JPH0739236Y2 - アルミナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部 - Google Patents
アルミナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部Info
- Publication number
- JPH0739236Y2 JPH0739236Y2 JP1986165819U JP16581986U JPH0739236Y2 JP H0739236 Y2 JPH0739236 Y2 JP H0739236Y2 JP 1986165819 U JP1986165819 U JP 1986165819U JP 16581986 U JP16581986 U JP 16581986U JP H0739236 Y2 JPH0739236 Y2 JP H0739236Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- aluminum nitride
- thickness
- alumina
- joint
- 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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- Ceramic Products (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案はICチップを内部搭載したセラミックパッケージ
におけるチップ搭載部として、特に窒化アルミニウムを
用いるようにした場合の基板相互の接合部の構造に関す
る。
におけるチップ搭載部として、特に窒化アルミニウムを
用いるようにした場合の基板相互の接合部の構造に関す
る。
（従来の技術）（考案が解決すべき問題点） 従来のこの種接合部の構造は、ICチップ搭載部にヒート
シンク作用のある銅・タングステン合金を用いていた。
シンク作用のある銅・タングステン合金を用いていた。
しかし銅・タングステン合金は導通性のある金属である
ところから、熱放散は良いがアースをとる必要を生じ、
アースをとる必要のない電気絶縁性で、しかも熱伝導性
にも優れているセラミックの利用が叫ばれていた。熱伝
導性の良いセラミックとしてはベリリアやSiCが知られ
ているが、ベリリアは毒性があり、SiCは誘電率が大き
いので、ともに実用に供し難いのが現状である。本考案
者は窒化アルミニウム（AlN）が熱伝導性の良い電気絶
縁性セラミック材料であり、かつ又熱膨張係数もSiチッ
プの熱膨張係数の3.5×10-6／℃に近いことに着目して
なされたものである。
ところから、熱放散は良いがアースをとる必要を生じ、
アースをとる必要のない電気絶縁性で、しかも熱伝導性
にも優れているセラミックの利用が叫ばれていた。熱伝
導性の良いセラミックとしてはベリリアやSiCが知られ
ているが、ベリリアは毒性があり、SiCは誘電率が大き
いので、ともに実用に供し難いのが現状である。本考案
者は窒化アルミニウム（AlN）が熱伝導性の良い電気絶
縁性セラミック材料であり、かつ又熱膨張係数もSiチッ
プの熱膨張係数の3.5×10-6／℃に近いことに着目して
なされたものである。
（問題点を解決するための手段） 本考案は前記した実情から、AlNを用い、かつこれをヒ
ートシンクとして利用し得るように鋭意検討の結果、以
下の構成により解決したものである。
ートシンクとして利用し得るように鋭意検討の結果、以
下の構成により解決したものである。
即ちその概要はICパッケージのアルミナ質基板とICチッ
プ搭載部の窒化アルミニウム基板との接合面にはろう付
け用メタライズ層を設け、その間に、幅にに対する厚さ
の比が1/4以上である銅又は42アロイからなる緩衝材を
介在させてろう付けしてなる構造とすることにより、銅
又は42アロイの緩衝作用を生かして接合することに成功
したものである。
プ搭載部の窒化アルミニウム基板との接合面にはろう付
け用メタライズ層を設け、その間に、幅にに対する厚さ
の比が1/4以上である銅又は42アロイからなる緩衝材を
介在させてろう付けしてなる構造とすることにより、銅
又は42アロイの緩衝作用を生かして接合することに成功
したものである。
窒化アルミニウム（AlN）は熱膨張係数が4.5×10-6／℃
にして、アルミナ（Al2O3）は熱膨張係数が7.5×10-6／
℃であり、接合時の熱ストレスがAlNに大きく影響し、A
lNとAl2O3とを直接ろう付けすることは不可能であっ
た。
にして、アルミナ（Al2O3）は熱膨張係数が7.5×10-6／
℃であり、接合時の熱ストレスがAlNに大きく影響し、A
lNとAl2O3とを直接ろう付けすることは不可能であっ
た。
しかし本考案ではAlNと、Al2O3の間に緩衝材として銅又
は42アロイを介在させることによって熱膨張差を緩和
し、接合に成功したものであり、しかも接合には従来か
ら広く用いられているろう付け（共晶Agろうによる）法
を採用することによりICパッケージにおける異種金属の
接合に用いられているろう付け法と歩調を合わせること
になり、生産効率の向上にも資することができるもので
ある。
は42アロイを介在させることによって熱膨張差を緩和
し、接合に成功したものであり、しかも接合には従来か
ら広く用いられているろう付け（共晶Agろうによる）法
を採用することによりICパッケージにおける異種金属の
接合に用いられているろう付け法と歩調を合わせること
になり、生産効率の向上にも資することができるもので
ある。
以下本考案の接合構造を図面により説明する。
第１図は本考案の１例で（イ）は表面図、（ロ）は裏面
図、（ハ）は（イ）のAA線における接合部材を離隔分離
した縦断面図である。
図、（ハ）は（イ）のAA線における接合部材を離隔分離
した縦断面図である。
図においてAl2O3基板１にICチップを搭載すべきAlN基板
２が接合されるが、その接合にはろう付け用のメタライ
ズ層３が設けられ、Cuリング又は42アロイリング４を緩
衝材として介在させ、Agろう５でろう付けされている。
２が接合されるが、その接合にはろう付け用のメタライ
ズ層３が設けられ、Cuリング又は42アロイリング４を緩
衝材として介在させ、Agろう５でろう付けされている。
第２図は本考案の他の実施例で、（イ）は表面図（ロ）
は裏面図、（ハ）は（イ）のBB線における接合部材を離
隔分離した縦断面図である。
は裏面図、（ハ）は（イ）のBB線における接合部材を離
隔分離した縦断面図である。
同図において、Al2O3基板１には表側にクラッドピン６
が設けられている外は第１図と同一部分には同一符号が
付されているので説明を省略する。このような構造の接
合部の特性は既述のとおりである。本考案の実施に際
し、アルミナ側及び窒化アルミニウム側のメタライズと
しては、アルミナ側は従来からある同時焼成法によるＷ
メタライズでも良いが、ろう付け部に極力負担をかけた
くない場合は表裏面ラップの必要があるために、そのろ
う付け用メタライズ層形成の為にMo-Mn法或いは物理蒸
着−メツキ法を採用することができる。なおアルミナ基
板は内層配線を施した多層型のものも、然らざる単板の
ものもいずれも採用することができる。窒化アルミニウ
ム側は単板であるので、ろう付け用のメタライズとして
はMo-Mn法或いは物理蒸着法共に採用可能である。
が設けられている外は第１図と同一部分には同一符号が
付されているので説明を省略する。このような構造の接
合部の特性は既述のとおりである。本考案の実施に際
し、アルミナ側及び窒化アルミニウム側のメタライズと
しては、アルミナ側は従来からある同時焼成法によるＷ
メタライズでも良いが、ろう付け部に極力負担をかけた
くない場合は表裏面ラップの必要があるために、そのろ
う付け用メタライズ層形成の為にMo-Mn法或いは物理蒸
着−メツキ法を採用することができる。なおアルミナ基
板は内層配線を施した多層型のものも、然らざる単板の
ものもいずれも採用することができる。窒化アルミニウ
ム側は単板であるので、ろう付け用のメタライズとして
はMo-Mn法或いは物理蒸着法共に採用可能である。
又、銅又は42アロイはアルミナと窒化アルミニウムの間
に介在し、両者の熱膨張差を緩和するが、それは以下の
テストによって立証される。
に介在し、両者の熱膨張差を緩和するが、それは以下の
テストによって立証される。
試験例 アルミナ板厚0.64mm、窒化アルミニウム板厚0.64mm、Cu
リングの板厚0.5mm,ろう付け部に当接される側の幅4mm
のものを用いた結果、Heリークは初期値で合格したが、
−65℃×10分←→175℃×10分のヒートサイクルを10回
かけた後は接合部からリークを起こした。（リーク試験
の基準はMIL-STD883-B-1014による。）又緩衝材にCu厚
さ0.1mm、インバー厚さ0.3mm、Cu厚さ0.1mm計0.5mm厚の
緩衝材を用いるときはろう付け後窒化アルミニウムにク
ラックを生じた。又、緩衝材としてCuの板厚が0.5,0.3,
0.1mm、ろう付け部に当接される側の幅が1.0、1.5、2.0
mmのものを用いてテストを行なったところ、初期のリー
クテストではいずれも異常を生じなかった。しかし，ヒ
ートサイクル後のリークテストでは、板厚0.5mmの場合
は、幅2.0mm以下すべてが、板厚0.3mmの場合は、幅1.0m
mの場合のみがリークテストに合格した。すなわち、緩
衝材としてCuを用いた場合、その幅に対する厚さの比が
接合性に影響し、おおよそ1/4以上であるとヒートサイ
クル後においても良好な接合状態を保つことが上記試験
から判明した。
リングの板厚0.5mm,ろう付け部に当接される側の幅4mm
のものを用いた結果、Heリークは初期値で合格したが、
−65℃×10分←→175℃×10分のヒートサイクルを10回
かけた後は接合部からリークを起こした。（リーク試験
の基準はMIL-STD883-B-1014による。）又緩衝材にCu厚
さ0.1mm、インバー厚さ0.3mm、Cu厚さ0.1mm計0.5mm厚の
緩衝材を用いるときはろう付け後窒化アルミニウムにク
ラックを生じた。又、緩衝材としてCuの板厚が0.5,0.3,
0.1mm、ろう付け部に当接される側の幅が1.0、1.5、2.0
mmのものを用いてテストを行なったところ、初期のリー
クテストではいずれも異常を生じなかった。しかし，ヒ
ートサイクル後のリークテストでは、板厚0.5mmの場合
は、幅2.0mm以下すべてが、板厚0.3mmの場合は、幅1.0m
mの場合のみがリークテストに合格した。すなわち、緩
衝材としてCuを用いた場合、その幅に対する厚さの比が
接合性に影響し、おおよそ1/4以上であるとヒートサイ
クル後においても良好な接合状態を保つことが上記試験
から判明した。
又同様なテストを42アロイをCu板に代えて用いたが、Cu
板同様に良い結果を得た。
板同様に良い結果を得た。
実施例1.99.5％ Al2O3基板（厚さ0.64mm、外側31mm×3
1mm内側11mm×11mmの角型リング）と、AlN基板（厚さ0.
64mm、15mm×15mmの角型）の双方の接合予定部分にTi/M
o/Cuスパッタリングを施し、ここにCuメッキを10μｍ厚
に施した。この基板相互の間に、Cuリング（厚さ0.3m
m、外側15mm×15mm、内側11mm×11mmの角型リング、リ
ング幅2mm）を緩衝材として用い、共晶Agろうでろう付
け接合を行なった。
1mm内側11mm×11mmの角型リング）と、AlN基板（厚さ0.
64mm、15mm×15mmの角型）の双方の接合予定部分にTi/M
o/Cuスパッタリングを施し、ここにCuメッキを10μｍ厚
に施した。この基板相互の間に、Cuリング（厚さ0.3m
m、外側15mm×15mm、内側11mm×11mmの角型リング、リ
ング幅2mm）を緩衝材として用い、共晶Agろうでろう付
け接合を行なった。
これについて−65℃←→170℃のヒートサイクルを10サ
イクルかけた後も接合状態は良く、リークもみられなか
った。
イクルかけた後も接合状態は良く、リークもみられなか
った。
実施例2.92％Al2O3基板（厚さ0.90mm、外側36mm×36m
m、内側9mm×9mmの角型リング）と、AlN基板（厚さ0.64
mm、19mm×19mmの角型）の双方の接合予定部分にTi/Mo/
Cuスパッタリングを施し、ここにCuメッキを10μｍ厚に
施した。この基板相互の間にCuリング（厚さ0.3mm、外
側19mm×19mm、内側15mm×15mmの角型リング、リング幅
2mm）を緩衝材として用い、共晶Agろうで接合を行っ
た。これについて−65℃←→170℃のヒートサイクルを1
0サイクルかけた後も接合状態はよく、リークもみられ
なかった。
m、内側9mm×9mmの角型リング）と、AlN基板（厚さ0.64
mm、19mm×19mmの角型）の双方の接合予定部分にTi/Mo/
Cuスパッタリングを施し、ここにCuメッキを10μｍ厚に
施した。この基板相互の間にCuリング（厚さ0.3mm、外
側19mm×19mm、内側15mm×15mmの角型リング、リング幅
2mm）を緩衝材として用い、共晶Agろうで接合を行っ
た。これについて−65℃←→170℃のヒートサイクルを1
0サイクルかけた後も接合状態はよく、リークもみられ
なかった。
実施例3.緩衝材の材質をCuの代わりに42アロイとした外
は実施例１と同一条件によつてAl2O3基板とAlN基板を接
合した。これについてのヒートサイクルテスト、リーク
テストの結果も実施例１と同様であった。
は実施例１と同一条件によつてAl2O3基板とAlN基板を接
合した。これについてのヒートサイクルテスト、リーク
テストの結果も実施例１と同様であった。
実施例4.緩衝材の材質をCuの代わりに42アロイとした外
は実施例２と同一条件によってAl2O3基板とAlN基板を接
合した。これについてのヒートサイクルテスト、リーク
テストの結果も実施例１と同様であった。
は実施例２と同一条件によってAl2O3基板とAlN基板を接
合した。これについてのヒートサイクルテスト、リーク
テストの結果も実施例１と同様であった。
（考案の効果） 本考案によるときはICチップ搭載部に窒化アルミニウム
基板を用いているので従来と異なり絶縁性となり、かつ
これがヒートシンクとして十分機能するため従来からの
念願を達成するものであり、しかもアルミナ基板と窒化
アルミニウム基板との熱膨張係数の差があっても銅又は
42アロイの緩衝作用の下に接合されている結果、ヒート
サイクルによってもリークを生ぜず、かつ又基板に割れ
を生ぜず、窒化アルミニウム基板は十分ヒートシンク作
用を有するものであった。
基板を用いているので従来と異なり絶縁性となり、かつ
これがヒートシンクとして十分機能するため従来からの
念願を達成するものであり、しかもアルミナ基板と窒化
アルミニウム基板との熱膨張係数の差があっても銅又は
42アロイの緩衝作用の下に接合されている結果、ヒート
サイクルによってもリークを生ぜず、かつ又基板に割れ
を生ぜず、窒化アルミニウム基板は十分ヒートシンク作
用を有するものであった。
第１図は本考案の実施例に関し、（イ）は表面図、
（ロ）は裏面図、（ハ）は（イ）のAA線における部材の
分離断面図、第２図は本考案の他の実施例に関し、
（イ）は表面図、（ロ）は裏面図、（ハ）は（イ）のBB
線における部材の分離断面図である。 1:アルミナ基板、2:窒化アルミニウム基板 3:メタライズ層、4:Cu又は42アロイ 5:共晶Agろう
（ロ）は裏面図、（ハ）は（イ）のAA線における部材の
分離断面図、第２図は本考案の他の実施例に関し、
（イ）は表面図、（ロ）は裏面図、（ハ）は（イ）のBB
線における部材の分離断面図である。 1:アルミナ基板、2:窒化アルミニウム基板 3:メタライズ層、4:Cu又は42アロイ 5:共晶Agろう
Claims (1)
- 【請求項１】ICパッケージのアルミナ質基板とICチップ
搭載部の窒化アルミニウム基板の接合面に、ろう付け用
のメタライズ層が設けられ、両者の間に、幅に対する厚
さの比が1/4以上である銅又は42アロイからなる緩衝材
が介在されろう付けされていることを特徴とするアルミ
ナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986165819U JPH0739236Y2 (ja) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | アルミナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986165819U JPH0739236Y2 (ja) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | アルミナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6371543U JPS6371543U (ja) | 1988-05-13 |
| JPH0739236Y2 true JPH0739236Y2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=31096208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986165819U Expired - Lifetime JPH0739236Y2 (ja) | 1986-10-30 | 1986-10-30 | アルミナ質基板と窒化アルミニウム基板の接合部 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0739236Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0777988B2 (ja) * | 1989-07-21 | 1995-08-23 | 日本特殊陶業株式会社 | ヒートシンク付きセラミックパッケージ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59148384A (ja) * | 1983-02-14 | 1984-08-25 | イビデン株式会社 | 電子回路用炭化珪素質基板およびその製造方法 |
| JPS59182281A (ja) * | 1983-03-26 | 1984-10-17 | 新明和工業株式会社 | 拡散接合方法 |
| JPS6077178A (ja) * | 1983-09-30 | 1985-05-01 | 株式会社東芝 | 窒化物セラミックス接合体およびその製造方法 |
-
1986
- 1986-10-30 JP JP1986165819U patent/JPH0739236Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6371543U (ja) | 1988-05-13 |
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