JPH06310620A - 半導体装置用放熱基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置用放熱基板及びその製造方法Info
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- JPH06310620A JPH06310620A JP12360093A JP12360093A JPH06310620A JP H06310620 A JPH06310620 A JP H06310620A JP 12360093 A JP12360093 A JP 12360093A JP 12360093 A JP12360093 A JP 12360093A JP H06310620 A JPH06310620 A JP H06310620A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子のＳｉやＧａＡｓ並びにアルミナ
等の各種パッケージ材料と熱膨張係数を整合させること
ができ、空孔や亀裂等の欠陥をなくした信頼性の高い半
導体装置用放熱基板を低コストで提供する。 【構成】 溶浸法又は焼結法により製造したＣｕ含有量
５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に加工率
５〜３０％の塑性加工を施すことにより、熱伝導率を同
じに維持したまま、熱膨張係数を低減させた半導体装置
用放熱基板。
等の各種パッケージ材料と熱膨張係数を整合させること
ができ、空孔や亀裂等の欠陥をなくした信頼性の高い半
導体装置用放熱基板を低コストで提供する。 【構成】 溶浸法又は焼結法により製造したＣｕ含有量
５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に加工率
５〜３０％の塑性加工を施すことにより、熱伝導率を同
じに維持したまま、熱膨張係数を低減させた半導体装置
用放熱基板。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に用いられ
る放熱基板、特にＭｏ−Ｃｕ系合金からなる半導体装置
用放熱基板、及びその製造方法に関する。
る放熱基板、特にＭｏ−Ｃｕ系合金からなる半導体装置
用放熱基板、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置用放熱基板には、搭載した半
導体素子から発生される熱を効率良く放熱するため高い
熱伝導度を有することと共に、熱応力を極力小さくする
ため半導体素子や各種パッケージ材料と熱膨張係数が近
似していること、即ち熱膨張係数が整合していること、
パッケージの気密性維持や接合部の劣化防止等の信頼性
を確保し且つ所望の放熱性等を確実にするため、空孔や
亀裂等の欠陥が存在しないこと、及び低コスト即ち経済
性に優れることが要求される。
導体素子から発生される熱を効率良く放熱するため高い
熱伝導度を有することと共に、熱応力を極力小さくする
ため半導体素子や各種パッケージ材料と熱膨張係数が近
似していること、即ち熱膨張係数が整合していること、
パッケージの気密性維持や接合部の劣化防止等の信頼性
を確保し且つ所望の放熱性等を確実にするため、空孔や
亀裂等の欠陥が存在しないこと、及び低コスト即ち経済
性に優れることが要求される。
【０００３】一方、従来より一般的に使用されている半
導体装置用放熱基板としては、金属材料のＣｕ、Ｗ又は
Ｍｏ、溶浸法により製造される溶浸合金又は焼結法によ
り製造される焼結合金でＷ−Ｃｕ系又はＭｏ−Ｃｕ系の
溶浸又は焼結合金、及びクラッド材のＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
等がある。しかしながら、これらの材料も上記の全ての
要求を満たすものは少なく、それぞれが長所と短所を有
することから、特定の半導体素子やパッケージとの組み
合わせ等に限って使用している現状である。
導体装置用放熱基板としては、金属材料のＣｕ、Ｗ又は
Ｍｏ、溶浸法により製造される溶浸合金又は焼結法によ
り製造される焼結合金でＷ−Ｃｕ系又はＭｏ−Ｃｕ系の
溶浸又は焼結合金、及びクラッド材のＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
等がある。しかしながら、これらの材料も上記の全ての
要求を満たすものは少なく、それぞれが長所と短所を有
することから、特定の半導体素子やパッケージとの組み
合わせ等に限って使用している現状である。
【０００４】例えば、Ｃｕは熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫ
と高く且つ経済性にも優れるが、熱膨張係数が１６.５
×１０-6／℃と非常に大きいため、半導体素子のＳｉの
熱膨張係数４.２×１０-6／℃及びＧａＡｓの熱膨張係
数６.７×１０-6／℃、主なるパッケージ材料であるア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の熱膨張係数６〜９×１０-6／℃と
大きく相違し、この欠点のため小型のＬＳＩ、ＩＣ、パ
ワートランジスタの内で特に製造時にロウ付け接合等の
高温での熱処理のないものに限って使用されている。
と高く且つ経済性にも優れるが、熱膨張係数が１６.５
×１０-6／℃と非常に大きいため、半導体素子のＳｉの
熱膨張係数４.２×１０-6／℃及びＧａＡｓの熱膨張係
数６.７×１０-6／℃、主なるパッケージ材料であるア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の熱膨張係数６〜９×１０-6／℃と
大きく相違し、この欠点のため小型のＬＳＩ、ＩＣ、パ
ワートランジスタの内で特に製造時にロウ付け接合等の
高温での熱処理のないものに限って使用されている。
【０００５】又、ＷとＭｏについては、熱膨張係数がそ
れぞれ４.３×１０-6／℃及び４.９×１０-6／℃とＳｉ
の熱膨張係数に近似しているものの、通常最も広範に利
用されているパッケージ材料であるアルミナとの熱膨張
係数の差が大きく、この整合性の欠如のためアルミナの
パッケージでは補助的な部分にしか使用されていない現
状である。
れぞれ４.３×１０-6／℃及び４.９×１０-6／℃とＳｉ
の熱膨張係数に近似しているものの、通常最も広範に利
用されているパッケージ材料であるアルミナとの熱膨張
係数の差が大きく、この整合性の欠如のためアルミナの
パッケージでは補助的な部分にしか使用されていない現
状である。
【０００６】Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ等のクラッド材では、そ
の熱膨張係数を主なパッケージ材料であるアルミナに整
合させるためには、Ｍｏ等の基材層の厚さをかなり薄く
する必要があるが、クラッド後の厚みのバラツキを抑え
て均一化することが技術的に難しいため、基材層が薄く
なるほど熱膨張係数や熱伝導率の均一性に欠け、信頼性
が乏しくなるという問題がある。
の熱膨張係数を主なパッケージ材料であるアルミナに整
合させるためには、Ｍｏ等の基材層の厚さをかなり薄く
する必要があるが、クラッド後の厚みのバラツキを抑え
て均一化することが技術的に難しいため、基材層が薄く
なるほど熱膨張係数や熱伝導率の均一性に欠け、信頼性
が乏しくなるという問題がある。
【０００７】Ｗ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金及びＭｏ−Ｃｕ
溶浸又は焼結合金は、特公平２−３１８６３号公報に示
されるごとく、Ｗ又はＭｏの多孔質焼結体中にＣｕを溶
浸させる溶浸法か、Ｗ又はＭｏ粉末とＣｕ粉末を混合し
て焼結する焼結法により製造され、Ｃｕ含有量を変える
ことによって熱伝導率を変化させ、且つまた熱膨張係数
を半導体素子やパッケージ材料の熱膨張係数に整合させ
ることが可能である。例えば、Ｃｕ含有量を少なくすれ
ば熱膨張係数が低下し、数重量％のＣｕ含有量でアルミ
ナと熱膨張係数の整合を得ることができる。
溶浸又は焼結合金は、特公平２−３１８６３号公報に示
されるごとく、Ｗ又はＭｏの多孔質焼結体中にＣｕを溶
浸させる溶浸法か、Ｗ又はＭｏ粉末とＣｕ粉末を混合し
て焼結する焼結法により製造され、Ｃｕ含有量を変える
ことによって熱伝導率を変化させ、且つまた熱膨張係数
を半導体素子やパッケージ材料の熱膨張係数に整合させ
ることが可能である。例えば、Ｃｕ含有量を少なくすれ
ば熱膨張係数が低下し、数重量％のＣｕ含有量でアルミ
ナと熱膨張係数の整合を得ることができる。
【０００８】しかし、Ｗ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金及びＭ
ｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金は、Ｗ又はＭｏの含有量が多
くなるほど原料コストがかさむうえ、溶浸法によるＷ−
Ｃｕ又はＭｏ−Ｃｕ溶浸合金の場合は、余剰のＣｕが表
面に付着するため全面切削加工してこれを除去するが、
この切削加工により面粗さが粗くなるのでその後ラップ
加工を行う必要があり、このため後加工工程が長くなっ
てコスト高になる欠点がある。又、Ｗ又はＭｏの含有量
を多くするほど比重が大きくなり、特にＷ−Ｃｕ溶浸又
は焼結合金では比重の大きさが半導体装置の軽量化の点
で障害となっている。
ｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金は、Ｗ又はＭｏの含有量が多
くなるほど原料コストがかさむうえ、溶浸法によるＷ−
Ｃｕ又はＭｏ−Ｃｕ溶浸合金の場合は、余剰のＣｕが表
面に付着するため全面切削加工してこれを除去するが、
この切削加工により面粗さが粗くなるのでその後ラップ
加工を行う必要があり、このため後加工工程が長くなっ
てコスト高になる欠点がある。又、Ｗ又はＭｏの含有量
を多くするほど比重が大きくなり、特にＷ−Ｃｕ溶浸又
は焼結合金では比重の大きさが半導体装置の軽量化の点
で障害となっている。
【０００９】更に、Ｗ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金及びＭｏ
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金は、Ｗ又はＭｏの含有量が多く
なるにつれて空孔等の欠陥が生じやすく、特に焼結法に
よる場合には溶浸法のようにＷやＭｏの骨格が形成され
ないので、Ｗ又はＭｏの含有量を増やすほどＣｕ部に微
小な空孔等の欠陥が生じ易くなる欠点がある。空孔等の
欠陥が存在する放熱基板は、メッキを施した場合に欠陥
部分にメッキの膨れ、染み、ムラ等が発生し、又パッケ
ージとの接合部が欠陥により劣化して気密性や耐熱衝撃
性が損なわれるため、信頼性を要求される半導体装置用
放熱基板としては殆ど使用されていない現状である。
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金は、Ｗ又はＭｏの含有量が多く
なるにつれて空孔等の欠陥が生じやすく、特に焼結法に
よる場合には溶浸法のようにＷやＭｏの骨格が形成され
ないので、Ｗ又はＭｏの含有量を増やすほどＣｕ部に微
小な空孔等の欠陥が生じ易くなる欠点がある。空孔等の
欠陥が存在する放熱基板は、メッキを施した場合に欠陥
部分にメッキの膨れ、染み、ムラ等が発生し、又パッケ
ージとの接合部が欠陥により劣化して気密性や耐熱衝撃
性が損なわれるため、信頼性を要求される半導体装置用
放熱基板としては殆ど使用されていない現状である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、半導体素子のＳｉやＧａＡｓ並びに各種
パッケージ材料、特にアルミナと熱膨張係数を整合させ
ることができ、空孔や亀裂等の欠陥をなくした信頼性の
高いＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる半導体装置用
放熱基板を、低コストで提供することを目的とする。
の事情に鑑み、半導体素子のＳｉやＧａＡｓ並びに各種
パッケージ材料、特にアルミナと熱膨張係数を整合させ
ることができ、空孔や亀裂等の欠陥をなくした信頼性の
高いＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる半導体装置用
放熱基板を、低コストで提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する半導体装置用放熱基板は、塑性加
工を施したＣｕ含有量５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸
又は焼結合金からなることを特徴とする。
め、本発明が提供する半導体装置用放熱基板は、塑性加
工を施したＣｕ含有量５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸
又は焼結合金からなることを特徴とする。
【００１２】又、本発明の半導体装置用放熱基板の製造
方法は、Ｃｕ含有量５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ合金を
溶浸法又は焼結法により製造し、得られたＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金に加工率５〜３０％の塑性加工を施すこ
とを特徴とする。
方法は、Ｃｕ含有量５〜３０重量％のＭｏ−Ｃｕ合金を
溶浸法又は焼結法により製造し、得られたＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金に加工率５〜３０％の塑性加工を施すこ
とを特徴とする。
【００１３】
【作用】溶浸法又は焼結法によるＭｏ−Ｃｕ合金は放熱
基板材料として既に知られているが、本発明者等はこの
Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に塑性加工を施すことによ
って、塑性加工前と同じ熱伝導率を維持しながら、塑性
加工前よりも熱膨張係数が大幅に低下することを見いだ
した。例えば、Ｍｏ−Ｃｕ溶浸合金を加工率１０％で塑
性加工した場合、塑性加工前後の熱膨張係数（８００
℃）はＣｕ含有量によって図１に示すごとく変化する。
この理由は現時点では明らかでないが、塑性加工によっ
て合金の複合化構造が一層ミクロに微細化されるためと
考えられる。
基板材料として既に知られているが、本発明者等はこの
Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に塑性加工を施すことによ
って、塑性加工前と同じ熱伝導率を維持しながら、塑性
加工前よりも熱膨張係数が大幅に低下することを見いだ
した。例えば、Ｍｏ−Ｃｕ溶浸合金を加工率１０％で塑
性加工した場合、塑性加工前後の熱膨張係数（８００
℃）はＣｕ含有量によって図１に示すごとく変化する。
この理由は現時点では明らかでないが、塑性加工によっ
て合金の複合化構造が一層ミクロに微細化されるためと
考えられる。
【００１４】この図１から判るように、加工率１０％の
塑性加工を加えることによって得られる本発明のＭｏ−
Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係数は、塑性加工を施し
ていないＣｕ含有量が同一の従来のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は
焼結合金に比べ、熱膨張係数が約１.０×１０-6／℃低
減される。しかも、各Ｃｕ含有量毎に図１の括弧中に付
記した通り、Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱伝導率は
塑性加工の前後で変わらない。又、図１中に点線で示し
た熱膨張係数７.０〜８.０×１０-6／℃の範囲は、パッ
ケージ材料として汎用されているアルミナとの組み合わ
せで許容できるＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係
数の範囲である。
塑性加工を加えることによって得られる本発明のＭｏ−
Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係数は、塑性加工を施し
ていないＣｕ含有量が同一の従来のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は
焼結合金に比べ、熱膨張係数が約１.０×１０-6／℃低
減される。しかも、各Ｃｕ含有量毎に図１の括弧中に付
記した通り、Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱伝導率は
塑性加工の前後で変わらない。又、図１中に点線で示し
た熱膨張係数７.０〜８.０×１０-6／℃の範囲は、パッ
ケージ材料として汎用されているアルミナとの組み合わ
せで許容できるＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係
数の範囲である。
【００１５】従って、熱膨張係数をアルミナと整合させ
るため例えば７.５×１０-6／℃に定める場合、従来の
Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金（塑性加工なし）では９５
重量％のＭｏ含有量が必要で、必然的に高価で熱伝導率
も１２０Ｗ／ｍＫと低くなるが、本発明のＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金によれば８５重量％の少ないＭｏ含有量
で良く、しかもＣｕ含有量の増加によって低コストで且
つ熱伝導率も約１６０Ｗ／ｍＫ程度に増加した放熱基板
を得ることが出来る。
るため例えば７.５×１０-6／℃に定める場合、従来の
Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金（塑性加工なし）では９５
重量％のＭｏ含有量が必要で、必然的に高価で熱伝導率
も１２０Ｗ／ｍＫと低くなるが、本発明のＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金によれば８５重量％の少ないＭｏ含有量
で良く、しかもＣｕ含有量の増加によって低コストで且
つ熱伝導率も約１６０Ｗ／ｍＫ程度に増加した放熱基板
を得ることが出来る。
【００１６】この様に、本発明の塑性加工を施したＭｏ
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる放熱基板は、塑性加工
を施していないＣｕ含有量が同一のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は
焼結合金からなる放熱基板に比べ、熱伝導率が同一であ
りながら、熱膨張係数を低減することが出来る。又、塑
性加工を施していない熱膨張係数が同一のＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金からなる放熱基板に比べれば、Ｃｕ含有
量及び熱伝導率を増加させることができ、より低コスト
の放熱基板を提供することが可能となる。
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる放熱基板は、塑性加工
を施していないＣｕ含有量が同一のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は
焼結合金からなる放熱基板に比べ、熱伝導率が同一であ
りながら、熱膨張係数を低減することが出来る。又、塑
性加工を施していない熱膨張係数が同一のＭｏ−Ｃｕ溶
浸又は焼結合金からなる放熱基板に比べれば、Ｃｕ含有
量及び熱伝導率を増加させることができ、より低コスト
の放熱基板を提供することが可能となる。
【００１７】又、本発明の放熱基板では、Ｍｏ含有量の
低減によりＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の比重が小さく
なり、特に同程度の熱膨張係数のＷ−Ｃｕ溶浸又は焼結
合金の放熱基板に比べ比重が約６０％小さくなるので、
半導体装置の軽量化にも適している。
低減によりＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の比重が小さく
なり、特に同程度の熱膨張係数のＷ−Ｃｕ溶浸又は焼結
合金の放熱基板に比べ比重が約６０％小さくなるので、
半導体装置の軽量化にも適している。
【００１８】本発明においては、Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金の熱膨張係数はＣｕ含有量と塑性加工の加工率に
より精密に調整することができ、且つ熱膨張係数の低減
の程度は塑性加工の加工率に依存する。この加工率が５
％未満では熱膨張係数の低減は僅かであるが、熱膨張係
数を塑性加工前に比べて有意差のある０.５×１０-6／
℃以上低減させるためには５％以上の加工率が必要であ
る。しかし、加工率が３０％を越えると塑性加工の巾方
向端に割れが生じ易くなるので、５〜３０％の加工率が
好ましい。
結合金の熱膨張係数はＣｕ含有量と塑性加工の加工率に
より精密に調整することができ、且つ熱膨張係数の低減
の程度は塑性加工の加工率に依存する。この加工率が５
％未満では熱膨張係数の低減は僅かであるが、熱膨張係
数を塑性加工前に比べて有意差のある０.５×１０-6／
℃以上低減させるためには５％以上の加工率が必要であ
る。しかし、加工率が３０％を越えると塑性加工の巾方
向端に割れが生じ易くなるので、５〜３０％の加工率が
好ましい。
【００１９】又、本発明に係わるＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金のＣｕ含有量は、放熱基板としてＭｏ基板に比べ
て利用価値のある５重量％以上であり、且つ熱膨張係数
の点で放熱基板として通常利用できる範囲を考慮して３
０重量％以下とする。特に、パッケージ材料として最も
広く使用されているアルミナと組み合わせる場合には、
熱膨張係数の整合を得るため、Ｃｕ含有量を１０〜２０
重量％とすることが好ましい。
結合金のＣｕ含有量は、放熱基板としてＭｏ基板に比べ
て利用価値のある５重量％以上であり、且つ熱膨張係数
の点で放熱基板として通常利用できる範囲を考慮して３
０重量％以下とする。特に、パッケージ材料として最も
広く使用されているアルミナと組み合わせる場合には、
熱膨張係数の整合を得るため、Ｃｕ含有量を１０〜２０
重量％とすることが好ましい。
【００２０】尚、本発明に係わるＭｏ−Ｃｕ溶浸は、合
金のＣｕ含有量と塑性加工の加工率により定まる熱膨張
係数に応じ、放熱基板として各種の半導体素子又はパッ
ケージ材料等と組み合わせて利用出来る。例えばＣｕ含
有量が５重量％の合金は図１から判るように加工率１０
％で約６.５×１０-6／℃の熱膨張係数となり、ＧａＡ
ｓ半導体素子を支障なく搭載し得る。又、絶縁材フォル
ステライトは熱膨張係数が１０.６×１０-6／℃である
から、Ｃｕ含有量３０重量％で加工率１０％のＭｏ−Ｃ
ｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係数と良く一致している。
金のＣｕ含有量と塑性加工の加工率により定まる熱膨張
係数に応じ、放熱基板として各種の半導体素子又はパッ
ケージ材料等と組み合わせて利用出来る。例えばＣｕ含
有量が５重量％の合金は図１から判るように加工率１０
％で約６.５×１０-6／℃の熱膨張係数となり、ＧａＡ
ｓ半導体素子を支障なく搭載し得る。又、絶縁材フォル
ステライトは熱膨張係数が１０.６×１０-6／℃である
から、Ｃｕ含有量３０重量％で加工率１０％のＭｏ−Ｃ
ｕ溶浸又は焼結合金の熱膨張係数と良く一致している。
【００２１】次に、本発明の放熱基板の製造方法につい
て説明する。本発明方法は、公知の溶浸法又は焼結法に
よりＭｏ−Ｃｕ合金を製造し、この合金に塑性加工を施
してＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる放熱基板とす
るものである。
て説明する。本発明方法は、公知の溶浸法又は焼結法に
よりＭｏ−Ｃｕ合金を製造し、この合金に塑性加工を施
してＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる放熱基板とす
るものである。
【００２２】Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金の製造方法と
して、まず溶浸法ではＭｏ粉末を加圧成形し、この成形
体を非酸化性雰囲気中で所定の空孔を有するように焼結
し、得られた多孔質焼結体に溶融させたＣｕを含浸させ
る。具体的には、平均粒径１〜４０μｍのＭｏ粉末を加
圧成形した後、１３００〜１６００℃の非酸化性雰囲気
中で焼結して空孔率を調節した多孔質焼結体を製造し、
これにＣｕを含浸させることによりＭｏ−Ｃｕ溶浸合金
が得られる。
して、まず溶浸法ではＭｏ粉末を加圧成形し、この成形
体を非酸化性雰囲気中で所定の空孔を有するように焼結
し、得られた多孔質焼結体に溶融させたＣｕを含浸させ
る。具体的には、平均粒径１〜４０μｍのＭｏ粉末を加
圧成形した後、１３００〜１６００℃の非酸化性雰囲気
中で焼結して空孔率を調節した多孔質焼結体を製造し、
これにＣｕを含浸させることによりＭｏ−Ｃｕ溶浸合金
が得られる。
【００２３】Ｍｏ粉末の平均粒径が１μｍ未満では粉末
コストが高くなり、逆に４０μｍを越える粗粒ではＭｏ
粒子が焼結時の粒成長により更に粗大化し、熱伝導率の
バラツキが大きくなるから好ましくない。尚、Ｍｏ粉末
は粗粒と微粒を適度に混ぜて使用すると、成形性並びに
焼結性が改善され好ましい。焼結雰囲気については非酸
化性雰囲気であれば良いが、中でも水素雰囲気又は真空
雰囲気が好ましい。しかし、焼結温度については、１３
００℃未満では充分な強度を持ったＭｏ骨格が形成され
ず、１６００℃を越えると焼結が進行し過ぎるため一部
に独立空孔が生じ、所望のＣｕ含有量が得られないの
で、１３００〜１６００℃とする必要がある。
コストが高くなり、逆に４０μｍを越える粗粒ではＭｏ
粒子が焼結時の粒成長により更に粗大化し、熱伝導率の
バラツキが大きくなるから好ましくない。尚、Ｍｏ粉末
は粗粒と微粒を適度に混ぜて使用すると、成形性並びに
焼結性が改善され好ましい。焼結雰囲気については非酸
化性雰囲気であれば良いが、中でも水素雰囲気又は真空
雰囲気が好ましい。しかし、焼結温度については、１３
００℃未満では充分な強度を持ったＭｏ骨格が形成され
ず、１６００℃を越えると焼結が進行し過ぎるため一部
に独立空孔が生じ、所望のＣｕ含有量が得られないの
で、１３００〜１６００℃とする必要がある。
【００２４】焼結法においては、Ｍｏ粉末とＣｕ粉末を
混合して加圧成形し、成形体を非酸化性雰囲気中で焼結
する。具体的には、平均粒径１〜４０μｍのＭｏ粉末と
Ｃｕ粉末を混合し、加圧成形した後、１３００〜１６０
０℃の非酸化性雰囲気中で焼結することによって、焼結
と同時にＣｕがＭｏ粒子の間に充填されてＭｏ−Ｃｕ焼
結合金が得られる。尚、焼結法における原料粉末、焼結
雰囲気及び焼結温度の考え方は、溶浸法と同様である。
混合して加圧成形し、成形体を非酸化性雰囲気中で焼結
する。具体的には、平均粒径１〜４０μｍのＭｏ粉末と
Ｃｕ粉末を混合し、加圧成形した後、１３００〜１６０
０℃の非酸化性雰囲気中で焼結することによって、焼結
と同時にＣｕがＭｏ粒子の間に充填されてＭｏ−Ｃｕ焼
結合金が得られる。尚、焼結法における原料粉末、焼結
雰囲気及び焼結温度の考え方は、溶浸法と同様である。
【００２５】本発明方法においては、上記溶浸法又は焼
結法のいずれかにより製造したＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結
合金を更に塑性加工するのであるが、溶浸法と焼結法の
いずれによるか、及び塑性加工の方法並びにその加工率
の選定については、放熱基板としての用途及び生産形態
等に応じて適宜選ぶことが出来る。又、塑性加工法につ
いては、熱間又は温間で塑性加工すれば少ない荷重でよ
り高い加工率を達成することが可能であるが、Ｃｕの酸
化防止あるいは設備の保守等を考慮すると冷間での塑性
加工が望ましく、特に冷間一軸加圧法又は冷間圧延法が
好ましい。尚、塑性加工の加工率は前記の通り５〜３０
％が好ましい。
結法のいずれかにより製造したＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結
合金を更に塑性加工するのであるが、溶浸法と焼結法の
いずれによるか、及び塑性加工の方法並びにその加工率
の選定については、放熱基板としての用途及び生産形態
等に応じて適宜選ぶことが出来る。又、塑性加工法につ
いては、熱間又は温間で塑性加工すれば少ない荷重でよ
り高い加工率を達成することが可能であるが、Ｃｕの酸
化防止あるいは設備の保守等を考慮すると冷間での塑性
加工が望ましく、特に冷間一軸加圧法又は冷間圧延法が
好ましい。尚、塑性加工の加工率は前記の通り５〜３０
％が好ましい。
【００２６】従来の溶浸法で製造する放熱基板では、Ｍ
ｏ−Ｃｕ溶浸合金の表面に付着した余剰のＣｕを全面切
削加工で除去し、更に切削加工により粗くなった表面を
ラップ加工する必要があったため、後加工工程が長くな
って放熱基板がコスト高になっていた。これに対し本発
明方法によれば、塑性加工を行うためラップ加工を省略
又は大幅に軽減することができ、Ｍｏ含有量の低減と相
俟って、放熱基板のコストを大幅に低減することが出来
る。
ｏ−Ｃｕ溶浸合金の表面に付着した余剰のＣｕを全面切
削加工で除去し、更に切削加工により粗くなった表面を
ラップ加工する必要があったため、後加工工程が長くな
って放熱基板がコスト高になっていた。これに対し本発
明方法によれば、塑性加工を行うためラップ加工を省略
又は大幅に軽減することができ、Ｍｏ含有量の低減と相
俟って、放熱基板のコストを大幅に低減することが出来
る。
【００２７】更に、従来のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金
ではＭｏ含有量が多くなるにつれて空孔等の欠陥が多発
していたが、本発明方法では塑性加工を行うので、空孔
等の欠陥を無くし、合金の密度比をほぼ１００％にする
ことができる。その結果、放熱基板にメッキを施した場
合に欠陥に起因するメッキの膨れ、染み、ムラ等の発生
がなくなり、又パッケージとの接合部が欠陥により劣化
することがなく、パッケージの気密性や耐熱衝撃性を保
持できるため、高い信頼性を要求される用途にも半導体
装置用放熱基板として使用できる。
ではＭｏ含有量が多くなるにつれて空孔等の欠陥が多発
していたが、本発明方法では塑性加工を行うので、空孔
等の欠陥を無くし、合金の密度比をほぼ１００％にする
ことができる。その結果、放熱基板にメッキを施した場
合に欠陥に起因するメッキの膨れ、染み、ムラ等の発生
がなくなり、又パッケージとの接合部が欠陥により劣化
することがなく、パッケージの気密性や耐熱衝撃性を保
持できるため、高い信頼性を要求される用途にも半導体
装置用放熱基板として使用できる。
【００２８】
【実施例】平均粒径３.０μｍのＭｏ粉末を２ｔｏｎ／
ｃｍ2の圧力で型押成形し、寸法が１００ｍｍ×５０ｍ
ｍ×３ｍｍの成形体を作製し、水素ガス雰囲気中におい
て１３００〜１６００℃で焼結し、Ｍｏの多孔質焼結体
を製造した。その後、この多孔質焼結体を水素ガス雰囲
気中で１１００〜１４００℃に加熱し、溶融したＣｕを
多孔質焼結体の空孔内に含浸させて、表１に示す溶浸法
による各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸合金を得た。
ｃｍ2の圧力で型押成形し、寸法が１００ｍｍ×５０ｍ
ｍ×３ｍｍの成形体を作製し、水素ガス雰囲気中におい
て１３００〜１６００℃で焼結し、Ｍｏの多孔質焼結体
を製造した。その後、この多孔質焼結体を水素ガス雰囲
気中で１１００〜１４００℃に加熱し、溶融したＣｕを
多孔質焼結体の空孔内に含浸させて、表１に示す溶浸法
による各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸合金を得た。
【００２９】一方、平均粒径３.０μｍのＭｏ粉末と平
均粒径２.０μｍのＣｕ粉末とを混合し、２ｔｏｎ／ｃ
ｍ2の圧力で型押成形して上記と同一寸法の成形体を作
製し、水素ガス雰囲気中において１３００〜１６００℃
で焼結することによって、表１に示す焼結法による各Ｍ
ｏ−Ｃｕ焼結合金を製造した。
均粒径２.０μｍのＣｕ粉末とを混合し、２ｔｏｎ／ｃ
ｍ2の圧力で型押成形して上記と同一寸法の成形体を作
製し、水素ガス雰囲気中において１３００〜１６００℃
で焼結することによって、表１に示す焼結法による各Ｍ
ｏ−Ｃｕ焼結合金を製造した。
【００３０】かくして得られた溶浸法と焼結法の各Ｍｏ
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金を、表面の余剰Ｃｕや汚れを除
去するために表面粗研削し、寸法を８０ｍｍ×４０ｍｍ
×２ｍｍに加工した。その後、各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金から試料片を切り出して、それぞれ塑性加工前の
熱伝導率及び熱膨張係数を測定した結果を表１に示し
た。
−Ｃｕ溶浸又は焼結合金を、表面の余剰Ｃｕや汚れを除
去するために表面粗研削し、寸法を８０ｍｍ×４０ｍｍ
×２ｍｍに加工した。その後、各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金から試料片を切り出して、それぞれ塑性加工前の
熱伝導率及び熱膨張係数を測定した結果を表１に示し
た。
【００３１】その後、各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に
ついて、表１に示すように冷間圧延法又は冷間一軸加圧
法により加工率３〜３５％の塑性加工をそれぞれ施し
た。塑性加工後の各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金から試
料片を切り出し、それぞれ塑性加工後の熱伝導率及び熱
膨張係数を測定した結果を表１に併せて示した。尚、熱
伝導率は塑性加工の前後で変化が無かった。
ついて、表１に示すように冷間圧延法又は冷間一軸加圧
法により加工率３〜３５％の塑性加工をそれぞれ施し
た。塑性加工後の各Ｍｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金から試
料片を切り出し、それぞれ塑性加工後の熱伝導率及び熱
膨張係数を測定した結果を表１に併せて示した。尚、熱
伝導率は塑性加工の前後で変化が無かった。
【００３２】
【表１】 Cu量 合金 熱伝導率 冷間塑性 加工率 熱膨張係数(×10-6／℃)試料 (wt％) 製法 (W／mK) 加工方法 (％) 塑性加工前 塑性加工後 1 5 溶浸 120 圧延ロール 10 7.5 6.5 2 10 〃 140 〃 10 8.0 7.0 3 20 〃 180 〃 10 9.1 8.0 4 25 〃 190 〃 10 10.0 8.9 5 30 〃 200 〃 10 12.1 11.0 6 5 焼結 110 〃 10 7.4 6.5 7 10 〃 130 〃 10 7.9 7.0 8 20 〃 170 〃 10 9.1 8.2 9 25 〃 180 〃 10 10.5 9.0 10 30 〃 190 一軸加圧 10 13.0 11.0 11 10 溶浸 140 〃 10 8.0 7.0 12 10 焼結 130 圧延ロール 10 7.9 7.0 13 10 溶浸 140 〃 25 8.0 6.8 14 10 〃 140 〃 5 8.0 7.2 15 10 焼結 130 〃 25 7.9 6.8 16 10 〃 130 〃 5 7.9 7.2 17＊ 10 溶浸 140 〃 3 8.0 7.9 18＊ 10 〃 140 〃 35(割れ) 8.0 6.5 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【００３３】表１の結果から判るように、塑性加工にお
ける加工率が３％の試料１７では熱膨張係数の低減が極
めて少なく、加工率が３５％の試料１８は熱膨張係数が
低減されるものの塑性加工後に巾方向端部に割れが生
じ、放熱基板として品質が不適当であった。一方、加工
率が１０％及び２５％の本発明の各試料１〜１６では、
合金製造法が溶浸法又は焼結法のいずれであっても、更
に塑性加工の方法いかんに拘らず、塑性加工によって高
い熱伝導率を維持しながら熱膨張係数が０.７×１０-6
／℃以上低減されている。
ける加工率が３％の試料１７では熱膨張係数の低減が極
めて少なく、加工率が３５％の試料１８は熱膨張係数が
低減されるものの塑性加工後に巾方向端部に割れが生
じ、放熱基板として品質が不適当であった。一方、加工
率が１０％及び２５％の本発明の各試料１〜１６では、
合金製造法が溶浸法又は焼結法のいずれであっても、更
に塑性加工の方法いかんに拘らず、塑性加工によって高
い熱伝導率を維持しながら熱膨張係数が０.７×１０-6
／℃以上低減されている。
【００３４】又、Ｃｕ含有量が１０重量％のＭｏ−Ｃｕ
焼結合金（試料７）について、塑性加工前後の試料の断
面を電子顕微鏡観察した。塑性加工前は図２に示すよう
にＭｏ粒子がほぼ球形で、部分的に空孔（黒色部分）の
存在が認められるが、塑性加工後には図３に示すように
Ｍｏ粒子が偏平に変形し、密度比１００％に緻密化され
て、空孔の無い健全な金属組織になっていることが判明
した。
焼結合金（試料７）について、塑性加工前後の試料の断
面を電子顕微鏡観察した。塑性加工前は図２に示すよう
にＭｏ粒子がほぼ球形で、部分的に空孔（黒色部分）の
存在が認められるが、塑性加工後には図３に示すように
Ｍｏ粒子が偏平に変形し、密度比１００％に緻密化され
て、空孔の無い健全な金属組織になっていることが判明
した。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子のＳｉやＧ
ａＡｓ並びに各種パッケージ材料、特にアルミナと熱膨
張係数を簡単且つ精密に整合させることができ、空孔や
亀裂等の欠陥が無く信頼性の高いＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金からなる半導体装置用放熱基板を、低コストで提
供することが出来る。
ａＡｓ並びに各種パッケージ材料、特にアルミナと熱膨
張係数を簡単且つ精密に整合させることができ、空孔や
亀裂等の欠陥が無く信頼性の高いＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼
結合金からなる半導体装置用放熱基板を、低コストで提
供することが出来る。
【図１】溶浸法によるＭｏ−Ｃｕ溶浸合金を加工率１０
％で塑性加工した時の塑性加工前後の熱膨張係数（８０
０℃）と、Ｃｕ含有量との関係を示すグラフである。各
Ｃｕ含有量毎に括弧中に付記した値は当該合金の熱伝導
率である。
％で塑性加工した時の塑性加工前後の熱膨張係数（８０
０℃）と、Ｃｕ含有量との関係を示すグラフである。各
Ｃｕ含有量毎に括弧中に付記した値は当該合金の熱伝導
率である。
【図２】焼結法によるＣｕ含有量１０重量％のＭｏ−Ｃ
ｕ溶浸合金の塑性加工前における金属組織の電子顕微写
真（４００倍）である。
ｕ溶浸合金の塑性加工前における金属組織の電子顕微写
真（４００倍）である。
【図３】焼結法によるＣｕ含有量１０重量％のＭｏ−Ｃ
ｕ溶浸合金の塑性加工後における金属組織の電子顕微写
真（４００倍）である。
ｕ溶浸合金の塑性加工後における金属組織の電子顕微写
真（４００倍）である。
Claims (7)
- 【請求項１】 塑性加工を施したＣｕ含有量５〜３０重
量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる半導体装置
用放熱基板。 - 【請求項２】 Ｃｕ含有量が１０〜２０重量％であるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置用放熱基
板。 - 【請求項３】 空孔が存在せず、密度比がほぼ１００％
であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導
体装置用放熱基板。 - 【請求項４】 塑性加工を施していないＣｕ含有量が同
一のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金からなる放熱基板に比
べ、熱伝導率が同一で、熱膨張係数が０.５×１０-6／
℃以上低減されていることを特徴とする、請求項１ない
し３のいずれかに記載の半導体装置用放熱基板。 - 【請求項５】 溶浸法又は焼結法によりＣｕ含有量５〜
３０重量％のＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金を製造し、得
られたＭｏ−Ｃｕ溶浸又は焼結合金に加工率５〜３０％
の塑性加工を施すことを特徴とする半導体装置用放熱基
板の製造方法。 - 【請求項６】 Ｃｕ含有量を１０〜２０重量％とするこ
とを特徴とする、請求項５に記載の半導体装置用放熱基
板の製造方法。 - 【請求項７】 塑性加工法が冷間一軸加圧法又は冷間圧
延法であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の
半導体装置用放熱基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12360093A JPH06310620A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 半導体装置用放熱基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12360093A JPH06310620A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 半導体装置用放熱基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310620A true JPH06310620A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14864629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12360093A Pending JPH06310620A (ja) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | 半導体装置用放熱基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06310620A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7547412B2 (en) | 2002-10-28 | 2009-06-16 | A.L.M.T. Corporation | Composite material, method for producing same and member using same |
-
1993
- 1993-04-27 JP JP12360093A patent/JPH06310620A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7547412B2 (en) | 2002-10-28 | 2009-06-16 | A.L.M.T. Corporation | Composite material, method for producing same and member using same |
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