JP4848539B2 - 放熱板およびパワー半導体モジュール、ｉｃパッケージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置における銅基合金を使用した放熱板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワー半導体モジュールは、半導体素子、銅パターン、絶縁板、導体層、放熱板より構成される半導体装置で、エアコン、洗濯機といった家電製品や、自動車、産業用機器に広く使用されている。
また、ＰＣ等のＩＣパッケージにおいては、近年の高密度化、高機能化に伴い、熱対策が重要な課題となっており、ヒートスプレッダと呼ばれる放熱板が使用されている。これらの放熱板は、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージから発生する熱を効率良く放散する必要があるので、熱伝導性に優れていることが求められる。
その他にも放熱板に求められる特性は多様で、例えばパワー半導体モジュールでは、組立工程において、図1に示すように金属−セラミックス接合基板（接合基板という。）と放熱板は、はんだで接合されており、はんだ接合部の健全性やヒートシンクに取り付けられるので放熱板の平坦度が重要になる。
【０００３】
また、使用時において、パワー半導体モジュールは作動状況に応じて温度変化が激しく、熱膨張係数が異なる接合基板と放熱板間のはんだ接合部には応力が負荷される。このヒートサイクルにおいて、はんだ接合部にクラック等の欠陥が発生しないことが求められる。
一方、ＩＣパッケージで使用される放熱板では、半導体チップとの接合部の信頼性が重要であり、また、ＢＧＡパッケージ等に使用される放熱板は、バックプレートとして強度（剛性）が必要となる。強度（剛性）は組立工程時に低下しないことが必要である。
以上のように、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージで使用される放熱板は熱伝導性を始めとして多様な要求を満足する必要があり、更に家電製品やＰＣの低価格化に伴い、価格が低廉であることが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
放熱板に使用される材料として、熱膨張係数が絶縁基板やＩＣチップに近いＣｕ−Ｃｕ２Ｏ系やＡｌ−ＳｉＣ系、Ｃｕ−Ｗ系等が考えられるが、コスト的に高価であり、熱伝導性が不足している。
そこで熱伝導性に優れ、コスト的にも優位性のある銅基合金が広く使用されている。熱伝導率が高く、放熱板用材料として一般的である無酸素銅は材料の０．２％耐力が不足しているので、補強材としての役割も必要である放熱板の変形を防止することができない。また、放熱板は接合時に２００〜３５０℃で数分間の加熱が必要となる。無酸素銅はこの条件で加熱すると、材料が軟化して、組立後に放熱板の平坦性を得ることが難しい。
【０００５】
無酸素銅以外では、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系が高い熱伝導性を有した実用銅基合金である。しかしＰを含有していないＣｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系、Ｃｕ−Ｓｎ系は鋳造工程において、大気中で溶解、凝固すると、酸素濃度が高くなってしまう。そこで設備的に雰囲気制御が必要となるので、製造コストの面で不利になる。また、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系は含有成分の価格面でも不利となる。更にＣｕ−Ａｇ系は０．２％耐力や耐熱特性が不足しており、Ｃｕ−Ｓｎ系はＳｎ濃度が低いと０．２％耐力や耐熱特性が不足し、Ｓｎ濃度が高いと熱伝導性が低下してしまう。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系も特性面でＣｕ−Ｓｎ系と同様である。従来は放熱板用材料として認知されていないが、Ｃｕ−（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系は析出強化型銅基合金で、０．２％耐力や耐熱性と導電率のバランスに優れた合金である。
【０００６】
しかし、これら銅基合金の熱膨張係数は１６×１０―６〜１８×１０―６／Ｋであり、パワー半導体モジュールの絶縁基板で使用されるＡｌＮやＡｌ２Ｏ３等、半導体チップに使用されるＳｉ等の熱膨張係数はいずれも１０×１０―６／Ｋ未満なので、銅基合金を放熱板用材料として使用する場合は、組立工程における接合部の信頼性が課題とされていた。
例えばパワー半導体モジュールにおいては、放熱板と接合基板をはんだ接合すると、図３に示したように、はんだの凝固に伴い、放熱板が熱膨張係数の差によってそってしまう。このようにそった状態では、放熱板とヒートシンクをねじ止めしても、接触面積が少ないので、必要とする放熱性が得られない。また、ヒートシンクと放熱板の接触面積を増やすために、ねじ止め箇所を増やして接合すると、はんだ接合部にクラックが発生したり、絶縁基板が割れる恐れがある。よって組立後の放熱板の平坦性が課題となっていた。
本発明は、上記問題を解決すべく価格が低廉で熱伝導性に優れ、且つ組立工程、使用時における接合部の信頼性に優れたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置で使用される放熱板の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱伝導率が高く、組立工程時の加熱によって材料が軟化せず、補強材として剛性に優れた銅基合金を用いた放熱板を、また、パワー半導体モジュールの絶縁基板やＩＣパッケージの半導体チップとの熱膨張係数の相違による接合部信頼性や放熱板の平坦性を得るために、接合温度、時間、接合部面積等の接合条件に応じて、大きさやそり量を制御した放熱板を、さらには、これらの放熱板を用いたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージを提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は第１に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第２に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力が該加熱前の０．２％耐力の９０％以上の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第３に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の結晶粒径が２５μｍ以下の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第４に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力が該加熱前の０．２％耐力の９０％以上、該加熱後の結晶粒径が２５μｍ以下の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第５に、前記銅基合金がＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とＰとを合計で０．０１〜０．３重量％（合金組成の重量％を、単に、％という。）含有し、残部が不可避不純物および銅からなる銅基合金である、第１〜４のいずれかに記載の放熱板；第６に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり量がそれぞれ２００μｍ以下、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第７に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり形状が湾曲状で曲率半径が１００ｍｍ以上、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第８に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり量がそれぞれ２００μｍ以下、該各辺のそり形状が湾曲状で曲率半径が１００ｍｍ以上、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第９に、第１〜８のいずれかに記載の放熱板を用いたことを特徴とするパワー半導体モジュールまたはＩＣパッケージを提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の内容を具体的に説明する。放熱板はバックプレートとして補強材の役割を果たす必要があるので、機械的強度が必要となる。組立後のパワー半導体モジュールやＩＣパッケージが変形しないこと、つまり放熱板自身が変形しないことが必要となる。そこで、放熱板に使用される銅基合金の変形しない指標となるのが０．２％耐力である。特に板厚が薄い放熱板に要求される特性であり、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であれば変形を防ぐことができる。３００Ｎ／ｍｍ２未満の場合は、組立工程中及び使用時において、ＩＣパッケージが変形し、動作信頼性が低下してしまう。好ましくは０．２％耐力が３５０Ｎ／ｍｍ２以上であることが望まれる。
また、放熱板の加工時において、例えばヒートスプレッダはエッチングにて成形される場合もあるが、コスト面でプレス加工する方が有利である。プレス加工を行う場合、材料が平坦度を保つ強度を有していないと、金型内に材料を送ることが難しくなる。０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であればプレス作業性は良好であるが、３００Ｎ／ｍｍ２未満の場合は、材料を金型内に送り、精度良く打抜くことが困難になる。
【００１０】
放熱板の主たる役割は、半導体素子から発生する熱を放熱板内に吸収して、外部へ伝達及び放出することである。パワー半導体モジュールにおいては高機能化、ＰＣのＣＰＵでは高機能化、高密度化が進んでおり、いずれも発熱量が増加しているので、高い熱伝導性を有した放熱板が求められている。そこで放熱板に使用される材料の熱伝導率は３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが必要である。３５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合は、使用時に半導体素子から発生した熱をヒートシンクへ十分に伝達することができず、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージの動作信頼性が低下する。
【００１１】
放熱板は、パワー半導体モジュールにおいては接合基板と、ＩＣパッケージにおいては半導体素子とそれぞれ接合される。接合時に放熱板は２００〜３５０℃で、数分間加熱される。この時に材料が軟化するとＩＣパッケージの放熱板ではバックプレートの役割を果たすことができない。又、パワー半導体モジュールの放熱板では、平坦性を保つことができず、そった状態となる。この状態ではヒートシンクに接合しても、接触面積が少なく、放熱性が低下する。更に組立工程時、使用時のヒートサイクルによって、はんだ接合部にクラックが発生する恐れがある。
そこで実用上最も熱が加わる接合条件と考えられる４００℃で１０分間の加熱後で材料が軟化しない、つまり加熱後の０．２％耐力が、加熱前の０．２％耐力の９０％以上であることが必要である。好ましくは全く低下しないことが望まれる。
【００１２】
パワー半導体モジュールの放熱板は、接合基板と接合する場合、図３に示したようにはんだが凝固すると、絶縁基板と放熱板の熱膨張係数差によってそりが発生する。その後時間経過とともにはんだのクリープによって放熱板が変形（復元）する。はんだ凝固時のそり量は放熱板に使用される材料の０．２％耐力、耐熱性や接合基板の大きさ、加熱条件に起因する。そこで放熱板は平坦性を得るために、接合後の経時変化（復元）を考慮して、図２に示すようにそりをつける必要がある。そりは接合基板との接合面を上面として、下に凸の場合を＋、上に凸の場合を−とする。そのそり量は−の場合、接合後の復元に全く意味をなさず、接合後の平坦性が得られない。+２００μｍより大きいと、接合基板と放熱板の接合部に空間やボイドが発生しやすくなり、接合部の健全性が低下してしまう。またそりを付けるのも難しくなり、生産性、コスト面で不利になる。よってそり量は２００μｍ以下であることが必要である。好ましくは１００μｍ以下であることが望まれる。
【００１３】
又、放熱板のそりはその形状が図４（ａ）に示したように湾曲状であることが望ましい。図４（ｂ）のようにＶ字型や図４（ｃ）のようにＷ字型では、同じようにそり量をつけても、接合基板と放熱板の接合部及び半導体素子と放熱板の接合部に空間やボイドが発生しやすくなり、接合部の健全性が低下する。又、パワー半導体モジュールにおいては絶縁板が割れる恐れがある。これは図４（ａ）においても、湾曲部の形状によって発生する場合がある。
そこで図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれの場合においても曲率半径が一定以上であれば良い。曲率半径が１００ｍｍ以上であれば、接合部の健全性は低下せず、絶縁板が割れることも無い。また図４（ｃ）のように複数箇所に湾曲部が存在する場合は、すべてが１００ｍｍ以上の曲率半径であれば良い。
【００１４】
このようにそり付けする放熱板においては、大きさや板厚も制約が必要となる。放熱板の形状は正方形または長方形が一般的である。放熱板には、ヒートシンクとねじ止めするために必要なφ２０ｍｍ以下の穴が０〜１０個加工されていても良い。又、用途によって正方形または長方形のコーナー部に加工が施されていても良い。放熱板の大きさおよび板厚については、一辺の長さが１０ｍｍ未満および２００ｍｍより大きい場合、板厚が０．１ｍｍ未満および５ｍｍより厚い場合はそり付けが難しく、特に一辺の長さが２００ｍｍ、板厚が５ｍｍを超える場合には設備も大きくなり、コスト面で不利になる。
【００１５】
放熱板に使用される材料について、組立工程時の加熱後の結晶粒径が２５μｍより大きい場合は、結晶粒径のバラツキが大きくなりやすく、局所的に機械特性値が異なってしまうので、図３に示したような復元力が得られない。よって放熱板に使用される材料は４００℃で１０分間の加熱後に結晶粒径が２５μｍ以下でなくてはならない。好ましくは２０μｍ以下が望まれる。
【００１６】
熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であり、４００℃で１０分間の加熱で軟化せず、且つ製造コストが低廉であるためには、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用した銅基合金が適している。一般的に銅基合金の０．２％耐力、耐熱性を向上させる手段として、析出強化と固溶強化が利用される。析出強化型銅基合金は、固溶強化型銅基合金と比べて、熱伝導率を低下させずに０．２％耐力、耐熱性を向上することができる。このような析出強化型銅基合金のうち、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用することは、製造上、原料費及び設備面でコスト的に有利なためである。
このように（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用するにあたって、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも1種以上と更にＰを合計で０．０１〜０．３％含有する必要がある。０．０１％未満の場合は、析出物量が少ないので、十分な０．２％耐力や耐熱性が得られない。又０．３％より多い場合は、必要となる熱伝導率が得られないためである。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１８】
[ 実施例１] 表１に化学成分（単位：％）を示す、本発明の放熱板用の銅基合金No.１〜No.５および比較用銅基合金No.６〜No.１６を高周波誘導溶解炉を用いて溶製し、４０×４０×１５０（ｍｍ）の鋳塊を鋳造した。その後、４０×４０×３０（ｍｍ）の試片を切り出し、９００℃で６０分の均質化処理を行い、８．０ｍｍまで熱間圧延し、水冷、酸洗を行った。しかる後に、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延を繰り返して、板厚３．０ｍｍの試片を作製した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
このようにして得られた銅基合金No.１〜１６について、表２に示したように熱伝導率、０．２％耐力、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力及び結晶粒径、ビッカース硬さを調査した。熱伝導率は導電率から算出し、導電率、０．２％耐力、ビッカース硬さは、それぞれＪＩＳ Ｈ ０５０５、ＪＩＳ Ｚ ２２４４１、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して測定した。４００℃で１０分間の加熱は、図５に示す装置を用いた。結晶粒径は材料表面をエメリー紙を用いて研磨した後にバフ研磨、エッチングして、光学顕微鏡を用いて測定した。
又、製造コストについては、実機で製造した場合の原料コスト、品質面からの不良ロスを考慮して評価した。○は製造コストが低廉なものであり、△は添加元素コスト問題、製品品質問題、製法時の特定の処理の必要性、のいずれか1つに該当するもの、×は2つ以上該当するものを示す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
以上のように測定を行った銅基合金を図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形で、長辺側にｄｘ＝+８０μｍ、図４（ａ）に示す湾曲状のそりを付けた。その曲率半径は１２００ｍｍとした。プレス加工した板に図７に示した接合基板をはんだで接合した。はんだはＪＩＳ Ｚ ３２８２のＨ６０Ａを用いた。接合条件は３５０℃で７分間とした。接合直後及び接合後から１０時間、５０時間、１００時間経過したときのそり量を測定した。その結果を表３に示す。そり量はダイヤルゲージで構成された図８に示す装置で測定した。試験結果は１００時間後の平坦度で判定した。判定基準は０±５０μｍ以内を合格とした。
【００２３】
【表３】
【００２４】
表２、３の結果から、本発明品No.１〜５は、製造コストが低廉で、熱伝導性が優れ、機械的強度が十分であり、且つ接合基板と接合後の平坦性に優れている。従って、本発明品はパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等に使用する放熱板として優れている。
これに対して、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２未満であり、４００℃で１０分間加熱した後の結晶粒径が２５μｍより大きいNo.７と、４００℃で１０分間の加熱後の０．２％耐力が加熱前の９０％未満であり、結晶粒径が２５μｍより大きいNo.６、No.９~１２、１５は、はんだ接合時に材料が軟化してしまい、接合後の経時変化で材料の平坦性が復元しないので、接合基板を接合して１００時間後のそり量が大きく、放熱板の平坦性が劣っている。そり量の判定基準を満足しているNo.１３、１４、１６は熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であって熱放散性が劣っている。そり量が判定基準を満たしており、放熱性が優れているNo.８は、Ｚｒを使用しているために、原料コストが高く、また鋳造、熱間圧延工程でＺｒ−Ｏ系酸化物が品質面に悪影響を及ぼすので、製造コストの面でも劣っている。
【００２５】
[ 実施例２] 実施例１の表１に示す組成の本発明銅基合金No.１およびこれと同一組成の銅基合金No.１７〜２２を用いて、プレス加工時につけたそりの大きさと接合基板と接合後の平坦性について調査した。No.１、１７〜２２の銅基合金を、図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は、図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形とした。長辺側に図４（ａ）に示す湾曲状で、表４に示すそり量をつけた。
このようにプレス加工した板に接合基板を接合した。接合方法及び平坦度の測定方法、接合基板と接合後のそり量判定基準は実施例１と同じである。接合部健全性は、接合基板と接合後１００時間までに、はんだ接合部にクラックが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で評価した。そりつけ性は図６の装置だけではそりつけができず、レベラーやハンマーによる矯正が必要な場合を×、図６に示した装置でそり付け可能な場合は○で評価した。
【００２６】
【表４】
【００２７】
表４の結果から、本発明品No.１、１７〜１９は、接合基板と接合後の平坦性が優れ、且つはんだ接合部にクラック等の発生がなく、そりつけ性が優れている。一方、そりつけ量が０μm未満のNo.２０は接合基板と接合後の平坦性が劣っており、そり量が２００μｍより大きいNo.２１、２２ははんだ接合部にクラックが発生し健全性が劣っており、さらにそり付け性も劣っている。したがって本発明品はパワー半導体モジュールの放熱板として優れている。
【００２８】
[ 実施例３] 実施例１の表１に示す組成の本発明銅基合金No.１と同一組成の銅基合金No.２３〜３２を用いて、板の形状とそりつけ性について調査した。No.１銅基合金と同一組成の銅基合金について、実施例１の製法で板厚８．０ｍｍの試片を作製し、その後冷間圧延、焼鈍を繰り返して、表５に示すNo.２３〜３２の各種の板厚の試片を作製した。このように製造したNo.２３〜３２の銅基合金を図６に示した装置でプレス加工した。プレス後の板形状は表５に示す大きさ及びそり量とし、そり形状は図４（ａ）に示す湾曲状とした。そり量０μｍは、プレス後にそりつけを行わず、打抜き後の平坦性を調査するために実施した。
表５に示した本発明の形状であるNo.２３〜２７及び比較の形状であるNo.２８〜３２は、それぞれ１０枚ずつプレス加工した。そりつけ性の評価はレベラーやハンマーで矯正が必要な枚数で判定した。そり量の判定基準は狙い値±１０μｍ以内とした。
【００２９】
【表５】
【００３０】
表５の結果から、本発明の板形状であるNo.２３〜２７は、いずれもプレス後の板矯正が必要なく、プレス加工性に優れている。従って本発明品はプレス生産性に優れており、プレス打抜き後の平坦性も優れていることから、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージ用放熱板として優れている。これに対して、板厚が０．１ｍｍ未満であるNo.２８、板厚が５ｍｍより大きいNo.３２、長辺が２００ｍｍより長いNo.２９〜３１はいずれもそり量にバラツキがあるので、そりつけ性が劣っている。
【００３１】
[ 実施例４] 実施例１の表１に示す本発明銅基合金No.１と同一組成の銅基合金No.３３〜３９を用いて、そり形状と、接合基板と放熱板のはんだ接合部健全性について調査した。No.１の本発明材と同一組成の銅基合金を、図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は、図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形とし、長辺側にｄｘ＝+８０μｍのそり量で、表６に示す曲率半径でそりをつけた。湾曲部は図４（ａ）、（ｃ）に示すようにそれぞれ１個か３個とした。３個の場合は中心部の曲率半径を一番小さくした。このようにプレス加工した板に接合基板を接合した。接合方法及び平坦度の測定方法、そり量判定基準は実施例１と同じである。接合部健全性は、接合基板接合後１００時間までに、はんだ接合部にクラックが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で評価した。
【００３２】
【表６】
【００３３】
表６の結果から、本発明品であるNo.３３〜３６は、いずれも接合基板接合後の平坦性に優れ、はんだ接合部にクラックは発生しなかった。一方曲率半径が１００ｍｍ未満であるNo.３７〜３９は平坦度に劣り、はんだ接合部にクラックが発生した。更にNo.３８、３９は絶縁基板に割れが発生した。従って本発明品は、パワー半導体モジュール用放熱板として優れている。
【００３４】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明の銅基合金を使用した放熱板は強度、熱伝導性、耐熱性およびプレス加工性に優れ、組立工程、使用時における接合部信頼性に優れており、且つ安価に製造できることから、この放熱板を用いて特性の優れたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワー半導体モジュールの側面図である。
【図２】放熱板の長さ、そり量を記入した平面図、側面図である。
【図３】放熱板の復元力を示す側面図である。
【図４】放熱板のそり形状を示す側面図であり、（ａ）は湾曲状のそり形状、（ｂ）はＶ字型のそり形状、（ｃ）はＷ字型のそり形状の側面図である。
【図５】放熱板の加熱装置の側面図である。
【図６】銅基合金条材のプレス加工装置の断面図である。
【図７】接合基板の平面図、側面図である。
【図８】放熱板のそり量測定装置の側面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 金属―セラミックス接合基板
３ はんだ
４ 放熱板
５ 純銅板
６ 温度制御装置
７ ホットプレート
８ 試片
９ 材料
１０ レベラー
１１ プレス機
１２ 順送金型
１３ そりつけ部
１４ 銅パターン
１５ 絶縁基板
１６ 導体層
１７ ダイヤルゲージ
１８ 放熱板固定台
Ｘ 放熱板の長辺側長さ（ｍｍ）
Ｙ 放熱板の短辺側長さ（ｍｍ）
ｄｘ 放熱板の長辺側そり量（μｍ）
ｄｙ 放熱板の短辺側そり量（μｍ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置における銅基合金を使用した放熱板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワー半導体モジュールは、半導体素子、銅パターン、絶縁板、導体層、放熱板より構成される半導体装置で、エアコン、洗濯機といった家電製品や、自動車、産業用機器に広く使用されている。
また、ＰＣ等のＩＣパッケージにおいては、近年の高密度化、高機能化に伴い、熱対策が重要な課題となっており、ヒートスプレッダと呼ばれる放熱板が使用されている。これらの放熱板は、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージから発生する熱を効率良く放散する必要があるので、熱伝導性に優れていることが求められる。
その他にも放熱板に求められる特性は多様で、例えばパワー半導体モジュールでは、組立工程において、図1に示すように金属−セラミックス接合基板（接合基板という。）と放熱板は、はんだで接合されており、はんだ接合部の健全性やヒートシンクに取り付けられるので放熱板の平坦度が重要になる。
【０００３】
また、使用時において、パワー半導体モジュールは作動状況に応じて温度変化が激しく、熱膨張係数が異なる接合基板と放熱板間のはんだ接合部には応力が負荷される。このヒートサイクルにおいて、はんだ接合部にクラック等の欠陥が発生しないことが求められる。
一方、ＩＣパッケージで使用される放熱板では、半導体チップとの接合部の信頼性が重要であり、また、ＢＧＡパッケージ等に使用される放熱板は、バックプレートとして強度（剛性）が必要となる。強度（剛性）は組立工程時に低下しないことが必要である。
以上のように、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージで使用される放熱板は熱伝導性を始めとして多様な要求を満足する必要があり、更に家電製品やＰＣの低価格化に伴い、価格が低廉であることが望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
放熱板に使用される材料として、熱膨張係数が絶縁基板やＩＣチップに近いＣｕ−Ｃｕ２Ｏ系やＡｌ−ＳｉＣ系、Ｃｕ−Ｗ系等が考えられるが、コスト的に高価であり、熱伝導性が不足している。
そこで熱伝導性に優れ、コスト的にも優位性のある銅基合金が広く使用されている。熱伝導率が高く、放熱板用材料として一般的である無酸素銅は材料の０．２％耐力が不足しているので、補強材としての役割も必要である放熱板の変形を防止することができない。また、放熱板は接合時に２００〜３５０℃で数分間の加熱が必要となる。無酸素銅はこの条件で加熱すると、材料が軟化して、組立後に放熱板の平坦性を得ることが難しい。
【０００５】
無酸素銅以外では、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系が高い熱伝導性を有した実用銅基合金である。しかしＰを含有していないＣｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系、Ｃｕ−Ｓｎ系は鋳造工程において、大気中で溶解、凝固すると、酸素濃度が高くなってしまう。そこで設備的に雰囲気制御が必要となるので、製造コストの面で不利になる。また、Ｃｕ−Ｚｒ系、Ｃｕ−Ａｇ系は含有成分の価格面でも不利となる。更にＣｕ−Ａｇ系は０．２％耐力や耐熱特性が不足しており、Ｃｕ−Ｓｎ系はＳｎ濃度が低いと０．２％耐力や耐熱特性が不足し、Ｓｎ濃度が高いと熱伝導性が低下してしまう。Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ系も特性面でＣｕ−Ｓｎ系と同様である。従来は放熱板用材料として認知されていないが、Ｃｕ−（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系は析出強化型銅基合金で、０．２％耐力や耐熱性と導電率のバランスに優れた合金である。
【０００６】
しかし、これら銅基合金の熱膨張係数は１６×１０―６〜１８×１０―６／Ｋであり、パワー半導体モジュールの絶縁基板で使用されるＡｌＮやＡｌ２Ｏ３等、半導体チップに使用されるＳｉ等の熱膨張係数はいずれも１０×１０―６／Ｋ未満なので、銅基合金を放熱板用材料として使用する場合は、組立工程における接合部の信頼性が課題とされていた。
例えばパワー半導体モジュールにおいては、放熱板と接合基板をはんだ接合すると、図３に示したように、はんだの凝固に伴い、放熱板が熱膨張係数の差によってそってしまう。このようにそった状態では、放熱板とヒートシンクをねじ止めしても、接触面積が少ないので、必要とする放熱性が得られない。また、ヒートシンクと放熱板の接触面積を増やすために、ねじ止め箇所を増やして接合すると、はんだ接合部にクラックが発生したり、絶縁基板が割れる恐れがある。よって組立後の放熱板の平坦性が課題となっていた。
本発明は、上記問題を解決すべく価格が低廉で熱伝導性に優れ、且つ組立工程、使用時における接合部の信頼性に優れたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置で使用される放熱板の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、熱伝導率が高く、組立工程時の加熱によって材料が軟化せず、補強材として剛性に優れた銅基合金を用いた放熱板を、また、パワー半導体モジュールの絶縁基板やＩＣパッケージの半導体チップとの熱膨張係数の相違による接合部信頼性や放熱板の平坦性を得るために、接合温度、時間、接合部面積等の接合条件に応じて、大きさやそり量を制御した放熱板を、さらには、これらの放熱板を用いたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージを提供するものである。
【０００８】
すなわち、本発明は第１に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第２に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力が該加熱前の０．２％耐力の９０％以上の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第３に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の結晶粒径が２５μｍ以下の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第４に、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力が該加熱前の０．２％耐力の９０％以上、該加熱後の結晶粒径が２５μｍ以下の銅基合金であることを特徴とする放熱板；第５に、前記銅基合金がＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とＰとを合計で０．０１〜０．３重量％（合金組成の重量％を、単に、％という。）含有し、残部が不可避不純物および銅からなる銅基合金である、第１〜４のいずれかに記載の放熱板；第６に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり量がそれぞれ２００μｍ以下、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第７に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり形状が湾曲状で曲率半径が１００ｍｍ以上、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第８に、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり量がそれぞれ２００μｍ以下、該各辺のそり形状が湾曲状で曲率半径が１００ｍｍ以上、厚さが０．１〜５ｍｍである、第１〜５のいずれかに記載の放熱板；第９に、第１〜８のいずれかに記載の放熱板を用いたことを特徴とするパワー半導体モジュールまたはＩＣパッケージを提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の内容を具体的に説明する。放熱板はバックプレートとして補強材の役割を果たす必要があるので、機械的強度が必要となる。組立後のパワー半導体モジュールやＩＣパッケージが変形しないこと、つまり放熱板自身が変形しないことが必要となる。そこで、放熱板に使用される銅基合金の変形しない指標となるのが０．２％耐力である。特に板厚が薄い放熱板に要求される特性であり、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であれば変形を防ぐことができる。３００Ｎ／ｍｍ２未満の場合は、組立工程中及び使用時において、ＩＣパッケージが変形し、動作信頼性が低下してしまう。好ましくは０．２％耐力が３５０Ｎ／ｍｍ２以上であることが望まれる。
また、放熱板の加工時において、例えばヒートスプレッダはエッチングにて成形される場合もあるが、コスト面でプレス加工する方が有利である。プレス加工を行う場合、材料が平坦度を保つ強度を有していないと、金型内に材料を送ることが難しくなる。０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であればプレス作業性は良好であるが、３００Ｎ／ｍｍ２未満の場合は、材料を金型内に送り、精度良く打抜くことが困難になる。
【００１０】
放熱板の主たる役割は、半導体素子から発生する熱を放熱板内に吸収して、外部へ伝達及び放出することである。パワー半導体モジュールにおいては高機能化、ＰＣのＣＰＵでは高機能化、高密度化が進んでおり、いずれも発熱量が増加しているので、高い熱伝導性を有した放熱板が求められている。そこで放熱板に使用される材料の熱伝導率は３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが必要である。３５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の場合は、使用時に半導体素子から発生した熱をヒートシンクへ十分に伝達することができず、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージの動作信頼性が低下する。
【００１１】
放熱板は、パワー半導体モジュールにおいては接合基板と、ＩＣパッケージにおいては半導体素子とそれぞれ接合される。接合時に放熱板は２００〜３５０℃で、数分間加熱される。この時に材料が軟化するとＩＣパッケージの放熱板ではバックプレートの役割を果たすことができない。又、パワー半導体モジュールの放熱板では、平坦性を保つことができず、そった状態となる。この状態ではヒートシンクに接合しても、接触面積が少なく、放熱性が低下する。更に組立工程時、使用時のヒートサイクルによって、はんだ接合部にクラックが発生する恐れがある。
そこで実用上最も熱が加わる接合条件と考えられる４００℃で１０分間の加熱後で材料が軟化しない、つまり加熱後の０．２％耐力が、加熱前の０．２％耐力の９０％以上であることが必要である。好ましくは全く低下しないことが望まれる。
【００１２】
パワー半導体モジュールの放熱板は、接合基板と接合する場合、図３に示したようにはんだが凝固すると、絶縁基板と放熱板の熱膨張係数差によってそりが発生する。その後時間経過とともにはんだのクリープによって放熱板が変形（復元）する。はんだ凝固時のそり量は放熱板に使用される材料の０．２％耐力、耐熱性や接合基板の大きさ、加熱条件に起因する。そこで放熱板は平坦性を得るために、接合後の経時変化（復元）を考慮して、図２に示すようにそりをつける必要がある。そりは接合基板との接合面を上面として、下に凸の場合を＋、上に凸の場合を−とする。そのそり量は−の場合、接合後の復元に全く意味をなさず、接合後の平坦性が得られない。+２００μｍより大きいと、接合基板と放熱板の接合部に空間やボイドが発生しやすくなり、接合部の健全性が低下してしまう。またそりを付けるのも難しくなり、生産性、コスト面で不利になる。よってそり量は２００μｍ以下であることが必要である。好ましくは１００μｍ以下であることが望まれる。
【００１３】
又、放熱板のそりはその形状が図４（ａ）に示したように湾曲状であることが望ましい。図４（ｂ）のようにＶ字型や図４（ｃ）のようにＷ字型では、同じようにそり量をつけても、接合基板と放熱板の接合部及び半導体素子と放熱板の接合部に空間やボイドが発生しやすくなり、接合部の健全性が低下する。又、パワー半導体モジュールにおいては絶縁板が割れる恐れがある。これは図４（ａ）においても、湾曲部の形状によって発生する場合がある。
そこで図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれの場合においても曲率半径が一定以上であれば良い。曲率半径が１００ｍｍ以上であれば、接合部の健全性は低下せず、絶縁板が割れることも無い。また図４（ｃ）のように複数箇所に湾曲部が存在する場合は、すべてが１００ｍｍ以上の曲率半径であれば良い。
【００１４】
このようにそり付けする放熱板においては、大きさや板厚も制約が必要となる。放熱板の形状は正方形または長方形が一般的である。放熱板には、ヒートシンクとねじ止めするために必要なφ２０ｍｍ以下の穴が０〜１０個加工されていても良い。又、用途によって正方形または長方形のコーナー部に加工が施されていても良い。放熱板の大きさおよび板厚については、一辺の長さが１０ｍｍ未満および２００ｍｍより大きい場合、板厚が０．１ｍｍ未満および５ｍｍより厚い場合はそり付けが難しく、特に一辺の長さが２００ｍｍ、板厚が５ｍｍを超える場合には設備も大きくなり、コスト面で不利になる。
【００１５】
放熱板に使用される材料について、組立工程時の加熱後の結晶粒径が２５μｍより大きい場合は、結晶粒径のバラツキが大きくなりやすく、局所的に機械特性値が異なってしまうので、図３に示したような復元力が得られない。よって放熱板に使用される材料は４００℃で１０分間の加熱後に結晶粒径が２５μｍ以下でなくてはならない。好ましくは２０μｍ以下が望まれる。
【００１６】
熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２以上であり、４００℃で１０分間の加熱で軟化せず、且つ製造コストが低廉であるためには、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用した銅基合金が適している。一般的に銅基合金の０．２％耐力、耐熱性を向上させる手段として、析出強化と固溶強化が利用される。析出強化型銅基合金は、固溶強化型銅基合金と比べて、熱伝導率を低下させずに０．２％耐力、耐熱性を向上することができる。このような析出強化型銅基合金のうち、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用することは、製造上、原料費及び設備面でコスト的に有利なためである。
このように（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｐ系析出物を利用するにあたって、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも1種以上と更にＰを合計で０．０１〜０．３％含有する必要がある。０．０１％未満の場合は、析出物量が少ないので、十分な０．２％耐力や耐熱性が得られない。又０．３％より多い場合は、必要となる熱伝導率が得られないためである。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１８】
[ 実施例１] 表１に化学成分（単位：％）を示す、本発明の放熱板用の銅基合金No.１〜No.５および比較用銅基合金No.６〜No.１６を高周波誘導溶解炉を用いて溶製し、４０×４０×１５０（ｍｍ）の鋳塊を鋳造した。その後、４０×４０×３０（ｍｍ）の試片を切り出し、９００℃で６０分の均質化処理を行い、８．０ｍｍまで熱間圧延し、水冷、酸洗を行った。しかる後に、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延を繰り返して、板厚３．０ｍｍの試片を作製した。
【００１９】
【表１】
このようにして得られた銅基合金No.１〜１６について、表２に示したように熱伝導率、０．２％耐力、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力及び結晶粒径、ビッカース硬さを調査した。熱伝導率は導電率から算出し、導電率、０．２％耐力、ビッカース硬さは、それぞれＪＩＳ Ｈ ０５０５、ＪＩＳ Ｚ ２２４４１、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠して測定した。４００℃で１０分間の加熱は、図５に示す装置を用いた。結晶粒径は材料表面をエメリー紙を用いて研磨した後にバフ研磨、エッチングして、光学顕微鏡を用いて測定した。
又、製造コストについては、実機で製造した場合の原料コスト、品質面からの不良ロスを考慮して評価した。○は製造コストが低廉なものであり、△は添加元素コスト問題、製品品質問題、製法時の特定の処理の必要性、のいずれか1つに該当するもの、×は2つ以上該当するものを示す。
【００２１】
【表２】
以上のように測定を行った銅基合金を図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形で、長辺側にｄｘ＝+８０μｍ、図４（ａ）に示す湾曲状のそりを付けた。その曲率半径は１２００ｍｍとした。プレス加工した板に図７に示した接合基板をはんだで接合した。はんだはＪＩＳ Ｚ ３２８２のＨ６０Ａを用いた。接合条件は３５０℃で７分間とした。接合直後及び接合後から１０時間、５０時間、１００時間経過したときのそり量を測定した。その結果を表３に示す。そり量はダイヤルゲージで構成された図８に示す装置で測定した。試験結果は１００時間後の平坦度で判定した。判定基準は０±５０μｍ以内を合格とした。
【００２３】
【表３】
表２、３の結果から、本発明品No.１〜５は、製造コストが低廉で、熱伝導性が優れ、機械的強度が十分であり、且つ接合基板と接合後の平坦性に優れている。従って、本発明品はパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等に使用する放熱板として優れている。
これに対して、０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ２未満であり、４００℃で１０分間加熱した後の結晶粒径が２５μｍより大きいNo.７と、４００℃で１０分間の加熱後の０．２％耐力が加熱前の９０％未満であり、結晶粒径が２５μｍより大きいNo.６、No.９~１２、１５は、はんだ接合時に材料が軟化してしまい、接合後の経時変化で材料の平坦性が復元しないので、接合基板を接合して１００時間後のそり量が大きく、放熱板の平坦性が劣っている。そり量の判定基準を満足しているNo.１３、１４、１６は熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であって熱放散性が劣っている。そり量が判定基準を満たしており、放熱性が優れているNo.８は、Ｚｒを使用しているために、原料コストが高く、また鋳造、熱間圧延工程でＺｒ−Ｏ系酸化物が品質面に悪影響を及ぼすので、製造コストの面でも劣っている。
【００２５】
[ 実施例２] 実施例１の表１に示す組成の本発明銅基合金No.１およびこれと同一組成の銅基合金No.１７〜２２を用いて、プレス加工時につけたそりの大きさと接合基板と接合後の平坦性について調査した。No.１、１７〜２２の銅基合金を、図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は、図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形とした。長辺側に図４（ａ）に示す湾曲状で、表４に示すそり量をつけた。
このようにプレス加工した板に接合基板を接合した。接合方法及び平坦度の測定方法、接合基板と接合後のそり量判定基準は実施例１と同じである。接合部健全性は、接合基板と接合後１００時間までに、はんだ接合部にクラックが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で評価した。そりつけ性は図６の装置だけではそりつけができず、レベラーやハンマーによる矯正が必要な場合を×、図６に示した装置でそり付け可能な場合は○で評価した。
【００２６】
【表４】
表４の結果から、本発明品No.１、１７〜１９は、接合基板と接合後の平坦性が優れ、且つはんだ接合部にクラック等の発生がなく、そりつけ性が優れている。一方、そりつけ量が０μm未満のNo.２０は接合基板と接合後の平坦性が劣っており、そり量が２００μｍより大きいNo.２１、２２ははんだ接合部にクラックが発生し健全性が劣っており、さらにそり付け性も劣っている。したがって本発明品はパワー半導体モジュールの放熱板として優れている。
【００２８】
[ 実施例３] 実施例１の表１に示す組成の本発明銅基合金No.１と同一組成の銅基合金No.２３〜３２を用いて、板の形状とそりつけ性について調査した。No.１銅基合金と同一組成の銅基合金について、実施例１の製法で板厚８．０ｍｍの試片を作製し、その後冷間圧延、焼鈍を繰り返して、表５に示すNo.２３〜３２の各種の板厚の試片を作製した。このように製造したNo.２３〜３２の銅基合金を図６に示した装置でプレス加工した。プレス後の板形状は表５に示す大きさ及びそり量とし、そり形状は図４（ａ）に示す湾曲状とした。そり量０μｍは、プレス後にそりつけを行わず、打抜き後の平坦性を調査するために実施した。
表５に示した本発明の形状であるNo.２３〜２７及び比較の形状であるNo.２８〜３２は、それぞれ１０枚ずつプレス加工した。そりつけ性の評価はレベラーやハンマーで矯正が必要な枚数で判定した。そり量の判定基準は狙い値±１０μｍ以内とした。
【００２９】
【表５】
表５の結果から、本発明の板形状であるNo.２３〜２７は、いずれもプレス後の板矯正が必要なく、プレス加工性に優れている。従って本発明品はプレス生産性に優れており、プレス打抜き後の平坦性も優れていることから、パワー半導体モジュールやＩＣパッケージ用放熱板として優れている。これに対して、板厚が０．１ｍｍ未満であるNo.２８、板厚が５ｍｍより大きいNo.３２、長辺が２００ｍｍより長いNo.２９〜３１はいずれもそり量にバラツキがあるので、そりつけ性が劣っている。
【００３１】
[ 実施例４] 実施例１の表１に示す本発明銅基合金No.１と同一組成の銅基合金No.３３〜３９を用いて、そり形状と、接合基板と放熱板のはんだ接合部健全性について調査した。No.１の本発明材と同一組成の銅基合金を、図６に示した装置でプレス加工した。プレス加工後の板形状は、図２に示したような長辺側Ｘ＝１００ｍｍ、短辺側Ｙ＝５０ｍｍの長方形とし、長辺側にｄｘ＝+８０μｍのそり量で、表６に示す曲率半径でそりをつけた。湾曲部は図４（ａ）、（ｃ）に示すようにそれぞれ１個か３個とした。３個の場合は中心部の曲率半径を一番小さくした。このようにプレス加工した板に接合基板を接合した。接合方法及び平坦度の測定方法、そり量判定基準は実施例１と同じである。接合部健全性は、接合基板接合後１００時間までに、はんだ接合部にクラックが発生した場合を×、発生しなかった場合を○で評価した。
【００３２】
【表６】
表６の結果から、本発明品であるNo.３３〜３６は、いずれも接合基板接合後の平坦性に優れ、はんだ接合部にクラックは発生しなかった。一方曲率半径が１００ｍｍ未満であるNo.３７〜３９は平坦度に劣り、はんだ接合部にクラックが発生した。更にNo.３８、３９は絶縁基板に割れが発生した。従って本発明品は、パワー半導体モジュール用放熱板として優れている。
【００３４】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明の銅基合金を使用した放熱板は強度、熱伝導性、耐熱性およびプレス加工性に優れ、組立工程、使用時における接合部信頼性に優れており、且つ安価に製造できることから、この放熱板を用いて特性の優れたパワー半導体モジュールやＩＣパッケージ等の半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パワー半導体モジュールの側面図である。
【図２】放熱板の長さ、そり量を記入した平面図、側面図である。
【図３】放熱板の復元力を示す側面図である。
【図４】放熱板のそり形状を示す側面図であり、（ａ）は湾曲状のそり形状、（ｂ）はＶ字型のそり形状、（ｃ）はＷ字型のそり形状の側面図である。
【図５】放熱板の加熱装置の側面図である。
【図６】銅基合金条材のプレス加工装置の断面図である。
【図７】接合基板の平面図、側面図である。
【図８】放熱板のそり量測定装置の側面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子
２ 金属―セラミックス接合基板
３ はんだ
４ 放熱板
５ 純銅板
６ 温度制御装置
７ ホットプレート
８ 試片
９ 材料
１０ レベラー
１１ プレス機
１２ 順送金型
１３ そりつけ部
１４ 銅パターン
１５ 絶縁基板
１６ 導体層
１７ ダイヤルゲージ
１８ 放熱板固定台
Ｘ 放熱板の長辺側長さ（ｍｍ）
Ｙ 放熱板の短辺側長さ（ｍｍ）
ｄｘ 放熱板の長辺側そり量（μｍ）
ｄｙ 放熱板の短辺側そり量（μｍ）
Claims (3)
- ０．２％耐力が３００Ｎ／ｍｍ2以上、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、４００℃で１０分間加熱後の０．２％耐力が該加熱前の０．２％耐力の９０％以上、該加熱後の結晶粒径が２５μｍ以下の銅基合金であって、該銅基合金がＦｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の元素とＰとを合計で０．０７〜０．２６％含有し残部が不可避不純物および銅からなり、各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり量がそれぞれ２００μｍ以下、厚さが０．１〜５ｍｍであることを特徴とする放熱板。
- 各辺の長さがそれぞれ１０〜２００ｍｍの正方形または長方形、該各辺のそり形状が湾曲状で曲率半径が１００ｍｍ以上、厚さが０．１〜５ｍｍである、請求項１に記載の放熱板。
- 請求項１または２に記載の放熱板を用いたことを特徴とするパワー半導体モジュールまたはＩＣパッケージ。
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