JPH05198740A - 半導体装置の実装構造 - Google Patents

半導体装置の実装構造

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JPH05198740A
JPH05198740A JP3006592A JP3006592A JPH05198740A JP H05198740 A JPH05198740 A JP H05198740A JP 3006592 A JP3006592 A JP 3006592A JP 3006592 A JP3006592 A JP 3006592A JP H05198740 A JPH05198740 A JP H05198740A
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JP
Japan
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film
oxide
aluminum nitride
resistor
silicon dioxide
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JP3006592A
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English (en)
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Seiji Toyoda
誠司 豊田
Toshiyuki Nagase
敏之 長瀬
Yoshio Kuromitsu
祥郎 黒光
Hideaki Yoshida
秀昭 吉田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4803Insulating or insulated parts, e.g. mountings, containers, diamond heatsinks
    • H01L21/481Insulating layers on insulating parts, with or without metallisation

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化アルミニウム基板上の抵抗体膜のマイク
ロクラックの発生を防止し、その信頼性を向上させる。 【構成】 窒化アルミニウム基板12は、窒化アルミニ
ウム系焼結板材12Aと、この窒化アルミニウム系焼結
板材12A上に形成した表面酸化層12Bと、この表面
酸化層12B上に形成した二酸化ケイ素層12Cと、を
有する。二酸化ケイ素層12C上に導体膜14を被着す
るとともに、この導体膜14と一部が重なり合うように
抵抗体膜15を被着する。これらの導体膜14および抵
抗体膜15の重なり合う部分および抵抗体膜15の下に
絶縁体ガラス膜13を介在させる。絶縁体ガラス膜13
の組成はSiO235重量%、酸化アルミニウム25重
量%、酸化カルシウム1重量%、酸化亜鉛12重量%、
酸化バリウム25重量%、酸化チタン1重量%、酸化ホ
ウ素1重量%で、その熱膨張係数は54×10-7/℃で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の実装構造に
関し、詳しくは、軽量にして、熱伝導性に優れ、したが
って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の実装構造に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、放熱性の優れた半導体装置実装用
の基板素材としては、例えば特開平2−205345号
公報に記載されたものが知られている。このものは、窒
化アルミニウム基焼結体からなる基体の表面にスパッタ
リング法やアルコキシド法等により二酸化ケイ素の表面
被覆層を形成したものである。そして、この表面被覆層
の上に例えば導体ペーストや抵抗体ペーストを用いて回
路パターンを印刷していた。この場合の抵抗体ペースト
としては酸化ルテニウム−ガラス系のものが使用されて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術にあっては、厚膜抵抗体の熱膨張係数(60〜8
0×10-7/℃)に対して窒化アルミニウム基板のそれ
が小さい(45×10-7/℃)ため、厚膜ハイブリッド
ICとして熱膨張係数の大きな(75×10-7/℃)抵
抗体を使用すると、抵抗体膜にマイクロクラックが発生
し、その抵抗温度係数(TCR)が増大することとな
り、信頼性に欠けるという課題が生じていた。換言する
と、窒化アルミニウム基板に対してはこのような抵抗体
ペーストは使用することができないという課題があった
ものである。
【0004】そこで、本発明は、厚膜抵抗体にマイクロ
クラックが発生することを防止することにより、その信
頼性を向上させるとともに、各種の抵抗体ペーストを使
用することができる半導体装置の実装構造を提供するこ
とを、その目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、窒化アルミニウム系焼結板材と、この窒化アルミニ
ウム系焼結板材上に形成された表面酸化層と、この表面
酸化層上に形成された二酸化ケイ素層と、を有する窒化
アルミニウム基板を備え、上記二酸化ケイ素層上に被着
された抵抗体膜と、この抵抗体膜と上記二酸化ケイ素層
との間に介在された絶縁体ガラス膜と、を有する半導体
装置の実装構造である。
【0006】また、請求項2に記載の発明は、上記絶縁
体ガラス膜は、二酸化ケイ素25〜45重量パーセン
ト、酸化アルミニウム15〜35重量パーセント、酸化
カルシウム1〜20重量パーセント、酸化亜鉛10〜2
0重量パーセント、酸化バリウム15〜35重量パーセ
ント、酸化チタン1〜15重量パーセント、酸化ホウ素
1〜5重量パーセントおよび不可避不純物からなる組成
である請求項1に記載の半導体装置の実装構造である。
【0007】また、請求項3に記載の発明は、上記絶縁
体ガラス膜は、その熱膨張係数が40〜65×10-7
℃である請求項1に記載の半導体装置の実装構造であ
る。
【0008】
【作用】請求項1に記載の発明に係る半導体装置の実装
構造にあっては、抵抗体膜と窒化アルミニウム基板との
間に介在させた絶縁体ガラス膜が熱応力の緩衝作用を呈
して、抵抗体膜にマイクロクラックが発生することを防
止する。また、この絶縁体ガラス膜と窒化アルミニウム
系焼結板材との間には二酸化ケイ素層および酸化膜層が
介在されているため、窒化アルミニウム系焼結板材が絶
縁体ガラス膜中のガラス成分と反応せず、発泡すること
はない。
【0009】また、請求項2に記載の発明に係る半導体
装置の実装構造にあっては、絶縁体ガラス膜と抵抗体膜
との間で新たな複合酸化物の生成が無く、抵抗体膜が有
する本来の特性を発現させることができる。
【0010】また、請求項2または請求項3に記載の発
明に係る半導体装置の実装構造にあっては、絶縁体ガラ
ス膜により抵抗体膜に作用する熱応力を低減することが
でき、抵抗体膜へのマイクロクラックの発生を防止する
ことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係る半導体装置の実装構造の
実施例について、図面を参照して説明する。図1は本発
明の一実施例に係る半導体装置(厚膜ハイブリッドI
C)の実装構造を示すその断面図である。
【0012】図において示すように、この構造にあって
は窒化アルミニウム基板12上に例えばICチップを搭
載し、このICチップを導体膜(配線)14等で接続す
ることにより厚膜ハイブリッドICが構成されるもので
ある。15はこの導体膜14に接続された抵抗体膜であ
る。
【0013】窒化アルミニウム基板12は、所定の厚さ
の窒化アルミニウム系焼結板材12Aの表面を所定の深
さにわたり酸化することにより表面酸化層12Bを形成
し、さらに、この表面酸化層12Bの表面を所定厚さの
二酸化ケイ素層12Cで覆ったものである。
【0014】この二酸化ケイ素層12Cの上には、上記
導体膜14および抵抗体膜15の一部同士が重なり合っ
て被着されている。また、抵抗体膜15と二酸化ケイ素
層12Cとの間には所定厚さの絶縁体ガラス膜13が介
在されている。そして、導体膜14と抵抗体膜15の一
部同士が重なり合った部分(オーバラップ部分)の下の
二酸化ケイ素層12C上にもこの絶縁体ガラス膜13が
被着されている。16はこの抵抗体膜15を被覆する保
護ガラス膜である。
【0015】そして、この窒化アルミニウム基板12は
以下の方法により製造する。すなわち、原料粉末とし
て、いずれも1〜3μmの平均粒径を有する窒化アルミ
ニウム(AlN)粉末、イットリア(Y23)粉末、お
よび、カルシア(CaO)粉末を用いる。まず、これら
原料粉末を配合し、ボールミルにて12時間湿式混合
し、乾燥する。この後、これら原料粉末に有機バインダ
を添加して混合したものをドクタブレード法によりグリ
ーンシートに形成する。次いで、このグリーンシートを
常圧の窒素雰囲気中で、温度1800℃にて、2時間保
持する条件で焼結する。この結果、幅:50mm×厚
さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法を持った窒化
アルミニウム系焼結板材12Aが形成される。なお、こ
の窒化アルミニウム系焼結板材12Aの成分組成は、少
なくともイットリアまたはカルシアの重量%が0.1〜
10%で、残りが窒化アルミニウムである。
【0016】次に、酸素分圧:0.1〜1気圧、水蒸気
分圧:1×10-5〜1×10-3気圧の酸素と水蒸気との
混合雰囲気中で、温度1350〜1450℃の範囲に
て、所定時間保持する条件で、窒化アルミニウム系焼結
板材12Aに酸化処理を施す。この結果、窒化アルミニ
ウム系焼結板材12A上に表面酸化層12Bが0.2〜
20μmの厚さに形成される。
【0017】さらに引き続いて、シリコンアルコキシド
溶液を使用して薄膜コーティングを行う。すなわち、表
面酸化層12Bが形成された窒化アルミニウム系焼結板
材12Aを上記溶液中でディップコーティングする。も
しくは、この溶液を表面酸化層12B表面にスピンコー
トする。この結果、この表面酸化層12Bの上に二酸化
ケイ素(SiO2)層12Cが0.05〜5μmの厚さ
に形成される。このようにして窒化アルミニウム基板1
2が製造される。この場合、表面酸化層12B、二酸化
ケイ素層12Cのぞれぞれの厚さは、下記絶縁体ガラス
膜13、導体膜14、抵抗体膜15の放熱性と接合強度
とを勘案して定められる。
【0018】そして、この窒化アルミニウム基板12上
に絶縁体ガラスペーストを所定パターンで印刷し、常温
にて10分間放置後、温度150℃にて10分間乾燥
し、温度850℃にて10分間焼成することにより、窒
化アルミニウム基板12上に絶縁体ガラス膜13を、厚
さ5〜20μmに形成する。この絶縁体ガラスペースト
の組成は二酸化ケイ素35重量%、酸化アルミニウム2
5重量%、酸化カルシウム1重量%、酸化亜鉛12重量
%、酸化バリウム25重量%、酸化チタン1重量%、酸
化ホウ素1重量%であり、その熱膨張係数が54×10
-7/℃である。
【0019】次に、酸化物フリットを含有するAg系導
体ペーストを、その一部が絶縁体ガラス膜13上に位置
するように、この窒化アルミニウム基板12上に印刷す
る。さらに、これを常温にて10分間放置後、温度15
0℃にて10分間乾燥し、温度850℃にて10分間焼
成する。この結果、導体膜14が窒化アルミニウム基板
12および絶縁体ガラス膜13上に、厚さ5〜20μm
に形成される。
【0020】次いで、Ru酸化物もしくはAgを含む抵
抗体ペーストを、絶縁体ガラス膜13上に印刷する。こ
の場合、抵抗体ペーストはその一部が上記導体膜14上
に重ね合わされる。そして、この抵抗体ペーストを常温
にて10分間放置した後、温度150℃にて10分間乾
燥し、温度850℃にて10分間焼成する。この結果、
抵抗体膜15はその一部が導体膜14上に重ね合わされ
て厚さ5〜20μmに形成される。したがって、絶縁体
ガラス膜13は、導体膜14と抵抗体膜15とがオーバ
ーラップ(接合)する部分にも形成されていることとな
る。
【0021】さらに、PbO−SiO2−B23系から
なるガラスペーストを、導体膜14と抵抗体膜15とを
覆うように印刷し、常温で10分間放置後、温度150
℃にて10分間乾燥し、温度500〜600℃にて10
分間焼成する。この結果、保護ガラス膜16が導体膜1
4と抵抗体膜15とを覆うよう、厚さ5〜20μmに形
成される。
【0022】以上のようにして形成された実装構造にお
いて、一般に半導体装置用基板の評価方法として採用さ
れている試験を行う。すなわち、125℃の温度にて加
熱後、−55℃の温度にて冷却を施すことを1サイクル
とする繰り返し試験を行い、抵抗体膜15に割れが発生
するに至るまでのサイクル数を20サイクル毎に観察し
て測定する。この結果、抵抗体膜15に割れの発生が全
くない。さらに、窒化アルミニウム系焼結板材12A
と、これらの絶縁体ガラス膜13、導体膜14、また
は、抵抗体膜15との間に、アルミナ層12Bおよび二
酸化ケイ素層12Cが介在されているので、これらの膜
13、14、15中のガラス成分が窒化アルミニウム系
焼結板材12Aと発泡反応することもない。さらに、二
酸化ケイ素層12Cは、アルミナ層12Bとの密着性に
優れるとともに、絶縁体ガラス膜13との密着性にも優
れている。このため、窒化アルミニウム基板12と絶縁
体ガラス膜13との接合性を強化することができる。
【0023】また、上記抵抗体膜15について抵抗温度
係数TCRを測定した。表1は各種の抵抗体膜について
のTCRの値を示すものである。この場合、絶縁体ガラ
ス膜としては熱膨張係数の異なる3種のものについて行
っている。
【0024】
【表1】
【0025】このように本実施例によれば高熱伝導性の
窒化アルミニウム基板を用いているので、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る。
また、基板上の多層配線による厚膜回路部(導体、抵抗
体等)を高密度化、小型化、高信頼性化できる等、工業
上有用な効果をもたらすことができる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、抵抗体膜へのクラック
発生を防止することができ、半導体装置の信頼性を向上
させることができる。
【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の実装構造
を示す断面図である。
【符号の説明】
12 窒化アルミニウム基板 12A 窒化アルミニウム系焼結板材 12B 表面酸化層 12C 二酸化ケイ素層 13 絶縁体ガラス膜 15 抵抗体膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8617−4M H01L 23/14 C (72)発明者 吉田 秀昭 埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化アルミニウム系焼結板材と、この窒
    化アルミニウム系焼結板材上に形成された表面酸化層
    と、この表面酸化層上に形成された二酸化ケイ素層と、
    を有する窒化アルミニウム基板を備え、 上記二酸化ケイ素層上に被着された抵抗体膜と、 この抵抗体膜と上記二酸化ケイ素層との間に介在された
    絶縁体ガラス膜と、を有することを特徴とする半導体装
    置の実装構造。
  2. 【請求項2】 上記絶縁体ガラス膜は、二酸化ケイ素2
    5〜45重量パーセント、酸化アルミニウム15〜35
    重量パーセント、酸化カルシウム1〜20重量パーセン
    ト、酸化亜鉛10〜20重量パーセント、酸化バリウム
    15〜35重量パーセント、酸化チタン1〜15重量パ
    ーセント、酸化ホウ素1〜5重量パーセントおよび不可
    避不純物からなる組成である請求項1に記載の半導体装
    置の実装構造。
  3. 【請求項3】 上記絶縁体ガラス膜は、その熱膨張係数
    が40〜65×10-7/℃である請求項1に記載の半導
    体装置の実装構造。
JP3006592A 1992-01-21 1992-01-21 半導体装置の実装構造 Withdrawn JPH05198740A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0688047A1 (en) * 1994-06-13 1995-12-20 Mitsubishi Materials Corporation Aluminium nitride substrate and method of producing the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0688047A1 (en) * 1994-06-13 1995-12-20 Mitsubishi Materials Corporation Aluminium nitride substrate and method of producing the same

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Effective date: 19990408