[發(fā)明專利]散熱基板和該散熱基板的制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580065996.7
• 申請(qǐng)日: 2015-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN107004654A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 福井彰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社半導(dǎo)體熱研究所
• 主分類號(hào): H01L23/373
• 分類號(hào): H01L23/373;H01L23/12;H01L23/36
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術(shù)領(lǐng)域

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(shí)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(duì)于半導(dǎo)體組件，有LSI、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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的線膨脹系數(shù)的散熱基板。

作為其對(duì)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(duì)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(shí)，可以在800℃的高溫下對(duì)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(shí)，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(duì)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(huì)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(shí)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(shí)，相對(duì)密度(實(shí)際的密度相對(duì)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(duì)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(huì)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(shí)，線膨脹系數(shù)超過10ppm/K。