JPH0760869B2 - 高熱伝導性絶縁基板 - Google Patents
高熱伝導性絶縁基板Info
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- JPH0760869B2 JPH0760869B2 JP60249534A JP24953485A JPH0760869B2 JP H0760869 B2 JPH0760869 B2 JP H0760869B2 JP 60249534 A JP60249534 A JP 60249534A JP 24953485 A JP24953485 A JP 24953485A JP H0760869 B2 JPH0760869 B2 JP H0760869B2
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- silicon carbide
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- high thermal
- amorphous silicon
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
- H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
- H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
- H10W70/68—Shapes or dispositions thereof
- H10W70/6875—Shapes or dispositions thereof being on a metallic substrate, e.g. insulated metal substrates [IMS]
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H05K1/05—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
- H05K1/053—Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an inorganic insulating layer
Landscapes
- Laminated Bodies (AREA)
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Insulating Bodies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高熱伝導性絶縁基板に関する。
［従来の技術・発明が解決しようとする問題点］ IC、LSIなどの発展によって、電子回路の小型化、高集
積化、高出力化が進むとともに、半導体素子の実装密度
も高密度化している。このような半導体素子の高集積
化、高出力化、高密度化に伴い、チップ当りの素子数は
年々増大しており、チップ当りの発熱量も増大してい
る。この発熱量の増大は、半導体素子の信頼性に大きな
影響を及ぼすため、高熱伝導性パッケージ材料に対する
要望が強い。またハイブリッドICでは、発熱部品が同一
パッケージ内に同居するようになり、高密度化実装をさ
らにすすめるためには、高熱伝導性絶縁基板が必要とな
ってきている。
積化、高出力化が進むとともに、半導体素子の実装密度
も高密度化している。このような半導体素子の高集積
化、高出力化、高密度化に伴い、チップ当りの素子数は
年々増大しており、チップ当りの発熱量も増大してい
る。この発熱量の増大は、半導体素子の信頼性に大きな
影響を及ぼすため、高熱伝導性パッケージ材料に対する
要望が強い。またハイブリッドICでは、発熱部品が同一
パッケージ内に同居するようになり、高密度化実装をさ
らにすすめるためには、高熱伝導性絶縁基板が必要とな
ってきている。
そのような欲求を満足する基板として、AlN、SiC、BeO
などから形成された高熱伝導性絶縁基板やヒタセラム
（SiC系）があるが、いずれの基板も高価格で、BeO製の
基板で毒性がある。SiC製の基板では焼結助剤としてBeO
を用いており、その上高周波での誘電率が大きい、AlN
製の基板では水およびアルカリに対して弱いなどの欠点
を有している。
などから形成された高熱伝導性絶縁基板やヒタセラム
（SiC系）があるが、いずれの基板も高価格で、BeO製の
基板で毒性がある。SiC製の基板では焼結助剤としてBeO
を用いており、その上高周波での誘電率が大きい、AlN
製の基板では水およびアルカリに対して弱いなどの欠点
を有している。
また、金属ベース基板として溶射基板があるが、この基
板は表面平滑性がわるく、また現在の溶射技術では金属
上に高熱伝導性のダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、
SiCを形成できないという欠点を有している。
板は表面平滑性がわるく、また現在の溶射技術では金属
上に高熱伝導性のダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素、
SiCを形成できないという欠点を有している。
さらに、結晶シリコン基板、Mo基板、Ｗ基板、ダイヤモ
ンド基板上にイオンビーム法、プラズマCVD法、熱CVD
法、電子線CVD法などにより、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素を形成することに関する報告があるが、高熱
伝導性で一層汎用性があり、安価なAl基板、Al−Si基
板、Cu基板、Cu合金基板上へのダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素の形成は報告されていない。
ンド基板上にイオンビーム法、プラズマCVD法、熱CVD
法、電子線CVD法などにより、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素を形成することに関する報告があるが、高熱
伝導性で一層汎用性があり、安価なAl基板、Al−Si基
板、Cu基板、Cu合金基板上へのダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素の形成は報告されていない。
本発明の上記のごとき問題を解決した高熱伝導性絶縁基
板を提供することを目的とするものである。
板を提供することを目的とするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明は、Cu、Cu合金、AlまたはAl合金からなる高熱伝
導性金属基板上の少なくと一部に厚さ500Å〜３μｍ、
ビッカース硬度1000以上の非晶質シリコンカーバイド系
材料からなる中間層を配し、さらにその上に結晶化シリ
コンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子を含
む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素、立方晶−BNまたは六方晶−BNからなる熱伝
導性絶縁層を設けてなる熱伝導率が0.35cal/cm・sec・
℃以上の高熱伝導性絶縁基板に関する。
導性金属基板上の少なくと一部に厚さ500Å〜３μｍ、
ビッカース硬度1000以上の非晶質シリコンカーバイド系
材料からなる中間層を配し、さらにその上に結晶化シリ
コンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子を含
む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイヤモ
ンド状炭素、立方晶−BNまたは六方晶−BNからなる熱伝
導性絶縁層を設けてなる熱伝導率が0.35cal/cm・sec・
℃以上の高熱伝導性絶縁基板に関する。
［実施例］ 本発明の高熱伝導性絶縁基板は、第１図に示すように、
高熱伝導性金属基板（１）上の少なくとも一部に中間層
（２）を設け、さらにその上に熱伝導性絶縁層（３）を
設けたものである。
高熱伝導性金属基板（１）上の少なくとも一部に中間層
（２）を設け、さらにその上に熱伝導性絶縁層（３）を
設けたものである。
前記高熱伝導性金属基板としては、Cu、Cu合金、Alまた
はAl−SiなどのAl合金から形成された熱伝導率が0.35ca
l/cm・sec・℃程度以上の高熱伝導性の金属基板であれ
ば、とくに限定なく使用しうる。
はAl−SiなどのAl合金から形成された熱伝導率が0.35ca
l/cm・sec・℃程度以上の高熱伝導性の金属基板であれ
ば、とくに限定なく使用しうる。
高熱伝導性金属基板上に少なくとも一部に中間層を設け
るとは、高熱伝導性金属基板上に熱伝導性絶縁層を設け
る必要のある所望の部分に、所望の大きさ、形に中間層
を設けることであり、高熱伝導性金属基板の片面または
両面全体に中間層を形成してもよく、その一部にパター
ン化などして中間層を形成してもよい。
るとは、高熱伝導性金属基板上に熱伝導性絶縁層を設け
る必要のある所望の部分に、所望の大きさ、形に中間層
を設けることであり、高熱伝導性金属基板の片面または
両面全体に中間層を形成してもよく、その一部にパター
ン化などして中間層を形成してもよい。
本発明における中間層の役割としては、大きく２つの役
割がある。
割がある。
第１は基板を形成する高熱伝導性金属の熱膨脹係数が大
きいため、この金属製の基板上に直接熱膨脹係数の小さ
い熱伝導性絶縁層が形成されると、割れ、クラックなど
が生じやすいが、中間層を存在させると、緩衝層として
働き、割れ、クラックなどが生じにくくなることであ
る。
きいため、この金属製の基板上に直接熱膨脹係数の小さ
い熱伝導性絶縁層が形成されると、割れ、クラックなど
が生じやすいが、中間層を存在させると、緩衝層として
働き、割れ、クラックなどが生じにくくなることであ
る。
第２は熱伝導率の大きい結晶化シリコンカーバイド、結
晶化シリコンカーバイド微粒子を含む非晶質シリコンカ
ーバイド、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素などから
なる絶縁層が形成されうる基板としうることである。
晶化シリコンカーバイド微粒子を含む非晶質シリコンカ
ーバイド、ダイヤモンド、ダイヤモンド状炭素などから
なる絶縁層が形成されうる基板としうることである。
つまり前記絶縁層を形成するばあい、通常、プロズマCV
D法が用いられるが、この方法ではイオンなどの衝突に
より基板表面温度が上昇し、高熱伝導性金属と絶縁層と
の熱膨脹係数の差のため膜が付着しにくかったり、たと
え膜が付着したとしても、室温に放置すると付着した膜
がはがれたりする。またイオン、とくに水素イオンの衝
突によるスパッタリングがおこる。スパッター率の大き
いCu、Cu合金、Al、Al合金製の基板のばあいには、膜の
堆積よりもスパッタリングがより進行し、膜が付着しな
い。
D法が用いられるが、この方法ではイオンなどの衝突に
より基板表面温度が上昇し、高熱伝導性金属と絶縁層と
の熱膨脹係数の差のため膜が付着しにくかったり、たと
え膜が付着したとしても、室温に放置すると付着した膜
がはがれたりする。またイオン、とくに水素イオンの衝
突によるスパッタリングがおこる。スパッター率の大き
いCu、Cu合金、Al、Al合金製の基板のばあいには、膜の
堆積よりもスパッタリングがより進行し、膜が付着しな
い。
ところが中間層が存在すると、基板表面での温度上昇に
よる熱膨脹係数の差による問題、イオンによるスパッタ
ーによる問題なども生じにくく、高熱伝導性絶縁層が形
成されうるのである。
よる熱膨脹係数の差による問題、イオンによるスパッタ
ーによる問題なども生じにくく、高熱伝導性絶縁層が形
成されうるのである。
前記中間層を構成する材料としては、構造柔軟性があ
り、高熱伝導性金属基板と熱伝導性絶縁層との間の熱膨
脹係数の相違を緩和することができ、絶縁性の良好なビ
ッカース硬度1000以上の非晶質シリコカーバイド系材料
があげられ、これらの１種または２種以上を構成材料と
する厚さ500Å〜３μｍの中間層が形成される。
り、高熱伝導性金属基板と熱伝導性絶縁層との間の熱膨
脹係数の相違を緩和することができ、絶縁性の良好なビ
ッカース硬度1000以上の非晶質シリコカーバイド系材料
があげられ、これらの１種または２種以上を構成材料と
する厚さ500Å〜３μｍの中間層が形成される。
前記膜厚が500Å未満になると、熱膨脹係数の差を充分
緩和できなくなったり、高熱伝導性絶縁層が形成されに
くくなったりしがちである。また３μｍをこえると、中
間層の熱伝導率の影響が生じ、本発明の基板全体の熱伝
導率が低下する傾向が生ずる。
緩和できなくなったり、高熱伝導性絶縁層が形成されに
くくなったりしがちである。また３μｍをこえると、中
間層の熱伝導率の影響が生じ、本発明の基板全体の熱伝
導率が低下する傾向が生ずる。
前記中間層を構成する非晶質シリコンカーバイド系材料
としては、たとえばａ−SixC1-x、ａ−Six+yC1-xN1-y、
ａ−Six+yC1-xO1-y、ａ−Six+yC1-xGe1-y（前記ｘ、ｙ
はいずれも0.001≦ｘ＜１で0.001≦ｘ＋ｙ≦１をみた
す）などの非晶質シリコンカーバイド系材料あるいはこ
れら非晶質シリコンカーバイド系材料に水素およびハロ
ゲン族元素のうちの少なくとも１種が含まれたものなど
で、ビッカース硬度が1000以上のものがあげられ、これ
らを用いるのが、構造柔軟性が大きく、高熱伝導性金属
基板と熱伝導性絶縁層との熱膨脹係数の差を有効に緩和
しうる、付着力が大きいなどの点から好ましい。
としては、たとえばａ−SixC1-x、ａ−Six+yC1-xN1-y、
ａ−Six+yC1-xO1-y、ａ−Six+yC1-xGe1-y（前記ｘ、ｙ
はいずれも0.001≦ｘ＜１で0.001≦ｘ＋ｙ≦１をみた
す）などの非晶質シリコンカーバイド系材料あるいはこ
れら非晶質シリコンカーバイド系材料に水素およびハロ
ゲン族元素のうちの少なくとも１種が含まれたものなど
で、ビッカース硬度が1000以上のものがあげられ、これ
らを用いるのが、構造柔軟性が大きく、高熱伝導性金属
基板と熱伝導性絶縁層との熱膨脹係数の差を有効に緩和
しうる、付着力が大きいなどの点から好ましい。
非晶質シリコーンカーバイド系材料からなる中間層を形
成する際に用いる反応ガスとしては、たとえばSiH4、Si
2H6、SiF4、SiH3F、SiCl4などのエイ素含有化合物のガ
ス、CH4、C2H4、CF4、C2H2、C6H6、C6H3F3などの炭化水
素系あるいはハロゲン化炭化水素系のガス、NH3、N2、N
F3などのチッ素含有化合物のガス、GeH4、GeF4などのGe
含有化合物のガス、O2、H2Oガスなどがあげられるが、
これらに限定されるものではない。また希釈ガスとして
H2、Ar、Heなどを用いてもよい。
成する際に用いる反応ガスとしては、たとえばSiH4、Si
2H6、SiF4、SiH3F、SiCl4などのエイ素含有化合物のガ
ス、CH4、C2H4、CF4、C2H2、C6H6、C6H3F3などの炭化水
素系あるいはハロゲン化炭化水素系のガス、NH3、N2、N
F3などのチッ素含有化合物のガス、GeH4、GeF4などのGe
含有化合物のガス、O2、H2Oガスなどがあげられるが、
これらに限定されるものではない。また希釈ガスとして
H2、Ar、Heなどを用いてもよい。
中間層上に高熱伝導性絶縁層を形成するのにより適した
中間層としては、基板に負の高電圧を印加したDC放電と
RF放電の両者混合のプラズマCVD法で形成したビッカー
ス硬度が1000以上の非晶質シリコンカーバイド系材料が
優れている。とくに耐熱性、スパッターされにくいなど
の点から優れており、この非晶質シリコンカーバイドを
作製するばあいには、H2、CH4、SiH4、CF4を用いるの
が、生産性の観点（所望の場合のみに膜を付着させる
点）から好ましい。
中間層としては、基板に負の高電圧を印加したDC放電と
RF放電の両者混合のプラズマCVD法で形成したビッカー
ス硬度が1000以上の非晶質シリコンカーバイド系材料が
優れている。とくに耐熱性、スパッターされにくいなど
の点から優れており、この非晶質シリコンカーバイドを
作製するばあいには、H2、CH4、SiH4、CF4を用いるの
が、生産性の観点（所望の場合のみに膜を付着させる
点）から好ましい。
なお、中間層の形成に使用される非晶質シリコンカーバ
イドは膜中に水素やハロゲン原子を20atm％以上含むも
のが適している。一方、非晶質シリコンカーバイド中に
結晶化シリコンカーバイド微粒子を含むものは熱伝導性
絶縁層に適している。
イドは膜中に水素やハロゲン原子を20atm％以上含むも
のが適している。一方、非晶質シリコンカーバイド中に
結晶化シリコンカーバイド微粒子を含むものは熱伝導性
絶縁層に適している。
中間層が形成されたのち、さらに形成される熱伝導性絶
縁層を構成する材料としては、熱伝導率のよい結晶化シ
リコンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子を
含む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイヤ
モンド状炭素、立方晶−BN、六方晶−BNがあげられ、こ
れらの材料の１種以上から好ましくは膜厚5000Å〜100
μｍ、好ましくは電気伝導度10-9（Ω・cm）-1以下、さ
らに好ましくは10-10（Ω・cm）-1以下、好ましくは耐
電圧20V/μｍ以上、さらに好ましくは40V/μｍ以上の熱
伝導性絶縁層が形成される。
縁層を構成する材料としては、熱伝導率のよい結晶化シ
リコンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子を
含む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイヤ
モンド状炭素、立方晶−BN、六方晶−BNがあげられ、こ
れらの材料の１種以上から好ましくは膜厚5000Å〜100
μｍ、好ましくは電気伝導度10-9（Ω・cm）-1以下、さ
らに好ましくは10-10（Ω・cm）-1以下、好ましくは耐
電圧20V/μｍ以上、さらに好ましくは40V/μｍ以上の熱
伝導性絶縁層が形成される。
熱伝導性絶縁層はイオンビーム法、熱CVD法によっても
形成されるが、より大面積にするばあいには、プラズマ
CVD法を用いるのがよい。マイクロ波プラズマCVD法を用
いたダイヤモンド、ダイヤモンド状薄膜の研究がさかん
であるが、より簡便で大面積化が容易という点からは、
DC放電プラズマCVD法、RF放電プラズマCVD法、DC放電と
RF放電との両者混合のプラズマCVD法が適している。熱
伝導性絶縁層を形成するのに重要なことは、基板をカソ
ードに置くこと、原料ガスを水素にて希釈することであ
る。
形成されるが、より大面積にするばあいには、プラズマ
CVD法を用いるのがよい。マイクロ波プラズマCVD法を用
いたダイヤモンド、ダイヤモンド状薄膜の研究がさかん
であるが、より簡便で大面積化が容易という点からは、
DC放電プラズマCVD法、RF放電プラズマCVD法、DC放電と
RF放電との両者混合のプラズマCVD法が適している。熱
伝導性絶縁層を形成するのに重要なことは、基板をカソ
ードに置くこと、原料ガスを水素にて希釈することであ
る。
さらに適した方法としては、基板上に電界と直交する磁
界が存在するDC放電とRF放電との両者混合のプラズマCV
D法があげられ、この方法により製膜すると、一層高い
熱伝導性絶縁膜が形成される。この方法でもやはり基板
はカソードに置き、水素にて原料ガスを希釈することが
重要である。この方法により熱伝導性絶縁層が形成され
るのは、一層結晶化が進行することによる。この結晶化
は、磁界強度と電界強度とを適切に調整して電子のエネ
ルギー分布を制御し、大量の水素ラジカルを発生させる
ことにより達成される。
界が存在するDC放電とRF放電との両者混合のプラズマCV
D法があげられ、この方法により製膜すると、一層高い
熱伝導性絶縁膜が形成される。この方法でもやはり基板
はカソードに置き、水素にて原料ガスを希釈することが
重要である。この方法により熱伝導性絶縁層が形成され
るのは、一層結晶化が進行することによる。この結晶化
は、磁界強度と電界強度とを適切に調整して電子のエネ
ルギー分布を制御し、大量の水素ラジカルを発生させる
ことにより達成される。
熱伝導度の点からすると、非晶質シリコンカーバイドよ
り結晶化シリコンカーバイドの方が、またダイヤモンド
状炭素よりダイヤモンドの方が熱伝導率はより大きな値
となる。
り結晶化シリコンカーバイドの方が、またダイヤモンド
状炭素よりダイヤモンドの方が熱伝導率はより大きな値
となる。
つぎに本発明の基板の製法を好ましい実施態様にもとづ
いて説明する。
いて説明する。
第２図に示すごとき装置のカソード側に厚さ0.2〜5mmの
Cu基板またはAl基板をセットし、H2ガス50〜200SCCM、S
iH4ガス10〜50SCCM、CH4ガス10〜50SCCMの混合ガスをガ
ス導入口（７）から導入し、反応室圧力0.1〜5Torr、DC
電圧−100V〜−2KV、電流0.14〜10mA/cm2、RFパワー10
〜500mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電の両者混合のプ
ラズマCVD法にて非晶質シリコンカーバイドを約3000Å
〜２μｍ程度堆積させる。なお、DC電圧はDC電源（４）
により、高周波チョークコイル（５）を介して電極
（６）に印加する。
Cu基板またはAl基板をセットし、H2ガス50〜200SCCM、S
iH4ガス10〜50SCCM、CH4ガス10〜50SCCMの混合ガスをガ
ス導入口（７）から導入し、反応室圧力0.1〜5Torr、DC
電圧−100V〜−2KV、電流0.14〜10mA/cm2、RFパワー10
〜500mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電の両者混合のプ
ラズマCVD法にて非晶質シリコンカーバイドを約3000Å
〜２μｍ程度堆積させる。なお、DC電圧はDC電源（４）
により、高周波チョークコイル（５）を介して電極
（６）に印加する。
付着する膜の付着力は20〜100kg/cm2で、表面ビッカー
ス硬度も1000〜3000と大きいものである。また膜中には
１〜30atm％の水素が含まれており、構造柔軟性があ
る。
ス硬度も1000〜3000と大きいものである。また膜中には
１〜30atm％の水素が含まれており、構造柔軟性があ
る。
つぎにこの中間層上に、第２図に示した装置とほぼ同様
の装置であるが、基板をセットしたカソード上に電界と
垂直な方向に磁界をかけた装置を用いて、熱伝導性絶縁
層としてシリコンカーバイド層を5000Å〜30μｍの厚さ
に形成する。
の装置であるが、基板をセットしたカソード上に電界と
垂直な方向に磁界をかけた装置を用いて、熱伝導性絶縁
層としてシリコンカーバイド層を5000Å〜30μｍの厚さ
に形成する。
反応ガスとしては、H250〜200SCCM、CH45〜30SCCM、SiH
410〜60SCCM流し、反応室圧力0.1〜10Torr、磁界強度10
0〜1000ガウス、DC電圧−150V〜−1KV、DC電流0.5〜15m
A/cm2、RFパワー50〜1000mW/cm2を印加し、DC放電、RF
放電両者の混合放電を生じさせ、基板温度200〜800℃に
て製膜する。堆積速度は１〜15Å/secである。
410〜60SCCM流し、反応室圧力0.1〜10Torr、磁界強度10
0〜1000ガウス、DC電圧−150V〜−1KV、DC電流0.5〜15m
A/cm2、RFパワー50〜1000mW/cm2を印加し、DC放電、RF
放電両者の混合放電を生じさせ、基板温度200〜800℃に
て製膜する。堆積速度は１〜15Å/secである。
作製される膜の大部分は、Ｘ線回折分析法によると、通
常β−SiCの結晶形で、IRスペクトル分析では膜中に水
素がわずかに存在する（Ｃ−Ｈ、Si−Ｈのストレッチン
グモードに対応する波数に小さな吸収が存在する）。
常β−SiCの結晶形で、IRスペクトル分析では膜中に水
素がわずかに存在する（Ｃ−Ｈ、Si−Ｈのストレッチン
グモードに対応する波数に小さな吸収が存在する）。
大きな熱伝導率のシリコンカーバイド形成には結晶化に
より進めることが重要で、製膜条件としては、H2にて希
釈すること、磁場、電界、圧力の３つのパラメーターに
より電子のエネルギー分布を調節することが重要であ
る。
より進めることが重要で、製膜条件としては、H2にて希
釈すること、磁場、電界、圧力の３つのパラメーターに
より電子のエネルギー分布を調節することが重要であ
る。
作製した基板の室温付近での熱伝導率は金属基板として
Cu製の基板を用いるばあい、絶縁膜の膜厚および膜の結
晶性に大きく関係するが、0.35〜0.90cal/cm・sec・℃
と大きく、また100℃付近での熱伝導率の低下も見られ
ず、ほぼ同じ値となる。表面ビッカース硬度は2000〜35
00とほぼ単結晶β−SiCと同等のものまでえられる。ま
た電気伝導度は10-12（Ω・cm）-1以下で、耐電圧は50
〜200V/μｍである。さらに、熱サイクル試験（−55℃
×30分、150℃×30分）は１サイクルとし、1000サイク
ル後の母体のCu基板との剥離などは、通常全く見られ
ず、付着強度もテスト前とおなじ20〜100kg/cm2とな
る。なお、付着力テストにおける剥離は中間層と絶縁層
との間でなく、中間層と金属基板との間にて生じる。上
記絶縁基板の表面粗さRa（中心線平均粗さ）は0.1μｍ
以下であり、薄膜回路用基板にも適する。
Cu製の基板を用いるばあい、絶縁膜の膜厚および膜の結
晶性に大きく関係するが、0.35〜0.90cal/cm・sec・℃
と大きく、また100℃付近での熱伝導率の低下も見られ
ず、ほぼ同じ値となる。表面ビッカース硬度は2000〜35
00とほぼ単結晶β−SiCと同等のものまでえられる。ま
た電気伝導度は10-12（Ω・cm）-1以下で、耐電圧は50
〜200V/μｍである。さらに、熱サイクル試験（−55℃
×30分、150℃×30分）は１サイクルとし、1000サイク
ル後の母体のCu基板との剥離などは、通常全く見られ
ず、付着強度もテスト前とおなじ20〜100kg/cm2とな
る。なお、付着力テストにおける剥離は中間層と絶縁層
との間でなく、中間層と金属基板との間にて生じる。上
記絶縁基板の表面粗さRa（中心線平均粗さ）は0.1μｍ
以下であり、薄膜回路用基板にも適する。
このようにして製造される本発明の基板は、基板上に形
成される中間層および熱伝導性絶縁層の膜厚が薄いこと
ならびに熱伝導性絶縁層の熱伝導率が大きいことのた
め、熱伝導率が0.35cal/cm・sec・℃以上という優れた
ものとなり、高熱伝導性金属基板に近い値となる。
成される中間層および熱伝導性絶縁層の膜厚が薄いこと
ならびに熱伝導性絶縁層の熱伝導率が大きいことのた
め、熱伝導率が0.35cal/cm・sec・℃以上という優れた
ものとなり、高熱伝導性金属基板に近い値となる。
また熱伝導性絶縁層の熱膨脹係数は、該絶縁層が結晶化
シリコンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子
を含む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイ
ヤモンド状炭素、立方晶−BN、六方晶−BNなどから形成
されているばあいにはシリコンとほぼ同程度であるか
ら、素子性能への熱膨脹係数の差による劣化を導かない
という特徴を有するものである。さらにプラズマCVD法
で熱伝導性絶縁層を作製すると、表面平滑性の非常に優
れた膜がえられる。
シリコンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子
を含む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイ
ヤモンド状炭素、立方晶−BN、六方晶−BNなどから形成
されているばあいにはシリコンとほぼ同程度であるか
ら、素子性能への熱膨脹係数の差による劣化を導かない
という特徴を有するものである。さらにプラズマCVD法
で熱伝導性絶縁層を作製すると、表面平滑性の非常に優
れた膜がえられる。
つぎに本発明の高熱伝導性絶縁基板を実施例に基づき説
明する。
明する。
実施例１ 第２図に示すごとき装置のカソード側に厚さ1mmのCu基
板をセットし、H2ガス100SCCM、SiH4ガス30SCCM、CH4ガ
ス30SCCMの混合ガスをガス導入口（７）から導入し、反
応室圧力1.0Torr、DC電圧−600V、電流5mA/cm2、RFパワ
ー50mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電の両者混合のプラ
ズマCVD法にて非晶質シリコンカーバイドを約１μｍ程
度堆積させた。なお、DC電圧はDC電源（４）により、高
周波チョークコイル（５）を介して電極（６）に印加し
た。
板をセットし、H2ガス100SCCM、SiH4ガス30SCCM、CH4ガ
ス30SCCMの混合ガスをガス導入口（７）から導入し、反
応室圧力1.0Torr、DC電圧−600V、電流5mA/cm2、RFパワ
ー50mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電の両者混合のプラ
ズマCVD法にて非晶質シリコンカーバイドを約１μｍ程
度堆積させた。なお、DC電圧はDC電源（４）により、高
周波チョークコイル（５）を介して電極（６）に印加し
た。
付着した膜の付着力は50kg/cm2で、表面ビッカース硬度
も1500と大きいものであった。また膜中には18atm％の
水素が含まれており、構造柔軟性があった。
も1500と大きいものであった。また膜中には18atm％の
水素が含まれており、構造柔軟性があった。
つぎにこの中間層上に、第２図に示した装置とほぼ同様
の装置であるが、基板をセットしたカソード上に電界と
垂直な方向に磁界をかけた装置を用いて、熱伝導性絶縁
層としてシリコンカーバイド層を形成した。
の装置であるが、基板をセットしたカソード上に電界と
垂直な方向に磁界をかけた装置を用いて、熱伝導性絶縁
層としてシリコンカーバイド層を形成した。
反応ガスとしては、H2150SCCM、CH420SCCM、SiH430SCCM
流し、反応室圧力1.0Torr、磁界強度600ガウス、DC電圧
−400V、DC電流7mA/cm2、RFパワー500mW/cm2を印加し、
DC放電、RF放電両者の混合放電を生じさせ、基板温度30
0℃に製膜した。堆積速度は５Å/sec、膜厚は５μｍで
あった。
流し、反応室圧力1.0Torr、磁界強度600ガウス、DC電圧
−400V、DC電流7mA/cm2、RFパワー500mW/cm2を印加し、
DC放電、RF放電両者の混合放電を生じさせ、基板温度30
0℃に製膜した。堆積速度は５Å/sec、膜厚は５μｍで
あった。
上記条件にて作製した膜はＸ線回折分析法によるとβ−
SiCの結晶形であった。
SiCの結晶形であった。
作製した基板の室温付近での熱伝導率は0.70cal/cm・se
c・℃と大きく、また100℃付近での熱伝導率の低下も見
られず、ほぼ同じ値となった。表面ビッカース硬度は32
00とほぼ単結晶β−SiCと同等であった。また電気伝導
度は10-14（Ω・cm）-1以下で、耐電圧は1KVであった。
さらに、熱サイクル試験（−55℃×30分、150℃×30
分）を１サイクルとし、100サイクル後の母体のCu基板
との剥離などは全く見られず、付着硬度もテスト前とお
なじ50kg/cm2であった。なお、付着力テストにおける剥
離は中間層と絶縁層との間ではなく、中間層と金属基板
との間にて生じた。上記絶縁基板の表面粗さRa（中心線
平均粗さ）は、0.1μｍ以下であり、薄膜回路用基板に
も適していた。
c・℃と大きく、また100℃付近での熱伝導率の低下も見
られず、ほぼ同じ値となった。表面ビッカース硬度は32
00とほぼ単結晶β−SiCと同等であった。また電気伝導
度は10-14（Ω・cm）-1以下で、耐電圧は1KVであった。
さらに、熱サイクル試験（−55℃×30分、150℃×30
分）を１サイクルとし、100サイクル後の母体のCu基板
との剥離などは全く見られず、付着硬度もテスト前とお
なじ50kg/cm2であった。なお、付着力テストにおける剥
離は中間層と絶縁層との間ではなく、中間層と金属基板
との間にて生じた。上記絶縁基板の表面粗さRa（中心線
平均粗さ）は、0.1μｍ以下であり、薄膜回路用基板に
も適していた。
実施例２ 実施例１と同様にして5000Åの厚さの非晶質シリコンカ
ーバイト層を中間層として設けたCu基板を第２図に示す
のと同様の装置にセットした。このばあいにも実施例１
と同様に、カソードにセットした基板上に電界と直交す
る磁界を存在せしめた。反応ガスとしてCH43SCCM、CF41
SCCM、H2200SCCMを導入し、反応室圧力7Torr、磁界強度
700ガウス、DC電圧−300V、DC電流15mA/cm2、RFパワー2
50mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電両者の混合放電を行
なった。この際、外部から加熱し、基板温度を400℃し
た。堆積速度は３Å/secで、膜厚は５μｍであった。
ーバイト層を中間層として設けたCu基板を第２図に示す
のと同様の装置にセットした。このばあいにも実施例１
と同様に、カソードにセットした基板上に電界と直交す
る磁界を存在せしめた。反応ガスとしてCH43SCCM、CF41
SCCM、H2200SCCMを導入し、反応室圧力7Torr、磁界強度
700ガウス、DC電圧−300V、DC電流15mA/cm2、RFパワー2
50mW/cm2を印加し、DC放電、RF放電両者の混合放電を行
なった。この際、外部から加熱し、基板温度を400℃し
た。堆積速度は３Å/secで、膜厚は５μｍであった。
作製した膜のビッカース硬度は8000と非常に大きく、天
然ダイヤモンドの値とほぼ等しいものであった。IRスペ
クトル分析では水素の存在は見られなかった。透過電子
線回折（TED）によると、ダイヤモンドの（111）、（22
0）に相当するリングがえられた。作製した膜は、いわ
ゆるダイヤモンド状炭素といわれる膜であった。
然ダイヤモンドの値とほぼ等しいものであった。IRスペ
クトル分析では水素の存在は見られなかった。透過電子
線回折（TED）によると、ダイヤモンドの（111）、（22
0）に相当するリングがえられた。作製した膜は、いわ
ゆるダイヤモンド状炭素といわれる膜であった。
作製した基板の室温付近での熱伝導度は0.75cal/cm・se
c・℃と大きく、100℃での熱伝導度の低下はなかった。
電気伝導度は10-14（Ω・cm）-1、耐電圧は＞約1kVで、
熱サイクル試験での剥離は全くなく、付着強度もテスト
前と同じ100kg/cm2であった。
c・℃と大きく、100℃での熱伝導度の低下はなかった。
電気伝導度は10-14（Ω・cm）-1、耐電圧は＞約1kVで、
熱サイクル試験での剥離は全くなく、付着強度もテスト
前と同じ100kg/cm2であった。
比較例１ 実施例１と同じ装置を用いて実験を行なった。基板とし
ては銅基板を用い、反応性ガスとしてH2150SCCM、CH420
SCCM、SiH430SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、磁界強度6
00ガウス、DC電圧−400V、RFパワー500mW/cm2なる条件
にて絶縁層であるシリコンカーバイドを５μｍになるよ
うに形成しようとしたが、基板である銅がスパッターと
されたのか、シリコンカーバイドの一様連続な膜はえら
れず、粒子状の生成物がえられ、絶縁性は全くなかっ
た。
ては銅基板を用い、反応性ガスとしてH2150SCCM、CH420
SCCM、SiH430SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、磁界強度6
00ガウス、DC電圧−400V、RFパワー500mW/cm2なる条件
にて絶縁層であるシリコンカーバイドを５μｍになるよ
うに形成しようとしたが、基板である銅がスパッターと
されたのか、シリコンカーバイドの一様連続な膜はえら
れず、粒子状の生成物がえられ、絶縁性は全くなかっ
た。
比較例２ 実施例１と同じ装置を用いて実験を行なった。基板とし
ては銅基板を用い、反応性ガスとしてH2100SCCM、SiH43
0SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、DC電圧−300V、RFパワ
ー50mW/cm2なる条件にて中間層であるアモルファスシリ
コンを約0.5μｍ堆積させた。付着した膜の付着力は10k
g/cm2で、表面ビッカース硬度は600であった。
ては銅基板を用い、反応性ガスとしてH2100SCCM、SiH43
0SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、DC電圧−300V、RFパワ
ー50mW/cm2なる条件にて中間層であるアモルファスシリ
コンを約0.5μｍ堆積させた。付着した膜の付着力は10k
g/cm2で、表面ビッカース硬度は600であった。
つぎに、中間層上に、反応ガスとしてH2150SCCM、CH420
SCCM、SiH430SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、磁界強度6
00ガウス、DC電圧−400V、RFパワー500mW/cm2なる条件
にて絶縁膜であるアモルファスシリコンカーバイドを５
μｍ堆積させた。
SCCM、SiH430SCCMを流し、反応圧力1.0Torr、磁界強度6
00ガウス、DC電圧−400V、RFパワー500mW/cm2なる条件
にて絶縁膜であるアモルファスシリコンカーバイドを５
μｍ堆積させた。
えられた絶縁層はＸ線回析分析法によると、微結晶のβ
−SiCを含む膜であった。
−SiCを含む膜であった。
また、作製した基板の熱伝導率は0.2cal/cm・sec・℃
で、付着力は10kg/cm2であった。さらに、熱サイクル試
験（−55℃×30分、150℃×30分）を１サイクルとし、1
000サイクルの試験をしたところ、形成した膜とCu基板
との剥離がおこった。
で、付着力は10kg/cm2であった。さらに、熱サイクル試
験（−55℃×30分、150℃×30分）を１サイクルとし、1
000サイクルの試験をしたところ、形成した膜とCu基板
との剥離がおこった。
［発明の効果］ 本発明の高熱伝導性絶縁基板は、高熱伝導性金属基板上
に特定の中間層を設けたのち熱伝導性絶縁層が形成され
ているため、安定かつ大きな付着強度で熱伝導性絶縁層
が前記金属基板に付着している。しかも本発明の基板は
高熱伝導性かつ絶縁性であり、しかも高硬度であるた
め、ハイブリッドIC基板などの電子部品などの用途に好
適に使用しうる。また、本発明の基板は工業的スケール
で製造しうる。
に特定の中間層を設けたのち熱伝導性絶縁層が形成され
ているため、安定かつ大きな付着強度で熱伝導性絶縁層
が前記金属基板に付着している。しかも本発明の基板は
高熱伝導性かつ絶縁性であり、しかも高硬度であるた
め、ハイブリッドIC基板などの電子部品などの用途に好
適に使用しうる。また、本発明の基板は工業的スケール
で製造しうる。
第１図は本発明の高熱伝導性絶縁基板に関する説明図、
第２図は高熱伝導性金属基板上に中間層を形成する段階
に関する説明図である。 （図面の主要符号） （１）：高熱伝導性金属基板 （２）：中間層 （３）：熱伝導性絶縁層
第２図は高熱伝導性金属基板上に中間層を形成する段階
に関する説明図である。 （図面の主要符号） （１）：高熱伝導性金属基板 （２）：中間層 （３）：熱伝導性絶縁層
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 19/00 ３２１ 4232−5Ｇ Ｈ０５Ｋ 1/05 Ａ (56)参考文献 特開 昭58−103156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−99793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−40116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−105627（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−130466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−56036（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−132920（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】Cu、Cu合金、AlまたはAl合金からなる高熱
伝導性金属基板上の少なくと一部に厚さ500Å〜３μ
ｍ、ビッカース硬度1000以上の非晶質シリコンカーバイ
ド系材料からなる中間層を配し、さらにその上に結晶化
シリコンカーバイド、結晶化シリコンカーバイド微粒子
を含む非晶質シリコンカーバイド、ダイヤモンド、ダイ
ヤモンド状炭素、立方晶−BNまたは六方晶−BNからなる
熱伝導性絶縁層を設けてなる熱伝導率が0.35cal/cm・se
c・℃以上の高熱伝導性絶縁基板。 - 【請求項２】中間層のビッカース硬度1000以上の非晶質
シリコンカーバイド系材料が、ａ−SixC1-x、ａ−Six+y
C1-xN1-y、ａ−Six+yC1-xO1-y、ａ−Six+yC1-xGe
1-y（前記ｘ、ｙはいずれも0.0001≦ｘ＜１で0.001≦ｘ
＋ｙ≦１をみたす）のうちの少なくとも１種を含む非晶
質シリコンカーバイド系材料である特許請求の範囲第１
項記載の基板。 - 【請求項３】ビッカース硬度1000以上の非晶質シリコン
カーバイド系材料が、ａ−SixC1-x、ａ−Six+yC
1-xN1-y、ａ−Six+yC1-xO1-y、ａ−Six+yC1-xGe1-y（前
記ｘ、ｙはいずれも0.001≦ｘ＜１で0.001≦ｘ＋ｙ≦１
をみたす）のうちの少なくとも１種であって、水素およ
びハロゲン族元素のうちの少なくとも１種を含む材料で
ある特許請求の範囲第２項記載の基板。 - 【請求項４】熱伝導性絶縁層が電気伝導度10-9（Ω・c
m）-1以下で耐電圧20V/μｍ以上である特許請求の範囲
第１項記載の基板。 - 【請求項５】熱伝導性絶縁層の膜厚が5000Å〜100μｍ
である特許請求の範囲第１項記載の基板。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60249534A JPH0760869B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 高熱伝導性絶縁基板 |
| EP19860115233 EP0221531A3 (en) | 1985-11-06 | 1986-11-04 | High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same |
| EP94112466A EP0635871A2 (en) | 1985-11-06 | 1986-11-04 | High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same |
| US06/927,211 US4783368A (en) | 1985-11-06 | 1986-11-05 | High heat conductive insulated substrate and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60249534A JPH0760869B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 高熱伝導性絶縁基板 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3256581A Division JPH0624221B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 高熱伝導性絶縁基板およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62108551A JPS62108551A (ja) | 1987-05-19 |
| JPH0760869B2 true JPH0760869B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=17194413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60249534A Expired - Lifetime JPH0760869B2 (ja) | 1985-11-06 | 1985-11-06 | 高熱伝導性絶縁基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760869B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007189212A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-07-26 | Denso Corp | 熱伝導部材およびその製造方法 |
| JP6912716B2 (ja) | 2017-08-10 | 2021-08-04 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2025078900A (ja) * | 2022-04-01 | 2025-05-21 | 日東電工株式会社 | 積層体、放熱基板および積層体の製造方法 |
| CN118636381B (zh) * | 2024-08-12 | 2024-10-22 | 成都永益泵业股份有限公司 | 包含金属与非金属材料的成型件的成型方法及泵过流部件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5599793A (en) * | 1979-01-25 | 1980-07-30 | Nippon Electric Co | Method of forming thick film |
| JPS6027188B2 (ja) * | 1981-12-15 | 1985-06-27 | 住友電気工業株式会社 | 半導体素子塔載用基板 |
-
1985
- 1985-11-06 JP JP60249534A patent/JPH0760869B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62108551A (ja) | 1987-05-19 |
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