本發(fā)明涉及cumo或cuw的散熱基板、及其制造方法，所述cumo或cuw的散熱基板安裝于高性能的半導(dǎo)體組件的半導(dǎo)體封裝體(以下簡稱為封裝體，有時簡稱為pkg)的，具有(1)適于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)和(2)大的熱導(dǎo)率，并且(3)在表面具有缺陷少的金屬層。

背景技術(shù)：

對于半導(dǎo)體組件，有l(wèi)si、igbt功率半導(dǎo)體、電波/光通信用半導(dǎo)體、激光、led、傳感器等用途，根據(jù)它們所需的性能，結(jié)構(gòu)也多種多樣。半導(dǎo)體組件是由不同的線膨脹系數(shù)和不同的熱導(dǎo)率的材料構(gòu)成的、非常高精密的儀器，對于在其pkg中使用的散熱基板，也提出了許多各式各樣的復(fù)合材料、各式各樣的形狀。

對于半導(dǎo)體組件的散熱基板，在pkg的制作、半導(dǎo)體器件的軟釬焊中，為了確保性能、壽命，需要適于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)。為了使半導(dǎo)體器件的熱冷卻來確保性能、壽命，熱導(dǎo)率也需要高的值。此外，為了接合各種構(gòu)件、半導(dǎo)體器件，容易實(shí)施良好的鍍覆也是極其重要的。

另外，若對散熱基板的形狀進(jìn)行大致劃分，則有厚度3mm以下的數(shù)mm見方的底座(submount)、平板、螺紋固定平板、三維形狀等，期望容易得到這些形狀的制法。

對于高性能的散熱基板，最初使用了cu，但伴隨近些年的半導(dǎo)體組件的高性能化而放熱量增大，目前為止的cu線膨脹系數(shù)過大，因而在pkg的制造工序和耐久性、進(jìn)而半導(dǎo)體器件的性能和壽命方面出現(xiàn)了問題。因此，要求具有與高性能半導(dǎo)體組件相對應(yīng)的線膨脹系數(shù)的散熱基板。

作為其對策，開發(fā)了能夠變更/調(diào)整線膨脹系數(shù)、能夠?qū)?yīng)于高性能半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)的cuw系的散熱基板，且為了降低成本和獲得高熱導(dǎo)率而開發(fā)了cumo系的散熱基板。進(jìn)而，作為制作pkg需要輕量化而無銀硬釬焊的情況下的應(yīng)對方式，開發(fā)了alsic。然而，這些復(fù)合材料均存在如下問題：若想得到適合于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)，則與cu相比熱導(dǎo)率大幅減少。

cuw系散熱基板在室溫25℃(以下簡記為rt)以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下，是適合作為半導(dǎo)體組件用的線膨脹系數(shù)。因此，在制作pkg時，可以在800℃的高溫下對線膨脹系數(shù)不同的各種構(gòu)件實(shí)施銀硬釬焊。另外，在作為半導(dǎo)體器件用途使用時，在200℃以上且400℃以下的溫度下進(jìn)行軟釬焊也沒有問題，進(jìn)而，也可對應(yīng)于一直以來在半導(dǎo)體組件中使用的si、gaas器件的結(jié)溫。因此，cuw被用于ic、lsi、功率半導(dǎo)體、通信用半導(dǎo)體、光器件、激光、傳感器等廣泛的半導(dǎo)體組件中。

另外，即使在不需要銀硬釬焊的半導(dǎo)體組件的情況下，在半導(dǎo)體器件的軟釬焊和結(jié)溫方面也要求具有適合的線膨脹系數(shù)。若為在rt以上且800℃以下的范圍的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下的cuw，則不會出現(xiàn)起因于線膨脹系數(shù)的問題，因此cuw被廣泛地用于更多的半導(dǎo)體組件中。

然而，cuw存在如下問題：在rt下的熱導(dǎo)率為200w/m·k以下，與cu相比大幅減小，于是進(jìn)行了熱導(dǎo)率的改善。雖然進(jìn)行了通過將cu的比例增加至30wt％cu的cuw(圖1、表1)來使熱導(dǎo)率提高的開發(fā)，但溫度增高時線膨脹系數(shù)超過10ppm/k，因出現(xiàn)這樣的問題而未實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

[表1]

另一方面，cumo具有如下優(yōu)點(diǎn)：mo比w的比重小且粉末價(jià)格也便宜，但由于與cu的潤濕性差，因而存在如下問題：在利用熔滲法、燒結(jié)法制造時，相對密度(實(shí)際的密度相對于假定原料粉末完全致密化了的狀態(tài)的理論密度的比)變小，無法得到滿足作為散熱基板所需的特性、品質(zhì)的材料。因此，開發(fā)了通過實(shí)施鍛造、熱壓(hp)、軋制等來制造相對密度為99％以上且熱導(dǎo)率200w/m·k以上的散熱基板的技術(shù)并實(shí)用化(表1)。然而，cumo的情況也會產(chǎn)生如下問題：增加了cu的比例的50wt％cu以上的高熱導(dǎo)率材料(表1)，在溫度增高時，線膨脹系數(shù)超過10ppm/k。

進(jìn)而，由半導(dǎo)體組件的技術(shù)進(jìn)步帶來的高性能化使得si器件的結(jié)溫從125℃上升至175℃，由此而進(jìn)行了采用可在高溫下工作的gan、sic器件的研究。然而，對于散熱基板而言，在某溫度下需要程度多高的熱導(dǎo)率，尚未公開明確的溫度、值。散熱基板制造商開發(fā)了在rt或100℃下具有250w/m·k以上的熱導(dǎo)率、且為了實(shí)現(xiàn)最終的ni系鍍覆性的提高的cu/cumo/cu、cu/mo/cu、多層cu/mo/cu等包層材料。然而，基于如下情況可知半導(dǎo)體組件的壽命、性能存在問題：由于雙金屬現(xiàn)象而發(fā)生翹曲；該高熱導(dǎo)率材料在100℃以上且200℃以下的溫度下線膨脹系數(shù)存在高的峰(圖1)且該值超過10ppm/k；此外由于在截面具有低熱導(dǎo)率的mo層而使厚度方向的熱導(dǎo)率減小。

對目前為止所開發(fā)的cuw、cumo、alsic的散熱基板進(jìn)行調(diào)查并研究了所必需的特性。

圖1中示出cuw、cumo的代表性的散熱基板的溫度與線膨脹系數(shù)的關(guān)系的圖。表1中示出了現(xiàn)有的散熱基板在rt下的線膨脹系數(shù)、和在rt以上且800℃以下的范圍內(nèi)的最大線膨脹系數(shù)、和在rt下的熱導(dǎo)率的關(guān)系。

由該調(diào)查結(jié)果可知：散熱基板在rt以上且800℃以下的范圍的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以上的情況下，有時會在pkg制造、半導(dǎo)體組件的性能方面產(chǎn)生問題。另外，可知：對于散熱基板的熱導(dǎo)率而言，要求在半導(dǎo)體器件達(dá)到結(jié)溫時的散熱基板的溫度下的值高。

另外還可知：現(xiàn)有的cuw、cumo、alsic的散熱基板材料在比rt高的溫度下熱導(dǎo)率均進(jìn)一步變小，因此目前不存在如下的散熱基板材料：在rt以上且800℃以下的范圍內(nèi)的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下、且在從100℃至200℃的范圍內(nèi)為250w/m·k以上。

近些年，開始使用結(jié)溫達(dá)到200～225℃的高溫的gan、sic器件。用于這些器件的散熱基板為高熱導(dǎo)率、且尺寸大，因此散熱基板的溫度比半導(dǎo)體器件的溫度低?？芍航Y(jié)溫為225℃時，散熱基板的溫度會達(dá)到200℃左右，因此需要在200℃下的熱導(dǎo)率高的散熱基板材料。另外，為了確保半導(dǎo)體組件的性能，而強(qiáng)烈期待開發(fā)出在200℃下的線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下的散熱基板。

半導(dǎo)體器件向gan、sic的轉(zhuǎn)移使得結(jié)溫變?yōu)槌^200℃的值，超過了樹脂的使用極限溫度。雖然也研究半導(dǎo)體組件的設(shè)計(jì)通過制成使用了大型的散熱基板的pkg而開發(fā)了不會達(dá)到樹脂的極限溫度的半導(dǎo)體組件，但由于大型且價(jià)格昂貴，存在不經(jīng)濟(jì)的問題。因此，需要對陶瓷等耐熱性高的構(gòu)件進(jìn)行了銀硬釬焊的pkg。cuw、cumo具有與cu相同程度的可銀硬釬焊的耐熱性，但存在比cu的熱導(dǎo)率還小這樣的問題。因此，期待開發(fā)出如下散熱基板：在維持被視為適合的線膨脹系數(shù)的、在rt以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下這樣的必要條件的同時在200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上。然而，目前并不存在符合上述必要條件的cuw、cumo的散熱基板材料。

由于alsic的耐熱性不足，因而無法銀硬釬焊，且隨著溫度增高主要成分的sic的熱導(dǎo)率會大幅降低，因此作為高性能半導(dǎo)體組件的散熱基板存在問題。

另外，對于金屬金剛石系的散熱基板材料，雖然有滿足要求特性的散熱基板材料，但存在難以確保ni系鍍覆的品質(zhì)，此外價(jià)格昂貴而不適合實(shí)用化這樣的問題。

此外，對于高性能組件的散熱基板而言，存在如下問題：在對半導(dǎo)體器件進(jìn)行軟釬焊時，若孔隙多則阻礙冷卻，發(fā)生由半導(dǎo)體器件的熱導(dǎo)致的破壞、剝離。cuw、cumo中的mo/w露出的面與最終的ni系鍍覆的密合性差，因此為了改善密合性而通過實(shí)施在每次鍍覆時進(jìn)行熱處理的多層鍍覆處理以試圖解決問題。由于像這樣對散熱基板的表層進(jìn)行良好的最終的ni系鍍覆，因此現(xiàn)有的cuw、cumo要實(shí)施多次鍍覆處理和熱處理，因而存在鍍覆費(fèi)用高這樣的問題。

(現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)查)

截至目前，進(jìn)行了用于試圖提高cumo、cuw的熱導(dǎo)率的研究開發(fā)并作了報(bào)告。

專利文獻(xiàn)1中公開了：對10wt％cu的cuw的散熱基板實(shí)施ni-p鍍覆并對陶瓷進(jìn)行了銀硬釬焊的lsi的半導(dǎo)體組件。

專利文獻(xiàn)2中公開了：利用熔滲法制造的、在相對密度100％的5～22wt％cu的cuw上接合了陶瓷的半導(dǎo)體組件。另外還記載了：無論cu多或少，半導(dǎo)體組件的制造、性能均出現(xiàn)問題。

專利文獻(xiàn)3中公開了：對增加cu量并使用粗粒的w粉末來形成骨架、熔滲了cu的cuw而言提高了熱導(dǎo)率的散熱基板。

然而，使用粗粒的w粉末來制作相對密度高的cuw的難度很高。另外，熱導(dǎo)率大的材質(zhì)的cu為30wt％以上(圖1)，與一直以來的30wt％cuw相同地存在在高溫下的線膨脹系數(shù)變大這樣的問題。

專利文獻(xiàn)4中公開了：對利用燒結(jié)法制造的相對密度為90～98％、10～70wt％cu的cumo進(jìn)行軋制加工而成的散熱基板。

cumo的線膨脹系數(shù)與cuw相同時，熱導(dǎo)率差，另外，存在如下問題：為了制成作為適合的線膨脹系數(shù)(適于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù))的10ppm/k以下而設(shè)為50wt％cu以下的組成時，難以利用燒結(jié)法制作相對密度90％以上的復(fù)合材料。

專利文獻(xiàn)5中公開了：通過熱壓(以下簡記為hp)分多階段制造cu/mo/cu、cu/w/cu的散熱基板的方法。

專利文獻(xiàn)6中公開了：cu/cuw/cu、cu/cumo/cu的散熱基板、及使用其的半導(dǎo)體組件。

專利文獻(xiàn)7中公開了：使用0.5～8μm的mo粉末、50μm的cu粉末，利用燒結(jié)法制造相對密度90％以上的復(fù)合材料，在650℃以上利用一軸和多軸進(jìn)行了軋制的良好率高的(裂紋、斷裂少的)散熱基板的制造方法。然而，在650℃以上的軋制在表層和內(nèi)部會發(fā)生cu、mo的氧化而產(chǎn)生裂紋，被軋制性未必好。而且，熱導(dǎo)率也非常不穩(wěn)定，因此作為散熱基板存在問題。

專利文獻(xiàn)8中公開了：對利用燒結(jié)法制造的cumo進(jìn)行鍛造而使相對密度提高，對其進(jìn)行軋制而制造的、線膨脹系數(shù)為12ppm/k以下的、在200℃下的熱導(dǎo)率為230w/m·k以上的散熱基板、及使用其的半導(dǎo)體組件。

然而，若對相對密度低的cumo的復(fù)合材料進(jìn)行冷鍛，會發(fā)生斷裂。另外，在進(jìn)行熱鍛時在表層和內(nèi)部的cu、mo發(fā)生氧化而容易產(chǎn)生裂紋，被軋制性未必好。進(jìn)而，熱導(dǎo)率也非常不穩(wěn)定，因此作為散熱基板存在問題。

專利文獻(xiàn)9中公開了：通過冷軋或溫軋對使用2～6μm的mo粉末來制作骨架并利用在該骨架中浸滲cu的熔滲法制作的20～60wt％cu的cumo進(jìn)行軋制而制造的、可沖裁加工、3d形狀加工的線膨脹系數(shù)為7～12ppm/k、熱導(dǎo)率為170～280w/m·k的散熱基板。

然而，對于不在2～6μm的范圍內(nèi)的mo粉末例如1μm以下的mo粉末、超過6μm那樣的mo顆粒的情況，難以制造且可制造的范圍窄。另外，在該制法中無法得到被視為適合的線膨脹系數(shù)的、在rt以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下、且在溫度200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上的散熱基板。

專利文獻(xiàn)10中公開了：cu/mo/cu/mo/cu……cu和mo層疊而成的包層的散熱基板。另外，報(bào)告有：即使為少的mo量也可得到小的線膨脹系數(shù)、大的熱導(dǎo)率，且表層為cu而被鍍覆性優(yōu)異。

然而，在高熱導(dǎo)率的材質(zhì)中，存在如下問題：雖然在高溫下的線膨脹系數(shù)為小的值，但在100～200℃附近存在線膨脹系數(shù)的峰，超過作為適合的線膨脹系數(shù)的10ppm/k。另外，存在如下問題：相對于平面方向，厚度方向的熱導(dǎo)率小。進(jìn)而，包層材料的上下未取得平衡時，若溫度增高則結(jié)構(gòu)上因雙金屬效果而發(fā)生翹曲，因此性能和壽命出現(xiàn)問題。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平4-340752號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開平6-13494號公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2002-356731號公報(bào)

專利文獻(xiàn)4：日本特開平5-1255407號公報(bào)

專利文獻(xiàn)5：日本特開平6-268115號公報(bào)

專利文獻(xiàn)6：日本特開平6-26117號公報(bào)

專利文獻(xiàn)7：日本特開平10-72602號公報(bào)

專利文獻(xiàn)8：日本特開平11-26966號公報(bào)

專利文獻(xiàn)9：日本特開平11-307701號公報(bào)

專利文獻(xiàn)10：日本特開2010-56148號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

半導(dǎo)體組件正逐漸高性能化，對于作為散熱基板具有成效的cumo或cuw，強(qiáng)烈期望開發(fā)出如下的散熱基板：適合作為半導(dǎo)體組件用散熱基板的線膨脹系數(shù)的rt以上且800℃以下的范圍的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下、在200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上。

以往，對于cuw，嘗試了通過增加cu的比例、使用粗粒粉來提高熱導(dǎo)率，但這樣的高熱導(dǎo)率材料存在在高溫下的線膨脹系數(shù)大于適合作為散熱基板的值的10ppm/k的問題而尚未實(shí)用化。

另外，對于cumo也嘗試了通過增加cu的比例、制成包層材料來提高熱導(dǎo)率，但這樣的高熱導(dǎo)率材料也存在線膨脹系數(shù)大于適合作為散熱基板的值的10ppm/k這樣的問題，作為散熱基板的用途受到限制。

本發(fā)明人進(jìn)行了現(xiàn)有的cumo和cuw的各種散熱基板的技術(shù)調(diào)查、測定。表1中示出了在rt以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)與在rt下的熱導(dǎo)率的關(guān)系圖。

沒有發(fā)現(xiàn)滿足熱導(dǎo)率為250w/m·k以上這樣的條件的材質(zhì)。另外，溫度從rt上升至100℃時熱導(dǎo)率變小。進(jìn)而，達(dá)到200℃時熱導(dǎo)率會進(jìn)一步變小。因此，一直以來認(rèn)為不可能有滿足在200℃下熱導(dǎo)率為250w/m·k以上的材質(zhì)。

用于解決問題的方案

為了解決這樣的問題，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：通過對由粗粒的mo或w、和cu構(gòu)成的cumo或cuw的合金復(fù)合體進(jìn)行致密化，然后進(jìn)行橫軋，從而可得到在平行于表面的面內(nèi)的任意方向上、在rt以上且800℃以下的線膨脹系數(shù)的最大值為10ppm/k以下、在200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上的散熱基板。

即，本發(fā)明的散熱基板的特征在于：

以將mo或w、和cu作為主要成分的合金復(fù)合體為主體，

在平行于表面的面內(nèi)的任意方向上、在25℃以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下、在200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上。

另外，本發(fā)明的散熱基板的制造方法的特征在于：

制作將mo或w、和cu的混合顆粒作為主要成分的合金復(fù)合體，

對所述合金復(fù)合體進(jìn)行致密化，

對所述致密化后的合金復(fù)合體進(jìn)行橫軋。

此處，“合金復(fù)合體”是指如將金屬的粉體、顆粒的混合物壓實(shí)而成的物質(zhì)；向金屬的粉體群、顆粒群中流入熔融金屬并使其固化而成的物質(zhì)那樣，具有一定的自支撐的形狀的復(fù)合體。本發(fā)明的合金復(fù)合體可以通過例如對上述混合顆粒進(jìn)行模壓并燒結(jié)來制作。另外，還可以利用熔滲法等其它方法來制作合金復(fù)合體。

已知的是：使用mo/w的粗粒粉并利用粉末冶金法來制造合金復(fù)合體時，電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等特性提高。然而，使用粗粒的mo/w來制造高的相對密度(實(shí)際的合金復(fù)合體的密度相對于假定原料粉末完全致密化了的狀態(tài)的理論密度的比)的合金復(fù)合體是非常難的，一直以來使用10μm以下的微粒粉末，進(jìn)行制造條件的最優(yōu)化來制作散熱基板。對于cuw的情況，利用熔滲法能夠制造出可作為散熱基板使用的相對密度為99％以上的散熱基板。另一方面，對于cumo的情況，因cu對mo的潤濕性差而難以制作相對密度為99％以上的散熱基板，因此首先制作90％以上的合金復(fù)合體，對其進(jìn)行加熱并鍛造、軋制等，從而可得到相對密度為99％以上的散熱基板。

mo/w為粗粒時，即使利用cuw的熔滲法也僅能得到相對密度小的合金復(fù)合體。對于cumo的情況，僅能得到相對密度更小的合金復(fù)合體，因此存在如下問題：在利用溫軋、熱軋進(jìn)行軋制時，在合金復(fù)合體的表層部、端部產(chǎn)生裂紋、斷裂，由軋制材料得到的良好的部分的量變少。其原因在于：對相對密度小的合金復(fù)合體進(jìn)行溫軋、熱軋的軋制時，由于強(qiáng)度不足，另外，由于在加熱時表層、內(nèi)部的cu、mo、w發(fā)生氧化，因而會產(chǎn)生缺陷。

進(jìn)而，為了得到用于進(jìn)行良好的軋制的致密的合金復(fù)合體，存在需要為高溫且高的壓力、需要大型的裝置、制作大尺寸的合金復(fù)合體的難度增大的問題。

特別是，cumo比cuw輕，且mo粉末價(jià)格便宜。然而，與w相比，mo對cu的潤濕性差，粗粒的mo粉末的情況難以得到均可利用熔滲法、燒結(jié)法進(jìn)行軋制的合金復(fù)合體。因此，存在如下問題：即使進(jìn)行軋制，制造cumo的難度也高這樣的問題。然而，與cuw相比，cumo中mo的原料費(fèi)用便宜，且作為散熱基板為輕量，具有最多的使用效果，因此強(qiáng)烈要求cumo的在rt以上且800℃以下的線膨脹系數(shù)的最大值為10ppm/k以下、在200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上的散熱基板。另一方面，cuw的機(jī)械加工性優(yōu)異，因此要求能夠用于3d形狀品的散熱基板。

本發(fā)明人使用60μm的mo粉末并利用熔滲法和燒結(jié)法來制作40wt％cu的cumo，除去這些合金復(fù)合體的表層部，重復(fù)進(jìn)行溫軋的450℃下的低壓下率的橫軋，自得到的軋制材料的良好的部分上切取測定試樣并測定線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。其結(jié)果，確認(rèn)了利用熔滲法和燒結(jié)法得到的合金復(fù)合體的測定值沒有顯著差異。

然而，由于軋制體的內(nèi)部的裂紋、氧化，與現(xiàn)有的40wt％cu的cumo相比，熱導(dǎo)率大幅減小。另外，為了確認(rèn)被鍍覆性，與現(xiàn)有的cumo相同地，針對如下2種鍍層：在對該合金復(fù)合體進(jìn)行熱處理后，通過5μm的ni鍍覆處理、熱處理、3μm的ni-b鍍覆處理進(jìn)行了多層鍍覆處理的鍍層；對合金復(fù)合體直接進(jìn)行3μm的ni-b鍍覆處理作為單層鍍覆的鍍層，進(jìn)行在大氣中、400℃下保持30分鐘的隆起試驗(yàn)，結(jié)果產(chǎn)生了多個隆起。判斷隆起的原因是由于散熱基板的表層氧化，在熱處理時產(chǎn)生mo的脫落、毛刺等缺陷。

另外，cuw的情況下，利用熔滲法和燒結(jié)法來制作合金復(fù)合體，在軋制后進(jìn)行了確認(rèn)，得到與cumo相同的結(jié)果。

另外，與上述相同地，使用60μm的mo粉末，利用熔滲法和燒結(jié)法來制作40wt％cu的cumo。除去這些合金復(fù)合體的表層部，為了防止氧化而用不銹鋼(以下簡記為sus)制的盒子通過裝罐進(jìn)行密封(圖2)，在800℃下進(jìn)行橫軋來制作相對密度99％以上的合金復(fù)合體。將該合金復(fù)合體從sus盒子中取出，并在氫氣中在950℃下進(jìn)行60分鐘的固相燒結(jié)，從而使氧化物還原而修復(fù)了軋制時的缺陷。然后，形成厚度10μm的cu鍍覆，在450℃下重復(fù)溫軋的橫軋。最后，在氫氣中在400℃下進(jìn)行10分鐘的熱處理，然后，通過輕微的冷軋對表面進(jìn)行調(diào)整。而且，分別自利用熔滲法和燒結(jié)法制作的材料上切取試樣來測定線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。線膨脹系數(shù)與現(xiàn)有的40wt％cu的cumo沒有顯著差異，但熱導(dǎo)率大幅提高。另外，針對如下2種鍍層：在對該合金復(fù)合體進(jìn)行熱處理后，通過5μm的ni鍍覆處理、熱處理、3μm的ni-b鍍覆處理來實(shí)施多層鍍覆的鍍層；對合金復(fù)合體直接進(jìn)行3μm的ni-b鍍覆處理作為單層鍍覆的鍍層，進(jìn)行在大氣中、在400℃下保持30分鐘的隆起試驗(yàn)，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)隆起。

另外，cuw的情況下，也利用熔滲法和燒結(jié)法來制作合金復(fù)合體，進(jìn)行致密化并進(jìn)行cu鍍覆處理，在軋制后進(jìn)行了確認(rèn)，得到與cumo相同的結(jié)果。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，通過在對由粗粒的mo/w、和cu構(gòu)成的cumo、cuw的致密化了的合金復(fù)合體進(jìn)行固相燒結(jié)后進(jìn)行橫軋，從而可得到滿足如下條件的材料：在平行于表面的面內(nèi)的任意方向上、在rt以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)為10ppm/k以下、且200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上。

另外，對于最終的ni系鍍覆的品質(zhì)而言，在表面具有cu層的情況下，可與cu的散熱基板相同地直接進(jìn)行最終的ni系鍍覆處理，因而很經(jīng)濟(jì)。

利用本發(fā)明的制造方法，可得到高熱導(dǎo)率且線膨脹系數(shù)小，且鍍覆處理容易的cumo和cuw的散熱基板。

本發(fā)明創(chuàng)新性地通過對使用粗粒的mo/w的粉末而成的cumo、cuw進(jìn)行橫軋，從而得到低熱膨脹且高熱導(dǎo)率的cumo、cuw的散熱基板。

進(jìn)而，對于使用不進(jìn)行銀硬釬焊的pkg的半導(dǎo)體組件而言，也需要應(yīng)對軟釬焊、結(jié)溫。本發(fā)明的cumo和cuw的散熱基板具有適于它們的線膨脹系數(shù)和大的熱導(dǎo)率，因此可用于廣范圍的半導(dǎo)體組件的存儲器、ic、lsi、功率半導(dǎo)體、通信用半導(dǎo)體、光器件、激光、led、傳感器等。

針對本發(fā)明的cumo、cuw的散熱基板的各實(shí)施方式，表2中示出了在rt以上且800℃以下的最大線膨脹系數(shù)和在溫度200℃下的熱導(dǎo)率。另外，還同時示出比較材料的值。

[表2]

附圖說明

圖1是示出cuw、cumo的代表性的散熱基板的溫度和線膨脹系數(shù)的關(guān)系的圖。

圖2是用sus盒子進(jìn)行裝罐的結(jié)構(gòu)的截面圖。

具體實(shí)施方式

(原料)

通過使用了粗粒的mo/w的cumo、cuw，變得可以制作熱導(dǎo)率大的散熱基板。在本實(shí)施方式中，只要mo/w的顆粒的90％以上為15μm以上且200μm以下的范圍的大小即可，剩余的10％中即使包含不在該范圍內(nèi)的大小的粉末也沒問題。包含10％以上的15μm以下大小的顆粒時，無法實(shí)現(xiàn)作為適合的線膨脹系數(shù)的10ppm/k以下、且在溫度200℃下的熱導(dǎo)率為250w/m·k以上。另外，包含10％以上的200μm以上大小的顆粒時，熱導(dǎo)率的提高效果降低、且粉末的價(jià)格也大幅提高。另一方面，對cu粉末沒有特別指定，5μm以上且10μm以下的電解銅粉是適合的。

(組成)

與cumo、cuw相同地，組成只要滿足具有(1)適于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)、和(2)大的熱導(dǎo)率就沒有特別指定。另外，只要滿足對于線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率所要求的特性，即使混合w和mo也無妨。

對于添加金屬而言，已經(jīng)報(bào)告有通過添加適合的金屬使熔滲性、燒結(jié)性提高，只要滿足(1)適于半導(dǎo)體組件的線膨脹系數(shù)、和(2)具有大的熱導(dǎo)率，對于添加金屬的元素、量沒有特別指定。然而，因添加金屬而使熱導(dǎo)率降低，因此金屬的添加并不優(yōu)選。因此，在本實(shí)施方式中，雖然制作合金復(fù)合體的難度增加，但沒有添加金屬，得到了高的熱導(dǎo)率。

(合金復(fù)合體)

使用粗粒的mo粉末/w粉末、和cu時，cumo、cuw無論熔滲法和燒結(jié)法的何種制法，只要使用相同程度大小的mo粉末、w粉末在軋制后可得到相對密度為99％以上的合金復(fù)合體，特性等就沒有顯著差異，因此可以是任意的制法，選擇經(jīng)濟(jì)的方式即可。

(致密化)

為了通過橫軋得到散熱基板，需要相對密度高的致密的合金復(fù)合體，但對于致密化的方法沒有特別指定。為了將cumo、cuw的相對密度致密化至99％以上，通常需要高的溫度和壓力。可以采用例如熱壓、鍛造這樣的方法，但裝置大型而并不經(jīng)濟(jì)。另外，熱鍛時合金復(fù)合體的表層、內(nèi)部的cu、mo/w發(fā)生氧化，故而不優(yōu)選。

另一方面，通過在加熱軋制后進(jìn)行固相燒結(jié)來使合金復(fù)合體致密化的方式中，其后的制造工序也是軋制(后述的橫軋)，因而是有效的方法。然而，相對密度低的合金復(fù)合體的情況，如果不防止氧化則存在在軋制時表層、內(nèi)部發(fā)生氧化這樣的問題。因此，為了防止氧化和防止外周破裂而將合金復(fù)合體收納(裝罐)在sus的盒子中并進(jìn)行脫氣，對其進(jìn)行軋制，從而致密化至相對密度99％以上，可得到適于之后的橫軋的合金復(fù)合體。需要說明的是，通過預(yù)先根據(jù)事先的實(shí)驗(yàn)對條件進(jìn)行了最優(yōu)化，從而能夠?qū)κ瓜鄬γ芏瘸蔀?9％以上的工序進(jìn)行管理。通過進(jìn)而進(jìn)行裝罐而能夠?qū)⒑辖饛?fù)合體的外周的破裂、龜裂限定在最小限度，因此能夠提高橫軋的成品率。進(jìn)而，將該合金復(fù)合體在氫氣中在在cu的熔點(diǎn)以下的溫度下進(jìn)行固相燒結(jié)時，能夠進(jìn)行mo/w和cu的顆粒表面的剝離的修復(fù)、由殘存氧氣產(chǎn)生的氧化物的還原，成為適于軋制的合金復(fù)合體。作為固相燒結(jié)的條件，在氫氣中在800℃以上且低于cu的熔點(diǎn)(低于作為合金復(fù)合體的主要成分的全部金屬的熔點(diǎn))的溫度下保持60分鐘是適合的。通過該固相燒結(jié)而可進(jìn)行良好的軋制，可得到即使在800℃的銀硬釬焊的高溫下也不會產(chǎn)生合金復(fù)合體的鍍覆隆起等問題的致密的散熱基板。

需要說明的是，還有如下方法：使用相對密度低的合金復(fù)合體，對其重復(fù)進(jìn)行低的壓下率的軋制和固相燒結(jié)而使相對密度成為99％以上，從而得到適于橫軋的合金復(fù)合體，但該方法費(fèi)事且不經(jīng)濟(jì)。

(表層的cu鍍覆)

如50％以下的mo/60％以下的w、余量為cu的cumo/cuw那樣為cu多的組成的情況下，在進(jìn)行軋制時未必需要表層的cu鍍覆。然而，cu變少時，mo/w的顆粒彼此接觸的部位、重疊的部位變多，在軋制時會產(chǎn)生mo/w的顆粒的脫落、毛刺這樣的現(xiàn)象。該問題可以通過在實(shí)施cu鍍覆處理后進(jìn)行軋制得到改善。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，鍍覆的厚度為10μm以下是適合的，但有時過薄至3μm以下時無法發(fā)揮出效果。通過軋制，鍍覆層變薄，但只要最終整體上殘存1μm左右的cu層，最終的ni鍍覆就不會有問題。

另外，還可以通過增加cu鍍覆的厚度來制成與cu/cumo/cu、cu/cuw/cu相同的包層結(jié)構(gòu)。需要說明的是，包層結(jié)構(gòu)是指分別在合金復(fù)合體的表面和背面形成了1個至多個金屬層的結(jié)構(gòu)。使用這樣的包層結(jié)構(gòu)的散熱基板時，能夠提高對在散熱基板的最終工序中實(shí)施的ni系鍍覆處理的適應(yīng)性(ni系鍍覆的密合性)，能夠制造形成有高品質(zhì)的ni系鍍覆的散熱基板。

(橫軋)

橫軋時，在非氧化或還原氣氛中，將加熱至300℃以上的溫度的合金復(fù)合體在x軸方向和y軸方向(x軸和y軸均是平行于表面的面內(nèi)規(guī)定的軸，厚度方向規(guī)定為z軸)上交替軋制。通過該橫軋，在平行于表面的面內(nèi)的任意方向上(在該面內(nèi)的、除了進(jìn)行橫軋的x軸和y軸以外的方向)、在rt以上且800℃以下的范圍內(nèi)的最大線膨脹系數(shù)變小且穩(wěn)定，熱導(dǎo)率也提高且穩(wěn)定。軋制僅為一軸的情況下，進(jìn)行了橫軋的方向(例如x軸方向)、和與其正交的y軸方向的線膨脹系數(shù)之差變大，不適合作為散熱基板。優(yōu)選在x軸方向和y軸方向上交替進(jìn)行橫軋。通過該橫軋，分布在合金復(fù)合體的內(nèi)部的mo或w的顆粒成為在與散熱基板的表面平行的面內(nèi)擴(kuò)散成圓盤狀的扁平的形狀。在該階段的合金復(fù)合體的壓下率(即，基于致密化和橫軋這兩個工序的壓下率)為50％～80％。如上所述，mo/w的顆粒的90％以上為15μm以上且200μm以下的范圍的大小。因此，使mo和w的顆粒形狀近似于球體(體積：4/3πr³。r為球的半徑)、使橫軋后(壓下率p)的顆粒形狀近似于圓盤板狀體(體積：r×(1-p)×πr'³。r'為橫軋后的圓盤板狀體的底面的圓的半徑)時，橫軋后的顆粒在平行于散熱基板的表面的面內(nèi)為約17μm(將半徑15μm的球狀顆粒作為原料，以壓下率50％進(jìn)行橫軋時的大小)～約366μm(將半徑200μm球狀顆粒作為原料，以壓下率80％進(jìn)行橫軋時的大小)。

從以往的效果來看，只要x軸方向和y軸方向的線膨脹系數(shù)的差在20％以下在使用上就沒有問題，但若產(chǎn)生其以上的差時，會在使用上出現(xiàn)制約。適當(dāng)?shù)剡x擇材質(zhì)和組成以及所使用的mo和w的粉末的形狀，對橫軋條件進(jìn)行最優(yōu)化，從而可得到滿足要求特性的散熱基板。

然而，只要得到的散熱基板在x軸方向和y軸方向的線膨脹系數(shù)的差為20％以下，就與橫軋時的x軸方向和y軸方向的軋制順序、軋制次數(shù)無關(guān)。另外，本實(shí)施方式在正交的2個方向(x軸方向和y軸方向)上進(jìn)行了軋制，但該橫軋的目的在于使在平行于表面的面內(nèi)的任意方向上的線膨脹系數(shù)減小至10ppm/k以下、且使其各向異性減小。即，只要能達(dá)成其目的，也可以是在非平行的多個方向(即，交叉的多個方向)上的橫軋，并非僅限定于在正交的2個方向上的橫軋。

需要說明的是，對于相對密度99％以上的合金復(fù)合體，有時厚度變?yōu)檐堉魄暗?/5以下時，扁平化了的mo/w斷開、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率產(chǎn)生偏差，因此期望在厚度超過軋制前的合金復(fù)合體的厚度的1/5的階段停止軋制。

雖然冷軋、溫軋、和熱軋的軋制均可以使用，但冷軋時無法獲得高的壓下率，因而生產(chǎn)率低。cumo理想的是400℃左右的溫軋，cuw的情況理想的是600℃左右的熱軋。另外，為了除去表層的氧化物而在每次軋制時進(jìn)行酸洗、還原處理、或拋光等的話，可改善被軋制性。通過在氫氣中在熱處理后進(jìn)行冷軋，從而可得到表面狀態(tài)良好的、適于散熱基板的狀態(tài)的完成品。

(最終鍍覆)

雖然mo/w的被鍍覆性未必好，但為了防止在進(jìn)行銀硬釬焊、軟釬焊時浸蝕cumo、cuw中的cu這樣的問題，可實(shí)施最終的ni系的鍍覆。高檔品的情況下，為了提高半導(dǎo)體器件的軟釬焊性以及為了提高商品價(jià)值，也可以在最終的ni系鍍覆的基礎(chǔ)上實(shí)施au鍍覆處理。需要說明的是，ni系鍍覆是指ni、ni合金的鍍覆。

cu的散熱基板的情況下，通過不進(jìn)行熱處理地進(jìn)行1次直接ni系鍍覆處理足矣，但cumo、cuw的情況下，由于在mo/w的露出面的被鍍覆性差，因此可進(jìn)行熱處理+ni鍍覆+熱處理+ni鍍覆這樣的多層鍍覆處理，但工序長而費(fèi)時、費(fèi)成本。對于本實(shí)施方式的散熱基板，也可同樣地實(shí)施多層鍍覆處理，但在軋制前殘存實(shí)施的cu鍍覆層的情況下，也可僅直接實(shí)施1次最終ni系鍍覆處理。

(其它)

對于半導(dǎo)體組件，散熱基板和半導(dǎo)體器件的焊接接合部的品質(zhì)尤為重要，要求嚴(yán)格的孔隙率。作為焊料，半導(dǎo)體器件的情況主要使用與無pb化和高溫化對應(yīng)的ausn(熔點(diǎn)280℃)、ausi(熔點(diǎn)363℃)的焊料，200℃以上的半導(dǎo)體器件的情況期望進(jìn)一步的高品質(zhì)，因此有時也對進(jìn)行了au鍍覆的散熱基板實(shí)施軟釬焊。

對于cu、cumo、cuw，已開發(fā)了對應(yīng)于它們的最終的ni系的鍍覆，本發(fā)明中具有cu鍍覆層的情況下直接實(shí)施最終的3μm的ni-b鍍覆處理，進(jìn)行其隆起試驗(yàn)，從而可進(jìn)行品質(zhì)的管理。然而，與現(xiàn)有的cumo、cuw相同地，多數(shù)情況也期望進(jìn)行多層的最終ni系鍍覆，在此情況下也可通過隆起試驗(yàn)進(jìn)行品質(zhì)的確認(rèn)和管理。有如下見解：只要隆起試驗(yàn)沒有問題就不會發(fā)生ag硬釬焊、焊接接合、使用上的問題。

＜散熱基板的評價(jià)＞

(線膨脹系數(shù)的測定)

通過放電加工(以下簡記為wedm)自上述橫軋后的合金復(fù)合體上切取x軸方向10mm×y軸方向4mm×厚度(z軸方向)2～2.5mm的試樣，使用線膨脹系數(shù)測定裝置(seikoinstrumentsinc.制)來進(jìn)行rt～800℃的范圍的線膨脹系數(shù)的測定，采用x軸和y軸上大的數(shù)值作為其值。

(熱導(dǎo)率的測定)

通過wedm自上述橫軋后的合金復(fù)合體上切取×厚度2～2.5mm的試樣，使用激光閃光法的熱導(dǎo)率測定裝置(ulvac-riko,inc.制tc-7000)并在氫氣中在200℃下進(jìn)行熱導(dǎo)率的測定。

(鍍覆的隆起試驗(yàn))

對5mm×25mm的試樣進(jìn)行多層的ni鍍覆處理和單層的直接鍍覆處理，將它們在大氣中在400℃下保持30分鐘，使用立體顯微鏡用10倍的倍率進(jìn)行外觀觀察。而且，沒有金屬層的鍍覆的隆起的情況判斷為ok，無論大小發(fā)現(xiàn)隆起的情況判斷為ng。

實(shí)施例

(實(shí)施例1；40wt％cu的cumo、熔滲法/致密化/軋制、試樣no.6)

向平均粒度60μm的mo粉末中混合10μm的電解cu粉末3wt％、和固體石蠟1wt％，用50mm×50mm的模具對得到的混合粉末進(jìn)行壓制成型，將該成型體在氫氣中在600℃下加熱60分鐘并進(jìn)行脫蠟。進(jìn)而在氫氣中在1000℃下進(jìn)行加熱來制作骨架。在該骨架中放置cu板，在氫氣中在1250℃下加熱60分鐘從而使cu熔滲。以此方式操作由40wt％cu制作50mm×50mm×6mm的cumo合金復(fù)合體。通過切削除去在合金復(fù)合體的表層殘存的剩余的熔滲cu、表層的缺陷。將該合金復(fù)合體放入sus的盒子中并進(jìn)行脫氣后，熔接端部來進(jìn)行裝罐。在800℃下對其進(jìn)行橫軋，在合金復(fù)合體的相對密度達(dá)到99％以上時取出，在氫氣中在950℃下進(jìn)行60分鐘的固相燒結(jié)。對固相燒結(jié)后(致密化后)的合金復(fù)合體實(shí)施10μm的cu鍍覆處理，然后在400℃下進(jìn)行溫軋的橫軋，將厚度制成2mm。即，通過兩次橫軋的合金復(fù)合體的壓下率(＝(6mm-2mm)/6mm)為66.6％。

進(jìn)而，將其在氫氣中在450℃下進(jìn)行15分鐘的熱處理，然后進(jìn)行冷軋來整理表面。

分別利用對該散熱基板實(shí)施多層的ni系的鍍覆處理的樣品、實(shí)施了直接的單層ni鍍覆處理的樣品進(jìn)行隆起試驗(yàn)。

一并進(jìn)行線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的測定。

結(jié)果示于表2。

(實(shí)施例2；40wt％cu的cumo、燒結(jié)法/致密化/軋制、試樣no.7)

使用平均粒度60μm的mo粉末和10μm的電解cu粉末，以40wt％的cu和余量mo的配混比率混合粉末，用50mm×50mm的模具對得到的混合粉末進(jìn)行壓制成型。將得到的成型體在氫氣中在1250℃下液相燒結(jié)60分鐘，制作50mm×50mm×6mm的cumo合金復(fù)合體。通過切削除去合金復(fù)合體的表層的缺陷，將該合金復(fù)合體放入sus的盒子中并進(jìn)行脫氣，然后熔接端部來進(jìn)行裝罐。在800℃下對其進(jìn)行橫軋，在合金復(fù)合體的相對密度達(dá)到99％以上時取出，在氫氣中在950℃下進(jìn)行60分鐘的固相燒結(jié)。對該合金復(fù)合體實(shí)施10μm的cu鍍覆處理，然后，在400℃下進(jìn)行橫軋，得到厚度2mm的板材。即，通過兩次橫軋的合金復(fù)合體的壓下率(＝(6mm-2mm)/6mm)為66.6％。將該板材在氫氣中在450℃下進(jìn)行15分鐘的熱處理，然后進(jìn)行冷軋來整理表面。

分別利用對該散熱基板實(shí)施了ni系的多層鍍覆處理的樣品、實(shí)施了單層的直接鍍覆處理的樣品進(jìn)行隆起試驗(yàn)。

一并進(jìn)行線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的測定。

結(jié)果示于表2。

(實(shí)施例3；45wt％cu的cuw、燒結(jié)法/軋制、試樣no.20)

使用平均粒度60μm的w粉末和10μm的電解cu粉末并以45wt％的cu和余量w的配混比率混合粉末，用50mm×50mm的模具對得到的混合粉末進(jìn)行壓制成型。將該成型體在氫氣中在1250℃下液相燒結(jié)60分鐘，得到50mm×50mm×6mm的cuw合金復(fù)合體。

通過切削除去合金復(fù)合體的表層的缺陷，將該合金復(fù)合體放入sus的盒子中并進(jìn)行脫氣，然后熔接端部來進(jìn)行裝罐。在800℃下對其進(jìn)行橫軋，在合金復(fù)合體的相對密度達(dá)到99％以上時取出，在氫氣中在1000℃下進(jìn)行60分鐘的固相燒結(jié)。對該合金復(fù)合體實(shí)施10μm的cu鍍覆處理，然后，在600℃下進(jìn)行橫軋，使厚度為2mm。即，通過兩次橫軋的復(fù)合體的壓下率(＝(6mm-2mm)/6mm)為66.6％。

分別利用對該散熱基板實(shí)施了ni系的多層鍍覆處理的樣品、實(shí)施了單層的直接鍍覆處理的樣品進(jìn)行隆起試驗(yàn)。

一并進(jìn)行線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率的測定。

結(jié)果示于表2。

(實(shí)施例4；在pkg的散熱基板上安裝了半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體組件的評價(jià))

在氫氣中在800℃下，將陶瓷和柯伐鎳基合金(kovar)等構(gòu)件銀硬釬焊在實(shí)施例2的、線膨脹系數(shù)9.1ppm/k、熱導(dǎo)率293w/m·k的散熱基板上來制作pkg。確認(rèn)該pkg沒有剝離、破裂，在400℃下通過高溫ausi(熔點(diǎn)363℃)焊接將10mm×10mm×0.7mm的si器件的金屬電極層接合至其上來制作半導(dǎo)體組件。另外，通過超聲波確認(rèn)了軟釬焊部的孔隙面積為3％以下。通常，有如下見解：最終的鍍覆為3μm的ni-b的情況下，snagcu(熔點(diǎn)218℃)焊接的評價(jià)非常嚴(yán)格，只要通過超聲波測定符合孔隙率5％以下，銀硬釬焊、其它軟釬焊、樹脂附著等就不會出現(xiàn)問題。在軟釬焊中產(chǎn)生的孔隙反映了進(jìn)行最終的ni系鍍覆處理前的散熱基板的表面的小孔。即，通過使用表面的小孔(缺陷)為5％以下的散熱基板，從而能夠滿足snagcu(熔點(diǎn)218℃)焊接的評價(jià)條件。在實(shí)施例4中，軟釬焊部的孔隙面積為3％以下，滿足上述全部條件。

另外，針對該半導(dǎo)體組件進(jìn)行加熱循環(huán)試驗(yàn)(-40～225℃、3000次)。并且，為了進(jìn)行比較，利用相同尺寸的與實(shí)施例2的線膨脹系數(shù)的值同為9.1ppm/k、熱導(dǎo)率為213w/m·k的現(xiàn)有的40wt％cu的cumo的散熱基板來制作相同的pkg，安裝器件后進(jìn)行加熱循環(huán)試驗(yàn)(-40～225℃、3000次)。

其結(jié)果，對于任意的試樣而言，均未發(fā)生剝離、破裂等的問題。

(此次公開的解釋-1)

根據(jù)本發(fā)明能夠得到滿足作為將來的高性能半導(dǎo)體組件用的要求的高性能散熱基板。

(此次公開的解釋-2)

需要說明的是，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，本發(fā)明包括在能夠達(dá)成本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的變形的方式。實(shí)施本發(fā)明時的具體的結(jié)構(gòu)、實(shí)施方式等在能夠達(dá)成本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)也可以是其它結(jié)構(gòu)、實(shí)施方式。

(此次公開的解釋-3)

此處公開的實(shí)施方式和實(shí)施例均為示例，認(rèn)為不應(yīng)受限于此。通過權(quán)利要求書示出本申請的保護(hù)范圍而不限定于上述的說明。

附圖標(biāo)記說明

1…利用熔滲法或燒結(jié)法制作的合金復(fù)合體

2…sus裝罐盒子

3…整周熔接的接合部