JP2860037B2 - 半導体装置用放熱基板の製造方法 - Google Patents
半導体装置用放熱基板の製造方法Info
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子を搭載ま
たは保持するための半導体装置用放熱基板の製造方法に
関し、特定的には、半導体素子搭載用パッケージの放熱
基板に用いられるクラッド材の製造方法に関するもので
ある。
たは保持するための半導体装置用放熱基板の製造方法に
関し、特定的には、半導体素子搭載用パッケージの放熱
基板に用いられるクラッド材の製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子支持用の電極材料あるいは半
導体素子搭載用基板は、半導体集積回路装置（ＩＣ）の
高密度化、高出力化に伴い、半導体素子との熱膨張の整
合した放熱効果の高いものが求められている。また、半
導体素子以外にパッケージ材料の熱膨張率に近似してい
る基板が望まれている。あるいは、パッケージ材料、ろ
う材、端子などとともに組立てられた後の熱膨張のバラ
ンスを考慮して、これらの材料とは異なり、かつ制御さ
れた熱膨張率を有する基板が望まれている。さらに、熱
膨張率を考慮するとともにできるだけ軽量な材料が望ま
しく、パッケージの組立に必要な加工、ろう付け、めっ
きがしやすいことも上記基板の材料に求められている。
なお、上記基板の材料に耐薬品性が必要な場合もある。
導体素子搭載用基板は、半導体集積回路装置（ＩＣ）の
高密度化、高出力化に伴い、半導体素子との熱膨張の整
合した放熱効果の高いものが求められている。また、半
導体素子以外にパッケージ材料の熱膨張率に近似してい
る基板が望まれている。あるいは、パッケージ材料、ろ
う材、端子などとともに組立てられた後の熱膨張のバラ
ンスを考慮して、これらの材料とは異なり、かつ制御さ
れた熱膨張率を有する基板が望まれている。さらに、熱
膨張率を考慮するとともにできるだけ軽量な材料が望ま
しく、パッケージの組立に必要な加工、ろう付け、めっ
きがしやすいことも上記基板の材料に求められている。
なお、上記基板の材料に耐薬品性が必要な場合もある。
【０００３】上述のような要件のいくつかを満足する材
料として、銅／モリブデン、銅／タングステン、チタン
／モリブデン等の複合材料が提案されている。しかしな
がら、組立時に必要な加工性、パッケージ材料とのろう
付け性、耐薬品性などの観点から、モリブデン（Ｍｏ）
やタングステン（Ｗ）を基材に、銅（Ｃｕ）やチタン
（Ｔｉ）を合せ材にした高品質なクラッドタイプの放熱
基板材の提供が強く望まれている。
料として、銅／モリブデン、銅／タングステン、チタン
／モリブデン等の複合材料が提案されている。しかしな
がら、組立時に必要な加工性、パッケージ材料とのろう
付け性、耐薬品性などの観点から、モリブデン（Ｍｏ）
やタングステン（Ｗ）を基材に、銅（Ｃｕ）やチタン
（Ｔｉ）を合せ材にした高品質なクラッドタイプの放熱
基板材の提供が強く望まれている。
【０００４】これらのクラッド材は、従来、圧延法によ
って製造されている。非金属を含む複合材料とは異な
り、延性を有する金属系複合材料からなる典型的な金属
クラッド材においては、その製造と二次加工が塑性加工
によって行なわれ得る。そのため、圧延法による金属ク
ラッド材の製造は大量生産に適している。特に、特許第
１４５８６８６号でも明らかなように金属クラッド材は
熱間で圧延加工することにより容易に製造され得る。
って製造されている。非金属を含む複合材料とは異な
り、延性を有する金属系複合材料からなる典型的な金属
クラッド材においては、その製造と二次加工が塑性加工
によって行なわれ得る。そのため、圧延法による金属ク
ラッド材の製造は大量生産に適している。特に、特許第
１４５８６８６号でも明らかなように金属クラッド材は
熱間で圧延加工することにより容易に製造され得る。
【０００５】しかしながら、金属クラッド材を圧延法に
よって製造する場合には、クラッド材を構成する基材と
合せ材の厚み（以下、層厚と称する）の差が大きい場
合、均一な層厚比が安定して得られ難く、その解決法が
求められている。
よって製造する場合には、クラッド材を構成する基材と
合せ材の厚み（以下、層厚と称する）の差が大きい場
合、均一な層厚比が安定して得られ難く、その解決法が
求められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、たとえ
ば、Ｃｕ／Ｍｏ／ＣｕまたはＣｕ／Ｗ／Ｃｕの各層厚の
差が小さい範囲では、そのクラッド材は容易に圧延法に
よって製造され得る。ちなみに従来の圧延法によって製
造されたＣｕ／Ｍｏ／ＣｕまたはＣｕ／Ｗ／Ｃｕのクラ
ッド材の層厚比は１：５：１〜２：１：２の範囲であ
る。
ば、Ｃｕ／Ｍｏ／ＣｕまたはＣｕ／Ｗ／Ｃｕの各層厚の
差が小さい範囲では、そのクラッド材は容易に圧延法に
よって製造され得る。ちなみに従来の圧延法によって製
造されたＣｕ／Ｍｏ／ＣｕまたはＣｕ／Ｗ／Ｃｕのクラ
ッド材の層厚比は１：５：１〜２：１：２の範囲であ
る。
【０００７】また、変形抵抗の著しく異なる異種金属を
同時に加工するため（加工なしでは圧着し得ない）、上
述のＣｕ／Ｍｏ／ＣｕあるいはＣｕ／Ｗ／Ｃｕの層厚比
率の範囲外では、加工の進行に伴って、Ｍｏ層あるいは
Ｗ層のうねりまたはコロニーが形成される場合が多い。
同時に加工するため（加工なしでは圧着し得ない）、上
述のＣｕ／Ｍｏ／ＣｕあるいはＣｕ／Ｗ／Ｃｕの層厚比
率の範囲外では、加工の進行に伴って、Ｍｏ層あるいは
Ｗ層のうねりまたはコロニーが形成される場合が多い。
【０００８】図８は、Ｍｏ層またはＷ層のうねりまたは
コロニーを模式的に示す断面図である。図８の（ａ）に
示すように、Ｃｕ層（材）１の間に挟まれたＭｏ層
（材）またはＷ層（材）２のうねり、すなわち部分的な
巨視的剪断帯が形成される。また、図８の（ｂ）に示さ
れるように、Ｍｏ層またはＷ層２が分断されて、コロニ
ーを形成する。このようにＭｏ層またはＷ層のうねりや
コロニーが形成される場合には、クラッド材の熱膨張率
が不均一になったり、クラッド材そのものの歪みが発生
する。その結果、高い信頼性が要求される放熱基板の材
料として、このようなクラッド材を用いることができな
くなる。
コロニーを模式的に示す断面図である。図８の（ａ）に
示すように、Ｃｕ層（材）１の間に挟まれたＭｏ層
（材）またはＷ層（材）２のうねり、すなわち部分的な
巨視的剪断帯が形成される。また、図８の（ｂ）に示さ
れるように、Ｍｏ層またはＷ層２が分断されて、コロニ
ーを形成する。このようにＭｏ層またはＷ層のうねりや
コロニーが形成される場合には、クラッド材の熱膨張率
が不均一になったり、クラッド材そのものの歪みが発生
する。その結果、高い信頼性が要求される放熱基板の材
料として、このようなクラッド材を用いることができな
くなる。
【０００９】上述のような問題は、二層または四層以上
の圧延クラッド材においても同様に生じる。
の圧延クラッド材においても同様に生じる。
【００１０】なお、半導体素子支持用電極または半導体
素子搭載用基板の材料は、三層構造を有し、めっきやろ
う付けの容易さからＣｕ層が外側に位置するクラッド材
が多く用いられている。
素子搭載用基板の材料は、三層構造を有し、めっきやろ
う付けの容易さからＣｕ層が外側に位置するクラッド材
が多く用いられている。
【００１１】そこで、この発明の目的は、層厚の比率を
広い範囲にとることができ、熱膨張率が均一で歪みが発
生しない、均質なクラッド材からなる半導体装置用放熱
基板を製造することである。
広い範囲にとることができ、熱膨張率が均一で歪みが発
生しない、均質なクラッド材からなる半導体装置用放熱
基板を製造することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用効果】本願
発明者は、以上の問題点を解決するために鋭意研究した
結果、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｗ／Ｃｕなどのクラッ
ド材において、大きな塑性変形を加えずに、たとえば、
ほとんど圧延工程を経ずに、上述の歪みが発生せず、均
質なクラッド材を作製する方法として、クラッド材の盤
面全域に静的な一軸圧力を加えながら加熱する方法の開
発に到った。本願発明者は、この方法によって高い品
質、高い信頼性を有するクラッド材が得られることを見
い出した。
発明者は、以上の問題点を解決するために鋭意研究した
結果、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ、Ｃｕ／Ｗ／Ｃｕなどのクラッ
ド材において、大きな塑性変形を加えずに、たとえば、
ほとんど圧延工程を経ずに、上述の歪みが発生せず、均
質なクラッド材を作製する方法として、クラッド材の盤
面全域に静的な一軸圧力を加えながら加熱する方法の開
発に到った。本願発明者は、この方法によって高い品
質、高い信頼性を有するクラッド材が得られることを見
い出した。
【００１３】すなわち、この発明に従った半導体装置用
放熱基板の製造方法は、タングステンおよびモリブデン
のいずれかの金属からなる第１の部材の互いに対向する
一方と他方の主表面に、銅およびチタンのいずれかの金
属からなる第２の部材を熱間一軸加工法によって接合す
る方法である。
放熱基板の製造方法は、タングステンおよびモリブデン
のいずれかの金属からなる第１の部材の互いに対向する
一方と他方の主表面に、銅およびチタンのいずれかの金
属からなる第２の部材を熱間一軸加工法によって接合す
る方法である。
【００１４】本発明の製造方法に用いられる装置として
は、ホットプレスや熱間静水圧プレスを挙げることがで
きる。
は、ホットプレスや熱間静水圧プレスを挙げることがで
きる。
【００１５】本発明の製造方法によれば、各種寸法の基
材と合せ材を組合せて圧接複合材料としての放熱基板を
製造することができる。また、本発明の製造方法によれ
ば、クラッド材を構成する層厚の比率を広い範囲にとる
ことができる。そのため、クラッド材の熱膨張率を広い
範囲に制御することができる。さらに、基材が変形抵抗
の大きい高融点金属であるが、本発明の製造方法によれ
ば、合せ材だけのわずかでかつ均一な変形によって合せ
材と基材とを複合することができる。そのため、均質で
歪みの少ない放熱基板を製造することが可能になる。な
お、本発明の製造方法においては、その製造工程におい
て歪がほとんど導入されない。そのため、パッケージ組
立中や組立後に反りや歪が生じがたく、高品質のパッケ
ージを製造することができる。
材と合せ材を組合せて圧接複合材料としての放熱基板を
製造することができる。また、本発明の製造方法によれ
ば、クラッド材を構成する層厚の比率を広い範囲にとる
ことができる。そのため、クラッド材の熱膨張率を広い
範囲に制御することができる。さらに、基材が変形抵抗
の大きい高融点金属であるが、本発明の製造方法によれ
ば、合せ材だけのわずかでかつ均一な変形によって合せ
材と基材とを複合することができる。そのため、均質で
歪みの少ない放熱基板を製造することが可能になる。な
お、本発明の製造方法においては、その製造工程におい
て歪がほとんど導入されない。そのため、パッケージ組
立中や組立後に反りや歪が生じがたく、高品質のパッケ
ージを製造することができる。
【００１６】以下、基材にモリブデン（Ｍｏ）、合せ材
に銅（Ｃｕ）を用いた場合を例にして、本発明の製造方
法について説明する。
に銅（Ｃｕ）を用いた場合を例にして、本発明の製造方
法について説明する。
【００１７】まず、第１の部材（基材）としてのモリブ
デンと、第２の部材（合せ材）としての銅の接合面にど
ぶ漬け法によって酸洗浄を施し、表面の酸化物を除去す
る。次に、アルコールまたはアセトンなどを用いて酸の
置換洗浄を行なった後に銅材とモリブデン材を直接重ね
合わせる。あるいは、モリブデン材の表面に銅またはニ
ッケル、あるいはそれらの組合せの材料を用いてめっき
処理を施した後、銅材とモリブデン材を重ね合わせる。
このめっき処理を施すことにより、後工程の加圧加熱接
合時において加熱温度を低減することが可能になる。
デンと、第２の部材（合せ材）としての銅の接合面にど
ぶ漬け法によって酸洗浄を施し、表面の酸化物を除去す
る。次に、アルコールまたはアセトンなどを用いて酸の
置換洗浄を行なった後に銅材とモリブデン材を直接重ね
合わせる。あるいは、モリブデン材の表面に銅またはニ
ッケル、あるいはそれらの組合せの材料を用いてめっき
処理を施した後、銅材とモリブデン材を重ね合わせる。
このめっき処理を施すことにより、後工程の加圧加熱接
合時において加熱温度を低減することが可能になる。
【００１８】第１の部材（基材）の厚みは１０μｍ以上
０．３ｍｍ以下であることが望ましい。１０μｍ未満の
厚みを有する基材は、実用的な放熱基板の熱膨張を制御
する上で実質的な効果をもたらさない。また、基材の厚
みが０．３ｍｍを越えると、熱放散機能を分担する第２
の部材（合せ材）の作用が発揮され難くなるためであ
る。
０．３ｍｍ以下であることが望ましい。１０μｍ未満の
厚みを有する基材は、実用的な放熱基板の熱膨張を制御
する上で実質的な効果をもたらさない。また、基材の厚
みが０．３ｍｍを越えると、熱放散機能を分担する第２
の部材（合せ材）の作用が発揮され難くなるためであ
る。
【００１９】その後、重ね合わせた基材と合せ材を加圧
しながら加熱する。加熱温度は、３００℃〜８００℃の
範囲内が好ましい。加熱温度が３００℃未満であると、
接合に必要な基材と合せ材の馴染みが十分でなく、それ
らの間で十分な接合が得られない。また、加熱温度が８
００℃を越えると、合せ材に大きな変形が生じ、層厚を
制御することが困難になる。
しながら加熱する。加熱温度は、３００℃〜８００℃の
範囲内が好ましい。加熱温度が３００℃未満であると、
接合に必要な基材と合せ材の馴染みが十分でなく、それ
らの間で十分な接合が得られない。また、加熱温度が８
００℃を越えると、合せ材に大きな変形が生じ、層厚を
制御することが困難になる。
【００２０】また、重ね合わせた基材と合せ材に加えら
れる圧力は２００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲内で
あることが望ましい。圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ2 未満
では、接合に必要な基材と合せ材の密着や界面反応が進
行しない。また、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力を加え
ても、基材と合せ材の密着性の向上は期待され得ない。
れる圧力は２００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲内で
あることが望ましい。圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ2 未満
では、接合に必要な基材と合せ材の密着や界面反応が進
行しない。また、１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力を加え
ても、基材と合せ材の密着性の向上は期待され得ない。
【００２１】加熱圧接後の冷却は、歪の解放を容易にす
るため、可能な限り緩慢にすることが望ましい。また、
冷却時の変形を生じさせないために、少なくとも急冷却
を避け、降温速度は１０℃／分以内が望ましい。
るため、可能な限り緩慢にすることが望ましい。また、
冷却時の変形を生じさせないために、少なくとも急冷却
を避け、降温速度は１０℃／分以内が望ましい。
【００２２】また、クラッド材の盤面形状によっては圧
接中に歪が生じる。その歪を解放しやすくするために、
クラッド材の盤面形状の外周部に半円の切り欠きを設け
るのが望ましい。
接中に歪が生じる。その歪を解放しやすくするために、
クラッド材の盤面形状の外周部に半円の切り欠きを設け
るのが望ましい。
【００２３】図６は、クラッド材の盤面形状を示す平面
図である。たとえば、直径Ｄ＝２００ｍｍの外周部に半
円の切り欠きを設けることによって、圧接中に生じる歪
が解放されやすくなる。
図である。たとえば、直径Ｄ＝２００ｍｍの外周部に半
円の切り欠きを設けることによって、圧接中に生じる歪
が解放されやすくなる。
【００２４】銅材とモリブデン材の純度は、いずれも９
９．９％程度以上であれば、設計上問題ない。
９．９％程度以上であれば、設計上問題ない。
【００２５】基材と合せ材の厚みは、放熱基板の厚み
（以下、総厚と称する）０．３〜３．０ｍｍを所望の構
成比に換算したものを基本とする。最終製品の仕上げ時
における総厚が所望の値になるように、加熱圧接時にホ
ットプレスの金型の離型剤を取り除くためのエッチング
代（たとえば１０μｍ程度の厚み）を余分に含ませた厚
みを設定する。
（以下、総厚と称する）０．３〜３．０ｍｍを所望の構
成比に換算したものを基本とする。最終製品の仕上げ時
における総厚が所望の値になるように、加熱圧接時にホ
ットプレスの金型の離型剤を取り除くためのエッチング
代（たとえば１０μｍ程度の厚み）を余分に含ませた厚
みを設定する。
【００２６】たとえば、総厚１．０ｍｍでＣｕ／Ｍｏ／
Ｃｕの層厚比が５：１：５の放熱基板を製造する場合に
は、厚み０．０９０ｍｍのＭｏ基材と厚み０．４６０ｍ
ｍのＣｕ合せ材をＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕの構成で重ね合わせ
る。このとき、基材または合せ材の表面での酸化物層の
生成を抑えることに留意すべきである。
Ｃｕの層厚比が５：１：５の放熱基板を製造する場合に
は、厚み０．０９０ｍｍのＭｏ基材と厚み０．４６０ｍ
ｍのＣｕ合せ材をＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕの構成で重ね合わせ
る。このとき、基材または合せ材の表面での酸化物層の
生成を抑えることに留意すべきである。
【００２７】圧接時における加熱温度を下げ、かつ接合
性を向上させるために、基材と合せ材の両者と濡れ性の
良好な第３層を介在させて接合させると効果的である。
第３層には、たとえばＣｕまたはＮｉのめっき層が有効
である。この他に、第３層の形成方法として蒸着などの
気相被覆を用いることも可能である。第３層の厚みは１
０μｍ以下であることが望ましい。第３層の厚みが１０
μｍを越えると、第３層を構成する金属が合せ材の中に
拡散する量が増加し、合せ材そのものの熱伝導率が減少
する。
性を向上させるために、基材と合せ材の両者と濡れ性の
良好な第３層を介在させて接合させると効果的である。
第３層には、たとえばＣｕまたはＮｉのめっき層が有効
である。この他に、第３層の形成方法として蒸着などの
気相被覆を用いることも可能である。第３層の厚みは１
０μｍ以下であることが望ましい。第３層の厚みが１０
μｍを越えると、第３層を構成する金属が合せ材の中に
拡散する量が増加し、合せ材そのものの熱伝導率が減少
する。
【００２８】接合された状態のままのクラッド材の面粗
度ではパッケージ組立に適さない用途に対しては、クラ
ッド材の外周を洗浄した後、冷間圧延法を用いて表面粗
さが０．１μｍＲａ程度まで精密に矯正することが必要
である。
度ではパッケージ組立に適さない用途に対しては、クラ
ッド材の外周を洗浄した後、冷間圧延法を用いて表面粗
さが０．１μｍＲａ程度まで精密に矯正することが必要
である。
【００２９】以上のように本発明によれば、従来、製造
不可能であった層厚比１：９：１〜５：１：５、基材の
厚みの変動±３／１００、反り０．５ｍｍ／３００ｍｍ
以内のクラッド材を作製することが可能になる。たとえ
ば、クラッド材の構成がＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕの場合、その
層厚比が１：９：１〜５：１：５のとき、熱膨張係数の
範囲を６×１０-6〜１６×１０-6／Ｋと広い範囲に制御
することができる。
不可能であった層厚比１：９：１〜５：１：５、基材の
厚みの変動±３／１００、反り０．５ｍｍ／３００ｍｍ
以内のクラッド材を作製することが可能になる。たとえ
ば、クラッド材の構成がＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕの場合、その
層厚比が１：９：１〜５：１：５のとき、熱膨張係数の
範囲を６×１０-6〜１６×１０-6／Ｋと広い範囲に制御
することができる。
【００３０】また、クラッド材にした後の基材の厚みの
偏差は、圧延法による場合に比べてかなり小さい値に制
御され得る。
偏差は、圧延法による場合に比べてかなり小さい値に制
御され得る。
【００３１】図７は、基材の厚みの偏差を説明するため
に用いられる断面図である。ｔ0 は圧延前または熱間一
軸加工前の基材の厚みを示し、ｔ1 とｔ2 は圧延後また
は熱間一軸加工後の基材の厚みを示す。なお、図７にお
いてモリブデン（Ｍｏ）材２の両面に銅（Ｃｕ）材１が
接合される。偏差Ｓは以下の式で表される。
に用いられる断面図である。ｔ0 は圧延前または熱間一
軸加工前の基材の厚みを示し、ｔ1 とｔ2 は圧延後また
は熱間一軸加工後の基材の厚みを示す。なお、図７にお
いてモリブデン（Ｍｏ）材２の両面に銅（Ｃｕ）材１が
接合される。偏差Ｓは以下の式で表される。
【００３２】 Ｓ＝（ｔ0 ×１００）／（ｔ1 またはｔ2 ） 偏差Ｓの値は、圧延法による場合、２０〜３０％である
が、本発明の製造方法によれば５％程度まで小さくな
る。
が、本発明の製造方法によれば５％程度まで小さくな
る。
【００３３】以上、基材にモリブデン（Ｍｏ）、合せ材
に銅（Ｃｕ）を用いた場合を例に本発明の圧接複合材、
すなわちクラッド材からなる放熱基板の製造方法につい
て述べたが、合せ材にチタン（Ｔｉ）を用いた場合、基
材にタングステン（Ｗ）、合せ材に銅（Ｃｕ）またはチ
タン（Ｔｉ）を用いた場合にも同様の製造方法によって
信頼性の高いクラッド材を得ることができる。
に銅（Ｃｕ）を用いた場合を例に本発明の圧接複合材、
すなわちクラッド材からなる放熱基板の製造方法につい
て述べたが、合せ材にチタン（Ｔｉ）を用いた場合、基
材にタングステン（Ｗ）、合せ材に銅（Ｃｕ）またはチ
タン（Ｔｉ）を用いた場合にも同様の製造方法によって
信頼性の高いクラッド材を得ることができる。
【００３４】
【実施例】実施例１ 圧延法を用いて作製された直径２００ｍｍ、厚み０．４
６５ｍｍのＣｕ板と、Ｃｕ板と同じ直径で厚み０．０９
０ｍｍのＭｏ板を準備した。Ｃｕ板とＭｏ板の各々の表
面をＨＦ／ＨＮＯ3 溶液によって洗浄した後、温純水、
アセトンによって酸を置換洗浄した。その後、各板をＣ
ｕ／Ｍｏ／Ｃｕの順に重ね合わせ、図１に示すようなホ
ットプレス内にその重ね合せ板を設定した。
６５ｍｍのＣｕ板と、Ｃｕ板と同じ直径で厚み０．０９
０ｍｍのＭｏ板を準備した。Ｃｕ板とＭｏ板の各々の表
面をＨＦ／ＨＮＯ3 溶液によって洗浄した後、温純水、
アセトンによって酸を置換洗浄した。その後、各板をＣ
ｕ／Ｍｏ／Ｃｕの順に重ね合わせ、図１に示すようなホ
ットプレス内にその重ね合せ板を設定した。
【００３５】図１は、この発明の製造方法の熱間一軸加
工に用いられるホットプレスの構成を示す模式図であ
る。重ね合せ材（Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ）３はＣｕ材１とＭ
ｏ材２とから構成される。Ｍｏ材２の両面にＣｕ材１が
重ね合わせられる。各重ね合せ材３の間にはスペーサ４
が設けられる。重ね合せ材３にスペーサ４を介して圧力
が加えられるように、上パンチ５と下パンチ６が配置さ
れる。重ね合せ材３とスペーサ４の外周部を囲むように
サイドモールド７とガイドリング８とが設けられてい
る。サイドモールド７とガイドリング８はガイドモール
ド９の内周面に設けられる。また、ガイドモールド９の
外側にはヒータ１０が設けられる。
工に用いられるホットプレスの構成を示す模式図であ
る。重ね合せ材（Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ）３はＣｕ材１とＭ
ｏ材２とから構成される。Ｍｏ材２の両面にＣｕ材１が
重ね合わせられる。各重ね合せ材３の間にはスペーサ４
が設けられる。重ね合せ材３にスペーサ４を介して圧力
が加えられるように、上パンチ５と下パンチ６が配置さ
れる。重ね合せ材３とスペーサ４の外周部を囲むように
サイドモールド７とガイドリング８とが設けられてい
る。サイドモールド７とガイドリング８はガイドモール
ド９の内周面に設けられる。また、ガイドモールド９の
外側にはヒータ１０が設けられる。
【００３６】図１に示されるホットプレス内において、
スペーサ４、ガイドリング８の重ね合せ材３との接触部
には、ＢＮ粉をアルコールに分散したものを薄く塗布し
た。炉内を真空脱気した後、アルゴン（Ａｒ）ガスを導
入し、再び真空脱気し、アルゴンガスを導入した。その
後、炉内を５Ｔｏｒｒまで減圧した後、６００℃の温度
まで加熱した。このとき、上パンチ５と下パンチ６とに
よって加圧力を３５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持した。その
ままの状態で３０分後徐冷した。
スペーサ４、ガイドリング８の重ね合せ材３との接触部
には、ＢＮ粉をアルコールに分散したものを薄く塗布し
た。炉内を真空脱気した後、アルゴン（Ａｒ）ガスを導
入し、再び真空脱気し、アルゴンガスを導入した。その
後、炉内を５Ｔｏｒｒまで減圧した後、６００℃の温度
まで加熱した。このとき、上パンチ５と下パンチ６とに
よって加圧力を３５０ｋｇｆ／ｃｍ2 に保持した。その
ままの状態で３０分後徐冷した。
【００３７】温度２００℃まで冷却された段階でアルゴ
ンガスを炉内に導入し、温度１００℃まで冷却した段階
で上下パンチによる加圧力を解放した。
ンガスを炉内に導入し、温度１００℃まで冷却した段階
で上下パンチによる加圧力を解放した。
【００３８】ホットプレスから取出されたＣｕ／Ｍｏ／
Ｃｕクラッド材は、表層にＢＮが残存しており、僅かに
ＨＮＯ3 を用いてエッチングした後、クラッド材の厚み
を測定したところ、その厚みは１．０２ｍｍであった。
＃８０００の砥粒を用いてクラッド材の両面に同時にラ
ッピング処理を施し、クラッド材の厚みを１．００ｍｍ
にした。このようにして得られたクラッド材の断面は図
２に模式的に示される。クラッド材３０は基材としてＭ
ｏ材２と、その両面に接合された合せ材としてＣｕ材１
とから構成される。
Ｃｕクラッド材は、表層にＢＮが残存しており、僅かに
ＨＮＯ3 を用いてエッチングした後、クラッド材の厚み
を測定したところ、その厚みは１．０２ｍｍであった。
＃８０００の砥粒を用いてクラッド材の両面に同時にラ
ッピング処理を施し、クラッド材の厚みを１．００ｍｍ
にした。このようにして得られたクラッド材の断面は図
２に模式的に示される。クラッド材３０は基材としてＭ
ｏ材２と、その両面に接合された合せ材としてＣｕ材１
とから構成される。
【００３９】得られたクラッド材の剪断強度をＪＩＳＺ
−３１９２に基づいて測定したところ、その剪断強度は
３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であった。一般的な銅クラッド
材の剪断強度の目安が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とされて
いるので、本発明の製造方法によって得られたクラッド
材の接合強度はこの条件を満たしていることが確認され
た。
−３１９２に基づいて測定したところ、その剪断強度は
３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であった。一般的な銅クラッド
材の剪断強度の目安が１０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とされて
いるので、本発明の製造方法によって得られたクラッド
材の接合強度はこの条件を満たしていることが確認され
た。
【００４０】得られたクラッド材の熱伝導率と熱膨張係
数を測定した。図３は、これらの測定結果を示すグラフ
である。
数を測定した。図３は、これらの測定結果を示すグラフ
である。
【００４１】図３の（ａ）において横軸はＣｕ／Ｍｏ／
Ｃｕクラッド材におけるＣｕの質量％を示し、縦軸は熱
伝導率（Ｗ／ｍＫ）を示す。また、白丸のプロットはＫ
−ｚ（厚み方向の熱伝導率）を示し、黒丸のプロットは
Ｋ−ｘｙ（厚み方向と直交する平面内での熱伝導率）を
示す。なお、グラフ中において示される比率はＣｕ：Ｍ
ｏ：Ｃｕの層厚比の値を示す。
Ｃｕクラッド材におけるＣｕの質量％を示し、縦軸は熱
伝導率（Ｗ／ｍＫ）を示す。また、白丸のプロットはＫ
−ｚ（厚み方向の熱伝導率）を示し、黒丸のプロットは
Ｋ−ｘｙ（厚み方向と直交する平面内での熱伝導率）を
示す。なお、グラフ中において示される比率はＣｕ：Ｍ
ｏ：Ｃｕの層厚比の値を示す。
【００４２】図３の（ｂ）の横軸はＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕク
ラッド材におけるＣｕの質量％を示し、縦軸は熱膨張係
数（１０-6／Ｋ）を示す。また、白丸のプロットはα−
ｘｙ（厚み方向に直交する平面内の熱膨張係数）を示
す。
ラッド材におけるＣｕの質量％を示し、縦軸は熱膨張係
数（１０-6／Ｋ）を示す。また、白丸のプロットはα−
ｘｙ（厚み方向に直交する平面内の熱膨張係数）を示
す。
【００４３】図３から明らかなように、本発明の製造方
法を用いれば、クラッド材を構成する層厚比を広い範囲
にとることができるため、熱膨張係数、熱伝導率をとも
に広い範囲に制御することが可能になる。
法を用いれば、クラッド材を構成する層厚比を広い範囲
にとることができるため、熱膨張係数、熱伝導率をとも
に広い範囲に制御することが可能になる。
【００４４】次に、得られたクラッド材を２５ｍｍ角の
平面形状にダイ・フローティング方式によって打抜き、
外周部に２μｍの厚みのニッケルめっきを施した。外周
部において、クラック、めっきのむら等が発生せず、外
観の良好な放熱基板が得られた。
平面形状にダイ・フローティング方式によって打抜き、
外周部に２μｍの厚みのニッケルめっきを施した。外周
部において、クラック、めっきのむら等が発生せず、外
観の良好な放熱基板が得られた。
【００４５】さらに、上記の打抜き加工によって得られ
た２０ｍｍ角の平面形状の放熱基板を用いてはんだぬれ
における密着強度試験を行なった。ろう材としてＡｇろ
うを用いた。
た２０ｍｍ角の平面形状の放熱基板を用いてはんだぬれ
における密着強度試験を行なった。ろう材としてＡｇろ
うを用いた。
【００４６】図４は、本発明によって得られた放熱基板
に対するめっきの密着強度を評価する装置を示す模式図
である。ニッケルめっきが施された放熱基板３０（２０
ｍｍ角の形状）を２つの治具５０と６０の間に設定し
た。放熱基板３０に対向する治具５０と６０の表面積は
３０ｍｍ×３０ｍｍであった。放熱基板３０と治具５０
との間、放熱基板３０と治具６０との間にはＡｇろう材
７０が設けられ、放熱基板３が治具５０と６０に対して
ろう付けされた。このような状態で放熱基板３０の厚み
方向に、すなわち図４の矢印で示す方向に治具５０と６
０を垂直に引っ張ったところ、放熱基板３０を構成する
Ｍｏ材の部分で破断した。このことから、本発明によっ
て得られた放熱基板に対するめっきの密着強度も、一般
的な規格５ｋｇｆ／ｍｍ2 以上を満たし、十分高いこと
が理解される。
に対するめっきの密着強度を評価する装置を示す模式図
である。ニッケルめっきが施された放熱基板３０（２０
ｍｍ角の形状）を２つの治具５０と６０の間に設定し
た。放熱基板３０に対向する治具５０と６０の表面積は
３０ｍｍ×３０ｍｍであった。放熱基板３０と治具５０
との間、放熱基板３０と治具６０との間にはＡｇろう材
７０が設けられ、放熱基板３が治具５０と６０に対して
ろう付けされた。このような状態で放熱基板３０の厚み
方向に、すなわち図４の矢印で示す方向に治具５０と６
０を垂直に引っ張ったところ、放熱基板３０を構成する
Ｍｏ材の部分で破断した。このことから、本発明によっ
て得られた放熱基板に対するめっきの密着強度も、一般
的な規格５ｋｇｆ／ｍｍ2 以上を満たし、十分高いこと
が理解される。
【００４７】上述の方法によって作製された直径２５ｍ
ｍ、厚み１ｍｍのＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材の放熱基
板をアルミナ製のセラミックパッケージにろう付けによ
って組み込んだ。図５は、本発明の放熱基板を用いた半
導体装置の構成を示す断面図である。
ｍ、厚み１ｍｍのＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材の放熱基
板をアルミナ製のセラミックパッケージにろう付けによ
って組み込んだ。図５は、本発明の放熱基板を用いた半
導体装置の構成を示す断面図である。
【００４８】放熱基板３０は半導体素子搭載部分３１を
有する。放熱基板３０の上にはアルミナからなるセラミ
ック枠体１１がろう付けされる。セラミック枠体１１に
はピン端子１２が設けられている。
有する。放熱基板３０の上にはアルミナからなるセラミ
ック枠体１１がろう付けされる。セラミック枠体１１に
はピン端子１２が設けられている。
【００４９】図５に従って本発明の放熱基板を用いて半
導体装置を構成した。本発明の放熱基板と、半導体素子
やパッケージ材料との熱膨張の整合性を調べた。その結
果、パッケージの歪みや亀裂、接合部の剥離はなく、放
熱基板として優れていることがわかった。
導体装置を構成した。本発明の放熱基板と、半導体素子
やパッケージ材料との熱膨張の整合性を調べた。その結
果、パッケージの歪みや亀裂、接合部の剥離はなく、放
熱基板として優れていることがわかった。
【００５０】実施例２ 実施例１と同様にＭｏ板、Ｃｕ板を準備した。Ｍｏ板の
表面にはＣｕのめっき層を３μｍの厚みで形成した後、
実施例１と同じ手順でＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材を作
製した。５００ｋｇｆ／ｃｍ2 の加圧力、５００℃の加
熱温度で接合したクラッド材は、ＪＩＳＺ−３１９２に
よる剪断強度が３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であり、接合強
度が高かった。また、打ち抜き性についても実施例１と
同様に良好なクラッド材が得られた。
表面にはＣｕのめっき層を３μｍの厚みで形成した後、
実施例１と同じ手順でＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材を作
製した。５００ｋｇｆ／ｃｍ2 の加圧力、５００℃の加
熱温度で接合したクラッド材は、ＪＩＳＺ−３１９２に
よる剪断強度が３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であり、接合強
度が高かった。また、打ち抜き性についても実施例１と
同様に良好なクラッド材が得られた。
【００５１】実施例３ ニッケルのめっき層を５μｍの厚みで形成した実施例１
と同じ寸法のＭｏ板と、直径２００ｍｍ、厚み０．４６
５ｍｍのＴｉ板を用いて、実施例１と同様の方法でＴｉ
／Ｍｏ／Ｔｉクラッド材を作製した。Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
クラッド材と同様、ＪＩＳＺ−３１９２による剪断強度
が３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であり、実施例１と同様の良
好な打ち抜き加工を行なうことができた。
と同じ寸法のＭｏ板と、直径２００ｍｍ、厚み０．４６
５ｍｍのＴｉ板を用いて、実施例１と同様の方法でＴｉ
／Ｍｏ／Ｔｉクラッド材を作製した。Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕ
クラッド材と同様、ＪＩＳＺ−３１９２による剪断強度
が３０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上であり、実施例１と同様の良
好な打ち抜き加工を行なうことができた。
【００５２】このクラッド材についても実施例１と同様
にセラミックパッケージに組み込み、半導体装置として
の評価をした。その結果、パッケージの組立雰囲気やろ
う材によく適合し、合せ材としてＴｉ材を利用しても充
分、高品質、高信頼性の放熱基板が得られることがわか
った。
にセラミックパッケージに組み込み、半導体装置として
の評価をした。その結果、パッケージの組立雰囲気やろ
う材によく適合し、合せ材としてＴｉ材を利用しても充
分、高品質、高信頼性の放熱基板が得られることがわか
った。
【図１】本発明の製造方法に用いられる装置の一例とし
てホットプレスの構成を示す模式図である。
てホットプレスの構成を示す模式図である。
【図２】本発明によって得られた放熱基板の断面構成を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】本発明によって得られた放熱基板の熱伝導率と
熱膨張係数の特性を示すグラフである。
熱膨張係数の特性を示すグラフである。
【図４】本発明によって得られた放熱基板に対するめっ
きの密着強度を評価する装置を示す模式図である。
きの密着強度を評価する装置を示す模式図である。
【図５】本発明によって得られた放熱基板を組み込んだ
半導体装置の一例を示す断面図である。
半導体装置の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の製造方法において圧接中に生じる歪を
解放しやすくするために用いられるクラッド材の盤面形
状の一例を示す平面図である。
解放しやすくするために用いられるクラッド材の盤面形
状の一例を示す平面図である。
【図７】クラッド材の加工において加工前と加工後にお
ける基材の厚みの偏差を説明するための断面図である。
ける基材の厚みの偏差を説明するための断面図である。
【図８】従来の圧延法によって得られたクラッド材の断
面を示す模式図である。
面を示す模式図である。
１ Ｃｕ材（合せ材） ２ Ｍｏ材（基材） ３ 重ね合せ材 ５ 上パンチ ６ 下パンチ １０ ヒータ ３０ 放熱基板（クラッド材）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市田 晃 富山県富山市岩瀬古志町２番地 東京ダ ングステン株式会社 富山製作所内 (72)発明者 柴田 憲一郎 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平５−29507（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268116（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268117（ＪＰ，Ａ) 日本金属学会会報 第26巻 第11号 1028〜1035頁 （1987）「最近の研究 金属合わせ板の圧延における塑性不安定 現象」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473 B30B 11/02 H05K 7/20 B23K 20/02
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体素子を搭載または保持するための
半導体装置用放熱基板の製造方法であって、 タングステンおよびモリブデンのいずれかの金属からな
る第１の部材の互いに対向する一方と他方の主表面に、
銅およびチタンのいずれかの金属からなる第２の部材を
熱間一軸加工法によって接合する、半導体装置用放熱基
板の製造方法。 - 【請求項２】 前記第１の部材の厚みは、１０μｍ以上
０．３ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置用
放熱基板の製造方法。 - 【請求項３】 前記熱間一軸加工法において加熱温度
は、３００℃以上８００℃以下である、請求項１に記載
の半導体装置用放熱基板の製造方法。 - 【請求項４】 前記熱間一軸加工法において前記第１の
部材と前記第２の部材に加えられる圧力は、２００ｋｇ
ｆ／ｃｍ ２ 以上１０００ｋｇｆ／ｃｍ ２ 以下である、請
求項１に記載の半導体装置用放熱基板の製造方法。 - 【請求項５】 銅またはニッケルのめっき層を介在させ
て前記第１の部材に前記第２の部材を接合する、請求項
１に記載の半導体装置用放熱基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053906A JP2860037B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置用放熱基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053906A JP2860037B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置用放熱基板の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06268115A JPH06268115A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2860037B2 true JP2860037B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12955765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053906A Expired - Lifetime JP2860037B2 (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 半導体装置用放熱基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2860037B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2609252C (en) | 2005-05-23 | 2012-01-10 | Neomax Materials Co., Ltd. | Cu-mo substrate and method for producing same |
| JP3862737B1 (ja) * | 2005-10-18 | 2006-12-27 | 栄樹 津島 | クラッド材およびその製造方法、クラッド材の成型方法、クラッド材を用いた放熱基板 |
| WO2008013279A1 (fr) * | 2006-07-28 | 2008-01-31 | Kyocera Corporation | Boîtier de stockage de composant électronique et dispositif électronique |
| JP2010074122A (ja) * | 2008-08-21 | 2010-04-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ｌｅｄ用ヒートシンク、ｌｅｄ用ヒートシンク前駆体、ｌｅｄ素子、ｌｅｄ用ヒートシンクの製造方法およびｌｅｄ素子の製造方法 |
| JP2011011366A (ja) | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 金属積層構造体の製造方法 |
| TWI447954B (zh) | 2009-09-15 | 2014-08-01 | Showa Denko Kk | 發光二極體、發光二極體燈及照明裝置 |
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-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053906A patent/JP2860037B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本金属学会会報 第２６巻 第１１号 １０２８〜１０３５頁 （１９８７）「最近の研究 金属合わせ板の圧延における塑性不安定現象」 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06268115A (ja) | 1994-09-22 |
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