CN101142080A - 金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法 - Google Patents

金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101142080A
CN101142080A CNA2005800491981A CN200580049198A CN101142080A CN 101142080 A CN101142080 A CN 101142080A CN A2005800491981 A CNA2005800491981 A CN A2005800491981A CN 200580049198 A CN200580049198 A CN 200580049198A CN 101142080 A CN101142080 A CN 101142080A
Authority
CN
China
Prior art keywords
metal
metal composite
composite material
substrate
carbon based
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2005800491981A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101142080B (zh
Inventor
川村宪明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Composite Materials Co Ltd
Original Assignee
TotanKako Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TotanKako Co Ltd filed Critical TotanKako Co Ltd
Publication of CN101142080A publication Critical patent/CN101142080A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101142080B publication Critical patent/CN101142080B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/14—Layered products comprising a layer of metal next to a fibrous or filamentary layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/15—Ceramic or glass substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3732—Diamonds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12007—Component of composite having metal continuous phase interengaged with nonmetal continuous phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12063—Nonparticulate metal component
    • Y10T428/12069—Plural nonparticulate metal components
    • Y10T428/12076—Next to each other
    • Y10T428/12083—Nonmetal in particulate component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明提供一种将渗碳金属复合材料以翘曲小的形态接合在铜或铝基板上而获得的电子设备用散热材料以及该散热材料的制造方法。是一种由金属制片材、板材或块材构成的金属基板与经由钎料接合在该金属基板上的厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料构成的金属基板－碳基金属复合材料结构体，以及包含使钎料夹在金属基板－碳基金属复合材料之间，在500℃以上以及0.2MPa以上的加压下保持、冷却的工序的金属基板－碳基金属复合材料结构体的制造方法。

Description

金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法
技术领域
本发明涉及一种金属基板-碳基金属复合材料(MICC：MetalImpregnated Carbon Composites)的接合结构体以及该接合结构体的制造方法，详细地说，涉及由钎料将由铜或铝构成的金属基板-碳基金属复合材料接合而成的结构体，采用该结构体的IC(半导体集成电路)封装件或含有该IC封装件的电子回路，以及该结构体的制造方法。
背景技术
在高速、高集成度的半导体中发热密度非常大，为了有效地进行散热，使用通过导热性良好的铝、铜制成的散热基板将热量迅速扩散而进行散热的方法。
但是，由于用于半导体或半导体的电路基板中的陶瓷的热膨胀系数为4～8ppm/℃，而与之相对铝、铜的热膨胀系数为较大的16～23ppm/℃，所以因这种热膨胀系数的差异而在接合层上产生高的热应力，从而不能够实现两者单纯的接合。
第一种对策是选择热膨胀系数小的散热基板，以往，提供有在热膨胀系数小的碳化硅、钨、钼等中组合导热率高的铜、铝金属，将热膨胀系数调整为7～10ppm/℃的材料。
但是，作为这种材料的问题，在使用了铜的材料的情况下，导热率为200～300W/m·K，在使用了铝的材料的情况下，导热率为150～200W/m·K，与铜和铝单体的导热率相比降低了20％以上，而且，由于基板的杨氏模量高，所以存在通过与热膨胀系数为4ppm/℃左右的硅、氮化铝等的接合而在接合层上产生的热应力较大，大面积的接合困难的问题。
作为第二种对策，在接合层中使用杨氏模量低的树脂或焊锡，从而缓和因热膨胀系数的差而产生的热应力。但是，缺点是树脂以及焊锡的导热率分别为较低的1W/m·K、数10W/m·K，而且由于破坏应力较小，所以需要厚的接合层，其结果导致接合层的热阻增大。
而且，还指出了在树脂的情况下，吸湿性以及耐热性较低，在焊锡的情况下，实用温度区域下的屈服应力较低，容易引起热疲劳等难点。
如上所述，目前，在电子设备中广泛采用的散热***中，使因散热的热膨胀系数差产生的热应力缓和或者减少的接合层的导热率的提高成为了课题。
另外，在本申请的说明书中“热应力缓和作用”是指下述的作用，即，在接合热膨胀系数不同的两种材料的情况下，在接合界面上产生的应力与两种材料的热膨胀系数和各材料的弹性率成比例是公知的，所以在弹性率低的材料中产生的应力减小，即使在热膨胀系数有很大不同的材料的接合中也能够接合，并且能够承受因重复加热、冷却而产生的热疲劳。
鉴于这种状况，本发明人提出了先在石墨等碳素材料的细孔中加压填充或者含浸金属而得到的渗碳金属复合材料(例如参照特许第3351778号)。由于该渗碳金属复合材料与上述将碳化硅、钨、钼等作为骨架的材料相比，导热率高，热膨胀率相等，而且杨氏模量低，所以在搭载硅或陶瓷等的情况下，具有缓和在焊锡等接合层中产生的热应力的作用，是能够改善上述问题的材料，但也存在材料为脆性、机械强度低的难点。
作为其对策，本发明人尝试了通过焊锡将实施了镀敷的厚度为1mm左右的渗碳金属复合材料接合在铝基板上，并通过低温焊锡等将半导体元件接合在其上部的方法，认识到相对于渗碳金属复合材料的热膨胀系数为4ppm/℃～10ppm/℃，与铜的热膨胀系数为16ppm/℃，而且铝的热膨胀系数为23ppm/℃有很大的不同，存在焊锡接合后的基板为复合材料一侧凸出而产生翘曲，在搭载硅的情况等下的后工序中产生困难的问题。在这种状况下，迫切希望应用具有热应力缓和作用的碳素材料，并且翘曲量小、强度高的散热材料的开发。
专利文献1：特许第3351778号特许公报
发明内容
因此，本发明的课题在于鉴于上述的开发状况而提供一种金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法，所述结构体的状态为，在热膨胀系数小的硅、陶瓷基板等的搭载电子器件的面上，渗碳金属复合材料发挥热应力缓和作用，在强度、导热率方面赋予接近基板金属的铜、铝的数值，并且翘曲小。
为了解决上述问题，本发明人锐意探讨的结果，着眼于若在特定的条件下接合由铜或铝构成的金属基板与特定厚度的渗碳金属复合材料，并利用该渗碳金属复合材料的低弹性，则能够提供抑制了翘曲的发生的金属基板-碳基金属复合材料结构体，基于这一见解而实现了本发明。
因此，根据本发明的第一技术方案，提供一种金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，具备金属基板，以及钎焊在该金属基板的上表面上的渗碳金属复合材料。
而且，根据本发明的第二技术方案，提供一种金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法，所述金属基板-碳基金属复合材料结构体具备金属基板，以及钎焊在该金属基板的上表面上的渗碳金属复合材料，其特征是，包含将钎料夹在上述金属基板与上述渗碳金属复合材料之间，在加热并保持在该钎料的熔点以上的温度后，至少在加压条件下冷却的工序。
本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体如上所述，能够提供在渗碳金属复合材料的表面上搭载热膨胀系数小的硅、陶瓷基板等电子器件的情况下，发挥渗碳金属复合材料的热应力缓和作用，在强度、导热率方面赋予了与接近于基板金属的铜、铝的数值的电子设备用散热基板。而且，根据本发明所涉及的上述结构体的制造方法，提供将接合条件设定在高温、高压下，能够高效地制造翘曲量得到抑制的上述散热基板。
附图说明
图1为表示本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的基本结构的示意图。
图2为渗碳金属复合材料被金属箔包覆的本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料的示意图。
图3为应用于CPU罩上的示意图。
图4为在金属框中装入复合材料，并以金属箔包覆上下表面的结构体的示意图。
图5为用于制造本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的热压炉内的基本配置图。
附图标记说明
1硅元件或陶瓷基板
2焊锡
3渗碳金属复合材料
3’钎料
4铝或铜基板
5包覆金属箔
6压头
7隔件(平板或模板)
8承接台
9热压炉内
A金属基板-碳基金属复合材料结构体
具体实施方式
本发明涉及由金属制片材、板材或块材构成的金属基板、和焊接在该金属基板的上表面上的厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料构成的结构体，作为优选的实施方式，包括以下(1)～(5)中列举的方式。
(1)由厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料、和上表面经由钎料接合在该复合材料的下表面上的铜或铝基板构成的电子设备散热用金属基板-碳基金属复合材料结构体。
(2)由铜箔片材、上表面经由钎料接合在该铜箔片材的下表面上的厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料、上表面经由钎料接合在该复合材料的下表面上的铜或铝基板构成的电子设备散热用金属基板-碳基金属复合材料结构体。
(3)由上表面经由钎料接合在氧化铝等陶瓷绝缘基板的下表面上的厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料、和上表面经由钎料接合在该复合材料的下表面上的铜或铝基板构成的电子设备散热用金属基板-碳基金属复合材料结构体。
(4)通过将厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料收放在铜或铝基板的凹陷处、并经由钎料将铜或铝的箔或基板接合在该复合材料的上下表面上，形状为复合材料被金属包覆的电子设备散热用金属基板-碳基金属复合材料结构体。
(5)由金属基板、下表面经由钎料接合在该金属基板的上表面上的厚度为0.1mm～2mm的渗碳金属复合材料、以及下表面经由钎料接合在该渗碳金属复合材料的上表面上的硅元件构成的电子设备散热用金属基板-碳基金属复合材料结构体。
作为本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的金属基板，适用铜、铝或其合金。作为金属基板的形态，虽然没有特别的限定，但采用片材、板材或块材等形态。金属基板的厚度可根据上述结构体所适用的电子设备的机构任意决定，能够在0.5mm～5mm，优选地是在1mm～3mm的范围内选择。
作为上述结构体的结构要素的钎料，能够采用熔点在450℃以上的硬钎料以及熔点在450℃以下的软钎料。作为硬钎料，可列举出银钎料，铜钎料，镍钎料等，而且可列举出软铝钎料等以及铝接合用焊锡(例如阿尔米特AM-350等)，焊锡是软钎料的代表，采用Pb-Sn类合金等。作为本发明所涉及的结构体，熔点为350℃以上的钎料为宜，能够采用软铝钎料等软钎料，优选地是采用硬钎料。特别优选地是与渗碳金属复合材料中所含有的金属同种或者制造导热率以及破坏韧性高的合金的金属。本发明所涉及的结构体是借助将这种钎料熔融并使其流入缝隙中的钎焊而几乎不会使金属基板-碳基金属复合材料的金属熔融地进行接合而获得的。而且，作为这种钎料的替代材料，能够将铝箔、锡箔、铜箔、银箔等金属箔叠层而加以采用。
在本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体中，钎料与渗碳金属复合材料内的金属焊接而为一体化的状态，而且，起到进入该复合材料的空隙中的所谓的锚固效果，具有强化构成因素的一体化的接合的效果。
而且，在本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体中，在该渗碳金属复合材料与铜或者铝基板的结构体的整体厚度为1mm以上的情况下，渗碳金属复合材料相对于金属基板的厚度的比率是相对于该复合材料为1时金属基板约为2以上，优选地是1比3以上。在这种比率中，在上述的温度、压力下处理的结构体的翘曲量被控制成在50mm×50mm的对角线上为0.15mm以内，特别优选的翘曲量是在50mm×50mm的对角线上为0.05mm以内。
本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体在搭载部分具有热应力缓和性，并且具有导热率高，热膨胀率小的特性。作为渗碳金属复合材料，选择具有导热率为100W/m·K以上、热膨胀系数为4ppm/℃～15ppm/℃、杨氏模量为25GPa以下特性的材料。这种渗碳金属复合材料由于各向异性而在热膨胀系数以及杨氏模量方面被控制成面的一方向具有上述特性值。而且，在导热率方面被控制成厚度方向或者面方向具有上述特性值。
以下，对本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法加以说明。
本发明的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法是采用钎料的钎焊，具体地说，通过在作为金属基板的铜、铝与渗碳金属复合材料之间夹有钎料并保持高温，并使钎料熔融并流入缝隙中，从而形成接合层，至少具有在加压下冷却的冷却工序，提供翘曲小的适于用作散热用基板的金属基板-碳基金属复合材料结构体。虽然在热该接合层的形成工序中加压条件不一定是必须的，但在冷却工序中加压条件则是必须的。
作为上述接合中的温度，设定在钎料充分融解，铝、铜基板的屈服应力降低，能够在加压下减小翘曲的温度。通常采用钎料的熔点以上的温度。另外，在本发明的制造方法所涉及的钎焊方法中，在铝基板的情况下，也包括基于高温焊锡等基于带有焊锡的方法。由于铝基板、铜基板与渗碳金属复合材料在熔化的钎料与复合材料的金属焊接，并通过在加压下进入渗碳金属复合材料的空隙中而形成的锚固效果下接合，所以在铝基板中，优选地是500℃至610℃，在铜基板中，优选地是500℃至850℃的温度，但也可以根据加压条件等选择最佳的温度。
对于特别优选的温度，在含浸了铝的渗碳金属复合材料的情况下，含浸的铝不从该复合材料的组织中流出的630℃温度左右为最高温度。在含浸了铜的复合材料的情况下，基板为铜时，由于铜的屈服应力，950℃左右为最高温度，在基板为铝时，由于相同的理由，630℃左右为最高温度。
渗碳金属复合材料具有压缩破坏强度高、但拉伸应力低的特性。在加压下接合的基板的渗碳金属复合材料中，成为在压缩方向上作用有应力的状态。在锡焊元件或零件时，虽然应力在渗碳金属复合材料上沿着拉伸方向作用，但即使在该状态下，由于使其成为在渗碳金属复合材料上作用有压缩应力的状态，所以期望接合温度尽可能高。
由于复合材料的主要成分为金属与不易湿润的碳，并且表面粗糙度大，所以加压操作优选地是在钎料熔化的期间进行。
加压压力，作为铝基板或铜基板不产生显著塑性变形程度的压力条件，在铝基板中设定成0.2MPa至30MPa，在铜基板中设定成3MPa至50MPa，但这是为了获得翘曲小的基板而优选，根据上述温度，即使在低的压力下也能够接合。
作为本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的构成因素而采用的渗碳金属复合材料以碳素材料作为基材并含有金属成分。作为金属成分，可列举出镁、铝、铜、银以及这些金属的合金。这种渗碳金属复合材料没有特别的限定，只要是在碳素成分中含有、分散了金属成分的形态的材料即可，例如，可采用在高压或真空中使金属成分含浸在碳素材料中而获得的渗碳金属复合材料(金属含浸方式)、混合粒状的碳素材料和金属成分并通过锻造获得的渗碳金属复合材料(粉末烧结方式)、或者在高温高压下对由金属表面处理后的碳素或者碳素纤维进行成形而获得的复合材料(高温高压方式)等。
另外，在特许第3351778号公报中记载的包含石墨粒子或碳素纤维的碳素成形体中，能够采用通过熔液锻造而使铝、铜或者其合金加压填充或含浸在气孔率为35％以上的碳素材料中而获得的渗碳金属复合材料。
这种渗碳金属复合材料，以全材料中含有容量基准为50％以下的金属成分为宜，而且，优选地是填充了碳素材料的空隙或者细孔内的容积的80％以上的材料。渗碳金属复合材料的导热率、热膨胀率、弹性率依赖于含有的金属成分的种类，在金属成分为铜、银或其合金的情况下，能够实现厚度方向的导热率为100W/m·K以上、热膨胀率为4×10-6/℃～12×10-6/℃以及面方向的弹性率为25GPa以下的复合材料，而且，在金属成分为铝或铝合金的情况下，能够获得厚度方向的导热率为100W/m·K以上、热膨胀率为4×10-6/℃～8×10-6/℃、面方向的杨氏模量为25GPa以下的复合材料。
渗碳金属复合材料由于通常为多孔质而有可能在露出部镀敷不良或在气密试验下产生误差。作为其对策，要将渗碳金属复合材料收放在铝、铜基板的锪孔部中，用金属箔包覆基板表面以及渗碳金属复合材料的整个表面，或者在端部使用钎料等而用金属箔包覆。
在本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体中，为了搭载硅等半导体或电子零件，或者防止腐蚀，可通过镀镍等对结构体表面进行精加工。而且，如果必要，也可以提供接合了陶瓷回路的上述结构体。
图1表示本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的基本结构的具体例子。图中，在作为金属基板的铝或铜基板4的上表面上经由钎料3’接合了渗碳金属复合材料3的结构体为本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体A。图1中示出了在渗碳金属复合材料3的上表面上经由焊锡2而搭载了由硅元件或陶瓷基板1构成的电子设备的结构。
图2为图1中所示的金属基板-碳基金属复合材料3的上表面被金属箔5包覆的结构。
图3为本发明所涉及的渗碳金属复合材料结构体适用于CPU罩上的例子，铝或铜基板4与渗碳金属复合材料3经由钎料3’而接合在一起。
图4为由金属箔5经由钎料3’包覆了接合在铝或铜基板4的框内的渗碳金属复合材料3的上下面的结构体的剖视图。
图5例示出本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造用热压炉内的各单元的基板配置图。图中，A为本发明所涉及的金属基板，在其上下分别配置有隔件7，通过压头6以规定的条件相对于承接台8推压。
实施例
以下，通过实施例以及比较例对本发明加以具体说明，但本发明并不仅限于实施例等。
另外，金属基板-碳基金属复合材料结构体等的性能评价采用了以下所示的测定方法。
(1)翘曲测定
采用三维非接触式激光测量仪(使用シグマ光机株式会社销售，COMS株式会社制造的三维形状检测程序)，测定了试料片的渗碳金属复合材料的对角线上的凸部。
(2)导热率
导热率作为热扩散率与比热以及密度的乘积求出。热扩散率通过激光闪烁法而使用真空理工(株)制造的TC-7000测定。而且，作为照射光，使用了红宝石激光器(激励电压为2.5kv，均匀滤光片以及减光滤光片一片)。
(3)热膨胀率
采用マツクスサイエンス公司制造的热分析制造001、TD-5020，测定了从室温到300℃的热膨胀率。
实施例1
准备A：厚度为0.02mm的铜箔，B：厚度为0.05mm的铜含浸在单方向碳素纤维碳素复合材料中的制品(株式会社先端材料制造的SZ500)，以及C：厚度为2mm的铜C1020各50mm×50mm。将作为接合层而组合了0.01mm的锡箔与0.02mm的铜箔的金属箔***A、B以及B、C之间，并设置在热压炉内。以真空氛围、800℃保持30分钟，在保持结束后以20MPa加压冷却。试作品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上为0.05mm。
实施例2
准备A：厚度为0.02mm的铜箔，B：厚度为1mm的铜含浸在单方向碳素纤维碳素复合材料中的制品(株式会社先端材料制造的SZ500)，以及C：厚度为1mm的铜C1020各50mm×50mm。将组合了0.01mm的锡箔与0.02mm的铜箔的金属箔作为接合层而***A、B以及B、C之间，并设置在热压炉内。在热压炉内以真空氛围、800℃保持30分钟，在保持结束后以20MPa加压，然后冷却，所获得的试制品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上为0.12mm。
以600倍观察组织截面时，复合材料中的铜与钎料以及铜基板一体化，没有结合面上的裂纹、空隙等缺陷。而且，在对相同的试制品在氮气中以700℃再加热2小时、冷却后的外观观察中，未看到铜箔、基板的剥落等破坏以及翘曲量的增大。
实施例3
将在实施例2中制作的试制品一分为二，将底部带有银钎料BAg-7的科费尔制凸缘(外尺寸为12.7mm×20.8mm，厚度为1mm)设置在各试制品的铜箔***部，并放置约2kg的压重，在760℃下接合。在铜基板一侧的30×20mm的对角线上翘曲为0.02mm，在凸缘接合前后翘曲基本上没有变化。对接合有凸缘的相同试制品进行10次在加热到350℃的热压炉上5分钟、在热容量大的铁制台(常温)下10分钟的简易热循环试验，未看到凸缘脱落。
如上所述，由于能够将科费尔制的凸缘(热膨胀系数约为5ppm/℃@30℃～40℃)接合在本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体上，以及由于即使在简易热循环的试验中也不破坏，所以证明了具有热应力缓和作用。
实施例4
准备B：厚度为1mm的铝含浸在碳素材料中的制品(株式会社先端材料制造的SZ300)，以及C：厚度为3mm的铝A1050各50mm×50mm。作为接合层将0.3mm的A4070(铝合金，下同)片材***B、C之间，并设置在热压炉内。以真空氛围、600℃保持30分钟，在保持结束后以15MPa加压冷却。试制品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上为0.03mm。
实施例5
准备A：厚度为0.6mm、氧化铝为96％的基板，B：厚度为0.5mm的铝含浸在碳素材料中的制品(株式会社先端材料制造的SZ300)，以及C：厚度为3mm的铝A1050各50mm×50mm。作为接合层将0.3mm的A4047片材***A、B以及B、C之间，并设置在热压炉内。以氮氛围、600℃保持30分钟，在保持结束后以15MPa加压冷却。试作品的翘曲是氧化铝一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上为0.15mm。对相同试制品进行10次在加热到350℃的热压炉上5分钟、在热容量大的铁制台(常温)上10分钟的简易热循环试验，未看到异常。而且翘曲量在循环试验前后没有变化。
如上所述，由于能够将铝基板(热膨胀系数为8ppm/℃@RT-800℃)接合在本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体上，以及由于即使在简易热循环的试验中也不破坏，所以证明了具有热应力缓和作用。
比较例1
准备B：厚度为0.5mm的铝含浸在碳素材料中的制品(株式会社前端材料制造的SZ300)，以及C：厚度为3mm的铝A1050各50mm×50mm。作为接合层将0.3mm的A4047片材***B、C之间，并放置10Kg的压重，在以氮氛围、595℃保持30分钟的条件下接合。试作品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上为0.2mm，但检查后从试制品的端部进行剥离时，则简单地剥离下来。
比较例2
准备A：厚度为0.6mm、氧化铝为96％的基板，以及C：厚度为3mm的铝A 1050各50mm×50mm。作为接合层将0.3mm的A4047片材***A、C之间，并设置在热压炉内。以氮氛围、595℃保持30分钟，在保持结束后以15MPa加压冷却。试作品的翘曲是氧化铝一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上超过了0.3mm(不能计量)，在氧化铝基板上产生了裂缝。
比较例3
准备A：厚度为0.6mm、氧化铝为96％的基板，B：厚度为0.5mm的铝含浸在碳素材料中的制品(株式会社先端材料制造的SZ300)，以及C：厚度为3mm的铝A1050各50mm×50mm。作为接合层将0.3mm的A4047片材***A、B以及B、C之间，并设置在热压炉内。以氮氛围、620℃保持30分钟，保持时以50MPa加压冷却。厚度为3mm的铝基板在左右鼓出0.3mm以上，氧化铝以及复合材料半融解，在铝基板上产生了下凹变形。
比较例4
通过使加压条件为0.04MPa以取代20MPa之外与实施例2均相同的条件以及操作调制出试制品。试制品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上超过了0.15mm，中央部是接合的，而四角未接合。
比较例5
通过使加压条件为0MPa以取代15MPa之外与实施例4均相同的条件以及操作调制出试制品。试制品的翘曲是复合材料一侧为凸，在大致50×50mm的对角线上超过了0.2mm。中央部是接合的，而四角未接合。
[表1]
  A   B   C   接合层   温度℃   压力(MPa)   翘曲(mm)
  实施例1245比较例12345   Cu0.02Cu0.02-Al2O30.6-Al2O30.6Al2O30.6Cu0.02-   C-Cu0.5C-Cu1.0C-Al1.0C-Al0.5C-Al0.5-C-Al0.5C-Cu0.5C-Al1.0   Cu2.0Cu1.0Al3.0Al3.0Al3.0Al0.3Al3.0Cu2.0Al3.0   Sn0.01+Cu0.02Sn0.01+Cu0.02Al0.3Al0.3Al0.3Al0.3Al0.3Sn0.01+Cu0.02Al0.3   800800600595595595620800600   202015150.039215500.040   0.030.120.030.150.2＞0.3(不能计量)基板变形＞0.15＞0.2
工业上的可利用性
本发明所涉及的金属基板-碳基金属复合材料结构体接合产生的翘曲量受到控制，强度也得以改善，作为散热材料是有用的。因此，除了IC封装件之外，能够在有源模块用基板，激光二极管用零件(隔件，载体)，LDE用基板，塑料PKG用加热延展机，印刷电路板，变换器基板等大范围内使用，特别是有望作为电子设备的散热材料使用。

Claims (13)

1.一种金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，具备金属基板，以及钎焊在该金属基板的上表面上的渗碳金属复合材料。
2.如权利要求1所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述渗碳金属复合材料的厚度为0.1mm～2mm。
3.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述金属基板的金属为铜、铝或者该各金属的合金。
4.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述金属基板的形态为片材、板材或者块材。
5.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述金属基板-碳基金属复合材料结构体的渗碳金属复合材料一侧的翘曲被控制成在50mm×50mm的对角线上为0.15mm以下。
6.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述渗碳金属复合材料的包覆层的结构成分为陶瓷或者金属箔
7.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述渗碳金属复合材料的端部埋设在上述金属基板内。
8.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述渗碳金属复合材料的金属为镁、铝、铜、银或者该各金属的合金。
9.如权利要求1或2所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，上述渗碳金属复合材料的三轴方向的某一方向的特性是导热率为100W/m·K以上，热膨胀系数为4ppm/℃～15ppm/℃，杨氏模量为25GPa以下。
10.一种金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法，其特征是，所述金属基板-碳基金属复合材料结构体具备金属基板，以及钎焊在该金属基板的上表面上的渗碳金属复合材料，其特征是，包含将钎料夹在上述金属基板与上述渗碳金属复合材料之间，在加热并保持在该钎料的熔点以上的温度后，至少在加压条件下冷却的工序。
11.如权利要求10所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法，其特征是，上述上述渗碳金属复合材料的的厚度为0.1mm～2mm。
12.如权利要求10或11所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法，其特征是，上述加压条件为0.2MPa以上。
13.如权利要求10或11所述的金属基板-碳基金属复合材料结构体的制造方法，其特征是，上述加热保持温度为350℃以上。
CN2005800491981A 2005-03-23 2005-03-23 金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法 Active CN101142080B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2005/005270 WO2006100769A1 (ja) 2005-03-23 2005-03-23 金属基板−炭素基金属複合材料構造体および該構造体の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101142080A true CN101142080A (zh) 2008-03-12
CN101142080B CN101142080B (zh) 2012-01-11

Family

ID=37023466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2005800491981A Active CN101142080B (zh) 2005-03-23 2005-03-23 金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9390999B2 (zh)
EP (1) EP1862298A4 (zh)
KR (1) KR101153107B1 (zh)
CN (1) CN101142080B (zh)
HK (1) HK1116449A1 (zh)
WO (1) WO2006100769A1 (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101973144A (zh) * 2010-09-15 2011-02-16 中国人民解放军国防科学技术大学 可激光焊接的层状铝硅-铝碳化硅复合材料及其制备方法
CN102470639A (zh) * 2009-06-30 2012-05-23 住友电气工业株式会社 金属层压构件和制造所述金属层压构件的方法
CN102958273A (zh) * 2012-10-23 2013-03-06 陈伟杰 Pcb板
CN103354219A (zh) * 2013-06-17 2013-10-16 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的图案化功能结构基板
US8993121B2 (en) 2010-02-19 2015-03-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the same
CN105081333A (zh) * 2014-05-20 2015-11-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 石墨-金属导热复合材料及其制备方法
CN111557126A (zh) * 2018-01-30 2020-08-18 三菱综合材料株式会社 金属基底基板

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2011130872A (ru) * 2008-12-23 2013-01-27 Зилтектра Гмбх Способ получения тонких отдельных слоев твердотельных материалов со структурированными поверхностями
DE102009034082A1 (de) * 2009-07-21 2011-01-27 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Optoelektronische Baueinheit und Verfahren zur Herstellung einer solchen Baueinheit
US9556501B2 (en) * 2010-04-02 2017-01-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Magnesium-based composite member, heat radiation member, and semiconductor device
RU2466204C1 (ru) * 2011-05-31 2012-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Композиционный материал для электротехнических изделий
JP5719740B2 (ja) * 2011-09-30 2015-05-20 株式会社日立製作所 配線材料および、それを用いた半導体モジュール
CN103373017A (zh) * 2012-04-25 2013-10-30 華廣光電股份有限公司 软性陶瓷基板
KR101429429B1 (ko) * 2013-02-28 2014-08-11 주식회사 티앤머티리얼스 가압함침형 다층방열기판 및 그 제조방법
KR101468920B1 (ko) * 2013-08-01 2014-12-08 주식회사 티앤머티리얼스 세라믹판과 금속기지 복합재료 방열판이 접합된 가압합침 일체형 다층방열기판 및 그 제조방법
JP5897062B2 (ja) * 2014-05-08 2016-03-30 三菱電機株式会社 圧縮機用電動機及び圧縮機及び冷凍サイクル装置及び圧縮機用電動機の製造方法
RU2571296C1 (ru) * 2014-07-22 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Композиционный материал, содержащий углеграфитовый каркас, пропитанный матричным сплавом на основе меди
RU2571248C1 (ru) * 2014-07-22 2015-12-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Матричный сплав на основе меди для получения композиционных материалов пропиткой углеграфитового каркаса
US9909197B2 (en) * 2014-12-22 2018-03-06 Semes Co., Ltd. Supporting unit and substrate treating apparatus including the same
TWI654074B (zh) * 2015-02-12 2019-03-21 台灣奈米碳素股份有限公司 Method for producing composite material containing carbon material by using high energy thrust
WO2016210335A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Kyocera America, Inc. Optical module and optical module package incorporating a high-thermal-expansion ceramic substrate

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0829302B2 (ja) 1987-08-31 1996-03-27 積水化学工業株式会社 ポリフッ化ビニリデン樹脂組成物を用いた金属体の被履方法
JP3062278B2 (ja) 1991-03-29 2000-07-10 株式会社神戸製鋼所 線膨張係数が小さい材料と銅との接合方法
JPH0693449A (ja) 1992-09-14 1994-04-05 Tokai Carbon Co Ltd 金属基材へのカーボン被覆法
JPH06321649A (ja) 1993-05-17 1994-11-22 Hitachi Ltd 金属化炭素部材及びその製造方法ならびに金属化炭素部材を用いた半導体装置
JPH09321190A (ja) 1996-05-29 1997-12-12 Tonen Corp 放熱板
JPH10107190A (ja) 1996-10-01 1998-04-24 Tonen Corp 半導体パッケージ
TW450861B (en) 1998-05-13 2001-08-21 Toyo Kohan Co Ltd Manufacturing method of a combination material of metal foil and ceramic, and metal foil laminated ceramic substrate
WO2000027776A1 (en) 1998-11-11 2000-05-18 Advanced Materials International Company, Ltd. Carbon-based metal composite material, method for preparation thereof and use thereof
JP3351778B2 (ja) 1999-06-11 2002-12-03 日本政策投資銀行 炭素基金属複合材料板状成形体および製造方法
JP4336016B2 (ja) 2000-02-29 2009-09-30 京セラ株式会社 半導体素子収納用パッケージ
JP4272329B2 (ja) 2000-03-15 2009-06-03 京セラ株式会社 半導体素子収納用パッケージ
JP2002043482A (ja) 2000-05-17 2002-02-08 Ngk Insulators Ltd 電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品
JP3659336B2 (ja) 2001-05-24 2005-06-15 京セラ株式会社 半導体素子収納用パッケージ
JP3554304B2 (ja) 2001-10-24 2004-08-18 京セラ株式会社 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置
CN1451505A (zh) * 2002-04-16 2003-10-29 西北有色金属研究院 一种碳基复合材料与钛合金的钎焊方法
JP2004356625A (ja) 2003-05-06 2004-12-16 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR100705868B1 (ko) 2003-05-06 2007-04-10 후지 덴키 디바이스 테크놀로지 가부시키가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2005005400A (ja) 2003-06-10 2005-01-06 Honda Motor Co Ltd 半導体装置
JP2005095944A (ja) 2003-09-25 2005-04-14 Sentan Zairyo:Kk 金属基板−炭素基金属複合材料構造体および該構造体の製造方法。

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102470639A (zh) * 2009-06-30 2012-05-23 住友电气工业株式会社 金属层压构件和制造所述金属层压构件的方法
US9199433B2 (en) 2009-06-30 2015-12-01 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the metal laminated structure
US8993121B2 (en) 2010-02-19 2015-03-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Metal laminated structure and method for producing the same
CN101973144A (zh) * 2010-09-15 2011-02-16 中国人民解放军国防科学技术大学 可激光焊接的层状铝硅-铝碳化硅复合材料及其制备方法
CN101973144B (zh) * 2010-09-15 2012-10-10 中国人民解放军国防科学技术大学 可激光焊接的层状铝硅-铝碳化硅复合材料及其制备方法
CN102958273A (zh) * 2012-10-23 2013-03-06 陈伟杰 Pcb板
CN102958273B (zh) * 2012-10-23 2015-10-28 陈伟杰 Pcb板
CN103354219A (zh) * 2013-06-17 2013-10-16 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的图案化功能结构基板
CN103354219B (zh) * 2013-06-17 2016-01-13 苏州晶品光电科技有限公司 用于光学和电子器件的图案化功能结构基板
CN105081333A (zh) * 2014-05-20 2015-11-25 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 石墨-金属导热复合材料及其制备方法
CN111557126A (zh) * 2018-01-30 2020-08-18 三菱综合材料株式会社 金属基底基板
CN111557126B (zh) * 2018-01-30 2023-11-03 三菱综合材料株式会社 金属基底基板

Also Published As

Publication number Publication date
HK1116449A1 (en) 2008-12-24
US20120164468A1 (en) 2012-06-28
EP1862298A1 (en) 2007-12-05
KR20070114353A (ko) 2007-12-03
US9390999B2 (en) 2016-07-12
KR101153107B1 (ko) 2012-06-04
CN101142080B (zh) 2012-01-11
WO2006100769A1 (ja) 2006-09-28
EP1862298A4 (en) 2010-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101142080B (zh) 金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法
JP6028987B2 (ja) 放熱基板及び該放熱基板の製造方法
CN105027277B (zh) 功率模块用基板的制造方法
TWI357788B (zh)
EP1450401B1 (en) Module comprising a ceramic circuit board
JP5698947B2 (ja) 電子機器用放熱板およびその製造方法
JP6041117B1 (ja) 放熱基板、半導体パッケージ、及び半導体モジュール、並びに放熱基板の製造方法
KR20110134504A (ko) 얇은 다이 열 인터페이스 재료의 솔더 성막 및 열 처리
JP2006245437A (ja) セラミックス回路基板およびパワーモジュール並びにパワーモジュールの製造方法
JP6108987B2 (ja) 接続構造体
JP4614868B2 (ja) 接合体及びその製造方法
JP2010098059A (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール、緩衝層付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法
TW201841310A (zh) 附有散熱片絕緣電路基板之製造方法
CN110325310A (zh) 接合体的制造方法、绝缘电路基板的制造方法及自带散热片的绝缘电路基板的制造方法
JP2017075397A (ja) 放熱基板及び該放熱基板の製造方法
JP2005095944A (ja) 金属基板−炭素基金属複合材料構造体および該構造体の製造方法。
JP2022130766A (ja) 成形体及びその製造方法
JP2004253736A (ja) ヒートスプレッダモジュール
JP7142864B2 (ja) 異方性グラファイト複合体の製造方法
JP2016082224A (ja) 放熱基板と、それを使用した半導体用モジュール
JP6790945B2 (ja) 絶縁回路基板の製造方法、及び、ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法
JP7039933B2 (ja) 接合体、絶縁回路基板、ヒートシンク付絶縁回路基板、ヒートシンク、及び、接合体の製造方法、絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法、ヒートシンクの製造方法
TWI355680B (zh)
WO2023106226A1 (ja) 銅／セラミックス接合体、および、絶縁回路基板
JP4556307B2 (ja) パワーモジュール及びパワーモジュール用緩衝材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1116449

Country of ref document: HK

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: GR

Ref document number: 1116449

Country of ref document: HK

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180418

Address after: Shizuoka

Patentee after: Advanced composite materials Co., Ltd.

Address before: Osaka Japan

Patentee before: Totankako Co., Ltd.