JP2652014B2 - 複合セラミック基板 - Google Patents
複合セラミック基板Info
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- JP2652014B2 JP2652014B2 JP62064940A JP6494087A JP2652014B2 JP 2652014 B2 JP2652014 B2 JP 2652014B2 JP 62064940 A JP62064940 A JP 62064940A JP 6494087 A JP6494087 A JP 6494087A JP 2652014 B2 JP2652014 B2 JP 2652014B2
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- Japan
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- aluminum nitride
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- ceramics
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Description
【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 産業上の利用分野 本発明は半導体素子を備えムライトセラミックスおよ
び窒化アルミニウムセラミックスの複合セラミックス基
板からなる半導体装置に関する。
び窒化アルミニウムセラミックスの複合セラミックス基
板からなる半導体装置に関する。
従来の技術 近年、半導体素子の高密度化、高速化に伴ない半導体
素子からの発熱量は増大の傾向にあり半導体装置の放熱
性の改善が望まれている。また素子の大型化により素子
と素子固定部分との熱膨張差のため発生する熱応力に起
因した素子の歪、はがれ、破壊等が問題とされ、これ等
に対する信頼性を確保するために熱膨張係数が素子に近
いことも同時に望まれている。
素子からの発熱量は増大の傾向にあり半導体装置の放熱
性の改善が望まれている。また素子の大型化により素子
と素子固定部分との熱膨張差のため発生する熱応力に起
因した素子の歪、はがれ、破壊等が問題とされ、これ等
に対する信頼性を確保するために熱膨張係数が素子に近
いことも同時に望まれている。
従来この放熱性の改善のため素子固定部に銅タングス
テン等の金属を用いたアルミナセラミックス−金属複合
構造の半導体装置が用いられている。
テン等の金属を用いたアルミナセラミックス−金属複合
構造の半導体装置が用いられている。
しかし最近では更に電気絶縁性をも持つ要求が高ま
り、このため電気絶縁性と高熱伝導性を併せ持つ材料と
してベリリアセラミックス、窒化アルミニウムセラミッ
クス等が注目されている。
り、このため電気絶縁性と高熱伝導性を併せ持つ材料と
してベリリアセラミックス、窒化アルミニウムセラミッ
クス等が注目されている。
ベリリアセラミックスはすでにアルミナセラミックス
と複合化され実用化に至ったているが、熱膨張係数が素
子よりも大きく大型素子の固定が困難であること、また
原料の有する毒性および材料がすべて輸入にたよってい
ること等、生産上大きな障害を持っている。
と複合化され実用化に至ったているが、熱膨張係数が素
子よりも大きく大型素子の固定が困難であること、また
原料の有する毒性および材料がすべて輸入にたよってい
ること等、生産上大きな障害を持っている。
一方窒化アルミニウムセラミックスは、熱膨張係数が
素子に近く素子の固定についての問題はないものの、ア
ルミナセラミックスとの複合化においては両者の熱膨張
差により発生する熱応力のために直接の接合が不可能で
ある。これを緩和するために両者の間に応力緩和層を設
ける必要がありこのため工程が複雑になる上、信頼性に
も著しく欠けるものがあった。
素子に近く素子の固定についての問題はないものの、ア
ルミナセラミックスとの複合化においては両者の熱膨張
差により発生する熱応力のために直接の接合が不可能で
ある。これを緩和するために両者の間に応力緩和層を設
ける必要がありこのため工程が複雑になる上、信頼性に
も著しく欠けるものがあった。
また窒化アルミニウムセラミックスだけで半導体装置
を製造することも可能であるが導体との同時焼成が困難
なことや装置が高価になり過ぎると等の問題を持ってい
る。
を製造することも可能であるが導体との同時焼成が困難
なことや装置が高価になり過ぎると等の問題を持ってい
る。
発明が解決しようとする問題点 本発明は以上の点を考慮してなされたもので半導体装
置に於て放熱性に優れ、かつ素子との熱膨張係数が近く
高密度，高速化に対応できる配線基板を有する複合セラ
ミックス基板を安価に提供することを目的とする。
置に於て放熱性に優れ、かつ素子との熱膨張係数が近く
高密度，高速化に対応できる配線基板を有する複合セラ
ミックス基板を安価に提供することを目的とする。
ロ．発明の構成 問題点を解決するための手段 本発明は半導体素子を固定する窒化アルミニウムセラ
ミックス基板と表層又は内層に配線導体を有するムライ
トセラミックス基板とからなり、該窒化アルミニウムセ
ラミックス基板と該ムライトセラミックス基板はろう
材、半田、又はガラスで接合してなることを特徴とする
複合セラミックス基板である。
ミックス基板と表層又は内層に配線導体を有するムライ
トセラミックス基板とからなり、該窒化アルミニウムセ
ラミックス基板と該ムライトセラミックス基板はろう
材、半田、又はガラスで接合してなることを特徴とする
複合セラミックス基板である。
作用 ムライトセラミックスは熱膨張係数が窒化アルミニウ
ムセラミックスに近く誘電率もアルミナセラミックスよ
り低く配線基板として好適であり、両者の接合に関して
はアルミナセラミックスと窒化アルミニウムセラミック
スの場合と比較して熱応力の発生が無く、従来技術を用
いて容易に製造される。また窒化アルミニウムセラミッ
クスのみで製造するよりも製造コストが低い。従ってム
ライトセラミックスと窒化アルミニウムセラミックスを
複合化することにより良放熱性、低熱膨張性等の特性を
持った半導体装 置を安価に得ることができ高出力で大型の素子用として
利用できる。
ムセラミックスに近く誘電率もアルミナセラミックスよ
り低く配線基板として好適であり、両者の接合に関して
はアルミナセラミックスと窒化アルミニウムセラミック
スの場合と比較して熱応力の発生が無く、従来技術を用
いて容易に製造される。また窒化アルミニウムセラミッ
クスのみで製造するよりも製造コストが低い。従ってム
ライトセラミックスと窒化アルミニウムセラミックスを
複合化することにより良放熱性、低熱膨張性等の特性を
持った半導体装 置を安価に得ることができ高出力で大型の素子用として
利用できる。
なお第１表に窒化アルミニウムセラミックス（AI
N）、ムライトセラミックス（ムライト）、アルミナの
材料特性を示す。
N）、ムライトセラミックス（ムライト）、アルミナの
材料特性を示す。
本発明の応用範囲としては半導体装置で回路基板型の
ものからパッケージ型の構造を持つものまで全ての装置
に適用可能である。
ものからパッケージ型の構造を持つものまで全ての装置
に適用可能である。
本発明は従来アルミナセラミックスを用いた部分にム
ライトセラミックスを用い、高熱伝導性の必要とされる
ところに使用されている金属、ベリリヤセラミックス、
またはアルミナセラミックスの代りに窒化アルミニウム
セラミックスを用いたものである。窒化アルミニウムセ
ラミックス基板とムライトセラミックス基板の接続は、
公知の下記の方法が使用できる。
ライトセラミックスを用い、高熱伝導性の必要とされる
ところに使用されている金属、ベリリヤセラミックス、
またはアルミナセラミックスの代りに窒化アルミニウム
セラミックスを用いたものである。窒化アルミニウムセ
ラミックス基板とムライトセラミックス基板の接続は、
公知の下記の方法が使用できる。
半導体素子を窒化アルミニウム基板に固定する前であ
れば、高温ろう材が使用できる。焼成前の各生基板の所
定部分にＷペーストを印刷し、各セラミックス基板をそ
れぞれ焼成する。焼成後の各基板のＷ導体層上にNiメッ
キを行い、Agろう材（融点800℃）を各基板で挟み水素
−窒素雰囲気で約900℃で接合する。
れば、高温ろう材が使用できる。焼成前の各生基板の所
定部分にＷペーストを印刷し、各セラミックス基板をそ
れぞれ焼成する。焼成後の各基板のＷ導体層上にNiメッ
キを行い、Agろう材（融点800℃）を各基板で挟み水素
−窒素雰囲気で約900℃で接合する。
ガラス印刷の場合は、各基板の所定部分にガラスペー
ストを印刷し、乾燥後大気中約400℃で接合する。
ストを印刷し、乾燥後大気中約400℃で接合する。
窒化アルミニウム基板に半導体素子の固定した後であ
れば、融点300℃以下の共晶半田を使用して接合する。
各基板の焼成後の所定位置にAg−Pdペーストを印刷し、
大気中で約900℃で焼成する。Au/Si又はAg入りガラスで
素子固定後、前記Ag−Pd接合面に半田ペーストを印刷
し、最高温度300℃のリフロー炉を通して接合する。
れば、融点300℃以下の共晶半田を使用して接合する。
各基板の焼成後の所定位置にAg−Pdペーストを印刷し、
大気中で約900℃で焼成する。Au/Si又はAg入りガラスで
素子固定後、前記Ag−Pd接合面に半田ペーストを印刷
し、最高温度300℃のリフロー炉を通して接合する。
半導体素子の窒化アルミニウム基板への場合は、Ｗ層
を同時焼成時に形成しておき、その後Niメッキ、金メッ
キとしてAu/Siろう材で接合する。その他、Ti/Ni/Auを
スパッターする薄膜法でもAu/Siろう材で接合できる。
その他、Ag入りガラス、Ag入り樹脂等の使用も可能であ
る。
を同時焼成時に形成しておき、その後Niメッキ、金メッ
キとしてAu/Siろう材で接合する。その他、Ti/Ni/Auを
スパッターする薄膜法でもAu/Siろう材で接合できる。
その他、Ag入りガラス、Ag入り樹脂等の使用も可能であ
る。
実施例 実施例１ 第１図は本発明P.G.A（ピングリッドアレイ）に適用
した実施例の断面図である。ムライト粉末にMgO又はGaO
等の助剤を添加したものを、有機溶剤中に結合剤と共に
分散、溶解しスラリーとしドクターブレード法により厚
さ0.6mmのシートを作成した。これにＷペーストにより
所定のパターンを印刷後、５枚を加熱圧着して積層し
た。その後所定の形状に打ちぬいて1580℃で２時間窒素
と水素の混合ガス中で同時焼成を行ない５層の内層導体
パターンを有するムライトセラミックス基板１を得た。
した実施例の断面図である。ムライト粉末にMgO又はGaO
等の助剤を添加したものを、有機溶剤中に結合剤と共に
分散、溶解しスラリーとしドクターブレード法により厚
さ0.6mmのシートを作成した。これにＷペーストにより
所定のパターンを印刷後、５枚を加熱圧着して積層し
た。その後所定の形状に打ちぬいて1580℃で２時間窒素
と水素の混合ガス中で同時焼成を行ない５層の内層導体
パターンを有するムライトセラミックス基板１を得た。
一方窒化アルミニウム粉末に助剤を添加したものをス
ラリー化し、ドクターブレード法によりシートを作成し
た。これにＷペーストを用い所定のパターンを印刷後所
定の形状に打ちぬいて1800℃で２時間窒素ガスまたは窒
素と水素の混合ガス中で焼成を行ない窒化アルミニウム
セラミックス基板２を得た。
ラリー化し、ドクターブレード法によりシートを作成し
た。これにＷペーストを用い所定のパターンを印刷後所
定の形状に打ちぬいて1800℃で２時間窒素ガスまたは窒
素と水素の混合ガス中で焼成を行ない窒化アルミニウム
セラミックス基板２を得た。
こうして得られたムライト基板１、窒化アルミニウム
基板２にNi無電解メッキを施した後、ピン３と共に窒化
アルミニウム基板２をムライト基板１と、Ag−Cuろう４
により850℃で10分間、窒素と水素の混合ガス中で焼成
し接合を行ない、NiおよびAuの無電解メッキを施した。
この後半導体素子５をAu−Si共晶ろう６でマウントし
た。次いでAuワイヤー７を用いて半導体素子５と導体と
の接続を加熱超音波ボンデイング法で行なった。最後に
ムライトキヤップ８をAu−Sn共晶ろう９を用いて、封止
し複合P.G.Aを形成した。また窒化アルミニウム基板２
について先にシートを打ちぬき焼成を行った後Ｗ、Moま
たはMo・Ｗペーストを用いパターン印刷し、1650℃で窒
素、水素混合ガス中で焼付し、その後NiB無電解メッキ
を行ないムライト基板１との接合を行っても良好なP.G.
Aが得られら。
基板２にNi無電解メッキを施した後、ピン３と共に窒化
アルミニウム基板２をムライト基板１と、Ag−Cuろう４
により850℃で10分間、窒素と水素の混合ガス中で焼成
し接合を行ない、NiおよびAuの無電解メッキを施した。
この後半導体素子５をAu−Si共晶ろう６でマウントし
た。次いでAuワイヤー７を用いて半導体素子５と導体と
の接続を加熱超音波ボンデイング法で行なった。最後に
ムライトキヤップ８をAu−Sn共晶ろう９を用いて、封止
し複合P.G.Aを形成した。また窒化アルミニウム基板２
について先にシートを打ちぬき焼成を行った後Ｗ、Moま
たはMo・Ｗペーストを用いパターン印刷し、1650℃で窒
素、水素混合ガス中で焼付し、その後NiB無電解メッキ
を行ないムライト基板１との接合を行っても良好なP.G.
Aが得られら。
実施例 ２ 第２図は本発明のチップキャリヤーを搭載した回路基
板に適用した実施例の断面図である。実施例１と同様に
シート化されたムライトセラミックス、窒化アルミニウ
ムセラミックスを所定形状に打ちぬき焼成して基板を得
た。ムライト基板１にAgPdペーストを850℃、大気中で
焼付け導体パターン10を形成した。次いで抵抗体ペース
トにより抵抗体11を850℃大気中で形成し更にオーパー
コートガラス12を520℃、大気中で焼付しHICサブアセン
ブリ基板13を得た。
板に適用した実施例の断面図である。実施例１と同様に
シート化されたムライトセラミックス、窒化アルミニウ
ムセラミックスを所定形状に打ちぬき焼成して基板を得
た。ムライト基板１にAgPdペーストを850℃、大気中で
焼付け導体パターン10を形成した。次いで抵抗体ペース
トにより抵抗体11を850℃大気中で形成し更にオーパー
コートガラス12を520℃、大気中で焼付しHICサブアセン
ブリ基板13を得た。
同じく半導体素子５搭載用の窒化アルミニウム基板２
にAgPdペーストで850℃、大気中で導体パターン10を形
成した。これに半導体素子５をAu−Si共晶ろう６により
マウントし更にAuワイヤー７によりボンディングを行っ
てチップキャリヤー14を得た。上記HICサブアセンブリ
基板13にチップキャリヤー14を半田接着後、半導体素子
封止用樹脂15をコートして複合HIC基板を得た。
にAgPdペーストで850℃、大気中で導体パターン10を形
成した。これに半導体素子５をAu−Si共晶ろう６により
マウントし更にAuワイヤー７によりボンディングを行っ
てチップキャリヤー14を得た。上記HICサブアセンブリ
基板13にチップキャリヤー14を半田接着後、半導体素子
封止用樹脂15をコートして複合HIC基板を得た。
ハ．発明の効果 以上説明したように本発明によれば、放熱性に優れた
窒化アルミニウムセラミックス基板を半導体素子の固定
部分に用い、配線用基板として熱膨張係数が窒化アルミ
ニウムセラミックス基板とほぼ同等で、誘電率がアルミ
ナより低く内層または表層の導体配線を有し、かつ誘電
率を低いムライト基板を使用することで伝送遅延が少な
く高速化に有利であり、また両基板の接合に複雑な接合
を用いることなく公知のろう材、半田、ガラス等により
接合できる複合基板であるので、高密度、高速化に対応
できる大型基板を安価に提供できる。
窒化アルミニウムセラミックス基板を半導体素子の固定
部分に用い、配線用基板として熱膨張係数が窒化アルミ
ニウムセラミックス基板とほぼ同等で、誘電率がアルミ
ナより低く内層または表層の導体配線を有し、かつ誘電
率を低いムライト基板を使用することで伝送遅延が少な
く高速化に有利であり、また両基板の接合に複雑な接合
を用いることなく公知のろう材、半田、ガラス等により
接合できる複合基板であるので、高密度、高速化に対応
できる大型基板を安価に提供できる。
第１図は本発明をP.G.A.（ピングリッドアレイ）に適用
した実施例の断面図である。 第２図は本発明をチップキャリヤーを搭載した回路基板
に適用した実施例の断面図である。 １……ムライトセラミックス基板、２……窒化アルミニ
ウムセラミックス基板、３……ピン、４……Ag−Cuろ
う、５……半導体素子、６……Au−Si共晶ろう、７……
Auワイヤー、８……キヤップ、９……Au−Sn共晶ろう、
10……導体パターン、11……抵抗体、12……オーバーコ
ートガラス、13……HICサブアッセンブリ基板、14……
チップキャリヤ、15……樹脂
した実施例の断面図である。 第２図は本発明をチップキャリヤーを搭載した回路基板
に適用した実施例の断面図である。 １……ムライトセラミックス基板、２……窒化アルミニ
ウムセラミックス基板、３……ピン、４……Ag−Cuろ
う、５……半導体素子、６……Au−Si共晶ろう、７……
Auワイヤー、８……キヤップ、９……Au−Sn共晶ろう、
10……導体パターン、11……抵抗体、12……オーバーコ
ートガラス、13……HICサブアッセンブリ基板、14……
チップキャリヤ、15……樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西山 哲 名古屋市緑区鳴海町字伝治山３番地 鳴 海製陶株式会社内 合議体 審判長 松島 四郎 審判官 小林 均 審判官 唐木 以知良 (56)参考文献 特開 昭59−158538（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−7647（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−35539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−16548（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体素子を固定する窒化アルミニウムセ
ラミックス基板と表層又は内層に配線導体を有するムラ
イトセラミックス基板とからなり、該窒化アルミニウム
セラミックス基板と該ムライトセラミックス基板はろう
材、半田、又はガラスで接合してなることを特徴とする
複合セラミックス基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62064940A JP2652014B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 複合セラミック基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62064940A JP2652014B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 複合セラミック基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63229843A JPS63229843A (ja) | 1988-09-26 |
| JP2652014B2 true JP2652014B2 (ja) | 1997-09-10 |
Family
ID=13272530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62064940A Expired - Lifetime JP2652014B2 (ja) | 1987-03-19 | 1987-03-19 | 複合セラミック基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2652014B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2572823B2 (ja) * | 1988-09-22 | 1997-01-16 | 日本碍子株式会社 | セラミック接合体 |
| EP0463758A1 (en) * | 1990-06-22 | 1992-01-02 | Digital Equipment Corporation | Hollow chip package and method of manufacture |
| CN115815604A (zh) * | 2022-11-17 | 2023-03-21 | 大连藏龙光电子科技有限公司 | 一种提高光电器件封装可靠性的方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS617647A (ja) * | 1984-06-21 | 1986-01-14 | Toshiba Corp | 回路基板 |
| JPH0610927B2 (ja) * | 1985-04-05 | 1994-02-09 | 株式会社日立製作所 | セラミック基板の製造方法 |
-
1987
- 1987-03-19 JP JP62064940A patent/JP2652014B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63229843A (ja) | 1988-09-26 |
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