃で加熱、焼成する。この結
果、低温焼成基板は窒化アルミニウム基板と接合されて
一体化される。さらに、この後、半導体チップが穴に搭
載され、ワイヤボンディングにより低温焼成基板の内部
配線と接続される。半導体チップを穴に搭載することに
よりワイヤボンディングの距離が短くなっている。また
、低温焼成多層基板を使用することにより配線を高密度
にすることができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置実装用セラミ
ックス基板の一実施例を図1、図2に基づいて説明する
【0020】これらの図に示すように、半導体装置実装
用セラミックス基板11は、窒化アルミニウム基板(窒
化アルミニウムAlN系焼結体であって助剤等を含んで
いる)12と、この窒化アルミニウム基板12上に積層
された低温焼成多層基板13と、これらの両基板12、
13の間に介在して、これらの両基板12、13を接合
する接合層14と、を有している。
【0021】そして、この低温焼成多層基板13には、
複数の素子を搭載した半導体チップ15を実装するため
の矩形の穴16が形成されている。半導体チップ15は
、図2に示すように、導体17を介して窒化アルミニウ
ム基板12上に装着されている。18はこの半導体チッ
プ15に搭載された素子と低温焼成多層基板13の内部
配線とを接続するボンディングワイヤである。また、低
温焼成多層基板13は、グリーンシートに銅ペーストを
パターン印刷して配線を形成した複数の層により構成さ
れ、各層の内部配線はスルーホールを介して相互に接続
されている。
【0022】ここで、上記接合層14は酸化物、例えば
ガラスペースト等の無機物の接着剤で形成されており、
その熱膨張係数αは、窒化アルミニウム基板12のそれ
よりも大きく低温焼成多層基板13のそれよりも小さい
値のものとしている。これにより熱応力の発生を低減す
るものである。また、接合層14は、上記両基板間に順
次積層されて形成された複数層を有し、これらの各層の
熱膨張係数が上記窒化アルミニウム基板12側の層が小
さく上記低温焼成多層基板13側の層となるにしたがっ
て順番に大きくなるように構成してもよい。
【0023】また、この接合層14は、その軟化点温度
が300〜1,000℃である材料で形成している。こ
の軟化点温度はワイヤボンディング等におけるはんだに
より軟化せず、溶けない温度であればよい。なお、この
接合層14を複数層で形成した場合、上記温度範囲内で
これらの各層の軟化点温度が異なる構成としてもよい。
【0024】上記窒化アルミニウム基板12は、上記接
合層14と接触する側に表面処理層12Aを有する。こ
の表面処理層12Aとは、窒化アルミニウム基板12の
表面を酸化してアルミナ(Al2O3)とし、このアル
ミナ層の表面にさらに二酸化珪素(SiO2)の層を形
成したものである。この表面処理層12Aは、焼成時、
接合層14を構成するガラスペースト中のフリットが窒
化アルミニウム基板12中の窒化アルミニウム(AlN
)と反応することを防止する。これは、この反応により
生じるバブルは接合強度を低下させるからである。
【0025】上記半導体装置実装用セラミックス基板1
1は以下の手順によって製造する。
【0026】まず、低温焼成多層基板13を形成する。 すなわち、アルミナ粉末と硼硅酸ガラス粉末とを主構成
材料としたグリーンシートにスルーホールと半導体チッ
プ15搭載用の穴16を打ち抜いて、その上に配線用導
体としての銅ペーストまたは銀ペースト等を所定パター
ンでスクリーン印刷する。このようにして内部配線が施
されたグリーンシートを複数層準備し、これらを積層す
る。そして、この積層したグリーンシートを仮焼する。 仮焼温度は例えば700〜800℃とする。この結果、
低温焼成多層基板13が形成されることとなる。なお、
このグリーンシートは焼成により収縮するが、積層した
グリーンシートの全体としては収縮による歪等は生じて
いないものである。
【0027】次に、窒化アルミニウム基板12について
は上記穴16を明けることなく使用し、その表面に表面
処理層12Aを形成する。すなわち、窒化アルミニウム
基板12の表面を酸化させて表面に酸化アルミニウム(
Al2O3)の層を形成する。そして、シリコンアルコ
キシド溶液を使用してディッピングを行い、この酸化ア
ルミニウム層の上に酸化珪素(SiO2)の層を形成す
る。この酸化アルミニウム層は例えば0.2〜20μm
の厚さとし、酸化珪素の層は0.05〜5μmの厚さと
する。これらの層の厚さは放熱性と接合強度とを勘案し
て定められる。なお、上記窒化アルミニウム基板12は
イットリア等の助剤を含むものである。
【0028】次に、この窒化アルミニウム基板12の表
面処理層12Aの上に、半導体チップ15の搭載部分を
除いて接合層14を形成するガラスペーストを所定の厚
さにスクリーン印刷する。この接合層14の熱膨張率は
例えば4.0×10−5/cmで、軟化点温度は800
〜900℃とする。なお、低温焼成多層基板13の熱膨
張率は5.0×10−5/cmで、窒化アルミニウム基
板12の熱膨張率は4.0×10−5/cmとする。ま
た、このガラスペーストは上記低温焼成多層基板13の
側に塗布することもできる。
【0029】そして、低温焼成多層基板13を接合層1
4を介して窒化アルミニウム基板12の表面処理層12
Aの上に積層する。この結果、積層体が形成される。さ
らに、この積層体を800〜900℃で焼成する。この
結果、低温焼成多層基板13は窒化アルミニウム基板1
2と一体化され、その穴16に導体17を介して半導体
チップ15を搭載し、ワイヤボンディングしてセラミッ
クス基板11上に半導体装置が実装される。
【0030】また、接合層14を複数層で形成する場合
は、低温焼成多層基板13の一面に第1層として所定の
組成のガラスペーストをスクリーン印刷し、例えば低温
焼成基板13の内部配線に悪影響を与えない温度にて焼
成する。ついで、第1層の上に組成の異なる例えば熱膨
張係数のより低い第2層を印刷、焼成する。これを所望
の層だけ繰り返して接合層14を形成する。その後は上
記工程と同じようにして窒化アルミニウム基板12上に
積層して焼成する。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、放熱性と高周波特性と
に優れ、高密度化を達成した半導体装置実装用セラミッ
クス基板を得ることができる。また、このセラミックス
基板の製造に際して窒化アルミニウム基板と低温焼成多
層基板との接合を強固に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る半導体装置実装用セラ
ミックス基板を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施例に係る半導体装置実装用セラ
ミックス基板を示すその縦断面図である。
【符号の説明】
11  セラミックス基板 12  窒化アルミニウム基板 12A  表面処理層 13  低温焼成多層基板 14  接合層

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  窒化アルミニウム基板と、この窒化ア
    ルミニウム基板に積層された低温焼成多層基板と、これ
    らの両基板の間に介在して、これらの両基板を接合する
    接合層と、を有することを特徴とする半導体装置実装用
    セラミックス基板。
  2. 【請求項2】  上記接合層は、酸化物で形成した請求
    項1に記載の半導体装置実装用セラミックス基板。
  3. 【請求項3】  上記接合層は、その熱膨張係数が、上
    記窒化アルミニウム基板の熱膨張係数よりも大きく、か
    つ、上記低温焼成多層基板の熱膨張係数よりも小さい材
    料で形成した請求項1または請求項2に記載の半導体装
    置実装用セラミックス基板。
  4. 【請求項4】  上記接合層は、その軟化点温度が30
    0〜1,000℃の範囲にある材料で形成した請求項1
    または請求項2に記載の半導体装置実装用セラミックス
    基板。
  5. 【請求項5】  上記接合層は、上記両基板間に順次積
    層されて形成された複数層を有し、これらの各層の軟化
    点温度が異なる請求項1または請求項2に記載の半導体
    装置実装用セラミックス基板。
  6. 【請求項6】  上記接合層は、上記両基板間に順次積
    層されて形成された複数層を有し、これらの各層の熱膨
    張係数が上記窒化アルミニウム基板側の層が小さく上記
    低温焼成多層基板側に向かって順番に大きくなるように
    構成した請求項3に記載の半導体装置実装用セラミック
    ス基板。
  7. 【請求項7】  上記窒化アルミニウム基板は、上記接
    合層と接触する側に表面処理層を有する請求項1〜請求
    項7のうちのいずれか1項に記載の半導体装置実装用セ
    ラミックス基板。
  8. 【請求項8】  内部配線が施されたグリーンシートを
    複数層積層して仮焼することにより、低温焼成多層基板
    を形成する工程と、この低温焼成多層基板を接合層を介
    して窒化アルミニウム基板の表面に積層し、積層体を形
    成する工程と、この積層体を焼成する工程と、を備えた
    ことを特徴とする半導体装置実装用セラミックス基板の
    製造方法。
JP3078459A 1991-03-18 1991-03-18 半導体装置実装用セラミックス基板およびその製造方法 Pending JPH04288854A (ja)

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Cited By (3)

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