DE69128601T2

DE69128601T2 - Verfahren zum Herstellen von wärmestrahlender Substraten zum Montieren von Halbleitern und gemäss diesem Verfahren hergestellte Halbleiterpackung

Info

Publication number: DE69128601T2
Application number: DE69128601T
Authority: DE
Inventors: Kenichiro Kohmoto; Mitsuo Osada
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-10-26
Filing date: 1991-10-15
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH053265A; EP0482812A3; DE69128601D1; US5305947A; EP0482812B1; US5451817A; EP0482812A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von wärmestrahlenden Substraten zum Montieren von Halbleitern, wobei eine Mehrzahl von CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen verschiedener Zusammensetzungen mit dazwischenliegendem Cu verbunden werden. Die Erfindung betrifft ferner Halbleiterpackungen, bei welchen die Substrate verwendet werden.
In den letzten Jahren hat eine Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit und das verstärkte Integrationsmaß von ICs, Transistoren und dergleichen wie auch eine Steigerung ihrer Kapazität zu größeren Wärmemengen geführt, die von Halbleitervorrichtungen erzeugt werden. Daher ist es von großer Bedeutung, wie erzeugte Wärme beseitigt und die Vorrichtungen gekühlt werden, um deren erfolgreichen Betrieb zu erreichen. In Hinblick auf Kühlvorrichtungen besteht ein ähnliches Problem auch bei Teilen, die zu Halbleiterlasern gehören. Zur Lösung dieses Problems haben in jüngster Zeit Verbundmaterialien, die aus Kombinationen von Cu und W oder Cu und Wo bestehen, praktische Verwendung als wärmestrahlende Substrate zum Montieren von Vorrichtungen in Packungen gefunden, in welchen Halbleiter angeordnet werden.
Diese Verbundmaterialien werden durch verschiedene Verfahren hergestellt, in welchen zum Beispiel (a) Cu, das in einer reduzierenden Atmosphäre geschmolzen wird, in ein poröses Produkt infiltriert wird, das durch Sintem von W- oder Mo-Pulver erhalten wird (wie in der Japanischen Patentoffenlegeschrift Nr.59021032 offenbart ist), und (b) W- oder Mo-Pulver mit Cu-Pulver gemischt und das Ergebnis weiter in einer reduzierenden Atmosphäre gesintert wird (das in der Folge als Mischpulversinterverfahren bezeichnet ist).
Fig. 7 und 8 der beiliegenden Zeichnungen sind Schniffdarstellungen, die typische Konstruktionen herkömmlicher keramischer PC-Packungen zeigen, in welchen die obengenannten Verbundmaterialien als wärmestrahlende Substrate verwendet werden; und Fig. 9 und 10 sind Schnittdarstellungen, die Konstruktionen solcher Packungen zur Verwendung bei Transistoren zeigen.
In Fig. 7 und 8 sind die Bezeichnungen wie folgt: 21 bezeichnet ein Substrat, das aus CuW oder CuMo besteht; 22 bezeichnet ein mehrfach laminiertes, keramisches Substrat, das zum Beispiel aus Al&sub2;O&sub3;-Schichten besteht; 23 bezeichnet eine Si- Halbleitervorrichtung, die an dem Substrat 21 montiert ist; 24 bezeichnet einen Kovar (Fe - 29%Ni - 17%CO) Anschlußdraht; 25 bezeichnet einen Bonddraht; und 26 bezeichnet ein Bauelement, das aus Kovar oder Al&sub2;O&sub3; besteht.
Die in Fig. 8 dargestellte Konstruktion ist derart, daß der Befestigungsteil 21 a flir die Si-Halbleitervorrichtung 23 des Substrats 21 höher als die Konstruktion in Fig. 7 ist. Daher kann der Anschlußbefestigungsteil 27 des mehrfach laminierten keramischen Substrats 22 mit der Si-Halbleitervorrichtung 23 in gleicher Höhe sein, was für Befestigungsvorrichtungen vorteilhaft ist.
Die Anzahl von Laminaten keramischer Substrate hat sich in letzter Zeit mit der zunehmenden Kapazität von ICs erhöht; die Nachfrage nach solchen Konstruktionen steigt daher in zunehmendem Maße.
Herkömmliche, für Transistoren bestimmte Packungen sind nun mit Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 der Zeichnungen beschrieben. In Fig. 9 ist auf einem BeO-Schaltungssubstrat 28 in der Mitte eines CuW- oder CuMo-Substrats 21 eine Si- Halbleitervorrichtung 23 montiert. In Fig. 10 ist andererseits, wie dies bei der Verwendung mit FETs (Feldeffekttransistoren) mit GaAs-Transistoren als Vorrichtungen 29 üblich ist, eine GaAs-Vorrichtung 29 direkt an einem vorstehenden Teil 21b montiert, der auf einem wärmestrahlenden CuW- oder CuMo-Substrat 21 mit guter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist, und die Vorrichtung kann mit einer Schaltung 31, die auf einem isolierenden keramischen Substrat 30 vorgesehen ist, in der Nähe der Vorrichtung verdrahtet werden, so daß sie mit der Schaltung in gleicher Höhe liegt, wobei diese Konstruktionsart somit bevorzugt ist.
Die Substrate 21, die in den Packungen verwendet werden, die in Fig. 7 und 9 von den zuvor beschriebenen dargestellt sind, sind einfache flache Platten, die keine großen Schwierigkeiten in der Herstellung mit sich bringen, während die abgestuften Substrate mit vorstehenden Teilen 21a und 21b, wie in Fig. 8 und Fig. 10 dargestellt, zu verschiedenen Problemen bei ihrer Herstellung ftlhren.
Diese abgestuften Substrate werden im allgemeinen hergestellt, indem vorstehende Teile auf einer Tafel einer flachen Platte verbleiben und ihre Reste durch Schneiden oder Schleifen entfernt werden.
Bei diesem Verfahren wird jedoch viel Material, das weggeschnitten werden muß, verbraucht, und die Schneidwerkzeuge sind vor allem teuer, da das Substratmaterial aus einer Kombination von Cu, einem weichen Material, und W oder Mo, einem harten, schwer zu schneidenden Material, besteht und somit die Schneidwerkzeuge unvermeidlich einem periodischen Schneiden ausgesetzt sind, mit dem Ergebnis, daß ihre Kanten stark abgerieben werden, so daß die Schneidwerkzeuge häufig ausgetauscht werden müssen, um eine hohe Präzision zu erreichen und etwaige Verwerfungen nach der spanabhebenden Bearbeitung zu vermeiden.
Andererseits ist es möglich, diese abgestuften Substrate unter Anwendung der zuvor beschriebenen Verfahren zu bilden, d.h., durch das Infiltrationsverfahren (a), wobei Cu in ein abgestuftes gesintertes Produkt von W oder Mo infiltriert wird, oder durch das Mischpulversinterverfahren (b), wobei gemischtes Pulver aus W oder Mo und Cu in eine abgestufte Form gebracht und dann gesintert wird. Diese Verfahren sind jedoch mit den folgenden Problemen verbunden.
Das Substrat 21, das für eine Packung mit einer Bauform wie in Fig. 8 dargestellt verwendet wird, ist wie in Fig. 11 dargestellt geformt, wo die Oberfläche 33, die an das keramische Substrat 22 hartgelötet ist, größer als die Oberfläche 32 ist, an der die Halbleitervorrichtung 23 montiert wird. Die Oberfläche 33 muß normalerweise häufig nur 0,3 bis 0,5 mm dünn sein.
Daher ist bei der Herstellung solcher Substrate, wo eine flache Platte weggeschnitten wird, so daß ein vorstehender Teil zurückbleibt, die Fläche des weggeschniffenen Teil groß, und wenn die Kante des Schneidwerkzeugs abgerieben ist, wird die Befestigungsoberfläche 33 aufgrund der Abspanungsverwerfung beim Schneiden verformt, was häufig ein Hindernis beim Hattlöten an das keramische Substrat 22 darstellt.
Einige andere Verfahren stehen für die Herstellung dieser Substrate zur Verfügung. Zum Beispiel besteht ein Verfahren darin, daß W- oder Mo-Pulver durch Gesenkpressen in eine abgestufte Form ähnlich der vorangehenden gebracht wird und Cu in ein poröses Produkt infiltriert wird, das durch Sintern des geformten Produkts erhalten wird (Infiltrationsverfahren). Ein anderes besteht darin, daß gemischtes Pulver aus W- oder Mo-Pulver und Cu-Pulver durch Gesenkpressen in eine abgestufte Form ähnlich der vorangehenden gebracht wird und das Ergebnis gesintert wird (Mischpulversinterverfahren). Wie zuvor beschrieben, ist jedoch in der Form von Fig. 11 die Oberfläche 33, die an das keramische Substrat 22 hartgelötet wird, dünn, so daß es schwierig ist, beim Gesenkpressen ein Ergebnis zu erzielen, das dieselbe Dichte wie die Oberfläche 32 zum Montieren der Halbleitervorrichtung aufweist. Selbst wenn ein Gesenkpreßprodukt mit derselben Dichte erhalten wird, weist ferner die hartgelötete Oberfläche 33, die den dünnwandigen Teil des Gesenkpreßprodukts bildet, eine geringe Festigkeit auf und ist daher schwer zu bearbeiten.
Zusätzlich ist eine Hochtemperaturbehandlung über der Schmelztemperatur von Cu beim Backen erforderlich, um Verbundmaterialien ohne Defekte (leere Löcher) zu erhalten. Zum ausreichenden Füllen von leeren Löchern mit Cu muß überschüssiges Cu beim Backen zugegeben werden, wodurch das Backprodukt an seiner Oberfläche mit Cu bedeckt ist. Daher müssen Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um das erhaltene Cu zu entfernen, was einen gleichen Arbeitsaufwand wie bei der Herstellung der Substrate aus flachen Platten durch Schneiden erfordert.
Danach wird das wärmestrahlende Substrat 21, das für Packungen verwendet wird, die für Transistoren bestimmt sind, und eine Querschnittsform wie in Fig. 10 aufweist, wie in Fig. 12 geformt, wo der vorstehende Teil 21b, auf dem die GaAs- Transistorvorrichtung 29 montiert wird, kleiner als der flache Teil 34 ist.
Daher ist es schwierig, eine Form zum Preßformen eines solchen vorstehenden Teils herzustellen und das Pulver zum Gesenkpressen in die Form einzubringen, woraus sich einige Probleme in der Herstellung ergeben.
Als Verfahren zur Herstellung eines solchen abgestuften Substrats steht eines zur Verfügung, bei dem der vorstehende Teil und der flache Teil getrennt hergestellt werden, einer Ni-Plattierung unterzogen werden (um die Benetzung des hartgelöteten Materials beim Hartlöten zu garantieren) und gemeinsam mit dem keramischen Teil in der Herstellung keramischer Packungen hartgelötet wird, um Packungen wie in Fig. 13 der Zeichnungen dargestellt zu erhalten. In diesem Fall ist es jedoch schwierig, einen konstanten Abstand eines Substrats 35 zum Montieren von Halbleitern zu einem keramischen Teil 36 zu erhalten und ferner wird aufgrund der leeren Löcher; die in einem Hartlötmaterial 37 verbleiben, welches die Verbindungsfläche zwischen den Substraten 35 und 36 bildet, und aufgrund des dazwischenliegenden Hartlötmaterials 37 mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, die Wärmeleitung beeinträchtigt. Dies führt zu nachteiligen Qualitätsabweichungen von Packungen.
Die Erfinder haben sich um eine Lösung der vorangehenden Probleme nach dem Stand der Technik bei der Herstellung der zuvor beschriebenen abgestuften Substrate und Packungen mit den darin eingebauten Substraten bemüht und haben so die vorliegende Erfindung entwickelt.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines wärmestrahlenden Substrats zum Montieren von Halbleitern bereit, das ein Verbundkörper aus einer CuW- oder einer CuMo-Verbundmetallegierung mit einer Schicht Kupfer, frei von dazwischenliegenden leeren Löchern ist, umfassend den Schritt des Verbindens einer Mehrzahl von CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen, die entweder erhalten werden durch
(a) ein Infiltrationsverfahren, in dem W- oder Mo-Pulver geformt wird und dann geschmolzenes Cu in einer reduzierenden Atmosphäre in leere Löcher eines porösen Produkts, das durch Sintern des Ergebnisses erhalten wird, infiltriert wird, oder
(b) ein Mischpulversinterverfahren, wobei W- oder Mo-Pulver mit Cu- Pulver gemischt und geformt wird, bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Cu behandelt wird, um eine Verbundmetallegierung zu erhalten, wobei eine Cu-Schicht an einer Grenzfläche zwischen den CuW- oder CuMo Verbundmetallegierungen angeordnet wird und die Mehrzahl von CuW- oder CuMo- Verbundmetallegierungen durch Cu verbunden werden, indem sie über den Schmelzpunkt von Cu in einer reduzierenden Atmosphäre erwärmt werden.
Die Erfindung stellt auch eine Haibleiterpackung mit einem wärmestrahlenden Substrat bereit, das durch das oben definierte Verfahren hergestellt wurde, sowie Einfassungselemente, die an dem Substrat befestigt sind, wobei der Wärmedehnungskoeffizient jedes Verbundmetallegierungsteils des Substrats annähernd mit jenem eines Einfassungselements, das neben diesem Teil liegt, übereinstimmt.
Es sind nun bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben, von welchen:
Fig. 1 und Fig. 6 erklärende Ansichten sind, welche die Konstruktionen von wärmestrahlenden Substraten gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 2 bis 5 Schnitte von Halbleiterpackungen unter Verwendung der wärmestrahlenden Substrate der vorliegenden Erfindung sind;
Fig.7 bis 10
und Fig. 13 Schnitte von Halbleiterpackungen unter Verwendung von herkömmlichen wärmestrahlenden Substraten sind;
Fig. 11 und 12 erklärende Ansichten sind, welche die Konstruktion von herkömmlichen wärmestrahlenden Substraten zeigen; und
Fig. 14 und 15 Mikrophotographien sind, welche die Struktur des verbundenen Flächenabschnitts in dem wärmestrahlenden Substrat von Fig. 6 zeigen.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines wärmestrahlenden Substrats A der vorliegenden Erfindung werden eine flache Platte 1, die als abgestufter vorstehende Teil dient, wie in Fig. 1 dargestellt, und eine flache Platte 2, die den flachen Teil bildet, getrennt hergestellt.
Als Verfahren zu deren Herstellung wird W- oder Mo-Pulver geformt, dann wird geschmolzenes Cu in einer reduzierenden Atmosphäre in leere Löcher eines porösen Produkts infiltriert, das durch Sintern des Ergebnisses erhalten wurde (Infiltrationsverfahren) und die erhaltene Verbundmetallegierung aus W oder Mo und Cu wird zu flachen Platten 1 und 2 geschliffen. Danach werden sie mit einer dünnen Cu-Folie, die zwischen diese flachen Platten geklemmt ist, in einer reduzierenden Atmosphäre verbunden, während die Temperatur über der Schmelztemperatur von Cu gehalten wird.
In diesem Verfahren verschmilzt die geschmolzene Cu-Folie mit dem Cu, das in der Verbundmetallegierung enthalten ist, wobei jeder Überschuß aus der Verbindungsfläche preßgeformt wird. Dadurch verbleibt an der Verbindungsfläche nach dem Abkühlen nur eine äußerst dünne Cu-Schicht, die somit die Gleichförmigkeit der Wärmeausdehnung über das gesamte Verbundsubstrat A nicht beeinträchtigt. Da ferner Cu eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und einen höheren Schmelzpunkt (1080º) als das Hartlötmaterial hat, das zur Verbindung keramischer Substrate beim Zusammenbau von Packungen verwendet wird (im allgemeinen ein eutektisches Hartlötmaterial, Hartlöttemperatur: 750 bis 900ºC), ist es möglich, Substrate mit einer thermischen Eigenschaft bereitzustellen, die mit jenen vergleichbar sind, die aus einem einstückigen Material geschliffen wurden und durch Hartlöten zusammengefügt werden können. Außerdem sind die verbleibenden leeren Löcher der fraglichen Verbindungsfläche frei von Defekten wie in der Innenseite der Metallegierung, die durch das Infiltrationsverfahren hergestellt wird, da die geschmolzene Cu-Folie und das in der Verbundmetallegierung enthaltene Cu vereint werden, so daß der überschüssige Teil die gesamte Verbindungsfläche bedeckt, wodurch etwaige Probleme ausgeschlossen sind.
Ferner wird durch das Verfahren, in dem W- oder Mo-Pulver vermischt und mit Cu-Pulver geformt und bei einer Temperatur über der Schmelztemperatur von Cu behandelt wird, um eine Verbundmetallegierung zu erhalten (dem Mischpulversinterverfahren), eine Verbundmetallegierung mit weniger Defekten (d.h. leeren Löchern) nicht in zufriedenstellendem Maße erhalten. Wenn jedoch eine solche Metallegierung, die in dem obengenannten Verfahren erhalten wird, als Material zur Bildung wärmestrahlender Substrate der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bedeckt Cu, das beim Verbinden geschmolzen wird, die verbleibenden leeren Löcher im Material, wodurch das erhaltene wärmestrahlende Substrat nach der Verbindung in ausreichendem Maße weniger Defekte (leere Löcher) aufweist, so daß es als Material geeignet ist. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht nur wegen der Materialeinsparung bei den verwendeten Verbundmetallegierungen und wegen der geringeren Kosten für den Schneidvorgang und die Werkzeuge aufgrund der verringerten Anzahl von geschnittenen Kanten vorteilhaft, sondern bietet auch die Möglichkeit, eine Reihe von Formen durch Kombinationen herzustellen, wobei einfache Standardformen hergestellt werden. Daher ist es zur Herstellung jener Produkte geeignet, bei welchen die Anforderungen für verschiedenartige Produktionen in kleinen Chargen erfüllt werden müssen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann Substrate bereitstellen, die nicht nur die zuvor beschriebenen Vorteile in der Herstellung bieten, sondern auch folgende hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit.
Gemäß dem Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Zusammensetzungsverhältnis von kombinierten Materialien zu ändern, wodurch Substrate mit solchen Eigenschaften hergestellt werden, die nicht durch das Verfahren erzielt werden können, bei dem sie aus einem einzigen Material durch Schneiden geschliffen werden.
CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen haben abhängig von ihrer Zusammensetzung die folgenden Eigenschaften.
Im Prinzip ist die Wärmeleitfähigkeits- und Wärmestrahlungseigenschaft um so besser, je höher der Cu-Gehalt in einer Verbundmetallegierung ist; zur Verwendung als Packungssubstrate steht eine Auswahl an Zusammensetzungsverhältnissen wie in der Folge angeführt zur Verfügung, abhängig von der Art der Isoliermaterialien und elektrisch leitenden Materialien, die in Kombination verwendet werden:
Zum Beispiel hat ein Verbundmaterial von Cu : W = 10 : 90 (nach dem Gewicht) ein Wärmedehnungsverhältnis, das annähernd jenes von Aluminiumoxidkeramiken ist, wodurch das Verbundmaterial besonders für wärmestrahlende Substrate geeignet ist, die mit Aluminiumoxidkeramiken hartgelötet sind.
Ein weiteres mit Cu: W = 15 : 85 (nach dem Gewicht) hat ein Wärmedehnungsverhältnis, das annähernd jenes von Berylliumoxidkeramiken ist, wodurch es für Keramikpackungen, die für FETs bestimmt sind, in welchen Si-Vorrichtungen angeordnet sind, verwendet wird.
Eine CuMo-Verbundmetallegierung, deren Wärmeleitfähigkeit zwar geringer als jene von CuW-Verbundmaterialien ist, hat eine geringes spezifisches Gewicht, wodurch sie zur Verwendung als Substrat für große Packungen geeignet ist.
Wie oben ersichtlich ist, unterscheiden sich die thermischen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit und Wärmedehnungsverhältnis) - abhängig vom Zusammensetzungsverhältnis. Wenn daher ein einzelnes Material verwendet wird, können nicht alle Eigenschaften als wärmestrahlende Substrate zur Verwendung in Packungen erreicht werden.
Im Gegensatz dazu kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von erforderlichen Eigenschaften wie folgt erreicht werden.
Im allgemeinen werden als Substrate zur Verwendung in keramischen Packungen, die für Si FETs bestimmt sind, wo gute thermische und Isoliereigenschafien erforderlich sind, keramische Packungen mit einer derartigen Konstruktion verwendet, daß Al&sub2;O&sub3; als mehrschichtiges keramisches Isoliersubstrat 22 der Außenwände und BeO als wärmestrahlendes isolierendes Schaltungssubstrat 28, auf dem die Halbleitervorrichtung 23 montiert ist, verwendet wird, wie in Fig. 9 dargestellt ist.
In diesem Fall werden das Al&sub2;O&sub3;- und das BeO-Schaltungssubstrat 28, die sich voneinander im Wärmeausdehnungsverhältnis unterscheiden, als Außenwände notwendigerweise glejchzeitig mit dem CuW-Substrat 21 durch Hartlöten verbunden. Daher wird, um zu verhindern, daß die beiden Materialien 22 und 28 aufgrund der thermischen Vefformung beim Abkühlen nach dem Hartlöten beschädigt werden, und um eine Verformung des CuW-Substrats 21 zu verhindern, das Zusammensetzungsverhältnis abhängig von der Konstruktionsform feineingestellt, wie zum Beispiel Cu : W = 13 : 87 oder Cu : W = 15 : 85; dies kann jedoch nicht als zufriedenstellende Lösung für die auftretenden Probleme dienen.
Andererseits ist es gemäß dem Veffahren der vorliegenden Erfindung möglich, CuW-Verbundmetallegierungen zu bilden, die aus Kombinationen von Materialien mit verschiedenen Verhältnissen von Cu zu W bestehen, wie zum Beispiel Cu: W =20: 80 für die flache Platte 1 und Cu: W = 10 : 90 für die flache Platte 2, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Obwohl somit zwei Arten von Material aus Al&sub2;O&sub3; und BeO gleichzeitig hartgelötet werden, können daher die Probleme einer Beschädigung und Vefformung dieser aufgrund einer Wärmeverziehung gelöst werden.
Es muß hier festgehalten werden, daß die Kombinationssubstrate verschiedener Zusammensetzungsverhältnisse, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, eine weiche dünne Cu-Schicht aulweisen, die zwischen den beiden Materialien vorhanden ist, und diese dünne Schicht als Pufferschicht dient, so daß nahezu keine Verziehung aufgrund des Unterschieds in den Wärmeausdehnungsverhältnissen der beiden Materialien eintritt.
Wenn in einer wärmestrahlenden Packung, wie in Fig. 2 dargestellt, ein keramisches Schaltungssubstrat 3 aus Al&sub2;O&sub3; oder dergleichen mit der flachen Platte 2 in der Packung gelötet wird, wird die Verwendung eines CuW-Grundmetalls vom Standpunkt der Wärmeausdehnung bevorzugt, aber dies erhöht das Gewicht und daher wurden für gewöhnlich CuMo-Grundmetalle verwendet. In diesem Fall kann gemäß der vorliegenden Erfindung CuMo-Material als flache Platte 2 und CuW-Material als flache Platte 1 mit einer Cu-Verbindung 4 kombiniert werden, wie in Fig. 3 dargestellt, so daß Packungen hergestellt werden können, die ein geringes Gewicht aulweisen und zur Verbindung mit dem keramischen Schaltungssubstrat 3 aus Al&sub2;O&sub3; oder BeO geeignet sind.
Zusätzlich bezeichnet in Fig. 2 und 3 das Bezugszeichen 5 ein äußeres Gehäuse, das aus Kovar oder dergleichen besteht, bezeichnet 6 einen Kovar-Anschlußdraht und bezeichnet 7 eine Glasabdichtung.

Ausführungsbeispiel 1

Gemischtes Pulver, in dem Kampfer als organisches Bindemittel in einem Mischverhältnis von 2 Gew.% mit W-Pulver gemischt wurde, wurde in eine Form gefüllt und dann zum Erhalten eines gesenkgepreßten Produkts gepreßt. Dieses gesenkgepreßte Produkte wurde bei 500ºC in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt, um den Kampfer zu verdampfen, und bei 1400ºC 2 Stunden gesintert. So wurde ein poröses W-Produkt erhalten.
Anschließend wurde eine Cu-Platte mit ausreichendem Gewicht zum Füllen der Löcher des erhaltenen porösen Produkts darauf gelegt und bei 1200ºC in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt, und Cu wurde geschmolzen und in die Löcher des porösen Produkts inliltriert. Somit wurden W- und Cu-Verbundmetallegierungen erhalten, die ein Verhältnis von Cu: W = 10 : 90 (nach dem Gewicht) aufweisen, wobei ihre 10 mm x 10 mm x 1 mm und 30 mm x 30 mm x 0,5 mm Umfangsflächen mit Cu bedeckt waren.
Beide Oberflächen dieser Verbundmetallegierungen wurden geschliffen und ihre Umfangsendflächen wurden zur Entfernung des Cu abgespant. Somit wurden 9 mm x 9 mm x 0,8 mm und 29 mm x 29 mm x 0,3 mm flache Platten 1 und 2 erhalten. Zwischen den erhaltenen beiden flachen Platten 1 und 2 wurde eine 9 mm x 9 mm x 0,1 mm Cu-Platte 4 in einer Kohlenstoffschablone gelegt und bei 1200ºC 10 Minuten in einer Wasserstoffatmosphäre zum Schmelzen des Cu erwärmt. Danach wurde abgekühlt. Somit wurden abgestufte wärmestrahlende Substrate wie in Fig. 6 dargestellt erhalten. Nachdem das am Umfang des Verbindungsteils anhaftende Cu weggeschnitten wurde, wurde es durch Trommelendbearbeitung geschliffen, um das am Umfang haftende Cu zu entfernen.
Bei Betrachtung der Mikrostruktur des Verbindungsteilquerschnitts des erhaltenen Substrats zeigte sich, wie in Fig. 14 dargestellt, daß solche leeren Löcher in dem Verbindungsteil nicht vorhanden waren, welche die Wärmestrahlung beeinträchtigen würden.
Diese Oberfläche wurde mit Ni plattiert und das Ergebnis durch Hartlöten unter Verwendung eines Silberlötmittels mit einem Al&sub2;O&sub3;-Substrat 8 verbunden, dessen Verbindungsfläche mit W metallisiert und mit Ni plattiert war. Somit wurde eine keramische IC-Packung wie in Fig. 4 dargestellt erhalten.

Ausführungsbeispiel 2

Ein flache Platte 1 mit den Maßen 7 mm x 7 mm x 0,5 mm und einer Zusammensetzung von Cu: W = 20 : 80 und eine flache Platte 2 mit den Maßen 30 mmx 11 mmx 1 mm und einer Zusammensetzung von Cu: W = 10 : 90 wurden durch dasselbe Verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1 hergestellt.
Unter Verwendung eines abgestuften Substrats, in dem eine 7 mm x 7 mm x 0,1 mm Cu-Folie 4 zwischen den obengenannten zwei flachen Platten 1 und 2 eingeklemmt war und durch dasselbe Verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1 verbunden wurde, wurden ein Aluminiumoxidrahmen 8 und eine Berylliumoxidplatte 9 gleichzeitig daran hartgelötet, wodurch eine für FET bestimmte Packung wie in Fig. 5 dargestellt erhalten wurde.
Es zeigte sich, daß die erhaltene Packung keine Risse in der Berylliumoxidplatte aufwies und ferner die Krümmung der Bodenfläche der Packung weniger als 0,002 mm betrug. Somit wurde eine Packung mit günstigen Wärmestrahlungseigenschaften erhalten.

Ausführungsbeispiel 3

Gemischtes Pulver, in dem Kampfer als organisches Bindemittel in einem Mischverhältnis von 2 Gew.% mit Mo-Pulver gemischt wurde, wurde in eine Form gefüllt und dann zum Erhalten eines gesenkgepreßten Produkts gepreßt.
Dieses gesenkgepreßte Produkt wurde bei 500ºC in einer Wasserstoffatmosphie erwrmt, um den Kampferzu verdampfen, und dann bei 1200ºC 2 Stunden in Wasserstoffatmosphäre gesintert. Somit wurde ein poröses Mo-Produkt erhalten.
Anschließend wurde Cu in die Löcher des porösen Mo-Produkts auf dieselbe Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 infiltriert, so daß eine Cu- und Mo-Verbundmetallegierung mit einer Größe von 30 mm x 60 mm x 1 mm und einem Verhältnis von Cu: W = 15 : 85 (nach dem Gewicht) erhalten wurde. Durch Schleifen dieser Metallegierung wie in Ausführungsbeispiel 1 wurde ein 29 mm x 59 mm x 0,8 mm flache Platte 2 erhalten.
Ferner wurde zusätzlich eine flache Platte 1 mit Cu: W = 10 : 90 und 20 mm x 20 mm x 0,5 mm auf dieselbe Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 erhalten. Mit einer 20 mm x 20 mm x 0,1 mm Cu- Folie, die zwischen die beiden flachen Platten 1 und 2 geklemmt wurde, wurden die Platten auf dieselbe Weise wie in Ausführungsbeispiel 1 verbunden.
Da die flachen Platten 1 und 2 mit einer defektlosen, dazwischenliegenden, dünnen Cu- Schicht 4 wie in Fig. 6 dargestellt verbunden wurden, wurde ein wärmestrahlendes Substrat erhalten, das zur Verwendung mit einer Packung, wie in Fig. 5 dargestellt ist, geeignet war.
Bei Betrachtung der Mikrostruktur des Verbindungsteilquerschnitts des erhaltenen Substrats mit einem Mikroskop zeigt sich, daß keine leeren Löcher in dem Verbindungsteil vorhanden waren, welche die Wärmestrahlung beeinträchtigen würden, wie in Fig. 15 dargestellt.
Wie zuvor beschrieben, wird gemäß den Verfahren der vorliegenden Erlindung eine Mehrzahl von CuW- oder CuMo-Materialien mit verschiedenen Zusammensetzungen, die durch das Infiltrationsverfahren oder das Mischpulversinterverfahren hergestellt werden, mit einer dazwischenliegenden Cu-Platte oder -Folie verbunden, und somit werden die in dem CuW- oder CuMo-Material verbleibenden leeren Löcher mit geschmolzenem Cu gefüllt, so daß wärmestrahlende Substrate mit einer ausgezeichneten Funktionsfähigkeit erhalten werden können.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines wärmestrahlenden Substrats zum Montieren von Halbleitern, das ein Verbundkörper aus einer CuW- oder einer CuMo-Verbundmetallegierung mit einer Schicht Kupfer (4), frei von dazwischenliegenden leeren Löchern ist, umfassend den Schritt des Verbindens einer Mehrzahl von CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen (1, 2), die entweder erhalten werden durch

(a) ein Infiltrationsverfahren, in dem W- oder Mo-Pulver geformt wird und dann geschmolzenes Cu in einer reduzierenden Atmosphäre in leere Löcher eines porösen Produkts, das durch Sintern des Ergebnisses erhalten wird, infiltriert wird, oder

(b) ein Mischpulversinterverfahren, wobei W- oder Mo-Pulver mit Cu- Pulver gemischt und geformt wird, bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt von Cu behandelt wird, um eine Verbundmetallegierung zu erhalten, wobei eine Cu-Schicht an einer Grenzfläche zwischen den CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen angeordnet wird und die Mehrzahl von CuWoder CuMo-Verbundmetallegierungen durch Cu (4) verbunden werden, indem sie über den Schmelzpunkt von Cu in einer reduzierenden Atmosphäre erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Mehrzahl von CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen (1,2) mit verschiedenen Zusammensetzungen als die CuW- oder CuMo-Verbundmetallegierungen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die reduzierende Atmosphäre eine Wasserstoffatmosphäre ist.

4. Halbleiterpackung, umfassend ein wärmestrahlendes Substrat, das durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt wurde.