JPH10233475A - Composite material consisting of silicon wafer and carbon material - Google Patents
Composite material consisting of silicon wafer and carbon materialInfo
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- JPH10233475A JPH10233475A JP36367997A JP36367997A JPH10233475A JP H10233475 A JPH10233475 A JP H10233475A JP 36367997 A JP36367997 A JP 36367997A JP 36367997 A JP36367997 A JP 36367997A JP H10233475 A JPH10233475 A JP H10233475A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェハー
と炭素材との複合材に関し、詳しくは発熱量の多い半導
体素子の基材であるシリコンウェハー又は化合物半導体
ウェハーと、熱抵抗の増加を伴うことなく安価な銅、ア
ルミ基板への直接接合が可能な、シリコンウェハー(又
は化合物半導体ウェハー)/炭素材複合材に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite material of a silicon wafer and a carbon material, and more particularly, to a silicon wafer or a compound semiconductor wafer which is a base of a semiconductor element having a large heat value, and which has an increased thermal resistance. The present invention relates to a silicon wafer (or compound semiconductor wafer) / carbon material composite material that can be directly bonded to an inexpensive and inexpensive copper or aluminum substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、コンピュータの高性能化、特に高
速化が著しい。これらは主に、MPUと呼ばれる半導体
集積回路の周波数の高周波数化による処理高速の向上に
よるものであるが、これらの高周波数化に伴い、半導体
素子からの発熱が増大し、その放熱が重要な問題となっ
てきている。半導体素子の発熱による温度上昇が問題に
なると、半導体素子をプラスチック等で封止したパッケ
ージの外面にアルミニウム等の放熱フィンを接着した
り、パッケージの外面を冷却ファンで気流を流して冷却
する方法がとれてきた。ただ、この方法では、放熱冷却
は熱伝導率の低いセラミックスあるいはプラスチックス
等のパッケージ封止層を介して行われるので、放熱冷却
の効率が悪く、また放熱フィンあるいは冷却ファン等の
とりつけが必要で、全体の容積、重量が大きくなってし
まうという問題点があった。2. Description of the Related Art In recent years, the performance of computers, especially the speed thereof, has been remarkable. These are mainly due to the improvement of processing speed by increasing the frequency of a semiconductor integrated circuit called an MPU. With the increase in the frequency, heat generation from a semiconductor element increases, and heat radiation is important. Is becoming a problem. If the temperature rise due to the heat generated by the semiconductor element becomes a problem, a method of bonding a radiation fin such as aluminum to the outer surface of the package in which the semiconductor element is sealed with plastic or the like, or cooling the outer surface of the package by flowing airflow with a cooling fan is used. I've been taken. However, in this method, the heat radiation cooling is performed through a package sealing layer of ceramics or plastics having low thermal conductivity, so that the heat radiation cooling efficiency is low, and it is necessary to attach a heat radiation fin or a cooling fan. However, there is a problem that the whole volume and weight are increased.
【0003】更に、集積度が大きくなり、あるいは高速
処理、高出力になって、素子の発熱による温度上昇が大
きくなってくると、半導体素子の裏面に、熱伝導率の高
い放熱基板を接着し、放熱基板の一面がパッケージの外
側に露出するように封止して、この面から放熱冷却する
ような工夫がなされる。Further, when the degree of integration is increased, or high-speed processing and high output are performed, and the temperature rise due to heat generation of the element becomes large, a heat radiation board having high thermal conductivity is bonded to the back surface of the semiconductor element. In this case, sealing is performed so that one surface of the heat radiating substrate is exposed to the outside of the package, and cooling is performed from this surface.
【0004】この場合の放熱基板は、厚さ1mm前後
(0.5〜2mm)、広さ数cm角の熱伝導率が十分大
きい薄板であるが、それ自体十分な強度を有し、気密性
があることが必要で、更にそれはシリコン等の半導体材
料と十分熱抵抗の小さい層を介して接着できること、ま
た接着時あるいは使用時に半導体及びセラミックス等の
封止材との接着面に温度変化により熱応力が発生して、
剥がれ、素子不良などを生じることが全くないことが重
要である。The heat dissipation board in this case is a thin plate having a thickness of about 1 mm (0.5 to 2 mm) and a width of several cm square and having a sufficiently large thermal conductivity, but has sufficient strength and airtightness. In addition, it must be possible to adhere to a semiconductor material such as silicon via a layer having a sufficiently low thermal resistance. Stress occurs,
It is important that there is no peeling, no element failure or the like.
【0005】従って、このような放熱基板は、熱伝導
率、強度、気密性、コストの視点からは、銅、アルミニ
ウムなどの金属板が考えられる。ただ、半導体として使
用されているシリコン材料は、熱膨張係数(CTE)が
4.2×10-6/℃と銅[CTE=17×10-6/℃,
熱伝導率(C.T)=390W/m・K]、アルミニウ
ム(CTE=24×10-6/℃,C.T=270W/m
・K)などの放熱性の高い金属に対して小さいために、
それらの安価な金属を高発熱の半導体素子の放熱材とし
て使用することは困難であった。Accordingly, a metal plate such as copper or aluminum is conceivable for such a heat dissipation substrate from the viewpoints of thermal conductivity, strength, airtightness, and cost. However, the silicon material used as a semiconductor has a thermal expansion coefficient (CTE) of 4.2 × 10 −6 / ° C. and copper [CTE = 17 × 10 −6 / ° C.
Thermal conductivity (CT) = 390 W / m · K], aluminum (CTE = 24 × 10 −6 / ° C., CT = 270 W / m)
・ Because it is small for metal with high heat dissipation such as K),
It has been difficult to use these inexpensive metals as heat dissipating materials for semiconductor elements that generate high heat.
【0006】このような観点から、この放熱基板の材料
として適したものは数少なく、銅/タングステン複合材
料、金属被覆CBN焼結体、窒化アルミニウム、ダイヤ
モンド等が検討されている(特開昭60−226149
号、特公平3−29309号、特開平5−186804
号各公報等)が、現在は、銅/タングステン複合材料が
一部実用化されている。(なお、タングステンはCTE
=4.5×10-6/℃,C.T=167W/m・Kであ
り、モリブデンはCTE=5.1×10-6/℃,C.T
=142W/m・Kである。)[0006] From such a viewpoint, there are few materials suitable for the material of the heat radiation substrate, and copper / tungsten composite material, metal-coated CBN sintered body, aluminum nitride, diamond and the like are being studied (Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-1985). 226149
No., JP-B-3-29309, JP-A-5-186804
At present, some copper / tungsten composite materials have been put to practical use. (Tungsten is CTE
= 4.5 × 10 −6 / ° C., C.I. T = 167 W / m · K, molybdenum has CTE = 5.1 × 10 −6 / ° C. T
= 142 W / m · K. )
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、銅/タング
ステン複合材料、銅/モリブデン複合材料、金属被覆C
BN焼結体、窒化アルミニウム、炭化珪素等からなる基
板は、コストが高い、素子を後工程で基板に接合す
るため、工程が複雑で製造コストが高い、熱伝導率が
低い、などという欠点がある。また、炭素材、炭素複合
材を用いた薄片を、放熱基板とシリコンチップの間に挿
入し、熱膨脹率差から生じる熱応力を緩和し、シリコン
板からのはがれを防ぐ試みもなされている。ただ、この
場合これら炭素材をシリコンチップが実装されるパッケ
ージに合わせて加工する必要がある。一方、回路をつけ
たシリコンウエハーはチップサイズに合わせペレタイズ
されるが、このときのウエハーは、通常0.4mm以下
に研磨され薄く壊れやすい状態になっている。従って、
シリコンチップあるいは実装するパッケージに合わせた
炭素材を用意すること、更にはペレタイズされた素子個
別に炭素材を接合することは、生産性の面で改良が望ま
れている。However, a copper / tungsten composite material, a copper / molybdenum composite material, and a metal coating C
Substrates made of BN sintered body, aluminum nitride, silicon carbide, etc. are disadvantageous in that the cost is high, the device is joined to the substrate in a later process, the process is complicated, the production cost is high, and the thermal conductivity is low. is there. In addition, attempts have been made to insert a thin piece using a carbon material or a carbon composite material between a heat dissipation substrate and a silicon chip to reduce thermal stress caused by a difference in thermal expansion coefficient and prevent peeling from a silicon plate. However, in this case, it is necessary to process these carbon materials according to the package on which the silicon chip is mounted. On the other hand, a silicon wafer provided with a circuit is pelletized according to the chip size, and the wafer at this time is usually polished to 0.4 mm or less and is in a thin and fragile state. Therefore,
It is desired to improve the productivity of preparing a carbon material suitable for a silicon chip or a package to be mounted, and further, for bonding a carbon material to each of the pelletized elements.
【0008】従って、本発明は上記従来技術の実情に鑑
みてなされたものであって、高速処理用あるいは高出力
用半導体パッケージの半導体素子部分の発熱による温度
上昇を防ぐために、熱応力を緩和する炭素材を介して、
銅、アルミニウムなどの安価な金属基板に直接接着して
使用することができること、また薄く壊れやすくなった
シリコンウエハーを保護すること、且つシリコンチップ
のペレタイジング工程でシリコンウエハーと同時に切断
できるシリコンウェハー(又は化合物半導体ウェハー)
/炭素材複合材を提供することを、その目的とする。Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances of the prior art, and alleviates thermal stress in order to prevent a temperature rise due to heat generation in a semiconductor element portion of a high-speed processing or high-output semiconductor package. Through the carbon material,
Silicon wafers that can be directly bonded to inexpensive metal substrates such as copper and aluminum, can be used to protect thin and fragile silicon wafers, and can be cut at the same time as silicon wafers in the silicon chip pelletizing process (or Compound semiconductor wafer)
/ To provide a carbon material composite material.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一
に、シリコンウェハー又は化合物半導体ウェハーの一方
の面上に接着層を介して熱応力緩和炭素材の平板を設け
てなることを特徴とする複合材が提供される。第二に、
前記熱応力緩和炭素材の平板の厚み方向の熱伝導率が、
50W/m・K以上であることを特徴とする上記第一に
記載した複合材が提供される。第三に、前記熱応緩和炭
素材の平板の厚みが、0.1〜1mmであることを特徴
とする上記第一又は第二に記載した複合材が提供され
る。第四に、前記接着層が、金属、ロウ材、半田及び樹
脂のいずれかからなることを特徴とする上記第一〜第三
のいずれかに記載した複合材が提供される。第五に、前
記熱応力緩和炭素材の平板が、炭素材の片面又は両面に
絶縁層を被覆してなるものであることを特徴とする上記
第一〜第四のいずれかに記載した複合材が提供される。
第六に、前記熱応力緩和炭素材の平板が、炭素材の片面
又は両面に金属部材を接合してなるものであることを特
徴とする上記第一〜第五のいずれかに記載した複合材が
提供される。第七に、上記第一〜第六のいずれかの複合
材における前記シリコンウェハー又は化合物半導体ウェ
ハーの他方の面上に所要の回路が形成されてなることを
特徴とする半導体チップが提供される。According to the present invention, first, a flat plate made of a thermal stress relaxing carbon material is provided on one surface of a silicon wafer or a compound semiconductor wafer via an adhesive layer. Is provided. Secondly,
Thermal conductivity in the thickness direction of the flat plate of the thermal stress relaxing carbon material,
The composite material according to the first aspect, which is 50 W / m · K or more, is provided. Thirdly, there is provided the composite material according to the first or second aspect, wherein the thickness of the flat plate of the thermally responsive carbon material is 0.1 to 1 mm. Fourthly, there is provided the composite material as described in any one of the first to third aspects, wherein the adhesive layer is made of any one of a metal, a brazing material, a solder, and a resin. Fifthly, the flat plate of the thermal stress-relaxed carbon material, the composite material according to any one of the first to fourth features, characterized in that one or both surfaces of the carbon material are coated with an insulating layer. Is provided.
Sixth, the composite material according to any one of the first to fifth features, wherein the flat plate of the thermal stress-relaxed carbon material is obtained by joining a metal member to one or both surfaces of a carbon material. Is provided. Seventhly, there is provided a semiconductor chip characterized in that a required circuit is formed on the other surface of the silicon wafer or the compound semiconductor wafer in any of the first to sixth composite materials.
【0010】本発明の複合材は、シリコンウェハー又は
化合物半導体ウェハー、接着層及び熱応力緩和炭素材の
平板からなるものとしたことから、高速処理用あるいは
高出力用半導体パッケージの半導体素子部分の発熱によ
る温度上昇を防ぐために、例え銅、アルミニウムなどの
安価な金属基板を直接接着した場合においても、半導体
パッケージ製作工程及び使用時の熱ショック、熱サイク
ルに対し、剥がれ、クラック等の欠陥を生じさせないも
のとなる。その上、本複合材は、ペレタイズする前に炭
素材をシリコンウエハーに接合することにより、シリコ
ンチップのペレタイジング工程で同時に熱応力緩和材と
しての炭素材を切断することができ、この必要最小限の
炭素材を接合したシリコンチップは、そのまま銅、アル
ミ等の放熱基板に接合できる。これは別途シリコンチッ
プあるいは実装するパッケージに合わせた炭素材を用意
することに比べて、工程数を減らし、材料の歩留まりを
上げる効果があり、全体として大幅なコストダウンを可
能とする。また、本複合材により、壊れやすいシリコン
ウエハーあるいはペレタイズされたシリコンチップを保
護することも可能となる。Since the composite material of the present invention comprises a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, an adhesive layer and a flat plate made of a carbon material with thermal stress relaxation, the heat generated in the semiconductor element portion of the semiconductor package for high-speed processing or high output is obtained. Even if an inexpensive metal substrate such as copper or aluminum is directly bonded to prevent temperature rise due to heat, it does not cause defects such as peeling and cracking due to thermal shock and thermal cycles during the semiconductor package manufacturing process and use. It will be. In addition, the present composite material can cut the carbon material as a thermal stress relieving material at the same time in the silicon chip pelletizing process by bonding the carbon material to the silicon wafer before pelletizing. The silicon chip bonded with the carbon material can be directly bonded to a heat-dissipating substrate such as copper or aluminum. This has the effect of reducing the number of steps and increasing the yield of materials, as compared with separately preparing a silicon material or a carbon material suitable for a package to be mounted, thereby enabling a significant cost reduction as a whole. The composite also allows the protection of fragile silicon wafers or pelletized silicon chips.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明について、更に具体
的に詳しく説明する。本発明の複合材は、シリコンウェ
ハー又は化合物半導体ウェハー、接着層及び熱応力緩和
炭素材の平板からなることを特徴とする。すなわち、本
発明の複合材は、ペレタイズ工程前のシリコンウェハー
又は化合物半導体ウェハーの裏面に、スライスされた炭
素材からなる熱応力緩和炭素材の平板を接着層を介して
接合したものであり、その基本構造は図1で示される。
図1において、1はシリコンウェハー又は化合物半導体
ウェハー、2は接着層、3は熱応力緩和炭素材の平板
を、それぞれ示す。熱応力緩和炭素材の厚みは、熱伝導
性の観点から熱応力緩和機能を発揮できる最低の厚みで
ある50μm程度まで薄くできるが、現行の技術では、
バルクの炭素材から工業的にスライスできる厚みは10
0μm以上であり、この意味で熱応力緩和炭素材の厚み
は0.1〜1.0mmが好ましい。更に、ウエハーの保
護及び炭素材の歩留まりという観点からして、炭素材の
厚みは0.3〜1.0mmが望ましい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The composite material of the present invention is characterized by comprising a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, an adhesive layer, and a flat plate of a thermal stress relaxing carbon material. That is, the composite material of the present invention is obtained by bonding a flat plate of a thermal stress-relaxed carbon material made of a sliced carbon material to the back surface of a silicon wafer or a compound semiconductor wafer before the pelletizing step via an adhesive layer. The basic structure is shown in FIG.
In FIG. 1, 1 indicates a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, 2 indicates an adhesive layer, and 3 indicates a flat plate made of a thermal stress-relaxing carbon material. The thickness of the thermal stress relaxing carbon material can be reduced to about 50 μm, which is the minimum thickness that can exhibit the thermal stress relaxing function from the viewpoint of thermal conductivity.
The thickness that can be industrially sliced from bulk carbon material is 10
In this sense, the thickness of the thermal stress relaxing carbon material is preferably from 0.1 to 1.0 mm. Further, from the viewpoint of protecting the wafer and the yield of the carbon material, the thickness of the carbon material is desirably 0.3 to 1.0 mm.
【0012】シリコンウェハーのような金属部材を熱応
力緩和炭素材の平板に接着する方法としては、高分子接
着剤を用いる方法、金属ロウ、半田を用いる方法などが
適用される。高分子接着剤としては、エポキシ樹脂、ポ
リイミド樹脂などをベースとした熱伝導性が比較的良
く、且つ150〜300℃の耐熱性を有するものが好ん
で用いられる。これらの接着剤は、市販の、いわゆる銀
エポキシペーストなどの、ダイボンディングペーストの
中から選ぶことができる。また、金属ロウとしては、銀
ロウ、ニッケルロウ、銅ロウ等、任意のものを用いるこ
とができる。As a method of bonding a metal member such as a silicon wafer to a flat plate made of a thermal stress-relaxing carbon material, a method using a polymer adhesive, a method using metal brazing, soldering, and the like are applied. As the polymer adhesive, those having a relatively good thermal conductivity based on an epoxy resin or a polyimide resin and having a heat resistance of 150 to 300 ° C. are preferably used. These adhesives can be selected from die bonding pastes such as commercially available silver epoxy pastes. Further, as the metal brazing, any one of silver brazing, nickel brazing, copper brazing and the like can be used.
【0013】本発明の複合材においては、熱応力緩和炭
素材の平板として、厚み方向の熱伝導率が50W/m・
K以上である炭素材が好ましく用いられる。また、厚み
は好ましくは0.1〜1.0mmであり、更に好ましく
は0.3〜1.0mmである。該炭素材の平板は、面方
向の熱膨張率が14×10-6/K以下であるため、シリ
コンウェハーないし半導体(熱膨張率約4〜6×10-6
/K)の値に近く、且つヤング率も小さいため、シリコ
ンウェハーと該炭素材の平板との複合材は、半導体素子
の発熱による温度上昇が発生しても、発生熱応力は無視
できるほどであり、破壊することはない。また、該炭素
材の平板は、厚み方向の熱伝導率が50W/m・K以上
と非常に大きいので、半導体素子から発生する熱を速や
か逃がすため、熱応力緩和炭素材の平板と半導体素子は
いわば一体として機能する。更に、該炭素材の平板は、
ヤング率が低いため熱膨張率に差のある熱伝導の良い
銅、アルミニウム等の金属(熱膨張率17〜23×10
-6/K)に直接接着しても界面で発生する熱応力は小さ
く、疲労等で接着層が脆化しはがれる恐れはきわめて低
い。すなわち、半導体パッケージ製作工程及び使用時の
熱ショック、熱サイクルに対し、剥がれ、クラック等の
欠陥を生じさせない。[0013] In the composite material of the present invention, the thermal conductivity in the thickness direction is 50 W / m ·
Carbon materials having K or more are preferably used. Further, the thickness is preferably 0.1 to 1.0 mm, and more preferably 0.3 to 1.0 mm. The flat plate made of the carbon material has a thermal expansion coefficient of 14 × 10 −6 / K or less in a plane direction, and therefore, a silicon wafer or a semiconductor (a thermal expansion coefficient of about 4 to 6 × 10 −6).
/ K) and a small Young's modulus, the composite material of the silicon wafer and the flat plate of the carbon material has negligible thermal stress even if the temperature rise due to heat generation of the semiconductor element occurs. Yes, not destroyed. In addition, since the flat plate of the carbon material has a very large thermal conductivity of 50 W / m · K or more in the thickness direction, the heat generated from the semiconductor element is quickly released, so that the flat plate of the thermal stress-reducing carbon material and the semiconductor element It works as a unit. Further, the flat plate of the carbon material is
Metals such as copper and aluminum having good thermal conductivity and a difference in coefficient of thermal expansion due to low Young's modulus (coefficient of thermal expansion 17 to 23 × 10
−6 / K), the thermal stress generated at the interface is small, and the risk of the adhesive layer becoming brittle due to fatigue or the like is very low. That is, it does not cause defects such as peeling and cracking due to a thermal shock and a thermal cycle during the semiconductor package manufacturing process and during use.
【0014】上記熱応力緩和炭素材の平板は、高密度黒
鉛、炭素繊維を厚さ方向に配列した一方向性炭素繊維複
合材、樹脂複合材、あるいは炭素複合材を更に樹脂で含
浸した複合材からなり、この黒鉛あるいは複合材の表面
を金属箔あるいはメッキ等で被覆した構造からなること
が好ましい。なお、市販品としては、例えば東洋炭素社
製の等方性高密度黒鉛、1G−11、1G−12等が挙
げられる。The flat plate of the thermal stress-relaxed carbon material may be a high-density graphite, a unidirectional carbon fiber composite material in which carbon fibers are arranged in the thickness direction, a resin composite material, or a composite material further impregnated with a resin. It is preferable that the surface of the graphite or composite material is covered with a metal foil or plating. Examples of commercially available products include isotropic high-density graphite, 1G-11, and 1G-12 manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.
【0015】また、本発明における熱応力緩和炭素材の
平板は、取り扱い上の観点から、樹脂で被覆された、あ
るいは薄板状金属部材を片面又は両面に接合したものを
用いることができる。すなわち、その場合の複合材の基
本構造は、図2で示される。図2において、1はシリコ
ンウェハー又は化合物半導体ウェハー、2は接着層、
3′は板状の熱応力緩和炭素材料、4は薄板状金属部
材、3は熱応力緩和炭素材の平板を、それぞれ示す。な
お、上記薄板状金属部材としては、金属箔、金属板及び
金属放熱フィンなどがあり、銀、銅、アルミニウムある
いは合金などの熱伝導率が高く接着性の良い、箔、板、
放熱フィンとして用いられる材料から選ぶことができ
る。また、熱膨張の点からはモリブデン、コバール、4
2%ニッケル合金等が好ましい。また、該金属部材の厚
さは十分薄い、すなわち30μm以下(好ましくは5〜
20μm)であることが必要である。Further, the flat plate of the thermal stress-relaxing carbon material in the present invention may be a resin-coated or a thin metal member joined to one or both surfaces from the viewpoint of handling. That is, the basic structure of the composite material in that case is shown in FIG. In FIG. 2, 1 is a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, 2 is an adhesive layer,
Reference numeral 3 'denotes a plate-like thermal stress relaxing carbon material, 4 denotes a thin metal member, and 3 denotes a flat plate of the thermal stress relaxing carbon material. The thin metal member includes a metal foil, a metal plate, a metal radiating fin, and the like, and has a high heat conductivity such as silver, copper, aluminum, or an alloy, and a good adhesive property.
The material can be selected from the materials used as the radiation fins. In terms of thermal expansion, molybdenum, kovar, 4
A 2% nickel alloy or the like is preferable. Further, the thickness of the metal member is sufficiently thin, that is, 30 μm or less (preferably 5 to
20 μm).
【0016】また、本発明における熱応力緩和炭素材の
平板は、金属部材に回路を形成することを目的として絶
縁層を被覆したものを用いることができる。この場合、
絶縁層の材料としては、樹脂、ガラス、セラミックス等
を用いることができる。絶縁層の厚さは10〜500μ
m、好ましくは50〜200μmである。炭素材の平板
に薄板状金属部材と絶縁層を併設する場合は、その積層
順序は炭素材/絶縁層/金属部材である。Further, as the flat plate of the thermal stress-relaxing carbon material in the present invention, a metal member coated with an insulating layer for the purpose of forming a circuit can be used. in this case,
As a material of the insulating layer, resin, glass, ceramics, or the like can be used. The thickness of the insulating layer is 10 to 500 μ
m, preferably 50 to 200 μm. When a sheet metal member and an insulating layer are provided side by side on a carbon material flat plate, the lamination order is carbon material / insulating layer / metal member.
【0017】本発明の複合材は、例えば半導体パッケー
ジの製造に適用する場合には、シリコンウェハー又は半
導体ウェハーに所要の回路を形成し、ダイソート、裏面
研削の工程を経た後、ダイシング工程の前に、接着層を
介して熱応力緩和炭素材を接合することにより得られ
る。従って、常法によるペレタイズされた半導体素子個
別に熱応力緩和炭素材の平板を接合する方法と比べ、製
造面においても信頼性が高く、コストも低い。また、ペ
レタイズ前のシリコンウェハーあるいは半導体ウェハー
の保護材としても有用である。When the composite material of the present invention is applied to, for example, the manufacture of a semiconductor package, a required circuit is formed on a silicon wafer or a semiconductor wafer, and after the steps of die sorting and back grinding, and before the dicing step, , By joining a thermal stress-relaxing carbon material via an adhesive layer. Therefore, as compared with a method of bonding a flat plate made of a thermal stress-relieving carbon material to each of the pelletized semiconductor elements by a conventional method, the reliability is high in the manufacturing aspect and the cost is low. It is also useful as a protective material for a silicon wafer or semiconductor wafer before pelletizing.
【0018】[0018]
【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明の技術的範囲がこれらにより限定される
ものではない。The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which should not be construed as limiting the technical scope of the present invention.
【0019】実施例 炭素繊維が厚さ方向に配向している一方向性炭素複合材
及び東洋炭素社製の等方向高密度黒鉛をおのおの4イン
チに切り抜き、その炭素面に東芝ケミカル社製銀エポキ
シペーストCT262を約10μmの厚さに塗布し、4
インチシリコンウエハー(厚さ0.5mm)に圧着し
た。上記を150℃、1時間で加熱硬化させ、12.7
mm角にペレタズした。同ペレタイズ品2種類とリファ
ランスとして同サイズのシリコン片を用意し、25.4
mm角、厚さ1mmの銅板に同上のエポキシペーストを
用いて圧着、150℃、1時間で硬化させた簡易熱サイ
クルテストピークを3種類試作した。エポキシ樹脂層は
約30μmであった。この3種類のテストピースを、2
00℃まで昇温、金属板の上で室温(25℃)までの冷
却の繰り返しを三回行った。この結果、炭素材を接合し
たテストピースは全く異常がなかったが、シリコン片は
銅板からの一部はがれが見られた。EXAMPLE A unidirectional carbon composite material in which carbon fibers are oriented in the thickness direction and isotropic high-density graphite manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd. are cut out to 4 inches each, and silver epoxy manufactured by Toshiba Chemical Co., Ltd. Paste CT262 is applied to a thickness of about 10 μm,
It was crimped on an inch silicon wafer (0.5 mm thick). The above was cured by heating at 150 ° C. for 1 hour, and 12.7
Pelletized to square mm. Prepare the same size silicon pieces as a reference and 2 types of pelletized products, 25.4
Three types of simple thermal cycle test peaks were prepared by pressing on a copper plate of 1 mm square and 1 mm thick using the same epoxy paste as above and curing at 150 ° C. for 1 hour. The epoxy resin layer was about 30 μm. These three types of test pieces are
The temperature was raised to 00 ° C. and the cooling to room temperature (25 ° C.) was repeated three times on the metal plate. As a result, the test piece bonded with the carbon material had no abnormality at all, but the silicon piece was partially peeled off from the copper plate.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明の複合材は、シリコンウェハー又
は化合物半導体ウェハー、接着層及び熱応力緩和炭素材
(好ましくは厚み方向の熱伝導率が50W/m・K以上
である厚さ0.1〜1mmの炭素材からなる)の平板か
らなるものとしたことから、高速処理用あるいは高出力
用半導体パッケージの半導体素子部分の発熱による温度
上昇を防ぐために、例え銅、アルミニウムなどの安価な
金属基板を直接接着した場合においても、半導体パッケ
ージ製作工程及び使用時の熱ショック、熱サイクルに対
し、剥がれ、クラック等の欠陥を生じさせないものとな
る。The composite material of the present invention comprises a silicon wafer or a compound semiconductor wafer, an adhesive layer and a thermal stress-relaxing carbon material (preferably having a thickness of 0.1 W having a thermal conductivity of 50 W / m · K or more in the thickness direction). (Made of a carbon material of about 1 mm), so that an inexpensive metal substrate such as copper or aluminum is used to prevent a temperature rise due to heat generation of a semiconductor element portion of a semiconductor package for high-speed processing or high-output. Even when these are directly bonded, they do not cause defects such as peeling and cracking due to thermal shock and thermal cycles during the semiconductor package manufacturing process and during use.
【図1】本発明の複合材の基本構造の一例を示す概略図
である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a basic structure of a composite material of the present invention.
【図2】本発明の複合材の基本構造の別の例を示す概略
図である。FIG. 2 is a schematic view showing another example of the basic structure of the composite material of the present invention.
1 シリコンウェハー又は化合物半導体ウェハー 2 接着層 3 熱応力緩和炭素材の平板 3′ 板状の熱応力緩和炭素材料 4 薄板状金属部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer or compound semiconductor wafer 2 Adhesive layer 3 Flat plate of thermal stress relaxing carbon material 3 'Plate-like thermal stress relaxing carbon material 4 Thin metal member
Claims (7)
ハーの一方の面上に接着層を介して熱応力緩和炭素材の
平板を設けてなることを特徴とする複合材。1. A composite material comprising a flat plate made of a thermal stress-relieving carbon material provided on one surface of a silicon wafer or a compound semiconductor wafer via an adhesive layer.
の熱伝導率が、50W/m・K以上であることを特徴と
する請求項1に記載の複合材。2. The composite material according to claim 1, wherein a thermal conductivity in a thickness direction of the flat plate of the thermal stress relaxation carbon material is 50 W / m · K or more.
0.1〜1mmであることを特徴とする請求項1又は2
に記載の複合材。3. The thickness of the flat plate of the thermal stress relaxing carbon material is
3. The thickness is 0.1 to 1 mm.
A composite material according to item 1.
脂のいずれかからなることを特徴とする請求項1〜3の
いずれかに記載の複合材。4. The composite material according to claim 1, wherein said adhesive layer is made of one of a metal brazing material, solder and resin.
の片面又は両面に絶縁層を被覆してなるものであること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の複合材。5. The composite material according to claim 1, wherein the flat plate of the thermal stress-relaxed carbon material is formed by coating one or both surfaces of a carbon material with an insulating layer. .
の片面又は両面に金属部材を接合してなるものであるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の複合
材。6. The composite material according to claim 1, wherein the flat plate of the thermal stress relaxing carbon material is formed by joining a metal member to one or both surfaces of the carbon material. .
る前記シリコンウェハー又は化合物半導体ウェハーの他
方の面上に所要の回路が形成されてなることを特徴とす
る半導体チップ。7. A semiconductor chip, wherein a required circuit is formed on the other surface of the silicon wafer or the compound semiconductor wafer in the composite material according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36367997A JPH10233475A (en) | 1996-12-16 | 1997-12-16 | Composite material consisting of silicon wafer and carbon material |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35325196 | 1996-12-16 | ||
JP8-353251 | 1996-12-16 | ||
JP36367997A JPH10233475A (en) | 1996-12-16 | 1997-12-16 | Composite material consisting of silicon wafer and carbon material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10233475A true JPH10233475A (en) | 1998-09-02 |
Family
ID=26579804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP36367997A Pending JPH10233475A (en) | 1996-12-16 | 1997-12-16 | Composite material consisting of silicon wafer and carbon material |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10233475A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008053586A1 (en) | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Nec Corporation | Semiconductor device |
JP2011176299A (en) * | 2010-01-27 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Circuit board and electronic equipment using the same |
-
1997
- 1997-12-16 JP JP36367997A patent/JPH10233475A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008053586A1 (en) | 2006-11-02 | 2008-05-08 | Nec Corporation | Semiconductor device |
US8063484B2 (en) | 2006-11-02 | 2011-11-22 | Nec Corporation | Semiconductor device and heat sink with 3-dimensional thermal conductivity |
US8476756B2 (en) | 2006-11-02 | 2013-07-02 | Nec Corporation | Semiconductor device and heat sink with 3-dimensional thermal conductivity |
JP2011176299A (en) * | 2010-01-27 | 2011-09-08 | Kyocera Corp | Circuit board and electronic equipment using the same |
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