JPH1060553A - 半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方法 - Google Patents

半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方法

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JPH1060553A
JPH1060553A JP8245260A JP24526096A JPH1060553A JP H1060553 A JPH1060553 A JP H1060553A JP 8245260 A JP8245260 A JP 8245260A JP 24526096 A JP24526096 A JP 24526096A JP H1060553 A JPH1060553 A JP H1060553A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱基板と半導体素子の熱膨張係数を類似に
すると共に製造コストを節減させ、特に焼結理論密度に
近接させるに好適な放熱板用Cu−W合金基板の製造方
法を提供すること。 【解決手段】 W酸化物(WOx、x=2.0〜3.
0)とCu酸化物(CuxO、x=1.0〜2.0)と
を機械的に高速混合する工程と、高速混合によって得ら
れた混合物を還元する工程と、還元された混合物を成型
及び焼結する工程とからなる。出発原料としてW酸化物
及びCu酸化物を直接使用することによりコストを節減
できる。また、W酸化物及びCu酸化物が機械的な高速
混合を行うことにより粉砕され、また、得られた混合物
を還元処理することによりWとCuとが容易に化学的に
結合される。従って、成型及び焼結後の物性値が焼結理
論密度に近接すると共に、熱膨張係数及び熱伝導率が半
導体素子であるSi、GaAsに類似して、放熱板とし
て使う際に優れた特性を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の放熱板
用のCu−W合金基板の製造方法に係り、さらに詳しく
は半導体素子から発生する熱を放熱基板を用いて効率よ
く放熱させ、放熱基板と半導体素子との熱膨張係数を類
似にすると共に、製造コストを節減させ、特に焼結理論
密度に近接させるに好適な放熱基板の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年では、IC等の半導体素子の高密度
化技術及び信号応答速度の向上に伴い、セラミックスパ
ッケ−ジに高集積、高速、大容量の半導体素子が搭載可
能になっている。このため、半導体素子の動作時にその
素子から発生する熱が増加するので、素子を正常に動作
させるためには発生する熱を容易に取り除くのが重要な
問題となっている。
【0003】かかる問題点を解決するために、セラミッ
クスパッケージの半導体搭載部には放熱基板が設けられ
ているが、放熱基板は放熱効率がよく、しかも熱膨張率
が半導体素子の熱膨張率と類似でなければならない。
【0004】図1は、放熱基板を備えた従来のIC用の
代表的なセラミックスパッケ−ジの断面図である。この
セラミックスパッケージは、放熱基板1、アルミナより
なる多層セラミックス基板2、放熱基板1上に搭載した
SiまたはGaAs半導体素子3、ピン4、ボンディン
グワイヤ5、アルミナまたはコバー(covar)よりなるリ
ッド6より構成されている。
【0005】前述した構造において、パッケージに用い
られる放熱基板1は、平面状に形成されたり、半導体素
子3の搭載部分を高くした形状に形成されたりする。か
かる放熱基板1の材料としてはCu−W合金が知られて
いるが、Cu(銅)とW(タングステン)とは互いに固
溶度がないので、Cu−W合金を微細な孔を有する気孔
体の毛細管現象を用いた溶浸法(Infiltration)や含浸法
(Impregnation)で製造することが、日本国特開平5−3
265号公報や日本国特開昭59−143346号公報
などに開示されている。
【0006】これらの製造方法は、W粉末を成型した後
に1次予備焼結して多空隙を有する焼結体を形成し、こ
の多空隙にCuを1〜50重量%溶浸したり含浸させた
りする方法である。
【0007】しかし、前述した製造方法では、正確な空
隙率を有するW焼結体を形成し難い。従って、合金の組
成比を正確にし難く、また製造後の合金の表面が粗く
て、後の加工が難しいという問題点がある。
【0008】一方、金属状態のW粉末及びCu粉末を単
純混合して成型、焼結する方法が、日本国特開昭59−
136938号公報に開示されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】粉末冶金の液状焼結時
には、液状と固状との間に部分的に溶解度が要求され
る。
【0010】しかし、前述した従来のように金属状態の
WとCuとを混合して焼結する場合は、相互溶解度が殆
どないことにより焼結理論密度が得られない。すなわ
ち、液状と固状との間の接触角が0°となるべきである
が、Cu/Wでは1200℃の焼結温度で接触角が約8
°であるからである。
【0011】本発明は前述した問題点を解決するために
案出されたもので、その目的は、従来とは異なり、出発
原料として酸化物を使用することによりコストダウンで
き、機械的な高速混合と還元工程を通してCuとWとの
化学的な結合により焼結理論密度を得られると共に、熱
膨張率が半導体素子の熱膨張率と類似した放熱板特性を
有する基板の製造方法を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明は、W酸化物(WOx、x=2.0〜3.
0)とCu酸化物(CuxO、x=1.0〜2.0)と
を機械的に高速混合する工程と、高速混合によって得ら
れた混合物を還元する工程と、還元された混合物を成型
及び焼結する工程とからなり、これによって半導体素子
の放熱板用のCu−W合金基板を得るようにしている。
【0013】
【発明の実施の形態】本実施形態で用いられる出発原料
は、最終焼結体の組成比にかかわらず、Cu−W混合状
態になることのできる酸化物形態ならいずれも使用可能
であるが、最終組成比が、Wが50〜95重量%、Cu
が5〜50重量%となるようにW酸化物とCu酸化物と
を定量混合(必要に応じてNiが0.1〜10重量%添
加されるようにNi酸化物を混合できる)して使うのが
望ましい。
【0014】このように本実施形態では、原料として酸
化物を使うことにより、原料費が節減される。この際、
酸化物の平均粒径は、W酸化物を1〜20μm、Cu酸
化物を325メッシュ以下にして使うのが望ましく、そ
れらの酸化物を機械的に高速混合するためには、100
〜1000rpmの速度で30分〜10時間混合するの
が望ましい。
【0015】Cu酸化物及びW酸化物の粒子構造は多孔
性なので、機械的な高速混合時、混合と共に酸化物粒子
の粉砕が可能である。100rpm以下では粉砕効果が
低く、1000rpm以上では高速回転による摩擦によ
り、高速ミルを構成しているチャンバ−(ステンレス
製)の内部が摩耗され、よってFeがW酸化物及びCu
酸化物に混入されることにより物性を低下させるおそれ
があって望ましくない。
【0016】機械的な混合時間が30分以下では粉砕の
効果が低く、10時間以上では時間がかかって製造工程
上効率が下がる。前述した機械的な高速混合により得ら
れた混合物は、還元工程におけるW/Cu間の化学的な
結合を増進させる。
【0017】還元工程において、W酸化物及びCu酸化
物はW/Cuに同時に還元(co-reduction)されるが、こ
れらは蒸発凝縮機構を通した核生成及び成長段階で二元
と多重合金が形成されながら化学的に結合される。
【0018】還元は300〜1000℃の温度及び水素
雰囲気で施すのが望ましい。還元後得られた原料のサイ
ズは0.1〜6.0μmとなる。この際、原料サイズが
0.1μm以下の場合は大気中で発火するおそれがあ
り、6.0μm以上の場合は物性を低下させる。
【0019】前記還元工程に次いで、一般に知られてい
る公知の方法に基づき成型、焼結、加工処理を行うこと
により、半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板が完
成される。
【0020】以上のように本実施形態では、W酸化物及
びCu酸化物を出発原料として、それらを機械的な高速
混合に次いで還元処理することにより、焼結理論密度に
近接された基板が得られる。
【0021】
【実施例】次は実施例により説明する。下記の表1に示
すような最終焼結組成となるように、W酸化物とCu酸
化物(またはNi)とを機械的に混合して混合粉末を
得、その混合粉末を900℃の温度及び水素雰囲気で還
元してから2トン/cm2 の圧力で成型した。
【0022】そして、得られた成型物を1000〜16
00℃の温度及び水素雰囲気で焼結してCu−W合金を
得た。この方法で製造した素材について密度、熱膨張係
数、熱伝導率を測定した結果を、表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】表2は、本発明の方法で得られたCu−W
合金の焼結密度(g/cm3 )と、従来の方法で得ら
れたCu−W合金の焼結密度とを比較して示すものであ
る。
【0025】
【表2】
【0026】表2から明らかなように、本発明の方法で
得られたCu−W合金の焼結密度は、従来と比較して焼
結理論密度(g/cm3 )に非常に近いことがわか
る。このように、本発明の方法で得られたCu−W合金
は、焼結理論密度に非常に近接し且つ、熱膨張係数及び
熱伝導率が半導体素子であるSi、GaAsに類似して
いるので、放熱板として優れた特性を有することにな
る。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、従来の焼結法を用い
て放熱基板を製造する場合には、W酸化物及びCu酸化
物を一次に精製した金属であるW及びCuを出発原料し
ているので、コスト高となっているが、本発明では出発
原料としてW酸化物及びCu酸化物を直接使用している
ので、コストを節減できる。
【0028】また、従来のように金属WとCuとを混合
して焼結する場合には、相互溶解度が殆どなくて焼結理
論密度が得られないが、本発明ではW酸化物及びCu酸
化物が機械的な高速混合を行うことにより混合されると
共に粉砕され、また、得られた混合物を還元処理するこ
とによりWとCuとが容易に化学的に結合される。従っ
て、本発明では、成型及び焼結後の物性値が焼結理論密
度に近接すると共に、熱膨張係数及び熱伝導率が半導体
素子であるSi、GaAsに類似して、放熱板として使
う際に優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 放熱基板を備えた半導体素子搭載用のセラミ
ックスパッケ−ジの構造を示した断面図である。
【符号の説明】
1…放熱基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チュ キ ヨン 大韓民国 デグガンヨク−シ ダルソン− グ サンイン−ドン 797 ソンヒュン− ジュゴン アパートメント 306−1401

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 W酸化物(WOx、x=2.0〜3.
    0)とCu酸化物(CuxO、x=1.0〜2.0)と
    を機械的に高速混合する工程と、 高速混合によって得られた混合物を還元する工程と、 還元された混合物を成型及び焼結する工程とからなるこ
    とを特徴とする半導体素子の放熱板用のCu−W合金基
    板の製造方法。
  2. 【請求項2】 W酸化物とCu酸化物とを、最終焼結後
    の組成が、Wが50〜95重量%、Cuが5〜50重量
    %となるように混合することを特徴とする請求項1に記
    載の半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 W酸化物とCu酸化物とにNiを添加す
    ることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の放熱
    板用のCu−W合金基板の製造方法。
  4. 【請求項4】 W酸化物とCu酸化物とNiとを、最終
    焼結後の組成が、Wが50〜95重量%、Cuが5〜5
    0重量%、Niが0.1〜10重量%となるように混合
    することを特徴とする請求項3に記載の半導体素子の放
    熱板用のCu−W合金基板の製造方法。
  5. 【請求項5】 W酸化物の平均粒径が1〜20μmであ
    り、Cu酸化物の平均粒径が325メッシュ以下である
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の放熱板
    用のCu−W合金基板の製造方法。
  6. 【請求項6】 高速混合器を用いて100〜1000r
    pmの速度で30分〜10時間混合することを特徴とす
    る請求項1に記載の半導体素子の放熱板用のCu−W合
    金基板の製造方法。
  7. 【請求項7】 300〜1000℃の温度及び水素雰囲
    気で還元することを特徴とする請求項1に記載の半導体
    素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方法。
  8. 【請求項8】 還元後の粒子のサイズが0.1〜6.0
    μmであることを特徴とする請求項1または7に記載の
    半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方法。
JP8245260A 1996-08-21 1996-09-17 半導体素子の放熱板用のCu−W合金基板の製造方法 Expired - Lifetime JP2810873B2 (ja)

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FR2839271A1 (fr) * 2002-05-06 2003-11-07 Agency Defense Dev Procede de production d'une poudre composite de tungstene et de cuivre revetue de tungstene et son utilisation

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