JP3561975B2

JP3561975B2 - 半導体装置用金属部品の製造方法

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Publication number: JP3561975B2
Application number: JP24850094A
Authority: JP
Inventors: 正憲辻岡; 順三松村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JPH07135276A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体装置用金属部品の製造方法に関する。より詳細には、光受発光用のフォトダイオードやレーザダイオード及び通信用マイクロ波デバイス、高出力電源等の半導体装置用ケース・半導体搭載用基板及びヘッダー等の金属部品であって、良好な熱放散性、搭載する半導体や他のセラミック、ガラス部品と近似した熱膨張係数を有し、高い信頼性及び寸法精度を実現した金属部品を安価に提供できる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信、マイクロ波通信及び高出力電源等に使用される半導体装置用金属ケースは、一般にレーザダイオードやマイクロ波デバイスを搭載するベースと、ガラス端子やセラミック端子等の電気信号入出力端子が取付可能な金属枠体とを具備する。特に、光受発光素子を含む半導体装置用金属ケースの場合には、金属枠体がさらに光信号入出力用の窓を備え、搭載されたフォトダイオードやレーザダイオードがこの窓を介して光ファイバと光学的に結合できるよう構成されている。図２及び図３にそれぞれ従来の半導体装置用金属ケースの組立体の一例を示す。
【０００３】
図２及び図３は、それぞれ電気信号入出力端子がセラミック端子の半導体装置用金属ケース組立体及びガラス端子の半導体装置用金属ケース組立体の斜視図である。これらの半導体装置用金属ケース組立体１は、いずれも固定用の取付穴６を有する金属ベース１０と、金属ベース１０上に筐体をなすよう固定された金属枠体２で主に構成されている半導体装置用金属ケースに電気信号入出力端子３を取り付けたものである。金属枠体２中の金属ベース１０上にはレーザダイオードやマイクロ波デバイス等の半導体素子が搭載される。金属ケースがフォトダイオードやレーザダイオードを搭載する光通信半導体装置用の金属ケースの場合には、金属枠体２の正面には光信号入出力用の窓４が設けられており、また側面にはそれぞれ電気信号入出力端子３が取り付けられている。端子の数はレーザダイオードモジュールの電気信号の入出力数に応じて任意である。金属枠体２の上縁部には、電気信号入出力端子３を固定し、且つ気密封止するふたを接合するための金属縁５が取り付けられることもある。
【０００４】
金属枠体２は、ガラス端子やセラミック端子と熱膨張係数が近似していることが望ましく、また、形状が複雑であるので、塑性加工性の良いことが望まれる。さらに、ある程度の剛性が必要とされるため、従来は、一般に鉄−ニッケル合金又は鉄−ニッケル−コバルト合金が用いられていた。一方、金属ベース１０はレーザダイオードで発生した熱を速やかに放散させる必要があるので、銅、銅−タングステン合金等の高熱伝導性金属が用いられていた。金属ベース１０と金属枠体２とは銀−銅合金等の金属ろう材により接合されていた。
【０００５】
上述のように、従来の半導体装置用金属ケースは金属ベース１０と金属枠体２とがそれぞれ異なる金属で構成され、ろう付接合されて構成されていた。しかしながら、金属ベース１０と金属枠体２とがそれぞれ異なる金属で構成された従来の半導体装置用金属ケースでは、両者の熱膨張係数の不整合により、接合時に歪み、特に金属ベースが反る変形が生じ易い。
【０００６】
この歪みが発生した金属ケースにレーザダイオードを実装すると、レーザダイオードと金属枠体の窓部付近に取り付けた光ファイバーとの間で光軸にずれが生じ、光ファイバへ入射するレーザ出力が低下するという問題がある。また、マイクロ波デバイスを実装した場合には、反りにより、デバイスが破壊されたり、接地電圧の不安定や熱放散性の低下をまねき、デバイスが正常に動作しないという問題があった。
【０００７】
上記問題解決のため、従来はろう付け後、金属ケースの金属ベース裏面を研磨し、平坦化して歪み（反り）を修正する等の効率の悪い追加作業を行うこともある。また、上記の歪みを生じさせないために、金属ベース１０と金属枠体２とを同一の材料で一体に作製することも考えられる。この場合、その材料としては、ガラス端子やセラミック端子と熱膨張係数が近似し、かつ熱放散性が良好な銅−タングステン合金が用いられてきた。銅−タングステン合金は粉末冶金法で製造され、特に以下に説明する２つの方法がとられる。第１の方法は、所望の組成のＣｕ粉末及びＷ粉末を混合して成形体とした後、Ｃｕの溶融点以上の温度で焼結を行う焼結法である。また、第２の方法は、予めＷ粉末を成形した後これを焼結して多孔成形体とし、この多孔成形体の空孔に溶融Ｃｕを溶浸する溶浸法である。
【０００８】
上記の焼結法では焼結時の収縮が１０％以上と大きいので、成形体が大きく変形する。また、焼結時に成形体の全外周へ溶融Ｃｕがしみ出してしまい、各部の寸法も変化する。一方、溶浸法でも溶浸時に成形体の全外周へ溶融Ｃｕがしみ出す。さらに、Ｃｕ−タングステン合金は塑性加工が困難である。また、これらの製造時の問題は、Ｃｕ−モリブデン合金でも全く同様である。したがって、例えば図２及び図３に示した金属ベース１０と金属枠体２の一体品を作製するには、焼結または溶浸で製造された銅−タングステン合金のブロックから機械加工により削り出すしか方法がなく、コスト高になるばかりでなく、量産性にも乏しかった。
【０００９】
一方、半導体装置用金属ヘッダーはレーザダイオードやマイクロ波デバイスを搭載するベースに、電気信号入出力用のガラス端子が取り付けられている。また、必要に応じてベース上には、セラミックよりなる回路基板が搭載され、気密性を保持する為にふたを溶接する必要のある場合には、ベース上縁部に、鉄系金属よりなる金属縁が取りつけられることもある。図４及び図５にそれぞれ従来の半導体用金属ヘッダーの組立体の一例を示す。
【００１０】
図４はレーザダイオード用金属ヘッダーの斜視図であり、図５はマイクロ波デバイス用金属ヘッダーの斜視図である。これらの金属ヘッダーはいずれも、レーザダイオードやマイクロ波デバイス等の半導体素子搭載用の凸部７を備えた金属ベース１０にガラス端子で構成された電気信号入出力端子３を取り付けたものである。端子の数は、半導体素子の入出力数に応じて任意であり、金属ベース１０の上縁部には気密封止用のふたを溶接するための金属縁５が取り付けられることもある。
【００１１】
金属ベース１０にはガラス端子と熱膨張係数が近似し、かつ半導体素子より発生する熱を速やかに放散させる必要があるので、一般に銅−タングステン合金が用いられていた。しかしながら銅−タングステン合金で、このような金属ヘッダー用金属ベースを作製する場合にも、上述の焼結時の変形や、Ｃｕのしみ出しが起こるので、所定の寸法に仕上げるためには全外周および半導体素子搭載用の凸部やガラス端子用の穴部の機械加工が必要であり、非常に高価なものとなっていた。
【００１２】
上述の半導体装置用金属部品等に使用される銅−タングステン合金や銅−モリブデン合金の粉末冶金法による製造方法は、特開昭５９−２１０３２号公報に開示されている。また、特表平２−５０１３１６号公報には、前記焼結法を改良した押出鋳込法（射出成形法）が開示されている。
【００１３】
上記の特表平２−５０１３１６号公報に開示されている方法は、Ｃｕ粉末及びＷ粉末を有機バインダーと混合し、射出成形法により成形体を作製した後、脱バインダー、焼結を行って合金を得る方法である。しかしながら、この方法は既に説明した焼結法の欠点を有する。まず、この方法で所定の密度の合金を得るためには、多孔成形体に含まれていたバインダー量に相当する収縮を生じさせなければならない。従って、半導体装置用金属部品のように形状が複雑な製品の場合には、部位により収縮率に微妙な差が生じ、焼結時に変形し易いので高い形状精度が得られにくい。
【００１４】
また、多孔成形体にＣｕ粉末が５〜５０重量％含まれているため、焼結の際、多孔成形体表面に多量のＣｕのしみ出し部が形成される。従って、金属ケース、金属ヘッダーのように高い寸法精度や表面形状を要求される製品を製造する場合には、ほとんどの全面を切削加工で仕上げなければならない。
【００１５】
さらに、焼結法の場合、合金に空孔が残留することが避けられない。このため、上記の切削加工後のメッキ工程において、メッキの密着不良や、メッキ液の空孔内残留によるメッキの変色が生じたり、空孔部にメッキが付かない等のメッキの不具合が起こる。また、空孔によって、ケースとふたの間、ケースの開口部における他の部材との接合部等の気密性も損なわれる。加えて、空孔によって合金の熱伝導度も低下するという問題もある。
【００１６】
一方、溶浸法の場合は、空孔の残留がほとんどないので空孔に起因する問題は回避できる。しかしながら、溶浸法においても成形後、多孔成形体を作製するために焼結を行うと、焼結法ほど大きくはないが少なくとも５％の収縮が起こるため、変形が生ずる。また、前述のように溶融Ｃｕが全外周へしみ出す。このような変形と、しみ出しとが存在すると、全面に切削しろの大きい機械加工仕上げが必要である。これは、形状が複雑な製品ほど重要な問題であり、ＷまたはＭｏ粉末の射出成形体を作製しても、多孔成形体を作製するために焼結を行い、従来の溶浸法でＣｕを溶浸させる限り避けられない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、以上説明した従来の銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金の製品の焼結法及び溶浸法による製造における各種の問題を解決することにある。また、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決する新規な半導体装置用金属部品の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従うと、それぞれ平均粒径40μｍ以下の、Ni粉末と、Ｗ粉末、Mo粉末及びＷ−Mo合金粉末の少なくとも１種をNi粉末が１重量％以下となるよう混合して混合粉末とし、該混合粉末を、融点100℃以下のワックス成分と灰分を殆ど残さない有機物を混合してなる有機バインダーと共に混練して混練物とし、該混練物を射出成形により成形して成形物とし、該成形物を、有機溶媒を使用して蒸気洗浄処理し、更に、 500 ℃以上の温度で加熱処理することにより、該成形物を脱バインダー処理して空孔を 20 〜 50 体積％含んだ多孔成形体を形成し、該多孔成形体の空孔に Cu を溶浸して、最終的な各部の寸法の収縮率を２％以下にして複合合金化することを特徴とする半導体装置用金属部品の製造方法が提供される。
【００２０】
本発明の方法において、脱バインダー処理する工程は、有機溶媒を使用して蒸気洗浄処理する工程と、５００℃以上の温度で加熱処理する工程とを含むことが好ましい。また、
【００２１】
一方、本発明の方法では、Ｃｕを溶浸する工程の前に、前記多孔成形体の少なくとも１面を除く表面に、溶浸処理時に物理的及び化学的に安定で前記多孔成形体と反応せず、溶融Ｃｕと濡れず、溶浸処理後容易に除去可能である粉末の溶剤混合物を塗布乾燥する工程含み、Ｃｕを溶浸する工程の後に、前記粉末を除去する工程を含むことが好ましい。この粉末は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＳｉＣ、ＺｒＣ及びＴｉＣから選択された少なくとも１種の粉末を含むことが好ましい。
【００２２】
【作用】
本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品は、金属ベースと金属部材とが、20〜50体積％のCuと、１重量％以下のNiとを含み、残部がＷ及び／又はMoの合金で構成されている。従って、本発明の半導体装置用金属部品は、高い熱放散性とガラスやセラミックに近似した熱膨張係数を有する。
【００２３】
本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品に使用される合金で、Cuの含有量が19体積％未満のときは、粒子間の内在空孔が発生し易いので緻密化しにくく、その結果熱伝導率がばらつき、安定な合金を得られないため、金属ケースやヘッダーの部品としては適さない。また、Cuの含有量が49体積％を越えると、熱膨張係数が10×10^-6／℃を越えるので、金属ケースやヘッダーに組み込まれる電気信号入出力用のガラス端子やセラミック端子との熱膨張差が大きくなり、信頼性の低下をまねくことがある。
【００２４】
本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品に使用される合金は、１重量％以下のNiを含んでもよい。これは、Niにより、Cuの溶浸時に多孔成形体との濡れ性が改善されるからであるが、Niの含有量が１重量％を越えると、合金の熱伝導率が低下するので好ましくない。本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品に使用される合金は、上記のCu及びNiを除いた残部がＷ及び／又はMoであるが、ＷとMoの割合は任意である。
【００２５】
本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品は、１重量％以下のNi粉末を含み、残部がＷ粉末、Mo粉末、ＷとMoとの混合粉末又はＷ−Mo合金粉末である金属粉末の多孔成形体にCuを溶浸して形成された金属組織で構成されていることが好ましい。Ｗ、Mo、Niは、多孔成形体において骨格を形成し、Cuは空孔部に浸透する。従って、Ｗ、Mo、Niによる骨格とCu溶浸相による特徴的な複合組織となる。
【００２６】
本発明の製造方法では、上記半導体装置用金属部品を粉末射出成形と、溶浸法を組み合せて製造することにより、寸法精度を格段に向上させ、製造コストを低減した。すなわち、本発明の方法は、以下の構成要素を含むことが好ましい。
１．射出成形法によって作製されたＷ及び／又はMoを主成分とする成形物の、脱バインダー後に生ずる空孔を、Cuの溶浸のための空孔として積極的に使用する。これにより、従来のように射出成形後に行っていた焼結工程において、成形物の空孔を除去し、密度を向上させる必要がなくなり、成形物の収縮を最大でも２％までに抑えることができる。従って、射出成形により作製された成形物の寸法精度が維持される。
２．射出成形により作製された三次元的に複雑な形状の成形物の脱バインダーを完全に行い、Cuの溶浸を確実にするために、有機溶剤の蒸気洗浄による処理と、加熱による処理の２段階の処理を行う。
３．従来Cuの溶浸後に必須であった機械加工を極力少なくするため、脱バインダー後の多孔成形体に、溶浸後に機械加工を行う場合に最も加工容易であると推定される面（例えば、図２および図３の金属ヘッダーの場合は、ベース10の１端面）を除いて溶出防止剤を塗布し、多孔成形体のこの最も加工容易と推定される面からCuの溶浸を行う。これにより、Cuが溶出するのは溶浸を行った多孔成形体の最も加工容易な面からのみであり、Cuはこの面に選択的にしみ出す。従って、本発明の方法では、製品の最も加工容易な面のみ加工すればよく、寸法精度さえ満足していれば他の面は加工する必要がない。この場合、切削しろも小さい。従って、仕上げのための加工時間が大幅に短縮される。本発明の方法では、上記の構成要素を適宜組み合わせることにより、Cu−Ｗ、Cu−Mo、Cu−Ｗ−Mo合金よりなる高精度の金属部品を作製する。
【００２７】
より具体的には、本発明の方法では、１重量％以下のＮｉ粉末を含み、残部がＷ粉末、Ｍｏ粉末、ＷとＭｏとの混合粉末又はＷ−Ｍｏ合金粉末からなる金属粉末を射出成形法により成形するので、三次元的に複雑な形状の成形体を高精度で安価に提供することができる。従って、レーザダイオード用の金属ケースやマイクロ波デバイス用の金属ヘッダーのような複雑な形状を有し、且つ高い寸法精度と高い熱放散性が必要とされる金属部品を製造するのに適している。
【００２８】
また、本発明の方法では金属粉末を成形した後、空孔を２０〜５０体積％含んだ多孔成形体を形成し、この空孔にＣｕを溶浸させる。この方法では、通常の射出成形法のように脱バインダー後、粉末焼結を行なわないので、射出成形により得られた多孔成形体から最終の部品にいたるまでの工程で、多孔成形体が大きく収縮することがなく、成形金型を高精度に設計することによって、最終の部品の寸法精度を高精度にコントロールすることができる。
【００２９】
本発明の方法で、上記の多孔成形体の空孔部が２０体積％未満の場合、溶浸後のＣｕの含有率が２０体積％未満になり易く、上述のように、Ｃｕの含有率が２０体積％未満になると、内在空孔の発生により熱伝導度がばらつき、安定な合金が得られない。一方、空孔部が５０体積％を越えると、溶浸後のＣｕの含有率が５０体積％を越え、熱膨張係数が１０×１０^−６／℃を越えてしまう。従って、上記の多孔成形体の空孔部は、２０〜５０体積％とする。
【００３０】
本発明の方法では、上記多孔成形体を形成する工程が、それぞれ平均粒径４０μｍ以下の、Ｎｉ粉末と、Ｗ粉末、Ｍｏ粉末及びＷ−Ｍｏ合金粉末の少なくとも１種とをＮｉ粉末が１重量％以下となるよう混合する工程と、該混合粉末を、融点１００℃以下のワックス成分と灰分を殆ど残さない有機物を混合してなる有機バインダーと共に混練する工程と、該混練物を所定の三次元配置された金型に注入する射出成形により、最終形状の相似形の成形物を成形する工程と、成形したものを脱バインダー処理して空孔を形成する工程とを含む。有機バインダーを混合、混練する際、そのバインダー量を調整することにより、多孔成形体の空孔を容易に２０〜５０体積％にすることができる。
【００３１】
本発明の方法では、上記混合粉末にＮｉが含まれる場合、上述のようにＣｕの溶浸性（多孔成形体に対するぬれ性）が向上する。ただし、上述のように、混合粉末のＮｉの含有量が１重量％を越えると、溶浸後の熱伝導率が低下するので好ましくない。
【００３２】
本発明の方法では、原料となるＮｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｗ−Ｍｏ合金の粉末は多孔成形体の密度を向上させ、所望の空孔部に均一にＣｕを溶浸させるために、平均粒径が４０μｍ以下のものを用いる。さらに、平均粒径が１０μｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００３３】
本発明の方法では、脱バインダー工程は、使用した有機バインダーに対して溶解性を有する有機溶媒での蒸気洗浄を行う工程と、５００℃以上の温度で加熱する工程とを含むことが好ましい。本発明の方法において、上記金属の混合粉末に混練するバインダーは、低融点ワックスと、灰分を殆ど残さない有機物とを混合した有機バインダーである。この有機物は、ワックスの融点では安定な有機物である。上記の脱バインダー工程では、第１段階の有機溶媒の蒸気で洗浄を行う工程でワックス成分を除去し、これによって表面近傍の脱バインダーを行うとともに成形体内部から上記の有機物を除去するための先導孔を形成する。その後、第２段階の加熱工程でこの有機物を分解消失させる。
【００３４】
上記の蒸気洗浄の工程で使用する有機溶媒としては、有機バインダーの融点又は軟化点よりも低い沸点を有する有機溶媒が好ましい。これは蒸気洗浄時に成形物の変形を避けるためである。このような有機溶媒としては、例えば、エタノール、アセトン、トリクロロエタン、四塩化炭素、メチレンクロライド等がある。
【００３５】
一方、上記の加熱工程は、知られているように酸素が含まれない雰囲気で実施されることが好ましい。これは、成形物の酸化を避けるためであり、例えば水素雰囲気中で上記の加熱工程は実施されることが好ましい。
【００３６】
本発明の方法では、Ｃｕを溶浸する際に全ての表面へＣｕが溶出することを防止し、溶浸後の成形体を機械加工する場合に最も加工が容易である面のみにＣｕを選択的に溶出させるために、Ｃｕを溶浸する工程の前に、多孔成形体の上記の面以外の表面に溶浸防止用の粉末を水又は有機溶剤で分散させて塗付乾燥する。この粉末は、溶浸処理時に物理的及び化学的に安定で前記多孔成形体と反応せず、溶融Ｃｕと濡れず、溶浸処理後容易に除去可能な材料の粉末でなければならない。溶浸防止用の粉末として好ましいものとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＡｌＮ、ＢＮ、ＺｒＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＮ、ＳｉＣ、ＺｒＣ及びＴｉＣの粉末が挙げられる。
【００３７】
本発明の方法は、Ｃｕを含まず、１重量％以下のＮｉ粉末を含み、残部がＷ粉末、Ｍｏ粉末、ＷとＭｏとの混合粉末又はＷ−Ｍｏ合金粉末からなる混合粉末を有機バインダーと混練し、射出成形で成形する。この方法で成形物を形成した後、脱バインダーし、できた空孔部にＣｕを溶浸するため、上記従来の方法のように、バインダー分に相当する収縮を生じさせる必要がない。従って、多孔成形体が、ほとんど収縮せず、また充分な合金密度が得られる。複雑な形状のものでも、高い形状精度、寸法精度が得られる。さらに、本発明の方法では、Ｃｕを溶浸する際に、多孔成形体のＣｕを選択的に溶出させる面を除いた全ての表面に溶出防止剤（溶出防止用粉末）を塗付する。これにより、多孔成形体の大部分の表面へのＣｕの溶出を抑えることができる。そのため、上記のＣｕを選択的に溶出させる面のみを機械加工するだけで、その他の表面は機械加工することなく、所望の製品形状を得ることができる。
【００３８】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、以下の開示は本発明の単なる実施例にすぎず、本発明の技術的範囲をなんら制限するものでない。
【００３９】
【実施例】
実施例１
図１に本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品の一例であるレーザダイオードモジュール用金属ケースを示す。図１の金属ケースは金属ベース10と金属枠体２が一体に成形されており、金属枠体２前後の金属ベース10には、固定用の取付穴６がそれぞれ設けられている。金属枠体２は、電気信号入出力端子が取り付けられるよう間隙をもって配置された２個の部材21及び22を有し、部材21の前面には光信号入出力用の窓４が設けられている。以下、本発明の方法で上記金属ケースを製造する工程を説明する。
【００４０】
最初に、平均粒径３μｍのＷ粉末と平均粒径４μｍのＮｉ粉末とをそれぞれ９９．９重量％及び０．１重量％となるよう配合し、混合粉末とした。次に、融点８０℃のワックスと分解焼失温度５５０℃のポリエチレンとを体積比で７５：２５になるように混合し、有機バインダーとした。この有機バインダーと、上記Ｗ、Ｎｉ混合粉末とを体積比３８：６２となるように混合し、ニーダーで混練した。この混練体を射出成形機に投入して図１に示したレーザダイオードモジュール用金属ケースと相似形の多孔成形体を作製した。
【００４１】
この多孔成形体をメチレンクロライド（沸点４０℃）を用いて５時間蒸気洗浄を行なうことにより、第１段階の脱バインダー処理を行なった後、水素ガス中にて８００℃で３０分間加熱することにより第２段階の脱バインダー処理を行なった。この脱バインダーされた多孔成形体の外観は、良好で、また各部の形状も維持されており、反り、変形等の歪みもなかった。また、この脱バインダーされた多孔成形体の空孔率は３８体積％であった。
【００４２】
脱バインダー後の多孔成形体の裏面を除いた表面全面に、ＢＮ粉末を水で分散させスプレー法により１０μｍの厚さに塗付した。この多孔成形体を、図１のレーザダイオードモジュール用金属ケースの金属ベース１０と同じ長さ、幅に切り出した厚さ１ｍｍの銅板の上に乗せ、水素雰囲気中で連続炉にて、１１５０℃で銅の溶浸を行なった。溶浸後、各部の寸法を計測したところ、寸法収縮率は０．８％であった。その後、塗付したＢＮ粉末を液体ホーニングで除去し、さらに裏面の溶融銅残渣を平面研磨により除去して、図１のレーザダイオードモジュール用金属ケースが完成した。以上の製造条件・合金密度を表１の試料番号１として、また、熱膨張係数・熱電導率を表２の試料番号１として示す。同様に表に掲載の条件以外の製造条件は上記と同様な条件で作製した金属ケースの例を比較例も含め表１の試料番号２〜１６に示す。溶浸後の収縮率は、本発明に従った試料では、試料番号１０のものが最大で１．８％であった。この収縮は溶浸時に起こり、多孔成形体の空孔率に応じて変化する。空孔率が３０％までの多孔成形体はほとんど収縮しないが、空孔率が３０％を越えると、この収縮は空孔率の増加に応じて若干増加する。また、本発明者等の溶浸温度および溶浸時間を変えた追加実験によれば、本発明に従った試料では、上記の収縮は最大でも２％までであることが確認された。さらに、この程度のわずかな収縮では、最終的なＣｕ含有量および合金の物性ならびに寸法精度への影響はほとんどないことが確認された。
【００４３】
【表１】

注）
試料１〜１０は、Ｗ−Ｎｉ粉末を使用して作製した実施例。
試料１１〜１３は、Ｍｏ−Ｎｉ粉末を使用して作製した実施例。
試料１４〜１６は、Ｗ−Ｎｉ粉末を使用して作製した比較例。
試料１４は、型に混練物が１００％充填されず、正常成形密度の成形体が得られなかった。
試料１５は、脱バインダー時に成形体が発泡し、正常な多孔成形体が得られなかった。
【００４４】
合金密度については５０個の部品について測定したものであり、ほぼ理論密度通りになっており、脱バインダー及び焼結後の空孔に完全にＣｕが溶浸したことがわかる。また、断面組織も欠陥がなく、さらに溶出防止剤を塗付していた面にはＣｕの溶出物が全くみられなかった。表面分析の結果、溶出防止剤により、溶出防止剤を塗付していた面のごく表層（約１μｍ）の部分のＣｕの含有量は、金属ケース内部に比較してやや小さかったが、これも合金の物性値に影響を及ぼすほどではなかった。
【００４５】
おのおのの合金の熱伝導率及び熱膨張係数は、以下の表２に示す通りであり、半導体装置用金属部品としては、充分な特性を示すものである。
【００４６】
【表２】

【００４７】
実施例２
表１の６のレーザダイオードモジュール用金属ケースの寸法精度と、同一Ｃｕ量で特表平２−５０１３１６号公報に開示されている従来の方法で製造したもの（比較例１）の寸法精度とを以下の表３に示す。
【００４８】
表３において、「ろう付け後そり」は、図２に示した、セラミックス端子３及び金属縁５がろう付けされた、レーザダイオードモジュール用金属ケース組立体のそりを示す。この値のみ、表１の５の本発明の方法で製造された本発明のレーザダイオードモジュール用金属ケースを使用したもの、特表平２−５０１３１６号公報に開示されている従来の方法で製造した金属ケースを使用したもの（比較例１）及び特開昭５９−２１０３２号公報に開示されている従来の方法で得られる銅タングステンに合金を機械加工して金属ベースを作製し、鉄、ニッケル・コバルト合金で構成された金属枠体をロウ付して製造した金属ケースを使用したもの（比較例２）についてそれぞれ示されている。
【００４９】
【表３】

【００５０】
次に上記本発明のレーザダイオードモジュール用金属ケースと比較例１および２のレーザダイオードモジュール用金属ケースとを使用して、図２に示すよう、セラミック端子３および金属縁５をろう付けし、レーザーダイオードモジュール用金属ケース組立体を作製した。各組立体それぞれの表面に厚さ１．５μｍのニッケルメッキを施し、さらにその上から厚さ１．５μｍの金メッキを施し、窓４にサファイア製の窓材をＡｕ−Ｓｎハンダで封着した。この状態でメッキの耐熱性（大気中４５０℃５分保持後のメッキの劣化状況確認）、ヒートサイクル（−６５℃×１０分←→＋１５０℃×１０分）１００回後の気密性の評価を、それぞれの項目について２００個ずつの金属ケース組立体を用いて行った。
【００５１】
耐熱性については上記高温保持後の外観を２０倍の光学顕微鏡によって枠体部長手方向側面の膨れ、しみ、変色等の不具合および従来品では特にベース部と枠体部のロウ付け部の変色についてチェックした。気密性の評価方法を図６に示す。気密性の評価は、レーザーダイオードモジュール用金属ケース組立体１を金属枠体２を下にしてＯリング４２を介して真空吸引用フランジ４１にセットし、ケース内を排気した後、外部からＨｅガスを吹きつけて前記フランジを通してＨｅリークディテクターによってリーク量を確認する方法で行った。この方法によってリーク量５×１０^−８ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下のものを合格としてそれ以上のものを不合格とした。それぞれの結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】

【００５３】
表４に示したように、比較例１については金属枠体側面の耐熱性不良およびヒートサイクル不良、およびサーマルショク不良が発生したのに対し、本発明による製品は全く不具合がなかった。尚、本発明品のリーク量はいずれも１×１０^−９ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下であった。比較例１のヒートサイクルおよびサーマルショクで発生した気密不良は、金属ケースに空孔があるために発生したものと推定される。
【００５４】
次に上記と同じ組立体を使用して、実際にレーザーダイオードを実装し、図７に示すよう、取付穴６を使用してボルト２４でＣｕの放熱板２３に締め付けて止め、さらに光ファイバ２６でパワーメーター２５に結合した。この締め付け固定の前、すなわち、軽く放熱板上に保持した状態と完全に固定した状態とで同じ入力光量Ｗ_０を投入して固定前後の光ファイバーに対して出力される光量Ｗ_１、Ｗ_２を測定し、出力低下率（Ｗ_１−Ｗ_２）／Ｗ_１（％）を算定し、その結果を合わせて表５に示した。このデータより本発明の金属ケースを使用した組立体に比べ、従来の金属ケースを使用した組立体は、明らかにケース自体の反りと歪みがあるため、締め付け後光軸のズレが生じ、出力低下の大きいことがわかる。
【００５５】
【表５】

本発明の金属ケースを使用した半導体装置は、従来のものを使用したものに比較して優れた性能を発揮することがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述のように、本発明に従うと、良好な熱放散性、搭載する半導体や他のセラミック、ガラス部品と近似した熱膨張係数を有し、高い信頼性及び寸法精度を実現した新規な半導体装置用金属部品の製造方法が提供される。本発明の製造方法により製造される金属部品は、金属ベースと他の金属部材とを一体化することにより、製造作業を簡素化することが可能である。また、従来のような金属ベースと金属枠体との間の接合による反りの発生、接合部の品質問題も解消される。本発明の方法で製造された本発明の半導体装置用金属部品は、寸法精度が高いので、殆どの部分で素材を追加切削加工する必要がなく、製造コストが大幅に低減できる。さらに、本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品を使用することにより、信頼性の高い半導体装置が安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法により製造される半導体装置用金属部品の一例であるレーザダイオードモジュール用金属ケースの斜視図。
【図２】従来のレーザダイオードモジュール用金属ケース組立体の斜視図。
【図３】従来のレーザダイオードモジュール用金属ケース組立体の他の例の斜視図。
【図４】半導体装置用金属部品の一例であるレーザダイオード用金属ヘッダーの斜視図。
【図５】半導体装置用金属部品の一例であるマイクロ波デバイス用金属ヘッダーの斜視図。
【図６】実施例で行った気密性試験方法を示す図である。
【図７】実施例で行ったレーザー出力測定法を示す図である。
【符号の説明】
１金属ケース
２金属枠体
３電気信号入出力端子
４窓
５金属縁
６取付穴
７半導体素子搭載用凸部
１０金属ベース

Claims

それぞれ平均粒径４０μｍ以下の、Ni粉末と、Ｗ粉末、Mo粉末及びＷ−Mo合金粉末の少なくとも１種をNi粉末が１重量％以下となるよう混合して混合粉末とし、
該混合粉末を、融点100℃以下のワックス成分と灰分を殆ど残さない有機物を混合してなる有機バインダーと共に混練して混練物とし、
該混練物を射出成形により成形して成形物とし、
該成形物を、有機溶媒を使用して蒸気洗浄処理し、更に、 500 ℃以上の温度で加熱処理することにより、該成形物を脱バインダー処理して空孔を 20 〜 50 体積％含んだ多孔成形体を形成し、
該多孔成形体の空孔に Cu を溶浸して
最終的な各部の寸法の収縮率を２％以下にして複合合金化することを特徴とする半導体装置用金属部品の製造方法。
前記Cuを溶浸する工程の前に、前記多孔成形体の少なくとも１面を除く表面に、溶浸処理時に物理的及び化学的に安定で前記多孔成形体と反応せず、溶融Cuと濡れず、溶浸処理後容易に除去可能である粉末の溶剤混合物を塗布乾燥する工程含み、Cuを溶浸する工程の後に、前記粉末を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用金属部分の製造方法。
前記粉末が、Al2Ｏ3、TiＯ2、SiＯ2、ZrＯ2、AlＮ、ＢＮ、Si3Ｎ4、TiＮ、ZrＮ、SiＣ、ZrＣ及びTiＣから選択された少なくとも１種の粉末を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置用金属部品の製造方法。