JP2003152145A - 半導体放熱用基板とその製造方法及びパッケージ - Google Patents
半導体放熱用基板とその製造方法及びパッケージInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱の散乱要素となる鉄族金属を減らして、従
来よりも熱伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金からなる半
導体放熱用基板、及び複数のＣｕ―Ｗ合金又はこれと銅
とを組み合わせて、更に熱伝導率が高く、低コストで高
品質な半導体放熱用基板を提供する。 【解決手段】 細孔内に銅が溶浸したＣｕ−Ｗ合金から
なる半導体放熱用基板において、タングステン多孔体の
累積比表面積が９５％での細孔直径が０.３μｍ以上、
且つ累積比表面積が５％での細孔直径が３０μｍ以下で
あり、鉄族金属の含有量を０.０２重量％未満に低減さ
せ、２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率が得られる。ま
た、多軸プレス等を用いて成形体の中央部と外周部で空
孔量等を変えることで、銅の溶浸量等を変化させ、異な
る材質からなる中央部と外周部との間に接合材を有しな
い半導体用放熱基板を安価に提供できる。
来よりも熱伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金からなる半
導体放熱用基板、及び複数のＣｕ―Ｗ合金又はこれと銅
とを組み合わせて、更に熱伝導率が高く、低コストで高
品質な半導体放熱用基板を提供する。 【解決手段】 細孔内に銅が溶浸したＣｕ−Ｗ合金から
なる半導体放熱用基板において、タングステン多孔体の
累積比表面積が９５％での細孔直径が０.３μｍ以上、
且つ累積比表面積が５％での細孔直径が３０μｍ以下で
あり、鉄族金属の含有量を０.０２重量％未満に低減さ
せ、２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率が得られる。ま
た、多軸プレス等を用いて成形体の中央部と外周部で空
孔量等を変えることで、銅の溶浸量等を変化させ、異な
る材質からなる中央部と外周部との間に接合材を有しな
い半導体用放熱基板を安価に提供できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子からの
発熱量が多い高周波デバイスや半導体発光装置等に好適
な、放熱性に優れた半導体放熱用基板とその製造方法、
及びその基板を用いたパッケージ、サブマウント並びに
半導体装置に関するものである。
発熱量が多い高周波デバイスや半導体発光装置等に好適
な、放熱性に優れた半導体放熱用基板とその製造方法、
及びその基板を用いたパッケージ、サブマウント並びに
半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体はパソコンやコンピュータ等にお
ける演算素子、記憶素子としての役割を広く担ってきた
が、近年における移動体通信の急速な普及と大容量通信
の発達により、その基地局で使用される高周波増幅用出
力デバイスでの用途が急速に拡大している。
ける演算素子、記憶素子としての役割を広く担ってきた
が、近年における移動体通信の急速な普及と大容量通信
の発達により、その基地局で使用される高周波増幅用出
力デバイスでの用途が急速に拡大している。
【０００３】一般に半導体素子は半導体放熱用基板と入
出力端子及びシールリング等からなるパッケージに実装
され、従来から広く用いられていたＳｉ（シリコン）−
バイポーラ半導体は絶縁を必要とするため、半導体放熱
用基板上に接合されたＢｅＯ（ベリリア）からなる絶縁
基板上に実装されていた。一方、高周波特性に優れたＳ
ｉ−ＬＤＭＯＳやＧａＡｓ−ＦＥＴ半導体は絶縁を必要
としないため、半導体放熱用基板に直接実装することが
できる。
出力端子及びシールリング等からなるパッケージに実装
され、従来から広く用いられていたＳｉ（シリコン）−
バイポーラ半導体は絶縁を必要とするため、半導体放熱
用基板上に接合されたＢｅＯ（ベリリア）からなる絶縁
基板上に実装されていた。一方、高周波特性に優れたＳ
ｉ−ＬＤＭＯＳやＧａＡｓ−ＦＥＴ半導体は絶縁を必要
としないため、半導体放熱用基板に直接実装することが
できる。
【０００４】しかし、近年における高周波デバイスや半
導体発光装置等の高出力化に伴い、これらの半導体素子
からの発熱量が大きく増加しているため、より高い放熱
性を有するパッケージやヒートシンクが要求されてい
る。このような状況から、半導体放熱用基板の役割が益
々重要になり、放熱性の向上のために更に高い熱伝導率
を有する半導体放熱用基板が求められている。
導体発光装置等の高出力化に伴い、これらの半導体素子
からの発熱量が大きく増加しているため、より高い放熱
性を有するパッケージやヒートシンクが要求されてい
る。このような状況から、半導体放熱用基板の役割が益
々重要になり、放熱性の向上のために更に高い熱伝導率
を有する半導体放熱用基板が求められている。
【０００５】また、パッケージに反りがあると、フィン
など外部への放熱装置が取り付けられた半導体放熱用基
板との間に隙間が生じるため、放熱性が著しく損なわれ
る。例えば、半導体放熱用基板は必要形状に加工後、通
常はＮｉメッキが施された上で、外部との接続用の端子
や気密封止用のシールリング等がロウ付けにより接合さ
れパッケージとなるが、Ｎｉメッキ工程ではＮｉメッキ
の密着性向上のために加熱処理が加えられるのが一般で
あり、その熱の影響によりパッケージに反りが発生しや
すい。
など外部への放熱装置が取り付けられた半導体放熱用基
板との間に隙間が生じるため、放熱性が著しく損なわれ
る。例えば、半導体放熱用基板は必要形状に加工後、通
常はＮｉメッキが施された上で、外部との接続用の端子
や気密封止用のシールリング等がロウ付けにより接合さ
れパッケージとなるが、Ｎｉメッキ工程ではＮｉメッキ
の密着性向上のために加熱処理が加えられるのが一般で
あり、その熱の影響によりパッケージに反りが発生しや
すい。
【０００６】更に、ロウ付けの際には、ロウ付けされる
端子やシールリングとして用いられるアルミナ、ベリリ
ア、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等と、半導体放熱用基板との
熱膨張率の整合が非常に重要となる。例えば、銅は約３
９３Ｗ／(ｍ・Ｋ)の高熱伝導率を有しているが、熱膨張
率が１７×１０−６／℃と大きいため、半導体放熱用基
板として使用することはできない。一方、銅とタングス
テンからなる合金及び複合体（以下、単に銅−タングス
テン合金、又はＣｕ−Ｗ合金と称する）は、銅とタング
ステンの組成比を変えることによって上記材料と熱膨張
率を整合させることができ、更に高剛性のため熱による
反りの発生も低く押さえられるため、半導体放熱用基板
として広く使用されている。
端子やシールリングとして用いられるアルミナ、ベリリ
ア、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等と、半導体放熱用基板との
熱膨張率の整合が非常に重要となる。例えば、銅は約３
９３Ｗ／(ｍ・Ｋ)の高熱伝導率を有しているが、熱膨張
率が１７×１０−６／℃と大きいため、半導体放熱用基
板として使用することはできない。一方、銅とタングス
テンからなる合金及び複合体（以下、単に銅−タングス
テン合金、又はＣｕ−Ｗ合金と称する）は、銅とタング
ステンの組成比を変えることによって上記材料と熱膨張
率を整合させることができ、更に高剛性のため熱による
反りの発生も低く押さえられるため、半導体放熱用基板
として広く使用されている。
【０００７】かかるＣｕ−Ｗ合金による半導体放熱用基
板は、特開昭５９−１４１２４８号公報において、その
製造方法が提案されている。即ち、平均粒度１〜４０μ
ｍのタングステン粉末に鉄族金属を０.０２〜２重量％
添加した粉末を加圧成形した後、非酸雰囲気にて焼結し
た焼結多孔体に、重量比５〜２５重量％の銅を含浸する
ことによって製造される。
板は、特開昭５９−１４１２４８号公報において、その
製造方法が提案されている。即ち、平均粒度１〜４０μ
ｍのタングステン粉末に鉄族金属を０.０２〜２重量％
添加した粉末を加圧成形した後、非酸雰囲気にて焼結し
た焼結多孔体に、重量比５〜２５重量％の銅を含浸する
ことによって製造される。
【０００８】また、特開平１０−２８００８２号公報に
は、銅−タングステン合金からなる複合部材において、
その複数の面の公差部分を除く外周全表面にわたって、
銅とタングステンの破断面の無い表面が露呈していると
共に、タングステン粒子の欠落部が無いことを特徴とす
る複合合金部材、即ち機械加工無し若しくは部分機械加
工によるＣｕ−Ｗ合金が提案されている。この製法によ
るＣｕ−Ｗ合金では、例えば熱膨張率６.５×１０−６
／℃の合金において、熱伝導率が２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)で
あり、及びＮｉメッキ前及び後における反りが共に０.
０１ｍｍという特性が得られている。
は、銅−タングステン合金からなる複合部材において、
その複数の面の公差部分を除く外周全表面にわたって、
銅とタングステンの破断面の無い表面が露呈していると
共に、タングステン粒子の欠落部が無いことを特徴とす
る複合合金部材、即ち機械加工無し若しくは部分機械加
工によるＣｕ−Ｗ合金が提案されている。この製法によ
るＣｕ−Ｗ合金では、例えば熱膨張率６.５×１０−６
／℃の合金において、熱伝導率が２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)で
あり、及びＮｉメッキ前及び後における反りが共に０.
０１ｍｍという特性が得られている。
【０００９】更に、特開平４−３４８０６２号公報に
は、複数個のＣｕ−Ｗ合金を重ね合わせ、銅を介して結
合した半導体搭載用放熱基板が提案されている。例え
ば、形状が７ｍｍ×７ｍｍ×０.５ｍｍ、重量組成がＣ
ｕ：Ｗ＝２０：８０の平板１と、形状が３０ｍｍ×１１
ｍｍ×１ｍｍ、重量組成がＣｕ：Ｗ＝１０：９０の平板
２を、間に銅箔を挟んで重ね合わせ、銅箔を加熱溶融し
て接合することにより、段付き形状の基板を得ている。
実際にアルミナ枠とベリリア板を同時にロウ付けした後
のパッケージ底面の反りは０.００２ｍｍ以下とされて
いる。また、特開平５−３２６５号公報においては、密
度の異なった２種のタングステン多孔焼結体を重ね合わ
せ、溶融した銅を溶浸させると同時に接合した半導体搭
載用複合放熱基板が提案されている。
は、複数個のＣｕ−Ｗ合金を重ね合わせ、銅を介して結
合した半導体搭載用放熱基板が提案されている。例え
ば、形状が７ｍｍ×７ｍｍ×０.５ｍｍ、重量組成がＣ
ｕ：Ｗ＝２０：８０の平板１と、形状が３０ｍｍ×１１
ｍｍ×１ｍｍ、重量組成がＣｕ：Ｗ＝１０：９０の平板
２を、間に銅箔を挟んで重ね合わせ、銅箔を加熱溶融し
て接合することにより、段付き形状の基板を得ている。
実際にアルミナ枠とベリリア板を同時にロウ付けした後
のパッケージ底面の反りは０.００２ｍｍ以下とされて
いる。また、特開平５−３２６５号公報においては、密
度の異なった２種のタングステン多孔焼結体を重ね合わ
せ、溶融した銅を溶浸させると同時に接合した半導体搭
載用複合放熱基板が提案されている。
【００１０】更に、特開平５−３２６５号公報若しくは
ＵＳＰ５４８１１３６には、密度の異なったタングステ
ン多孔焼結体の少なくとも２種を、銅溶浸法により接合
したことを特徴とする半導体搭載用複合放熱基板が提唱
されている。その一方に５〜２５重量％のＣｕが含ま
れ、もう一方に４０〜７０重量％のＣｕが含まれるよう
に設定することが提案されている。特に外周部をＣｕ量
の多いＣｕ−Ｗ合金とすることにより、プラスチックパ
ッケージあるいはフレキシブルプリント基板と熱膨張率
が整合し、半導体又はパッケージの信頼性を向上させる
ことができるとされている。
ＵＳＰ５４８１１３６には、密度の異なったタングステ
ン多孔焼結体の少なくとも２種を、銅溶浸法により接合
したことを特徴とする半導体搭載用複合放熱基板が提唱
されている。その一方に５〜２５重量％のＣｕが含ま
れ、もう一方に４０〜７０重量％のＣｕが含まれるよう
に設定することが提案されている。特に外周部をＣｕ量
の多いＣｕ−Ｗ合金とすることにより、プラスチックパ
ッケージあるいはフレキシブルプリント基板と熱膨張率
が整合し、半導体又はパッケージの信頼性を向上させる
ことができるとされている。
【００１１】更に、特開平１０−２００２０８号公報若
しくはＵＳＰ６２１９３６４には、半導体レーザーダイ
オードチップ及びレンズを搭載し、且つ下部にペリチェ
素子を金属ソルダを介して接着した金属基板を有する半
導体モジュールにおいて、熱伝導率が大きな第１の金属
材の側面周囲に、第１の金属材より熱伝導率が小さい金
属部材からなる金属基板を用いることにより、冷却能力
の向上を図ると共に、温度環境信頼度を得ることが提案
されている。この金属基板の作製方法には、各材質のロ
ウ付け又は浸透法が提案されている。
しくはＵＳＰ６２１９３６４には、半導体レーザーダイ
オードチップ及びレンズを搭載し、且つ下部にペリチェ
素子を金属ソルダを介して接着した金属基板を有する半
導体モジュールにおいて、熱伝導率が大きな第１の金属
材の側面周囲に、第１の金属材より熱伝導率が小さい金
属部材からなる金属基板を用いることにより、冷却能力
の向上を図ると共に、温度環境信頼度を得ることが提案
されている。この金属基板の作製方法には、各材質のロ
ウ付け又は浸透法が提案されている。
【００１２】更に、ＵＳＰ６１１４０４８においては、
傾斜機能金属基板（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ−ｇｒａ
ｄｅｄ ｍｅｔａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が提案され
ている。この傾斜機能金属基板は、半導体の実装に用い
られる平面（ｘ−ｙ平面）において、中央部が外周部よ
り高熱伝導率で、且つ外周部が中央部より低熱膨張率の
最低２種類の金属が複合された構造を有している。
傾斜機能金属基板（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ−ｇｒａ
ｄｅｄ ｍｅｔａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が提案され
ている。この傾斜機能金属基板は、半導体の実装に用い
られる平面（ｘ−ｙ平面）において、中央部が外周部よ
り高熱伝導率で、且つ外周部が中央部より低熱膨張率の
最低２種類の金属が複合された構造を有している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、Ｃｕ−Ｗ合
金の半導体放熱用基板は、上記特開昭５９−１４１２４
８号公報に記載されるように、タングステン多孔体を作
製した上で、それを溶融した銅と接触させ、タングステ
ン多孔体中の細孔に銅を溶浸することにより製造されて
いる。しかし、銅の溶浸を促進させるために添加する鉄
族金属が熱の流れの散乱要素となり、半導体放熱用基板
の特性として一番重要な熱伝導率を低下させてしまうと
いう欠点があった。
金の半導体放熱用基板は、上記特開昭５９−１４１２４
８号公報に記載されるように、タングステン多孔体を作
製した上で、それを溶融した銅と接触させ、タングステ
ン多孔体中の細孔に銅を溶浸することにより製造されて
いる。しかし、銅の溶浸を促進させるために添加する鉄
族金属が熱の流れの散乱要素となり、半導体放熱用基板
の特性として一番重要な熱伝導率を低下させてしまうと
いう欠点があった。
【００１４】即ち、量産のために大型炉を使用して銅の
溶浸を行なう場合、炉内の温度や水素気流のバラツキ、
充填量の違いの影響など、いわゆる製造条件のバラツキ
によって、溶浸が完全にされない製品が発生する場合が
ある。鉄、ニッケル、コバルト等の鉄族金属は、タング
ステンに固溶した上でタングステンに対する銅の濡れ性
を向上させるため、十分な銅の溶浸を達成するために
は、鉄族金属をタングステン粉末に混合することが不可
欠とされていた。
溶浸を行なう場合、炉内の温度や水素気流のバラツキ、
充填量の違いの影響など、いわゆる製造条件のバラツキ
によって、溶浸が完全にされない製品が発生する場合が
ある。鉄、ニッケル、コバルト等の鉄族金属は、タング
ステンに固溶した上でタングステンに対する銅の濡れ性
を向上させるため、十分な銅の溶浸を達成するために
は、鉄族金属をタングステン粉末に混合することが不可
欠とされていた。
【００１５】しかるに、近年におけるデバイスの高出力
化に伴い、従来のＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率では放熱用基
板として不十分なケースが出てきた。例えば、アルミナ
と熱膨張率が整合するＷ−１１ｗｔ％Ｃｕ合金では、約
０.２ｗｔ％のＮｉが添加金属として用いられ、熱伝導
率は約１８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であるが、この熱伝導率では
満足できない場合が増えてきた。
化に伴い、従来のＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率では放熱用基
板として不十分なケースが出てきた。例えば、アルミナ
と熱膨張率が整合するＷ−１１ｗｔ％Ｃｕ合金では、約
０.２ｗｔ％のＮｉが添加金属として用いられ、熱伝導
率は約１８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であるが、この熱伝導率では
満足できない場合が増えてきた。
【００１６】尚、このＮｉ等の鉄族金属は故意に添加す
るほか、粉末の混合や粉砕などの工程で混入される場合
もある。例えば、上記特開平１０−２８００８２号公報
中の表２のＮｏ.３のＣｕ−Ｗ合金では、添加金属はな
いものの、スチールボールを用いた粉砕時に０.０９重
量％の鉄が混入し、この金属がタングステンに対する銅
の濡れ性を向上させる働きを担っている。しかし、同時
に鉄族金属はＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率を低下させるた
め、このＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率は２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)
に留まっている。
るほか、粉末の混合や粉砕などの工程で混入される場合
もある。例えば、上記特開平１０−２８００８２号公報
中の表２のＮｏ.３のＣｕ−Ｗ合金では、添加金属はな
いものの、スチールボールを用いた粉砕時に０.０９重
量％の鉄が混入し、この金属がタングステンに対する銅
の濡れ性を向上させる働きを担っている。しかし、同時
に鉄族金属はＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率を低下させるた
め、このＣｕ−Ｗ合金の熱伝導率は２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)
に留まっている。
【００１７】もともとタングステン単体は熱伝導率が１
６７Ｗ／(ｍ・Ｋ)、銅単体は３９３Ｗ／(ｍ・Ｋ)である
ため、上記のＷ−１１重量％Ｃｕ合金では約２２０Ｗ／
(ｍ・Ｋ)が理論的限界とされる。理論値との差は、界面
や結晶の歪み、不純物など様々な熱の流れの散乱要素が
存在するためとされる。そのため、熱の散乱要素を極力
減らし、更に熱伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金の開発
が切望されている。
６７Ｗ／(ｍ・Ｋ)、銅単体は３９３Ｗ／(ｍ・Ｋ)である
ため、上記のＷ−１１重量％Ｃｕ合金では約２２０Ｗ／
(ｍ・Ｋ)が理論的限界とされる。理論値との差は、界面
や結晶の歪み、不純物など様々な熱の流れの散乱要素が
存在するためとされる。そのため、熱の散乱要素を極力
減らし、更に熱伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金の開発
が切望されている。
【００１８】更に最近では、２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上や
銅に近い熱伝導率の放熱用基板まで要求されるようにな
っているが、従来のＣｕ−Ｗ合金単体では、その実現は
困難であった。そのため、ロウ付け部など熱膨張率の整
合が重要な部分はＣｕ−Ｗ合金を用い、半導体が実装さ
れる部分など放熱性が重要な部分には高熱伝導率の銅、
若しくは銅量が多いＣｕ−Ｗ合金を用いることが必要と
なり、銅若しくは複数個のＣｕ−Ｗ合金の複合化方法に
ついて多くの手法が提案されている。
銅に近い熱伝導率の放熱用基板まで要求されるようにな
っているが、従来のＣｕ−Ｗ合金単体では、その実現は
困難であった。そのため、ロウ付け部など熱膨張率の整
合が重要な部分はＣｕ−Ｗ合金を用い、半導体が実装さ
れる部分など放熱性が重要な部分には高熱伝導率の銅、
若しくは銅量が多いＣｕ−Ｗ合金を用いることが必要と
なり、銅若しくは複数個のＣｕ−Ｗ合金の複合化方法に
ついて多くの手法が提案されている。
【００１９】しかしながら、従来の複合化方法は、前記
した特開平４−３４８０６２号公報や特開平５−３２６
５号公報等に記載されているように、予め用意した複数
個のＣｕ−Ｗ合金若しくはタングステン多孔体を組み合
わせて一つ複合材料を得る手法を選択しており、複数個
のＣｕ−Ｗ合金若しくはタングステン多孔体を別々の工
程で製造するためコストの上昇が避けられなかった。
した特開平４−３４８０６２号公報や特開平５−３２６
５号公報等に記載されているように、予め用意した複数
個のＣｕ−Ｗ合金若しくはタングステン多孔体を組み合
わせて一つ複合材料を得る手法を選択しており、複数個
のＣｕ−Ｗ合金若しくはタングステン多孔体を別々の工
程で製造するためコストの上昇が避けられなかった。
【００２０】また、予め用意した複数個のＣｕ−Ｗ合金
若しくはタングステン多孔体を組み合わせて複合化する
際にロウ付け等の手法を取れば、ロウ材等の接合材の介
在によって、熱伝導率が低下するという問題も生じる。
更に、銅を圧延による方法で接合する手法は、各層の厚
みの制御が難しく、熱膨張率や熱伝導率などの特性がば
らつくという問題があった。そのため、低コストで高品
質な複合Ｃｕ−Ｗ合金からなる放熱用基板及びその製造
方法についても切望されている。
若しくはタングステン多孔体を組み合わせて複合化する
際にロウ付け等の手法を取れば、ロウ材等の接合材の介
在によって、熱伝導率が低下するという問題も生じる。
更に、銅を圧延による方法で接合する手法は、各層の厚
みの制御が難しく、熱膨張率や熱伝導率などの特性がば
らつくという問題があった。そのため、低コストで高品
質な複合Ｃｕ−Ｗ合金からなる放熱用基板及びその製造
方法についても切望されている。
【００２１】複合構造の半導体基板において放熱性を向
上されるためには、半導体が搭載される直下をより高熱
伝導率の材料にすることが望ましい。例えば上記特開平
４−３４８０６２号公報に記載された段付構造では、半
導体搭載部の直下を、Ｗ−１０重量％Ｃｕの単一材料よ
りも、Ｃｕ量が多く高熱伝導のＷ−２０重量％Ｃｕとし
た構造の方が放熱性に優れる。しかし、この構造は、Ｗ
−１０重量％Ｃｕの平板を介して熱を伝える点で劣って
いる。即ち、ＵＳＰ６１１４０４８で提案されているよ
うに、半導体搭載部直下の高熱伝導率の基板から直接フ
ィン等の下部放熱構造へ熱を伝える構造の方が放熱性に
優れている。
上されるためには、半導体が搭載される直下をより高熱
伝導率の材料にすることが望ましい。例えば上記特開平
４−３４８０６２号公報に記載された段付構造では、半
導体搭載部の直下を、Ｗ−１０重量％Ｃｕの単一材料よ
りも、Ｃｕ量が多く高熱伝導のＷ−２０重量％Ｃｕとし
た構造の方が放熱性に優れる。しかし、この構造は、Ｗ
−１０重量％Ｃｕの平板を介して熱を伝える点で劣って
いる。即ち、ＵＳＰ６１１４０４８で提案されているよ
うに、半導体搭載部直下の高熱伝導率の基板から直接フ
ィン等の下部放熱構造へ熱を伝える構造の方が放熱性に
優れている。
【００２２】また、この構造では反りの制御が実用化に
あたり必須の課題となる。即ち、複数の材料を組み合わ
せた構造のため、半導体基板の内部に応力が残留しやす
く、それが加熱した際に解放されるため反りが非常に発
生しやすかった。更に、アルミナの外囲器材やコバール
からなる電極材とのロウ付けによる接合時にも、熱膨張
の差異により反りが発生しやすく、特にバラツキが大き
くなる傾向にあった。そのため、従来技術では半導体装
置を組み立てた後、反りの程度により選別して使用する
しかなかった。また、反りは大きさだけではなく、その
方向も問題となるようになった。即ち、半導体の直下が
接地するような反りは放熱性に優れるが、逆方向の反り
の場合には半導体の直下からグリース等を通して接地す
ることになるため放熱性に劣ってしまう。
あたり必須の課題となる。即ち、複数の材料を組み合わ
せた構造のため、半導体基板の内部に応力が残留しやす
く、それが加熱した際に解放されるため反りが非常に発
生しやすかった。更に、アルミナの外囲器材やコバール
からなる電極材とのロウ付けによる接合時にも、熱膨張
の差異により反りが発生しやすく、特にバラツキが大き
くなる傾向にあった。そのため、従来技術では半導体装
置を組み立てた後、反りの程度により選別して使用する
しかなかった。また、反りは大きさだけではなく、その
方向も問題となるようになった。即ち、半導体の直下が
接地するような反りは放熱性に優れるが、逆方向の反り
の場合には半導体の直下からグリース等を通して接地す
ることになるため放熱性に劣ってしまう。
【００２３】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
熱の散乱要素となる鉄族金属を減らして、従来よりも熱
伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金からなる半導体放熱用
基板及びその製造方法を提供することを目的とする。ま
た、複数のＣｕ―Ｗ合金又はこれと銅とを組み合わせ
て、更に熱伝導率が高く、低コストで高品質な半導体放
熱用基板及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
熱の散乱要素となる鉄族金属を減らして、従来よりも熱
伝導率を向上させたＣｕ−Ｗ合金からなる半導体放熱用
基板及びその製造方法を提供することを目的とする。ま
た、複数のＣｕ―Ｗ合金又はこれと銅とを組み合わせ
て、更に熱伝導率が高く、低コストで高品質な半導体放
熱用基板及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する第１の半導体放熱用基板は、タン
グステン多孔体の細孔内に銅が溶浸された銅−タングス
テン合金からなる半導体放熱用基板において、該タング
ステン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径が
０.３μｍ以上、且つ累積比表面積が５％での細孔直径
が３０μｍ以下であることを特徴とする。該タングステ
ン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径は、０.
５μｍ以上であることが好ましい。
め、本発明が提供する第１の半導体放熱用基板は、タン
グステン多孔体の細孔内に銅が溶浸された銅−タングス
テン合金からなる半導体放熱用基板において、該タング
ステン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径が
０.３μｍ以上、且つ累積比表面積が５％での細孔直径
が３０μｍ以下であることを特徴とする。該タングステ
ン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径は、０.
５μｍ以上であることが好ましい。
【００２５】上記本発明の第１の半導体放熱用基板にお
いては、銅−タングステン合金中の鉄族金属の含有量を
０.０２重量％未満に、更に好ましくは０.００２重量％
以下とすることができる。その結果、本発明の半導体放
熱用基板は、理論値に近いタングステンが９１〜７５重
量％であるとき熱伝導率２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、また
タングステンが８１〜７５重量％であるとき熱伝導率２
３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上を得ることができる。
いては、銅−タングステン合金中の鉄族金属の含有量を
０.０２重量％未満に、更に好ましくは０.００２重量％
以下とすることができる。その結果、本発明の半導体放
熱用基板は、理論値に近いタングステンが９１〜７５重
量％であるとき熱伝導率２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、また
タングステンが８１〜７５重量％であるとき熱伝導率２
３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上を得ることができる。
【００２６】また、本発明が提供する第１の半導体放熱
用基板の製造方法は、タングステン粉末と有機バインダ
ーを混合する工程と、混合粉末を加圧成形する工程と、
成形体から有機バインダーを加熱除去する工程と、その
状態の又は更に中間焼結したタングステン多孔体に、溶
融した銅を溶浸する工程とを含む、タングステン多孔体
の細孔内に銅が溶浸された銅−タングステン合金からな
る半導体放熱用基板の製造方法において、前記タングス
テン粉末に含まれる粒径０.５μｍ以下の粉末量が５％
以下、且つ粒径５０μｍ以上の粉末量が５％以下である
ことを特徴とする。前記タングステン粉末に含まれる粒
径３μｍ以下の粉末量は、５％以下であることが好まし
い。
用基板の製造方法は、タングステン粉末と有機バインダ
ーを混合する工程と、混合粉末を加圧成形する工程と、
成形体から有機バインダーを加熱除去する工程と、その
状態の又は更に中間焼結したタングステン多孔体に、溶
融した銅を溶浸する工程とを含む、タングステン多孔体
の細孔内に銅が溶浸された銅−タングステン合金からな
る半導体放熱用基板の製造方法において、前記タングス
テン粉末に含まれる粒径０.５μｍ以下の粉末量が５％
以下、且つ粒径５０μｍ以上の粉末量が５％以下である
ことを特徴とする。前記タングステン粉末に含まれる粒
径３μｍ以下の粉末量は、５％以下であることが好まし
い。
【００２７】上記第１の半導体放熱用基板の製造方法に
おいては、前記タングステン粉末に対して０.０２重量
％未満の鉄族金属粉末を更に添加してもよく、前記鉄族
金属粉末の添加量が０.００２重量％以下であることが
好ましい。また、前記有機バインダーの添加量を、タン
グステン粉末に対して０.２重量％以下とすることが好
ましい。
おいては、前記タングステン粉末に対して０.０２重量
％未満の鉄族金属粉末を更に添加してもよく、前記鉄族
金属粉末の添加量が０.００２重量％以下であることが
好ましい。また、前記有機バインダーの添加量を、タン
グステン粉末に対して０.２重量％以下とすることが好
ましい。
【００２８】更に、本発明が提供する第２の半導体放熱
用基板は、半導体素子を搭載する中央部とその外周部と
が異なる材質で構成され、該外周部はタングステン多孔
体の細孔内に銅が溶浸された銅−タングステン合金から
なり、該中央部は銅か又は前記外周部よりも銅を多く含
む材質からなっていて、該中央部と外周部とが接合材を
介することなく一体化されていることを特徴とする。
用基板は、半導体素子を搭載する中央部とその外周部と
が異なる材質で構成され、該外周部はタングステン多孔
体の細孔内に銅が溶浸された銅−タングステン合金から
なり、該中央部は銅か又は前記外周部よりも銅を多く含
む材質からなっていて、該中央部と外周部とが接合材を
介することなく一体化されていることを特徴とする。
【００２９】上記第２の半導体用放熱基板においては、
前記中央部を構成する材質と外周部を構成する材質は、
その熱伝導率及び／又は熱膨張率が異なっている。ま
た、第２の半導体放熱用基板では、前記中央部を構成す
る材質の熱伝導率が２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上を得ること
ができる。
前記中央部を構成する材質と外周部を構成する材質は、
その熱伝導率及び／又は熱膨張率が異なっている。ま
た、第２の半導体放熱用基板では、前記中央部を構成す
る材質の熱伝導率が２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上を得ること
ができる。
【００３０】上記第２の半導体用放熱基板においては、
前記中央部に含まれる銅が３０重量％以上であり、外周
部に含まれる銅が３０重量％未満であることが好まし
い。また、前記外周部に含まれる銅が１０重量％以下で
あることが好ましい。更に、外周側面が切削又は研摩加
工工程を経ずに用いられ、その寸法精度が１ｍｍ当たり
±２μｍ以内であることが好ましい。
前記中央部に含まれる銅が３０重量％以上であり、外周
部に含まれる銅が３０重量％未満であることが好まし
い。また、前記外周部に含まれる銅が１０重量％以下で
あることが好ましい。更に、外周側面が切削又は研摩加
工工程を経ずに用いられ、その寸法精度が１ｍｍ当たり
±２μｍ以内であることが好ましい。
【００３１】本発明が提供する第２の半導体放熱用基板
の製造方法は、第１の方法として、半導体素子を搭載す
る中央部とその外周部とが異なる材質で構成された半導
体放熱用基板の製造方法であって、タングステン粉末の
成形工程において中央部と外周部で圧縮率を変えること
により、中央部の空孔率を外周部よりも大きくしたタン
グステン多孔体を形成し、該タングステン多孔体に溶融
した銅を溶浸することを特徴とする。
の製造方法は、第１の方法として、半導体素子を搭載す
る中央部とその外周部とが異なる材質で構成された半導
体放熱用基板の製造方法であって、タングステン粉末の
成形工程において中央部と外周部で圧縮率を変えること
により、中央部の空孔率を外周部よりも大きくしたタン
グステン多孔体を形成し、該タングステン多孔体に溶融
した銅を溶浸することを特徴とする。
【００３２】上記第２の半導体放熱用基板の製造方法に
おいて、第２の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、タングステン粉末の成形工程に
おいて中央部と外周部でタングステン粉末と添加金属粉
末の割合を変えることにより、中央部と外周部で組成の
異なるタングステン多孔体を形成し、得られたタングス
テン多孔体に溶融した銅を溶浸することを特徴とする。
おいて、第２の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、タングステン粉末の成形工程に
おいて中央部と外周部でタングステン粉末と添加金属粉
末の割合を変えることにより、中央部と外周部で組成の
異なるタングステン多孔体を形成し、得られたタングス
テン多孔体に溶融した銅を溶浸することを特徴とする。
【００３３】上記第２の半導体放熱用基板の製造方法に
おいて、第３の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、タングステン粉末の成形工程に
おいて中央部に凹部を形成するか、又は複数の貫通若し
くは非貫通の小孔を形成し、得られたタングステン多孔
体に溶融した銅を溶浸すると同時に、前記凹部又は小孔
を銅で充填することを特徴とする。
おいて、第３の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、タングステン粉末の成形工程に
おいて中央部に凹部を形成するか、又は複数の貫通若し
くは非貫通の小孔を形成し、得られたタングステン多孔
体に溶融した銅を溶浸すると同時に、前記凹部又は小孔
を銅で充填することを特徴とする。
【００３４】上記第２の半導体放熱用基板の製造方法に
おいて、第４の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、中央部に貫通穴を有するタング
ステン多孔体を形成し、このタングステン多孔体に溶融
した銅を溶浸した後その中央部の貫通穴に銅片を圧入す
るか、若しくはタングステン多孔体の中央部の貫通穴に
銅片を圧入した後に溶融した銅を溶浸し、その後加熱処
理することを特徴とする。
おいて、第４の方法は、半導体素子を搭載する中央部と
その外周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基
板の製造方法であって、中央部に貫通穴を有するタング
ステン多孔体を形成し、このタングステン多孔体に溶融
した銅を溶浸した後その中央部の貫通穴に銅片を圧入す
るか、若しくはタングステン多孔体の中央部の貫通穴に
銅片を圧入した後に溶融した銅を溶浸し、その後加熱処
理することを特徴とする。
【００３５】本発明は、上記本発明における第１又は第
２の半導体放熱用基板を用いるか、第１又は第２の半導
体放熱用基板の条件を満たす半導体放熱用基板を用い
て、その外周部にシールリング及び電極端子をロウ付け
してなるパッケージを提供するものである。この本発明
のパッケージにおいては、前記シールリング及び電極端
子のロウ付け後における半導体放熱用基板の反りが、長
さ１ｍｍ当たり１μｍ以下であることを特徴とする。
２の半導体放熱用基板を用いるか、第１又は第２の半導
体放熱用基板の条件を満たす半導体放熱用基板を用い
て、その外周部にシールリング及び電極端子をロウ付け
してなるパッケージを提供するものである。この本発明
のパッケージにおいては、前記シールリング及び電極端
子のロウ付け後における半導体放熱用基板の反りが、長
さ１ｍｍ当たり１μｍ以下であることを特徴とする。
【００３６】本発明は、また、上記第１又は第２の半導
体放熱用基板を用いたサブマウント基板と、該サブマウ
ント基板の光半導体素子を搭載する主面上に半田層を備
えていることを特徴とするサブマウントを提供する。
体放熱用基板を用いたサブマウント基板と、該サブマウ
ント基板の光半導体素子を搭載する主面上に半田層を備
えていることを特徴とするサブマウントを提供する。
【００３７】この本発明のサブマウントにおいては、前
記光半導体素子を搭載する主面の端部の面取り寸法が３
０μｍ以下であることが好ましい。また、前記サブマウ
ントの少なくとも１側面に、前記主面上の半田層から連
続して半田層が形成されていること、若しくは前記サブ
マウントの全ての側面に、前記主面上の半田層から連続
して半田層が形成されていることが好ましい。
記光半導体素子を搭載する主面の端部の面取り寸法が３
０μｍ以下であることが好ましい。また、前記サブマウ
ントの少なくとも１側面に、前記主面上の半田層から連
続して半田層が形成されていること、若しくは前記サブ
マウントの全ての側面に、前記主面上の半田層から連続
して半田層が形成されていることが好ましい。
【００３８】更に、本発明は、上記サブマウントに光半
導体素子が搭載され、その反対側の裏面にステムを接合
してなる半導体装置を提供するものである。
導体素子が搭載され、その反対側の裏面にステムを接合
してなる半導体装置を提供するものである。
【００３９】
【発明の実施の形態】本発明者らは、Ｃｕ−Ｗ合金の製
造時におけるタングステン多孔体への銅の溶浸について
検討した結果、タングステン多孔体の累積比表面積が９
５％での細孔直径が０.３μｍ以上、即ち直径が０.３μ
ｍ未満の細孔を５％以下とすることにより、タングステ
ン多孔体への溶融した銅の溶浸が容易になり、従来と比
較して溶浸残りの発生が著しく減少することを見出し
た。
造時におけるタングステン多孔体への銅の溶浸について
検討した結果、タングステン多孔体の累積比表面積が９
５％での細孔直径が０.３μｍ以上、即ち直径が０.３μ
ｍ未満の細孔を５％以下とすることにより、タングステ
ン多孔体への溶融した銅の溶浸が容易になり、従来と比
較して溶浸残りの発生が著しく減少することを見出し
た。
【００４０】また、タングステン多孔体の累積比表面積
が９５％での細孔直径が０.３μｍ以上とすることによ
り、銅の溶浸が容易になるため、鉄族金属の含有量が
０.０２重量％以下であっても、銅の溶浸を問題なく行
なうことができる。その結果、これまでタングステンと
銅の濡れ性を向上させ、溶浸を容易に行なうため必須と
される一方、熱伝導率低下の原因となっていた鉄、ニッ
ケル、コバルトなどの鉄族金属の添加量を大幅に減らす
ことが可能となった。
が９５％での細孔直径が０.３μｍ以上とすることによ
り、銅の溶浸が容易になるため、鉄族金属の含有量が
０.０２重量％以下であっても、銅の溶浸を問題なく行
なうことができる。その結果、これまでタングステンと
銅の濡れ性を向上させ、溶浸を容易に行なうため必須と
される一方、熱伝導率低下の原因となっていた鉄、ニッ
ケル、コバルトなどの鉄族金属の添加量を大幅に減らす
ことが可能となった。
【００４１】更に好ましくは、タングステン多孔体の累
積比表面積が９５％での細孔直径が０.５μｍ以上とす
ることにより、鉄族金属を全く加える必要がなくなり、
単にタングステン粉末中に不純物として含まれる鉄族金
属、及び混合過程で不可避的に混入する鉄族金属だけ
で、具体的な含有量として０.００２重量％以下の鉄族
金属であっても、溶浸残りのない完全な銅の溶浸が可能
である。
積比表面積が９５％での細孔直径が０.５μｍ以上とす
ることにより、鉄族金属を全く加える必要がなくなり、
単にタングステン粉末中に不純物として含まれる鉄族金
属、及び混合過程で不可避的に混入する鉄族金属だけ
で、具体的な含有量として０.００２重量％以下の鉄族
金属であっても、溶浸残りのない完全な銅の溶浸が可能
である。
【００４２】しかし、タングステン多孔体の累積比表面
積が５％での細孔直径が３０μｍ以下、即ち直径が３０
μｍを超える細孔が９５％以上になると、細孔による毛
細管力が減少し、銅の溶浸が潤滑に行なわれなくなるう
え、タングステン多孔体の強度も弱くなり、欠け等が生
じやすくなるため望ましくない。
積が５％での細孔直径が３０μｍ以下、即ち直径が３０
μｍを超える細孔が９５％以上になると、細孔による毛
細管力が減少し、銅の溶浸が潤滑に行なわれなくなるう
え、タングステン多孔体の強度も弱くなり、欠け等が生
じやすくなるため望ましくない。
【００４３】また、上記したタングステン多孔体では、
そのタングステンの平均粒径が５〜２０μｍであること
が好ましく、１０〜２０μｍであることが更に好まし
い。この範囲の粒径にすることにより、粉末の流れが良
くなり成型時の密度が均一となり、焼結時の変形を抑え
ることができる。更に、低い成形圧力でも成形体の密度
を上げることができるため、合金に必要な密度を得るた
めの焼結による収縮を最小限にでき、その結果焼結時の
変形が抑制される。
そのタングステンの平均粒径が５〜２０μｍであること
が好ましく、１０〜２０μｍであることが更に好まし
い。この範囲の粒径にすることにより、粉末の流れが良
くなり成型時の密度が均一となり、焼結時の変形を抑え
ることができる。更に、低い成形圧力でも成形体の密度
を上げることができるため、合金に必要な密度を得るた
めの焼結による収縮を最小限にでき、その結果焼結時の
変形が抑制される。
【００４４】このようなＣｕ−Ｗ合金からなる本発明の
第１の半導体放熱用基板は、鉄族金属の含有量を少なく
できるため、従来に比べて優れた熱伝導率を備えてい
る。例えば、アルミナと熱膨張率が整合する従来のＷ−
１１ｗｔ％Ｃｕ合金（Ｎｉ含有量約０.２ｗｔ％）の熱
伝導率は約１８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度であったのに対し
て、本発明のＣｕ−Ｗ合金ではタングステンが９１〜７
５ｗｔ％のとき２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、またタングス
テンが８１〜７５ｗｔ％のとき２３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上
の熱伝導率が得られる。
第１の半導体放熱用基板は、鉄族金属の含有量を少なく
できるため、従来に比べて優れた熱伝導率を備えてい
る。例えば、アルミナと熱膨張率が整合する従来のＷ−
１１ｗｔ％Ｃｕ合金（Ｎｉ含有量約０.２ｗｔ％）の熱
伝導率は約１８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度であったのに対し
て、本発明のＣｕ−Ｗ合金ではタングステンが９１〜７
５ｗｔ％のとき２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、またタングス
テンが８１〜７５ｗｔ％のとき２３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上
の熱伝導率が得られる。
【００４５】上記した本発明のＣｕ−Ｗ合金からなる第
１の半導体放熱用基板は、通常の溶浸法により製造する
ことができる。即ち、タングステン粉末と有機バインダ
ー、更に必要に応じて添加金属粉末としての鉄族金属を
混合し、その造粒粉末を金属金型内で加圧成形して成形
体を形成した後、その成形体を加熱して有機バインダー
を除去し、必要に応じて更に中間焼結を行なって、タン
グステン多孔体を形成する。その後、タングステン多孔
体の空孔を充填するに充分な量の銅を加熱溶融し、毛細
管現象により多孔体の空孔内に銅を溶浸させ、その状態
で凝固することにより基板形状の銅−タングステン合金
が得られる。その後、必要形状に加工を行なったり、余
剰な銅をショットブラストやバレル研磨により除去した
りすることにより、半導体放熱用基板が得られる。
１の半導体放熱用基板は、通常の溶浸法により製造する
ことができる。即ち、タングステン粉末と有機バインダ
ー、更に必要に応じて添加金属粉末としての鉄族金属を
混合し、その造粒粉末を金属金型内で加圧成形して成形
体を形成した後、その成形体を加熱して有機バインダー
を除去し、必要に応じて更に中間焼結を行なって、タン
グステン多孔体を形成する。その後、タングステン多孔
体の空孔を充填するに充分な量の銅を加熱溶融し、毛細
管現象により多孔体の空孔内に銅を溶浸させ、その状態
で凝固することにより基板形状の銅−タングステン合金
が得られる。その後、必要形状に加工を行なったり、余
剰な銅をショットブラストやバレル研磨により除去した
りすることにより、半導体放熱用基板が得られる。
【００４６】タングステン多孔体の細孔直径を上記一定
の規格内に制御するためには、タングステン粉末に含ま
れる微紛や粗紛の量を一定以下とすることが効果的であ
る。即ち、原料として使用するタングステン粉末に含ま
れる粒径０.５μｍ以下の粉末量を５％以下、且つ粒径
５０μｍ以上の粉末量を５％以下とすることにより、累
積比表面積９５％での細孔直径が０.３μｍ以上、且つ
累積比表面積５％での細孔直径が３０μｍ以下であるタ
ングステン多孔体を得ることができる。また、タングス
テン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径を０.
５μｍ以上とするためには、粒径３μｍ以下の粉末量を
５％以下とすることが望ましい。
の規格内に制御するためには、タングステン粉末に含ま
れる微紛や粗紛の量を一定以下とすることが効果的であ
る。即ち、原料として使用するタングステン粉末に含ま
れる粒径０.５μｍ以下の粉末量を５％以下、且つ粒径
５０μｍ以上の粉末量を５％以下とすることにより、累
積比表面積９５％での細孔直径が０.３μｍ以上、且つ
累積比表面積５％での細孔直径が３０μｍ以下であるタ
ングステン多孔体を得ることができる。また、タングス
テン多孔体の累積比表面積が９５％での細孔直径を０.
５μｍ以上とするためには、粒径３μｍ以下の粉末量を
５％以下とすることが望ましい。
【００４７】尚、熱伝導率を向上させるためには、銅と
タングステン以外の不純物を極力抑える必要がある。そ
のため、不純物量が極力少ない原料粉末を選定する必要
があり、特に不純物含有量が０.００２重量％以下の高
純度のタングステン粉末を用いることが望ましい。当
然、混合や造粒などの工程内での不純物混入を極力抑え
る必要がある。また、炭素を含む不純物も熱伝導率を下
げるばかりか、反りの原因となるため、有機バインダー
もその除去のための加熱処理を充分行なうのは当然とし
て、予め有機バインダーの添加量をタングステン粉末に
対して０.２重量％以下にすることが望ましい。
タングステン以外の不純物を極力抑える必要がある。そ
のため、不純物量が極力少ない原料粉末を選定する必要
があり、特に不純物含有量が０.００２重量％以下の高
純度のタングステン粉末を用いることが望ましい。当
然、混合や造粒などの工程内での不純物混入を極力抑え
る必要がある。また、炭素を含む不純物も熱伝導率を下
げるばかりか、反りの原因となるため、有機バインダー
もその除去のための加熱処理を充分行なうのは当然とし
て、予め有機バインダーの添加量をタングステン粉末に
対して０.２重量％以下にすることが望ましい。
【００４８】上記単一構造のＣｕ−Ｗ合金において熱伝
導率が不足する場合、銅など他の材料との複合化が必要
となる。そこで、本発明が提供する第２の半導体放熱用
基板は、半導体素子を搭載する中央部とその外周部とが
異なる材質で構成され、その外周部はＣｕ−Ｗ合金から
なり、中央部は銅又は前記外周部よりも銅を多く含む材
質からなっていて、中央部と外周部とがロウ材層のよう
な接合材を介在することなく一体的に形成されている。
導率が不足する場合、銅など他の材料との複合化が必要
となる。そこで、本発明が提供する第２の半導体放熱用
基板は、半導体素子を搭載する中央部とその外周部とが
異なる材質で構成され、その外周部はＣｕ−Ｗ合金から
なり、中央部は銅又は前記外周部よりも銅を多く含む材
質からなっていて、中央部と外周部とがロウ材層のよう
な接合材を介在することなく一体的に形成されている。
【００４９】かかる構成を有する第２の半導体用放熱基
板においては、中央部を構成する材質と外周部を構成す
る材質との間で、それぞれの熱伝導率及び／又は熱膨張
率が異なるように材質を選んで組み合わせることができ
る。例えば、中央部を銅、又は銅を多く含むＣｕ−Ｗ合
金、若しくは他の材質で構成することにより、２５０Ｗ
／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率を得ることができる。同時に
外周部の熱膨張率を調整することにより、第２の半導体
放熱基板の熱膨張率をアルミナからなるシールリングと
一致させることが可能である。これにより、ロウ付けさ
れる材料との熱膨張率の不一致による反りの発生を防ぐ
と同時に、非常に放熱性の高いパッケージを構成するこ
とができる。
板においては、中央部を構成する材質と外周部を構成す
る材質との間で、それぞれの熱伝導率及び／又は熱膨張
率が異なるように材質を選んで組み合わせることができ
る。例えば、中央部を銅、又は銅を多く含むＣｕ−Ｗ合
金、若しくは他の材質で構成することにより、２５０Ｗ
／(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率を得ることができる。同時に
外周部の熱膨張率を調整することにより、第２の半導体
放熱基板の熱膨張率をアルミナからなるシールリングと
一致させることが可能である。これにより、ロウ付けさ
れる材料との熱膨張率の不一致による反りの発生を防ぐ
と同時に、非常に放熱性の高いパッケージを構成するこ
とができる。
【００５０】特に、ますます高出力化するパワーデバイ
スにも対応し得る半導体装置では、優れた放熱性を有す
る上記第２の半導体放熱用基板の半導体が搭載される中
央部におけるＣｕ量を３０重量％以上とすることが好ま
しい。その結果、中央部の熱伝導率が２３０Ｗ／(ｍ・
Ｋ)以上、更に好ましくは２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の基
板が得られる。尚、この場合の外周部は、Ｃｕ量を３０
重量％未満とする。
スにも対応し得る半導体装置では、優れた放熱性を有す
る上記第２の半導体放熱用基板の半導体が搭載される中
央部におけるＣｕ量を３０重量％以上とすることが好ま
しい。その結果、中央部の熱伝導率が２３０Ｗ／(ｍ・
Ｋ)以上、更に好ましくは２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上の基
板が得られる。尚、この場合の外周部は、Ｃｕ量を３０
重量％未満とする。
【００５１】一般に、半導体装置ではセラミックス、Ｆ
ｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる外囲器材
がロウ付けされた構造を有する。外囲器材としてはアル
ミナが用いられる場合が多いが、アルミナは６.５×１
０−６／℃の熱膨張率を有しており、Ｃｕ１１重量％の
Ｃｕ−Ｗ合金と熱膨張率が整合し、ロウ付け後も反りを
極力抑えることができる。しかし、半導体が搭載される
中央部のＣｕ量を３０重量％以上とした場合、アルミナ
より大きい熱膨張率となるため、ロウ付け後に大きな反
りを生じてしまう。
ｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる外囲器材
がロウ付けされた構造を有する。外囲器材としてはアル
ミナが用いられる場合が多いが、アルミナは６.５×１
０−６／℃の熱膨張率を有しており、Ｃｕ１１重量％の
Ｃｕ−Ｗ合金と熱膨張率が整合し、ロウ付け後も反りを
極力抑えることができる。しかし、半導体が搭載される
中央部のＣｕ量を３０重量％以上とした場合、アルミナ
より大きい熱膨張率となるため、ロウ付け後に大きな反
りを生じてしまう。
【００５２】そこで、本発明の第２の半導体放熱用基板
では、アルミナの外囲器をロウ付けする外周部を、アル
ミナより小さな熱膨張率を有しているＣｕ量が１０重量
％以下のＣｕ−Ｗ合金とすることにより、半導体放熱基
板全体としてアルミナと熱膨張率を整合させ、反りを防
ぐことができる。Ｆｅ−Ｎｉ合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金は熱膨張率が８〜９×１０−６／℃と小さいため、
アルミナほど顕著ではないものの反りを生じる。その場
合には、Ｆｅ−Ｎｉ合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金とロ
ウ付けする外周部として、Ｃｕ量が１５重量％以下のＣ
ｕ−Ｗ合金を用いることにより、反りを極力抑えること
が可能になる。
では、アルミナの外囲器をロウ付けする外周部を、アル
ミナより小さな熱膨張率を有しているＣｕ量が１０重量
％以下のＣｕ−Ｗ合金とすることにより、半導体放熱基
板全体としてアルミナと熱膨張率を整合させ、反りを防
ぐことができる。Ｆｅ−Ｎｉ合金及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金は熱膨張率が８〜９×１０−６／℃と小さいため、
アルミナほど顕著ではないものの反りを生じる。その場
合には、Ｆｅ−Ｎｉ合金又はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金とロ
ウ付けする外周部として、Ｃｕ量が１５重量％以下のＣ
ｕ−Ｗ合金を用いることにより、反りを極力抑えること
が可能になる。
【００５３】特に、その整合を揃えることにより、半導
体放熱基板の反りを、長手方向においても１ｍｍ当たり
１μｍ以下に抑えることができる。即ち、外囲器材を上
にして凸方向の反りは、放熱基板の熱膨張率が大きいこ
とが原因のため、放熱基板の外周部のＣｕ量を減らして
放熱基板の熱膨張率を小さくすることにより、反りを小
さくすることができる。逆に、反りが凹方向の場合、放
熱基板の外周部のＣｕ量を増やして放熱基板の熱膨張率
を大きくすることで、反りを小さくすることができる。
更に、以上の手法を用いることにより、反りの方向を中
央部が接地する方向に制御することも可能であり、これ
は放熱性を向上させるのに非常に有効である。
体放熱基板の反りを、長手方向においても１ｍｍ当たり
１μｍ以下に抑えることができる。即ち、外囲器材を上
にして凸方向の反りは、放熱基板の熱膨張率が大きいこ
とが原因のため、放熱基板の外周部のＣｕ量を減らして
放熱基板の熱膨張率を小さくすることにより、反りを小
さくすることができる。逆に、反りが凹方向の場合、放
熱基板の外周部のＣｕ量を増やして放熱基板の熱膨張率
を大きくすることで、反りを小さくすることができる。
更に、以上の手法を用いることにより、反りの方向を中
央部が接地する方向に制御することも可能であり、これ
は放熱性を向上させるのに非常に有効である。
【００５４】尚、Ｃｕ−Ｗ合金による半導体放熱基板
は、ロウ付け前にＮｉメッキを施す必要がある。その後
密着強度を強めるために、Ｃｕ−Ｗ合金を構成するＣｕ
にＮｉが拡散する７５０℃以上で熱処理を行うのが望ま
しい。ただし、その７５０℃以上の温度での熱処理後に
おける反りを、１ｍｍ当たり１μｍ以下に抑える必要が
ある。加熱時の反りは、密度バラツキ以外に焼結時の残
留応力により発生するため、溶浸後の冷却速度を遅くし
たり、合金を加工前に予め７５０℃以上の温度で加熱し
たりして、応力を除去することが望ましい。
は、ロウ付け前にＮｉメッキを施す必要がある。その後
密着強度を強めるために、Ｃｕ−Ｗ合金を構成するＣｕ
にＮｉが拡散する７５０℃以上で熱処理を行うのが望ま
しい。ただし、その７５０℃以上の温度での熱処理後に
おける反りを、１ｍｍ当たり１μｍ以下に抑える必要が
ある。加熱時の反りは、密度バラツキ以外に焼結時の残
留応力により発生するため、溶浸後の冷却速度を遅くし
たり、合金を加工前に予め７５０℃以上の温度で加熱し
たりして、応力を除去することが望ましい。
【００５５】また、第２の半導体用放熱基板は、外周側
面が切削又は研摩の加工工程を経ずに用いることがで
き、その寸法精度が１ｍｍ当たり±２μｍ以内、好まし
く１ｍｍ当たり±１μｍ以内とすることができる。
面が切削又は研摩の加工工程を経ずに用いることがで
き、その寸法精度が１ｍｍ当たり±２μｍ以内、好まし
く１ｍｍ当たり±１μｍ以内とすることができる。
【００５６】本発明が提供する第２の半導体放熱用基板
の製造方法は、前記した溶浸法によるＣｕ−Ｗ合金の製
造工程の中で２種類のＣｕ−Ｗ合金又は銅とＣｕ−Ｗ合
金を一体化するものであり、熱伝導率が高く放熱性に優
れた半導体放熱用基板を低コストで製造することが可能
である。
の製造方法は、前記した溶浸法によるＣｕ−Ｗ合金の製
造工程の中で２種類のＣｕ−Ｗ合金又は銅とＣｕ−Ｗ合
金を一体化するものであり、熱伝導率が高く放熱性に優
れた半導体放熱用基板を低コストで製造することが可能
である。
【００５７】かかる第２の半導体放熱用基板の製造方法
において、第１の方法は、例えば図１や図３又は図４に
概略を示すように、原料のタングステン粉末を金型内に
充填し、多軸プレスを用いて加圧成形する際に中央部と
外周部とで圧力差を与えることにより、中央部と外周部
で密度差、即ち空孔量が異なる成形体を製造する。その
後、この多孔体に銅を溶浸することにより、ロウ材等に
よる接合の工程を経ることなく、２種類のＣｕ−Ｗ合金
を組み合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
において、第１の方法は、例えば図１や図３又は図４に
概略を示すように、原料のタングステン粉末を金型内に
充填し、多軸プレスを用いて加圧成形する際に中央部と
外周部とで圧力差を与えることにより、中央部と外周部
で密度差、即ち空孔量が異なる成形体を製造する。その
後、この多孔体に銅を溶浸することにより、ロウ材等に
よる接合の工程を経ることなく、２種類のＣｕ−Ｗ合金
を組み合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
【００５８】また、第２の方法では、例えば図２に示す
ように、多軸プレスを用いて中央部と外周部で原料粉末
を変える、具体的にはタングステン粉末と添加金属粉末
の割合を変えることにより、中央部と外周部で組成が異
なる成形体を製造し、その後この多孔体に銅を溶浸す
る。加圧成形時の圧力差により空孔量を変える上記第１
の方法では、圧力差が大き過ぎるとクラックの原因とな
るが、原料粉末の組成を変える第２の方法では、空孔量
を変えずに、組成が異なる２種類のＣｕ−Ｗ合金を組み
合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
ように、多軸プレスを用いて中央部と外周部で原料粉末
を変える、具体的にはタングステン粉末と添加金属粉末
の割合を変えることにより、中央部と外周部で組成が異
なる成形体を製造し、その後この多孔体に銅を溶浸す
る。加圧成形時の圧力差により空孔量を変える上記第１
の方法では、圧力差が大き過ぎるとクラックの原因とな
るが、原料粉末の組成を変える第２の方法では、空孔量
を変えずに、組成が異なる２種類のＣｕ−Ｗ合金を組み
合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
【００５９】更に、第３の方法では、例えば図５に示す
ように、タングステン粉末を加圧成形する際に、成形体
に凹部や多数の貫通又は非貫通の小孔を形成し、その凹
部や多数の小孔内に多孔体への銅の溶浸と同時に銅を充
填する。また、第４の方法においては、例えば図６に示
すように、タングステン粉末を加圧成形する際又はその
後の打ち抜き等により、中央部に貫通穴を形成したタン
グステン多孔体を形成し、その貫通穴内への銅片の圧入
及び多孔体への銅の溶浸を行なった後、全体を加熱処理
する。これらの方法によれば、Ｃｕ−Ｗ合金と銅を組み
合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
ように、タングステン粉末を加圧成形する際に、成形体
に凹部や多数の貫通又は非貫通の小孔を形成し、その凹
部や多数の小孔内に多孔体への銅の溶浸と同時に銅を充
填する。また、第４の方法においては、例えば図６に示
すように、タングステン粉末を加圧成形する際又はその
後の打ち抜き等により、中央部に貫通穴を形成したタン
グステン多孔体を形成し、その貫通穴内への銅片の圧入
及び多孔体への銅の溶浸を行なった後、全体を加熱処理
する。これらの方法によれば、Ｃｕ−Ｗ合金と銅を組み
合わせた半導体放熱用基板を得ることができる。
【００６０】しかし、本発明が特徴とする小さな反りを
実現するためには、中央部のＣｕが多く含まれている部
分と外周部の寸法を設計通りにする必要がある。そのた
め金型で中央部の位置を設定し、その後外周部を切削又
は研磨などの加工工程を経ずに用いることが望ましい。
そのためには、中間焼結及び銅の溶浸時の変形を抑える
必要がある。まず、焼結を均一に進めるために、変形の
原因となる鉄系不純物を０.０２重量％以下に抑えるこ
とが望ましい。鉄系不純物は熱伝導率を下げる原因にも
なるため、その量を０.０２重量％以下に調整すること
により、熱伝導率の減少を抑えることができる点からも
望ましい。
実現するためには、中央部のＣｕが多く含まれている部
分と外周部の寸法を設計通りにする必要がある。そのた
め金型で中央部の位置を設定し、その後外周部を切削又
は研磨などの加工工程を経ずに用いることが望ましい。
そのためには、中間焼結及び銅の溶浸時の変形を抑える
必要がある。まず、焼結を均一に進めるために、変形の
原因となる鉄系不純物を０.０２重量％以下に抑えるこ
とが望ましい。鉄系不純物は熱伝導率を下げる原因にも
なるため、その量を０.０２重量％以下に調整すること
により、熱伝導率の減少を抑えることができる点からも
望ましい。
【００６１】また、タングステンの平均粒径は５〜２０
μｍとすることが望ましい。この範囲の粒径にすること
により、粉末の流れが良くなるため成型時の密度が均一
となり、焼結時の変形を抑制することができる。更に、
平均粒径が５μｍ以下の場合と比較して成形の密度を上
げることができるため、必要な密度を得るための焼結に
よる収縮を最小限にでき、その結果焼結時の変形を抑え
ることができる。外周部の寸法精度を１ｍｍ当たり±２
μｍ以下にまで抑えることにより、外周側面を加工せず
に、そのまま半導体放熱用基板として用いることができ
る。
μｍとすることが望ましい。この範囲の粒径にすること
により、粉末の流れが良くなるため成型時の密度が均一
となり、焼結時の変形を抑制することができる。更に、
平均粒径が５μｍ以下の場合と比較して成形の密度を上
げることができるため、必要な密度を得るための焼結に
よる収縮を最小限にでき、その結果焼結時の変形を抑え
ることができる。外周部の寸法精度を１ｍｍ当たり±２
μｍ以下にまで抑えることにより、外周側面を加工せず
に、そのまま半導体放熱用基板として用いることができ
る。
【００６２】このように、本発明による第１及び第２の
半導体放熱用基板では、半導体が搭載される中央部を高
熱伝導率とすることにより、半導体から発生する熱を効
率的に除去することができる。同時にまた、外周部を低
熱膨張率とすることにより、高熱膨張の中央部の膨張を
抑えることが可能である。
半導体放熱用基板では、半導体が搭載される中央部を高
熱伝導率とすることにより、半導体から発生する熱を効
率的に除去することができる。同時にまた、外周部を低
熱膨張率とすることにより、高熱膨張の中央部の膨張を
抑えることが可能である。
【００６３】上記した本発明の第１及び第２の半導体放
熱用基板は、多くの場合アルミナやベリリアなどセラミ
ックス、或いはＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
などからなるシールリング及び電極端子などがロウ付け
されて、パッケージとして用いられる。これらのパッケ
ージは、ロウ付け後の反りを長さ１ｍｍ当たり１μｍ以
下に抑えることができ、熱伝導率も良いため放熱性にも
優れている。
熱用基板は、多くの場合アルミナやベリリアなどセラミ
ックス、或いはＦｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
などからなるシールリング及び電極端子などがロウ付け
されて、パッケージとして用いられる。これらのパッケ
ージは、ロウ付け後の反りを長さ１ｍｍ当たり１μｍ以
下に抑えることができ、熱伝導率も良いため放熱性にも
優れている。
【００６４】このパッケージに半導体素子を搭載した半
導体装置は、半導体素子直下の基板中央部が高い熱伝導
率を有し、且つ基板の反りが小さいため半導体素子との
密着性が高く、非常に放熱性に優れている。特に、半導
体放熱用基板の半導体素子を搭載する中央部と外周部が
異なる材質で構成され、中央部のＣｕ量が３０重量％以
上であり、外囲器材直下の外周部のＣｕ量が１０重量％
以下で且つ外囲器材がアルミナからなることが好まし
い。
導体装置は、半導体素子直下の基板中央部が高い熱伝導
率を有し、且つ基板の反りが小さいため半導体素子との
密着性が高く、非常に放熱性に優れている。特に、半導
体放熱用基板の半導体素子を搭載する中央部と外周部が
異なる材質で構成され、中央部のＣｕ量が３０重量％以
上であり、外囲器材直下の外周部のＣｕ量が１０重量％
以下で且つ外囲器材がアルミナからなることが好まし
い。
【００６５】また、上記第１又は第２の半導体放熱用基
板をサブマウント基板として用いることにより、そのサ
ブマウント基板の光半導体素子を搭載する主面上に半田
層を備えたサブマウントが得られる。また、光半導体素
子を搭載する主面と反対側の裏面にも半田層を備え、ス
テムを接合できるようになっている。
板をサブマウント基板として用いることにより、そのサ
ブマウント基板の光半導体素子を搭載する主面上に半田
層を備えたサブマウントが得られる。また、光半導体素
子を搭載する主面と反対側の裏面にも半田層を備え、ス
テムを接合できるようになっている。
【００６６】サブマウント基板の表面粗さは、好ましく
はＲａで１μｍ以下、より好ましくはＲａで０.１μｍ
以下である。また、サブマウント基板の平面度は、好ま
しくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。
表面粗さＲａが１μｍを超えるか又は平面度が５μｍを
超える場合、レーザーダイオードなどの光半導体素子の
接合時にサブマウントと素子との間に隙間が発生し、素
子を冷却する効果が低下することがある。尚、表面粗さ
Ｒａ及び平面度は、ＪＩＳ規格（それぞれＪＩＳＢ０６
０１及びＪＩＳＢ０６２１）に規定されている。
はＲａで１μｍ以下、より好ましくはＲａで０.１μｍ
以下である。また、サブマウント基板の平面度は、好ま
しくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。
表面粗さＲａが１μｍを超えるか又は平面度が５μｍを
超える場合、レーザーダイオードなどの光半導体素子の
接合時にサブマウントと素子との間に隙間が発生し、素
子を冷却する効果が低下することがある。尚、表面粗さ
Ｒａ及び平面度は、ＪＩＳ規格（それぞれＪＩＳＢ０６
０１及びＪＩＳＢ０６２１）に規定されている。
【００６７】また、サブマウントにおいては、図７に示
すように、サブマウント基板２０の光半導体素子を搭載
する主面の端部の面取り寸法Ｃは３０μｍ以下であるこ
とが好ましく、１０μｍ以下が更に好ましく、５μｍ以
下が最も好ましい。この場合、光半導体素子の端部まで
サブマウント基板２０が密着するため、素子端部からも
十分な吸熱効果がある。尚、面取り寸法Ｃは、ＪＩＳ
（日本工業規格）Ｂ０００１及びＢ０７０１で規定され
る。
すように、サブマウント基板２０の光半導体素子を搭載
する主面の端部の面取り寸法Ｃは３０μｍ以下であるこ
とが好ましく、１０μｍ以下が更に好ましく、５μｍ以
下が最も好ましい。この場合、光半導体素子の端部まで
サブマウント基板２０が密着するため、素子端部からも
十分な吸熱効果がある。尚、面取り寸法Ｃは、ＪＩＳ
（日本工業規格）Ｂ０００１及びＢ０７０１で規定され
る。
【００６８】具体的には、図７（ａ）のように、主面の
端部２１には、面取部２１ａが形成される。図７（ａ）
の破線は、面取り寸法Ｃが３０μｍの場合を示し、本発
明では面取部２１ａが破線を超えないことが好ましい。
また、端部２１の面取り形状は、図７（ａ）の面取部２
１ａのように研削により、又は図７（ｂ）の面取部２１
ｂのような研摩等で人為的に形成されたものでもよく、
あるいは図７（ｃ）に示す面取部２１ｃのように、端部
２１が欠けて自然に発生した凹凸形状のものでもかまわ
ない。更に、実質的に面取部が無くてもかまわない。
端部２１には、面取部２１ａが形成される。図７（ａ）
の破線は、面取り寸法Ｃが３０μｍの場合を示し、本発
明では面取部２１ａが破線を超えないことが好ましい。
また、端部２１の面取り形状は、図７（ａ）の面取部２
１ａのように研削により、又は図７（ｂ）の面取部２１
ｂのような研摩等で人為的に形成されたものでもよく、
あるいは図７（ｃ）に示す面取部２１ｃのように、端部
２１が欠けて自然に発生した凹凸形状のものでもかまわ
ない。更に、実質的に面取部が無くてもかまわない。
【００６９】サブマウント基板の表面には、サブマウン
トと光半導体素子及びステムとの接合を強固なものとす
るため、その表面に直接接触して密着層を設けることが
できる。密着層の材料としては、基板との密着性が良好
な材料であればよく、メッキで形成する場合には、Ｎ
ｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｃｏ、ス
ルファミン酸ニッケル等が挙げられる。また、蒸着で形
成する場合には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ合
金、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ等を挙げることができる。密着層
の厚みは０.０１〜１０μｍが好ましく、１〜１０μｍ
が更に好ましい。
トと光半導体素子及びステムとの接合を強固なものとす
るため、その表面に直接接触して密着層を設けることが
できる。密着層の材料としては、基板との密着性が良好
な材料であればよく、メッキで形成する場合には、Ｎ
ｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｃｏ、ス
ルファミン酸ニッケル等が挙げられる。また、蒸着で形
成する場合には、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ合
金、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ等を挙げることができる。密着層
の厚みは０.０１〜１０μｍが好ましく、１〜１０μｍ
が更に好ましい。
【００７０】また、密着層の形成方法としては、無電解
メッキや電気メッキ、揺動バレルメッキ等の通常のメッ
キ手法、真空蒸着やスパッタリング等の通常の蒸着方法
を用いることができる。密着層とサブマウント基板の付
着強度を向上させるため、メッキや蒸着により密着層を
形成した後、５００〜６００℃の水素雰囲気中にてシン
ター処理することが望ましい。
メッキや電気メッキ、揺動バレルメッキ等の通常のメッ
キ手法、真空蒸着やスパッタリング等の通常の蒸着方法
を用いることができる。密着層とサブマウント基板の付
着強度を向上させるため、メッキや蒸着により密着層を
形成した後、５００〜６００℃の水素雰囲気中にてシン
ター処理することが望ましい。
【００７１】密着層の上には拡散防止層を設けることが
でき、その拡散防止層の上に半田層が形成される。拡散
防止層の材質としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｍｏ
等を挙げることができ、Ｐｔ／Ａｕのように複数の層を
積層しても良い。拡散防止層の形成方法は、蒸着法やメ
ッキ法等のあらゆる成膜方法を利用できるが、スパッタ
リング法を用いると主面と裏面への成膜時に側面にも成
膜されるので好ましい。拡散防止層の厚みは０.０１〜
１０μｍが好ましく、０.０５〜１.５μｍが更に好まし
い。
でき、その拡散防止層の上に半田層が形成される。拡散
防止層の材質としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｍｏ
等を挙げることができ、Ｐｔ／Ａｕのように複数の層を
積層しても良い。拡散防止層の形成方法は、蒸着法やメ
ッキ法等のあらゆる成膜方法を利用できるが、スパッタ
リング法を用いると主面と裏面への成膜時に側面にも成
膜されるので好ましい。拡散防止層の厚みは０.０１〜
１０μｍが好ましく、０.０５〜１.５μｍが更に好まし
い。
【００７２】サブマウントに光半導体素子やステムを接
合するための半田層の材料には、Ｓｎ、Ｉｎなどの低融
点金属半田、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＧｅ、ＰｂＳ
ｎ、ＩｎＳｎ系等の合金半田、あるいはこれらを組み合
わせた半田を用いることができる。また、溶融前の半田
層の形態としては、上述の合金はんだを構成する個別金
属種の積層体を用いることもできる。尚、半田層として
ＡｇＳｎ系半田を用いる場合、その組成比はＡｇが７２
重量％以下であることが好ましい。また、ＡｕＳｎ系半
田の組成比としては、Ａｕが６５〜８５重量％又は５〜
２０重量％であることが好ましい。半田層の形成方法と
しては、従来から使用されている方法、例えば蒸着法や
スパッタリング法、メッキ法等を用いることができる。
合するための半田層の材料には、Ｓｎ、Ｉｎなどの低融
点金属半田、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、ＡｕＧｅ、ＰｂＳ
ｎ、ＩｎＳｎ系等の合金半田、あるいはこれらを組み合
わせた半田を用いることができる。また、溶融前の半田
層の形態としては、上述の合金はんだを構成する個別金
属種の積層体を用いることもできる。尚、半田層として
ＡｇＳｎ系半田を用いる場合、その組成比はＡｇが７２
重量％以下であることが好ましい。また、ＡｕＳｎ系半
田の組成比としては、Ａｕが６５〜８５重量％又は５〜
２０重量％であることが好ましい。半田層の形成方法と
しては、従来から使用されている方法、例えば蒸着法や
スパッタリング法、メッキ法等を用いることができる。
【００７３】サブマウントに光半導体素子等を接合する
際に、例えば図８に示すように、表面に密着層であるＮ
ｉ層２３と拡散防止層であるＰｔ層２４を設けたサブマ
ウント基板２２の主面と裏面に半田層２５を施し、その
主面に光半導体素子２６及び裏面にステム２７を同時に
接合する場合、例えば３３０℃程度での半田接合を行う
と、溶けた半田が主面と光半導体素子２６の間から流れ
出して塊状に盛り上がり、この盛上部２５ａが下面発光
型の光半導体素子２６の発光を邪魔することがあった。
また、裏面とステム２７の間からも半田が流れ出て、塊
状の盛上部２５ｂが形成されることがあった。
際に、例えば図８に示すように、表面に密着層であるＮ
ｉ層２３と拡散防止層であるＰｔ層２４を設けたサブマ
ウント基板２２の主面と裏面に半田層２５を施し、その
主面に光半導体素子２６及び裏面にステム２７を同時に
接合する場合、例えば３３０℃程度での半田接合を行う
と、溶けた半田が主面と光半導体素子２６の間から流れ
出して塊状に盛り上がり、この盛上部２５ａが下面発光
型の光半導体素子２６の発光を邪魔することがあった。
また、裏面とステム２７の間からも半田が流れ出て、塊
状の盛上部２５ｂが形成されることがあった。
【００７４】本発明のサブマウントにおいては、光半導
体素子を搭載すべき主面に半田層を備えると共に、好ま
しくは少なくとも１側面に、更に好ましくは全ての側面
に、主面上の半田層から連続して半田層が形成されてい
る。また、サブマウントの主面と反対側の裏面にも、ス
テム接合用の半田層が形成されている。半田層の厚みと
しては、半導体素子を搭載する主面及びステムを接合す
る裏面では０.１〜１０μｍが好ましく、側面は０.１〜
２μｍ程度が好ましい。
体素子を搭載すべき主面に半田層を備えると共に、好ま
しくは少なくとも１側面に、更に好ましくは全ての側面
に、主面上の半田層から連続して半田層が形成されてい
る。また、サブマウントの主面と反対側の裏面にも、ス
テム接合用の半田層が形成されている。半田層の厚みと
しては、半導体素子を搭載する主面及びステムを接合す
る裏面では０.１〜１０μｍが好ましく、側面は０.１〜
２μｍ程度が好ましい。
【００７５】この場合、例えば図９に示すように、主面
と裏面だけでなく全側面に半田層２５が設けてあるの
で、光半導体素子２６とステム２７の接合時に主面と光
半導体素子２６の間から流れ出した半田は側面の半田層
２５をつたわって下方に流れることができ、裏面とステ
ム２７の間から流れ出た半田と共にステム２７上に盛り
上がって４側面共にメニスカス２９を形成する。また、
光半導体素子２６とステム２７を同時に接合する場合だ
けでなく、前後して順次接合する場合でも同様である。
と裏面だけでなく全側面に半田層２５が設けてあるの
で、光半導体素子２６とステム２７の接合時に主面と光
半導体素子２６の間から流れ出した半田は側面の半田層
２５をつたわって下方に流れることができ、裏面とステ
ム２７の間から流れ出た半田と共にステム２７上に盛り
上がって４側面共にメニスカス２９を形成する。また、
光半導体素子２６とステム２７を同時に接合する場合だ
けでなく、前後して順次接合する場合でも同様である。
【００７６】従って、この半田のスムースな流れとメニ
スカス２９の形成によって、光半導体素子２６の発光を
邪魔するような半田の盛上部は形成されず、且つ光半導
体素子２６及びステム２７とサブマウント基板２２との
良好な接合強度が得られる。少なくとも光半導体素子２
６の発光面側にあたるサブマウントの１側面に半田層２
５を設けることで、発光の邪魔をする半田の盛上部の形
成を抑制することができる。また、接合強度を高めるた
めには、ステム２７上でサブマウントの側面との間に形
成されるメニスカス２９の高さ（メニスカス寸法）ｈと
して、０.０１〜０.２ｍｍ程度が好ましく、０.０３〜
０.２ｍｍ程度が更に好ましい。
スカス２９の形成によって、光半導体素子２６の発光を
邪魔するような半田の盛上部は形成されず、且つ光半導
体素子２６及びステム２７とサブマウント基板２２との
良好な接合強度が得られる。少なくとも光半導体素子２
６の発光面側にあたるサブマウントの１側面に半田層２
５を設けることで、発光の邪魔をする半田の盛上部の形
成を抑制することができる。また、接合強度を高めるた
めには、ステム２７上でサブマウントの側面との間に形
成されるメニスカス２９の高さ（メニスカス寸法）ｈと
して、０.０１〜０.２ｍｍ程度が好ましく、０.０３〜
０.２ｍｍ程度が更に好ましい。
【００７７】サブマウントに光半導体素子とステムを同
時に搭載・接合する場合には、サブマウントの６面全て
に同一種類の半田層を形成することが望ましい。また、
光半導体素子をサブマウントの主面に設けた半田層で接
合した後、より融点の低い半田のプリフォームを用いて
裏面にステムを接合することもできる。また、その逆に
ステムを接合した後、光半導体素子を搭載しても良い。
さらに、融点が同程度の半田のプリフォームを用いて、
光半導体素子とステムを同時に接合することも可能であ
る。
時に搭載・接合する場合には、サブマウントの６面全て
に同一種類の半田層を形成することが望ましい。また、
光半導体素子をサブマウントの主面に設けた半田層で接
合した後、より融点の低い半田のプリフォームを用いて
裏面にステムを接合することもできる。また、その逆に
ステムを接合した後、光半導体素子を搭載しても良い。
さらに、融点が同程度の半田のプリフォームを用いて、
光半導体素子とステムを同時に接合することも可能であ
る。
【００７８】光半導体素子としては、例えば、レーザー
ダイオードや発光ダイオード等が代表的なものである。
その半導体材料としては、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等
のIII−Ｖ族化合物半導体であっても良く、ＧａＮ系の
半導体であっても良い。また、上面発光型又は下面発光
型のいずれであっても良い。尚、レーザーダイオードと
して、下面発光型（レーザーダイオードと半田層との接
合部に対向するレーザーダイオードの側面側に発光部が
形成されている方式）を用いた場合、発熱部である発光
部が基板により近い位置に配置されることから、半導体
装置の放熱性をより向上させることができる。光半導体
素子の表面にはＳｉＯ２などの絶縁層及びＡｕなどの電
極層が形成される。電極層としてのＡｕの厚さは、半田
層との良好な濡れ性を確保するために、０.１〜１０μ
ｍ程度であることが好ましい。
ダイオードや発光ダイオード等が代表的なものである。
その半導体材料としては、例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等
のIII−Ｖ族化合物半導体であっても良く、ＧａＮ系の
半導体であっても良い。また、上面発光型又は下面発光
型のいずれであっても良い。尚、レーザーダイオードと
して、下面発光型（レーザーダイオードと半田層との接
合部に対向するレーザーダイオードの側面側に発光部が
形成されている方式）を用いた場合、発熱部である発光
部が基板により近い位置に配置されることから、半導体
装置の放熱性をより向上させることができる。光半導体
素子の表面にはＳｉＯ２などの絶縁層及びＡｕなどの電
極層が形成される。電極層としてのＡｕの厚さは、半田
層との良好な濡れ性を確保するために、０.１〜１０μ
ｍ程度であることが好ましい。
【００７９】ステムの材料としては、例えば金属あるい
はセラミックス等を用いることができる。金属として
は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、これらの金属
を含む合金及び複合材料を用いることができる。例え
ば、合金としてはＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏが挙げ
られ、複合材料としてはＣｕ−Ｗなどが挙げられる。ま
た、本発明に係わるＣｕ−Ｗであっても良い。尚、ステ
ムの表面にはＮｉ、Ａｕ、又はこれらの金属を含む薄膜
を形成するのが好ましい。これらの薄膜は蒸着法やメッ
キ法で形成することができる。ステムの熱伝導率は、好
ましくは１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上であり、更に好ましく
は２００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上である。
はセラミックス等を用いることができる。金属として
は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、これらの金属
を含む合金及び複合材料を用いることができる。例え
ば、合金としてはＦｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏが挙げ
られ、複合材料としてはＣｕ−Ｗなどが挙げられる。ま
た、本発明に係わるＣｕ−Ｗであっても良い。尚、ステ
ムの表面にはＮｉ、Ａｕ、又はこれらの金属を含む薄膜
を形成するのが好ましい。これらの薄膜は蒸着法やメッ
キ法で形成することができる。ステムの熱伝導率は、好
ましくは１００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上であり、更に好ましく
は２００Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上である。
【００８０】サブマウントに光半導体素子が搭載され、
その反対側の裏面にステムを接合してなる本発明の半導
体装置は、ますます高出力化するパワーデバイスにも対
応し得るような優れた放熱性を有している。
その反対側の裏面にステムを接合してなる本発明の半導
体装置は、ますます高出力化するパワーデバイスにも対
応し得るような優れた放熱性を有している。
【００８１】
【実施例】実施例１
下記表１に示す粒度分布及び鉄族不純物を含む８種類の
タングステン粉末を用意した。尚、粉末の粒度分布は、
レーザー干渉方式の粒度分布計を用いて測定した。この
タングステン粉末を撹拌混合機に投入し、アクリル系有
機バインダーをタングステン粉末に対して０.１重量％
添加し、更に混合媒体としてアルコールを使用して１時
間混合し、粒径が約８５μｍの２次粒子を造粒した。得
られた各造粒粉末に含まれる不純物の鉄族金属量を確認
したが、混合工程における混入は皆無であり、当初混合
時と変化無かった。
タングステン粉末を用意した。尚、粉末の粒度分布は、
レーザー干渉方式の粒度分布計を用いて測定した。この
タングステン粉末を撹拌混合機に投入し、アクリル系有
機バインダーをタングステン粉末に対して０.１重量％
添加し、更に混合媒体としてアルコールを使用して１時
間混合し、粒径が約８５μｍの２次粒子を造粒した。得
られた各造粒粉末に含まれる不純物の鉄族金属量を確認
したが、混合工程における混入は皆無であり、当初混合
時と変化無かった。
【００８２】
【表１】
【００８３】続いて、上記の各造粒粉末を粉末成形プレ
スにて加圧成形し、３０×１５×２ｍｍの平板状の成形
体を作製した。それらの成形体を水素気流中において４
００℃にて１時間、続けて９００℃にて１時間加熱する
ことにより、有機バインダーを除去した。その後、１３
００℃の水素気流中において中間焼結を行い、それぞれ
タングステン多孔体を得た。得られた各タングステン多
孔体について、水銀ポロシメーターを使用して細孔径分
布を測定した。尚、表１の粉末Ｎｏ.８を用いたタング
ステン多孔体は、直径３０μｍ以上の細孔が５％以上含
まれ、取り扱い中に端部に欠けが生じてしまった。
スにて加圧成形し、３０×１５×２ｍｍの平板状の成形
体を作製した。それらの成形体を水素気流中において４
００℃にて１時間、続けて９００℃にて１時間加熱する
ことにより、有機バインダーを除去した。その後、１３
００℃の水素気流中において中間焼結を行い、それぞれ
タングステン多孔体を得た。得られた各タングステン多
孔体について、水銀ポロシメーターを使用して細孔径分
布を測定した。尚、表１の粉末Ｎｏ.８を用いたタング
ステン多孔体は、直径３０μｍ以上の細孔が５％以上含
まれ、取り扱い中に端部に欠けが生じてしまった。
【００８４】次に、各タングステン多孔体の空孔量を充
填するに充分な銅板を作成し、その銅板上にタングステ
ン多孔体を載せて、水素気流中にて１２００℃まで加熱
して銅を溶融させ、銅の溶浸を行なってＣｕ−Ｗ合金を
得た。その際、銅の溶浸残りの発生率を求め、先に測定
した各タングステン多孔体の細孔径分布と共に下記表２
に示した。
填するに充分な銅板を作成し、その銅板上にタングステ
ン多孔体を載せて、水素気流中にて１２００℃まで加熱
して銅を溶融させ、銅の溶浸を行なってＣｕ−Ｗ合金を
得た。その際、銅の溶浸残りの発生率を求め、先に測定
した各タングステン多孔体の細孔径分布と共に下記表２
に示した。
【００８５】
【表２】
【００８６】表２から分かるように、タングステン多孔
体の累積比表面積が９５％での細孔直径が０.５μｍ以
上で且つ５％での細孔直径が３０μｍ以下の本発明の試
料（Ｗ粉末Ｎｏ.５〜７）は、いずれも溶浸残りの発生
が無く、累積比表面積が９５％での細孔直径が０.３μ
ｍの試料（Ｗ粉末Ｎｏ.２〜４）でも溶浸残りの発生率
が大幅に減少した。
体の累積比表面積が９５％での細孔直径が０.５μｍ以
上で且つ５％での細孔直径が３０μｍ以下の本発明の試
料（Ｗ粉末Ｎｏ.５〜７）は、いずれも溶浸残りの発生
が無く、累積比表面積が９５％での細孔直径が０.３μ
ｍの試料（Ｗ粉末Ｎｏ.２〜４）でも溶浸残りの発生率
が大幅に減少した。
【００８７】この結果から、累積比表面積が９５％での
細孔直径を０.３μｍ以上且つ５％での細孔直径を３０
μｍ以下とすることで、溶浸残りの発生を減らして生産
性を向上させることができると同時に、濡れ性を向上さ
せるために従来添加していた鉄族金属を用いなくても溶
浸残りの発生を無くし、十分な銅の溶浸を達成できるこ
とが分かる。
細孔直径を０.３μｍ以上且つ５％での細孔直径を３０
μｍ以下とすることで、溶浸残りの発生を減らして生産
性を向上させることができると同時に、濡れ性を向上さ
せるために従来添加していた鉄族金属を用いなくても溶
浸残りの発生を無くし、十分な銅の溶浸を達成できるこ
とが分かる。
【００８８】実施例２
前記表１に示すＷ粉末Ｎｏ.２〜７の各タングステン粉
末に対して、下記表３に示す組成割合で、鉄族金属とし
ての平均粒径１μｍの鉄粉末又はニッケル粉末、及び必
要に応じて平均粒径５μｍの銅粉末を添加した。これら
の粉末を、実施例１と同様に撹拌混合機を用いアクリル
系有機バインダーと添加し、更に混合媒体としてアルコ
ールを使用して１時間混合し、粒径が約８５μｍの２次
粒子を造粒した。得られた各造粒粉末に含まれる不純物
の鉄族金属量を確認したが、混合工程における混入は皆
無であり、当初混合時と変化無かった。
末に対して、下記表３に示す組成割合で、鉄族金属とし
ての平均粒径１μｍの鉄粉末又はニッケル粉末、及び必
要に応じて平均粒径５μｍの銅粉末を添加した。これら
の粉末を、実施例１と同様に撹拌混合機を用いアクリル
系有機バインダーと添加し、更に混合媒体としてアルコ
ールを使用して１時間混合し、粒径が約８５μｍの２次
粒子を造粒した。得られた各造粒粉末に含まれる不純物
の鉄族金属量を確認したが、混合工程における混入は皆
無であり、当初混合時と変化無かった。
【００８９】これらの造粒粉末を粉末成形プレスにて成
形し、３０×１５×２ｍｍの平板状の成形体を作製し
た。それらの成形体を水素気流中にて４００℃にて１時
間、続けて９００℃で１時間加熱し、有機バインダーを
除去した。その後、各成形体について、一部はそのまま
で、また一部は下記表３に示す温度の水素気流中におい
て中間焼結して、それぞれタングステン多孔体とした。
形し、３０×１５×２ｍｍの平板状の成形体を作製し
た。それらの成形体を水素気流中にて４００℃にて１時
間、続けて９００℃で１時間加熱し、有機バインダーを
除去した。その後、各成形体について、一部はそのまま
で、また一部は下記表３に示す温度の水素気流中におい
て中間焼結して、それぞれタングステン多孔体とした。
【００９０】
【表３】
【００９１】次に、各タングステン多孔体の空孔量を充
填するに充分な銅板を作成し、その銅板上にタングステ
ン多孔体を載せ、水素気流中にて１２００℃まで加熱し
て銅を溶融させ、銅の溶浸を行なってＣｕ−Ｗ合金を得
た。得られた各Ｃｕ−Ｗ合金について、加工により表面
の余剰の銅を除去した後、密度、熱伝導率、熱膨張率を
測定し、その結果を溶浸された銅量と共に、下記表４に
示した。
填するに充分な銅板を作成し、その銅板上にタングステ
ン多孔体を載せ、水素気流中にて１２００℃まで加熱し
て銅を溶融させ、銅の溶浸を行なってＣｕ−Ｗ合金を得
た。得られた各Ｃｕ−Ｗ合金について、加工により表面
の余剰の銅を除去した後、密度、熱伝導率、熱膨張率を
測定し、その結果を溶浸された銅量と共に、下記表４に
示した。
【００９２】
【表４】
【００９３】上記表３及び表４から分かるように、タン
グステン含有量９１重量％以下では鉄族金属を０.０２
重量％未満の添加量にすることにより２００Ｗ／(ｍ・
Ｋ)以上、０.０１重量％未満の添加量にすることにより
２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、更に添加元素の量をゼロとし
て鉄族金属の含有量を０.００２重量％以下とすること
により更に熱伝導率を上げることが可能である（例え
ば、試料４において２１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)）。更に、タン
グステン含有量８１重量％以下とし、鉄族金属を０.０
２重量％未満の添加量にすることにより、２３０Ｗ／
(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率とすることが可能である。
グステン含有量９１重量％以下では鉄族金属を０.０２
重量％未満の添加量にすることにより２００Ｗ／(ｍ・
Ｋ)以上、０.０１重量％未満の添加量にすることにより
２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上、更に添加元素の量をゼロとし
て鉄族金属の含有量を０.００２重量％以下とすること
により更に熱伝導率を上げることが可能である（例え
ば、試料４において２１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)）。更に、タン
グステン含有量８１重量％以下とし、鉄族金属を０.０
２重量％未満の添加量にすることにより、２３０Ｗ／
(ｍ・Ｋ)以上の熱伝導率とすることが可能である。
【００９４】実施例３
半導体素子を搭載する中央部と、その外周部とが異なる
材質で構成された半導体放熱用基板を製造した。その
際、加圧成形工程において、以下に示す〜の方法に
より成形体を作製した。
材質で構成された半導体放熱用基板を製造した。その
際、加圧成形工程において、以下に示す〜の方法に
より成形体を作製した。
【００９５】：図１に示すように、上パンチ１に対し
て下パンチ２ａ、２ｂが中央部と外周部で別々に作動す
るＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）のごとく中央部の下パ
ンチ２ａを若干押し上げた状態で前記表１の粉末Ｎｏ.
５のＷ粉末３を充填した後、（ｂ）のごとく加圧プレス
して中央部と外周部でＷ粉末３の圧縮率を変えることに
より、（ｃ）のごとく中央部と外周部で密度若しくは空
孔量が異なった成形体Ａを得た。
て下パンチ２ａ、２ｂが中央部と外周部で別々に作動す
るＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）のごとく中央部の下パ
ンチ２ａを若干押し上げた状態で前記表１の粉末Ｎｏ.
５のＷ粉末３を充填した後、（ｂ）のごとく加圧プレス
して中央部と外周部でＷ粉末３の圧縮率を変えることに
より、（ｃ）のごとく中央部と外周部で密度若しくは空
孔量が異なった成形体Ａを得た。
【００９６】：図２に示すように、同じく上パンチ１
に対して下パンチ２ａ、２ｂが中央部と外周部で別々に
作動するＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）まず中央部の下
パンチ２ａを上げた状態で外周部に前記表３の試料２６
による混合粉末４を充填し、次に（ｂ）のごとく中央部
の下パンチ２ａを下げ、中央部に形成されたキャビティ
に前記表３の試料２７による混合粉末５を充填した後、
（ｃ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｄ）のご
とく中央部と外周部で粉末組成が異なる成形体Ｂを作製
した。
に対して下パンチ２ａ、２ｂが中央部と外周部で別々に
作動するＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）まず中央部の下
パンチ２ａを上げた状態で外周部に前記表３の試料２６
による混合粉末４を充填し、次に（ｂ）のごとく中央部
の下パンチ２ａを下げ、中央部に形成されたキャビティ
に前記表３の試料２７による混合粉末５を充填した後、
（ｃ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｄ）のご
とく中央部と外周部で粉末組成が異なる成形体Ｂを作製
した。
【００９７】：図３に示すように、上パンチ６に対し
て凹形状の下パンチ７を有するＮＣプレスを用い、
（ａ）のごとく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充
填した後、（ｂ）のごとく加圧プレスしてＷ粉末３の圧
縮率を中央部と外周部で連続的に変えることにより、
（ｃ）のごとく中央部と外周部で密度若しくは空孔量が
異なった成形体Ｃを得た。
て凹形状の下パンチ７を有するＮＣプレスを用い、
（ａ）のごとく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充
填した後、（ｂ）のごとく加圧プレスしてＷ粉末３の圧
縮率を中央部と外周部で連続的に変えることにより、
（ｃ）のごとく中央部と外周部で密度若しくは空孔量が
異なった成形体Ｃを得た。
【００９８】：図４に示すように、凸形状の上パンチ
８と下パンチ９ａ、９ｂが中央部と外周部で別々に作動
するＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）のごとく中央部の下
パンチ２ａを若干押し上げた状態で前記表１の粉末Ｎ
ｏ.５のＷ粉末３を充填した後、（ｂ）のごとく加圧プ
レスして中央部と外周部でＷ粉末３の圧縮率を変えるこ
とにより、（ｃ）のごとく中央部に凹部を有し且つ中央
部と外周部で密度若しくは空孔量が異なった成形体Ｄを
得た。
８と下パンチ９ａ、９ｂが中央部と外周部で別々に作動
するＮＣ多軸プレスを用い、（ａ）のごとく中央部の下
パンチ２ａを若干押し上げた状態で前記表１の粉末Ｎ
ｏ.５のＷ粉末３を充填した後、（ｂ）のごとく加圧プ
レスして中央部と外周部でＷ粉末３の圧縮率を変えるこ
とにより、（ｃ）のごとく中央部に凹部を有し且つ中央
部と外周部で密度若しくは空孔量が異なった成形体Ｄを
得た。
【００９９】：図５に示すように、上パンチ１０と下
パンチ１１に複数の小孔を備え、その小孔と同径のコア
ピン１２が立設されているＮＣプレスを用い、（ａ）の
ごとく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充填した
後、（ｂ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｃ）
のごとくコアピン１２の位置に対応して中央部に複数の
小孔を有する成形体Ｅを作製した。
パンチ１１に複数の小孔を備え、その小孔と同径のコア
ピン１２が立設されているＮＣプレスを用い、（ａ）の
ごとく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充填した
後、（ｂ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｃ）
のごとくコアピン１２の位置に対応して中央部に複数の
小孔を有する成形体Ｅを作製した。
【０１００】：図６に示すように、上パンチ１３と下
パンチ１４の中央部に穴が有り、その穴と同径のコアピ
ン１５が立設されているＮＣプレスを用い、（ａ）のご
とく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充填した後、
（ｂ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｃ）のご
とくコアピン１５の位置に対応して中央部に貫通穴を有
する成形体Ｅを作製した。
パンチ１４の中央部に穴が有り、その穴と同径のコアピ
ン１５が立設されているＮＣプレスを用い、（ａ）のご
とく前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末３を充填した後、
（ｂ）のごとく加圧プレスすることにより、（ｃ）のご
とくコアピン１５の位置に対応して中央部に貫通穴を有
する成形体Ｅを作製した。
【０１０１】このようにして作製した成形体について、
実施例２と同様にして有機バインダーを除去した後、成
形体Ａ〜Ｃについては実施例１と同様の方法により銅を
溶浸させ、成形体Ｄ〜Ｅについては実施例１と同様の方
法により銅を溶浸させると同時に、凹部及び小孔にも銅
を充填した。また、成形体Ｆについては、実施例１と同
様の方法により銅を溶浸させた後、中央部の貫通穴に同
形状の銅片を圧入し、１０５０℃にて熱処理を行なって
接合した。
実施例２と同様にして有機バインダーを除去した後、成
形体Ａ〜Ｃについては実施例１と同様の方法により銅を
溶浸させ、成形体Ｄ〜Ｅについては実施例１と同様の方
法により銅を溶浸させると同時に、凹部及び小孔にも銅
を充填した。また、成形体Ｆについては、実施例１と同
様の方法により銅を溶浸させた後、中央部の貫通穴に同
形状の銅片を圧入し、１０５０℃にて熱処理を行なって
接合した。
【０１０２】その後、ショットブラスを用いて外周部に
付着した余剰な銅を除去し、更に上下両表面の研磨を行
なうことにより、中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れ且つ中央部と外周部の間にロウ材その他の接合材層が
存在しない半導体放熱用基板を得た。得られた各半導体
放熱用基板は、いずれも中央部と外周部とで熱伝導率及
び熱膨張率が異なっていることが確認された。
付着した余剰な銅を除去し、更に上下両表面の研磨を行
なうことにより、中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れ且つ中央部と外周部の間にロウ材その他の接合材層が
存在しない半導体放熱用基板を得た。得られた各半導体
放熱用基板は、いずれも中央部と外周部とで熱伝導率及
び熱膨張率が異なっていることが確認された。
【０１０３】実施例４
前記表１の粉末Ｎｏ.５のＷ粉末（添加金属無し）を用
い、実施例３の方法に従って中央部と外周部で空孔量
の異なる成形体を作製し、実施例１と同様に銅を溶浸し
て半導体放熱用基板を製造した。この半導体放熱用基板
は、熱伝導率が中央部で２４４Ｗ／(ｍ・Ｋ)及び外周部
で２１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)であり、熱膨張率は中央部で８.
３×１０−６／℃及び外周部で６.５×１０−６／℃で
あった。
い、実施例３の方法に従って中央部と外周部で空孔量
の異なる成形体を作製し、実施例１と同様に銅を溶浸し
て半導体放熱用基板を製造した。この半導体放熱用基板
は、熱伝導率が中央部で２４４Ｗ／(ｍ・Ｋ)及び外周部
で２１７Ｗ／(ｍ・Ｋ)であり、熱膨張率は中央部で８.
３×１０−６／℃及び外周部で６.５×１０−６／℃で
あった。
【０１０４】この半導体放熱用基板を用いて実際にパッ
ケージ及び半導体装置を作製した。即ち、図１０に示す
ように、３０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基
板３０を製造し、表面に厚み１μｍのＮｉメッキを施し
た。その表面上にアルミナからなるセラミックシールリ
ング３１と、Ｆｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金からなる電極端子３
２をロウ付けして、高周波デバイス用パッケージを作製
した。得られた複数のパッケージについて底面の反りを
測定したところ、いずれも長さ１ｍｍ当たり１μｍ以下
であることが確認された。尚、反りの測定は、定盤上に
試片を置き、矩形（３０ｍｍ×１０ｍｍ）の主面の二つ
の対角線方向にダイヤルゲージを走らせ（走査距離２９
ｍｍ）、定盤からの高さの最大値と最小値を測り、その
差の最大値を計量対角線長さで割った二つの値を求め、
その大きい方の値を試片の反りとした。
ケージ及び半導体装置を作製した。即ち、図１０に示す
ように、３０ｍｍ×１０ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基
板３０を製造し、表面に厚み１μｍのＮｉメッキを施し
た。その表面上にアルミナからなるセラミックシールリ
ング３１と、Ｆｅ−Ｎｉ―Ｃｏ合金からなる電極端子３
２をロウ付けして、高周波デバイス用パッケージを作製
した。得られた複数のパッケージについて底面の反りを
測定したところ、いずれも長さ１ｍｍ当たり１μｍ以下
であることが確認された。尚、反りの測定は、定盤上に
試片を置き、矩形（３０ｍｍ×１０ｍｍ）の主面の二つ
の対角線方向にダイヤルゲージを走らせ（走査距離２９
ｍｍ）、定盤からの高さの最大値と最小値を測り、その
差の最大値を計量対角線長さで割った二つの値を求め、
その大きい方の値を試片の反りとした。
【０１０５】その後、パッケージにＮｉメッキを施し、
その上にＡｕメッキを施した。その半導体素子搭載部に
ＧａＡｓからなるチップをＡｕ−Ｇｅハンダで接合し
た。得られた半導体装置について、−６５℃×１０分と
＋１５０℃×１０分の昇降温を２００回繰り返すヒート
サイクル試験を行ったが、異常は認められなかった。続
いて、半導体装置を銅からなる基板にネジ止めし、実際
にＧａＡｓチップを作動させたところ、正常に作動する
ことが確認できた。
その上にＡｕメッキを施した。その半導体素子搭載部に
ＧａＡｓからなるチップをＡｕ−Ｇｅハンダで接合し
た。得られた半導体装置について、−６５℃×１０分と
＋１５０℃×１０分の昇降温を２００回繰り返すヒート
サイクル試験を行ったが、異常は認められなかった。続
いて、半導体装置を銅からなる基板にネジ止めし、実際
にＧａＡｓチップを作動させたところ、正常に作動する
ことが確認できた。
【０１０６】実施例５
鉄系不純物としてＦｅを６ｐｐｍ、Ｎｉを３ｐｐｍ、Ｃ
ｏを２ｐｐｍ含む平均粒径１３μｍのＷ粉末に対して、
平均粒径５μｍのＣｕ粉末を３重量％添加混合した。こ
の混合粉末を撹拌混合機に入れ、アクリル系バインダー
を総重量に対して０.１重量％添加し、更に混合媒体と
してアルコールを使用して１時間混合して、平均粒径が
約８５μｍの２次粒子を作製した。
ｏを２ｐｐｍ含む平均粒径１３μｍのＷ粉末に対して、
平均粒径５μｍのＣｕ粉末を３重量％添加混合した。こ
の混合粉末を撹拌混合機に入れ、アクリル系バインダー
を総重量に対して０.１重量％添加し、更に混合媒体と
してアルコールを使用して１時間混合して、平均粒径が
約８５μｍの２次粒子を作製した。
【０１０７】得られた混合粉末に含まれる不純物のＦ
ｅ、Ｎｉ量を確認したが、混合工程においての混入は皆
無であり、当初混合時と変化無かった。続いて、この粉
末を粉末成形プレスにて成形し、３０×１５×２.５ｍ
ｍの平板状成形体を作製した。その際、下パンチが内部
と外周部で別々に作動するＮＣ多軸プレスを用い、中央
部と外周部で粉末の圧縮率を変えることにより、中央部
と外周部で密度若しくは空孔量が異なった２０種類の成
形体を得た。
ｅ、Ｎｉ量を確認したが、混合工程においての混入は皆
無であり、当初混合時と変化無かった。続いて、この粉
末を粉末成形プレスにて成形し、３０×１５×２.５ｍ
ｍの平板状成形体を作製した。その際、下パンチが内部
と外周部で別々に作動するＮＣ多軸プレスを用い、中央
部と外周部で粉末の圧縮率を変えることにより、中央部
と外周部で密度若しくは空孔量が異なった２０種類の成
形体を得た。
【０１０８】各成形体に対して、水素気流中において４
００℃にて１時間、続けて９００℃にて１時間加熱して
バインダー成分を除去した。次に、水素気流中において
１３００℃で焼結し、焼結体に対して空孔量を充填する
に充分な銅板を作製し、その銅板上に焼結体を乗せ、水
素気流中で１２００℃まで加熱して、空孔に銅の溶浸を
行ってＣｕ−Ｗ合金を得た。その後、９００℃１時間の
熱処理を行い、ショットブラスを用いて外周部に付着し
た余剰な銅を除去した上で、上下面の研摩を行って半導
体放熱用基板を得た。
００℃にて１時間、続けて９００℃にて１時間加熱して
バインダー成分を除去した。次に、水素気流中において
１３００℃で焼結し、焼結体に対して空孔量を充填する
に充分な銅板を作製し、その銅板上に焼結体を乗せ、水
素気流中で１２００℃まで加熱して、空孔に銅の溶浸を
行ってＣｕ−Ｗ合金を得た。その後、９００℃１時間の
熱処理を行い、ショットブラスを用いて外周部に付着し
た余剰な銅を除去した上で、上下面の研摩を行って半導
体放熱用基板を得た。
【０１０９】得られた半導体放熱用基板は下記表５に示
すとおりであり、中央部のＣｕ量は３５重量％と４５重
量％の２種類、その中央部の熱伝導率はそれぞれ２６２
Ｗ／(ｍ・Ｋ)と２８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。また、外
周部のＣｕ量は、７重量％から１重量％毎に１６重量％
までの値を有していた。
すとおりであり、中央部のＣｕ量は３５重量％と４５重
量％の２種類、その中央部の熱伝導率はそれぞれ２６２
Ｗ／(ｍ・Ｋ)と２８０Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。また、外
周部のＣｕ量は、７重量％から１重量％毎に１６重量％
までの値を有していた。
【０１１０】これらの半導体放熱用基板を用いて、実際
に半導体装置を作製した。図１１に示す半導体装置は、
３０ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基板３３の
左右に、機械加工で形成したＵ形状の溝３３ａを有して
いる。この基板３３に厚み０.５μｍのＮｉメッキを施
し、更に厚み０.５μｍのＮｉ−Ｐメッキを施した後、
水素気流中にて８００℃の熱処理を行った。次に、この
基板３３上に、セラミックシールリング３４ａとＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる電極端子３５をロウ付けした。
その後、Ｎｉメッキを行い、更にＡｕメッキを行って、
高周波デバイス用パッケージを作製した。
に半導体装置を作製した。図１１に示す半導体装置は、
３０ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基板３３の
左右に、機械加工で形成したＵ形状の溝３３ａを有して
いる。この基板３３に厚み０.５μｍのＮｉメッキを施
し、更に厚み０.５μｍのＮｉ−Ｐメッキを施した後、
水素気流中にて８００℃の熱処理を行った。次に、この
基板３３上に、セラミックシールリング３４ａとＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる電極端子３５をロウ付けした。
その後、Ｎｉメッキを行い、更にＡｕメッキを行って、
高周波デバイス用パッケージを作製した。
【０１１１】一方、図１２に示す半導体装置は、３０ｍ
ｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基板３３の左右に
機械加工で形成した穴３３ｂを有している。この半導体
装置は図１１の装置に対して、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金か
らなる合金シールリング３４ｂとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
からなる電極端子３５の間に、セラミックスの絶縁板３
６をロウ付けしている点が異なる。
ｍ×１５ｍｍ×２ｍｍの半導体放熱用基板３３の左右に
機械加工で形成した穴３３ｂを有している。この半導体
装置は図１１の装置に対して、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金か
らなる合金シールリング３４ｂとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
からなる電極端子３５の間に、セラミックスの絶縁板３
６をロウ付けしている点が異なる。
【０１１２】各パッケージについて、底面の反りを実施
例４と同様に測定し（走査距離３０ｍｍ）、その結果を
下記表５に示した。ここで、反りの方向は、シールリン
グを上にして中央部が接地する方向が＋方向とした。外
周部のＣｕ量を１５重量％以下にすることにより、反り
を１ｍｍ当たり１μｍ以下にすることできた。また、図
１１の外囲器材がアルミナの場合、外周部のＣｕ量を１
０重量％以下にすることにより、反りを１ｍｍ当たり１
μｍ以下にすることできた。更に、反りの方向は、中央
部が接地する方向にすることができた。
例４と同様に測定し（走査距離３０ｍｍ）、その結果を
下記表５に示した。ここで、反りの方向は、シールリン
グを上にして中央部が接地する方向が＋方向とした。外
周部のＣｕ量を１５重量％以下にすることにより、反り
を１ｍｍ当たり１μｍ以下にすることできた。また、図
１１の外囲器材がアルミナの場合、外周部のＣｕ量を１
０重量％以下にすることにより、反りを１ｍｍ当たり１
μｍ以下にすることできた。更に、反りの方向は、中央
部が接地する方向にすることができた。
【０１１３】
【表５】
【０１１４】実施例６
実施例１の表１に示した鉄系不純物及び粒度分布が異な
る６種類のＷ粉末を用意した。これらのＷ粉末に対し、
下記表６に示す添加金属を混合した。これらの混合粉末
を撹拌混合機に入れ、アクリル系バインダーを総重量に
対して０.１重量％添加し、更に混合媒体としてアルコ
ールを使用して１時間混合して、平均粒径が約８５μｍ
の２次粒子を作製した。
る６種類のＷ粉末を用意した。これらのＷ粉末に対し、
下記表６に示す添加金属を混合した。これらの混合粉末
を撹拌混合機に入れ、アクリル系バインダーを総重量に
対して０.１重量％添加し、更に混合媒体としてアルコ
ールを使用して１時間混合して、平均粒径が約８５μｍ
の２次粒子を作製した。
【０１１５】得られた混合粉末に含まれる鉄系不純物の
Ｆｅ、Ｎｉ量を確認したが、混合工程での混入は皆無で
あり、当初混合時と変化無かった。続いて、これらの混
合粉末を粉末成形プレスにて成形し、３０×１５×２.
５ｍｍの平板状成形体を作製した。その際、下パンチが
内部と外周部で別々に作動するＮＣ多軸プレスを用い、
中央部と外周部で粉末の圧縮率を変えることにより、中
央部と外周部で密度若しくは空孔量が異なる成形体を得
た。
Ｆｅ、Ｎｉ量を確認したが、混合工程での混入は皆無で
あり、当初混合時と変化無かった。続いて、これらの混
合粉末を粉末成形プレスにて成形し、３０×１５×２.
５ｍｍの平板状成形体を作製した。その際、下パンチが
内部と外周部で別々に作動するＮＣ多軸プレスを用い、
中央部と外周部で粉末の圧縮率を変えることにより、中
央部と外周部で密度若しくは空孔量が異なる成形体を得
た。
【０１１６】各成形体について、水素気流中において４
００℃で１時間、続けて９００℃にて１時間加熱して、
バインダー成分を除去した。次に、水素気流中において
１３００℃で焼結し、焼結体に対して空孔量を充填する
に充分な銅板を作製し、その銅板状に焼結体を乗せ、水
素気流中にて１２００℃まで加熱し、空孔に対して銅の
溶浸を行ってＣｕ−Ｗ合金を得た。その後、９００℃で
１時間の熱処理を行った後、ショットブラストを用いて
外周部に付着した余剰な銅を除去し、上下面の研摩を行
って半導体放熱用基板を得た。
００℃で１時間、続けて９００℃にて１時間加熱して、
バインダー成分を除去した。次に、水素気流中において
１３００℃で焼結し、焼結体に対して空孔量を充填する
に充分な銅板を作製し、その銅板状に焼結体を乗せ、水
素気流中にて１２００℃まで加熱し、空孔に対して銅の
溶浸を行ってＣｕ−Ｗ合金を得た。その後、９００℃で
１時間の熱処理を行った後、ショットブラストを用いて
外周部に付着した余剰な銅を除去し、上下面の研摩を行
って半導体放熱用基板を得た。
【０１１７】得られた半導体放熱用基板は、中央部のＣ
ｕ量は４０重量％であり、その中央部分の熱伝導率は２
７３Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。また、外周部のＣｕ量は８
重量％であった。得られた各半導体放熱用基板を用い
て、上記実施例５と同様にして、図１１に示す高周波デ
バイス用パッケージを作製した。
ｕ量は４０重量％であり、その中央部分の熱伝導率は２
７３Ｗ／(ｍ・Ｋ)であった。また、外周部のＣｕ量は８
重量％であった。得られた各半導体放熱用基板を用い
て、上記実施例５と同様にして、図１１に示す高周波デ
バイス用パッケージを作製した。
【０１１８】各パッケージについて、実施例４と同様の
方法により底面の反りを測定し（走査距離３０ｍｍ）、
その最大値と最小値、及び平均値の測定結果を下記表６
に示した。更に、長手方向の寸法を測定し、その最大値
と最小値の差を平均値で割った値を、１ｍｍ当たりの寸
法のバラツキと定義した。半導体放熱基板に含まれる鉄
系不純物の量を０.０２重量％以下にすることにより、
寸法バラツキを１ｍｍ当たり２μｍ以下にでき、反りの
バラツキを４０μｍ以下に減少できた。更に、Ｗ粉末の
平均粒径を５〜２０μｍにすることで、反りのバラツキ
を２０μｍ以下に制御でき、望ましくは１０〜２０μｍ
とすることで、寸法バラツキを１ｍｍ当たり１μｍ以下
とすることができ、反りの方向を揃えることができた。
方法により底面の反りを測定し（走査距離３０ｍｍ）、
その最大値と最小値、及び平均値の測定結果を下記表６
に示した。更に、長手方向の寸法を測定し、その最大値
と最小値の差を平均値で割った値を、１ｍｍ当たりの寸
法のバラツキと定義した。半導体放熱基板に含まれる鉄
系不純物の量を０.０２重量％以下にすることにより、
寸法バラツキを１ｍｍ当たり２μｍ以下にでき、反りの
バラツキを４０μｍ以下に減少できた。更に、Ｗ粉末の
平均粒径を５〜２０μｍにすることで、反りのバラツキ
を２０μｍ以下に制御でき、望ましくは１０〜２０μｍ
とすることで、寸法バラツキを１ｍｍ当たり１μｍ以下
とすることができ、反りの方向を揃えることができた。
【０１１９】
【表６】
【０１２０】実施例７
実施例２で作製した表４中の試料４、９、１７、２０の
各Ｃｕ−Ｗ材を用いて、下記表７に示す試料Ｓ１〜Ｓ２
５のサブマウントを作製した。即ち、各Ｃｕ−Ｗ材を
１.８×０.６×０.３ｍｍに切断し、端部に対して表７
に示す面取寸法Ｃの面取りを施してサブマウント基板と
した。
各Ｃｕ−Ｗ材を用いて、下記表７に示す試料Ｓ１〜Ｓ２
５のサブマウントを作製した。即ち、各Ｃｕ−Ｗ材を
１.８×０.６×０.３ｍｍに切断し、端部に対して表７
に示す面取寸法Ｃの面取りを施してサブマウント基板と
した。
【０１２１】各サブマウント基板に、密着層として全面
に厚み２μｍの電気Ｎｉメッキを施し、６００℃の水素
雰囲気中でシンター処理を行った。次に、このＮｉメッ
キ上に、拡散防止層としてＰｔ薄膜をスパッタリング法
により、主面及び裏面に膜厚１μｍ及び側面には膜厚
０.７μｍとなるように形成した。
に厚み２μｍの電気Ｎｉメッキを施し、６００℃の水素
雰囲気中でシンター処理を行った。次に、このＮｉメッ
キ上に、拡散防止層としてＰｔ薄膜をスパッタリング法
により、主面及び裏面に膜厚１μｍ及び側面には膜厚
０.７μｍとなるように形成した。
【０１２２】更に、拡散防止層の上に半田層を形成し
た。半田層の材質、主面及び側面での膜厚、半田層の形
成側面数は、下記表７に示すとおりである。尚、裏面に
も、主面と同じ厚みの半田層を形成した。また、半田層
の形成方法は、試料Ｓ１６、Ｓ１７及びＳ１８がスパッ
タリング法であり、その他の試料は全て真空蒸着法を用
いた。
た。半田層の材質、主面及び側面での膜厚、半田層の形
成側面数は、下記表７に示すとおりである。尚、裏面に
も、主面と同じ厚みの半田層を形成した。また、半田層
の形成方法は、試料Ｓ１６、Ｓ１７及びＳ１８がスパッ
タリング法であり、その他の試料は全て真空蒸着法を用
いた。
【０１２３】
【表７】
【０１２４】次に、これらの各サブマウントに接合する
ステムとして、実施例で作製した試料のＣｕ−Ｗ素材を
用い、その表面に厚み３μｍのＡｕメッキを施した。ま
た、ＧａＡｓ系の半導体レーザーダイオード（ＬＤ）素
子を用意した。このＬＤ素子は、出力能力が４００ｍＷ
であり、形状は幅０.３ｍｍ×長さ１.２ｍｍ×厚さ０.
１５ｍｍであって、下面から０.０３ｍｍの部分に発光
部を有する下面発光型である。
ステムとして、実施例で作製した試料のＣｕ−Ｗ素材を
用い、その表面に厚み３μｍのＡｕメッキを施した。ま
た、ＧａＡｓ系の半導体レーザーダイオード（ＬＤ）素
子を用意した。このＬＤ素子は、出力能力が４００ｍＷ
であり、形状は幅０.３ｍｍ×長さ１.２ｍｍ×厚さ０.
１５ｍｍであって、下面から０.０３ｍｍの部分に発光
部を有する下面発光型である。
【０１２５】各サブマウントの主面にＬＤ素子を、及び
裏面にステムを、それぞれの半田層により同時に接合し
た。得られた各半導体装置について、ステムとサブマウ
ントの接合状態、並びにＬＤ素子の発光効率などを評価
し、その結果を下記表８に示した。まず、ステムとサブ
マウントの接合に形成された半田のメニスカスの大きさ
を１００倍の顕微鏡観察により測定し、メニスカス寸法
ｈを求めた。
裏面にステムを、それぞれの半田層により同時に接合し
た。得られた各半導体装置について、ステムとサブマウ
ントの接合状態、並びにＬＤ素子の発光効率などを評価
し、その結果を下記表８に示した。まず、ステムとサブ
マウントの接合に形成された半田のメニスカスの大きさ
を１００倍の顕微鏡観察により測定し、メニスカス寸法
ｈを求めた。
【０１２６】サブマウントのステムに対する接合強度
を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ ＭＥＴＨＯＤ２０１
９.４に基づいたダイシェアー試験（ＤＩＥ ＳＨＥＡ
Ｒ ＴＥＳＴ）により測定し、試料ごとに各１０個の平
均値を求めた。接合強度は、５０ＭＰａ以上を◎、４０
ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満を○、３０ＭＰａ以上４０Ｍ
Ｐａ未満を△、３０ＭＰａ未満を▲で示した。また、サ
ブマウントのステムの接合部におけるクラックの有無
を、１５０倍の顕微鏡観察により観察した。表８のクラ
ック観察１は接合直後の観察結果、クラック観察２は−
４０℃×３０分〜＋１５０℃×３０分のサイクルを１０
０サイクル実施したヒートサイクル試験後の観察結果を
示す。
を、ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３Ｃ ＭＥＴＨＯＤ２０１
９.４に基づいたダイシェアー試験（ＤＩＥ ＳＨＥＡ
Ｒ ＴＥＳＴ）により測定し、試料ごとに各１０個の平
均値を求めた。接合強度は、５０ＭＰａ以上を◎、４０
ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満を○、３０ＭＰａ以上４０Ｍ
Ｐａ未満を△、３０ＭＰａ未満を▲で示した。また、サ
ブマウントのステムの接合部におけるクラックの有無
を、１５０倍の顕微鏡観察により観察した。表８のクラ
ック観察１は接合直後の観察結果、クラック観察２は−
４０℃×３０分〜＋１５０℃×３０分のサイクルを１０
０サイクル実施したヒートサイクル試験後の観察結果を
示す。
【０１２７】更に、残りの各試料について、１０個ずつ
の半導体装置を実際に発光させ、発光した素子数と発光
効率の平均値を求めた。発光素子数は、各試料ともに搭
載した２０個のＬＤ素子のうち、発光面に半田の盛上部
による遮蔽物がなく、レーザ発光した素子数を示した。
また、発光効率については、接合直後を発光効率１及び
−４０℃×３０分〜＋１５０℃×３０分のヒートサイク
ルを１００サイクル実施したヒートサイクル試験後のも
のを発光効率２とし、いずれも８０％以上を◎、７０％
以上８０％未満を○、５０％以上７０％未満を△、５０
％未満を▲で表示した。
の半導体装置を実際に発光させ、発光した素子数と発光
効率の平均値を求めた。発光素子数は、各試料ともに搭
載した２０個のＬＤ素子のうち、発光面に半田の盛上部
による遮蔽物がなく、レーザ発光した素子数を示した。
また、発光効率については、接合直後を発光効率１及び
−４０℃×３０分〜＋１５０℃×３０分のヒートサイク
ルを１００サイクル実施したヒートサイクル試験後のも
のを発光効率２とし、いずれも８０％以上を◎、７０％
以上８０％未満を○、５０％以上７０％未満を△、５０
％未満を▲で表示した。
【０１２８】
【表８】
【０１２９】
【発明の効果】本発明によれば、銅の溶浸に必須とされ
ている鉄族金属の添加を無くし又は減らしても、銅残り
等の生産上の問題がなく、従来よりも熱伝導率を向上さ
せたＣｕ−Ｗ合金からなる半導体放熱用基板、サブマウ
ント、及び半導体装置を提供することができる。また、
複数の組成が異なるＣｕ−Ｗ合金や銅を組み合わせて、
中央部と外周部とで熱伝導率及び熱膨張率の異なる半導
体放熱用基板を安価に製造でき、反りが小さく高熱伝導
率であるパッケージや半導体装置を提供することができ
る。
ている鉄族金属の添加を無くし又は減らしても、銅残り
等の生産上の問題がなく、従来よりも熱伝導率を向上さ
せたＣｕ−Ｗ合金からなる半導体放熱用基板、サブマウ
ント、及び半導体装置を提供することができる。また、
複数の組成が異なるＣｕ−Ｗ合金や銅を組み合わせて、
中央部と外周部とで熱伝導率及び熱膨張率の異なる半導
体放熱用基板を安価に製造でき、反りが小さく高熱伝導
率であるパッケージや半導体装置を提供することができ
る。
【図１】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の一具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の一具体例を示す説明図である。
【図２】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の他の具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の他の具体例を示す説明図である。
【図３】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の別の具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の別の具体例を示す説明図である。
【図４】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の更に別の具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の更に別の具体例を示す説明図である。
【図５】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体製造方法の
更に別の具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体製造方法の
更に別の具体例を示す説明図である。
【図６】本発明の中央部と外周部が異なる材質で構成さ
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の更に別の具体例を示す説明図である。
れた半導体放熱用基板の作製に用いる成形体の製造方法
の更に別の具体例を示す説明図である。
【図７】サブマウント基板の面取部を示す概略の平面図
であり、（ａ）は研削による面取部、（ｂ）は研摩によ
る面取部、及び（ｃ）は自然に発生した凹凸形状の面取
部を示す。
であり、（ａ）は研削による面取部、（ｂ）は研摩によ
る面取部、及び（ｃ）は自然に発生した凹凸形状の面取
部を示す。
【図８】従来のサブマウントに光半導体素子とステムを
搭載した状態を示す概略の断面図である。
搭載した状態を示す概略の断面図である。
【図９】本発明のサブマウントに光半導体素子とステム
を搭載した状態を示す概略の断面図である。
を搭載した状態を示す概略の断面図である。
【図１０】本発明の半導体放熱用基板を用いて作製した
高周波デバイス用パッケージの具体例を示し、（ａ）は
その概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図である。
高周波デバイス用パッケージの具体例を示し、（ａ）は
その概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図である。
【図１１】本発明の半導体放熱用基板を用いて作製した
高周波デバイス用パッケージの他の具体例を示し、
（ａ）は概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図であ
る。
高周波デバイス用パッケージの他の具体例を示し、
（ａ）は概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図であ
る。
【図１２】本発明の半導体放熱用基板を用いて作製した
高周波デバイス用パッケージの更に他の具体例を示し、
（ａ）は概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図であ
る。
高周波デバイス用パッケージの更に他の具体例を示し、
（ａ）は概略の平面図及び（ｂ）は概略の側面図であ
る。
１、６、８、１０、１３ 上パンチ
２ａ、２ｂ、７、９ａ、９ｂ、１１、１４ 下パン
チ ３ Ｗ粉末 ４、５ 混合粉末 １２、１５ コアピン ２０、２２ サブマウント基板 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 面取部 ３０、３３ 半導体放熱用基板 ３１、３４ａ セラミックスシールリング ３４ｂ 合金シールリング ３２、３５ 電極端子 ３６ 絶縁板
チ ３ Ｗ粉末 ４、５ 混合粉末 １２、１５ コアピン ２０、２２ サブマウント基板 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 面取部 ３０、３３ 半導体放熱用基板 ３１、３４ａ セラミックスシールリング ３４ｂ 合金シールリング ３２、３５ 電極端子 ３６ 絶縁板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 安部 誘岳
兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友
電気工業株式会社伊丹製作所内
(72)発明者 笹目 彰
兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友
電気工業株式会社伊丹製作所内
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB08 BB14 BC06
BD01 BD13
5F047 AA02 AA13 AA19 BA05 BB16
CA08
Claims (39)
- 【請求項１】 タングステン多孔体の細孔内に銅が溶浸
された銅−タングステン合金からなる半導体放熱用基板
において、該タングステン多孔体の累積比表面積が９５
％での細孔直径が０.３μｍ以上、且つ累積比表面積が
５％での細孔直径が３０μｍ以下であることを特徴とす
る半導体放熱用基板。 - 【請求項２】 前記銅−タングステン合金中の鉄族金属
の含有量が０.０２重量％未満であることを特徴とす
る、請求項１に記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項３】 前記タングステン多孔体の累積比表面積
が９５％での細孔直径が０.５μｍ以上であることを特
徴とする、請求項１に記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項４】 前記銅−タングステン合金中の鉄族金属
の含有量が０.００２重量％以下であることを特徴とす
る、請求項３に記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項５】 前記タングステン多孔体中のタングステ
ンの平均粒径が５〜２０μｍであることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項６】 前記タングステン多孔体中のタングステ
ンの平均粒径が１０〜２０μｍであることを特徴とす
る、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体放熱用基
板。 - 【請求項７】 タングステンが９１〜７５重量％であ
り、熱伝導率が２１０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上あることを特徴
とする、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体放熱用
基板。 - 【請求項８】 タングステンが８１〜７５重量％であ
り、熱伝導率が２３０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上であることを特
徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体放熱
用基板。 - 【請求項９】 タングステン粉末と有機バインダーを混
合する工程と、混合粉末を加圧成形する工程と、成形体
から有機バインダーを加熱除去する工程と、その状態の
又は更に中間焼結したタングステン多孔体に、溶融した
銅を溶浸する工程とを含む、タングステン多孔体の細孔
内に銅が溶浸された銅−タングステン合金からなる半導
体放熱用基板の製造方法において、前記タングステン粉
末に含まれる粒径０.５μｍ以下の粉末量が５％以下、
且つ粒径５０μｍ以上の粉末量が５％以下であることを
特徴とする半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項１０】 前記タングステン粉末に含まれる粒径
３μｍ以下の粉末量が５％以下であることを特徴とす
る、請求項９に記載の半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項１１】 前記タングステン粉末に対して０.０
２重量％未満の鉄族金属粉末を更に添加することを特徴
とする、請求項９又は１０に記載の半導体放熱用基板の
製造方法。 - 【請求項１２】 前記鉄族金属粉末の添加量が０.００
２重量％以下であることを特徴とする、請求項１１に記
載の半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項１３】 前記有機バインダーの添加量をタング
ステン粉末に対して０.２重量％以下とすることを特徴
とする、請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体放熱
用基板の製造方法。 - 【請求項１４】 半導体素子を搭載する中央部とその外
周部とが異なる材質で構成され、該外周部はタングステ
ン多孔体の細孔内に銅が溶浸された銅−タングステン合
金からなり、該中央部は銅か又は前記外周部よりも銅を
多く含む材質からなっていて、該中央部と外周部とが接
合材を介することなく一体化されていることを特徴とす
る半導体放熱用基板。 - 【請求項１５】 前記中央部を構成する材質と外周部を
構成する材質は、その熱伝導率及び／又は熱膨張率が異
なることを特徴とする、請求項１４に記載の半導体放熱
用基板。 - 【請求項１６】 前記中央部を構成する材質の熱伝導率
が２５０Ｗ／(ｍ・Ｋ)以上であることを特徴とする、請
求項１４又は１５に記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項１７】 前記中央部に含まれる銅が３０重量％
以上であり、外周部に含まれる銅が３０重量％未満であ
ることを特徴とする、請求項１４〜１６のいずれかに記
載の半導体放熱用基板。 - 【請求項１８】 前記外周部に含まれる銅が１０重量％
以下であることを特徴とする、請求項１４〜１７のいず
れかに記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項１９】 外周側面が切削又は研摩加工工程を経
ずに用いられ、その寸法精度が１ｍｍ当たり±２μｍ以
内であることを特徴とする、請求項１４〜１８のいずれ
かに記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項２０】 前記外周側面の寸法精度が１ｍｍ当た
り±１μｍ以内であることを特徴とする、請求項１９に
記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項２１】 ニッケルメッキ後に７５０℃以上の温
度で熱処理した後用いられ、熱処理後の長手方向の反り
が１ｍｍ当たり１μｍ以下であることを特徴とする、請
求項１４〜２０のいずれかに記載の半導体放熱用基板。 - 【請求項２２】 半導体素子を搭載する中央部とその外
周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基板の製
造方法であって、タングステン粉末の成形工程において
中央部と外周部で圧縮率を変えることにより、中央部の
空孔率を外周部よりも大きくしたタングステン多孔体を
形成し、該タングステン多孔体に溶融した銅を溶浸する
ことを特徴とする半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項２３】 半導体素子を搭載する中央部とその外
周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基板の製
造方法であって、タングステン粉末の成形工程において
中央部と外周部でタングステン粉末と添加金属粉末の割
合を変えることにより、中央部と外周部で組成の異なる
タングステン多孔体を形成し、得られたタングステン多
孔体に溶融した銅を溶浸することを特徴とする半導体放
熱用基板の製造方法。 - 【請求項２４】 半導体素子を搭載する中央部とその外
周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基板の製
造方法であって、タングステン粉末の成形工程において
中央部に凹部を形成するか、又は複数の貫通若しくは非
貫通の小孔を形成し、得られたタングステン多孔体に溶
融した銅を溶浸すると同時に、前記凹部又は小孔を銅で
充填することを特徴とする半導体放熱用基板の製造方
法。 - 【請求項２５】 半導体素子を搭載する中央部とその外
周部とが異なる材質で構成された半導体放熱用基板の製
造方法であって、中央部に貫通穴を有するタングステン
多孔体を形成し、このタングステン多孔体に溶融した銅
を溶浸した後その中央部の貫通穴に銅片を圧入するか、
若しくはタングステン多孔体の中央部の貫通穴に銅片を
圧入した後に溶融した銅を溶浸し、その後加熱処理する
ことを特徴とする半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項２６】 ニッケルメッキ後に７５０℃以上の温
度で熱処理することを特徴とする、請求項２２〜２５の
いずれかに記載の半導体放熱用基板の製造方法。 - 【請求項２７】 請求項１〜８、又は請求項１４〜２１
の半導体放熱用基板を用い、その半導体放熱用基板の外
周部又は半導体素子を搭載する中央部の外周部にシール
リング及び電極端子をロウ付けしてなるパッケージ。 - 【請求項２８】 請求項１４〜２１の半導体放熱用基板
であって同時に請求項１〜８を満たす半導体放熱用基板
を用い、その半導体放熱用基板の外周部又は半導体素子
を搭載する中央部の外周部にシールリング及び電極端子
をロウ付けしてなるパッケージ。 - 【請求項２９】 前記シールリング及び電極端子のロウ
付け後における半導体放熱用基板の反りが、長さ１ｍｍ
当たり１μｍ以下であることを特徴とする、請求項２７
又は２８に記載のパッケージ。 - 【請求項３０】 前記シールリングがアルミナからなる
ことを特徴とする、請求項２７〜２９のいずれかに記載
のパッケージ。 - 【請求項３１】 長手方向の反りが中央部に接地する方
向であることを特徴とする、請求項２７〜３０のいずれ
かに記載のパッケージ。 - 【請求項３２】 請求項１〜８又は請求項１４〜２１の
半導体放熱用基板を用いたサブマウント基板と、該サブ
マウント基板の光半導体素子を搭載する主面上に半田層
を備えていることを特徴とするサブマウント。 - 【請求項３３】 前記光半導体素子を搭載する主面の端
部の面取り寸法が３０μｍ以下であることを特徴とす
る、請求項３２に記載のサブマウント。 - 【請求項３４】 前記サブマウントの少なくとも１側面
に、前記主面上の半田層から連続して半田層が形成され
ていることを特徴とする、請求項３２又は３３に記載の
サブマウント。 - 【請求項３５】 前記サブマウントの全ての側面に、前
記主面上の半田層から連続して半田層が形成されている
ことを特徴とする、請求項３４に記載のサブマウント。 - 【請求項３６】 前記サブマウントの前記主面と反対側
の裏面にも半田層が形成されていることを特徴とする、
請求項３２〜３５のいずれかに記載のサブマウント。 - 【請求項３７】 前記サブマウント基板の表面に直接接
触して形成された密着層を備えることを特徴とする、請
求項３２〜３６のいずれかに記載のサブマウント。 - 【請求項３８】 前記密着層と前記半田層の間に拡散防
止層を備えることを特徴とする、請求項３７に記載のサ
ブマウント。 - 【請求項３９】 請求項３２〜３９のサブマウントに光
半導体素子が搭載され、その反対側の裏面にステムを接
合してなる半導体装置。
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|---|---|---|---|
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| CNB028029720A CN100353536C (zh) | 2001-08-31 | 2002-08-23 | 半导体散热衬底及其生产方法和组件 |
| EP02760732A EP1422757A4 (en) | 2001-08-31 | 2002-08-23 | SEMICONDUCTOR RADIATION SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD AND HOUSING THEREFOR |
| PCT/JP2002/008542 WO2003021671A1 (en) | 2001-08-31 | 2002-08-23 | Semiconductor radiating substrate and production method therefor and package |
| US10/433,933 US6979901B2 (en) | 2001-08-31 | 2002-08-23 | Semiconductor heat-dissipating substrate, and manufacturing method and package therefor |
| US11/160,691 US7180178B2 (en) | 2001-08-31 | 2005-07-06 | Semiconductor heat-dissipating substrate, and manufacturing method and package therefor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001263043 | 2001-08-31 | ||
| JP2001-263043 | 2001-08-31 | ||
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|---|---|
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ID=26621376
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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