JPS6084843A - 半導体素子塔載用基板 - Google Patents

半導体素子塔載用基板

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JPS6084843A
JPS6084843A JP7740084A JP7740084A JPS6084843A JP S6084843 A JPS6084843 A JP S6084843A JP 7740084 A JP7740084 A JP 7740084A JP 7740084 A JP7740084 A JP 7740084A JP S6084843 A JPS6084843 A JP S6084843A
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sintered body
oxide
carbide
silicon carbide
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Yasuo Matsushita
松下　安男
Yukio Takeda
竹田　幸男
Kosuke Nakamura
浩介 中村
Tokio Ogoshi
大越　時夫
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Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 １発明の利用分野１ 本発明は、新規な半導体パワーモジュールや高品度集積
回路装置などの半導体素子塔載用基板に関する。
［発明の背量］ 従来、シリコンチップや厚膜抵抗などの回路要素を形成
載置した半導体素子塔載用基板は、主にアルミナ基板が
使用されていた。しかし、近年電気装置は一般と小型で
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
っている。
その結果、基板の発熱が大幅１こ増加し、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１憂れな絶縁基板が必要になってきた。
ところで、前述した絶縁基板が具備すべき主な性質は、
（１）電気絶縁性に優れ、（２）従来のアルミナ基板よ
り熱伝導率が大ｉ’　＜　、（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。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記の（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ｌ二属し
、比抵抗が１〜１（）Ωｃｌｌｌ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、ｌＪ″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
しすこ。しかい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。した
がって１発明者らはＳｉＣ焼結体にＭ練性を伺与する方
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。炭化ケイ素に酸化
ベリリウム、炭化ベリリウム、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
れてぃなり）。
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
素規結体の比抵抗は、主に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焼結助剤の効果を調べた
結果本発明に至った。
１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似した炭化
ケイ素焼結体からなる半導体素子塔載用基板を提供する
にある。
［発明の概要１ 本発明は炭化ケイ素を主成分とし、酸化ベリリウム１〜
９重量％を含む焼結体から成ることを特徴とする半導体
素子塔載用基板にある。
この焼結助剤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。
主成分の炭化ケイ素粉末にはｔｓｉｙＡｌｔＦｅＪ＋ｓ
Ｎｉの単体またはそれらの酸化物およびＴＬ離炭素など
の不純物が含まれる。これらの不純物ΦＡ１は、比抵抗
値を低下する働きがあるので、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酸化べＩ
Ｊ　リウム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ＡＩが酸化
アルミニウムとして約（）、１％含まれている粉末を用
いた場合、酸化ベリリウムによってベリリウムを添加す
る場合その添加量は、炭化ケイ素粉１００重量部に対し
１重量部以上添加すると、その比抵抗値は１０１０Ωｅ
ｌｌ１以上となる。
不純物としてＡＩ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１（）倍以上の酸化ベリ
リウムを添加するのが良い。なお、炭化ケイ素中のＡｌ
２Ｏ，ｉは、Ｓｉｃ純度が９５％以上の場合、はぼ１％
以下である。
［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２μｌ１１）１０
０重量部と、酸化ベリリウム粉末３重量部（酸化アルミ
ニウム量の約３０倍に相当）とを十分に混合しｔこ後、
直径５０關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、真空ポットプレス装置により真空度１０
３〜１０５Ｔｏｒｒの減圧下で加圧力２００ｋｇ／ｃ＋
ａ”＊温度２０００°Ｃで焼結した。こうして得られた
酸化ベリリウムを有する相対密度（炭化ケイ素の理論密
度に対する割合）９７％以上の炭化ケイ素焼結体（厚さ
０　、　Ｓ　＋ＩＩ＋ｎ）の表面を鏡面研磨した後２０
Ｘ３０ｗ＋ｏに切断して基板とし、基板両面にアルミ蒸
着電極をつけて比抵抗並びに耐電圧を測定した。室温（
２５°Ｃ）時における比抵抗が１０１２Ωｃｍ、直流印
加によるリーク電流力弓Ｏ９Ａになった時の電圧で表わ
した耐電圧が３４１’）　ＯＶであり、良好な電気絶縁
特性を有する。
また、熱伝導率は０．７　ｃａｌ／ｃ＋ｎ−ｓ　・’Ｃ
，熱膨張係数は３９Ｘ１０’　／’ｃ＋機械的強度（３
点曲げ強さ）は５５　ｋｇ／ｎ＋ｕ＋２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１機械的強度が約２倍、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である。
本実施例の基板の天外な利点は、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
と＜、基板厚さが薄いほど小さくなるが９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ｌ／２０程度となる。さらに
、該基板を銅、アルミなど高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
の添加量を変えて焼結した炭化ケイ素焼結体の比抵抗（
２５％）とそ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
件により若干の違いはあるが、添加量を１重量部（１重
量％）以上とすることにより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（９
重量％）以上になると比抵抗が飽和すると共に焼第２図
に本発明の半導体素子塔載用基板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。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（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ンプまたは集
積回路密度を高めることができる。
特に１本実施例の基体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０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（際成約特性がすぐれている
ので、製造時のろ）付。
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、動作時の温度上昇−二伴う熱歪。
熱サイクルにも十分ｉ二耐え得るので、４＠頼性が高ν
）１１ １その池の変形例］ 本発明の半導体素子用基板の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
。
１発明の効果１ 本発明によれば、アルミナ焼結体より熱伝導率が高く、
熱膨張率の小さい半導体素子塔載用基板が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の炭化ケイ素焼結体からなる半導体素子
塔載用基板の比抵抗と酸化べ１７１Ｊウムの添加量との
関係を示す曲線図、ｖＪ２図は本発明の半導体素子塔載
用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)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、炭化ケイ素を主成分とし、酸化ベリリウム１〜９重
    量％を含む焼結体から成ることを特徴とする半導体素子
    塔載用基板。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記焼結体は室温
    で１０Ｉ０Ωｃ１１１以上の比抵抗を有する半導体素子
    塔載用基板。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において。 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倍以上の酸化ベリリウ
    ムを含む半導体素子塔載用基板。
JP7740084A 1984-04-16 1984-04-16 半導体素子塔載用基板 Pending JPS6084843A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6286833A (ja) * 1985-10-14 1987-04-21 Hitachi Ltd セラミック接合方法及びセラミックパッケージの製法及びセラミックパッケージ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6286833A (ja) * 1985-10-14 1987-04-21 Hitachi Ltd セラミック接合方法及びセラミックパッケージの製法及びセラミックパッケージ

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