JPH0613494A - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 搭載した半導体素子より発生する熱を効率よ
く放熱すると共に、Ａｌ2Ｏ3系セラミック外囲器材料と
熱膨張係数が近似しており、気密性に富んだ半導体装置
のための基板を提供する。 【構成】 タングステンまたはモリブデンの強固で緻密
な骨格をなす多孔質の焼結体の空孔部に、溶浸法により
タングステン焼結体の場合、銅を５〜２２重量％、モリ
ブデン焼結体の場合銅を１０〜２５重量％隙間なく充填
させて含有させてその熱膨張係数を外囲器材料のアルミ
ナ系セラミックの熱膨張係数に合致させると共に溶浸後
の焼結体密度比を実質１００％としたことを特徴とする
半導体素子搭載用の半導体装置用基板。
く放熱すると共に、Ａｌ2Ｏ3系セラミック外囲器材料と
熱膨張係数が近似しており、気密性に富んだ半導体装置
のための基板を提供する。 【構成】 タングステンまたはモリブデンの強固で緻密
な骨格をなす多孔質の焼結体の空孔部に、溶浸法により
タングステン焼結体の場合、銅を５〜２２重量％、モリ
ブデン焼結体の場合銅を１０〜２５重量％隙間なく充填
させて含有させてその熱膨張係数を外囲器材料のアルミ
ナ系セラミックの熱膨張係数に合致させると共に溶浸後
の焼結体密度比を実質１００％としたことを特徴とする
半導体素子搭載用の半導体装置用基板。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は集積回路装置等の半導
体素子搭載用基板に関するもので、搭載した半導体素子
より発生する熱を効率よく放熱しうるとともに、アルミ
ナ系セラミックの外囲器材料と熱膨張係数が近似してい
るという性質も具備する優れた半導体素子搭載用基板を
提供せんとするものである。
体素子搭載用基板に関するもので、搭載した半導体素子
より発生する熱を効率よく放熱しうるとともに、アルミ
ナ系セラミックの外囲器材料と熱膨張係数が近似してい
るという性質も具備する優れた半導体素子搭載用基板を
提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子搭載用の基板材料としては、
従来から半導体素子との熱膨張係数が近似していること
を重視したものとしてコバール（２９％Ｎｉ−１７％Ｃ
ｏ−Ｆｅ）、４２アロイ（４２％Ｎｉ−Ｆｅ）などのＮ
ｉ合金やアルミナ、フオルステライトなどのセラミック
材料が用いられており、特に高熱放散性を要求される場
合には、各種Ｃｕ合金が用いられてきている。
従来から半導体素子との熱膨張係数が近似していること
を重視したものとしてコバール（２９％Ｎｉ−１７％Ｃ
ｏ−Ｆｅ）、４２アロイ（４２％Ｎｉ−Ｆｅ）などのＮ
ｉ合金やアルミナ、フオルステライトなどのセラミック
材料が用いられており、特に高熱放散性を要求される場
合には、各種Ｃｕ合金が用いられてきている。
【０００３】しかしながら、近年における半導体技術の
目覚ましい発展は、半導体素子の大型化や発熱量の増加
を推進し、熱膨張係数と熱放散性の両特性を共に満足す
る基板材料の必要性がますます増大しつつある。
目覚ましい発展は、半導体素子の大型化や発熱量の増加
を推進し、熱膨張係数と熱放散性の両特性を共に満足す
る基板材料の必要性がますます増大しつつある。
【０００４】こうした状態の中で、上述の両特性を満足
する材料としてタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）やベリリヤ（ＢｅＯ）が提供されてきた。
する材料としてタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
ｏ）やベリリヤ（ＢｅＯ）が提供されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、後者は
公害の問題から事実上使用不可能であり、また前者は熱
膨張係数が半導体素子とはよく合致するものの、外囲器
材料としてしばしば用いられるアルミナの熱膨張係数と
の差が大きいこと、また半導体素子として最近その使用
量が増加しつつあるＧａＡｓとは熱膨張係数の差が大き
いこと、更にはこのタングステンやモリブデンは熱放射
性の面ではベリリアより劣り、パッケージ設計上の制約
が大きい等の問題点がある。
公害の問題から事実上使用不可能であり、また前者は熱
膨張係数が半導体素子とはよく合致するものの、外囲器
材料としてしばしば用いられるアルミナの熱膨張係数と
の差が大きいこと、また半導体素子として最近その使用
量が増加しつつあるＧａＡｓとは熱膨張係数の差が大き
いこと、更にはこのタングステンやモリブデンは熱放射
性の面ではベリリアより劣り、パッケージ設計上の制約
が大きい等の問題点がある。
【０００６】さらにＡｌ2Ｏ3系セラミックを外囲器材料
として使用した場合、ピングリッドアレイ型パッケージ
のように当該外囲器材の方が半導体素子よりも大型にな
るのが通例であり、基板材の熱膨張係数は半導体素子よ
りもむしろ外囲器材であるＡｌ2Ｏ3系セラミックに可能
な限り近づける必要がある。すなわち、外囲器材Ａｌ2
Ｏ3と基板との熱膨張差が比較的小さい場合でも熱応力
によって基板が弾性変形してソリが生じ、一方、同差が
かなり大きくなれば接合界面又は基板にクラックが生じ
るという障害があるからである。ソリが生じると半導体
素子の搭載ができず、クラックが生じると気密性が損な
われ、界面での接合強度が保証されないため、歩留りが
低下するという問題があった。したがって、外囲器材料
のＡｌ2Ｏ3系セラミックの形状、大きさによってもフレ
キシブルに対応できる基板材が望まれてきた。
として使用した場合、ピングリッドアレイ型パッケージ
のように当該外囲器材の方が半導体素子よりも大型にな
るのが通例であり、基板材の熱膨張係数は半導体素子よ
りもむしろ外囲器材であるＡｌ2Ｏ3系セラミックに可能
な限り近づける必要がある。すなわち、外囲器材Ａｌ2
Ｏ3と基板との熱膨張差が比較的小さい場合でも熱応力
によって基板が弾性変形してソリが生じ、一方、同差が
かなり大きくなれば接合界面又は基板にクラックが生じ
るという障害があるからである。ソリが生じると半導体
素子の搭載ができず、クラックが生じると気密性が損な
われ、界面での接合強度が保証されないため、歩留りが
低下するという問題があった。したがって、外囲器材料
のＡｌ2Ｏ3系セラミックの形状、大きさによってもフレ
キシブルに対応できる基板材が望まれてきた。
【０００７】又、気密性を維持するため基板材に望まれ
ることは、上記搭載各部材との熱膨張係数の整合も必要
であるが、さらに基板材の加工表面に空孔を存在させな
いことである。
ることは、上記搭載各部材との熱膨張係数の整合も必要
であるが、さらに基板材の加工表面に空孔を存在させな
いことである。
【０００８】以上述べてきたように高集積化が進められ
つつあるＩＣ用パッケージに不可欠な課題に適応できる
半導体搭載用放熱基板材料が望まれている。
つつあるＩＣ用パッケージに不可欠な課題に適応できる
半導体搭載用放熱基板材料が望まれている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記したよ
うな従来の半導体素子搭載用基板材料の欠点を解消して
熱膨張係数を主としてＡｌ2Ｏ3系セラミック外囲器材料
並びにその形態に適合させると共に、熱伝導性の良好で
かつ空孔量を極力抑えた基板材料を得るべく検討の結
果、この発明に至ったものである。
うな従来の半導体素子搭載用基板材料の欠点を解消して
熱膨張係数を主としてＡｌ2Ｏ3系セラミック外囲器材料
並びにその形態に適合させると共に、熱伝導性の良好で
かつ空孔量を極力抑えた基板材料を得るべく検討の結
果、この発明に至ったものである。
【００１０】即ち、この発明の半導体素子搭載用基板
は、その熱膨張係数が主としてパッケージの外囲器材料
Ａｌ2Ｏ3系セラミックに近似し、かつ半導体素子および
他の外囲器材料のそれにも近い値を示し、熱伝導性にす
ぐれたものであって、タングステンまたはモリブデンの
強固で緻密な骨格をなす多孔質の焼結体の空孔部に溶浸
法により、タングステン焼結体の場合、銅を５〜２０ｗ
ｔ％、モリブデン焼結体の場合、銅を１０〜２５ｗｔ％
隙間なく充填させて、加工後の表面空孔の残留を抑えた
実質１００％密度比の合金よりなるものである。
は、その熱膨張係数が主としてパッケージの外囲器材料
Ａｌ2Ｏ3系セラミックに近似し、かつ半導体素子および
他の外囲器材料のそれにも近い値を示し、熱伝導性にす
ぐれたものであって、タングステンまたはモリブデンの
強固で緻密な骨格をなす多孔質の焼結体の空孔部に溶浸
法により、タングステン焼結体の場合、銅を５〜２０ｗ
ｔ％、モリブデン焼結体の場合、銅を１０〜２５ｗｔ％
隙間なく充填させて、加工後の表面空孔の残留を抑えた
実質１００％密度比の合金よりなるものである。
【００１１】
【作用】このような基板において、電気的な絶縁性が必
要な時には、セラミックまたは有機絶縁体からなる薄層
コーティングを基板の表面に施すことにより、従来セラ
ミックスが用いられていた用とにも使用することも可能
である。
要な時には、セラミックまたは有機絶縁体からなる薄層
コーティングを基板の表面に施すことにより、従来セラ
ミックスが用いられていた用とにも使用することも可能
である。
【００１２】又、銅量を精密にコントロールすることに
よって、熱膨張係数を厳密にコントロールできるため、
Ａｌ2Ｏ3系だけでなく、上記銅量で得られる熱膨張係数
に近いものであれば他の外囲器材料に対してもフレキシ
ブルに適用することができる。
よって、熱膨張係数を厳密にコントロールできるため、
Ａｌ2Ｏ3系だけでなく、上記銅量で得られる熱膨張係数
に近いものであれば他の外囲器材料に対してもフレキシ
ブルに適用することができる。
【００１３】この発明の半導体素子搭載用基板は以下の
方法で作られる。
方法で作られる。
【００１４】ＷまたはＭｏの金属粉末を先ずプレス成形
し、非酸化性雰囲気下で焼結して強固で緻密な骨格中に
内在空孔のない空孔率のコンクリートされた多孔質の焼
結体を得、次にこの多孔質の焼結体に溶融したＣｕを浸
透させて焼結体骨格の隙間に充填させることによってこ
の発明の半導体装置用基板材料は得られる。
し、非酸化性雰囲気下で焼結して強固で緻密な骨格中に
内在空孔のない空孔率のコンクリートされた多孔質の焼
結体を得、次にこの多孔質の焼結体に溶融したＣｕを浸
透させて焼結体骨格の隙間に充填させることによってこ
の発明の半導体装置用基板材料は得られる。
【００１５】この発明において、ＷまたはＭｏの多孔質
焼結体の骨格を強固で緻密なものとするのは、骨格内に
内在空孔があると空孔がそのまま残留し、加工後のメッ
キ密着性に障害をきたすとともに、基板に搭載される半
導体素子および外囲器材料との接合界面に欠陥が生じる
ことによって、パッケージの気密性が保たれないからで
ある。この点は骨格に銅を隙間なく溶浸することにも相
通ずる理由である。
焼結体の骨格を強固で緻密なものとするのは、骨格内に
内在空孔があると空孔がそのまま残留し、加工後のメッ
キ密着性に障害をきたすとともに、基板に搭載される半
導体素子および外囲器材料との接合界面に欠陥が生じる
ことによって、パッケージの気密性が保たれないからで
ある。この点は骨格に銅を隙間なく溶浸することにも相
通ずる理由である。
【００１６】又、Ｃｕ量をＣｕ−Ｗ材の場合５〜２２ｗ
ｔ％、Ｃｕ−Ｍｏ材の場合１０〜２５ｗｔ％とするの
は、その熱膨張係数を主として外囲器材料のＡｌ2Ｏ3系
セラミックの熱膨張係数に近似させるとともに、半導体
素子等の他の部材とも可能な限り近づけることによっ
て、これら部材との熱膨張の不整合に起因する応力の影
響をできるだけ小さくし、かつ焼結体の熱伝導性を改善
するためであり、この範囲でパッケージの形状、大きさ
に応じて適宜Ｃｕの含有量をコントロールすればよい。
ｔ％、Ｃｕ−Ｍｏ材の場合１０〜２５ｗｔ％とするの
は、その熱膨張係数を主として外囲器材料のＡｌ2Ｏ3系
セラミックの熱膨張係数に近似させるとともに、半導体
素子等の他の部材とも可能な限り近づけることによっ
て、これら部材との熱膨張の不整合に起因する応力の影
響をできるだけ小さくし、かつ焼結体の熱伝導性を改善
するためであり、この範囲でパッケージの形状、大きさ
に応じて適宜Ｃｕの含有量をコントロールすればよい。
【００１７】この点についてもう少し詳しく説明する。
【００１８】一般に放熱基板は他部品（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金等の金具、メタライズを施したアルミナ等の絶縁
基板等）とロウ付け（通常Ａｇ−Ｃｕ共晶ロウ材等を用
い８００〜９００℃にて接合）又は半田付け（２００〜
４５０℃にて接合）等の方法にて接合される場合が多
い。この場合Ｃｕ−Ｗ−、Ｃｕ−Ｍｏ材は表面にＷ又は
Ｍｏが存在するためロウ材や半田材との濡れ性が悪く、
通常ニッケルメツキを施した後接合され、また接合後の
耐食性を確保する目的で、ニッケルを下地として金メッ
キが施される。このとき、基板材の骨格であるＷ又はＭ
ｏ部に残留空孔があったり、Ｃｕが充填されていない空
孔部が存在することによって、基板表面に空孔が露呈す
ると、ここからメッキ液が浸透し、その後の熱処理工程
で発生する変色や、メッキ層の膨れ及び剥離、しみ出し
液による変色・腐食の原因となる。また、これらの基板
を半導体に収納するパッケージの部材として使用する場
合、パッケージの気密性維持のため基板自体に気密性が
要求され、基板に空孔が存在すると気密性の維持が困難
となる。特にパッケージの主要部を占めている外囲器材
料であるＡｌ2Ｏ3系セラミックとの接合界面では重要で
ある。
ｏ合金等の金具、メタライズを施したアルミナ等の絶縁
基板等）とロウ付け（通常Ａｇ−Ｃｕ共晶ロウ材等を用
い８００〜９００℃にて接合）又は半田付け（２００〜
４５０℃にて接合）等の方法にて接合される場合が多
い。この場合Ｃｕ−Ｗ−、Ｃｕ−Ｍｏ材は表面にＷ又は
Ｍｏが存在するためロウ材や半田材との濡れ性が悪く、
通常ニッケルメツキを施した後接合され、また接合後の
耐食性を確保する目的で、ニッケルを下地として金メッ
キが施される。このとき、基板材の骨格であるＷ又はＭ
ｏ部に残留空孔があったり、Ｃｕが充填されていない空
孔部が存在することによって、基板表面に空孔が露呈す
ると、ここからメッキ液が浸透し、その後の熱処理工程
で発生する変色や、メッキ層の膨れ及び剥離、しみ出し
液による変色・腐食の原因となる。また、これらの基板
を半導体に収納するパッケージの部材として使用する場
合、パッケージの気密性維持のため基板自体に気密性が
要求され、基板に空孔が存在すると気密性の維持が困難
となる。特にパッケージの主要部を占めている外囲器材
料であるＡｌ2Ｏ3系セラミックとの接合界面では重要で
ある。
【００１９】このような観点から、半導体装置用基板材
料としては含有させるＣｕ量の精密な制御と共に、空孔
の利用を極力減少したものの、つまり溶浸後の焼結体密
度比を実質１００％としたものが必要である。
料としては含有させるＣｕ量の精密な制御と共に、空孔
の利用を極力減少したものの、つまり溶浸後の焼結体密
度比を実質１００％としたものが必要である。
【００２０】上記のような目的にかなうこの発明の基板
を得るには、緻密で強固なＷまたはＭｏの骨格（多孔質
の焼結体）を所望する空孔率に応じて原料および型押条
件並びに焼結条件のコントロールを行うことによって形
成し、この空隙に隙間なくＣｕを充填する必要があり、
このような観点から粉末冶金の中でもＣｕ溶浸法の採用
が好ましい。Ｃｕ溶湯に浸漬する溶浸法では、Ｃｕ、
Ｗ、Ｍｏの融点の違いおよび比重差により均質な特性を
有する合金の製造が困難であり、一方、Ｃｕ粉、Ｗまた
はＭｏ粉を混合して作る通常の粉末冶金法でも、成分間
の比重の相違による成分偏析や、粉末粒子間の隙間（空
孔）の残留は避け難く目的とする特性の確保が難しい。
又、これらの方法によるとその不均一性および空孔の存
在によって前述の気密性に大きな支障をきたすだけでな
く、熱伝導率・熱膨張係数の単品内、基板多数品間での
バラツキも大きくなると共に、それらの特性をＣｕ量に
よって精密にコントロールすることも困難となる。
を得るには、緻密で強固なＷまたはＭｏの骨格（多孔質
の焼結体）を所望する空孔率に応じて原料および型押条
件並びに焼結条件のコントロールを行うことによって形
成し、この空隙に隙間なくＣｕを充填する必要があり、
このような観点から粉末冶金の中でもＣｕ溶浸法の採用
が好ましい。Ｃｕ溶湯に浸漬する溶浸法では、Ｃｕ、
Ｗ、Ｍｏの融点の違いおよび比重差により均質な特性を
有する合金の製造が困難であり、一方、Ｃｕ粉、Ｗまた
はＭｏ粉を混合して作る通常の粉末冶金法でも、成分間
の比重の相違による成分偏析や、粉末粒子間の隙間（空
孔）の残留は避け難く目的とする特性の確保が難しい。
又、これらの方法によるとその不均一性および空孔の存
在によって前述の気密性に大きな支障をきたすだけでな
く、熱伝導率・熱膨張係数の単品内、基板多数品間での
バラツキも大きくなると共に、それらの特性をＣｕ量に
よって精密にコントロールすることも困難となる。
【００２１】尚、この発明において、ＷやＭｏのより強
固な骨格を作るために２．０重量％以下の鉄族元素の添
加によってＷ、Ｍｏの焼結性が促進される。
固な骨格を作るために２．０重量％以下の鉄族元素の添
加によってＷ、Ｍｏの焼結性が促進される。
【００２２】以上述べたように、この発明の半導体装置
用基板材料は熱膨張係数の外囲器材に合せた精密な制御
ができ、熱伝導性も良く、残留空孔が極めて抑えられて
いるため、かつそのバラツキが少ないため、この基板を
用いることにより今後ますます増大する高密度かつ大型
化の半導体素子搭載用途に高い信頼性でもって対処しう
るものであり、又、Ｓｉ素子に加えて実用化が進みつつ
あるＧａＡｓ素子用基板として、さらに本基板の熱膨張
係数の範囲内で近似しうるＡｌ2Ｏ3以外の搭載部材との
組合せも可能となるものである。
用基板材料は熱膨張係数の外囲器材に合せた精密な制御
ができ、熱伝導性も良く、残留空孔が極めて抑えられて
いるため、かつそのバラツキが少ないため、この基板を
用いることにより今後ますます増大する高密度かつ大型
化の半導体素子搭載用途に高い信頼性でもって対処しう
るものであり、又、Ｓｉ素子に加えて実用化が進みつつ
あるＧａＡｓ素子用基板として、さらに本基板の熱膨張
係数の範囲内で近似しうるＡｌ2Ｏ3以外の搭載部材との
組合せも可能となるものである。
【００２３】
【実施例】以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。
る。
【００２４】実施例１ タングステンおよびタングステン−１．０％ニッケルの
混合粉末を１００×１００×５ｍｍの大きさに型押しし
た後、１０００〜１４００℃でＨ2ガス雰囲気下にて焼
結し、１〜５０％の気孔率を有する中間焼結体を得た。
この中間焼結体にＨ2ガス雰囲気下にて１２００℃で銅
を溶浸させて銅含有量が１〜４０重量％のＣｕ−Ｗ合金
を作製した。
混合粉末を１００×１００×５ｍｍの大きさに型押しし
た後、１０００〜１４００℃でＨ2ガス雰囲気下にて焼
結し、１〜５０％の気孔率を有する中間焼結体を得た。
この中間焼結体にＨ2ガス雰囲気下にて１２００℃で銅
を溶浸させて銅含有量が１〜４０重量％のＣｕ−Ｗ合金
を作製した。
【００２５】かくして得られたＣｕ−Ｗ合金について熱
膨張係数および熱伝導率を測定したところ第１表の結果
を得た。
膨張係数および熱伝導率を測定したところ第１表の結果
を得た。
【００２６】尚、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの熱膨
張係数をも示した。
張係数をも示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】上表のうちＣｕを５〜２０重量％含有する
Ｃｕ−Ｗ合金焼結体をＳｉチップの搭載部の基板材料と
して用いたＩＣパッケージでは、ＩＣ実装工程での外囲
器材Ａｌ2Ｏ3との熱膨張の差が小さいために何ら熱歪を
生じず、Ｓｉチップの搭載部については、固定時の温度
が４００℃前後と低く、動作時の昇温も高々２５０℃前
後であり、小型であることもあって熱膨張に多少差があ
っても接合界面でのストレスが小さく障害が起こらなか
った。その結果、デバイスとしては熱放散性が極めて良
好であるために寿命が伸び、信頼性の高い優れたＩＣを
得ることができた。
Ｃｕ−Ｗ合金焼結体をＳｉチップの搭載部の基板材料と
して用いたＩＣパッケージでは、ＩＣ実装工程での外囲
器材Ａｌ2Ｏ3との熱膨張の差が小さいために何ら熱歪を
生じず、Ｓｉチップの搭載部については、固定時の温度
が４００℃前後と低く、動作時の昇温も高々２５０℃前
後であり、小型であることもあって熱膨張に多少差があ
っても接合界面でのストレスが小さく障害が起こらなか
った。その結果、デバイスとしては熱放散性が極めて良
好であるために寿命が伸び、信頼性の高い優れたＩＣを
得ることができた。
【００２９】さらに同じようにＣｕ１重量％、２重量％
のＣｕ量の少ないものおよびＣｕ２５重量％〜４０重量
％のものについてＩＣ実装を試みたところ、外囲器材Ａ
ｌ2Ｏ3との熱膨張係数の差が大きいため、Ｃｕ量の少な
い基板では基板のソリが生じてＡｌ2Ｏ3外囲器材はつけ
られず一部にワレが発生した。Ｃｕ量の多い基板の場合
にも基板にソリが生じて半導体ＩＣチップの搭載部に隙
間が生じ信頼性が低下した。
のＣｕ量の少ないものおよびＣｕ２５重量％〜４０重量
％のものについてＩＣ実装を試みたところ、外囲器材Ａ
ｌ2Ｏ3との熱膨張係数の差が大きいため、Ｃｕ量の少な
い基板では基板のソリが生じてＡｌ2Ｏ3外囲器材はつけ
られず一部にワレが発生した。Ｃｕ量の多い基板の場合
にも基板にソリが生じて半導体ＩＣチップの搭載部に隙
間が生じ信頼性が低下した。
【００３０】実施例２ モリブデンおよびモリブデン−０．４５％ニッケルの混
合粉末を１００×１００×５ｍｍの大きさに型押しした
後、１０００〜１４００℃でＨ2ガス雰囲気下にて焼結
し、１〜５０％の気孔率を有する中間焼結体を得た。
合粉末を１００×１００×５ｍｍの大きさに型押しした
後、１０００〜１４００℃でＨ2ガス雰囲気下にて焼結
し、１〜５０％の気孔率を有する中間焼結体を得た。
【００３１】この中間焼結体にＨ2ガス雰囲気下にて１
２００℃で銅を溶浸させて、銅含有量が１〜５０重量％
のＣｕ−Ｍｏ合金を作製した。
２００℃で銅を溶浸させて、銅含有量が１〜５０重量％
のＣｕ−Ｍｏ合金を作製した。
【００３２】かくして得られたＣｕ−Ｍｏ合金について
熱膨張係数および熱伝導率を測定したところ第２表の結
果を得た。
熱膨張係数および熱伝導率を測定したところ第２表の結
果を得た。
【００３３】
【表２】
【００３４】上表のうちＣｕを１０〜２５重量％含有す
るＣｕ−Ｍｏ合金焼結体をＳｉチップの搭載部の基板材
料として用いたＩＣパッケージでは、ＩＣ実装工程での
外囲器材Ａｌ2Ｏ3との熱膨張の歪が小さいために何ら熱
歪を生じず、又、Ｓｉチップは小型であるため当該基板
材との界面で熱歪が吸収される程度となり、デバイスと
しては熱放散性が極めて良好であるために寿命が伸び、
信頼性の高い優れたＩＣを得ることができた。
るＣｕ−Ｍｏ合金焼結体をＳｉチップの搭載部の基板材
料として用いたＩＣパッケージでは、ＩＣ実装工程での
外囲器材Ａｌ2Ｏ3との熱膨張の歪が小さいために何ら熱
歪を生じず、又、Ｓｉチップは小型であるため当該基板
材との界面で熱歪が吸収される程度となり、デバイスと
しては熱放散性が極めて良好であるために寿命が伸び、
信頼性の高い優れたＩＣを得ることができた。
【００３５】さらに同じようにＣｕ１重量％、２重量％
のＣｕ量の少ないもの及びＣｕ２５重量％〜４０重量％
のものについてＩＣ実装を試みたところ、外囲器材Ａｌ
2Ｏ３との熱膨張係数の差が大きいため、Ｃｕ量の少い
基板では基板のソリが生じてＡｌ２Ｏ3外囲器材はつけ
られず、一部にワレが発生した。Ｃｕ量の多い基板の場
合にも基板にソリが生じて半導体ＩＣチップの搭載部に
隙間が生じ信頼性が低下した。
のＣｕ量の少ないもの及びＣｕ２５重量％〜４０重量％
のものについてＩＣ実装を試みたところ、外囲器材Ａｌ
2Ｏ３との熱膨張係数の差が大きいため、Ｃｕ量の少い
基板では基板のソリが生じてＡｌ２Ｏ3外囲器材はつけ
られず、一部にワレが発生した。Ｃｕ量の多い基板の場
合にも基板にソリが生じて半導体ＩＣチップの搭載部に
隙間が生じ信頼性が低下した。
【００３６】実施例３ ２〜４０重量％の範囲でＣｕを含有させたＷ−Ｃｕ合金
を本発明の方法である溶浸法と比較して混合法の２通り
の方法で作製した。
を本発明の方法である溶浸法と比較して混合法の２通り
の方法で作製した。
【００３７】この合金の各々の断面を４００倍の光学顕
微鏡で確認したところ、溶浸法のものはＷ骨格部、Ｃｕ
部ともに空孔は確認されなかったが、混合法のものはＷ
骨格部、Ｃｕ溶浸部ともに数μｍ以下の空孔が散在して
いた。
微鏡で確認したところ、溶浸法のものはＷ骨格部、Ｃｕ
部ともに空孔は確認されなかったが、混合法のものはＷ
骨格部、Ｃｕ溶浸部ともに数μｍ以下の空孔が散在して
いた。
【００３８】得られたＷ−Ｃｕ合金について熱伝導率を
測定し第３表の結果を得た。
測定し第３表の結果を得た。
【００３９】
【表３】
【００４０】第３表より、溶浸法Ａと混合法Ｂを比較し
た場合、同じＣｕ含有量でありながら特にＣｕ含有量の
多い領域でその熱伝導率の値に大きさ差があることが判
る。つまり、溶浸法に比べ混合法は同一Ｃｕ含有量で比
較した時、熱伝導率は小さ目にでることが判る。又、各
数値のバラツキの程度も、混合法の方が溶浸法に比べ倍
以上大きいことも判った。
た場合、同じＣｕ含有量でありながら特にＣｕ含有量の
多い領域でその熱伝導率の値に大きさ差があることが判
る。つまり、溶浸法に比べ混合法は同一Ｃｕ含有量で比
較した時、熱伝導率は小さ目にでることが判る。又、各
数値のバラツキの程度も、混合法の方が溶浸法に比べ倍
以上大きいことも判った。
【００４１】これらの結果は、既に述べたように、混合
法の場合、Ｃｕ及びＷ粉末の粉末粒子間間隙及び個々の
粉末粒子間間隙が成型、焼結の過程で消滅することなく
空孔として残留するためと思われる。本発明の溶浸法の
場合、Ｗ原料の粒度、型押体密度、焼結温度の組合せを
適切にコントロールすることによってＷ骨格内残留空孔
がなく、又、Ｗの骨格中に溶融したＣｕが浸透（一種の
毛細管現象）していくため、空隙は完全にＣｕにより充
填され、しかもＷの骨格は維持されるため、理論値（複
合則にあてはまる）に近い熱伝導率の挙動を示すと考え
られる。
法の場合、Ｃｕ及びＷ粉末の粉末粒子間間隙及び個々の
粉末粒子間間隙が成型、焼結の過程で消滅することなく
空孔として残留するためと思われる。本発明の溶浸法の
場合、Ｗ原料の粒度、型押体密度、焼結温度の組合せを
適切にコントロールすることによってＷ骨格内残留空孔
がなく、又、Ｗの骨格中に溶融したＣｕが浸透（一種の
毛細管現象）していくため、空隙は完全にＣｕにより充
填され、しかもＷの骨格は維持されるため、理論値（複
合則にあてはまる）に近い熱伝導率の挙動を示すと考え
られる。
【００４２】実施例４ （１）実施例３のＡ、Ｂ両方法にて製作した９０％Ｗ−
１０％Ｃｕの合金について全表面を切削加工した後ニッ
ケルメッキ（電解ワット浴、膜厚１μｍ）を施した。し
かる後、８００℃の水素中で加熱し、表面に発生した膨
れを観察した。その結果を第４表に示した。
１０％Ｃｕの合金について全表面を切削加工した後ニッ
ケルメッキ（電解ワット浴、膜厚１μｍ）を施した。し
かる後、８００℃の水素中で加熱し、表面に発生した膨
れを観察した。その結果を第４表に示した。
【００４３】尚、テストサンプルはサイズ２５ｍｍ×２
５ｍｍ×１ｍｍ５ケを使用した。
５ｍｍ×１ｍｍ５ケを使用した。
【００４４】
【表４】
【００４５】（２）気密性試験としてＡ，Ｂ両方法にて
製作された２５ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍのニッケルメッ
キ後のサンプルを５気圧のヘリウムガス中に４時間保持
した後に大気中に取出し、これを真空容器に入れ真空引
きし、ヘリウムの排出量を測定した。その結果を第５表
に示す。
製作された２５ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍのニッケルメッ
キ後のサンプルを５気圧のヘリウムガス中に４時間保持
した後に大気中に取出し、これを真空容器に入れ真空引
きし、ヘリウムの排出量を測定した。その結果を第５表
に示す。
【００４６】この試験は試料の表面に空孔があってメッ
キ面にくぼみがあったり、又メッキの膨れ等のヘリウム
ガスをトラップする微小な凹部があると敏感に排出量に
現われるもので、ヘリウム排出量が１０-8ａｔｍ．ｃｃ
／ｓｅｃ以下であれば半導体装置用基板としての使用が
可能である。
キ面にくぼみがあったり、又メッキの膨れ等のヘリウム
ガスをトラップする微小な凹部があると敏感に排出量に
現われるもので、ヘリウム排出量が１０-8ａｔｍ．ｃｃ
／ｓｅｃ以下であれば半導体装置用基板としての使用が
可能である。
【００４７】
【表５】
【００４８】本発明の溶浸法による基板はメッキでの膨
れもなく、混合法のＷ−Ｃｕ合金に比べ、気密性がはる
かに優れていることが確認された。これは溶浸法による
基板材料中には殆ど空孔が存在しないためと思われる。
れもなく、混合法のＷ−Ｃｕ合金に比べ、気密性がはる
かに優れていることが確認された。これは溶浸法による
基板材料中には殆ど空孔が存在しないためと思われる。
【００４９】実施例５ 図１に示すようなＣｕ−Ｗ放熱基板とＡｌ2Ｏ3外囲器材
を用いたゲート数が１００Ｋを越えるＬＳＩ用のパッケ
ージを作製した。図で１はＣｕ−Ｗ基板、２はＡｌ2Ｏ3
外囲器材、３はＳｉ半導体素子ＩＣチップである。Ｃｕ
−Ｗ基板の外寸は３０ｍｍ□、Ａｌ2Ｏ3外囲器材の外寸
は４０ｍｍ□、Ｓｉ半導体素子ＩＣチップの外寸は１５
ｍｍ□である。この場合Ａｌ2Ｏ3外囲器材とＣｕ−Ｗ基
板との一辺の接合長はＣｕ−Ｗ基板の外寸３０ｍｍとな
る。
を用いたゲート数が１００Ｋを越えるＬＳＩ用のパッケ
ージを作製した。図で１はＣｕ−Ｗ基板、２はＡｌ2Ｏ3
外囲器材、３はＳｉ半導体素子ＩＣチップである。Ｃｕ
−Ｗ基板の外寸は３０ｍｍ□、Ａｌ2Ｏ3外囲器材の外寸
は４０ｍｍ□、Ｓｉ半導体素子ＩＣチップの外寸は１５
ｍｍ□である。この場合Ａｌ2Ｏ3外囲器材とＣｕ−Ｗ基
板との一辺の接合長はＣｕ−Ｗ基板の外寸３０ｍｍとな
る。
【００５０】Ｃｕ−Ｗ材はＣｕ １０重量％−Ｗ近傍で
Ｃｕ １重量％刻みで８重量％から１５重量％まで８種
類作製した。
Ｃｕ １重量％刻みで８重量％から１５重量％まで８種
類作製した。
【００５１】Ａｌ2Ｏ3外囲器材の熱膨張係数は７．２×
１０-6／℃であり、Ｃｕ−Ｗ材のそれはＣｕ８重量％の
もので、６．３×１０-6／℃、１５重量％のもので７．
９×１０-6／℃であった。
１０-6／℃であり、Ｃｕ−Ｗ材のそれはＣｕ８重量％の
もので、６．３×１０-6／℃、１５重量％のもので７．
９×１０-6／℃であった。
【００５２】以上のＣｕ−Ｗ材８種類のパッケージを実
装したところ、Ｃｕ量８重量％のものではＣｕ−Ｗ基板
がソリを生じ、−６５℃〜＋１５０℃ヒートサイクル試
験でクラックを生じた。又、Ｃｕ量１５重量の場合も基
板にソリが生じ、ＩＣチップとの間に隙間が生じた。Ｃ
ｕ量９〜１４重量％のものについては、実装可能であっ
た。Ｃｕ量９重量％、１４重量％のものの熱膨張係数は
それぞれ６．８×１０-6／℃、７．６×１０-6／℃であ
る。
装したところ、Ｃｕ量８重量％のものではＣｕ−Ｗ基板
がソリを生じ、−６５℃〜＋１５０℃ヒートサイクル試
験でクラックを生じた。又、Ｃｕ量１５重量の場合も基
板にソリが生じ、ＩＣチップとの間に隙間が生じた。Ｃ
ｕ量９〜１４重量％のものについては、実装可能であっ
た。Ｃｕ量９重量％、１４重量％のものの熱膨張係数は
それぞれ６．８×１０-6／℃、７．６×１０-6／℃であ
る。
【００５３】したがってこの種の大型Ａｌ2Ｏ3外囲器材
のパッケージではＣｕ−Ｗ放熱基板材との接合外寸が大
きいため、Ｃｕ−Ｗ基板材の熱膨張係数をこの事例の場
合にはＡｌ2Ｏ3外囲器材のそれを中心にして±０．４×
１０-6／℃の範囲に抑えないと実装は難しいことがわか
る。
のパッケージではＣｕ−Ｗ放熱基板材との接合外寸が大
きいため、Ｃｕ−Ｗ基板材の熱膨張係数をこの事例の場
合にはＡｌ2Ｏ3外囲器材のそれを中心にして±０．４×
１０-6／℃の範囲に抑えないと実装は難しいことがわか
る。
【００５４】他に同一型で小型のＡｌ2Ｏ3外囲器材外寸
２０ｍｍ□、Ｃｕ−Ｗ基板材外寸１５ｍｍ□のものを同
様に各種Ｃｕ−Ｗ材と実装したところ、この場合はＣｕ
量８重量％〜２２重量％まで実装可能であった。
２０ｍｍ□、Ｃｕ−Ｗ基板材外寸１５ｍｍ□のものを同
様に各種Ｃｕ−Ｗ材と実装したところ、この場合はＣｕ
量８重量％〜２２重量％まで実装可能であった。
【００５５】実施例６ 図２に示すような５０ｍｍ□のＣｕ−Ｗ放熱基板１上に
外囲器材として４０ｍｍ□のＡｌ2Ｏ3絶縁基板２を搭載
し、Ｃｕ−Ｗ放熱基板上にコバール枠４を配設し、半導
体ＳｉＩＣチップ３はコバールリード５によって接続さ
れているマイクロ波用パッケージを作製した。なお６は
リード部の封止ガラスである。
外囲器材として４０ｍｍ□のＡｌ2Ｏ3絶縁基板２を搭載
し、Ｃｕ−Ｗ放熱基板上にコバール枠４を配設し、半導
体ＳｉＩＣチップ３はコバールリード５によって接続さ
れているマイクロ波用パッケージを作製した。なお６は
リード部の封止ガラスである。
【００５６】実施例５と同様にＣｕ量８重量％〜１５重
量％のＣｕ−Ｗ材にて実装を試みたところ、Ｃｕ量８重
量％のものではＣｕ−Ｗ基板で中央を凹にしてソリが生
じたため、コバール枠にストレスがかかりリード封止し
ているガラス部にキレツが生じた。
量％のＣｕ−Ｗ材にて実装を試みたところ、Ｃｕ量８重
量％のものではＣｕ−Ｗ基板で中央を凹にしてソリが生
じたため、コバール枠にストレスがかかりリード封止し
ているガラス部にキレツが生じた。
【００５７】又Ｃｕ量１５重量％のものでは上記と逆方
向にソリが生じ、プリント基板への装着時に半導体Ｓｉ
チップ搭載部にあたるパッケージ中央部付近で、プリン
ト基板との間に隙間が生じ、放熱性が著しく劣化し、Ｉ
Ｃの信頼性が低下した。この場合もＣｕ量９〜１４重量
％のものが実装可能であり、かつ信頼性の高い部品を作
ることができた。
向にソリが生じ、プリント基板への装着時に半導体Ｓｉ
チップ搭載部にあたるパッケージ中央部付近で、プリン
ト基板との間に隙間が生じ、放熱性が著しく劣化し、Ｉ
Ｃの信頼性が低下した。この場合もＣｕ量９〜１４重量
％のものが実装可能であり、かつ信頼性の高い部品を作
ることができた。
【００５８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の半導体
素子搭載用基板は、その熱膨張係数が外囲器材料のアル
ミナのそれに近似した数値を示し、かつ熱伝導性、メッ
キ性、気密性に優れたものであるから、集積回路装置等
の半導体産業分野における半導体素子の大型化や発熱量
増加に十分対応し得るものである。
素子搭載用基板は、その熱膨張係数が外囲器材料のアル
ミナのそれに近似した数値を示し、かつ熱伝導性、メッ
キ性、気密性に優れたものであるから、集積回路装置等
の半導体産業分野における半導体素子の大型化や発熱量
増加に十分対応し得るものである。
【図１】実施例５の説明図である。
【図２】実施例６の説明図である。
１ Ｃｕ−Ｗ放熱基板 ２ Ａｌ2Ｏ3外囲器材 ３ Ｓｉ半導体素子ＩＣチップ ４ コバール枠 ５ コバールリード ６ 封止ガラス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 昭 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 タングステンまたはモリブデンの強固で
緻密な骨格をなす多孔質の焼結体の空孔部に、溶浸法に
よりタングステン焼結体の場合、銅を５〜２２重量％、
モリブデン焼結体の場合銅を１０〜２５重量％隙間なく
充填させて含有させてその熱膨張係数を外囲器材料のア
ルミナ系セラミックの熱膨張係数に合致させると共に溶
浸後の焼結体密度比を実質１００％としたことを特徴と
する半導体素子搭載用の半導体装置用基板。 - 【請求項２】 半導体素子がＳｉまたはＧａＡｓである
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4325582A JPH07105464B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 半導体素子搭載用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4325582A JPH07105464B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 半導体素子搭載用半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57131026A Division JPS5921032A (ja) | 1982-07-26 | 1982-07-26 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613494A true JPH0613494A (ja) | 1994-01-21 |
| JPH07105464B2 JPH07105464B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=18178497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4325582A Expired - Lifetime JPH07105464B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | 半導体素子搭載用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105464B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0851172A (ja) * | 1994-08-05 | 1996-02-20 | Tokyo Tungsten Co Ltd | セラミックパッケージ及び放熱基板 |
| US5886269A (en) * | 1995-02-17 | 1999-03-23 | Nippon Tungsten Co., Ltd. | Substrate and heat sink for a semiconductor and method of manufacturing the same |
| JP2003297985A (ja) * | 2002-03-22 | 2003-10-17 | Plansee Ag | パッケージとその製造方法 |
| US6876075B2 (en) | 2000-03-15 | 2005-04-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Aluminum-silicon carbide semiconductor substrate and method for producing the same |
| WO2014106925A1 (ja) * | 2013-01-07 | 2014-07-10 | 株式会社アライドマテリアル | セラミック配線基板、半導体装置、およびセラミック配線基板の製造方法 |
| US10115655B2 (en) | 2014-10-09 | 2018-10-30 | Superufo291 Tec | Heat dissipation substrate and method for producing heat dissipation substrate |
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| JPS5062776A (ja) * | 1973-10-05 | 1975-05-28 | ||
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| JPH0231863A (ja) * | 1987-11-18 | 1990-02-01 | Nordson Kk | コーティング剤の塗布並びにその熟成方法 |
-
1992
- 1992-12-04 JP JP4325582A patent/JPH07105464B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| CN104781928A (zh) * | 2013-01-07 | 2015-07-15 | 联合材料公司 | 陶瓷布线基板、半导体装置、及陶瓷布线基板的制造方法 |
| JPWO2014106925A1 (ja) * | 2013-01-07 | 2017-01-19 | 株式会社アライドマテリアル | セラミック配線基板、半導体装置、およびセラミック配線基板の製造方法 |
| US10115655B2 (en) | 2014-10-09 | 2018-10-30 | Superufo291 Tec | Heat dissipation substrate and method for producing heat dissipation substrate |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07105464B2 (ja) | 1995-11-13 |
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