JPH0834266B2 - 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 - Google Patents
放熱性のすぐれた半導体装置用基板Info
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- JPH0834266B2 JPH0834266B2 JP63021579A JP2157988A JPH0834266B2 JP H0834266 B2 JPH0834266 B2 JP H0834266B2 JP 63021579 A JP63021579 A JP 63021579A JP 2157988 A JP2157988 A JP 2157988A JP H0834266 B2 JPH0834266 B2 JP H0834266B2
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- layer
- semiconductor device
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- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
- H01L23/15—Ceramic or glass substrates
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱伝導性がよく、したがって、すぐれた
放熱性を示す半導体装置用基板に関するものである。
放熱性を示す半導体装置用基板に関するものである。
従来、一般に、例えばハイブリッドICなどの半導体装
置の基板として、Al2O3を主成分とし、約４重量％程度
のSiO2,MgO,およびCaOを含有するAl2O3基セラミックス
製のものが広く使用されている。
置の基板として、Al2O3を主成分とし、約４重量％程度
のSiO2,MgO,およびCaOを含有するAl2O3基セラミックス
製のものが広く使用されている。
このAl2O3基セラミックス製基板は、電気的、熱的、
および機械的バランスが、樹脂製基板や金属製基板に比
べて良好で、安定したものであることから、使用量も多
く、かつ利用形態も多様性に富むものである。
および機械的バランスが、樹脂製基板や金属製基板に比
べて良好で、安定したものであることから、使用量も多
く、かつ利用形態も多様性に富むものである。
しかし、近年の電子機器の高性能化並びに軽薄短小化
に伴い、ハイブリッドモジュールの集積度も一段と増す
傾向にあり、この結果単位当りの発熱量の増大を避ける
ことができなくなっているが、上記の従来Al2O3基セラ
ミックス製基板では、これの熱伝導性が十分でないため
に装置自体の温度上昇が過度になり、実用に供すること
ができない分野が増大しているのが現状である。
に伴い、ハイブリッドモジュールの集積度も一段と増す
傾向にあり、この結果単位当りの発熱量の増大を避ける
ことができなくなっているが、上記の従来Al2O3基セラ
ミックス製基板では、これの熱伝導性が十分でないため
に装置自体の温度上昇が過度になり、実用に供すること
ができない分野が増大しているのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、放熱
性のすぐれた半導体装置用基板を開発すべく研究を行な
った結果、半導体装置用基板の基体として、すぐれた熱
伝導性を有する窒化アルミニウム（以下AlNで示す）を
用い、一方このAlNは、基板表面に、例えば回路印刷す
るのに用いられる導体ペーストや抵抗体ペーストとの焼
成中のぬれ性が悪く、密着性に問題があるが、前記AlN
基体の表面に、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）
からなる中間層を介して、酸化けい素（以下SiO2で示
す）からなる表面層を形成すると、前記Al2O3層は前記S
iO2層およびAlN基体の両方に対する結合力がきわめて強
く、かつ前記SiO2層は上記各種ペーストとのぬれ性が一
段とすぐれ、この結果の基板は、AlN基体によってすぐ
れた放熱性が確保され、かつ印刷焼成回路がSiO2層とAl
2O3層とによってAlN基体に強固に接合されるようになる
という知見を得たのである。
性のすぐれた半導体装置用基板を開発すべく研究を行な
った結果、半導体装置用基板の基体として、すぐれた熱
伝導性を有する窒化アルミニウム（以下AlNで示す）を
用い、一方このAlNは、基板表面に、例えば回路印刷す
るのに用いられる導体ペーストや抵抗体ペーストとの焼
成中のぬれ性が悪く、密着性に問題があるが、前記AlN
基体の表面に、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）
からなる中間層を介して、酸化けい素（以下SiO2で示
す）からなる表面層を形成すると、前記Al2O3層は前記S
iO2層およびAlN基体の両方に対する結合力がきわめて強
く、かつ前記SiO2層は上記各種ペーストとのぬれ性が一
段とすぐれ、この結果の基板は、AlN基体によってすぐ
れた放熱性が確保され、かつ印刷焼成回路がSiO2層とAl
2O3層とによってAlN基体に強固に接合されるようになる
という知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、AlNからなる基体の表面に、Al2O3からなる平均層
厚:0.2〜20μｍの結合層を介して、SiO2からなる平均層
厚:0.05〜５μｍの表面層を形成してなる放熱性のすぐ
れた半導体装置用基板に特徴を有するものである。
って、AlNからなる基体の表面に、Al2O3からなる平均層
厚:0.2〜20μｍの結合層を介して、SiO2からなる平均層
厚:0.05〜５μｍの表面層を形成してなる放熱性のすぐ
れた半導体装置用基板に特徴を有するものである。
なお、この発明の基板において、結合層の平均層厚を
0.2〜20μｍとしたのは、その厚さが0.2μｍ未満では、
上記の通り表面層のSiO2層をAlNからなる基体の表面に
強固に密着させることができず、一方20μｍを越えて厚
くすると、相対的にAl2O3自体熱伝導度が低く、基板の
熱伝導性低下の原因となる理由によるものであり、また
表面層の平均層厚を0.05〜５μｍと定めたのは、その厚
さが0.05μｍ未満では焼成ペーストとのぬれ性が不十分
であって、所望の密着性を確保することができず、一方
その厚さが５μｍを越えると、Al2O3層の場合と同様に
基板の熱伝導性が低下するようになるという理由からで
ある。
0.2〜20μｍとしたのは、その厚さが0.2μｍ未満では、
上記の通り表面層のSiO2層をAlNからなる基体の表面に
強固に密着させることができず、一方20μｍを越えて厚
くすると、相対的にAl2O3自体熱伝導度が低く、基板の
熱伝導性低下の原因となる理由によるものであり、また
表面層の平均層厚を0.05〜５μｍと定めたのは、その厚
さが0.05μｍ未満では焼成ペーストとのぬれ性が不十分
であって、所望の密着性を確保することができず、一方
その厚さが５μｍを越えると、Al2O3層の場合と同様に
基板の熱伝導性が低下するようになるという理由からで
ある。
また、この発明の基板を製造するに際して、結合層の
Al2O3層は、スパッタリング法や、酸素・水蒸気含有の
雰囲気での酸化法、さらに化学蒸気法などによって形成
するのがよく、特にこの中で酸素分圧:101〜10-2atm、
水蒸気分圧:10-3atm以下の雰囲気中、温度:1100〜1500
℃の条件での前記酸化法が望ましく、さらに表面層のSi
O2層の形成は、同様にスパッタリング法や、ゾルゲル
法、さらに光化学蒸着法などによるのがよい。
Al2O3層は、スパッタリング法や、酸素・水蒸気含有の
雰囲気での酸化法、さらに化学蒸気法などによって形成
するのがよく、特にこの中で酸素分圧:101〜10-2atm、
水蒸気分圧:10-3atm以下の雰囲気中、温度:1100〜1500
℃の条件での前記酸化法が望ましく、さらに表面層のSi
O2層の形成は、同様にスパッタリング法や、ゾルゲル
法、さらに光化学蒸着法などによるのがよい。
つぎに、この発明の基板を実施例により具体的に説明
する。
する。
まず、原料粉末として、平均粒径:3μｍを有するAlN
粉末を用い、常圧の窒素雰囲気中、温度:1800℃に120分
間保持の条件で焼成して、直径:10mm×厚さ:3mmの寸法
を有するAlN焼結体を成形し、これを基体として用い、
これの表面に、 （ａ） ターゲット材質：純度99.5％のAl2O3, ターゲット寸法：直径3mm×高さ10mm, 電力:100W, 基体回転数:10r.p.m, スパッタ時間：所定時間， の条件での高周波スパッタ法、 （ｂ） 酸素分圧:10-1atm,水蒸気分圧:10-3atmの雰囲
気中、温度:1300℃に所定時間保持の条件での酸化法、 （ｃ） 反応ガス：（H2:5l/min,AlCl3:100cc/min,CO2:
150cc/min）， 反応容器内圧力:40torr, 基体温度:1020℃， 反応時間：所定時間， の条件での化学蒸着法（CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）の方法によって、それぞれ第１表に
示される平均層厚のAl2O3層（結合層）を形成し、つい
で、この上に、 （ａ） ターゲット材質として純度:99.9％の高純度石
英ガラスを用いる以外は同一の条件でのスパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート:347gと、エチルアルコール:
500gと、0.3％HCl水溶液:190.2gの割合の混合液を、500
rpmで回転する基体の表面に10秒ふりかけ、温度:800℃
に10分間保持して焼成を１サイクルとし、これを所定厚
さまで繰り返し行なうゾルゲル法、 （ｃ） 反応ガス：容量比でSi2H6/O2＝0.015, 反応容器内圧力:0.2torr, 基体温度:150℃ 光：水銀ランプ発生光， 反応時間：所定時間， の条件での光化学蒸着法（光CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）の方法で、同じく第１表に示される
SiO2層（表面層）を形成することにより本発明基板１〜
９をそれぞれ製造した。
粉末を用い、常圧の窒素雰囲気中、温度:1800℃に120分
間保持の条件で焼成して、直径:10mm×厚さ:3mmの寸法
を有するAlN焼結体を成形し、これを基体として用い、
これの表面に、 （ａ） ターゲット材質：純度99.5％のAl2O3, ターゲット寸法：直径3mm×高さ10mm, 電力:100W, 基体回転数:10r.p.m, スパッタ時間：所定時間， の条件での高周波スパッタ法、 （ｂ） 酸素分圧:10-1atm,水蒸気分圧:10-3atmの雰囲
気中、温度:1300℃に所定時間保持の条件での酸化法、 （ｃ） 反応ガス：（H2:5l/min,AlCl3:100cc/min,CO2:
150cc/min）， 反応容器内圧力:40torr, 基体温度:1020℃， 反応時間：所定時間， の条件での化学蒸着法（CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）の方法によって、それぞれ第１表に
示される平均層厚のAl2O3層（結合層）を形成し、つい
で、この上に、 （ａ） ターゲット材質として純度:99.9％の高純度石
英ガラスを用いる以外は同一の条件でのスパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート:347gと、エチルアルコール:
500gと、0.3％HCl水溶液:190.2gの割合の混合液を、500
rpmで回転する基体の表面に10秒ふりかけ、温度:800℃
に10分間保持して焼成を１サイクルとし、これを所定厚
さまで繰り返し行なうゾルゲル法、 （ｃ） 反応ガス：容量比でSi2H6/O2＝0.015, 反応容器内圧力:0.2torr, 基体温度:150℃ 光：水銀ランプ発生光， 反応時間：所定時間， の条件での光化学蒸着法（光CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）の方法で、同じく第１表に示される
SiO2層（表面層）を形成することにより本発明基板１〜
９をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、原料粉末として純度:96％、平
均粒径:2μｍのAl2O3粉末を用い、これを1ton/cm2の圧
力で圧粉体にプレス成形した後、大気中、温度:1600℃
に120分間保持の条件で焼結することにより同じ寸法を
有するAl2O3製の従来基板を製造した。
均粒径:2μｍのAl2O3粉末を用い、これを1ton/cm2の圧
力で圧粉体にプレス成形した後、大気中、温度:1600℃
に120分間保持の条件で焼結することにより同じ寸法を
有するAl2O3製の従来基板を製造した。
ついで、この結果得られた各種の基板について、 レーザーフラッシュ法にて熱伝導度を測定すると共に、
ピーリング試験を行ない、焼成ペーストと密着性を評価
した。
ピーリング試験を行ない、焼成ペーストと密着性を評価
した。
なお、ピーリング試験は、第１図に斜視図で示される
ように、基板の表面に、縦:2mm×横2mmの面積で導体ペ
ースト（Ag−Pd合金系）１をスクリーン印刷し、温度:1
25℃に10分間保持して乾燥した後、温度:850℃に10分間
保持して焼成し、ついで直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤ３
をSn−Pb共晶合金ろう材２を用い、温度:215℃でろう付
けして、図示される状態とし、この状態で無酸素銅ワイ
ヤ３をＴ方向に引張り、この時のピーリング強度（引き
はがし強度）を測定した。これらの測定結果を第１表に
示した。
ように、基板の表面に、縦:2mm×横2mmの面積で導体ペ
ースト（Ag−Pd合金系）１をスクリーン印刷し、温度:1
25℃に10分間保持して乾燥した後、温度:850℃に10分間
保持して焼成し、ついで直径:0.9mmの無酸素銅ワイヤ３
をSn−Pb共晶合金ろう材２を用い、温度:215℃でろう付
けして、図示される状態とし、この状態で無酸素銅ワイ
ヤ３をＴ方向に引張り、この時のピーリング強度（引き
はがし強度）を測定した。これらの測定結果を第１表に
示した。
〔発明の効果〕 第１表に示される結果から、本発明基板１〜９は、い
ずれも従来基板に比して著しく高い熱伝導度、およびこ
れと同等あるいはこれ以上のピーリング強度を示し、放
熱性および焼成ペーストとの密着性にすぐれていること
が明らかである。
ずれも従来基板に比して著しく高い熱伝導度、およびこ
れと同等あるいはこれ以上のピーリング強度を示し、放
熱性および焼成ペーストとの密着性にすぐれていること
が明らかである。
上述のように、この発明の基板は、焼成ペーストとの
密着性にすぐれ、かつ一段とすぐれた放熱性を有するの
で、半導体装置の集積度の向上にも十分対応することが
できるものである。
密着性にすぐれ、かつ一段とすぐれた放熱性を有するの
で、半導体装置の集積度の向上にも十分対応することが
できるものである。
第１図はピーリング試験状態を示す斜視図である。 １……Ag−Pd合金系導体ペースト， ２……Sn−Pd合金ろう材， ３……無酸素銅ワイヤ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 1/03 ６３０ Ｊ 7511−4Ｅ Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｄ (72)発明者 内田 寛人 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 (72)発明者 森永 健次 福岡県筑紫郡那珂川町大字片縄1232―35 (56)参考文献 特開 昭63−134694（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−130546（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】窒化アルミニウムからなる基体の表面に、
酸化アルミニウムからなる平均層厚:0.2〜20μｍの結合
層を介して、酸化けい素からなる平均層厚:0.05〜５μ
ｍの表面層を形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置
用基板。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021579A JPH0834266B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 |
| EP89101743A EP0327068B1 (en) | 1988-02-01 | 1989-02-01 | Substrate used for fabrication of thick film circuit |
| DE68923980T DE68923980T2 (de) | 1988-02-01 | 1989-02-01 | Substrat zum Herstellen einer Dickschichtschaltung. |
| US07/734,130 US5134029A (en) | 1988-02-01 | 1991-07-25 | Substrate used for fabrication of thick film circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63021579A JPH0834266B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1028017A Division JP2536612B2 (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196149A JPH01196149A (ja) | 1989-08-07 |
| JPH0834266B2 true JPH0834266B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=12058948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63021579A Expired - Lifetime JPH0834266B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834266B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2536612B2 (ja) * | 1989-02-07 | 1996-09-18 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板の製造方法 |
| KR100300850B1 (ko) | 1999-06-14 | 2001-09-22 | 이장무 | 알루미늄 나이트라이드의 표면 개질 방법 |
-
1988
- 1988-02-01 JP JP63021579A patent/JPH0834266B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01196149A (ja) | 1989-08-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |