KR20130143640A - Sintered mo part for heat sink plate for semiconductor device and semiconductor device including same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 구리를 10 내지 50질량% 함유하는 몰리브덴 합금재를 포함하여 이루어지는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 있어서, 상기 몰리브덴 합금재의 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10 내지 100㎛이며, 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비의 편차가 평균값의 ±10% 이내인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품이다. Mo와 Cu의 존재 비율의 편차가 작으므로 열팽창률 등의 특성이 우수하고, 열팽창률, 강도 등이 우수한 반도체 방열판용 Mo 소결 부품이 얻어진다.According to the present invention, in the Mo sintered part for a semiconductor heat sink comprising a molybdenum alloy material containing 10 to 50 mass% of copper, the average particle diameter of the molybdenum crystals of the molybdenum alloy material is 10 to 100 µm, and the unit area 500 The Mo sintering component for semiconductor heat sinks characterized by the deviation of the area ratio of Mo crystals per micrometer x 500 micrometers within ± 10% of an average value. Since the dispersion | variation in the presence ratio of Mo and Cu is small, Mo sintering components for semiconductor heat sinks which are excellent in characteristics, such as a thermal expansion rate and excellent in a thermal expansion rate and strength, are obtained.

Description

반도체 방열판용 Mo 소결 부품 및 그것을 사용한 반도체 장치{SINTERED MO PART FOR HEAT SINK PLATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING SAME}Mo sintered components for semiconductor heat sinks and semiconductor devices using the same {SINTERED MO PART FOR HEAT SINK PLATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING SAME}

본 발명은 반도체 방열판에 사용하는 Mo 소결 부품 및 그것을 사용한 반도체 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a Mo sintered part for use in a semiconductor heat sink and a semiconductor device using the same.

반도체 장치는, 다양한 전자 기기에 사용되고 있다. 반도체 장치에서는, 반도체 소자에 전류를 흐르게 함으로써 기능한다. 이때, 반도체 소자는 발열한다. 이 발열을 효율적으로 방출하지 않으면 반도체 소자 자체의 파괴 또는 오작동의 원인으로 된다. 그 때문에, 반도체 소자를 방열판 상에 배치하여, 반도체 소자의 열을 장치의 외부에 효율적으로 방출하는 것이 시도되고 있다.Semiconductor devices are used in various electronic devices. In a semiconductor device, it functions by flowing a current through a semiconductor element. At this time, the semiconductor element generates heat. Failure to release this heat efficiently can result in destruction or malfunction of the semiconductor element itself. For this reason, it is attempted to arrange | position a semiconductor element on a heat sink and to discharge | release heat of a semiconductor element to the exterior of an apparatus efficiently.

상기 반도체 장치에 내장되어 있는 반도체 방열판은, 단순히 열전도율이 높은 것뿐만 아니라, 열팽창 차에 기인하는 응력을 저감시키기 위하여, 열팽창률이 반도체 소자에 근사하고 있는 것이나 충분한 구조 강도 등이 요구되고 있다. 이러한 조건을 만족하는 방열판의 구체예로서, 예를 들어 일본 특허 공개 평 11-307701호 공보(특허문헌 1)에는, Mo 압분체에 구리를 용침시킨 Mo-Cu 용침 기판이 개시되어 있다. 저열팽창률 재료인 Mo와 고열전도율 재료인 Cu를 조합함으로써, 저열팽창이며, 또한 방열성이 우수한 방열판을 제공할 수 있다.The semiconductor heat sink incorporated in the semiconductor device is not only high in thermal conductivity, but also has a thermal expansion coefficient approximating to a semiconductor element, sufficient structural strength, and the like, in order to reduce stress due to thermal expansion difference. As a specific example of the heat sink which satisfy | fills these conditions, Unexamined-Japanese-Patent No. 11-307701 (patent document 1), for example, discloses the Mo-Cu immersion board | substrate which infiltrated copper to Mo green compact. By combining Mo which is a low thermal expansion material and Cu which is a high thermal conductivity material, a heat sink with low thermal expansion and excellent heat dissipation can be provided.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평 11-307701호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307701

그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 Mo-Cu 용침 기판은, Mo 압분체에 Cu를 용침시키는 방법으로 형성되어 있기 때문에, 내부까지 균일하게 Cu를 용침시키는 것은 곤란하다는 문제점이 있었다. 특히 내부에 포어(공기)가 잔존하면, 그 부분은 열저항부로 되어 방열 효과를 저해하는 원인으로 되고 있었다. 특히, 부분적으로 Mo와 Cu의 존재 비율이 변화하는 것이, 방열 효과의 악화뿐만 아니라, 강도나 열팽창률의 변동 등의 원인으로도 되고 있었다.However, since the Mo-Cu immersion substrate disclosed in the patent document 1 is formed by a method of immersing Cu in the Mo green compact, there is a problem that it is difficult to uniformly infiltrate Cu to the inside. Particularly, when pores (air) remain inside, the portion becomes a heat resistant portion, which causes the heat dissipation effect. Particularly, the change in the molar ratio of Mo and Cu was not only a deterioration of the heat dissipation effect but also a cause of fluctuations in strength and thermal expansion rate.

본 발명은 이러한 기술 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 방열성이 양호하고, 또한 구조 강도가 높은 반도체 방열판용 Mo 소결 부품 및 그것을 사용한 반도체 장치를 제공하는 것이다.This invention is made | formed in view of such a technical subject, Comprising: It provides Mo sintering components for semiconductor heat sinks with favorable heat dissipation, and high structural strength, and a semiconductor device using the same.

본 발명의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 구리를 10 내지 50질량% 함유하는 몰리브덴 소결 합금재를 포함하여 이루어지는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 있어서, 몰리브덴 합금재의 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10 내지 100㎛이며, 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비의 편차가 평균값의 ±10% 이내인 것을 특징으로 하는 것이다.Mo sintering components for semiconductor heat sink of the present invention, in the Mo sintering components for semiconductor heat sink comprising a molybdenum sintered alloy material containing 10 to 50% by mass of copper, the average particle diameter of the molybdenum crystals of molybdenum alloy material is 10 to 100 It is micrometer, It is characterized by the deviation of the area ratio of Mo crystal | crystallization per unit area 500 micrometers x 500 micrometers within ± 10% of an average value.

또한, Mo 소결 부품의 표면 조도 Ra가 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 몰리브덴 소결 합금재는, Ni, Co, Fe 중 적어도 1종 이상을 금속 원소 환산으로 0.1 내지 3질량% 함유하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 몰리브덴 소결 합금재가 밀도 90 내지 98%의 소결 합금재인 것이 바람직하다. 또한, 구리가 몰리브덴 결정 간의 간극에 충전되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 몰리브덴 결정의 최대 결정 입자 직경이 평균 입자 직경의 2배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리가 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that surface roughness Ra of Mo sintering components is 5 micrometers or less. Moreover, it is preferable that the molybdenum sintered alloy material contains 0.1-3 mass% of at least 1 sort (s) or more among Ni, Co, and Fe in conversion of a metal element. In addition, the molybdenum sintered alloy material is preferably a sintered alloy material having a density of 90 to 98%. Moreover, it is preferable that copper is filled in the clearance gap between molybdenum crystals. Moreover, it is preferable that the largest crystal grain diameter of molybdenum crystal is 2 times or less of an average grain diameter. In addition, it is preferable that the most spaced distance between adjacent molybdenum crystals is 50 micrometers or less.

또한, Mo 소결 부품은, 두께가 0.05 내지 1㎜이며, 직경이 5 내지 70㎜인 원판 형상인 것이 바람직하다. 또한, Mo 소결 부품의 열팽창률이 7 내지 14×10-6/℃인 것이 바람직하다. 또한, Mo 소결 부품의 인장 강도가 0.44㎬ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Mo 소결 부품의 비저항이 5.3×10-6Ω·m 이하인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that Mo sintering components are 0.05-1 mm in thickness, and are disk shape of 5-70 mm in diameter. Moreover, it is preferable that the thermal expansion coefficient of Mo sintering components is 7-14 * 10 <-6> / degreeC . Moreover, it is preferable that the tensile strength of Mo sintering components is 0.44 kPa or more. Moreover, it is preferable that the specific resistance of Mo sintering components is 5.3x10 <-6> ( ohm) * m or less.

또한, 본 발명에 따른 반도체 장치는, 상기 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 방열판으로서 사용하여 구성된 것이다.Moreover, the semiconductor device which concerns on this invention is comprised using the said Mo sintering component for semiconductor heat sinks which concerns on this invention as a heat sink.

본 발명에 반도체 방열판용 Mo 소결 부품 및 그것을 사용한 반도체 장치에 의하면, 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 Mo 결정 크기의 변동이 작으므로 방열성이나 구조 강도가 우수한 방열판을 제공할 수 있다. 그 결과, 반도체 장치의 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.According to the present invention, the Mo sintered part for semiconductor heat sinks and the semiconductor device using the same can provide a heat sink excellent in heat dissipation and structural strength because variations in the Mo crystal size of the Mo sintered part for semiconductor heat sinks are small. As a result, the reliability of the semiconductor device can be greatly improved.

도 1은, 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 조직의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 형상예를 도시하는 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 제조 방법의 일례를 도시하는 단면도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 다른 조직예를 도시하는 단면도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is sectional drawing which shows the structural example of Mo sintering components for semiconductor heat sinks which concern on this invention.
2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a Mo sintered part for semiconductor heat sinks according to the present invention.
3 is a perspective view illustrating a shape example of a Mo sintered part for semiconductor heat sinks according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing an example of a method for producing a Mo sintered part for semiconductor heat sinks according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing another example of the structure of a Mo sintered part for semiconductor heat sinks according to the present invention.

본 실시 형태에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 구리를 10 내지 50질량% 함유하는 몰리브덴 합금재를 포함하여 이루어지는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 있어서, 상기 몰리브덴 합금재는, 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10 내지 100㎛이며, 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비의 편차가 평균값의 ±10% 이내인 것을 특징으로 하는 것이다.In the Mo sintered component for semiconductor heat sink according to the present embodiment, the Mo sintered component for semiconductor heat sink comprising a molybdenum alloy material containing 10 to 50% by mass of copper, the molybdenum alloy material has an average particle diameter of molybdenum crystal It is 10-100 micrometers, and the deviation of the area ratio of Mo crystal | crystallization per unit area 500 micrometers x 500 micrometers is less than +/- 10% of an average value, It is characterized by the above-mentioned.

상기 구리의 함유량이 10질량% 미만 또는 50질량%를 초과하면, 열팽창 계수(열팽창률)가 7 내지 14×10-6/℃을 벗어날 가능성이 높다.When content of the said copper is less than 10 mass% or exceeds 50 mass%, it is highly likely that a thermal expansion coefficient (thermal expansion coefficient) will deviate from 7-14 * 10 <-6> / degreeC.

여기서 상기 반도체 방열판이란, 반도체 소자를 탑재하기 위한 기판 또는 히트 싱크(방열판)로서 사용하기 위한 것이다. 도 1에 반도체 방열판을 사용한 구성 부품의 일례를 도시한다. 도 1 중, 도면 부호 (1)은 반도체 방열판용 Mo 소결 부품, 도면 부호 (2)는 절연막(절연층), 도면 부호 (3)은 반도체 소자이다.Here, the said semiconductor heat sink is for using as a board | substrate or heat sink (heat sink) for mounting a semiconductor element. An example of the component which used the semiconductor heat sink for FIG. 1 is shown. In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a Mo sintered component for a semiconductor heat sink, reference numeral 2 denotes an insulating film (insulation layer), and reference numeral 3 denotes a semiconductor element.

도 1에서는 반도체 방열판용 Mo 부품(1)에 절연층(2)을 개재하여 반도체 소자(3)를 탑재한 예를 도시했지만, 반도체 소자를 탑재하는 기판을 다른 재료(예를 들어, 세라믹스 기판)로 형성하고, 다른 재료를 포함하여 이루어지는 기판의 이면에 히트 싱크로서 본 발명의 반도체 방열판용 Mo 부품을 적용해도 된다. 또한, Mo 부품은 절연체가 아니기 때문에, 반도체 소자를 탑재할 때는 절연층(2)을 개재하여 접합을 행한다.In FIG. 1, an example in which the semiconductor element 3 is mounted on the Mo component 1 for a semiconductor heat sink via the insulating layer 2 is illustrated. However, the substrate on which the semiconductor element is mounted may be a different material (for example, a ceramic substrate). The Mo component for semiconductor heat sink of this invention may be applied to the back surface of the board | substrate formed with the other material and containing another material as a heat sink. In addition, since the Mo component is not an insulator, bonding is performed through the insulating layer 2 when mounting a semiconductor element.

본 실시 형태에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 열전도율이 160W/m·K 이상으로 방열성도 양호하기 때문에, 반도체 소자를 탑재했을 경우에 있어서도 우수한 방열성을 나타낸다. 또한, 반도체 소자는 Si 성분 등으로 형성되어 있다. 반도체 소자(Si계)의 열팽창 계수는 4 내지 7×10-6/℃ 정도이므로, Mo 부품의 열팽창률은 전술한 바와 같이 열팽창률이 7 내지 14×10-6/℃, 나아가 8 내지 11×10-6/℃인 것이 바람직하다. 이처럼 반도체 소자와의 열팽창률을 근사시킴으로써 반도체 소자와의 열팽창 차에 기인하는 박리를 방지할 수 있다.The Mo sintered component for semiconductor heat sink according to the present embodiment has excellent heat dissipation with a thermal conductivity of 160 W / m · K or higher, and thus exhibits excellent heat dissipation even when a semiconductor element is mounted. In addition, the semiconductor element is formed of Si component or the like. Since the thermal expansion coefficient of the semiconductor element (Si-based) is about 4 to 7 × 10 −6 / ° C., the thermal expansion coefficient of the Mo component has a thermal expansion coefficient of 7 to 14 × 10 −6 / ° C. as described above, further 8 to 11 ×. It is preferable that it is 10-6 / degreeC . Thus, by approximating the thermal expansion coefficient with a semiconductor element, peeling resulting from the thermal expansion difference with a semiconductor element can be prevented.

또한, 몰리브덴 합금재는, 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10 내지 100㎛이며, 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비의 편차가 평균값의 ±10% 이내인 것을 특징으로 하는 것이다.The molybdenum alloy material is characterized in that the average particle diameter of the molybdenum crystal is 10 to 100 µm, and the variation in the area ratio of Mo crystals per unit area of 500 µm x 500 µm is within ± 10% of the average value.

여기서 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10㎛ 미만으로 과소하면 상대적으로 구리의 비율이 증가하므로 합금재의 강도가 저하된다. 한편, 평균 입자 직경이 100㎛를 초과하도록 과대해지면 상대적으로 구리의 비율이 적어지므로 바람직하지 않다. 몰리브덴 합금재는 소결체이며, 몰리브덴과 구리의 존재 비율(면적비)의 편차가 평균값의 ±10% 이내이다. 몰리브덴과 구리의 면적비의 편차가 적으면, 몰리브덴 합금재의 특성 변동을 억제할 수 있다.When the average particle diameter of molybdenum crystal is less than 10 micrometers here, since the ratio of copper increases relatively, the intensity | strength of an alloy material falls. On the other hand, when the average particle diameter becomes excessively larger than 100 µm, the proportion of copper decreases relatively, which is not preferable. The molybdenum alloy material is a sintered compact, and the variation in the abundance ratio (area ratio) of molybdenum and copper is within ± 10% of the average value. If there is little variation in the area ratio of molybdenum and copper, the characteristic variation of the molybdenum alloy material can be suppressed.

반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 전술한 바와 같이 반도체 소자를 탑재하여 사용되는 것이다. 예를 들어, 반도체 소자를 탑재했을 경우, 소자의 발열에 의해 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은 열팽창한다. 이때, Mo 결정과 구리의 존재 비율의 편차가 크면 부분적으로 팽창에 차가 생겨 반도체 소자의 박리의 원인으로 될 우려가 있다. 그 때문에, 열팽창률의 부분적인 차를 없애기 위하여 Mo 결정과 구리의 존재 비율(면적비)의 편차를 ±10% 이내로 하는 것이 중요하다.As described above, the Mo sintered component for semiconductor heat sink is used by mounting a semiconductor element. For example, when the semiconductor element is mounted, the Mo sintered component for semiconductor heat sink is thermally expanded by the heat generation of the element. At this time, when the variation of the ratio between the Mo crystal and the copper is large, there is a fear that partial expansion may occur and cause peeling of the semiconductor element. Therefore, in order to eliminate the partial difference of thermal expansion coefficient, it is important to make the deviation of the presence ratio (area ratio) of Mo crystal and copper into within +/- 10%.

또한, Mo 결정과 구리의 면적비의 측정은 단위 면적 500㎛×500㎛를 기준으로 하여 측정하는 것으로 한다. 단위 면적을 500㎛×500㎛로 한 것은, 평균 입자 직경의 상한을 100㎛로 하고 있으므로, 그 5배 정도의 면적이면 측정 오차를 저감시키는 것이 가능하기 때문이다. 또한, Mo 결정과 구리의 면적비의 측정은, SEM 사진 또는 EPMA의 면 분석에 의해 측정할 수 있다.In addition, the area ratio of Mo crystal and copper shall be measured based on a unit area of 500 micrometers x 500 micrometers. The unit area is 500 µm x 500 µm because the upper limit of the average particle diameter is 100 µm, so that the measurement error can be reduced as long as the area is about 5 times. In addition, the measurement of the area ratio of Mo crystal and copper can be measured by SEM photograph or surface analysis of EPMA.

또한, 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 표면 조도 Ra가 5㎛ 이하인 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이 히트 싱크로서 모듈에 끼워 넣거나 할 때, 표면 조도 Ra가 크면 절연층과의 사이에 간극이 생기고, 이 간극이 열저항체로 되어 방열성을 저하시키는 원인이 될 우려가 있다. 절연층은 일반적으로 절연 수지, 금속 산화물이 사용된다. 절연 수지나 금속 산화물은, 열전도율이 고작 30W/m·K 이하로 방열성이 나쁘다. 그 때문에, 절연층이 지나치게 두꺼우면, 방열성이 또한 저하된다. 그 때문에, 절연층은 100㎛ 이하, 나아가 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. Mo 소결 부품의 표면 조도 Ra는 5㎛ 이하, 나아가 2㎛ 이하인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that surface roughness Ra of Mo sintering components for semiconductor heat sinks is 5 micrometers or less. If the surface roughness Ra is large when the module is inserted as a heat sink as described above, a gap may be formed between the insulating layer and the gap may become a thermal resistor, which may cause deterioration of heat dissipation. Generally, an insulating resin and a metal oxide are used for an insulating layer. Insulation resin and a metal oxide have bad heat dissipation whose heat conductivity is only 30 W / m * K or less. Therefore, when an insulating layer is too thick, heat dissipation will also fall. Therefore, it is preferable that an insulating layer is 100 micrometers or less, Furthermore, it is 50 micrometers or less. It is preferable that surface roughness Ra of Mo sintering components is 5 micrometers or less, Furthermore, it is 2 micrometers or less.

또한, 몰리브덴 합금재 조성은, Mo와 Cu의 2원계를 기본으로 하지만, Ni, Co, Fe 중 적어도 1종 이상을 금속 원소 환산으로 0.1 내지 3질량% 함유하고 있어도 된다. Ni, Co, Fe를 소정량 함유함으로써, 몰리브덴 합금재의 강도나 경도를 올릴 수 있다. 몰리브덴 합금의 강도는, Mo와 Cu의 2원계의 경우에는 인장 강도가0.44㎬ 이상인 것이, Ni, Co, Fe의 첨가에 의해 인장 강도를 0.50㎬ 이상으로 증가시킬 수 있다.In addition, although a molybdenum alloy material composition is based on the binary system of Mo and Cu, 0.1-3 mass% of Ni, Co, and Fe may be contained in conversion of a metal element. By containing a predetermined amount of Ni, Co and Fe, the strength and hardness of the molybdenum alloy material can be raised. In the case of a binary system of Mo and Cu, the molybdenum alloy has a tensile strength of 0.44 kPa or more, and the tensile strength can be increased to 0.50 kPa or more by addition of Ni, Co, and Fe.

또한, 몰리브덴 합금재는, 밀도가 90% 이상, 나아가 90 내지 98%인 것이 바람직하다. 밀도는, (아르키메데스법에 의한 실측값/이론 밀도)×100%로 나타내는 것으로 한다. 이론 밀도는, 몰리브덴의 이론 밀도: 10.22g/㎤, 구리의 이론 밀도: 8.96g/㎤, 철의 이론 밀도: 7.87g/㎤, 코발트의 이론 밀도: 8.9g/㎤, 니켈의 이론 밀도: 8.9g/㎤를 사용하여 중량비를 승산하여 구한다. 예를 들어, Mo를 70wt%, 구리를 30wt%인 몰리브덴 합금재의 경우, 70wt%×10.22+30wt%×8.96=9.842g/㎤이 Mo(70wt%)-Cu(30wt%)의 몰리브덴 합금재의 이론 밀도로 된다.Moreover, it is preferable that a molybdenum alloy material is 90% or more in density, and also 90 to 98%. Density shall be represented by (actual value / theoretical density by Archimedes method) * 100%. The theoretical density of molybdenum is 10.22 g / cm 3, the theoretical density of copper is 8.96 g / cm 3, the theoretical density of iron is 7.87 g / cm 3, the theoretical density of cobalt is 8.9 g / cm 3, and the theoretical density of nickel is 8.9. The weight ratio is multiplied using g / cm 3. For example, in the case of molybdenum alloy material containing 70 wt% Mo and 30 wt% copper, 70 wt% × 10.22 + 30 wt% × 8.96 = 9.842 g / cm 3 is the theory of Mo (70wt%)-Cu (30wt%) molybdenum alloy material. Density.

상기 밀도가 90% 미만의 경우에는, 몰리브덴 합금재의 강도가 저하될 우려가 있다. 한편, 밀도가 98%를 초과하여 높으면 강도는 충분하지만, 제조 비용의 증대를 초래할 우려가 있다. 그 때문에, 밀도는 90 내지 98%가 바람직하다. 또한, 밀도는 94 내지 97%의 범위가 바람직하다.When the said density is less than 90%, there exists a possibility that the intensity | strength of a molybdenum alloy material may fall. On the other hand, if the density is higher than 98%, the strength is sufficient, but there is a fear of causing an increase in the manufacturing cost. Therefore, the density is preferably 90 to 98%. In addition, the density is preferably in the range of 94% to 97%.

도 2에 본 실시 형태에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 조직의 일례를 도시한다. 도면 중, 도면 부호 (4)는 몰리브덴 결정 입자, 도면 부호 (5)는 구리이다. 또한, 구리가 몰리브덴 결정 간의 간극에 충전되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 몰리브덴 결정의 최대 결정 입자 직경이 평균 입자 직경의 2배 이하인 것이 바람직하다.An example of the structure of the Mo sintering component for semiconductor heat sinks which concerns on FIG. 2 at this embodiment is shown. In the figure, 4 is molybdenum crystal grains, and 5 is copper. Moreover, it is preferable that copper is filled in the clearance gap between molybdenum crystals. Moreover, it is preferable that the largest crystal grain diameter of molybdenum crystal is 2 times or less of an average grain diameter.

Mo 소결 부품은, Mo 분말과 구리 분말을 혼합한 성형체를 소결하여 제조되는 소결체이다. 몰리브덴의 융점은 2620℃이고, 구리의 융점은 1083℃이므로 1200℃ 이상의 고온에서 소결하면 몰리브덴 결정 입자는 그대로 또는 일부 입자 성장하여 결정 입자로서 존재하고, 구리는 녹아 몰리브덴 결정 입자 간의 간극에 충전되게 된다.Mo sintering components are sintered bodies manufactured by sintering the molded object which mixed Mo powder and copper powder. Since molybdenum has a melting point of 2620 ° C and copper has a melting point of 1083 ° C, when molten sintered at a high temperature of 1200 ° C or higher, molybdenum crystal grains are grown as they are or partially grown as crystal grains, and copper melts to fill gaps between the molybdenum crystal grains. .

또한, 몰리브덴 결정의 최대 결정 입자 직경이 평균 입자 직경의 2배 이하인 것이 바람직하다. 몰리브덴 결정에 평균 입자 직경의 2배를 초과하는 조대 입자가 있으면, 몰리브덴 결정과 구리의 존재 비율의 변동이 발생하기 쉽다.Moreover, it is preferable that the largest crystal grain diameter of molybdenum crystal is 2 times or less of an average grain diameter. If the molybdenum crystal has coarse particles exceeding twice the average particle diameter, variations in the ratio of molybdenum crystal and copper are likely to occur.

또한, 상기 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경의 측정 방법은, 확대 사진(SEM 사진)을 사용하여, 거기에 찍히는 개개의 몰리브덴 결정의 긴 직경과 짧은 직경을 구하고, (긴 직경+짧은 직경)/2에 의해, 그 결정 입자의 입자 직경을 구한다. 이 작업을 임의의 100입자에 관한 최대 직경을 구하여, 그 평균값을 「평균 입자 직경」으로 하고, 가장 큰 「최대 직경」을 「최대 결정 입자 직경」으로 한다.In addition, the measuring method of the average particle diameter of the said molybdenum crystal | crystallization uses the enlarged photograph (SEM photograph), and calculate | requires the long diameter and the short diameter of each molybdenum crystal taken thereon, and (long diameter + short diameter) / 2 By this, the particle diameter of the crystal grains is obtained. This operation | work is calculated | required the maximum diameter about arbitrary 100 particle | grains, the average value is made into "average particle diameter", and the largest "maximum diameter" is made into "maximum crystal grain diameter."

또한, 인접하는 몰리브덴 결정 간의 거리 중에서 가장 이격된 거리가 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 도 5에 본 발명의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 조직의 다른 일례를 도시하였다. 도면 중, 도면 부호 (4a) 및 (4b)는 인접하는 몰리브덴 결정 입자이며, 도면 부호 (5)는 구리이다.In addition, it is preferable that the distance which is the most spaced among the distance between adjacent molybdenum crystals is 50 micrometers or less. 5 shows another example of the structure of the Mo sintered part for semiconductor heat sinks of the present invention. In the figure, 4a and 4b are adjacent molybdenum crystal grains, and 5 is copper.

도 5에 있어서, 몰리브덴 결정 입자(4a)의 주위에 있는 몰리브덴 결정 입자 중에서 가장 이격된 거리에 있는 것은 몰리브덴 결정 입자(4b)이다. 몰리브덴 결정 입자(4a)로부터 가장 이격된 몰리브덴 결정 입자(4b)에 관하여, 그 최단 거리 D를 「인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리」로 한다. 본 발명에서는, 인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리가 50㎛ 이하로 함으로써, 부분적인 열팽창률의 변동을 저감시키고, 강도를 향상시켜, 부분적인 비저항의 변동을 저감시킬 수 있다. 또한, 인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리는 5 내지 20㎛인 것이 보다 바람직하다.In FIG. 5, the molybdenum crystal grains 4b are the most spaced apart of the molybdenum crystal grains around the molybdenum crystal grains 4a. Regarding the molybdenum crystal particles 4b that are spaced most apart from the molybdenum crystal particles 4a, the shortest distance D is referred to as "the most spaced distance between adjacent molybdenum crystals". In the present invention, when the distance between the adjacent molybdenum crystals is 50 µm or less, the variation in partial thermal expansion rate can be reduced, the strength can be improved, and the variation in partial specific resistance can be reduced. In addition, it is more preferable that the most spaced distance between adjacent molybdenum crystals is 5-20 micrometers.

또한, 「인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리」의 측정 방법은, 단위 면적 500㎛×500㎛의 확대 사진(SEM 사진)을 사용하여 측정하는 것으로 한다.In addition, the measuring method of "the most distance | distance between adjacent molybdenum crystals" shall be measured using the enlarged photograph (SEM photograph) of 500 micrometers x 500 micrometers of unit areas.

도 3에 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 일 형상예를 도시한다. 도 3에서는 원기둥 형상의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 예시한 것이며, 그 외에, 사각 기둥 형상 등의 다각 기둥 형상이어도 된다. 또한, 도 3 중, L은 반도체 방열판용 Mo 소결 부품(1)의 직경, T는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품(1)의 두께이다. 직경 L, 두께 T의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 두께가 0.05 내지 1㎜, 직경이 5 내지 70㎜, 나아가 두께가 0.5 내지 1㎜이며, 직경이 5 내지 10㎜인 원판 형상인 것이 바람직하다. 본 발명의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은 Mo와 Cu의 존재 비율을 균질하게 하고 있으므로, 기판 두께나 폭 방향에 있어서의 방열 효과에 이방성이 없이 균질해져 있다. 그로 인해, 복수의 반도체 소자를 탑재해도 방열 효과를 각 소자에 대하여 동일하게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 사용한 반도체 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.An example of one shape of Mo sintering components for semiconductor heat sinks is shown in FIG. In FIG. 3, Mo sintering components for columnar semiconductor heat sinks are illustrated, In addition, polygonal columnar shapes, such as a square columnar shape, may be sufficient. 3, L is the diameter of Mo sintering components 1 for semiconductor heat sinks, and T is the thickness of Mo sintering components 1 for semiconductor heat sinks. Although the size of diameter L and thickness T is not specifically limited, It is preferable that it is a disk shape of 0.05-1 mm in thickness, 5-70 mm in diameter, 0.5-1 mm in thickness, and 5-10 mm in diameter. . Since the Mo sintering component for semiconductor heat sinks of this invention makes the abundance ratio of Mo and Cu homogeneous, it is homogeneous, without anisotropy in the heat radiation effect in a board | substrate thickness and the width direction. Therefore, even if it mounts a some semiconductor element, the heat radiation effect can be made the same about each element. Moreover, the reliability of the semiconductor device using the Mo sintering component for semiconductor heat sinks of this invention can be improved.

특히, 복수 개의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 탑재한 반도체 방열판일수록 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 반도체 장치에 있어서, 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 탑재 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 2 내지 5개이다.In particular, a semiconductor heat sink equipped with a plurality of Mo sintered parts for semiconductor heat sinks can improve reliability. The semiconductor device WHEREIN: Although the mounting number of Mo sintering components for semiconductor heat sinks is not specifically limited, Usually, it is 2-5 pieces.

이어서 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 효율적으로 얻기 위한 방법으로서 다음 제조 방법을 들 수 있다.Next, a manufacturing method is demonstrated. Although the manufacturing method of Mo sintering components for semiconductor heat sinks of this invention is not specifically limited, The following manufacturing method is mentioned as a method for obtaining efficiently.

우선, 원료 분말로서 Mo 분말과 구리 분말을 준비하여 혼합한다. Mo 분말로서는, 평균 입자 직경이 1 내지 8㎛이며, 더욱 바람직하게는 3 내지 5㎛인 원료 분말을 사용한다. 평균 입자 직경이 8㎛를 초과하면 평균 입자 직경의 2배 이상의 조대 입자가 형성되기 쉽다. 또한, Mo 분말의 순도는 99.9wt% 이상의 것인 것이 바람직하다.First, Mo powder and copper powder are prepared and mixed as raw material powder. As Mo powder, the average particle diameter is 1-8 micrometers, More preferably, the raw material powder which is 3-5 micrometers is used. When average particle diameter exceeds 8 micrometers, coarse particle | grains 2 times or more of average particle diameter are easy to form. Moreover, it is preferable that the purity of Mo powder is 99.9 wt% or more.

또한, 구리 분말의 평균 입자 직경은, 10㎛ 이하, 나아가 0.5 내지 5㎛인 것이 바람직하다. 구리 분말의 평균 입자 직경이 10㎛를 초과하면 Mo 입자 간에 구리 분말이 들어가지 않는 상태가 생기기 쉽기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 구리 분말의 순도도 99.9wt% 이상의 것인 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라, Ni, Co, Fe 등의 제3 성분을 첨가하는 경우에는, 제3 성분의 평균 입자 직경도 평균 입자 직경 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5㎛ 이하로 한다.Moreover, it is preferable that the average particle diameter of a copper powder is 10 micrometers or less, Furthermore, it is 0.5-5 micrometers. When the average particle diameter of a copper powder exceeds 10 micrometers, since the state which a copper powder does not enter easily between Mo particles is easy, it is unpreferable. Moreover, it is preferable that the purity of copper powder is 99.9 wt% or more. Moreover, when adding 3rd components, such as Ni, Co, Fe, as needed, the average particle diameter of a 3rd component is also 10 micrometers or less of average particle diameter, More preferably, it is 0.5-5 micrometers or less.

각 원료 분말을 혼합한 후, 수지 바인더를 혼합하는 공정을 행한다. 수지 바인더는, PVA(폴리비닐알코올) 등이 바람직하다. 수지 바인더 혼합 공정에 있어서, 원료 혼합 분말을 조립한다. 원료 분말의 조립 분말은, 평균 입자 직경이 50 내지 200㎛이며, 또한 80 내지 140㎛인 것이 바람직하다. 조립 분말의 단계에서, Mo 분말과 구리 분말(제3 성분을 첨가했을 경우에는 제3 성분 분말도 포함하여)을 균일하게 혼합하여 두는 것이 바람직하다.After mixing each raw material powder, the process of mixing a resin binder is performed. The resin binder is preferably PVA (polyvinyl alcohol) or the like. In the resin binder mixing step, the raw material mixed powder is granulated. It is preferable that the granulated powder of raw material powder is 50-200 micrometers, and 80-140 micrometers. In the step of the granulated powder, it is preferable to mix the Mo powder and the copper powder (including the third component powder when the third component is added) uniformly.

이어서, 이 조립 분말(수지 바인더와 혼합한 원료 분말)을 금형에 채워 넣고 프레스 성형함으로써, 반도체 방열판용 Mo 소결 부품 형상의 Mo 성형체를 얻는 프레스 공정을 행한다. 프레스 압력은 3 내지 13ton/㎠(294 내지 1274㎫)가 바람직하다. 프레스 압력이 3ton/㎤ 미만으로는 성형체의 강도가 불충분하고, 13ton/㎠를 초과하여 크면 성형체의 밀도가 지나치게 높아져 금형에 부하가 걸리기 쉽다.Subsequently, this granulated powder (raw powder mixed with a resin binder) is filled into a mold and press molded, whereby a press step of obtaining a Mo molded article in the shape of a Mo sintered part for a semiconductor heat sink is performed. The press pressure is preferably 3 to 13 tons / cm 2 (294 to 1274 MPa). If the press pressure is less than 3 ton / cm 3, the strength of the molded body is insufficient. If the press pressure is greater than 13 ton / cm 2, the density of the molded body becomes too high, and the mold is likely to be loaded.

이어서 얻어진 Mo 성형체를 산화 환원 분위기 중에서 소성하여 제1 소성체를 얻는 제1 소성 공정을 행한다. 제1 소성 공정은, 최고 도달 온도를 900 내지 1200℃로 하고, 최고 도달 온도에서의 유지 시간을 1 내지 4시간으로 하는 것이 바람직하다. 제1 소성 공정은, 후술하는 제2 소성 공정을 본소결로 했을 때의 가소결(또는 본소결 전의 중소결) 정도로 자리매김된다. 최고 도달 온도가 900℃ 미만으로는 성형체의 치밀화가 불충분하고, 1200℃를 초과하면 치밀화가 과잉으로 된다. 지나치게 치밀화되면, 구리가 Mo 결정 입자 간의 간극에 충분히 인입하지 않게 된다. 또한, 산화 환원 분위기로서는, 웨트 수소 가스 분위기인 것이 바람직하다. 웨트 수소 가스란, 수증기를 함유한 수소 가스이다.Next, the 1st baking process which bakes the obtained Mo molded object in a redox atmosphere and obtains a 1st baked body is performed. It is preferable that a 1st baking process makes the highest achieved temperature 900-1200 degreeC, and makes the holding time in the highest achieved temperature 1-4 hours. The first firing step is positioned at the degree of preliminary sintering (or medium sintering before main sintering) when the second sintering step described later is main sintering. If the maximum achieved temperature is less than 900 ° C, densification of the molded body is insufficient, and if it exceeds 1200 ° C, the densification becomes excessive. If too densified, copper will not sufficiently enter the gap between Mo crystal grains. Moreover, as an redox atmosphere, it is preferable that it is a wet hydrogen gas atmosphere. Wet hydrogen gas is hydrogen gas containing water vapor.

제1 소성 공정에서는, 최종 제품으로서 Mo 소결체(반도체 방열판용 Mo 소결 부품)의 치밀화를 목적으로 한 것이 아니라, 산화 환원 분위기 중에서 소성함으로써, Mo 소결체 표면의 탄소를 제거하는 동시에 Mo 소결체가 필요 이상으로 산화되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한 공정이다. Mo 소결체가 산화되면 구리가 Mo 결정 입자 간에 충분히 충전되지 않을 우려가 있다.In the first firing step, the sintered compact (Mo sintered component for semiconductor heat sink) is not intended to be densified as a final product, but is fired in a redox atmosphere to remove carbon on the surface of the Mo sintered compact and the Mo sintered compact is more than necessary. It is a process for the purpose of preventing oxidation. If the Mo sintered body is oxidized, there is a fear that copper will not be sufficiently filled between the Mo crystal particles.

또한, 웨트 수소(수증기를 포함한 수소 가스) 분위기 중에서의 처리를 행함으로써, Mo 소결체 표면으로부터 탄소를 제거하는 것이 가능하다. 제거된 탄소는 이산화탄소(CO2)나 일산화탄소(CO)로 되어 제거된다. 이는, 가열에 의해 데워진 수증기(H2O)는 탄소(C)와 반응하기 쉬워져, 일산화탄소(CO)나 이산화탄소(CO2)로서 Mo 소결체로부터 제거되기 쉽다. Mo 성형체를 만들 때 탄소 성분이 많은 수지 바인더를 사용하고 있다.Moreover, carbon can be removed from Mo sintered compact surface by performing the process in wet hydrogen (hydrogen gas containing water vapor) atmosphere. The carbon removed is either carbon dioxide (CO 2 ) or carbon monoxide (CO). This is because the steam (H 2 O) warmed by heating tends to react with carbon (C) and is easily removed from the Mo sintered body as carbon monoxide (CO) or carbon dioxide (CO 2 ). When making Mo molded object, the resin binder with many carbon components is used.

또한, 제1 소성 공정은, 600℃로부터 최고 도달 온도까지를 3 내지 7시간 들여 승온하는 것이 바람직하다. 제1 소성 공정은, 승온 속도가 지나치게 빠르면 성형체 중의 바인더의 소실이나 치밀화에 불균일한 개소가 생겨, 밀도가 불균일한 소결체로 될 우려가 있다. 한편 7시간 이상 들여 승온하면 불균일성은 해소되지만, 시간이 지나치게 들어 제조 효율이 저하된다.Moreover, it is preferable that a 1st baking process heats up from 600 degreeC to the highest achieved temperature for 3 to 7 hours. In a 1st baking process, when the temperature increase rate is too fast, a nonuniform location may arise in the loss | disappearance and densification of the binder in a molded object, and there exists a possibility that it may become a sintered compact with a nonuniform density. On the other hand, if it raises for 7 hours or more, a nonuniformity will be eliminated, but time will become excessive and manufacturing efficiency will fall.

또한, 제1 소성 공정에 있어서, 소성 중에 Mo 성형체가 산화되는 것을 방지하기 위하여 웨트 수소 함유 분위기 중에서 소성하는 것으로 한다. 필요 이상으로 산화를 방지하는 관점에서, 소성로 내를 질소 가스로 치환한 후, 웨트 수소 가스 유량을 0.2㎥/H(시간) 이상, 나아가 0.2 내지 17㎥/H(시간)로 하는 것이 바람직하다. 웨트 수소 가스를 기류로서 공급하고, Mo 성형체에 신선한 웨트 수소 가스가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.In the first firing step, in order to prevent the Mo molded body from being oxidized during firing, firing is performed in a wet hydrogen-containing atmosphere. From a viewpoint of preventing oxidation more than necessary, after replacing the inside of a kiln with nitrogen gas, it is preferable to make wet hydrogen gas flow volume into 0.2 m <3> / H (hour) or more, and also 0.2-17 m <3> / H (hour). It is preferable to supply wet hydrogen gas as an air stream and to supply fresh wet hydrogen gas to the Mo molded body.

또한, 소정의 가스 유량이 있으면, 제거된 탄소 성분(이산화탄소, 일산화탄소)을 기류와 함께 소결로 외측으로 배제할 수 있다. 수지 바인더는, 열을 가하면 탄소로서 잔존한다. 잔존한 탄소는 제1 소성 공정 중에 탄소 성분(이산화탄소나 일산화탄소)으로 되지만, 이들 탄소 성분은 구리와 반응하기 쉬우므로, 기류의 제어에 의해 신선한 웨트 수소 가스를 공급할 수 있도록 할 필요가 있다.In addition, if there is a predetermined gas flow rate, the removed carbon components (carbon dioxide and carbon monoxide) can be removed outside the sintering furnace together with the airflow. The resin binder remains as carbon when heat is applied. The remaining carbon becomes a carbon component (carbon dioxide or carbon monoxide) during the first firing step, but since these carbon components are likely to react with copper, it is necessary to be able to supply fresh wet hydrogen gas under the control of air flow.

특히, 소성 보트(Mo 보트) 상에 복수 개의 Mo 성형체를 배열하여 1배치(batch) 200개 이상의 성형체를 한번에 소성하는 경우에는, 웨트 수소 가스 유량의 조정은 필요하며, 그때는 소성로 내의 웨트 수소 가스 유량이 2㎥/H 이상인 개소가 있도록 하는 것이 바람직하다.In particular, when firing 200 or more molded bodies in one batch by arranging a plurality of Mo molded bodies on a firing boat (Mo boat), adjustment of the wet hydrogen gas flow rate is necessary, and at that time, wet hydrogen gas in the firing furnace is required. It is preferable to make it exist in the place whose flow volume is 2 m <3> / H or more.

도 4에, 제조 방법의 일례로서, 1배치(batch)로 복수 개의 Mo 성형체를 소성할 때의 성형체를 소성로에 장전하는 예를 도시한다. 도면 중, 도면 부호 (6)은 Mo 성형체, 도면 부호 (7)은 소성용 용기, 도면 부호 (8)은 소성 보트, 도면 부호 (9)는 세퍼레이터이다. 소성 보트(8) 상에 Mo 성형체(6)를 복수 개 적재한다. 이때, 각 성형체(6)의 간극을 수소 가스가 유통하기 쉽게 하기 위하여 각 성형체 간의 간극을 1㎜ 이상 두는 것이 바람직하다. 복수 개의 성형체(6)를 실은 소성 보트(8)를 세퍼레이터(9)를 개재하여 복수 매, 다단으로 적층한다. 이를 소성용 용기(7) 내에 배치한다. 이 소성용 용기채로, 소성로 내에 배치함으로써 1배치(batch) 200개 이상, 나아가 400개 이상, 나아가 2000개 이상의 성형체를 한번에 소성할 수 있다. 또한, 소성 보트, 세퍼레이터, 소성용 용기는, 내열성 등의 관점에서 Mo로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 소결체의 융착을 방지하기 위하여, 소성 보트는 필요에 따라 산화물 세라믹스의 코팅이 실시되어 있는 것을 사용해도 된다.In FIG. 4, as an example of a manufacturing method, the example which loads the molded object at the time of baking a some Mo molded object in 1 batch to a baking furnace is shown. In the figure, reference numeral 6 denotes a Mo molded body, reference numeral 7 denotes a container for firing, reference numeral 8 denotes a firing boat, and reference numeral 9 denotes a separator. Plural Mo molded bodies 6 are stacked on the plastic boat 8. At this time, in order to make hydrogen gas easily distribute | circulate the clearance gap of each molded object 6, it is preferable to leave the clearance gap between each molded object 1 mm or more. The baking boat 8 which loaded the some molded object 6 is laminated | stacked in multiple sheets via the separator 9 in multiple stages. This is arrange | positioned in the container 7 for baking. By arranging in the baking furnace with this baking container, 200 or more batches, 400 or more, and 2000 or more molded objects can be baked at once. Moreover, it is preferable that a baking boat, a separator, and the baking container are comprised from Mo from a viewpoint of heat resistance. In addition, in order to prevent fusion of a sintered compact, the baking boat may use what was coated with oxide ceramics as needed.

이어서, 제1 소성체를 수소 함유 분위기 중에서 소성하는, 제2 소성체를 얻는 제2 소성 공정을 실시한다. 제2 소성 공정은, 소위 본 소결 공정에 상당하는 공정이다.Next, the 2nd baking process which obtains a 2nd baking body which bakes a 1st baking body in a hydrogen containing atmosphere is performed. The second firing step is a step corresponding to the so-called main sintering step.

제2 소성 공정은, 최고 도달 온도를 1200 내지 1600℃로 하고, 최고 도달 온도에서의 유지 시간을 1 내지 5시간으로 하는 것이 바람직하다. 최고 도달 온도가 1200℃ 미만으로는 치밀화가 충분히 진행하지 않아 밀도가 90% 미만으로 되기 쉽다. 한편, 최고 도달 온도가 1600℃를 초과하면 구리가 흘러내려, 밀도가 저하된다. 바람직하게는 1300 내지 1500℃의 범위이다.It is preferable that a 2nd baking process makes the highest achieved temperature 1200-1600 degreeC, and makes the holding time in the highest achieved temperature 1-5 hours. If the maximum achieved temperature is less than 1200 ° C, densification does not proceed sufficiently and the density tends to be less than 90%. On the other hand, when the highest achieved temperature exceeds 1600 ° C, copper flows down and the density decreases. Preferably it is the range of 1300-1500 degreeC.

또한, 최고 도달 온도에서의 유지 시간이 1시간 미만으로는 Mo 소결체의 치밀화가 불충분하고, 5시간을 초과하면 구리가 녹아내릴 우려가 있다.If the holding time at the highest achieved temperature is less than 1 hour, densification of the Mo sintered compact is insufficient, and if it exceeds 5 hours, copper may melt.

또한, 제2 소성 공정도 제1 소성 공정과 마찬가지로 Mo 소결체의 산화를 방지하기 위하여 수소 함유 분위기 중에서 실시할 필요가 있다. 이 때문에, 소성로 내를 질소 가스로 치환한 후, 수소 가스를 공급하는 방법이 바람직하다. 또한, 신선한 수소 가스를 공급하는 것이 바람직하기 때문에, 수소 가스 기류를 제1 소성 공정과 마찬가지의 조건에서 조정하는 것이 바람직하다. 특히, 1배치(batch) 200개 이상, 나아가 400개 이상으로 복수 개의 소결체를 얻기 위해서는, 웨트 수소 가스 또는 수소 가스의 유량의 조정은 필요하다.In addition, it is necessary to perform a 2nd baking process also in a hydrogen containing atmosphere in order to prevent oxidation of Mo sintered compact similarly to a 1st baking process. For this reason, the method of supplying hydrogen gas after replacing the inside of a kiln with nitrogen gas is preferable. Moreover, since it is preferable to supply fresh hydrogen gas, it is preferable to adjust hydrogen gas airflow on the conditions similar to a 1st baking process. In particular, in order to obtain a plurality of sintered bodies with 200 or more batches and even 400 or more batches, adjustment of the flow rate of wet hydrogen gas or hydrogen gas is necessary.

또한, 제1 소성 공정으로부터 제2 소성 공정은, 도 4에 도시한 바와 같은 소성 용기(7)를 사용함으로써 제1 소성 공정으로부터 제2 소성 공정에의 이동을 연속적으로 실시할 수 있으므로 양산성이 향상된다.In addition, since the 2nd baking process from the 1st baking process can continuously perform the movement from a 1st baking process to a 2nd baking process by using the baking container 7 as shown in FIG. 4, Is improved.

또한, 상기와 같이 제조한 Mo 소결체(반도체 방열판용 Mo 소결 부품)는 필요에 따라, 표면 연마 가공을 실시하는 것으로 한다. 연마 가공은, 배럴 연마나 다이아몬드 지석에 의한 연마 가공을 들 수 있다.In addition, the Mo sintered compact (Mo sintered components for semiconductor heat sinks) manufactured as mentioned above shall perform surface grinding | polishing process as needed. Examples of polishing include barrel polishing and polishing by diamond grindstones.

[실시예][Example]

(실시예 1 내지 5 및 비교예 1)(Examples 1 to 5 and Comparative Example 1)

평균 입자 직경이 3㎛이며, 순도가 99.9wt%인 Mo 분말과, 평균 입자 직경이5㎛이며, 순도가 99.9%인 구리 분말을 혼합하고, 또한 수지 바인더(PVA)과 혼합하여 평균 입자 직경이 80 내지 120㎛인 조립 분말을 제조하였다. 이어서, 이 조립 분말을 3 내지 5ton/㎠의 프레스 압력으로 금형 성형하여 Mo 성형체를 제조하였다. 또한, Mo와 Cu의 조성비 및 Mo 소결체의 크기는 표 1에 나타낸 대로이다.The average particle diameter is 3 µm, the Mo powder having a purity of 99.9 wt%, the average particle diameter is 5 µm, and the copper powder having a purity of 99.9% are mixed, and further mixed with a resin binder (PVA) to obtain an average particle diameter. A granulated powder of 80 to 120 μm was prepared. Next, this granulated powder was mold-molded at a press pressure of 3 to 5 ton / cm 2 to prepare a Mo molded body. In addition, the composition ratio of Mo and Cu and the magnitude | size of Mo sintered compact are as showing in Table 1.

이어서 도 4에 도시한 바와 같이, 제조한 400개의 Mo 성형체(6)를 Mo제 소성 보트(8) 상에 2㎜ 간격으로 배열하였다. 이 소성 보트(8)를 스페이서(세퍼레이터)(9)를 개재하여 3단 중첩시켜, Mo 소성 용기(7) 내에 수용하였다. 이를 푸시식 소성로에 투입하여 표 1에 나타내는 조건에서 제1 및 제2 소성 공정을 실시하였다. 또한, 소성 공정은 일단, 소성로 내부에 질소 가스를 충만시킨 후에, 웨트 수소 가스 기류를 흐르게 하는 분위기 중에서 실시하였다. 또한, 600℃로부터 최고 도달 온도까지는 3 내지 7시간 들여 승온하여 실시한 것이다.Next, as shown in FIG. 4, 400 Mo molded bodies 6 were arranged on the Mo baking boat 8 at intervals of 2 mm. This baking boat 8 was superimposed three stages through the spacer (separator) 9, and was accommodated in the Mo baking container 7. This was put into a push type kiln and the 1st and 2nd baking processes were implemented on the conditions shown in Table 1. In addition, the baking process was performed in the atmosphere which flows a wet hydrogen gas airflow once, after filling nitrogen gas inside a baking furnace. Moreover, it heats up for 3 to 7 hours and performs it from 600 degreeC to a maximum achieved temperature.

그 후, 표면 연마 가공을 실시하여 각 실시예에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 제조하였다. 얻어진 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은 직경 50㎜×두께 0.6㎜로 통일하였다. 또한, 표면 조도 Ra는 3㎛로 통일하였다.Thereafter, surface polishing was performed to prepare Mo sintered parts for semiconductor heat sinks according to the examples. The obtained Mo sintering components for semiconductor heat sinks were unified to diameter 50mm x thickness 0.6mm. In addition, surface roughness Ra was unified at 3 micrometers.

한편, 비교예 1로서, 밀도가 90%인 Mo 소결체를 제조한 후, Cu를 용침시키는 용침법에 의해 제조한 Mo 소결 부품을 준비하였다.On the other hand, as a comparative example 1, after producing the Mo sintered compact whose density is 90%, the Mo sintered component manufactured by the infiltration method which infiltrates Cu was prepared.

실시예 및 비교예에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 관하여, 조직 표면의 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비를 구하였다. 이는 임의의 단면에 있어서 단위 면적 500㎛×500㎛의 확대 사진(SEM 사진)을 찍고, 거기에 찍히는 Mo 결정의 면적을 구하여, 단위 면적에 대한 Mo 결정의 면적비를 산출하였다. 또한, Mo 결정과 구리의 구별(판별)이 되기 어려운 부품에 대해서는 EPMA 면 분석을 이용하였다. 이 작업을 임의의 5개소에서 행하여, 그 평균값을 「Mo 결정의 면적비의 평균값」으로 하고, 각 측정점의 평균값으로부터의 차를 구하여, 가장 큰 차를 「편차」로 하였다.About the Mo sintered components for semiconductor heat sinks which concern on the Example and the comparative example, the area ratio of Mo crystal per unit area 500 micrometers x 500 micrometers of the structure surface was calculated | required. This took an enlarged photograph (SEM photograph) of a unit area of 500 µm x 500 µm in an arbitrary cross section, obtained the area of the Mo crystal to be taken therein, and calculated the area ratio of the Mo crystal to the unit area. In addition, EPMA surface analysis was used for the parts which are hard to distinguish between Mo crystal and copper. This operation was performed at five arbitrary places, the average value was made into the "average value of the area ratio of Mo crystals", the difference from the average value of each measuring point was calculated | required, and the largest difference was made into "deviation."

또한, Mo 결정의 평균 입자 직경은, 전술한 확대 사진으로부터 구하였다. 구체적으로는, (긴 직경+짧은 직경)÷2의 계산식으로 개개의 Mo 결정 입자의 입자 직경을 구하여, Mo 결정 입자의 100개 분의 평균값을 「평균 입자 직경」으로 하였다. 또한, 동일한 확대 사진을 사용하여 거기에 찍히는 가장 큰 입자의 입자 직경과 평균 입자 직경의 비를 구하였다. 또한, 인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 거리는, 전술한 확대 사진으로부터, 거기에 찍히는 몰리브덴 결정 중에서 인접하는 몰리브덴 결정 간의 가장 이격된 몰리브덴 결정 입자 간의 최단 거리를 구하였다. 또한, 밀도는 (아르키메데스법/이론 밀도)×100(%)에 의해 구하였다.In addition, the average particle diameter of Mo crystal was calculated | required from the enlarged photograph mentioned above. Specifically, the particle diameter of each Mo crystal particle was calculated | required by the formula of (long diameter + short diameter) ÷ 2, and the average value for 100 pieces of Mo crystal particle was made into "average particle diameter." In addition, using the same enlarged photograph, the ratio of the particle diameter and the average particle diameter of the largest particle taken therein was calculated | required. In addition, the largest distance between adjacent molybdenum crystals calculated | required the shortest distance between the most spaced molybdenum crystal particles between adjacent molybdenum crystals among the molybdenum crystals taken therefrom from the enlarged photograph mentioned above. In addition, the density was calculated | required by (Archimedes method / theoretical density) x 100 (%).

또한, 열팽창률, 인장 강도, 비저항, 열전도율을 구하였다. 여기서, Mo 소결 부품의 열팽창률은 25℃ 내지 400℃까지의 체적 팽창률로 구하였다. 또한, 인장 강도는 JIS-Z-2241에 준거하는 인장 강도(tensile strength) 측정 방법에 의해 구하였다. 또한 비저항은 JIS-H-0505에 준거하는 체적 저항률의 측정 방법으로 구하였다. 또한, 열전도율은 레이저 플래시법에 의해 구하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.Moreover, thermal expansion coefficient, tensile strength, specific resistance, and thermal conductivity were calculated | required. Here, the thermal expansion rate of Mo sintered components was calculated | required by the volume expansion rate from 25 degreeC to 400 degreeC. In addition, tensile strength was calculated | required by the tensile strength measuring method based on JIS-Z-2241. In addition, specific resistance was calculated | required by the measuring method of the volume resistivity based on JIS-H-0505. In addition, thermal conductivity was calculated | required by the laser flash method. The results are shown in Table 2.

Figure pct00001
Figure pct00001

Figure pct00002
Figure pct00002

표 2에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 열팽창 계수가 7 내지 14×10-6/℃이고, 인장 강도가 0.44㎬ 이상이며, 비저항이 5.3×10-6Ω·m 이하이고, 열전도율이 160W/m·K 이상이라는 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 단면 사진을 관찰하면, Mo 결정 입자의 간극에는 구리가 충분히 충전되어 있었다.As apparent from the results shown in Table 2, the Mo sintered component for semiconductor heat sink according to the present embodiment has a coefficient of thermal expansion of 7 to 14 × 10 −6 / ° C., a tensile strength of 0.44 kPa or more, and a specific resistance of 5.3 × 10. It was -6 Ω · m or less and exhibited excellent characteristics of thermal conductivity of 160 W / m · K or more. Moreover, when observing a cross-sectional photograph, copper was fully filled in the clearance gap of Mo crystal grain.

한편, 용침법으로 제조한 비교예 1에 따른 Mo 소결 부품은, Mo 소결체의 중심부에는 구리가 충전되어 있지 않은 영역이 있으며, 밀도는 87%였다. 그 때문에, 열팽창률, 강도 및 열전도율은 저하되고, 비저항값은 크게 되어 있었다. 또한, 미리 Mo만으로 소결체를 구성하고 있으므로 소결 온도를 1700℃ 정도로 높게 해야 하므로 평균 입자 직경의 2배 이상의 조대 입자가 형성되어 있었다.On the other hand, the Mo sintered component which concerns on the comparative example 1 manufactured by the immersion method had the area | region which is not filled with copper in the center part of Mo sintered compact, and the density was 87%. Therefore, thermal expansion rate, strength, and thermal conductivity fell, and the specific resistance value was large. Moreover, since the sintered compact was previously comprised only by Mo, since sintering temperature should be made high about 1700 degreeC, the coarse particle | grains more than twice the average particle diameter were formed.

(실시예 6 내지 13)(Examples 6 to 13)

이어서 조성 및 Mo 소결체 크기를 표 3과 같이 설정하는 동시에, 표 4의 조건에 따라 각 Mo 소결 부품을 제조하였다. 제조한 각 실시예에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 대하여 실시예 1과 마찬가지의 측정을 행하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 소성 공정은 600℃로부터 최고 도달 온도까지의 승온을 3 내지 7시간 들여 실시한 것이다. 또한, 얻어진 Mo 소결 부품을 표면 연마하여 표면 조도를 표 3에 나타내는 수치로 하였다.Subsequently, the composition and Mo sintered compact were set as Table 3, and each Mo sintered component was produced according to the conditions of Table 4. The measurement similar to Example 1 was performed about the Mo sintering component for semiconductor heat sinks which manufactured each Example. The results are shown in Table 5. In addition, the baking process performs the temperature rising from 600 degreeC to the highest achieved temperature for 3 to 7 hours. In addition, the obtained Mo sintered components were surface-polished and the surface roughness was made into the numerical value shown in Table 3.

Figure pct00003
Figure pct00003

Figure pct00004
Figure pct00004

Figure pct00005
Figure pct00005

본 실시예에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 크기를 변경하더라도 우수한 특성을 나타내는 것이 판명되었다.The Mo sintered part for semiconductor heat sinks according to the present embodiment was found to exhibit excellent characteristics even if the size was changed.

(실시예 1A 내지 13A 및 비교예 1A)(Examples 1A to 13A and Comparative Example 1A)

실시예 1 내지 13 및 비교예 1에 따른 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 사용하여 도 1에 도시한 바와 같은 반도체 장치를 제작하였다. 구체적으로는, 반도체 방열판용 Mo 소결 부품(1)의 표면에 절연층(2)을 개재하여 반도체 소자(3)을 탑재하였다. 이어서, 절연막(2) 상에 반도체 소자(3)를 표 6에 나타내는 개수로 배치하고, 납땜 접합하였다. 그 후, 반도체 소자의 내열 사이클 시험을 행하였다. 즉, 실온(25℃)으로부터 120℃로 승온하고, 그런 뒤에 실온까지 복귀시키며, 또한 -20℃까지 냉각하는 열 사이클을 1사이클로 하여, 1000사이클 후에 반도체 장치의 문제(반도체 소자의 박리나 위치 어긋남)의 유무를 확인하였다. 문제가 1개라도 발생한 것을 「×」, 전혀 발생하지 않은 것을 「○」로 표시하였다. 그 결과를 하기 표 6에 아울러 나타낸다.The semiconductor device as shown in FIG. 1 was produced using the Mo sintering component for semiconductor heat sinks which concerns on Examples 1-13 and Comparative Example 1. FIG. Specifically, the semiconductor element 3 was mounted on the surface of the Mo sintering part 1 for semiconductor heat sinks through the insulating layer 2. Next, the semiconductor element 3 was arrange | positioned on the insulating film 2 by the number shown in Table 6, and was solder-bonded. Then, the heat resistance cycle test of the semiconductor element was done. That is, the temperature of the temperature rises from room temperature (25 ° C.) to 120 ° C., then returns to room temperature, and the heat cycle of cooling to -20 ° C. is one cycle. ) Was checked. "X" and that which did not generate | occur | produce even one problem were shown by "(circle)". The result is combined with Table 6 below.

Figure pct00006
Figure pct00006

상기 표 6에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 실시예에 따른 각 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 사용한 반도체 장치에서는, 위치 어긋남이 전혀 발생하지 않으며 신뢰성 및 내구성이 높은 것이 판명되었다. 한편, 비교예 1A의 반도체 장치에서는 열팽창률이 낮고, 열전도율도 낮으므로 일부의 소자에 문제가 확인되었다.As apparent from the results shown in Table 6 above, in the semiconductor device using each of the Mo sintered parts for semiconductor heat sinks according to the present embodiment, it was found that no misalignment occurred and high reliability and durability. On the other hand, in the semiconductor device of Comparative Example 1A, the thermal expansion coefficient was low and the thermal conductivity was also low, so problems were found in some devices.

1: 반도체 방열판용 Mo 소결 부품
2: 절연막(절연층)
3: 반도체 소자
4, 4a, 4b: 몰리브덴 결정 입자
5: 구리
6: Mo 성형체
7: 소성용 용기
8: 소성 보트
9: 세퍼레이터(스페이서)
1: Mo sintered parts for semiconductor heat sink
2: insulating film (insulating layer)
3: semiconductor device
4, 4a, 4b: molybdenum crystal grains
5: copper
6: Mo molded body
7: baking container
8: firing boat
9: Separator (spacer)

Claims (12)

구리를 10 내지 50질량% 함유하는 몰리브덴 합금재를 포함하여 이루어지는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품에 있어서, 상기 몰리브덴 합금재의 몰리브덴 결정의 평균 입자 직경이 10 내지 100㎛이며, 단위 면적 500㎛×500㎛당 Mo 결정의 면적비의 편차가 평균값의 ±10% 이내인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.In the Mo sintering part for semiconductor heat sinks containing the molybdenum alloy material containing 10-50 mass% of copper, the average particle diameter of the molybdenum crystal of the said molybdenum alloy material is 10-100 micrometers, per unit area 500 micrometers * 500 micrometers Mo sintering component for semiconductor heat sinks, characterized in that the deviation of the area ratio of the Mo crystal is within ± 10% of the average value. 제1항에 있어서,
반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 표면 조도 Ra가 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
The method of claim 1,
The surface roughness Ra of Mo sintering components for semiconductor heat sinks is 5 micrometers or less, Mo sintering components for semiconductor heat sinks.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 몰리브덴 합금재는, Ni, Co, Fe 중 적어도 1종 이상을 금속 원소 환산으로 0.1 내지 3질량% 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
3. The method according to claim 1 or 2,
The said molybdenum alloy material contains 0.1-3 mass% of at least 1 sort (s) or more among Ni, Co, and Fe in metal element conversion, Mo sintering components for semiconductor heat sinks characterized by the above-mentioned.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰리브덴 합금재가 밀도 90 내지 98%를 갖는 소결 합금재인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Mo molybdenum component for semiconductor heat sink, characterized in that the molybdenum alloy material is a sintered alloy material having a density of 90 to 98%.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구리가 몰리브덴 결정 간의 간극에 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The said copper is filled in the clearance gap between molybdenum crystals, Mo sintering components for semiconductor heat sinks.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰리브덴 결정의 최대 결정 입자 직경이 평균 입자 직경의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
The method according to any one of claims 1 to 5,
The maximum crystal grain diameter of the said molybdenum crystal is 2 times or less of the average grain diameter, Mo sintering components for semiconductor heat sinks.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
인접하는 몰리브덴 결정 간의 거리 중, 가장 이격된 거리가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Mo sintered components for semiconductor heat sinks, characterized in that the distance between the adjacent molybdenum crystals, the most spaced apart is 50㎛ or less.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
반도체 방열판용 Mo 소결 부품은, 두께가 0.05 내지 1㎜이며, 직경이 5 내지 70㎜인 원판 형상인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The Mo sintering component for semiconductor heat sinks has a disc shape of 0.05-1 mm in thickness and 5-70 mm in diameter, Mo sintering components for semiconductor heat sinks.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 열팽창률이 7 내지 14×10-6/℃인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
The method according to any one of claims 1 to 8,
The thermal expansion coefficient of Mo sintering components for semiconductor heat sinks is 7-14 * 10 <-6> / degreeC, Mo sintering components for semiconductor heat sinks characterized by the above-mentioned.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 인장 강도가 0.44㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
Mo sintered components for semiconductor heat sinks, characterized in that the tensile strength of the Mo sintered components for semiconductor heat sinks is 0.44 kPa or more.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
반도체 방열판용 Mo 소결 부품의 비저항이 5.3×10-6Ω·m 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 방열판용 Mo 소결 부품.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
Mo sintered components for semiconductor heat sinks, characterized in that the resistivity of the Mo sintered components for semiconductor heat sinks is 5.3 × 10 −6 Ω · m or less.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 방열판용 Mo 소결 부품을 사용한 것을 특징으로 하는 반도체 장치.The Mo sintering component for semiconductor heat sinks as described in any one of Claims 1-11 was used. The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
KR1020137025443A 2011-03-30 2012-03-19 Sintered mo part for heat sink plate for semiconductor device and semiconductor device including same KR101571230B1 (en)

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