JPS6139534A - 半導体装置用基板材料 - Google Patents
半導体装置用基板材料Info
- Publication number
- JPS6139534A JPS6139534A JP15909484A JP15909484A JPS6139534A JP S6139534 A JPS6139534 A JP S6139534A JP 15909484 A JP15909484 A JP 15909484A JP 15909484 A JP15909484 A JP 15909484A JP S6139534 A JPS6139534 A JP S6139534A
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- JP
- Japan
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- thermal expansion
- expansion coefficient
- thermal conductivity
- coefficient
- substrate material
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- H10W72/073—
-
- H10W70/682—
-
- H10W70/685—
-
- H10W72/07337—
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- H10W72/884—
-
- H10W90/736—
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は集積回路装置等の半導体素子塔載用基板材料に
関するもので、塔載した半導体素子よシ、発生する熱を
効率よく放熱しうるととも′に、基板材料本来の特性で
ある半導体素子および外囲器材料と、熱膨張係数が近似
しているという性質も具備する優れた半導体素子塔載用
基板材料に関する。
関するもので、塔載した半導体素子よシ、発生する熱を
効率よく放熱しうるととも′に、基板材料本来の特性で
ある半導体素子および外囲器材料と、熱膨張係数が近似
しているという性質も具備する優れた半導体素子塔載用
基板材料に関する。
半導体素子塔載用の基板材料としては、従来から半導体
素子との熱膨張係数が近似していることを重視したもの
として、コバール（２９重量ＸＮｉ−１７重量ＸＣｏ−
？ｅ）、４２アロイ（４２重量Ｘ Ｍｌ −ＩＦｅ ）
などのＩＩ合金やアルミナ、７オルステライトなどのセ
ラミックなどのセラミック材料が用いられておシ、特に
高熱放散性を要求される場合には各１ｉｅｕ 合金が用
いられてきている。
素子との熱膨張係数が近似していることを重視したもの
として、コバール（２９重量ＸＮｉ−１７重量ＸＣｏ−
？ｅ）、４２アロイ（４２重量Ｘ Ｍｌ −ＩＦｅ ）
などのＩＩ合金やアルミナ、７オルステライトなどのセ
ラミックなどのセラミック材料が用いられておシ、特に
高熱放散性を要求される場合には各１ｉｅｕ 合金が用
いられてきている。
しかしながら、近年における半導体産業の目覚しい発展
は、半導体素子の大型化や発熱量の増加を推進し、熱膨
張係数と熱放散性の両特性を共に満足する基板材料の必
要性がますます増大しつつある。
は、半導体素子の大型化や発熱量の増加を推進し、熱膨
張係数と熱放散性の両特性を共に満足する基板材料の必
要性がますます増大しつつある。
こうした状況の中で、上述の両特性を満足す・る材料と
して、タングステン、モリブデンを骨格として銅を溶浸
した材料、さらにはべりリア等のセラミックが提案され
てきた。
して、タングステン、モリブデンを骨格として銅を溶浸
した材料、さらにはべりリア等のセラミックが提案され
てきた。
しかしながら後者は公害の問題から、事実上使用不可能
であシ、また前者の場合は熱膨張係数が外囲器材として
しばしば用いられるアルミナ及び最近半導体素子として
その使用量が増大しつつあるＧａＡｓ 等とはよく合
致し、また熱放散性においても優れているものの比重が
大きく重い、また機械加工性に劣るさらにはＷ、Ｍｏを
使用するために価格が高いという欠点を有していた。
であシ、また前者の場合は熱膨張係数が外囲器材として
しばしば用いられるアルミナ及び最近半導体素子として
その使用量が増大しつつあるＧａＡｓ 等とはよく合
致し、また熱放散性においても優れているものの比重が
大きく重い、また機械加工性に劣るさらにはＷ、Ｍｏを
使用するために価格が高いという欠点を有していた。
本発明は、上記の点をかんがみ、従来の半導体素子塔載
用基板材料の欠点を解消し、熱膨張係数を制御するとと
もに、熱伝導性の良好な基板材料を提供することを目的
とする。
用基板材料の欠点を解消し、熱膨張係数を制御するとと
もに、熱伝導性の良好な基板材料を提供することを目的
とする。
この目的を達成するために、本発明者らは機械的合金法
を利用することを考えつき、それによシ基板材料の熱膨
張係数の制御および高い熱伝導性のいずれにおいても非
常に好結果を得られることを見出し本発明の完成をみた
。
を利用することを考えつき、それによシ基板材料の熱膨
張係数の制御および高い熱伝導性のいずれにおいても非
常に好結果を得られることを見出し本発明の完成をみた
。
すなわち本発明は、銅マトリックス中に、粒径０．０１
〜１０μを有するシリコン粒子を容積Ｘで１０〜６ＯＮ
含有させて、それによシその熱膨張係数を半導体素子お
よび外囲器材料のそれに合致させるとともに、高熱伝導
性としたことを特徴とする半導体装置用基板材料に関す
る。
〜１０μを有するシリコン粒子を容積Ｘで１０〜６ＯＮ
含有させて、それによシその熱膨張係数を半導体素子お
よび外囲器材料のそれに合致させるとともに、高熱伝導
性としたことを特徴とする半導体装置用基板材料に関す
る。
そして上記のシリコン粒子は機械的合金法によって銅マ
トリックス中に均一に分散させることが特に好ましい実
施態様である。
トリックス中に均一に分散させることが特に好ましい実
施態様である。
ここで機械的合金化法（ｍｅｃｈａｎｌｃａｌ ａｌｌ
ｏｙｉｎｇ ）とは、従来、粉末冶金法で行なわれてい
た機械的混合法をさらに発展させて、混合ミルのエネル
ギーを利用して粉末粒子間の相互の複合化を行なう方法
である。また、この複合化は混合ミルのエネルギーを利
用して行なわれるため、状態図における固溶、非固溶と
はまったく独立して合金を選択できるという特徴を有す
る。従来この方法は、例えば分散強化型のニッケル基の
スーパーアロイ等の製造方法として用いられてきた。
ｏｙｉｎｇ ）とは、従来、粉末冶金法で行なわれてい
た機械的混合法をさらに発展させて、混合ミルのエネル
ギーを利用して粉末粒子間の相互の複合化を行なう方法
である。また、この複合化は混合ミルのエネルギーを利
用して行なわれるため、状態図における固溶、非固溶と
はまったく独立して合金を選択できるという特徴を有す
る。従来この方法は、例えば分散強化型のニッケル基の
スーパーアロイ等の製造方法として用いられてきた。
本発明の骨子は、この機械的合金化法によって、良好な
熱伝導性を有するマトリックス合金に、低い熱膨張係数
を有する物質を微細にかつ均一に分散させ、高い熱伝導
性と低い熱膨張係数を有する材料が得られるという新規
な知見にある。すなわち、従来、通常の粉末粒子を混合
した場合、その熱膨張係数は両者の体積比によってほと
んど決定されることはよく知られている。本発明は、上
記の知見に基き低い膨張係数を有する物質を非常に微細
にかつ均一に分散させることによって、この法則に支配
されず、熱膨張係数を低くおさえることが可能となると
いう予想もされなかった効果を得るものである。
熱伝導性を有するマトリックス合金に、低い熱膨張係数
を有する物質を微細にかつ均一に分散させ、高い熱伝導
性と低い熱膨張係数を有する材料が得られるという新規
な知見にある。すなわち、従来、通常の粉末粒子を混合
した場合、その熱膨張係数は両者の体積比によってほと
んど決定されることはよく知られている。本発明は、上
記の知見に基き低い膨張係数を有する物質を非常に微細
にかつ均一に分散させることによって、この法則に支配
されず、熱膨張係数を低くおさえることが可能となると
いう予想もされなかった効果を得るものである。
第１図は下記の実施例における機械的合金法による本発
明材上従来の機械的混合法によυ、処理して得た従来材
の熱膨張係数（１Ｇ−’／℃）を、銅マトリックス中に
添加したシリコン粒子の添加ｉ（容量Ｘ）の関数として
示したものでちる。従来材の熱膨張係数は、添加量に対
して直線的に増加するのに対して機械的合金法によって
得た合金は、その熱膨張係数がかなシ低くおさえられる
ことがわかる。
明材上従来の機械的混合法によυ、処理して得た従来材
の熱膨張係数（１Ｇ−’／℃）を、銅マトリックス中に
添加したシリコン粒子の添加ｉ（容量Ｘ）の関数として
示したものでちる。従来材の熱膨張係数は、添加量に対
して直線的に増加するのに対して機械的合金法によって
得た合金は、その熱膨張係数がかなシ低くおさえられる
ことがわかる。
本発明ではマトリックス合金としてはＣｕが好ましく、
また分散粒子としては日ｉが好ましい。
また分散粒子としては日ｉが好ましい。
本発明者らの上述の知見によれば、マトリックス合金は
熱伝導性に優れる合金ならば例えばＡｇ、Ｃｕ、ＡＩ等
のいずれでも良いのであるが、本発明において特にＯｕ
に限定したのは熱膨張係数価格等において優れているか
らである。
熱伝導性に優れる合金ならば例えばＡｇ、Ｃｕ、ＡＩ等
のいずれでも良いのであるが、本発明において特にＯｕ
に限定したのは熱膨張係数価格等において優れているか
らである。
また、本発明における分散粒子としてはマトリックス金
属よシも熱膨張係数の小さな材料ならいずれでも良く例
えばＷ、Ｍｏ、８１セラミツク等が考えられるが、本発
明において特にＳｉに限定したのは、熱膨張係数、密度
及び熱伝導性に優れているからである。
属よシも熱膨張係数の小さな材料ならいずれでも良く例
えばＷ、Ｍｏ、８１セラミツク等が考えられるが、本発
明において特にＳｉに限定したのは、熱膨張係数、密度
及び熱伝導性に優れているからである。
またＳｉの含有量を体積％で１０〜６０Ｘに限定したの
はその範囲で半導体素子であるｓｉまたはＧａＡｓの熱
膨張係数や外囲器材料である焼結アルミナの熱膨張係数
の双方にできるだけ近似させて、熱膨張の不整合に起因
する応力の影響をできるだけ小さくするためでちり、こ
の範囲でパッケージの形状、大きさに応じて適宜Ｃｕの
量を選べばよい。
はその範囲で半導体素子であるｓｉまたはＧａＡｓの熱
膨張係数や外囲器材料である焼結アルミナの熱膨張係数
の双方にできるだけ近似させて、熱膨張の不整合に起因
する応力の影響をできるだけ小さくするためでちり、こ
の範囲でパッケージの形状、大きさに応じて適宜Ｃｕの
量を選べばよい。
本発明において、また、ｓｉ分散粒子の粒径を０．０１
から１０ｐに限定したのは０．０１ μ以下では材料の
熱伝導性が著しく劣化し、また１０ｐ以上では機械的合
金化法による熱膨張抑制の効果がなくなるとともに押出
工程において押しづまり、割れ等が生じ、また被加工性
も劣化す゛る。
から１０ｐに限定したのは０．０１ μ以下では材料の
熱伝導性が著しく劣化し、また１０ｐ以上では機械的合
金化法による熱膨張抑制の効果がなくなるとともに押出
工程において押しづまり、割れ等が生じ、また被加工性
も劣化す゛る。
このような基板において、電気的な絶縁性が必要な場合
にはセラミックまたは有機絶縁体からなる薄層コーティ
ングを基板表面に施すことによυ、従来セラミックが用
いられてきた用途に使用することが可能である。
にはセラミックまたは有機絶縁体からなる薄層コーティ
ングを基板表面に施すことによυ、従来セラミックが用
いられてきた用途に使用することが可能である。
実施例ｔ
−１００ｍｅｓｈの電解銅粉末中に一２００ｍｅａｈの
シリコン粉末を容積Ｘで２０．４０，６０，８０Ｘとな
る−ように配合した後、ムｒ雰囲気中で、２０時間、ボ
ールミルで機械合金化処理を施した。このようにして得
た処理粉末は銅製の容器につめ、６００℃に加熱しなが
ら、真空ポンプにて脱ガス処理を行ない、さらに７００
℃に再加熱し、押出を行なって棒材を得た。
シリコン粉末を容積Ｘで２０．４０，６０，８０Ｘとな
る−ように配合した後、ムｒ雰囲気中で、２０時間、ボ
ールミルで機械合金化処理を施した。このようにして得
た処理粉末は銅製の容器につめ、６００℃に加熱しなが
ら、真空ポンプにて脱ガス処理を行ない、さらに７００
℃に再加熱し、押出を行なって棒材を得た。
このようにして得られた試料について密度、硬さ、熱膨
張係数、熱伝導率、押出性を調べ第１表に示した。なお
、比較のためにＧａムａ、８１゜ムｌ、０．の熱膨張係
数を併記した。
張係数、熱伝導率、押出性を調べ第１表に示した。なお
、比較のためにＧａムａ、８１゜ムｌ、０．の熱膨張係
数を併記した。
第１図は、第１表の本発明材におけるｓｉ添加量（容量
Ｘ）と、熱膨張係数（１／ＣＸ １０−’ ）との関係
を示すグラフである（Ｏ印）。
Ｘ）と、熱膨張係数（１／ＣＸ １０−’ ）との関係
を示すグラフである（Ｏ印）。
また比較例として従来の機械的混合法によるＣ！ｕ−８
１材料のｓｉ添加量と熱膨張係数との関係も第１図に０
印にて示す。 ゛ すなわち、上記のものと同じ原料をシリコン粉末の量に
応じて配合し、レデイゲミキサーで２０〜３０分間混舎
処理をした。以下上記と同一操作に付して得られた試料
につき熱膨張係数を測定した。
１材料のｓｉ添加量と熱膨張係数との関係も第１図に０
印にて示す。 ゛ すなわち、上記のものと同じ原料をシリコン粉末の量に
応じて配合し、レデイゲミキサーで２０〜３０分間混舎
処理をした。以下上記と同一操作に付して得られた試料
につき熱膨張係数を測定した。
実施例五
実施例２で示したように、−１００１ｓａｈ の電解銅
粉末に一２００ｍｅｓｈ のシリコン粉末を容積％で
４ＯＮとなるように配合した後、ムｒ雰囲気中で１０か
ら２００時間機械合金化処理を施し、分散Ｓ１粒子の平
均粒径が０．０３から２２ミクロンまで変化させた試料
の熱膨張係数、熱伝導率。
粉末に一２００ｍｅｓｈ のシリコン粉末を容積％で
４ＯＮとなるように配合した後、ムｒ雰囲気中で１０か
ら２００時間機械合金化処理を施し、分散Ｓ１粒子の平
均粒径が０．０３から２２ミクロンまで変化させた試料
の熱膨張係数、熱伝導率。
押出性及び加工性について調べ、第２表に示した。なお
熱膨張係数と熱伝導率は第１表の場合と同様である。
熱膨張係数と熱伝導率は第１表の場合と同様である。
第２表
第１表に示す本発明材のうち、Ｓｌを６０容積％含有す
る（！ｕ−８１押出材を、８１チップ塔載部の基板材料
として用いた工Ｃパッケージの実施゛態様例を第２図（
−）に示す。また従来のコパールをＳｉチップ塔載用基
板材料としたＩＣパッケージの例を第２図（ｂ）に示す
。第２図中１はアルミナ・セラミック等、２はコパール
ワイヤー、３はハンダ、４はＭＯ緩衝板、５はコパール
、６は銅ヒートシンク、７は本発明材のＣｕ−８ｌ押出
材をちられす。
る（！ｕ−８１押出材を、８１チップ塔載部の基板材料
として用いた工Ｃパッケージの実施゛態様例を第２図（
−）に示す。また従来のコパールをＳｉチップ塔載用基
板材料としたＩＣパッケージの例を第２図（ｂ）に示す
。第２図中１はアルミナ・セラミック等、２はコパール
ワイヤー、３はハンダ、４はＭＯ緩衝板、５はコパール
、６は銅ヒートシンク、７は本発明材のＣｕ−８ｌ押出
材をちられす。
本発明材を基板材料として用いると、旧チップや他の外
囲器であるＡ ｌ ＠ ０３との熱膨張係数との差が小
さいため、ＩＣ実装工程において熱歪みを生ぜず、また
デバイスとしては熱の放散性が極めて良好であるために
、寿命が伸び、信頼性が優れる。さらに第２図（−）及
び（ｂ）の比較からもあきらかなように従来のコパール
を用いた場合は、ＭＯ緩ｆｄＹ板７や銅ヒートシンク６
を要し、構造が複雑で容積が大であるに比し、本発明材
によればパッケージ構造の簡素化、減容及びコストダウ
ンが可能となった。
囲器であるＡ ｌ ＠ ０３との熱膨張係数との差が小
さいため、ＩＣ実装工程において熱歪みを生ぜず、また
デバイスとしては熱の放散性が極めて良好であるために
、寿命が伸び、信頼性が優れる。さらに第２図（−）及
び（ｂ）の比較からもあきらかなように従来のコパール
を用いた場合は、ＭＯ緩ｆｄＹ板７や銅ヒートシンク６
を要し、構造が複雑で容積が大であるに比し、本発明材
によればパッケージ構造の簡素化、減容及びコストダウ
ンが可能となった。
以上詳説したところから明らかなように、本発明の半導
体用基板材料は、半導体素子及び外囲器材料とその熱膨
張係数が近似し、かつ熱放散性良好であるため、熱歪み
を生ぜず、寿命が延長され、信頼性を向上する優れた材
料であるのに加え、パッケージ構造を簡素化できるので
、パッケージの小型化もでき、コストダウン可能な、経
済性においても優れた材料である。本発明の基板材料を
用いることによって今後ますます増大する高密度、かつ
大型化の半導体素子に対処しうるのであシ、また＋３１
素子に加えて、実用化の進みつつあるＧａＡｓ 素子用
基板としても使用できる。
体用基板材料は、半導体素子及び外囲器材料とその熱膨
張係数が近似し、かつ熱放散性良好であるため、熱歪み
を生ぜず、寿命が延長され、信頼性を向上する優れた材
料であるのに加え、パッケージ構造を簡素化できるので
、パッケージの小型化もでき、コストダウン可能な、経
済性においても優れた材料である。本発明の基板材料を
用いることによって今後ますます増大する高密度、かつ
大型化の半導体素子に対処しうるのであシ、また＋３１
素子に加えて、実用化の進みつつあるＧａＡｓ 素子用
基板としても使用できる。
第１図は実施例１の実験によシ得られた、本発明材（・
印）と従来材（○印）の、Ｓ１添加量（容ｆＸｘ＞と熱
膨張係数との関係を示すグラフである。 第２図（ａ）は本発明材を半導体用基板材料としてＩＣ
に用いた実施態様例を、又第２図（ｂ）は従来材を同様
に用いた例を、それぞれ説明する図である。
印）と従来材（○印）の、Ｓ１添加量（容ｆＸｘ＞と熱
膨張係数との関係を示すグラフである。 第２図（ａ）は本発明材を半導体用基板材料としてＩＣ
に用いた実施態様例を、又第２図（ｂ）は従来材を同様
に用いた例を、それぞれ説明する図である。
Claims (3)
- （１）銅マトリックス中に、粒径０．０１〜１０μを有
するシリコン粒子を容積％で１０〜６０％含有させて、
それによりその熱膨張係数を半導体素子および外囲器材
料のそれに合致させるとともに、高熱伝導性としたこと
を特徴とする半導体装置用基板材料。 - （２）銅マトリックス中にシリコン粒子を機械的合金化
法によつて均一に分散含有させる特許請求の範囲第（１
）項記載の半導体装置用基板材料。 - （３）半導体素子がＳｉまたはＧａＡｓであることを特
許請求の範囲第（１）項記載の半導体装置用基板材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15909484A JPS6139534A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体装置用基板材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15909484A JPS6139534A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体装置用基板材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6139534A true JPS6139534A (ja) | 1986-02-25 |
Family
ID=15686103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15909484A Pending JPS6139534A (ja) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | 半導体装置用基板材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6139534A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8273603B2 (en) * | 2008-04-04 | 2012-09-25 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Interposers, electronic modules, and methods for forming the same |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP15909484A patent/JPS6139534A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8273603B2 (en) * | 2008-04-04 | 2012-09-25 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Interposers, electronic modules, and methods for forming the same |
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