JP2000150743A

JP2000150743A - 半導体装置用基板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000150743A
Application number: JP10320307A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Okada; 貴弘岡田; Hideaki Murata; 秀明村田; Masato Sakata; 正人坂田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-05-30

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄＣｏｐｐｅｒ）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【符号の説明】

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７ＤＢＣ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

【特許請求の範囲】

【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。