JPS58217467A - 電気絶縁性炭化ケイ素焼結体の製法 - Google Patents
電気絶縁性炭化ケイ素焼結体の製法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、新規な電気絶縁材に係シ、例えば半導体パワ
ーモジュールや高密度集積回路装置などの電気装置用絶
縁材として好適な電気絶縁材に関する。
ーモジュールや高密度集積回路装置などの電気装置用絶
縁材として好適な電気絶縁材に関する。
従来、シリコンチップや厚膜抵抗などの回路要素を形成
載置した電気装置の絶縁基板は、主にアルミナ基板が使
用されていた。しかし、近年電気装置は一段と小型で回
路の高密度化が要求され、基板の単位面積当りの素子や
回路要素の集積度が高くなつ七、いる。
載置した電気装置の絶縁基板は、主にアルミナ基板が使
用されていた。しかし、近年電気装置は一段と小型で回
路の高密度化が要求され、基板の単位面積当りの素子や
回路要素の集積度が高くなつ七、いる。
その結果、基板の発熱が大幅に増加し、アルミナ基板で
は熱放散が十分でないと′いう問題が生じている。この
ため、アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱放散性
に優れた絶縁基板が必要になってきた。
は熱放散が十分でないと′いう問題が生じている。この
ため、アルミナ基板よりも熱伝導率が大きく、熱放散性
に優れた絶縁基板が必要になってきた。
本発明の目的は、熱伝導性の高い電気絶縁材を提供する
にある。
にある。
ところで、前述した絶縁基板が具備すべき主な性質とし
て、（１）電気絶縁性に優れ、（２）従来のアルミナ基
板より熱伝導率が太きく、（３）機械的強度が大きく、
（４）熱膨張係数がシリコンチップなどの半導体素子の
熱膨張係数に近いことである。こうした性能を有する基
板材料を種々探索した結果、高密度に焼結した炭化ケイ
素焼結体が前記の（２）〜（４）の性能を有することを
実際に試作品を作シ確認した。しかし、炭化ケイ素自体
は電気的には半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ωｍオー
ダで電気絶縁性でないためそのままでは使用できない。
て、（１）電気絶縁性に優れ、（２）従来のアルミナ基
板より熱伝導率が太きく、（３）機械的強度が大きく、
（４）熱膨張係数がシリコンチップなどの半導体素子の
熱膨張係数に近いことである。こうした性能を有する基
板材料を種々探索した結果、高密度に焼結した炭化ケイ
素焼結体が前記の（２）〜（４）の性能を有することを
実際に試作品を作シ確認した。しかし、炭化ケイ素自体
は電気的には半導体に属し、比抵抗が１〜１０Ωｍオー
ダで電気絶縁性でないためそのままでは使用できない。
発明者らは、炭化ケ１°素焼結体から成る基板に電気絶
縁性を付与する方法として、（１）該基板を高温酸化気
中で熱処理して基板表面に熱酸化膜（シリカ膜）を形成
する、（２）該基板表面に有機フィルム、ガラスあるい
はセラミックなどの絶縁物層を被着させることを検討し
た。しかし、これらの方法では均質な薄膜層が得にくい
こと、熱酸化膜やガラス、セラミックなどの膜を形成し
た場合は膜中にピンホールが発生し易く、また、ガラス
やセラミックス膜形成の際の高温処理過程で炭化ケイ素
の一部が分解してガス化することによってボイドが発生
する等、いくつかの問題があることを見い出した。し九
がって、発明者らはＳｉＣ焼結体に絶縁性を付与する方
法として焼結体自体を電気絶縁性にするのが最善である
と考えた。
縁性を付与する方法として、（１）該基板を高温酸化気
中で熱処理して基板表面に熱酸化膜（シリカ膜）を形成
する、（２）該基板表面に有機フィルム、ガラスあるい
はセラミックなどの絶縁物層を被着させることを検討し
た。しかし、これらの方法では均質な薄膜層が得にくい
こと、熱酸化膜やガラス、セラミックなどの膜を形成し
た場合は膜中にピンホールが発生し易く、また、ガラス
やセラミックス膜形成の際の高温処理過程で炭化ケイ素
の一部が分解してガス化することによってボイドが発生
する等、いくつかの問題があることを見い出した。し九
がって、発明者らはＳｉＣ焼結体に絶縁性を付与する方
法として焼結体自体を電気絶縁性にするのが最善である
と考えた。
炭化ケイ素は融点が高く非常に焼結し難いので、焼結に
は少量の焼結助剤を添加し、高温で加圧するいわゆるホ
ットプレス法により作られる。炭化ケイ素焼結体の電気
抵抗は炭化ケイ素粒子自身の抵抗が小さいことから主に
粒子間の界面での抵抗−と不純物に依存すると考える。
は少量の焼結助剤を添加し、高温で加圧するいわゆるホ
ットプレス法により作られる。炭化ケイ素焼結体の電気
抵抗は炭化ケイ素粒子自身の抵抗が小さいことから主に
粒子間の界面での抵抗−と不純物に依存すると考える。
本発明者らはこの点に着目し、焼結体の電気抵抗は粒子
相互を結合する焼結助剤の種類や添加量が影響するとみ
て助剤の効果を調べた結果本発明に至った。
相互を結合する焼結助剤の種類や添加量が影響するとみ
て助剤の効果を調べた結果本発明に至った。
本発明は、炭化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、
炭化ケイ素結晶粒界の電気抵抗を高め、室温で１０１０
Ω口以上の比抵抗を有する電気絶縁材にある。
炭化ケイ素結晶粒界の電気抵抗を高め、室温で１０１０
Ω口以上の比抵抗を有する電気絶縁材にある。
焼結助剤として、酸化ぺＩＪ ＩＪウム、窒化ホウ素等
が炭化ケイ素の結晶粒界の電気抵抗を高め、炭化ケイ素
焼結体に電気絶縁性を付与する。
が炭化ケイ素の結晶粒界の電気抵抗を高め、炭化ケイ素
焼結体に電気絶縁性を付与する。
主成分の炭化ケイ素粉末には、Ｓｉ、Ａｔ。
Ｆｅ、’ｌ’ｉ、Ｎｉの単体またはそれらの酸化物およ
び遊離炭素などの不純物が含まれる。−これらの不純物
中、特にＡｔは、比抵抗値を低下する働きがあるので、
できるかぎシ少ないことが望ましい。
び遊離炭素などの不純物が含まれる。−これらの不純物
中、特にＡｔは、比抵抗値を低下する働きがあるので、
できるかぎシ少ないことが望ましい。
本発明において主成分の炭化ケイ素焼結体に含有される
焼結助剤として、酸化ベリリウム、窒化ホウ素等の量は
要求される比抵抗値によって選択されるが、比抵抗値と
して約１０１０Ω副以上が半導体装置の絶縁基板として
好ましい値であシ、これを達成する量とするのが好まし
い。炭化ケイ素中のｈｔが酸化アルミニウムとして約０
．１チ含まれている粉末を用いた場合、酸化べＩＪ Ｉ
Ｊウム、窒化ホウ素等の添加量は、炭化ケイ素粉末１０
０重量部に対し２重量部以上添加すると、その比抵抗値
は１ｏ１０Ωσ以上となる。
焼結助剤として、酸化ベリリウム、窒化ホウ素等の量は
要求される比抵抗値によって選択されるが、比抵抗値と
して約１０１０Ω副以上が半導体装置の絶縁基板として
好ましい値であシ、これを達成する量とするのが好まし
い。炭化ケイ素中のｈｔが酸化アルミニウムとして約０
．１チ含まれている粉末を用いた場合、酸化べＩＪ Ｉ
Ｊウム、窒化ホウ素等の添加量は、炭化ケイ素粉末１０
０重量部に対し２重量部以上添加すると、その比抵抗値
は１ｏ１０Ωσ以上となる。
不純物としてＡｔを含むときは、酸化アルミニウム量に
してその５倍以上、好ましくは１０倍以上の酸化ベリリ
ウム、窒化ホウ素等を添加するのが良い。なお、炭化ケ
イ素粉中のに１２０ｓ量は、３ｔＣ純度が９５チ以上の
場合、はソ１チ以下である。
してその５倍以上、好ましくは１０倍以上の酸化ベリリ
ウム、窒化ホウ素等を添加するのが良い。なお、炭化ケ
イ素粉中のに１２０ｓ量は、３ｔＣ純度が９５チ以上の
場合、はソ１チ以下である。
（実施例１）
不純物として酸化アルミニウムを０．１ ％含有する純
度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径２μｍ）１００重
量部に、酸化べＩＪ ＩＪウム粉末３重量部（酸化アル
ミニウム量の約３０倍に相当〕を添加し、十分に混合し
た後、直径５０ｍｍの円板に仮成形した。次いで仮成形
品を黒鉛製治具に入れ、真空ホットプレス装置により真
空度１０−３〜１０−５’１’□ｒｒの減圧下で加圧力
２００に９／ｃｍ２、温度２０００Ｃで焼結した。こう
して得られた相対密度（炭化ケ゛イ素の理論密度に対す
る割合）９７チ以上の炭化ケイ素焼結体（厚さ０．５
ｗｈ ）の表面を鋺面研磨した後２０Ｘ３０ｍｍに切断
して基板とし、基板両面にアルミ蒸着膜電極をつけて比
抵抗並びに耐電圧を測定した。室温（２５ｔｌ’）時に
おける比抵抗が１０１２Ωｍ、直流印加によるリーク電
流が１０−’Ａになった時の電圧で表わした耐電圧は３
４００Ｖであり、良好な電気絶縁特性を有する。 ゛
また、熱伝導率はＱ、 ７ ｒｔｄ／ｃｍ ・ｓ−’Ｃ
，，熱膨張係数は３９Ｘ１０−’／Ｃ，機械的強度（３
点曲げ強さ）はｓ ｓ Ｋｇ／ｌｔｒｍ”である。これ
らの値は高アルミナ質基板の特性と比較すると、熱伝導
率が約１０倍、機械的強度が約２倍、熱膨張係数が３１
５であり、いずれも半導体装置の絶縁基板として使用す
る場合非常にすぐれた特性である。
度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径２μｍ）１００重
量部に、酸化べＩＪ ＩＪウム粉末３重量部（酸化アル
ミニウム量の約３０倍に相当〕を添加し、十分に混合し
た後、直径５０ｍｍの円板に仮成形した。次いで仮成形
品を黒鉛製治具に入れ、真空ホットプレス装置により真
空度１０−３〜１０−５’１’□ｒｒの減圧下で加圧力
２００に９／ｃｍ２、温度２０００Ｃで焼結した。こう
して得られた相対密度（炭化ケ゛イ素の理論密度に対す
る割合）９７チ以上の炭化ケイ素焼結体（厚さ０．５
ｗｈ ）の表面を鋺面研磨した後２０Ｘ３０ｍｍに切断
して基板とし、基板両面にアルミ蒸着膜電極をつけて比
抵抗並びに耐電圧を測定した。室温（２５ｔｌ’）時に
おける比抵抗が１０１２Ωｍ、直流印加によるリーク電
流が１０−’Ａになった時の電圧で表わした耐電圧は３
４００Ｖであり、良好な電気絶縁特性を有する。 ゛
また、熱伝導率はＱ、 ７ ｒｔｄ／ｃｍ ・ｓ−’Ｃ
，，熱膨張係数は３９Ｘ１０−’／Ｃ，機械的強度（３
点曲げ強さ）はｓ ｓ Ｋｇ／ｌｔｒｍ”である。これ
らの値は高アルミナ質基板の特性と比較すると、熱伝導
率が約１０倍、機械的強度が約２倍、熱膨張係数が３１
５であり、いずれも半導体装置の絶縁基板として使用す
る場合非常にすぐれた特性である。
本実施例の基板の大きな利点は、熱伝導率が大きいので
放熱性が優れていることである。基板の放熱性の良否を
表わす熱抵抗（基板厚さ／熱伝導率）は、熱伝導率が大
きく、基板厚きが薄いほど小さくなるが、本発明基板は
機械的強度が大きいため板厚を薄くできるので、実質的
な熱抵抗はアルミナ基板の１／２０程度となる。さらに
、該基板を銅、アルミなど高熱伝導性金属のヒートシン
ク材と組合せれば放熱性は飛躍的に向上する。
放熱性が優れていることである。基板の放熱性の良否を
表わす熱抵抗（基板厚さ／熱伝導率）は、熱伝導率が大
きく、基板厚きが薄いほど小さくなるが、本発明基板は
機械的強度が大きいため板厚を薄くできるので、実質的
な熱抵抗はアルミナ基板の１／２０程度となる。さらに
、該基板を銅、アルミなど高熱伝導性金属のヒートシン
ク材と組合せれば放熱性は飛躍的に向上する。
（実施例２〕
第１図は、不純物として酸化アルミニウムを約０．１％
含有する純度９８％の炭化ケイ素粉末に酸化ベリリウム
又は窒化ホウ素の添加量を変えて焼結した炭化ケイ素焼
結体の比抵抗（２５ｔ？）とそれらの添加量との関係を
示す線図である。製造条件、その他は実施例１と同じで
ある。ホットプレス条件によシ若干の違いはあるが、添
加量を１重量部以上とすることによシ高い比抵抗が得ら
れ、高密度の焼結体が得られる。一方、添加量が１０重
量部以下、になると比抵抗が飽和すると共に焼結体に気
孔（ボイド）が多くなる傾向がある。
含有する純度９８％の炭化ケイ素粉末に酸化ベリリウム
又は窒化ホウ素の添加量を変えて焼結した炭化ケイ素焼
結体の比抵抗（２５ｔ？）とそれらの添加量との関係を
示す線図である。製造条件、その他は実施例１と同じで
ある。ホットプレス条件によシ若干の違いはあるが、添
加量を１重量部以上とすることによシ高い比抵抗が得ら
れ、高密度の焼結体が得られる。一方、添加量が１０重
量部以下、になると比抵抗が飽和すると共に焼結体に気
孔（ボイド）が多くなる傾向がある。
（実施例３）
第２図は本発明の電気絶縁材の具体的な用途の一例とし
て示しだ集積回路装置の断面図を示す。
て示しだ集積回路装置の断面図を示す。
実施例１で製造したＳｉＣ焼結体からなる電気絶縁性基
板１１の下面に金属製放熱フィン１２を半田層１３で密
着し、上面にはトランジスタペレット１４、厚膜抵抗１
５、パワートランジスタベレット１７などを搭載したも
のである。本発明の絶縁基板は、前述の如く高い熱伝導
性を有し、熱放散性が優れているので各素子の容量アッ
プまたは集積密度を高めることができる。
板１１の下面に金属製放熱フィン１２を半田層１３で密
着し、上面にはトランジスタペレット１４、厚膜抵抗１
５、パワートランジスタベレット１７などを搭載したも
のである。本発明の絶縁基板は、前述の如く高い熱伝導
性を有し、熱放散性が優れているので各素子の容量アッ
プまたは集積密度を高めることができる。
特に、本実施例の基本は熱膨張係数がノリコンチップの
熱膨張係数に近似しているため、従来アルミナ基板では
不可能であった大型チップの基板への直接接合が可能に
なった。また、基板は熱的機械的特性がすぐれているの
で、例えば電気装置製造時のろう付、溶接など各種の熱
的、機械的変化に対して十分な強度を保つと共に、該電
気装置の動作時の温度上昇に伴う熱歪、熱サイクルにも
十分に耐え得るので、信頼性の高い電気装置が得られる
。
熱膨張係数に近似しているため、従来アルミナ基板では
不可能であった大型チップの基板への直接接合が可能に
なった。また、基板は熱的機械的特性がすぐれているの
で、例えば電気装置製造時のろう付、溶接など各種の熱
的、機械的変化に対して十分な強度を保つと共に、該電
気装置の動作時の温度上昇に伴う熱歪、熱サイクルにも
十分に耐え得るので、信頼性の高い電気装置が得られる
。
本発明の焼結体を電気装置の基板をして使用する場合、
基板表面に絶縁層として焼結体の熱酸化膜、高熱伝導性
のアルミナ、窒化ケイ素膜を被着させること、ポリイミ
ドフィルムなどの絶縁樹脂層をコートすることも良い。
基板表面に絶縁層として焼結体の熱酸化膜、高熱伝導性
のアルミナ、窒化ケイ素膜を被着させること、ポリイミ
ドフィルムなどの絶縁樹脂層をコートすることも良い。
但しこれらの際はボイドの発生を極力抑える必要がある
。
。
本発明によれば、アルミナ焼結体より熱伝導率の高い電
気絶縁材が得られる。
気絶縁材が得られる。
第１図は本発明の炭化ケイ素焼結体の比抵抗と酸化ぺＩ
Ｊ ＩＪウム又は窒化ホウ素の添加量との関係を示す曲
線図、第２図は本発明の絶縁基板の一使用例を示す集積
回路装置の断面図である。
Ｊ ＩＪウム又は窒化ホウ素の添加量との関係を示す曲
線図、第２図は本発明の絶縁基板の一使用例を示す集積
回路装置の断面図である。
Claims (1)
- １、炭化ケイ素を主成分とする焼結体からなり、炭化ケ
イ素結晶粒界の電気抵抗を高め、室温で１０１０Ω副以
上の比抵抗を有することを特徴とする電気絶縁材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58033237A JPS58217467A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 電気絶縁性炭化ケイ素焼結体の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58033237A JPS58217467A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 電気絶縁性炭化ケイ素焼結体の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58217467A true JPS58217467A (ja) | 1983-12-17 |
| JPS631270B2 JPS631270B2 (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=12380848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58033237A Granted JPS58217467A (ja) | 1983-02-28 | 1983-02-28 | 電気絶縁性炭化ケイ素焼結体の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58217467A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53121810A (en) * | 1977-03-31 | 1978-10-24 | Carborundum Co | Sintered heat shockkresistant silicon carbide with high density |
-
1983
- 1983-02-28 JP JP58033237A patent/JPS58217467A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53121810A (en) * | 1977-03-31 | 1978-10-24 | Carborundum Co | Sintered heat shockkresistant silicon carbide with high density |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS631270B2 (ja) | 1988-01-12 |
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