JPH06151637A - リード付き窒化アルミニウム絶縁放熱板 - Google Patents

リード付き窒化アルミニウム絶縁放熱板

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JPH06151637A
JPH06151637A JP30276892A JP30276892A JPH06151637A JP H06151637 A JPH06151637 A JP H06151637A JP 30276892 A JP30276892 A JP 30276892A JP 30276892 A JP30276892 A JP 30276892A JP H06151637 A JPH06151637 A JP H06151637A
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JP
Japan
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aluminum nitride
lead
substrate
radiation plate
plate provided
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Pending
Application number
JP30276892A
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English (en)
Inventor
Akira Miyai
明 宮井
Kazuo Kato
和男 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denki Kagaku Kogyo KK
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パワートランジスタ等の絶縁放熱板として好
適な放熱性と信頼性に優れたリード付き窒化アルミニウ
ム絶縁放熱板の提供。 【構成】 活性金属ろうを用いるメタライズ法によりメ
タライズパターンが形成されてなるリード付き窒化アル
ミニウム絶縁放熱板であって、外出しタイプリードと接
合される窒化アルミニウム基板端が0.1C以上の面取
りあるいは0.2R以上の面取りが施されているか又は
窒化アルミニウム基板端から0.1mm以上の縁取りを
持ってリード付けがなされていることを特徴とするリー
ド付き窒化アルミニウム絶縁放熱板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パワートランジスタ等
の絶縁放熱板として好適な放熱性と信頼性に優れたリー
ド付き窒化アルミニウム絶縁放熱板に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の小型化に伴なって単位面積
当りの消費電力は急増しており、回路設計者は種々の対
策に取り組んでいる。とりわけパワートランジスタの発
熱量は大きいので、高価なヒートスプレッダーを用いた
り、衛生上好ましくないベリリア基板が採用されてい
る。このようなことから、高熱伝導性で毒性もない窒化
アルミニウム基板が注目を集めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】窒化アルミニウムは、
電気的特性がアルミナのそれと同等で熱伝導率は5〜1
3倍であり、熱膨張係数がSiに近いという特長があ
る。このSiに近い熱膨張係数は、大型Si素子の直接
搭載を可能にする反面、通信用の混成集積回路で用いら
れているようなリードを備えた絶縁放熱板では、冷熱サ
イクルによる熱応力によってリード接合部にクラックが
生じるという問題があった。これは、リード材と窒化ア
ルミニウムの熱膨張差に起因するものであり、アルミナ
を用いる場合に比べて大きな応力が発生することによ
る。従って、この応力をなんらかの形で害のないように
することが必要である。
【0004】本発明は、リードを備えた窒化アルミニウ
ム絶縁放熱板の上記課題を解決することを目的とするも
のである。
【0005】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、活
性金属ろうを用いるメタライズ法によりメタライズパタ
ーンが形成されてなるリード付き窒化アルミニウム絶縁
放熱板であって、外出しタイプリードと接合される窒化
アルミニウム基板端が0.1C以上の面取りあるいは
0.2R以上の面取りが施されているか又は窒化アルミ
ニウム基板端から0.1mm以上の縁取りを持ってリー
ド付けがなされていることを特徴とするリード付き窒化
アルミニウム絶縁放熱板である。
【0006】本発明の大きな特徴は、リードと窒化アル
ミニウム基板の熱膨張差に起因する熱応力を基板の稜部
ではなくて面で受けることによってその耐久性を向上さ
せようとするものであり、リードと接合される窒化アル
ミニウム基板端が0.1C以上の面取りあるいは0.2
R以上の面取りが施されているか、又は0.1mmの縁
取りがなされてリード付けされていることであり、それ
ぞれの一例を図3〜図5に示した。面取りと縁取りは共
に大きいほど耐久性は向上するが、その上限は、目標サ
イズの制限から必然的に適正値が定まってくる。
【0007】以下、本発明を高周波トランジスタパッケ
ージを例にとり、図面を参照しながらさらに詳しく説明
する。図1は本発明のリード付き窒化アルミニウム絶縁
放熱板の一例を示す斜視図、図2は図1のA−A断面に
おける斜視図、図3〜図5は図2の窒化アルミニウム基
板端部付近における部分断面図である。図において、符
号の1はメタライズパターン、2は外出しタイプリー
ド、3は窒化アルミニウム基板の外に出ないリード、4
は窒化アルミニウム基板、5は稜部である。
【0008】本発明で使用される窒化アルミニウム基板
は大別して2つの方法で製造することができる。その1
つはホットプレス法である。これは、窒化アルミニウム
粉末単独又は窒化アルミニウムと焼結助剤との混合粉末
を窒化ホウ素等でライニングされた黒鉛容器内に充填
し、不活性雰囲気下、高温高圧で焼結した後、基板状に
機械加工することによって製造される。
【0009】他の1つは常圧焼結法である。これは、窒
化アルミニウム粉末に焼結助剤、有機バインダー、さら
には必要に応じて、溶剤、可塑剤、解膠剤等を添加して
十分に混合した後、グリーン成形・焼結の工程を経て製
造されるものであって、量産性に優れ、後加工も不要で
ある。
【0010】上記製法で使用される窒化アルミニウム粉
末としては、金属アルミニウムを直接窒化して得られた
粉末、アルミナの還元窒化によって得られた粉末、気相
法で得られた粉末等があげられ、また、焼結助剤として
は、希土類化合物、アルカリ土類化合物、IIIa族化
合物等が使用される。
【0011】さらには、有機バインダーとしては、一般
的なセラミック用有機バインダーを使用することができ
る。例えば、グリーン成形をドクターブレード法で行う
場合には、ポリビニルブチラール、アクリル系樹脂等が
用いられ、プレス成形法で行う場合には、ポリビニルア
ルコール、カルボキシメチルセルロース、エチルセルロ
ース等が一般的に使用される。なお、ドクターブレード
法の場合には、溶剤、可塑剤、解膠剤が用いられるが、
これらについても通常のものが使用される。
【0012】本発明に好適なグリーン成形体をプレス成
形法で得るためには、稜にR面又はC面加工を施したプ
レス金型を用いる。ドクターブレード法でシート化した
場合には、プレス打ち抜きによって適切なサイズに打ち
抜かれた後焼結されるが、焼結後に製品サイズに細かく
分割するためにチョコブレークラインの加工が施される
こともある。
【0013】焼結は、窒化アルミニウムの一般的な条件
である温度1600〜2000℃の不活性雰囲気中で行
われ、焼結体の相対密度としては95%以上が望まし
い。
【0014】以上のようにして得られた窒化アルミニウ
ム基板に、本発明のような面取りを施すには、通常、機
械加工によって行われ、その際、ダイヤモンド工具が使
用される。
【0015】このような加工基板にメタライズ処理を施
した後、リード付けを行うと高周波トランジスタ搭載用
絶縁放熱板となる。本発明において、メタライズパター
ンを活性金属ろうを用いるメタライズ法に限定したの
は、メタライズパターンそれ自体を導体回路とすると共
にリード付け時の接合剤として機能させること以外に、
以下に示す理由によるものである。
【0016】すなわち、同時焼成法によるメタライズの
場合は、メタライズ層の焼結が不十分で比較的脆弱な構
造となる。そのため、メタライズ層自体がリード材との
応力緩衝効果を示すので、本発明のような加工を施して
も意味がない。
【0017】一方、厚膜法によるメタライズの場合は、
それによって得られたメタライズ膜と窒化アルミニウム
基板との密着強度が低いので、これにリード付けを行な
う際、どのような工夫をこらしても実用強度を確保する
ことが極めて困難となる。
【0018】これに対して、活性金属ろうを用いるメタ
ライズ法であると、メタライズ膜と窒化アルミニウム基
板との密着強度が極めて高くなり、しかもメタライズ膜
が緻密で強度も大きいためメタライズ膜の破壊は起こら
ない。
【0019】活性金属ろうを用いるメタライズは、T
i、Zr等の活性金属成分を含むろう箔又はろう材ペー
ストを窒化アルミニウム基板に接触配置又は塗布し、1
-4torr以下の真空中、ろう材の融点以上に加熱す
ることによって行われる。活性金属成分の添加量は、ろ
うの形態によって異なり、活性金属を含む合金箔の場合
は1〜4%、活性金属粉とフィラーメタルとで調製され
たペーストの場合はフィラーメタルの粒径・形によって
1〜30%の範囲で選択される。また、活性金属成分
は、その金属に限らず、フィラーメタルの融点以下で活
性金属となる活性金属の化合物、例えば水素化物等を使
用することもできる。
【0020】フィラーメタルとしては、メタライズ膜を
再溶融することによってリード付けする場合には、リー
ド材より低融点の金属又は合金を用いるのがよい。一
方、リード付けのためにあらたにろうを塗布する場合
は、リード材より高融点の金属又は合金が好ましい。
【0021】リード材としては、42Ni合金、コバー
ル、インバー等、さらには銅合金をも使用することがで
きる。リード付けに際しては、リード材をあらかじめ最
終形状あるいは最終形状に近い形状に加工しておくのが
一般的であり、加工法としてはプレス打ち抜き、エッチ
ング等がある。
【0022】リードと窒化アルミニウム基板との接合
は、真空あるいはアルゴン、水素等の非酸化性雰囲気中
で行われる。その際、リードと窒化アルミニウム基板と
が設計されたどおりの位置に接合されるよう位置決め用
の治具に収納したり、有機質接着剤等で仮止めする等の
工夫が行われる。リード付け温度は、リードの融点未満
で、ろうの融点以上が選ばれる。炉の形式については、
バッチ式とベルト炉、プッシャー炉等の連続式がある
が、ベルト炉が一般的である。
【0023】以上のようにして得られたリード付き絶縁
放熱板の導体部分に、メッキ処理を施してからトランジ
スタチップを搭載し、キャップを接着することによって
トランジスタパッケージが得られる。
【0024】
【実施例】以下、実施例と比較例をあげてさらに具体的
に本発明を説明する。
【0025】実施例1 窒化アルミニウム粉末98重量部、酸化イットリウム2
重量部、有機バインダー(ポリビニルブチラール)8重
量部、可塑剤(ジプチルフタレート)4重量部、分散剤
(グリセリントリオレート)2重量部、溶剤(トルエン
とブタノールとの混合溶剤)28重量部からなる混合ス
ラリーを脱泡処理してシートを成形した。乾燥後、プレ
ス打ち抜きによって85×42mmに加工した。その
際、焼き上がりで6.5mm角基板50個とれるように
チョコブレークラインをいれた。
【0026】それを空気中で脱脂処理をした後、窒素
中、温度1850℃、2時間焼成して窒化アルミニウム
基板を製造した。この基板の熱伝導率は110W/mK
であり、相対密度は99.7%であった。
【0027】得られた窒化アルミニウム基板のブレーク
ライン加工面に、回路形成とリード付けを行うパターン
のメタライズペーストを印刷した。外出しリードが接合
される部分のパターンは、ブレーク後基板端となるライ
ンから0.1mmの縁取りを持つようにした。メタライ
ズペーストは活性金属ろうペーストを使用し、その裏面
はベタパターンとした。次いで、ブレークラインに沿っ
て割り、6.5mm角基板が10個並んだ短冊状とし
た。
【0028】上記短冊状基板の側面にペーストを塗布
し、真空中、880℃の温度でメタライズ処理をした
後、ブレークラインに沿って割り、6.5mm角基板と
した。
【0029】この6.5mm角メタライズ基板を専用の
リード付け治具に収納し、水素中で42Ni合金リード
フレームと接合した後、4mm幅のリードについてピー
ル強度を測定した。また、同様にして得られた別の10
個のサンプルについては、−65℃×30分、200℃
×30分を1サイクルとする耐久性試験を10サイクル
実施し、ピール強度を測定した。
【0030】実施例2 実施例1と同様の方法でシートを成形し85×42mm
に打ち抜いた。この時、チョコブレークラインの加工は
施さなかった。その後、実施例1と同様の方法で窒化ア
ルミニウム基板を製造した。得られた基板を先端が90
度のダイヤモンドホイールで6.5mm角が50個とれ
るように深さ0.1mmのノッチ加工をした後、実施例
1と同様の方法でメタライズをしリード付けを行った。
この時のリード付け面の基板端の面取りは0.1Cであ
った。
【0031】実施例3 実施例2と同様の方法でチョコブレークラインをいれな
い窒化アルミニウム基板を製造し、機械加工により6.
5mm角基板を切り出した。その後、リード付けをする
面の稜に0.2mmのR加工を施し、表裏及び2側面に
活性金属ペーストを用いてメタライズ処理をし、さらに
リード付けを行った。
【0032】比較例1 実施例2と同様な方法で窒化アルミニウム基板を作製
し、機械加工で6.5mm角基板を切り出した。基板端
は正確に90度であり面取り加工は施されていない。こ
れの表裏及び2側面に活性金属ペ−ストを用いてメタラ
イズ処理をし、リ−ド付けを行った。
【0033】比較例2 比較例1と同様の方法で、6.5mm角基板を機械加工
で切り出した後、リ−ド付けをする面の稜に0.1mm
のR加工を施した。これに比較例1と同様の方法でリ−
ド付けをした。
【0034】実施例1〜3及び比較例1〜2の結果につ
いて、サンプル10個のピール強度の平均値と最小値を
表1に示す。
【0035】
【表1】
【0036】
【発明の効果】本発明のリード付き窒化アルミニウム絶
縁放熱板は、冷熱サイクル等の環境下でもリ−ド接合部
にクラックが発生せず、信頼性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のリード付き窒化アルミニウム絶縁放
熱板の一例を示す斜視図である。
【図2】 図1のA−A断面における斜視図である。
【図3】 図2の窒化アルミニウム基板端に0.1Cの
面取りを施した場合の窒化アルミニウム絶縁放熱板端部
付近における部分断面図である。
【図4】 図2の窒化アルミニウム基板端に0.2Rの
面取りを施した場合の窒化アルミニウム絶縁放熱板端部
付近における部分断面図である。
【図5】 図2の窒化アルミニウム基板端に0.1mm
の縁取りを施した場合の窒化アルミニウム絶縁放熱板端
部付近における部分断面図である。
【符号の説明】
1 メタライズパターン 2 外出しタイプリード 3 窒化アルミニウム基板の外に出ないリード 4 窒化アルミニウム基板 5 稜部
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 23/36 M

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 活性金属ろうを用いるメタライズ法によ
    りメタライズパターンが形成されてなるリード付き窒化
    アルミニウム絶縁放熱板であって、外出しタイプリード
    と接合される窒化アルミニウム基板端が0.1C以上の
    面取りあるいは0.2R以上の面取りが施されているか
    又は窒化アルミニウム基板端から0.1mm以上の縁取
    りを持ってリード付けがなされていることを特徴とする
    リード付き窒化アルミニウム絶縁放熱板。
JP30276892A 1992-11-13 1992-11-13 リード付き窒化アルミニウム絶縁放熱板 Pending JPH06151637A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002121083A (ja) * 2000-10-10 2002-04-23 Kyocera Corp セラミック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支持部材
JP2009110989A (ja) * 2007-10-26 2009-05-21 Kyocera Corp 金具付き回路基板の製造方法
JP2012156432A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Kyocera Corp 素子収納用パッケージおよび実装構造体
JP2014090048A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Nippon Steel & Sumikin Electronics Devices Inc パワーモジュール用基板

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