WO2012147610A9 - 放熱基板 - Google Patents

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WO2012147610A9
WO2012147610A9 PCT/JP2012/060585 JP2012060585W WO2012147610A9 WO 2012147610 A9 WO2012147610 A9 WO 2012147610A9 JP 2012060585 W JP2012060585 W JP 2012060585W WO 2012147610 A9 WO2012147610 A9 WO 2012147610A9
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diamond
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diamond composite
heat dissipation
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福井　彰
正雄 藤本
良宏 武田
政宏 柴戸
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株式会社アライドマテリアル
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Definitions

  • the present invention relates to a low-cost heat dissipation board having a thermal expansion coefficient suitable for mounting or holding a semiconductor element and a high thermal conductivity.
  • Patent Document 1 Cu as a first layer, Mo or a Cu—Mo composite material as a second layer, and Cu as a third layer are laminated in this order.
  • a laminated structure heat dissipation substrate having an Ag layer at the interface between the layer and the second layer and at the interface between the second layer and the third layer.
  • Patent Document 2 discloses a first member made of at least one metal material selected from the group consisting of a W—Cu alloy and a Mo—Cu alloy, and the first member.
  • the heat dissipation board provided with the 2nd member which is joined to the other main surface and the other main surface, and consists of Cu is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a high thermal conductivity diamond sintered body containing diamond particles in an amount of 60 to 90% by volume with respect to the entire sintered body, and the balance being substantially Cu. Disclose.
  • the heat dissipation substrate disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-12767 (Patent Document 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 06-268117 (Patent Document 2) has a thermal expansion coefficient suitable for mounting or holding a semiconductor element.
  • the thermal conductivity is not necessarily increased.
  • the high thermal conductivity diamond sintered body disclosed in WO2003 / 040420 has a thermal expansion coefficient suitable for mounting or holding a semiconductor element and high thermal conductivity. Since the content of diamond in the sintered body is as high as 60% by volume or more, there is a problem that the manufacturing cost is extremely high due to restrictions on the manufacturing method.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a low-cost heat dissipation substrate having a thermal expansion coefficient suitable for mounting or holding a semiconductor element and a high thermal conductivity.
  • a heat dissipation substrate having a high thermal conductivity can be produced at a low cost by using a metal diamond composite having a diamond content of less than 50% by volume.
  • the present invention was completed by adjusting the coefficient of thermal expansion by laminating such a metal diamond composite material with a core material of another material. That is, the technical means of the present invention are as follows.
  • the present invention is disposed between the first metal diamond composite layer, the second metal diamond composite layer, and the first metal diamond composite layer and the second metal diamond composite layer.
  • a heat dissipation substrate including a core material layer, wherein the first metal diamond composite layer and the second metal diamond composite layer each have a diamond content of less than 50% by volume, and the core material layer has a main surface
  • the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the thickness is 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and the thermal conductivity in the thickness direction is 140 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more. It is a certain heat dissipation board.
  • the entire heat dissipation board has a coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the main surface of 7 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and heat in the thickness direction.
  • the conductivity can be 400 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more.
  • the entire heat dissipation substrate can have a thickness of 500 ⁇ m or more and 10,000 ⁇ m or less.
  • the core material layer can have a thickness of 50 ⁇ m or more and 4000 ⁇ m or less.
  • the core material layer can contain Mo.
  • the particle size of the diamond particles contained in the first metal diamond composite layer and the second metal diamond composite layer can be 20 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less.
  • a heat dissipation substrate 1 includes a first metal diamond composite layer 11, a second metal diamond composite layer 12, a first metal diamond composite layer 11, and a first metal diamond composite layer 11.
  • Core material layer 10 disposed between two metal diamond composite layers 12, and the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 each have a diamond content of 50 volumes.
  • the core material layer 10 has a thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface of 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and heat conduction in the thickness direction.
  • the rate is 140 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more.
  • the heat dissipation substrate 1 of the present embodiment includes the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 each having a diamond content of less than 50% by volume, the manufacturing cost is low and 400 W ⁇ m. It has a high thermal conductivity of -1 ⁇ K -1 or higher.
  • the heat dissipation board 1 of the present embodiment has a thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface of 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less and the thermal conductivity in the thickness direction. Includes a core material layer 10 having 140 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more, and therefore has a thermal expansion coefficient that is the same as or close to that of the semiconductor element, and is suitable for mounting or holding a semiconductor element.
  • the entire heat dissipation substrate 1 of the present embodiment has a thermal expansion coefficient in the direction parallel to the principal surface of 7 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and the heat conduction in the thickness direction thereof.
  • the rate is preferably 400 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more.
  • the upper limit of the thickness direction of the thermal conductivity of the entire heat dissipating substrate 1 of this embodiment, at present, is about 600W ⁇ m -1 ⁇ K -1.
  • the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the entire heat dissipation board 1 mean the thermal expansion coefficient and thermal conductivity when the entire heat dissipation board 1 is integrated.
  • the heat dissipation substrate 1 having a thermal expansion coefficient and a thermal conductivity within such a range has the same or approximate thermal expansion coefficient as that of the semiconductor element and has a high thermal conductivity. It is extremely suitable as a heat dissipation substrate for holding.
  • the entire heat dissipation substrate 1 of the present embodiment preferably has a thickness T of 500 ⁇ m or more and 10000 ⁇ m or less. If the thickness T of the entire heat dissipation substrate 1 is less than 500 ⁇ m, the heat dissipation performance is degraded. If the thickness T is greater than 10,000 ⁇ m, it is difficult to mount or hold the semiconductor elements at a high density, making it suitable as a mounting substrate. Absent.
  • the core material layer 10 of the heat dissipation substrate 1 of the present embodiment is disposed between the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12.
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 have high thermal conductivity, but their thermal expansion coefficient is larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor element. Not suitable for mounting or holding elements. For this reason, the core material layer 10 is required to make the thermal expansion coefficient of the entire heat dissipation substrate 1 the same as or close to the thermal expansion coefficient of the semiconductor element.
  • the core layer 10 has a thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface of 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and heat conduction in the thickness direction.
  • the rate needs to be 140 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more.
  • the upper limit of the thermal conductivity in the thickness direction of the core material layer 10 is currently about 250 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 .
  • the core material layer 10 is not particularly limited as long as it has the above-described thermal expansion coefficient and thermal conductivity, and may be a single layer composed of a single layer or a multilayer composed of a plurality of layers. Good.
  • the single layer may be a single layer made of a single chemical species or a composite layer made of a plurality of chemical species.
  • preferred examples of the single layer include a Mo layer, a W layer, an AlN layer, and a Si 3 N 4 layer.
  • Preferred examples of the composite layer include a CuW layer and a CuMo layer.
  • Mo / X / Mo layer (X is at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, Cu diamond and Ag diamond), Mo / X / Mo / X / Mo layer (X is And at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, Cu diamond and Ag diamond).
  • the insulating core material layer 10 such as an AlN layer or a Si 3 N 4 layer is used, insulation can be imparted in the thickness direction of the heat dissipation substrate 1.
  • the core material layer 10 is not particularly limited as long as it has the above-described thermal expansion coefficient and thermal conductivity, but preferably contains Mo, specifically, a Mo layer, a CuMo layer, Mo / X. / Mo layer (X is at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, Cu diamond and Ag diamond), Mo / X / Mo / X / Mo layer (X is Cu, Ag, Cu diamond and Ag diamond) More preferably at least one selected from the group consisting of
  • the core material layer 10 may have a metal layer formed on its surface by at least one of plating and vapor deposition.
  • Suitable examples of the metal layer include a Ni layer, a Cu layer, an Ag layer, an Au layer, or a layer in which these layers are stacked.
  • the thickness T 0 of the core material layer 10 is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m or more and 4000 ⁇ m or less, and more preferably 250 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the coefficient of thermal expansion in the direction parallel to the entire main surface of the heat dissipation board 1 is 7 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less. If the thickness T 0 of the core layer 10 is larger than 4000 ⁇ m, the thermal expansion coefficient in the thickness direction of the entire heat dissipation substrate 1 can be increased to 400 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more. It becomes difficult.
  • first metal diamond composite layer 11 is disposed on one main surface side of the core material layer 10
  • the second metal diamond composite layer 12 is the other main surface of the core material layer 10. Arranged on the side. For this reason, the thermal radiation board
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 each have a diamond content of less than 50% by volume from the viewpoint of enabling punching by punching and reducing manufacturing costs. 40 volume% or less is preferable.
  • first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 have a thermal conductivity of 420 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ by setting the diamond content to 10% by volume or more. Can be as high as 1 or more.
  • first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 have a diamond content of less than 50% by volume, their respective thermal conductivities are 700 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1. Is less than.
  • the core material layer 10 in the heat dissipation substrate 1 of the present embodiment has a thermal expansion coefficient of 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 13 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ in a direction parallel to the main surface. 1 or less, and having a thermal expansion coefficient that is the same as or close to that of the semiconductor element, it is suitable for mounting or holding the semiconductor element.
  • the thermal conductivity in the thickness direction is 140 W ⁇ m ⁇ 1.
  • -K- 1 or more, and higher heat conductivity is desired as a heat dissipation board.
  • the thermal conductivity in the thickness direction is 400 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more.
  • a heat dissipation substrate 1 having a high manufacturing cost and a low manufacturing cost can be obtained.
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 are layers formed of a composite containing a metal and diamond.
  • a form in which diamond particles are dispersed in the metal have
  • limiting in particular as a metal From a viewpoint with high heat conductivity, Cu, Ag, Al, etc. are used suitably. That is, a Cu diamond composite layer, an Ag diamond composite layer, an Al diamond composite layer, and the like are preferable.
  • the particle size of the diamond particles is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more from the viewpoint of improving workability, and is preferably 250 ⁇ m or less from the viewpoint of improving uniform dispersibility in the metal.
  • first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 may have a metal layer formed on at least one of the surfaces by plating and vapor deposition.
  • Suitable examples of the metal layer include a Ni layer, a Cu layer, an Ag layer, an Au layer, or a layer in which these layers are stacked.
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 are required to have a diamond content of less than 50% by volume from the viewpoint of forming a high thermal conductivity layer at a low manufacturing cost. is there.
  • the diamond content is 10% by volume or more and less than 50% by volume. It is preferable that it is 10 volume% or more and 40 volume% or less.
  • the spray is not stable, and when the diamond content is higher than 50% by volume, bubbles are likely to be generated in the metal diamond composite layer during spraying.
  • the diamond content of the first metal diamond composite layer 11 and the diamond content of the second metal diamond composite layer 12 may be the same or different.
  • the thickness T 2 of the thickness T 1 and the second metal-diamond composite layer 12 of the first metal-diamond composite layer 11 may be different even in the same.
  • the type and thickness T 0 of the core material layer 10 the diamond content and thickness T 1 of the first metal diamond composite layer 11, and the diamond content of the second metal diamond composite layer 12 and By changing the thickness T 2 , the heat dissipation substrate 1 having a desired thermal expansion coefficient and thermal conductivity can be obtained.
  • the heat dissipation substrate 1 has, for example, the same diamond content of the first metal diamond composite layer 11 and the diamond content of the second metal diamond composite layer 12, and the first metal diamond composite. by the same thickness T 1 of the layer 11 and the thickness T 2 of the second metal-diamond composite layer 12, the parallel thermal expansion coefficient on the main surface a first metal-diamond composite layer 11 side and the second The same for the metal diamond composite layer 12 side.
  • the diamond content of the first metal diamond composite layer 11 and the diamond content of the second metal diamond composite layer 12 are made different depending on the purpose of use, or the first metal diamond composite is used.
  • the parallel thermal expansion coefficient on the main surface a first metal-diamond composite layer 11 side and the second It may be different on the metal diamond composite layer 12 side.
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 form a heat dissipation substrate 1 having a thermal expansion coefficient that is the same as or close to that of the semiconductor element and a high thermal conductivity.
  • the thermal expansion coefficient in the direction parallel to each main surface is 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or more and 15 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 or less, and the thermal conductivity in each thickness direction is 420 W ⁇ m. ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 or more is preferable.
  • the method for manufacturing the heat dissipation substrate of the present embodiment is not particularly limited.
  • the step of preparing the core material layer 10 and the first main surface side of the core material layer 10 are the first.
  • a step of forming the metal diamond composite layer 11 and forming the second metal diamond composite layer 12 on the other main surface side of the core material layer 10 can be included.
  • the core material layer 10 to be prepared is as described above, and is not repeated here.
  • the method for forming the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 is not particularly limited, and the first metal diamond composite layer 11 is directly formed on one main surface side of the core material layer 10.
  • the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 are prepared in advance by a direct method of directly forming the second metal diamond composite layer 12 on the other main surface side of the core material layer 10.
  • An indirect method in which the first metal diamond composite layer 11 is bonded to one main surface side of the core material layer 10 and the second metal diamond composite layer 12 is bonded to the other main surface side of the core material layer 10; and so on. From the viewpoint of efficiently forming the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 at a low production cost, a direct method is preferable.
  • Direct method examples of the direct method include a spray method such as a cold spray method, an HVAF (High Velocity Aero Fuel) method, and an AD (Aerosol Deposition) method.
  • a spray method such as a cold spray method, an HVAF (High Velocity Aero Fuel) method, and an AD (Aerosol Deposition) method.
  • HVAF High Velocity Aero Fuel
  • AD Anasol Deposition
  • the spray method is not particularly limited.
  • the heat radiation substrate is formed by spraying the metal diamond composition on the main surface side of both the sub-step of preparing the metal diamond composition for spraying and the core material layer. Obtaining sub-steps.
  • a metal diamond composition for spraying is prepared.
  • the metal diamond composition to be prepared is a powder of metal-coated diamond particles formed by coating a metal film on the surface of diamond particles, and the metal particle powder is added as necessary.
  • the metal particle powder to be added is not particularly limited, Cu particle powder, Ag particle powder, Al particle powder and the like are preferable from the viewpoint of high thermal conductivity.
  • the diamond content of the metal diamond composition is preferably 10% by volume or more and less than 50% by volume, more preferably 10% by volume or more and 40% by volume or less.
  • the diamond content is lower than 10% by volume, the spray is not stable, and when the diamond content is higher than 50% by volume, bubbles are likely to be generated in the metal diamond composite layer during spraying.
  • the particle diameter of the diamond particles is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more and 250 ⁇ m or less. When the particle diameter of the diamond particles is smaller than 20 ⁇ m, the supply of the spray is not stable, and when the particle diameter is larger than 250 ⁇ m, bubbles are likely to be generated during the spraying. Further, the thickness of the metal film covered with the diamond particles is not particularly limited, but is preferably 1 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. If the thickness of the metal film is less than 1 ⁇ m, the adhesion between the particles during spraying may be insufficient, and if the thickness of the metal film is more than 30 ⁇ m, it is difficult to produce metal-coated diamond particles. Therefore, the particle diameter of the metal-coated diamond particles is not particularly limited, but is preferably 21 ⁇ m or more and 280 ⁇ m or less for the above reason.
  • an intermediate metal film may be interposed between the diamond particles and the metal film.
  • Such an intermediate metal film preferably contains at least one selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and compounds containing these.
  • the thickness of the intermediate metal film is not particularly limited, but is preferably 0.5 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less. If the thickness of the intermediate metal film is less than 0.5 ⁇ m, the thermal conductivity between the metal film and the diamond particles may be reduced. If the thickness of the intermediate metal film is greater than 1.0 ⁇ m, the intermediate metal film itself There is a possibility that the thermal conductivity is lowered, and in any case, there is a possibility that the thermal conductivity of the metal diamond composite layer is lowered.
  • the method for forming a metal film, or an intermediate metal film and a metal film on the surface of the diamond particles is not particularly limited, and is a plating method, a metal foil bonding method, a CVD (chemical vapor deposition) method.
  • a CVD chemical vapor deposition
  • Preferable examples include plasma CVD, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), vapor deposition, and spraying.
  • metal diamond composition a powder of intermediate metal-coated diamond particles in which the above-described intermediate metal film is formed on diamond particles and a metal particle powder can also be used.
  • the method for spraying the metal diamond composition is not particularly limited as long as it can form a metal diamond composite layer, and examples thereof include a cold spray method, an HVAF (High Velocity Aero Fuel) method, an AD (Aerosol Deposition) method, and the like. It is done.
  • HVAF High Velocity Aero Fuel
  • AD Alcohol Deposition
  • the spraying conditions are not particularly limited as long as they are compatible with the metal diamond composition and the spraying method.
  • spraying is performed using an inert gas such as nitrogen gas, helium gas, argon gas, or a mixed gas in which hydrogen gas is mixed with these inert gases.
  • the gas pressure is set to 2 MPa to 5 MPa (more preferably 2 MPa to 4 MPa)
  • the spraying gas temperature is set to 700 ° C. to 1000 ° C. (more preferably 700 ° C. to 900 ° C.)
  • the speed of the metal particles is preferably 700 m / s or more and 1000 m / s or less.
  • the speed of the metal-coated diamond particles and the metal particles at the time of spraying is calculated by analyzing the image of the particles photographed by the CCD camera at the time of spraying.
  • the manufacturing method of the heat dissipation substrate by the direct method it is preferable to further include a sub-process of heat-treating the obtained heat dissipation substrate 1 from the viewpoint of removing the oxide in the heat dissipation substrate and improving the bonding force between the particles.
  • the heat treatment atmosphere is a non-oxidizing atmosphere containing a reducing gas, for example, a hydrogen gas atmosphere, a hydrogen gas, from the viewpoint of removing oxides in the heat dissipation substrate formed during spraying.
  • a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and the like is preferable.
  • the heat treatment temperature is preferably 400 ° C. or more and 600 ° C. or less from the viewpoint of removing oxides in the heat dissipation substrate and improving the bonding force between the particles.
  • the heat treatment time is preferably 0.2 hours or more and 1 hour or less from the viewpoint of removing the oxide in the heat dissipation substrate and improving the bonding force between the particles.
  • the indirect method is not particularly limited, but for example, a first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and a second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) are formed.
  • a first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and a second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) are respectively provided on the main surface side of both the sub-process and the core material layer 10. And a sub-process of obtaining a heat dissipation substrate by bonding.
  • the method for forming the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) is not particularly limited, and is a sintering method or infiltration. Suitable examples include a method, an HP (hot press) method, an electric current sintering method, and a rolling method.
  • the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) to be formed are formed of a composite containing metal and diamond.
  • it has a form in which diamond particles are dispersed in a metal.
  • a metal From a viewpoint with high heat conductivity, Cu, Ag, Al, etc. are used suitably. That is, a Cu diamond composite wafer, an Ag diamond composite wafer, an Al diamond composite wafer, and the like are preferable.
  • the particle size of the diamond particles is not particularly limited, but is preferably 20 ⁇ m or more from the viewpoint of improving workability, and is preferably 250 ⁇ m or less from the viewpoint of improving uniform dispersibility in the metal.
  • the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) are a first metal diamond composite layer having a low manufacturing cost and high thermal conductivity.
  • the diamond content is preferably 10% by volume or more and less than 50% by volume, and preferably 10% by volume or more and 40% by volume or less. More preferred. If the diamond content is lower than 10% by volume, a wafer having a high thermal conductivity cannot be obtained, and if the diamond content is higher than 50% by volume, a high pressure is required for manufacturing the wafer, resulting in an increase in manufacturing cost.
  • the diamond content of the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the diamond content of the second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) are the same. May be different.
  • the diamond content of the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the metal diamond composition that is a raw material for forming the second metal diamond wafer are not particularly limited. From the viewpoint of high workability and formability, the metal diamond composition used in the direct method is preferred.
  • the thickness T 2 of the first metal-diamond wafer (first metal-diamond composite layer 11) thickness T 1 and the second metal diamond wafer (second metal-diamond composite layer 12) is the same Or different.
  • a first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) is bonded to one main surface side of the core material layer 10, and a second metal diamond is bonded to the other main surface side of the core material layer 10.
  • a wafer (second metal diamond composite layer 12) is bonded together. In this way, the heat dissipation substrate 1 in which the core material layer 10 is disposed between the first metal diamond composite layer 11 and the second metal diamond composite layer 12 is obtained.
  • the method for bonding the first metal diamond wafer (first metal diamond composite layer 11) and the second metal diamond wafer (second metal diamond composite layer 12) to the core material layer 10 is not particularly limited.
  • Preferable methods include an attaching method, an HP method, a rolling method, an electric current sintering method, and a combination thereof.
  • Example 1 (Example 1-1) 1.
  • core material layer 10 Mo having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 ⁇ m (Mo purity is 99.9% by mass)
  • Cu diamond composition (metal diamond composition) is applied by cold spraying on the main surfaces on both sides of the Mo core material (core material layer 10).
  • a Cu diamond composition As a Cu diamond composition (metal diamond composition), a commercially available Ti coating in which a Ti layer having a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m is coated on diamond particles having an average particle diameter of 100 ⁇ m and a purity of 99.9% by mass Powder of Cu / Ti coated diamond particles (metal coated diamond particles) in which an electroless plating Cu layer having a thickness of 10 ⁇ m is formed on diamond particles (MBG600 100 ⁇ TI manufactured by DI (Diamond Innovation International)) and electrolysis having an average particle diameter of 100 ⁇ m What mixed the powder of Cu (metal) particle
  • a first Cu diamond composite layer having a thickness of 600 ⁇ m is obtained by cold spraying the Cu diamond composition (metal diamond composition) on one and other main surfaces of the Mo core material (core material layer 10).
  • a (first metal diamond composite layer 11) and a second Cu diamond composite layer (second metal diamond composite layer 12) having a thickness of 600 ⁇ m were formed.
  • the Mo core material (core material layer 10) is provided between the first Cu diamond composite layer (first metal diamond composite layer 11) and the second Cu diamond composite layer (second metal diamond composite layer 12).
  • a Cu diamond composition metal diamond composition
  • nitrogen gas is used as a spray gas
  • the spray gas pressure is 4 MPa
  • the spray gas temperature is 800 ° C.
  • the speed of coated diamond particles) and Cu particles (metal particles) was 800 m / s.
  • thermal conductivity ⁇ 200 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 , thermal conductivity ⁇ : 200 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ) was measured by a comparative measurement method as a reference material, and it was 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 , and it was mounted or held in a semiconductor element.
  • the thermal conductivity ⁇ in the thickness direction of the heat radiating substrate 1 is 408 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 as measured by a laser flash method on a sample having a diameter of 10 mm and a thickness of 1700 ⁇ m cut out from the heat radiating substrate. It was extremely expensive.
  • the bonding strength between the Cu diamond composite layer (metal diamond composite layer) and the Mo core material (core material layer) is 2 inches (5.08 cm) in diameter with the Cu diamond composite layer (metal diamond composite layer) and the Mo core material.
  • Example 1-2 Heat dissipation similar to Example 1-1, except that the thickness of the core layer was 300 ⁇ m, the particle size of diamond particles in the first and second metal diamond composite layers was 250 ⁇ m, and the diamond content was 8% by volume. A substrate was produced.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 14.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 390 W ⁇ m ⁇ . as high as 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.69GPa.
  • Example 1-2 since the diamond content was lower than the preferred range, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat dissipation substrate was higher than the preferred range, and the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was lower than the preferred range. .
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-3 A heat radiating substrate similar to Example 1-2 was prepared except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 10% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 13.0 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 , suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 409 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.60GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-4 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1-2 except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 20% by volume.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 11.4 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 441 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.57GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-5 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1-2 except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 30% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 478 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-6 A heat radiating substrate similar to Example 1-2 was prepared except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 40% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.1 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 521 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1--7 A heat radiating substrate similar to Example 1-2 was prepared except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 50% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 7.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 374 W ⁇ m ⁇ . 1 ⁇ K ⁇ 1 , and the bonding strength between the metal diamond composite layer and the core material layer was as extremely high as 0.57 GPa.
  • Example 1-7 since the diamond content was too high, the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was low. The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-8 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1-7, except that the diamond particle size in the first and second metal diamond composite layers was 300 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 6.8 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 320 W ⁇ m ⁇ . It was 1 ⁇ K ⁇ 1 , and the bonding strength between the metal diamond composite layer and the core material layer was as extremely high as 0.56 GPa.
  • Example 1-8 since the diamond content was too high and the particle size of the diamond particles was higher than the preferred range, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat radiating substrate was lower than the preferred range, The conductivity ⁇ was lowered.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-9 A heat dissipating substrate similar to Example 1-5 was prepared except that the particle diameter of diamond particles in the first and second metal diamond composite layers was 100 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 437 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-10 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1-5, except that the diamond particle size in the first and second metal diamond composite layers was 20 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 405 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-11 A heat dissipating substrate similar to Example 1-5 was prepared except that the particle diameter of the diamond particles in the first and second metal diamond composite layers was 15 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 397 W ⁇ m ⁇ . as high as 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • the particle size of the diamond particles was lower than the preferred range, so the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was lower than the preferred range.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-12 The thickness of the core layer is 100 ⁇ m, the thickness of the first and second metal diamond composite layers is 100 ⁇ m, and the particle diameter of the diamond particles in the first and second metal diamond composite layers is 50 ⁇ m.
  • a heat dissipation substrate similar to that in Example 1-5 was produced.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 300 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 402 W ⁇ m ⁇ .
  • extremely high and 1 ⁇ K -1 the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-13 A heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 1-12 except that the thickness of the core layer was 250 ⁇ m and the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 250 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 750 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 405 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-14 A heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 1-12 except that the thickness of the core material layer was 1000 ⁇ m and the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 1000 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 3000 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 410 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.57GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-15 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 1-14 except that the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 2000 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 5000 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 471 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-16 A core material layer having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m is W (W purity is 99.9% by mass).
  • Core material coefficient of thermal expansion ⁇ : 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1
  • a heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 1-9 except that the thermal conductivity ⁇ was 180 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.3 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 444 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.66GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • the core material layer has a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m MoCu (Mo: 60 mass%, Cu: 40 mass%, the purity of Mo and Cu is 99.9 mass%, respectively)
  • a heat dissipation substrate was prepared in the same manner as in Example 1-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 11 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 234 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 10.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 477 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.48GPa.
  • Table 1 The results are summarized in Table 1.
  • Example 1-18 WNi having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m (W: 99% by mass, Ni: 1% by mass, purity of W and Ni are each 99.9% by mass)
  • a heat dissipation board was produced in the same manner as in Example 1-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 130 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 .
  • the substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.1 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 395 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ .
  • the core material layer has a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m MoCu (Mo: 20 mass%, Cu: 80 mass%, the purity of Mo and Cu is 99.9 mass%, respectively)
  • a heat dissipation substrate was prepared in the same manner as in Example 1-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 16 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 340 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 13.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 517 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.54GPa. In Example 1-19, since the thermal expansion coefficient ⁇ of the core material layer was too high, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat dissipation board was increased. The results are summarized in Table 1.
  • Example 2 (Example 2-1) 1.
  • core material layer 10 Mo having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 500 ⁇ m (Mo purity is 99.9% by mass)
  • Example 1-1 of Example 1 An electroless plating Cu layer with a thickness of 10 ⁇ m is formed on commercially available Ti-coated diamond particles (MBG600 100 ⁇ TI manufactured by DI (Diamond Innovation International) Co., Ltd.) in which a Ti layer with a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m is coated on each diamond particle.
  • MSG600 100 ⁇ TI manufactured by DI (Diamond Innovation International) Co., Ltd.
  • a Ti layer with a thickness of 0.5 ⁇ m to 1.0 ⁇ m is coated on each diamond particle.
  • the Cu diamond composition was embossed at a pressure of 8000 kgf / cm 2 , sintered in a vacuum atmosphere at 850 ° C. for 2 hours, and then hot-rolled at 630 ° C. under a reduction ratio of 10%.
  • first and second metal diamond composite layers each having a thickness of 600 ⁇ m were obtained.
  • the first metal diamond composite layer, the core material layer, and the second metal diamond composite layer are arranged in this order, and energization firing is performed in a vacuum atmosphere at 850 ° C. for 1 hour at a current density of 500 A / cm 2. I concluded. Thus, a heat dissipation substrate having a thickness of 1700 ⁇ m was obtained.
  • Example 2-2 The heat dissipation was the same as in Example 2-1, except that the thickness of the core layer was 300 ⁇ m, the particle size of diamond particles in the first and second metal diamond composite layers was 250 ⁇ m, and the diamond content was 8% by volume.
  • a substrate was produced.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 14.0 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 387 W ⁇ m ⁇ . as high as 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.67GPa.
  • Example 2-2 since the diamond content was lower than the preferred range, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat dissipation substrate was higher than the preferred range, and the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was lower than the preferred range. .
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-3 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-2 except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 10% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 12.9 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 408 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.61GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-4 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-2 except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 20% by volume.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 11.0 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 451 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-5 A heat radiating substrate similar to Example 2-2 was prepared except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 30% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.3 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 480 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-6 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-2 except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 40% by volume.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 520 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.59GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2--7 A heat radiating substrate similar to Example 2-2 was prepared except that the diamond content in the first and second metal diamond composite layers was 50% by volume.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 7.4 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 377 W ⁇ m ⁇ . 1 ⁇ K ⁇ 1 , and the bonding strength between the metal diamond composite layer and the core material layer was as extremely high as 0.55 GPa.
  • Example 2-7 since the diamond content was too high, the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was low. The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-8 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-7, except that the diamond particle size in the first and second metallic diamond composite layers was 300 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 6.8 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 321 W ⁇ m ⁇ . 1 ⁇ K ⁇ 1 , and the bonding strength between the metal diamond composite layer and the core material layer was as extremely high as 0.55 GPa.
  • Example 2-8 because the diamond content was too high and the particle size of the diamond particles was higher than the preferred range, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat radiating substrate was lower than the preferred range, The conductivity ⁇ was lowered.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-9 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-5, except that the diamond particle size in the first and second metal diamond composite layers was 100 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.4 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 440 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.58GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-10 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-5, except that the diamond particle size in the first and second metal diamond composite layers was 20 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 415 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.54GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-11 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-5, except that the diamond particle size in the first and second metal diamond composite layers was 15 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1500 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.3 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 397 W ⁇ m ⁇ . as high as 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.55GPa.
  • the particle size of the diamond particles was lower than the preferred range, so the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was lower than the preferred range.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-12 The thickness of the core layer is 100 ⁇ m, the thickness of the first and second metal diamond composite layers is 100 ⁇ m, and the particle diameter of the diamond particles in the first and second metal diamond composite layers is 50 ⁇ m.
  • a heat dissipation substrate similar to that in Example 2-5 was produced.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 300 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 409 W ⁇ m ⁇ .
  • extremely high and 1 ⁇ K -1 the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.55GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-13 A heat radiating substrate was produced in the same manner as in Example 2-12 except that the thickness of the core layer was 250 ⁇ m and the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 250 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 750 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.4 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 404 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.56GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-14 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-12 except that the thickness of the core material layer was 1000 ⁇ m and the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 1000 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 3000 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.6 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 411 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely high as 0.57GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-15 A heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-14 except that the thickness of the first and second metal diamond composite layers was 2000 ⁇ m.
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 5000 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.3 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 481 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.57GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-16 A core material layer having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m is W (W purity is 99.9% by mass).
  • Core material coefficient of thermal expansion ⁇ : 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1
  • a heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-9 except that the thermal conductivity ⁇ was 180 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.9 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 , suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 454 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.65GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-1-7 The core material layer has a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m MoCu (Mo: 60 mass%, Cu: 40 mass%, the purity of Mo and Cu is 99.9 mass%, respectively)
  • a heat dissipation substrate was prepared in the same manner as in Example 2-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 11 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 234 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation board has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 10.0 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 480 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.49 GPa.
  • Table 2 The results are summarized in Table 2.
  • Example 2-18 WNi having a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m (W: 99% by mass, Ni: 1% by mass, purity of W and Ni are each 99.9% by mass)
  • a heat dissipation substrate was produced in the same manner as in Example 2-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 5 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 130 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 8.3 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 , suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 391 W ⁇ m ⁇ .
  • Example 2-18 since the thermal conductivity ⁇ of the core layer was too low, the thermal conductivity ⁇ of the heat dissipation substrate was low. The results are summarized in Table 2.
  • the core material layer has a diameter of 2 inches (5.08 cm) and a thickness of 600 ⁇ m MoCu (Mo: 20 mass%, Cu: 80 mass%, the purity of Mo and Cu is 99.9 mass%, respectively)
  • a heat dissipation substrate was prepared in the same manner as in Example 2-9 except that the expansion coefficient ⁇ was 16 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and the thermal conductivity ⁇ was 340 W ⁇ m ⁇ 1 ⁇ K ⁇ 1 ).
  • the obtained heat dissipation substrate has a thickness of 1800 ⁇ m, a thermal expansion coefficient ⁇ of 13.2 ⁇ 10 ⁇ 6 K ⁇ 1 and is suitable for mounting or holding a semiconductor element, and a thermal conductivity ⁇ of 523 W ⁇ m ⁇ . extremely high and 1 ⁇ K -1, the bonding strength between the metal-diamond composite layer and the core layer was extremely large as 0.53GPa. In Example 2-19, since the thermal expansion coefficient ⁇ of the core material layer was too high, the thermal expansion coefficient ⁇ of the heat dissipation board was increased. The results are summarized in Table 2.
  • the heat dissipation substrate according to the present invention can be suitably applied to memory ICs, LSIs, power devices, communication devices, optical devices, sensor devices using semiconductors, and modules thereof.

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Abstract

　本放熱基板（１）は、第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）と、第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）と、第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）と第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）との間に配置された芯材層（１０）と、を含み、第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）および第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）は、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であり、芯材層（１０）は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である。これにより、半導体素子を搭載または保持するために適した熱膨張係数と高い熱伝導率とを有する低価格の放熱基板が提供される。

Description

放熱基板
　本発明は、半導体素子を搭載または保持するために適した熱膨張係数と高い熱伝導率とを有する低価格の放熱基板に関する。
　近年、半導体素子を搭載または保持するための基板として、高密度に集積された半導体素子に蓄積する熱を効率的に放出するための放熱基板が多く提案されている。
　たとえば、特開平１０－１２７６７号公報（特許文献１）は、第１層としてＣｕと、第２層としてＭｏまたはＣｕ－Ｍｏ複合材と、第３層としてＣｕとがこの順に積層され、第１層と第２層との界面および第２層と第３層との界面にＡｇ層を有する積層構造放熱基板を開示する。
　また、特開平０６－２６８１１７号公報（特許文献２）は、Ｗ－Ｃｕ合金およびＭｏ－Ｃｕ合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の金属材料からなる第１の部材と、その第１の部材の一方と他方の主表面に接合されかつＣｕからなる第２の部材とを備える放熱基板を開示する。
　また、ＷＯ２００３／０４０４２０号公報（特許文献３）は、ダイヤモンド粒子を焼結体全体に対して６０体積以上９０体積％以下含有し、残部が実質的にＣｕからなる高熱伝導性ダイヤモンド焼結体を開示する。
特開平１０－１２７６７号公報 特開平０６－２６８１１７号公報 ＷＯ２００３／０４０４２０号公報
　しかし、特開平１０－１２７６７号公報（特許文献１）および特開平０６－２６８１１７号公報（特許文献２）において開示される放熱基板は、半導体素子を搭載または保持するのに適した熱膨張係数を有しているが、熱伝導率が必ずしも高くならないという問題点があった。
　また、ＷＯ２００３／０４０４２０号公報（特許公報３）において開示される高熱伝導性ダイヤモンド焼結体は、半導体素子を搭載または保持するのに適した熱膨張係数を有しかつ高い熱伝導率を有するが、焼結体のダイヤモンドの含有率が６０体積％以上と高いことから、製造方法の制約から、製造コストが極めて高いという問題点があった。
　本発明は、上記の問題点を解決して、半導体素子を搭載または保持するために適した熱膨張係数と高い熱伝導率とを有する低価格の放熱基板を提供することを目的とする。
　上記問題点を解決するために、本発明者らは、ダイヤモンド含有率が５０体積％未満の金属ダイヤモンド複合材を用いることにより熱伝導率が高い放熱基板を低価格で製造できることを見出し、さらに、かかる金属ダイヤモンド複合材を他の材料の芯材と積層させることにより熱膨張係数を調節することにより、本発明を完成させた。すなわち、本発明の技術的手段は以下の通りである。
　本発明は、ある局面に従えば、第１の金属ダイヤモンド複合層と、第２の金属ダイヤモンド複合層と、第１の金属ダイヤモンド複合層と第２の金属ダイヤモンド複合層との間に配置された芯材層と、を含む放熱基板であって、第１の金属ダイヤモンド複合層および第２の金属ダイヤモンド複合層は、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であり、芯材層は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である放熱基板である。
　本発明にかかる放熱基板において、放熱基板の全体は、主面に平行な方向の熱膨張係数を７×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下とし、厚さ方向の熱伝導率を４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上とすることができる。また、放熱基板の全体は、厚さを５００μｍ以上１００００μｍ以下とすることができる。また、芯材層は、厚さを５０μｍ以上４０００μｍ以下とすることができる。また、芯材層は、Ｍｏを含むことができる。また、第１の金属ダイヤモンド複合層および第２の金属ダイヤモンド複合層に含まれるダイヤモンド粒子の粒径を２０μｍ以上２５０μｍ以下とすることができる。
　本発明によれば、半導体素子を搭載または保持するために適した熱膨張係数と高い熱伝導率とを有する低価格の放熱基板を提供することができる。
本発明にかかる放熱基板の一例を示す概略図である。
　［放熱基板］
　図１を参照して、本発明の一実施形態である放熱基板１は、第１の金属ダイヤモンド複合層１１と、第２の金属ダイヤモンド複合層１２と、第１の金属ダイヤモンド複合層１１と第２の金属ダイヤモンド複合層１２との間に配置された芯材層１０と、を含み、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であり、芯材層１０は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である。
　本実施形態の放熱基板１は、ダイヤモンド含有率がいずれも５０体積％未満である第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２を含むため、製造コストが低く、４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の高い熱伝導率を有する。また、本実施形態の放熱基板１は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である芯材層１０を含むため、半導体素子の熱膨張係数と同一または近似の熱膨張係数を有するため、半導体素子の搭載または保持に適する。
[規則91に基づく訂正 30.11.2012]　
　本実施形態の放熱基板１の全体は、その主面に平行な方向の熱膨張係数が７×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、その厚さ方向の熱伝導率が４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であることが好ましい。なお、本実施形態の放熱基板１の全体の厚さ方向の熱伝導率の上限は、現在のところ、６００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1程度である。ここで、放熱基板１の全体の熱膨張係数および熱伝導率とは、放熱基板１の全体を一体とした時の熱膨張係数および熱伝導率を意味する。かかる範囲内の熱膨張係数および熱伝導率を有する放熱基板１は、半導体素子の熱膨張係数と同一または近似の熱膨張係数を有し、また高い熱伝導率を有するため、半導体素子の搭載または保持するための放熱基板として極めて好適である。
　本実施形態の放熱基板１の全体は、その厚さＴが５００μｍ以上１００００μｍ以下であることが好ましい。放熱基板１の全体について、その厚さＴが５００μｍより薄いと放熱性能が低下し、その厚さＴが１００００μより厚いと半導体素子を高密度に搭載または保持することが困難となり実装用基板として適さない。
　（芯材層）
　本実施形態の放熱基板１の芯材層１０は、第１の金属ダイヤモンド複合層１１と第２の金属ダイヤモンド複合層１２との間に配置されている。第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、それらの熱伝導率は高いが、それらの熱膨張係数は半導体素子の熱膨張係数に比べて大きいため、それらのみでは半導体素子の搭載または保持するのに適さない。このため、芯材層１０は、放熱基板１の全体の熱膨張係数を、半導体素子の熱膨張係数と同一または近似にするために必要とされる。
　上記の観点から、芯材層１０は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であることが必要である。なお、芯材層１０の厚さ方向の熱伝導率の上限は、現在のところ、２５０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1程度である。
　芯材層１０は、上記の熱膨張係数および熱伝導率を有するものであれば特に制限はなく、一つの層からなる単層であってもよく、複数の層からなる複層であってもよい。また、単層においては、単一の化学種からなる単体層であってもよく、複数の化学種からなる複合層であってもよい。ここで、単体層としては、Ｍｏ層、Ｗ層、ＡｌＮ層、Ｓｉ3Ｎ4層などが好適に挙げられる。複合層としては、ＣｕＷ層、ＣｕＭｏ層などが好適に挙げられる。また、複層としては、Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ層（Ｘは、Ｃｕ、Ａｇ、ＣｕダイヤモンドおよびＡｇダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つ）、Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ層（Ｘは、Ｃｕ、Ａｇ、ＣｕダイヤモンドおよびＡｇダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つ）などが好適に挙げられる。なお、ＡｌＮ層、Ｓｉ3Ｎ4層などの絶縁性のある芯材層１０を用いた場合は、放熱基板１の厚さ方向に絶縁性を付与することができる。
　また、芯材層１０は、上記の熱膨張係数および熱伝導率を有するものであれば特に制限はないが、Ｍｏを含むものが好ましく、具体的には、Ｍｏ層、ＣｕＭｏ層、Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ層（Ｘは、Ｃｕ、Ａｇ、ＣｕダイヤモンドおよびＡｇダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つ）、Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ／Ｘ／Ｍｏ層（Ｘは、Ｃｕ、Ａｇ、ＣｕダイヤモンドおよびＡｇダイヤモンドからなる群から選ばれる少なくとも１つ）などがより好ましい。
　さらに、芯材層１０には、その表面にメッキおよび蒸着の少なくとも１つの方法により形成された金属層が形成されていてもよい。かかる金属層には、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ａｇ層、Ａｕ層、またはこれらの層が積層された層などが好適に挙げられる。
　また、芯材層１０の厚さＴ0は、特に制限はないが、５０μｍ以上４０００μｍ以下が好ましく、２５０μｍ以上１０００μｍ以下がより好ましい。芯材層１０の厚さＴ0が５０μｍより小さいと、放熱基板１の全体の主面に平行な方向の熱膨張係数を７×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下とすることが難しく、芯材層１０の厚さＴ0が４０００μｍより大きいと、放熱基板１の全体の厚さ方向の熱膨張係数を４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上に大きくすることが難しくなる。
　（第１および第２の金属ダイヤモンド複合層）
　本実施形態の放熱基板１において、第１の金属ダイヤモンド複合層１１は芯材層１０の一方の主面側に配置され、第２の金属ダイヤモンド複合層１２は芯材層１０の他方の主面側に配置されている。このため、熱伝導率が高い放熱基板１が得られる。第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、パンチングによる打ち抜き加工を可能とする観点および製造コストを低減する観点から、それぞれのダイヤモンド含有率が、５０体積％未満であり、４０体積％以下が好ましい。また、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、それぞれのダイヤモンド含有率を１０体積％以上とすることにより、それぞれの熱伝導率を４２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上に高くすることができる。また、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であるため、それぞれの熱伝導率が７００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1未満である。
　ここで、上述のように本実施形態の放熱基板１における芯材層１０は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下であり、半導体素子の熱膨張係数と同一または近似の熱膨張係数を有するため、半導体素子の搭載または保持に適したものであるが、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であり放熱基板としてはより高い熱伝導率が望まれる。このため、かかる芯材層１０を第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２で挟むことにより、厚さ方向の熱伝導率が４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上と高く製造コストの低い放熱基板１が得られる。
　第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、金属とダイヤモンドとを含む複合体で形成されている層であり、たとえば、ダイヤモンド粒子が金属中に分散して存在する形態を有する。金属としては、特に制限はないが、熱伝導率が高い観点から、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどが好適に用いられる。すなわち、Ｃｕダイヤモンド複合層、Ａｇダイヤモンド複合層、Ａｌダイヤモンド複合層などが好適に挙げられる。また、ダイヤモンド粒子の粒径は、特に制限はないが、作業性を高める観点から２０μｍ以上が好ましく、金属中での均一な分散性を高める観点から２５０μｍ以下が好ましい。
　さらに、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２には、それらの表面にメッキおよび蒸着の少なくとも１つの方法により形成された金属層が形成されていてもよい。かかる金属層には、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ａｇ層、Ａｕ層、またはこれらの層が積層された層などが好適に挙げられる。
　第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、低い製造コストで高熱伝導率の層を形成する観点から、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であることが必要である。特に、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２を、コールドスプレー法などの各種スプレー法により形成する場合は、それぞれのダイヤモンド含有率は、１０体積％以上５０体積％未満であることが好ましく、１０体積％以上４０体積％以下であることがより好ましい。ダイヤモンド含有率が１０体積％より低いとスプレーが安定せず、ダイヤモンド含有率が５０体積％以上に高いとスプレーの際に金属ダイヤモンド複合層内に気泡が発生しやすい。
　ここで、第１の金属ダイヤモンド複合層１１のダイヤモンド含有率および第２の金属ダイヤモンド複合層１２のダイヤモンド含有率は、同じであっても異なっていてもよい。
　また、第１の金属ダイヤモンド複合層１１の厚さＴ1および第２の金属ダイヤモンド複合層１２の厚さＴ2は、同じであっても異なっていてもよい。
　放熱基板１においては、芯材層１０の種類および厚さＴ0、第１の金属ダイヤモンド複合層１１のダイヤモンド含有率および厚さＴ1、ならびに第２の金属ダイヤモンド複合層１２のダイヤモンド含有率および厚さＴ2を変えることによって、所望の熱膨張係数および熱伝導率を有する放熱基板１が得られる。
　放熱基板１は、一般的には、たとえば、第１の金属ダイヤモンド複合層１１のダイヤモンド含有率と第２の金属ダイヤモンド複合層１２のダイヤモンド含有率とを同じにし、かつ、第１の金属ダイヤモンド複合層１１の厚さＴ1と第２の金属ダイヤモンド複合層１２の厚さＴ2とを同じにすることにより、主面に平行な熱膨張係数を第１の金属ダイヤモンド複合層１１側と第２の金属ダイヤモンド複合層１２側とで同じにする。
　放熱基板１は、その使用目的に応じて、第１の金属ダイヤモンド複合層１１のダイヤモンド含有率と第２の金属ダイヤモンド複合層１２のダイヤモンド含有率とを異ならせ、または、第１の金属ダイヤモンド複合層１１の厚さＴ1と第２の金属ダイヤモンド複合層１２の厚さＴ2とを異ならせることにより、主面に平行な熱膨張係数を第１の金属ダイヤモンド複合層１１側と第２の金属ダイヤモンド複合層１２側とで異ならせてもよい。
　また、第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、半導体素子の熱膨張係数と同一または近似の熱膨張係数と高い熱伝導率とを有する放熱基板１を形成する観点から、それぞれの主面に平行な方向の熱膨張係数が８．５×１０-6Ｋ-1以上１５×１０-6Ｋ-1以下で、それぞれの厚さ方向の熱伝導率が４２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上であることが好ましい。
　［放熱基板の製造方法］
　図１を参照して、本実施形態の放熱基板を製造する方法は、特に制限はなく、たとえば、芯材層１０を準備する工程と、芯材層１０の一方の主面側に第１の金属ダイヤモンド複合層１１を形成し、芯材層１０の他方の主面側に第２の金属ダイヤモンド複合層１２を形成する工程を含むことができる。
　｛芯材層の準備工程｝
　準備される芯材層１０は、上記のとおりであり、ここでは繰り返さない。
　｛第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の形成工程｝
　形成される第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２は、上記のとおりであり、ここでは繰り返さない。
　第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２を形成する方法は、特に制限はなく、芯材層１０の一方の主面側に第１の金属ダイヤモンド複合層１１を直接形成し、芯材層１０の他方の主面側に第２の金属ダイヤモンド複合層１２を直接形成する直接的方法、予め第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２を準備し、芯材層１０の一方の主面側に第１の金属ダイヤモンド複合層１１を貼り合わせ、芯材層１０の他方の主面側に第２の金属ダイヤモンド複合層１２を貼り合わせる間接的方法、などがある。効率よく低い製造コストで第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２を形成する観点から、直接的方法が好ましい。
　（直接的方法）
　直接的方法としては、コールドスプレー法、ＨＶＡＦ（Ｈｉｇｈ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ａｅｒｏ　Ｆｕｅｌ）法、ＡＤ（Ａｅｒｏｓｏｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのスプレー法が挙げられる。
　かかるスプレー法においては、特に制限はないが、たとえば、スプレー用の金属ダイヤモンド組成物を準備するサブ工程と、芯材層の両方の主面側に金属ダイヤモンド組成物をスプレーすることにより放熱基板を得るサブ工程と、を含む。
　（スプレー用の金属ダイヤモンド組成物を準備するサブ工程）
　まず、スプレー用の金属ダイヤモンド組成物を準備する。準備される金属ダイヤモンド組成物は、ダイヤモンド粒子の表面に金属膜が被覆されて形成された金属被覆ダイヤモンド粒子の粉末であり、必要に応じて、金属粒子粉末が添加される。ここで、金属膜としては、特に制限はないが、熱伝導率が高い観点から、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ａｌ膜などが好適に挙げられる。添加される金属粒子粉末は、特に制限はないが、熱伝導率が高い観点から、Ｃｕ粒子粉末、Ａｇ粒子粉末、Ａｌ粒子粉末などが好適に挙げられる。
　金属ダイヤモンド組成物のダイヤモンド含有率は、１０体積％以上５０体積％未満が好ましく、１０体積％以上４０体積％以下がより好ましい。ダイヤモンド含有率が１０体積％より低いとスプレーが安定せず、ダイヤモンド含有率が５０体積％以上に高いとスプレーの際に金属ダイヤモンド複合層内に気泡が発生しやすい。
[規則91に基づく訂正 30.11.2012]　
　ダイヤモンド粒子の粒子径は、特に制限はないが、２０μｍ以上２５０μｍ以下が好ましい。ダイヤモンド粒子の粒子径が２０μｍより小さいとスプレーの供給が安定せず、粒子径が２５０μｍより大きいとスプレーの際に気泡が発生しやすい。また、ダイヤモンド粒子に被覆される金属膜の厚さは、特に制限はないが、１μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。金属膜の厚さが１μｍより小さいとスプレー時の粒子間の密着が不十分になるおそれがあり、金属膜の厚さが３０μｍより大きいと金属被覆ダイヤモンド粒子を製造することは困難である。したがって、金属被覆ダイヤモンド粒子の粒子径は、特に制限はないが、上記の理由から、２１μｍ以上２８０μｍ以下が好ましい。
[規則91に基づく訂正 30.11.2012]　
　また、金属被覆ダイヤモンド粒子には、ダイヤモンド粒子と金属膜との間に別の金属の膜（中間金属膜）が介在していてもよい。かかる中間金属膜は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれらを含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも１つを含むことが好ましい。中間金属膜の厚さは、特に制限はないが、０．５μｍ以上１．０μｍ以下が好ましい。中間金属膜の厚さが０．５μｍより小さいと金属膜とダイヤモンド粒子との間の熱伝導率が低下するおそれがあり、中間金属膜の厚さが１．０μｍより大きいと中間金属膜自体が熱伝導率を低下させるおそれがあり、いずれの場合も金属ダイヤモンド複合層の熱伝導率を低下させるおそれがある。
　金属被覆ダイヤモンド粒子において、ダイヤモンド粒子の表面上に金属膜、または中間金属膜および金属膜を形成する方法は、特に制限はなく、メッキ法、金属箔の接合法、ＣＶＤ（化学気相堆積）法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、蒸着法、スプレー法などが好適に挙げられる。
　なお、金属ダイヤモンド組成物として、ダイヤモンド粒子に上記の中間金属膜を形成した中間金属被覆ダイヤモンド粒子の粉末および金属粒子粉末を用いることもできる。
　（芯材層の両方の主面側に金属ダイヤモンド組成物をスプレーすることにより放熱基板を得るサブ工程）
　次に、準備された金属ダイヤモンド組成物を、芯材層１０の一方の主面側にスプレーして第１の金属ダイヤモンド複合層１１を形成し、芯材層１０の他方の主面側にスプレーして第２の金属ダイヤモンド複合層１２を形成する。こうして、第１の金属ダイヤモンド複合層１１と第２の金属ダイヤモンド複合層１２との間に芯材層１０が配置されている放熱基板１が得られる。
　金属ダイヤモンド組成物をスプレーする方法は、金属ダイヤモンド複合層を形成できる方法であれば特に制限はなく、コールドスプレー法、ＨＶＡＦ（Ｈｉｇｈ　Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　Ａｅｒｏ　Ｆｕｅｌ）法、ＡＤ（Ａｅｒｏｓｏｌ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが好適に挙げられる。
　スプレー条件は、金属ダイヤモンド組成物およびスプレー方法に適合している限り特に制限はない。たとえば、コールドスプレーの場合は、吹きつけのためのガスとして、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガス、またはこれらの不活性ガスに水素ガスを混合した混合ガスを使用して、吹き付けガス圧を２ＭＰａ以上５ＭＰａ以下（より好ましくは２ＭＰａ以上４ＭＰａ以下）として、吹き付けガス温度を７００℃以上１０００℃以下（より好ましくは７００℃以上９００℃以下）とし、吹き付けの際の金属被覆ダイヤモンド粒子および金属粒子の速度を７００ｍ／ｓ以上１０００ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。ここで、吹き付けの際の金属被覆ダイヤモンド粒子および金属粒子の速度は、吹き付けの際にＣＣＤカメラで撮影した粒子の画像を解析することにより算出される。
　直接的方法による放熱基板の製造方法においては、放熱基板中の酸化物を除去し粒子間の結合力を向上させる観点から、得られた放熱基板１を熱処理するサブ工程をさらに含むことが好ましい。
　（放熱基板を熱処理するサブ工程）
　放熱基板を熱処理するサブ工程において、熱処理雰囲気は、スプレーの際に形成された放熱基板中の酸化物を除去する観点から、還元性ガス含有する非酸化性雰囲気、たとえば、水素ガス雰囲気、水素ガスと窒素ガスの混合ガス雰囲気などが好ましい。熱処理温度は、放熱基板中の酸化物を除去し粒子間の結合力を向上させる観点から、４００℃以上６００℃以下が好ましい。熱処理時間は、放熱基板中の酸化物を除去し粒子間の結合力を向上させる観点から、０．２時間以上１時間以下が好ましい。
　（間接的方法）
　間接的方法においては、特に制限はないが、たとえば、第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を形成するサブ工程と、芯材層１０の両方の主面側に第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）をそれぞれ貼り合わせることにより放熱基板を得るサブ工程と、を含む。
　（第１の金属ダイヤモンドウエハおよび第２の金属ダイヤモンドウエハを形成するサブ工程）
　第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を形成する方法は、特に制限はなく、焼結法、溶浸法、ＨＰ（ホットプレス）法、通電焼結法、圧延法などが好適に挙げられる。
　形成される第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）は、金属とダイヤモンドとを含む複合体で形成されているウエハであり、たとえば、ダイヤモンド粒子が金属中に分散して存在する形態を有する。金属としては、特に制限はないが、熱伝導率が高い観点から、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌなどが好適に用いられる。すなわち、Ｃｕダイヤモンド複合ウエハ、Ａｇダイヤモンド複合ウエハ、Ａｌダイヤモンド複合ウエハなどが好適に挙げられる。また、ダイヤモンド粒子の粒径は、特に制限はないが、作業性を高める観点から２０μｍ以上が好ましく、金属中での均一な分散性を高める観点から２５０μｍ以下が好ましい。
　第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）は、低い製造コストで高熱伝導率の第１の金属ダイヤモンド複合層１１および第２の金属ダイヤモンド複合層１２をそれぞれ形成する観点から、それぞれのダイヤモンド含有率は、１０体積％以上５０体積％未満であることが好ましく、１０体積％以上４０体積％以下であることがより好ましい。ダイヤモンド含有率が１０体積％より低いと熱伝導率の高いウエハが得られず、ダイヤモンド含有率が５０体積％以上に高いとウエハの製造の際に高圧が必要となり製造コストが高くなる。
　ここで、第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）のダイヤモンド含有率および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）のダイヤモンド含有率は、同じであっても異なっていてもよい。
　ここで、第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）のダイヤモンド含有率および第２の金属ダイヤモンドウエハを形成するための原材料となる金属ダイヤモンド組成物は、特に制限はないが、作業性および成形性が高い観点から、上記の直接的方法において用いられた金属ダイヤモンド組成物が好適である。
　また、第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）の厚さＴ1および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）の厚さＴ2は、同じであっても異なっていてもよい。
　（芯材層の両方の主面側に第１の金属ダイヤモンドウエハおよび第２の金属ダイヤモンドウエハをそれぞれ貼り合わせることにより放熱基板を得るサブ工程）
　次に、芯材層１０の一方の主面側に第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）を貼り合わせ、芯材層１０の他方の主面側に第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を貼り合わせる。こうして、第１の金属ダイヤモンド複合層１１と第２の金属ダイヤモンド複合層１２との間に芯材層１０が配置されている放熱基板１が得られる。
　第１の金属ダイヤモンドウエハ（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２の金属ダイヤモンドウエハ（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を芯材層１０に貼り合わせる方法は、特に制限はなく、蝋付け法、ＨＰ法、圧延法、通電焼結法、およびそれらの組み合わせなどが好適に挙げられる。
　［実施例１］
　（例１－１）
　１．芯材層の準備
　図１を参照して、芯材層１０として、直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが５００μｍのＭｏ（Ｍｏの純度は９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：５．２×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）を準備した。
　２．第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の形成による放熱基板の作製
　Ｍｏ芯材（芯材層１０）の両側の主面上に、コールドスプレー法により、Ｃｕダイヤモンド組成物（金属ダイヤモンド組成物）をスプレーすることにより、第１のＣｕダイヤモンド複合層（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および第２のＣｕダイヤモンド複合層（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を形成した。より具体的には、以下のようにした。
　Ｃｕダイヤモンド組成物（金属ダイヤモンド組成物）としては、平均粒径が１００μｍで純度が９９．９質量％のダイヤモンド粒子に厚さ０．５μｍ～１．０μｍのＴｉ層が被覆された市販のＴｉ被覆ダイヤモンド粒子（ＤＩ（ダイヤモンドイノベーションインターナショナル）社製ＭＢＧ６００　１００μＴＩ）に厚さ１０μｍの無電解メッキＣｕ層を形成したＣｕ／Ｔｉ被覆ダイヤモンド粒子（金属被覆ダイヤモンド粒子）の粉末と、平均粒径が１００μｍの電解Ｃｕ（金属）粒子の粉末とを、組成物全体におけるダイヤモンド含有率が３０体積％となるように、混合させたものを用いた。
　Ｍｏ芯材（芯材層１０）の一方および他方の主面上に、上記のＣｕダイヤモンド組成物（金属ダイヤモンド組成物）をコールドスプレーすることにより、厚さが６００μｍの第１のＣｕダイヤモンド複合層（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）および厚さが６００μｍの第２のＣｕダイヤモンド複合層（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）を形成した。こうして、第１のＣｕダイヤモンド複合層（第１の金属ダイヤモンド複合層１１）と第２のＣｕダイヤモンド複合層（第２の金属ダイヤモンド複合層１２）との間に、Ｍｏ芯材（芯材層１０）が配置された厚さが１７００μｍの放熱基板１が得られた。
　Ｃｕダイヤモンド組成物（金属ダイヤモンド組成物）のコールドスプレーにおいては、吹き付けガスとして窒素ガスを使用し、吹き付けガス圧が４ＭＰａ、吹き付けガス温度が８００℃、吹き付けの際のＣｕ／Ｔｉ被覆ダイヤモンド粒子（金属被覆ダイヤモンド粒子）およびＣｕ粒子（金属粒子）の速度が８００ｍ／ｓであった。
　３．放熱基板の熱処理
　得られた放熱基板１を、水素ガス雰囲気中、６００℃で１時間熱処理した。
　４．放熱基板の評価
　上記のようにして得られた放熱基板１の主面に平行な方向の熱膨張係数αは、放熱基板から切り出された４ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ１７００μｍのサンプルを、２５℃～２００℃において本実施例で得られた放熱基板と同じ元素組成を有する溶浸法で作製されたＣｕＷ（Ｃｕ：２０質量％、Ｗ：８０質量％、熱膨張係数α：８．３×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）を基準物質として比較測定法により測定したところ、８．５×１０-6Ｋ-1であり、半導体素子の搭載または保持に適していた。また、放熱基板１の厚さ方向の熱伝導率κは、放熱基板から切り出された直径１０ｍｍで厚さが１７００μｍのサンプルをレーザフラッシュ法により測定したところ、４０８Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高かった。また、Ｃｕダイヤモンド複合層（金属ダイヤモンド複合層）とＭｏ芯材（芯材層）との接合強度は、直径２インチ（５．０８ｃｍ）のＣｕダイヤモンド複合層（金属ダイヤモンド複合層）とＭｏ芯材（芯材層）との接合体について引張試験を行ったところ、０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－２）
　芯材層の厚さを３００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を２５０μｍとしダイヤモンド含有量を８体積％としたこと以外は、例１－１と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１４．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３９０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６９ＧＰａと極めて大きかった。例１－２においては、ダイヤモンド含有量が好ましい範囲よりも低かったため、放熱基板の熱膨張係数αが好ましい範囲よりも高くなり、また、放熱基板の熱伝導率κが好ましい範囲よりも低くなった。結果を表１にまとめた。
　（例１－３）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を１０体積％としたこと以外は、例１－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１３．０×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０９Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６０ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－４）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を２０体積％としたこと以外は、例１－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１１．４×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４４１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５７ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－５）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を３０体積％としたこと以外は、例１－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４７８Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－６）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を４０体積％としたこと以外は、例１－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．１×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが５２１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－７）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を５０体積％としたこと以外は、例１－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが７．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３７４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であり、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５７ＧＰａと極めて大きかった。例１－７においては、ダイヤモンド含有量が高すぎたため、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表１にまとめた。
　（例１－８）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を３００μｍとしたこと以外は、例１－７と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが６．８×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であり、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。例１－８においては、ダイヤモンド含有量が高すぎ、また、ダイヤモンド粒子の粒径が好ましい範囲よりも高かったため、放熱基板の熱膨張係数αが好ましい範囲よりも低くなり、また、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表１にまとめた。
　（例１－９）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を１００μｍとしたこと以外は、例１－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４３７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１０）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を２０μｍとしたこと以外は、例１－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１１）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を１５μｍとしたこと以外は、例１－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３９７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。例１－１１においては、ダイヤモンド粒子の粒径が好ましい範囲よりも低かったため、放熱基板の熱伝導率κが好ましい範囲よりも低くなった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１２）
　芯材層の厚さを１００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを１００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を５０μｍとしたこと以外は、例１－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが３００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１３）
　芯材層の厚さを２５０μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを２５０μｍとしたこと以外は、例１－１２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが７５０μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１４）
　芯材層の厚さを１０００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを１０００μｍとしたこと以外は、例１－１２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが３０００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４１０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５７ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１５）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを２０００μｍとしたこと以外は、例１－１４と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが５０００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４７１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１６）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＷ（Ｗの純度は９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：４．５×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例１－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４４４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１７）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＭｏＣｕ（Ｍｏ：６０質量％、Ｃｕ：４０質量％、ＭｏおよびＣｕの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：１１×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：２３４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例１－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが１０．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４７７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．４８ＧＰａと極めて大きかった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１８）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＷＮｉ（Ｗ：９９質量％、Ｎｉ：１質量％、ＷおよびＮｉの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：５×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1としたこと以外は、例１－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが８．１×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３９５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６２ＧＰａと極めて大きかった。例１－１８においては、芯材層の熱伝導率κが低すぎたため、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表１にまとめた。
　（例１－１９）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＭｏＣｕ（Ｍｏ：２０質量％、Ｃｕ：８０質量％、ＭｏおよびＣｕの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：１６×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：３４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例１－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが１３．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが５１７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５４ＧＰａと極めて大きかった。例１－１９においては、芯材層の熱膨張係数αが高すぎたため、放熱基板の熱膨張係数αが高くなった。結果を表１にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　［実施例２］
　（例２－１）
　１．芯材層の準備
　図１を参照して、芯材層１０として、直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが５００μｍのＭｏ（Ｍｏの純度は９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：５．２×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１４２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）を準備した。
　２．第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の作製
　Ｃｕダイヤモンド組成物（金属ダイヤモンド組成物）としては、実施例１の例１－１と同様に、平均粒径が１００μｍで純度が９９．９質量％のダイヤモンド粒子に厚さ０．５μｍ～１．０μｍのＴｉ層が被覆された市販のＴｉ被覆ダイヤモンド粒子（ＤＩ（ダイヤモンドイノベーションインターナショナル）社製ＭＢＧ６００　１００μＴＩ）に厚さ１０μｍの無電解メッキＣｕ層を形成したＣｕ／Ｔｉ被覆ダイヤモンド粒子（金属被覆ダイヤモンド粒子）の粉末と、平均粒径が１００μｍの電解Ｃｕ（金属）粒子の粉末とを、組成物全体におけるダイヤモンド含有率が３０体積％となるように、混合させたものを準備した。
　上記のＣｕダイヤモンド組成物を、圧力８０００ｋｇｆ／ｃｍ2で型押しした後、真空雰囲気中８５０℃で２時間の条件で焼結した後、６３０℃で圧下率１０％の条件で熱間圧延した。こうして、それぞれの厚さが６００μｍの第１および第２の金属ダイヤモンド複合層が得られた。
　３．放熱基板の作製
　第１の金属ダイヤモンド複合層、芯材層および第２の金属ダイヤモンド複合層をこの順に配置して、真空雰囲気中８５０℃で１時間、電流密度５００Ａ／ｃｍ2の条件で通電焼結した。こうして、厚さが１７００μｍの放熱基板が得られた。
　４．放熱基板の評価
　得られた放熱基板は、例１－１と同様の方法で評価したところ、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４１２Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５５ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－２）
　芯材層の厚さを３００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を２５０μｍとしダイヤモンド含有量を８体積％としたこと以外は、例２－１と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１４．０×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３８７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６７ＧＰａと極めて大きかった。例２－２においては、ダイヤモンド含有量が好ましい範囲よりも低かったため、放熱基板の熱膨張係数αが好ましい範囲よりも高くなり、また、放熱基板の熱伝導率κが好ましい範囲よりも低くなった。結果を表２にまとめた。
　（例２－３）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を１０体積％としたこと以外は、例２－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１２．９×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０８Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６１ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－４）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を２０体積％としたこと以外は、例２－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが１１．０×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４５１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－５）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を３０体積％としたこと以外は、例２－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－６）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を４０体積％としたこと以外は、例２－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが５２０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５９ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－７）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド含有量を５０体積％としたこと以外は、例２－２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが７．４×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３７７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であり、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５５ＧＰａと極めて大きかった。例２－７においては、ダイヤモンド含有量が高すぎたため、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表２にまとめた。
　（例２－８）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を３００μｍとしたこと以外は、例２－７と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが６．８×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３２１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1であり、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５５ＧＰａと極めて大きかった。例２－８においては、ダイヤモンド含有量が高すぎ、また、ダイヤモンド粒子の粒径が好ましい範囲よりも高かったため、放熱基板の熱膨張係数αが好ましい範囲よりも低くなり、また、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表２にまとめた。
　（例２－９）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を１００μｍとしたこと以外は、例２－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．４×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５８ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１０）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を２０μｍとしたこと以外は、例２－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４１５Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５４ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１１）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を１５μｍとしたこと以外は、例２－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１５００μｍであり、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３９７Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５５ＧＰａと極めて大きかった。例２－１１においては、ダイヤモンド粒子の粒径が好ましい範囲よりも低かったため、放熱基板の熱伝導率κが好ましい範囲よりも低くなった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１２）
　芯材層の厚さを１００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを１００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層におけるダイヤモンド粒子の粒径を５０μｍとしたこと以外は、例２－５と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが３００μｍであり、熱膨張係数αが８．５×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０９Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５５ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１３）
　芯材層の厚さを２５０μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを２５０μｍとしたこと以外は、例２－１２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが７５０μｍであり、熱膨張係数αが８．４×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４０４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５６ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１４）
　芯材層の厚さを１０００μｍとし、第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを１０００μｍとしたこと以外は、例２－１２と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが３０００μｍであり、熱膨張係数αが８．６×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４１１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５７ＧＰａと極めて高かった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１５）
　第１および第２の金属ダイヤモンド複合層の厚さを２０００μｍとしたこと以外は、例２－１４と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが５０００μｍであり、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４８１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５７ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１６）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＷ（Ｗの純度は９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：４．５×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例２－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが８．９×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４５４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６５ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１７）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＭｏＣｕ（Ｍｏ：６０質量％、Ｃｕ：４０質量％、ＭｏおよびＣｕの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：１１×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：２３４Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例２－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが１０．０×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが４８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．４９ＧＰａと極めて大きかった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１８）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＷＮｉ（Ｗ：９９質量％、Ｎｉ：１質量％、ＷおよびＮｉの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：５×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：１３０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例２－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが８．３×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが３９１Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．６１ＧＰａと極めて大きかった。例２－１８においては、芯材層の熱伝導率κが低すぎたため、放熱基板の熱伝導率κが低くなった。結果を表２にまとめた。
　（例２－１９）
　芯材層を直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが６００μｍのＭｏＣｕ（Ｍｏ：２０質量％、Ｃｕ：８０質量％、ＭｏおよびＣｕの純度はそれぞれ９９．９質量％）芯材（熱膨張係数α：１６×１０-6Ｋ-1、熱伝導率κ：３４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）としたこと以外は、例２－９と同様の放熱基板を作製した。得られた放熱基板は、厚さが１８００μｍであり、熱膨張係数αが１３．２×１０-6Ｋ-1と半導体素子の搭載または保持に適しており、熱伝導率κが５２３Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1と極めて高く、金属ダイヤモンド複合層と芯材層との接合強度は０．５３ＧＰａと極めて大きかった。例２－１９においては、芯材層の熱膨張係数αが高すぎたため、放熱基板の熱膨張係数αが高くなった。結果を表２にまとめた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
本発明にかかる放熱基板は、半導体を用いるメモリＩＣ、ＬＳＩ、パワーデバイス、通信用デバイス、光デバイス、センサ用デバイスおよびこれらのモジュールに好適に適用できる。
　１　放熱基板、１０　芯材層、１１　第１の金属ダイヤモンド複合層、１２　第２の金属ダイヤモンド複合層。

Claims (6)

  1. 　第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）と、第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）と、前記第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）と前記第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）との間に配置された芯材層（１０）と、を含む放熱基板（１）であって、
    　前記第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）および前記第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）は、それぞれのダイヤモンド含有率が５０体積％未満であり、
    　前記芯材層（１０）は、主面に平行な方向の熱膨張係数が４．５×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が１４０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である放熱基板。
  2. 　前記放熱基板（１）の全体は、主面に平行な方向の熱膨張係数が７×１０-6Ｋ-1以上１３×１０-6Ｋ-1以下で、厚さ方向の熱伝導率が４００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上である請求項１に記載の放熱基板。
  3. 　前記放熱基板（１）の全体は、厚さが５００μｍ以上１００００μｍ以下である請求項１に記載の放熱基板。
  4. 　前記芯材層（１０）は、厚さが５０μｍ以上４０００μｍ以下である請求項１に記載の放熱基板。
  5. 　前記芯材層（１０）は、Ｍｏを含む請求項１に記載の放熱基板。
  6. 　前記第１の金属ダイヤモンド複合層（１１）および前記第２の金属ダイヤモンド複合層（１２）に含まれるダイヤモンド粒子の粒径は、２０μｍ以上２５０μｍ以下である請求項１に記載の放熱基板。
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