CN103733331A - 半导体元件用散热器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半导体元件用散热器件，其于包含含有40～70体积%的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm的板状体的两面，被覆由以铝为主成分的金属或铝-陶瓷系复合材料形成的被覆层而形成铝-金刚石系复合体，在其至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率(Ni合金层厚/Ni层厚)为0.3以下。

Description

半导体元件用散热器件
技术领域
本发明涉及半导体元件用散热器件。
现有技术
一般来说，用于光通信等的半导体激光元件或高频元件等半导体元件如何有效率地使该元件所产生的热逸散对防止动作不良等非常重要。近年来，伴随着半导体元件技术的进步，元件的大功率化、高速化、高集成化更加迈进，对其散热的要求变得越来越严格。为此，一般对于散热器等散热器件也要求高的导热系数，而采用导热系数高达390W/mK的铜(Cu)。
另一方面，各个半导体元件的尺寸随着大功率化而渐渐变大，半导体元件与散热所用的散热器在热膨胀上的不匹配性问题浮上台面。为解决此等问题，企盼开发出可兼顾所谓高导热的特性及与半导体元件的热膨胀系数的匹配性的散热器材料。关于此种材料，提出一种金属与陶瓷的复合体，例如铝(Al)与碳化硅(SiC)的复合体。(专利文献1)
然而，因为Al-SiC系的复合体无论如何地调整条件，其导热系数仍在300W/mK以下，所以要求开发具有铜的导热系数以上的更高导热系数的散热器材料。关于此种材料，提出一种组合了金刚石所具有的高导热系数和金属所具有的大热膨胀系数的高导热系数且热膨胀系数接近半导体元件材料的金属-金刚石复合体。(专利文献2)
另外，在专利文献3中，通过在金刚石粒子的表面形成β型的SiC层，以抑制在复合化时形成的低导热系数的金属碳化物的生成，并改善与熔融金属的润湿性，改善所得的金属-金刚石复合体的导热系数。
再者，因为金刚石是非常硬的材料，所以与金属复合化所得的金属-金刚石复合体也同样非常硬，属于难加工性材料。因此，金属-金刚石复合体几乎无法用通常的金刚石工具加工，作为小型且以各种形状存在的散热器，要使用金属-金刚石复合体时，如何以低成本进行形状加工为其课题。面对这样的课题，讨论了激光加工、水刀切割（water jet）加工，再者，由于金属-陶瓷复合体可通电，因此也讨论了利用放电加工的加工方法。
另外，对半导体元件用的散热器件而言，为了与元件粘合，有必要利用镀敷等将金属层附加于散热器件表面。通常的半导体元件的情况下，主要是利用焊锡粘合，且粘合温度也在300℃以下，因此于表面设有藉由Ni-P合金等的镀敷处理的金属层。然而，关于散热器用材料的使用形态，通常为了有效率地对半导体元件的发热进行散热，将散热器以利用钎料等粘合于半导体元件的形态进行接触配置。因此，采用于粘合面附加有镀金的多层镀敷等。而且，在此种用途中，具有以下课题：伴随着粘合温度上升、实际使用时的温度负荷增加，在以往的Ni-P合金等的合金镀敷中，非晶态金属结晶化，因此时的体积变化而产生微小裂纹，因之后的温度负荷而裂纹伸展。
再者，在藉由钎料等将散热器粘合于半导体元件的情况下，粘合界面的面精度对散热而言是很重要的。在以往的金属-金刚石复合体的情况下，由于金刚石粒子露出于粘合面，所以粘合面的表面粗糙度粗糙，结果，接触界面的热阻会增大，故而不佳。因此，在散热器用材料所要求的特性方面，也有所谓如何使表面的表面粗糙度变小的课题。
专利文献1：日本特开平9-157773号公报
专利文献2：日本特开2000-303126号公报
专利文献3：日本特表2007-518875号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种半导体元件用散热器件，其兼备高导热系数和接近半导体元件的热膨胀系数，且改善表面的表面粗糙度平面度以适合作为半导体元件的散热器等使用，并且即便是在高负荷下的实际使用中，在表面金属层部分也没有产生裂纹等。
即，本发明提供一种半导体元件用散热器件，其特征为，于包含含有40体积%～70体积%的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm的板状体的两面，被覆由以铝为主成分的金属或铝-陶瓷系复合材料形成的被覆层而形成铝-金刚石系复合体，于前述铝-金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率(Ni合金层厚/Ni层厚)为0.3以下。
在一个方案中，前述被覆层是含有80体积%以上的以铝为主成分的金属的膜厚0.03～0.2mm的金属层，在其他方案中，前述被覆层是从板状体侧依序含有膜厚0.05～0.2mm的铝-陶瓷系复合体层及膜厚0.1～2μm的以铝为主成分的金属层的层。另外，在其他方案中，被覆层是膜厚0.05～0.2mm的含有80体积%以上以铝为主成分的金属的铝-陶瓷纤维复合体层。
在其他方案中，在上述方案的基础上，藉由镀敷处理形成Ni合金层、Ni层、Au层，且藉由将锌置换设为前处理的非电解镀敷处理形成基底的Ni合金层，镀敷膜的剥离强度为5kg/cm以上，且在一个方案中，半导体元件是包含GaN、GaAs或SiC的半导体激光元件或高频元件。
再者，在本发明其他的方案中，本发明的散热器件中的铝-金刚石系复合体藉由液态模锻法制造，和/或在25℃时的导热系数为400W/mK以上、且从温度25℃到150℃的线热膨胀系数为5×10-6～10×10-6/K。
而且，在本发明的其他方案中，本发明的散热器件中的铝-金刚石系复合体为金刚石粒子藉由化学键合于金刚石粒子表面的β型碳化硅的层的存在而特性化的铝-金刚石系复合体。
包含上述构成的半导体元件用散热器件，由于该铝-金刚石系复合体具有高导热且接近半导体元件的热膨胀系数，且将表面金属层做成特定的层结构，所以即便是在高负荷下的实际使用中，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
附图说明
图1是显示本发明实施方式1的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。
图2是用以说明在制造构成图1的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。
图3是显示本发明实施方式2的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。
图4是用以说明在制造构成图3的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。
图5是显示本发明实施方式3的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。
图6是用以说明在制造构成图5的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。
具体实施方式
[用语说明]
本说明书及权利要求书中所使用的用语及符号具有本领域技术人员通常所理解的意义。特别是本说明书中“～”这种标号意味着“以上”及“以下”。因此，例如“A～B”意味着A以上B以下。
另外，本说明书中，所谓板状体的“两面”或“两主面”，意味着板状体的对向的二面，“侧面部”意味着和该两面呈大致垂直的面。因此，对于形成平板状的铝-金刚石系复合体，“两面”或“两主面”意味着复合体的上下两方的面，所谓“侧面部”意味着和上述两面大致垂直的部分。
以下，一边参照附图，一边说明本发明的半导体元件用散热器件的实施方式。
＜实施方式1＞
如图1所示，本发明实施方式1的半导体元件用散热器件由铝-金刚石系复合体1和表面金属层2所构成。铝-金刚石系复合体1包含：由含有金刚石粒子和以铝为主成分的金属的铝-金刚石系复合材料形成的平板状的复合化部3；及设于复合化部3的两面的被覆层4。铝-金刚石系复合材料的金刚石粒子的含量是该铝-金刚石系复合材料整体的40体积%～70体积%。被覆层4包含含有含铝的金属的材料，表面金属层2包含非晶态的Ni合金层5、Ni层6及Au层7。
此种构成的半导体元件用散热器件发挥如下效果：具有高导热且接近半导体元件的热膨胀系数，而且，在高负荷下的实际使用中也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
以下，针对实施方式1的半导体元件用散热器件，将其构成与制造方法一起作详细说明。
[铝-金刚石系复合体]
一般而言，铝-金刚石系复合体的制法大致分为含浸法与粉末冶金法两种。其中，从导热系数等特性方面考虑，实际商品化的多采用含浸法。含浸法也有各种制法，有在常压进行的方法与在高压下进行的高压锻造法。高压锻造法有液态模锻法和压铸法。适合本发明的方法是在高压下进行含浸的高压锻造法，为获得导热系数等特性优异的致密的复合体，优选液态模锻法。所谓液态模锻法，通常是指于高压容器内装填金刚石等的粉末或成型体，使其于高温、高压下含浸铝合金等的熔液而获得复合材料的方法。
(金刚石粉末)
作为原料的金刚石粉末能使用天然金刚石粉末或人造金刚石粉末中的任一种。另外，金刚石粉末可视需要，添加例如二氧化硅等粘结材料，通过添加粘结材料可形成成型体。
关于上述金刚石粉末的粒度，从导热系数的观点考虑，优选平均粒径为50μm以上的粉末，更优选平均粒径为100μm以上。关于金刚石粒子的粒径的上限，只要在所得的复合体的厚度以下即可，无特性上的限制，但若为500μm以下则能以稳定的成本获得复合体，因此是优选的。另外，为提高金刚石粒子的填充率，更优选将60体积%～80体积%的平均粒径为100μm以上的金刚石粉末和20体积%～40体积%的平均粒径为30μm以下的金刚石粉末进行粒度配合来使用。
而且，铝-金刚石系复合体中的金刚石粒子的含量优选为40体积%以上70体积%以下。若金刚石粒子的含量为40体积%以上，则可充分确保所得的铝-金刚石系复合体的导热系数。另外，从填充性方面考虑，优选金刚石粒子的含量为70体积%以下。若为70体积%以下，则无须将金刚石粒子的形状加工成球形等，就能以稳定的成本获得铝-金刚石系复合体。
因为通过液态模锻法所得的复合体，只要为适当的条件，熔液就会行遍粉末彼此的空隙间，所以粉末的体积相对于填充体积的比例与粉末材料的体积(粒子的含量)相对于所得的复合体整体的体积大致相等。
进而，通过使用在上述金刚石粒子的表面形成有β型碳化硅的层的金刚石粉末，可抑制在复合化时形成的低导热系数的金属碳化物(Al4C3)的生成，且能改善和熔融铝的润湿性。结果，所得的铝-金刚石系复合体的导热系数提升。
将实施液态模锻以形成复合体前的状态的结构体示于图2。由此图可知，作为液态模锻的准备，将涂布有脱模剂的致密的一对脱模板9上下对置地配置，于其间填充金刚石粉末10后，使由可含浸铝合金的多孔体构成的型材8以从侧方挟持填充有金刚石粉末10的脱模板9的方式抵接于侧面部进行配置，视情况，进一步从上下抵接脱模板9地配置金属板11，形成液态模锻用结构体。当在此结构体中填充铝合金等的熔液时，熔液通过由多孔体构成的型材8到达填充有金刚石粉末10的部分，形成金刚石粉末10与铝合金的复合体。
(由多孔体构成的型材)
此处，作为由藉由液态模锻法可含浸铝合金的多孔体构成的型材8的材料，只要是藉由液态模锻法可含浸铝合金的多孔体即可，无特别限制。但作为该多孔体，优选使用耐热性优异、能进行稳定的熔液供给的石墨、氮化硼、氧化铝纤维等多孔体等。
(脱模板)
进而，作为致密的脱模板9，可使用不锈钢板、陶瓷板，只要是利用液态模锻法不会含浸铝合金的致密体即可，无特别限制。另外，关于涂布于脱模板的脱模剂，可优选使用耐热性优异的石墨、氮化硼、氧化铝等脱模剂。进而，利用氧化铝溶胶等被覆脱模板的表面后，涂布上述脱模剂，藉此可获得能进行更稳定的脱模的脱模板。
本实施方式中，于复合化后，剥下配置在两面的脱模板9，通过此种特有的构成，可获得具有非常平滑的表面的铝-金刚石系复合体。
应予说明，上述金属板11为选择性设置，在设有该金属板11时，能使熔液均匀地含浸，另外容易进行在含浸处理后的铝-金刚石系复合体的取出等操作。另外，如后所述，在将多片结构体层叠做成块体的情况下，设有金属板11。
(铝合金)
本实施方式的铝-金刚石系复合体中的铝合金(以铝为主成分的金属)，为了在含浸时充分地渗入金刚石粉末的空隙中(金刚石粒子间)，优选熔点尽可能低。作为此种铝合金，可举出例如含有5～25质量%硅的铝合金。通过使用含有5～25质量%硅的铝合金，可获得所谓促进铝-金刚石系复合体致密化的效果。
进而，通过使上述铝合金含有镁，金刚石粒子及陶瓷粒子与金属部分的结合变得更强固，故而优选。有关铝合金中的铝、硅、镁以外的金属成分，只要是在铝合金的特性不会极端变化的范围即可，无特别限制，例如，也可含有铜等。
本实施方式的铝-金刚石系复合体可通过在复合化时的金刚石粉末的填充量来调整厚度，优选其厚度为0.4～6mm。在该厚度小于0.4mm的情况下，无法获得足以用作散热器等的强度，因而不优选。在该厚度超过6mm的情况下，材料本身变得昂贵且变得无法充分获得本发明所谓的高导热的效果，因而不优选。
(液态模锻步骤)
所得的结构体进一步层叠多片做成块体，将此块体加热至600～750℃左右。然后，在高压容器内配置1个或2个以上的该块体，为防止块体的温度降低，尽快地供给已加热至熔点以上的铝合金的熔液并以20MPa以上的压力加压。
此处，块体的加热温度若为600℃以上，则铝合金的复合化稳定，可获得具有充分的导热系数的铝-金刚石系复合体。另外，若加热温度为750℃以下，则在与铝合金复合化时能抑制金刚石粉末表面生成铝碳化物(Al4C3)，可获得具有充分的导热系数的铝-金刚石系复合体。
另外，关于含浸时的压力，若为20MPa以上，则铝合金的复合化稳定，可获得具有充分的导热系数的铝-金刚石系复合体。更优选含浸压力为50MPa以上。若为50MPa以上，则可获得具有更稳定的导热系数特性的铝-金刚石系复合体。
(退火处理)
按上述操作所得的铝-金刚石系成型体也可进行退火处理。通过进行退火处理，可获得上述铝-金刚石系成型体内的应变被除去、具有更稳定的导热系数特性的铝-金刚石系复合体。
为了不对所得的铝-金刚石系成型体的表面造成影响地仅除去成型体中的应变，优选上述退火处理在温度400℃～550℃的条件下进行10分钟以上。
(加工方法)
接下来，说明本实施方式的铝-金刚石系复合体的加工方法的例子。上述铝-金刚石系复合体是非常硬的难加工性材料。因此，虽然也可以利用通常的金刚石工具等进行加工，但从工具的耐久性、加工成本方面考虑，优选采用水刀切割加工、激光加工或放电加工进行加工。
(被覆层)
本实施方式的半导体元件用散热器件的铝-金刚石系复合体1如图1所示，复合化部3的两面被由含有以铝为主成分的金属(铝合金)的材料形成的被覆层4所被覆。
被覆层4的形成方法是任意的。例如，于液态模锻步骤，在脱模板9间填充金刚石粉末之际，使铝箔或铝合金箔事先介设于脱模板9侧，在此状态下使用铝合金实施液态模锻，由此使铝箔等熔化而于复合体的表面形成铝合金的被覆层。作为其他方法，例如将金刚石粉末10预先制成成型体，将其填充于脱模板9时，制成在脱模板9和金刚石粉末10的成型体之间存在适当的间隙的构成，通过液态模锻使熔液浸入空隙而能形成包含熔液成分的被覆层4。另外，也可以合并使用这些方法。
此处，上述被覆层4主要由含有以铝为主成分的金属的材料形成，但也可含有以铝为主成分的金属以外的物质。即，可含有上述金刚石粒子、其他杂质等。
但是，优选金刚石粒子不存在于距离被覆层4的表面0.01mm的部分内。通过此种构成，能采用通常的金属加工所采用的加工方法，可不造成研磨损伤地使被覆层4平滑化。
另外，上述被覆层4优选含有80体积%以上的以铝为主成分的金属。若以铝为主成分的金属的含量为80体积%以上，则能采用通常的金属加工所采用的加工方法，进行被覆层4的研磨。进而，优选以铝为主成分的金属的含量为90体积%以上。若以铝为主成分的金属的含量为90体积%以上，则在进行表面的研磨时，不会因内部的杂质等脱离而造成研磨损伤。
另外，以平均厚度计，上述被覆层4的厚度优选为0.03mm以上0.2mm以下。若上述被覆层4的平均厚度为0.03mm以上，则在之后的处理中，不致造成金刚石粒子露出，容易获得目标面精度及镀敷性。另外，若被覆层4的平均厚度为0.2mm以下，则能获得复合化部3在所得的铝-金刚石系复合体1中占有充分的厚度，能确保充分的导热系数。
另外，两面的被覆层4的平均厚度的总和优选为铝-金刚石系复合体1的厚度的20%以下，更优选为10%以下。若两面的表面的被覆层3的平均厚度的总和为铝-金刚石系复合体1的厚度的20%以下，则不仅是面精度及镀敷性，还可获得充分的导热系数。
(被覆层的加工)
由于本实施方式的铝-金刚石系复合体，具有两面被由含有以铝为主成分的金属的材料形成的被覆层4所被覆的结构，因而通过加工(研磨)此被覆层4，可调整表面精度(表面粗糙度：Ra)。此被覆层3的加工能采用通常的金属加工所采用的加工方法，例如使用抛光机等进行研磨，能使表面粗糙度(Ra)在1μm以下。
进而，也可通过加工此被覆层4，调整表面层的平均厚度。本实施方式的铝-金刚石系复合体，在作为散热器等散热器件使用的情况下，当考虑粘合面的热阻时，优选表面粗糙度小的平滑面，其表面粗糙度(Ra)优选为1μm以下，更优选为0.5μm以下。通过使表面粗糙度为1μm以下，可使粘合层的厚度均匀，能获得更高的散热性。
另外，关于上述被覆层4的平面度，换算成50mm×50mm尺寸，优选为30μm以下，更优选为10μm以下。通过使该平面度为30μm以下，可使粘合层的厚度均匀，能获得更高的散热性。
[表面金属层]
本实施方式的半导体元件用散热器件在作为半导体元件的散热器使用的情况下，多利用钎焊和半导体元件粘合进行使用。因此，如图1所示，于其粘合表面设有表面金属层2。作为表面金属层2的形成方法，能采用镀敷法、蒸镀法、溅镀法等方法。从处理费用方面考虑，优选镀敷处理，以下，就镀敷处理进行说明。
镀敷处理的方法没有特别限定，可为非电解镀敷处理、电镀处理法中的任一种。在对铝进行镀敷处理的情况下，优选作为基底镀敷处理，实施与铝的粘附性优异的Ni合金镀敷。此时的Ni合金镀敷一般为含有Ni和磷(P)5～15重量%的合金镀敷，可利用非电解镀敷处理进行。所得的Ni合金镀敷为非晶态，膜厚为0.1～2μm。Ni合金镀敷的膜厚小于0.1μm时，镀敷膜产生气孔(未镀敷部分)而不优选。如果超过2μm，则在像本发明的那种用途中，有如下问题，即，伴随着粘合温度的上升、实际使用时的温度负荷的增加，非晶态的Ni合金镀敷结晶化，因当时的体积变化而产生微小裂纹，并且因之后的温度负荷而裂纹伸展，因而不优选。
进而，在对铝实施Ni合金镀敷之际，需要锌置换等前处理，优选实施镀敷粘附性优异的锌置换。关于Ni合金镀敷的粘附性，优选剥离强度为5kgf/cm以上，更优选为8kgf/cm以上。剥离强度小于5kgf/cm时，在作为半导体元件的散热器件使用的情况下，有时发生因实际使用时的温度负荷而镀敷层剥离的问题，因而不优选。
其次，于Ni合金镀敷的表面实施膜厚1～5μm的结晶态的Ni镀敷。镀敷法优选为电镀处理法，但只要可获得结晶态的Ni镀敷膜，就也能适用非电解镀敷处理法。Ni镀敷的膜厚小于1μm时，因会产生镀敷膜的气孔(未镀敷部分)而不优选。如果超过5μm，则在镀敷膜中产生的残留应力增加，在如本发明的用途中，会有因实际使用时的温度负荷而产生镀敷膜的剥离、裂纹的问题而不优选。
进而，在作为如本发明那样的大功率的半导体元件的散热器件使用的用途中，会有伴随着粘合温度的上升、实际使用时的温度负荷的增加，非晶态的Ni合金镀敷结晶化，因当时的体积变化而产生微小裂纹，并且因之后的温度负荷而裂纹伸展的问题。另外，因为在Ni合金镀敷层残留压缩应力，而在Ni镀敷层残留拉伸应力，故通过调整Ni合金镀敷厚度和Ni镀敷厚度能提升可靠性。具体而言，Ni合金层和Ni层的比率(Ni合金层厚/Ni层厚)优选为0.3以下，更优选为0.2以下。Ni合金层和Ni层的比率如果超过0.3，则对本用途而言，伴随着粘合温度的上升、实际使用时的温度负荷的增加，会有在表面金属层产生裂纹的问题而不优选。
另外，本发明中，因为要进行在高温下的钎料粘合，故以电镀处理法或非电解镀敷处理法对最外表面实施膜厚0.05～4μm的Au镀敷。镀敷膜厚小于0.05μm时，粘合会变得不充分因而不优选。关于上限，无特性上的限制，但Au镀敷非常昂贵，优选为4μm以下。
另外，本实施方式的铝-金刚石系复合体优选在铝-金刚石系复合体的温度为25℃时的导热系数为400W/mK以上、从25℃到150℃的热膨胀系数为5～10×10-6/K。
若在25℃时的导热系数为400W/mK以上且从25℃到150℃的热膨胀系数为5～10×10-6/K，则成为具有高导热系数和与半导体元件同等级的低膨胀率。因此，在作为散热器等散热器件使用的情况下，散热特性优异，且即便经受温度变化，半导体元件与散热器件的热膨胀系数的差也小，故可抑制半导体元件的破坏。结果，适合作为高可靠性的散热器件来使用。
[半导体元件用散热器件]
使用本发明的铝-金刚石系复合体的半导体元件用散热器件，具有高导热系数和与半导体元件同等级的低热膨胀系数，适合作为GaN、GaAs、SiC等要求大功率的半导体激光元件或高频元件的散热器件。特别适合作为属于高频元件的GaN-HEMT元件、GaAs-HEMT元件的散热器件。
＜实施方式2＞
本发明实施方式2的半导体元件用散热器件如图3所示，由铝-金刚石系复合体12和表面金属层13构成。铝-金刚石系复合体12包含：由含有金刚石粒子和以铝为主成分的金属的铝-金刚石系复合材料形成的平板状的复合化部14；及设于复合化部14的两面的二层被覆层15、16。铝-金刚石系复合材料的金刚石粒子的含量为该铝-金刚石系复合材料整体的40体积%～70体积%。被覆层15、16中，复合化部14侧的被覆层15由铝-陶瓷系复合体形成，另一侧的被覆层16由以铝为主成分的金属层形成。表面金属层13包含非晶态的Ni合金层17、Ni层18及Au层19。
此种构成的半导体元件用散热器件也发挥如下效果：具有高导热且接近半导体元件的热膨胀系数，而且在高负荷下的实际使用中，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
如此，实施方式2的半导体元件用散热器件在铝-金刚石系复合体12的被覆层由复合化部14侧的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15与另一侧的由以铝为主成分的金属层形成的被覆层16构成这点上区别于实施方式1中的构成。以下，以其不同的构成的部分为中心，连同其制造方法一起作详细说明，未作说明的部分与实施方式1相同。
[铝-金刚石系复合体]
在本实施方式中，首先制造由包含铝-金刚石系复合材料形成的平板状的复合化部14、及被覆于复合化部14的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15的部分。即，如图4所示，配置由可含浸铝合金的多孔体形成的型材20、陶瓷多孔体21、涂布有脱模剂的致密的脱模板22及金刚石粉末23，做成液态模锻用结构体，在通过液态模锻将铝合金复合化后，对存在于复合化后的铝-金刚石系复合体的外面部的铝-陶瓷系复合体进行磨削加工，制作出复合化部14的两面由厚度为0.05～0.2mm的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15被覆的结构体。其次，将此结构体利用水刀切割加工机或激光加工机进行加工后，在其表面形成厚度为0.05～2.0μm的被覆层16。
(陶瓷多孔体)
陶瓷多孔体21是可藉由液态模锻法含浸铝合金的多孔性、含有碳化硅、氮化硅、氮化铝中的至少1种以上的多孔体，从所得的铝-陶瓷系复合体的导热系数这点考虑更优选碳化硅。就陶瓷多孔体的气孔率而言，藉由液态模锻法可含浸铝合金的气孔是必需的，气孔率为20～60体积%。另一方面，铝-陶瓷系复合体中的陶瓷含量优选尽可能将铝-金刚石系复合体与铝-陶瓷系复合体的热膨胀系数差调整成较小。在铝-金刚石系复合体与铝-陶瓷系复合体的热膨胀系数差大的情况下，在之后的加工步骤会发生翘曲等而不优选。
(加工方法)
如上所述，复合化后，对存在于铝-金刚石系复合体的外面部的铝-陶瓷系复合体进行磨削加工，制作出复合化部14的两面由厚度为0.05～0.2mm的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15被覆的结构体，该磨削加工使用金刚石工具，金刚石磨粒等。进而，在进行孔部的加工等加工铝-金刚石系复合体本身的情况下，例如利用水刀切割加工机、激光加工机、放电加工机。
(被覆层)
在本实施方式的铝-金刚石系复合体中，复合化部14的两面由厚度为0.05～0.2mm的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15被覆，此被覆层15如上所述，藉由液态模锻与复合化部14一起形成，作为其他方法，也可在事先仅制作了铝-陶瓷系复合体后，于制作铝-金刚石系复合体的步骤中与复合化部14粘合，制作图3的铝-金刚石系复合体12。
另外，上述由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15的厚度优选为0.05mm以上0.2mm以下。若被覆层15的厚度为0.05mm以上，则容易获得目标面精度(表面粗糙度)。另外，若被覆层15的平均厚度为0.2mm以下，则虽然也取决于所得的铝-金刚石系复合体12的厚度，但能获得复合化部14于复合体12占有充分的厚度，能确保充分的导热系数。
本实施方式的铝-金刚石系复合体12具有两面被由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15被覆的结构，因而通过加工(研磨)此被覆层15，可调整表面精度(表面粗糙度：Ra)、平面度。此加工能采用使用金刚石磨粒、砂轮的加工方法，例如利用磨床等进行磨削加工后，使用抛光研磨机等进行研磨，能使表面粗糙度(Ra)在1μm以下。进而，也可通过加工此被覆层15，调整表面层的平均厚度。
进而，本实施方式2中，为改善镀敷粘附性，在清洗表面形成有被覆层15的铝-金刚石系复合体12的表面后，于表面进一步形成厚度为0.05～2.0μm的由以铝为主成分的金属形成的被覆层16。该被覆层16的厚度小于0.05μm时，产生被覆层未到达部分或因镀敷的前处理等使被覆层反应，因产生小孔而产生未镀敷部分，耐化学性降低，因而不优选。另一方面，由于被覆层厚度超过2.0μm时，被覆层16和复合体的线热膨胀系数不同，所以会因为两种材料的热膨胀差而产生应力、造成剥离，因而不优选。关于被覆层16的厚度，更优选为0.3～0.6μm。
被覆层16藉由蒸镀法或溅镀法形成为厚度0.05～2.0μm。作为构成被覆层16的铝合金，是纯铝或含有70质量%以上铝的铝合金。铝的含量小于70质量%时，无法基于锌酸盐处理进行充分粘附的镀Ni，因而不优选。关于铝合金中的铝、硅以外的金属成分，只要是不会有极端地特性变化的范围即可，无特别限制，例如可含有镁、铜等。
另外，在本发明中，为提升铝-金刚石系复合体12表面的由铝-陶瓷系复合体形成的被覆层15与铝合金等被覆层16的粘附性，优选于氮、氩、氢、氦或真空环境中在温度460～650℃下进行1分钟以上的加热处理。当在氧化性环境下进行处理时，在表面形成氧化膜，产生之后的镀敷不良，因而不优选。温度优选为480～570℃。温度为460℃以下时，被覆层15和被覆层16的粘附恶化，在650℃以上时，金属的被覆层16熔化，造成表面粗糙度恶化，因而不优选。
＜实施方式3＞
其次，针对实施方式3的半导体元件用散热器件进行说明。如图5所示，实施方式3的散热器件由铝-金刚石系复合体24和表面金属层25构成。铝-金刚石系复合体24包含：由铝-金刚石系复合材料形成的平板状的复合化部26及设于复合化部26的两面的被覆层27。被覆层27包含铝-陶瓷纤维复合材料，表面金属层25包含非晶态的Ni合金层28、Ni层29及Au层30。
本实施方式3的散热器件如图6所示，于液态模锻步骤，在涂布有脱模剂的致密的脱模板33与填充于脱模板33间的金刚石粉末34之间配设陶瓷纤维32后，利用液态模锻将铝合金复合化，藉此可获得于复合化部26的两面形成有由铝-陶瓷纤维复合体形成的被覆层27的铝-金刚石系复合体24。
[由铝-陶瓷纤维复合体形成的被覆层]
上述由铝-陶瓷纤维复合体形成的被覆层27，从镀敷性及面精度的关系考虑，优选铝合金以外的含量小于20体积%。若铝合金以外的含量小于20体积%，则可获得所谓可以容易加工被覆层27的效果。
另外，作为陶瓷纤维，没有特别限定，但从耐热性方面考虑，可优选使用氧化铝纤维、二氧化硅纤维、富铝红柱石纤维、石墨纤维等陶瓷纤维。此外，陶瓷纤维的含量(Vf)，从上述铝-陶瓷纤维复合体的特性方面考虑，优选为10体积%以下，在层叠并压缩之际优选Vf小于20体积%。
另外，上述陶瓷纤维的厚度优选为0.5mm以下。若为0.5mm以下，则能使上述表面层的厚度适当，可获得具有充分的导热系数的铝-金刚石系复合体。
此外，关于实施方式3，除了被覆层以由铝-陶瓷纤维复合体形成的层取代金属层以外，其余条件同实施方式1。
＜作用效果＞
以下，针对上述实施方式的半导体元件用散热器件的作用效果进行说明。
上述实施方式的半导体元件用散热器件，于由铝-金刚石系复合材料形成的板状的复合化部(3；14；26)的两面被覆形成被覆层(4；15，16；27)，形成铝-金刚石系复合体(1；12；24)，且于该铝-金刚石系复合体(1；12；24)的两主面，设置从主面侧依序形成非晶态的Ni合金层(5；17；28)、Ni层(6；18；29)及Au层(7；19；30)而成的表面金属层(2；13；25)，此处，被覆层由以铝为主成分的金属层(被覆层4；实施方式1)，铝-陶瓷系复合体层(被覆层15)和金属层(被覆层16)(实施方式2)，或铝-陶瓷纤维复合体层(被覆层27；实施方式3)形成。
包含上述构成的半导体元件用散热器件的铝-金刚石系复合体具有高导热且接近半导体元件的热膨胀系数，而且，藉由表面金属层使表面的镀敷性提升，因表面的表面粗糙度、平面度小，所以适合作为半导体元件的散热用散热器等散热器件使用。
进而，上述被覆层4的厚度为0.03～0.2mm、上述被覆层15的厚度为0.05～0.2mm、上述被覆层27的厚度为0.05～0.2mm时，变得容易获得目标面精度，另外能确保充分的导热系数。
另外，当上述被覆层(4；16；27)的表面粗糙度(Ra)为1μm以下时，可使粘合层的厚度均匀，能获得更高的散热性。
另外，上述平板状的铝-金刚石系复合体(1；12；24)的厚度为0.4～6mm时，可获得具有足以作为散热器等散热器件使用的强度及散热特性的效果。
另外，也可以是上述铝-金刚石系复合体在温度25℃时的导热系数为400W/mK以上、上述铝-金刚石系复合体在温度25℃至150℃的热膨胀系数为5～10×10-6/K。如此一来，作为散热器等散热器件使用的情况下，散热特性优异，另外即便是经受温度变化，由于半导体元件与散热器件的热膨胀系数的差小，所以能获得可抑制半导体元件的破坏的效果。
另外，由于做成在上述铝-金刚石系复合体(1；12；24)的至少两主面，设置从主面侧依序形成非晶态的Ni合金层(5；17；28)、Ni层(6；18；29)及Au层(7；19；30)而成的表面金属层(2；13；25)，且Ni合金层和Ni层的比率(Ni合金层厚/Ni层厚)为0.3以下，故可利用钎料等进行粘合。如此一来，在作为和大功率的半导体元件粘合使用的散热器件等来使用时，除具有高散热特性外，即便是在高负荷下的实际使用中，也可确保能抑制在表面金属层部分产生裂纹等的高可靠性。
另外，上述铝-金刚石系复合体(1；12；24)若藉由液态模锻法制造，则可获得导热系数等特性优异的致密的复合体。
包含上述构成的半导体元件用散热器件，在作为和大功率的半导体元件粘合使用的散热器件等来使用时，除具有高散热特性外，即便是在高负荷下的实际使用中，也可确保能抑制在表面金属层部分产生裂纹等的高可靠性，适合作为GaN、GaAs、SiC等半导体激光或高频元件用的散热器件。
以上列举实施方式就本发明的半导体元件用散热器件及其制造方法进行了说明，以下将通过实施例更详细地说明，但本发明不受这些实施方式、实施例所限。
[实施例]
[实施例1～4]
将市售的高纯度的金刚石粉末A(平均粒径：180μm)、高纯度的金刚石粉末B(平均粒径：20μm)、高纯度的金刚石粉末C(平均粒径：2μm)及铝粉末(平均粒径：30μm)以表1所示的配比进行混合。
表1
Figure BDA0000462720480000171
注1：Vf(金刚石粒子的含量)按(金刚石粉末的体积)/(填充体积：40×40×2mm＝3.2cm3)算出。
接着，于40×40×2mmt的不锈钢板(SUS430材)涂布氧化铝溶胶，于350℃下进行30分钟烧结处理后，将石墨系脱模剂涂布于表面而制作出脱模板(图2的脱模板9)。接着，在外形为60×60×8mmt且中央部具有40×40×8mmt的孔、气孔率为20%的各向同性石墨夹具(图2的型材8)中，将表1的各金刚石粉末以上下配设30μm厚的纯铝箔并由脱模板9包夹两面的方式进行填充而制作成结构体。
将上述结构体隔着60×60×1mmt的涂布有石墨系脱模剂的不锈钢板(图2的金属板11)层叠多个，于两侧配置厚度12mm的铁板，再以6根M10的螺栓连结并以面方向的安装扭矩达到10Nm的方式利用扭力扳手进行紧固而形成一个块体。
接下来，将所得的块体用电炉预热至温度650℃后，放进已事先加热的内径300mm的冲压模内，注入含有12质量%硅、1质量%镁的温度800℃的铝合金熔液，以100MPa的压力加压20分钟，使金刚石粉末含浸铝合金。接着，冷却到室温后，利用湿式带锯沿着脱模板的形状进行切断，将夹着的不锈钢板取下。之后，为除去含浸时的应变而在530℃的温度下进行3小时退火处理，获得铝-金刚石系复合体。
所得的铝-金刚石系复合体的两面利用＃600的砂纸研磨后，进行抛光。
接着，利用水刀切割加工机(速技能机械有限公司（SUGINO MachineLimited）制Abrasive Jet Cutter NC)，以压力250MPa、加工速度50mm/min的条件，使用粒度100μm的石榴石作为研磨粒，加工成25×25×2mmt的形状而作成铝-金刚石系复合体。
所得的铝-金刚石系复合体的剖面利用工厂显微镜观察以测定两面的被覆层(图1的被覆层4)的平均厚度。另外，利用表面粗糙度计测定表面粗糙度(Ra)及利用三维轮廓形状测定进行平面度测定。其结果示于表2。
另外，利用水刀切割加工制作热膨胀系数测定用试验体(3×2×10mm)、导热系数测定用试验体(25×25×2mmt)。使用各试验片，以热膨胀计(精工电子工业株式会社制；TMA300)测定在温度25℃～150℃的热膨胀系数，及以激光闪光法(理学电机株式会社制；LF/TCM－8510B)测定在25℃时的导热系数。其结果示于表2。
另外，实施例1的铝-金刚石系复合体的密度经阿基米德法测定的结果为3.21g/cm3。进而，就实施例1，制作弯曲强度试验体(3×2×40mm)，以弯曲强度试验机测定三点弯曲强度的结果为320MPa。
表2
Figure BDA0000462720480000191
另外，将上述铝-金刚石系复合体超声波清洗后，采用Zn催化剂进行前处理，再进行非电解镀Ni-P、电镀Ni、电镀Au，于实施例1～4的铝-金刚石系复合体的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的镀敷层(图1的金属表面层2)。针对所得的镀敷品，依据JIS Z3197进行焊锡润湿延展性测定的结果，所有镀敷品的焊锡润湿延展性为80%以上。另外，测定所得的镀敷品的剥离强度的结果，所有镀敷品为10kgf/cm以上。进而，所得的镀敷品在大气环境下以温度400℃进行10分钟的加热处理后，进行在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次后，结果，观察到所有的镀敷品均无镀敷膜剥离、产生裂纹等异常。
如表2所示，实施例1～4的铝-金刚石系复合体的表面粗糙度为0.19～0.25μm，非常平滑，且具有高导热系数及接近半导体元件的热膨胀系数。
[实施例5]
将金刚石粉末A(平均粒径：190μm)35g、金刚石粉末B(平均粒径：20μm)15g、二氧化硅粉末(平均粒径：5μm)16g、及硅粉末(平均粒径：10μm)16g混合后，填充于碳化硅制的坩锅，在氩气环境下，以温度1450℃进行3小时加热处理，制作在金刚石粉末表面形成有β型碳化硅层的金刚石粉末。
除作为金刚石粉末使用在表面形成有β型碳化硅层的金刚石粉末以外，与实施例1同样地制作铝-金刚石系复合体。
对所得的铝-金刚石系复合体进行和实施例1同样的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形状而做成铝-金刚石系复合体，用工厂显微镜观察该铝-金刚石系复合体的剖面，测定两面的被覆层(图1的被覆层4)的平均厚度的结果，被覆层的平均厚度为0.05mm。另外，用表面粗糙度计测定的表面粗糙度(Ra)为0.21μm，由三维形状测定机测定的平面度为7μm。
进而，对实施例5的铝-金刚石系成型体实施和实施例1同样的特性评价，其密度为3.20g/cm3，温度25℃～150℃时的热膨胀系数为7.2×10-6/K，在温度25℃时的导热系数为650W/mK，三点弯曲强度为340MPa。
另外，和实施例1同样地，于铝-金刚石系复合体的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的镀敷层(图1的金属表面层2)。针对所得的镀敷品测定剥离强度的结果为12kgf/cm。进而，对所得的镀敷品在大气环境下于温度400℃进行10分钟的加热处理后，进行在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次，结果观察到并无镀敷膜剥离、产生裂纹等异常。
在实施例5中，使用在表面形成有β型碳化硅层的金刚石粉末。因而具有650W/mK这样的高导热系数及接近于半导体元件的热膨胀系数。
[实施例6～9]
变更实施例1的金刚石粉末的填充量，将实施例6的板厚设为0.4mm、将实施例7的板厚设为6.0mm，在层叠时，实施例8是在金刚石粉末的上下配置15μm厚、而实施例9是配置200μm厚的纯铝箔而形成结构体，除此以外，与实施例1同样地制作铝-金刚石系复合体。
对所得的铝-金刚石系复合体进行和实施例1同样的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形状而做成铝-金刚石系复合体，用工厂显微镜观察该铝-金刚石系复合体的剖面，两面的被覆层(图1的被覆层4)的平均厚度、由表面粗糙度计测定的表面粗糙度(Ra)、及由三维形状测定机测定的平面度的结果示于表3。
另外，对所得的铝-金刚石系复合体实施和实施例1同样的特性评价，其结果示于表3。
表3
Figure BDA0000462720480000201
Figure BDA0000462720480000211
进而，和实施例1同样地，于铝-金刚石系复合体的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的镀敷层(图1的表面金属层2)。针对所得的镀敷品，进行剥离强度的测定、在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次后，进行镀敷膜的观察。其结果示于表4。
表4
种别 剥离强度(kgf/cm) 热循环试验后的表面状态
实施例6 12 无剥离、裂纹
实施例7 13 无剥离、裂纹
实施例8 11 无剥离、裂纹
实施例9 13 无剥离、裂纹
[实施例10～15，比较例1～3]
在对实施例1制作的镀敷前的铝-金刚石系复合体进行超声波清洗后，以表5所示的条件于铝-金刚石系复合体表面形成镀敷层(图1的表面金属层2)。对所得的镀敷品进行剥离强度的测定、在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次后，进行镀敷膜的观察。其结果示于表6。
表5
Figure BDA0000462720480000212
表6
种别 剥离强度(kgf/cm) 热循环试验后的表面状态
实施例10 12 无剥离、裂纹
实施例11 13 无剥离、裂纹
实施例12 12 无剥离、裂纹
实施例13 12 无剥离、裂纹
实施例14 10 无剥离、裂纹
实施例15 11 无剥离、裂纹
比较例1 12 产生裂纹
比较例2 12 产生裂纹
比较例3 3 产生剥离、裂纹
在实施例10～15中，通过在复合体表面形成适当的表面金属层，确保充分的镀敷粘附性，且在假设于高负荷下实际使用的热循环试验后，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
[实施例16～19，比较例4]
以市售的高纯度的金刚石粉末A(平均粒径：180μm)70重量%、高纯度的金刚石粉末B(平均粒径：20μm)30重量%的配比进行混合。
接下来，于外形为60×60×8mmt、中央部具有40×40×8mmt的孔的气孔率为20%的各向同性石墨夹具(图4的型材20)中，将金刚石粉末以两面被40×40×3.1mmt的气孔率为35%的碳化硅质多孔体(图4的陶瓷多孔体21)包夹的方式进行填充，制作成结构体。
将上述结构体隔着60×60×1mmt的涂布有石墨系脱模剂的脱模板(图4的脱模板22)多个层叠，于两侧配置厚度为12mm的铁板，再以6根M10的螺栓连结且以面方向的安装扭矩达到10Nm的方式利用扭力扳手进行紧固而形成一个块体。
接下来，将所得的块体用电炉预热至温度650℃后，放进已事先加热的内径300mm的冲压模内，注入含有12质量%硅、1质量%镁的温度800℃的铝合金熔液，以100MPa的压力加压20分钟使金刚石粉末含浸铝合金。接着，冷却到室温后，利用湿式带锯沿着脱模板的形状进行切断，将夹着的脱模板取下。之后，为除去含浸时的应变而在530℃的温度下进行3小时退火处理，获得铝-金刚石系复合体。
所得的铝-金刚石系复合体的两面以平面磨床且使用＃230的金刚石砂轮磨削加工至表5的板厚后，进行抛光。应予说明，实施例19仅以＃230的金刚石砂轮磨削加工两面，未进行抛光。
接着，利用激光加工机以加工速度50mm/min的条件，加工成25×25mm的形状而做成铝-金刚石系复合体。
用工厂显微镜观察所得的铝-金刚石系复合体的剖面并测定两面的被覆层(图3的包含铝-陶瓷系复合体的被覆层15)的平均厚度。另外，利用表面粗糙度计测定表面粗糙度(Ra)及利用三维轮廓形状测定进行平面度测定。其结果示于表7。
另外，利用激光加工制作热膨胀系数测定用试验体(3×2×10mm)、导热系数测定用试验体(25×25×2mmt)。使用各试验片，以热膨胀计(精工电子工业株式会社制；TMA300)测定密度(阿基米德法)、在温度25℃～150℃的热膨胀系数，以激光闪光法(理学电机株式会社制；LF/TCM-8510B)测定在25℃时的导热系数。其结果示于表7。
表7
进而，将上述铝-金刚石系复合体超声波清洗后，藉由蒸镀法在复合体的表面形成0.5μm厚的铝层(图3的被覆层16)，于氮气环境下，以温度500℃进行30分钟加热处理。比较例4没有形成上述的铝层。接下来，与实施例1同样地于表面形成有铝层的铝-金刚石系复合体上形成镀敷层(图3的表面金属层14)。对所得的镀敷品进行剥离强度的测定、在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次后，进行镀敷膜的观察。其结果示于表8。
表8
种别 剥离强度(kgf/cm) 热循环试验后的表面状态
实施例16 12 无剥离、裂纹
实施例17 11 无剥离、裂纹
实施例18 12 无剥离、裂纹
实施例19 13 无剥离、裂纹
比较例4 1(注2) 产生剥离、裂纹
注2：镀敷有小孔(未镀敷部分)。
实施例16～19的铝-金刚石系复合体具有高导热系数及接近半导体元件的热膨胀系数，通过于复合体表面形成适当的表面金属层，确保充分的镀敷粘附性，且在假设于高负荷下实际使用的热循环试验后，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
[实施例20～25]
使用与实施例1相同的金刚石粉末，在层叠时于金刚石粉末的上下代替纯铝箔配设表9所示的陶瓷纤维(图6的陶瓷纤维32)而做成结构体。
表9
Figure BDA0000462720480000241
将上述结构体隔着60×60×1mmt的涂布有石墨系脱模剂的脱模板(图6的脱模板33)多个层叠，于两侧配置厚度为12mm的铁板，再以6根M10的螺栓连结且以面方向的安装扭矩达到10Nm的方式利用扭力扳手进行紧固而形成一个块体。
接下来，将所得的块体用电炉预热至温度700℃后，放进已事先加热的内径300mm的冲压模内，注入含有1质量%镁的温度850℃的铝合金熔液，再以100MPa的压力加压20分钟使金刚石粉末含浸铝合金。接着，冷却到室温后，利用湿式带锯沿着脱模板的形状进行切断，将夹着的脱模板取下。之后，为除去含浸时的应变而在530℃的温度下进行3小时退火处理，获得铝-金刚石系复合体。
对所得的铝-金刚石系复合体进行和实施例1同样的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形状而做成铝-金刚石系复合体，利用工厂显微镜观察该铝-金刚石系复合体的剖面，两面的被覆层(图5的由铝-陶瓷纤维复合体层形成的被覆层27)的平均厚度、由表面粗糙度计测定的表面粗糙度(Ra)、及由三维形状测定机测定的平面度的结果示于表10。
另外，对所得的铝-金刚石系复合体实施和实施例1同样的特性评价，其结果示于表10。
表10
进而，和实施例1同样地，于铝-金刚石系复合体的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的镀敷层(图5的表面金属层25)。对所得的镀敷品进行剥离强度的测定、在大气环境下于温度-55℃保持30分钟和于温度175℃保持30分钟的热循环试验1000次后，进行镀敷膜的观察。其结果示于表11。
表11
种别 剥离强度(kgf/cm) 热循环试验后的表面状态
实施例20 11 无剥离、裂纹
实施例21 10 无剥离、裂纹
实施例22 11 无剥离、裂纹
实施例23 10 无剥离、裂纹
实施例24 11 无剥离、裂纹
实施例25 10 产生剥离、裂纹
实施例20～25的铝-金刚石系复合体具有高导热系数及接近半导体元件的热膨胀系数，通过于复合体表面形成适当的表面金属层，确保充分的镀敷粘附性，且在假设于高负荷下实际使用的热循环试验后，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。
符号说明
1 铝-金刚石系复合体
2 表面金属层
3 复合化部
4 被覆层
5 Ni合金层
6 Ni层
7 Au层
8 由多孔体构成的型材
9 涂布有脱模剂的脱模板
10 金刚石粉末
11 金属板
12 铝-金刚石系复合体
13 表面金属层
14 复合化部
15 被覆层(铝-陶瓷系复合体)
16 被覆层(金属层)
17 Ni合金层
18 Ni层
19 Au层
20 由多孔体构成的型材
21 陶瓷多孔体
22 涂布有脱模剂的脱模板
23 金刚石粉末
24 铝-金刚石系复合体
25 表面金属层
26 复合化部
27 被覆层(铝-陶瓷纤维复合体层)
28 Ni合金层
29 Ni层
30 Au层
31 由多孔体构成的型材
32 陶瓷纤维
33 涂布有脱模剂的脱模板
34 金刚石粉末
35 金属板

Claims (9)

1.一种半导体元件用散热器件，其特征为，于板状体的两面被覆被覆层而形成铝-金刚石系复合体，所述板状体包含含有40体积%～70体积%的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm，所述被覆层由以铝为主成分的金属或铝-陶瓷系复合材料形成，
于所述铝-金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率、即Ni合金层厚/Ni层厚为0.3以下。
2.如权利要求1所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，该被覆层为含有80体积%以上的金属的膜厚0.03～0.2mm的金属层，所述金属以铝为主成分。
3.如权利要求1所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，该被覆层从板状体侧依序含有膜厚0.05～0.2mm的铝-陶瓷系复合体层、与膜厚0.1～2μm的以铝为主成分的金属层。
4.如权利要求1所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，该被覆层为膜厚0.05～0.2mm的含有80体积%以上的金属的铝-陶瓷纤维复合体层，所述金属以铝为主成分。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，藉由镀敷处理形成Ni合金层、Ni层、Au层，且藉由将锌置换设为前处理的非电解镀敷处理形成基底的Ni合金层，镀敷膜的剥离强度为5kg/cm以上。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，半导体元件是包含GaN、GaAs或SiC的半导体激光元件或高频元件。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，铝-金刚石系复合体藉由液态模锻法制造。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，铝-金刚石系复合体在25℃时的导热系数为400W/mK以上，从25℃到150℃的线热膨胀系数为5×10-6～10×10-6/K。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，铝-金刚石系复合体为金刚石粒子藉由化学键合于金刚石粒子表面的β型碳化硅层的存在而特性化的铝-金刚石系复合体。
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