[發明專利]金屬基板－碳基金屬復合材料結構體以及該結構體的制造方法

有效

• 申請號: 200580049198.1
• 申請日: 2005-03-23
• 公開（公告）號: CN101142080A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 川村憲明
• 申請（專利權）人: 東炭化工株式會社
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;H01L23/36
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 崔幼平

技術領域

本發明涉及一種金屬基板-碳基金屬復合材料(MICC：MetalImpregnated?Carbon?Composites)的接合結構體以及該接合結構體的制造方法，詳細地說，涉及由釬料將由銅或鋁構成的金屬基板-碳基金屬復合材料接合而成的結構體，采用該結構體的IC(半導體集成電路)封裝件或含有該IC封裝件的電子回路，以及該結構體的制造方法。

背景技術

在高速、高集成度的半導體中發熱密度非常大，為了有效地進行散熱，使用通過導熱性良好的鋁、銅制成的散熱基板將熱量迅速擴散而進行散熱的方法。

但是，由于用于半導體或半導體的電路基板中的陶瓷的熱膨脹系數為4～8ppm/℃，而與之相對鋁、銅的熱膨脹系數為較大的16～23ppm/℃，所以因這種熱膨脹系數的差異而在接合層上產生高的熱應力，從而不能夠實現兩者單純的接合。

第一種對策是選擇熱膨脹系數小的散熱基板，以往，提供有在熱膨脹系數小的碳化硅、鎢、鉬等中組合導熱率高的銅、鋁金屬，將熱膨脹系數調整為7～10ppm/℃的材料。

但是，作為這種材料的問題，在使用了銅的材料的情況下，導熱率為200～300W/m·K，在使用了鋁的材料的情況下，導熱率為150～200W/m·K，與銅和鋁單體的導熱率相比降低了20％以上，而且，由于基板的楊氏模量高，所以存在通過與熱膨脹系數為4ppm/℃左右的硅、氮化鋁等的接合而在接合層上產生的熱應力較大，大面積的接合困難的問題。

作為第二種對策，在接合層中使用楊氏模量低的樹脂或焊錫，從而緩和因熱膨脹系數的差而產生的熱應力。但是，缺點是樹脂以及焊錫的導熱率分別為較低的1W/m·K、數10W/m·K，而且由于破壞應力較小，所以需要厚的接合層，其結果導致接合層的熱阻增大。

而且，還指出了在樹脂的情況下，吸濕性以及耐熱性較低，在焊錫的情況下，實用溫度區域下的屈服應力較低，容易引起熱疲勞等難點。

如上所述，目前，在電子設備中廣泛采用的散熱系統中，使因散熱的熱膨脹系數差產生的熱應力緩和或者減少的接合層的導熱率的提高成為了課題。

另外，在本申請的說明書中“熱應力緩和作用”是指下述的作用，即，在接合熱膨脹系數不同的兩種材料的情況下，在接合界面上產生的應力與兩種材料的熱膨脹系數和各材料的彈性率成比例是公知的，所以在彈性率低的材料中產生的應力減小，即使在熱膨脹系數有很大不同的材料的接合中也能夠接合，并且能夠承受因重復加熱、冷卻而產生的熱疲勞。

鑒于這種狀況，本發明人提出了先在石墨等碳素材料的細孔中加壓填充或者含浸金屬而得到的滲碳金屬復合材料(例如參照特許第3351778號)。由于該滲碳金屬復合材料與上述將碳化硅、鎢、鉬等作為骨架的材料相比，導熱率高，熱膨脹率相等，而且楊氏模量低，所以在搭載硅或陶瓷等的情況下，具有緩和在焊錫等接合層中產生的熱應力的作用，是能夠改善上述問題的材料，但也存在材料為脆性、機械強度低的難點。

作為其對策，本發明人嘗試了通過焊錫將實施了鍍敷的厚度為1mm左右的滲碳金屬復合材料接合在鋁基板上，并通過低溫焊錫等將半導體元件接合在其上部的方法，認識到相對于滲碳金屬復合材料的熱膨脹系數為4ppm/℃～10ppm/℃，與銅的熱膨脹系數為16ppm/℃，而且鋁的熱膨脹系數為23ppm/℃有很大的不同，存在焊錫接合后的基板為復合材料一側凸出而產生翹曲，在搭載硅的情況等下的后工序中產生困難的問題。在這種狀況下，迫切希望應用具有熱應力緩和作用的碳素材料，并且翹曲量小、強度高的散熱材料的開發。

專利文獻1：特許第3351778號特許公報

發明內容

因此，本發明的課題在于鑒于上述的開發狀況而提供一種金屬基板-碳基金屬復合材料結構體以及該結構體的制造方法，所述結構體的狀態為，在熱膨脹系數小的硅、陶瓷基板等的搭載電子器件的面上，滲碳金屬復合材料發揮熱應力緩和作用，在強度、導熱率方面賦予接近基板金屬的銅、鋁的數值，并且翹曲小。

為了解決上述問題，本發明人銳意探討的結果，著眼于若在特定的條件下接合由銅或鋁構成的金屬基板與特定厚度的滲碳金屬復合材料，并利用該滲碳金屬復合材料的低彈性，則能夠提供抑制了翹曲的發生的金屬基板-碳基金屬復合材料結構體，基于這一見解而實現了本發明。

因此，根據本發明的第一技術方案，提供一種金屬基板-碳基金屬復合材料結構體，其特征是，具備金屬基板，以及釬焊在該金屬基板的上表面上的滲碳金屬復合材料。