JPH0834267B2 - 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材 - Google Patents
放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材Info
- Publication number
- JPH0834267B2 JPH0834267B2 JP1025336A JP2533689A JPH0834267B2 JP H0834267 B2 JPH0834267 B2 JP H0834267B2 JP 1025336 A JP1025336 A JP 1025336A JP 2533689 A JP2533689 A JP 2533689A JP H0834267 B2 JPH0834267 B2 JP H0834267B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- heat dissipation
- excellent heat
- substrate material
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
Landscapes
- 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、熱伝導性がよく、したがってすぐれた放
熱性をもたらす窒化アルミニウム（以下、AlNで示す）
基焼結基体の表面に対する回路形成用表面被覆層として
の酸化けい素（以下、SiO2で示す）層の密着性がきわめ
て高い半導体装置用基板素材に関するものである。
熱性をもたらす窒化アルミニウム（以下、AlNで示す）
基焼結基体の表面に対する回路形成用表面被覆層として
の酸化けい素（以下、SiO2で示す）層の密着性がきわめ
て高い半導体装置用基板素材に関するものである。
従来、放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材とし
て、例えば特開昭62−28847号公報に記載されるよう
に、AlN基焼結体からなる基体の表面に、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りSiO2
からなる表面被覆層を形成してなる基板素材が提案され
ており、このSiO2層の表面に、例えば導体ペーストや抵
抗ペーストなどを用いて回路を印刷し、焼成し、これを
繰り返すことにより設計回路を形成して半導体装置の基
板とし、実用に供されることも知られている。
て、例えば特開昭62−28847号公報に記載されるよう
に、AlN基焼結体からなる基体の表面に、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りSiO2
からなる表面被覆層を形成してなる基板素材が提案され
ており、このSiO2層の表面に、例えば導体ペーストや抵
抗ペーストなどを用いて回路を印刷し、焼成し、これを
繰り返すことにより設計回路を形成して半導体装置の基
板とし、実用に供されることも知られている。
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
ことができない状態になりつつあるが、上記の従来基板
素材では、熱伝導性のすぐれたAlN焼結基体によってす
ぐれた放熱性が確保できるものの、AlN焼結基体と回路
形成用表面被覆層としてのSiO2層との密着性が十分でな
いために、増大する放熱によって、これらの間に剥離が
発生し易くなり、信頼性の点で問題が生じるようになっ
ている。
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
ことができない状態になりつつあるが、上記の従来基板
素材では、熱伝導性のすぐれたAlN焼結基体によってす
ぐれた放熱性が確保できるものの、AlN焼結基体と回路
形成用表面被覆層としてのSiO2層との密着性が十分でな
いために、増大する放熱によって、これらの間に剥離が
発生し易くなり、信頼性の点で問題が生じるようになっ
ている。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、SiO2
層のAlN焼結基体に対する密着性を向上せしめるべく研
究を行なった結果、基体を、 酸化イットリウム（以下、Y2O3で示す）および酸化カル
シウム（以下、CaOで示す）のうちの１種または２種:0.
1〜10重量％を含有し、残りがAlNと不可避不純物からな
る組成を有するAlN基焼結体、 で構成した上で、この基体に、 酸素分圧:10-2〜１気圧、水蒸気分圧:10-3気圧以下の雰
囲気中で、1100〜1500℃の温度に加熱保持、 の条件で酸化処理を施すと、基体の構成成分であるY2O3
およびCaOが、きわめて強力な酸化促進作用を発揮する
ことから、基体表面部には短時間で、緻密な所定厚さの
酸化アルミニウムを主体とする表面酸化層が形成される
ようになり、この状態の基体表面に回路形成用表面被覆
層としてのSiO2層を形成すると、このSiO2層は前記表面
酸化層に対して強固に密着接合することから、発熱が原
因でSiO2層が剥離することがなくなり、かつY2O3および
CaOは上気AlN基焼結体の焼結性を向上させる作用ももつ
ことから、AlN基焼結体は高純度をもつようになり、さ
らにこのAlN基焼結体は主要構成成分であるAlNによって
高い熱伝導性を有し、すぐれた放熱性を示すという知見
を得たのである。
層のAlN焼結基体に対する密着性を向上せしめるべく研
究を行なった結果、基体を、 酸化イットリウム（以下、Y2O3で示す）および酸化カル
シウム（以下、CaOで示す）のうちの１種または２種:0.
1〜10重量％を含有し、残りがAlNと不可避不純物からな
る組成を有するAlN基焼結体、 で構成した上で、この基体に、 酸素分圧:10-2〜１気圧、水蒸気分圧:10-3気圧以下の雰
囲気中で、1100〜1500℃の温度に加熱保持、 の条件で酸化処理を施すと、基体の構成成分であるY2O3
およびCaOが、きわめて強力な酸化促進作用を発揮する
ことから、基体表面部には短時間で、緻密な所定厚さの
酸化アルミニウムを主体とする表面酸化層が形成される
ようになり、この状態の基体表面に回路形成用表面被覆
層としてのSiO2層を形成すると、このSiO2層は前記表面
酸化層に対して強固に密着接合することから、発熱が原
因でSiO2層が剥離することがなくなり、かつY2O3および
CaOは上気AlN基焼結体の焼結性を向上させる作用ももつ
ことから、AlN基焼結体は高純度をもつようになり、さ
らにこのAlN基焼結体は主要構成成分であるAlNによって
高い熱伝導性を有し、すぐれた放熱性を示すという知見
を得たのである。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであっ
て、 Y2O3およびCaOのうちの１種または２種:0.1〜10重量
％を含有し、残りがAlNと不可避不純物からなる組成、
並びに、 平均層厚:0.2〜20μｍの表面酸化層、 を有するAlN基焼結基体の表面に、 実質的にSiO2からなる平均層厚:0.01〜10μｍの回路
形成用表面被覆層、 を形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材
に特徴を有するものである。
て、 Y2O3およびCaOのうちの１種または２種:0.1〜10重量
％を含有し、残りがAlNと不可避不純物からなる組成、
並びに、 平均層厚:0.2〜20μｍの表面酸化層、 を有するAlN基焼結基体の表面に、 実質的にSiO2からなる平均層厚:0.01〜10μｍの回路
形成用表面被覆層、 を形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材
に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の基板素材において、上記の通りに
数値限定した理由を説明する。
数値限定した理由を説明する。
（ａ） Y2O3およびCaOの含有量 これらの成分には、基体が上記の条件で酸化処理され
た時に、酸化を促進して基体表面部に緻密な酸化層をす
みやかに形成する作用があるほか、焼結性を向上させて
基体の強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.
1重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その含有量が10重量％を越えると、基体自体の熱伝導
性が低下するようになることから、その含有量を0.1〜1
0重量％と定めた。
た時に、酸化を促進して基体表面部に緻密な酸化層をす
みやかに形成する作用があるほか、焼結性を向上させて
基体の強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.
1重量％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一
方その含有量が10重量％を越えると、基体自体の熱伝導
性が低下するようになることから、その含有量を0.1〜1
0重量％と定めた。
（ｂ） 表面酸化層の平均層厚 その厚さが0.2μｍ未満では、SiO2層の基体表面に対
する密着性が不十分となり、一方その厚さが20μｍを越
えると、基体のもつすぐれた熱伝導性がそこなわれるよ
うになることから、その厚さを0.1〜20μｍと定めた。
する密着性が不十分となり、一方その厚さが20μｍを越
えると、基体のもつすぐれた熱伝導性がそこなわれるよ
うになることから、その厚さを0.1〜20μｍと定めた。
（ｃ） SiO2層の平均層厚 その厚さが0.01μｍ未満では、例えば回路印刷に用い
られるペーストの焼成層の基板素材に対する密着性が不
十分であり、一方その厚さが10μｍを越えると、基体に
よるすぐれた放熱性がそこなわれるようになることか
ら、その厚さを0.01〜10μｍと定めた。
られるペーストの焼成層の基板素材に対する密着性が不
十分であり、一方その厚さが10μｍを越えると、基体に
よるすぐれた放熱性がそこなわれるようになることか
ら、その厚さを0.01〜10μｍと定めた。
また、この発明の基板素材は、単層基板の製造に用い
ても、さらにこれに、それぞれ印刷回路を形成した後、
例えばほうけい酸ガラスなどのガラス粉末を有機バイン
ダーと混合してペースト状とし、これを基板表面に印刷
添着した状態で、２枚以上積み重ね、この基板の積み重
ね体を、前記ガラス粉末の軟化点以上の温度に加熱して
焼成し、相互接合することにより形成される多層基板と
して用いてもよい。
ても、さらにこれに、それぞれ印刷回路を形成した後、
例えばほうけい酸ガラスなどのガラス粉末を有機バイン
ダーと混合してペースト状とし、これを基板表面に印刷
添着した状態で、２枚以上積み重ね、この基板の積み重
ね体を、前記ガラス粉末の軟化点以上の温度に加熱して
焼成し、相互接合することにより形成される多層基板と
して用いてもよい。
つぎに、この発明の基板素材を実施例により具体的に
説明する。
説明する。
まず、原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒
径を有するAlN粉末、Y2O3粉末、およびCaO粉末を用意
し、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組
成に配合し、ボールミルにて72時間湿式混合し、乾燥し
た後、さらにこれに有機バインダーを添加して混合し、
ドクターブレード法によりグリーンシートに成形し、つ
いで常圧の窒素雰囲気中、温度:1800℃に２時間保持の
条件で焼結して、実質的に配合組成と同一の成分組成を
有し、かつ平面:25.4mm×25.4mm、厚さ:0.625mmの寸法
をもったAlN基焼結基体を製造し、ついで、これらの基
体に、同じく第１表に示される条件で酸化処理を施して
表面酸化層を形成した後、 （ａ） ターゲット材質：純度99.9％の高純度石英ガラ
ス、 ターゲット寸法：直径3mm×高さ10mm、 電力:100W、 基体回転数:10r.p.m.、 スパッタ時間：所定時間、 の条件での高周波スパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート:347gと、エチルアルコール:
500gと、0.3％HCl水溶液:190.2gの割合の混合液を、500
r.p.m.で回転する基体の表面に10秒間ふりかけ、温度:8
00℃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ことからなるゾルゲル法、 （ｃ） 反応ガス：容量比で、 Si2H6/O2＝0.015 反応容器内圧力:0.2torr、 基体温度:150℃ 光：水銀ランプ発生光、 反応時間：所定時間、 の条件での光化学蒸着法（光CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの方法で、第１表
に示される平均層厚のSiO2層を形成することにより本発
明基板素材１〜14をそれぞれ製造した。
径を有するAlN粉末、Y2O3粉末、およびCaO粉末を用意
し、これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組
成に配合し、ボールミルにて72時間湿式混合し、乾燥し
た後、さらにこれに有機バインダーを添加して混合し、
ドクターブレード法によりグリーンシートに成形し、つ
いで常圧の窒素雰囲気中、温度:1800℃に２時間保持の
条件で焼結して、実質的に配合組成と同一の成分組成を
有し、かつ平面:25.4mm×25.4mm、厚さ:0.625mmの寸法
をもったAlN基焼結基体を製造し、ついで、これらの基
体に、同じく第１表に示される条件で酸化処理を施して
表面酸化層を形成した後、 （ａ） ターゲット材質：純度99.9％の高純度石英ガラ
ス、 ターゲット寸法：直径3mm×高さ10mm、 電力:100W、 基体回転数:10r.p.m.、 スパッタ時間：所定時間、 の条件での高周波スパッタ法、 （ｂ） エチルシリケート:347gと、エチルアルコール:
500gと、0.3％HCl水溶液:190.2gの割合の混合液を、500
r.p.m.で回転する基体の表面に10秒間ふりかけ、温度:8
00℃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ことからなるゾルゲル法、 （ｃ） 反応ガス：容量比で、 Si2H6/O2＝0.015 反応容器内圧力:0.2torr、 基体温度:150℃ 光：水銀ランプ発生光、 反応時間：所定時間、 の条件での光化学蒸着法（光CVD法）、 以上（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの方法で、第１表
に示される平均層厚のSiO2層を形成することにより本発
明基板素材１〜14をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、原料粉末としてY2O3およびCaO
を配合せずにAlN焼結基体を製造し、かつこれに表面酸
化層形成のための酸化処理を施さない以外は同一の条件
で従来基板素材１〜３をそれぞれ製造した。
を配合せずにAlN焼結基体を製造し、かつこれに表面酸
化層形成のための酸化処理を施さない以外は同一の条件
で従来基板素材１〜３をそれぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の基板素材について、
レーザ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、基体とSiO2層との密着性を評
価した。
レーザ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、基体とSiO2層との密着性を評
価した。
なお、ピーリング試験は、第１図に概略斜視図で示さ
れるように、基板素材１の表面、すなわち基体1aの表面
に密着形成された回路形成用表面被覆層としてのSiO2層
1b上に、平面寸法で2mm×2mmの面積にAg−20重量％Pd合
金粉末の導体ペーストをスクリーン印刷し、温度:125℃
に10分間保持して乾燥した後、温度:850℃に10分間保持
の条件で焼成してペースト焼成層２を形成し、ついで、
この上に直径0.9mmの無酸素銅ワイヤ４をSn−Pb共晶合
金はんだ３を用い、温度:215℃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４をＴ方向に
引張り、この時のピーリング強度（引きはがし強度）を
測定した。これらの測定結果を第１表に示した。
れるように、基板素材１の表面、すなわち基体1aの表面
に密着形成された回路形成用表面被覆層としてのSiO2層
1b上に、平面寸法で2mm×2mmの面積にAg−20重量％Pd合
金粉末の導体ペーストをスクリーン印刷し、温度:125℃
に10分間保持して乾燥した後、温度:850℃に10分間保持
の条件で焼成してペースト焼成層２を形成し、ついで、
この上に直径0.9mmの無酸素銅ワイヤ４をSn−Pb共晶合
金はんだ３を用い、温度:215℃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４をＴ方向に
引張り、この時のピーリング強度（引きはがし強度）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、本発明基板素材１〜14
は、従来基板素材１〜３と同様に著しく高い熱伝導度を
示し、すぐれた放熱性を保持した状態で、これより一段
と高いピーリング強度を示し、SiO2層の基体に対する密
着性がきわめて高いことが明らかである。
は、従来基板素材１〜３と同様に著しく高い熱伝導度を
示し、すぐれた放熱性を保持した状態で、これより一段
と高いピーリング強度を示し、SiO2層の基体に対する密
着性がきわめて高いことが明らかである。
上述のように、この発明の基板素材は、基対表面部に
形成された表面酸化層によってSiO2層との間にきわめて
高い密着性が確保され、かつAlN焼結基体によって一段
とすぐれた放熱性が確保されるので、半導体装置の集積
度の向上にも十分満足して対応することができるなど工
業上有用な特性を有するのである。
形成された表面酸化層によってSiO2層との間にきわめて
高い密着性が確保され、かつAlN焼結基体によって一段
とすぐれた放熱性が確保されるので、半導体装置の集積
度の向上にも十分満足して対応することができるなど工
業上有用な特性を有するのである。
第１図はピーリング試験方法を示す概略斜視図である。 １……基板素材、1a……基体、 1b……SiO2層、２……ペースト焼成層、 ３……はんだ、４……無酸素銅ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｈ０５Ｋ 1/03 ６３０ Ｊ 7511−4Ｅ Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｄ (72)発明者 内田 寛人 埼玉県大宮市北袋町１―297 三菱金属株 式会社中央研究所内 (72)発明者 森永 健次 埼玉県大宮市北袋町１―297 三菱金属株 式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−130546（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−318760（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−134694（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−196149（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】酸化イットリウムおよび酸化カルシウムの
うちの１種または２種:0.1〜10重量％、 を含有し、残りが窒化アルミニウムと不可避不純物から
なる組成、並びに、 平均層厚:0.2〜20μｍの表面酸化層、 を有する窒化アルミニウム基焼結基体の表面に、 実質的に酸化けい素からなる平均層厚:0.01〜10μｍの
回路形成用表面被覆層、 を形成してなる放熱性のすぐれた半導体装置用基板素
材。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1025336A JPH0834267B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材 |
| EP90102122A EP0381242B1 (en) | 1989-02-03 | 1990-02-02 | Substrate used for fabrication of thick film circuit |
| DE9090102122T DE69000112D1 (de) | 1989-02-03 | 1990-02-02 | Substrat zur herstellung eines dickschichtschaltkreises. |
| KR1019900001300A KR900013667A (ko) | 1989-02-03 | 1990-02-03 | 후막회로의 제작에 사용되는 기판 |
| US07/474,904 US5096768A (en) | 1989-02-03 | 1990-02-05 | Substrate used for fabrication of thick film circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1025336A JPH0834267B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02205345A JPH02205345A (ja) | 1990-08-15 |
| JPH0834267B2 true JPH0834267B2 (ja) | 1996-03-29 |
Family
ID=12163076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1025336A Expired - Lifetime JPH0834267B2 (ja) | 1989-02-03 | 1989-02-03 | 放熱性のすぐれた半導体装置用基板素材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0834267B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-03 JP JP1025336A patent/JPH0834267B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02205345A (ja) | 1990-08-15 |
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