JPS59143347A - 半導体基板材料の製造方法 - Google Patents

半導体基板材料の製造方法

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JPS59143347A
JPS59143347A JP58017141A JP1714183A JPS59143347A JP S59143347 A JPS59143347 A JP S59143347A JP 58017141 A JP58017141 A JP 58017141A JP 1714183 A JP1714183 A JP 1714183A JP S59143347 A JPS59143347 A JP S59143347A
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organic binder
solvent
semiconductor substrate
substrate material
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Mitsuo Osada
光生 長田
Sogo Hase
長谷 宗吾
Akira Otsuka
昭 大塚
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    • H01L23/12Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 近年、ICの演算速度の向上、トランジスタの電気容量
の増大、Qa −As 、 F E Tの出現等により
半導体素子の駆動時に半導体素子に発生する熱をいかに
放熱させるかという点が大きな問題となっている。半導
体素子内に発生する熱は半導体素子が塔載され、半導体
素子裏面と接合された基板を通してパッケージ外へ排出
される。従ってこの基板材料には熱伝導度が高い材料を
用いることが好ましい。
ところで、近年前記パッケージとしてセラミックを用い
たセラミックパッケージが多用されてぃる。このパッケ
ージの場合、前記基板が電極取出し用のセラミック枠(
又は板)と一体化されている。従って基板材料としてk
A 20 B  を主成分とする磁器を使用する場合に
は、電極取出し用の七ラミック枠(又は板)と一体焼成
されるため問題ないが、熱伝導性を向上させる為、Wや
Mo等、電極取出し用の七ラミック枠(又は板)と異種
の材料を基板材料として用いる場合、以下の如き問題が
生ずる。
即ち、WJPMo等を基板材料として用いた場合、電極
取出し用の七ラミック枠(又は板)との接合は通常銀鑞
による鑞付方法が用いられる。この場合、WやMO等は
セラミックとの熱膨張率の差が大きい為、鑞付工程にお
ける加熱後の冷却時に熱歪によりセラミック枠(又は板
)が破損するという問題が生ずる。
この為、熱膨張率がセラミックと近いF e −N i
合金又はFe−Ni−Co合金の薄板と基板と七ラミッ
ク枠(又は板)の間に介在させることが行なわれている
がかかる方法は熱伝導上好ましくない。
一方、熱伝導性が良く、熱膨張率もセラミyり枠(又は
板)に近いBeOを用いることが考えられているがBe
Oは毒性を有する為、取扱いや製造が困難であり、さら
に入手することも困難で実用的でない。そこで発明者ら
は熱膨張率、熱伝導率共に満足し、かつ、毒性や入手困
難性などの問題のない半導体基板材料として、「平均粒
度1〜40μのW粉末又はMo粉末又はW−Mo合金粉
末を加圧成形した後、1300’C−1600°Cの非
酸化雰囲気にて焼結した焼結多孔体に重量比5〜25係
のCuを含浸したことを特徴とする半導体基板材料」な
る発明をした。(昭和58年 1月31日特許出願)C
以下第1発明という) しかるに半導体基板材料はその厚さを0.2〜2++I
I+1程度にする必要があり、通常の粉末冶金法、即ち
Cu、 W、 Mo等の粉末に有機粘結剤を小量加え、
これを型押出の金型に充填し上下より杵で加圧型押した
成形体を非酸化性雰囲気で焼成して製造する方法では下
記のごとき問題点がある。
■金型への粉末充填を均一にすることが困難であり、成
形体中に密度ムラを生ずる。このため焼成時、収縮の局
部的ムラが生じ形が歪む。
■成形体の強度が弱く薄板の取扱いがむつかしい。金型
への粉末充填を容易かつ均一に行なう為には金属粉末に
加える有機粘結剤の量を一定範囲内に押さえる必要があ
り、かつ有機粘結剤混合後の金属粉末の型への流動性を
確保する必要があり有機粘結剤の量及び種類に制約を受
ける。このため成形体に強度を持たせることが困難とな
り、その取扱中に欠け、割れ等が生じ易く工業生産上各
種の問題が生ずる。
この為、発明者らはこれらの問題全解決する発明として
、[W粉末又はMo粉末又はW−Mo合金粉末に有機粘
結剤と溶媒全顎え混練した後、押出機にて押出した成型
体を、非酸化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶剤とが蒸発
分解するまで加熱した後、非酸化性雰囲気中で焼結しな
焼結多孔体に体積比5〜25係のCu f含浸すること
を特徴とする半導体基板材料の製造方法。」及び「W粉
末又はMo粉末又はW−Mo合金粉末に有機粘結剤と溶
媒を加5− 克混練した後、押出機にて押出した成型体を積層した積
層体を、非酸化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶剤とが蒸
発分解するまで加熱した後、非酸化性雰囲気中で焼結し
た焼結多孔積層体に体積比5〜25係のCuを含浸する
ことを特徴とする半導体基板材料の製造方法。」なる発
明をした。
(以下餉2発明という。本願と同日付で特許出願した) 第2発明について簡単に説明すると、まずW。
Mo 又はW−Mo粉末に有機粘結剤と溶媒を加え混練
し、押出機にて押し出し得る程度の柔軟性をもった混合
物を作る。有機粘結剤・溶剤は何を用いてもよいが、例
えば前者としてはポリビニールブチラール、後者として
はメタノールがある。
次に混合物を押出機により押し出し厚さ0.1〜2咽程
度の成型体を作る。押出装置としては混合物中の気体を
取除き得る真空混練装置を内蔵した装置が望ましい。
次に成型体を非酸化性雰囲気、例えばH2ガス中にて有
機粘結剤と溶媒とが蒸発乾燥するまで加−〇− 熱し、これらを蒸発させる。その後、非酸化雰囲気中で
、所定の温度にて焼結し、所定の空孔率を有する焼結多
孔体を得る。焼結温度としては、1350〜1600°
Cが好ましい。
次に焼結多孔体にCuの融点以上の温度にて5〜25 
vol %のCuを含浸し半導体基板材料を得る1Cu
 の量を5〜25vo1%とした理由は、前記第1発明
と同様であり、5係より少ない場合はCu含浸の効果が
なく、25係を越えると熱膨張率が過大となり、接合す
る七ラミック枠(又は板)を破損するからである。
以上の製法の利点は以下の通りである。
■従来の粉末冶金法の場合にうける型押時の粉末特性に
係わる制約を考慮する必要がない為、有機粘結剤の量を
成形体の必要強度に応じて任意に選択比きる。
■成形体の密度バラツキを少なくすることが出き、焼結
後の形歪を小さくすることができる。
即ち、混練し、流体化した金属粉末と有機粘結剤溶媒と
の混合物を押出機にて高圧全かけられて押し出される為
密度バラツキが少なくなる。
■七うミック製品等に用いられているドクターブレード
法に比し、押出材の上下面の粒度片寄りがなく成形密度
を高くすることが出来、焼結が容易になる。又、多量の
有機溶媒を用いる等の難点がない。又、第2発明の積層
構造の半導体基板材料の特徴は以下の点にある。
即ち、第1図の如き、積層構造を有する半導体基板材料
を製造する場合、押出機にて押出した成型体を積層し、
積層体を非酸化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶解とが蒸
発分解するまで加熱した後、非酸化性雰囲気中で焼結し
た焼結多孔体にCuを含浸することにより上下一体化す
ることが出来、精度の良い材料を製造することが出きる
さらに第2図に示すごとき複雑な形状を持つ材料も積層
して熱処理することにより容易に製造することが出来る
。このような形状の材料を通常の粉末冶金法である粉末
プレス法で製造する場合、各部の密度均一化がむつかし
く製造には非常な困難をともなうものである。
ところで、この第2発明に用いるW、Mo、W−M。
粉末としては粒度0.5〜5μの粉末を用いることが好
ましい。
即ち、第2発明の製法は本質的に通常の粉末冶金法にお
けるプレス法に比し有機粘結剤を多量に含むため有機粘
結剤に蒸発分解除却した焼結前の密度は低い。よってこ
れより所定の空孔率を持つ焼結多孔体を製造しようとす
ると通常粉末冶金法による場合に比しより焼結性の優れ
た粉末を使用する必要がある。この場合、平均粒度が0
.5μより小さい場合、焼結時に閉空孔(クローズドポ
アー)を生じ後工程におけるCu含浸時Cuが含浸せず
含浸体中に空孔が残り熱伝導度を低下させる。
一方、5μを越える場合、所定の空孔率を持つ多孔体を
得るには工業生産に用いられる経済温度1600°Ct
−越えた焼結温度が必要となり、そこで粒度0.5〜5
μの金属粉末を用いることが好ましいことになる。
又、第2発明における焼結多孔体の好ましい焼結温度は
比較的高< L350−1600’Cである。
−〇一 本発明は、前記第2発明の金属粉末の許容粒径範囲を拡
大すると共に焼結温度を下げることを目的とした発明で
あり、その要旨はW粉末又はM。
粉末又はW−Mo合金粉末に前記粉末との合計量に対し
て0.02〜2wt%の鉄族元素と有機粘結剤及び溶媒
を加え混練した後、押出機にて押出した成型体を、非酸
化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶剤とが蒸発分解するま
で加熱した後、非酸化性雰囲気中で焼結した焼結多孔体
に体積比5〜25係のCuを含浸することを特徴とする
半導体基板材料の製造方法。」及び[W粉末又はMo粉
末又はW−M。
合金粉末に前記粉末との合計量に対して0.02〜2w
t4の鉄族元素と有機粘結剤及び溶媒を加え混練した後
、押出機にて押出した成型体を積層した積層体を、非酸
化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶剤とが蒸発分解するま
で加熱した後、非酸化性雰囲気中で焼結した焼結多孔積
層体に体積比5〜25係のCUを含浸することを特徴と
する半導体基板材料の製造方法。」にある。
本発明と第2発明との相違点はW、Mo、W−M。
=IO− 粉末に微量の鉄族元素(Fe、 Ni、 Co )を加
えたことである。
鉄族元素はW、 Mo等に固溶する為、これらをW。
Mo等の粉末に加え、この成型体全焼結するとW。
Mo等の粒子間に存在するFe族元素がW、 Mo等の
粒子と固溶し、焼結が推進され無添加の場合に比し低温
で等しい空孔率を有する多孔体を得ることが出来る。又
、この結果、粒度の大きいW、 Mo。
W−Mo粉末を用いることが出来る。具体的には無添加
の場合、好ましい金属粉末として平均粒度0.5〜5μ
のW、 Mo粉末を用いるのに対し鉄族元素を0.02
〜2係添加した場合0.5〜10μまで拡大することが
出来、又焼結温度も1350°C−1600°Cから1
200°C〜1450’Cに低下させることができる。
鉄族元素の添加量が0.02wt4  より少ない場合
添加効果がなく、一方、2係を越えた場合、Cu含浸工
程においてCu中に鉄族元素が多量に固溶し熱伝導度を
極端に低下させるとともに閉空孔が出来る為好ましくな
い。
又、平均粒度が0.5μより小さい場合、焼結時ニ閉空
孔(クローズドポアー)を生じ、後工程におけるCu含
浸時Cuが含浸せず、含浸体中に空孔が残り熱伝導度を
低下させる。一方lOμを越゛える場合、所定の空孔率
を持つ多孔体を得るには1500°C以上の高温全要し
本発明の目的に反する。
伺、この鉄族添加法は第2発明の積層構造の半導体基板
材料の製法においても適用でき、上下一体化した精度の
よい材料を粒度の荒い金属粉末を用いて、低温で容易に
製造することが出来る。
以下実施例に基づいて説明する。
実施例1 第1表に示すような金属粉末にそれぞれ第1表に記載し
た粘結剤、可塑性向上剤、溶媒を加えて1.3咽厚さの
押出成形体を得てH2ガス雰囲気下で700°CX2H
加熱してバインダーを除去した後第1表に記載した条件
で焼結あるいはCuを含浸または焼結−含浸を行ってそ
れぞれ第1表に示す合金を得た。なおこれらの焼結、含
浸は全てH2ガス雰囲気中で行った。
以上の如く本発明法により所望の特性を満足する材料が
得られた。
又、上記実施例と同一条件で積層構造の半導体基板材料
を製造した結果、精度のよい材料が得られた。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は積層構造の半導体基板材料の斜視図。 一14= 才1図 第2図 235−

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)W粉末又はMo粉末又はW−Mo合金粉末に前記
    粉末との合計量に対して0.02〜2wt%の鉄族元素
    と有機粘結剤及び溶媒を加え混練した後、押出機にて押
    出した成型体を、非酸化性雰囲気中にて有機粘結剤と溶
    剤とが蒸発分解するまで加熱した後、非酸化性雰囲気中
    で焼結した焼結多孔体に体積比5〜25係のCuを含浸
    することを特徴とする半導体基板材料の製造方法。
  2. (2)W粉末又はMo粉末又はW−Mo合金粉末の平均
    粒度が0.5〜10μであることを特徴とする特許請求
    の範囲第(1)項記載の半導体基板材料の製造方法。
  3. (3)W粉末又はMo粉末又はW−M o合金粉末に前
    記粉末との合計量に対して0.02〜2wt%の鉄族元
    素と有機粘結剤及び溶媒を加え混練した後、押出機にて
    押出した成型体を積層しな積層体に1非酸化性雰囲気中
    にて有機粘結剤と溶剤とが蒸発分解するまで加熱した後
    、非酸化性雰囲気中で焼結した焼結多孔積層体に体積比
    5〜25係のCuを含浸することを特徴とする半導体基
    板材料の製造方法。
  4. (4)W粉末又はMo粉末又はW−M o合金粉末の平
    均粒度が0.5〜10μであることを特徴とする特許請
    求の範囲第(3)項記載の半導体基板材料の製造方法。
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