JPH0723964Y2 - 半導体装置用軽量基板 - Google Patents
半導体装置用軽量基板Info
- Publication number
- JPH0723964Y2 JPH0723964Y2 JP1988147411U JP14741188U JPH0723964Y2 JP H0723964 Y2 JPH0723964 Y2 JP H0723964Y2 JP 1988147411 U JP1988147411 U JP 1988147411U JP 14741188 U JP14741188 U JP 14741188U JP H0723964 Y2 JPH0723964 Y2 JP H0723964Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate material
- alloy
- semiconductor device
- thin plate
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、軽量にして、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基板に関するもの
である。
大電力化に十分対応することができる基板に関するもの
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
（Al2O3で示す）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の両側面
に、それぞれ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（Cu2O）を形
成しておき、前記Al2O3焼結体製絶縁板材と重ね合せた
状態で、1065〜1085℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCu
との間で液相を発生させて結合することからなり、また
前記Cu薄板材のうち、前記絶縁板材Ｃ′の一方側が回路
形成用導体となり、同他方側がヒートシンク板材Ａ′と
のはんだ付け用となるものであり、この状態で、通常Pb
-Sn合金からなるはんだ材（一般に、450℃以下の融点を
もつものをはんだという）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のものが知られ
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
（Al2O3で示す）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の両側面
に、それぞれ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（Cu2O）を形
成しておき、前記Al2O3焼結体製絶縁板材と重ね合せた
状態で、1065〜1085℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCu
との間で液相を発生させて結合することからなり、また
前記Cu薄板材のうち、前記絶縁板材Ｃ′の一方側が回路
形成用導体となり、同他方側がヒートシンク板材Ａ′と
のはんだ付け用となるものであり、この状態で、通常Pb
-Sn合金からなるはんだ材（一般に、450℃以下の融点を
もつものをはんだという）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のものが知られ
ている。
〔考案が解決しようとする課題〕 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、装置自体が大型化し、重量化する傾向にあり、
したがってこれを構成する部材の軽量化が強く望まれて
いるが、上記の従来半導体装置用基板では、これを構成
するヒートシンク板材Ａ′および薄板材Ｂ′がいずれも
重質のCuであり、さらにこれに重質のPb-Sn合金はんだ
材Ｄ′が加わるために、これらの要求に対応することが
できないのが現状である。
伴って、装置自体が大型化し、重量化する傾向にあり、
したがってこれを構成する部材の軽量化が強く望まれて
いるが、上記の従来半導体装置用基板では、これを構成
するヒートシンク板材Ａ′および薄板材Ｂ′がいずれも
重質のCuであり、さらにこれに重質のPb-Sn合金はんだ
材Ｄ′が加わるために、これらの要求に対応することが
できないのが現状である。
そこで、本考案者等は、上述のような観点から、軽量な
半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、ヒ
ートシンク板材および薄板材を、純Alや、例えばAl-2.5
％Mg-0.2％Cr合金およびAl-1％Mn合金などのAl合金で構
成し、これをAl2O3焼結体からなる絶縁板材の両面に、A
l-13％Si合金、Al-7.5％Si合金、Al-9.5％Si-1％Mg合
金、およびAl-7.5％Si-10％Ge合金などのAl-Si系合金
や、Al-15％Ge合金などのAl-Ge系合金からなるろう材
（以上重量％）を、箔材、あるいは前記ヒートシンク板
材および薄板材の接合面側にクラッドした状態で用い
て、積層接合し、かつ前記薄板材の表面の所定部分また
は全面に回路形成用および部品はんだ付け用としてCuま
たはNiメッキ層を形成した構造にすると、構成部材すべ
てが軽量のAlおよびAl合金とAl2O3で構成されることに
なることから、基板全体が軽量化されたものになるとい
う知見を得たのである。
半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、ヒ
ートシンク板材および薄板材を、純Alや、例えばAl-2.5
％Mg-0.2％Cr合金およびAl-1％Mn合金などのAl合金で構
成し、これをAl2O3焼結体からなる絶縁板材の両面に、A
l-13％Si合金、Al-7.5％Si合金、Al-9.5％Si-1％Mg合
金、およびAl-7.5％Si-10％Ge合金などのAl-Si系合金
や、Al-15％Ge合金などのAl-Ge系合金からなるろう材
（以上重量％）を、箔材、あるいは前記ヒートシンク板
材および薄板材の接合面側にクラッドした状態で用い
て、積層接合し、かつ前記薄板材の表面の所定部分また
は全面に回路形成用および部品はんだ付け用としてCuま
たはNiメッキ層を形成した構造にすると、構成部材すべ
てが軽量のAlおよびAl合金とAl2O3で構成されることに
なることから、基板全体が軽量化されたものになるとい
う知見を得たのである。
この考案は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、第１図に概略説明図で示されるように、いずれもAl
またはAl合金からなるヒートシンク板材Ａおよび回路形
成用薄板材Ｂを、Al2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃを両
側からはさんだ状態で、Al-Si系合金またはAl-Ge系合金
のろう材Ｄを用いて積層接合してなり、かつ前記回路形
成用薄板材Ｂの表面の所定部分または全面にCuまたはNi
メッキ層を形成してなる半導体装置用軽量基板に特徴を
有するものである。
て、第１図に概略説明図で示されるように、いずれもAl
またはAl合金からなるヒートシンク板材Ａおよび回路形
成用薄板材Ｂを、Al2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃを両
側からはさんだ状態で、Al-Si系合金またはAl-Ge系合金
のろう材Ｄを用いて積層接合してなり、かつ前記回路形
成用薄板材Ｂの表面の所定部分または全面にCuまたはNi
メッキ層を形成してなる半導体装置用軽量基板に特徴を
有するものである。
つぎに、この考案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。
幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法をもった純度:
96％のAl2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃ、いずれも第１
表に示される組成のAlまたはAl合金からなり、かつ寸法
が幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mmのヒートシンク板材Ａ
と、同じく幅:45mm×厚さ:1mm×長さ:70mmの薄板材Ｂ、
同じく第１表に示される組成を有する厚さ:50μｍの箔
材としたAl-Si合金およびAl-Ge合金からなるろう材Ｄ、
さらに第１表に示される組成を有するろう材を上記のヒ
ートシンク板材Ａおよび薄板材Ｂの圧延加工時に30μｍ
の厚さにクラッドしてろう付け板材（ブレージングシー
ト）とした上記寸法のヒートシンク板材および薄板材を
それぞれ用意し、ついでこれらを第１図に示される状態
に積み重ね、この状態で真空中、 430〜610℃の範囲内のろう材の溶融温度に適合した温度
に10分間保持の条件でろう付けして積層接合体とし、こ
の積層接合体に、温度:350℃に30分間保持後常温まで炉
冷の熱処理を施し、引続いて前記積層接合体を構成する
薄板材Ｂの表面全面に、厚さ:0.5μｍのCuまたはNiメッ
キ層を通常の無電解メッキ法により形成することにより
本考案基板１〜10をそれぞれ製造した。
96％のAl2O3焼結体からなる絶縁板材Ｃ、いずれも第１
表に示される組成のAlまたはAl合金からなり、かつ寸法
が幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mmのヒートシンク板材Ａ
と、同じく幅:45mm×厚さ:1mm×長さ:70mmの薄板材Ｂ、
同じく第１表に示される組成を有する厚さ:50μｍの箔
材としたAl-Si合金およびAl-Ge合金からなるろう材Ｄ、
さらに第１表に示される組成を有するろう材を上記のヒ
ートシンク板材Ａおよび薄板材Ｂの圧延加工時に30μｍ
の厚さにクラッドしてろう付け板材（ブレージングシー
ト）とした上記寸法のヒートシンク板材および薄板材を
それぞれ用意し、ついでこれらを第１図に示される状態
に積み重ね、この状態で真空中、 430〜610℃の範囲内のろう材の溶融温度に適合した温度
に10分間保持の条件でろう付けして積層接合体とし、こ
の積層接合体に、温度:350℃に30分間保持後常温まで炉
冷の熱処理を施し、引続いて前記積層接合体を構成する
薄板材Ｂの表面全面に、厚さ:0.5μｍのCuまたはNiメッ
キ層を通常の無電解メッキ法により形成することにより
本考案基板１〜10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、上記の
絶縁板材Ｃと同じものを絶縁板材Ｃ′として用い、これ
の両側から幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの寸法をも
った無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）ではさんだ状態で重ね
合わせ、この状態で酸素: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、この酸化性雰
囲気で表面に形成したCu2Oと母材の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:300μｍの箔材としたPb-60％Sn合金からなるはん
だ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mm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。
絶縁板材Ｃと同じものを絶縁板材Ｃ′として用い、これ
の両側から幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの寸法をも
った無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）ではさんだ状態で重ね
合わせ、この状態で酸素: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、この酸化性雰
囲気で表面に形成したCu2Oと母材の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:300μｍの箔材としたPb-60％Sn合金からなるはん
だ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:75mm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。
ついで、本考案基板１〜10および従来基板について、一
般に半導体装置用基板の評価試験として採用されている
試験、すなわち温度:125℃に加熱後、−55℃に冷却を１
サイクルとする繰り返し加熱試験を行ない、絶縁板材に
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
に観察して測定し、また本考案基板１〜10の重量を測定
し、従来基板の重量を１とし、これに対する相対比を求
めた。これらの結果を第１表に示した。
般に半導体装置用基板の評価試験として採用されている
試験、すなわち温度:125℃に加熱後、−55℃に冷却を１
サイクルとする繰り返し加熱試験を行ない、絶縁板材に
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
に観察して測定し、また本考案基板１〜10の重量を測定
し、従来基板の重量を１とし、これに対する相対比を求
めた。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、本考案基板１〜10は、いず
れも苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによって
も、絶縁板材に割れの発生が見られないのに対して、従
来基板ではAl2O3焼結体とCu間の大きな熱膨張係数差に
原因して絶縁板材に比較的早期に割れが発生するもので
あり、また本考案基板１〜10は、従来基板に比して約64
％の重量減を示し、軽量化の著しいことが明らかであ
る。
れも苛酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによって
も、絶縁板材に割れの発生が見られないのに対して、従
来基板ではAl2O3焼結体とCu間の大きな熱膨張係数差に
原因して絶縁板材に比較的早期に割れが発生するもので
あり、また本考案基板１〜10は、従来基板に比して約64
％の重量減を示し、軽量化の著しいことが明らかであ
る。
上述のように、この考案の半導体装置用基板は、軽量な
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、かつ苛酷な条件下での実用に際してもセ
ラミック質の絶縁板材に割れなどの欠陥発生なく、信頼
性のきわめて高いものであるなど工業上有用な効果をも
たらすものである。
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、かつ苛酷な条件下での実用に際してもセ
ラミック質の絶縁板材に割れなどの欠陥発生なく、信頼
性のきわめて高いものであるなど工業上有用な効果をも
たらすものである。
第１図はこの考案の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,C′…絶
縁板材、Ｄ…ろう材、Ｄ′…はんだ材。
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,C′…絶
縁板材、Ｄ…ろう材、Ｄ′…はんだ材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 神田 義雄 埼玉県大宮市北袋町１―297 三菱金属株 式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−254449（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−94440（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100346（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−48087（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−13515（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭60−4154（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (1)
- 【請求項１】いずれもAlまたはAl合金からなるヒートシ
ンク板材および回路形成用薄板材を、酸化アルミニウム
焼結体からなる絶縁板材を両側からはさんだ状態で、Al
-Si系合金またはAl-Ge系合金のろう材を用いて積層接合
してなり、かつ前記回路形成用薄板材の表面の所定部分
または全面にCuまたはNiメッキ層を形成してなる半導体
装置用軽量基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988147411U JPH0723964Y2 (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 半導体装置用軽量基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1988147411U JPH0723964Y2 (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 半導体装置用軽量基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0268448U JPH0268448U (ja) | 1990-05-24 |
| JPH0723964Y2 true JPH0723964Y2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=31417786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1988147411U Expired - Lifetime JPH0723964Y2 (ja) | 1988-11-11 | 1988-11-11 | 半導体装置用軽量基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0723964Y2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4649027B2 (ja) * | 1999-09-28 | 2011-03-09 | 株式会社東芝 | セラミックス回路基板 |
| JP4556307B2 (ja) * | 2000-08-11 | 2010-10-06 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール及びパワーモジュール用緩衝材の製造方法 |
| JP4756200B2 (ja) | 2000-09-04 | 2011-08-24 | Ｄｏｗａメタルテック株式会社 | 金属セラミックス回路基板 |
| DE10142615A1 (de) * | 2001-08-31 | 2003-04-10 | Siemens Ag | Leistungselektronikeinheit |
| EP2259308B1 (en) * | 2008-03-17 | 2022-06-15 | Mitsubishi Materials Corporation | Substrate for power module with heat sink and method for producing the same, power module with heat sink, and substrate for power module |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59121890A (ja) * | 1982-12-28 | 1984-07-14 | 株式会社東芝 | セラミツクスと金属との接合体 |
| JPS6071579A (ja) * | 1983-09-28 | 1985-04-23 | 株式会社日立製作所 | アルミナと金属との接合方法 |
-
1988
- 1988-11-11 JP JP1988147411U patent/JPH0723964Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0268448U (ja) | 1990-05-24 |
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