JP2000068298A - Manufacture of semiconductor element and power converter incorporating semiconductor element manufactured thereby - Google Patents

Manufacture of semiconductor element and power converter incorporating semiconductor element manufactured thereby

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JP2000068298A
JP2000068298A JP10235053A JP23505398A JP2000068298A JP 2000068298 A JP2000068298 A JP 2000068298A JP 10235053 A JP10235053 A JP 10235053A JP 23505398 A JP23505398 A JP 23505398A JP 2000068298 A JP2000068298 A JP 2000068298A
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貴史 草野
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敦史 山本
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Atsushi Kimoto
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing semiconductor element, by which the contacting efficiencies between heat impingement plates and post electrodes can be improved and a power converter incorporating the semiconductor element manufactured using the method. SOLUTION: An MoCu material is manufactured by applying a load of 0.1-1,000 gr/mm2 to at least one surface of the material and a semiconductor element 1 is manufactured by using the MoCu material for heat impinging plates 3a and 3b. Therefore, the contacting efficiencies between the plate 3a and a cathode contact (post electrode) 4 and between the plate 3b and an anode contact (post electrode) 5 can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MoCu素材等を
用いて半導体素子を製造する半導体素子の製造方法、及
びその製造方法により製造された半導体素子を組込んだ
電力変換装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using a MoCu material or the like, and a power converter incorporating the semiconductor device manufactured by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常の半導体素子は、半導体基板(シリ
コンウエハー)と、この基板と接触する電極と、この電
極と接触するMo製の熱緩衝板と、これらの各構成部材
を互いに加圧接触させる一対の外部電極(ポスト電極)
とから成っている。
2. Description of the Related Art An ordinary semiconductor device comprises a semiconductor substrate (silicon wafer), an electrode in contact with the substrate, a heat buffer plate made of Mo in contact with the electrode, and a pressure contact between these components. A pair of external electrodes (post electrodes)
And consists of

【0003】この様に、一対の外部電極による圧接力に
よって、各構成部材が接触する状態と成っているので、
半導体基板と熱緩衝板との接触界面、熱緩衝板と外部電
極との接触界面において生ずる接触熱抵抗を抑制するこ
とが重要となっている。
[0003] As described above, the respective members are brought into contact with each other by the pressing force of the pair of external electrodes.
It is important to suppress the contact thermal resistance generated at the contact interface between the semiconductor substrate and the heat buffer plate and the contact interface between the heat buffer plate and the external electrode.

【0004】これを、図1を用いて説明すると、一般に
半導体素子には、単位面積当たりの消費電力と発熱量を
押さえる為に、熱緩衝板3a、3bには、電極、ヒート
シンクとしての機能のみでなく、半導体基板面との特に
均一な接触、均一な電流分布と高い熱放散性とを得る為
に、高い機械的強度も要求される。
This will be described with reference to FIG. 1. Generally, in a semiconductor device, only the functions as electrodes and heat sinks are provided on the heat buffer plates 3a and 3b in order to suppress power consumption and heat generation per unit area. In addition, high mechanical strength is required to obtain particularly uniform contact with the semiconductor substrate surface, uniform current distribution, and high heat dissipation.

【0005】その為に、従来から半導体素子1の組み立
てにおいては、素子の冷却能力を維持し、温度上昇によ
る素子破壊の原因を除く技術として、冷却フィンに熱を
導出したり、熱緩衝板3a、3bが半導体基板2面に所
定の高い圧力を与えながら密着配置し熱の導出の効率を
高めたりしている。この熱緩衝板3a、3bには、一般
に機械的強度の大きい円盤状のMo板、W板などが多用
されている。
For this reason, conventionally, in assembling the semiconductor device 1, as a technique for maintaining the cooling capability of the device and eliminating the cause of device destruction due to temperature rise, heat is led out to the cooling fins or the heat buffer plate 3a. And 3b are placed in close contact with each other while applying a predetermined high pressure to the surface of the semiconductor substrate 2 to increase the efficiency of heat extraction. As the heat buffer plates 3a and 3b, generally, disk-shaped Mo plates, W plates, and the like having high mechanical strength are frequently used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の半導
体素子1には、高耐圧化、大電流化が要求されている。
GTO、I GBT等の半導体素子1の大容量化の為に
は、半導体基板2の大口径化が必須である。特に大電流
化では、例えば素子面積即ち半導体基板2の面積を夫き
くして対応している為、素子面内の竃流の均一性が重要
な課題となっている。電流不均一の場合には、ターンオ
フ時に電流集中による素子破壊へと進展する場合が見ら
れる。
In recent years, the semiconductor element 1 has been required to have a higher breakdown voltage and a larger current.
In order to increase the capacity of the semiconductor element 1 such as GTO, IGBT, etc., it is necessary to increase the diameter of the semiconductor substrate 2. In particular, when the current is increased, for example, the element area, that is, the area of the semiconductor substrate 2 is adjusted, and therefore, the uniformity of the gas flow in the element surface is an important issue. In the case where the current is non-uniform, there is a case where the device breaks down due to current concentration at the time of turn-off.

【0007】ここで、熱緩衝板3a、3bとして、上述
のようにMoを使用した場合には、大きな機械的強度を
有するので、ある程度の大きさの加圧力を半導体基板2
の面に与えることは可能である。
Here, when Mo is used as the thermal buffer plates 3a and 3b as described above, since it has a large mechanical strength, a certain amount of pressing force is applied to the semiconductor substrate 2.
It is possible to give to the surface.

【0008】更に、接触抵抗問題を緩和する為に、この
Mo製熱緩衝板面上にNiなどの金属をメッキすること
も行われている。これらの技術によって、素子面内の電
流の不均一性を緩和させている。
Further, in order to alleviate the problem of contact resistance, a metal such as Ni is plated on the surface of the Mo thermal buffer plate. With these techniques, the non-uniformity of the current in the element surface is reduced.

【0009】しかし、Mo自体の固有抵抗値及び接触抵
抗値は、充分には低くなく、また、硬さも比較的大きい
ことなどに起因して、Mo面と半導体基板面との接触面
全面に亘る接触は、充分には得られていないのが現状で
ある。
However, the specific resistance value and contact resistance value of Mo itself are not sufficiently low, and the hardness is relatively large. At present, contact has not been sufficiently obtained.

【0010】その為、一層の均一な電流分布とより高い
熱放散性とを得ることに対して必ずしも満足でない場合
がある。そこで必然的に半導体素子1には、より大きな
加圧力を与えることによって、接触面積の増大を得よう
としている。
Therefore, it may not always be satisfactory to obtain a more uniform current distribution and higher heat dissipation. Therefore, it is inevitable to increase the contact area by applying a larger pressing force to the semiconductor element 1.

【0011】その結果半導体素子1としての温度上昇の
抑制には、限界が見られていると共に半導体素子1の小
型化に対しても障害となる等の不都合な点が見られてい
る。すなわち、陰極接点(ポスト電極)4とMo製熱緩
衝板3aとの接触部分、Mo製熱緩衝板3bと陽極接点
(ポスト電極)5との接触部分において、その接触状態
(接触抵抗、熱抵抗)の観点からは、十分ではない現象
が見られている。
As a result, there is a limit in suppressing the temperature rise of the semiconductor element 1, and there are inconveniences such as an obstacle to miniaturization of the semiconductor element 1. That is, in the contact portion between the cathode contact (post electrode) 4 and the Mo thermal buffer plate 3a and the contact portion between the Mo thermal buffer plate 3b and the anode contact (post electrode) 5, the contact state (contact resistance, thermal resistance) From the point of view of), some phenomena are not enough.

【0012】そこで、上記接触状態を改良する観点から
Moに代わって、MoとCuとを重ね合わせたCu/M
o、Cu/Mo/Cu複合体、あるいはMoCu合金な
どが使用され、接触抵抗性、熱抵抗性の向上に好適した
熱緩衝板3a、3bが提供されている。
Therefore, from the viewpoint of improving the above-mentioned contact state, instead of Mo, Cu / M is obtained by superposing Mo and Cu.
o, a Cu / Mo / Cu composite or a MoCu alloy is used, and thermal buffer plates 3a and 3b suitable for improving contact resistance and thermal resistance are provided.

【0013】しかし、この様なMo/Cu、Cu/Mo
/Cu複合体、MoCu合金でも、接触抵抗性、熱抵抗
性の向上の為にMoとCuとは充分な接触状態を保つこ
とが不可欠である。
However, such Mo / Cu, Cu / Mo
It is essential for Mo / Cu composites and MoCu alloys to keep a sufficient contact state between Mo and Cu in order to improve contact resistance and thermal resistance.

【0014】そこで、その製造過程においては、強固な
密着を得る為に加熱による拡散接触や拡散接合を行うこ
とがある。この様な加熱による接合では、両金属の熱膨
脹差に起因して、前記MoCu素材に「そり」などの変
形が見られる場合がある。その結果接触界面は、ミクロ
的に見ると十分には接触していない部分が発生すること
になり、信頼性、生産性の観点で問題(接触抵抗性、熱
抵抗性)が指摘されている。
Therefore, in the manufacturing process, diffusion contact or diffusion bonding by heating may be performed in order to obtain strong adhesion. In such bonding by heating, the MoCu material may be deformed, such as "warp", due to the difference in thermal expansion between the two metals. As a result, a portion of the contact interface is not sufficiently contacted when viewed microscopically, and problems (contact resistance, heat resistance) are pointed out from the viewpoint of reliability and productivity.

【0015】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、特に熱緩衝板とポスト電極との接触効率を改良し
た半導体素子の製造方法、及びその製造方法により製造
された半導体素子を組込んだ電力変換装置を提供するこ
とを目的とする。なお、ここで言う接触効率は、対向す
る部材間の接触抵抗のみならず、両部材の一方から他方
への熱伝達性をも加味したものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and particularly relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which the contact efficiency between a thermal buffer plate and a post electrode is improved, and a method of assembling a semiconductor device manufactured by the method. It is an object of the present invention to provide an embedded power converter. The contact efficiency mentioned here takes into account not only the contact resistance between the opposing members but also the heat transfer from one of the two members to the other.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を違成するため
に、本発明に係る半導体素子の製造方法では、熱緩衝板
に使用するMo/Cu、Cu/Mo/Cu複合体、Mo
Cu合金等の素材の製造において、前記複合体、合金等
に「そり」などの変形のない好適した素材を製造し、こ
の素材を用いて半導体素子を製造する方法を開発するも
のである。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, in which Mo / Cu, Cu / Mo / Cu composite,
In the production of a material such as a Cu alloy, a method of producing a suitable material having no deformation such as "warp" in the composite, alloy, or the like, and developing a semiconductor element using the material is developed.

【0017】すなわち本発明は、MoCu素材の少なく
とも1つの面に、0.1〜1000gr/mm2 の荷重
を与えながらMoCu素材を製造し、このMoCu素材
を用いて半導体素子を製造することを特徴とする半導体
素子の製造方法である。
That is, the present invention is characterized in that a MoCu material is manufactured while applying a load of 0.1 to 1000 gr / mm 2 to at least one surface of the MoCu material, and a semiconductor element is manufactured using the MoCu material. Is a method of manufacturing a semiconductor device.

【0018】また、本発明は、MoCu素材の少なくと
も1つの面に、0.1〜1000gr/mm2 の荷重を
与えながら、加熱処理時の保持温度から200℃までの
間の冷却過程における平均冷却速度を0.16〜10℃
/分としてMoCu素材を製造し、このMoCu素材を
用いて半導体素子を製造することを特徴とする半導体素
子の製造方法である。
Further, the present invention provides an average cooling in a cooling process from a holding temperature during heat treatment to 200 ° C. while applying a load of 0.1 to 1000 gr / mm 2 to at least one surface of the MoCu material. Speed 0.16 ~ 10 ℃
/ Minute, a MoCu material is manufactured, and a semiconductor device is manufactured using the MoCu material.

【0019】また、本発明は、MoCu素材の加熱処理
時の保持温度から200℃までの間の冷却過程における
冷却速度を、0.16〜10℃/分としてMoCu素材
を製造し、このMoCu素材を用いて半導体素子を製造
することを特徴とする半導体素子の製造方法である。
Further, the present invention manufactures a MoCu material by setting a cooling rate in a cooling process from a holding temperature during the heat treatment of the MoCu material to 200 ° C. in a cooling process of 0.16 to 10 ° C./min. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a semiconductor device using the method.

【0020】また、本発明は、加熱処理することにより
MoCu素材を一旦製造した後、200〜1000℃の
温度で少なくとも5分間保持し、MoCu素材の少なく
とも1つの面に、0.1〜1000gr/mm2 の荷重
を与えながら冷却する再加熱処理を行うことによりMo
Cu素材を製造し、このMoCu素材を用いて半導体素
子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法で
ある。
Further, according to the present invention, after the MoCu material is once manufactured by heat treatment, the MoCu material is kept at a temperature of 200 to 1000 ° C. for at least 5 minutes, and is applied to at least one surface of the MoCu material at 0.1 to 1000 gr / Mo by performing a reheating treatment of cooling while applying a load of mm 2
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a Cu material and manufacturing a semiconductor device using the MoCu material.

【0021】また、本発明は、加熱処理することにより
MoCu素材を一旦製造した後、200〜1000℃の
温度で少なくとも5分間保持し、MoCu素材の少なく
とも1つの面に、0.1〜1000gr/mm2 の荷重
を与えながら、保持温度から150℃までの間の平均冷
却速度を0.16〜10℃/分として冷却する再加熱処
理を行うことによりMoCu素材を製造し、このMoC
u素材を用いて半導体素子を製造することを特徴とする
半導体素子の製造方法である。
Further, according to the present invention, after the MoCu material is once manufactured by heat treatment, the MoCu material is kept at a temperature of 200 to 1000 ° C. for at least 5 minutes, and at least one surface of the MoCu material is 0.1 to 1000 gr / While applying a load of 2 mm2, a reheating treatment was performed by cooling at an average cooling rate of 0.16 to 10 ° C / min from the holding temperature to 150 ° C to produce a MoCu material.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a semiconductor device using a u material.

【0022】ここで、MoCu素材を用いて半導体素子
を製造する場合に、絶縁容器内に配置された半導体基板
が、その両面を熱緩衝板に挟まれながら、陰極接点と陽
極接点との間に配置され、陰極接点側でゲート接点と接
続され、陰極接点が第1カバーを介して、前記絶縁容器
の一端と連結され、前記陽極接点が、第2カバーを介し
て、絶縁容器の他端と連結されて外部に対して密閉され
た構造とし、ゲート接点にはゲート信号が与えられるも
のとした半導体素子の緩衝板として、MoCu素材を用
いることとしてもよい。
Here, when manufacturing a semiconductor device using the MoCu material, the semiconductor substrate placed in the insulating container is placed between the cathode contact and the anode contact while the both surfaces thereof are sandwiched between the thermal buffer plates. The cathode contact is connected to the gate contact on the cathode contact side, the cathode contact is connected to one end of the insulating container via the first cover, and the anode contact is connected to the other end of the insulating container via the second cover. It is also possible to use a MoCu material as a buffer plate of a semiconductor element that is connected and sealed to the outside and that receives a gate signal at a gate contact.

【0023】また、MoCu素材を用いて半導体素子を
製造する場合に、MoCu素材からなる一対の熱緩衝板
に挟まれた複数の半導体基板を一個のパッケージ内に設
置して半導体素子を製造することとしてもよい。
In the case of manufacturing a semiconductor device using a MoCu material, a plurality of semiconductor substrates sandwiched between a pair of heat buffer plates made of a MoCu material are installed in one package to manufacture the semiconductor device. It may be.

【0024】また、MoCu素材を、前記MoCu素材
中のMoの一部、または総てをWで置換したWMoCu
素材、またはWCu素材としてもよい。更に、MoCu
素材、WMoCu素材、またはWCu素材を、MoCu
素材、WMoCu素材、またはWCu素材中のCuの一
部、または総てをAgで置換したMoCuAg素材、M
oAg素材、WMoCuAg素材、WMoAg素材、W
CuAg素材、またはWAg素材としてもよい。
Further, WMoCu obtained by substituting Mo for a part or all of Mo in the MoCu material with W
It may be a material or a WCu material. Furthermore, MoCu
Material, WMoCu material, or WCu material
Material, WMoCu material, or MoCuAg material in which part or all of Cu in the WCu material is replaced with Ag,
oAg material, WMoCuAg material, WMoAg material, W
It may be a CuAg material or a WAg material.

【0025】更にまた、MoCu素材、WMoCu素
材、WCu素材、MoCuAg素材、MoAg素材、W
MoCuAg素材、WMoAg素材、WCuAg素材、
またはWAg素材中のCu量、Ag量、またはCuAg
量が、0.5容積%〜50容積%を占めていることとし
てもよい。
Furthermore, MoCu material, WMoCu material, WCu material, MoCuAg material, MoAg material, WCu material
MoCuAg material, WMoAg material, WCuAg material,
Or Cu amount, Ag amount, or CuAg in WAg material
The amount may account for 0.5% to 50% by volume.

【0026】また、これらの製造方法により製造された
半導体素子を組込んで電力変換装置を構成することもで
きる。ここで、本発明に係る半導体素子の製造方法の作
用について説明する。
Further, a power converter can be constructed by incorporating the semiconductor elements manufactured by these manufacturing methods. Here, the operation of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.

【0027】一般に2つの固体を接触させた時の接触
は、接触面積全面で接触が行われるのでなく、実際には
微小接触点が累積された真実接触面積で行われている。
通常、真実接触面積の方が小さい。基本となるのは対向
面間の真実接触面積の値が重要となる。
Generally, when two solids are brought into contact with each other, the contact is not made over the entire contact area, but is actually made at the true contact area in which minute contact points are accumulated.
Usually, the true contact area is smaller. The basis is the value of the true contact area between the opposing surfaces.

【0028】所定の半導体基板では、許容できる電力と
温度(上昇)には限度があることから、半導体素子とし
ての接触性の向上の施策の1つとして、均一な電流分布
と良好な熱放散を実現することが主要課題であり、発明
者らの解析によれば特にMo製熱緩衝坂とCuポスト電
極との間の接触熱抵抗を低く抑制することが好ましい。
With a given semiconductor substrate, there is a limit to the allowable power and temperature (rise), so one of the measures for improving the contact property as a semiconductor element is to provide a uniform current distribution and good heat dissipation. Realization is a major problem, and according to the analysis of the inventors, it is particularly preferable to suppress the contact thermal resistance between the Mo thermal buffer slope and the Cu post electrode to be low.

【0029】一方、従来の熱緩衝板中のMoの機能は、
Moが十分な機械的特性(強度)を有していることか
ら、外力を半導体基板全面に伝達するのに有益ではある
が、この十分な機械的特性は、逆に上記した真実接触面
積を減ずる方向に作用することになり、その観点からは
必ずしも有利とはならない。
On the other hand, the function of Mo in the conventional heat buffer plate is as follows.
Since Mo has sufficient mechanical properties (strength), it is useful to transmit an external force to the entire surface of the semiconductor substrate, but this sufficient mechanical property conversely reduces the above-mentioned true contact area. Direction, which is not always advantageous from that point of view.

【0030】また、半導体素子では冷却との平衡状態を
崩し温度上昇を招くと、素子破壊の要因となる。Mo
は、その熱特性(熱伝導率)から半導体基板/Mo製熱
緩衝板/ポスト電極/冷却フィンヘの熱放散の観点から
も必ずしも有利ではない。
Further, in a semiconductor element, if the state of equilibrium with cooling is broken and a temperature rise is caused, the element may be destroyed. Mo
Is not necessarily advantageous from the viewpoint of heat dissipation (semiconductor substrate / Mo thermal buffer plate / post electrode / cooling fin) from its thermal characteristics (thermal conductivity).

【0031】これらの考察から課題解決の施策として、
Mo製熱緩衝板のMoをある程度の機械的特性と熱特性
との両性質を備えた部材に代替することが有利となるこ
とを示唆している。
From these considerations, as a measure for solving the problem,
This suggests that it is advantageous to replace Mo of the Mo thermal buffer plate with a member having both mechanical properties and thermal properties to some extent.

【0032】この要求を満たす熱緩衝板として、Moに
よって機械的特性を維持した上で、Cuによって熱放散
性を向上させたMoCu複合体やMoCu合金等のMo
Cu素材が有益な手段として挙げられている。しかし、
MoCu素材を製造する時に与えられる熱処理によっ
て、前記複合体や合金等のMoCu素材には「そり」が
発生する。これはMo、Cuの熱膨張率値の著しい差異
によって生ずるもので、前記「そり」の存在は前記した
対向面間の真実接触面積の値を著しく減ずることとな
り、その結果熱緩衝板とCuポスト電極との間の接触性
を損なうこととなるのが一般である。
As a heat buffer plate that satisfies this requirement, Mo, such as a MoCu composite or a MoCu alloy, whose heat dissipation is improved by Cu while maintaining its mechanical properties by Mo.
Cu material is mentioned as a useful means. But,
Due to the heat treatment given when manufacturing the MoCu material, "warp" occurs in the MoCu material such as the composite or alloy. This is caused by a remarkable difference in the coefficient of thermal expansion between Mo and Cu. The presence of the "warp" significantly reduces the value of the true contact area between the opposing surfaces. Generally, this will impair the contact between the electrodes.

【0033】そこで本発明の半導体素子の製造方法は、
MoCu複合体やMoCu合金等よりなるMoCu素材
の製造において、確実な接触を確保する為に、前記「そ
り」発生の無い製造条件の最適化を図ったものである。
Therefore, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention comprises:
In the production of a MoCu material made of a MoCu composite, a MoCu alloy, or the like, in order to ensure reliable contact, optimization of production conditions free of the occurrence of “warpage” has been achieved.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。本発明の一実施形態に
より製造されるGTO、IGBT等の半導体素子は、例
えば、スナバダイオード及びスナバコンデンサなどから
成るスナバ回路とこれら相互間を接続する導体などとと
もに用いることにより、電力変換装置を構成することが
できる。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. A semiconductor device such as a GTO or an IGBT manufactured according to an embodiment of the present invention constitutes a power converter by using, for example, a snubber circuit including a snubber diode and a snubber capacitor and a conductor connecting these components. can do.

【0035】図1に、本発明の一実施形態により製造さ
れる半導体素子の断面図を示す。同図において、半導体
素子1は、リング状の絶縁容器10内で、圧接可能な円
盤状積層体で構成され、中心部に半導体基板2を有して
いる。この半導体基板2は、接触性の向上に好適したM
oCu素材で構成された熱緩衝板3a、3bと接触して
いる。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a semiconductor element 1 is formed of a disc-shaped laminate that can be pressed into a ring-shaped insulating container 10, and has a semiconductor substrate 2 at the center. This semiconductor substrate 2 has an M
It is in contact with thermal buffer plates 3a and 3b made of oCu material.

【0036】即ち、この半導体素子1は、絶縁容器内1
0に配置された円盤状の半導体基板2が、その両面を円
盤状のMoCu製熱緩衝板3a、3bに挟まれながら、
圧接可能な円盤状陰極接点4と、圧接可能な円盤状陽極
接点5との間に配置され、陰極接点4側でゲート接点7
と接続され、陰極接点4が第1カバー11aを介して、
絶縁容器10の一端と連結され、陽極接点5が、第2カ
バー11bを介して、絶縁容器10の他端と連結されて
外部に対して密閉された構造とし、ゲート接点7には外
部に接続されたゲート導線8を経てゲート電流が与えら
れ、カットオフ可能な半導体素子となっている。
That is, the semiconductor element 1 is placed in the insulating container 1.
The disc-shaped semiconductor substrate 2 disposed at 0 is sandwiched between the disc-shaped MoCu thermal buffer plates 3a and 3b,
The gate contact 7 is disposed between the press-contactable disc-shaped cathode contact 4 and the press-contactable disc-shaped anode contact 5, and is disposed on the cathode contact 4 side.
And the cathode contact 4 is connected via the first cover 11a
The anode contact 5 is connected to one end of the insulating container 10, and the anode contact 5 is connected to the other end of the insulating container 10 via the second cover 11 b to be sealed from the outside. The gate contact 7 is connected to the outside. A gate current is applied via the gate conductor 8 thus formed, and the semiconductor device can be cut off.

【0037】半導体基板2内に蓄積された熱は、MoC
u製熱緩衝板3a、3b、及び/又は陰極接点4陽極接
点5を通して外部に排出する。個別に冷却フィンなどの
冷却手段を追加しても良い。
The heat stored in the semiconductor substrate 2 is MoC
The heat is discharged to the outside through the heat buffer plates 3a and 3b made of u and / or the cathode contact 4 and the anode contact 5. Cooling means such as cooling fins may be individually added.

【0038】また、図1に示す半導体基板2は、単一の
円盤状のものとしているが、半導体基板は、例えば、図
2(a)に示すように2つの半円形盤状の半導体基板2
a、2b、同図(b)示すように3つの扇形盤状の半導体
基板2A、2B、2C、あるいは同図(c)に示すように
4つの四角形盤状の半導体基板21 、22 、23 、24
をそれぞれ配置し、これら複数の半導体基板を熱緩衝板
3a、3bで挟むようにして、一個のパッケージ内に設
置する構成としてもよい。
Although the semiconductor substrate 2 shown in FIG. 1 is a single disk-shaped semiconductor substrate, for example, as shown in FIG.
a, 2 b, FIG. (b) shows as three fan-panel-shaped semiconductor substrate 2 A, 2 B, 2 C or drawing four square plate-shaped semiconductor substrate as shown in (c) 2 1, , 2 2 , 2 3 , 2 4
May be arranged, and the plurality of semiconductor substrates may be sandwiched between the thermal buffer plates 3a and 3b so as to be installed in one package.

【0039】この実施形態においては、熱緩衝板3a、
3bとして用いるMoCu素材を、以下の実施例のよう
な製造条件により製造し、製造されたMoCu素材を用
いて、半導体素子1をすることになる。ここで、まず、
以下の実施例において製造されるMoCu素材の評価の
方法について説明する。
In this embodiment, the heat buffer plate 3a,
The MoCu material used as 3b is manufactured under the manufacturing conditions as in the following example, and the semiconductor element 1 is manufactured using the manufactured MoCu material. Here, first,
A method for evaluating a MoCu material manufactured in the following examples will be described.

【0040】(評価の方法)直径が150mm(半径7
5mm)のシリコンウエハーを具備した半導体基板2の
一方の面を厚さが0.7mmの熱緩衝板3a、他方の面
を厚さが0.7mmの熱緩衝板3bで挟む様に、熱緩衝
板3a/半導体基板2/熱緩衝板3bの如き順に各部材
を配置した。この実施形態では、熱緩衝板3aは特に所
定の組成範囲のMoCu素材を使用した。
(Evaluation method) The diameter was 150 mm (radius 7
5 mm) so that one surface of the semiconductor substrate 2 provided with a silicon wafer is sandwiched between a heat buffer plate 3a with a thickness of 0.7 mm and the other surface with a heat buffer plate 3b with a thickness of 0.7 mm. Each member was arranged in the order of plate 3a / semiconductor substrate 2 / thermal buffer plate 3b. In this embodiment, the heat buffer plate 3a particularly uses a MoCu material having a predetermined composition range.

【0041】次いで、厚さが10mm、外径が170m
m(半径85mm)で、その表面粗さを例えば2μmに
仕上げたポスト電極(純Cu製ポスト、及びMoCu製
ポスト電極、即ち陰極接点4、陽極接点5)を用意し、
一方のポスト電極(陰極接点)4が熱緩衝板3aに接触
する様に、他方のポスト電極(陽極接点)5が熱緩衝板
3bに接触する様に、陰極接点4/熱緩衝板3a/半導
体基板2/熱緩衝板3b/陽極接点5の如き順に各部材
を配置しても良い。
Next, the thickness is 10 mm and the outer diameter is 170 m.
m (radius: 85 mm) and a post electrode (pure Cu post and MoCu post electrodes, ie, a cathode contact 4, an anode contact 5) whose surface roughness is finished to, for example, 2 μm, is prepared.
Cathode contact 4 / heat buffer 3a / semiconductor so that one post electrode (cathode contact) 4 contacts heat buffer 3a and the other post electrode (anode contact) 5 contacts heat buffer 3b. Each member may be arranged in the order of substrate 2 / thermal buffer plate 3b / anode contact 5.

【0042】一部の実施では、一方のヒートシンクが熱
緩衝板3aに接触する様に、他方のヒートシンクが熱緩
衝板3bに接触する様に、一方のヒートシンク/熱緩衝
板3a/半導体基板2/熱緩衝板3b/他方のヒートシ
ンクの如き順に各部材を配置しても良い。
In some implementations, one heat sink / heat buffer plate 3a / semiconductor substrate 2 / so that one heat sink contacts heat buffer plate 3a and the other heat sink contacts heat buffer plate 3b. Each member may be arranged in the order of the heat buffer plate 3b / the other heat sink.

【0043】温度特性の評価は、これらを支柱(図示し
ない)で支えた後、実験容器内に設置し、全体に60k
g/cm2 の荷重を与え、かつ6kV、6kAの電力を
遮断した後、荷重を取り除いた状態すなわち[荷重印加
→電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が
1回の時、及び30回の時の、周囲温度を含んだ温度特
性を比較評価した(図5、図6)。
The evaluation of the temperature characteristics was carried out by supporting these with a column (not shown), and then installing them in an experimental vessel, and measuring the total temperature for 60 k.
g / cm 2 and the power of 6 kV and 6 kA was cut off, and then the load was removed, that is, when the number of repetitions of the “load application → power cutoff → load removal” cycle was one, and 30 At this time, the temperature characteristics including the ambient temperature were compared and evaluated (FIGS. 5 and 6).

【0044】温度特性には、接触抵抗特性や接触熱抵抗
特性を反映しているので、この実施形態では温度特性を
評価することによって、素子全体の基本特性を判断し
た。測温位置は、厚さ10mmの陰極接点4の表面から
4mm内部で、かつ陰極接点円盤の中心部1点、及び外
周部(半径60mmの同芯円上の6点:60度間隔)の
合計7点とした。ヒートシンク部分の温度測定も同様で
ある。
Since the temperature characteristics reflect the contact resistance characteristics and the contact heat resistance characteristics, in this embodiment, the basic characteristics of the entire device were determined by evaluating the temperature characteristics. The temperature measurement position is 4 mm inside from the surface of the cathode contact 4 having a thickness of 10 mm, and the sum of one point at the center of the cathode contact disk and the outer periphery (six points on a concentric circle having a radius of 60 mm: at intervals of 60 degrees). 7 points were given. The same applies to the temperature measurement of the heat sink.

【0045】(実施例1〜4、比較例1〜2)製造過程
中のMoCu素材に加える荷重を変化させて評価した実
施例1〜4、比較例1〜2について説明する(図3及び
図5参照)。
(Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 and 2) Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 evaluated by changing the load applied to the MoCu material during the manufacturing process will be described (FIGS. 3 and 4). 5).

【0046】Cu量を10容積%とする10%Cu−M
o製の熱緩衝板を用意する。この場合の、10%Cu−
Mo製熱緩衝板の製造過程中の加熱処理の保持温度か
ら、150℃までの間の冷却速度を、1.66℃/分で
一定とし、かつ0.1〜2000gr/mm2 の荷重を
製造過程中の前記10%Cu−Moに与えながら冷却す
る方法(図3、条件(イ):製造過程中のMoCu素材
に荷重を加える。後述する実施例5〜8まで同様)によ
って、MoCu素材を製造した(実施例1〜4、比較例
2)。
10% Cu-M with Cu content of 10% by volume
Prepare a heat buffer plate made of o. In this case, 10% Cu-
The cooling rate from the holding temperature of the heat treatment during the manufacturing process of the Mo thermal buffer plate to 150 ° C. is constant at 1.66 ° C./min, and a load of 0.1 to 2000 gr / mm 2 is manufactured. The MoCu material is cooled by a method of cooling while giving to the 10% Cu-Mo in the process (FIG. 3, condition (a): applying a load to the MoCu material in the manufacturing process. The same applies to Examples 5 to 8 described later). It was manufactured (Examples 1 to 4, Comparative Example 2).

【0047】加熱処理の保持温度は熱緩衝板中の導電性
成分がCuの時には1000℃を限度(Agの時には9
00℃を限度)とし、これらの温度以上では、Cu又は
Agの蒸発損失が著しい為除外する。また200℃以下
の温度を保持温度として選択しても「そり」の抑制とは
ならない為除外した。
The holding temperature of the heat treatment is limited to 1000 ° C. when the conductive component in the heat buffer plate is Cu (9 ° C. for Ag).
If the temperature is equal to or higher than these temperatures, the evaporation loss of Cu or Ag is remarkable and is excluded. In addition, even if a temperature of 200 ° C. or less was selected as the holding temperature, “warpage” was not suppressed, so that it was excluded.

【0048】これらより、10%Cu−Mo製熱緩衝板
の製造過程中の加熱処理は、保持温度として1000℃
(Agの時には900℃)から200℃の間の温度を選
択する。
From these, the heat treatment during the manufacturing process of the 10% Cu—Mo thermal buffer plate was performed at a holding temperature of 1000 ° C.
(900 ° C. for Ag) to 200 ° C.

【0049】熱緩衝板の基礎部材として混合し成形体と
した後、焼結法、ホットプレス法もしくはアークメルト
法などによって、CuとMoとの所定比率(10容積%
Cu−Mo)となる様に調整した。10%Cu−Moと
した後、熱間鍛造法、熱間/冷間圧延法によってMoC
u素材とした。
After mixing as a base member of the heat buffer plate to form a molded body, a predetermined ratio of Cu to Mo (10% by volume) is obtained by a sintering method, a hot press method or an arc melt method.
(Cu-Mo). After 10% Cu-Mo, MoC was formed by hot forging and hot / cold rolling.
u material.

【0050】必要により、MoCu素材の一面にCu板
(100%Cu)を張り合わせた後、再度熱間/冷間圧
延法によって表面Cu層を有するMoCu素材とした。
また、必要により、両者を熱的拡散法によってMoCu
素材内部のCuと表面Cu層中のCuとを連続一体化さ
せた。
If necessary, after bonding a Cu plate (100% Cu) to one surface of the MoCu material, the MoCu material having a surface Cu layer was again formed by hot / cold rolling.
Also, if necessary, both can be MoCu by a thermal diffusion method.
Cu in the material and Cu in the surface Cu layer were continuously integrated.

【0051】また、空隙率を調整したMoスケルトン、
又は少量Cuを含むMoの空隙中にCuを溶浸させてM
oCu素材を製造しても良い。表面Cu層は製造時に使
用した溶浸材Cuの残りの一部を、MoCu素材の一面
に残存させることによって、始めからMoCu素材内部
のCuと表面Cu層中のCuとを連続一体化させて素材
を得ても良い。
Further, a Mo skeleton whose porosity is adjusted,
Alternatively, Cu is infiltrated into the voids of Mo containing a small amount of Cu to form M
An oCu material may be manufactured. By leaving the remaining part of the infiltrant Cu used in the manufacturing on the surface of the MoCu material, the surface Cu layer continuously integrates Cu inside the MoCu material and Cu in the surface Cu layer from the beginning. You may get the material.

【0052】または、Cu−Mo合金の一面にCu板
(100%Cu)を張り合わせた後、熱間/冷間圧延法
によって表面Cu層としMoCu素材内部のCuと表面
Cu層中のCuとが連続一体化している素材としても良
い(MoCu、WCu、Mo−WCu素材でも同様)。
Alternatively, after a Cu plate (100% Cu) is adhered to one surface of the Cu-Mo alloy, a hot / cold rolling method is used to form a surface Cu layer, and Cu inside the MoCu material and Cu in the surface Cu layer are combined. A material that is continuously integrated may be used (MoCu, WCu, and Mo-WCu materials are the same).

【0053】更に、MoとCu(例えば板状)とを重ね
合わせ、両者を機械的、若しくは冶金的に一体化したM
oCu複合体、または必要により両者の間にロウ材を配
置し、このロウ材の溶融または拡散によって、接合一体
化処理したMoCu複合体、Moの一面にCuを被着
(例えば溶射)したMoCu複合体などの素材としても
良い。
Further, Mo and Cu (for example, in a plate shape) are superposed, and the two are integrated mechanically or metallurgically.
An oCu composite or, if necessary, a brazing material placed between the two, and a fusion or diffusion of the brazing material to join and integrate the MoCu composite or a MoCu composite in which one surface of Mo is coated with Cu (for example, thermal spraying). It may be used as a material for the body.

【0054】なおポスト電極として、実施例1〜4、比
較例1〜2では、100%Cuブロックから切り出して
使用した。前記の所定冷却速度を経て製造した本発明方
法による熱緩衝板(MoCu素材)と、これと対向させ
るCuポスト電極とは銀ロウ付け法や熱拡散法によって
密着対向させると共に、かつ機械的圧力によって密着対
向させる方法を適宜選択採用した。
In Examples 1-4 and Comparative Examples 1-2, a post electrode was cut out from a 100% Cu block and used. The heat buffer plate (MoCu material) manufactured according to the method of the present invention manufactured through the above-mentioned predetermined cooling rate and the Cu post electrode opposed thereto are brought into close contact with each other by a silver brazing method or a thermal diffusion method, and are subjected to mechanical pressure. The method of closely contacting and opposing was appropriately selected and adopted.

【0055】測温の具体的方法は、60kg/cm2
加重を除き各部材の配置をばらばらに分解した後、再度
各部材を組み立て60kg/cm2 の加重を与える作業
を、1回行い測温を実施した場合と、この作業を30回
繰り返し最後に同様の測温した。
[0055] Specific methods of temperature measurement, after decomposing apart arrangement of each member, except the weight of 60 kg / cm 2, the task of providing a load of 60 kg / cm 2 Assembly each member again, measurement performed once This operation was repeated 30 times and the same temperature was measured at the end.

【0056】すなわち、前記[荷重印加→電力遮断→荷
重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1回及び30回
の温度特性を比較した。その結果、10容積%Cu−M
oに与える加重を従来条件である0.1gr/mm2
満としてMoCu素材(標準 Mo板(比較例1))を
製造した場合では、繰り返し回数が1回では中心部は7
2℃、外周部は70〜75℃(6点測定時の上限下限の
範囲)、繰り返し回数が30回では中心部が92℃、外
周部は85〜105℃であった(比較例1)。この場合
には、MoCu素材には著しい「そり」の発生が認めら
れた。また、比較例1では、「そり」の発生によって、
半導体素子として組立てた時、ミクロ的に非接触の部分
が見られている。また[荷重印加→電力遮断→荷重取り
除き]サイクルの繰り返し回数を1回と30回とを比較
すると、30回の方が表面損傷の増大が激しい。
That is, a comparison was made between the temperature characteristics when the number of repetitions of the [load application → power interruption → load removal] cycle was one and thirty. As a result, 10% by volume Cu-M
When the MoCu material (standard Mo plate (Comparative Example 1)) is manufactured with the weight given to o being less than the conventional condition of less than 0.1 gr / mm 2 , the center is 7 when the number of repetitions is one.
At 2 ° C., the outer periphery was 70 to 75 ° C. (the range of the upper and lower limits at the time of six-point measurement), and when the number of repetitions was 30, the center was 92 ° C. and the outer periphery was 85 to 105 ° C. (Comparative Example 1). In this case, remarkable "warpage" occurred in the MoCu material. In Comparative Example 1, the occurrence of “sludge”
When assembled as a semiconductor element, microscopically non-contact portions are observed. Also, comparing the number of repetitions of the [load application → power cutoff → removal of load] cycle between 1 and 30, the increase in surface damage is more severe at 30 times.

【0057】これに対して、与える加重を0.1gr/
mm2 〜1000gr/mm2 として、MoCu素材を
製造した場合に、前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り
除き]サイクルの繰り返し回数が1回及び30回の温度
特性を比較した結果、繰り返し回数が1回では、中心部
は65〜52℃、外周部は64〜50℃の範囲、繰り返
し回数が30回では中心部が66〜54℃、外周部は6
7〜52℃を示し、いずれも好ましい値の範囲であっ
た。この場合のMoCu素材は、好ましい温度範囲を確
保しているのみならず、MoCu素材には「そり」の発
生もなかった(実施例1〜4)。
On the other hand, the weight given is 0.1 gr /
When the MoCu material was manufactured under the condition of mm 2 to 1000 gr / mm 2, as a result of comparing the temperature characteristics when the number of repetitions of the “load application → power interruption → removal of load” cycle was 1 and 30 times, the number of repetitions was 1 The number of repetitions is 65 to 52 ° C., the outer portion is 64 to 50 ° C., and the number of repetitions is 30, the center is 66 to 54 ° C. and the outer portion is 6
7 to 52 [deg.] C., all of which were within a preferable range. In this case, the MoCu material not only secured a preferable temperature range, but also did not generate "warp" in the MoCu material (Examples 1 to 4).

【0058】MoCu素材を製造した後、実施例1〜4
のMoCu素材について、分解し加圧面の顕微鏡的観察
をすると、適切な冷却速度の選択によって、ミクロ的な
接触点がほぼ全面に分布していることが認められてい
る。
After manufacturing the MoCu material, Examples 1-4
When the MoCu material is decomposed and subjected to microscopic observation of the pressurized surface, it is recognized that microscopic contact points are distributed over almost the entire surface by selecting an appropriate cooling rate.

【0059】しかし、与える加重を2000/mm2
して、MoCu素材を製造した場合に、前記[荷重印加
→電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が
1回及び30回の温度特性を比較した結果、繰り返し回
数が1回では中心部は60℃、外周部は62〜68℃の
範囲、繰り返し回数が30回では中心部が67℃、外周
部は66〜81℃を示している如く、繰り返し回数が1
回では好ましい温度特性を示していたが、繰り返し回数
が30回の場合には、温度特性に著しいバラツキのある
傾向を示し好ましくなかった。更に冷却過程での過度の
加圧によって、治具とMoCu素材との間で焼き付き現
象も見られ、MoCu素材の表面を損傷させることとな
り好ましくなかった(比較例2)。
However, when the MoCu material was manufactured with the applied load of 2000 / mm 2 , the results of comparing the temperature characteristics when the number of repetitions of the [load application → power cutoff → load removal] cycle was one and thirty were compared. When the number of repetitions is 1, the central portion is in the range of 60 ° C. and the outer portion is in the range of 62 to 68 ° C., and when the number of repetitions is 30, the central portion is 67 ° C. and the outer portion is in the range of 66 to 81 ° C. Is 1
In the case where the number of repetitions was 30, the temperature characteristics tended to have remarkable variation, which was not preferable. In addition, due to excessive pressurization during the cooling process, a seizure phenomenon was observed between the jig and the MoCu material, and the surface of the MoCu material was damaged, which was not preferable (Comparative Example 2).

【0060】これらの結果から明らかな様に、与える加
重を0.1gr/mm2 未満(標準Mo板、比較例1)
とした場合に比較して、与える加重を0.1gr/mm
2 〜1000gr/mm2 の範囲として冷却した時に
は、接触面全面での接触が得られ、好ましい温度特性を
示した上で「そり」の発生もないMoCu素材を得た
(実施例1〜4)。
As apparent from these results, the applied weight was less than 0.1 gr / mm 2 (standard Mo plate, Comparative Example 1).
0.1 gr / mm
When cooled in the range of 2 to 1000 gr / mm 2 , contact was obtained on the entire contact surface, and a MoCu material showing favorable temperature characteristics and free from warpage was obtained (Examples 1 to 4). .

【0061】(実施例5〜8、比較例3〜4)前記実施
例1〜4、比較例1〜2では、10%Cu−Mo製熱緩
衝板の製造過程中の冷却速度を、1.66℃/分に一定
とした場合のMoCu素材に与える荷重の効果について
示したが、本発明方法でのMoCu素材に与える冷却速
度は、1.66℃/分に限ることなく、その効果を発揮
する。
(Examples 5 to 8, Comparative Examples 3 and 4) In Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, the cooling rate during the manufacturing process of the 10% Cu-Mo thermal buffer plate was set to 1. The effect of the load applied to the MoCu material at a constant temperature of 66 ° C./min has been described. However, the cooling rate applied to the MoCu material in the method of the present invention is not limited to 1.66 ° C./min, and the effect is exhibited. I do.

【0062】製造過程中のMoCu素材に与える冷却速
度を変化させて評価した実施例5〜8、比較例3〜4に
ついて説明する(図3及び図5参照)。すなわち、製造
過程中のMoCu素材に与える冷却速度を0.16〜1
0℃/分の範囲に選択してMoCu素材を製造する時に
は、「そり」、変形のないMoCu素材を製造できる。
また選択した冷却速度が上記0.16〜10℃/分の範
囲では、与える加重を30gr/mm2 として、MoC
u素材を製造した場合に、前記[荷重印加→電力遮断→
荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1回及び30
回の温度特性を比較した結果、繰り返し回数が1回で
は、中心部は53〜67℃、外周部は51〜66℃の範
囲、繰り返し回数が30回では、中心部が56〜68
℃、外周部は52〜68℃を示し、いずれも好ましい値
の範囲であった。
Examples 5 to 8 and Comparative Examples 3 and 4 evaluated by changing the cooling rate applied to the MoCu material during the manufacturing process will be described (see FIGS. 3 and 5). That is, the cooling rate given to the MoCu material during the manufacturing process is 0.16-1.
When the MoCu material is manufactured in the range of 0 ° C./minute, the MoCu material can be manufactured without warping or deformation.
When the selected cooling rate is in the range of 0.16 to 10 ° C./min, the applied load is 30 gr / mm 2 and the MoC
When u material is manufactured, the above-mentioned [load application → power cutoff →
Load removal] The number of cycles is 1 and 30
As a result of the comparison of the temperature characteristics, when the number of repetitions is 1, the central portion is in the range of 53 to 67 ° C., and the outer peripheral portion is in the range of 51 to 66 ° C. When the number of repetitions is 30, the central portion is 56 to 68.
° C and the outer peripheral portion showed 52 to 68 ° C, all of which were within the preferred range.

【0063】この場合のMoCu素材は、好ましい温度
範囲を確保し、安定した温度特性を発揮しているのみな
らず、MoCu素材には「そり」の発生もなかった(実
施例5〜8)。
In this case, the MoCu material not only secured a preferable temperature range and exhibited stable temperature characteristics, but also did not generate "warp" in the MoCu material (Examples 5 to 8).

【0064】MoCu素材を製造した後、実施例5〜8
のMoCu素材について、分解し加圧面の顕微鏡的観察
をすると、適切な冷却速度の運択によって、ミクロ的な
接触点がほぼ全面に分布していることが認められてい
る。
After manufacturing the MoCu material, Examples 5 to 8
When the MoCu material is decomposed and subjected to microscopic observation of the pressurized surface, it is recognized that microscopic contact points are distributed over almost the entire surface by selecting an appropriate cooling rate.

【0065】製造過程中のMoCu素材に与える冷却速
度が0.16〜3℃/分(実施例5〜7)では、図5に
示した様に、その温度特性は繰り返し回数が1回、30
回とも51〜57℃の範囲にあるのに対して、10℃/
分(実施例8)では、64〜68℃を示し前記と比較し
てやや上昇傾向にあるが、「そり」、変形がみられずに
MoCu素材を製造できるので、許容範囲とした(実施
例8)。
When the cooling rate applied to the MoCu material during the manufacturing process is 0.16 to 3 ° C./min (Examples 5 to 7), as shown in FIG.
Each time, the temperature is in the range of 51 to 57 ° C, while 10 ° C /
(Example 8) shows a temperature of 64-68 ° C., which is slightly higher than the above. However, since the MoCu material can be manufactured without any warpage or deformation, the allowable range was set (Example 8). ).

【0066】なお、比較例3で示したMoCu素材に与
える冷却速度を、0.05〜0.1℃/分とし、前記
[荷重印加→電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り
返し回数が1回及び30回とした時の温度特性を比較し
た限りでは、温度特性は好ましい値の範囲であったが、
熱処理後のMoCu素材表面の顕微鏡観察及びミクロ的
分析によれば、熱処理時間の長時間化によって、Cuと
Moとの蒸気圧の差による選択的蒸発損失が累積され、
MoCu素材表面には、ミクロな凹凸が見られる場合が
あると共に、熱処理時間の長時間化は工業的経済性に著
しく不利で現実性に欠ける為、本発明条件からは除外し
た(比較例3)。
The cooling rate given to the MoCu material shown in Comparative Example 3 was 0.05 to 0.1 ° C./min, and the cycle of [load application → power cutoff → load removal] cycle was one and one. As far as the temperature characteristics at the time of 30 times were compared, the temperature characteristics were in a preferable value range,
According to the microscopic observation and microscopic analysis of the surface of the MoCu material after the heat treatment, the elongation of the heat treatment time causes the selective evaporation loss due to the difference in vapor pressure between Cu and Mo to be accumulated,
The surface of the MoCu material may have microscopic irregularities, and the prolonged heat treatment time is extremely disadvantageous to industrial economy and lacks realism. Therefore, it was excluded from the conditions of the present invention (Comparative Example 3). .

【0067】一方、比較例4で示したMoCu素材に与
える冷却速度30℃/分では、前記[荷重印加→電力遮
断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1回及び
30回の温度特性を比較した結果、繰り返し回数が1回
では、中心部は77℃、外周部は67〜79℃の範囲、
繰り返し回数が30回では、中心部が94℃、外周部は
87〜97℃を示している如く、繰り返し回数1回、3
0回に拘らず、好ましくない温度特性と、温度特性に著
しいバラツキを示す傾向を示した。更に「そり」の矯正
の効果も得られず好ましくなかった(比較例4)。
On the other hand, at the cooling rate of 30 ° C./min applied to the MoCu material shown in Comparative Example 4, the temperature characteristics were compared when the number of repetitions of the “load application → power cutoff → load removal” cycle was 1 and 30. As a result, when the number of repetitions is 1, the central part is in the range of 77 ° C., the outer peripheral part is in the range of 67 to 79 ° C.,
When the number of repetitions is 30, the central portion shows 94 ° C and the outer peripheral portion shows 87 to 97 ° C.
Regardless of the number of times, the temperature characteristics were unfavorable, and the temperature characteristics tended to show remarkable variations. Furthermore, the effect of correcting "warpage" was not obtained, which was not preferable (Comparative Example 4).

【0068】この結果から明らかな様に、製造過程中の
MoCu素材に与える冷却速度を0.16〜10℃/分
の範囲とした時には、MoCu素材には期待した「そ
り」防止の効果と好ましい温度特性を持ち、信頼性と経
済性を備えたMoCu素材を得ることができる。
As is apparent from the results, when the cooling rate applied to the MoCu material during the manufacturing process is in the range of 0.16 to 10 ° C./min, the expected effect of preventing “warpage” of the MoCu material is preferable. It is possible to obtain a MoCu material having temperature characteristics and having reliability and economy.

【0069】(実施例9〜13、比較例5〜6)前記実
施例1〜8、比較例1〜4では、MoCu素材を製造す
る方法として、製造過程中のMoCu素材に所定の荷重
を与えながら、所定の冷却速度で冷却するのみでMoC
u素材とする方法について示したが、本発明では、これ
に限ることなく、MoCu素材を得る別の方法として、
製造後の(一旦冷却された後の)前記MoCu素材に対
して再度加熱した後、所定の荷重を与えながら冷却する
再加熱処理を行うことによりMoCu素材とする方法に
よってもその効果を発揮する(図3及び図5参照)。
(Examples 9 to 13 and Comparative Examples 5 to 6) In Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, as a method of manufacturing the MoCu material, a predetermined load was applied to the MoCu material during the manufacturing process. While cooling at a predetermined cooling rate,
Although the method using the u material has been described, the present invention is not limited to this, and as another method for obtaining the MoCu material,
The effect is also exerted by a method in which the MoCu material is heated again after it has been manufactured (after it has been once cooled) and then subjected to a reheating treatment of cooling while applying a predetermined load to the MoCu material ( 3 and 5).

【0070】すなわち再加熱処理を与え、所定の荷重を
与えながら(図3、(ロ):製造過程後のMoCu素材
の再加熱処理時に荷重を加える)、その冷却速度を0.
16〜10℃/分の範囲とした時には、前記[荷重印加
→電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が
1回及び30回の温度特性を比較した結果、繰り返し回
数が1回では、中心部は52〜65℃、外周部は51〜
63℃の範囲、繰り返し回数が30回では、中心部が5
6〜67℃、外周部は52〜66℃を示し、いずれも好
ましい値の範囲であった。
That is, while applying a reheating treatment and applying a predetermined load (FIG. 3, (b): applying a load at the time of reheating treatment of the MoCu material after the manufacturing process), the cooling rate is set to 0.1.
When the temperature was set to the range of 16 to 10 ° C./min, as a result of comparing the temperature characteristics when the number of repetitions of the [load application → power interruption → removal of load] cycle was 1 and 30 times, when the number of repetitions was 1 Is 52-65 ° C and the outer periphery is 51-
In the range of 63 ° C. and the number of repetitions is 30, the center is 5
The temperature was 6 to 67 ° C., and the outer peripheral portion was 52 to 66 ° C., all of which were in the preferable values.

【0071】この場合のMoCu素材は、好ましい温度
範囲を確保し、安定した温度特性を発揮しているのみな
らず、MoCu素材には「そり」の発生もなかった(実
施例9〜13)。
In this case, the MoCu material not only secured a preferable temperature range and exhibited stable temperature characteristics, but also did not generate warpage in the MoCu material (Examples 9 to 13).

【0072】実施例9〜13のMoCu素材について、
前記30回の温度特性評価後に分解し加圧面の顕微鏡的
観察をすると、適切な冷却速度の選択によって、ミクロ
的な接触点がほぼ全面に分布していると共に「そり」も
見られなかった。
For the MoCu materials of Examples 9 to 13,
After decomposing after the above-mentioned 30 temperature characteristic evaluations, microscopic observation of the pressurized surface revealed that microscopic contact points were distributed over almost the entire surface and "warpage" was not observed by selecting an appropriate cooling rate.

【0073】再加熱処理に於いて、MoCu素材に与え
る冷却速度が、0.16〜3℃/分の範囲(実施例9〜
12)では、図5に示した様に、その温度特性は繰り返
し回数が1回、30回とも51〜56℃の範囲にあり、
バラツキが小さく極めて安定しているのに対して、10
℃/分(実施例13)では、63〜67℃を示し前記と
比較してやや上昇傾向にあるが、「そり」、変形がみら
れずにMoCu素材を製造できるので、許容範囲とした
(実施例13)。
In the reheating treatment, the cooling rate applied to the MoCu material is in the range of 0.16 to 3 ° C./min (Examples 9 to 10).
In (12), as shown in FIG. 5, the temperature characteristic is in the range of 51 to 56 ° C. for one and 30 repetitions.
While the variation is small and extremely stable, 10
C / min (Example 13) shows 63-67 ° C, which is slightly higher than the above. However, since the MoCu material can be manufactured without any warpage or deformation, it was set to an allowable range. Example 13).

【0074】なお、比較例5で示した再加熱処理時にM
oCu素材に与える冷却速度を、0.05〜0.1℃/
分とし、前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り除き]サ
イクルの繰り返し回数が1回及び30回とした時の温度
特性を比較した限りでは、温度特性は好ましい値の範囲
であったが、熱処理後のMoCu素材表面の顕微鏡観察
及びミクロ的分析によれば、熱処理時間の長時間化によ
って、CuとMoとの蒸気圧の差による選択的蒸発損失
が累積され、MoCu素材表面には、前記比較例3と同
じ傾向のミクロな凹凸が見られる場合があると共に、熱
処理時間の長時間化は工業的経済性に著しく不利で現実
性に対して致命的である為、本発明の好ましい条件から
は除外した(比較例5)。
In the reheating treatment shown in Comparative Example 5, M
The cooling rate given to the oCu material is 0.05 to 0.1 ° C /
Min, and as long as the temperature characteristics when the number of repetitions of the [load application → power cutoff → removal of load] cycle was set to 1 and 30 were compared, the temperature characteristics were in a preferable value range. According to the microscopic observation and microscopic analysis of the surface of the MoCu material, the elongation of the heat treatment time causes the selective evaporation loss due to the difference in vapor pressure between Cu and Mo to accumulate. In some cases, microscopic irregularities having the same tendency as in Example 3 can be seen, and prolonged heat treatment time is extremely disadvantageous to industrial economics and is fatal to reality, and is therefore excluded from the preferred conditions of the present invention. (Comparative Example 5).

【0075】一方、比較例6で示した再加熱処理時にM
oCu素材に与える冷却速度30℃/分では、前記[荷
重印加→電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し
回数が1回及び30回の温度特性を比較した結果、繰り
返し回数が1回では中心部は75℃、外周部は65〜7
6℃の範囲、繰り返し回数が30回では中心部が92
℃、外周部は85〜96℃を示している如く、繰り返し
回数1回、30回に拘らず、好ましくない温度特性と、
温度特性に著しいバラツキを示す傾向を示した。更に期
待した「そり」の矯正の効果も得られず好ましくなかっ
た(比較例6)。
On the other hand, during the reheating treatment shown in Comparative Example 6, M
At a cooling rate of 30 ° C./min to be applied to the oCu material, the temperature characteristics of the cycle of [load application → power cutoff → load removal] cycle were once and 30 times. 75 ° C, the outer circumference is 65-7
In the range of 6 ° C. and 30 repetitions, the center was 92
° C, the outer peripheral portion shows 85 to 96 ° C, so that regardless of the number of repetitions, 30 times, unfavorable temperature characteristics,
The temperature characteristics tended to show remarkable variations. Furthermore, the expected effect of correcting the "warpage" was not obtained, which was not preferable (Comparative Example 6).

【0076】なお、MoCu素材に与える再加熱処理に
於ける処理温度は、200〜1000℃(Agの時には
900℃)の範囲とする。ここで1000℃(Agの時
には900℃)以上の温度を選択すると、前記同様にC
u又はAgの熱的な選択蒸発が著しく大となり、200
℃未満では期待した「そり」の矯正の効果が得られな
い。
The processing temperature in the reheating treatment applied to the MoCu material is in the range of 200 to 1000 ° C. (900 ° C. for Ag). Here, if a temperature of 1000 ° C. (900 ° C. for Ag) or more is selected, C
The thermal selective evaporation of u or Ag is significantly large,
If the temperature is lower than ℃, the expected effect of correcting the "warpage" cannot be obtained.

【0077】更に、冷却は150℃より低い温度にまで
制御することは、経済的な観点から得策ではない。一
方、保持時間を5分以上とするのが好ましい。5分未満
では期待した「そり」の矯正の効果も得られず好ましく
なかった。
Further, it is not economically advantageous to control the cooling to a temperature lower than 150 ° C. On the other hand, the holding time is preferably 5 minutes or more. If the time is less than 5 minutes, the expected effect of correcting the "warpage" cannot be obtained, which is not preferable.

【0078】この結果から明らかな様に、再加熱処理に
MoCu素材に与える冷却速度を0.16〜10℃/分
の範囲とした時には、MoCu素材には期待した「そ
り」矯正の効果と好ましい温度特性を持ち、信頼性と経
済性を備えたMoCu素材を得ることができる。
As is evident from the results, when the cooling rate given to the MoCu material in the reheating treatment is in the range of 0.16 to 10 ° C./min, the expected effect of the “warp” correction on the MoCu material is preferable. It is possible to obtain a MoCu material having temperature characteristics and having reliability and economy.

【0079】この結果から明らかな様に、比較例1に示
した10%Cu−Moと比較して、実施例1〜13で
は、製造過程中或いは製造後再加熱処理時のMoCu素
材に好ましい範囲の荷重を制御することと、製造過程中
或いは製造後再加熱処理時のMoCu素材に好ましい範
囲の冷却速度を制御することとの相乗的効果が発揮され
た(図3及び図5参照)。
As is apparent from the results, in Examples 1 to 13, the preferred range for the MoCu material during the manufacturing process or during the reheating treatment after the manufacturing was compared to the 10% Cu-Mo shown in Comparative Example 1. The synergistic effect of controlling the load on the substrate and controlling the cooling rate in a preferable range for the MoCu material during the manufacturing process or during the reheating treatment after the manufacturing was exhibited (see FIGS. 3 and 5).

【0080】(実施例14〜18、比較例7〜8)前記
実施例1〜13では、熱緩衝板として10%Cu−Mo
を対象として、本発明の効果(製造過程中或いは製造後
再加熱処理時のMoCu素材に好ましい範囲の荷重を制
御することと製造過程中或いは製造後再加熱処理時のM
oCu素材に好ましい範囲の冷却速度を制御することと
の相乗的効果)について示したが、本発明の効果は、1
0%Cu−Mo製熱緩衝板に対してのみでなく、(0.
5〜50)%Cu残部Moに対しても有益である(実施
例14〜18)(図4及び図6参照)。
(Examples 14 to 18, Comparative Examples 7 to 8) In Examples 1 to 13, 10% Cu-Mo was used as the heat buffer plate.
For the purpose of the present invention, it is possible to control the load of the MoCu material in the preferred range during the manufacturing process or at the time of the reheating treatment after the production and to control the M during the manufacturing process or the reheating treatment after the production.
(a synergistic effect with controlling the cooling rate in a preferable range for the oCu material), the effect of the present invention is as follows.
Not only for the thermal buffer plate made of 0% Cu-Mo, but also for (0.
5 to 50)% Cu is also effective for the remaining Mo (Examples 14 to 18) (see FIGS. 4 and 6).

【0081】すなわち、熱緩衝板として10%Cu−M
oに代わって、0.5%Cu残部Mo、1.5%Cu残
部Mo、5%Cu残部Mo、15%Cu残部Mo、50
%Cu残部Moを使用したMoCu素材について、前記
同様の評価を実施した。
That is, 10% Cu-M
Instead of o, 0.5% Cu remaining Mo, 1.5% Cu remaining Mo, 5% Cu remaining Mo, 15% Cu remaining Mo, 50
The same evaluation as described above was carried out for the MoCu material using the% Cu residual Mo.

【0082】前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り除
き]サイクルの繰り返し回数が1回及び30回の温度特
性を比較した結果、繰り返し回数が1回では、中心部は
51〜66℃、外周部は50〜66℃の範囲、繰り返し
回数が30回では、中心部が53〜67℃、外周部は5
2〜69℃を示し、いずれも好ましい値の範囲であっ
た。この場合のMoCu素材は、好ましい温度範囲を確
保し、安定した温度特性を発揮すると共に、「そり」の
発生もなかった(実施例14〜18)。
As a result of comparing the temperature characteristics when the number of repetitions of the [load application → power interruption → removal of load] cycle is 1 and 30, the center is 51 to 66 ° C. and the outer periphery is In the range of 50 to 66 ° C. and the number of repetitions is 30, the center is 53 to 67 ° C. and the outer periphery is 5
2 to 69 ° C., all of which were within the preferable range. In this case, the MoCu material secured a preferable temperature range, exhibited stable temperature characteristics, and did not generate "warp" (Examples 14 to 18).

【0083】実施例14〜18の各MoCu素材につい
て、前記30回の温度特性評価の後、分解し加圧面の顕
微鏡的観察をすると、適切な冷却速度の選択によって、
ミクロ的な接触点がほぼ全面に分布していると共に「そ
り」も見られなかった。
For each of the MoCu materials of Examples 14 to 18, after the temperature characteristic evaluation was performed 30 times, the MoCu material was disassembled and subjected to microscopic observation of the pressurized surface.
Microscopic contact points were distributed over almost the entire surface, and no "warpage" was observed.

【0084】これに対して、熱緩衝板として10%Cu
−Moに代わって、100%Moを使用したMo素材に
ついて、前記同様の評価を実施した。前記[荷重印加→
電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1
回及び30回の温度特性を比較した結果、繰り返し回数
が1回では、中心部は78℃、外周部は76〜79℃の
範囲、繰り返し回数が30回では、中心部が94℃、外
周部は90〜101℃を示し、高い温度上昇と温度値に
バラツキを示し好ましくなかった(比較例7)。この様
にMo素材は、好ましくない温度値、不安定な温度特性
を発揮した(比較例7)。即ち、前記した実施例1〜1
8では、熱緩衝板中に所定範囲のCuが存在している為
の効果が発揮されているが、Mo素材(比較例7)で
は、接触抵抗、接触熱抵抗が好ましくなく、前記した好
ましくない温度値、不安定な温度特性を発揮した。
On the other hand, 10% Cu
-The same evaluation as described above was performed on Mo materials using 100% Mo instead of Mo. [Load application →
Power cut-off → Remove load] 1 cycle
As a result of comparing the temperature characteristics of the cycle and the cycle of 30 times, when the number of repetitions is 1, the central portion is in the range of 78 ° C. and the outer portion is in the range of 76 to 79 ° C. Was 90 to 101 ° C., which was not preferable because of a high temperature rise and a variation in temperature value (Comparative Example 7). Thus, the Mo material exhibited an unfavorable temperature value and unstable temperature characteristics (Comparative Example 7). That is, Examples 1 to 1 described above were used.
In No. 8, the effect due to the presence of a predetermined range of Cu in the heat buffer plate is exhibited. However, in the Mo material (Comparative Example 7), the contact resistance and the contact heat resistance are not preferable, and Demonstrated temperature values and unstable temperature characteristics.

【0085】一方、熱緩衝板として10%Cu−Moに
代わって、65%Cu−Moを使用したMoCu素材に
ついて、前記同様の評価を実施した。前記[荷重印加→
電力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1
回及び30回の温度特性を比較した結果、繰り返し回数
が1回では、中心部は50℃、外周部は50〜51℃の
範囲、繰り返し回数が30回では中心部が52℃、外周
部は51〜53℃を示し、温度特性を比較した限りで
は、温度特性は極めて良好な値の範囲であったが、熱処
理後のMoCu素材表面の顕微鏡観察及びミクロ的分析
によれば、MoCu素材表面には、大きな凹凸が見られ
る場合があると共に、接触抵抗値にもバラツキが見られ
ている(比較例8)。
On the other hand, the same evaluation as described above was carried out on a MoCu material using 65% Cu-Mo instead of 10% Cu-Mo as a heat buffer plate. [Load application →
Power cut-off → Remove load] 1 cycle
As a result of comparing the temperature characteristics of the cycle and the cycle of 30 times, when the number of repetitions is 1, the central portion is 50 ° C. and the outer peripheral portion is in a range of 50 to 51 ° C., and when the number of repetitions is 30, the central portion is 52 ° C. Although the temperature characteristics were in the range of extremely good values as far as the temperature characteristics were compared, the temperature characteristics were in an extremely good range, but according to the microscopic observation and microscopic analysis of the MoCu material surface after the heat treatment, In some cases, large irregularities were observed, and the contact resistance values also varied (Comparative Example 8).

【0086】(実施例19〜21)前記実施例1〜13
では、熱緩衝板としての強度を支える材料としてMoを
選択して、本発明の効果について示したが、本発明の効
果は、これに限ることなく発揮される(実施例19〜2
1)(図4及び図6参照)。
(Examples 19 to 21) Examples 1 to 13
In the above, Mo was selected as a material for supporting the strength as a heat buffer plate, and the effect of the present invention was shown. However, the effect of the present invention is exhibited without being limited thereto (Examples 19 to 2).
1) (see FIGS. 4 and 6).

【0087】すなわち、熱緩衝板として10%Cu−M
oに代わって、10%Cu残部W、10%Cu残部W−
Mo、10%AgCu残部Wを使用したWCu、WMo
Cu、WAgCu素材について、前記同様の評価を実施
した。
That is, 10% Cu-M
10% Cu balance W, 10% Cu balance W-
Mo, WCu, WMo using remaining 10% AgCu W
The same evaluation as described above was performed for Cu and WAgCu materials.

【0088】前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り除
き]サイクルの繰り返し回数が1回及び30回の温度特
性を比較した結果、繰り返し回数が1回では、中心部は
51〜53℃、外周部は50〜53℃の範囲、繰り返し
回数が30回では、中心部が53〜55℃、外周部は5
1〜54℃を示し、いずれも好ましい値の範囲であっ
た。このようにWCu、WMoCu、WAgCu素材
は、好ましい温度範囲を確保し、安定した温度特性を発
揮すると共に、「そり」の発生もなかった。
As a result of comparing the temperature characteristics when the number of repetitions of the load application → power cutoff → removal of the cycle is 1 and 30 times, when the number of repetitions is 1, the center is 51 to 53 ° C. and the outer periphery is In the range of 50 to 53 ° C. and the number of repetitions is 30, the center is 53 to 55 ° C. and the outer periphery is 5
1 to 54 ° C., all of which were within the preferable range. As described above, the WCu, WMoCu, and WAgCu materials ensured a preferable temperature range, exhibited stable temperature characteristics, and did not generate "warp".

【0089】前記30回の温度特性評価の後、分解し加
圧面の顕微鏡的観察をしたが、その表面はミクロ的な接
触点がほぼ全面に分布していると共に「そり」も見られ
ず前記した10%Cu−Moの場合(実施例1〜13)
と比較して同等であった(実施例19〜21)。
After the evaluation of the temperature characteristics for 30 times, the sample was decomposed and subjected to microscopic observation of the pressurized surface. On the surface, microscopic contact points were distributed over almost the entire surface, and "warpage" was not observed. 10% Cu-Mo (Examples 1 to 13)
(Examples 19 to 21).

【0090】(実施例22〜23)前記実施例1〜2
1、比較例1〜8では、製造過程中或いは一旦製造後再
加熱処理時のいずれかにおいてMoCu、WCu、WM
oCu、WAgCu素材に所定の荷重を与えたが、本発
明ではこれに限ることはない。
(Examples 22 and 23) Examples 1 and 2
1. In Comparative Examples 1 to 8, MoCu, WCu, WM either during the manufacturing process or during the reheating process after the manufacturing.
Although a predetermined load is applied to the oCu and WAgCu materials, the present invention is not limited to this.

【0091】製造過程中のMoCu、WCu素材に前記
荷重を与えないで通常の一般的製造方法によって得たM
oCu、WCu素材に対して、これに再加熱処理を行
い、この再加熱処理時に、所定の荷重を与えて冷却した
場合でも、製造過程中のMoCu、WCu素材に前記荷
重を与えた場合と同等の効果を得る(実施例22と実施
例3とを比較参照)が、製造過程中のMoCu、WCu
素材に所定の荷重を与えてMoCu、WCu素材を製造
した後、この素材に更に同等の荷重を与えながら再加熱
処理を与えても(図4の(イ)+(ロ):製造過程中の
MoCu素材に荷重を加えてMoCu素材を得た後、こ
の製造過程後のMoCu素材の再加熱冷却時に荷重を加
える)、その効果を発揮する(実施例23)(図4及び
図6参照)。
[0091] The MoCu and WCu materials in the manufacturing process were obtained by the ordinary general manufacturing method without applying the load.
oCu, WCu material is subjected to a reheating process, even when a predetermined load is applied during this reheating process and cooled, the same as when the load is applied to the MoCu and WCu material during the manufacturing process. (See the comparison between Example 22 and Example 3), but MoCu and WCu during the manufacturing process are obtained.
After the MoCu or WCu material is manufactured by applying a predetermined load to the material, the material may be subjected to a reheating process while further applying an equivalent load ((a) + (b) in FIG. After a load is applied to the MoCu material to obtain the MoCu material, a load is applied during reheating and cooling of the MoCu material after this manufacturing process), and the effect is exerted (Example 23) (see FIGS. 4 and 6).

【0092】ところで、上記実施例1〜23では、熱緩
衝板として10%Cu−Moに代わって、10%Cu残
部W、10%Cu残部W−Mo、10%AgCu残部W
を使用したWCu、WMoCu、WAgCu素材につい
て評価したが、これらの素材で構成した熱緩衝板は、表
面層としてCu層を配置させても良い。すなわち、熱緩
衝板の表面Cu層の材質として、100%Cu、Cu−
0.2Ag、Cu−7.5Ag、Cu−28Ag、Cu
−92.5Ag、Cu−0.1Ni、Cu−0.1S
n、Cu−0.15Zr、Cu−0.8Crに於いて、
前記同様の温度特性を求めた結果、前記[荷重印加→電
力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1回
では、中心部が57〜61℃、外周部は58〜64℃の
範囲、前記繰り返し回数が30回でも中心部が59〜6
4℃、外周部は55〜65℃の範囲となり、好ましい温
度特性を発揮した。いずれも導電率が80%IACS以
上、ビッカース硬さがHv=30〜80以下の範囲にあ
った。
In the above Examples 1 to 23, instead of 10% Cu-Mo, 10% Cu remaining W, 10% Cu remaining W-Mo, and 10% AgCu remaining W were used instead of 10% Cu-Mo.
Were evaluated for the WCu, WMoCu, and WAgCu materials using, but a heat buffer plate composed of these materials may be provided with a Cu layer as a surface layer. That is, as the material of the surface Cu layer of the heat buffer plate, 100% Cu, Cu-
0.2 Ag, Cu-7.5 Ag, Cu-28 Ag, Cu
-92.5Ag, Cu-0.1Ni, Cu-0.1S
n, Cu-0.15Zr, Cu-0.8Cr,
As a result of obtaining the same temperature characteristics, when the number of repetitions of the [load application → power interruption → removal of load] cycle is one, the central portion is in the range of 57 to 61 ° C. and the outer peripheral portion is in the range of 58 to 64 ° C. Even if the number of times is 30, the center is 59-6
The temperature was 4 ° C., and the outer peripheral portion was in the range of 55 to 65 ° C., and preferred temperature characteristics were exhibited. In each case, the conductivity was 80% IACS or more, and the Vickers hardness was in the range of Hv = 30 to 80 or less.

【0093】また、熱緩衝板の表面Cu層の厚さを0.
1〜30μmとした時、前記同様の温度特性を求めた結
果、前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り除き]サイク
ルの繰り返し回数が1回では中心部が55℃、外周部は
53〜55℃の範囲にあり、前記繰り返し回数が30回
でも中心部が57〜59℃、外周部は53〜57℃の範
囲となり、好ましい温度特性を発揮している。
Further, the thickness of the surface Cu layer of the heat buffer plate is set to 0.
When the temperature was set to 1 to 30 μm, the same temperature characteristics were obtained. As a result, when the number of repetitions of the [load application → power interruption → load removal] cycle was one, the center was 55 ° C. and the outer periphery was 53 to 55 ° C. Even if the number of repetitions is 30 times, the central portion is in the range of 57 to 59 ° C. and the outer peripheral portion is in the range of 53 to 57 ° C., and favorable temperature characteristics are exhibited.

【0094】更に、熱緩衝板の表面Cu層の厚さを、
0.1〜100μmの範囲に於いて、前記同様の温度特
性を求めた結果、前記[荷重印加→電力遮断→荷重取り
除き]サイクルの繰り返し回数が1回では中心部が66
℃、外周部は64〜66℃の範囲にあり、前記繰り返し
回数が30回でも中心部が69℃、外周部は67〜69
℃の範囲となり、好ましい温度特性を発揮している。
Further, the thickness of the surface Cu layer of the heat buffer plate was
As a result of obtaining the same temperature characteristics as described above in the range of 0.1 to 100 μm, when the number of repetitions of the [load application → power cutoff → load removal] cycle is one, the central portion is 66 points.
° C, the outer peripheral portion is in the range of 64 to 66 ° C. Even if the number of repetitions is 30, the central portion is 69 ° C, and the outer peripheral portion is 67 to 69 ° C.
° C, exhibiting favorable temperature characteristics.

【0095】また、熱緩衝板とヒートシンクとを接触さ
せ、これらの中のCu同士を連続一体化した場合では、
前記同様の温度特性を求めた結果、前記[荷重印加→電
力遮断→荷重取り除き]サイクルの繰り返し回数が1回
では中心部が56℃、外周部は54〜59℃の範囲にあ
り、前記繰り返し回数が30回でも中心部が60℃、外
周部は56〜61℃の範囲となり、好ましい温度特性を
発揮している。
In the case where the heat buffer plate and the heat sink are brought into contact with each other and Cu in them is continuously integrated,
As a result of obtaining the same temperature characteristics, when the number of repetitions of the [load application → power interruption → removal of load] cycle is one, the central portion is in the range of 56 ° C. and the outer peripheral portion is in the range of 54 to 59 ° C. 30 times, the central portion is in the range of 60 ° C., and the outer peripheral portion is in the range of 56 to 61 ° C., exhibiting favorable temperature characteristics.

【0096】(実施例24〜26)前記実施例1〜2
3、比較例1〜8では、熱緩衝板中の導電性成分として
Cu(実施例21ではAgCu)を使用した実施例、比
較例を示したが、本発明技術ではCuの一部又は総てを
Agと代替しても同等の効果を発揮出来るのは無論であ
る(実施例24〜26)(図4及び図6参照)。なお、
上記説明では、平型素子を主体に本発明効果を示した
が、平型素子以外の半導体素子においても適用し、同等
の効果を発揮出来るのは無論である。
(Examples 24-26) Examples 1-2
3. In Comparative Examples 1 to 8, Examples and Comparative Examples in which Cu (AgCu in Example 21) was used as the conductive component in the thermal buffer plate were shown, but in the present invention, a part or all of Cu was used. It is needless to say that the same effect can be exerted even if is replaced with Ag (Examples 24 to 26) (see FIGS. 4 and 6). In addition,
In the above description, the effects of the present invention have been shown mainly for flat elements, but it is needless to say that the present invention can be applied to semiconductor elements other than flat elements, and the same effects can be exerted.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の半導体素子
の製造方法によれば、熱緩衝板の素材の温度特性を好ま
しい様にした為、半導体素子全体としての温度特性を改
良することができる。従って、本発明の製造方法により
製造された半導体素子、及びこれを組込んだ電力変換装
置の信頼性の向上に寄写する。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, the temperature characteristics of the material of the heat buffer plate are made favorable, so that the temperature characteristics of the entire semiconductor device can be improved. . Therefore, the present invention contributes to the improvement of the reliability of the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention and the power converter incorporating the semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態により製造される半導体
素子の一例を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態により製造される半導体
素子における半導体基板の他の例の配置を示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing the arrangement of another example of a semiconductor substrate in a semiconductor device manufactured according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1〜13及び比較例1〜6に
おける製造条件及び素材の構成を示す表図。
FIG. 3 is a table showing manufacturing conditions and material configurations in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention.

【図4】 本発明の実施例14〜26及び比較例7〜8
における製造条件及び素材の構成を示す表図。
FIG. 4 shows Examples 14 to 26 of the present invention and Comparative Examples 7 to 8.
FIG. 2 is a table showing manufacturing conditions and material configurations in FIG.

【図5】 本発明の実施例1〜13及び比較例1〜6に
おける評価結果を示す表図。
FIG. 5 is a table showing evaluation results in Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 6 of the present invention.

【図6】 本発明の実施例14〜26及び比較例7〜8
における評価結果を示す表図。
FIG. 6 shows Examples 14 to 26 of the present invention and Comparative Examples 7 to 8.
FIG. 9 is a table showing evaluation results in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体素子 2、2a、2b、2A、2B、2C、21 、22 、23 、24
…半導体基板 3a、3b…熱緩衝板 4…陰極接点(ポスト電極) 5…陽極接点(ポスト電極) 6…絶縁受動部分 7…ゲート接点 8…ゲート導体 10…絶縁容器 11a…第1カバー 11b…第2カバー
1 ... semiconductor element 2,2 a, 2 b, 2 A , 2 B, 2 C, 2 1, 2 2, 2 3, 2 4
... Semiconductor substrate 3a, 3b ... Heat buffer plate 4 ... Cathode contact (post electrode) 5 ... Anode contact (post electrode) 6 ... Insulated passive part 7 ... Gate contact 8 ... Gate conductor 10 ... Insulated container 11a ... First cover 11b ... 2nd cover

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 貴史 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 木島 研二 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 山本 敦史 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 木本 淳志 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 5F047 JA08 JC00  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Kusano 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo, Japan Inside the Toshiba Fuchu Plant, Inc. 72) Inventor Atsushi Yamamoto 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Fuchu Plant, Toshiba Corporation (72) Inventor Hiroshi Ishiwatari 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Keihin Plant (72) Inventor Atsushi Kimoto 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term in Toshiba Keihin Works Co., Ltd. 5F047 JA08 JC00

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】MoCu素材の少なくとも1つの面に、
0.1〜1000gr/mm2 の荷重を与えながらMo
Cu素材を製造し、このMoCu素材を用いて半導体素
子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。
1. At least one surface of a MoCu material,
Mo while applying a load of 0.1 to 1000 gr / mm 2
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a Cu material and manufacturing a semiconductor device using the MoCu material.
【請求項2】MoCu素材の少なくとも1つの面に、
0.1〜1000gr/mm2 の荷重を与えながら、加
熱処理時の保持温度から200℃までの間の冷却過程に
おける平均冷却速度を0.16〜10℃/分としてMo
Cu素材を製造し、このMoCu素材を用いて半導体素
子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. The method according to claim 2, wherein at least one surface of the MoCu material has
While applying a load of 0.1 to 1000 gr / mm 2 , the average cooling rate in the cooling process from the holding temperature during the heat treatment to 200 ° C. was set to 0.16 to 10 ° C./min.
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a Cu material and manufacturing a semiconductor device using the MoCu material.
【請求項3】MoCu素材の加熱処理時の保持温度から
200℃までの間の冷却過程における冷却速度を、0.
16〜10℃/分としてMoCu素材を製造し、このM
oCu素材を用いて半導体素子を製造することを特徴と
する半導体素子の製造方法。
3. The cooling rate in the cooling step from the holding temperature during the heat treatment of the MoCu material to 200.degree.
A MoCu material was manufactured at 16 to 10 ° C./min.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a semiconductor device using an oCu material.
【請求項4】加熱処理することによりMoCu素材を一
旦製造した後、200〜1000℃の温度で少なくとも
5分間保持し、MoCu素材の少なくとも1つの面に、
0.1〜1000gr/mm2 の荷重を与えながら冷却
する再加熱処理を行うことによりMoCu素材を製造
し、このMoCu素材を用いて半導体素子を製造するこ
とを特徴とする半導体素子の製造方法。
4. After the MoCu material is once manufactured by heat treatment, the MoCu material is kept at a temperature of 200 to 1000 ° C. for at least 5 minutes, and the MoCu material is formed on at least one surface of the MoCu material.
0.1~1000Gr / while applying a load of mm 2 to produce a MoCu material by reheating process is performed for cooling, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by manufacturing a semiconductor device by using the MoCu material.
【請求項5】加熱処理することによりMoCu素材を一
旦製造した後、200〜1000℃の温度で少なくとも
5分間保持し、MoCu素材の少なくとも1つの面に、
0.1〜1000gr/mm2 の荷重を与えながら、前
記保持温度から150℃までの間の平均冷却速度を0.
16〜10℃/分として冷却する再加熱処理を行うこと
によりMoCu素材を製造し、このMoCu素材を用い
て半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の
製造方法。
5. Once the MoCu material has been manufactured by heat treatment, it is kept at a temperature of 200 to 1000 ° C. for at least 5 minutes, and at least one surface of the MoCu material is
While applying a load of 0.1 to 1000 gr / mm 2 , the average cooling rate from the holding temperature to 150 ° C. is set to 0.1.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a MoCu material by performing a reheating treatment at a cooling rate of 16 to 10 ° C./min, and manufacturing a semiconductor device using the MoCu material.
【請求項6】MoCu素材を用いて半導体素子を製造す
る場合に、絶縁容器内に配置された半導体基板が、その
両面を熱緩衝板に挟まれながら、陰極接点と陽極接点と
の間に配置され、前記陰極接点側でゲート接点と接続さ
れ、前記陰極接点が第1カバーを介して、前記絶縁容器
の一端と連結され、前記陽極接点が、第2カバーを介し
て、前記絶縁容器の他端と連結されて外部に対して密閉
された構造とし、前記ゲート接点にはゲート信号が与え
られるものとした半導体素子の前記緩衝板として、前記
MoCu素材を用いることを特徴とする請求項1乃至請
求項5のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
6. When manufacturing a semiconductor device using a MoCu material, a semiconductor substrate disposed in an insulating container is disposed between a cathode contact and an anode contact while both surfaces thereof are sandwiched between thermal buffer plates. The cathode contact is connected to a gate contact on the cathode contact side, the cathode contact is connected to one end of the insulating container via a first cover, and the anode contact is connected to the other of the insulating container via a second cover. 4. The structure according to claim 1, wherein the MoCu material is used as the buffer plate of the semiconductor device which is connected to an end to be sealed to the outside and to which a gate signal is applied to the gate contact. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5.
【請求項7】MoCu素材を用いて半導体素子を製造す
る場合に、前記MoCu素材からなる一対の熱緩衝板に
挟まれた複数の半導体基板を一個のパッケージ内に設置
して半導体素子を製造することを特徴とする請求項1乃
至請求項6のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
7. When manufacturing a semiconductor device using a MoCu material, a plurality of semiconductor substrates sandwiched between a pair of heat buffer plates made of the MoCu material are installed in one package to manufacture the semiconductor device. 7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項8】前記MoCu素材を、前記MoCu素材中
のMoの一部、または総てをWで置換したWMoCu素
材、またはWCu素材としたことを特徴とする請求項1
乃至請求項7のいずれかに記載の半導体素子の製造方
法。
8. The MoCu material is a WMoCu material in which a part or all of Mo in the MoCu material is replaced with W, or a WCu material.
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7.
【請求項9】前記MoCu素材、WMoCu素材、また
はWCu素材を、前記MoCu素材、WMoCu素材、
またはWCu素材中のCuの一部、または総てをAgで
置換したMoCuAg素材、MoAg素材、WMoCu
Ag素材、WMoAg素材、WCuAg素材、またはW
Ag素材としたことを特徴とする請求項1乃至請求項8
のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
9. The MoCu material, WMoCu material, or WCu material is replaced with the MoCu material, WMoCu material,
Alternatively, MoCuAg material, MoAg material, WMoCu in which part or all of Cu in WCu material is replaced with Ag
Ag material, WMoAg material, WCuAg material, or W
9. An Ag material, wherein the Ag material is used.
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above.
【請求項10】前記MoCu素材、WMoCu素材、W
Cu素材、MoCuAg素材、MoAg素材、WMoC
uAg素材、WMoAg素材、WCuAg素材、または
WAg素材中のCu量、Ag量、またはCuAg量が、
0.5容積%〜50容積%を占めていることを特徴とす
る請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の半導体素子
の製造方法。
10. The MoCu material, WMoCu material, W
Cu material, MoCuAg material, MoAg material, WMoC
The amount of Cu, Ag, or CuAg in the uAg material, WMoAg material, WCuAg material, or WAg material is:
The method according to claim 1, wherein the semiconductor device occupies 0.5% by volume to 50% by volume.
【請求項11】請求項1乃至請求項10のいずれかに記
載の製造方法により製造された半導体素子を組込んだ電
力変換装置。
11. A power converter incorporating a semiconductor element manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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