JP2002356731A - 半導体基板材料 - Google Patents
半導体基板材料Info
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- JP2002356731A JP2002356731A JP2002096037A JP2002096037A JP2002356731A JP 2002356731 A JP2002356731 A JP 2002356731A JP 2002096037 A JP2002096037 A JP 2002096037A JP 2002096037 A JP2002096037 A JP 2002096037A JP 2002356731 A JP2002356731 A JP 2002356731A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶浸法によって得られる半導体基板材料の熱
伝導率と熱膨張係数の改善にあって、電子デバイスの高
集積、高速化などの高性能化及び信頼性向上の要求に応
えるもので、集積回路基板から発生した熱エネルギーの
放熱能をさらに向上した半導体基板材料を提供する。 【解決手段】 平均粒径が７〜１００μｍの高融点金属
の大粒子、または、高融点金属の大粒子と高熱伝導性金
属粒子が相互に分散し、高熱伝導金属粒子の含有量が３
０重量％以下の混合粒子の圧粉体または仮焼結体中に充
填金属を溶浸した複合材料からなる半導体基板材料であ
る。高融点金属粉末としては、Ｗ粉末あるいはＭｏ粉
末、さらにはＷとＭｏの混合粉末が使用でき、また、高
熱伝導性金属粒子としては、その融点が高融点金属より
はるかに低く、その高融点金属と化合物を生成し難く、
さらにその固溶度もほとんどない金属粉末で、熱伝導性
のよいＣｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末あるいはこれらの
合金粉末が使用できる。さらに、充填金属には高熱伝導
性金属粒子と同じくＣｕ、Ａｇ、Ａｌあるいはその合金
が使用できる。
伝導率と熱膨張係数の改善にあって、電子デバイスの高
集積、高速化などの高性能化及び信頼性向上の要求に応
えるもので、集積回路基板から発生した熱エネルギーの
放熱能をさらに向上した半導体基板材料を提供する。 【解決手段】 平均粒径が７〜１００μｍの高融点金属
の大粒子、または、高融点金属の大粒子と高熱伝導性金
属粒子が相互に分散し、高熱伝導金属粒子の含有量が３
０重量％以下の混合粒子の圧粉体または仮焼結体中に充
填金属を溶浸した複合材料からなる半導体基板材料であ
る。高融点金属粉末としては、Ｗ粉末あるいはＭｏ粉
末、さらにはＷとＭｏの混合粉末が使用でき、また、高
熱伝導性金属粒子としては、その融点が高融点金属より
はるかに低く、その高融点金属と化合物を生成し難く、
さらにその固溶度もほとんどない金属粉末で、熱伝導性
のよいＣｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末あるいはこれらの
合金粉末が使用できる。さらに、充填金属には高熱伝導
性金属粒子と同じくＣｕ、Ａｇ、Ａｌあるいはその合金
が使用できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路用に適し
た半導体基板材料に関する。
た半導体基板材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、集積回路用の半導体基板（ヒート
シンク）として、Ｃｕ系、ＭｏあるいはＷ系のものがあ
り、いずれもＮｉめっきを施してセラミックス製パッケ
ージ部品あるいは半導体素子と接合される。
シンク）として、Ｃｕ系、ＭｏあるいはＷ系のものがあ
り、いずれもＮｉめっきを施してセラミックス製パッケ
ージ部品あるいは半導体素子と接合される。
【０００３】この中、Ｃｕ製の基板は熱伝導性が高く優
れた放熱性を有するが、熱膨張係数がセラミックス製の
外囲器材料又は半導体素子に対して数倍大きく、半導体
素子を搭載する場合には、熱膨張の違いによる歪みがろ
う付け部の劣化を促進してしまうという欠点がある。
れた放熱性を有するが、熱膨張係数がセラミックス製の
外囲器材料又は半導体素子に対して数倍大きく、半導体
素子を搭載する場合には、熱膨張の違いによる歪みがろ
う付け部の劣化を促進してしまうという欠点がある。
【０００４】一方、ＷあるいはＭｏ製の基板は、熱膨張
係数の差が外囲器材料又は半導体素子に対して比較的小
さく、ろう付けに際しての信頼性に優れた材料ではある
が、熱伝導率が低く放熱性に劣るという欠点がある。
係数の差が外囲器材料又は半導体素子に対して比較的小
さく、ろう付けに際しての信頼性に優れた材料ではある
が、熱伝導率が低く放熱性に劣るという欠点がある。
【０００５】そのため、ＣｕとＷあるいはＭｏと複合化
して、それぞれの利点を活かした優れた特性を有する半
導体基板材料を得る試みが行われるようになった。
して、それぞれの利点を活かした優れた特性を有する半
導体基板材料を得る試みが行われるようになった。
【０００６】このＣｕとＷあるいはＭｏとを複合化させ
る方法として、粉末冶金の手法である溶浸法によってＷ
あるいはＭｏ粉末焼結体中にＣｕを溶浸する方法、ある
いは、クラッドにより接合する方法がある。ところが、
後者のクラッドにより接合する方法は、寸法精度がでな
いために信頼性の高い接合は望めない上にコスト高を招
き、また、ＷあるいはＭｏの焼結インゴットからの圧延
に際して長尺材を得るのが難しく、強固な酸化物膜の存
在のためＣｕとの機械的接合は困難となるという欠点が
ある。
る方法として、粉末冶金の手法である溶浸法によってＷ
あるいはＭｏ粉末焼結体中にＣｕを溶浸する方法、ある
いは、クラッドにより接合する方法がある。ところが、
後者のクラッドにより接合する方法は、寸法精度がでな
いために信頼性の高い接合は望めない上にコスト高を招
き、また、ＷあるいはＭｏの焼結インゴットからの圧延
に際して長尺材を得るのが難しく、強固な酸化物膜の存
在のためＣｕとの機械的接合は困難となるという欠点が
ある。
【０００７】そのため、例えば、特公平３−３６３０４
号公報、特公平３−３６３０５号公報、特開平６−１３
４９４号公報に記載されているように、溶浸法が広く採
用されるようになった。ところが、溶浸法の適用におい
て、従来用いられているＷあるいはＭｏの粉末粒径で
は、Ｃｕの含有量が２０重量％以下の場合には圧粉体で
は必要な密度が得難く、焼結に際しての収縮によって密
度を調整する必要がある。この場合、加熱条件の制御が
難しく、ＷあるいはＭｏ粉末粒子の凝集等により、溶浸
後の密度と寸法にバラツキを生じるだけでなく、残存気
孔が熱伝導率に影響を及ぼし、熱放散効率を低下させる
という問題がある。
号公報、特公平３−３６３０５号公報、特開平６−１３
４９４号公報に記載されているように、溶浸法が広く採
用されるようになった。ところが、溶浸法の適用におい
て、従来用いられているＷあるいはＭｏの粉末粒径で
は、Ｃｕの含有量が２０重量％以下の場合には圧粉体で
は必要な密度が得難く、焼結に際しての収縮によって密
度を調整する必要がある。この場合、加熱条件の制御が
難しく、ＷあるいはＭｏ粉末粒子の凝集等により、溶浸
後の密度と寸法にバラツキを生じるだけでなく、残存気
孔が熱伝導率に影響を及ぼし、熱放散効率を低下させる
という問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、溶浸法によって得られる半導体基板材料の
熱伝導率と熱膨張係数の改善にあって、電子デバイスの
高集積、高速化などの高性能化及び信頼性向上の要求に
応えるもので、集積回路基板から発生した熱エネルギー
の放熱能をさらに向上した半導体基板材料を提供するも
のである。
する課題は、溶浸法によって得られる半導体基板材料の
熱伝導率と熱膨張係数の改善にあって、電子デバイスの
高集積、高速化などの高性能化及び信頼性向上の要求に
応えるもので、集積回路基板から発生した熱エネルギー
の放熱能をさらに向上した半導体基板材料を提供するも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、平均粒径が７
〜１００μｍの高融点金属の大粒子、または、高融点金
属の大粒子と高熱伝導性金属粒子が相互に分散し、高熱
伝導性金属粒子の含有量が３０重量％以下の混合粒子の
圧粉体または仮焼結体中に充填金属を溶浸した複合材料
からなる半導体基板材料である。
〜１００μｍの高融点金属の大粒子、または、高融点金
属の大粒子と高熱伝導性金属粒子が相互に分散し、高熱
伝導性金属粒子の含有量が３０重量％以下の混合粒子の
圧粉体または仮焼結体中に充填金属を溶浸した複合材料
からなる半導体基板材料である。
【００１０】高融点金属粉末としては、Ｗ粉末あるいは
Ｍｏ粉末、さらにはＷとＭｏの混合粉末が使用でき、ま
た、高熱伝導性金属粒子としては、その融点が高融点金
属よりはるかに低く、その高融点金属と化合物を生成し
難く、さらにその固溶度もほとんどない金属粉末で、熱
伝導性のよいＣｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末あるいはこ
れらの合金粉末が使用できる。さらに、充填金属には高
熱伝導性金属粒子と同じくＣｕ、Ａｇ、Ａｌあるいはそ
の合金が使用できる。
Ｍｏ粉末、さらにはＷとＭｏの混合粉末が使用でき、ま
た、高熱伝導性金属粒子としては、その融点が高融点金
属よりはるかに低く、その高融点金属と化合物を生成し
難く、さらにその固溶度もほとんどない金属粉末で、熱
伝導性のよいＣｕ粉末、Ａｇ粉末、Ａｌ粉末あるいはこ
れらの合金粉末が使用できる。さらに、充填金属には高
熱伝導性金属粒子と同じくＣｕ、Ａｇ、Ａｌあるいはそ
の合金が使用できる。
【００１１】高融点金属の大粒子を使用した圧粉体およ
び仮焼結体には小粒子の凝集がないため、充填金属の溶
浸が容易にでき、高融点金属の大粒子と高熱伝導性金属
粒子が相互に分散した混合粉末はプレス成形性がよく、
また、溶浸時に被溶浸体を構成する圧粉体または仮焼結
体中の高熱伝導性粒子が溶融し、充填金属の溶浸を容易
にする。
び仮焼結体には小粒子の凝集がないため、充填金属の溶
浸が容易にでき、高融点金属の大粒子と高熱伝導性金属
粒子が相互に分散した混合粉末はプレス成形性がよく、
また、溶浸時に被溶浸体を構成する圧粉体または仮焼結
体中の高熱伝導性粒子が溶融し、充填金属の溶浸を容易
にする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を高融点金属として
Ｗを、高熱伝導性金属および充填用金属としてＣｕを使
用して半導体基板の作製に適用した実施例を用いて実施
の形態を説明する。
Ｗを、高熱伝導性金属および充填用金属としてＣｕを使
用して半導体基板の作製に適用した実施例を用いて実施
の形態を説明する。
【００１３】実施例１ 平均粒径１２μｍのＷ粉末に、平均粒径３０μｍのＣｕ
粉末５重量％、および、パラフィンワックス１重量％を
添加して、混合機中で１時間混合した。得られた粉末を
粉末成形プレス機を用いて、Ｃｕ溶浸後の組成が表１の
ようになるような種々の圧力で型押しして、縦５０ｍｍ
×横５０ｍｍ×厚み５ｍｍの圧粉体を得た。これらの圧
粉体を８００℃で脱ワックス仮焼し、さらに、１０００
℃で２次仮焼した後に、仮焼結体に溶浸するに十分な量
の純銅を乗せ、これをＨ２気中で１１００℃に加熱する
ことにより純銅を溶浸した。
粉末５重量％、および、パラフィンワックス１重量％を
添加して、混合機中で１時間混合した。得られた粉末を
粉末成形プレス機を用いて、Ｃｕ溶浸後の組成が表１の
ようになるような種々の圧力で型押しして、縦５０ｍｍ
×横５０ｍｍ×厚み５ｍｍの圧粉体を得た。これらの圧
粉体を８００℃で脱ワックス仮焼し、さらに、１０００
℃で２次仮焼した後に、仮焼結体に溶浸するに十分な量
の純銅を乗せ、これをＨ２気中で１１００℃に加熱する
ことにより純銅を溶浸した。
【００１４】実施例２ 平均粒径４０μｍのＷ粉末について実施例１と同様にし
て調製した。
て調製した。
【００１５】このようにして得られた基板材料の密度、
熱伝導率および熱膨張係数を測定したところ、表１に示
すような結果が得られた。また、比較例として従来使用
されている基板材料の諸特性も併記する。
熱伝導率および熱膨張係数を測定したところ、表１に示
すような結果が得られた。また、比較例として従来使用
されている基板材料の諸特性も併記する。
【００１６】
【表１】 この結果から分かるように、本発明による基板材料は、
熱膨張係数は従来材より若干劣るものもあるものの、熱
伝導率が良好であり、従来材と比較して１０〜１５％改
善していることがわかる。
熱膨張係数は従来材より若干劣るものもあるものの、熱
伝導率が良好であり、従来材と比較して１０〜１５％改
善していることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。
【００１８】１．大粒子を使用することによって熱膨張
係数は若干大きくなる場合もあるが、熱伝導率は大きく
なり、結果として低熱膨張、高熱伝導の良好な半導体基
板を得ることができる。
係数は若干大きくなる場合もあるが、熱伝導率は大きく
なり、結果として低熱膨張、高熱伝導の良好な半導体基
板を得ることができる。
【００１９】２．高熱伝導粒子を使用することにより、
８０重量％以上の高融点金属を含有する良好な複合材料
ができ、熱伝導率の改善もできる。
８０重量％以上の高融点金属を含有する良好な複合材料
ができ、熱伝導率の改善もできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺本 修一 福岡市博多区美野島１丁目２番８号 日本 タングステン株式会社内 (72)発明者 坂口 茂也 福岡市博多区美野島１丁目２番８号 日本 タングステン株式会社内 Ｆターム(参考） 4K018 AA19 AA21 BA01 BA02 BA08 BA09 FA32 KA70
Claims (1)
- 【請求項１】 高融点金属の大粒子または高融点金属の
大粒子と高熱伝導性金属粒子とが相互に分散した混合粒
子の圧粉体もしくは仮焼結体に充填金属を溶浸した複合
材料からなる半導体基板材料であって、 高融点金属が、ＷとＭｏの中の何れか１種または２種よ
りなり、 高熱伝導性金属粒子と充填金属が、ＣｕとＡｇとＡｌの
中の１種または２種以上の合金であり、 且つ、大粒子の平均粒径が７〜１００μｍであることを
特徴とする半導体基板材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002096037A JP2002356731A (ja) | 2001-03-30 | 2002-03-29 | 半導体基板材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-101685 | 2001-03-30 | ||
| JP2001101685 | 2001-03-30 | ||
| JP2002096037A JP2002356731A (ja) | 2001-03-30 | 2002-03-29 | 半導体基板材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002356731A true JP2002356731A (ja) | 2002-12-13 |
Family
ID=26612868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002096037A Withdrawn JP2002356731A (ja) | 2001-03-30 | 2002-03-29 | 半導体基板材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002356731A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103021572A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-03 | 安徽金大仪器有限公司 | 一种含有热塑性丙烯酸树脂的导电浆料的制备方法 |
| JP5818045B1 (ja) * | 2014-12-05 | 2015-11-18 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板と、それを使用した半導体パッケージと半導体モジュール |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002096037A patent/JP2002356731A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103021572A (zh) * | 2012-12-18 | 2013-04-03 | 安徽金大仪器有限公司 | 一种含有热塑性丙烯酸树脂的导电浆料的制备方法 |
| JP5818045B1 (ja) * | 2014-12-05 | 2015-11-18 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板と、それを使用した半導体パッケージと半導体モジュール |
| JP2016167474A (ja) * | 2014-12-05 | 2016-09-15 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板と、それを使用した半導体パッケージと半導体モジュール |
| JP6083634B2 (ja) * | 2014-12-05 | 2017-02-22 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板及び該放熱基板の製造方法 |
| CN107004654A (zh) * | 2014-12-05 | 2017-08-01 | 株式会社半导体热研究所 | 散热基板和该散热基板的制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |