JP2001105124A

JP2001105124A - 半導体素子用放熱基板

Info

Publication number: JP2001105124A
Application number: JP28260599A
Authority: JP
Inventors: Soichi Asano; 壮一浅野; Akira Kosaka; 晃小阪; Hiroaki Okano; 宏昭岡野; Atsushi Funakoshi; 淳船越
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-04-17

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子用放熱基板に要求される高熱伝導性
と低熱膨張性を具備するセラミックス−金属複合体を提
供する。【解決手段】この放熱基板は、一方の表層が緻密層で、
該表層から他方の表層に向かって気孔率が漸次増加した
多孔層を有するセラミックス焼結体をプリフォームと
し、多孔層に金属を含浸することにより形成されたセラ
ミックス−金属複合体である。素子搭載面となる側の表
層（１１）はセラミックス単一層、中間層（１２_１〜１
２_３）及び放熱面となる側の表層（１２_４）は金属含浸
層である。金属含浸層（１２）は、表層（１１）から表
層（１２_４）に向かって金属含有率が漸増した層厚方向
の傾斜構造を有する。プリフォームとして層厚方向にセ
ラミックス組成を変化させた焼結体が使用される場合も
ある。所望により金属含浸層の表層（１２_４）に金属フ
ィンが積層形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高熱伝導率と低熱
膨張率とを備えた、セラミックス−金属複合材料からな
る半導体素子用放熱基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積回路チップは、高密度
集積・高速度演算等に伴い、半導体素子からの発熱密度
が飛躍的に増大している。チップの昇温は誤動作の原因
となり、チップ（シリコン等）とこれを搭載する基板と
の熱膨張率の差異による熱応力は、チップの剥離の原因
となる。従って、基板は素子の発生熱を効果的に放散さ
せ得る高い熱伝導率を有すると同時に、半導体素子の熱
膨張率に近似した低熱膨張率を具備することが要求され
る。

【０００３】従来より使用されているセラミックス基板
や樹脂基板等は、熱伝導率が低く、放熱特性は十分でな
い。その改良材として、金属とセラミックスとからなる
複合材料の適用が試みられている。例えば、アルミニウ
ムや銅などの金属粉末とセラミックスの粉末の混合物を
原料とし、焼結体として複合材料を製造する（特開平９
−２３２４８３号公報，特開平１０−２３１１７５号公
報等）、セラミックスからなる多孔質体をプリフォーム
とし、これに金属の溶湯を自発含浸させて複合材料を得
る（特許第２８０１３０２号公報）等の提案がなされて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、セラミック
ス−金属複合材料からなる放熱基板について、その熱
放散性と低熱膨張性とを改良ことを目的とするものであ
り、セラミックスと金属の複合構造を制御することによ
り、その目的を達成し得るとの知見に基づいて完成され
たものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子用放
熱基板は、一方の表層が緻密質であり、他方の表層に向
かって気孔率が漸次増加している多孔層を有するセラミ
ックス焼結体をプリフォームとし、その多孔層内に金属
を含浸することにより形成されるセラミックス−金属複
合体である。この放熱基板は、一方の表層がセラミック
ス単一層であり、中間層および他方の表層がセラミック
スと金属とからなる混合層（金属含浸層）であると共
に、金属含浸層におけるセラミックスと金属の量比［金
属／セラミックス（体積比）］（金属含有率）が、セラ
ミックス単一層の側から金属含浸層の表層に向かって層
厚方向に漸次増加した傾斜構造を有している。

【０００６】本発明の放熱基板は、所望により、プリフ
ォームとして、一方の表層が第１のセラミックスからな
る緻密層であり、該表層から第２のセラミックスからな
る他方の表層に向かって、気孔率および第１と第２のセ
ラミックスの配合量比［第２のセラミックス／第１のセ
ラミックス（体積比）］が漸次増加している多孔層を有
するセラミックス焼結体が使用される。このプリフォー
ムの多孔層内に金属を含浸することにより形成される放
熱基板は、層厚方向に、セラミックスの組成および金属
含有率が漸次変化した傾斜構造を有している。

【０００７】また、本発明の放熱基板は、所望により、
金属含浸層の表層に金属からなる層状またはフィン形状
の放熱層を積層形成された形態が与えられる。放熱基板
のセラミックス単一層は半導体素子の搭載面となる側の
層であり、金属含浸層の表層は放熱面となる側の層であ
る。金属含浸層に、金属からなる層又はフィンが積層形
成された放熱基板ではこの金属部分が放熱面となる。

【０００８】本発明の放熱基板は、プリフォーム（セラ
ミックス焼結体）の多孔層内に金属を含浸したセラミッ
クス−金属複合体であることにより、金属は、多孔層
（セラミックスからなる三次元網目構造）の網目を含浸
経路とする連続形態を有すると共に、網目構造に包囲拘
束された形態を有する。セラミックスの網目構造内に金
属が包囲拘束されていることは、金属の熱膨張を抑制
し、放熱基板の熱膨張率を低く維持することに奏効し、
金属が連続形態を有していることは、放熱基板内の熱伝
導性を高めるのに有利である。

【０００９】放熱基板の一方の表層をセラミックス単一
層としているのは、半導体素子の搭載面として必須の電
気絶縁性を確保し、かつ該表層の熱膨張率を半導体素子
のそれに近似させるためである。また、金属含浸層の金
属含有率が、放熱面となる側に向かって漸次増加した傾
斜構造を有していることにより、層厚方向の熱膨張率の
変化は緩徐であり、熱膨張率の差に起因する応力が緩和
される。金属含浸層を構成するセラミックスと金属の材
種の選択及び金属含有率の調節により、放熱基板に要求
される高熱伝導率と低熱膨張率の両特性をバランスよく
具備させることができる。プリフォームとして複数のセ
ラミックス材種からなる焼結体を使用する場合は、その
材種の選択と組み合わせにより、熱伝導率と熱膨張率と
を制御するための基板の設計の自由度が増し、その制御
が容易になる。また、金属含浸層に金属からなる層又は
フィンを積層形成して放熱層とすることは、基板の熱放
散性を高めるの有利である。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の放熱基板の層構
造を模式的に示している。（１１）はセラミックス単一
層、（１２）は金属含浸層である。セラミックス単一層
（１１）は半導体素子を搭載される側の層、金属含浸層
（１２）の表層は放熱面となる側の層である。金属含浸
層（１２）の金属含有率は、層厚方向に漸次変化してい
る。図は、金属含浸層（１２）が、金属含有率の異なる
４つの層（１２_１）〜（１２_４）からなる例を示してい
る。金属含有率は、層（１２_１）〜層（１２_４）の順に
段階的に増加している。図２は、金属含浸層の表層（１
２_４）に、金属からなる放熱層（１３）を設けた例を示
している。同図（１）は、放熱層（１３）が層形状を有
する例、同図（２）はフィン形状を有する例である。

【００１１】セラミックス単一層（１１）および金属含
浸層（１２）のセラミックスの材種は、窒化物，炭化
物，酸化物等、広範囲に選択される。その好ましい例と
して、１０^１４Ω・ｃｍ（RT）以上の比抵抗を有する、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化けい素（Ｓｉ
_３Ｎ_４），アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等が挙げられる。こ
れらは半導体素子の搭載面に必要な電気絶縁性の確保を
容易にする。また、１０^１０Ω・ｃｍ（RT）以上の比抵
抗を有する炭化珪素（ＳｉＣ）が使用される場合も有
る。

【００１２】セラミックスは、所望により、比抵抗値、
熱伝導率に基づいて類別される２つの群から選ばれる複
数の材種が複合的に使用される。すなわち、比抵抗値の
大きい材種を第１のセラミックスとし、熱伝導率の高い
材種を第２のセラミックスとする。第１のセラミックス
の例として、１０^１４Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する、
窒化アルミニウム，窒化けい素，もしくはアルミナ、第
２のセラミックスの例として、１３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の
熱伝導率を有する炭化珪素が挙げられる。

【００１３】そして、半導体素子を搭載される側のセラ
ミックス単一層（１１）に第１のセラミックスを、放熱
面となる側の金属含浸層の表層（１２_４）に第２のセラ
ミックスをそれぞれ適用すると共に、中間の層（１
２_１）〜（１２_３）を、第１と第２のセラミックスの混
合組成とし、かつ表層（１２_４）に向かって第２のセラ
ミックスの量比が増大する傾斜構造をもたせる。このよ
うにセラミックス組成を層厚方向に変化させる場合は、
セラミックス組成の傾斜構造と、金属含有率の傾斜構造
との重畳効果として、半導体素子搭載面の電気絶縁性お
よび熱伝導率と熱膨張率等の諸物性を制御するための基
板の設計の自由度が増し、その制御が容易になる。

【００１４】金属含浸層（１１）の金属の材種は、放熱
基板に高い熱放散性を付与するために、熱伝導率１８
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導性金属が好適である。代表
例として、アルミニウムもしくはアルミニウム合金（Ａ
ｌ：熱伝導率=約２３４Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率=約２
３．５×１０^−６／Ｋ）、または銅もしくは銅合金（Ｃ
ｕ：熱伝導率=約３９３Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率=約１７×
１０^−６／Ｋ）が挙げられる。金属含浸層（１２）の金
属含有率は、適用される金属の材種等に応じて適宜設定
される。例えば、アルミニウムもしくはその合金、銅も
しくはその合金等の場合は、セラミックス単一層（１
１）に接する側において約５〜２０体積％、放熱面とな
る側の表層（１２_４）において約２０〜５０体積％とな
る勾配を与えるのが適当である。

【００１５】本発明の放熱基板は、好ましくは半導体素
子の搭載面となる側のセラミックス単一層（１１）が、
熱膨張率３×１０^−６〜８×１０^−６／Ｋ、熱伝導率４
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、放熱面となる側の金属含浸表
層（１２_４）が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有
し、セラミックス単一層（１１）から金属含浸層の表層
（１２_４）に向かって熱膨張率が漸次増加している複合
体として構成される。

【００１６】プリフォームのセラミックス材種として、
窒化アルミニウム，窒化珪素，アルミナ，炭化珪素等を
適用し、含浸金属としてアルミニウムもしくはアルミニ
ウム合金を適用する場合は、セラミックス単一層（１
１）の熱膨張率３×１０^−６〜８×１０^−６／Ｋ、熱
伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、熱膨張率はセラ
ミックス単一層（１１）から金属含浸層の表層（１
２_４）に向かって漸次増加していると共に、セラミック
ス単一層（１１）から金属含浸表層（１２_４）にかけて
熱伝導率が漸次増加し、該表層（１２_４）の熱伝導率が
１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である層厚方向の勾配をもたせる
ことができる。

【００１７】また、プリフォームに上記と同じセラミッ
クス材種を使用し、含浸金属として銅もしくは銅合金を
適用する場合は、セラミックス単一層（１１）の熱膨張
率３×１０^−６〜８×１０^−６／Ｋ、熱伝導率４０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上で、熱膨張率はセラミックス単一層（１
１）から金属含浸層の表層（１２_４）に向かって漸次増
加していると共に、セラミックス単一層（１１）から金
属含浸表層（１２_４）にかけて漸次増加する熱伝導率を
有し、該表層（１２_４）の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上となる層厚方向の勾配をもたせることができる。

【００１８】放熱基板として、前記図２に示したよう
に、金属含浸層（１２）の表層（１２ _４）に金属の放熱
層(１３)を積層形成する場合、該放熱層(１３)の金属材
種は、前記金属含浸層（１２）の金属成分と同じよう
に、アルミニウムもしくはその合金、または銅もしくは
その合金等に代表される、約１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱
伝導率を有する高熱伝導性金属が好ましく適用される。
放熱層(１３)を、アルミニウム（もしくはその合金）で
形成した場合、放熱層の熱膨張率は、約２０×１０^−６
〜３０×１０^−６／Ｋであり、銅（もしくはその合金）
で形成される放熱層(１３)の熱膨張率は、約１０×１０
^−６〜２０×１０^−６／Ｋである。

【００１９】放熱層(１３)の金属材種は、金属含浸層
（１２）の金属と同一材種とするのが放熱基板の製造工
程上便宜であるが、必ずしもそれに限定されず、異種材
の組合せとすることもできる。例えば、金属含浸層（１
２）の金属がアルミニウム（もしくはその合金）であっ
て、放熱層（１３）を銅（もしくはその合金）とする場
合などが挙げられる。

【００２０】次に、本発明の放熱基板の製造方法につい
て説明する。プリフォームとして使用されるセラミック
ス焼結体は、緻密質の表層（素子が搭載される側のセラ
ミックス単一層１１となる層）と、多孔層（金属含浸層
１２となる層）とを有する。多孔層は、気孔径が７〜５
０μｍであるのが好ましい。７μｍより小さい気孔径で
は、金属を含浸する際の含浸抵抗が大きく，空隙を残さ
ないように確実に含浸（緻密な金属含浸層を形成）する
ことが困難となる。他方、５０μｍを越える粗大な気孔
を有するものである場合は、焼結体の強度が不足し、例
えば金属の含浸処理を加圧鋳造法等で行う場合、金属溶
湯の圧力作用で焼結体の折損を生じる危険がある。

【００２１】プリフォーム（セラミックス焼結体）は、
例えば、放電プラズマ焼結法により製造される。図３は
放電プラズマ焼結の要領を示している。(２１) は焼結
ダイ、(２２)（２３）はそれぞれ上部パンチ電極および
下部パンチ電極、Ｐはセラミックス粉末である。セラミ
ックス粉末Ｐは、プリフォームに緻密層と多孔層とが形
成されるように、粒径等を調整された粉末が層状に積層
充填される。図は、Ｐ_１〜Ｐ_５の５層に積層充填した例
を示している。粉末層Ｐ_１は、プリフォームの緻密層と
なる部分、粉末層Ｐ_２〜Ｐ_５は多孔層となる部分であ
る。緻密層となる粉末層Ｐ_１は、微細粉末（例えば、粒
径２０μｍ以下）が使用され、多孔層となる粉末層Ｐ_２
〜Ｐ _５は、比較的粗粒の粉末（例えば，粒径２０〜３
００μｍ）が適用される。

【００２２】プリフォームとして、層厚方向にセラミッ
クス組成が変化したセラミックス焼結体を製作する場合
には、その層厚方向の組成変化に応じてセラミックスの
混合量比を段階的に変化させた粉末Ｐ_１〜Ｐ_５を調製
し、多層に積層充填する。この場合も、プリフォームの
緻密層となる部分の粉末と多孔層となる部分の粉末は、
その粗密に応じた粒度調整を施されることは前記と同じ
である。

【００２３】上記のように積層装填したセラミックス粉
末Ｐは、上下の電極先端のパンチ（２２_１）（２３_１）
を介して押圧され、加圧制御装置（２４）による制御さ
れた加圧力の作用下に、焼結電源（２５）からの電力供
給により加熱されて焼結される。得られるプリフォーム
の層厚方向の粗密，気孔率の勾配は、原料粉末の粒度調
整、および通電時の加圧力や電流等の焼結条件を調節し
層厚方向に温度勾配を与えることにより制御される。

【００２４】プリフォームの製作には、このほかに常圧
焼結法、再結晶法、反応焼結法等、セラミックスの焼結
手法として公知の各種方法を適用することができる。常
圧焼結は、セラミックス粉末に適宜の成形および焼結助
剤を配合した混合物を加圧成形し、脱脂後、焼結温度に
加熱保持することによりを行われる。再結晶焼結は、セ
ラミックス粉末に成形助剤を添加して成形し、脱脂後、
加熱保持して焼結する方法であり、焼結温度の調整およ
び焼結後の熱処理による気孔径の制御が可能である。反
応焼結は、セラミックス粉末に成形助剤を配合して成形
し、脱脂後、焼結し、ついでセラミックスとの反応性を
有する物質（例えばＳｉ粉末）を接触させて反応を行わ
せるものである（反応性物質は原料粉末中に配合してお
いてもよい）。

【００２５】プリフォームとしてのセラミックス焼結体
は、約５ＭＰａ以上の曲げ強度を有することが望まし
い。セラミックス焼結体が強度に乏しいものであると、
製品放熱基板の実機使用において、熱サイクルの作用等
に起因する損傷を生じ易く、放熱基板としての機能の安
定性が損なわれるおそれが有るからである。セラミック
ス焼結体の強度は、焼結処理条件により制御される。

【００２６】次に、プリフォームの金属含浸処理につい
て説明する。含浸処理は、例えば加圧鋳造の手法を適用
して効率的に行うことができる。図４は、加圧鋳造法に
よる含浸処理を模式的に示している。（３０）は金型で
あり、下型（３１）と上型（３２）とが型合わせされて
キャビティ（３７）を形成している。（３３）は金属溶
湯をキャビティ（３７）に供給する湯道、（３４）はキ
ャビティ内の空気や溶湯から発生するガスを排出するガ
ス抜き孔である。プリフォーム（セラミックス焼結体）
（Ｓ）は、ピン（３５_１）で隅部を挟持されると共にピ
ン（３５_２）で下面側から支承されてキャビティ（３
７）内に保持されている。

【００２７】金型（３０）およびプリフォーム（Ｓ）
は、金属溶湯の注入開始に際して加熱保持（例えば、金
型：１５０℃程度，プリフォーム：４００℃程度）して
おくのがよい。予備加熱は、金属溶湯の降温（粘性増加
による含浸抵抗の増大）を抑制すると共に、焼結体
（Ｓ）の水分等の不純物を除去し、製品基板の品質を高
めるのに有効である。金属溶湯は、まず緩徐にキャビテ
ィ内に充満され、ついでプリフォーム（Ｓ）に対する溶
湯含浸を促進するための加圧力が加えられる。

【００２８】アルミニウム（合金），銅（合金）などの
溶湯の加圧含浸処理は、加圧力５０〜１００ＭＰａ、含
浸速度（金属溶湯の湯口部の通過速度）１．０ｍ／ｓｅ
ｃ以下に調節することにより首尾よく達成され、プリフ
ォーム（Ｓ）の多孔層内に、空隙の残留させずに含浸さ
せ、緻密な金属含浸層とすることができる。加圧含浸操
作は、好ましくはスクイズキャスト装置を用いて行われ
る。加圧含浸は極く短時間で完結する。加圧状態を保持
して金属溶湯を凝固させ、その後抜型し、適宜の機械加
工（板面に残留する金属分の切削除去等）を施して、前
記図１に示す形態を有する放熱基板を得る。

【００２９】図５および図６（図５のＡ−Ａ矢視図）
は、金属からなる放熱層（１３）を有する放熱基板（図
２（２））を、上記と同様の加圧鋳造法で製造する場合
の金型構成とプリフォーム（Ｓ）の設置態様の例を示し
ている。金型（３０）のキャビティ（３７）は、そこに
設置されるプリフォーム（Ｓ）の板面と直交する向き
に、フィン形成空間部（３７_１）が形設されている。フ
ィン形成空間部（３７_１）を有する点を除いて、金型構
成およびプリフォーム（Ｓ）の設置形態等は前記図４の
それと異ならない。

【００３０】プリフォーム（S）は、多孔層の表層がフ
ィン形成空間部（３７_１）に対面する向きに、キャビテ
ィ（３７）に設置される。キャビティ内に供給される金
属溶湯は、プリフォーム（Ｓ）を包囲し、かつフィン形
成空間部（３７_１）に充填される。加圧力を加えること
により、プリフォーム（Ｓ）の多孔層内への溶湯の含浸
とフィンの加圧鋳造とが達成される。溶湯の凝固後、抜
型し余剰の付着金属分を機械加工で除去することによ
り、フィン形状の放熱層（１３）を備えた製品放熱基板
を得る。

【００３１】従来のフィン付き放熱基板は、基板とフィ
ンとを個別に用意し、ロウ付けにより両者を接合するこ
とにより形成されているが、本発明の放熱基板は、一工
程の鋳造操作で一体品として製作することができる。し
かも、基板の金属含浸層の表層（１２_４）とこれに積層
形成された金属からなるフィン（１３）は、完全な連続
的一体性を有しているので、従来のフィン付き構造の放
熱基板（フィンの接合界面にろう層が介在する）と異な
って、フィンへの熱伝達の障壁がなく、熱放散性が高め
られる。

【００３２】

【実施例】（実施例１）［１］プリフォームの作製放電プラズマ焼結を適用し、粒度調整等を施されたセラ
ミックス粉末を、図３に示すように層状に積層充填し、
緻密層と多孔層とを有するセラミックス焼結体（層厚５
ｍｍ）を作製した。

【００３３】(1.1) 各粉末層の充填層厚は、プリフォ
ームの各層の層厚が１ｍｍとなるように調整した。プリ
フォームの緻密層となる粉末層（Ｐ_１）および多孔層と
なる粉末層（Ｐ_２〜Ｐ_５）の粉末粒度は下記のとおりで
ある。Ｐ_１： 20 μｍ以下、Ｐ_２：10〜50 μｍＰ_３：10〜100 μｍＰ_４：10〜200 μｍＰ_５：50〜300 μｍ

【００３４】(1.2) 焼結処理加圧力：30〜50 ＭＰａ焼結温度：1500〜1800 ℃

【００３５】［２］金属含浸処理加圧鋳造機（スクイズキャスト）による加圧含浸処理
（およびフィンの加圧鋳造）を行って、供試放熱基板
（図１および図２（２））を得る。

【００３６】表１，２は、プリフォームのセラミックス
組成と含浸された金属材種および金属含有率、並びに放
熱基板の物性を示している。表１は、プリフォームとし
て１種のセラミックスからなる焼結体を使用した放熱基
板、表２は、プリフォームとして２種のセラミックスか
らなる焼結体を使用した放熱基板（セラミックス組成と
金属含有率が層厚方向に傾斜した構造を有している）で
ある。

【００３７】本発明の放熱基板は、良好な熱伝導率およ
び熱膨張率を備えている。この改良された物性は、プリ
フォームとして使用されるセラミックス焼結体の骨格構
造による金属の包囲拘束効果、層厚方向に金属含有率が
漸次変化している傾斜構造、セラミックス組成の層厚方
向の傾斜構造等に基づくものである。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】本発明の放熱基板は、セラミックス焼結
体をプリフォームとして金属を含浸することにより形成
されたセラミックス−金属複合体であり、かつ金属含
有率（およびセラミックス組成）が層厚方向に漸次変化
した傾斜構造を有することにより、高熱伝導率と低熱膨
張率の改良された物性を備えている。また、本発明によ
れば、粉末冶金法のような煩瑣な工程を必要とせず、プ
リフォームであるセラミックス焼結体の多孔層に対する
金属の含浸処理も短時間で完結することができるほか、
放熱層として金属からなる層状ないしフィン形状を有す
る放熱基板を効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱基板を模式的に示す図である。

【図２】本発明の放熱基板を模式的に示す図である。

【図３】プリフォーム（セラミックス焼結体）の放電プ
ラズマ焼結による製作例を模式的に示す図である。

【図４】加圧鋳造法を適用してプリフォームに対する金
属含浸処理を行う例を示す断面図である。

【図５】加圧鋳造法を適用してプリフォームに対する金
属含浸処理を行う他の例を示す断面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ矢視断面図である。

【符号の説明】

１０：放熱基板１１：表層（セラミックス単一層）１２：金属含浸層（セラミックス−金属混合層）１３：金属からなる放熱層２０：放電プラズマ焼結装置２１：焼結ダイ２２：上部パンチ電極２２_１：上部パンチ２３：下部パンチ電極２３_１：上部パンチ２４：加圧力制御装置２５：焼結電源３０：加圧鋳造用金型３１：下型３２：上型３３：金属溶湯供給路３４：ガス抜き孔３５_１，３５_２：セラミックス焼結体支持ピン３７：キャビティ３７_１：フィン形成空間部Ｓ：プリフォーム（セラミックス焼結体）Ｐ：セラミックス粉末充填層

フロントページの続き (72)発明者岡野宏昭大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者船越淳大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内Ｆターム(参考） 4K020 AA22 AB01 AC01 AC04 BA02 BB26 5F036 AA01 BB05 BB08 BD01 BD03 BD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の表層がセラミックス単一層、中間
層および他方の表層が金属含浸層であるセラミックス−
金属複合体からなる半導体素子用放熱基板であって、緻
密層である一方の表層と、該一方の表層から他方の表層
に向かって気孔率が漸次増加している多孔層を有するセ
ラミックス焼結体をプリフォームとし、プリフォームの
多孔層内に金属を含浸してなる半導体素子用放熱基板。
【請求項２】一方の表層がセラミックス単一層、中間
層および他方の表層が金属含浸層であるセラミックス−
金属複合体からなる半導体素子用放熱基板であって、第
1のセラミックスからなる緻密層である一方の表層と、
該一方の表層から、第２のセラミックスからなる他方の
表層に向かって、気孔率および第1のセラミックスと第
２のセラミックスとの混合量比［第２のセラミックス／
第１のセラミックス（体積比）］が漸次増加している多
孔層とを有するセラミックス焼結体をプリフォームと
し、プリフォームの多孔層内に金属を含浸してなる半導
体素子用放熱基板。
【請求項３】セラミックスは、１０^１４Ω・ｃｍ以上
の比抵抗を有する、窒化アルミニウム，窒化珪素もしく
はアルミナ、または１０^１０Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有
する炭化珪素、金属は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率
を有する高熱伝導性金属である請求項１に記載の半導
体素子用放熱基板。
【請求項４】第1のセラミックスは、１０^１４Ω・ｃ
ｍ以上の比抵抗を有する、窒化アルミニウム，窒化珪素
もしくはアルミナ、第２のセラミックスは１３０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の熱伝導率を有する炭化珪素、金属は１８０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する高熱伝導性金属であ
る請求項２に記載の半導体素子用放熱基板。
【請求項５】セラミックス単一層の熱膨張率が３×１
０^−６〜８×１０⁻ ^６／Ｋ、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、金属含浸層の表層の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であり、セラミックス単一層から金属含浸層の表層
に向かって熱膨張率が漸次増加している請求項３又は請
求項４に記載の半導体素子用放熱基板。
【請求項６】金属はアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金であり、金属含浸層の表層の熱伝導率が１５０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上である請求項５に記載の半導体素子用放熱
基板。
【請求項７】金属は銅もしくは銅合金であり、金属含
浸層の表層の熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請
求項５に記載の半導体素子用放熱基板。
【請求項８】金属含浸層の表層に、金属からなる層状
またはフィン形状を有する放熱層が積層形成されている
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体素子用
放熱基板。
【請求項９】放熱層は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導
率を有する高熱伝導性金属からなる請求項８に記載の半
導体素子用放熱基板。
【請求項１０】放熱層は、アルミニウムもしくはアル
ミニウム合金からなり、１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導
率を有する請求項９に記載の半導体素子用放熱基板。
【請求項１１】放熱層は、銅もしくは銅合金からな
り、２４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する請求項９
に記載の半導体素子用放熱基板。