JPS6084713A - 電気絶縁材の製造法 - Google Patents
電気絶縁材の製造法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り９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。
［発明の背景１
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ｔ：アルミナ基板が
使用されていた。し力化、近年電気装置は一般社小型で
回路の高密度化が要求され。
載置した電気装置の絶縁基板は、主ｔ：アルミナ基板が
使用されていた。し力化、近年電気装置は一般社小型で
回路の高密度化が要求され。
基板の単位面積当Ｉ）の素子や回路要素の集積度が高く
なっている。
なっている。
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えｌ’Ｊ１題が生している。
は熱放散が十分でないといえｌ’Ｊ１題が生している。
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ｔこ。
散性に優れた絶縁基板が必要になってきｔこ。
ところで、前述した絶縁基板が具備すベト主な性質は、
（１）電気絶縁性に優れ、（２）従来のアルミナ基板上
り熱導率が大き（、（３）ａ械的強度が大きく。
（１）電気絶縁性に優れ、（２）従来のアルミナ基板上
り熱導率が大き（、（３）ａ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。そこで、こうした性能を
有する基板材料を種々探索した結果。
熱膨張係数に近いことである。そこで、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述の（２）〜（
４）の性能を有することを実際に試作品を作り確認した
。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１〜１０ΩｃＩＩＩオーグで電気絶縁性でない
ためそのままでは使用できない。
４）の性能を有することを実際に試作品を作り確認した
。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１〜１０ΩｃＩＩＩオーグ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、炭化ケイ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ｌこくい
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。したが
って４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するのが最善であると考
えた。
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ｌこくい
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。したが
って４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ｔこ焼結し難ν・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。炭化ケイ素に酸化
ベリリウム、炭化ベリリウｌｚ Ｈ窒化ホウ素を加えた
焼結体の例として特公昭３９−２６０６６号公報、米国
特許第３，９９３，６０２．第３．９５４．４８３号明
細書がある。しｈ化、これらの公知例には、炭化ケイ素
を主成分とする焼結体が電気絶縁性を有することは全く
示されてν１ない。
ゆるホットプレス法により作られる。炭化ケイ素に酸化
ベリリウム、炭化ベリリウｌｚ Ｈ窒化ホウ素を加えた
焼結体の例として特公昭３９−２６０６６号公報、米国
特許第３，９９３，６０２．第３．９５４．４８３号明
細書がある。しｈ化、これらの公知例には、炭化ケイ素
を主成分とする焼結体が電気絶縁性を有することは全く
示されてν１ない。
即ち、炭化ケイ素焼結体の電気抵抗は炭化ケイ素粒子自
身の抵抗が小さいためと考えられる。従って、炭化ケイ
素焼結体の比抵抗は、主１こ粒子間の界面での抵抗と不
純物に依存すると考えられる。本発明者らはこの点に着
目し、焼結体め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焼結助剤の効果を調べ
た結果本発明に至った。
身の抵抗が小さいためと考えられる。従って、炭化ケイ
素焼結体の比抵抗は、主１こ粒子間の界面での抵抗と不
純物に依存すると考えられる。本発明者らはこの点に着
目し、焼結体め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焼結助剤の効果を調べ
た結果本発明に至った。
［発明の目的１
本発明の目的は、シリコンの熱膨張係数に近１以した焼
結体からなる電気絶縁材を提供する（二ある。
結体からなる電気絶縁材を提供する（二ある。
Ｉ発明の概要１
本発明は炭化ケイ素を主成分とし、窒化ホウ素を含む焼
結体から成ることを特徴とする電気絶縁相にある。
結体から成ることを特徴とする電気絶縁相にある。
窒化ホウ素は炭化ケイ素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。
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、ＡＩ、Ｆｅ、Ｔｉ
。
。
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Ａ１は、比抵抗値
を低下する働とがあるので、少ないことが望ましい。
不純物が含まれる。これらの不純物中Ａ１は、比抵抗値
を低下する働とがあるので、少ないことが望ましい。
本発明において炭化ケイ素焼結体に含有される窒化ホウ
素の含有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１０１０Ωｃｍ以上が半導体装置の
絶縁基板として好ましい値であり、これを達成する量と
するのが好ましい。炭化ケイ素中のＡｔが酸化アルミニ
ウムとして約０．１％含まれている粉末を用いた場合、
窒化ホウ素の添加量は、炭化ケイ素粉１００重量部に対
し２重量部以上添加すると、その比抵抗値は１０１″Ω
ｅｌ１１以上となる。
素の含有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１０１０Ωｃｍ以上が半導体装置の
絶縁基板として好ましい値であり、これを達成する量と
するのが好ましい。炭化ケイ素中のＡｔが酸化アルミニ
ウムとして約０．１％含まれている粉末を用いた場合、
窒化ホウ素の添加量は、炭化ケイ素粉１００重量部に対
し２重量部以上添加すると、その比抵抗値は１０１″Ω
ｅｌ１１以上となる。
不純物としてＡＩを含むとぎは、酸化アルミニウム量に
してその５倍以上、好ましくは１０倍以上の窒化ホウ素
を添加するのが良い。なお、炭化ケイ素粉中のＡ １２
０３量は、ＳｉＣ純度が９５％以−ヒの場合、はぼ１％
以下である。
してその５倍以上、好ましくは１０倍以上の窒化ホウ素
を添加するのが良い。なお、炭化ケイ素粉中のＡ １２
０３量は、ＳｉＣ純度が９５％以−ヒの場合、はぼ１％
以下である。
１発明の実施例１
（実施例１）
不純物として酸化アルミニウムを（）、１％含有する純
度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径２μｍ）１００重
量部に対し、窒化ホウ素の添加量を種々変えて混合した
後、直径５０ｍ＋ｎ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Ｙブレス装置により真
空度１０３−１０５１’ｏｒｒの減圧下で加圧力２００
ｋＨ／ （！ｍ２＋温度２０００°Ｃで焼結した。こう
して得られた窒化ホウ素を有する炭化ケイ素焼結体（厚
さＯ，Ｓｍｍ）の表面を鏡面研磨した後２０ Ｘ ３０
ｍａｌｌに切断して基板とし、基板両面にアルミ蒸着
膜電極をつけて室温（２５°Ｃ）１こおける比抵抗を測
定した。
度９８％の炭化ケイ素粉末（平均粒径２μｍ）１００重
量部に対し、窒化ホウ素の添加量を種々変えて混合した
後、直径５０ｍ＋ｎ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Ｙブレス装置により真
空度１０３−１０５１’ｏｒｒの減圧下で加圧力２００
ｋＨ／ （！ｍ２＋温度２０００°Ｃで焼結した。こう
して得られた窒化ホウ素を有する炭化ケイ素焼結体（厚
さＯ，Ｓｍｍ）の表面を鏡面研磨した後２０ Ｘ ３０
ｍａｌｌに切断して基板とし、基板両面にアルミ蒸着
膜電極をつけて室温（２５°Ｃ）１こおける比抵抗を測
定した。
高アルミナ質基板の特性と比較すると、熱伝導率及び機
械的強度が高く、熱膨張係数が３１５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
た特性がある。
械的強度が高く、熱膨張係数が３１５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
た特性がある。
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
ｈ＜、基板厚さが薄いほど小さくなるが１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より顕著に低下する。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
ｈ＜、基板厚さが薄いほど小さくなるが１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より顕著に低下する。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。
第１図は、窒化ホウ素の添加量と比抵抗（２５℃）との
関係を示す線図である６ホツＹブレス条件により若干の
違いはあるが、添加量を１重量部以上とすることｔこよ
１）高い比抵抗が１）られ、高密度の焼結体が得られる
。一方、添加量が１０重量部以上になると比抵抗が飽和
すると共に焼結体に気孔（ボイｌ’）が多くなる傾向が
ある。
関係を示す線図である６ホツＹブレス条件により若干の
違いはあるが、添加量を１重量部以上とすることｔこよ
１）高い比抵抗が１）られ、高密度の焼結体が得られる
。一方、添加量が１０重量部以上になると比抵抗が飽和
すると共に焼結体に気孔（ボイｌ’）が多くなる傾向が
ある。
（実施例２）
第２図に本発明の電気絶縁材の具体的な用途の一例とし
て示した集積回路装置の断面図を示す。
て示した集積回路装置の断面図を示す。
実施例１で製造したＳｉＣ焼結体として窒化ホウ素３重
量部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、」二面にはトランジス
タベレ・ント１４．厚膜抵抗１５゜パワートランジスタ
ペレット１７などを塔載したものである。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
れてり・るので各素子の容量アップまたは集積密度を高
めること力Ｃでトる。
量部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、」二面にはトランジス
タベレ・ント１４．厚膜抵抗１５゜パワートランジスタ
ペレット１７などを塔載したものである。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
れてり・るので各素子の容量アップまたは集積密度を高
めること力Ｃでトる。
特に１本実施例の基板は熱膨張係数がシリコンチップの
熱膨張係数に近似して（・るため、従来アルミナ基板で
は不可能であツｔこ大型チ・ンプの基板への直接接合が
可能になった。ホな、基板は熱的機（成約特性がすぐれ
ているので９例えば電気装置製造時のろうイ」、溶接な
ど各種の熱的１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、電気装置の信頼性が高
い。
熱膨張係数に近似して（・るため、従来アルミナ基板で
は不可能であツｔこ大型チ・ンプの基板への直接接合が
可能になった。ホな、基板は熱的機（成約特性がすぐれ
ているので９例えば電気装置製造時のろうイ」、溶接な
ど各種の熱的１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、電気装置の信頼性が高
い。
［その他の変形例］
本発明の焼結体を電気装置の基板として使用する場合、
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。
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。
［発明の効果１
本発明１こよれば、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。
電気絶縁材が得られる。
！＠１図は本発明の炭化ケイ素焼結体絶縁基板の比抵抗
と窒化ホウ素の添加量との関係を示す線図。 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。 １１・・・ＳｉＣ絶縁基板、１２・・・金属製放熱フィ
ン。 １３・・・半田層、１４・・・トランジスタペレット。 １５・・・厚膜抵抗体、１６・・・ボンディングワイヤ
。
と窒化ホウ素の添加量との関係を示す線図。 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。 １１・・・ＳｉＣ絶縁基板、１２・・・金属製放熱フィ
ン。 １３・・・半田層、１４・・・トランジスタペレット。 １５・・・厚膜抵抗体、１６・・・ボンディングワイヤ
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、炭化ケイ素を主成分とし、窒化ホウ素を含む焼結体
から成ることを特徴とする電気絶縁材。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記焼結体は室温
で１０１０Ωｃｍ以上の比抵抗を有することを特徴とす
る電気絶縁材。 ３、特許請求の範囲第１項において、窒化ホウ素の含有
量が、炭化ケイ素１００重量部に対し２重量部以上であ
ることを特徴とする電気絶縁材。 ４、特許請求の範囲第１〜第３項のいずれかにおいで、
前記炭化ケイ素中の不純物であるアルミニウムを酸化ア
ルミニウムとしてその含有量の５倍以上の窒化ホウ素を
含むことを特徴とする電気絶縁材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7740184A JPS6084713A (ja) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | 電気絶縁材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7740184A JPS6084713A (ja) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | 電気絶縁材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6084713A true JPS6084713A (ja) | 1985-05-14 |
| JPS644285B2 JPS644285B2 (ja) | 1989-01-25 |
Family
ID=13632875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7740184A Granted JPS6084713A (ja) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | 電気絶縁材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6084713A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2538276B (en) | 2015-05-13 | 2017-05-10 | Univ Southampton | Cleaning apparatus and method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3954483A (en) * | 1974-01-08 | 1976-05-04 | General Electric Company | Dense polycrystalline silicon carbide |
-
1984
- 1984-04-16 JP JP7740184A patent/JPS6084713A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3954483A (en) * | 1974-01-08 | 1976-05-04 | General Electric Company | Dense polycrystalline silicon carbide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS644285B2 (ja) | 1989-01-25 |
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