JP2002097533A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents

金属基複合材料の製造方法

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JP2002097533A
JP2002097533A JP2000291498A JP2000291498A JP2002097533A JP 2002097533 A JP2002097533 A JP 2002097533A JP 2000291498 A JP2000291498 A JP 2000291498A JP 2000291498 A JP2000291498 A JP 2000291498A JP 2002097533 A JP2002097533 A JP 2002097533A
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Chihiro Kawai
千尋 河合
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高熱伝導率のヒートシンク材である金属基複
合材料を、高価なダイヤモンドや活性銀蝋粉末を用いず
に、低コストで製造する方法を提供する。 【解決手段】 黒鉛粉末またはセラミック粉末の表面
に、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくと
も１種をコーティングして金属被覆粉末とする第１工程
と、その金属被覆粉末を高温で熱処理して炭化物被覆粉
末とする第２工程と、この炭化物被覆粉末と純Ａｇ、純
ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金との混合粉末を作製しこれを
成形する第３工程と、この成形体を１．３３３×１０-2
Ｐａ以下の高真空またはＨｅ、Ａｒ、またはＨ2ガス中
で、且つ、前記純Ａｇ、純ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金の
融点以上で焼結する第４工程を、含むことを特徴とす
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、半導体装置用のヒ
ートシンク材料として使用される高い熱伝導率を有する
金属基複合材料を製造する製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体レーザーやマイクロ波素子
等の半導体素子を搭載した電子部品のヒートシンク材料
が強く要求されている。従来は、半導体レーザーやマイ
クロ波素子等の半導体素子を搭載した電子部品はその発
熱量が小さかったため、熱伝導率が低くても、半導体素
子と熱膨張係数が近いＡｌ2Ｏ3やＡＬＮがヒートシンク
材料として用いられていた。
【０００３】しかし、最近では情報量の増大に伴い素子
の大型化や高出力化が進み、発熱量の増大が問題となっ
ている。ＡＬＮは熱伝導率も比較的良好であり、またＳ
ｉやＩｎＰと熱膨張係数が近いため、最近迄使用されて
きたが、更なる高出力化や、ＧａＡｓのように熱膨張係
数の大きい素子には対応が難しくなっている。
【０００４】具体的には、各種半導体材料の熱膨張係数
は、Ｓｉが４．２×１０-6／Ｋ、ＩｎＰが４．５×１０
-6／Ｋ、ＧａＡｓが５．９×１０-6／Ｋ程度であるため
に、ヒートシンク材料としては、これら半導体材料の熱
膨張係数に近いことが望ましい。ヒートシンク材料に必
要な物性としては、熱伝導率がＣｕ(３９５Ｗ／ｍＫ)と
同等かそれ以上、熱膨張係数がＣｕ(１６．９×１０-6
／Ｋ)以下が目安である。更には、ヒートシンク材料の
ヤング率は小さいほど、発生する熱応力が小さくなるた
め望ましい。
【０００５】熱伝導率が最も高い材料はダイヤモンドや
立方晶窒化硼素(以後、ｃ-ＢＮと称す)であるが、これ
らの材料は各種半導体材料に比べ、熱膨張係数が小さす
ぎ(ダイヤモンド２．３×１０-6／Ｋ、ｃ-ＢＮ３．７×
１０-6／Ｋ)、且つ、ヤング率が非常に大きいので(８３
０〜１０５０ＧＰａ)、ヒートシンク材と半導体素子の
蝋づけ時やデバイスとしての使用時に、両者の間に大き
な熱応力が発生して破壊が生じることがある。
【０００６】比較的熱膨張係数が小さく、熱伝導率が高
い材料として、セラミックスと金属を複合したＡｌ-Ｓ
ｉＣをはじめとする複合材料が発明されている。しか
し、Ａｌの熱伝導率(室温で約２３８Ｗ／ｍＫ)が低いた
めに複合材料にした場合の熱伝導率にも上限が存在し、
高熱伝導率の要求を満たすことが出来ない。Ａｌの代わ
りに、より熱伝導率の高いＣｕ(３９５Ｗ／ｍＫ)やＡｇ
(４２０Ｗ／ｍＫ)を用いることも考えられるが、ＳｉＣ
との濡れ性が極めて悪いためにＣｕ、Ａｇ等が持つ本来
の高熱伝導性を生かすことが出来ない。
【０００７】ＣｕやＡｇとの濡れ性を向上させたヒート
シンク材料として、焼結法によって作られたダイヤモン
ド-Ａｇ系やダイヤモンド-Ｃｕ系複合材料が特開平１１
―６７９９１号公報に開示されている。これは、ダイヤ
モンド粉末とＡｇ-Ｃｕ-Ｔｉ系粉末を混合、成形後、そ
の合金の融点以上で加熱することにより、Ｔｉ成分がダ
イヤモンド粒子表面に拡散、反応し、その表面にＴｉＣ
層が形成される。その結果、ＴｉＣと溶融Ｃｕ、または
溶融Ａｇの濡れ性が高いために、ダイヤモンド粒子と金
属の界面が密着し、高い熱伝導率が得られるのである。
【０００８】また、ダイヤモンド-Ａｇ系やダイヤモン
ド-Ｃｕ系複合材料の製法として、溶浸法が特開平１０
―２２３８１２号公報に開示されている。それは、ダイ
ヤモンド粉末とＡｇ-Ｃｕ-Ｔｉ系粉末を混合、成形後、
その合金の融点以上で加熱してダイヤモンド粒子表面に
ＴｉＣ層を形成させた後、さらに加熱してＡｇ、Ｃｕ成
分を揮発させて多孔体とする。そして、この多孔体に溶
融Ａｇ-Ｃｕ合金を含浸させて、焼結法よりも大きい相
対密度と高い熱伝導率の複合材料を得るものである。
【０００９】しかし、上記の焼結法、溶浸法による２つ
の発明に共通する課題として、ダイヤモンドは極めて
高価である、ダイヤモンドの硬度が高いために、成形
時に金型を激しく摩耗させコスト面で不利である、こと
が挙げられ実用化を阻害する大きな要因となっている。
【００１０】Ａｇ及び／又はＣｕ基合金と炭素粒子から
なる高熱伝導性の複合材料を低コストで作製する方法と
して、ダイヤモンドと同じ炭素である黒鉛を炭素源とし
て用いる方法がある。この方法によれば、黒鉛は特定の
結晶軸方向に極めて大きい熱伝導率を持つとともに黒鉛
粒子の表面に形成されるＴｉＣの膜厚を制御することに
より、より高い熱伝導率のものが得られるという特徴が
ある。また、黒鉛を用いることにより、高硬度のダイヤ
モンド粒子を用いる場合のような成形時の金型摩耗は殆
ど無くなる。
【００１１】上記金属基複合材料は、以下のようにして
作製される。即ち、高純度黒鉛粉末と、周期律表ＩＶ
ａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１種を含むＡｇ
及び／又はＣｕ合金の粉末を所定の組成で混合し、面圧
３００ＭＰａ以上で成形後、１．３３３×１０-2Ｐａ以
下の高真空またはＨｅ、Ａｒ、またはＨ2ガス中にて、
前記合金の融点以上で加熱する。加熱中、前記合金中の
周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１
種の成分が黒鉛と反応し、炭化物を形成する。これら炭
化物と溶融したＡｇ及び／又はＣｕを含む金属とは極め
て濡れ性が高いために、炭化物とＡｇまたはＣｕは強固
に密着することになる。
【００１２】
【発明が解決しょうとする課題】前述のように、ダイヤ
モンドを用いたヒートシンク材としての複合材料の性能
は良い。しかし、ダイヤモンド自体が高価なこと、硬度
大のため成形時の金型摩耗等が激しいため、コスト面で
不利であった。一方、前述のようにダイヤモンドに代え
て高純度黒鉛粉末を用いたＡｇ及び／又はＣｕ合金と炭
素粒子からなる複合材料も開発されているが、この材料
も前記合金粉末がコスト高であるのが難点である。 即
ち、活性銀蝋は通常Ａｇ-Ｃｕ-Ｔｉ成分であるが、Ｔｉ
がＡｇ-Ｃｕ合金中に均一に溶解・分布した粉末とする
には、真空溶解工程が必要であり、コストが高くなるこ
とが避けれない。例えば、通常市販の活性銀蝋粉末は純
Ａｇ粉末の１０倍ほどの価格になっている。
【００１３】本発明は、高熱伝導率のヒートシンク材で
ある金属基複合材料を、高価なダイヤモンドやＡｇ-Ｃ
ｕ-Ｔｉ系のような活性銀蝋粉末を用いずに、低コスト
で製造する方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による金属基複合
材料の製造方法を以下に記す。黒鉛粉末またはセラミッ
ク粉末の表面に、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金
属の少なくとも１種をコーティングして金属被覆粉末と
する第１工程と、その金属被覆粉末を高温で熱処理して
炭化物被覆粉末とする第２工程と、この炭化物被覆粉末
と純Ａｇ、純ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金との混合粉末を
作製しこれを成形する第３工程と、この成形体を１．３
３３×１０-2Ｐａ以下の高真空またはＨｅ、Ａｒ、また
はＨ2ガス中で、且つ、前記純Ａｇ、純ＣｕまたはＡｇ-
Ｃｕ合金の融点以上で焼結する第４工程を、含むことを
特徴とする。尚、好ましい方法として、前記第１工程
は、黒鉛粉末またはセラミック粉末に周期律表ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１種を含むＡｇ及び
／又はＣｕを含む合金をコーティングしてこれらの金属
で被覆された粉末とし、第２工程以降は上記と同じ製造
方法も本発明には含まれる。
【００１５】尚、前記コーティング層の厚みは、０．２
〜２．０μｍが望ましく、また、炭化物で被覆された黒
鉛粉末またはセラミック粉末が金属基複合材料全体の３
０〜８５ｖｏｌ％を占めることが好ましい。また、前記
金属基複合材料中のＣｕの量が、ＣｕとＡｇの総量に対
して０〜２０ｖｏｌ％または８０〜１００ｖｏｌ％であ
ることが望ましい。
【００１６】前記第一工程におけるコーティング法は、
ＰＶＤ法またはスパッタリング法であることが好まし
く、その際のターゲット材としては、周期律表ＩＶａ、
Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１種からなるターゲ
ット(ターゲット１)、Ａｇのターゲット(ターゲット
２)、およびＣｕのターゲット(ターゲット３)の３種の
ターゲットを用いる。そして、黒鉛粉末またはセラミッ
ク粉末の表面にこれら３種の成分を含む合金からなる層
をコーティングして金属被覆複合粉末を作製するのが好
ましい。
【００１７】また、前記焼結温度Ｔは、金属成分の融点
Ｔｍに対して、Ｔｍ≦Ｔ≦Ｔｍ+２０(℃)が好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明者によれば、活性銀蝋粉末
を使用しなくても、黒鉛粉末やセラミック粉末とＡｇ及
び／又はＣｕとの濡れ性を向上させることができる。以
下本発明を詳細に説明する。
【００１９】本発明の方法では、第一工程で黒鉛粉末ま
たはセラミック粉末の表面に周期律表ＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
Ｉａ族の金属の少なくとも１種の金属を均一にコーティ
ングし、第二工程で、これを熱処理してコーティング層
を炭化し、前記金属の炭化物からなる層で被覆された粉
末とする。次に、この炭化物被覆黒鉛粉末と純Ａｇまた
は純Ｃｕ、或いはＡｇ-Ｃｕ合金粉末を混合し、成形後、
含まれる金属の融点以上で焼結する。
【００２０】安価で均一にコーティングする方法には、
真空蒸着やイオンプレーティング等の物理蒸着が優れ
る。例えば、特開平５―１９４０６３号公報に開示され
ているように、内部にスパッタリングターゲット（Ｔ
ｉ）が装着されたドラムに黒鉛粉末を装填し、ドラムを
回転させながらスパッタすることにより、黒鉛粉末表面
に均一にＴｉをコーティングすることが可能である。そ
の他のコーティング方法としては、ＴｉＣｌ4ガスとＣ
Ｈ4ガスを流しながら、黒鉛粉末表面にＴｉＣを析出さ
せるＣＶＤ法等も考えられる。
【００２１】しかし、黒鉛粉末またはセラミック粉末の
表面に均一にコーティングするには、粉末の隙間にガス
をムラなく浸透させる必要があるが、これが難しい。ま
た、可能になったとしても極めて高コストになってしま
うという問題があるので、ＣＶＤ法よりも物理蒸着の方
が好ましい。
【００２２】ＴｉをＴｉＣへ転化させるのは容易であ
る。例えば、黒鉛とＴｉをＡｒガス中、温度１２００℃
程度で数時間加熱すると、ＴｉはＴｉＣへ転化する。Ｔ
ｉＣに転化した黒鉛粉末とＡｇ，ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ
合金の混合粉末を作製し、成形、焼結すると、溶融した
金属成分はＴｉＣと濡れるために界面が密着し、高い熱
伝導率が得られる。Ｔｉの代わりにＷ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、またはＭｏを用いても同様の効果があるが、
Ｔｉが最も有効である。
【００２３】スパッタリングのターゲットとして、Ｔｉ
以外に、Ａｇ、Ｃｕを加え、３成分の金属を同時に黒鉛
粉末またはセラミック粉末にスパッタしてコーティング
すると、濡れ性が向上するために更に高い熱伝導率が得
られる。これは以下の理由による。
【００２４】３成分を同時にスパッタすると、あたかも
活性銀蝋粉末のように、Ａｇ-Ｃｕ系金属中にＴｉが均
一に分布する。このような黒鉛粉末またはセラミック粉
末をＡｇ、ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金粉末と混合し、成
形、焼結すると、被覆されたＡｇ-Ｃｕ-Ｔｉ成分中のＴ
ｉが黒鉛と反応してＴｉＣに転化すると同時に、そのＴ
ｉＣ膜の表面に更にＡｇ-Ｃｕ成分が被覆された状態に
なる。このため、Ａｇ、Ｃｕ、またはＡｇ-Ｃｕ系溶融
金属と最も容易に濡れが生じるのである。
【００２５】ＴｉＣをはじめとする被覆層の厚みは０．
２〜２．０μｍが好ましい。０．２μｍ未満では濡れ性
が低下するし、２．０μｍを超えると、界面での熱伝導
のロスが大きくなり、共に熱伝導率が低下する。Ａｇ-
Ｃｕ-Ｔｉ等の３成分系金属をコーティングする場合
は、焼結後にＴｉＣの厚さが０．２〜２．０μｍになる
ように３成分系金属のコーティング厚さを調整しておけ
ばよい。この場合のコーティング厚さは、０．２〜２．
０μｍよりも厚くなるのは当然である。
【００２６】炭化物で被覆された炭素粉末またはセラミ
ック粉末の量は、金属基複合材料全体の３０〜８５ｖｏ
ｌ％が好ましい。金属基複合材料の熱膨張係数は、黒鉛
量が増加するほど低下するので、熱膨張係数を１５×１
０-6／Ｋ以下にするには、炭化物で被覆された炭素粉末
またはセラミック粉末の量を金属基複合材料全体の３０
ｖｏｌ％以上にすればよい。一方、８５ｖｏｌ％を超え
ると金属成分の量が少なくなり濡れ性が低下し、熱伝導
率が低下するからである。
【００２７】金属基複合材料中のＣｕ濃度は、ＣｕとＡ
ｇの総量に対して０〜２０ｖｏｌ％、または８０〜１０
０ｖｏｌ％であることが好ましい。なぜなら、２０ｖｏ
ｌ％を超え８０ｖｏｌ％未満では、Ａｇ-Ｃｕ合金の熱
伝導率が低下し、金属基複合材料の熱伝導率が低下する
ためである。
【００２８】焼結温度をＴ、金属成分の融点をＴmとす
ると、焼結温度は、Ｔm≦Ｔ≦Ｔm＋２０(℃)を満足する
ようにすると最も熱伝導率が高くなる。焼結温度が、Ｔ
m＋２０(℃)を超えると、溶融金属の表面張力が低下し
て、焼結時に金属成分が金属基複合材料の表面に浸み出
しやすくなるからである。
【００２９】黒鉛粉末の粒度は、２０μｍ以上が好まし
い。２０μｍ未満でもコーティングは可能であるが、粉
末の比表面積が大きくなりすぎて、例えば、ＴｉＣを同
じ膜厚にコーティングする時に必要な時間がかかりすぎ
ることになり、コストが高くなる。上限値は特にない
が、金属粉末との混合工程を考慮すると、６００μｍ位
を上限値とするのが望ましい。黒鉛粉末の代わりに熱伝
導率の高いセラミック粉末を用いても良い。セラミック
スの中ではＳｉＣが最も熱伝導率が高いので好ましい。
【００３０】本発明の金属基複合材料からなるヒートシ
ンク材をパッケージに応用した具体例を、図１に基づい
て説明する。この具体例では、パッケージ１の中に本発
明の金属基複合材料からなるヒートシンク２が設けら
れ、このヒートシンク２の上に半導体素子３が搭載され
ている。半導体素子３にはボンディングワイヤ４が接続
され、そのボンディングワイヤ４の他端はリードフレー
ム５に接続されている。
【００３１】一般に、このような構成のパッケージ１に
おいては、半導体素子３はヒートシンク２よりも小さい
ため、ヒートシンク２の放熱機構としては面内方向(水
平方向)に熱を逃がす方が効率が良い。このため、本発
明品のように黒鉛の配向性によって面内方向の熱伝導率
が高い金属基複合材料は、このような用途のヒートシン
ク材として最適である。
【００３２】（実施例１）原料粉末として、平均粒径が
４００μｍの熱分解黒鉛粉末と、平均粒径が１００μｍ
のＡｇ粉末(９９．９％)、を用意した。内部にスパッタ
リング装置を装備した回転ドラムに黒鉛粉末を装填し、
スパッタリングにより表１に示す各組成の金属を、黒鉛
粉末にコーティングした。
【００３３】次に、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の
金属の１種を単独でコーティングした場合は、その金属
被覆黒鉛粉末をＡｒガス中、温度１２００℃で２ｈｒ加
熱し、炭化物に転化させた。Ａｇ−Ｃｕを含むコーティ
ングを行った場合は、そのまま以降の工程に流した。炭
化物コーティング層の厚さは、透過電子顕微鏡により確
認した。
【００３４】作製した炭化物被覆黒鉛粉末と、Ａｇ粉末
を所定の量で混合し、圧力５００ＭＰａでプレス成形し
た。そして、成形体を１気圧のＨ2ガス中、温度９５０
〜１０００℃で１ｈｒ加熱して焼結体とした。その結果
を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】これら焼結体のヒートシンク材としての性
能を評価した。焼結体を、φ１０×２ｍｍに切り出し、
密度を測定後、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を
測定した。焼結体を、φ５×１０ｍｍに切り出し、密度
を測定後、差動トランス式熱膨張係数測定装置により熱
膨張係数を測定した。尚、これらの試料の切り出しは、
焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が一致する方向、お
よび焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が直角になる方
向、それぞれについて実施した。焼結体の性能評価の結
果を表２に示す。
【００３７】
【表２】
【００３８】コーティングをしなかった試料Ｎｏ．1-1
は、焼結後の金属成分の浸みだしが多く、加工により崩
壊した。ＴｉＣ等の炭化物を黒鉛粉末表面にコーティン
グすることにより、金属基複合材料の熱伝導率は大きく
向上した。特に、Ａｇ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ｔｉ、Ａｇ−Ｃｕ
−Ｔｉ成分をコーティングすると、熱伝導率は更に大き
く向上した。
【００３９】（実施例２）原料粉末として、平均粒径が
２００μｍの熱分解黒鉛粉末と、平均粒径が１００μｍ
のＡｇ粉末(９９．９％)、及び平均粒径が１００μｍの
Ｃｕ粉末(９９．９％)を用意した。内部にスパッタリン
グ装置を装備した回転ドラムに黒鉛粉末を装填し、スパ
ッタリングによりＡｇ、Ｃｕ、Ｔｉ金属を、黒鉛粉末に
コーティングした。炭化物コーティング層の厚さは、透
過電子顕微鏡により確認した。
【００４０】次に、作製したＡｇ、Ｃｕ、Ｔｉ等の金属
被覆黒鉛粉末と、Ａｇ、ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金粉末
を所定の量で混合し、圧力５００ＭＰａでプレス成形し
た。そして、成形体を１気圧のＨ2ガス中、温度８２０
〜１０９０℃で１ｈｒ加熱して焼結体とした。その結果
を表３に示す。
【００４１】
【表３】
【００４２】これら焼結体のヒートシンク材としての性
能を評価した。焼結体を、φ１０×２ｍｍに切り出し、
密度を測定後、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を
測定した。焼結体を、φ５×１０ｍｍに切り出し、密度
を測定後、差動トランス式熱膨張係数測定装置により熱
膨張係数を測定した。尚、これらの試料の切り出しは、
焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が一致する方向、お
よび焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が直角になる方
向、それぞれについて実施した。焼結体の性能評価の結
果を表４に示す。
【００４３】
【表４】
【００４４】コーティングを実施しなかった試料Ｎｏ．
２−１は、焼結後の金属成分の浸みだしが多く、加工に
より崩壊した。また、金属基複合材料中のＣｕが、Ｃｕ
とＡｇの総量に対して２０ｖｏｌ％以下の試料Ｎｏ．2-
10〜2-12と、８０ｖｏｌ％以上の試料Ｎｏ．2-2〜2-5
は、熱伝導率が高かった。
【００４５】（実施例３）原料粉末として、平均粒径が
１５０μｍのＳｉＣ粉末(６Ｈ型結晶系)と、平均粒径が
１２０μｍのＡｇ粉末(９９．９％)、を用意した。内部
にスパッタリング装置を装備した回転ドラムにＳｉＣ粉
末を装填し、スパッタリングにより表５に示す各組成の
金属を、ＳｉＣ粉末にコーティングした。
【００４６】次に、Ｔｉを単独でコーティングした場合
は、その金属被覆ＳｉＣ粉末をＡｒガス中、温度１２０
０℃で２ｈｒ加熱し、コーティングした金属を炭化物に
転化させた。Ａｇ−Ｃｕを含むコーティングを行った場
合は、そのまま以降の工程に流した。炭化物コーティン
グ層の厚さは、透過電子顕微鏡により確認した。
【００４７】作製した炭化物被覆ＳｉＣ粉末と、Ａｇ粉
末を所定の量で混合し、Ａｒガス中、温度３５０℃、圧
力５００〜８００ＭＰａで温間プレス成形した。そし
て、成形体を１気圧のＨ2ガス中、温度９５０〜１００
０℃で１ｈｒ加熱して焼結体とした。その結果を表５に
示す。
【００４８】
【表５】
【００４９】これら焼結体のヒートシンク材としての性
能を評価した。焼結体を、φ１０×２ｍｍに切り出し、
密度を測定後、レーザーフラッシュ法により熱伝導率を
測定した。焼結体を、φ５×１０ｍｍに切り出し、密度
を測定後、差動トランス式熱膨張係数測定装置により熱
膨張係数を測定した。尚、これらの試料の切り出しは、
焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が一致する方向、お
よび焼結体の厚み方向と試料の厚み方向が直角になる方
向、それぞれについて実施した。焼結体の性能評価の結
果を表６に示す。
【００５０】
【表６】
【００５１】コーティングをしなかった試料Ｎｏ．3-1
は、焼結後の金属成分の浸みだしが多く、加工により崩
壊した。原料粉末としてＳｉＣを使用したこの金属基複
合材料は、黒鉛粉末を使用した金属基複合材料に比べ、
熱膨張係数はＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｓｉに近いのでこの点
は好ましい。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、高価なダイヤモンドを
使用せずに、黒鉛粉末やセラミック粉末を用いて、熱膨
張係数が小さく且つ熱伝導率が比較的高い金属基複合材
料を低コストで製造、提供出来る。また、本発明の複合
材料を用いて、熱伝導率がダイヤモンド並みに高く、熱
膨張係数が半導体素子に近いヒートシンク部材を作製す
ることが出来る。このヒートシンク部材を用いることに
よって、半導体レーザーやマイクロ波デバイス、各種Ｌ
ＳＩなどの性能を、最大限に発揮させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合材料からなるヒートシンクを用い
たパッケージの具体例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１．パッケージ ２．ヒートシンク ３．半導体素子 ４．ボンディングワイヤ ５．リードフレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 14/58 Ｃ２３Ｃ 14/58 Ａ Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｊ 23/14 23/14 Ｍ Ｆターム(参考） 4K018 AA02 AA03 AB02 AB07 AC01 AD11 BC25 BC26 CA11 DA11 DA32 DA33 KA32 4K020 AA22 AA24 AA27 AC04 AC05 BA01 BB29 4K029 AA04 BA21 BD01 CA05 DC03 DC16

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炭素粉末またはセラミック粉末と、Ａｇ
    及び／又はＣｕ基合金からなる金属基複合材料の製造方
    法であって、黒鉛粉末またはセラミック粉末の表面に、
    周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１
    種をコーティングして金属被覆粉末とする第１工程と、
    その金属被覆粉末を高温で熱処理して炭化物被覆粉末と
    する第２工程と、この炭化物被覆粉末と純Ａｇ、純Ｃｕ
    またはＡｇ-Ｃｕ合金との混合粉末を作製しこれを成形
    する第３工程と、この成形体を１．３３３×１０-2Ｐａ
    以下の高真空またはＨｅ、Ａｒ、またはＨ2ガス中で、
    且つ、前記純Ａｇ、純ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金の融点
    以上で焼結する第４工程からなる金属基複合材料の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 炭素粉末またはセラミック粉末と、Ａｇ
    及び／又はＣｕ基合金からなる金属基複合材料の製造方
    法であって、黒鉛粉末またはセラミック粉末の表面に、
    周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属の少なくとも１
    種を含むＡｇ合金及び／又はＣｕ合金をコーティングし
    て金属被覆粉末とする第１工程と、その金属被覆粉末を
    高温で熱処理して炭化物被覆粉末とする第２工程と、こ
    の炭化物被覆粉末と純Ａｇ、純ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合
    金との混合粉末を作製しこれを成形する第３工程と、こ
    の成形体を１．３３３×１０-2Ｐａ以下の高真空または
    Ｈｅ、Ａｒ、またはＨ2ガス中で、且つ、前記純Ａｇ、
    純ＣｕまたはＡｇ-Ｃｕ合金の融点以上で焼結する第４
    工程からなる金属基複合材料の製造方法。
  3. 【請求項３】 炭化物で被覆された炭素粉末またはセラ
    ミック粉末が金属基複合材料の３０〜８５ｖｏｌ％を占
    めることを特徴とする請求項１または２に記載の金属基
    複合材料の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記コーティング層の厚さが、０．２〜
    ２．０μｍであることを特徴とする請求項１または２に
    記載の金属基複合材料の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記被覆金属種がＴｉであることを特徴
    とする請求項１または２に記載の金属基複合材料の製造
    方法。
  6. 【請求項６】 前記コーティング法が、ＰＶＤ法または
    スパッタリング法であることを特徴とする請求項１また
    は２に記載の金属基複合材料の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記ＰＶＤまたはスパッタリングのター
    ゲットとして、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属
    の少なくとも１種からなるターゲット(ターゲット１)、
    Ａｇのターゲット(ターゲット２)、およびＣｕのターゲ
    ット(ターゲット３)の３種を用い、黒鉛粉末またはセラ
    ミック粉末の表面にターゲット１、２、３の成分を含む
    合金をコーティングして金属被覆複合粉末とすることを
    特徴とする請求項２に記載の金属基複合材料の製造方
    法。
  8. 【請求項８】 前記金属基複合材料中のＣｕが、Ｃｕと
    Ａｇの総量に対して０〜２０ｖｏｌ％または８０〜１０
    ０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項２に記載の金
    属基複合材料の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記焼結温度Ｔが、金属成分の融点Ｔｍ
    に対して、Ｔｍ≦Ｔ≦Ｔｍ+２０(℃)を満足することを
    特徴とする請求項１または２に記載の金属基複合材料の
    製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006093711A (ja) 2004-09-24 2006-04-06 Shogen Koden Kofun Yugenkoshi 半導体発光素子ユニット
JP2008095171A (ja) * 2006-10-08 2008-04-24 Momentive Performance Materials Inc 伝熱複合材、関連するデバイス及び方法
JP2011503872A (ja) * 2007-11-08 2011-01-27 モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド 伝熱複合材、関連するデバイス及び方法

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