JP3479738B2 - 半導体パッケージと、それに用いる放熱基板の製造方法 - Google Patents
半導体パッケージと、それに用いる放熱基板の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック粉末や
金属粉末及びこれらの複合材の静水圧成形方法に関し、
詳しくは、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末、Ｃｕ／Ｗ，Ｃ
ｕ／Ｍｏ，Ｗ／Ｎｉ／Ｃｕ，Ｗ／Ｎｉ／Ｆｅ等の複合
材、及びＭｏ／ＴｉＣ，Ａｌ／ＳｉＣ等の複合材を用い
た半導体パッケージと半導体パッケージに用いる放熱基
板の製造方法、即ち、静水圧成形方法に関する。
金属粉末及びこれらの複合材の静水圧成形方法に関し、
詳しくは、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属粉末、Ｃｕ／Ｗ，Ｃ
ｕ／Ｍｏ，Ｗ／Ｎｉ／Ｃｕ，Ｗ／Ｎｉ／Ｆｅ等の複合
材、及びＭｏ／ＴｉＣ，Ａｌ／ＳｉＣ等の複合材を用い
た半導体パッケージと半導体パッケージに用いる放熱基
板の製造方法、即ち、静水圧成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話機等の通信機器関連に使
用される半導体装置のパッケージの放熱が重要な課題と
なっている。これらのマイクロ波用の半導体素子を搭載
するための放熱部材に対する要求がでてきた。この放熱
部材には、熱伝導の観点から、アルミニウムや銅等の金
属材料が考えられるが、これらの材料は、熱膨張が大き
く、半導体素子材料であるシリコンやシリコンを組み付
けた窒化アルミニウム基板等の絶縁材料と接合する場
合、ハンダによる接合や繰り返し使用時の熱変化によ
り、熱膨張の差に起因する部材の変形及び破損する恐れ
がある。それゆえ、熱膨張が半導体やセラミックス絶縁
材料に近くしかも熱伝導の優れた材料が求められてい
る。
用される半導体装置のパッケージの放熱が重要な課題と
なっている。これらのマイクロ波用の半導体素子を搭載
するための放熱部材に対する要求がでてきた。この放熱
部材には、熱伝導の観点から、アルミニウムや銅等の金
属材料が考えられるが、これらの材料は、熱膨張が大き
く、半導体素子材料であるシリコンやシリコンを組み付
けた窒化アルミニウム基板等の絶縁材料と接合する場
合、ハンダによる接合や繰り返し使用時の熱変化によ
り、熱膨張の差に起因する部材の変形及び破損する恐れ
がある。それゆえ、熱膨張が半導体やセラミックス絶縁
材料に近くしかも熱伝導の優れた材料が求められてい
る。
【０００３】半導体素子材料を搭載する窒化アルミニウ
ムには，通常，表裏面にＣｕ板を張り付けたものが使用
されている。
ムには，通常，表裏面にＣｕ板を張り付けたものが使用
されている。
【０００４】このような放熱基板としての特性を満たす
ものとして，タングステン（Ｗ）−銅（Ｃｕ）の複合材
料（以下、Ｗ−Ｃｕ複合材と呼ぶ）が提案されている。
ものとして，タングステン（Ｗ）−銅（Ｃｕ）の複合材
料（以下、Ｗ−Ｃｕ複合材と呼ぶ）が提案されている。
【０００５】このＷ−Ｃｕ複合材を製造するには、Ｗ粉
末に有機質のバインダーを混合し、これを金型内で型押
した後、水素等の還元雰囲気中で加熱し、有機バインダ
ーを蒸発・分解除去して粉末集合体を得る。この粉末集
合体を還元雰囲気中で焼結して、所定の空孔率をもつＷ
多孔体を得、これに銅の融点以上の還元雰囲気中で焼結
して、所定の空孔率を持つＷ多孔体を得、これに銅の融
点以上の還元雰囲気中で銅を染み込ませて（以下、含浸
と呼ぶ）Ｗ−Ｃｕ複合体を得る方法が取られている。
末に有機質のバインダーを混合し、これを金型内で型押
した後、水素等の還元雰囲気中で加熱し、有機バインダ
ーを蒸発・分解除去して粉末集合体を得る。この粉末集
合体を還元雰囲気中で焼結して、所定の空孔率をもつＷ
多孔体を得、これに銅の融点以上の還元雰囲気中で焼結
して、所定の空孔率を持つＷ多孔体を得、これに銅の融
点以上の還元雰囲気中で銅を染み込ませて（以下、含浸
と呼ぶ）Ｗ−Ｃｕ複合体を得る方法が取られている。
【０００６】また、セラミックを構成材料に用いるＩＣ
（集積回路）パッケージ用の放熱基板は、前述の熱歪の
問題を避けるため、アルミナ、ベリリア等と熱膨張を近
似させる必要があり、銅を質量比１０〜１５％含浸させ
たＷ−Ｃｕ複合材が使用されている。
（集積回路）パッケージ用の放熱基板は、前述の熱歪の
問題を避けるため、アルミナ、ベリリア等と熱膨張を近
似させる必要があり、銅を質量比１０〜１５％含浸させ
たＷ−Ｃｕ複合材が使用されている。
【０００７】この放熱基板として良く用いられるＷ−Ｃ
ｕ複合材料は，多孔質ＷにＣｕを溶浸しているため、通
常、Ｃｕの含有量が１０〜２０質量％が主で、熱膨張率
が６〜７×１０-6Ｋ，熱伝導率１８０〜２００Ｗ／ｍ・
Ｋと優れた特性を有するが、部品の軽薄短小が進む今
日、密度が大きく重いという欠陥は次第に重大な要素と
なる。また、切断による加工方法であるために、厚みを
薄くできないことが欠点として挙げられる。
ｕ複合材料は，多孔質ＷにＣｕを溶浸しているため、通
常、Ｃｕの含有量が１０〜２０質量％が主で、熱膨張率
が６〜７×１０-6Ｋ，熱伝導率１８０〜２００Ｗ／ｍ・
Ｋと優れた特性を有するが、部品の軽薄短小が進む今
日、密度が大きく重いという欠陥は次第に重大な要素と
なる。また、切断による加工方法であるために、厚みを
薄くできないことが欠点として挙げられる。
【０００８】ここで，上記Ｍｏ−Ｃｕ圧粉体を製造する
具体的方法について考えてみる。
具体的方法について考えてみる。
【０００９】通常のセラミックや金属粉末及びこれらの
複合材の静水圧成形方法には、成形するための粉末、例
えば、Ｍｏ等の粉末を袋状のゴム型等に封入し、これを
水を満たした水圧水槽に入れ、ゴム型の外部から水圧を
かけて粉末を加圧し圧粉体を得る方法が用いられてい
る。
複合材の静水圧成形方法には、成形するための粉末、例
えば、Ｍｏ等の粉末を袋状のゴム型等に封入し、これを
水を満たした水圧水槽に入れ、ゴム型の外部から水圧を
かけて粉末を加圧し圧粉体を得る方法が用いられてい
る。
【００１０】また、他の方法としては、図５に示すよう
に、通常の粉末型押しプレスにより成型する方法があ
る。この方法は、キャビティ５７の内壁面を形成する臼
５１と、このキャビティ５７の上下面を形成する上下杵
５２，５３を備えたプレス装置５０を用いる。具体的に
は、臼５１と下杵５３とで形成される空間内に、例え
ば、Ｍｏ等の粉末７を充填して、上杵５２で封じ、上下
杵５２，５３によって、矢印５６に示すように圧力を加
えて圧粉体を得るものである。
に、通常の粉末型押しプレスにより成型する方法があ
る。この方法は、キャビティ５７の内壁面を形成する臼
５１と、このキャビティ５７の上下面を形成する上下杵
５２，５３を備えたプレス装置５０を用いる。具体的に
は、臼５１と下杵５３とで形成される空間内に、例え
ば、Ｍｏ等の粉末７を充填して、上杵５２で封じ、上下
杵５２，５３によって、矢印５６に示すように圧力を加
えて圧粉体を得るものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のＣｕ−Ｍｏ複合材料は，特性の面、加工面、厚さの面
においてマイクロ波用半導体パッケージの放熱基板とし
てに用いるには、種々の問題があった。
のＣｕ−Ｍｏ複合材料は，特性の面、加工面、厚さの面
においてマイクロ波用半導体パッケージの放熱基板とし
てに用いるには、種々の問題があった。
【００１２】一方、前記放熱基板を製造するに際して、
中間生成物である圧粉体を製造するのは、従来の静水圧
成形方法では、均−な圧力により加圧された圧粉体を得
る事ができるが、軟質なゴム型等を用いるため、形の整
った板や特定の形状の圧粉体を得る事は難しい。
中間生成物である圧粉体を製造するのは、従来の静水圧
成形方法では、均−な圧力により加圧された圧粉体を得
る事ができるが、軟質なゴム型等を用いるため、形の整
った板や特定の形状の圧粉体を得る事は難しい。
【００１３】一方、粉末型押しプレスによる方法では、
上下方向から圧力を加え、大型の圧粉体を得る場合、大
きな加圧力で加圧するため、金型、特に臼を充分強度の
ある構造とする必要があり、金型費用が高価となるとい
う欠点を有した。
上下方向から圧力を加え、大型の圧粉体を得る場合、大
きな加圧力で加圧するため、金型、特に臼を充分強度の
ある構造とする必要があり、金型費用が高価となるとい
う欠点を有した。
【００１４】そこで、本発明の一技術的課題は、特性の
面、加工面、厚さの面において優れた放熱基板を用いた
マイクロ波用又はパワー半導体パッケージを提供するこ
とにある。
面、加工面、厚さの面において優れた放熱基板を用いた
マイクロ波用又はパワー半導体パッケージを提供するこ
とにある。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
素子を搭載するパッケージにおいて、モリブデンの圧粉
体に質量比で３０〜４０％の銅（Ｃｕ）を溶融し、直接
染み込ませる含浸してなるＣｕ−Ｍｏ複合基板であっ
て、板厚が０．４ｍｍ未満の放熱基板を有することを特
徴とする半導体パッケージが得られる。
素子を搭載するパッケージにおいて、モリブデンの圧粉
体に質量比で３０〜４０％の銅（Ｃｕ）を溶融し、直接
染み込ませる含浸してなるＣｕ−Ｍｏ複合基板であっ
て、板厚が０．４ｍｍ未満の放熱基板を有することを特
徴とする半導体パッケージが得られる。
【００１８】また、本発明によれば、前記半導体パッケ
ージにおいて、前記放熱基板は、熱膨張係数７．７〜
９．０×１０-6／Ｋ，熱伝導率２００〜２２０Ｗ／ｍ・
Ｋ，ヤング率２２０〜２３０ＧＰａ，及び密度９．８ｇ
／ｃｍ2 以下の特性を備えている高信頼性放熱基板であ
ることを特徴とする半導体パッケージが得られる。
ージにおいて、前記放熱基板は、熱膨張係数７．７〜
９．０×１０-6／Ｋ，熱伝導率２００〜２２０Ｗ／ｍ・
Ｋ，ヤング率２２０〜２３０ＧＰａ，及び密度９．８ｇ
／ｃｍ2 以下の特性を備えている高信頼性放熱基板であ
ることを特徴とする半導体パッケージが得られる。
【００１９】また、本発明によれば、前記いずれかの半
導体パッケージにおいて、前記半導体素子はマイクロ波
半導体素子からなることを特徴とするマイクロ波半導体
パッケージが得られる。
導体パッケージにおいて、前記半導体素子はマイクロ波
半導体素子からなることを特徴とするマイクロ波半導体
パッケージが得られる。
【００２０】また、本発明によれば、窒化アルミニウム
の表裏に高熱伝導金属板からなる放熱基板を設けた複合
基板上に半導体素子を搭載したパワー半導体パッケージ
において，前記放熱基板の少なくとも一方がＭｏ粉末に
予めＣｕを５質量％以下の割合で混合した粉末の圧粉体
に、当該圧粉体のＣｕの総含有量が質量比で４０〜６０
％となるように、Ｃｕを溶融し、直接染み込ませてなる
Ｃｕ−Ｍｏ複合基板から実質的になることを特徴とする
パワー半導体パッケージが得られる。
の表裏に高熱伝導金属板からなる放熱基板を設けた複合
基板上に半導体素子を搭載したパワー半導体パッケージ
において，前記放熱基板の少なくとも一方がＭｏ粉末に
予めＣｕを５質量％以下の割合で混合した粉末の圧粉体
に、当該圧粉体のＣｕの総含有量が質量比で４０〜６０
％となるように、Ｃｕを溶融し、直接染み込ませてなる
Ｃｕ−Ｍｏ複合基板から実質的になることを特徴とする
パワー半導体パッケージが得られる。
【００２１】ここで、本発明においては、前記圧粉体
は、少なくとも２ケに分割した側壁に囲まれた内面に接
して２ケ以上の板体を配置し、それらの板体の間に粉末
を充填した集合体を軟質材の覆いにより覆ってなる複合
体を造り、これを耐圧水槽に入れ静水圧を前記軟質材の
覆いの外部から働かせ、前記覆いを介し前記板を側壁に
沿って加圧して移動させる静水圧成形方法によって得ら
れることが好ましい。
は、少なくとも２ケに分割した側壁に囲まれた内面に接
して２ケ以上の板体を配置し、それらの板体の間に粉末
を充填した集合体を軟質材の覆いにより覆ってなる複合
体を造り、これを耐圧水槽に入れ静水圧を前記軟質材の
覆いの外部から働かせ、前記覆いを介し前記板を側壁に
沿って加圧して移動させる静水圧成形方法によって得ら
れることが好ましい。
【００２２】また、前記静水圧成形方法において、前記
複合体を前記耐圧水槽に入れる替わりに、乾式静水圧成
形装置の加圧室内に入れ加圧成形して圧粉体を得ること
が好ましい。
複合体を前記耐圧水槽に入れる替わりに、乾式静水圧成
形装置の加圧室内に入れ加圧成形して圧粉体を得ること
が好ましい。
【００２３】また、前記いずれかの静水圧成形方法にお
いて、少なくとも２ケに分割した側壁に囲まれた内面に
添って一対の板体が対向するように少なくとも２ケの板
体を配置し、その板体の間に粉末を充填した集合体にお
いて、前記対向する一対の板体間に少なくとも一枚の板
体からなる間板を設け、前記板体及び間板の夫々の間に
粉末を充填することにより一度に複数の圧粉体を得るこ
とが好ましい。
いて、少なくとも２ケに分割した側壁に囲まれた内面に
添って一対の板体が対向するように少なくとも２ケの板
体を配置し、その板体の間に粉末を充填した集合体にお
いて、前記対向する一対の板体間に少なくとも一枚の板
体からなる間板を設け、前記板体及び間板の夫々の間に
粉末を充填することにより一度に複数の圧粉体を得るこ
とが好ましい。
【００２４】また、Ｍｏ圧粉体を製造するには、前記い
ずれかに記載の静水圧成形方法において、前記粉末はＭ
ｏであることが好ましい。そこで、本発明の一技術的課
題は、特性の面、加工面、厚さの面において優れた放熱
基板を用いたマイクロ波用又はパワー半導体パッケージ
を提供することにある。
ずれかに記載の静水圧成形方法において、前記粉末はＭ
ｏであることが好ましい。そこで、本発明の一技術的課
題は、特性の面、加工面、厚さの面において優れた放熱
基板を用いたマイクロ波用又はパワー半導体パッケージ
を提供することにある。
【００２５】また、本発明によれば、前記Ｍｏ圧粉体の
製造方法で得られたＭｏ圧粉体にＣｕを載せて加熱処理
することによって、前記Ｍｏ圧粉体に銅を含浸して染み
込ませたＣｕ−Ｍｏ複合基板を得ることを特徴とするＣ
ｕ−Ｍｏ複合基板の製造方法が得られる。
製造方法で得られたＭｏ圧粉体にＣｕを載せて加熱処理
することによって、前記Ｍｏ圧粉体に銅を含浸して染み
込ませたＣｕ−Ｍｏ複合基板を得ることを特徴とするＣ
ｕ−Ｍｏ複合基板の製造方法が得られる。
【００２６】さらに、本発明によれば、前記Ｃｕ−Ｍｏ
複合基板の製造方法において製造されたＣｕ−Ｍｏ複合
基板を圧延することによって、板厚が０．４ｍｍ未満の
放熱基板を得ることを特徴とする放熱基板の製造方法が
得られる。
複合基板の製造方法において製造されたＣｕ−Ｍｏ複合
基板を圧延することによって、板厚が０．４ｍｍ未満の
放熱基板を得ることを特徴とする放熱基板の製造方法が
得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
て、図面を参照して説明する。
【００２８】図１は本発明の第１の実施の形態による静
水圧成形方法の説明に供せられる概略図で、（ａ）は横
断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は上断面図である。
図２は加圧成形方法の説明に供せられる概略断面図であ
る。
水圧成形方法の説明に供せられる概略図で、（ａ）は横
断面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は上断面図である。
図２は加圧成形方法の説明に供せられる概略断面図であ
る。
【００２９】図１（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）に示すよ
うに、工具鋼、高速度鋼、ステンレス等の剛体からなる
板体である側板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・１，２，３，４及び上
板５，下板６で囲まれた内部に、原料粉末、例えば、Ｍ
ｏ等の粉末７を充填しこれをゴム媒体８で覆い、これを
図２に示すごとく、加圧容器９としての水槽中に、入れ
水圧を加えてゴム媒体８外部から、０．５〜３．６トン
／ｃｍ2 の水圧を加え圧縮する事により、粉末７を圧縮
し圧粉体１０を得る。
うに、工具鋼、高速度鋼、ステンレス等の剛体からなる
板体である側板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ・１，２，３，４及び上
板５，下板６で囲まれた内部に、原料粉末、例えば、Ｍ
ｏ等の粉末７を充填しこれをゴム媒体８で覆い、これを
図２に示すごとく、加圧容器９としての水槽中に、入れ
水圧を加えてゴム媒体８外部から、０．５〜３．６トン
／ｃｍ2 の水圧を加え圧縮する事により、粉末７を圧縮
し圧粉体１０を得る。
【００３０】この本発明の第１の実施の形態による方法
によって、一般の静水圧成形方法である袋状のゴム型に
粉末を入れ、これを水槽の中に入れ、水圧をかけて加圧
し、圧粉体を得る方法に比べて、形の整った圧粉体を得
る事が出来る。
によって、一般の静水圧成形方法である袋状のゴム型に
粉末を入れ、これを水槽の中に入れ、水圧をかけて加圧
し、圧粉体を得る方法に比べて、形の整った圧粉体を得
る事が出来る。
【００３１】また、本発明の第１の実施の形態にによる
粉末成形方法では、通常の粉末型押しプレスの臼の役目
をする側板は、ゴム媒体８を介し水圧で保持されるため
簡単な剛体板のみにて、保持のための構造を必要としな
い。
粉末成形方法では、通常の粉末型押しプレスの臼の役目
をする側板は、ゴム媒体８を介し水圧で保持されるため
簡単な剛体板のみにて、保持のための構造を必要としな
い。
【００３２】尚、本発明の第１の実施の形態によるゴム
媒体に覆われた複合体の構成方法を用いることは、一般
にドライＣＩＰと呼ばれる乾式水圧成形法にも応用出来
る。
媒体に覆われた複合体の構成方法を用いることは、一般
にドライＣＩＰと呼ばれる乾式水圧成形法にも応用出来
る。
【００３３】図３は（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の
実施の形態による静水圧成形方法を概略的に示す断面図
であり、（ａ）は被圧縮体２０の断面図、（ｂ）は静圧
成形装置１７の加圧前の状態の概略断面図、（ｃ）は静
圧成形装置１７の加圧後の状態の概略断面図であり、図
１（ａ）の被圧縮体２０を乾式静圧成形法に応用した場
合の概念図を示す。
実施の形態による静水圧成形方法を概略的に示す断面図
であり、（ａ）は被圧縮体２０の断面図、（ｂ）は静圧
成形装置１７の加圧前の状態の概略断面図、（ｃ）は静
圧成形装置１７の加圧後の状態の概略断面図であり、図
１（ａ）の被圧縮体２０を乾式静圧成形法に応用した場
合の概念図を示す。
【００３４】図３（ａ）に示すように、装置外部で、図
１（ａ）に示したように、側板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，及び上
板５，下板６で囲まれた内部に、例えば、Ｍｏ等の粉末
７を充填し、これをゴム媒体８で覆った被圧縮体２０を
用意する。
１（ａ）に示したように、側板Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，及び上
板５，下板６で囲まれた内部に、例えば、Ｍｏ等の粉末
７を充填し、これをゴム媒体８で覆った被圧縮体２０を
用意する。
【００３５】次に、図３（ｂ）に示すように、静圧成形
装置１７の加圧室２１に被圧縮体２０をセットする。こ
こで、加圧室２１は、開口１４ａ，１４ａを有するゴム
１２とその周囲に水１３とを収容した圧力容器１４とこ
の圧力容器の開口１４ａ，１４ａを上下方向から塞ぐ上
ラム１５及び下ラム１６とを備えている。
装置１７の加圧室２１に被圧縮体２０をセットする。こ
こで、加圧室２１は、開口１４ａ，１４ａを有するゴム
１２とその周囲に水１３とを収容した圧力容器１４とこ
の圧力容器の開口１４ａ，１４ａを上下方向から塞ぐ上
ラム１５及び下ラム１６とを備えている。
【００３６】図３（ｂ）に示すように、被圧縮体２０を
加圧室２１にセットし、成形装置１７の水圧を上げる。
すると図３（ｃ）に示すように、加圧された水１３´に
よる水圧は装置１７のゴム１２壁を介し加圧室２１に装
填した被圧縮体２０に働き、上板５と下板６により粉末
は圧縮され圧粉体１０を得る事が出来る。この時の水圧
は第１の実施の形態とほぼ同様である。
加圧室２１にセットし、成形装置１７の水圧を上げる。
すると図３（ｃ）に示すように、加圧された水１３´に
よる水圧は装置１７のゴム１２壁を介し加圧室２１に装
填した被圧縮体２０に働き、上板５と下板６により粉末
は圧縮され圧粉体１０を得る事が出来る。この時の水圧
は第１の実施の形態とほぼ同様である。
【００３７】図４（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実
施の形態による静水圧成形方法の概略を示す図で、
（ａ）は加圧前の状態、（ｂ）は加圧後の状態を夫々示
している。
施の形態による静水圧成形方法の概略を示す図で、
（ａ）は加圧前の状態、（ｂ）は加圧後の状態を夫々示
している。
【００３８】図４に示される本発明の第３の実施の形態
による静水圧成形方法は、被圧縮体の構造が、第１の実
施の形態と異なる他は同様の構成を有する。
による静水圧成形方法は、被圧縮体の構造が、第１の実
施の形態と異なる他は同様の構成を有する。
【００３９】即ち、本発明の第３の実施の形態による被
圧縮体２６は、上板５及び下板６の間に工具鋼、高速度
鋼、及びステンレス等の剛体からなる少なくとも一枚の
板体である間板２５を設け、各板体の間に、例えば、Ｍ
ｏ等の粉末７ａ，７ｂを充填して、加圧成形することに
よって、一度に複数の圧粉体１０ａ，１０ｂを得るもの
である。さらに、各層の粉末充填量を変えることによ
り、厚さの異なる圧粉体を一度に成形することも可能で
ある。
圧縮体２６は、上板５及び下板６の間に工具鋼、高速度
鋼、及びステンレス等の剛体からなる少なくとも一枚の
板体である間板２５を設け、各板体の間に、例えば、Ｍ
ｏ等の粉末７ａ，７ｂを充填して、加圧成形することに
よって、一度に複数の圧粉体１０ａ，１０ｂを得るもの
である。さらに、各層の粉末充填量を変えることによ
り、厚さの異なる圧粉体を一度に成形することも可能で
ある。
【００４０】尚、本発明の第１乃至第３の実施の形態に
おいては、原料として、Ｍｏ粉末を使用したが、原料が
粉末であれば、セラミック粉末、Ｗ等の高融点金属粉末
の成形方法、Ｃｕ／Ｗ，Ｃｕ／Ｍｏ，Ｗ／Ｎｉ／Ｃｕ，
Ｗ／Ｎｉ／Ｆｅ等の複合材、及びＭｏ／ＴｉＣ，Ａｌ／
ＳｉＣ等の複合材の製造にも適用できることは勿論であ
る。
おいては、原料として、Ｍｏ粉末を使用したが、原料が
粉末であれば、セラミック粉末、Ｗ等の高融点金属粉末
の成形方法、Ｃｕ／Ｗ，Ｃｕ／Ｍｏ，Ｗ／Ｎｉ／Ｃｕ，
Ｗ／Ｎｉ／Ｆｅ等の複合材、及びＭｏ／ＴｉＣ，Ａｌ／
ＳｉＣ等の複合材の製造にも適用できることは勿論であ
る。
【００４１】次に，本発明の実施の形態による半導体パ
ッケージについて説明する。
ッケージについて説明する。
【００４２】本発明の実施の形態による半導体パッケー
ジは、半導体素子直下に、窒化アルミニウムの表裏に高
熱伝導金属板の複合基板を介して、もしくは直接放熱基
板上に搭載して形成されている半導体パッケージであ
る。
ジは、半導体素子直下に、窒化アルミニウムの表裏に高
熱伝導金属板の複合基板を介して、もしくは直接放熱基
板上に搭載して形成されている半導体パッケージであ
る。
【００４３】半導体素子は、マイクロ波半導体素子やパ
ワー半導体素子からなる。
ワー半導体素子からなる。
【００４４】また、放熱基板は、モリブデンの圧粉体に
質量比で３０〜４０％の銅（Ｃｕ）を溶融、染み込ませ
る含浸した板厚が０．４ｍｍ未満のＣｕ−Ｍｏ複合基板
である。この放熱基板は、熱膨張係数７．７〜９．０×
１０-6／Ｋ，熱伝導率２００〜２２０Ｗ／ｍＫ，ヤング
率２２０〜２３０ＧＰａ，及び密度９．８ｇ／ｃｍ2以
下の特性を備えている高信頼性放熱基板である。
質量比で３０〜４０％の銅（Ｃｕ）を溶融、染み込ませ
る含浸した板厚が０．４ｍｍ未満のＣｕ−Ｍｏ複合基板
である。この放熱基板は、熱膨張係数７．７〜９．０×
１０-6／Ｋ，熱伝導率２００〜２２０Ｗ／ｍＫ，ヤング
率２２０〜２３０ＧＰａ，及び密度９．８ｇ／ｃｍ2以
下の特性を備えている高信頼性放熱基板である。
【００４５】具体的に、この放熱基板は上記第１乃至第
３の実施の形態による静水圧成形方法において、Ｍｏ粉
末を用いてＭｏ圧粉体を得、このＭｏ圧粉体にＣｕを載
せて加熱処理して、Ｍｏ圧粉体に銅を含浸して染み込ま
せたＣｕ−Ｍｏ複合基板を得、次に、Ｃｕ−Ｍｏ複合基
板を圧延することによって、板厚が０．４ｍｍ未満の放
熱基板を得ることによって製造されている。
３の実施の形態による静水圧成形方法において、Ｍｏ粉
末を用いてＭｏ圧粉体を得、このＭｏ圧粉体にＣｕを載
せて加熱処理して、Ｍｏ圧粉体に銅を含浸して染み込ま
せたＣｕ−Ｍｏ複合基板を得、次に、Ｃｕ−Ｍｏ複合基
板を圧延することによって、板厚が０．４ｍｍ未満の放
熱基板を得ることによって製造されている。
【００４６】次に、上記静水圧成形方法を用いた本発明
の実施の形態による放熱基板の製造の具体例について説
明する。
の実施の形態による放熱基板の製造の具体例について説
明する。
【００４７】（具体例１）図１に示すように、平均粒径
４μｍのモリブデン粉末を、幅９０ｍｍ、長さ１７０ｍ
ｍの割型（鉄製）に充填し、中間に鉄板を介し、１つの
割金型から２枚の成形体を得るようにして、全体をゴム
ケースに入れ、静水圧プレス（ＣＩＰ）により２．０ｔ
ｏｎ／ｃｍ2 の圧力で加圧した。できあがった成形体の
サイズは９０×１７０ＸＴ１０であった。この成形体の
相対密度は約６０％であった。
４μｍのモリブデン粉末を、幅９０ｍｍ、長さ１７０ｍ
ｍの割型（鉄製）に充填し、中間に鉄板を介し、１つの
割金型から２枚の成形体を得るようにして、全体をゴム
ケースに入れ、静水圧プレス（ＣＩＰ）により２．０ｔ
ｏｎ／ｃｍ2 の圧力で加圧した。できあがった成形体の
サイズは９０×１７０ＸＴ１０であった。この成形体の
相対密度は約６０％であった。
【００４８】次に、モリブデンの質量比で３８％分の銅
板を先のモリブデン成形体（圧粉体）の上に乗せ、水素
雰囲気の熱処理炉の中で７００℃から徐々に昇温し、最
高温度１３００℃に達するまで加熱した。
板を先のモリブデン成形体（圧粉体）の上に乗せ、水素
雰囲気の熱処理炉の中で７００℃から徐々に昇温し、最
高温度１３００℃に達するまで加熱した。
【００４９】尚、処理最終の温度は実質的に銅が十分に
溶ける温度が必要で、１１５０℃以上が必要でかつ均一
に所定の銅量を得る為の含浸温度は、実験結果より１３
００℃を越えてはならないことが判明した。
溶ける温度が必要で、１１５０℃以上が必要でかつ均一
に所定の銅量を得る為の含浸温度は、実験結果より１３
００℃を越えてはならないことが判明した。
【００５０】この含浸体のサイズは８６×１６３×Ｔ
９．６であり、Ｃｕ含浸量は３５〜３６質量％であっ
た。
９．６であり、Ｃｕ含浸量は３５〜３６質量％であっ
た。
【００５１】ＣＩＰ圧力と密度との関係及び同一含浸条
件（最高温度．１３００℃）に対してＣＩＰ圧力とＣｕ
含浸量との関係を下記表１に示す。
件（最高温度．１３００℃）に対してＣＩＰ圧力とＣｕ
含浸量との関係を下記表１に示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】次に、表面のわずかな余剰銅を液体ホ−ニ
ングで除去し、３００℃に設定したホットプレートで温
めながら温間圧延加工を行った。圧延率は１０〜３０％
で板厚Ｔ３．３ｍｍまで圧延し、水素雰囲気炉にて８０
０℃で歪み取りアニールを行い硬度Ｈｖ２００からＨｖ
１６０にした。次に、加工率を５〜１０％で板厚Ｔ１．
５まで室温で圧延して、水素雰囲気炉にて８００℃で歪
み取りアニールを行った。さらに、加工率１０％以下で
板厚Ｔ０．５まで室温で圧延し、水素雰囲気炉にて８０
０℃で歪み取りアニールを行い硬度Ｈｖ１６０〜１７０
とした。板厚Ｔ０．５ｍｍからＴ０．２ｍｍまでは加工
率１０％以下で圧延加工をした。
ングで除去し、３００℃に設定したホットプレートで温
めながら温間圧延加工を行った。圧延率は１０〜３０％
で板厚Ｔ３．３ｍｍまで圧延し、水素雰囲気炉にて８０
０℃で歪み取りアニールを行い硬度Ｈｖ２００からＨｖ
１６０にした。次に、加工率を５〜１０％で板厚Ｔ１．
５まで室温で圧延して、水素雰囲気炉にて８００℃で歪
み取りアニールを行った。さらに、加工率１０％以下で
板厚Ｔ０．５まで室温で圧延し、水素雰囲気炉にて８０
０℃で歪み取りアニールを行い硬度Ｈｖ１６０〜１７０
とした。板厚Ｔ０．５ｍｍからＴ０．２ｍｍまでは加工
率１０％以下で圧延加工をした。
【００５４】この圧延板の特性は、Ｔ０．８ｍｍの時、
平均熱膨張係数は８．５×１０-6／Ｋ、熱伝導率は２１
０Ｗ／ｍ・ｋ、ヤング率は２２０ＧＰａであり、特に熱
的特性は銅量に影響される為、Ｔ０．２ｍｍまで加工し
ても大幅な変動はないと推定される。
平均熱膨張係数は８．５×１０-6／Ｋ、熱伝導率は２１
０Ｗ／ｍ・ｋ、ヤング率は２２０ＧＰａであり、特に熱
的特性は銅量に影響される為、Ｔ０．２ｍｍまで加工し
ても大幅な変動はないと推定される。
【００５５】このＴ０．２ｍｍの圧延板を幅４０ｍｍ、
長さ１５０ｍｍに切断し、打ち抜きサイズは幅１０ｍ
ｍ、長さ２５ｍｍの形状で、打ち抜き加工を行った。そ
の結果、側面のラミネーションクラック、カケ・割れ等
の欠陥もなく、また表面状態も良好であった。
長さ１５０ｍｍに切断し、打ち抜きサイズは幅１０ｍ
ｍ、長さ２５ｍｍの形状で、打ち抜き加工を行った。そ
の結果、側面のラミネーションクラック、カケ・割れ等
の欠陥もなく、また表面状態も良好であった。
【００５６】更に、はんだ付けやＡｇろう付けを考慮し
た場合、電解Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを２〜
３μｍ施したところ、めっきフクレ等の欠陥もなく放熱
基板として使用できることが判明した。
た場合、電解Ｎｉめっき、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを２〜
３μｍ施したところ、めっきフクレ等の欠陥もなく放熱
基板として使用できることが判明した。
【００５７】（具体例２）図３に示すように、粉末成形
体をドライＣＩＰで製作した場合も、同様の割金型を使
用し、全体をゴムケースに入れてドライＣＩＰで加圧し
た。ＣＩＰ圧力と密度との関係及び同一含浸条件（最高
温度１３００℃）に対するＣＩＰ圧力とＣｕ含浸量との
関係は上記表１とほぼ同様の結果であった。
体をドライＣＩＰで製作した場合も、同様の割金型を使
用し、全体をゴムケースに入れてドライＣＩＰで加圧し
た。ＣＩＰ圧力と密度との関係及び同一含浸条件（最高
温度１３００℃）に対するＣＩＰ圧力とＣｕ含浸量との
関係は上記表１とほぼ同様の結果であった。
【００５８】また、含浸以降圧延加工、打ち抜き加工等
について、静水圧プレスで製作した成形体と同一条件、
方法で製作した。特性等についても同様の結果であり、
半導体パッケージ（ＰＫＧ）用の放熱基板に十分適応で
きることが判明した。
について、静水圧プレスで製作した成形体と同一条件、
方法で製作した。特性等についても同様の結果であり、
半導体パッケージ（ＰＫＧ）用の放熱基板に十分適応で
きることが判明した。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安価で且つ形状の整った圧粉体を得るための静水圧成形
方法を用いて製造された特性の面、加工面、厚さの面に
おいて優れた薄型の放熱基板を得ることができ、この放
熱基板を用いたマイクロ波用半導体パッケージやパワー
半導体パッケージを提供することができる。
安価で且つ形状の整った圧粉体を得るための静水圧成形
方法を用いて製造された特性の面、加工面、厚さの面に
おいて優れた薄型の放熱基板を得ることができ、この放
熱基板を用いたマイクロ波用半導体パッケージやパワー
半導体パッケージを提供することができる。
【００６０】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による静水圧成形方
法の説明に供せられる概略図で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は上断面図である。
法の説明に供せられる概略図で、（ａ）は横断面図、
（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は上断面図である。
【図２】加圧成形方法の説明に供せられる概略断面図で
ある。
ある。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の第２の実施の形態
による静水圧成形方法を概略的に示す断面図であり、
（ａ）は被圧縮体２０の断面図、（ｂ）は静圧成形装置
１７の加圧前の状態の概略断面図、（ｃ）は静圧成形装
置１７の加圧後の状態の概略断面図であり、図１（ａ）
の被圧縮体２０を乾式静圧成形法に応用した場合の概念
図を示す。
による静水圧成形方法を概略的に示す断面図であり、
（ａ）は被圧縮体２０の断面図、（ｂ）は静圧成形装置
１７の加圧前の状態の概略断面図、（ｃ）は静圧成形装
置１７の加圧後の状態の概略断面図であり、図１（ａ）
の被圧縮体２０を乾式静圧成形法に応用した場合の概念
図を示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施の形態
による静水圧成形方法の概略を示す図で、（ａ）は加圧
前の状態、（ｂ）は加圧後の状態を夫々示している。
による静水圧成形方法の概略を示す図で、（ａ）は加圧
前の状態、（ｂ）は加圧後の状態を夫々示している。
【図５】従来技術による粉末型押しプレス成型方法の説
明に供せられる断面図である。
明に供せられる断面図である。
１ 側板Ａ
２ 側板Ｂ
３ 側板Ｃ
４ 側板Ｄ
５ 上板
６ 下板
７ 粉末
７ａ，７ｂ 粉末
８ ゴム媒体
９ 加圧容器
１０ 圧粉体
１０ａ，１０ｂ 圧粉体
１２ ゴム
１３ 水
１３´ 加圧された水
１４ 圧力容器
１４ａ 開口
１５ 上ラム
１６ 下ラム
１７ 静圧成形装置
２０ 被圧縮体
２１ 加圧室
２５ 間板
２６ 被圧縮体
５０ プレス装置
５１ 臼
５２ 上杵
５３ 下杵
５７ キャビティ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 23/06 Ｈ０１Ｌ 23/06 Ｂ
23/373 23/36 Ｍ
(72)発明者 天野 良成
山形県酒田市大浜二丁目１番12号 酒田
東京タングステン株式会社内
(72)発明者 浅井 清史
富山県富山市岩瀬古志町２番地 東京タ
ングステン株式会社富山製作所内
(72)発明者 前里 英俊
山形県酒田市大浜二丁目１番12号 東京
タングステン株式会社酒田事務所内
(72)発明者 有川 正
富山県富山市岩瀬古志町２番地 東京タ
ングステン株式会社富山製作所内
(72)発明者 崎前 賢二
山形県酒田市大浜二丁目１番12号 東京
タングステン株式会社酒田事務所内
(56)参考文献 特開 平７−249717（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−273745（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/02
B21B 3/00
B22F 3/04
B22F 3/26
C04B 37/02
H01L 23/06
H01L 23/373
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体素子を搭載するパッケージにおい
て、モリブデンの圧粉体に質量比で３０〜４０％の銅
（Ｃｕ）を溶融し、直接染み込ませる含浸してなるＣｕ
−Ｍｏ複合基板であって、板厚が０．４ｍｍ未満の放熱
基板を有することを特徴とする半導体パッケージ。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体パッケージにおい
て、前記放熱基板は、熱膨張係数７．７〜９．０×１０
−６／Ｋ，熱伝導率２００〜２２０Ｗ／ｍ・Ｋ，ヤング
率２２０〜２３０ＧＰａ，及び密度９．８ｇ／ｃｍ２以
下の特性を備えている高信頼性放熱基板であることを特
徴とする半導体パッケージ。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体パッケージ
において、前記半導体素子はマイクロ波半導体素子から
なることを特徴とするマイクロ波半導体パッケージ。 - 【請求項４】 窒化アルミニウムの表裏に高熱伝導金属
板からなる放熱基板を設けた複合基板上に半導体素子を
搭載したパワー半導体パッケージにおいて，前記放熱基
板の少なくとも一方がＭｏ粉末に予めＣｕを５質量％以
下の割合で混合した粉末の圧粉体に、当該圧粉体のＣｕ
の総含有量が質量比で４０〜６０％となるように、Ｃｕ
を溶融し、直接染み込ませてなるＣｕ−Ｍｏ複合基板か
ら実質的になることを特徴とするパワー半導体パッケー
ジ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00177299A JP3479738B2 (ja) | 1998-11-16 | 1999-01-07 | 半導体パッケージと、それに用いる放熱基板の製造方法 |
| US09/252,880 US6693353B1 (en) | 1998-11-16 | 1999-02-18 | Semiconductor package and method for producing heat-radiating substrate for it |
| DE19906875A DE19906875A1 (de) | 1998-11-16 | 1999-02-18 | Halbleiterbaugruppe und Verfahren zur Herstellung eines wärmeabstrahlenden Substrats für diese |
| US10/671,712 US6926861B2 (en) | 1998-11-16 | 2003-09-29 | Semiconductor package and method for producing heat-radiating substrate for it |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-325445 | 1998-11-16 | ||
| JP32544598 | 1998-11-16 | ||
| JP00177299A JP3479738B2 (ja) | 1998-11-16 | 1999-01-07 | 半導体パッケージと、それに用いる放熱基板の製造方法 |
| US09/252,880 US6693353B1 (en) | 1998-11-16 | 1999-02-18 | Semiconductor package and method for producing heat-radiating substrate for it |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003025992A Division JP2003266198A (ja) | 1998-11-16 | 2003-02-03 | 静水圧成形方法及び放熱基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000216278A JP2000216278A (ja) | 2000-08-04 |
| JP3479738B2 true JP3479738B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=31998609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00177299A Expired - Lifetime JP3479738B2 (ja) | 1998-11-16 | 1999-01-07 | 半導体パッケージと、それに用いる放熱基板の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6693353B1 (ja) |
| JP (1) | JP3479738B2 (ja) |
| DE (1) | DE19906875A1 (ja) |
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| US7083759B2 (en) * | 2000-01-26 | 2006-08-01 | A.L.M.T. Corp. | Method of producing a heat dissipation substrate of molybdenum powder impregnated with copper with rolling in primary and secondary directions |
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| KR100490879B1 (ko) * | 2002-11-29 | 2005-05-24 | 국방과학연구소 | 균일한 조직을 갖는 텅스텐-구리(Ｗ－Ｃｕ) 합금 및 그제조 방법 |
| KR100490880B1 (ko) * | 2002-11-30 | 2005-05-24 | 국방과학연구소 | 텅스텐-구리 복합재료의 구리 스며나옴 억제 소결법 |
| US7279218B2 (en) * | 2004-01-23 | 2007-10-09 | Kobe Steel, Ltd. | Coated body having excellent thermal radiation property used for members of electronic device |
| US7982847B2 (en) * | 2005-03-15 | 2011-07-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Display device and a television receiver having the same |
| CA2609252C (en) * | 2005-05-23 | 2012-01-10 | Neomax Materials Co., Ltd. | Cu-mo substrate and method for producing same |
| CN101361221A (zh) * | 2006-04-28 | 2009-02-04 | 株式会社东芝 | 高频用半导体装置 |
| JP2007305962A (ja) | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Honda Motor Co Ltd | パワー半導体モジュール |
| CN103887300A (zh) * | 2012-12-20 | 2014-06-25 | 浙江大学 | 具有高可靠性导热绝缘基板的功率igbt模块 |
| CN103111619B (zh) * | 2013-01-30 | 2014-09-24 | 华中科技大学 | 一种高温合金致密件的热等静压两步成形方法 |
| WO2015182385A1 (ja) * | 2014-05-29 | 2015-12-03 | 株式会社アライドマテリアル | ヒートスプレッダとその製造方法 |
| USD777502S1 (en) * | 2014-12-17 | 2017-01-31 | Whirlpool Corporation | Oven |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4158719A (en) * | 1977-06-09 | 1979-06-19 | Carpenter Technology Corporation | Low expansion low resistivity composite powder metallurgy member and method of making the same |
| US4441874A (en) * | 1979-07-18 | 1984-04-10 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Apparatus for differential expansion volume compaction |
| JPS5921032A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-02-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用基板 |
| JPS5946050A (ja) * | 1982-09-09 | 1984-03-15 | Narumi China Corp | 半導体用セラミツクパツケ−ジ |
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