JPS63244653A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS63244653A
JPS63244653A JP7616687A JP7616687A JPS63244653A JP S63244653 A JPS63244653 A JP S63244653A JP 7616687 A JP7616687 A JP 7616687A JP 7616687 A JP7616687 A JP 7616687A JP S63244653 A JPS63244653 A JP S63244653A
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JP
Japan
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aluminum nitride
nitride substrate
thermal expansion
substrate
semiconductor chip
Prior art date
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Pending
Application number
JP7616687A
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English (en)
Inventor
Yasuyuki Sugiura
杉浦 康之
Noriko Nakagawa
中川 法子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は窒化アルミニウム基板に金属リードを接合して
なる半導体装置に関する。
(従来の技術) 従来、例えばオーバレイ・トランジスタなどの高周波高
出力トランジスタを備えた高周波半導体装置においては
、半導体からの発熱が大きく、この熱を放散させる必要
があり、セラミックス基板として放熱性および電気絶縁
性に優れたベリリア(BeO)l板を使用し、このベリ
リア基板に高周波用の半導体チップを装着したものがあ
る。
ベリリア基板に電気入出力用のリードを設ける場合には
、熱膨脹係数がベリリアとアルミナは近似しているので
、汎用のアルミナ基板と同様にFe−Ni系合金からな
るリードをAa−Cu系のろう材を用いてベリリア基板
に接合している。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このようなベリリア基板を用いた従来の
高周波半導体装置には次の様な問題がある。なお、高周
波高出力半導体装置にかぎらず、高集積化され発熱密度
の高いLSI、VLSIなどの高出力半導体装置におい
ても全く同様の問題がある。
すなわち、ベリリアは優れた放熱性と電気絶縁性を有す
るものであるが、熱膨脹係数が7.5×10””/’C
で、半導体チップ例えばSiチップの熱膨脹係数3.5
〜4.0X10’−8/”Cと大きく異なっている。こ
のため、半導体チップをベリリア基板に直接v1.lシ
てハンダ付けにより基板に装着する場合には、半導体チ
ップが大型であるとへりリア基板と半導体チップとの熱
膨張の差が大きくなり、ハンダ付は時の熱応力により半
導体チップが破損する恐れがある。従って、大型の半導
体チップをベリリア基板に直接装着することができず、
半導体の高出力化を図る上で限界がある。
なお、半導体チップとベリリア基板との間にスペーサを
介在させて半導体チップに対する熱応力を緩和させる方
法もあるが、この場合には半導体チップの装着が非常に
面倒になる。また、ベリリア基板は高価で、且つ毒性を
有するので取扱に注意を要し作業が面倒であるため、用
途が限定されている。
本発明は前記事情に基づいてなされたもので、大型の半
導体チップを基板に直接装着でき、且つリードを基板を
劣化させることなく接合することができる高い信頼性と
寿命を有する高出力および高周波用として最適な半導体
装置を安価に提供することを目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段と作用)前記目的を達成
するために本発明の半導体装置は、窒化アルミニウム基
板と、この窒化アルミニウム基板にろう付けにより接合
された金属リードとを具備することを特徴とするもので
ある。
(実施例) 本発明の半導体装置の実施例について説明する。
(1)  本発明を適用したピングリットアレイ(P、
G、A)タイプの半導体装置の構成の例を第1図および
第2図について説明する。
図中1は窒化アルミニウムの焼結体からなる窒化アルミ
ニウム基板である。窒化アルミニウムは、電気絶縁性に
優れていることに加えて、熱伝導率が70〜260w/
mkと非常に大きく高い放熱性を有している。本発明の
半導体装置では、Y2033wt%を含む窒化アルミニ
ウム粉末をシート成形し、MO又はW導体を印刷の上、
積層し1750℃にて焼成して得られた高い熱伝導率を
有する窒化アルミニウム基板1を用いる。図中3は電気
入出力用ビン形をなすリードで、このリード3は熱膨脹
係数5.5〜8.5X10−8 /℃の材料から選ばれ
、Fe−Ni系合金例えば4270イ、コバールからな
るもの、あるいは熱膨脹係数4.0〜5.5x10− 
’ /’Cの材料で、MOlWなどの金属からなるもの
を用いる。前者の材料は一般に使用されており安価であ
るが、熱膨脹係数が窒化アルミニウム基板1のそれに比
較して大きいのでより低温で接合が可能なAg−Cu−
Sn、Ag−Cu−In系ろう材を使用スることが必要
である。後者の材料は熱膨脹係数が窒化アルミニウム基
板1のそれと近似するので、リード3の接合面積が大き
い場合においても、前述のろう材おうおびAg−Cuろ
う材を用いてもろう付けによる熱応力を確実に緩和でき
る。リード材質とろう材のいずれかの組合わせで信頼性
の高い装置が実現できる。そしてリード3は窒化アルミ
ニウム基板1凹部を囲む表面の所定の位置に所定数並べ
て配置される。窒化アルミニウム基板1とリード3との
接合構造について補足説明する。
窒化アルミニウム基板1の表面にはMO又はWのメタラ
イズ層4が形成され、このメタライズ層4の上にはNi
めりき5を施す。このメタライズ層4.5は窒化アルミ
ニウム基板1の表面に形成する導体配線リード3接合部
および3iチップ2マウント部を構成する。またリード
3の表面にもNiめりき6を施し、ろう材7との濡れを
良好とする。リード材が4270イの場合には、接合部
r!1600〜630℃の低温ろうAg−CU−8n。
ACI−Cu−Inなどのろう材を使用する。リード材
がMOの場合には、接合温度790℃のAg−Cuろう
材および上記のAg−Cu−8n。
Ag−Cu−In系ろう材のいずれを使用してもよい。
そして、このろう付けは中性または還元雰囲気中で60
0〜800℃の温度で行われる。リード接合強度はいず
れの場合にも、3に’j/ai以上のももが得られる。
窒化アルミニウム基板の熱膨脹係数は約4.5X10”
” /’Cである。窒化アルミニウム基板1の中央部に
形成した凹部には15X15#Imの大形5zLs1>
チップが載置され、この半導体チップ2はボンディング
ワイヤ2aで窒化アルミニウム基板1の表面に形成した
導体配線と電気的に接続される。このSiチップの熱膨
脹係数は約3.7x10− ’ /℃で、窒化アルミニ
ウム基板の熱膨脹係数と近似しており、ハンダ付けは熱
処理および信頼性テスト(熱衝撃試験)においても両者
に熱応力による破損は生じなかった。ベリリア基板の場
合には3iチップ7×7M以上でチップにクラックを生
じた。
なお、窒化アルミニウム基板1の凹部は蓋材(図示せず
)で封止される。
このように構成された半導体装置において、基板1を形
成する窒化アルミニウムは優れた電気絶縁性に加えて、
高い放熱性を有している。また、窒化アルミニウムの熱
膨脹係数は半導体チップ2具体的には3tチツプの熱膨
脹係数と近似している。このため、半導体チップ2を窒
化アルミニウム基板1にスペーサを介さず直接載置して
ハンダ付けして装着する場合に、半導体チップ2が大き
な熱応力を受けて破損することがない。半導体チップ2
が大きさの制限を受けることがない。従って、高出力の
大型の半導体チップ2を窒化アルミニウム基板1に直接
載置してハンダ付けにより装着することが可能となる。
窒化アルミニウム基板を用いた半導体装置の信頼性が轟
く且つ耐久性も向上する。さらに窒化アルミニウム基板
1はベリリアに比して安価であり、且つ毒性がないので
取り扱いが容易である。
(2)第3図および第4図は本発明を適用したオーバレ
イ・トランジスタ用の半導体装置の構成を示している。
図中11は窒化アルミニウム基板、12は窒化アルミニ
ウム基板11の表面に形成されたMoメタライズ層、1
3はMOメタライズ層12の表面に施されたNiめっき
層である。なお、Niめっきを施されたMOメタライズ
層12,13′″&1導体配線部とリード14,15,
16.のろう付は接合部および3iチツプ17のハンダ
接合部を構成している。これらリード14.15.ie
は4270イ、コバールなど熱膨脹係数5.5〜8.5
X10−”/’Cの材質からなる場合には、Ag−Cu
−Sn、Ag−Cu−In系ろう材18を用いて接合す
る。リード14.15.16が熱膨脹係数4.0〜5゜
5X10−”/’CのW、MOなどの場合には、Aa−
Cu、Ag−Cu−3n。
Ag−Cu−Inなどいずれのろう材18を用いて接合
してもよい。いずれもリードのろう付は接合強度は3 
Ky / cd以上で高い。
なお、全体をAuめっきした窒化アルミニウム基板11
には半導体チップ17がAu−8tハンダで装着され、
ワイヤボレディングされケースに取付けられる。
この構成の半導体装置においても前記した例の半導体装
置と同様の効果が得られる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、窒化アルミニウム
基板を用いることにより、大型の半導体チップを直接基
板に装着することが可能となり、半導体の高出力化を達
成できる。また、リードはその材質に応じてろう材を選
択し、窒化アルミニウム基板に接合するので基板の破損
を防止して高信頼性および高寿命化を達成した汎用性を
有する高出力および高周波用の半導体装置を安価に得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の一例を示す断面図、第2
図は第1図で示す半導体装置のリード接合部を拡大して
示す断面図、第3図は本発明の半導体装置の他の例を示
す平面図、第4図は同断面図である。 1・・・窒化アルミニウム基板、2・・・半導体チップ
、2a・・・ボンディングワイヤ、3・・・リード、4
・・・メタライズ層、5・・・Niメッキ、6・・・N
iメッキ、′7・・・ろう、11・・・窒化アルミニウ
ム基板、12・・・メタライズ層、13・・・Niメッ
キ、14.15゜16・・・リード、17・・・半導体
チップ、18・・・ろう。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第2図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)窒化アルミニウム基板と、この窒化アルミニウム
    基板にろう付けにより接合された金属リードとを具備し
    てなることを特徴とする半導体装置。
  2. (2)金属リードはMo、Wなどの熱膨脹係数が4.0
    〜5.5×10^−^6−/℃の材料からなり、Ag−
    Cu、Ag−Cu−Sn、Ag−Cu−In系ろう材に
    て接合されたものである特許請求の範囲第1項記載の半
    導体装置。
  3. (3)金属リードはFe−Ni、Fe−Ni−Co系合
    金などの熱膨脹係数が5.5〜8.5×10^−^6/
    ℃の材料からなり、Ag−Cu−Sn、Ag−Cu−I
    n系ろう材にて接合されたものである特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置。
JP7616687A 1987-03-31 1987-03-31 半導体装置 Pending JPS63244653A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5264388A (en) * 1988-05-16 1993-11-23 Sumitomo Electric Industries, Inc. Sintered body of aluminum nitride

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60178647A (ja) * 1984-02-27 1985-09-12 Toshiba Corp 半導体装置
JPS6135539A (ja) * 1984-07-27 1986-02-20 Nec Corp 半導体装置

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