JPH01196149A - 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 - Google Patents
放熱性のすぐれた半導体装置用基板Info
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- JPH01196149A JPH01196149A JP63021579A JP2157988A JPH01196149A JP H01196149 A JPH01196149 A JP H01196149A JP 63021579 A JP63021579 A JP 63021579A JP 2157988 A JP2157988 A JP 2157988A JP H01196149 A JPH01196149 A JP H01196149A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
- H01L23/15—Ceramic or glass substrates
-
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-
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/03—Use of materials for the substrate
- H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
-
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- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
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- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (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〕
この発明は、熱伝導性がよく、シたがって、すぐれた放
熱性を示す半導体装置用基板に関するものである。
熱性を示す半導体装置用基板に関するものである。
従来、一般に、例えばハイブリッドICなどの半導体装
置の基板として、AI 203を主成分とし、約4重量
%程度のS I O22M g O、およびCaOを含
有するAp203基セラミックス製のものが広く使用さ
れている。
置の基板として、AI 203を主成分とし、約4重量
%程度のS I O22M g O、およびCaOを含
有するAp203基セラミックス製のものが広く使用さ
れている。
このA ll+ 203基セラミツクス製基板は、電気
的、熱的、および機械的バランスが、樹脂製基板や金属
製基板に比べて良好で、安定したものであることから、
使用量も多く、かつ利用形態も多様性に富むものである
。
的、熱的、および機械的バランスが、樹脂製基板や金属
製基板に比べて良好で、安定したものであることから、
使用量も多く、かつ利用形態も多様性に富むものである
。
しかし、近年の電子機器の高性能化並びに軽薄短小化に
伴い、ハイブリッドモジュールの集積度も一段と増す傾
向にあり、この結果単位当りの発熱量の増大を避けるこ
とができなくなっているが、上記の従来A 1) 20
s基セラミックス製基板では、これの熱伝導性が十分
でないために装置自体の温度上昇が過度になり、実用に
供することができない分野が増大しているのが現状であ
る。
伴い、ハイブリッドモジュールの集積度も一段と増す傾
向にあり、この結果単位当りの発熱量の増大を避けるこ
とができなくなっているが、上記の従来A 1) 20
s基セラミックス製基板では、これの熱伝導性が十分
でないために装置自体の温度上昇が過度になり、実用に
供することができない分野が増大しているのが現状であ
る。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、放熱性
のすぐれた半導体装置用基板を開発すべく研究を行なっ
た結果、半導体装置用基板の基体として、すくれた熱伝
導性を有する窒化アルミニウム(以下AρNで示す)を
用い、一方このAρNは、基板表面に、例えば回路印刷
するのに用いられる導体ペーストや抵抗体ペーストとの
焼成中のぬれ性が悪く、密着性に問題があるが、前記A
ρN基体の表面に、酸化アルミニウム(以下へΩ203
で示す)からなる中間層を介して、酸化けい素(以下5
IO2で示す)からなる表面層を形成すると、前記Ag
2O3層は前記SiO2層およびAρN基体の両方に対
する結合力がきわめて強く、かつ前記SiO2層は上記
各種ペーストとのぬれ性か一段とすくれ、この結果の基
板は、AβN基体によってすぐれた放熱性か確保され、
かつ印刷焼成回路かSiO層とAg2O3層とによって
AΩN基体に強固に接合されるようになるという知見を
得たのである。
のすぐれた半導体装置用基板を開発すべく研究を行なっ
た結果、半導体装置用基板の基体として、すくれた熱伝
導性を有する窒化アルミニウム(以下AρNで示す)を
用い、一方このAρNは、基板表面に、例えば回路印刷
するのに用いられる導体ペーストや抵抗体ペーストとの
焼成中のぬれ性が悪く、密着性に問題があるが、前記A
ρN基体の表面に、酸化アルミニウム(以下へΩ203
で示す)からなる中間層を介して、酸化けい素(以下5
IO2で示す)からなる表面層を形成すると、前記Ag
2O3層は前記SiO2層およびAρN基体の両方に対
する結合力がきわめて強く、かつ前記SiO2層は上記
各種ペーストとのぬれ性か一段とすくれ、この結果の基
板は、AβN基体によってすぐれた放熱性か確保され、
かつ印刷焼成回路かSiO層とAg2O3層とによって
AΩN基体に強固に接合されるようになるという知見を
得たのである。
この発明は、」1記知見にもとづいてなされたものであ
って、AΩNからなる基体の表面に、Ag2O3からな
る平均層厚:0.2〜20μmの結合層を介して、51
02からなる平均層厚: 0.05〜5μmの表面層を
形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板に特徴
を有するものである。
って、AΩNからなる基体の表面に、Ag2O3からな
る平均層厚:0.2〜20μmの結合層を介して、51
02からなる平均層厚: 0.05〜5μmの表面層を
形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板に特徴
を有するものである。
なお、この発明の基板において、結合層の平均層厚を0
,2〜20μmとしたのは、その厚さが0.2μm未満
では、上記の通り表面層のS i O2層をAΩNから
なる基体の表面に強固に密着させることができず、一方
20μmを越えて厚くすると、相対的にAβ203自体
熱伝導度か低く、基板の熱伝導性低下の原因となる理由
によるものであり、また表面層の平均層厚を005〜5
庶と定めたのは、その厚さか0.057gm未満では焼
成ペーストとのぬれ性が不十分てあって、所望の密着性
を確保することができず、一方その厚さが5虜を越える
と、Ag2O3層の場合と同様に基板の熱伝導性か低下
するようになるという理由からである。
,2〜20μmとしたのは、その厚さが0.2μm未満
では、上記の通り表面層のS i O2層をAΩNから
なる基体の表面に強固に密着させることができず、一方
20μmを越えて厚くすると、相対的にAβ203自体
熱伝導度か低く、基板の熱伝導性低下の原因となる理由
によるものであり、また表面層の平均層厚を005〜5
庶と定めたのは、その厚さか0.057gm未満では焼
成ペーストとのぬれ性が不十分てあって、所望の密着性
を確保することができず、一方その厚さが5虜を越える
と、Ag2O3層の場合と同様に基板の熱伝導性か低下
するようになるという理由からである。
また、この発明の基板を製造するに際して、結合層のへ
Ω203層は、スパッタリング法や、酸素−水蒸気含有
の雰囲気での酸化法、さらに化学蒸着法などによって形
成するのがよく、特にこの中で酸素分圧:104〜t(
1−2atm 、水蒸気分圧=10’atm以下の雰囲
気中、温度+ 1100〜1500°Cの条件での前記
酸化法が望ましく、さらに表面層のS I O2層の形
成は、同様にスパッタリング法や、ゾルゲル法、さらに
光化学蒸着法などによるのがよい。
Ω203層は、スパッタリング法や、酸素−水蒸気含有
の雰囲気での酸化法、さらに化学蒸着法などによって形
成するのがよく、特にこの中で酸素分圧:104〜t(
1−2atm 、水蒸気分圧=10’atm以下の雰囲
気中、温度+ 1100〜1500°Cの条件での前記
酸化法が望ましく、さらに表面層のS I O2層の形
成は、同様にスパッタリング法や、ゾルゲル法、さらに
光化学蒸着法などによるのがよい。
つぎに、この発明の基板を実施例により具体的に説明す
る。
る。
まず、原料粉末として、平均粒径:3μmを有するAΩ
N粉末を用い、常圧の窒素雰囲気中、温度: 1800
°Cに120分間保持の条件で焼結して、直径:10m
mX厚さ:3mmの寸法を有するAΩN焼結体を成形し
、これを基体として用い、これの表面に、 (a) ターゲット祠質:純度99.5%のAg2O
3、ターゲット寸法:直径3 mm X高さlow自。
N粉末を用い、常圧の窒素雰囲気中、温度: 1800
°Cに120分間保持の条件で焼結して、直径:10m
mX厚さ:3mmの寸法を有するAΩN焼結体を成形し
、これを基体として用い、これの表面に、 (a) ターゲット祠質:純度99.5%のAg2O
3、ターゲット寸法:直径3 mm X高さlow自。
電 力 : 1.00 W。
基体回転数 : lor、p、T11゜= 4 −
スパッタ時間 、所定時間。
の条件での高周波スパッタ法、
(b) 酸素分圧 10 ’atI11.水蒸気分圧
: 110−3atの雰囲気中、温度: 1300°C
に所定時間保持の条件での酸化法、 (c) 反応ガス: (H: 5ii /min、
AΩCΩ3 :LOOcc/min 、 Co2:
150cc/m1n)。
: 110−3atの雰囲気中、温度: 1300°C
に所定時間保持の条件での酸化法、 (c) 反応ガス: (H: 5ii /min、
AΩCΩ3 :LOOcc/min 、 Co2:
150cc/m1n)。
反応容器内圧カニ 40torr。
基体温度: 1020°C1
反応時間 :所定時間。
の条件での化学蒸着法(CVD法)、
以上(a)〜(C)の方法によって、それぞれ第1表に
示される平均層厚のAg2O3層(結合層)を形成し、
ついて、この上に、 (a) ターゲット材質として純度: 99.9%の
高純度石英ガラスを用いる以外は同一の条件でのスパッ
タ法、 (b) エチルシリケート:347gと、エチルアル
コール:500srと、0.3%HCΩ水溶液:190
.2gの割合の混合液を、500rpmで回転する基体
の表面に10秒ふりかけ、温度=800℃に10分間保
持して焼成を1サイクルとし、これを所定厚さまで繰り
返し行なうゾルゲル法、 (c) 反 応 ガ ス:容量比でS12 H670
2−0,015。
示される平均層厚のAg2O3層(結合層)を形成し、
ついて、この上に、 (a) ターゲット材質として純度: 99.9%の
高純度石英ガラスを用いる以外は同一の条件でのスパッ
タ法、 (b) エチルシリケート:347gと、エチルアル
コール:500srと、0.3%HCΩ水溶液:190
.2gの割合の混合液を、500rpmで回転する基体
の表面に10秒ふりかけ、温度=800℃に10分間保
持して焼成を1サイクルとし、これを所定厚さまで繰り
返し行なうゾルゲル法、 (c) 反 応 ガ ス:容量比でS12 H670
2−0,015。
反応容器内圧カニ 0.2torr 。
基体温度=150°C
光 :水銀ランプ発生光。
反応時間 1所定時間。
の条件での光化学蒸着法(光CVD法)、以上(a)〜
(C)の方法で、同じく第1表に示されるS i O2
層(表面層)を形成することにより本発明基板1〜9を
それぞれ製造した。
(C)の方法で、同じく第1表に示されるS i O2
層(表面層)を形成することにより本発明基板1〜9を
それぞれ製造した。
また、比較の目的で、原料粉末として純度=96%、平
均粒径:2廟のAρ203粉末を用い、これを1 t
on/cJの圧力で圧粉体にプレス成形した後、大気中
、温度: 1600℃に120分間保持の条件で焼結す
ることにより同じ寸法を有するAg2O3製の従来基板
を製造した。
均粒径:2廟のAρ203粉末を用い、これを1 t
on/cJの圧力で圧粉体にプレス成形した後、大気中
、温度: 1600℃に120分間保持の条件で焼結す
ることにより同じ寸法を有するAg2O3製の従来基板
を製造した。
ついで、この結果得られた各種の基板について、レーサ
ーフラッシュ法にて熱伝導度を測定すると共に、ピーリ
ング試験を行ない、焼成ペーストとの密着性を評価した
。
ーフラッシュ法にて熱伝導度を測定すると共に、ピーリ
ング試験を行ない、焼成ペーストとの密着性を評価した
。
なお、ピーリンク試験は、第1図に斜視図で示されるよ
うに、基板の表面に、縦:2mmX横2mmの面積で導
体ペースI−(Ag−Pd合金系)1をスクリーン印刷
し、温度:125°Cに10分間保持して乾燥した後、
温度:850°Cに10分間保持して焼成し、ついで直
径:0.9mmの無酸素銅ワイヤ3を5n−pb共晶合
金ろう材2を用い、温度:215°Cでろう付けして、
図示される状態とし、この状態で無酸素銅ワイヤ3をT
方向に引張り、この時のピーリング強度(引きはかし強
度)を測定した。これらの測定結果を第1表に示した。
うに、基板の表面に、縦:2mmX横2mmの面積で導
体ペースI−(Ag−Pd合金系)1をスクリーン印刷
し、温度:125°Cに10分間保持して乾燥した後、
温度:850°Cに10分間保持して焼成し、ついで直
径:0.9mmの無酸素銅ワイヤ3を5n−pb共晶合
金ろう材2を用い、温度:215°Cでろう付けして、
図示される状態とし、この状態で無酸素銅ワイヤ3をT
方向に引張り、この時のピーリング強度(引きはかし強
度)を測定した。これらの測定結果を第1表に示した。
第1表に示される結果から、本発明基板1〜9は、いず
れも従来基板に比して著しく高い熱伝導度、およびこれ
と同等あるいはこれ以上のピーリング強度を示し、放熱
性および焼成ペーストとの密着性にすぐれていることが
明らかである。
れも従来基板に比して著しく高い熱伝導度、およびこれ
と同等あるいはこれ以上のピーリング強度を示し、放熱
性および焼成ペーストとの密着性にすぐれていることが
明らかである。
上述のように、この発明の基板は、焼成ペーストとの密
着性にすぐれ、かつ−段とすくれた放熱性を有するので
、半導体装置の集積度の向上にも十分対応することがで
きるものである。
着性にすぐれ、かつ−段とすくれた放熱性を有するので
、半導体装置の集積度の向上にも十分対応することがで
きるものである。
第1図はピーリング試験状態を示す斜視図である。
1・・Ag−Pd合金系導体ペースト。
2・・・5n−Pb合金ろう材。
3・・無酸素銅ワイヤ。
Claims (1)
- (1)窒化アルミニウムからなる基体の表面に、酸化ア
ルミニウムからなる平均層厚:0.2〜20μmの結合
層を介して、酸化けい素からなる平均層厚:0.05〜
5μmの表面層を形成してなる放熱性のすぐれた半導体
装置用基板。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63021579A JPH0834266B2 (ja) | 1988-02-01 | 1988-02-01 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 |
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