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JPS6149833B2 - - Google Patents
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JPS6149833B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6149833B2
JPS6149833B2 JP3105677A JP3105677A JPS6149833B2 JP S6149833 B2 JPS6149833 B2 JP S6149833B2 JP 3105677 A JP3105677 A JP 3105677A JP 3105677 A JP3105677 A JP 3105677A JP S6149833 B2 JPS6149833 B2 JP S6149833B2
Authority
JP
Japan
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weight
substrate
base
alloy
glass
Prior art date
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Expired
Application number
JP3105677A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS53116473A (en
Inventor
Takashi Kuze
Masato Sakai
Shoji Makuchi
Hirozo Sugai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、たとえば集積回路装置などの半導体
装置や基板上に抵抗要素を形成載置するための電
気装置用基板の改良に関する。 従来この種の基板にはセラミツクが主として使
用されてきた。その最大の理由は絶縁性にすぐれ
ている点である。しかし、セラミツク基板は機械
的強度、特に抗折力が弱く、また平坦度を必要と
するこの種基板においては焼成後研磨加工を施さ
ねばならない。 そこで、金属基体の使用が考えられるが、この
場合電気装置用基板としての絶縁性を付与するこ
とが必要である。このために金属基体上にガラス
層を形成する方法がある。この方法についてはた
とえば特公昭47−7396号には、ガラス粒子の流動
床に調節酸化させた基体を配置し、被覆された基
体を流動床の外側で焼成してガラス被膜を熟成さ
せる方法が開示されている。また、特公昭49−
33824号には無アルカリガラスと金属酸化物とか
ら構成される釉を金属板上に焼付けた琺瑯材料集
積回路基板が開示されている。これら公知技術は
主として絶縁層の形成技術について詳しく述べら
れているが、基体金属に対する考察はほとんど無
い。 本発明は金属基体上にガラス層を形成した電気
装置用基板において、特にその基体金属組成を中
心に改良を図ろうとするものである。 本発明基板は第1図に示すように金属基体1と
該基体表面に形成された基体金属酸化層と、該酸
化層を被覆する軟質ガラス層とを具備するもので
ある。 基体合金は次の1〜4の組成である。 1 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、残部実質的に鉄よりなる合金。 2 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、アルミニウム0.05〜1.5重量%、残部実質
的に鉄よりなる合金。 3 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、チタン0.05〜1.0重量%、残部実質的に鉄
よりなる合金。 4 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、アルミニウム0.05〜1.0重量%、チタン0.05
〜1.0重量%、残部実質的に鉄よりなる合金。 本発明においては基体合金を上記組成とし、ガ
ラスを軟質ガラスとすることにより電気装置の製
造、使用の際の熱的、機械的影響に対しても安定
な点で有利である。 また、アルミニウムを含有する合金を用いると
より均一で電気抵抗の高い、しかも基体との密着
性にすぐれた酸化層が形成され、電気装置用基板
としてさらに好ましい。 またチタンを含有する合金を用いると、酸化速
度が速くなり(無添加の約4倍)電気抵抗の高い
酸化膜が得やすい点で有利である。 基体合金の熱膨張係数は70〜105×10-7/℃で
あり、したがつてガラス層としての軟質ガラスは
熱膨張係数70〜105×10-7/℃のものを用いるこ
とができる。 本発明の他利点は次のとおりである。 たとえばシリコンペレツトのマウント時の高温
あるいはろう付、溶接等の熱的、機械的変化に対
して十分な強度を保ちうる。 また、使用時、作動時の温度上昇に伴なう熱歪
み、熱サイクルに対して十分に耐え、また耐候性
も有する。 また、ガラスの使用は、基板の絶縁性を高め、
ペースト塗布時のにじみを無くし、また熱伝導率
を適当に制御しうる点で利点を有する。 基体合金としての前記組成合金の使用は次のよ
うな有利な点をも有する。 たとえば、加工性にすぐれているので様々な形
状に対応できる。さらに熱伝導性にすぐれている
ので大規模な集積回路などの熱放散性を要求され
る分野での使用に好適する。この熱伝導性の良好
な点は基体合金層、酸化層、ガラス層のそれぞれ
の厚さを選択することにより熱放散性を調節する
ことができることを意味し、したがつて容易に任
意の熱的特性をもつた基板を製造できる。また本
発明基板の基体合金は耐食性及び耐熱性にすぐれ
ているので電気装置の製造、使用等における各種
環境に耐えることができる。たとえば使用温度は
400℃以上にても可能であり、酸洗等の処理もで
きる。基板の基体合金はロウ付性、溶接性にもす
ぐれているので電気装置の組立てに都合がよい。
さらに機械的強度も良いので、基板基体として好
適である。 この合金基体にガラムを被覆するには、合金基
体表面のガラス被覆を必要とする部分に酸化層を
形成する必要がある。このための一般的方法は合
金基体を酸化して、ガラスとの接着性に富んだ酸
化層を形成する。前記の組成範囲にある合金はガ
ラスとの接着可能な酸化層を形成するものであ
る。即ち、前記合金を高温酸化すると良好な酸化
層が形成され、ガラスと良好に接着する。 基体合金と酸化物層との接着性も重要である。
この点で、前記合金でアルミニウムやチタンを含
有させる手段は望ましい。 本発明を構成する基体合金についての好ましい
範囲及び最も好ましい範囲を第1表に示す。
The present invention relates to an improvement in a semiconductor device such as an integrated circuit device or a substrate for an electrical device for forming and mounting a resistive element on the substrate. Conventionally, ceramics have been mainly used for this type of substrate. The biggest reason for this is its excellent insulation properties. However, ceramic substrates have low mechanical strength, particularly transverse rupture strength, and in the case of this type of substrate which requires flatness, it is necessary to perform a polishing process after firing. Therefore, it is conceivable to use a metal substrate, but in this case it is necessary to provide insulation properties as a substrate for an electric device. For this purpose, there is a method of forming a glass layer on a metal substrate. Regarding this method, for example, Japanese Patent Publication No. 47-7396 discloses a method in which a substrate subjected to controlled oxidation is placed in a fluidized bed of glass particles, and the coated substrate is baked outside the fluidized bed to age the glass coating. has been done. In addition, special public service
No. 33824 discloses an enamel integrated circuit board in which a glaze made of alkali-free glass and metal oxide is baked onto a metal plate. Although these known techniques mainly describe in detail the technique for forming an insulating layer, there is almost no consideration given to the base metal. The present invention aims to improve a substrate for an electrical device in which a glass layer is formed on a metal substrate, with particular emphasis on the base metal composition. As shown in FIG. 1, the substrate of the present invention comprises a metal base 1, a base metal oxide layer formed on the surface of the base, and a soft glass layer covering the oxide layer. The base alloy has the following compositions 1 to 4. 1 An alloy consisting of 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel, and the remainder substantially iron. 2. An alloy consisting of 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel, 0.05 to 1.5% by weight of aluminum, and the remainder substantially iron. 3 An alloy consisting of 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel, 0.05 to 1.0% by weight of titanium, and the remainder substantially iron. 4 Chromium 3-8% by weight, Nickel 40-48% by weight, Aluminum 0.05-1.0% by weight, Titanium 0.05%
~1.0% by weight, the balance consisting essentially of iron. In the present invention, the base alloy has the above composition and the glass is soft glass, which is advantageous in that it is stable against thermal and mechanical influences during the manufacture and use of electrical devices. Further, when an alloy containing aluminum is used, an oxide layer that is more uniform and has a high electrical resistance and has excellent adhesion to the substrate is formed, which is more preferable as a substrate for an electric device. Further, the use of an alloy containing titanium is advantageous in that the oxidation rate is faster (approximately 4 times that of no additive) and it is easy to obtain an oxide film with high electrical resistance. The base alloy has a thermal expansion coefficient of 70 to 105 x 10 -7 /°C, and therefore a soft glass having a thermal expansion coefficient of 70 to 105 x 10 -7 /°C can be used as the glass layer. Other advantages of the invention are as follows. For example, it can maintain sufficient strength against thermal and mechanical changes such as high temperatures during mounting silicon pellets, brazing, welding, etc. It also has sufficient resistance to thermal distortion and thermal cycles associated with temperature increases during use and operation, and is also weather resistant. In addition, the use of glass increases the insulation properties of the substrate,
It has the advantage of eliminating bleeding during paste application and allowing appropriate control of thermal conductivity. The use of the compositional alloy as the base alloy also has the following advantages. For example, it has excellent workability, so it can be made into a variety of shapes. Furthermore, since it has excellent thermal conductivity, it is suitable for use in fields that require heat dissipation such as large-scale integrated circuits. This good thermal conductivity means that the heat dissipation properties can be adjusted by selecting the respective thicknesses of the base alloy layer, oxide layer, and glass layer, and therefore it is easy to It is possible to manufacture substrates with specific characteristics. Furthermore, since the base alloy of the substrate of the present invention has excellent corrosion resistance and heat resistance, it can withstand various environments in the manufacture and use of electrical devices. For example, the operating temperature is
It is also possible to process at temperatures above 400°C, and treatments such as pickling are also possible. The base alloy of the substrate has excellent brazing and welding properties, making it convenient for assembling electrical devices.
Furthermore, since it has good mechanical strength, it is suitable as a substrate substrate. In order to coat this alloy substrate with glass, it is necessary to form an oxide layer on the portion of the alloy substrate surface that requires glass coating. A common method for this is to oxidize the alloy substrate to form an oxide layer that has good adhesion to the glass. Alloys within the above composition range form an oxide layer that can be bonded to glass. That is, when the alloy is oxidized at high temperature, a good oxidation layer is formed and it adheres well to glass. Adhesion between the base alloy and the oxide layer is also important.
In this respect, it is desirable to include aluminum or titanium in the alloy. Preferred ranges and most preferred ranges for the base alloy constituting the present invention are shown in Table 1.

【表】 また、基体合金を酸化する手段について第2表
に示す。
[Table] Table 2 also shows means for oxidizing the base alloy.

【表】 次に本発明基体合金組成を前記値に限定する理
由を実験データとともに説明する。 本発明基体合金組成を決定した最大の要因は熱
膨張係数基体と酸化層の密着性及び形成される酸
化層の電気抵抗値である。第3表から本発明基体
合金はこの点で有利であることが明らかにされ
る。
[Table] Next, the reason why the composition of the base alloy of the present invention is limited to the above values will be explained together with experimental data. The biggest factors determining the composition of the substrate alloy of the present invention are the coefficient of thermal expansion, the adhesion between the substrate and the oxide layer, and the electrical resistance value of the oxide layer formed. Table 3 shows that the substrate alloy according to the invention is advantageous in this respect.

【表】 ガラスを被覆する方法は粉末ガラスをペースト
状にし、基体上に塗布して炉で加熱、封着する方
法、ガラス板を基体上に乗せ、加熱、封着する方
法等がある。 ガラス層の厚さは0.01mm以上が絶縁性の点から
好ましい。さらに好ましくは0.1〜0.5mmである。 本発明基板はガラス層を表面に有するので平坦
性は良好である。 また、金やアルミニウムの蒸着が可能であり、
有機接着剤の使用も可能である。 さらに、第2図に示すごとく多層構造を得るこ
とも容易である。第2図において4は金属層、5
は酸化層、6はガラス層である。 また、基体表面に対し局部的、部分的にガラス
被覆を行うこともできる。 実施例 第3表に示す本発明基体合金を用いて、これら
に高温酸化処理として湿潤水素中で1000℃にて30
分間加熱して酸化膜を付着させる。次に軟質ガラ
ス粉末を沈積させ加熱し、基体酸化膜にガラスを
付着させる。 このようにして得た基板はいずれも絶縁性にす
ぐれたガラス面を有していた。また酸化層と基体
との密着性もすぐれていた。
[Table] There are several methods for coating glass, such as making powdered glass into a paste, applying it onto a substrate, heating it in a furnace, and sealing it, and placing a glass plate on the substrate, heating it, and sealing it. The thickness of the glass layer is preferably 0.01 mm or more from the viewpoint of insulation. More preferably, it is 0.1 to 0.5 mm. Since the substrate of the present invention has a glass layer on its surface, it has good flatness. It is also possible to deposit gold and aluminum,
It is also possible to use organic adhesives. Furthermore, it is easy to obtain a multilayer structure as shown in FIG. In Fig. 2, 4 is a metal layer, 5
is an oxide layer, and 6 is a glass layer. Further, the surface of the substrate can be locally or partially coated with glass. Examples Using the base alloys of the present invention shown in Table 3, they were subjected to high-temperature oxidation treatment at 1000°C for 30 minutes in wet hydrogen.
Heat for a minute to deposit an oxide film. Next, soft glass powder is deposited and heated to adhere the glass to the base oxide film. All of the substrates thus obtained had glass surfaces with excellent insulation properties. Furthermore, the adhesion between the oxide layer and the substrate was also excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は本発明基板の実施例を示す
断面図である。 1……基体、2,5……酸化層、3,6……ガ
ラス層、4……金属層。
FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views showing embodiments of the substrate of the present invention. 1...Substrate, 2, 5... Oxide layer, 3, 6... Glass layer, 4... Metal layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量%
残部実質的に鉄よりなる合金で形成された基体
と、該基体表面に高温酸化により形成された基体
合金酸化層と、該酸化層を被覆する軟質ガラス層
とを具備してなる電気装置用基板。 2 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、アルミニウム0.05〜1.5重量%、残部実質的
に鉄よりなる合金で形成された基体と、該基体表
面に高温酸化により形成された基体合金酸化層
と、該酸化層を被覆する軟質ガラス層とを具備し
てなる電気装置用基板。 3 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、チタン0.05〜1.0重量%、残部実質的に鉄よ
りなる合金で形成された基体と、該基体表面に高
温酸化により形成された基体合金酸化層と、該酸
化層を被覆する軟質ガラス層とを具備してなる電
気装置用基板。 4 クロム3〜8重量%、ニツケル40〜48重量
%、アルミニウム0.05〜1.0重量%、チタン0.05〜
1.0重量%、残部実質的に鉄よりなる合金で形成
された基体と、該基体表面に高温酸化により形成
された基体合金酸化層と、該酸化層を被覆する軟
質ガラス層とを具備してなる電気装置用基板。
[Claims] 1. 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel
A substrate for an electrical device comprising: a base made of an alloy with the remainder substantially made of iron; a base alloy oxide layer formed on the surface of the base by high-temperature oxidation; and a soft glass layer covering the oxide layer. . 2. A base formed of an alloy consisting of 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel, 0.05 to 1.5% by weight of aluminum, and the remainder substantially iron, and a base alloy oxidation formed on the surface of the base by high temperature oxidation. What is claimed is: 1. A substrate for an electrical device comprising: a layer of oxide; and a soft glass layer covering the oxide layer. 3 A base formed of an alloy consisting of 3 to 8% by weight of chromium, 40 to 48% by weight of nickel, 0.05 to 1.0% by weight of titanium, and the remainder substantially iron, and a base alloy oxidation formed on the surface of the base by high temperature oxidation. What is claimed is: 1. A substrate for an electrical device comprising: a layer of oxide; and a soft glass layer covering the oxide layer. 4 Chromium 3~8% by weight, Nickel 40~48% by weight, Aluminum 0.05~1.0% by weight, Titanium 0.05~
1.0% by weight, the balance being substantially iron; a base alloy oxide layer formed on the surface of the base by high-temperature oxidation; and a soft glass layer covering the oxide layer. Substrate for electrical equipment.
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JPS6347955A (en) * 1986-08-15 1988-02-29 Sumitomo Special Metals Co Ltd Laminated substrate for electronic component
JPS6347957A (en) * 1986-08-15 1988-02-29 Sumitomo Special Metals Co Ltd Laminated substrate for electronic component
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