[發明專利]復合材料及其制造方法、復合材料的成型方法、使用復合材料的散熱基板

有效

• 申請號: 200680038750.1
• 申請日: 2006-05-25
• 公開（公告）號: CN101291769A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 津島榮樹
• 申請（專利權）人: 津島榮樹
• 主分類號: B23K20/00
• 分類號: B23K20/00;H01L23/373
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 黨曉林

技術領域

本發明涉及半導體裝置用的散熱基板用材料，特別地，涉及作為搭載以大功率工作的LSI、IC、功率晶體管的半導體裝置用散熱基板的材料而使用的復合材料、其制造方法、其成型方法、以及使用該復合材料的散熱基板。?

背景技術

對于搭載半導體設備、特別是以大功率工作的LSI、IC、功率晶體管等的半導體裝置用散熱基板，要求能夠使從這些半導體設備產生的熱有效地擴散、散熱。因此，要求這些散熱基板具有高的機械強度和高的熱傳導率。另一方面，在這些散熱基板上，釬焊并使用以下材料：構成半導體芯片的硅、構成半導體封裝的氧化鋁等陶瓷材料、科瓦鐵鎳鈷合金材料等任一熱膨脹系數小至6×10^-6/K以下的材料。由于該釬焊的溫度為850℃左右，所以在沒有翹曲的狀態下通過釬焊接合這些材料之后進行冷卻時，與這些釬焊后的材料相比，散熱基板大幅收縮。因此，常溫下在該散熱基板上產生熱應變或者翹曲。為了降低這些熱應變和翹曲，要求該散熱基板的熱膨脹系數接近上述被釬焊的材料的熱膨脹系數，即，要求其熱膨脹系數小。?

考慮這樣的要求，作為散熱基板的材料，使用Cu(銅)、Mo(鉬)、W(鎢)等單一材料以及Cu-W、Cu-Mo等復合金屬。?

在這些材料中，雖然Cu具有390W/(m·K)左右的高熱傳導率，但是其熱膨脹系數高達20×10^-6/K。?

另一方面，雖然Mo和W的熱膨脹系數小(Mo：5×10^-6/K，W：4×10^-6/K)，但是它們的熱傳導率分別為142W/(m·K)、167W/(m·K)，比銅?的熱傳導率低。因此，將作為熱膨脹系數小且熱傳導率高的材料的Mo或W與Cu進行組合，作為經組合的材料，使用將它們做成層疊結構的復合材料。?

例如在專利文獻1中，作為由三層結構構成的散熱基板示出了Cu/Mo/Cu復合材料。這里，通過使該三層結構的復合材料中的Mo的體積比在20％至99.6％的范圍內變化，控制熱傳導率和熱膨脹系數，得到高于Mo單體的熱傳導率，和小于Cu單體的熱膨脹系數。此外，在專利文獻2中示出了Cu/Mo/Cu三層結構的復合材料的熱膨脹系數與Cu的體積比的關系。在該結構的復合材料中，在Mo層為一層的情況下，例如為了使熱膨脹系數在12×10^-6/K以下，必須使熱傳導率低的Mo的使用量為整體質量的20％以上。因此，該復合材料的厚度方向的熱傳導率最多限于230W/(m·K)左右。?

專利文獻1：日本特開平2-102551?

專利文獻2：日本特開平6-268115?

但是，最近的半導體設備存在更加大功率化的趨勢，對于搭載這些半導體設備的散熱基板的材料，變得需要具有小的熱膨脹系數和更高的熱傳導率的材料。對于這樣的要求，上述復合材料的熱傳導率不充分，從而需要在使熱膨脹系數減小的狀態下具有更加接近于Cu單體的熱傳導率的材料。?

并且，在上述復合材料中，為了減小熱膨脹系數，需要使Mo層的體積比為20％以上。由于Mo比Cu硬，是機械加工性差的材料，Mo的體積比較大的復合材料的機械加工性差，從而難以使用批量生產率好的成型法即壓力機沖裁法等成形。因此，該成形需要使用高成本的其他的成型法，這成為使用該復合材料的產品變得高成本的原因。因此，難以以低成本獲得具有高熱傳導率、小熱膨脹系數的復合材料。?

發明內容

本發明就是鑒于這些問題點而完成的，其目的在于，提供解決上述問題點的復合材料、其制造方法以及其成型方法，并提供使用了該復合?材料的具有高熱傳導率和小熱膨脹系數的散熱基板。?

為了解決上述課題，本發明形成為以下揭示的結構。?

本發明第一方面所述的發明的主旨在于一種復合材料，該復合材料是由第一材料形成的層和由第二材料形成的層交替層疊而成的，其特征在于，所述第二材料的熱膨脹系數比所述第一材料的熱膨脹系數小；所述第二材料的熱傳導率比所述第一材料的熱傳導率低；由所述第一材料形成的層和由所述第二材料形成的層合計層疊有五層以上。?

本發明第二方面所述的發明的主旨在于：根據第一方面所述的復合材料，其特征在于，所述復合材料中由所述第二材料形成的層所占的體積比為10％以下。?

本發明第三方面所述的發明的主旨在于：根據第一或第二方面所述的復合材料，其特征在于，所述第一材料為銅、銀、包含銅的合金、包含銀的合金中的任一個。?