[發明專利]散熱板、半導體裝置和散熱板的制造方法

無效

• 申請號: 201110009787.4
• 申請日: 2011-01-11
• 公開（公告）號: CN102593080A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 長瀨敏之;長友義幸;黑光祥郎
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L21/48;H01L21/20;C23C24/04
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 陳萬青;王珍仙

技術領域

本發明涉及搭載有半導體元件等發熱體并擴散從該發熱體產生的熱的散熱板、具備該散熱板的半導體裝置和該散熱板的制造方法。

背景技術

近年來，隨著電子設備的高功能化、大容量化和小型化，從電子設備產生的熱量有增加的趨勢，因此要求有效地擴散這些熱。

例如，在搭載有半導體元件作為發熱體的半導體裝置中，如專利文獻1所公開地，為了擴散從半導體產生的熱，使用熱導性良好的散熱板。

并且，由于所搭載的半導體元件例如由Si等構成而熱膨脹系數比較小，因此在上述半導體裝置中所使用的散熱板由金屬板等構成，當使用熱膨脹系數相對大的散熱板的情況下，在冷熱循環負荷時，熱應力作用于所搭載的半導體元件上，有可能使半導體元件本身發生破損。因此，要求熱膨脹系數小的散熱板。

于是，作為熱導率高且熱膨脹系數小的散熱板，大量提出了碳質部件和金屬構成的金屬基復合材料等。具體地，在專利文獻2中，提出了將銅加壓熔滲在碳纖維構成的碳纖維氈中的由金屬基復合材料構成的散熱板。并且，在專利文獻3中，提出了通過熔融金屬鍛造將鋁、銅、銀加壓含浸在碳成形體中的由金屬基復合材料構成的散熱板。

這樣的金屬基復合材料中，由于含有熱導率良好的金屬，可以確保高熱導性。并且，由于含有熱膨脹系數小的石墨部件，可以將熱膨脹系數抑制在低水平。

這樣的散熱板的板面上通過焊料或釬焊料接合半導體元件或搭載有半導體元件的電路基板等發熱體。其中，由金屬基復合材料構成的散熱板中，由于在板面上露出碳部件和金屬，使用釬焊料或焊料有可能無法堅固地接合發熱體。

因此，考慮在金屬基復合材料的板面上通過對含浸在碳質部件中的金屬進行熔析而形成金屬表層、或者通過電鍍或真空蒸鍍形成金屬表層的方法。

專利文獻1：日本特開2004-296493號公報

專利文獻2：日本特開平11-097593號公報

專利文獻3：日本特開2001-058255號公報

但是，如前所述，在金屬基復合材料的板面上通過對含浸在碳質部件中的金屬進行熔析而形成金屬表層的情況下，不易均勻地形成金屬表層，有可能無法良好地接合半導體元件等發熱體。并且，由于通過含浸在碳質部件中的金屬來形成金屬表層，存在無法改變金屬表層的材質的問題。

另一方面，在金屬基復合材料的板面通過電鍍或真空蒸鍍來形成金屬表層的情況下，雖然可以使金屬表層的材質不同于含浸在碳質部件中的金屬，但有可能降低該金屬表層與金屬基復合材料的板面之間的接合性，依然有可能無法良好地接合半導體元件等發熱體。

并且，通過電鍍形成金屬表層的情況下，拉伸應力殘存于金屬表層，在金屬表層劣化時易產生龜裂，有可能對與半導體元件等發熱體之間的接合帶來麻煩。

進而，使用真空蒸鍍的情況下，形成金屬表層需要很多勞力，存在該散熱板的制造成本大幅上升的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于，提供散熱特性優異且在冷熱循環負荷時能夠抑制熱應力作用于半導體元件等發熱體上的散熱板、使用該散熱板的半導體裝置和該散熱板的制造方法。

為解決上述問題并達成上述目的，本發明的散熱板用于擴散從所搭載的發熱體產生的熱，其特征在于，具備在碳質部件中填充有金屬材料的金屬基復合材料構成的板主體和形成在該板主體的至少一側板面的金屬表層，構成所述板主體的金屬基復合材料通過在碳質部件中含浸熔融的金屬材料而形成，所述金屬表層通過使金屬粉末碰撞在所述板主體的所述板面而形成。

根據該構成的散熱板，由于具備在碳質部件中填充有金屬材料的金屬基復合材料構成的板主體和形成在該板主體的至少一側板面的金屬表層，金屬表層通過使金屬粉末碰撞在所述板主體的所述板面而形成，因此即使為露出碳質部件和金屬的板面，也可以層壓金屬粉末形成金屬表層，可以形成與板主體堅固地接合的金屬表層。

并且，能夠由與填充在金屬基復合材料中的金屬材料不同的金屬材料構成金屬表層，可以根據搭載的發熱體的接合方法等選擇金屬表層的材質。

進而，由于使金屬粉末碰撞而形成金屬表層，壓縮應力通過噴丸強化效應作用于板主體的板面和金屬表層的內部。因此，即使在金屬表層劣化的情況下，金屬表層上也不易產生龜裂，可以大幅提高與發熱體的接合可靠性。

其中，所述金屬表層優選通過氣浮沉積(Aerosol?Deposition)法形成。