JPH01196149A - 放熱性のすぐれた半導体装置用基板 - Google Patents

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】 〔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。

〔従来の技術〕

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。

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
。

〔発明が解決しようとする課題〕

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。

〔課題を解決するための手段〕

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。

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。

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。

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。

〔実　施　例〕

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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
。

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。

〔発明の効果〕

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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)

【特許請求の範囲】
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。