JP2503775B2 - 半導体装置用基板 - Google Patents
半導体装置用基板Info
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- JP2503775B2 JP2503775B2 JP24709788A JP24709788A JP2503775B2 JP 2503775 B2 JP2503775 B2 JP 2503775B2 JP 24709788 A JP24709788 A JP 24709788A JP 24709788 A JP24709788 A JP 24709788A JP 2503775 B2 JP2503775 B2 JP 2503775B2
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- plate material
- semiconductor device
- insulating plate
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- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の高集積化および大電力化に
十分対応することができる半導体装置用基板に関するも
のである。
十分対応することができる半導体装置用基板に関するも
のである。
従来、一般に、半導体装置用基板としては、例えば第
２図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム
（Al2O3）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に、C
u薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例えば前
記Cu薄板材の接合面に酸化銅（Cu2O）を形成しておき、
前記Al2O3製絶縁板材と重ね合わせた状態で、1965〜108
5℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCuとの間で液相を発
生させて結合する方法であり、また前記Cu薄板材のう
ち、Al2O3製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体と
なり、同下面側がはんだ付け用となるものであり、この
状態で、通常Pb-Sn合金からなるはんだ材（融点:450℃
以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Cuからなるヒート
シンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつことが知られ
ている。
２図に概略説明図で示されるように、酸化アルミニウム
（Al2O3）焼結体からなる絶縁板材Ｃ′の上下両面に、C
u薄板材Ｂ′を液相接合し、この液相接合は、例えば前
記Cu薄板材の接合面に酸化銅（Cu2O）を形成しておき、
前記Al2O3製絶縁板材と重ね合わせた状態で、1965〜108
5℃に加熱して接合面に前記Cu2OとCuとの間で液相を発
生させて結合する方法であり、また前記Cu薄板材のう
ち、Al2O3製絶縁板材Ｃ′の上面側が回路形成用導体と
なり、同下面側がはんだ付け用となるものであり、この
状態で、通常Pb-Sn合金からなるはんだ材（融点:450℃
以下をはんだという）Ｄ′を用いて、Cuからなるヒート
シンク板材Ａ′に接合してなる構造をもつことが知られ
ている。
しかし、近年の半導体装置の高集積化および大電力化
によって半導体装置に発生する熱量が増大するようにな
り、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り
返しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷に
なる傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基
板では、このような苛酷な温度サイクルにさらされる
と、例えば純度:96％のAl2O3焼結体の熱膨張係数が６×
10-6／℃、Cuのそれが17.2×10-6／℃であるように、Al
2O3製絶縁板材Ｃ′とCu薄板材Ｂ′との間に存在する大
きな熱膨張差によって、延性のないAl2O3製絶縁板材に
は割れが発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′に
は、融点が450℃以下と低いことと合まって、熱疲労が
発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じるように
なり、この状態になると半導体装置内に発生した熱のヒ
ートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行なうことがで
きなくなるという問題が発生し、かかる点で半導体装置
の高集積化および大電力化に十分対応することができな
いのが現状である。
によって半導体装置に発生する熱量が増大するようにな
り、これに伴って半導体装置が受ける発熱・冷却の繰り
返しからなる温度サイクルもその振幅が大きく、苛酷に
なる傾向にあるが、上記した構造の従来半導体装置用基
板では、このような苛酷な温度サイクルにさらされる
と、例えば純度:96％のAl2O3焼結体の熱膨張係数が６×
10-6／℃、Cuのそれが17.2×10-6／℃であるように、Al
2O3製絶縁板材Ｃ′とCu薄板材Ｂ′との間に存在する大
きな熱膨張差によって、延性のないAl2O3製絶縁板材に
は割れが発生し易くなるばかりでなく、はんだ材Ｄ′に
は、融点が450℃以下と低いことと合まって、熱疲労が
発生し易く、このはんだ材層に剥離現象が生じるように
なり、この状態になると半導体装置内に発生した熱のヒ
ートシンク板材Ａ′からの放熱を満足に行なうことがで
きなくなるという問題が発生し、かかる点で半導体装置
の高集積化および大電力化に十分対応することができな
いのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、半導
体装置の高集積化および大電力化に対応することができ
る半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、
第１図に概略説明図で示されるように、絶縁板材Ｃを窒
化アルミニウム（AlN）焼結体で構成し、これの両面に
回路形成用導体薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとを接合
した構造とすると共に、前記導体薄板材Ｂとヒートシン
ク板材Ａとを、それぞれW,Mo,W合金、およびMo合金のう
ちのいずれかで構成し、かつこれらの前記絶縁板材Ｃへ
の接合を重量％で（以下同じ）、例えばAg-29％Cu-4％T
i合金や、Cu-3％Ti合金、あるいはCu-3％Zr合金などか
らなる高融点ろう材（この発明では、750℃以上の融点
を有するろう材をいう）Ｄを用いて行なうと、前記絶縁
板材と導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａとは、苛
酷な温度サイクルによっても熱疲労することのない前記
高融点ろう材Ｄによって強固に接合し、かつ前記AlN製
絶縁板材Ｃは、Al2O3焼結体の熱伝導率が17W/K・ｍであ
るのに対してAlN焼結体のそれは160W/K・ｍであるよう
にすぐれた熱の良導体であり、この熱伝導率は回路形成
用導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａを構成するMo
の熱伝導率:142W/K・ｍ、Ｗの熱伝導率:167W/K・ｍとき
わめて近似するものであり、さらに熱膨張係数に関して
も、AlN焼結体:3.6×10-6／℃、Mo:5.3×10-6／℃、W:
4.7×10-6／℃、例えばW-10％Cu合金:5.5×10-6／℃で
あるようにきわめて近似するものであり、したがって上
記構造の半導体装置用基板においては、AlN製絶縁板材
Ｃと導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａとの間に、
ろう材の熱疲労が原因の剥離や、絶縁板材Ｃに大きな熱
膨張差が原因の割れの発生がなく、すぐれた熱の拡散性
と放熱性を発揮するようになるという知見を得たのであ
る。
体装置の高集積化および大電力化に対応することができ
る半導体装置用基板を開発すべく研究を行なった結果、
第１図に概略説明図で示されるように、絶縁板材Ｃを窒
化アルミニウム（AlN）焼結体で構成し、これの両面に
回路形成用導体薄板材Ｂとヒートシンク板材Ａとを接合
した構造とすると共に、前記導体薄板材Ｂとヒートシン
ク板材Ａとを、それぞれW,Mo,W合金、およびMo合金のう
ちのいずれかで構成し、かつこれらの前記絶縁板材Ｃへ
の接合を重量％で（以下同じ）、例えばAg-29％Cu-4％T
i合金や、Cu-3％Ti合金、あるいはCu-3％Zr合金などか
らなる高融点ろう材（この発明では、750℃以上の融点
を有するろう材をいう）Ｄを用いて行なうと、前記絶縁
板材と導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａとは、苛
酷な温度サイクルによっても熱疲労することのない前記
高融点ろう材Ｄによって強固に接合し、かつ前記AlN製
絶縁板材Ｃは、Al2O3焼結体の熱伝導率が17W/K・ｍであ
るのに対してAlN焼結体のそれは160W/K・ｍであるよう
にすぐれた熱の良導体であり、この熱伝導率は回路形成
用導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａを構成するMo
の熱伝導率:142W/K・ｍ、Ｗの熱伝導率:167W/K・ｍとき
わめて近似するものであり、さらに熱膨張係数に関して
も、AlN焼結体:3.6×10-6／℃、Mo:5.3×10-6／℃、W:
4.7×10-6／℃、例えばW-10％Cu合金:5.5×10-6／℃で
あるようにきわめて近似するものであり、したがって上
記構造の半導体装置用基板においては、AlN製絶縁板材
Ｃと導体薄板材Ｂおよびヒートシンク板材Ａとの間に、
ろう材の熱疲労が原因の剥離や、絶縁板材Ｃに大きな熱
膨張差が原因の割れの発生がなく、すぐれた熱の拡散性
と放熱性を発揮するようになるという知見を得たのであ
る。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであ
って、AlN焼結体からなる絶縁板材の一方面に、W,Mo,W
合金、およびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成
用導体薄板材を、前記絶縁板材の他方面に、同じくW,M
o,W合金、およびMo合金のうちのいずれかからなるヒー
トシンク板材をそれぞれ高融点ろう材を用いて接合して
なる半導体装置用基板に特徴を有するものである。
って、AlN焼結体からなる絶縁板材の一方面に、W,Mo,W
合金、およびMo合金のうちのいずれかからなる回路形成
用導体薄板材を、前記絶縁板材の他方面に、同じくW,M
o,W合金、およびMo合金のうちのいずれかからなるヒー
トシンク板材をそれぞれ高融点ろう材を用いて接合して
なる半導体装置用基板に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の半導体装置用基板を実施例により
具体的に説明する。
具体的に説明する。
第１図に示されるように、絶縁板材Ｃとして、幅:50m
m×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法もった純度:99％のAl
N焼結体を用意し、また第１表に示される材質からな
り、かつ幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの寸法をもっ
た回路形成用導体薄板材Ｂ、並びに幅:50mm×厚さ:3mm
×長さ:75mmの寸法をもったヒートシンク板材Ａをそれ
ぞれ用意し、これらをそれぞれ第１表に示される高融点
ろう材Ｄを間にはさんで重ね合わせた状態で、真空中、
温度:880℃に10分間保持の条件でろう付けすることによ
り本発明基板１〜８を それぞれ製造した。
m×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法もった純度:99％のAl
N焼結体を用意し、また第１表に示される材質からな
り、かつ幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:70mmの寸法をもっ
た回路形成用導体薄板材Ｂ、並びに幅:50mm×厚さ:3mm
×長さ:75mmの寸法をもったヒートシンク板材Ａをそれ
ぞれ用意し、これらをそれぞれ第１表に示される高融点
ろう材Ｄを間にはさんで重ね合わせた状態で、真空中、
温度:880℃に10分間保持の条件でろう付けすることによ
り本発明基板１〜８を それぞれ製造した。
また、比較の目的で、第２図に示されるように絶縁板
材Ｃ′として幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法
をもった純度:96％のAl2O3焼結体を、また回路形成用お
よびはんだ付け用として、幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:
70mmの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）をそれ
ぞれ用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、酸素:1
容量％含有のAr雰囲気中、温度:1075℃に50分間保持の
条件で加熱し、前記酸化性雰囲気によって形成したCu2O
とCuとの共晶による液相を接合面に発生させて接合し、
ついでこの接合体を厚さ:300μｍのPb-60％Sn合金から
なるはんだ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:
75mmの寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク板材
Ａ′の片面にはんだ付けすることにより従来基板を製造
した。
材Ｃ′として幅:50mm×厚さ:0.63mm×長さ:75mmの寸法
をもった純度:96％のAl2O3焼結体を、また回路形成用お
よびはんだ付け用として、幅:45mm×厚さ:0.3mm×長さ:
70mmの寸法をもった無酸素銅薄板材Ｂ′（２枚）をそれ
ぞれ用意し、これら両者を重ね合わせた状態で、酸素:1
容量％含有のAr雰囲気中、温度:1075℃に50分間保持の
条件で加熱し、前記酸化性雰囲気によって形成したCu2O
とCuとの共晶による液相を接合面に発生させて接合し、
ついでこの接合体を厚さ:300μｍのPb-60％Sn合金から
なるはんだ材Ｄ′を用いて、幅:50mm×厚さ:3mm×長さ:
75mmの寸法をもった無酸素銅からなるヒートシンク板材
Ａ′の片面にはんだ付けすることにより従来基板を製造
した。
つぎに、この結果得られた本発明基板１〜８および従
来基板に対して、温度:150℃に加熱後、−55℃に冷却を
１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、本発
明基板については、絶縁板材Ｃと導体薄板材Ｂおよびヒ
ートシンク板材Ａ間の剥離、および絶縁板材Ｃの割れが
発生するに至るまでのサイクル数を20サイクル毎に観察
し、また従来基板については、Cu薄板材Ｂ′とヒートシ
ンク板材Ａ′間の剥離、および絶縁板材Ｃ′の割れが発
生するに至るまでのサイクル数を同じく20サイクル毎に
観察し、測定した。これらの結果を第１表に示した。
来基板に対して、温度:150℃に加熱後、−55℃に冷却を
１サイクルとする繰り返し加熱冷却試験を行ない、本発
明基板については、絶縁板材Ｃと導体薄板材Ｂおよびヒ
ートシンク板材Ａ間の剥離、および絶縁板材Ｃの割れが
発生するに至るまでのサイクル数を20サイクル毎に観察
し、また従来基板については、Cu薄板材Ｂ′とヒートシ
ンク板材Ａ′間の剥離、および絶縁板材Ｃ′の割れが発
生するに至るまでのサイクル数を同じく20サイクル毎に
観察し、測定した。これらの結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明基板１〜８は、苛
酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによっても、剥離
や割れの発生がないので、すぐれた熱伝導性および放熱
性を示すのに対して、従来基板においては比較的早期に
剥離や割れが発生することが明らかである。
酷な条件下での加熱・冷却の繰り返しによっても、剥離
や割れの発生がないので、すぐれた熱伝導性および放熱
性を示すのに対して、従来基板においては比較的早期に
剥離や割れが発生することが明らかである。
上述のように、この発明の半導体装置用基板は、苛酷
な温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、す
ぐれた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の
高集積化および大電力化に十分に対応することができる
きわめて信頼性の高いものである。
な温度サイクルによっても剥離や割れの発生がなく、す
ぐれた熱伝導性および放熱性を示すので、半導体装置の
高集積化および大電力化に十分に対応することができる
きわめて信頼性の高いものである。
第１図は本発明半導体装置用基板の概略説明図、第２図
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 A,A′……ヒートシンク板材、B,B′……薄板材、Ｃ′…
…絶縁板材、Ｄ……高融点ろう材、Ｄ′……はんだ材。
は従来半導体装置用基板の概略説明図である。 A,A′……ヒートシンク板材、B,B′……薄板材、Ｃ′…
…絶縁板材、Ｄ……高融点ろう材、Ｄ′……はんだ材。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−289950（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−65653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−226645（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−30042（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】窒化アルミニウム焼結体からなる絶縁板材
の一方面に、W,Mo,W合金、およびMo合金のうちのいずれ
かからなる回路形成用導体薄板材を、前記絶縁板材の他
方面に、同じくW,Mo,W合金、およびMo合金のうちいずれ
かからなるヒートシンク板材をそれぞれ高融点ろう材を
用いて接合してなる半導体装置用基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24709788A JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24709788A JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294649A JPH0294649A (ja) | 1990-04-05 |
| JP2503775B2 true JP2503775B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17158385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24709788A Expired - Lifetime JP2503775B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | 半導体装置用基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2503775B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69034139T2 (de) * | 1989-10-09 | 2004-11-25 | Mitsubishi Materials Corp. | Keramiksubstrat zur Herstellung elektrischer oder elektronischer Schaltungen |
| JP3769139B2 (ja) * | 1999-03-04 | 2006-04-19 | 三菱電機株式会社 | パワー半導体モジュール |
| JP3676268B2 (ja) | 2001-08-01 | 2005-07-27 | 株式会社日立製作所 | 伝熱構造体及び半導体装置 |
| US10347559B2 (en) | 2011-03-16 | 2019-07-09 | Momentive Performance Materials Inc. | High thermal conductivity/low coefficient of thermal expansion composites |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP24709788A patent/JP2503775B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0294649A (ja) | 1990-04-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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