JP2910415B2 - 半導体装置のタングステン基焼結合金製放熱構造部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高強度と低熱膨張係
数を有し、かつ熱伝導性も良好な半導体装置のタングス
テン（以下、Ｗで示す）基焼結合金製放熱構造部材に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に半導体装置のヒートシンク
材や基板などの放熱構造部材には低熱膨張係数と良好な
熱伝導性が要求されることから、これら部材の製造に、
前記特性を具備した、例えば特開昭５９−１３６９３８
号公報に記載されるＷ基焼結合金が用いられている。上
記従来Ｗ基焼結合金製放熱構造部材は、原料粉末とし
て、Ｗ粉末、、Ｃｕ粉末、およびＮｉ粉末を用い、これ
ら原料粉末を、重量％で（以下、％は重量％を示す）、 Ｃｕ：５〜２０％、 Ｎｉ：０．０２〜２％、 Ｗ：残り、 の配合組成に配合し、以下いずれも通常の条件で、混合
し、所定形状の圧粉体に成形し、この圧粉体を焼結する
ことにより製造されるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の半導体装
置の高集積化はめざましく、これに伴ない、半導体装置
の放熱構造部材であるヒートシンク材や基板にも軽量化
および薄肉化が強く要求されているが、上記の従来Ｗ基
焼結合金製放熱構造部材は、強度が不十分であるため
に、これらの要求に満足に対応することができない。

【０００４】そこで、本発明者等は、上述のような観点
から、軽量化および薄肉化が可能な高強度を有する半導
体装置の放熱構造部材を開発すべく、特に低熱膨張係数
と良好な熱伝導性の確保が可能なＷ基焼結合金に着目し
研究を行なった結果、半導体装置の放熱構造部材を、Ｗ
粒子（若干のＮｉが合金化した状態になっている）同志
が相互に隣接接合してなる骨格構造を有し、この骨格構
造部分の割合が全体に占める割合で８４〜８８％を占
め、残りが前記Ｗ粒子間を埋めるＣｕ合金からなるとと
もに、前記Ｃｕ合金が、実質的に、 Ｎｉ：２０〜３０％、 Ａｇ：０．０１〜１％、 Ｃｕ：残り、 の組成を有してなるＷ基焼結合金で構成すると、この結
果のＷ基焼結合金製放熱構造部材は、上記骨格構造によ
って低熱膨張係数が確保され、かつこの骨格構造とこれ
を埋める上記Ｃｕ合金によって一般と高い強度をもつよ
うになるほか、前記Ｃｕ合金によって良好な熱伝導性も
具備するようになるという研究結果を得たのである。

【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、Ｗ粒子同志が相互に隣接接合し
てなる骨格構造を有し、この骨格構造部分の割合が全体
に占める割合で８４〜８８％を占め、残りが前記Ｗ粒子
間を埋めるＣｕ合金からなるとともに、前記Ｃｕ合金
が、実質的に、 Ｎｉ：２０〜３０％、 Ａｇ：０．０１〜１％ Ｃｕ：残り、 の組成を有してなるＷ基焼結合金で構成してなる半導体
装置のＷ基焼結合金製放熱構造部材に特徴を有するもの
である。

【０００６】つぎに、この発明の放熱構造部材におい
て、骨格構造部分の割合およびＣｕ合金の組成を上記の
通りに限定した理由を説明する。 （ａ） 骨格構造部分の割合 その割合が８４％未満では、Ｗ粒子間の相互接合が十分
に行われず、この結果強固な骨格構造の形成が困難とな
り、所望の高強度と低熱膨張係数を確保することができ
なくなり、一方その割合が８８％を越えると、相対的に
Ｃｕ合金の割合が少なくなりすぎて、強度および熱伝導
性が低下するようになることから、その割合を８４〜８
８％と定めた。

【０００７】（ｂ） Ｃｕ合金のＮｉ含有量 Ｃｕ合金には、上記の通り骨格を形成するＷ粒子間に存
在して熱伝導性を高める作用があるほか、Ｃｕ合金中の
Ｎｉには、Ｗ粒子との界面で、これと合金化してＷ粒子
間の結合力を高めると共に、Ｃｕ合金自体の強度を高
め、もって前記骨格構造と相まって部材の強度を向上さ
せる作用があるが、その含有量が２０％以下では所望の
高強度を確保することができず、一方その含有量が３０
％を越えると熱伝導性に低下傾向が現われるようになる
ことから、その含有量を２０〜３０％と定めた。

【０００８】（ｃ） Ｃｕ合金中のＡｇ含有量 Ａｇ成分には、Ｃｕ合金の熱伝導性を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．０１％未満では前記作用に所
望の向上効果が得られず、一方その含有量が１％を越え
ても前記作用により一段の向上効果は現われないことか
ら、経済性を考慮して、その含有量を０．０１〜１％と
定めた。

【０００９】

【実施例】つぎに、この発明の放熱構造部材を実施例に
より具体的に説明する。原料粉末として、それぞれ表１
に示される平均粒径を有するＷ粉末およびＣｕ合金粉末
を用意し、これら原料粉末を同じく表１に示される配合
組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合した後、
３ton ／cm² の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついでこ
の圧粉体を１３５０〜１４００℃の範囲内の所定温度に
６０分間保持の条件で焼結することにより、実質的に配
合組成と同じ成分組成、並びに平面：２５mm×２５mm、
厚さ：１mmの寸法をもった半導体装置の基板として用い
られる本発明Ｗ基焼結合金製放熱構造部材（以下、本発
明放熱構造部材という）１〜５、並びに骨格構造部分の
割合またはＣｕ合金の構成成分のうちのいずれかの成分
含有量がこの発明の範囲から外れたＷ基焼結合金で構成
された比較Ｗ基焼結合金製放熱構造部材（以下、比較放
熱構造部材という）１〜５をそれぞれ製造した。

【００１０】

【表１】

【００１１】ついで、この結果得られた各種の放熱構造
部材について、強度を評価する目的で引張強さを測定
し、また熱膨張係数および熱伝導率も測定した。これら
の測定結果を表１に示した。また、図１には、本発明放
熱構造部材２の金属顕微鏡による組織写真（４００倍）
を示した。

【００１２】

【発明の効果】表１および図１に示される結果から、本
発明放熱構造部材１〜５は、いずれもＷ粒子同志が相互
に隣接接合した骨格構造を有し、かつこの骨格構造がＣ
ｕ合金中のＮｉによって一層強化された組織を有すると
共に、Ｃｕ合金自体もＮｉの高含有によって高強度を有
するので、部材強度はきわめて高いものとなるほか、熱
膨張係数も小さいものとなっており、さらにＷ粒子間を
埋めるＣｕ合金によって良好な熱伝導性も具備するのに
対して、比較放熱構造部材１〜５に見られるように、こ
れを構成する骨格構造部分の割合あるいはＣｕ合金のう
ちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れる
と、上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性が相
対的に劣ったものとなることが明らかである。

【００１３】上述のように、この発明のＷ基焼結合金製
放熱構造部材は、高強度と低熱膨張係数、さらに良好な
熱伝導性を有するので、これの軽量化および薄肉化に十
分対応することができ、半導体装置の高集積化に大いに
寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明放熱構造部材２の金属顕微鏡による組織
写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−259327（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−326763（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226542（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−40453（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−203754（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−97826（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131334（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473 C22C 27/04 101 H01L 23/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タングステン粒子同志が相互に隣接接合
   してなる骨格構造を有し、この骨格構造部分の割合が全
   体に占める割合で８４〜８８重量％を占め、残りが前記
   タングステン粒子間を埋めるＣｕ合金からなるととも
   に、前記Ｃｕ合金が、実質的に、重量％で、 Ｎｉ：２０〜３０％、 Ａｇ：０．０１〜１％、 Ｃｕ：残り、 の組成を有してなるタングステン基焼結合金で構成した
   ことを特徴とする半導体装置のタングステン基焼結合金
   製放熱構造部材。