JP2000150743A - 半導体装置用基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置用基板及びその製造方法Info
- Publication number
- JP2000150743A JP2000150743A JP10320307A JP32030798A JP2000150743A JP 2000150743 A JP2000150743 A JP 2000150743A JP 10320307 A JP10320307 A JP 10320307A JP 32030798 A JP32030798 A JP 32030798A JP 2000150743 A JP2000150743 A JP 2000150743A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper
- composite material
- copper alloy
- heat dissipation
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子もしくは半導体素子を搭載したセ
ラミック質の基板と金属的な接合を行っても十分な信頼
性を得ることができ、放熱性に優れ、かつ廉価な半導体
装置用放熱基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 放熱基板(1)は、銅または銅合金板状
部材(2)にあけた貫通穴(3)に、銅及び/または銅
合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛
質の繊維からなる複合材料の部材(4)をはめ込み配置
し、強固に接合したもので、これに半導体素子または半
導体素子を設けたセラミック質基板を搭載するものであ
る。
ラミック質の基板と金属的な接合を行っても十分な信頼
性を得ることができ、放熱性に優れ、かつ廉価な半導体
装置用放熱基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 放熱基板(1)は、銅または銅合金板状
部材(2)にあけた貫通穴(3)に、銅及び/または銅
合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛
質の繊維からなる複合材料の部材(4)をはめ込み配置
し、強固に接合したもので、これに半導体素子または半
導体素子を設けたセラミック質基板を搭載するものであ
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子もしく
は半導体素子を搭載したセラミック質基板を接合する熱
の放散性に優れた半導体装置用放熱基板及びその製造方
法に関する。
は半導体素子を搭載したセラミック質基板を接合する熱
の放散性に優れた半導体装置用放熱基板及びその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積度化、大規模
化により、その発熱量が多くなり、動作の安定性を確保
するには半導体素子から発生した熱を適切に外部へ放散
させなければならない。それ故、これら半導体素子を搭
載する放熱基板には高い熱伝導性を持つことが要求され
る。例えば、自動車や工作機器でスイッチや出力制御等
に用いられる半導体装置において、半導体素子のトラン
ジスタ集積密度の上昇や、素子自体の高出力化により、
これら半導体装置において発生する熱は増大する一方で
ある。これらの熱により半導体素子の温度が上昇する
と、半導体としての機能が維持できなくなるため、これ
らの熱を適切に外部へ放散し半導体素子の温度上昇を抑
制する必要がある。
化により、その発熱量が多くなり、動作の安定性を確保
するには半導体素子から発生した熱を適切に外部へ放散
させなければならない。それ故、これら半導体素子を搭
載する放熱基板には高い熱伝導性を持つことが要求され
る。例えば、自動車や工作機器でスイッチや出力制御等
に用いられる半導体装置において、半導体素子のトラン
ジスタ集積密度の上昇や、素子自体の高出力化により、
これら半導体装置において発生する熱は増大する一方で
ある。これらの熱により半導体素子の温度が上昇する
と、半導体としての機能が維持できなくなるため、これ
らの熱を適切に外部へ放散し半導体素子の温度上昇を抑
制する必要がある。
【0003】このような問題を解決するために、放熱基
板の材料として熱伝導性のよい材料を使用する必要があ
るが、一方で、これらの放熱基板と、半導体素子、ある
いはセラミックからなる素子搭載基板との間には熱膨張
係数の差に起因する熱応力によってこれらの接合部に破
損が生じる危険があるので、この熱応力を低減する必要
がある。
板の材料として熱伝導性のよい材料を使用する必要があ
るが、一方で、これらの放熱基板と、半導体素子、ある
いはセラミックからなる素子搭載基板との間には熱膨張
係数の差に起因する熱応力によってこれらの接合部に破
損が生じる危険があるので、この熱応力を低減する必要
がある。
【0004】従来例について図6、図7を参照して説明
する。図6は、セラミック基板(11)にCuメタライ
ズ(10)とCuメタライズ(12)を設けられたDB
C(Direct BondCopper)と呼ばれて
いる基板(7)に半導体素子(6)を搭載し、このDB
C基板(7)をシリコングリース(21)でCuもしく
はAlからなる放熱基板(20)に、接合したものであ
る。なお(9)はCu配線である。このシリコングリー
ス(21)は熱抵抗が高いので、それを嫌って、比較的
熱伝導性がよく且つ熱膨張係数が低い素材を放熱基板材
料として用いて、これにDBC基板を半田接合すること
も試みられており、図7に示すように、放熱基板(2
1)に、半導体素子(6)を搭載したDBC基板(7)
(Cuメタライズ(10)とCuメタライズ(12)さ
れたセラミック基板(11))を半田(13)で接合し
たものである。このような放熱基板材料として、Cu−
WやAl−SiCがよく知られている。また、銅と炭素
の繊維からなる材料も知られている(例えば、特公昭5
8−16615号公報)。
する。図6は、セラミック基板(11)にCuメタライ
ズ(10)とCuメタライズ(12)を設けられたDB
C(Direct BondCopper)と呼ばれて
いる基板(7)に半導体素子(6)を搭載し、このDB
C基板(7)をシリコングリース(21)でCuもしく
はAlからなる放熱基板(20)に、接合したものであ
る。なお(9)はCu配線である。このシリコングリー
ス(21)は熱抵抗が高いので、それを嫌って、比較的
熱伝導性がよく且つ熱膨張係数が低い素材を放熱基板材
料として用いて、これにDBC基板を半田接合すること
も試みられており、図7に示すように、放熱基板(2
1)に、半導体素子(6)を搭載したDBC基板(7)
(Cuメタライズ(10)とCuメタライズ(12)さ
れたセラミック基板(11))を半田(13)で接合し
たものである。このような放熱基板材料として、Cu−
WやAl−SiCがよく知られている。また、銅と炭素
の繊維からなる材料も知られている(例えば、特公昭5
8−16615号公報)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、十分な放熱性を持ち、かつ熱応力による接合部
の破壊等が生じない信頼性の高い半導体装置を得るとい
う問題に対し十分応えたとはいえないものであった。具
体的には、まず、熱伝導性のよいCu、Alからなる放
熱基板に、DBC基板をグリースで接合し、両者の間に
発生する熱応力を低減する方法では、グリースの熱抵抗
が金属的に接合する場合に比べ格段に高いため十分な放
熱性を持たせることができなかった。また、Cu−W、
Al−SiC又は銅一炭素複合材料といった、いわゆる
高熱伝導性低熱膨張材料を用いて、これにDBC基板を
金属接合する場合は、これらの材料の熱伝導性がCu、
Alほどは良好でないので、Cu、Alからなる放熱基
板より放熱性が劣るという問題があった。
術では、十分な放熱性を持ち、かつ熱応力による接合部
の破壊等が生じない信頼性の高い半導体装置を得るとい
う問題に対し十分応えたとはいえないものであった。具
体的には、まず、熱伝導性のよいCu、Alからなる放
熱基板に、DBC基板をグリースで接合し、両者の間に
発生する熱応力を低減する方法では、グリースの熱抵抗
が金属的に接合する場合に比べ格段に高いため十分な放
熱性を持たせることができなかった。また、Cu−W、
Al−SiC又は銅一炭素複合材料といった、いわゆる
高熱伝導性低熱膨張材料を用いて、これにDBC基板を
金属接合する場合は、これらの材料の熱伝導性がCu、
Alほどは良好でないので、Cu、Alからなる放熱基
板より放熱性が劣るという問題があった。
【0006】また、半導体装置は、放熱基板の上に複数
の半導体素子、あるいはこれを搭載したDBC基板が搭
載されることが多く、その放熱基板の大きさは一片が数
10〜数100mm程度の大きさにもなるもので、これ
をすべて、Cu−W、Al−SiC等の特殊素材で形成
すると材料コストが高くなるという問題もある。本発明
は、半導体素子もしくは半導体素子を搭載したセラミッ
ク質の基板と金属的な接合を行っても十分な信頼性を得
ることができ、放熱性に優れ、かつ廉価な半導体装置用
放熱基板及びその製造方法を提供することを目的とする
ものである。
の半導体素子、あるいはこれを搭載したDBC基板が搭
載されることが多く、その放熱基板の大きさは一片が数
10〜数100mm程度の大きさにもなるもので、これ
をすべて、Cu−W、Al−SiC等の特殊素材で形成
すると材料コストが高くなるという問題もある。本発明
は、半導体素子もしくは半導体素子を搭載したセラミッ
ク質の基板と金属的な接合を行っても十分な信頼性を得
ることができ、放熱性に優れ、かつ廉価な半導体装置用
放熱基板及びその製造方法を提供することを目的とする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、銅または銅合
金板状部材の貫通穴に、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からな
る複合材料の部材をはめ込み配置したことを特徴とする
半導体装置用放熱基板である。また本発明の半導体装置
用放熱基板は、銅または銅合金板状部材の貫通穴にはめ
込み配置した銅及び/または銅合金からなる金属マトリ
ックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料
の部材に、半導体素子または半導体素子を設けたセラミ
ック質基板を搭載することを特徴とするものである。ま
た本発明の半導体装置用放熱基板は、銅または銅合金板
状部材の貫通穴にはめ込み配置した複合材料の部材が、
炭素及び/または黒鉛質の繊維長1000μm以下のも
ので、炭素及び/または黒鉛質繊維の体積充填率20〜
60%であることを特徴とするものである。
金板状部材の貫通穴に、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からな
る複合材料の部材をはめ込み配置したことを特徴とする
半導体装置用放熱基板である。また本発明の半導体装置
用放熱基板は、銅または銅合金板状部材の貫通穴にはめ
込み配置した銅及び/または銅合金からなる金属マトリ
ックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料
の部材に、半導体素子または半導体素子を設けたセラミ
ック質基板を搭載することを特徴とするものである。ま
た本発明の半導体装置用放熱基板は、銅または銅合金板
状部材の貫通穴にはめ込み配置した複合材料の部材が、
炭素及び/または黒鉛質の繊維長1000μm以下のも
ので、炭素及び/または黒鉛質繊維の体積充填率20〜
60%であることを特徴とするものである。
【0008】また本発明の半導体装置用放熱基板は、銅
または銅合金板状部材の貫通穴にはめ込み配置した複合
材料の部材が、銅及び/または銅合金からなる金属マト
リックスにモリブデン又はタングステンもしくはこれら
の混合物が金属マトリックス全体に対し体積比で15〜
50%含まれていることを特徴とするものである。また
本発明の半導体装置用放熱基板は、少なくとも片面に絶
縁物からなる層を設けていることを特徴とするものであ
る。さらに本発明は、銅または銅合金の板状部材に形成
された貫通穴に、銅及び/または銅合金からなる金属マ
トリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合
材料の熱履歴に晒されたことのない部材をはめ込み、加
熱を行なうことを特徴とする半導体装置用放熱基板の製
造方法である。
または銅合金板状部材の貫通穴にはめ込み配置した複合
材料の部材が、銅及び/または銅合金からなる金属マト
リックスにモリブデン又はタングステンもしくはこれら
の混合物が金属マトリックス全体に対し体積比で15〜
50%含まれていることを特徴とするものである。また
本発明の半導体装置用放熱基板は、少なくとも片面に絶
縁物からなる層を設けていることを特徴とするものであ
る。さらに本発明は、銅または銅合金の板状部材に形成
された貫通穴に、銅及び/または銅合金からなる金属マ
トリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合
材料の熱履歴に晒されたことのない部材をはめ込み、加
熱を行なうことを特徴とする半導体装置用放熱基板の製
造方法である。
【0009】
【作用】本発明の放熱基板は、銅または銅合金板状部材
の貫通穴に銅及び/または銅合金からなる金属マトリッ
クスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料の
部材をはめ込み配置したことにより、高熱伝導性、低熱
膨張特性を保持して放熱性に優れ、熱応力による変形、
接合部の破壊等が生じことがなく、熱特性劣化のない信
頼性の高いものである。また複数の半導体素子あるいは
DBC基板を搭載しても十分な放熱性を有するものであ
る。
の貫通穴に銅及び/または銅合金からなる金属マトリッ
クスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料の
部材をはめ込み配置したことにより、高熱伝導性、低熱
膨張特性を保持して放熱性に優れ、熱応力による変形、
接合部の破壊等が生じことがなく、熱特性劣化のない信
頼性の高いものである。また複数の半導体素子あるいは
DBC基板を搭載しても十分な放熱性を有するものであ
る。
【0010】詳しく説明すると、本発明の放熱基板は、
DBC基板のようなセラミック基板や半導体素子と接合
して、低い熱膨張係数が求められる部分のみを低熱膨
張、高熱伝導性材料である銅及び/または銅合金からな
る金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維から
なる複合材料の部材で構成し、残りの部分を熱伝導性の
よい銅または銅合金板状部材で構成しているものであ
る。また、熱膨張係数の異なる二つの材料との接合部に
発生する熱応力によって、放熱基板の反りや接合部の破
壊の発生を防ぐために、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からな
る複合材料の部材は、銅または銅合金板状部材の貫通穴
にはめ込む構造にしているものである。これによってバ
イメタル構造としたときに生ずる放熱基板の反りや接合
部の破壊といった問題の発生を避けることができたもの
である。
DBC基板のようなセラミック基板や半導体素子と接合
して、低い熱膨張係数が求められる部分のみを低熱膨
張、高熱伝導性材料である銅及び/または銅合金からな
る金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維から
なる複合材料の部材で構成し、残りの部分を熱伝導性の
よい銅または銅合金板状部材で構成しているものであ
る。また、熱膨張係数の異なる二つの材料との接合部に
発生する熱応力によって、放熱基板の反りや接合部の破
壊の発生を防ぐために、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からな
る複合材料の部材は、銅または銅合金板状部材の貫通穴
にはめ込む構造にしているものである。これによってバ
イメタル構造としたときに生ずる放熱基板の反りや接合
部の破壊といった問題の発生を避けることができたもの
である。
【0011】また、低熱膨張、高熱伝導性材料である銅
及び/または銅合金からなる金属マトリックスと炭素及
び/または黒鉛質繊維からなる複合材料として、熱履歴
のかけられていない、例えば製造直後のもので、その後
の熱処理後で熱膨張係数が変化し、かつその寸法が不可
逆的に増大する性質を持つものを用いているので、放熱
性に優れ、熱応力による接合部の破壊等が生じることが
なく信頼性の高いものである。
及び/または銅合金からなる金属マトリックスと炭素及
び/または黒鉛質繊維からなる複合材料として、熱履歴
のかけられていない、例えば製造直後のもので、その後
の熱処理後で熱膨張係数が変化し、かつその寸法が不可
逆的に増大する性質を持つものを用いているので、放熱
性に優れ、熱応力による接合部の破壊等が生じることが
なく信頼性の高いものである。
【0012】さらに、銅または銅合金板状部材の貫通穴
にはめ込み配置する複合材料の部材を、炭素及び/また
は黒鉛質の繊維長1000μm以下のもので、炭素及び
/または黒鉛質繊維の体積充填率20〜60%であると
することによって、または、銅及び/または銅合金から
なる金属マトリックスにモリブデン又はタングステンも
しくはこれらの混合物が金属マトリックス全体に対し体
積比で15〜50%含まれたものとすることによって、
より耐熱性、信頼性に優れた放熱基板とするものであ
る。さらに、また、放熱基板の少なくとも片面に絶縁物
からなる層を設けることによって、その絶縁物を隔てて
放熱基板に配線層を設けて配線基板の機能をも備えた、
放熱性、信頼性に優れた半導体装置用放熱基板を提供す
るものである。
にはめ込み配置する複合材料の部材を、炭素及び/また
は黒鉛質の繊維長1000μm以下のもので、炭素及び
/または黒鉛質繊維の体積充填率20〜60%であると
することによって、または、銅及び/または銅合金から
なる金属マトリックスにモリブデン又はタングステンも
しくはこれらの混合物が金属マトリックス全体に対し体
積比で15〜50%含まれたものとすることによって、
より耐熱性、信頼性に優れた放熱基板とするものであ
る。さらに、また、放熱基板の少なくとも片面に絶縁物
からなる層を設けることによって、その絶縁物を隔てて
放熱基板に配線層を設けて配線基板の機能をも備えた、
放熱性、信頼性に優れた半導体装置用放熱基板を提供す
るものである。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図1
(a)(b)(c)を参照して説明する。図1(a)
は、貫通穴(3)をあけたCuもしくはCu合金の板状
部材(2)である。図1(b)はCu及び/またはCu
合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛
質の繊維からなる複合材料の部材(4)である。図1
(c)はCuもしくはCu合金からなる部材(2)の貫
通穴(3)に複合材料の部材(4)を貫通してはめ込み
配置し、強固に接合された放熱基板(1)を示すもので
ある。
(a)(b)(c)を参照して説明する。図1(a)
は、貫通穴(3)をあけたCuもしくはCu合金の板状
部材(2)である。図1(b)はCu及び/またはCu
合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛
質の繊維からなる複合材料の部材(4)である。図1
(c)はCuもしくはCu合金からなる部材(2)の貫
通穴(3)に複合材料の部材(4)を貫通してはめ込み
配置し、強固に接合された放熱基板(1)を示すもので
ある。
【0014】本発明において、Cu及び/またはCu合
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
の繊維からなる複合材料の部材(4)は、熱膨張係数の
低いものであるが、この複合材料は熱履歴に晒されたこ
とのないものは、例えば製造直後のものは、熱膨張係数
が高く、加熱により寸法の不可逆的な膨張が発生すると
いう性質がある。熱処理を加えることにより本来の熱膨
張係数の低いものになる。この複合材料の熱履歴に晒さ
れたことのないものは、加熱により寸法の不可逆的な膨
張が発生するという性質を活かして、CuもしくはCu
合金の板状部材(2)の貫通穴(3)にはめ込むように
貫通配置された複合材料の部材(4)は、強固な接合が
達成されることになる。
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
の繊維からなる複合材料の部材(4)は、熱膨張係数の
低いものであるが、この複合材料は熱履歴に晒されたこ
とのないものは、例えば製造直後のものは、熱膨張係数
が高く、加熱により寸法の不可逆的な膨張が発生すると
いう性質がある。熱処理を加えることにより本来の熱膨
張係数の低いものになる。この複合材料の熱履歴に晒さ
れたことのないものは、加熱により寸法の不可逆的な膨
張が発生するという性質を活かして、CuもしくはCu
合金の板状部材(2)の貫通穴(3)にはめ込むように
貫通配置された複合材料の部材(4)は、強固な接合が
達成されることになる。
【0015】この点についてさらに詳しく図2(a)
(b)を参照して説明する。図2(a)は通常の材料の
熱膨張挙動を示すものであり、図2(b)は本発明のC
u及び/またはCu合金からなる金属マトリックスと炭
素及び/または黒鉛質の繊維からなる複合材料の製造直
後の熱膨張挙動を示すものである。図2(a)に示すよ
うに通常の材料は加熱、冷却する場合において加熱時の
膨張挙動と全く同様に冷却時に収縮する。
(b)を参照して説明する。図2(a)は通常の材料の
熱膨張挙動を示すものであり、図2(b)は本発明のC
u及び/またはCu合金からなる金属マトリックスと炭
素及び/または黒鉛質の繊維からなる複合材料の製造直
後の熱膨張挙動を示すものである。図2(a)に示すよ
うに通常の材料は加熱、冷却する場合において加熱時の
膨張挙動と全く同様に冷却時に収縮する。
【0016】これに対して、図2(b)に示すように、
本発明のCu及び/またはCu合金からなる金属マトリ
ックスと炭素及び/または黒鉛質の繊維からなる複合材
料は、熱履歴に晒されたことのない状態、例えばその製
造直後の未だ熱のかかっていない状態においては加熱時
の膨張量より冷却時の収縮量の方が小さくなるという不
可逆的特異な性質を有している。従って最初の寸法より
加熱後の寸法が若干大きくなる。また、本発明における
複合材料の熱履歴に晒されたことのない状態とは、例え
ば、製造後熱履歴が、具体的には100℃以上の温度に
晒されたことのないものを用いることが望ましい。な
お、図2(b)に示す不可逆的な熱膨張挙動は、未だ熱
のかかっていない状態でのもので、熱履歴がかかった後
は、通常の材料と同様の熱膨張挙動を示すものである。
本発明のCu及び/またはCu合金からなる金属マトリ
ックスと炭素及び/または黒鉛質の繊維からなる複合材
料は、熱履歴に晒されたことのない状態、例えばその製
造直後の未だ熱のかかっていない状態においては加熱時
の膨張量より冷却時の収縮量の方が小さくなるという不
可逆的特異な性質を有している。従って最初の寸法より
加熱後の寸法が若干大きくなる。また、本発明における
複合材料の熱履歴に晒されたことのない状態とは、例え
ば、製造後熱履歴が、具体的には100℃以上の温度に
晒されたことのないものを用いることが望ましい。な
お、図2(b)に示す不可逆的な熱膨張挙動は、未だ熱
のかかっていない状態でのもので、熱履歴がかかった後
は、通常の材料と同様の熱膨張挙動を示すものである。
【0017】図1(c)に示すように、CuもしくはC
u合金の板状部材(2)の貫通穴(3)にCu及び/ま
たはCu合金からなる金属マトリックスと炭素及び/ま
たは黒鉛質の繊維からなる複合材料の部材(4)をはめ
込み、これを加熱、冷却することにより接合が強固なも
のになる。すなわち、板状部材(2)はCuもしくはC
u合金であるので、加熱後の冷却によって図2(a)に
示すように元の寸法に戻ろうとする。一方、Cu及び/
またはCu合金からなる金属マトリックスと炭素及び/
または黒鉛質の繊維からなる複合材料の部材(4)は、
図2(b)に示すように不可逆的な膨張挙動で元の部材
(4)より膨張を起こす。
u合金の板状部材(2)の貫通穴(3)にCu及び/ま
たはCu合金からなる金属マトリックスと炭素及び/ま
たは黒鉛質の繊維からなる複合材料の部材(4)をはめ
込み、これを加熱、冷却することにより接合が強固なも
のになる。すなわち、板状部材(2)はCuもしくはC
u合金であるので、加熱後の冷却によって図2(a)に
示すように元の寸法に戻ろうとする。一方、Cu及び/
またはCu合金からなる金属マトリックスと炭素及び/
または黒鉛質の繊維からなる複合材料の部材(4)は、
図2(b)に示すように不可逆的な膨張挙動で元の部材
(4)より膨張を起こす。
【0018】このように、部材(4)は不可逆的な膨張
を起こして、板状部材(2)の元の貫通穴(3)より大
きくなろうとするので、複合材料の部材(4)は冷却に
よって元の寸法に戻ろうとする部材(2)より強い圧縮
応力がかかった状態で固定されることになる。また、複
合材料の部材(4)は、熱履歴後は、通常の材料と同様
の熱膨張挙動を示すことになるので、使用時に熱サイク
ルが発生しても接合部が破壊することはなく信頼性に優
れたものである。
を起こして、板状部材(2)の元の貫通穴(3)より大
きくなろうとするので、複合材料の部材(4)は冷却に
よって元の寸法に戻ろうとする部材(2)より強い圧縮
応力がかかった状態で固定されることになる。また、複
合材料の部材(4)は、熱履歴後は、通常の材料と同様
の熱膨張挙動を示すことになるので、使用時に熱サイク
ルが発生しても接合部が破壊することはなく信頼性に優
れたものである。
【0019】本発明の半導体装置用放熱基板は、半導体
素子または半導体素子を設けたセラミック質基板を搭載
する部分のみを金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料の部材とし、残りを銅または
銅合金板状部材とすることにより、板状部材の銅または
銅合金に比べ格段に高価な複合材料の使用量を減らすこ
とができる。また低熱膨張材料である複合材料の部材は
それほど大きなものを用意する必要がなくなり、その製
造が容易となり、複合材料コストの低減をはかることが
できるものである。すなわち、銅及び/または銅合金か
らなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維
からなる複合材料は、大きな部材を製作するには、製法
が困難で製造コストが高くなるが、この発明の場合、銅
または銅合金板状部材の貫通穴にはめ込み配置するもの
であり、それほど大きなものを用意する必要がなく、そ
の製造が容易となり、複合材料コストの低減をはかるこ
とができるものである。
素子または半導体素子を設けたセラミック質基板を搭載
する部分のみを金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料の部材とし、残りを銅または
銅合金板状部材とすることにより、板状部材の銅または
銅合金に比べ格段に高価な複合材料の使用量を減らすこ
とができる。また低熱膨張材料である複合材料の部材は
それほど大きなものを用意する必要がなくなり、その製
造が容易となり、複合材料コストの低減をはかることが
できるものである。すなわち、銅及び/または銅合金か
らなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維
からなる複合材料は、大きな部材を製作するには、製法
が困難で製造コストが高くなるが、この発明の場合、銅
または銅合金板状部材の貫通穴にはめ込み配置するもの
であり、それほど大きなものを用意する必要がなく、そ
の製造が容易となり、複合材料コストの低減をはかるこ
とができるものである。
【0020】また、本発明の半導体装置用放熱基板は、
接合時に、加熱、冷却するものであるが、銅または銅合
金板状部材の貫通穴に、複合材料の部材をはめ込んだも
のであるから、両者の熱膨張係数の差により放熱基板に
反りが生じることがないものである。放熱基板として、
銅または銅合金板状部材と複合材料の部材をバイメタル
構造にするものも考えられるが、本発明の放熱基板は、
複合材料の部材を板状部材に貫通穴をあけはめ込むよう
に配置し、バイメタル構造を避ける構造にしたため、接
合時に両者の熱膨張係数の差により放熱基板に反りが生
じることを回避できるものである。
接合時に、加熱、冷却するものであるが、銅または銅合
金板状部材の貫通穴に、複合材料の部材をはめ込んだも
のであるから、両者の熱膨張係数の差により放熱基板に
反りが生じることがないものである。放熱基板として、
銅または銅合金板状部材と複合材料の部材をバイメタル
構造にするものも考えられるが、本発明の放熱基板は、
複合材料の部材を板状部材に貫通穴をあけはめ込むよう
に配置し、バイメタル構造を避ける構造にしたため、接
合時に両者の熱膨張係数の差により放熱基板に反りが生
じることを回避できるものである。
【0021】また、上述のように本発明の複合材料の部
材は不可逆的な膨張を起こして、板状部材の貫通穴には
め込まれた元の寸法より、大きくなろうとする。そのた
め複合材料の部材は冷却によって元の寸法に戻ろうとす
る板状部材の貫通穴より強い圧縮応力がかかった状態で
固定されることになるものである。この点について、本
発明で貫通穴にはめ込む部材として用いる複合材料と類
似な熱特性を持つ材料のCu−W、Al−SiC複合材
料について考察する。貫通穴にはめ込む部材としてCu
−Wを用いた場合、Cu−Wは不可逆的な膨張を起こす
ものではなく寸法変化も生じない材料であるので圧縮応
力がかかった状態で固定することができない。そこで低
熱膨張材料であるCu−Wをろう材を用いて板状部材の
貫通穴に固定すると、高温においては板状部材の銅と嵌
め込む部材のCu−Wとの激しい熱膨張差のため、接合
部に隙間が発生する。このような状態で蝋材8が溶融す
ると、接合部にボイド等が発生しやすくなるうえに、冷
却後はCu−W及びCu基材は元の寸法に戻るのみなの
でCu基材部5から強い圧縮応力を受けることもない。
そのため、熱サイクルによって接合部が疲労破壊しやす
いという問題がある。また、Al−SiC複合材料を用
いた場合は、SiCに高い弾性エネルギーを蓄積するの
は難しいので不可逆膨張挙動を示さない点や、これがA
lベースであるため接合温度が半田付け温度以上でAl
の融点以下(実質的には350〜500℃)と狭く使用
できる蝋材が限られる点、CuよりAlは卑な金属であ
るためにめっきに傷が付くと電食反応により腐食しやす
いという点が問題として挙げられる。
材は不可逆的な膨張を起こして、板状部材の貫通穴には
め込まれた元の寸法より、大きくなろうとする。そのた
め複合材料の部材は冷却によって元の寸法に戻ろうとす
る板状部材の貫通穴より強い圧縮応力がかかった状態で
固定されることになるものである。この点について、本
発明で貫通穴にはめ込む部材として用いる複合材料と類
似な熱特性を持つ材料のCu−W、Al−SiC複合材
料について考察する。貫通穴にはめ込む部材としてCu
−Wを用いた場合、Cu−Wは不可逆的な膨張を起こす
ものではなく寸法変化も生じない材料であるので圧縮応
力がかかった状態で固定することができない。そこで低
熱膨張材料であるCu−Wをろう材を用いて板状部材の
貫通穴に固定すると、高温においては板状部材の銅と嵌
め込む部材のCu−Wとの激しい熱膨張差のため、接合
部に隙間が発生する。このような状態で蝋材8が溶融す
ると、接合部にボイド等が発生しやすくなるうえに、冷
却後はCu−W及びCu基材は元の寸法に戻るのみなの
でCu基材部5から強い圧縮応力を受けることもない。
そのため、熱サイクルによって接合部が疲労破壊しやす
いという問題がある。また、Al−SiC複合材料を用
いた場合は、SiCに高い弾性エネルギーを蓄積するの
は難しいので不可逆膨張挙動を示さない点や、これがA
lベースであるため接合温度が半田付け温度以上でAl
の融点以下(実質的には350〜500℃)と狭く使用
できる蝋材が限られる点、CuよりAlは卑な金属であ
るためにめっきに傷が付くと電食反応により腐食しやす
いという点が問題として挙げられる。
【0022】ところが、本発明の銅及び/または銅合金
からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊
維からなる複合材料を用いた場合には、製造直後は、す
なわち熱履歴が加えられていないものは熱膨張係数が高
いため銅もしくは銅合金からなる板状部材との接合部に
大きな隙間ができることはない。また、冷却後は、本発
明の銅及び/または銅合金からなる金属マトリックスと
炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料には熱処
理がなされたことになるので、加熱、冷却して接合した
後は所定の低い熱膨張係数が得られるものである。その
ため、このような作用を持つので使用時に熱サイクルが
発生しても接合部が破壊することはなく信頼性に優れた
ものである。
からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊
維からなる複合材料を用いた場合には、製造直後は、す
なわち熱履歴が加えられていないものは熱膨張係数が高
いため銅もしくは銅合金からなる板状部材との接合部に
大きな隙間ができることはない。また、冷却後は、本発
明の銅及び/または銅合金からなる金属マトリックスと
炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料には熱処
理がなされたことになるので、加熱、冷却して接合した
後は所定の低い熱膨張係数が得られるものである。その
ため、このような作用を持つので使用時に熱サイクルが
発生しても接合部が破壊することはなく信頼性に優れた
ものである。
【0023】本発明の複合材料はCuベースの材料であ
るのでろう付けて接合してもよい。ろう材を使用した場
合も、不可逆膨脹のため、極薄いろう材層を介して、複
合材料の部材に圧縮応力がかかって強固な接合が達成さ
れる。またろう材なしでも、不可逆膨脹作用により強固
に接合することが可能である。ろう付けは、例えばAg
系ろう材、Ag−Cu共晶ろう材、Au−Si系のろう
材を用いる。具体的には、複合材料の部材にNi、Au
/Niなどの使用するろう材に適したメッキ層を設けて
ろう材と共に貫通穴に嵌め込み加熱して接合する。な
お、従来技術においてはこの不可逆膨張挙動に触れたも
のはあるが、本発明のようにその性質を積極的に利用
し、銅または銅合金板状部材の貫通穴に銅及び/または
銅合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料の部材をはめ込み配置したハ
イブリッド構造のものではない。
るのでろう付けて接合してもよい。ろう材を使用した場
合も、不可逆膨脹のため、極薄いろう材層を介して、複
合材料の部材に圧縮応力がかかって強固な接合が達成さ
れる。またろう材なしでも、不可逆膨脹作用により強固
に接合することが可能である。ろう付けは、例えばAg
系ろう材、Ag−Cu共晶ろう材、Au−Si系のろう
材を用いる。具体的には、複合材料の部材にNi、Au
/Niなどの使用するろう材に適したメッキ層を設けて
ろう材と共に貫通穴に嵌め込み加熱して接合する。な
お、従来技術においてはこの不可逆膨張挙動に触れたも
のはあるが、本発明のようにその性質を積極的に利用
し、銅または銅合金板状部材の貫通穴に銅及び/または
銅合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料の部材をはめ込み配置したハ
イブリッド構造のものではない。
【0024】本発明に用いる銅及び/または銅合金から
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料について説明する。まず、複合材料の製
法に関しては、上記の不可逆膨張挙動を持たせるために
加圧焼結法で製作されることが好ましい。この手法で製
作すると、製造後は弾性率の高い炭素もしくは黒鉛繊維
に高い弾性歪みが蓄積されるので、加熱した際にこの弾
性歪みが解放され、寸法の不可逆的な膨張が起こり易
い。そして、この場合、熱膨張係数の増大がおこる。な
お、前記の理由により、他の製造法、例えば、分散材の
ブリフォームにマトリックスの溶湯を加圧含潰させるよ
うな液相を用いる製造方法は、この作用(製造後に寸法
の不可逆膨張が起きる)が加圧焼結法で製作されたもの
に比してあまり発揮されない。
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料について説明する。まず、複合材料の製
法に関しては、上記の不可逆膨張挙動を持たせるために
加圧焼結法で製作されることが好ましい。この手法で製
作すると、製造後は弾性率の高い炭素もしくは黒鉛繊維
に高い弾性歪みが蓄積されるので、加熱した際にこの弾
性歪みが解放され、寸法の不可逆的な膨張が起こり易
い。そして、この場合、熱膨張係数の増大がおこる。な
お、前記の理由により、他の製造法、例えば、分散材の
ブリフォームにマトリックスの溶湯を加圧含潰させるよ
うな液相を用いる製造方法は、この作用(製造後に寸法
の不可逆膨張が起きる)が加圧焼結法で製作されたもの
に比してあまり発揮されない。
【0025】本発明に用いる銅及び/または銅合金から
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料を加圧焼結法で製造する場合には、原料
粉体を1方向にプレスした後、圧粉体を一方向に変形さ
せるように加圧焼結することにより、圧縮軸に垂直な面
方向に低い熱膨張係数を持つ材料が得られる。また、黒
鉛化度の高い黒鉛繊維を用いると、この方向に高い熱伝
導率を持つ材料を得ることができる。また、例えば、図
3(a)に示すように、本発明に用いる銅及び/または
銅合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料(4)は、炭素及び/または
黒鉛質繊維(5)が、2次元面方向にランダムに配向し
ているものが好ましい。また、図3(b)に示すよう
に、黒鉛質の繊維(31)とCu粉及びMo粉を使用
し、これらをボールミルにて混合した後、Cu箔(3
4)でくるまれた圧粉体(35)を作製し、これを胴部
がベローズ(蛇腹)形状をした金属製カプセル(36)
に詰め、上下の蓋はTIG溶接により胴部に接合し、そ
の一方に脱気用のパイプ(37)を取り付け、このカプ
セルを加熱すると共に脱気して真空封入し、HIP処理
し、一方向に圧縮して複合材料(33)を得るものであ
る。
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料を加圧焼結法で製造する場合には、原料
粉体を1方向にプレスした後、圧粉体を一方向に変形さ
せるように加圧焼結することにより、圧縮軸に垂直な面
方向に低い熱膨張係数を持つ材料が得られる。また、黒
鉛化度の高い黒鉛繊維を用いると、この方向に高い熱伝
導率を持つ材料を得ることができる。また、例えば、図
3(a)に示すように、本発明に用いる銅及び/または
銅合金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒
鉛質繊維からなる複合材料(4)は、炭素及び/または
黒鉛質繊維(5)が、2次元面方向にランダムに配向し
ているものが好ましい。また、図3(b)に示すよう
に、黒鉛質の繊維(31)とCu粉及びMo粉を使用
し、これらをボールミルにて混合した後、Cu箔(3
4)でくるまれた圧粉体(35)を作製し、これを胴部
がベローズ(蛇腹)形状をした金属製カプセル(36)
に詰め、上下の蓋はTIG溶接により胴部に接合し、そ
の一方に脱気用のパイプ(37)を取り付け、このカプ
セルを加熱すると共に脱気して真空封入し、HIP処理
し、一方向に圧縮して複合材料(33)を得るものであ
る。
【0026】本発明に用いる銅及び/または銅合金から
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料は、その組成を、特に限定するものでは
ないが、炭素及び/または黒鉛質の繊維長1000μm
以下のもので、炭素及び/または黒鉛質繊維の体積充填
率20〜60%のもの、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスにモリブデン又はタングステンもしく
はこれらの混合物が金属マトリックス全体に対し体積比
で15〜50%含まれているものが好ましい。例えば、
長さが1000μm以下で、体積充填率で20〜60%
の炭素及び/又は黒鉛繊維を含み、且つタングステン、
モリブデンもしくはこれらの混合物が金属マトリックス
全体に対し体積率で15〜50%含まれているものを使
用すると、接合時に800℃以上の高温に晒された場合
において心配される、複合材料自体に亀裂が入る、熱膨
張係数が経時的に変化するといった問題を回避すること
ができる。
なる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊維か
らなる複合材料は、その組成を、特に限定するものでは
ないが、炭素及び/または黒鉛質の繊維長1000μm
以下のもので、炭素及び/または黒鉛質繊維の体積充填
率20〜60%のもの、銅及び/または銅合金からなる
金属マトリックスにモリブデン又はタングステンもしく
はこれらの混合物が金属マトリックス全体に対し体積比
で15〜50%含まれているものが好ましい。例えば、
長さが1000μm以下で、体積充填率で20〜60%
の炭素及び/又は黒鉛繊維を含み、且つタングステン、
モリブデンもしくはこれらの混合物が金属マトリックス
全体に対し体積率で15〜50%含まれているものを使
用すると、接合時に800℃以上の高温に晒された場合
において心配される、複合材料自体に亀裂が入る、熱膨
張係数が経時的に変化するといった問題を回避すること
ができる。
【0027】例えば、本発明に用いる複合材料は、炭素
及び/又は黒鉛質からなる繊維と銅もしくは銅合金を含
有する金属マトリックスから構成されるもので、炭素及
び/又は黒鉛質からなる繊維は、体積基準で90%以上
の繊維の繊維長が1000μm以下好ましくは500μ
m以下(40〜500μm)、アスペクト比が100以
下好ましくは50以下(4〜50)で、繊維の体積充填
率が20〜60%で、かつ繊維が複合材料の2次元面方
向にランダムに配向しているものであり、銅もしくは銅
合金を含有する金属マトリックスは、モリブデン又はタ
ングステンもしくはこれらの混合物が金属マトリックス
全体に対し体積比で15〜50%含まれているものであ
る。
及び/又は黒鉛質からなる繊維と銅もしくは銅合金を含
有する金属マトリックスから構成されるもので、炭素及
び/又は黒鉛質からなる繊維は、体積基準で90%以上
の繊維の繊維長が1000μm以下好ましくは500μ
m以下(40〜500μm)、アスペクト比が100以
下好ましくは50以下(4〜50)で、繊維の体積充填
率が20〜60%で、かつ繊維が複合材料の2次元面方
向にランダムに配向しているものであり、銅もしくは銅
合金を含有する金属マトリックスは、モリブデン又はタ
ングステンもしくはこれらの混合物が金属マトリックス
全体に対し体積比で15〜50%含まれているものであ
る。
【0028】また、本発明に用いる銅及び/または銅合
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
繊維からなる複合材料の熱履歴に晒されたことのない状
態での不可逆膨張の度合いとしては850℃まで加熱
し、材料に拘束をかけない場合で、寸法にして、0.1
%以上1.0%以下が好ましい。これ以下の場合は板状
部材の貫通穴で接合部を強化する作用が低下するし、こ
の範囲以上の場合は、嵌め込まれた複合材料の部材に割
れが発生するおそれがある。なお、銅及び/または銅合
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
繊維からなる複合材料の熱膨張係数としては6〜9×1
0−6/℃(常温〜200℃)であることが好ましい。
また、熱伝導率は板面方向で200W/mK以上あるこ
とが好ましい。
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
繊維からなる複合材料の熱履歴に晒されたことのない状
態での不可逆膨張の度合いとしては850℃まで加熱
し、材料に拘束をかけない場合で、寸法にして、0.1
%以上1.0%以下が好ましい。これ以下の場合は板状
部材の貫通穴で接合部を強化する作用が低下するし、こ
の範囲以上の場合は、嵌め込まれた複合材料の部材に割
れが発生するおそれがある。なお、銅及び/または銅合
金からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質
繊維からなる複合材料の熱膨張係数としては6〜9×1
0−6/℃(常温〜200℃)であることが好ましい。
また、熱伝導率は板面方向で200W/mK以上あるこ
とが好ましい。
【0029】図4に、本発明の半導体装置用放熱基板に
半導体素子または半導体素子を設けたセラミック質基板
を搭載する場合を示す。放熱基板(1)は、銅または銅
合金板状部材(2)の貫通穴に、銅及び/または銅合金
からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊
維からなる複合材料の部材(4)をはめ込み配置したも
ので、その複合材料の部材(4)に半導体素子(6)を
搭載したDBC基板(7)(Cuメタライズ(10)と
Cuメタライズ(12)されたセラミック基板(1
1))を半田(13)で接合するものである。なお
(9)はCu配線である。
半導体素子または半導体素子を設けたセラミック質基板
を搭載する場合を示す。放熱基板(1)は、銅または銅
合金板状部材(2)の貫通穴に、銅及び/または銅合金
からなる金属マトリックスと炭素及び/または黒鉛質繊
維からなる複合材料の部材(4)をはめ込み配置したも
ので、その複合材料の部材(4)に半導体素子(6)を
搭載したDBC基板(7)(Cuメタライズ(10)と
Cuメタライズ(12)されたセラミック基板(1
1))を半田(13)で接合するものである。なお
(9)はCu配線である。
【0030】また、本発明の半導体装置用放熱基板は、
その少なくとも片面に絶縁物からなる層を設けているも
ので、例えばエポキシ樹脂のような絶縁物の層を設け、
その上に半導体素子、配線層を設ける。これはセラミッ
ク基板を使用せずに、半導体素子を複合材料の部材
(4)に直接実装を可能にすることもできる。この場合
は放熱基板としてはもちろんのこと配線基板としての機
能も有する。
その少なくとも片面に絶縁物からなる層を設けているも
ので、例えばエポキシ樹脂のような絶縁物の層を設け、
その上に半導体素子、配線層を設ける。これはセラミッ
ク基板を使用せずに、半導体素子を複合材料の部材
(4)に直接実装を可能にすることもできる。この場合
は放熱基板としてはもちろんのこと配線基板としての機
能も有する。
【0031】
【実施例1】本発明の実施例1を、図1(c)、図4を
参照して説明する。図1(c)に示す板状部材(2)と
して、50×150×1.5mmのタフピッチ銅板を用
い、30×50mmの貫通穴(3)を6カ所プレス打ち
抜きによってあけた。部材(4)は体積充填率で50%
の炭素質の繊維と残部がCuからなる複合材料で貫通穴
(3)と同寸法のものである。これに厚さ1μmのNi
メッキ上に0.5μmのAuメッキを施して、Au−S
n系の蝋材を含むペーストをそれらの側壁に塗布した
後、貫通穴(3)に嵌合し、これを水素雰囲気中で38
0℃で接合した。その後これにさらに2μmのNiめっ
きを施し放熱基板(1)とした。その反りを調べたとこ
ろ長手方向で30μm程度であり、実用上問題ないこと
がわかった。
参照して説明する。図1(c)に示す板状部材(2)と
して、50×150×1.5mmのタフピッチ銅板を用
い、30×50mmの貫通穴(3)を6カ所プレス打ち
抜きによってあけた。部材(4)は体積充填率で50%
の炭素質の繊維と残部がCuからなる複合材料で貫通穴
(3)と同寸法のものである。これに厚さ1μmのNi
メッキ上に0.5μmのAuメッキを施して、Au−S
n系の蝋材を含むペーストをそれらの側壁に塗布した
後、貫通穴(3)に嵌合し、これを水素雰囲気中で38
0℃で接合した。その後これにさらに2μmのNiめっ
きを施し放熱基板(1)とした。その反りを調べたとこ
ろ長手方向で30μm程度であり、実用上問題ないこと
がわかった。
【0032】また、図4に示すように、放熱基板(1)
の複合材料の部材(4)に半導体素子(6)を搭載した
DBC基板(7)(Cuメタライズ(10)とCuメタ
ライズ(12)されたセラミック基板(11))を半田
(13)で接合した後、125℃⇔−55℃の温度サイ
クルを300サイクルかけたところDBC基板(7)と
の接合部や板状部材(2)と複合材料の部材(4)の接
合部に亀裂等の欠陥は認められなかった。
の複合材料の部材(4)に半導体素子(6)を搭載した
DBC基板(7)(Cuメタライズ(10)とCuメタ
ライズ(12)されたセラミック基板(11))を半田
(13)で接合した後、125℃⇔−55℃の温度サイ
クルを300サイクルかけたところDBC基板(7)と
の接合部や板状部材(2)と複合材料の部材(4)の接
合部に亀裂等の欠陥は認められなかった。
【0033】
【実施例2】本発明の実施例2を図5(a)(b)を参
照して説明する。図5(a)に示す板状部材(2)とし
て、100×100×1.0mmのCu−0.1wt%
Agの銅合金板を用い、20×20mmの貫通穴(3)
を3カ所あけた。部材(4)は、平均繊維長が200μ
mで体積充填率50%の黒鉛繊維を含み、残りの金属マ
トリクスに金属マトリックス全体からみて体積率で30
%のMoを含み、残部がCuからなる複合材料によって
製作されたものである。これにNiめっきをした後Ag
−Cu共晶ろう材と共に前記の貫通穴(3)に嵌合し、
水素雰囲気、800℃で接合した。この際、複合材料の
部材(4)に亀裂等の欠陥は認められないし、接合部も
問題なかった。
照して説明する。図5(a)に示す板状部材(2)とし
て、100×100×1.0mmのCu−0.1wt%
Agの銅合金板を用い、20×20mmの貫通穴(3)
を3カ所あけた。部材(4)は、平均繊維長が200μ
mで体積充填率50%の黒鉛繊維を含み、残りの金属マ
トリクスに金属マトリックス全体からみて体積率で30
%のMoを含み、残部がCuからなる複合材料によって
製作されたものである。これにNiめっきをした後Ag
−Cu共晶ろう材と共に前記の貫通穴(3)に嵌合し、
水素雰囲気、800℃で接合した。この際、複合材料の
部材(4)に亀裂等の欠陥は認められないし、接合部も
問題なかった。
【0034】その後1mmほど面削して平面を出した
後、図5(b)に示すように、これにエポキシ樹脂(1
4)を塗布後Cu箔を張り付け不要部分をエッチングす
ることにより配線層(15)(16)を設けた。そして
複合材料の部材(4)の上に15×15mmの半導体素
子(6)をフリップチップ実装した。そして、これに1
25℃〜−40℃の温度サイクルを1000サイクルか
けた後、半導体素子(6)と放熱基板1との導通を調査
したところ、断線箇所は認められなかった。また、複合
材料の部材(4)とCu−Agからなる銅合金板状部材
(2)との間に亀裂が入ることもなかった。
後、図5(b)に示すように、これにエポキシ樹脂(1
4)を塗布後Cu箔を張り付け不要部分をエッチングす
ることにより配線層(15)(16)を設けた。そして
複合材料の部材(4)の上に15×15mmの半導体素
子(6)をフリップチップ実装した。そして、これに1
25℃〜−40℃の温度サイクルを1000サイクルか
けた後、半導体素子(6)と放熱基板1との導通を調査
したところ、断線箇所は認められなかった。また、複合
材料の部材(4)とCu−Agからなる銅合金板状部材
(2)との間に亀裂が入ることもなかった。
【0035】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
高熱伝導、低熱膨張特性を保持して放熱性に優れ、熱応
力による変形、接合部の破壊等が生じことがなく、熱特
性劣化のない信頼性の高いものである。また複数の半導
体素子あるいはDBC基板を搭載しても十分な放熱性を
有するものである。さらに、半導体素子もしくは半導体
素子を搭載したセラミック質の基板と金属的な接合を行
っても十分な信頼性を得ることができ、かつ廉価な半導
体装置用放熱基板及びその製造方法を提供することがで
きるという効果を奏するものである。
高熱伝導、低熱膨張特性を保持して放熱性に優れ、熱応
力による変形、接合部の破壊等が生じことがなく、熱特
性劣化のない信頼性の高いものである。また複数の半導
体素子あるいはDBC基板を搭載しても十分な放熱性を
有するものである。さらに、半導体素子もしくは半導体
素子を搭載したセラミック質の基板と金属的な接合を行
っても十分な信頼性を得ることができ、かつ廉価な半導
体装置用放熱基板及びその製造方法を提供することがで
きるという効果を奏するものである。
【図1】 本発明の実施例を説明する図
【図2】 本発明の熱膨張挙動を説明する図
【図3】 本発明の実施例を説明する図
【図4】 本発明の実施例を説明する図
【図5】 本発明の実施例を説明する図
【図6】 従来の技術を説明する図
【図7】 従来の技術を説明する図
1 放熱基板 2 銅もしくは銅合金の板状部材 3 貫通穴 4 複合材料の部材 6 半導体素子 7 DBC基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂田 正人 東京都千代田区丸の内2丁目6番1号古河 電気工業株式 会社内 Fターム(参考) 5F036 AA01 BB08 BD01 BD11
Claims (6)
- 【請求項1】 銅または銅合金板状部材の貫通穴に、銅
及び/または銅合金からなる金属マトリックスと炭素及
び/または黒鉛質繊維からなる複合材料の部材をはめ込
み配置したことを特徴とする半導体装置用放熱基板。 - 【請求項2】 銅または銅合金板状部材の貫通穴にはめ
込み配置した銅及び/または銅合金からなる金属マトリ
ックスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料
の部材に、半導体素子または半導体素子を設けたセラミ
ック質基板を搭載することを特徴とする請求項1に記載
の半導体装置用放熱基板。 - 【請求項3】 銅または銅合金板状部材の貫通穴にはめ
込み配置した複合材料の部材は、炭素及び/または黒鉛
質の繊維長1000μm以下のもので、炭素及び/また
は黒鉛質繊維の体積充填率20〜60%であることを特
徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置用放熱基
板。 - 【請求項4】 銅または銅合金板状部材の貫通穴にはめ
込み配置した複合材料の部材は、銅及び/または銅合金
からなる金属マトリックスにモリブデン又はタングステ
ンもしくはこれらの混合物が金属マトリックス全体に対
し体積比で15〜50%含まれていることを特徴とする
請求項1、2、3のいずれかに記載の半導体装置用放熱
基板。 - 【請求項5】 放熱基板が、少なくとも片面に絶縁物か
らなる層を設けていることを特徴とする請求項1、2、
3、4のいずれかに記載の半導体装置用放熱基板。 - 【請求項6】 銅または銅合金の板状部材に形成された
貫通穴に、銅及び/または銅合金からなる金属マトリッ
クスと炭素及び/または黒鉛質繊維からなる複合材料の
熱履歴に晒されたことのない部材をはめ込み、加熱を行
なうことを特徴とする請求項1、2、3、4、5のいず
れかに記載の半導体装置用放熱基板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10320307A JP2000150743A (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 半導体装置用基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10320307A JP2000150743A (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 半導体装置用基板及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000150743A true JP2000150743A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18120039
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10320307A Pending JP2000150743A (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 半導体装置用基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000150743A (ja) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1647171A2 (en) * | 2003-07-17 | 2006-04-19 | The Bergquist Company | Thermal diffusion apparatus |
KR101014418B1 (ko) | 2006-08-23 | 2011-02-15 | 자화전자(주) | 전자부품용 기판과 그를 포함하는 조명 유닛 및 그 조명유닛을 포함하는 전자기기 |
KR200452491Y1 (ko) * | 2010-05-27 | 2011-03-03 | 주식회사 비에이치디스플레이 | 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판 |
JP2011077389A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Dowa Metaltech Kk | 金属−セラミックス接合基板及びその製造方法 |
KR101082501B1 (ko) * | 2010-06-14 | 2011-11-11 | 동아전장주식회사 | 모터용 제어기 및 그 제조방법 |
US20120268895A1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-10-25 | Valeo Etudes Electroniques | Electronic power module, and method for manufacturing said module |
KR101618865B1 (ko) | 2010-06-04 | 2016-05-10 | 유종삼 | 흑연시트를 이용한 인쇄회로기판 |
JP2017147303A (ja) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | 株式会社 日立パワーデバイス | パワー半導体モジュール |
JP2018006673A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 昭和電工株式会社 | 冷却器及びその製造方法 |
WO2020056165A1 (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | Raytheon Company | Module base with integrated thermal spreader and heat sink for thermal and structural management of high-performance integrated circuits or other devices |
EP3703115A4 (en) * | 2017-10-27 | 2020-10-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | SEMICONDUCTOR COMPONENT |
US11032947B1 (en) | 2020-02-17 | 2021-06-08 | Raytheon Company | Tailored coldplate geometries for forming multiple coefficient of thermal expansion (CTE) zones |
EP3817042A4 (en) * | 2018-06-27 | 2022-04-13 | Kyocera Corporation | MOUNTING SUBSTRATE FOR ELECTRONIC ELEMENT, ELECTRONIC DEVICE AND ELECTRONIC MODULE |
CN116631955A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-08-22 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 毫米波固态功率放大器低损耗高散热的封装结构及方法 |
-
1998
- 1998-11-11 JP JP10320307A patent/JP2000150743A/ja active Pending
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1647171A2 (en) * | 2003-07-17 | 2006-04-19 | The Bergquist Company | Thermal diffusion apparatus |
EP1647171A4 (en) * | 2003-07-17 | 2009-04-15 | Bergquist Co | THERMAL DIFFUSION APPARATUS |
KR101014418B1 (ko) | 2006-08-23 | 2011-02-15 | 자화전자(주) | 전자부품용 기판과 그를 포함하는 조명 유닛 및 그 조명유닛을 포함하는 전자기기 |
JP2011077389A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Dowa Metaltech Kk | 金属−セラミックス接合基板及びその製造方法 |
US20120268895A1 (en) * | 2009-10-07 | 2012-10-25 | Valeo Etudes Electroniques | Electronic power module, and method for manufacturing said module |
US8958209B2 (en) * | 2009-10-07 | 2015-02-17 | Valeo Equipements Electriques Moteur | Electronic power module, and method for manufacturing said module |
KR200452491Y1 (ko) * | 2010-05-27 | 2011-03-03 | 주식회사 비에이치디스플레이 | 방열성이 우수한 엘이디용 인쇄회로기판 |
KR101618865B1 (ko) | 2010-06-04 | 2016-05-10 | 유종삼 | 흑연시트를 이용한 인쇄회로기판 |
KR101082501B1 (ko) * | 2010-06-14 | 2011-11-11 | 동아전장주식회사 | 모터용 제어기 및 그 제조방법 |
JP2017147303A (ja) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | 株式会社 日立パワーデバイス | パワー半導体モジュール |
JP2018006673A (ja) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 昭和電工株式会社 | 冷却器及びその製造方法 |
EP3703115A4 (en) * | 2017-10-27 | 2020-10-28 | Nissan Motor Co., Ltd. | SEMICONDUCTOR COMPONENT |
EP3817042A4 (en) * | 2018-06-27 | 2022-04-13 | Kyocera Corporation | MOUNTING SUBSTRATE FOR ELECTRONIC ELEMENT, ELECTRONIC DEVICE AND ELECTRONIC MODULE |
WO2020056165A1 (en) * | 2018-09-14 | 2020-03-19 | Raytheon Company | Module base with integrated thermal spreader and heat sink for thermal and structural management of high-performance integrated circuits or other devices |
US11075141B2 (en) | 2018-09-14 | 2021-07-27 | Raytheon Company | Module base with integrated thermal spreader and heat sink for thermal and structural management of high-performance integrated circuits or other devices |
JP2022500847A (ja) * | 2018-09-14 | 2022-01-04 | レイセオン カンパニー | 高性能集積回路その他のデバイスの熱的及び構造的管理のための一体化熱スプレッダ及びヒートシンクを備えたモジュールベース |
JP7087192B2 (ja) | 2018-09-14 | 2022-06-20 | レイセオン カンパニー | 高性能集積回路その他のデバイスの熱的及び構造的管理のための一体化熱スプレッダ及びヒートシンクを備えたモジュールベース |
US11032947B1 (en) | 2020-02-17 | 2021-06-08 | Raytheon Company | Tailored coldplate geometries for forming multiple coefficient of thermal expansion (CTE) zones |
CN116631955A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-08-22 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 毫米波固态功率放大器低损耗高散热的封装结构及方法 |
CN116631955B (zh) * | 2023-04-10 | 2024-03-15 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所 | 毫米波固态功率放大器低损耗高散热的封装结构及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7372132B2 (en) | Resin encapsulated semiconductor device and the production method | |
JP4610414B2 (ja) | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置ならびに電子装置の実装構造 | |
WO2015029511A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2000150743A (ja) | 半導体装置用基板及びその製造方法 | |
JP5829403B2 (ja) | 放熱用絶縁基板及びその製造方法 | |
JP2007059875A (ja) | 放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージおよび電子装置 | |
JP2001358266A (ja) | 半導体搭載用放熱基板材料、その製造方法、及びそれを用いたセラミックパッケージ | |
JP2004356625A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2004022973A (ja) | セラミック回路基板および半導体モジュール | |
JP2004158659A (ja) | モジュール構造体とそれを用いたモジュール | |
JP3793562B2 (ja) | セラミック回路基板 | |
JP2005050886A (ja) | 複合基板及びその製造方法 | |
JP2002353356A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
JP2005005528A (ja) | 半導体素子搭載用モジュール | |
JP6819385B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP4876612B2 (ja) | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 | |
JP4395747B2 (ja) | 絶縁回路基板およびパワーモジュール構造体 | |
JP2000183253A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
JP2005285885A (ja) | 半導体装置 | |
JP3554304B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置 | |
JP4454164B2 (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
JPS63224242A (ja) | 熱伝達装置 | |
JPH07211822A (ja) | 半導体素子収納用パッケージ | |
JP2006128589A (ja) | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 | |
JP2002057259A (ja) | ハイブリッド型放熱板 |