JPS644285B2 - - Google Patents
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- JPS644285B2 JPS644285B2 JP59077401A JP7740184A JPS644285B2 JP S644285 B2 JPS644285 B2 JP S644285B2 JP 59077401 A JP59077401 A JP 59077401A JP 7740184 A JP7740184 A JP 7740184A JP S644285 B2 JPS644285 B2 JP S644285B2
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- JP
- Japan
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- silicon carbide
- substrate
- weight
- sintered body
- amount
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/731—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors
- H10W90/734—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
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- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の利用分野］
本発明は、新規な電気絶縁材の製造法に係り、
例えば半導体パワーモジユ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
縁材の製造法に関する。
例えば半導体パワーモジユ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
縁材の製造法に関する。
［発明の背景］
従来、シリコンチツ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
装置は一般に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
高くなつている。
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
装置は一般に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う問題が生じ
ている。このため、アルミナ基板よりも熱電導率
が大きく、熱放散性に優れた絶縁基板が必要にな
つてきた。
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電導率
が大きく、熱放散性に優れた絶縁基板が必要にな
つてきた。
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
基板より熱導率が大きく、(3)機械的強度が大き
く、(4)熱膨脹係数がシリコンチツプなどの半導体
素子の熱膨脹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１〜10Ωcm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。
性質は、(1)電気絶縁性に優れ、(2)従来のアルミナ
基板より熱導率が大きく、(3)機械的強度が大き
く、(4)熱膨脹係数がシリコンチツプなどの半導体
素子の熱膨脹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１〜10Ωcm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イル
ム、ガラスあるいはセラミツ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，セラミツ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
ラミツ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つてボイ
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。したがつて、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
性するのが最善であると考えた。
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イル
ム、ガラスあるいはセラミツ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，セラミツ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
ラミツ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つてボイ
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。したがつて、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
圧するいわゆるホツ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3993602、第3954483号
明細書がある。しかし、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いない。
で、焼結には少量の焼結助剤を添加し、高温で加
圧するいわゆるホツ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3993602、第3954483号
明細書がある。しかし、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いない。
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
つて、炭化ケイ素焼結体の比抵抗は、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
本発明に至つた。
素粒子自身の抵抗が小さいためと考えられる。従
つて、炭化ケイ素焼結体の比抵抗は、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
本発明に至つた。
［発明の目的］
本発明の目的は、シリコンの熱膨脹係数に近似
した焼結体からなる電気絶縁材の製造法を提供す
るにある。
した焼結体からなる電気絶縁材の製造法を提供す
るにある。
［発明の概要］
本発明は、純度95重量％以上の炭化ケイ素粉末
からなり、窒化ホウ素をその組成割合が該炭化ケ
イ素粉末中に含有されるアルミニウムに対し酸化
アルミニウムに換算して重量で該酸化アルミニウ
ム量の５倍以上で、かつ前記炭化ケイ素100重量
部に対し10重量部以下となるよう含有させ、残部
が炭化ケイ素からなる生成形体を真空中で高温加
圧焼結することを特徴とする電気絶縁材の製造法
にある。
からなり、窒化ホウ素をその組成割合が該炭化ケ
イ素粉末中に含有されるアルミニウムに対し酸化
アルミニウムに換算して重量で該酸化アルミニウ
ム量の５倍以上で、かつ前記炭化ケイ素100重量
部に対し10重量部以下となるよう含有させ、残部
が炭化ケイ素からなる生成形体を真空中で高温加
圧焼結することを特徴とする電気絶縁材の製造法
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
もので、炭化ケイ素100重量部に対し10重量部を
越えて含有させてもそれ以上の顕著な効果が見ら
れないので、10重量部以下含有される。
高め、炭化ケイ素焼結体に電気絶縁性を付与する
もので、炭化ケイ素100重量部に対し10重量部を
越えて含有させてもそれ以上の顕著な効果が見ら
れないので、10重量部以下含有される。
主成分の炭化ケイ素粉末には、Si，Al，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
Al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。
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
Al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
窒化ホウ素の含有量は要求される比抵抗値によつ
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Al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1010Ωcm以上と
なる。
窒化ホウ素の含有量は要求される比抵抗値によつ
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Al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1010Ωcm以上と
なる。
不純物としてAl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
の窒化ホウ素を添加するのが良い。なお、炭化ケ
イ素粉中のAl2O3は、SiC純度が95％以上の場合、
ほぼ１％以下である。
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Al2O3は、SiC純度が95％以上の場合、
ほぼ１％以下である。
［発明の実施例］
（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重量部に対し、窒化ホウ素の添加量を種々変
えて混合した後、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、真空ホツト
プレス装置により真空度10-3〜10-5Torrの減圧
下で加圧力200Kg／cm2、温度2000℃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0.5mm）の表面を鏡面研磨した後20
×30mm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℃）における比抵抗を
測定した。
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、真空ホツト
プレス装置により真空度10-3〜10-5Torrの減圧
下で加圧力200Kg／cm2、温度2000℃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0.5mm）の表面を鏡面研磨した後20
×30mm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℃）における比抵抗を
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、熱膨脹係数が3/5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がある。
率及び機械的強度が高く、熱膨脹係数が3/5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、熱伝導率が大きく、基板厚さが薄いほど
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。
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、基板厚さが薄いほど
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。ホツトプレス条
件により若干の違いはあるが、添加量を１重量部
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
以上になると比抵抗が飽和すると共に焼結体に気
孔（ボイド）が多くなる傾向がある。
℃）との関係を示す線図である。ホツトプレス条
件により若干の違いはあるが、添加量を１重量部
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
以上になると比抵抗が飽和すると共に焼結体に気
孔（ボイド）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。
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
属製放熱フイン１２を半田層１３で密着し、上面
にはトランジスタペレツト１４、厚膜抵抗１５、
パワートランジスタペレツト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、熱放散性が優れているので各
素子の容量アツプまたは集積密度を高めることが
できる。
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
属製放熱フイン１２を半田層１３で密着し、上面
にはトランジスタペレツト１４、厚膜抵抗１５、
パワートランジスタペレツト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、熱放散性が優れているので各
素子の容量アツプまたは集積密度を高めることが
できる。
特に、本実施例の基板は熱膨脹係数がシリコン
チツプの熱膨脹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つた大型チツプの基板
への直接接合が可能になつた。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
製造時のろう付け、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
も十分な耐え得るので、電気装置の信頼性が高
い。
チツプの熱膨脹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つた大型チツプの基板
への直接接合が可能になつた。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
製造時のろう付け、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
も十分な耐え得るので、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，窒化ケ素膜を被着さ
せること、ポリイミドフイ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。
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，窒化ケ素膜を被着さ
せること、ポリイミドフイ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］
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。
の高い電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
イン、１３……半田層、１４……トランジスタペ
レツト、１５……厚膜抵抗体、１６……ボンデイ
ングワイヤ、１７……パワートランジスタペレツ
ト、１８……金属製ヒートシンク、１９……回路
導体。
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
イン、１３……半田層、１４……トランジスタペ
レツト、１５……厚膜抵抗体、１６……ボンデイ
ングワイヤ、１７……パワートランジスタペレツ
ト、１８……金属製ヒートシンク、１９……回路
導体。
Claims (1)
- １ 純度95重量％以上の炭化ケイ素粉末からな
り、窒化ホウ素をその組成割合が該炭化ケイ素粉
末中に含有されるアルミニウムに対し酸化アルミ
ニウムに換算して重量で該酸化アルミニウム量の
５倍以上で、かつ前記炭化ケイ素100重量部に対
しし10重量部以下となるよう含有させ、残部が炭
化ケイ素からなる生成形体を真空中で高温加圧焼
結することを特徴とする電気絶縁材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077401A 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 |
|---|---|---|---|
| JP59077401A JPS6084713A (ja) | 1984-04-16 | 1984-04-16 | 電気絶縁材の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6084713A JPS6084713A (ja) | 1985-05-14 |
| JPS644285B2 true JPS644285B2 (ja) | 1989-01-25 |
Family
ID=13632875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077401A 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11426772B2 (en) | 2015-05-13 | 2022-08-30 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method of using an acoustic transducer |
Family Cites Families (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 JP59077401A patent/JPS6084713A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11426772B2 (en) | 2015-05-13 | 2022-08-30 | Sloan Water Technology Limited | Cleaning apparatus and method of using an acoustic transducer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6084713A (ja) | 1985-05-14 |
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