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JP3493844B2 - 半導体基板材料とその製造方法及び該基板を用いた半導体装置 - Google Patents

半導体基板材料とその製造方法及び該基板を用いた半導体装置

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JP3493844B2
JP3493844B2 JP28448395A JP28448395A JP3493844B2 JP 3493844 B2 JP3493844 B2 JP 3493844B2 JP 28448395 A JP28448395 A JP 28448395A JP 28448395 A JP28448395 A JP 28448395A JP 3493844 B2 JP3493844 B2 JP 3493844B2
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semiconductor substrate
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powder
manufacturing
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和弥 上武
由重 ▲高▼ノ
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を構成
するヒートシンク、放熱基板、ハウジング等に用いられ
る基板材料、及びその製造方法、並びに同基板材料を用
いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置用の基板を構成する材料に
は、他の装置用部材と組み合わせた場合に、組み合わせ
界面において熱応力による歪みを発生しないことが求め
られる。それゆえ、半導体基板材料の熱膨張率は、半導
体素子あるいは組み合わされる部材材料の熱膨張率と大
きな差がないことが要求される。
【０００３】具体的には、半導体基板材料の熱膨張率
は、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）等の
半導体素子の熱膨張率に近く、且つ半導体素子の熱膨張
率と放熱部材に用いられるアルミニウム（Ａｌ）や銅
（Ｃｕ）の熱膨張率との間にあることが要求される。
尚、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ａｌ、及びＣｕの熱膨張率は、そ
れぞれ１０-6／℃単位で、４.２、６.５、２３.５、及
び１７である。
【０００４】又、最近では半導体素子の大型化や集積度
の増加がめざましいため、半導体基板を構成する材料に
は、半導体素子からの熱エネルギーを効率良く除去する
ためのヒートシンク機能が要求され、その結果熱伝導率
の高い半導体基板材料が要望されている。
【０００５】かかる観点から、特に、熱伝導率が０.２
８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であり、且つ熱膨張率が
上記のＡｌ及びＣｕとＳｉ及びＧａＡｓとの中間である
１２×１０-6／℃以下である半導体基板材料のニーズが
高まっている。
【０００６】従来から、高い熱伝導率と低い熱膨張率を
兼ね備えた半導体基板材料として、Ｃｕ−Ｍｏ合金やＣ
ｕ−Ｗ合金が広く用いられてきた。しかし、これらの合
金は比重が９〜１７ｇ／ｃｍ3と比較的高いため、軽量
化が強く求められている携帯装置向けや宇宙航空産業向
けとして難点があった。これらの用途には、密度がアル
ミニウム合金並の３.０ｇ／ｃｍ3以下、望ましくは２.
５ｇ／ｃｍ3以下の基板材料が要望されている。
【０００７】この種の用途に適した軽量の半導体基板材
料として、特開平１−２０５０５５号公報には、５０〜
８０重量％のシリコンを含有するＡｌ−Ｓｉ合金が提案
されている。このアルミニウム合金は、密度が２.３〜
２.５ｇ／ｃｍ3であって、熱膨張率が６〜１２×１０-6
／℃及び熱伝導率が０.２〜０.２７ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃の特性を有している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平１−２０５
０５５号公報により提案された５０〜８０重量％のシリ
コンを含有するＡｌ−Ｓｉ合金は、密度及び熱膨張率に
ついて上記要求を満たしているが、熱伝導率については
０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の要求を達成する
ことができていない。
【０００９】又、半導体装置は前述のようにあるものは
大型化しているが、その一方で、より高い集積度と共
に、より小型化と軽量化が可能で、且つ低コストなもの
も望まれている。
【００１０】現在最も広く利用されているＣｕ量１０重
量％のＣｕ−Ｗ合金の場合、その熱伝導率は約０.５０
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であり、その熱膨張係数は約７
×１０-6℃であるが、後者についてはＳｉ量を増加させ
ることによってほぼその領域内に入ったものの、一方で
はＳｉ量を増加させると前者が低下し、０.３０ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上という目標すら未達成であり、こ
れをクリアすることが重要な課題であった。
【００１１】又、Ａｌ−Ｓｉ合金では、Ｓｉ初晶の析出
粒径をできるだけ小さく均一に分散させることが熱伝導
性を高めるために必要であり、このためには、合金の溶
湯を噴霧して急冷凝固させる方法がとられるが、Ｓｉ量
が多くなるにつれて、Ｓｉは高融点のため（即ちＡｌの
融点６６０℃に比べＳｉの融点は１４３０℃）、溶湯用
のルツボ及び噴霧用のノズルも、溶湯との反応性が低
く、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたものを用いる必要があ
った。
【００１２】更に、Ｓｉ量が高くなるにつれて、特にＳ
ｉ量が５０重量％を越えるこの種のＡｌ−Ｓｉ合金で
は、従来の切削による加工を施すと合金のチッピングが
生じ易いため、部分的な研磨加工等も併用して最終寸法
出しをする必要があった。
【００１３】以上の基板材質上の課題に加え、これらの
基板材料を実際の半導体装置の部材として用いるために
は、以下の点が課題となる。
【００１４】まず、上記特開平１−２０５０５５号公報
により提案された５０〜８０重量％のシリコンを含有す
るＡｌ−Ｓｉ合金は、軽量化が必要とされる半導体基板
材料として優れた特性を有しているが、実際に半導体基
板として用いるためには、耐食性の向上や絶縁性付与の
ためのアルマイト処理、あるいは耐食性の向上やロウ付
け性のためのメッキ処理等の表面処理を行う必要があ
る。
【００１５】しかし、アルマイト処理はアルミニウムが
露出している部分しか行えないため、上記のＡｌ−Ｓｉ
合金をアルマイト処理しても、シリコンが露出した部分
にはアルマイト層に孔が生じる。アルマイト層の孔を無
くすためには表面のシリコンをエッチング等により除去
すればよいが、その結果得られた表面は粗くなり、形成
されるアルマイト層の耐食性や絶縁性が損なわれるとい
う欠点があった。
【００１６】そのため、Ａｌ−Ｓｉ合金のアルマイト処
理の方法として、特開昭６２−８８３９９号公報には、
アルマイト処理層を形成した後、その上に電着塗装によ
り絶縁性の樹脂被膜を形成することが提案されている。
又、特開昭６２−１８９７８９号公報には、アルマイト
処理層の上にエポキシ樹脂層を形成することが提案され
ている。しかし、いずれの方法も表面処理操作が２段階
となり、各層の密着性や経済性を考慮すると望ましい方
法ではない。
【００１７】また、Ａｌ−Ｓｉ合金のメッキ処理につい
ては、イオン化傾向の大きく異なるシリコンとアルミニ
ウムの上に均一なメッキ層を形成することが困難であ
り、しかもシリコン上ではメッキ層の密着力が弱くなる
ため、耐食性やロウ付け性にも問題があった。そこで、
Ａｌ−Ｓｉ合金にメッキ処理を施す方法として、特開平
１−２０５５５５号公報には、０.１〜０.２μｍの化学
メッキ層を形成し、その上に０.５〜３μｍの電気メッ
キ層を設け、更に最上層として０.１〜３μｍの金メッ
キ層を形成する方法が提案されている。しかし、この方
法は処理操作が３段階にも及ぶため経済的に問題であ
る。
【００１８】尚、特開平２−１１９２４９号公報には、
その平均熱膨張係数が１７×１０-6／℃以下である第一
のアルミニウム合金からなる部分と、その熱伝導率が前
記第一のアルミニウム合金からなる部分の熱伝導率より
も大きな値を示す第二のアルミニウム合金からなる部分
とが接合され、一体的に形成されたアルミニウム合金か
らなる半導体装置用材料が提案されている。
【００１９】しかし、第二のアルミニウム合金として表
面処理が容易なシリコン含有量５０重量％以下のＡｌ−
Ｓｉ合金を用いた場合でも、携帯装置向けや宇宙航空産
業向けの用途にも適するように軽量で高い熱伝導率と低
い熱膨張率を達成するために、第一のアルミニウム合金
としてシリコン含有量５０重量％以上のＡｌ−Ｓｉ合金
を用いた場合には、その部分の表面処理が困難である。
【００２０】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、これ
らの課題を克服し、携帯装置向けや宇宙航空産業向けの
用途にも適した半導体基板材料として、密度が２.５ｇ
／ｃｍ3以下及び熱膨張率が１２×１０-6／℃以下であ
って、しかも熱伝導率が０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以上の特性を満足するＡｌ−Ｓｉ合金の半導体基板材
料、及びその基板材料上に予めＡｌ又はＡｌ合金層を形
成し、同層上に耐食性並びに絶縁性やロウ付け性を付与
するためのアルマイト処理やメッキ処理のような表面処
理を施した半導体基板材料を提供すること、並びにこの
半導体基板材料を低コスト・高精度に生産性良く製造す
る方法を提供し、なお且つ同基板を用いた高性能・高信
頼性の半導体装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する第１の半導体基板材料は、その熱
伝導率が０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、好ま
しくは０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上であり、
その熱膨張率が１２×１０−６／℃以下、好ましくは１
０×１０−６／℃以下であり、なお且つその密度が２.
５ｇ／ｃｍ３以下であって、Ｓｉを５０〜８０重量％含
有するＡｌ−Ｓｉ合金からなるものである。このＡｌ−
Ｓｉ合金は、好ましくは、Ｃｕ−Ｋα１線のＸ線回折に
より１１０°〜１２０°に認められるＳｉ（５３１）ピ
ークの半価幅が０ . ６°以下である。
【００２２】 本発明による第２の半導体基板材料は、
上記第１の半導体基材材料であるＡｌ−Ｓｉ合金の少な
くとも一表面に厚さ５〜５００μｍのＡｌ又はＡｌ合金
からなるＡｌ被覆層を備えたものである。又、このＡｌ
被覆層の最外表面に絶縁体層又はメッキ層が形成された
ものも含まれる。更に、本発明によれば、以上の半導体
基板材料を用いた半導体装置が提供される。
【００２３】次に、上記本願発明のＡｌ−Ｓｉ合金から
なる第１の半導体基板材料は、以下の製造方法によって
提供される：第１の方法は、Ｓｉを５０重量％以下含有
するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を噴霧法により急冷凝固してＡ
ｌ−Ｓｉ合金粉末とする工程と、該Ａｌ−Ｓｉ合金粉末
にＳｉ粉末を添加混合してＳｉを５０〜８０重量％含有
する混合粉末を得る工程と、得られた混合粉末を圧縮成
形して成形体を作製する工程と、該成形体を固化する工
程とを備えた半導体基板材料の製造方である。
【００２４】 第２の方法は、Ｓｉを５０〜８０重量％
含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を凝固速度が１０ ３ ℃／秒
を越える噴霧法により急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ合金粉末
とする工程と、該Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を圧縮成形して成
形体を作製する工程と、該成形体を固化する工程とを備
えた半導体基板材料の製造方法である。
【００２５】上記第１の方法の利点は、溶湯するＡｌ−
Ｓｉ合金中のＳｉ量が５０重量％までと少ないため、第
２の方法に比べ溶融温度が下がり、前記したように溶湯
用及びノズル用として比較的安価なものの使用が可能で
ある。その代わり、第１の方法では噴霧した後、更に追
加のＳｉ粉末を加えて混合する手間がかかる。第２の方
法の利点は、噴霧によって一挙にＳｉを５０〜８０重量
％の高純度且つ高Ｓｉの組成粉末が得られる点であり、
その一方で第１の方法に比べ噴霧前の溶湯温度が高いた
め、これとの反応性が低く、耐熱性、耐熱衝撃性に優れ
た高純度Ａｌ2Ｏ3等のルツボ並びにノズルを用いて行う
必要がある。
【００２６】尚、通常の凝固速度は、第１の方法では１
０2℃／秒以上、好ましくは１０3℃／秒とし、第２の方
法では１０3℃／秒を越える速度とする。又、いずれの
方法においても、成形した後の固化は、成形体を予め加
熱し、加熱した鍛造金型によって鍛造する方法か、又は
成形体を窒素雰囲気中で昇温して焼結する方法かのいず
れかの方法によって行われる。
【００２７】以上が本発明による第１及び第２の半導体
基板材料の製法の概要である。更に第１及び第２の方法
において、固化工程の鍛造温度を上げることによって、
鍛造圧力を下げる第３の方法があり、この方法によると
熱伝導率が０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃ｃｍ以上の
より放熱性に優れたＡｌ−Ｓｉ合金材料を得ることがで
きる。
【００２８】更に、本発明の前記Ａｌ被覆層を有するＡ
ｌ−Ｓｉ合金からなる第２の半導体材料は、以下の製法
によって得られる：即ち、上記した第１又は第２の方法
において、Ｓｉを５０〜８０重量％含む前記混合粉末又
はＡｌ−Ｓｉ合金粉末の圧縮成形時に、成形される少な
くとも一表面に後の固化工程で前記Ａｌ被覆層となる前
駆層を配置して圧縮成形し、得られた成形体を固化して
少なくともその一表面に厚さ５〜５００μｍのＡｌ又は
Ａｌ合金からなるＡｌ被覆層を形成することを特徴とす
る方法である。
【００２９】尚、Ａｌ又はＡｌ合金のＡｌ被覆層は、Ｓ
ｉを５０〜８０重量％含むＡｌ合金成形体を前記第１又
は第２の方法で固化した後、該固化体の少なくとも一表
面に通常の方法により形成することも可能である。本願
発明では、半導体装置への適用に当り、このようにして
形成したＡｌ被覆層の最外表面部に、絶縁体層を形成し
たり又はメッキ層を施したりすることができる。
【００３０】以上のようにして得られた本発明の第１及
び第２の半導体基板材料は、それぞれの機能に応じて選
択され、通常行われる半導体装置の組み付け工程によっ
て組み付けられ、従来にない軽量且つ高性能の半導体装
置とすることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】アルミニウムは熱伝導率が０.５
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃と優れているが、熱膨張率が２
３.５×１０-6／℃と極めて大きく、密度も２.７ｇ／ｃ
ｍ3と大きい。一方、シリコンは熱膨張率が４.２×１０
-6／℃、密度も２.３ｇ／ｃｍ3と小さく、熱伝導率は
０.３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃と比較的高い。そのた
め、アルミニウムにシリコンを５０重量％以上含有させ
ることにより、密度を２.５ｇ／ｃｍ3以下、熱膨張率を
１２×１０-6／℃以下とすることはできるが、特開平１
−２０５０５５号公報に記載の通り熱伝導率を０.２８
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とすることは困難であっ
た。
【００３２】かかるＡｌ−Ｓｉ合金の熱伝導率が高くな
らない原因を検討したところ、以下のごとく考えるに至
った。即ち、原料粉末の製造に噴霧法のみを用い、５０
重量％以上のシリコンを含むＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を急冷
凝固する場合には、Ａｌより高融点のＳｉ量が多いため
溶湯温度を上げざるをえない。従って、従来の低Ｓｉ量
のＡｌ−Ｓｉ合金で通常用いていた汎用の酸化物製又は
黒鉛製の溶湯ルツボやノズルを用いると、それらが溶湯
によって侵され易いために溶湯中にその成分である酸化
物が混入したり、酸化物や黒鉛とＳｉとが反応して生成
したシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の不純物が溶湯に
混入し、溶湯の純度が低下する。又、溶湯温度が高いた
め凝固に必要な時間が増加し、その結果粗大なシリコン
の生成やその分布の不均一や粉末粒径の不均一等が生
じ、粉末を固化後も空孔が残り易くなる。又、アルミニ
ウム中のシリコンの固容量が増えるために、アルミニウ
ムの熱を運ぶ電子や格子の振動が散乱されやすくなる。
これらが主な原因であると考えられる。
【００３３】そこで、本願発明においては、まず通常用
いているルツボやノズルを利用する第１の方法として図
１に示すフローチャートように、Ｓｉを５０重量％以下
含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を噴霧法により急冷凝固し
てＡｌ−Ｓｉ合金粉末を形成し、その上で不足するＳｉ
量は、この急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末にＳｉ粉末を混
合して補う。
【００３４】この第１の方法によれば、噴霧法に用いる
Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯中のＳｉ量を５０重量％以下とする
ことにより、Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯中へのルツボ成分の混
入やＳｉとルツボのカーボンとの反応によるＳｉＣの生
成を抑制でき、更には噴霧用ノズルへの合金の凝着を防
止でき、それらの寿命低下を防止できると共に、急冷凝
固粉末に含まれる酸素量が１重量％以下且つ合金成分以
外の酸素を除く不純物量についても１重量％以下にする
ことも可能であり、その結果得られる急冷凝固Ａｌ−Ｓ
ｉ合金粉末に上記の問題が発生しなくなり、最終的な半
導体基板材料の熱伝導率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃以上とすることが可能となる。
【００３５】尚、アルミニウムのマトリックス中に晶出
又は析出するＳｉ晶の大きさは、凝固速度に大きく依存
する。即ち、合金溶湯の凝固速度が１０2℃／秒未満で
あるとＳｉ晶が粗大になり、成形性や被削性が低下する
ので、凝固速度は１０2℃／秒以上であることが好まし
い。特に、凝固速度が１０3℃／秒を越える場合には、
初晶Ｓｉの粒径は最大でも３０μｍとなり、成形性や被
削性に全く影響を与えない。
【００３６】又、Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯には、必要に応じ
て、シリコン（Ｓｉ）以外の他の元素を添加することが
できる。例えば、マグネシウム（Ｍｇ）等のＡｌよりも
酸化力の強い元素は、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末の表
面酸化膜を破壊し、粒子間の密着性を高める作用があ
る。鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）等はＡｌと反応して
金属間化合物を形成し、粉末中に分散して熱間固化する
際に、シリコンの粒成長を阻止する働きがある。
【００３７】かくして得られた急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金
粉末は、５０重量％以下のＳｉしか含んでいないので、
図１に示すごとく、最終組成のＳｉ含有量が５０〜８０
重量％となるようにＳｉ粉末を添加混合する。Ａｌ−Ｓ
ｉ混合粉末中のＳｉ含有量が８０重量％を越えると、最
終的に得られるＡｌ−Ｓｉ合金の熱伝導率が０.２８ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃未満となる。
【００３８】尚、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末は表面が
アルミニウムであり、粒子同士の密着性が良いが、シリ
コンは硬質粒子であるため粒子同士の密着性が悪い。従
って、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末に対して６割を越え
るＳｉ粉末を混合しても、混合粉末の粒子同士の密着性
が低下するため、成形体の強度が低下して欠けが生じや
すくなるので、この点からも本発明の第１の方法におい
てはＳｉ量は最大８０重量％とすべきである。
【００３９】バインダー等を添加することにより成形性
をある程度改善できるが、その場合でも急冷凝固Ａｌ−
Ｓｉ合金粉末に対してＳｉ粉末が６割を越えて含まれる
と、必要なバインダー量も多くなるため、加熱除去処理
後もバインダーが残存しやすくなり、最終的な半導体基
板材料の物性に悪影響を及ぼすので好ましくない。
【００４０】又、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を用い
ず、単にＡｌ粉末とＳｉ粉末を混合する方法も考えられ
るが、その場合混合粉末のＳｉ量を６０重量％以上とす
るためには、Ａｌ粉末に対してＳｉ粉末を６割以上添加
することになるので、前記と同様の理由により成形体の
強度が低下する。
【００４１】添加混合するＳｉ粉末は、混合性を良く
し、合金の被削性を低下させないために、最大粒径が１
００μｍ以下、平均粒径が３０μｍ以下の粉末を用いる
ことが好ましい。又、混合方法は特別な装置を用いる必
要はなく、通常のニーダー、ミキサー、ボールミル等を
用いて容易に均一に混合することができる。
【００４２】得られた混合粉末は、図１に示すように、
圧縮成形を行う。圧縮成形の圧力は２ｔ／ｃｍ2以上が
好ましい。２ｔ／ｃｍ2未満の圧力では、成形体の粒子
同士の密着力が弱く、成形体に欠けが生じやすいからで
ある。
【００４３】次に、成形体は、内部の気孔を除去して熱
伝導性や気密性を高めるために固化する。固化は、通常
は鍛造又は焼結により行われるが、熱間押出等の他の方
法によっても可能である。成形体を鍛造により固化する
場合、通常は、４００℃以上に予め加熱した成形体を金
型温度１５０℃以上の鍛造金型を用いて鍛造圧力４ｔ／
ｃｍ2以上にて鍛造する。特に鍛造金型が１５０℃未満
であると、鍛造体の表層部の緻密化が達成されない。
【００４４】又、成形体を焼結により固化する場合に
は、成形体を窒素雰囲気中５００〜５７０℃の温度で焼
結する。焼結温度が５００℃未満では焼結が進まず、５
７０℃を越えるとＡｌの融点に近くなるため変形が起こ
りやすくなるからである。粉末表面に窒素化合物のみを
生成させ、焼結現象の促進を図るためには、主に窒素で
構成される雰囲気を用いる必要があり、そのためには窒
素分圧が０.９５ａｔｍ以上であることが必要である。
焼結雰囲気の圧力は、加圧することで焼結の促進が図れ
るが、常圧でも十分である。尚、焼結により固化した場
合、その後４ｔ／ｃｍ2以上の圧力でサイジングやコイ
ニングを行い、気孔を除去することが好ましい。
【００４５】以上の図１に示す工程を経て得られた鍛造
体や焼結体等のＡｌ−Ｓｉ合金は、従来法による５０〜
８０重量％のＳｉを含有した急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉
末を原料粉末とするものと比較して、不純物や気孔及び
アルミニウム中に固溶したシリコンの量が少ないため、
熱を運ぶ電子や格子の振動の散乱が少なく、熱伝導率を
０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とすることができ
る。
【００４６】得られたＡｌ−Ｓｉ合金の鍛造体や焼結体
は、そのまま又は加工工程を経て、あるいは必要に応じ
て表面処理を施した後、半導体基板として使用される。
例えば、半導体基板やパッケージとして用いるときは、
ハンダやガラスとの漏れ性を改善するため、後述のよう
に表面処理を必要とする少なくとも一表面に直接又は同
表面に予めＡｌ又はＡｌ合金層を形成した後その最外表
面に、ＡｕやＮｉ等をメッキしたり、絶縁性を確保する
目的でそれを必要とする少くとも一表面にＡｌＮ、Ａｌ
2Ｏ3、ＳｉＯ2等の絶縁物の表面層を直接形成するか、
又は同表面に予めＡｌ又はＡｌ合金層を形成した後その
最外表面に同様の絶縁体層を形成することができる。し
かも、この材料は、絶縁層を直接又は上記Ａｌ又はＡｌ
合金層を形成して間接的に形成する場合に、絶縁層を形
成すべき表面はアルミニウムがベースとなっているの
で、例えば窒化処理によりＡｌＮを形成したり、陽極酸
化処理によりＡｌ2Ｏ3を容易に形成することが可能であ
る。
【００４７】次に、本発明のＡｌ−Ｓｉ合金基板材料の
製造方法の第２の方法について述べる。この方法によれ
ば、図２に示すフローチャートのように、噴霧法に用い
るＡｌ−Ｓｉ合金溶湯中のＳｉ量を当初から５０〜８０
重量％とすることができる。前記第１の方法に比べ、溶
湯用のルツボ及び溶湯の通過するノズルの材質として、
溶湯との反応性が低く、耐熱性、耐熱衝撃性に優れたも
のを選定することによって、５０重量％を越すＳｉ量で
も急冷凝固粉末の不純物量、酸素量、Ｓｉ粒径及びＳｉ
粒の均一分布は前記第１の方法と同じレベルに維持され
る。更に、図２からもわかるように、第１の方法に比べ
噴霧後のＳｉ粉末の追加混合工程が省略できる利点があ
る。
【００４８】以下第２の方法での急冷凝固による粉末の
製法について詳述する。既に述べたように、Ａｌ−Ｓｉ
合金の基板材料において、熱伝導率が０.２８ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の特性を得るためには、合金のシリ
コン量を調整する以外に、合金内の熱の散乱因子を極力
除外する必要がある。特に合金内の不純物と空孔の寄与
が大きく、その両者を減らす必要がある。このため、第
２の方法では溶湯の温度がＳｉ量が増加し高くなるの
で、まず溶湯用のルツボとノズルの材質として溶湯と反
応しにくく、且つ耐熱性で耐熱衝撃性のものを用いる必
要がある。例えば、少くとも９０％以上の純度のＡｌ2
Ｏ3、安定化ＺｒＯ2、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢＮ等を用い
る必要がある。この場合、他の成分で複合化したもので
もよく、又内面をこれらの材質で被覆したものでもよ
い。
【００４９】更に、これに加え第２の方法では、以下の
ように噴霧時の媒体や噴霧方式及び条件が選ばれる。通
常、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末の製造には、合金溶湯
を粉末化するための媒体として大気や不活性ガスを用い
ていた。このようなガスを媒体とした急冷凝固、即ちガ
スアトマイズ法では、凝固速度は１０2〜１０3℃／秒と
なる。
【００５０】ところが、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ粉末のＡｌ
マトリックス中に晶出あるいは析出するＳｉ晶の大きさ
は、凝固速度に大きく依存する。特にシコン量が５０重
量％以上の場合には、Ｓｉ晶は非常に粗大化しやすい。
特に凝固速度が１０3℃／秒以下では粗大化したＳｉ晶
のため、合金の緻密化が阻害され、合金内に空孔が生じ
る結果、０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導
率を得ることが困難であった。
【００５１】更に、既に述べたようにアルミニウムの融
点が６６０℃であるのに対してシリコンの融点は１４３
０℃と非常に高く、シリコン量が増えるに従って合金の
融点が上昇し、１０3℃／秒以下の凝固速度では凝固中
に酸化反応が内部まで進行しやすくなる。この現象は、
シリコン量が５０重量％を越える合金の場合に顕著にな
り、合金中に酸化物や空孔が生じる結果、やはり０.２
８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導率を得ることが
困難な原因となっていた。
【００５２】もちろん、媒体として不活性ガスを用い、
完全に密封雰囲気とすることによって、上記酸化反応が
粉末内部まで進行することは防げるが、製造コストがか
かると共に、固化までの時間に表面張力によって粉末が
球状化してしまい、成形性が低下して実用上使用できな
い。
【００５３】本発明では、Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯の凝固速
度を１０3℃／秒を越える速度とすることにより、不活
性ガスを用いた上記のような方法を取らなくても、酸化
反応を凝固粉末粒子の表面相のみで発生させ、合金内部
の不純物と空孔を減少させることができる。その結果、
その急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を固化して得られる半
導体基板材料の熱伝導率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ
・℃以上とすることができるものである。
【００５４】１０3℃／秒を越える凝固速度が得られる
急冷凝固方法としては、例えば水アトマイズ法、回転円
板アトマイズ法、双ロール法がある。特に水アトマイズ
法は量産性に優れていると共に、合金溶湯に対する粉砕
能力が高いので、ノズル孔径を大きくしても微細な粉末
を得ることができ、通常のガスアトマイズ法で頻発する
溶解温度が高いことに伴うノズルの詰まりを回避するこ
とも可能である。又、凝固速度が１０3℃／秒を越える
ことにより、得られる粉末中のＳｉ晶が微細になるの
で、被削性にも影響を与えることがない。尚、水アトマ
イズ法を用いた場合、Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を得るために
は急冷凝固粉末を乾燥する必要がある。この乾燥工程に
おいて、水蒸気が発生する温度では粉末の酸化が内部ま
で進行しやすいので、乾燥は１００℃未満の温度で行う
ことが望ましい。
【００５５】従って、本発明の半導体基板材料の製造方
法の第２の方法においては、溶湯用のルツボやノズルの
選択と共に、シリコンを５０〜８０重量％含有するＡｌ
−Ｓｉ合金の溶湯を、水アトマイズ法等の上記各種の急
冷凝固方式により１０3℃／秒を越える凝固速度で急冷
凝固させ、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を製造するので
ある。
【００５６】尚、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末の熱伝導
率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とするために
は、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末に含まれるＳｉの粒径
が３０μｍ以下であること、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉
末に含まれる酸素量を１重量％以下に抑えること、及び
急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末に含まれる酸素以外の不純
物量を１重量％以下とすることが望ましい。又、急冷凝
固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末には第１の方法同様、必要に応じ
て、特性を低下させない範囲でＳｉ以外の他の元素を添
加することができる。
【００５７】このようにして得られた急冷凝固Ａｌ−Ｓ
ｉ合金粉末は、図２の圧縮成形以降の手順を経てＡｌ−
Ｓｉ合金の基板材料に加工されるが、圧縮成形以降の成
形条件、固化条件は第１の方法と同様の手順で行う。
【００５８】以上の図２に示す工程を経て得られた鍛造
体や焼結体等のＡｌ−Ｓｉ合金は、従来の製法による５
０〜８０重量％のＳｉを含有した急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合
金粉末を原料粉末とするものと比較して、不純物や気孔
やアルミニウム中に固溶したシリコンの量が少ないた
め、熱を運ぶ電子や格子の振動の散乱が少なく、熱伝導
率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とすることが
できる。得られたＡｌ−Ｓｉ合金の鍛造体や焼結体は、
第１の方法の項で述べたように、そのまま又は加工工程
を経て、あるいは必要に応じて表面処理を施した後、半
導体基板として使用される。
【００５９】次に第１及び第２の方法での固化工程を改
善し、より高い熱伝導率のＡｌ−Ｓｉ合金基板材料を得
ることが可能な本発明の第３の方法について以下説明す
る。前述のように第１及び第２の基本工程を踏むことに
より、熱伝導率が０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上
でＳｉ含有量５０〜８０重量％のＡｌ−Ｓｉ合金基板材
料は得られるが、更に０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
以上の高い放熱性の同材料を得るためには、鍛造による
固化工程の改善が必要となることが判った。
【００６０】即ち、熱伝導性には、合金の格子歪みが問
題となることに着目し、以下の点を見いだした。本発明
の合金は半分以上がシリコンからなり、合金内のシリコ
ンの熱伝導率の大小が合金全体の熱伝導率を大きく左右
する。シリコン中を熱の大半は格子振動により運ばれる
が、格子に歪みが存在すると散乱され、熱伝導率が低下
する。尚、ここで歪みとは、原子間距離の不均一のみな
らず、空孔や固溶、転位などを総称したものである。
【００６１】結晶格子の歪量の測定にはＸ線回析による
ピークの広がり量を調べるのが最も一般的である。Ｘ線
のＣｕ−Ｋα１線（波長１.５４０５Å）の回析は普通
２０°〜１４０°の範囲で行われるが、高角度が正確な
測定に適している。アルミニウムとシリコンの合金にお
いて、それぞれの干渉がなく最も高角度に検出されるピ
ークはシリコンが（５３１）、アルミニウムが（４２
０）のピークである。
【００６２】本発明の第１及び第２の方法で鍛造の条件
を種々の多量のサンプルについて検討し、そのＸ線回折
ピークを測定した結果、シリコン（５３１）のピークの
半価幅が０.６°を越えると、シリコンを５０重量％以
上８０重量％以下とした場合においても、熱伝導率が
０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上ではあるが０.３０
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃未満となる場合が存在すること
が明らかとなった。従って、Ｘ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波
長１.５４０５Å）回析により、１１０°〜１２０°に
見いだされるＳｉ（５３１）ピークの半価幅が０.６°
以下でなければならないことが判明した。更に、歪の量
を極力減少させることにより、同一組成もしくは同一密
度、同一熱膨張率にもかかわらず、熱伝導率のより高い
合金を得ることができる。
【００６３】又、アルミニウムも歪により熱伝導率が減
少するため、Ｘ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５４０５
Å）回析により１１０°〜１２０°に見いだされるＡｌ
（４２０）ピークの半価幅を、０.５°以下とするのが
更に望ましいことが判った。
【００６４】そこで、以下第３の方法を説明する。本発
明の第３の方法による半導体基板材料の原料粉末として
は、既に述べた第１及び第２の方法で得られたシリコン
を５０〜８０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末を用い
る。第１及び第２の方法と同様にＡｌ−Ｓｉ合金溶湯に
は、必要に応じて特性を低下させない範囲で他の元素を
添加することができる。
【００６５】前記の第１及び第２の方法では、鍛造によ
るＡｌ−Ｓｉ合金の固化は、粉末を成形後、その成形体
を４００℃以上に加熱し、金型温度１５０℃以上の鍛造
金型により圧力４ｔ／ｃｍ2以上で鍛造する方法で行わ
れる。しかし、この方法では４ｔ／ｃｍ2以上の高い圧
力により、結晶格子に歪が入りやすい。しかし、４ｔ／
ｃｍ2 未満では緻密化が進まないのである。
【００６６】そのため第３の方法では、原料粉末から作
製した成形体を５５０℃以上に加熱し、金型温度３００
℃以上とした鍛造金型を用いることにより、鍛造圧力４
ｔ／ｃｍ2 未満で鍛造する。Ａｌ−Ｓｉ合金は共晶点が
５７７℃であり、５５０℃以上では軟化するため、第３
の方法では歪の入る量が少ない４ｔ／ｃｍ2 未満の鍛造
圧力で鍛造することが可能となる。
【００６７】別の固化方法として、原料粉末又は原料粉
末から作製した成形体を金型内に設置し、通電加熱によ
り４ｔ／ｃｍ2 未満の圧力で固化する方法も有効であ
る。電流を粉末又は成形体に流した場合、ジュール熱に
より発熱するが、その際電気抵抗が大きい原料粉末の粒
界やＡｌとＳｉの界面で発熱量が大きくなる。そのため
原料粉末や成形体の塑性流動量が増加し、低圧で固化す
ることが可能となる。その場合、通電加熱にパルス波を
用いたり、パルス波を付加することにより固化が効果的
に行われる。この方法は大気中で行うことができるが、
特に１ｔｏｒｒ以下の真空下で行うことにより、粉末表
面にプラズマが発生し、表面の酸化層が分断されて緻密
化が促進される。
【００６８】以上の方法は、固化に高圧力を用いる必要
がなく、経済性からも優れている。得られたＡｌ−Ｓｉ
合金は、Ｘ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５４０５Å）
回析により、１１０°〜１２０°に見いだされるＳｉ
（５３１）ピークの半価幅が０.６°以下となる。これ
によって０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の熱伝導
率の半導体基板材料が得られる。
【００６９】更に、Ｓｉより寄与は小さいが、Ａｌも同
様の工程を経ることにより、Ａｌ中の格子振動の散乱を
押さえることができる。０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以上の熱伝導率が得られた場合、同様にＸ線回析によ
り１１０°〜１２０°に見いだされるＡｌ（４２０）ピ
ークの半価幅は０.５°以下となる。
【００７０】尚、第３の方法で得られた固化体も含め、
前記第１及び第２の方法で得られた固化体の内、Ｘ線
（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５４０５Å）回析により１
１０°〜１２０°に見いだされるＳｉ（５３１）ピーク
の半価幅が０.６越える固化体では、更に加熱処理を行
うことにより格子の歪を減少させることが必要となる。
加熱処理は４００℃以上で１時間以上行う。４００℃以
下では歪を緩和する効果が乏しく、１時間以下では緩和
量が少ないため、４００℃以上で１時間行うことが望ま
しい。この熱処理によって熱伝導率を０.３０ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上とすることができる。
【００７１】次に、本発明のＡｌ又はＡｌ合金からなる
Ａｌ被覆層を形成した基板材料について述べる。この半
導体基板材料はＳｉを５０〜８０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金からなり、その少くとも一表面に厚さ５〜５０
０μｍのＡｌ又はＡｌ合金からなるＡｌ被覆層を備えた
もの、及びそのＡｌ被覆層の最外表面に絶縁層又はメッ
キ層を設けたものである。尚、絶縁層又はメッキ層は既
に第１の方法の説明の末尾で触れたように、Ａｌ−Ｓｉ
合金基材上にＡｌ又はＡｌ合金の被覆層を形成すること
なく直接施すことも可能であるが、同基材にＳｉが多量
に入っているため、本発明のようにＡｌ被覆層を介して
絶縁層又はメッキ層を施した方が密着性が向上し、且つ
基材上のピンホール等を覆う効果もあるので望ましい。
【００７２】本発明のＡｌ又はＡｌ合金からなるＡｌ被
覆層の配設及び固着方法には、以下の方法がある： （１）前記第１及び第２の方法において、Ｓｉを５０〜
８０重量％含むＡｌ−Ｓｉ合金粉末の圧縮成形時に、成
形される少くとも一表面に、Ａｌ又はＡｌ合金製の箔も
しくはＡｌ又はＡｌ合金の粉末のような、その後の固化
時にＡｌ又はＡｌ合金となる前駆層を予め配設し、成形
と同時にＡｌ−Ｓｉ合金成形体に密着させ、その後これ
を固化する方法。前駆層としては、Ａｌ又はＡｌ合金の
箔又は粉末の他に、４００℃程度の温度での固化時にＡ
ｌ又はＡｌ合金となる物質、例えば低温分解性の有機又
は無機のＡｌ塩の粉末又はペレット等の種々の素材が考
えられ、これらを溶媒に分散させたものを一定量塗布す
ることでも良い。
【００７３】（２）前記第１及び第２の方法において、
Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を固化した後に、その固化体をＡｌ
又はＡｌ合金を主成分とする溶液に浸漬する方法、又は
Ａｌ又はＡｌ合金を主体とする成分を溶射塗布する方
法、スクリーン等によって印刷塗布する方法、気相堆積
する方法等の方法が考えられる。
【００７４】尚、前記Ａｌ又はＡｌ合金箔を密着させる
方法以外の方法については、特に成形時にＡｌ被覆層を
形成する場合、成形体の固化前の脱バインダや加熱処理
によってＡｌ又はＡｌ合金以外の成分の除去が可能な前
駆体を選ぶ必要がある。又、固化後にＡｌ被覆層を形成
する場合は、被覆層を配設した後の加熱等による固着処
理が必要となる。
【００７５】又、上記（１）の方法において、Ａｌ箔又
はこの箔から形成されるＡｌ被覆層は、Ａｌの単一物質
である必要はなく、アルマイト処理はメッキ処理等の表
面処理が可能であれば、特性を向上させるために例えば
Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃｕ等の他の添加元素を含む合金であって
も良い。従って、Ａｌ箔及びＡｌ被覆層としてＡｌ−Ｓ
ｉ合金を用いる場合は、Ｓｉの含有量は５０重量％未満
とする必要がある。
【００７６】Ａｌ又はＡｌ合金箔を成形時に固着させる
方法では、Ａｌ又はＡｌ合金箔の厚さは、後の鍛造によ
って得られるＡｌ被覆層の厚さが５〜５００μｍの範囲
となるように選択する。しかし、後の鍛造工程での横方
向への変化量が少ない場合には、得られるＡｌ被覆層の
厚さはＡｌ又はＡｌ合金箔の厚さと殆ど同じで変化しな
い。
【００７７】表面をＡｌ箔等の前駆層で被覆した成形体
は、続いて鍛造により固化される。この場合、成形体を
４００℃以上に加熱し、金型温度１５０℃以上の鍛造金
型により鍛造圧力４ｔ／ｃｍ2以上で鍛造することが好
ましい。又、前記のごとく成形体を５５０℃以上に加熱
し、金型温度３００℃以上の鍛造金型により鍛造圧力４
ｔ／ｃｍ2未満で鍛造すれば、更に好ましい。尚、これ
らの鍛造条件のいずれかが満たされない場合、鍛造体の
緻密化が達成されない。
【００７８】かくして得られた鍛造体は、その表面がＡ
ｌ被覆層で覆われている。このＡｌ被覆層は鍛造工程を
経ているため、下地のＡｌ−Ｓｉ合金と一体化し、強固
に固着している。従って、このＡｌ被覆層の上に密着性
に優れピンホール等の無い表面処理層を形成でき、表面
処理層がアルマイト層の場合は耐食性に優れ且つ絶縁性
を有する半導体基板材料として、またメッキ層の場合は
耐食性に優れ且つロウ付け性の良好な半導体基板材料と
することができる。他のＡｌ又はＡｌ合金の被覆層形成
においても同様のことが言える。
【００７９】Ａｌ被覆層の厚さは５〜５００μｍの範囲
が好ましい。その理由は、Ａｌ被覆層の厚さが５μｍ未
満ではＡｌ被覆層が薄すぎるため、被覆部に絶縁層を形
成するためのアルマイト処理やメッキ層形成時のメッキ
処理により腐食されたり、下地のＡｌ−Ｓｉ合金のシリ
コンが表面に拡散しやすくなり、その結果表面処理層の
密着性が低下し、耐食性や絶縁性、ロウ付け性が低下す
るためである。又、Ａｌ被覆層の厚さが５００μｍを越
えると、Ａｌ被覆層が厚すぎるために、基板材料の熱膨
張率が増加したり、基板材料に反りが発生しやすくなる
ため好ましくない。
【００８０】上記のＡｌ被覆層を有する基板材料は、上
記したようにアルマイト処理によってＡｌ被覆層の最外
表面部にアルマイト層を形成することができ、耐食性や
絶縁性に優れた半導体基板材料とすることができる。
又、メッキ処理によってＡｌ被覆層の最外表面部にメッ
キ層を形成でき、半導体基板材料に耐食性やロウ付け性
を付与することができる。これらの表面処理層は均一な
Ａｌ被覆層上に形成されるため、密着性に優れており、
アルマイト層もピンホールの無い良好なものが得られ
る。つまり、表面にＡｌ又はＡｌ合金の被覆層があるた
め、前述のようにＳｉ量が５０〜８０重量％と多いＡｌ
−Ｓｉ合金基板に直接上記の表面処理層を形成する場合
に比べ、その形成が極めて容易である。
【００８１】絶縁層の形成手段としては、同被覆層を陽
極酸化して最外表面をアルマイト化できる。又、絶縁物
であるセラミック等の物質を分散させた溶液に浸漬した
り、噴霧塗布や溶射塗布することも可能である。絶縁成
分を主体とするペーストをスクリーン印刷又は刷毛によ
って塗布することもできる。通常の気相からの蒸着によ
って絶縁層を推積することもできる。更に、気相中で常
温で又は加熱して化学反応させ、例えば窒素を含有する
気流中で窒化すれば、緻密なＡｌＮ層が形成されるが、
ＡｌＮ層は熱伝導性がよく、密着性や絶縁性も高く好ま
しい事例の一つである。以上述べた以外に種々の方法が
考えられる。
【００８２】尚、上記の内で陽極酸化、気相中での化学
反応以外の方法では、特にＡｌ又はＡｌ合金層及びＡｌ
−Ｓｉ合金基板材料との熱膨張率も配慮する必要がある
が、Ａｌ又はＡｌ合金の被覆層自体が熱応力緩衝層とな
りうるため、この点でもかなり自由度はある。但し、固
着を確実にするためには、又は使用する実用特性によっ
ては、塗布や蒸着で付加する材質及び固着の方法の厳選
が必要であることは言うまでもない。
【００８３】
【実施例】実施例１ 図１の方法に従って、Ａｌ−Ｓｉ合金半導体基板材料を
製造した。即ち、Ｓｉ含有量が１０、３０、４０、５０
重量％の各Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯を、エアアトマイズ法に
より凝固速度１０3℃／秒で急冷凝固させ、急冷凝固Ａ
ｌ−Ｓｉ合金粉末を形成した。得られた各急冷凝固Ａｌ
−Ｓｉ合金粉末を、４０μｍ以下に篩分けした。尚、Ｓ
ｉ含有量が５０重量％を越える粉末の形成も試みたが、
溶解時にカーボン製ルツボとの反応を起こし、得られた
粉末中に不純物のＳｉＣが認められた。
【００８４】各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末に、最大粒
径が４０μｍで平均粒径が１０μｍのＳｉ粉末を、下記
表１に示す割合で添加混合し、それぞれＡｌーＳｉ混合
粉末を得た。混合は、ポットに直径１ｃｍのアルミナ製
ボールを粉末重量の１０倍量入れ、１時間回転させるこ
とにより行った。尚、混合粉末中のＳｉ含有量は、最終
的に得られる各Ａｌ−Ｓｉ合金中のＳｉ含有量と同じで
ある。
【００８５】
【表１】
【００８６】得られた各混合粉末を、圧力４ｔ／ｃｍ2
で直径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット状に成形し
た。各成形体の真密度比は７２〜７８％であった。尚、
Ｓｉ粉末を急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末の６割を越える
量添加した混合粉末についても成形を試みたが、成形体
に欠けを生じた。
【００８７】次に、各成形体を５４０℃に加熱した後、
３００℃に加熱した鍛造金型を用いて、面圧６ｔ／ｃｍ
2で鍛造することにより固化させた。得られた各鍛造体
の密度、熱伝導率、熱膨張率を測定し、表２に示した。
尚、密度はアルキメデス法により求め、熱伝導率はレー
ザーフラッシュ法により求めた。熱膨張率は押し棒式に
より得られた値の２０〜２００℃での平均値として求め
た。
【００８８】
【表２】 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 Si含有量試料 (g／cm3) (cal／cm・sec・℃) (×10-6／℃) (wt％) 1 2.49 0.33 10.6 55 2 2.53 0.35 12.3 44 3 2.49 0.32 10.2 58 4 2.44 0.30 9.3 65 5 2.52 0.34 11.7 46 6 2.50 0.31 10.9 52 7 2.48 0.30 10.0 58 8 2.45 0.29 9.4 64 9 2.44 0.29 8.6 70 10 2.49 0.30 10.4 55 11 2.48 0.30 9.7 60 12 2.45 0.25 9.3 65 13 2.43 0.28 8.5 70 14 2.41 0.28 7.6 75 15 2.40 0.28 6.6 80
【００８９】以上の結果から明らかなように、Ａｌ−Ｓ
ｉ合金のＳｉ含有量を５０〜８０重量％とすることによ
り、密度を２.５ｇ／ｃｍ3以下、熱膨張率を１２×１０
-6／℃以下、熱伝導率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・
℃以上とすることができる。尚、試料７の組織の光学顕
微鏡写真（４００倍）を図３に示す。白っぽい部分がア
ルミニウム（Ａｌ）であり、灰色の部分がシリコン（Ｓ
ｉ）である。
【００９０】比較例１ Ｓｉ含有量が５０、６０、７０、８０重量％の各Ａｌ−
Ｓｉ合金溶湯を、エアアトマイズ法により凝固速度１０
3℃／秒で急冷凝固させ、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末
を形成した。その際、ルツボとして耐熱性に優れ、Ａｌ
−Ｓｉ合金溶湯と反応しないＢＮ製ルツボを使用し、溶
湯と直接接触するノズル等の部分にはチタン合金を使用
した。
【００９１】得られた各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末
を、４０μｍ以下に篩分けし、そのまま圧力４ｔ／ｃｍ
2で直径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット状に成形
した。各成形体の真密度比は７２〜７８％であった。次
に、各成形体を５４０℃に加熱した後、３００℃に加熱
した鍛造金型を用いて、面圧６ｔ／ｃｍ2で鍛造するこ
とにより固化させた。得られた各鍛造体の密度、熱伝導
率、熱膨張率を実施例１と同様に測定し、表３に示し
た。
【００９２】
【表３】 Si含有量 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率試料 (wt％) (g／cm3) (cal／cm・sec・℃) (×10-6／℃) 16 50 2.50 0.27 11.2 17 60 2.43 0.25 9.8 18 70 2.40 0.23 8.7 19 80 2.38 0.20 6.5
【００９３】又、これら比較例１の各鍛造体の密度、熱
膨張率、熱伝導率の値を、実施例１の各鍛造体の値と共
に図４ないし図６にプロットし、両者の比較を行った。
図５から分かるように熱膨張率は製造方法の違いによる
差は少ないが、図４から分かるように密度は実施例１の
各鍛造体の方が比較例１よりも大きくなっている。更
に、図６から分かるように、熱伝導率も実施例１の各鍛
造体の方が比較例１よりも大きくなっている。
【００９４】これらの結果から、実施例１の方法による
本発明の各Ａｌ−Ｓｉ合金では、空孔の量が従来方法よ
りも少なく、従って熱の散乱が少なくなり、熱伝導率が
向上したものと考えられる。更に、本発明方法では、不
純物の量も少なく、アルミニウムへのシリコンの固溶量
が少ないことも、熱伝導率の向上に作用しているものと
考えられる。
【００９５】実施例２ Ｓｉ含有量４０重量％のＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を、エアア
トマイズ法により凝固速度１０3℃／秒で急冷凝固さ
せ、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を形成し、得られた急
冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ以下に篩分けし
た。この急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末に実施例１と同じ
Ｓｉ粉末を添加し、実施例１と同様にして混合し、最終
的なＳｉ含有量が５８重量％の混合粉末を得た。
【００９６】その後、混合粉末を圧力７ｔ／ｃｍ2で直
径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット状に成形した。
成形体の真密度比は約８５％であった。次に、成形体
を、窒素分圧０.９９ａｔｍ以上の常圧雰囲気中におい
て５４０℃で２時間焼結した。得られた焼結体を、更に
面圧８ｔ／ｃｍ2でサイジング処理おこなった。この焼
結体の密度は２.４５ｇ／ｃｍ3、熱膨張率は９.８×１
０-6／℃、熱伝導率は０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
であった。
【００９７】実施例３ 実施例１と同様にしてＡｌ−Ｓｉ合金を製造し、その合
金からなる基板を用いて図７〜図１２に示すＩＣパッケ
ージを作製した。
【００９８】即ち、Ｓｉ含有量が４０重量％のＡｌ−Ｓ
ｉ合金溶湯をエアマイズ法により凝固速度１０3℃／秒
で急冷凝固させ、得られた各急冷凝固ＡｌーＳｉ合金粉
末を４０μｍ以下に篩分けした。この急冷凝固Ａｌ−Ｓ
ｉ合金粉末に、混合後の粉末全体の４０重量％に相当す
る量のＳｉ粉末を添加し、この混合粉末をポットに入れ
ると共に直径１ｃｍのアルミナ製ボールを粉末重量の１
０倍量入れ、１時間回転させることにより混合した。
【００９９】次に、得られた各混合粉末を圧力２.５ｔ
／ｃｍ2で圧縮成形し、真密度比が約７４％で直径９８
ｍｍ×高さ５０ｍｍのタブレット状の成形体を得た。こ
の各成形体を５４０℃に加熱した後、３００℃に予備加
熱した直径１００ｍｍの鍛造金型を用いて、面圧６ｔ／
ｃｍ2で鍛造することにより固化させた。得られたＡｌ
−Ｓｉ合金の鍛造体は、密度が２.４５ｇ／ｃｍ3、熱膨
張率が９.４×１０-6／℃、熱伝導率が０.２９ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃であった。
【０１００】図７のＩＣパッケージは、基板１として、
上記のごとく製造したＡｌ−Ｓｉ合金の鍛造体を所定の
平板寸法に機械加工し、その表面に公知の手段により陽
極酸化処理を施したものを使用している。この基板１
は、金属フィラー入りエポキシ樹脂等の高熱伝導樹脂３
によりパッケージ本体２に接合されている。尚、基板１
は、機械加工後所定のメッキ処理を施して、パッケージ
本体２と半田により接合してもよい。
【０１０１】このパッケージ本体２は、中央部に半導体
チップ４が半田又は樹脂等の接合材５により接合搭載さ
れるダイアタッチ部６を備えている。更に、このダイア
タッチ部６に搭載された半導体チップ４と外部回路との
電気的接続のために、半導体チップ４のパッドにボンデ
ィングワイヤー７の一端が接続され、ボンディングワイ
ヤー７の他端はパッケージ本体２に形成された配線に接
続され、この配線を介してパッケージ本体２に取り付け
られた外部回路接続用の金属リードピン８に接続されて
いる。尚、半導体チップ４の搭載後、パッケージ本体２
には蓋９が被着される。
【０１０２】図８のＩＣパッケージは、図７のパッケー
ジと比較して、半導体チップ４が基板１に半田又は樹脂
等の接合材５により直接搭載されている点が異なる。即
ち、Ａｌ−Ｓｉ合金の鍛造体を所定の平板寸法に機械加
工し、その表面に公知の手段によりＮｉ／Ａｕメッキを
施して基板１としている。パッケージ本体２はダイアタ
ッチ部６にあたる底面が開口しており、その開口面を覆
うように基板１がＡｕ−Ｓｉ半田等の接合材５で接合さ
れている。そして、この基板１に半導体チップ４が前記
のごとく直接搭載されている。
【０１０３】このように半導体チップ４を基板１に直接
搭載する構造のＩＣパッケージにおいては、半導体チッ
プ４を搭載する側の基板１の形状は特に制限されず、例
えば図９に示すように、凸状の段付き形状とすることも
できる。尚、図９において、その他の構成は図７及び図
８の場合と同様である。
【０１０４】以上の図７〜図９におけるパッケージ本体
２の材質は、特に制限されるものではなく、例えば現状
で一般的に用いられているアルミナ含有率９０％前後の
アルミナセラミック多層基板や、信号の高速処理に対応
したガラスセラミックを含み焼成温度が１０００℃前後
の低温焼成ガラスセラミック多層基板等のセラミック材
からなるもの、安価で汎用性に対応したエポキシ樹脂や
ポリイミド樹脂等からなるプラスチック多層基板等のプ
ラスチック材からなるものであってよい。
【０１０５】又、外部回路と接続するためにパッケージ
本体２に取り付けられた金属リードピン８の代わりに、
図１０及び図１１に示すように、半田ボール１０をパッ
ケージ本体２に取り付けた構造のものがある。これらの
ＩＣパッケージは、基板１としてＡｌ−Ｓｉ合金の鍛造
体を所定の平板寸法に機械加工し、公知の手段により基
板１の表面にＮｉメッキ処理を施したものを使用してい
る。この基板１には接着樹脂等の接合材５を介して半導
体チップ４が接合されている。
【０１０６】即ち、図１０のパッケージでは、パッケー
ジ本体２はＣｕ箔回路配線１２付きのポリイミドテープ
１１を有し、その中央部に半導体チップ４がＴＡＢ（Ta
pe Automated Bonding）実装により接合搭載され、パッ
ケージ本体２を補強するためのサポートリング１３が接
合されている。一方、図１１のパッケージでは、外部回
路と接続するための半田ボール１０付きの配線基板１４
に、基板１に接合された半導体チップ４がそのパッドに
形成された半田ボール１０を介してＦｌｉｐＣｈｉｐ実
装され、その側面を半導体チップ４を保護するため樹脂
１５で固めてある。図１０及び図１１のパッケージへの
半導体チップ４の実装法は上記に限定されず、基板１に
ついても平板形状に制限されず、キャップ形状等であっ
ても良い。
【０１０７】図１２のＩＣパッケージは樹脂モールドタ
イプであり、リードフレーム１６に絶縁フィルム１７を
介してＡｌ−Ｓｉ合金の鍛造体を所定の平板寸法に機械
加工し、公知の手段により表面にＮｉ／Ａｕメッキを施
した基板１が接合してある。この基板１にＡｇペースト
等の接合材５を介して半導体チップ４が接合され、リー
ドフレーム１６と半導体チップ４のパッドとがボンディ
ングワイヤー７で接続されている。そして、半導体チッ
プ４はトランスファーモールド法によりボンディングワ
イヤー７を含めてモールド樹脂１８でモールドされてい
る。
【０１０８】これら図７〜図１２のＩＣパッケージで
は、放熱性向上のため上記Ａｌ−Ｓｉ合金の基板１に、
一般に表面を陽極酸化処理したＡｌフィンを接合する場
合がある。即ち、図７のタイプのパッケージで説明する
と、図１３に示すように基板１にシリコーン樹脂２０等
を介してＡｌフィン１９が接合されるが、軽量なＡｌ−
Ｓｉ合金の基板１を使用する場合には、放熱性を低減さ
せる樹脂接合部を省略してフィン形状を有する基板を使
用することもできる。更に、図７〜図１３のＩＣパッケ
ージにおいては、複数個の半導体チップを搭載するＭＣ
Ｍ（Multi Chip Moulde）タイプのパッケージにも当然
適用可能である。
【０１０９】図７〜図１３に示すように、基板１に用い
られる本発明のＡｌ−Ｓｉ合金からなる基板材料は、半
導体チップに用いられるシリコンや一般に使用されてい
るパッケージ本体材料との熱膨張差が小さいため、パッ
ケージ製造工程及びＩＣの実装工程において熱応力に基
づく熱歪みが生じ難い。更に、本発明の基板材料は熱伝
導性が高く、放熱性に優れて入るため、寿命が長く信頼
性に優れたＩＣパッケージを構成することができる。
又、軽量であるため、特に外部回路との接続用に半田ボ
ールを有するパッケージにおいては、半田リフロー後の
半田形状の安定性に効果があると推測される。
【０１１０】実際に図７〜図１３の各ＩＣパッケージに
対して半導体チップを搭載し、温度サイクル試験（−６
０℃〜＋１５０℃、１００サイクル）を実施したとこ
ろ、異常動作を全くしなかったことより、熱応力に基づ
く熱歪みが生じ難いことが確認された。
【０１１１】実施例４ 図２に示す製造工程に従って、半導体基板材料を製造し
た。まず、Ｓｉを７０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶
湯を、凝固速度１０4℃／秒の水アトマイズ法により急
冷凝固させ、５０℃の温風により４時間乾燥することに
より、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を作製した。尚、比
較例として、空気を用いた凝固速度１０3℃／秒のガス
アトマイズ法によっても、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末
を作製した。得られた各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末中
のＳｉ晶の最大粒径、酸素量及び不純物量を測定し、噴
霧方法ごとに下記表４に示した。
【０１１２】続いて、上記の各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金
粉末を４０μｍ以下に篩分けした。篩分けした各急冷凝
固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を、成形圧力４ｔ／ｃｍ2にて直
径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット状試験片に成形
した。得られた各成形体の真密度比は７４〜７６％であ
った。
【０１１３】次に、各成形体を５４０℃に加熱した後、
３００℃に加熱した鍛造金型を用いて、面圧６ｔ／ｃｍ
2で鍛造するすることにより固化させた。得られた各鍛
造体の密度、熱伝導率、熱膨張率を測定し、下記表４に
併せて示した。尚、密度はアルキメデス法により、熱伝
導率はレーザーフラッシュ法により求め、熱膨張率は押
し棒式により得られた値の２０〜２００℃での平均値と
して求めた。
【０１１４】
【表４】 噴霧 最大粒径 酸素量 不純物 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率試料 方法 (μm) (wt%) 量(wt%) (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) 20 水 10 0.4 0.4 2.44 0.29 8.6 21＊ ガス 35 1.2 1.1 2.40 0.23 8.7 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１１５】以上の結果から明らかなように、本発明方
法により急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末中のシリコンの粒
径を小さくし、酸素及び不純物の量を低減することが可
能となり、その結果Ａｌ−Ｓｉ合金鍛造体の熱伝導率を
０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上にすることができ
た。又、このＡｌ−Ｓｉ合金鍛造体は、密度２.５ｇ／
ｃｍ3以下、熱膨張率を１２×１０-6／℃以下の特性を
備えている。
【０１１６】尚、本実施例で得られた試料２０のＡｌ−
Ｓｉ合金粉末における断面の金属組織写真（１０００
倍）を図１４に示した。明るい部分がＡｌで、より暗く
灰色の部分がＳｉであって、Ｓｉ晶は１０μｍ以下の粒
径でＡｌ中に分散していることが分かる。又、この合金
粉末から得られた試料２０のＡｌ−Ｓｉ合金鍛造体の金
属組織写真（４００倍）を図１５に示した。シリコンの
粒径が平均５μｍ以下、最大でも２０μｍ以下の微細且
つ均一な組織が得られていることが理解できる。
【０１１７】実施例５ Ｓｉ含有量が、それぞれ４５重量％、５０重量％、６０
重量％、７０重量％、８０重量％、及び８５重量％のＡ
ｌ−Ｓｉ合金溶湯を、水アトマイズ法により１０4℃／
秒の凝固速度で急冷凝固させ、得られた各急冷凝固Ａｌ
−Ｓｉ粉末を４０μｍ以下に篩分けした。
【０１１８】次に、各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ混合粉末を、
成形圧力４ｔ／ｃｍ2にて直径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍ
のタブレット状試験片に成形し、真密度比は７２〜７８
％の成形体を得た。各成形体を５４０℃に加熱した後、
３００℃に加熱した鍛造金型を用いて、面圧６ｔ／ｃｍ
2で鍛造して固化させた。得られた各鍛造体の密度、熱
伝導率、熱膨張率を実施例４と同様に測定し、下記表５
に示した。
【０１１９】
【表５】 Ｓｉ量 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率試料 (wt％) (g／cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6／℃) 22＊ 45 2.53 0.35 12.4 23 50 2.50 0.32 11.3 24 60 2.47 0.30 9.8 25 70 2.44 0.29 8.6 26 80 2.40 0.28 7.0 27＊ 85 成形体に割れ発生、以後の試験中止 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１２０】表５の結果から分かるように、Ａｌ−Ｓｉ
合金中のＳｉ量を５０〜８０重量％の範囲とすることに
よって、合金鍛造体の熱伝導率を０.２８ｃａｌ／ｃｍ・
ｓｅｃ・℃以上にすると同時に、密度を２.５ｇ／ｃｍ3
以下、及び熱膨張率を１２×１０-6／℃以下にすること
ができる。
【０１２１】実施例６ Ｓｉを６０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を、１０
4℃／秒の凝固速度の水アトマイズ法により急冷凝固
し、得られた急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ以
下に篩分けした。この合金粉末を成形圧力７ｔ／ｃｍ2
で直径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット状試験片に
成形し、真密度比８５％の成形体を作製した。
【０１２２】次に、この成形体を窒素分圧０.９９ａｔ
ｍ以上の常圧窒素雰囲気中にて、５４０℃で２時間焼結
した。得られた焼結体に対して、更に面圧８ｔ／ｃｍ2
でサイジング処理を行った。このサイジング後の焼結体
の密度は２.４３ｇ／ｃｍ3であり、熱伝導率は０.２８
ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、及び熱膨張率は９.８×１０
-6／℃であった。
【０１２３】実施例７ 本発明のＡｌ−Ｓｉ合金からなる半導体基板材料は、例
えば先に実施例３で説明した図７〜図１３に示す各ＩＣ
パッケージに基板として使用される。
【０１２４】この実施例で用いたＡｌ−Ｓｉ合金は、実
施例４の試料２０と同じ方法で作製した鍛造体（Ａｌ−
７０重量％Ｓｉ合金）であり、その密度は２.４４ｇ／
ｃｍ3、熱膨張率は８.６×１０-6／℃、及び熱伝導率は
０.２９ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃である。この鍛造体
を、所望の形状に機械加工して各基板１とし、それぞれ
のＩＣパッケージを作製した。尚、各パッケージの構造
については、実施例４と同様であるから省略する。
【０１２５】図７〜図１３の基板１は本発明のＡｌ−Ｓ
ｉ合金からなり、上記した通り半導体チップ４の主材料
であるＳｉやパッケージ本体２の主材料との熱膨張率の
差が小さいため、ＩＣ実装工程における熱応力に基づく
歪みが生じ難い。又、上記Ａｌ−Ｓｉ合金からなる基板
１は熱伝導率が高く、従って熱放散性に優れるため、こ
の基板を用いたＩＣパッケージは寿命が長く且つ信頼性
に優れている。
【０１２６】実際に、これらのＩＣパッケージに対し
て、２００℃の温度で１５分間の耐熱試験、及び−６０
℃〜＋１５０℃の温度範囲での１００サイクルのヒート
サイクル試験を行ったが、異常動作は全く発生せず、外
観上も何ら変化が生じないことが確認された。
【０１２７】実施例８ 図１６に示すケース２１と蓋２２とからなるパッケージ
を、実施例１の試料４（Ａｌ−６５重量％Ｓｉ合金）及
び実施例４の試料２０（Ａｌ−７０重量％Ｓｉ合金）と
同じ鍛造体を用い、加工後にＮｉメッキを施した材料に
より製造した。前記の通り、この試料４の鍛造体の密度
は２.４４ｇ／ｃｍ3、熱膨張率は９.３×１０-6／℃、
及び熱伝導率は０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であ
り、試料２０の鍛造体の密度は２.４４ｇ／ｃｍ3、熱膨
張率は８.６×１０-6／℃、及び熱伝導率は０.２９ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃である。尚、ケース２１にはリード
端子用の孔２３が設けてあり、ケース２１の内部にマイ
クロ波集積回路基板が実装されるようになっている。
【０１２８】このように、ケース２１及び蓋２２とし
て、本発明のＡｌ−Ｓｉ合金からなる基板材料を用いる
ことにより、例えばＡｌ−４０重量％Ｓｉ合金を用いた
場合に比較して、マイクロ波集積回路を構成しているＳ
ｉとの熱膨張率の差が小さくなり、信頼性が増すと共
に、基板の大きさを稜の長さにして２倍に拡大しても、
接合気密性や放熱性等について信頼性の高いパッケージ
を得ることができた。
【０１２９】実際に、このマイクロ波集積回路用パッケ
ージに対して、２００℃の温度で１５分間の耐熱試験、
及び−６０℃〜＋１５０℃の温度範囲での１００サイク
ルのヒートサイクル試験を行ったが、試験後も１×１０
-10ｃｃ／ｓｅｃ程度の気密性が保たれ、放熱性にも変
化がなく、ＩＣの機能の点で異常は全く発生しないこと
が確認され、また外観上も何ら変化が生じなかった。
【０１３０】実施例９ 図１の工程に従って、Ｓｉを４０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金粉末を急冷凝固速度１０3℃／秒の水アトマイ
ズ法で作製し、これにＳｉ粉末を添加混合してＳｉを７
０重量％含有する粉末Ａとした。又、図２に従って、Ｓ
ｉを７０重量％含有する粉末を急冷凝固速度１０4℃／
秒の水アトマイズ法により作製し、これを粉末Ｂとし
た。
【０１３１】得られた各粉末Ａ、Ｂを４０μｍ以下に篩
分けし、それぞれ圧力４ｔ／ｃｍ2で直径２０ｍｍ×高
さ３０ｍｍのタブレット試験片に成形し、真密度比７４
〜７６％の成形体を得た。各成形体を５４０℃又は５６
５℃に加熱後、５００℃に加熱した金型を用いて面圧３
又は１０ｔ／ｃｍ2で鍛造固化した。得られた各鍛造体
について、実施例４と同様に測定した密度、熱伝導率、
熱膨張率、及びＸ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５４０
５Å）回折により１１０°〜１２０°に見いだされるＳ
ｉ（５３１）ピークとＡｌ（４２０）ピークの半価幅
を、それぞれ表６に示した。
【０１３２】
【表６】 加熱 圧 力 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 半 価 幅(°) 粉末 (℃) (t/cm2) (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) Si(531) Al(420) A 565 3 2.44 0.30 8.5 0.52 0.37 A＊ 565 10 2.44 0.29 8.6 0.63 0.41 A＊ 540 3 2.35 0.24 8.8 0.55 0.39 A＊ 540 10 2.44 0.28 8.5 0.65 0.45 B 565 3 2.44 0.30 8.6 0.51 0.37 B＊ 565 10 2.44 0.29 8.6 0.62 0.40 B＊ 540 3 2.35 0.24 8.8 0.55 0.38 B＊ 540 10 2.44 0.28 8.6 0.64 0.44 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１３３】表６から明らかなように、加熱温度５５０
℃未満又は鍛造圧力４ｔ／ｃｍ2以上では、Ｓｉ（５３
１）ピークの半価幅が０.６°以上であったり、緻密化
しないため熱伝導率が０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
未満となってしまう。本発明の方法により特にＳｉ（５
３１）ピークの半価幅を０.６°以下にすることによっ
て、熱伝導率を０.３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上にで
き、同時に熱膨張率を１２×１０-6／℃以下及び密度を
２.５ｇ／ｃｍ3以下とすることができる。
【０１３４】実施例１０ 実施例９と同様にして、Ｓｉを７０重量％含有するＡｌ
−Ｓｉ合金の粉末Ａ及びＢを作製した。各粉末をカーボ
ン製の金型に投入し、１又は３ｔ／ｃｍ2の圧力を付加
した状態で５Ｖ、２０００Ａの電流を印加し５４０℃ま
で加熱して３分間保持した。又、雰囲気を０.１Ｔｏｒ
ｒ以下の真空にした上で、１ｔ／ｃｍ2の圧力を付加し
た状態で５Ｖ、２０００Ａ、５０ｍｓのパルス電流を印
加し５４０℃まで加熱して焼結した。
【０１３５】得られた各焼結体について、実施例４と同
様に測定した密度、熱伝導率、熱膨張率、及びＸ線（Ｃ
ｕ−Ｋα１線：波長１.５４０５Å）回折により１１０
°〜１２０°に見いだされるＳｉ（５３１）ピークとＡ
ｌ（４２０）ピークの半価幅を、それぞれ表７に示し
た。
【０１３６】
【表７】 加熱 圧 力 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 半 価 幅(°) 粉末 (℃) (t/cm2) (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) Si(531) Al(420) A 540 1 2.44 0.31 8.6 0.42 0.35 A 540 3 2.44 0.30 8.6 0.48 0.33 A＃ 540 1 2.44 0.32 8.5 0.39 0.30 B 540 1 2.44 0.31 8.6 0.40 0.35 B 540 3 2.44 0.30 8.6 0.46 0.33 B＃ 540 1 2.44 0.32 8.5 0.38 0.30 （注）表中の＃を付した試料はパルス電流を印加して焼結した。
【０１３７】表７から判るように、電流を印加すること
により、通常では緻密化しない５５０℃以下且つ４ｔ／
ｃｍ2以下の条件でも固化することが可能である。固化
時に加える圧力が低下すると共に半値幅が減少し、熱伝
導率が上昇している。本発明の方法により、熱伝導率を
０.３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上にでき、同時に熱膨
張率を１２×１０-6／℃以下及び密度を２.５ｇ／ｃｍ3
以下にできることが判り、特にパルス電流を用いること
によって容易に緻密化するため、半値幅が減少し、熱伝
導率を向上させるできる。
【０１３８】実施例１１ 実施例９において加熱温度５６５℃及び鍛造圧力３ｔ／
ｃｍ2又は加熱温度５４０℃及び鍛造圧力１０ｔ／ｃｍ2
の条件で製造した各鍛造体を、３００℃で２時間又は５
００℃で０.５、２、４、８時間の熱処理を行った。
【０１３９】得られた各熱処理体について、実施例４と
同様に測定した密度、熱伝導率、熱膨張率、及びＸ線
（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５４０５Å）回折により１
１０°〜１２０°に見いだされるＳｉ（５３１）ピーク
とＡｌ（４２０）ピークの半価幅を、それぞれ表８（加
熱温度５４０℃×鍛造圧力１０ｔ／ｃｍ2）及び表９
（加熱温度５６５℃×鍛造圧力３ｔ／ｃｍ2）に示し
た。
【０１４０】
【表８】 （加熱温度５４０℃×鍛造圧力１０ｔ／ｃｍ2） 熱処理条件 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 半 価 幅(°) 粉末 ℃×時間 (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) Si(531) Al(420) A＊ 300× 2 2.44 0.28 8.6 0.65 0.45 A＊ 500×0.5 2.44 0.29 8.6 0.62 0.42 A 500× 2 2.44 0.30 8.6 0.58 0.37 A 500× 4 2.44 0.31 8.6 0.55 0.35 A 500× 8 2.44 0.31 8.6 0.50 0.33 B＊ 300× 2 2.44 0.28 8.6 0.65 0.44 B＊ 500×0.5 2.44 0.29 8.6 0.62 0.41 B 500× 2 2.44 0.30 8.6 0.58 0.37 B 500× 4 2.44 0.31 8.6 0.55 0.35 B 500× 8 2.44 0.31 8.6 0.50 0.33 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１４１】
【表９】 （加熱温度５６５℃×鍛造圧力３ｔ／ｃｍ2） 熱処理条件 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 半 価 幅(°) 粉末 ℃×時間 (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) Si(531) Al(420) A＊ 300× 2 2.44 0.30 8.5 0.52 0.37 A＊ 500×0.5 2.44 0.31 8.5 0.51 0.37 A 500× 2 2.44 0.32 8.5 0.50 0.36 A 500× 4 2.44 0.33 8.5 0.46 0.35 A 500× 8 2.44 0.33 8.5 0.44 0.34 B＊ 300× 2 2.44 0.30 8.5 0.51 0.37 B＊ 500×0.5 2.44 0.31 8.5 0.50 0.37 B 500× 2 2.44 0.32 8.5 0.50 0.36 B 500× 4 2.44 0.33 8.5 0.46 0.35 B 500× 8 2.44 0.33 8.5 0.43 0.34 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１４２】表８から明らかなように、４００℃以上且
つ１時間以上の熱処理を行うことにより、Ｓｉ（５３
１）ピークの半価幅が０.６°以下となるまで歪み量が
減少し、熱伝導率が０.３ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上
となることが理解できる。又、表９から、元々Ｓｉ（５
３１）ピークの半価幅が０.６°以下であった試料も、
熱処理を行うことにより半価幅が更に減少し、熱伝導率
が０.３２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上となることが判
る。
【０１４３】実施例１２ Ｓｉを４５重量％、５０重量％、６０重量％、７０重量
％、８０重量％、及び８５重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合
金溶湯を、凝固速度１０4℃／秒の水アトマイズ法によ
り粉末化し、得られた各Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ
以下に篩分けした。
【０１４４】得られた各粉末を、それぞれ圧力４ｔ／ｃ
ｍ2で直径２０ｍｍ×高さ３０ｍｍのタブレット試験片
に成形し、真密度比７２〜７８％の成形体を得た。各成
形体を５６５℃に加熱後、５００℃に加熱した金型を用
いて面圧３ｔ／ｃｍ2で鍛造固化した。得られた各鍛造
体について、実施例４と同様に測定した密度、熱伝導
率、熱膨張率、及びＸ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５
４０５Å）回折により１１０°〜１２０°に見いだされ
るＳｉ（５３１）ピークとＡｌ（４２０）ピークの半価
幅を、それぞれ表１０に示した。
【０１４５】
【表１０】 Si含有量 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率 半 価 幅(°) 試料 (wt％) (g/cm3) (cal/cm・sec・℃) (×10-6/℃) Si(531) Al(420) 28＊ 45 2.53 0.36 12.4 0.38 0.35 29 50 2.50 0.33 11.3 0.40 0.35 30 60 2.47 0.31 9.8 0.45 0.36 31 70 2.44 0.30 8.5 0.52 0.37 32 80 2.40 0.30 7.0 0.56 0.38 33＊ 85 成形体に割れが発生し、以後の試験を中止 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１４６】表１０から判るように、Ｓｉ含有量を５０
〜８０重量％とすることにより、熱伝導率を０.３ｃａ
ｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、熱膨張率を１２×１０-6／℃
以下及び密度を２.５ｇ／ｃｍ3以下にすることができ
る。
【０１４７】実施例１３ Ｓｉを７０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を、１０
4℃／秒の凝固速度の水アトマイズ法により急冷凝固
し、得られた急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ以
下に篩分けした。この合金粉末を成形圧力２.５ｔ／ｃ
ｍ2で直径９８ｍｍ×高さ５０ｍｍのタブレット状試験
片に成形し、真密度比７４％の成形体を作製した。次
に、この成形体を、５Ｖ、２０００Ａの条件で通電する
と同時に、面圧１ｔ／ｃｍ2で固化して鍛造体を作製し
た。
【０１４８】この鍛造体の密度は２.４４ｇ／ｃｍ3であ
り、熱伝導率は０.３１ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃、及び
熱膨張率は８.６×１０-6／℃であった。この鍛造体を
所定の形状に機械加工し、図７〜図１３に示すＩＣパッ
ケージに基板として用いた。尚、図７〜図１３に示すＩ
Ｃパッケージの構造については、先の実施例３と同様で
あるから省略する。
【０１４９】これらの各ＩＣパッケージに基板１として
用いられる本発明のＡｌ−Ｓｉ合金は、半導体チップ４
の主材料やパッケージ本体２の主材料との熱膨張係数差
が小さいため、ＩＣの実装工程において熱応力に基づく
歪みが生じ難い。又、基板１は熱放散性が良好であるた
め、これらのＩＣパッケージは寿命が長く、且つ信頼性
に優れたものとなった。実際に、各ＩＣパッケージに対
して２００℃で１５分間の耐熱試験、及び−６０℃〜＋
１５０℃の温度範囲での１００サイクルのヒートサイク
ル試験を行ったが、異常動作は全く発生しないことが確
認された。
【０１５０】実施例１４ 図１７に示すパッケージのケース２１と蓋２２とを、実
施例９の図２に示す方法と同様にして作製したＡｌ−７
０重量％Ｓｉ合金からなる鍛造体を使用し、加工後にＮ
ｉメッキを施した材料により製造した。ケース２１には
リード端子用の孔２３が設けてあり、ケース２１の内部
にマイクロ波集積回路基板が実装されるようになってい
る。
【０１５１】このパッケージにおいて、更に底板２４と
して本発明のＡｌ−７０重量％Ｓｉ合金からなる鍛造体
を用いることにより、例えばＡｌ−４０重量％Ｓｉ合金
を用いた場合に比較して、マイクロ波集積回路基板を構
成しているＳｉとの熱膨張率の差が小さくなり、信頼性
が増すと共に、基板の大きさを稜の長さにして２倍に拡
大しても、接合気密性や放熱性等について信頼性の高い
パッケージを得ることができた。
【０１５２】実際に、このマイクロ波集積回路用パッケ
ージに対して、２００℃の温度で１５分間の耐熱試験、
及び−６０℃〜＋１５０℃の温度範囲での１００サイク
ルのヒートサイクル試験を行ったが、試験後も１×１０
-10ｃｃ／ｓｅｃ程度の気密性が保たれ、放熱性にも変
化がなく、ＩＣの機能の点で異常は全く発生しないこと
が確認され、また外観上も何ら変化が生じなかった。
【０１５３】以上の実施例９〜１４の結果から、本発明
方法によれば、Ｓｉを５０〜８０重量％含有するＡｌ−
Ｓｉ合金であって、Ｘ線（Ｃｕ−Ｋα１線：波長１.５
４０５Å）回折により１１０°〜１２０°に見いだされ
るＳｉ（５３１）ピークの半価幅を０.６以下にするこ
とによって、密度２.５ｇ／ｃｍ3以下、熱膨張率１２×
１０-6／℃以下、及び熱伝導率０.３０ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
ｅｃ・℃以上の特性を有する半導体基板材料が得られる
ことが判る。又、この半導体基板材料は、軽量で熱膨張
率が低く、且つ熱伝導率が高いので、例えばヒートシン
ク、半導体基板用基板、放熱基板及びハウジング等に適
した材料である。
【０１５４】実施例１５ 図１８及び図１９に示す製造工程に従って、半導体基板
材料を製造した。まず図１８の工程に従って、Ｓｉを４
５、５０、６０、７０、８０、及び８５重量％含有する
Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯を水アトマイズ法により急冷凝固さ
せ、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を作製した。得られた
各急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ以下に篩分け
した。
【０１５５】次に、図１９の工程に従って、Ｓｉを４０
重量％含有する急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末（４０μｍ
以下に篩分け）に対して、最大粒径４０μｍで平均粒径
１０μｍのＳｉ粉末を、下記表１１に示すように１０、
２０、３０、４０、５０、６０及び７０重量％の割合で
混合して、それぞれＡｌ−Ｓｉ混合粉末を得た。混合
は、ポットに直径１ｃｍのアルミナ製ボールを粉末重量
の１０倍量入れ、１時間回転させることにより行った。
尚、図１８及び図１９における粉末製造工程は、それぞ
れ本発明の図２及び図１の同工程に順ずるものである。
【０１５６】得られた各Ａｌ−Ｓｉ合金粉末及びＡｌ−
Ｓｉ混合粉末を、成形圧力４ｔ／ｃｍ2にて直径１０ｍ
ｍ×高さ２０ｍｍのブレット状試験片に成形した。各成
形体の真密度比は７２〜７６％であった。ただし、Ｓｉ
が８５重量％含まれる急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末から
作成した試料、並びにＳｉ粉末を急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合
金粉末に対して７０重量％添加し、合金中のＳｉ量を８
２重量％としたＡｌ−Ｓｉ混合粉末を用いた試料では、
いずれも成形体に割れが発生した。
【０１５７】次に、各成形体の全表面を厚さ５０μｍの
アルミニウム箔で被覆した。このアルミニウム箔で被覆
した各成形体を各試料ごとに１５個用意し、それぞれ５
４０℃に加熱した後、３００℃に加熱した鍛造金型を用
いて面圧６ｔ／ｃｍ2で鍛造するすることにより熱間固
化させた。
【０１５８】得られた各鍛造体は、Ａｌ−Ｓｉ合金から
なる鍛造体本体とその全表面に形成された厚さ約５０μ
ｍのアルミニウム被覆層からなっていた。各鍛造体の密
度、熱伝導率、熱膨張率を測定し、各試料ごとに平均値
を表１１及び表１２に示した。表１１は図１８の工程及
び表１２は図１９の工程により製造した各試料の結果で
ある。尚、密度はアルキメデス法により求め、熱伝導率
はレーザーフラッシュ法により求めた。熱膨張率は押し
棒式により得られた値の２０〜２００℃での平均値とし
て求めた。
【０１５９】
【表１１】 合金中Si量 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率試料 (wt％) (g／cm3) (cal/sec・℃・cm) (×10-6/℃) 34＊ 45 2.53 0.35 12.4 35 50 2.50 0.32 11.3 36 60 2.47 0.30 9.8 37 70 2.44 0.29 8.6 38 80 2.40 0.28 7.0 39＊ 85 成形体に割れ発生、以後の試験中止 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１６０】
【表１２】 Si粉末量 合金中Si量 密 度 熱 伝 導 率 熱 膨 張 率試料 (wt％) (wt％) (g／cm3) (cal/sec・℃・cm) (×10-6/℃) 40＊ 10 46 2.53 0.34 12.2 41 20 52 2.50 0.31 10.9 42 30 58 2.48 0.30 10.0 43 40 64 2.45 0.29 9.4 44 50 70 2.44 0.29 8.6 45 60 76 2.42 0.28 7.6 46＊ 70 82 成形体に割れ発生、以後の試験中止 （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１６１】以上の結果から解るように、鍛造体本体を
構成するＡｌ−Ｓｉ合金のＳｉ含有量を５０〜８０重量
％とすることにより、密度２.５ｇ／ｃｍ3以下、熱膨張
率６〜１２×１０-6／℃以下、熱伝導率０.２８ｃａｌ
／ｓｅｃ・℃・ｃｍ以上の特性を有し、表面にアルミニウ
ム被覆層を備えた半導体基板材料が得られる。
【０１６２】実施例１６ 上記実施例１５と同様の方法により、Ｓｉを６０重量％
含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末（実施例１５の試料３６）
と、Ｓｉを４０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末に対
してＳｉ粉末を３０重量％添加混合したＡｌ−Ｓｉ混合
粉末（実施例１５の試料４２）を用い、同様にして得た
各成形体の全表面を表１３及び表１４に示すように、そ
れぞれ厚さ３、５、５０、５００及び６００μｍのアル
ミニウム箔により被覆した。
【０１６３】アルミニウム箔で被覆した各成形体を、実
施例１５と同様に鍛造し、Ａｌ−Ｓｉ合金からなる鍛造
体本体とその全表面に形成されたアルミニウム被覆層
（アルミニウム箔と同一厚さ）とからなる鍛造体を得
た。また、比較のために、アルミニウム箔で被覆しない
成形体についても、同様にして鍛造体を得た。
【０１６４】得られた各鍛造体に対して、硫酸浴中電流
密度１.５Ａ／ｄｍ2でアルマイト処理を行い、更にイオ
ン交換水で煮沸して封孔処理を行った。また、別の各鍛
造体に対しては、アルカリ液で１分間アルミニウムのエ
ッチングを行った後、表面を亜鉛置換し、更に無電解の
ニッケル−リンメッキを行った。
【０１６５】かくして得られた各試料の半導体基板材料
について、大気中において４５０℃で３０分間保持する
耐熱試験と、３５℃の濃度５％中性塩水を４８時間噴霧
する塩水噴霧試験に供し、それぞれ耐食性を評価した。
その結果を、アルマイト処理について表１３に、及びメ
ッキ処理については表１４に示した。
【０１６６】
【表１３】アルマイト処理による耐食性 試 料 Al箔厚さ(μm) 耐熱試験評価 塩水試験評価 36−1＊ 無し 膨れ、剥がれ 染み発生 36−2＊ 3 膨れ、剥がれ 染み発生 36−3 5 ○ ○ 36−4 50 ○ ○ 36−5 500 ○ ○ 36−6＊ 600 反り発生 ○ 42−1＊ 無し 膨れ、剥がれ 染み発生 42−2＊ 3 膨れ、剥がれ 染み発生 42−3 5 ○ ○ 42−4 50 ○ ○ 42−5 500 ○ ○ 42−6＊ 600 反り発生 ○ （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１６７】
【表１４】メッキ処理による耐食性 試 料 Al箔厚さ(μm) 耐熱試験評価 塩水試験評価 36−1＊ 無し 膨れ、剥がれ 染み発生 36−2＊ 3 膨れ、剥がれ 染み発生 36−3 5 ○ ○ 36−4 50 ○ ○ 36−5 500 ○ ○ 36−6＊ 600 反り発生 ○ 42−1＊ 無し 膨れ、剥がれ 染み発生 42−2＊ 3 膨れ、剥がれ 染み発生 42−3 5 ○ ○ 42−4 50 ○ ○ 42−5 500 ○ ○ 42−6＊ 600 反り発生 ○ （注）表中の＊を付した試料は比較例である。
【０１６８】上記の結果から、５〜５００μｍの厚さで
被覆したアルミニウム被覆層上にアルマイト層又はメッ
キ層を形成した本発明の半導体基板材料は、優れた耐食
性を有することが解る。しかし、アルミニウム被覆層の
厚さが５μｍ未満では十分な耐食性を得ることができ
ず、逆にアルミニウム被覆層厚さが５００μｍを越える
と耐熱試験後に反りが発生した。
【０１６９】実施例１７ 上記実施例１５と同様の方法により、Ｓｉを６０重量％
含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末（実施例１５の試料３６）
と、Ｓｉを４０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末に対
してＳｉ粉末を３０重量％添加混合したＡｌ−Ｓｉ混合
粉末（実施例１５の試料４２）を用い、同様にして各成
形体を得た。
【０１７０】各成形体に対して、有機溶媒中に分散させ
たＡｌ粉末を浸漬により厚さ１００μｍに塗布し（試料
３６−７と４２−７）、Ａｌ粉末を不活性ガスを用いた
溶射により厚さ１００μｍに塗布し（試料３６−８と４
２−８）、有機バインダーに分散させたＡｌ粉末を印刷
により厚さ１００μｍに塗布し（試料３６−９と４２−
９）、プラズマ法によりＡｌを厚さ１００μｍに気相堆
積（試料３６−１０と４２−１０）させた。
【０１７１】このように表面にＡｌ前駆層を形成した各
成形体を、実施例１５と同様に鍛造して、全表面にアル
ミニウム被覆層を有するＡｌ−Ｓｉ合金からなる鍛造体
を製造した。得られた各鍛造体に対して、硫酸浴中電流
密度１.５Ａ／ｄｍ2でアルマイト処理を行い、更にイオ
ン交換水で煮沸して封孔処理を行った。また、別の各鍛
造体に対しては、アルカリ液で１分間アルミニウムのエ
ッチングを行った後、表面を亜鉛置換し、更に無電解の
ニッケル−リンメッキを行った。
【０１７２】かくして得られた各試料の半導体基板材料
について、大気中において４５０℃で３０分間保持する
耐熱試験と、３５℃の濃度５％中性塩水を４８時間噴霧
する塩水噴霧試験に供し、それぞれ耐食性を評価した。
その結果を、アルマイト処理について表１５に、及びメ
ッキ処理については表１６に示した。下記表に示す結果
から、いずれの方法でもアルミニウム被覆層上にアルマ
イト層又はメッキ層を形成した本発明の半導体基板材料
は、優れた耐食性を示すことが判る。
【０１７３】
【表１５】アルマイト処理による耐食性 試 料 耐熱試験評価 塩水試験評価 36−7 ○ ○ 36−8 ○ ○ 36−9 ○ ○ 36−10 ○ ○ 42−7 ○ ○ 42−8 ○ ○ 42−9 ○ ○ 42−10 ○ ○
【０１７４】
【表１６】メッキ処理による耐食性 試 料 耐熱試験評価 塩水試験評価 36−7 ○ ○ 36−8 ○ ○ 36−9 ○ ○ 36−10 ○ ○ 42−7 ○ ○ 42−8 ○ ○ 42−9 ○ ○ 42−10 ○ ○
【０１７５】実施例１８ 上記実施例１５と同様の方法により、Ｓｉを６０重量％
含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末（実施例１５の試料３６）
と、Ｓｉを４０重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金粉末に対
してＳｉ粉末を３０重量％添加混合したＡｌ−Ｓｉ混合
粉末（実施例１５の試料４２）を用い、同様にして各成
形体を得た。
【０１７６】各成形体に対して、有機溶媒中に分散させ
たＡｌ2Ｏ3粉末を浸漬により厚さ１００μｍに塗布し
（試料３６−１１と４２−１１）、Ａｌ粉末を溶解させ
た中にＡｌ2Ｏ3粉末を分散させ、不活性ガスを用いた溶
射により厚さ１００μｍに塗布し（試料３６−１２と４
２−１２）、有機バインダーに分散させたＡｌ2Ｏ3粉末
を印刷により厚さ１００μｍに塗布し（試料３６−１３
と４２−１３）、プラズマＣＶＤ法によりＡｌ2Ｏ3を厚
さ１００μｍに気相堆積（試料３６−１４と４２−１
４）させた。
【０１７７】このように表面にＡｌ2Ｏ3層を形成した各
成形体を、実施例１５と同様に鍛造して、全表面にＡｌ
2Ｏ3絶縁層（厚さ１００μｍ）を有するＡｌ−Ｓｉ合金
からなる鍛造体を製造した。かくして得られた各試料の
半導体基板材料について、大気中において４５０℃で３
０分間保持する耐熱試験と、３５℃の濃度５％中性塩水
を４８時間噴霧する塩水噴霧試験に供し、それぞれ耐食
性を評価し、その結果を表１７に示した。下記表１７に
示す結果から、いずれの方法でも絶縁層を形成した本発
明の半導体基板材料は、優れた耐食性を示すことが判
る。
【０１７８】
【表１７】絶縁層による耐食性 試 料 耐熱試験評価 塩水試験評価 36−11 ○ ○ 36−12 ○ ○ 36−13 ○ ○ 36−14 ○ ○ 42−11 ○ ○ 42−12 ○ ○ 42−13 ○ ○ 42−14 ○ ○
【０１７９】実施例１９ 本発明の表面にアルマイト層又はメッキ層を有する半導
体基板材料の応用例として、図７及び図８に示す各ＩＣ
パッケージについて説明する。まず、Ｓｉを６０重量％
含有するＡｌ−Ｓｉ合金溶湯を水アトマイズ法により急
冷凝固させ、急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を作製した。
得られた急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を４０μｍ以下に
篩分けした。
【０１８０】得られたＡｌ−Ｓｉ合金粉末を、成形圧力
２.５ｔ／ｃｍ2で圧縮成形し、真密度比約７４％の□３
０ｍｍの成形体とした。次に、この成形体の全表面を厚
さ１００μｍのアルミニウム箔で被覆し、５４０℃に加
熱した後、３００℃に加熱した目的形状の鍛造金型を用
いて面圧６ｔ／ｃｍ2で鍛造するすることにより熱間固
化させた。
【０１８１】得られた鍛造体は、Ａｌ−Ｓｉ合金からな
る鍛造体本体と、その全表面に形成された厚さ約１００
μｍのアルミニウム被覆層とからなり、その密度は２.
４７ｇ／ｃｍ3、熱膨張率は９.８×１０-6／℃、及び熱
伝導率は０.３０ｃａｌ／ｓｅｃ・℃・ｃｍであった。
【０１８２】かかる鍛造体に対して、一つは、硫酸浴中
電流密度１.５Ａ／ｄｍ2でアルマイト処理を行い、更に
イオン交換水で煮沸して封孔処理を行うことにより、半
導体基板材料とした。他の一つは、鍛造体をアルカリ液
で１分間アルミニウムのエッチングを行った後、表面を
亜鉛置換し、更に無電解のニッケル−リンメッキを施す
ことにより、別の半導体基板材料を得た。
【０１８３】図７のパッケージにおいて、基板１は上記
のアルマイト処理により得られた半導体基板材料、即ち
最外表面部にアルマイト層を有するアルミニウム被覆層
で覆われたＡｌ−Ｓｉ合金の半導体基板材料からなって
いる。又、図８のパッケージでは、図７のものと比較し
て基板１が異なり、この基板１は上記のメッキ処理した
半導体基板材料、即ち最外表面部にニッケル−リンメッ
キ層を有するアルミニウム被覆層で覆われたＡｌ−Ｓｉ
合金の半導体基板材料からなる。尚、その他の構造は実
施例３で説明した通りであるから省略する。
【０１８４】図７及び図８の基板１に使用されている本
発明の半導体基板材料は、上記した通り半導体チップ４
の主材料であるＳｉやパッケージ本体２の主材料である
アルミナ等との熱膨張率の差が小さいため、ＩＣ実装工
程における熱応力に基づく歪みが生じ難い。又、本発明
の半導体基板材料は熱伝導率が高く、従って基板１の熱
放散性が良好であるため、ＩＣパッケージの寿命が長
く、且つ信頼性に優れたものが得られる。
【０１８５】しかも、基板１は表面がアルマイト層又は
メッキ層からなり、耐食性に優れた表面状態をしてい
る。実際に、これらパッケージに対して、２００℃の温
度で１５分間の耐熱試験、及び−６０〜１５０℃の温度
範囲での１００サイクルのヒートサイクル試験を行った
が、異常動作は全く発生せず、外観上も何ら変化が生じ
ないことが確認された。
【０１８６】実施例２０ 上記実施例１９と同様の方法に従って、Ｓｉ含有量が６
０重量％のＡｌ−Ｓｉ合金の表面にアルミニウム被覆層
を有し、更にその表面にＮｉメッキ層を設けた半導体基
板材料を製造した。
【０１８７】この半導体基板材料を用いて図１７に示す
パッケージの底板２４を作製し、ケース２１と蓋２２を
Ａｌ−４０重量％Ｓｉ合金の表面に直接Ｎｉメッキを施
した材料で作製した。ケース２１にはリード端子用の孔
２３が設けてあり、底板２４の上にマイクロ波集積回路
基板が実装される。
【０１８８】このように、底板２４にＡｌ−６０重量％
Ｓｉ合金から実質的になる基板材料を用いることによ
り、例えばＡｌ−４０重量％Ｓｉ合金を用いた場合に比
較して、マイクロ波集積回路を構成しているＳｉとの熱
膨張率の差が小さくなり、信頼性が増すと共に、基板の
大きさを２倍に拡大することが可能となった。
【０１８９】実際に、このマイクロ波集積回路用パッケ
ージに対して、２００℃の温度で１５分間の耐熱試験、
及び−６０〜１５０℃の温度範囲での１００サイクルの
ヒートサイクル試験を行ったが、異常動作は全く発生せ
ず、外観上も何ら変化が生じないことが確認された。
【０１９０】以上の実施例１５〜２０で説明したよう
に、本発明の表面にアルミニウム被覆層を有するＡｌ−
Ｓｉ合金を用いることで、密度が２.５ｇ／ｃｍ3以下、
熱膨張率が６〜１２×１０-6／℃、及び熱伝導率が０.
２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上の特性を満足すると同
時に、アルマイト処理又はメッキ処理が可能で耐食性に
優れた半導体基板材料を提供することができる。この半
導体基板材料は、高熱伝導率と低熱膨張率を有すると共
に、軽量であって、しかも耐環境性に優れているから、
特に携帯装置向けや宇宙航空産業向けの用途にも好適で
ある。
【０１９１】
【発明の効果】本発明によれば、５０〜８０重量％のＳ
ｉを含有するＡｌ−Ｓｉ合金の溶湯から、粗大なＳｉ晶
及び酸素や不純物の少ない急冷凝固Ａｌ−Ｓｉ合金粉末
が得られ、このＡｌ−Ｓｉ合金粉末を用いることで、密
度が２.５ｇ／ｃｍ3以下、熱膨張率が１２×１０-6／℃
以下、及び熱伝導率が０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃
以上の特性を満足する半導体基板材料を、低いコストと
高い生産性にて製造することができる。
【０１９２】従って、本発明により、安価であって、熱
伝導率が高く且つ熱膨張率が低い、例えばヒートシン
ク、半導体搭載用基板、放熱基板、ハウジング等に適し
た半導体基板材料を提供でき、更には軽量であるため、
特に携帯装置向けや宇宙航空産業向けの用とにも好適な
半導体基板材料を提供することができる。
【０１９３】又、本発明によれば、軽量であって、熱伝
導率が高く且つ熱膨張率が低いＡｌ−Ｓｉ合金からな
り、耐食性並びに絶縁性やロウ付け性を付与するための
アルマイト処理やメッキ処理のような表面処理が可能な
半導体基板材料を安価に提供することができる。
【０１９４】中でもＡｌ−Ｓｉ合金の成形体表面をＡｌ
箔で覆い、これを鍛造する等の方法により、表面にＡｌ
被覆層を備えた半導体基板材料が得られ、この基板材料
はＡｌ被覆層にアルマイト処理又はメッキ処理等の表面
処理を施すことで、耐食性や絶縁性又はロウ付け性等を
付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例の半導体基板材料の製造方法における
第１の方法を示すブロック図である。
【図２】本発明例の半導体基板材料の製造方法における
第２の方法を示すブロック図である。
【図３】実施例１で得た試料７の半導体基板材料におけ
る金属組織の顕微鏡写真（４００倍）である。
【図４】実施例１と比較例１により得られた鍛造体の密
度とＳｉ含有量との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１と比較例１により得られた鍛造体の熱
膨張率とＳｉ含有量との関係を示すグラフである。
【図６】実施例１と比較例１により得られた鍛造体の熱
伝導率とＳｉ含有量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み込
んだＩＣパッケージの一具体例を示す概略断面図であ
る。
【図８】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み込
んだＩＣパッケージの他の具体例を示す概略断面図であ
る。
【図９】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み込
んだＩＣパッケージの別の具体例を示す概略断面図であ
る。
【図１０】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだ半田ボールを有するＩＣパッケージの一具体例を
示す概略断面図である。
【図１１】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだ半田ボールを有するＩＣパッケージの他の具体例
を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだモールドタイプのＩＣパッケージの一具体例を示
す概略断面図である。
【図１３】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだ放熱板を備えたＩＣパッケージの一具体例を示す
概略断面図である。
【図１４】実施例４で製造したＡｌ−７０重量％Ｓｉ合
金粉末の断面の金属組織を示す顕微鏡写真（１０００
倍）である。
【図１５】実施例４で製造したＡｌ−７０重量％Ｓｉ合
金鍛造体の金属組織を示す顕微鏡写真（４００倍）であ
る。
【図１６】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだマイクロ波集積回路用パッケージの一具体例を示
す概略断面図である。
【図１７】本発明の半導体基板材料からなる基板を組み
込んだマイクロ波集積回路用パッケージの他の具体例を
示す概略断面図である。
【図１８】本発明の表面にＡｌ被覆層を有する半導体基
板材料の製法を示すブロック図である。
【図１９】本発明の表面にＡｌ被覆層を有する半導体基
板材料の別の製法を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 基板 ２ パッケージ本体 ３ 高熱伝導樹脂 ４ 半導体チップ ５ 接合材 ６ ダイアタッチ部 ７ ボンディングワイヤ ８ 金属リードピン ９ 蓋 １０ 半田ボール １１ ポリイミドテープ １２ Ｃｕ箔回路配線 １３ サポートリング １４ 配線基板 １５ 樹脂 １６ リードフレーム １７ 絶縁フィルム １８ モールド樹脂 １９ Ａｌフィン ２０ シリコーン樹脂 ２１ ケース ２２ 蓋 ２３ 孔 ２４ 底板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−205055（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−65660（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−116753（ＪＰ，Ａ) 特表 平11−509480（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 21/02 C22F 1/043 H01L 23/14 H01L 23/373

Claims (30)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱伝導率が０.２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
    ｃ・℃以上、熱膨張率が１２×１０−６／℃以下、密度
    が２.５ｇ／ｃｍ３以下であって、Ｓｉを５０〜８０重
    量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金からなり、Ｃｕ−Ｋα１線
    のＸ線回折により１１０°〜１２０°に認められるＳｉ
    （５３１）ピークの半価幅が０ . ６°以下である半導体
    基板材料。
  2. 【請求項２】 Ｃｕ−Ｋα１線のＸ線回折により１１０
    °〜１２０°に認められるＡｌ（４２０）ピークの半価
    幅が０ . ５°以下であることを特徴とする、請求項１に
    記載の半導体基板材料。
  3. 【請求項３】 熱伝導率が０ . ２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
    ｃ・℃以上、熱膨張率が１２×１０ −６ ／℃以下、密度
    が２ . ５ｇ／ｃｍ ３ 以下であって、Ｓｉを５０〜８０重
    量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金からなり、Ｃｕ−Ｋα１線
    のＸ線回折により１１０°〜１２０°に認められるＳｉ
    （５３１）ピークの半価幅が０ . ６°以下であって、そ
    の少なくとも一表面に厚さ５〜５００μｍのＡｌ又はＡ
    ｌ合金からなるＡｌ被覆層を備えたことを特徴とする半
    導体基板材料。
  4. 【請求項４】 Ａｌ被覆層の最外層に絶縁体層を有する
    ことを特徴とする、請求項３に記載の半導体基板材料。
  5. 【請求項５】 絶縁体層がアルマイト層であることを特
    徴とする、請求項４に記載の半導体基板材料。
  6. 【請求項６】 Ａｌ被覆層の最外層にメッキ層を有する
    ことを特徴とする、請求項３に記載の半導体基板材料。
  7. 【請求項７】 請求項１〜２のいずれかに記載の半導体
    基板材料を用いたことを特徴とする半導体装置。
  8. 【請求項８】 請求項３〜６のいずれかに記載の半導体
    基板材料を用いたことを特徴とする半導体装置。
  9. 【請求項９】 熱伝導率が０ . ２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
    ｃ・℃以上、熱膨張率が１２×１０ −６ ／℃以下、密度
    が２ . ５ｇ／ｃｍ ３ 以下であって、Ｓｉを５０〜８０重
    量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金からなる半導体基板材料の
    製造方法であって、Ｓｉを５０重量％以下含有するＡｌ
    −Ｓｉ合金溶湯を噴霧法により急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ
    合金粉末とする工程と、該Ａｌ−Ｓｉ合金粉末にＳｉ粉
    末を添加混合してＳｉを５０〜８０重量％含有する混合
    粉末を得る工程と、得られた混合粉末を圧縮成形して成
    形体を作製する工程と、該成形体を固化する工程とを備
    えたことを特徴とする前記半導体基板材料の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記急冷凝固時の凝固速度が１０ ２ ℃
    ／秒以上であることを特徴とする、請求項９に記載の半
    導体基板材料の製造方法。
  11. 【請求項１１】 熱伝導率が０ . ２８ｃａｌ／ｃｍ・ｓ
    ｅｃ・℃以上、熱膨張率が１２×１０ −６ ／℃以下、密
    度が２ . ５ｇ／ｃｍ ３ 以下であって、Ｓｉを５０〜８０
    重量％含有するＡｌ−Ｓｉ合金からなる半導体基板材料
    の製造方法であって、Ｓｉを５０〜８０重量％含有する
    Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯を凝固速度が１０ ３ ℃／秒を越える
    噴霧法により急冷凝固してＡｌ−Ｓｉ合金粉末とする工
    程と、該Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を圧縮成形して成形体を作
    製する工程と、該成形体を固化する工程とを備えたこと
    を特徴とする半導体基板材料の製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記Ａｌ−Ｓｉ合金溶湯を水アトマイ
    ズ法を用いて急冷凝固し、１００℃未満の温度で乾燥し
    てＡｌ−Ｓｉ合金粉末とすることを特徴とする、請求項
    １１に記載の半導体基板材料の製造方法。
  13. 【請求項１３】 急冷凝固により得られたＡｌ−Ｓｉ合
    金粉末に含まれるＳｉの粒径が３０μｍ以下であること
    を特徴とする、請求項９又は１１に記載の半導体基板材
    料の製造方法。
  14. 【請求項１４】 急冷凝固により得られたＡｌ−Ｓｉ合
    金粉末に含まれる酸素量が１重量％以下であることを特
    徴とする、請求項９又は１１に記載の半導体基板材料の
    製造方法。
  15. 【請求項１５】 急冷凝固により得られたＡｌ−Ｓｉ合
    金粉末に含まれる酸素以外の 不純物量が１重量％以下で
    あることを特徴とする、請求項９又は１１に記載の半導
    体基板材料の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記成形体の固化工程において、予め
    加熱した成形体を、加熱した金型を用いた鍛造により固
    化することを特徴とする、請求項９又は１１に記載の半
    導体基板材料の製造方法。
  17. 【請求項１７】 成形体の加熱温度４００℃以上、金型
    加熱温度１５０℃以上、鍛造圧力４ｔ／ｃｍ ２ 以上の条
    件で鍛造することを特徴とする、請求項１６に記載の半
    導体基板材料の製造方法。
  18. 【請求項１８】 成形体の加熱温度５５０℃以上、金型
    加熱温度３００℃以上、鍛造圧力４ｔ／ｃｍ ２ 未満の条
    件で鍛造することを特徴とする、請求項１６に記載の半
    導体基板材料の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記成形体の固化工程において、成形
    体を窒素雰囲気中にて５００〜５７０℃で焼結すること
    により固化することを特徴とする、請求項９又は１１に
    記載の半導体基板材料の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記成形体の固化工程において、成形
    体を金型内に配置して、通電加熱により加圧力４ｔ／ｃ
    ｍ ２ 未満で固化することを特徴とする、請求項９又は１
    １に記載の半導体基板材料の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記通電加熱をパルス電流によって行
    うことを特徴とする、請求項２０に記載の半導体基板材
    料の製造方法。
  22. 【請求項２２】 成形体の固化後、更に４００℃以上で
    １時間以上の加熱処理を行うことを特徴とする、請求項
    ９〜２１のいずれかに記載の半導体基板材料の製造方
    法。
  23. 【請求項２３】 請求項９又は１１に記載の半導体基板
    材料の製造方法において、Ｓｉを５０〜８０重量％含む
    前記混合粉末又はＡｌ−Ｓｉ合金粉末の圧縮成形時に、
    成形される少なくとも一表面に後の固化工程で前記Ａｌ
    被覆層となる前駆層を配置して圧縮成形し、得られた成
    形体を固化することにより、少なくとも一表面にＡｌ又
    はＡｌ合金からなるＡｌ被覆層を形成することを特徴と
    する半導体基板材料の製造方法。
  24. 【請求項２４】 請求項９又は１１に記載の半導体基板
    材料の製造方法において、Ｓｉを５０〜８０重量％含む
    前記混合粉末又はＡｌ−Ｓｉ合金粉末の成形体を固化し
    た後、更にその固化体の少なくとも一表面にＡｌ又はＡ
    ｌ合金からなるＡｌ被覆層を形成することを特徴とする
    半導体基板材料の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記Ａｌ被覆層の厚みが５〜５００μ
    ｍであることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載
    の半導体基板材料の製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記前駆層が、Ａｌ又はＡｌ合金箔
    か、若しくはＡｌ又はＡｌ合金粉末であることを特徴と
    する、請求項２３に記載の半導体基板材料の製造方法。
  27. 【請求項２７】 前記Ａｌ被覆層の形成法が、浸漬塗布
    法、溶射塗布法、印刷塗布法、気相堆積法のいずれかに
    よることを特徴とする、請求項２４に記載の半導体基板
    材料の製造方法。
  28. 【請求項２８】 請求項２３又は２４に記載の半導体基
    板材料の製造方法において、前記Ａｌ被覆層の最外表面
    部に更に絶縁体層を形成することを特徴とする、半導体
    基板材料の製造方法。
  29. 【請求項２９】 前記絶縁体層の形成法が、陽極酸化
    法、浸漬塗布法、溶射塗布法、印刷塗布法、気相堆積法
    のいずれかによることを特徴とする、請求項２８に記載
    の半導体基板材料の製造方法。
  30. 【請求項３０】 請求項２３又は２４に記載の半導体基
    板材料の製造方法において、前記Ａｌ被覆層の最外表面
    部に更にメッキ層を形成することを特徴とする、半導体
    基板材料の製造方法。
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