JPH01205055A - 半導体装置用基板材料 - Google Patents
半導体装置用基板材料Info
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- JPH01205055A JPH01205055A JP63030202A JP3020288A JPH01205055A JP H01205055 A JPH01205055 A JP H01205055A JP 63030202 A JP63030202 A JP 63030202A JP 3020288 A JP3020288 A JP 3020288A JP H01205055 A JPH01205055 A JP H01205055A
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- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
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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。
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〕
本発明は、軽量で信頼性の高い半導体装置用基板材料に
関する。
関する。
従来から、半導体装置用の基板材料にはセラミックが多
用されている。例えば、サーデイツプ型パッケージにお
いては、セラミック基板上に半導体素子を塔載し、ガラ
スで気密封止する形態が採用されている。尚、パッケー
ジに関する技術は、例えば工業調査会発行「ＩＣ化実装
技術」（日本マイクロエレクトロニクス協会編）の１３
５〜１５０ 頁に詳しい。
用されている。例えば、サーデイツプ型パッケージにお
いては、セラミック基板上に半導体素子を塔載し、ガラ
スで気密封止する形態が採用されている。尚、パッケー
ジに関する技術は、例えば工業調査会発行「ＩＣ化実装
技術」（日本マイクロエレクトロニクス協会編）の１３
５〜１５０ 頁に詳しい。
しかしながら、最近の半導体技術に著しい進歩は、半導
体素子の大型化及び集積度の増加を招来しており、それ
に伴なって基板やパッケージ等の材料についても熱放散
性や熱膨張差の問題、あるいは重量の問題が生じてきて
いる。
体素子の大型化及び集積度の増加を招来しており、それ
に伴なって基板やパッケージ等の材料についても熱放散
性や熱膨張差の問題、あるいは重量の問題が生じてきて
いる。
即ち、セラミックは金属に比較して熱伝導度が小さいた
め熱放散性が悪いので、集積度が高く消費電力の大きな
半導体装置では、放熱フィンを取付ける等の対策を講じ
なければならないという不都合が生じている。熱伝導度
が良いセラミックとしてＢｅＯやＡＩＮがあるが、これ
らは密度が夫々２．６９シ糎及び３．２６−と大きく、
大型化する半導体装置の１惜が重くなる欠点があり、Ｂ
ｅＯは毒性が高く安全性の点でも問題があった。
め熱放散性が悪いので、集積度が高く消費電力の大きな
半導体装置では、放熱フィンを取付ける等の対策を講じ
なければならないという不都合が生じている。熱伝導度
が良いセラミックとしてＢｅＯやＡＩＮがあるが、これ
らは密度が夫々２．６９シ糎及び３．２６−と大きく、
大型化する半導体装置の１惜が重くなる欠点があり、Ｂ
ｅＯは毒性が高く安全性の点でも問題があった。
更に、ＡＩＮ等のセラミックは薄板やキャヒティ程度の
加工は可能であるが、例えばタップ加工等により複雑な
形状とすることが困難で、パッケージ等としての形状に
制限があった。
加工は可能であるが、例えばタップ加工等により複雑な
形状とすることが困難で、パッケージ等としての形状に
制限があった。
このような問題を解決するため、珪素を３０〜５０重量
％含有するアルミニウム合金からなる基板ないしパッケ
ージが提案されている（特開昭６１−８７８４３号及び
特開昭６１−２８１５４１号参照）。
％含有するアルミニウム合金からなる基板ないしパッケ
ージが提案されている（特開昭６１−８７８４３号及び
特開昭６１−２８１５４１号参照）。
この５ｉ−Ａ１合金の基板材料は、熱膨張係数及び熱伝
導度の点では大型化及び高集積化しつつある半導体装置
に適応しうるものであった。
導度の点では大型化及び高集積化しつつある半導体装置
に適応しうるものであった。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、最近では自動車のみならず航空機やロケ
ット、人工衛星等に塔載される半導体装置について軽量
化の要望が大きく、また信頼性についても一層の改善が
望まれている。このような用途ないし要望に対しては従
来のセラミックの基板材料では限界があり、上記した５
ｉ−Ａ／！合金からなる基板材料でも不充分であった。
ット、人工衛星等に塔載される半導体装置について軽量
化の要望が大きく、また信頼性についても一層の改善が
望まれている。このような用途ないし要望に対しては従
来のセラミックの基板材料では限界があり、上記した５
ｉ−Ａ／！合金からなる基板材料でも不充分であった。
本発明はかかる従来の事情に鑑み、従来よりも更に軽量
化され、信頼性の高い半導体装置用基板を提供すること
を目的とする。
化され、信頼性の高い半導体装置用基板を提供すること
を目的とする。
本発明の半導体装置用基板材料は、５０重量％を超え８
０重量％までの珪素な含有するアルミニウム合金からな
り、その密度が２．３〜２．５ ｇ７４）／ｎ 。
０重量％までの珪素な含有するアルミニウム合金からな
り、その密度が２．３〜２．５ ｇ７４）／ｎ 。
熱膨張係数が６Ｘ１０−６〜１２Ｘ１０−６６／℃、及
び熱伝導度が０．２０〜０．２７ ｃａｌ／ｓｅｃ、
Ｃであることを特徴とするものである。
び熱伝導度が０．２０〜０．２７ ｃａｌ／ｓｅｃ、
Ｃであることを特徴とするものである。
この基板材料は、ガスアトマイズ法等の噴霧法により溶
湯を平均冷却速度１０ Ｋ／ｓｅｃ以上で凝固させて
アルミニウムと珪素の合金粉末を形成し、４２メツシユ
以下のこの合金粉末を熱間での押出や鍛造などの塑性加
工する方法により、パッケージ等の所望の形状に固化成
形することができる。
湯を平均冷却速度１０ Ｋ／ｓｅｃ以上で凝固させて
アルミニウムと珪素の合金粉末を形成し、４２メツシユ
以下のこの合金粉末を熱間での押出や鍛造などの塑性加
工する方法により、パッケージ等の所望の形状に固化成
形することができる。
特に、溶湯用るつぼ、アトマイズ用ノズル、アトマイズ
雰囲気の制御な検討することで、従来よりも高温で１−
３ｉ合金溶湯をアトマイズすることが可能となったので
、従来不可能であった５０〜８０重量％のＳｌを固溶さ
せることができるようになり一％熱彫張係数並びに熱伝
導度を半導体装置用として適当な値に保ちながら、−層
の軽量化を図れるようになったものである。
雰囲気の制御な検討することで、従来よりも高温で１−
３ｉ合金溶湯をアトマイズすることが可能となったので
、従来不可能であった５０〜８０重量％のＳｌを固溶さ
せることができるようになり一％熱彫張係数並びに熱伝
導度を半導体装置用として適当な値に保ちながら、−層
の軽量化を図れるようになったものである。
尚、本発明における基板材料とは所謂半導体基板を構成
する材料のみではなく、各種形状のパッケージを構成す
る材料も含むものである。又、この基板材料の表面には
半田やガラスとの濡れ性を改善したり耐食性を付与した
り、絶縁性を確保する目的で、ＡｕやＮ１等の金属又は
Ａ４０ や５１０２等の絶縁物の表面層を形成するこ
とができる。しかも、この基板材料はｌｄがベースとな
っているのでガラス封止に充分な程度のＡｔ Ｏ表面層
が自然に且つ容易に形成される利点がある。
する材料のみではなく、各種形状のパッケージを構成す
る材料も含むものである。又、この基板材料の表面には
半田やガラスとの濡れ性を改善したり耐食性を付与した
り、絶縁性を確保する目的で、ＡｕやＮ１等の金属又は
Ａ４０ や５１０２等の絶縁物の表面層を形成するこ
とができる。しかも、この基板材料はｌｄがベースとな
っているのでガラス封止に充分な程度のＡｔ Ｏ表面層
が自然に且つ容易に形成される利点がある。
本発明においては、基板材料として５０重量％を超え８
０重量％までのＳｌを含むＡｌ−５ｉ合金を用いるので
、下表に示すように熱膨張係数並びに熱伝導度を半導体
装置用として適当な値に保ちながら、その密度を小さく
することができた。
０重量％までのＳｌを含むＡｌ−５ｉ合金を用いるので
、下表に示すように熱膨張係数並びに熱伝導度を半導体
装置用として適当な値に保ちながら、その密度を小さく
することができた。
合 金 密 度 熱膨張係数 熱伝導度Ａ４−５０
Ｓｉ ２．５０ １）．２ ０．２７Ａ
ｌ−６０Ｓ１２．４３ ９．８ ０．２５
Ａ／ −７０Ｓｉ ２．４０ ８，７ ０
．２３Ａｌ−８０Ｓｉ ２．３８ ６．５
０．２０Ａｌ−９０Ｓｉ ２．３５ ４．５
０．１８Ｓｉ濃度が５０重量％以下では密度が高
くなる為充分な軽量化が図れず、また熱膨張係数も大さ
くなりパッケージとした場合にガラス封止が困難になる
。逆に８１濃度が８０重量％を超えると、ｓｌとＡｌの
界面での接合が不充分になって界面での熱抵抗が大きく
なるので、熱伝導度が小さくなり放熱性が低下する。更
に、硬度も高くなって被剛性が著しく低下し、加工性が
悪くなる。
Ｓｉ ２．５０ １）．２ ０．２７Ａ
ｌ−６０Ｓ１２．４３ ９．８ ０．２５
Ａ／ −７０Ｓｉ ２．４０ ８，７ ０
．２３Ａｌ−８０Ｓｉ ２．３８ ６．５
０．２０Ａｌ−９０Ｓｉ ２．３５ ４．５
０．１８Ｓｉ濃度が５０重量％以下では密度が高
くなる為充分な軽量化が図れず、また熱膨張係数も大さ
くなりパッケージとした場合にガラス封止が困難になる
。逆に８１濃度が８０重量％を超えると、ｓｌとＡｌの
界面での接合が不充分になって界面での熱抵抗が大きく
なるので、熱伝導度が小さくなり放熱性が低下する。更
に、硬度も高くなって被剛性が著しく低下し、加工性が
悪くなる。
又同−８１濃度であっても、ｓ１初晶の粒径が太さいと
工具の摩耗が激しく、シかも複雑な形状の加工が困難で
寸法精度が低下するので、合金粉末生成時の冷却速度を
速くして、ｓ１初晶の粒径分５０μｍ以下とするのが好
ましい。例えば、同−Ｓ１濃度でＳ１初晶が５０μｍと
１５０１）ｍのＡｌ−３ｉ合金を、速度３５０ ｍ／ｍ
ｉｎ及び切込み０．１ ｍｆ％／ｒｅｖの条件で切削し
た場合のフランク摩耗量と切削時間との関係は第３図に
示す如くである。
工具の摩耗が激しく、シかも複雑な形状の加工が困難で
寸法精度が低下するので、合金粉末生成時の冷却速度を
速くして、ｓ１初晶の粒径分５０μｍ以下とするのが好
ましい。例えば、同−Ｓ１濃度でＳ１初晶が５０μｍと
１５０１）ｍのＡｌ−３ｉ合金を、速度３５０ ｍ／ｍ
ｉｎ及び切込み０．１ ｍｆ％／ｒｅｖの条件で切削し
た場合のフランク摩耗量と切削時間との関係は第３図に
示す如くである。
（実施例〕
実施例１
ガスアトマイズ法により溶湯を平均冷却速度２゜
１０ Ｋ／’８θＣ以上で凝固させ、６０重量％のｓｌ
を含有するＡｌ−５ｉ合金粉末を製造した。Ａｌ−８ｉ
合金中の初晶Ｓ１の粒径は５０μｍ以下であった。次に
、このＡｌ−８ｉ合金粉末を５００Ｃの温度及び５ ｔ
ｏｎＡＢ２の圧力で加圧焼結し、基板材料を製造した。
を含有するＡｌ−５ｉ合金粉末を製造した。Ａｌ−８ｉ
合金中の初晶Ｓ１の粒径は５０μｍ以下であった。次に
、このＡｌ−８ｉ合金粉末を５００Ｃの温度及び５ ｔ
ｏｎＡＢ２の圧力で加圧焼結し、基板材料を製造した。
この基板材料の密度は２．４２ ｇ７ｔ）ｍ 、熱膨張
係数は９．５×１０４、及び熱伝導度は０．２５ ａａ
ｊ／ｓｅｃ、Ｃであった。
係数は９．５×１０４、及び熱伝導度は０．２５ ａａ
ｊ／ｓｅｃ、Ｃであった。
この基板材料で製造したサーデイツプ型パッケージを用
いて、第１図に示す半導体装置を製造した。Ａｌ−３ｉ
合金からなるパッケージ主体部１の四部２にＡｕペース
ト３で半導体素子４を塔載しである。半導体素子４とリ
ードフレーム５はボンディングワイヤ６で接続され、熱
膨張係数が６Ｘ１０＝〜ｌ０ＸＩＯ−６／ｌ：の低融点
ガラス７により、リードフレーム５を固定すると同時に
同じＡｌ−３ｉ合金のキャップ８を気密に取付けである
。尚、パッケージ主体部１及びキャップ８の表面には、
アルマイト処理によって厚さ０．５μｍのＡ４０ 表
面層９が形成しである。
いて、第１図に示す半導体装置を製造した。Ａｌ−３ｉ
合金からなるパッケージ主体部１の四部２にＡｕペース
ト３で半導体素子４を塔載しである。半導体素子４とリ
ードフレーム５はボンディングワイヤ６で接続され、熱
膨張係数が６Ｘ１０＝〜ｌ０ＸＩＯ−６／ｌ：の低融点
ガラス７により、リードフレーム５を固定すると同時に
同じＡｌ−３ｉ合金のキャップ８を気密に取付けである
。尚、パッケージ主体部１及びキャップ８の表面には、
アルマイト処理によって厚さ０．５μｍのＡ４０ 表
面層９が形成しである。
この半導体装置の重量は従来のセラミック製サーデイツ
プ型パッケージより約３０％はど軽量化できた。又、熱
抵抗は従来のセラミック製サーデイツプ型パッケージの
１７２以下と良好な熱放散性を達成でき、その結果消費
電力がＩＷ以上の半導体素子を搭載できることが確認で
きた。気密封止性については、Ｈｅリークテストの結果
５Ｘ１０ ｃｃ／ＳｅＱ、以上の気密性が得られた。
プ型パッケージより約３０％はど軽量化できた。又、熱
抵抗は従来のセラミック製サーデイツプ型パッケージの
１７２以下と良好な熱放散性を達成でき、その結果消費
電力がＩＷ以上の半導体素子を搭載できることが確認で
きた。気密封止性については、Ｈｅリークテストの結果
５Ｘ１０ ｃｃ／ＳｅＱ、以上の気密性が得られた。
更に、この半導体装置ｆ −６５Ｃｇ＋ １５Ｏｒの温
度変化を３５サイクル繰返す温度サイクルテスト後、Ｈ
ｅリークテストを行なったところ９ Ｘ １Ｏ−９ｃｃ
／ｓｅｃ、の値が得られ、充分な信頼性を得ることがで
さた。
度変化を３５サイクル繰返す温度サイクルテスト後、Ｈ
ｅリークテストを行なったところ９ Ｘ １Ｏ−９ｃｃ
／ｓｅｃ、の値が得られ、充分な信頼性を得ることがで
さた。
実施例２
実施例１と同様にして製造した基板材料から、第２図に
示す箱状のケース１０とフタ１）からなるパッケージを
製造した。
示す箱状のケース１０とフタ１）からなるパッケージを
製造した。
ケースの所定位置にリード線１２を低融点ガラス１３で
封止固定した後、厚さ２μｍのＡｕメツキをケース１０
とフタ１）の全表面に施した０次に、ケース１０内に所
定の回路を形成し、半導体素子を塔載した後、ケース１
０とフタ１）をＡｕ−８ｉ共晶半田１４で接合封止した
。
封止固定した後、厚さ２μｍのＡｕメツキをケース１０
とフタ１）の全表面に施した０次に、ケース１０内に所
定の回路を形成し、半導体素子を塔載した後、ケース１
０とフタ１）をＡｕ−８ｉ共晶半田１４で接合封止した
。
第２図に示すパッケージは航空機用レーダーに使用され
るもので、従来このパッケージはコバールやステンレス
で作られ重量が重いことが欠点とされていた。然るに、
本発明のＡｌ−３ｉ合金のパッケージを用いることによ
り、従来のものに比較して重量を約半分にすることがで
きた。
るもので、従来このパッケージはコバールやステンレス
で作られ重量が重いことが欠点とされていた。然るに、
本発明のＡｌ−３ｉ合金のパッケージを用いることによ
り、従来のものに比較して重量を約半分にすることがで
きた。
本発明によれば、従来よりも更に軽量化され、信頼性の
高い半導体装置用基板材料を提供することができる。従
って、本発明は航空機やロケット、人工衛星等の分野に
使用される半導体装置に特に有用である。
高い半導体装置用基板材料を提供することができる。従
って、本発明は航空機やロケット、人工衛星等の分野に
使用される半導体装置に特に有用である。
第１図及び第２図は夫々本発明の基板材料を用いた半導
体装置の具体例である。第３図は本発明の基板材料中の
８１初晶の粒径と、これを切削する工具のフランク摩耗
量との関係を示すグラフである。 １・・パッケージ主体部 ４・・半導体素子５・・リー
ドフレーム ７・・低融点ガラス８・・キャップ ９・
・Ｉ Ｏ表面層 １０・・ケース １）・・フタ １２・・リード線１３
・・低融点ガラス １４・・Ａｕ−３ｉ共晶半田出願人
住友電気工業株式会社 代理人 弁理土中打勝□′成１）．パ ）り世〜し 第１図 第２図 切削時間（ｒｎｉｎ）
体装置の具体例である。第３図は本発明の基板材料中の
８１初晶の粒径と、これを切削する工具のフランク摩耗
量との関係を示すグラフである。 １・・パッケージ主体部 ４・・半導体素子５・・リー
ドフレーム ７・・低融点ガラス８・・キャップ ９・
・Ｉ Ｏ表面層 １０・・ケース １）・・フタ １２・・リード線１３
・・低融点ガラス １４・・Ａｕ−３ｉ共晶半田出願人
住友電気工業株式会社 代理人 弁理土中打勝□′成１）．パ ）り世〜し 第１図 第２図 切削時間（ｒｎｉｎ）
Claims (3)
- （１）５０重量％を超え８０重量％までの珪素を含有す
るアルミニウム合金からなり、密度が２．３〜２．５ｇ
／ｃｍ＾３、熱膨張係数が６×１０＾−＾６〜１２×１
０＾−＾６／℃、及び熱伝導度が０．２０〜０．２７ｃ
ａｌ／ｓｅｃ．℃であることを特徴とする半導体装置用
基板材料。 - （２）含有される珪素の初晶の粒径が５０μｍ以下であ
る請求項（１）記載の半導体装置用基板材料。 - （３）熱膨張係数が６×１０＾−＾６〜１０×１０＾−
＾６／℃の低融点ガラスで形成したリード線又はリード
フレームの封止部を具える請求項（１）記載の半導体装
置用基板材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63030202A JPH01205055A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 半導体装置用基板材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63030202A JPH01205055A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 半導体装置用基板材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01205055A true JPH01205055A (ja) | 1989-08-17 |
Family
ID=12297155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63030202A Pending JPH01205055A (ja) | 1988-02-12 | 1988-02-12 | 半導体装置用基板材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01205055A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0500750A1 (en) * | 1989-11-15 | 1992-09-02 | Olin Corp | METHOD FOR ENCODING AN ELECTRONIC ARRANGEMENT WITH CONDUCTIVE BAND AND THE PACKING THEREFOR. |
| JPH08502554A (ja) * | 1992-11-18 | 1996-03-19 | エルケム・アクシエセルスカプ | “珪素合金、珪素合金の製造方法及び珪素合金からの圧密化製品の製造方法” |
| EP0713250A2 (en) | 1994-11-15 | 1996-05-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Material for semiconductor substrate, process for producing the same, and semiconductor device with such substrate |
| EP1727215A3 (en) * | 2005-05-23 | 2010-10-06 | Samsung LED Co., Ltd. | Vertical structure semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6187843A (ja) * | 1984-10-03 | 1986-05-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板材料およびその製造方法 |
| JPS61130438A (ja) * | 1984-11-29 | 1986-06-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用材料の製造方法 |
| JPS61281541A (ja) * | 1985-06-06 | 1986-12-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用パツケ−ジ |
-
1988
- 1988-02-12 JP JP63030202A patent/JPH01205055A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0713250A2 (en) | 1994-11-15 | 1996-05-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Material for semiconductor substrate, process for producing the same, and semiconductor device with such substrate |
| EP0713250A3 (en) * | 1994-11-15 | 1997-05-14 | Sumitomo Electric Industries | Material for semiconductor substrate, its manufacture and product from this substrate |
| US5828127A (en) * | 1994-11-15 | 1998-10-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor substate with improved thermal conductivity |
| EP1727215A3 (en) * | 2005-05-23 | 2010-10-06 | Samsung LED Co., Ltd. | Vertical structure semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
| EP2439798A1 (en) * | 2005-05-23 | 2012-04-11 | Samsung LED Co., Ltd. | Vertical structure semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
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