JPH08139221A - 半導体搭載回路用金属基板 - Google Patents

半導体搭載回路用金属基板

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JPH08139221A
JPH08139221A JP8113694A JP8113694A JPH08139221A JP H08139221 A JPH08139221 A JP H08139221A JP 8113694 A JP8113694 A JP 8113694A JP 8113694 A JP8113694 A JP 8113694A JP H08139221 A JPH08139221 A JP H08139221A
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semiconductor
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circuit
board
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JP8113694A
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Takeshi Shimizu
水 剛 清
Eiji Watanabe
辺 栄 次 渡
Masayoshi Tadano
政義 多々納
Yukio Uchida
田 幸 夫 内
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】低熱膨脹率の金属板をベース基板として用いる
ことにより、シリコンチップとの高い接合信頼性を有
し、放熱性にも優れた半導体搭載用の回路基板を提供す
る。 【構成】金属基板に絶縁層、CuとAlの複層箔とから
なる導体部を順次積層して一体化してなる積層物の該箔
を、エッチングして配線回路を形成させ、露出したAl
導電回路やCu導電回路に半田を介してCu導電回路と
半導体や他部材とを積層し、かつ半導体とAl導電回路
とをAlリード線を用いて固着する混成集積回路におい
て、常温から500℃の温度の熱膨張率係数が15×1
-6-1以下の金属板の両面に厚さが0.5〜50μm
のAl層を有し、少なくとも絶縁層を積層するAlの表
面側に厚さ0.1〜2μmのAl酸化層を有する半導体
搭載回路用金属基板としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気機器,自動車等に
用いられる混成集積回路において、耐熱性を要求される
厳しい環境下でも使用に耐え得る回路基板であるととも
に、回路基板上の導体とシリコンチップとの高い接合信
頼性を提供する半導体搭載回路用金属基板に関する。
【0002】
【従来技術】従来より、電気機器,自動車等に用いられ
る回路基板には放熱特性を付与するため、主に熱伝導性
に優れたAl合金板やCu合金板が使用されてきた。し
かしながら近年、回路基板はさらに高密度実装化が進
み、厳しい条件下でも使用に耐え得る材料の要求が高ま
ってきている。とくに、高温環境下での使用や大電流使
用による自己発熱等の熱に対する回路基板の信頼性が重
要である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のAl合金板やC
u合金板をベース基板とした回路基板は、放熱特性には
優れるものの熱膨張率が大きいため、熱的に厳しい環境
下での使用では、絶縁層を介して形成された導体上に搭
載されている低熱膨張率のシリコンチップとの間に熱歪
が生じる。そして、繰り返し使用されるうちにシリコン
チップを導体に接合している半田部分やシリコンチップ
自体に割れが発生し、これらが組み込まれたコンピュー
タプログラム等の誤作動あるいは作動停止等を引き起こ
すことになり、回路基板の信頼性を著しく低下させる問
題があった。
【0004】そこで、この改善法として回路を形成する
導体にMo層を形成させ、エッチングすることにより、
シリコンチップの搭載部にMoパットを形成させる方法
が提案されている(特開平5−29491号)。Moは
シリコンと比較的に近い熱膨張率を示すため、シリコン
チップ搭載部にMoパットを設けることで、熱膨張率の
大きいベース基板とシリコンチップの間に発生する熱歪
を緩和させる。したがって、この方法で作製した回路基
板を使用した場合、熱的に厳しい環境下でも信頼性を向
上する効果がある。しかし、この方法はMoパットを形
成するために複雑な工程を経なければならないこと、M
oが高価であること等の理由から、コストアップするこ
とも否めない。
【0005】以上のように、耐熱性が要求される厳しい
環境下でも、使用に耐え得る回路基板であるとともに、
回路基板上の導体とシリコンチップとの高い接合信頼性
をMoパットを使用しなくても得ることができ、かつ優
れた放熱特性を有する半導体搭載回路基板の提供を目的
とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば金属基板に絶縁層、CuとAlの複層箔とからなる導
体部を順次積層して一体化してなる積層物の該箔を、エ
ッチングして配線回路を形成させ、露出したAl導電回
路やCu導電回路に半田を介してCu導電回路と半導体
や他部材とを積層し、かつ半導体とAl導電回路とをA
lリード線を用いて固着する混成集積回路において、常
温から500℃の温度の熱膨張率係数が15×10-6
-1以下の金属板の両面に厚さが0.5〜50μmのAl
層を有し、少なくとも絶縁層を積層するAlの表面側に
厚さ0.1〜2μmのAl酸化層を有する金属基板を半
導体搭載回路用のベース基板に用いることで、熱的に厳
しい環境下でも、使用に耐え得る回路基板であるととも
に、回路基板上の導体とシリコンチップとの高い接合信
頼性と優れた放熱特性を有する半導体搭載回路基板が提
供される。
【0007】
【作用】以下、図面により本発明を詳細に説明する。図
1は本発明の半導体搭載回路用の金属基板の断面図を示
す。常温から500℃の温度における熱膨張率係数が1
5×10-6-1以下の金属板1の両面にAl層2を有
し、少なくとも一方のAl層2表面にはAl酸化層3を
付与する。この際、本発明の金属基板4で、Al酸化層
3の付与が片面だけの場合には、絶縁層5を積層する側
に用いる。これは絶縁層とAl層を直接接合させようと
しても、接合強度が不十分であるため、使用中に剥離し
てしまうからである。もう一方の絶縁層を積層しない側
にも、Al層またはAl層とAl酸化層を付与してもよ
く、かえって金属板1の耐食性と放熱特性を向上させる
効果が期待できる。
【0008】絶縁層5には、一般に各種セラミックス基
板、無機フィラーを含有する高分子樹脂、ガラス繊維を
含有する高分子樹脂や耐熱性高分子樹脂が用いられる。
【0009】Al層2表面に付与するAl酸化層3の厚
さは、絶縁層との接合強度を得るため0.1μm以上を
必要とするが、上限はとくに規定されるものではない。
しかし、経済的効果を勘案すると、Alの酸化層は0.
1〜2μm,Alの厚さは0.5〜50μmで十分であ
る。
【0010】Al層2へのAl酸化層3の付与方法とし
ては、陽極酸化、大気中での熱処理酸化等でAl層表面
にAl酸化層を付与できる通常の方法でよい。また、金
属板1へのAl層2の被覆方法としては、Alと金属板
の圧着クラッド法、金属板を被めっき体とする、電気A
lめっき法または蒸着Alめっき法等がある。
【0011】また、ここで用いる金属板1としては、常
温から500℃の温度範囲における熱膨張率係数が15
×10-6-1以下であればいずれでもよいが、とくに低
炭素普通鋼冷延鋼板,フェライト系ステンレス鋼板,4
2Ni合金や36Ni合金に代表されるFe−Ni系合
金板等が望ましい。そして、金属板1の厚みは限定しな
いが、回路基板の強度を保つため、一般に0.5〜3.
0mmのものを適用する。
【0012】図2は、図1に記載の本発明である金属基
板4を用いて、その上に絶縁層5,CuとAlの複層箔
6からなる回路形成用導体を積層し、実際に半導体搭載
回路基板を作製したものの断面図である。
【0013】
【実施例1】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。金属板1として、常温から500℃の温度における
熱膨張率係数が14.2×10-6-1で、板厚1.0m
mの低炭素普通鋼冷延鋼板を適用し、この金属板1の両
面に5μmのAl層2を有する金属基板4を得るため
に、まず、電気Alめっき法で両面Alめっきを施し
た。次に、得られたAlめっき鋼板の両面を硫酸系陽極
酸化処理し、1μmのAl酸化層3を付与した。以上の
操作から作製した金属基板4に、厚み100μmのシリ
カ含有エポキシ樹脂(絶縁層5)と、厚さが40μmの
Alと300μmのCuからなる複層箔6を順次積層し
て、図2に記載の半導体搭載回路基板とした。
【0014】図3は、図2に記載の半導体搭載回路基板
に、実際に半導体等を実装して最終的に得られる回路基
板の構成を示す断面図であり、次に示す工程で作製し
た。まず、回路形成用導体であるCuとAlの複層箔に
スクリーン印刷法でレジストを塗布し、CuとAlの両
方に対してエッチングが可能な塩化第二鉄等でエッチン
グ処理し、配線回路を形成させる。レジストを取り除い
た後、Al導電回路7を必要とする部分に再びレジスト
を塗布し、Alを選択的に溶解できるアルカリエッチン
グ液で不必要なAlを取り除くとともに、Cuを露出さ
せた。レジストを取り除いた後、露出したCu導電回路
8上に半田9を介してシリコンチップ10等を搭載した
後、シリコンチップ10とAl導電回路7とを、Alリ
ード線ワイヤー11により超音波振動法で固着したもの
である。
【0015】このようにして、作製した半導体搭載回路
基板について、ヒートショック試験機を用いて−50℃
×30分→150℃×30分を1サイクルとした条件で
耐熱衝撃テストを行った。この試験によりシリコンチッ
プを導電回路に接合している半田に割れが生じたもの
は、シリコンチップと導電回路の間の電気抵抗が大きく
なる。その結果は図4に示すとおり、本発明の金属基板
を使用した半導体搭載回路基板は、1200サイクルの
耐熱衝撃テスト後もほとんど抵抗値の増加が認められな
かった。
【0016】
【実施例2】金属板として、熱膨張率係数が11.3×
10-6-1で、板厚1.0mmのSUS430ステンレ
ス鋼を適用した以外は、実施例1と同様の方法で半導体
搭載回路基板を作製した。得られた半導体搭載回路基板
について実施例1と同じ要領で耐熱衝撃テストを行った
結果、図4に示すとおり実施例1とほぼ同様の抵抗値で
あった。
【0017】
【実施例3】金属板として、熱膨張率係数が5.0×1
-6-1で、板厚1.0mmの42Ni合金を適用した
以外は、実施例1と同様の方法で半導体搭載回路基板を
作製した。得られた半導体搭載回路基板について実施例
1と同じ要領で耐熱衝撃テストを行った結果、図4に示
すとおり実施例1とほぼ同様の抵抗値であった。
【0018】
【比較例1】金属板として、熱膨張率係数が26.5×
10-6-1で、板厚1.0mmのAlの両面に陽極酸化
層を1μm付与したAl板を適用した以外は、実施例1
と同様の方法で半導体搭載回路基板を作製した。得られ
た半導体搭載回路基板について実施例1と同じ要領で耐
熱衝撃テストを行った結果、図4に示すとおり試験サイ
クル数の増加とともに電気抵抗値も急激に増大した。
【0019】
【比較例2】金属板として、熱膨張率係数が18.3×
10-6-1で、板厚1.0mmのCuを適用した以外
は、実施例1と同様の方法で半導体搭載回路基板を作製
した。得られた半導体搭載回路基板について実施例1と
同じ要領で耐熱衝撃テストを行った結果、図4に示すと
おり比較例1と同様に試験サイクル数の増加とともに電
気抵抗値も急激に増大した。
【0020】
【比較例3】金属板として、熱膨張率係数が5.0×1
-6-1で、板厚1.0mmの42Ni合金を、両面に
Al層を施さずにベース基板に適用した以外は、実施例
1と同様の方法で半導体搭載回路基板を作製した。得ら
れた半導体搭載回路基板について実施例1と同じ要領で
耐熱衝撃テストを行った結果、図4に示すとおり比較例
1と同様に試験サイクル数の増加とともに電気抵抗値も
急激に増大した。
【0021】
【発明の効果】以上のとおり本発明は、半導体搭載用の
回路基板として、低熱膨張率の金属板をベース基板に用
いることにより、耐熱性を要求される厳しい環境下でも
使用に耐え得る回路基板であるとともに、回路基板上の
導体とシリコンチップとの高い接合信頼性を有し、放熱
性にも優れた半導体搭載回路基板を提供することを可能
とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の金属基板の断面図を示す。
【図2】本発明の金属基板に絶縁層と回路用導体を載せ
た半導体搭載用の回路基板の断面図を示す。
【図3】本発明の金属基板を用いて構成した半導体搭載
用の回路基板に導電回路を形成し、シリコンチップ等を
実装した半導体搭載回路基板の断面図を示す。
【図4】耐熱衝撃テストによるシリコンチップと接合導
電回路との電気抵抗を実施試験サイクル数で示したもの
である。
【符号の説明】
1 金属板 2 Al層 3 Al酸化層 4 金属基板 5 絶縁層 6 導体部(CuとAlの複層箔) 7 Al導電回路 8 Cu導電回路 9 半田 10 シリコンチップ 11 Alリード線(ワイヤー)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内 田 幸 夫 大阪府堺市石津西町5番地 日新製鋼株式 会社鉄鋼研究所表面処理研究部内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属基板に絶縁層、CuとAlの複層箔と
    からなる導体部を順次積層して一体化してなる積層物の
    該箔を、エッチングして配線回路を形成させ、露出した
    Al導電回路やCu導電回路に半田を介してCu導電回
    路と半導体や他部材とを積層し、かつ半導体とAl導電
    回路とをAlリード線を用いて固着する混成集積回路に
    おいて、常温から500℃の温度の熱膨張率係数が15
    ×10-6-1以下の金属板の両面に厚さが0.5〜50
    μmのAl層を有し、少なくとも絶縁層を積層するAl
    の表面側に厚さ0.1〜2μmのAl酸化層を有するこ
    とを特徴とする半導体搭載回路用金属基板。
JP8113694A 1994-03-29 1994-03-29 半導体搭載回路用金属基板 Pending JPH08139221A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340578A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005340578A (ja) * 2004-05-28 2005-12-08 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置
JP4511245B2 (ja) * 2004-05-28 2010-07-28 三洋電機株式会社 回路装置

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Effective date: 20030109