WO2019138744A1 - 複合部材、放熱部材、半導体装置、及び複合部材の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a composite member, a heat dissipation member, a semiconductor device, and a method of manufacturing the composite member.
- Patent Document 1 refers to a magnesium-based composite material (hereinafter referred to as Mg-SiC) in which magnesium (Mg) or a magnesium alloy and silicon carbide (SiC) are combined as a material suitable for a heat dissipation member (heat spreader) of a semiconductor element. May be disclosed.
- Mg-SiC magnesium-based composite material
- SiC silicon carbide
- the heat dissipation member of the semiconductor element is typically a flat plate, one surface of which is a mounting surface of the semiconductor element or the like, and the other surface of which is an installation surface which is fixed to an installation object such as a cooling device.
- Patent document 1 provides the curvature which the installation surface of the heat dissipation member of Mg-SiC becomes convex, presses a heat dissipation member on installation object so that this curvature may be crushed, fixes with a bolt etc. in this state, and fixes the heat dissipation member. It is disclosed that the object to be installed is brought into close contact by being brought into contact in a pressurized state.
- the composite member according to the present disclosure is A substrate made of a composite material containing metal and nonmetal,
- the substrate is A large warpage portion having a spherical warpage with a radius of curvature R provided on the one surface, And a small warpage portion partially provided in the large warpage portion and having a warpage different in size from the curvature radius R,
- the curvature radius R is 5,000 mm or more and 35,000 mm or less
- the thermal conductivity of the substrate is at least 150 W / m ⁇ K
- the linear expansion coefficient of the substrate is 10 ppm / K or less.
- a method of manufacturing a composite member according to the present disclosure is Equipped with a pressing process for storing a material plate made of a composite material containing metal and nonmetal and carrying out heat pressing in a forming die,
- the mold is A large spherical surface portion having a spherical surface with a curvature radius Rb, and a small spherical surface portion partially provided on the large spherical surface portion and having a spherical surface having a curvature radius different from the curvature radius Rb;
- the curvature radius Rb is 5,000 mm or more and 35,000 mm or less
- the pressing process is A holding step of holding the heating temperature at 200 ° C. or higher and the applied pressure at 10 kPa or more for a predetermined time; And a cooling step of cooling from the heating temperature to 100 ° C. or less while maintaining a pressurized state of 80% or more of the applied pressure.
- FIG. 1 is a schematic plan view schematically showing a composite member of the embodiment.
- FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the composite member of the embodiment taken along the line (II)-(II) shown in FIG.
- FIG. 3 is process explanatory drawing explaining the manufacturing process of the thermal radiation member of embodiment.
- FIG. 4 is an explanatory view for explaining the method of measuring the radius of curvature R, and shows each measurement point for drawing the contour extracted along the contour extraction straight line l n , the approximate arc, and the distance d between the measurement point and the approximate arc.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing elements of the semiconductor device of the embodiment.
- FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing another example of the composite member of the embodiment.
- FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing still another example of the composite member of the embodiment.
- the heat dissipating property may be lowered.
- the bonding portion of the insulating substrate in the heat radiating member is locally deformed, and the convex warpage is It is conceivable to return.
- the curvature of the convex is less than the initial curvature (protrusion), or it is locally concave, or the curvature radius is larger than the initial curvature, or the accuracy of the spherical surface is And the like.
- the insulating substrate thicker in order to improve the electrical insulation between the semiconductor element and the heat dissipation member containing metal.
- the thicker the insulating substrate the larger the difference in the amount of thermal expansion and contraction between the heat dissipation member and the insulating substrate, and the above-mentioned local deformation tends to occur.
- the temperature at the time of soldering becomes higher, and the difference in the amount of thermal expansion and contraction tends to be large.
- the heat dissipation member which is excellent in adhesiveness with installation object, and is excellent in heat dissipation, and its material are desired.
- the above-mentioned composite member is excellent in adhesion to the installation object.
- the manufacturing method of said composite member can manufacture the composite member which is excellent in adhesiveness with installation object.
- a composite member according to one aspect of the present disclosure is A substrate made of a composite material containing metal and nonmetal,
- the substrate is A large warpage portion having a spherical warpage with a radius of curvature R provided on the one surface, And a small warpage portion partially provided in the large warpage portion and having a warpage different in size from the curvature radius R,
- the curvature radius R is 5,000 mm or more and 35,000 mm or less
- the thermal conductivity of the substrate is at least 150 W / m ⁇ K
- the linear expansion coefficient of the substrate is 10 ppm / K or less.
- the spherical warpage means convex warpage.
- the warpage of the small warpage portion is a convex warpage that protrudes in the same direction as the warpage of the convexity of the large warpage portion.
- the small warpage portion typically has a spherical warpage having a radius of curvature smaller than the radius of curvature R.
- the substrate has a form in which the above-mentioned convex warpage is provided on one side thereof, a concave warpage on the other side opposite to it, a form in which the above-mentioned convex warpage is provided on one side, and the other side is flat Etc.
- the measuring method of the curvature radius R and the measuring method of the curvature amount of the small curvature part of below-mentioned (2) are mentioned later.
- the above-mentioned composite member has a spherical warpage (large warpage portion) of the above-mentioned specific radius of curvature R on one surface of the substrate made of the above-mentioned composite material, and overlaps the spherical warpage portion. It has warpage (small warpage part) of different size in a part of warpage part.
- this small warpage portion is used as a bonding portion of the insulating substrate, the small warpage portion locally deforms at the time of bonding of the insulating substrate, so that the substrate in a state where the insulating substrate is bonded has a spherical warpage of radius of curvature R. It is easy to hold uniformly. Even if a semiconductor element or the like is further mounted on the insulating substrate, the spherical warpage can be easily maintained.
- the substrate in a state in which the insulating substrate is joined and the substrate in a state in which the semiconductor element is mounted on the insulating substrate typically have substantially no small warpage portion, and a spherical surface having a specific radius of curvature R Have a uniform warpage.
- the spherically curved portion is uniformly pressed against the installation object, and a stable close contact state can be secured. Therefore, the above-mentioned composite member is excellent in adhesion to the installation object, particularly after the insulating substrate and the like are joined by the bonding material such as solder.
- the above-mentioned composite member is provided with a substrate having high thermal conductivity and is excellent in adhesion to the installation object as described above, and therefore, can be suitably used as a heat dissipating member, particularly a heat dissipating member of a semiconductor element. This is because the linear expansion coefficient of the substrate is close to the linear expansion coefficient of the semiconductor element and peripheral parts of the semiconductor element such as the above-described insulating substrate.
- the curvature radius R is 15000 mm or more and 25000 mm or less,
- the amount of warpage of the small warpage portion may be more than 30 ⁇ m and 70 ⁇ m or less.
- the measuring method of curvature amount is mentioned later.
- the small warpage portion when the radius of curvature R and the amount of warpage of the small warpage portion satisfy the above-described specific range, the small warpage portion is appropriately deformed at the time of bonding of the insulating substrate, and the small warpage portion is formed on the joined substrate. It is difficult for residual local warping to remain. Therefore, in the above-described embodiment, the substrate in a state in which the insulating substrate or the like is joined is likely to uniformly have a spherical warpage, and the adhesion to the installation object is excellent.
- the small-curvature portion includes a circular portion in plan view, and the diameter thereof is 5 mm or more and 150 mm or less.
- a portion having a circular planar shape in the above embodiment can be said to be a spherical warp portion. Since the small-curvature portion in the above-described form has a spherical curvature, it easily deforms uniformly at the time of bonding of the insulating substrate. Further, if the diameter of the circular portion is within the above specific range, it is close to the outer size of the insulating substrate used for the semiconductor device, and the size of the small warpage corresponds to the size of the insulating substrate. Therefore, the small-curvature portion is more easily deformed.
- the substrate in a state in which the insulating substrate or the like is joined is likely to uniformly have a spherical warpage, and the adhesion to the installation object is excellent.
- the above composite member The form provided with several said small curvature part is mentioned.
- the said form is equipped with two or more junction_parts of an insulated substrate, and can be utilized suitably for the thermal radiation member which mounts a several semiconductor element.
- the thermal radiation member which mounts a several semiconductor element.
- the metal is magnesium, a magnesium alloy, aluminum or an aluminum alloy
- the nonmetal includes a form containing SiC.
- the heat conduction is lighter than when the substrate of aluminum (Al) or a composite material of aluminum alloy and SiC (hereinafter sometimes referred to as Al—SiC) is provided.
- Al—SiC a composite material of aluminum alloy and SiC
- the rate is higher and the heat dissipation is better.
- the raw material board of Mg-SiC is excellent in the formability by heat press rather than the raw material board of Al-SiC, and is maintained for a relatively short time with high accuracy. Because it can be molded, it is also excellent in manufacturability.
- the heat dissipation member according to one aspect of the present disclosure is The composite member according to any one of (1) to (6) above, And an insulating substrate bonded to the small warpage portion via a bonding material, The curvature radius R of the said board
- the substrate provided in the heat dissipation member has a reduced warpage of the small warpage portion when the insulating substrate is joined, and has substantially only the large warpage portion when the insulating substrate is joined. That is, this substrate has a spherical warp with the above-mentioned specific radius of curvature R. Even if a semiconductor element or the like is further mounted on this insulating substrate, it is easy to maintain the spherical warpage of the radius of curvature R.
- Such a heat radiating member as described above can uniformly press the spherical warped portion against the installation object, and can ensure a stable close contact state.
- the above-mentioned heat dissipation member is excellent in adhesion to the installation subject, efficiently transfers heat to the installation subject, and is excellent in heat dissipation.
- the above-mentioned heat dissipation member can be suitably used as a heat dissipation member of a semiconductor element from the consistency of the coefficient of linear expansion between the substrate and the semiconductor element and its peripheral parts as described above.
- a semiconductor device is: The heat dissipation member according to (7) above, A semiconductor element mounted on the insulating substrate; The curvature radius R of the substrate in a state where the insulating substrate on which the semiconductor element is mounted is joined is 5,000 mm or more and 35,000 mm or less.
- the above semiconductor device includes the above-mentioned heat dissipation member (substrate) having a spherical warpage of the above-mentioned specific radius of curvature R when the insulating substrate on which the semiconductor element is mounted is joined, and therefore the adhesion to the installation object Excellent in heat dissipation.
- Examples of the above semiconductor device include semiconductor modules such as power modules. (9)
- substrate in the state by which the said insulated substrate in which the said semiconductor element was mounted was joined is 10.0 micrometers or less. The method of measuring the spherical error will be described later.
- the heat dissipating member (substrate) provided in the above embodiment has a spherical error of not less than 10.
- the spherical warp having the above-mentioned specific radius of curvature R when the insulating substrate on which the semiconductor element is mounted is joined. Small at 0 ⁇ m or less and excellent in spherical precision. So to speak, this heat dissipating member has a true spherical warp. Therefore, the above-mentioned form is more excellent in adhesion with the installation object and further excellent in heat dissipation, since the true-spherical curved portion is uniformly pressed by the installation object. (10) As an example of the above semiconductor device, An embodiment in which the thickness of the insulating substrate is 1 mm or more can be mentioned.
- the thickness of the insulating substrate provided in the above embodiment is as large as 1 mm or more, and the electrical insulation between the semiconductor element to be heated and the heat dissipation member (substrate) containing metal can be improved.
- the heat dissipating member provided in the above-described form has spherical warpage with a specific radius of curvature R as described above in the state where such a thick insulating substrate is joined. Therefore, the above-mentioned form is excellent in adhesion to the installation object, excellent in heat dissipation, and also excellent in electrical insulation with the semiconductor element, and can be suitably used as a semiconductor device for high power applications and the like.
- a method of manufacturing a composite member according to an aspect of the present disclosure Equipped with a pressing process for storing a material plate made of a composite material containing metal and nonmetal and carrying out heat pressing in a forming die,
- the mold is A large spherical surface portion having a spherical surface with a curvature radius Rb, and a small spherical surface portion partially provided on the large spherical surface portion and having a spherical surface having a curvature radius different from the curvature radius Rb;
- the curvature radius Rb is 5,000 mm or more and 35,000 mm or less
- the pressing process is A holding step of holding the heating temperature at 200 ° C. or higher and the applied pressure at 10 kPa or more for a predetermined time; And a cooling step of cooling from the heating temperature to 100 ° C. or less while maintaining a pressurized state of 80% or more of the applied pressure.
- the manufacturing method of the above-mentioned composite member has a spherical surface (large spherical surface portion) having the above-mentioned specific radius of curvature Rb, and overlaps with this spherical surface, a spherical surface (small spherical surface portion) having a different curvature radius on a part of this spherical surface
- the heat-pressing is performed on the blank under the specific conditions described above using a mold having As described above, the heating temperature and the applied pressure at the time of heat pressing are relatively high, thereby promoting the plastic deformation of the material plate made of the above-mentioned composite material to form a plurality of warpage shapes by the large spherical portion and the small spherical portion.
- the material board can be accurately transferred to the material board. And by performing cooling from a heating temperature at the time of heat pressing to a specific temperature in a pressurized state, it is possible to suppress the shape change and the disorder of the shape that may occur in the cooling in a non-pressured state.
- the shape can be transferred with high accuracy.
- On one surface of the substrate it has a spherical warped portion (an example of the above-mentioned large warped portion) having a radius of curvature close to the radius of curvature Rb formed by the large spherical portion and has a radius of curvature Rs formed by the small spherical portion.
- a composite member in which a spherically curved portion having an approximate curvature radius (an example of the above-mentioned small-curvature portion) is locally provided, typically the composite member of the above (1).
- the substrate after bonding can uniformly have a spherical warpage formed by the large spherical portion. Even if a semiconductor element or the like is further mounted on the insulating substrate, the spherical warpage can be easily maintained.
- Such a composite member is excellent in adhesion to the installation object as described above.
- a composite member having a small residual stress preferably substantially free of the residual stress.
- Such a composite member is excellent in adhesion to the installation object as described above, and is not easily deformed even when subjected to a cooling and heating cycle at the time of use, and easily maintains the adhesion state to the installation object.
- this composite member is used as a heat dissipation member of a semiconductor element, it has excellent heat dissipation from the initial stage of use over a long period of time.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the substrate 10 taken along a plane parallel to its thickness direction (a plane parallel to the short side of the substrate 10 which is rectangular here).
- FIG. 5 only the vicinity of the heat dissipation member 3 and the semiconductor element 50 provided in the semiconductor device 5 is schematically shown, and the warped shape of the heat dissipation member 3, bonding wires, packages, cooling devices (targets for installation) and the like are omitted.
- Composite member (Overview) The composite member 1 of the embodiment will be described mainly with reference to FIGS. 1 and 2.
- the composite member 1 of the embodiment includes a substrate 10 made of a composite material including a metal 20 and a nonmetal 22 as shown in FIG.
- the thermal conductivity of the substrate 10 is 150 W / m ⁇ K or more, and the linear expansion coefficient is 10 ppm / K or less.
- a large warpage 11 having a curvature of a spherical surface having a curvature radius R of 5000 mm or more and 35000 mm or less is provided on one surface of the substrate 10, as shown in FIG. 2, a large warpage 11 having a curvature of a spherical surface having a curvature radius R of 5000 mm or more and 35000 mm or less is provided.
- spherical warpage with a radius of curvature R is provided over most of one surface of the substrate 10, and most of the substrate 10 forms a large warpage 11.
- a small warpage 12 having a warpage different in size from the radius of curvature R is partially provided in the large warpage 11.
- the large warpage 11 and the small warpage 12 project in the same direction (downward in FIG. 2), and the substrate 10 has a two-step convex warpage.
- FIG. 2 the case where the small-curvature portion 12 has a spherical warpage having a curvature radius smaller than the curvature radius R is illustrated.
- the small-warped portion 12 is locally based on the difference with the linear expansion coefficient of the insulating substrate 52, etc. To be deformed. It deforms so that the convex of the small camber 12 is reduced. Due to this local deformation, the shape of the portion where the insulating substrate 52 is joined is likely to be a shape along the large warped portion 11. Further, this local deformation hardly affects the shape of the large warpage portion 11, and the shape of the large warpage portion 11 is substantially easily maintained.
- the substrate 10 having high thermal conductivity is in close contact with the installation object, so that heat can be transmitted well to the installation object and heat dissipation is excellent.
- the substrate 10 since the substrate 10 has a linear expansion coefficient relatively close to that of the semiconductor element 50 and its peripheral components (eg, the insulating substrate 52 etc.), the substrate 10 can be suitably used as the heat dissipation member 3 of the semiconductor element 50.
- the substrate 10 is a main component of the composite member 1 and is a molded body made of a composite material including a metal 20 and a nonmetal 22.
- the metal 20 in the substrate 10 is, for example, a so-called pure metal selected from the group of Mg, Al, Ag, and Cu, or an alloy based on one metal element selected from the above group, etc. Can be mentioned. Magnesium alloys, aluminum alloys, silver alloys and copper alloys having known compositions can be used.
- Non-metals 22 in the substrate 10 have excellent thermal conductivity (eg, 30 W / m ⁇ K or more, preferably 150 W / m ⁇ K or more) and a linear expansion coefficient smaller than that of the metal 20 (eg, line) Expansion coefficient: 5 ppm / K or less).
- the nonmetal 22 include carbides of metal elements or nonmetal elements, oxides, nitrides, borides, silicides, ceramics such as chlorides, nonmetal elements such as silicon (Si), and carbons such as diamond and graphite. Inorganic materials such as raw materials can be mentioned.
- Specific ceramics include SiC (eg, linear expansion coefficient of 3 to 4 ppm / K, thermal conductivity of single crystal of 390 W / m ⁇ K or more), AlN, h-BN, c-BN, B 4 C, etc. . Multiple types of non-metals 22 can be included.
- the nonmetal 22 in the substrate 10 is typically present with substantially maintained the composition, shape, size and the like of the raw material.
- the substrate 10 in which the powder particles are dispersed and present is excellent in toughness.
- the nonmetal 22 is continuously formed in a mesh shape in the substrate 10 to construct a heat dissipation path, so that the heat dissipation is excellent.
- the content of the nonmetal 22 in the substrate 10 can be appropriately selected.
- the content tends to increase the thermal conductivity and decrease the linear expansion coefficient as the content increases, or to tend to increase the mechanical properties (eg, rigidity etc.), and thus the improvement in properties can be expected.
- the content is preferably 55% by volume or more.
- the thermal conductivity is, for example, 150 W / m ⁇ K or more (Mg-SiC, Al-SiC, diamond composite material, etc., although it depends on the composition of the metal 20 and the nonmetal 22). Higher for diamond composites), the coefficient of linear expansion tends to satisfy 10 ppm / K or less.
- the content is, for example, 60% by volume or more, and further 70% by volume or more from the viewpoint of the above-described property improvement and the like. If the content is small to some extent, it is easy to fill the raw material into the mold for forming the composite material or fill the gap between the non-metals 22 with the metal 20 in a molten state, and the productivity of the composite material is excellent. From the viewpoint of manufacturability etc., the content is 90 volume% or less, further 85 volume% or less, and 80 volume% or less.
- composite material examples include Mg-SiC, pure aluminum or aluminum alloy (hereinafter collectively referred to as Al or the like) mainly composed of pure magnesium or magnesium alloy (hereinafter sometimes collectively referred to as Mg etc.) and SiC. And Al—SiC etc. in which SiC is mainly compounded.
- the diamond composite material examples include silver, a silver alloy, Mg or the like, Al or the like, or a composite of copper or a copper alloy and diamond.
- Mg—SiC in which the metal 20 is Mg or the like and the nonmetal 22 contains SiC is lighter than the Al—SiC, and has high thermal conductivity and excellent heat dissipation.
- the raw material board of Mg-SiC has the formability by hot press rather than the raw material board of Al-SiC. Since the composite member 1 can be formed with high accuracy in a short time, the productivity of the composite member 1 is also excellent.
- the residual stress can be reduced at a lower temperature and in a shorter time at the time of heat pressing, and the residual stress difference between the front and back of the substrate 10 can be easily reduced.
- the composite member 1 provided with the substrate 10 in which the residual stress is reduced is not easily deformed even when subjected to a cooling and heating cycle at the time of use, and it is easy to ensure a close contact with the installation object from the initial use for a long time.
- Al—SiC in which the metal 20 is Al or the like and the nonmetal 22 contains SiC is lighter than the case where silver, copper, or an alloy thereof is contained as the metal 20, and has better corrosion resistance than the case where Mg or the like is contained.
- the diamond composite material has a very high thermal conductivity and is further excellent in heat dissipation.
- the outer shape of the substrate 10 (here, a planar shape drawn by the outer edge of the substrate 10) is typically a rectangle.
- the installation area of the mounting components such as the semiconductor element 50 can be sufficiently secured.
- the outer shape of the substrate 10 can be changed according to the application, the shape / number of the mounting components, the installation object, and the like. In FIG. 1, the case where the external shape of the board
- the size of the substrate 10 can be appropriately selected in accordance with the application, the mounting area of the above-described mounting component, and the like. For example, it takes a rectangle containing the outer shape of the substrate 10 (if the outer shape of the substrate 10 is a rectangle, the contained rectangle substantially matches the outer shape of the substrate 10), and the long side of this rectangle is 100 mm or more If the length of the short side is 50 mm or more, the mounting area is large, and the large-sized heat dissipation member 3 can be constructed. The length of the long side may be 150 mm or more, and the length of the short side may be 120 mm or more.
- the semiconductor element 50 is mounted on the composite member 1 in which the insulating substrate 52 is joined as described above.
- the composite member 1 in the closed state can be closely attached to the installation target.
- the thickness t (FIG. 2) of the substrate 10 can be selected as appropriate.
- the thickness t is preferably 10 mm or less, more preferably 6 mm or less, and 5 mm or less, because the thinner the thickness t, the better the heat conduction to the installation object. If the thickness t is somewhat thick, the heat dissipation is enhanced by thermal diffusion in the lateral direction (the direction orthogonal to the thickness direction), and the thicker the layer is, the easier it is to increase the strength as a structural material. It is mentioned that it is 1.5 mm or more.
- a large warpage 11 having a spherical warpage with a radius of curvature R of 5000 mm (5 m) or more and 35000 mm (35 m) or less is provided on one surface of the substrate 10.
- R radius of curvature
- FIG. 2 a form having a convex warpage on one surface (the lower surface in FIG. 2) and a concave curvature corresponding to the other surface facing the other surface (the upper surface in FIG. 2) can be mentioned.
- substrate 10 As another board
- one surface having convex warpage is the installation surface on the installation object, and the other surface is the mounting surface of the mounting component such as the semiconductor element 50. Can be mentioned.
- the radius of curvature R satisfies the above-described specific range
- the amount of warpage of the large warpage 11 is appropriate, and the amount of the warpage can be easily maintained after the bonding of the insulating substrate 52 and even after the semiconductor element 50 is mounted. .
- the warped portion is uniformly pressed against the installation object, and the substrate 10 is brought into close contact with the installation object.
- the substrate 10 is less likely to be deformed with time even if it is subjected to a cooling and heating cycle at the time of use.
- the curvature radius R may be 6000 mm or more, further 7000 mm or more, 8000 mm or more, 34000 mm or less, 33000 mm or less, 32000 mm or less, or 25000 mm or less.
- the center of spherical warpage in the large warpage portion 11 be in the vicinity of the center of gravity G in the outer shape of the substrate 10.
- the center of gravity G is a point corresponding to the center of the planar shape drawn by the outer edge of the substrate 10. If the outline of the substrate 10 is rectangular as described above, the center of gravity G corresponds to the intersection of the diagonals of this rectangle.
- the small warpage 12 is provided on a part of the large warpage 11.
- the small warpage 12 has a size different from the radius of curvature R, and protrudes from the large warpage 11 having the radius of curvature R in the same direction as the large warpage 11 so as to project a predetermined amount (a warpage amount x described later) Have.
- the small-curvature portion 12 preferably includes a spherically-shaped warped portion having a curvature radius smaller than the curvature radius R. This is because deformation is likely to occur uniformly when the insulating substrate 52 is bonded.
- a form in which the entire small-warped part 12 has a spherical-shaped warpage can be mentioned.
- the small warpage 12 in this form is circular in plan view.
- the composite member 1 in which the small-curvature portion 12 includes a spherically-shaped warped portion can easily form the spherically-shaped warped portion with high accuracy when the method for manufacturing a composite member according to an embodiment described later is used.
- the planar shape of the small-curvature portion 12 can be a shape formed by partially overlapping a plurality of circles, that is, an arc and a chord (straight line)
- the form etc. which are the shape which combined are mentioned are mentioned.
- the three-dimensional shape of the small-curvature portion 12 has a spherical surface in which a part of a plurality of spherical crowns is missing and connected.
- the small-curvature portion 12 includes a circular portion in plan view (see a circle 120 in FIGS. 6 and 7 described later).
- the diameter D of the circular portion provided in the small-curvature portion 12 is 5 mm or more and 150 mm or less in plan view (FIG. 1). If the diameter D is in this range, the outer dimension of the insulating substrate 52 used for the semiconductor device 5, for example, the long side length, the short side length, and the diagonal length of the insulating substrate 52 having a rectangular planar shape Close to at least one of the When the diameter D of the small-warped portion 12 and the outer dimension of the insulating substrate 52 are close, the small-warped portion 12 is more easily deformed at the time of bonding of the insulating substrate 52, and the substrate 10 after bonding has a spherical shape with radius of curvature R Easy to have a warp.
- the diameter D is closer to the length of the diagonal of the outer dimension, the small warpage 12 is more easily deformed at the time of bonding the insulating substrate 52, which is preferable.
- the diameter D may be 10 mm or more and 70 mm or less.
- the diameter D may be equal to or greater than the diameter of the inscribed circle inscribed in the contour line (rectangular in FIG. 1) of the planar shape of the insulating substrate 52 and equal to or less than the diameter of the circumscribed circle circumscribed to the contour line.
- the diameter D satisfying this range is close to the outer size of the insulating substrate 52, particularly the above-mentioned diagonal line, and the small warpage 12 is more likely to be deformed more appropriately when the insulating substrate 52 is bonded as described above.
- FIG. 1 illustrates the case where the diameter D is substantially equal to the diameter of the inscribed circle.
- the outline of the small-curved portion 12 may be an arc of an inscribed circle inscribed in the outline of the insulating substrate 52 (in FIG. 1, a rectangle) or a circumscribed circle inscribed in the outline of the insulating substrate 52. And arcs of concentric circles of the inscribed circle.
- the size of the small-curvature portion 12 having the contour including the above-mentioned arc is close to the outer dimension of the insulating substrate 52, particularly the length of the above-mentioned diagonal, and small warpage when bonding the insulating substrate 52 as described above. It is preferable that the portion 12 is more easily deformed.
- FIG. 1 the outline of the small-curved portion 12 may be an arc of an inscribed circle inscribed in the outline of the insulating substrate 52 (in FIG. 1, a rectangle) or a circumscribed circle inscribed in the outline of the insulating substrate 52. And arcs of concentric circles of the inscribed circle.
- the composite member 1 can include one or more small warps 12 on the substrate 10.
- the small-curvature portion 12 is used for the bonding portion of the insulating substrate 52 on which the mounted component such as the semiconductor element 50 is mounted. Therefore, the number of the small-curvature portions 12 may be selected according to the number of the semiconductor elements 50 (the insulating substrates 52).
- the composite member 1 is provided with a plurality of small warpages 12 as illustrated in FIG. 1, it can be suitably used for the heat dissipation member 3 on which a plurality of semiconductor elements are mounted.
- the number of curved portions is the number of small warped portions 12.
- FIG. 6 illustrates the case where there are two portions in which three curved portions are connected, and a total of six small warp portions 12 are provided.
- FIG. 7 illustrates the case where four curved portions overlap in two vertical rows and two horizontal rows, and a total of four small warps 12 are provided.
- the intervals between adjacent small warpages 12 and 12 are approximately equal to the formation area of the large warpage 11 in the substrate 10, and each small warpage 12 Are uniformly disposed.
- the insulating substrates 52 can be easily joined, and the small warpages 12 can be uniformly deformed when the insulating substrates 52 are joined, and the substrate 10 after joining has a uniform curvature of a radius of curvature R. It is expected to be easy to possess.
- the shapes and sizes curvature radius, amount of warpage x, diameter D, etc.
- the respective small warpages 12 are substantially equal, the respective small warpages at the time of bonding the respective insulating substrates 52.
- the portion 12 is more easily deformed uniformly. Even in a configuration in which local warped portions such as a shape in which a plurality of circles are partially overlapped and juxtaposed in plan view continue as in the above-mentioned snowman-like shape, the shape and size of each small warped portion 12 are substantially When each insulating substrate 52 is joined, the small warped portions 12 are easily deformed uniformly. Furthermore, if the shape and size of each small warp portion 12 are substantially equal, when manufacturing the composite member 1 according to the method for manufacturing a composite member of the above-described embodiment, uniform pressure is applied to form the members with high accuracy. Easy to use and excellent in manufacturability.
- the shape and size of the small-curvature portion 12 can be made different depending on the shape and size of the insulating substrate 52.
- the amount of warpage x of the small warpage portion 12 is, in addition to the curvature radius R of the large warpage portion 11, the specifications of the substrate 10 (linear expansion coefficient, Young's modulus, thickness t, etc.), the specifications of the insulating substrate 52 (linear expansion coefficient, It is more preferable to adjust in consideration of Young's modulus, thickness t i and the like) and the specification of the bonding material 54 (solid phase temperature and the like). For example, it is mentioned that the warpage amount x ( ⁇ m) satisfies the value ⁇ 20% of the following formula [1].
- the warpage amount x so as to satisfy the value of the following formula [1] to manufacture the composite member 1.
- f is a curvature coefficient that satisfies the following equation [2].
- Equation [1] the solidus temperature (° C.) of the bonding material 54 is Ts, the insulating substrate 52 is a flat plate having a rectangular planar shape, the diagonal length (mm) is L, and the thickness (mm) of the insulating substrate 52 ) Is t i , and the thickness (mm) of the substrate 10 is t.
- the linear expansion coefficient (ppm / K) of the substrate 10 is ⁇ , and the Young's modulus (GPa) is ⁇ .
- the Young's modulus of Mg—SiC and the Young's modulus of Al—SiC may be about 150 GPa to 250 GPa depending on the content of SiC and the like.
- the curvature radius R, the amount of warpage x, the diameter D and the like of the substrate 10 may be obtained using a commercially available three-dimensional measurement device (for example, non-contact 3D measurement device manufactured by Keyence Corporation, VR 3000).
- a region (largely curved portion) curved in a spherical shape on the front and back surfaces which is the surface having the largest area among the outer peripheral surfaces (front and back surfaces and side surfaces) of the substrate 10 according to a three-dimensional image obtained by measuring the substrate 10 with a three-dimensional measurement device 11) and the locally curved region (small warpage 12) can be visually determined.
- a commercially available three-dimensional measurement apparatus it is possible to indicate the amount of displacement ( ⁇ m) from the reference according to color, and by contouring the difference in the amount of displacement, it is possible to grasp the contour shape.
- a surface having a convex warpage is a main surface, an area excluding a local curved portion is extracted from the three-dimensional image of the main surface, and a radius measurement area is taken from the extracted area.
- a plurality of small warpages 12 locally curved parts
- region is mentioned as a radius measurement area
- a horizontally long rectangular area extending in the left-right direction of the figure is extracted as the radius measurement area a.
- the long side and the short side of the rectangular radius measurement area a are substantially parallel to the long side and the short side of the rectangular substrate 10 in a plan view.
- the radius measurement area a is virtually shown by a dotted line.
- the pair of straight lines has a length that extends to a region of the substrate 10 that does not have a curved portion. It takes a rectangular area surrounded by the pair of straight lines and straight lines (or short sides) parallel to the short sides of the substrate 10.
- a rectangular region is virtually illustrated by a two-dot chain line. Both ends of the rectangle are provided to project from the intersection of the two curved portions, and the closed region 15 is located at the center of the rectangle. An area obtained by removing the curved portion from such a rectangular area may be used as the radius measurement area a.
- the radius measurement area a is shown with cross hatching for easy understanding.
- the radius measurement region a may be taken to include the plurality of closed regions 15.
- the radius measurement area a is the center of gravity G of the outer shape of the substrate 10 (the intersection point of the diagonals of the rectangle forming the outer shape of the substrate 10 in FIGS. It may be taken to overlap with the intersection of the diagonals of the rectangle forming a.
- region is mentioned.
- a bolt hole or the like described later is provided in the substrate 10, an area excluding the bolt hole or the like is used as a radius measurement area.
- the curvature radius R of the substrate 10 in a state in which the insulating substrate 52 is joined with respect to the heat dissipation member 3 provided in the heat dissipating member 3 and the semiconductor device 5 described later, and the insulating substrate 52 on which the semiconductor element 50 is mounted is further joined.
- the radius measurement area can be taken including the area where the insulating substrate 52 and the like are joined.
- step (2) if the radius measurement area a is a rectangle, a total of ten contour extraction straight lines l n including the long side of the rectangle and parallel to the long side are taken.
- the contour extraction straight lines l 1 and l 10 are straight lines forming the long side of the rectangle, and the contour extraction straight lines l 2 to l 9 are straight lines passing through points equally dividing the short side of the rectangle.
- the radius measurement area a includes at least one closed area 15, as described above, a rectangle having long sides as a pair of straight lines sandwiching the closed area 15 is taken, and an outline extraction straight line l n parallel to the long sides Take a total of 10 bottles.
- FIG. 4 is a graph schematically showing an analysis result obtained by a commercially available three-dimensional measurement apparatus.
- 21 measurement points are used for easy understanding.
- the horizontal axis of the graph in FIG. 4 is the position of a point on a straight line parallel to the contour extraction straight line l n , and the vertical axis is passing the above-mentioned center of gravity G and the contour extraction straight line l n (long side direction) and short side direction
- the position of a point on a straight line orthogonal to both is shown.
- Each point on the horizontal axis substantially coincides with the position of each point on the contour extraction straight line l n , and each point on the vertical axis indicates the amount of displacement of the contour based on the origin of this graph.
- the set of 20 measurement points (legends ⁇ ) shown in FIG. 4 is a set of measurement points ⁇ n extracted based on the contour extraction straight line l n .
- the approximate arc ⁇ n of the closed area 15 can be appropriately determined by approximating a plurality of measurement points by the least squares method for each set ⁇ n .
- the approximate arc ⁇ n and the distance d can be easily obtained by using commercially available analysis software such as Excel. If the curvature radius R is 15000 mm or more and 35000 mm or less, the radius measurement region a forms the large warpage part 11, and the substrate 10 has the large warpage part 11.
- the amount of warpage x is measured by extracting a locally curved portion from the three-dimensional image of the main surface of the substrate 10 and using the extracted curved portion. If there are a plurality of local curved portions, the warpage amount x is measured one by one. In one local bending portion, a point P having a maximum displacement amount is extracted. Further, a plurality of measurement points that outline the local curved portion are approximated by the least square method to obtain an approximate curve. Take a boundary point between the approximate curve and a large warping unit 11 passing through the point P (the straight line shown in phantom in FIG.
- the two-dot chain line (in FIG. 2 the point Q 1, the point Q 2 illustrated) plane containing the.
- the distance between the point P and this plane is taken as the amount of warpage x.
- the plane is taken using the extracted border .
- the diameter D of the circular portion can be easily measured by measurement using a three-dimensional image of the substrate 10. For example, a three-dimensional image is converted to a two-dimensional image to measure the diameter D in plan view.
- a three-dimensional image is converted to a two-dimensional image to measure the diameter D in plan view.
- the amount of warpage x may be determined as follows.
- the point P is extracted from each curved portion.
- the three-dimensional image is converted into a two-dimensional image, and overlapping regions 125 of curved portions (which are hatched in a grid shape in FIGS. 6 and 7) are generated when the external shape of each curved portion is complemented into a circle.
- a region obtained by removing a virtual region shown from each curved portion is taken, and from this region, the largest circle 120 (shown in phantom in FIG. 6 and FIG. 7 by a two-dot chain line) centered on the point P is extracted.
- the largest circle centered on the point P can be extracted from each curved portion, but it is easy to measure the warpage amount x with high accuracy if the overlapping area 125 is removed as described above.
- a spherical surface passing through the point P is determined. Then, as described above, an arc having a radius of curvature R determined using the radius measurement area a is taken, and a plane including the boundary point between this arc and an approximate curve that describes a spherical surface passing through the point P is taken. Using the distance between the point P and this plane as the amount of warpage x can be mentioned. Moreover, setting each curved part which has the point P as the small curvature part 12 is mentioned. The radius of curvature of each of the small warpages 12 may be determined from the spherical surface passing through the point P described above.
- the amount of warpage of adjacent curved portions is different, and when the amount of warpage of one curved portion is very small compared to the other, the curvature of one curved portion is the other curved portion
- the warpage amount x of one curved portion can not be calculated properly. In this case, it is considered that there is no problem in ignoring the curvature of one curved portion. If the insulating substrate 52 is bonded to each of the one curved portion and the other curved portion, it is expected that the warpage of one curved portion can be absorbed by the deformation of the other curved portion having a large amount of warpage. It is.
- the substrate 10 has a thermal conductivity of 150 W / m ⁇ K or more and a linear expansion coefficient of 10 ppm / K or less.
- the thermal conductivity of the substrate 10 is 180 W / m ⁇ K or more, further 200 W / m ⁇ K or more, and particularly 220 W / m ⁇ K or more.
- the linear expansion coefficient of the substrate 10 is 9 ppm / K or less, and further 8 ppm / K or less.
- the linear expansion coefficient of the composite member 1 including the substrate 10 and the metal coating becomes smaller, preferably 10 ppm / K or less, even when the metal coating described later is provided. it can.
- the composite member 1 including the substrate 10 having a higher thermal conductivity and a linear expansion coefficient of about 3 ppm / K to about 10 ppm / K is excellent in heat dissipation and linear expansion with the semiconductor element 50 and its peripheral parts. It is excellent in the consistency of the coefficient, and can be suitably used for the heat dissipation member 3 of the semiconductor element 50.
- the linear expansion coefficient of the substrate 10 is, for example, 3 ppm / K or more, 4 ppm / K or more, and 4.5 ppm / K or more in the range in which the above-mentioned consistency is excellent.
- the composite member 1 can be provided with a metal coating (not shown) on at least a part of one side or both sides of the substrate 10.
- the metal coating when the metal coating is provided, the wettability with the bonding material 54 such as solder, corrosion resistance, design and the like can be enhanced.
- the application region of the bonding material 54 on the substrate 10 may be provided with a metal coating that is to be a base layer of the bonding material 54.
- any of the same kind of metal as the metal 20 contained in the substrate 10 and different kinds of metals can be used.
- the base metal is the same alloy, others, pure nickel or nickel alloy, zinc or zinc alloy, pure gold or gold alloy, etc.
- the constituent metals of the above-mentioned base layer include pure nickel, nickel alloy, pure copper, copper alloy, pure gold, gold alloy, pure silver, silver alloy and the like.
- the metal coating may be either a single layer structure or a multilayer structure comprising a plurality of metal layers.
- the thickness of the metal coating per one side of the substrate 10 is 100 ⁇ m or less, further 50 ⁇ m or less, particularly 20 ⁇ m or less, 15 ⁇ m or less An increase in the linear expansion coefficient can be reduced, which is preferable.
- the thickness is uniform, or when the metal coating is provided on both sides of the substrate 10, local deformation due to the non-uniform thickness can be reduced if the thickness of the metal coating on each side is equal. Preferred.
- the composite member 1 can include an attachment portion (not shown) to the installation target.
- the mounting portion includes, for example, a bolt hole or the like through which a fastening member such as a bolt is inserted.
- the mounting area is the substrate 10 itself, the mounting area may be a location away from the large warpage 11 and the small warpage 12, for example, the vicinity of the outer edge of the substrate 10.
- the formation region of the attachment portion may be a metal region continuously provided on the substrate 10.
- the method of forming the mounting portion can be referred to a known method such as cutting, punching or molding.
- the composite member 1 When the residual stress difference between the front and back surfaces of the substrate 10 is small, the composite member 1 can easily suppress the deformation caused by the release of the residual stress even when subjected to a cooling and heating cycle at the time of use, and can easily maintain the close contact with the installation object preferable.
- the composite member 1 When the composite member 1 is manufactured by the method for manufacturing a composite member according to an embodiment described later, the composite member 1 can have a small residual stress difference, preferably, substantially no difference. As described above, when the Mg—SiC substrate 10 is provided, the residual stress difference can be easily reduced.
- the substrate 10 has a spherical warp with a radius of curvature R particularly in a state where the insulating substrate 52 and the like are joined, and the warped portion is uniformly pressed against the installation target It can be in close contact. Since the substrate 10 has a high thermal conductivity, the composite member 1 is suitably used as the heat dissipating member 3 to which the insulating substrate 52 is bonded by the bonding material 54 such as solder, typically the heat dissipating member 3 of the semiconductor element 50 it can.
- the heat radiating member 3 can well transmit the heat of the heat generation target such as the semiconductor element 50 to the installation target, and is excellent in heat dissipation.
- the composite member 1 of the embodiment has excellent thermal conductivity and a small amount of thermal expansion and contraction, and a structural material such as a member having a very small linear expansion coefficient such as the insulating substrate 52 is soldered or the like. It can be expected to be used for etc.
- Heat dissipation member The heat radiating member 3 of the embodiment will be described mainly with reference to FIG.
- the radius measurement region used for measuring the curvature radius R of the heat dissipation member 3 is the insulating substrate 52
- the radius measurement area used to measure the radius of curvature R of the heat dissipation member 3 is the smallest rectangular area including the bonding portion of the insulating substrate 52 in the substrate 10 (all insulating substrates when including the plurality of insulating substrates 52) The smallest rectangular area including 52 junctions can be mentioned. In the case where a total of six insulating substrates 52 are joined to the substrate 10 as shown in FIG.
- the radius of curvature R of the heat dissipation member 3 may be referred to as the radius of curvature R of the term of the large warpage portion described above.
- the composite member 1 includes the large-warped portion 11 having a spherical warpage with a radius of curvature R and the small-warped portion 12 provided locally (upper view in FIG. 3).
- the bonding material 54 such as solder (in the middle view of FIG. 3)
- the small warpage 12 is locally deformed.
- the small-curvature portion 12 having a radius of curvature smaller than the radius of curvature R is deformed such that the curvature is reduced (returned) and the radius of curvature is increased.
- the heat dissipation member 3 uniformly has a spherical warpage with a radius of curvature R in a state in which the insulating substrate 52 is provided.
- the cross-sectional profile of the substrate 10 in any cross section describes an arc having a radius of curvature R, ie, a substantially similar arc.
- the substrate 10 is subjected to three-dimensional analysis by a three-dimensional measurement device, and the height information of the three-dimensional analysis is expressed in two dimensions as contour lines (when converted to two dimensions), the contour lines draw concentric circles.
- the spherical error is 10.0 ⁇ m or less.
- the spherical error can be said to be an index indicating the spherical degree of the warped portion of the substrate 10, and it can be said that the radius measurement region has a true spherical warp with a radius of curvature R as the spherical error is smaller.
- the heat radiation member 3 having a small spherical error as described above uniformly presses the above-described spherically curved portion against the installation object to be in close contact with the installation object, and prevents deformation due to uneven thermal expansion and contraction. Easy to do.
- the spherical error is preferably 9.0 ⁇ m or less, more preferably 8.5 ⁇ m or less, and ideally 0 ⁇ m from the viewpoint of adhesion, prevention of uneven deformation and the like. Since the spherical error of the heat dissipation member 3 depends on the spherical error of the large warpage 11 of the substrate 10 before bonding the insulating substrate 52, the spherical error of the large warpage 11 is also preferably 10.0 ⁇ m or less.
- the spherical surface error of the large curvature part 11 or the thermal radiation member 3 is about 1.0 micrometer or more. If the radius of curvature R of the heat dissipation member 3 is within the above-described specific range and the spherical error is 10.0 ⁇ m or less, the radius of curvature R may be the above-described specific even with the semiconductor element 50 bonded on the insulating substrate 52. The spherical error is 10.0 ⁇ m or less.
- the semiconductor device 50 has a spherically curved portion even in a state where the semiconductor element 50 is mounted on the insulating substrate 52 It is attached to
- the shape and size of the heat dissipation member 3 can be appropriately selected as long as the object to be heated can be placed. Typically, since the shape and size of the heat dissipation member 3 depend on the shape and size of the substrate 10 of the composite member 1, the shape and size of the substrate 10 of the composite member 1 may be adjusted.
- the insulating substrate 52 is used for the mounting location of the heat generation target such as the semiconductor element 50 or the like, and secures the electrical insulation with the substrate 10 including the metal 20.
- Such an insulating substrate 52 may be an electrically insulating material, for example, a nonmetallic inorganic material such as aluminum nitride, aluminum oxide or silicon nitride.
- the insulating substrate 52 made of the nonmetallic inorganic material may have a linear expansion coefficient of 7 ppm / K or less, further 5 ppm / K or less, and a Young's modulus of 200 GPa or more, further 250 GPa or more.
- the shape and size of the insulating substrate 52 can be selected as appropriate.
- the planar shape of the insulating substrate 52 is a rectangle (may be a square) as illustrated in FIGS. 1, 6 and 7 and the small warpage 12 includes a circular portion in plan view before the bonding of the insulating substrate 52
- at least one of the long side length, the short side length, and the diagonal length of the rectangle substantially corresponds to the diameter D of the circular portion. More preferably, the diagonal length substantially corresponds to the diameter D.
- rectangular centroid (intersection of diagonal lines) forming the outer shape of the insulating substrate 52 is an insulating substrate 52 to substantially match the center C 12 of the circular portion is joined to the small warp 12 Is preferred.
- 1, 6 and 7 exemplarily show the case where the center C 12 and the center of gravity of the insulating substrate 52 substantially coincide with each other while the insulating substrate 52 is virtually shown by a two-dot chain line.
- the diameter D substantially corresponds to the length of the short side of the insulating substrate 52
- the diameter D substantially corresponds to the length of the long side of the insulating substrate 52.
- the thickness t i of the insulating substrate 52 can be appropriately selected as long as electrical insulation between the heat generation target such as the semiconductor element 50 and the like and the substrate 10 (in particular, the metal 20) can be secured.
- the thickness t i of the insulating substrate 52 is thicker, the electrical insulation between the object to be heated and the substrate 10 is improved, which is suitable for high-power applications, and is 0.8 mm or more, and further 1 mm or more.
- the thickness t i may be 5 mm or less, further 3 mm or less, or 2 mm or less.
- the number of insulating substrates 52 may be selected according to the number of objects to be heated.
- solder containing Pb solidus temperature: about 183 ° C.
- solder not containing Pb solder not containing Pb, etc.
- solder containing no Pb tends to have a higher solidus temperature than solder containing Pb (eg, solidus temperature: 200 ° C. or more, further 250 ° C. or more).
- the amount of warpage x of the small warpage portion 12 is adjusted to satisfy, for example, the value ⁇ 20% of the above-mentioned formula [1].
- the substrate 10 after bonding tends to uniformly have a spherical warpage with a radius of curvature R.
- the substrate 10 has a spherical warp with a radius of curvature R in a state where the insulating substrate 52 is provided as described above, and the warped portion is uniformly pressed against the installation target Can adhere to Therefore, the heat dissipating member 3 can be well transferred with the heat of the heat generating object such as the semiconductor element 50 to the installation object, and is excellent in the heat dissipating property.
- a heat dissipation member 3 can be suitably used as a heat dissipation member of the semiconductor element 50.
- the semiconductor device 5 of the embodiment includes the heat dissipation member 3 of the embodiment and the semiconductor element 50 mounted on the insulating substrate 52 as shown in FIG. 5, and the insulating substrate 52 on which the semiconductor element 50 is mounted is joined.
- the curvature radius R of the substrate 10 in the state is 5000 mm or more and 35000 mm or less.
- One surface of the substrate 10 is a spherical warpage with the radius of curvature R and has a convex warpage (not shown), and one surface having the convex warpage is an installation surface with a cooling device (not shown).
- the opposite surface is a mounting surface to which mounting components such as the semiconductor element 50 are attached via the insulating substrate 52.
- the semiconductor element 50 is mounted on the insulating substrate 52 via a bonding material 54 such as solder.
- a bonding material 54 such as solder.
- the warped portion is uniformly pressed against the installation object such as a cooling device. It can be closely attached to the installation target.
- the semiconductor device 5 When the spherical error of the substrate 10 in the state where the insulating substrate 52 on which the semiconductor element 50 is mounted is joined satisfies 10.0 ⁇ m or less, it has a warp of a true spherical shape, It is uniformly pressed by the installation object. Therefore, the semiconductor device 5 is well transferred with the heat of the semiconductor element 50 to the installation object, and is excellent in heat dissipation. If the heat radiation member 3 having the spherical error of 10.0 ⁇ m or less is used, the heat radiation member 3 (substrate 10) provided in the semiconductor device 5 can easily satisfy the spherical error of 10.0 ⁇ m or less.
- the semiconductor device 5 provided with the insulating substrate 52 having a thickness t i of 1 mm or more is also excellent in the electrical insulation between the semiconductor element 50 and the heat dissipation member 3 and is suitable for high power applications.
- the curvature radius R and the spherical error of the heat dissipation member 3 (substrate 10) provided in the semiconductor device 5 and the thickness t i of the insulating substrate 52 are the curvature radius R and the spherical error of the heat dissipation member.
- Thickness t i may be referred to.
- the semiconductor device 5 includes various electronic devices, in particular, high frequency power devices (for example, LDMOS (Laterly Diffused Metal Oxide Semiconductor)), semiconductor laser devices, light emitting diode devices, and other central processing units (CPUs) of various computers. , Graphics Processing Unit (GPU), High Electron Mobility Transistor (HEMT), Chipset, Memory Chip etc.
- high frequency power devices for example, LDMOS (Laterly Diffused Metal Oxide Semiconductor)
- CPUs central processing units
- GPU Graphics Processing Unit
- HEMT High Electron Mobility Transistor
- Chipset Memory Chip etc.
- the method of manufacturing a composite member according to the embodiment includes a pressing step of housing a material plate made of a composite material containing metal and nonmetal in a mold and performing heat pressing, and using a mold satisfying the following conditions,
- the pressing process comprises the following holding process and cooling process.
- a large spherical surface portion having a spherical surface with a radius of curvature Rb and a small spherical surface portion partially provided with the spherical surface and having a radius of curvature Rs different from the radius of curvature Rb are provided.
- the curvature radius Rb is 5000 mm or more and 35000 mm or less.
- ⁇ Conditions of press process> ⁇ Holding Step >> The heating temperature is set to more than 200 ° C., and the applied pressure is set to 10 kPa or more, and held for a predetermined time.
- ⁇ Cooling Step While maintaining a pressurized state of 80% or more of the applied pressure, cooling is performed from the heating temperature to 100 ° C. or less.
- the method of manufacturing the composite member according to the embodiment includes a preparation step of preparing a material plate, a covering step of forming a metal coating, a slight surface polishing for forming an attachment portion, adjusting a surface roughness, etc.
- a processing step or the like may be provided.
- a material plate to be subjected to heat press is prepared.
- a known production method for producing a composite material containing the metal 20 and the nonmetal 22 in a plate shape can be used.
- an infiltrating method see Patent Document 1 in which a mold is filled with powder or compact of nonmetal 22 and the like, and molten metal 20 is infiltrated, a pressure infiltration method infiltrating at high pressure, and the like Powder metallurgy methods, melting methods and the like can be mentioned.
- a commercially available plate made of the above composite material can also be used as a material plate.
- composition of metal 20, non-metal 22 so that the thermal conductivity and linear expansion coefficient of the substrate 10 manufactured from the material plate become desired values typically 150 W / m ⁇ K or more and 10 ppm / K or less
- desired values typically 150 W / m ⁇ K or more and 10 ppm / K or less
- heat pressing is performed using a mold including a first mold having a convex surface satisfying the conditions of the above-described mold and a second mold having a concave surface corresponding to the convex surface.
- the raw material plate is sandwiched between the first mold and the second mold and pressurized in a heated state to transfer the spherical surface of radius of curvature Rb and the spherical surface of radius of curvature Rs onto the raw material plate.
- this transfer has a spherical warpage (mainly the large warpage part 11) formed by a spherical face of curvature radius Rb, and is formed by a spherical face of curvature radius Rs, and typically, warpage of a warpage amount x (small warpage part 12) manufacturing a substrate 10 having locally.
- the radius of curvature Rb may refer to the term of the radius of curvature R described above.
- the curvature radius Rs is typically a value smaller than the curvature radius Rb, and is preferably selected so as to satisfy the value ⁇ 20% of the above-mentioned equation [1] such that the warpage amount x becomes a desired value.
- a plane passing through a boundary between a spherical surface of radius of curvature Rb and a spherical surface of radius of curvature Rs on the inner peripheral surface of the mold and a point of the spherical surface of radius of curvature Rs farthest from the above plane are taken.
- the shape of the mold is adjusted so that the above distance becomes a desired value.
- the composite member 1 having a plurality of small warpages 12 can be manufactured.
- a plurality of small spherical portions are provided separately, it is possible to form a plurality of small warpages 12 whose plane shape is a circle as shown in FIG.
- a plurality of small spherical portions are partially overlapped, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of small warpages 12 connected in a snowball shape can be formed.
- the shape, size, number, position, etc. of the small spherical portion may be adjusted and provided in the mold so that the small curved portion 12 having a predetermined shape, size and number can be formed at a predetermined position of the substrate 10.
- the material plate When using a material plate having a rectangular planar shape, the material plate is molded so that the center of the material plate (the intersection of the diagonals of the rectangle) coincides with the center of the spherical surface of radius of curvature Rb in the first and second molds. It can be mentioned that By doing this, it is easy to obtain a composite member having a spherical warp with a radius of curvature R centered on the center of gravity ((center of the material plate) in the outer shape of the substrate. ⁇ holding process >> By setting the heating temperature (here, the heating temperature of the mold) to 200 ° C.
- the heating temperature can be set to more than 250 ° C., and further to 280 ° C. or more and 300 ° C. or more.
- the heating temperature can be 350 ° C. or more, 380 ° C. or more, 400 ° C. or more, and the applied pressure can be 1 MPa or more, 10 MPa or more, 15 MPa or more from the viewpoint of reduction of insufficient deformation and reduction of residual stress.
- the heating temperature can be 500 ° C. or more
- the applied pressure can be 15 MPa or more, and further 20 MPa or more.
- the upper limit of the heating temperature is lower than the liquidus temperature of the metal 20 in the material plate, and can be selected in the range in which the metal 20 and the nonmetal 22 are not easily thermally deteriorated.
- the upper limit of the applied pressure can be selected in a range in which no cracking or the like occurs in the material plate.
- the material plate is also heated (preheated) in addition to the heating of the forming die, the material plate is easily plastically deformed uniformly and can be formed with high accuracy, and cracking due to the temperature difference between the forming die and the material plate is difficult to occur.
- the mold temperature is within ⁇ 20 ° C., and the mold temperature is within ⁇ 10 ° C., preferably, the material plate is stored in the mold in a heated state equivalent to the mold temperature. Is preferred.
- the holding time of the above-mentioned heating and pressurizing state can be suitably selected according to the composition etc. of a material board, for example, selecting from the range of 10 seconds or more and 180 minutes or less is mentioned. For example, in the case of Mg—SiC, about 1 minute to 5 minutes, and in the case of Al—SiC, about 1 minute to 100 minutes or less.
- Mg—SiC Mg—SiC
- Al—SiC about 1 minute to 100 minutes or less.
- Cooling process After the above-mentioned holding time has elapsed, cooling is performed from the above-described heating temperature to room temperature (eg, about 10 ° C. to about 20 ° C.). In the range from the said heating temperature in a cooling process to 100 degreeC, it cools in a pressurized state.
- the applied pressure in the cooling process is 80% or more of the applied pressure at the time of the above-described heat pressing.
- the applied pressure in the cooling process may be equal to or less than the applied pressure at the time of heat pressing, because if the pressure is too high, cracking may occur or internal stress may increase with new deformation that occurs during cooling. It is preferable to adjust in the range of 100% or less of the applied pressure at the time of heat press. In the cooling process, in the range from a temperature of less than 100 ° C. to room temperature, the film can be unloaded and cooled without pressure.
- slow cooling In the range which cools in a specific pressurization state in the above-mentioned cooling process, it is preferred to carry out slow cooling. This is because the pressurized state in the above-described cooling process can be appropriately secured, and the above-described plurality of warps can be formed with high accuracy.
- rapid cooling typically, the cooling rate is 10 ° C./min or more
- the entire blank may not be uniformly cooled due to the difference in heat capacity between the mold and the blank and the difference in thermal conductivity. Therefore, the material plate is locally cooled to cause thermal stress, which may result in internal stress or deformation.
- slow cooling includes that the cooling rate satisfies 3 ° C./min or less.
- the cooling rate can be 1 ° C./min or less, and further 0.5 ° C./min or less. Adjusting the ambient temperature or the like of the mold, adjusting the cooling state by the forced cooling mechanism, and the like so that the cooling rate satisfies the above range may be mentioned.
- a material plate with a high content of nonmetals 22 for example, 55% by volume or more, further 60% by volume or more, 65% by volume or more, and using a material plate with relatively high rigidity, slow cooling is preferable Conceivable.
- the substrate made of the above-mentioned composite material has a spherical warp with a radius of curvature R of 5000 mm or more and 35000 mm or less, and a warp with a different radius of curvature in a part of the spherical warp portion.
- a composite member having the Typically, the composite member 1 of the embodiment is obtained in which the spherically curved portion with the radius of curvature R forms the large portion 11 and the portions with different radii of curvature form the small portion 12.
- Heating treatment before heat press Heat treatment can be performed before the above-mentioned pressing process. This heat treatment may sometimes reduce or eliminate residual stress generated at the time of compounding. Although depending on the composition of the material plate, the heat treatment conditions are, for example, a heating temperature of about 350 ° C. to about 550 ° C. (eg, about 400 ° C.), and a holding time of about 30 minutes to about 720 minutes (eg, about 60 minutes) And to be mentioned. Heat treatment after hot pressing Heat treatment can be performed after the above-mentioned pressing process.
- the heat treatment may allow adjustment, reduction, or removal of residual stress applied to the substrate by the above-described pressing process.
- This heat treatment adjusts the conditions so that no deformation occurs after the heat treatment.
- residual stress is easily removed.
- the surface on the concave side of the molded product is cut or the like to form a flat surface.
- a spherical shape may be obtained by plastic flow.
- Test Example 1 A material plate made of Mg-SiC and a material plate made of Al-SiC are subjected to heat pressing under various conditions to produce a warped composite member, and this composite member is used as a heat radiating member of a semiconductor element to dissipate heat. Was evaluated.
- the composite member of each sample does not have a metal coating, and is a substrate substantially composed of a composite material, and is produced as follows.
- the Mg—SiC material plate is manufactured by the infiltration method described in Patent Document 1 and the like. The outline is as follows.
- the raw material metal is a pure magnesium ingot in which 99.8% by mass or more is Mg and the balance is inevitable impurities.
- the raw material SiC powder is a coated powder having an average particle diameter of 90 ⁇ m and subjected to an oxidation treatment.
- the raw materials are all commercially available products.
- the ingot After filling the prepared coated powder in a mold (here, a graphite mold) (the filling rate of the SiC powder to the cavity is 70% by volume), the ingot is melted and infiltrated into the coated powder filled in the mold .
- the infiltration conditions are an infiltration temperature of 875 ° C., an Ar atmosphere, and an atmospheric pressure of atmospheric pressure.
- the molded product is removed from the mold. This molded product is a plate having a length of 190 mm, a width of 140 mm, and a thickness of 5 mm, and this rectangular molded product is used as a material plate.
- the composition of the material plate is substantially equal to the material used, and the content of SiC in the material plate is substantially equal to the filling factor (70% by volume) to the mold (these points are made of Al-SiC The same applies to material boards).
- (Material board of Al-SiC) A material plate of Al-SiC is produced by pressure infiltration. Here, the raw material metal is changed to an ingot of pure aluminum in which 99.8% by mass or more is Al and the balance is inevitable impurities, the forming die is a metal die, and the infiltration conditions are changed.
- the obtained molded product is a rectangular plate having a length of 190 mm, a width of 140 mm, and a thickness of 5 mm, and this plate is used as a material plate.
- Heat press The material plate of each sample is housed in a mold (a first mold having a convex surface, a second mold having a concave surface) and subjected to heat pressing.
- the first type is a convex large spherical surface having a spherical surface with a radius of curvature Rb of 15000 mm, and a convex having a spherical surface having a radius of curvature Rs ( ⁇ Rb) different from the radius of curvature Rb.
- a small spherical portion of the The second mold has a concave shape corresponding to the convex shape of the first mold.
- molds having different curvature radii Rs are prepared, and composite members having different warpage amounts x are produced.
- each small spherical portion has the same shape and the same size.
- the planar shape of each small spherical portion is circular, and its diameter is 45 mm.
- the six small spherical surface portions are arranged at predetermined intervals with respect to the large spherical surface portion in 3 columns ⁇ 2 rows.
- the heating temperature of the mold is 400 ° C.
- the applied pressure is 20 MPa
- the holding time is 1 minute. After this holding time has elapsed, the heating temperature is cooled to about room temperature (here, 20 ° C.).
- slow cooling is performed at a cooling rate of 3 ° C./min or less.
- the heating temperature is 550 ° C.
- the applied pressure is 20 MPa
- the holding time is 100 minutes.
- the conditions of the cooling process are the same as those of Mg—SiC (slow cooling under pressure).
- the material plate is preheated to the heating temperature of the forming die and hot pressing is performed.
- the blank is housed in the mold so that the center of the preheated blank (the intersection of the rectangular diagonals) coincides with the center of the aspheric surface in the first and second dies.
- the heat-pressed product (substrate) subjected to the above-described heat-pressing is used as a composite member of each sample.
- the radius of curvature R (mm) of the composite member of each sample and the amount of warpage x ( ⁇ m) before bonding of the insulating substrate are shown in Table 1.
- Table 1 for sample nos. 1 to No. 5, no. 101 to No. 5, no. 101 to No.
- the sample No. 104 is a sample provided with a substrate made of Mg-SiC. 11 to No. 15, No. 111 to No.
- Reference numeral 114 denotes a sample provided with a substrate made of Al-SiC.
- the details of the method of measuring the radius of curvature R and the amount of warpage x are as described above.
- the measurement of the radius of curvature R is typically performed by arranging the composite member of each sample on a horizontal base or the like so that the main surface having a convex curvature is upward.
- the outline of the measurement method is described below.
- the composite member of each sample is a rectangular plate of approximately 190 mm ⁇ 140 mm in plan view.
- the radius measurement area a is extracted from the three-dimensional image of the main surface having the convex warpage in this plate material, excluding the locally curved portion.
- a rectangular radius measurement area a (see FIG. 1) having a long side of about 170 mm and a short side of about 20 mm is extracted such that the center of the rectangle overlaps the center of gravity G of the plate. From radius measurement region a, it is parallel to the long side of the rectangle, take l 10 the short side from the contour extraction straight l 1 through the points obtained by equally dividing.
- a plurality of measurement points are drawn that delineate the radius measurement area a.
- an approximate arc ⁇ n is obtained by approximating a plurality of measurement points by the least square method.
- the average of the radii R n of the ten approximate arcs ⁇ n is taken as the curvature radius R (mm) of the composite member of each sample.
- the spherical error of the composite member of each sample before bonding of the insulating substrate is 10 ⁇ m or less.
- a local curved portion is extracted from the three-dimensional image (here, six), and a point P having the maximum displacement ( ⁇ m) in the three-dimensional image is extracted.
- An approximate curve is obtained by approximating a plurality of measurement points describing a local curve by the least square method.
- the plane is taken to include a boundary point between the approximate curve passing through the point P and the spherically curved portion of the radius of curvature R. The distance between the point P and this plane is taken as the amount of warp x ( ⁇ m) of the composite member of each sample.
- any sample has a spherical curvature with a large radius of curvature.
- the locally curved region is arranged in 3 columns ⁇ 2 rows in the spherically curved portion (a total of 6 pieces).
- the locally curved portion is circular in plan view, and when measured using a three-dimensional image, its diameter D is 45 mm, which is equal to the diameter of the small spherical portion of the mold described above.
- Sample No. 101, no. 111 has spherical curvature with a large radius of curvature, and does not have the locally curved region described above.
- a test piece for measurement is cut out of the composite member of each sample, and a thermal conductivity and a linear expansion coefficient are measured using a commercially available measuring instrument.
- the thermal conductivity is measured at room temperature (here, about 20 ° C.).
- the linear expansion coefficient is measured in the range of 30 ° C to 150 ° C.
- a heat dissipation evaluation member is manufactured as follows.
- a composite member of each sample one having bolt holes at four corners is prepared.
- Sample No. 101, no. Except for 111 the insulating substrate is soldered to the concave side of the local curved portion in the composite member of each sample. Further, the semiconductor element is soldered on the insulating substrate. Sample No. 101, no. 111 bonds the insulating substrate at approximately the same position as the other samples.
- the semiconductor element is an IGBT element.
- the insulating substrate is a 55 mm ⁇ 45 mm ⁇ 1 mm thick AlN sintered plate (linear expansion coefficient: 4.5 ppm / K, Young's modulus: 270 GPa), and six insulating substrates are joined.
- the center of the insulating substrate (intersection of diagonal lines) is bonded to each of the insulating substrate to substantially match the center of the local curvature (see C 12 in FIG. 1) to each curved portion.
- the solidus temperature of the solder is 200.degree.
- the laminate of the semiconductor element, the insulating substrate, and the composite member is used as an evaluation member.
- the manufactured evaluation member is fastened with a bolt to a water-cooled cooler maintained at 30 ° C.
- the convex side surface of the composite member in the evaluation member is pressed against the cooler, and in this state, bolts are inserted and tightened in the bolt holes at the four corners of the composite member.
- energization and non-energization for a predetermined time are repeated.
- “10 minutes of energization, 10 minutes of non-energization” is one cycle, and the cycle is repeated 2000 cycles after the generation of the heat of 100 W described above.
- the temperature (° C.) of the semiconductor element immediately after energization for 10 minutes in the first cycle and the temperature (° C.) of the semiconductor element immediately after energization for 10 minutes in the 2000 cycle are measured to obtain a temperature difference (° C.).
- a temperature difference (° C.) In the sample provided with the substrate of Mg—SiC, sample No.
- the temperature difference (° C.) of 13 was used as a reference, and the difference from this reference is shown in Table 1.
- the measurement of the temperature of the semiconductor element can be obtained, for example, from the temperature dependence of the internal resistance of the semiconductor element.
- a commercially available noncontact thermometer, a contact thermometer, etc. can also be utilized for the measurement of the said temperature.
- the curvature radius R (mm) and the spherical error E ( ⁇ m) of the composite member of each sample obtained by bonding the above six insulating substrates and the composite member of each sample obtained by further bonding the semiconductor element on the insulating substrate Measure as follows.
- the measurement results after joining the semiconductor elements are shown in Table 1.
- the measurement results after bonding of the semiconductor element substantially maintain the measurement results after bonding of the insulating substrate.
- the radius measurement area here is an area (about 170 mm ⁇ about 120 mm) excluding the area up to 10 mm from the outer edge of the substrate.
- the linear expansion coefficient of the substrate is 7.5 ppm / K, and the thermal conductivity of the substrate is 180 W / m ⁇ K.
- the linear expansion coefficient of the substrate is 7.5 ppm / K, the thermal conductivity of the substrate is 220 W / m ⁇ K, and is higher than that of Al—SiC.
- the thermal conductivity is as high as 150 W / m ⁇ K or more
- the linear expansion coefficient is as small as 10 ppm / K or less
- the linear expansion coefficient of the insulating substrate (herein Somewhat close to 4.5 ppm / K).
- the same composition of a raw material board contrasts and carries out.
- the composite members of any of the samples have spherical warpage (the above-mentioned large spherical warpage) with a radius of curvature R of 5000 mm or more and 35000 mm or less on one surface of the substrate before bonding the insulating substrate.
- the composite members of any of the samples have a spherical warpage in which the curvature radius R in the state where the insulating substrate on which the semiconductor element is mounted is joined is 5000 mm or more and 35000 mm or less.
- a multi-stage warpage sample group has a warpage amount x of 0 ⁇ m and does not substantially have warpage of a size different from the radius of curvature R described above. 101, no. It can be seen that the temperature rise of the semiconductor element can be reduced and the heat dissipation property is excellent as compared with the case of 111.
- Sample No. 15 (hereinafter referred to as a proper sample group) has a warp amount x outside the above range. 102 to No. No. 104, no.
- Sample No. 101 no. As one of the reasons why 111 is inferior to the above-mentioned multistage warpage sample group in heat dissipation, there is a portion (radius measurement area) where the curvature radius R satisfies the above range after bonding of the insulating substrate and the semiconductor element. It is conceivable that there is a portion deviated from the radius of curvature R, that is, a portion which does not properly have a warp before bonding of the insulating substrate. This is supported by the fact that the spherical error deviates from 10 ⁇ m or less to more than 10 ⁇ m and further more than 15 ⁇ m, and the spherical accuracy is lowered. Also, for sample no. 101, no. Sample No.
- the local warpage portion is deformed at the time of bonding of the insulating substrate, so that spherical warpage with a radius of curvature R uniformly occurs after bonding of the insulating board. It is considered easy to do. In addition, even after the semiconductor element is mounted on this insulating substrate, it is considered that spherical warpage with a radius of curvature R is likely to be uniform. As a result, the above-mentioned spherical portion is uniformly pressed against the cooler, and the substrate can be closely attached to the cooler, which is considered to be excellent in heat dissipation.
- the appropriate sample group has a spherical error E as small as 10.0 ⁇ m or less, further 8.5 ⁇ m or less as compared with the non-appropriate sample group, and is closer to a true spherical shape.
- the composition of the substrate, the planar shape, the specifications (size, number, formation position, etc.) of the small warpage portion, the size (length, width, thickness, radius of curvature R, warpage amount x ), Heat press conditions, conditions at the time of combining, and the like can be appropriately changed.
- the substrate can be formed in a spherical shape.
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Abstract
金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、前記基板は、その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である複合部材。
Description
本開示は、複合部材、放熱部材、半導体装置、及び複合部材の製造方法に関するものである。本出願は、2018年1月10日に出願した日本特許出願である特願2018-002166号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
特許文献1は、半導体素子の放熱部材(ヒートスプレッダ)等に適した材料として、マグネシウム(Mg)やマグネシウム合金と炭化珪素(SiC)とが複合されたマグネシウム基複合材料(以下、Mg-SiCと呼ぶことがある)を開示する。
半導体素子の放熱部材は、代表的には平板状であり、一面を半導体素子等の実装面とし、他面を冷却装置といった設置対象に固定する設置面とする。特許文献1は、Mg-SiCの放熱部材の設置面が凸となる反りを設け、この反りを押し潰すように放熱部材を設置対象に押し付け、この状態でボルト等によって固定して、放熱部材を設置対象に加圧状態で接触させることで、密着させることを開示する。
本開示に係る複合部材は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、
前記基板は、
その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、
前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、
前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、
前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、
前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である。
金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、
前記基板は、
その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、
前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、
前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、
前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、
前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である。
本開示に係る複合部材の製造方法は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、
前記成形型は、
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、前記大球面部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rbとは異なる曲率半径の球面を有する小球面部とを備え、
前記曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下であり、
前記プレス工程は、
加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する保持工程と、
前記印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま前記加熱温度から100℃以下まで冷却する冷却工程とを備える。
金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、
前記成形型は、
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、前記大球面部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rbとは異なる曲率半径の球面を有する小球面部とを備え、
前記曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下であり、
前記プレス工程は、
加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する保持工程と、
前記印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま前記加熱温度から100℃以下まで冷却する冷却工程とを備える。
[本開示が解決しようとする課題]
電子機器の高出力化に伴い、電子機器に備える半導体素子の作動時の発熱量がますます増加する傾向にある。従って、半導体素子の放熱部材等の各種の放熱部材、及びその素材には、放熱性により優れることが望まれる。
電子機器の高出力化に伴い、電子機器に備える半導体素子の作動時の発熱量がますます増加する傾向にある。従って、半導体素子の放熱部材等の各種の放熱部材、及びその素材には、放熱性により優れることが望まれる。
上述のように放熱部材をなす板全体に凸の反りを設けていても、放熱性の低下を招く場合がある。この理由の一つとして、放熱部材と半導体素子との間を絶縁する絶縁基板を放熱部材に半田付けすることで、放熱部材における絶縁基板の接合箇所が局所的に変形して、凸の反りが戻ることが考えられる。凸の反りが戻るとは、初期の反り量(突出量)よりも反り量が減少したり、局所的に凹状になったり、初期の曲率半径よりも曲率半径が大きくなったり、球面の精度が低下したりすること等が挙げられる。Mg-SiC等の複合材料からなる放熱部材と、窒化アルミニウム(AlN)等の絶縁材料からなる絶縁基板との線膨張係数の差は、放熱部材が金属からなる場合に比較して小さいものの、この僅かな差によって、上述の局所的な変形が生じると考えられる。この局所的な変形によって放熱部材を設置対象に押し付けても、放熱部材が設置対象に密着できない箇所が生じて、設置対象への熱伝導性の低下、ひいては放熱性の低下を招く可能性がある。
また、電子機器の高出力化に伴い、半導体素子と金属を含む放熱部材との間の電気的絶縁性を高めるために、絶縁基板をより厚くすることが考えられる。絶縁基板が厚いほど、放熱部材と絶縁基板との熱伸縮量の差が大きくなり、上述の局所的な変形が生じ易い。更に、絶縁基板の接合材として、固相線温度がより高い半田を用いる場合も、半田付け時の温度がより高くなることによって上記熱伸縮量の差が大きくなり易い。従って、高出力用途や、絶縁基板がより高い温度で接合される場合等であっても、設置対象との密着性に優れて放熱性に優れる放熱部材及びその素材が望まれる。
そこで、設置対象との密着性に優れる複合部材を提供することを目的の一つとする。また、設置対象との密着性に優れる複合部材を製造可能な複合部材の製造方法を提供することを別の目的の一つとする。
更に、設置対象との密着性に優れて、放熱性に優れる放熱部材、及び半導体装置を提供することを別の目的の一つとする。
[本開示の効果]
上記の複合部材は、設置対象との密着性に優れる。上記の複合部材の製造方法は、設置対象との密着性に優れる複合部材を製造できる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示の一態様に係る複合部材は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、
前記基板は、
その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、
前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、
前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、
前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、
前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である。
[本開示の効果]
上記の複合部材は、設置対象との密着性に優れる。上記の複合部材の製造方法は、設置対象との密着性に優れる複合部材を製造できる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示の一態様に係る複合部材は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、
前記基板は、
その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、
前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、
前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、
前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、
前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である。
前記球面状の反りとは凸の反りとする。
前記小反り部の反りとは前記大反り部の凸の反りと同じ方向に突出する凸の反りとする。
前記小反り部の反りとは前記大反り部の凸の反りと同じ方向に突出する凸の反りとする。
前記小反り部は、代表的には、曲率半径Rよりも小さな曲率半径を有する球面状の反りを有することが挙げられる。
前記基板は、その一面に上述の凸の反り、対向する他面に凹の反りを備える形態、一面に上述の凸の反りを備え、他面が平坦な形態(以下、球欠形態と呼ぶ)等が挙げられる。
曲率半径Rの測定方法、後述(2)の小反り部の反り量の測定方法は後述する。
上記の複合部材は、上述の複合材料からなる基板の一面に、上述の特定の曲率半径Rの球面状の反り(大反り部)を有すると共に、この球面状の反り部分に重複して、この反り部分の一部に異なる大きさの反り(小反り部)を有する。この小反り部を絶縁基板の接合箇所とすれば、絶縁基板の接合時に小反り部が局所的に変形することで、絶縁基板が接合された状態の基板は曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。この絶縁基板に更に半導体素子等が搭載されても、上記球面状の反りを維持し易い。この絶縁基板が接合された状態の基板、更にはこの絶縁基板に半導体素子が搭載された状態の基板は、代表的には小反り部を実質的に有さず、特定の曲率半径Rの球面状の反りを一様に有する。そのため、この球面状の反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて、安定した密着状態を確保できる。従って、上記の複合部材は、特に絶縁基板等が半田等の接合材で接合された後において、設置対象との密着性に優れる。上記の複合部材は、高い熱伝導率を有する基板を備えると共に、上述のように設置対象との密着性に優れるため、放熱部材、特に半導体素子の放熱部材に好適に利用できる。基板の線膨張係数が半導体素子や、上述の絶縁基板等の半導体素子の周辺部品の線膨張係数に近いからである。
(2)上記の複合部材の一例として、
前記曲率半径Rは、15000mm以上25000mm以下であり、
前記小反り部の反り量は、30μm超70μm以下である形態が挙げられる。反り量の測定方法は、後述する。
上記の複合部材は、上述の複合材料からなる基板の一面に、上述の特定の曲率半径Rの球面状の反り(大反り部)を有すると共に、この球面状の反り部分に重複して、この反り部分の一部に異なる大きさの反り(小反り部)を有する。この小反り部を絶縁基板の接合箇所とすれば、絶縁基板の接合時に小反り部が局所的に変形することで、絶縁基板が接合された状態の基板は曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。この絶縁基板に更に半導体素子等が搭載されても、上記球面状の反りを維持し易い。この絶縁基板が接合された状態の基板、更にはこの絶縁基板に半導体素子が搭載された状態の基板は、代表的には小反り部を実質的に有さず、特定の曲率半径Rの球面状の反りを一様に有する。そのため、この球面状の反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて、安定した密着状態を確保できる。従って、上記の複合部材は、特に絶縁基板等が半田等の接合材で接合された後において、設置対象との密着性に優れる。上記の複合部材は、高い熱伝導率を有する基板を備えると共に、上述のように設置対象との密着性に優れるため、放熱部材、特に半導体素子の放熱部材に好適に利用できる。基板の線膨張係数が半導体素子や、上述の絶縁基板等の半導体素子の周辺部品の線膨張係数に近いからである。
(2)上記の複合部材の一例として、
前記曲率半径Rは、15000mm以上25000mm以下であり、
前記小反り部の反り量は、30μm超70μm以下である形態が挙げられる。反り量の測定方法は、後述する。
上記形態は、曲率半径Rと小反り部の反り量とが上述の特定の範囲を満たすことで、絶縁基板の接合時に小反り部が適切に変形して、接合後の基板に小反り部に起因する局所的な反りが残存し難い。従って、上記形態は、絶縁基板等が接合された状態の基板が球面状の反りを一様に有し易く、設置対象との密着性に優れる。
(3)上記の複合部材の一例として、
前記小反り部は、平面視で円形の部分を含み、その直径は5mm以上150mm以下である形態が挙げられる。
(3)上記の複合部材の一例として、
前記小反り部は、平面視で円形の部分を含み、その直径は5mm以上150mm以下である形態が挙げられる。
上記形態における平面形状が円形の部分とは球面状の反り部分といえる。上記形態の小反り部は球面状の反りを有するため、絶縁基板の接合時に均一的に変形し易い。また、上記円形の部分の直径が上記の特定の範囲であれば、半導体装置に利用される絶縁基板の外寸に近く、小反り部の大きさが絶縁基板の大きさに対応していることで、小反り部がより適切に変形し易い。従って、上記形態は、絶縁基板等が接合された状態の基板が球面状の反りを一様に有し易く、設置対象との密着性に優れる。
(4)上記の複合部材の一例として、
複数の前記小反り部を備える形態が挙げられる。
(4)上記の複合部材の一例として、
複数の前記小反り部を備える形態が挙げられる。
上記形態は、絶縁基板の接合箇所を複数備えており、複数の半導体素子を搭載する放熱部材に好適に利用できる。
(5)上記の複合部材の一例として、
前記非金属の含有量が55体積%以上である形態が挙げられる。
(5)上記の複合部材の一例として、
前記非金属の含有量が55体積%以上である形態が挙げられる。
上記形態は、非金属の含有量が多いため、熱伝導率がより高く、放熱性により優れる。従って、上記形態は、半導体素子の放熱部材等に好適に利用できる。
(6)上記の複合部材の一例として、
前記金属は、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金であり、
前記非金属はSiCを含む形態が挙げられる。
(6)上記の複合部材の一例として、
前記金属は、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金であり、
前記非金属はSiCを含む形態が挙げられる。
上記形態においてMg-SiCの基板を備える場合、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金とSiCとの複合材料(以下、Al-SiCと呼ぶことがある)の基板を備える場合よりも軽い上に、熱伝導率がより高く放熱性により優れる。また、後述の実施形態の複合部材の製造方法によって製造する場合、Mg-SiCの素材板はAl-SiCの素材板よりも熱プレスによる成形性に優れ、比較的短時間の保持で高精度に成形できるため、製造性にも優れる。
上記形態においてAl-SiCの基板を備える場合、銅や銀、これらの合金を含む場合よりも軽く、マグネシウムやその合金を含む場合よりも耐食性に優れる。
(7)本開示の一態様に係る放熱部材は、
上記(1)から上記(6)のいずれか一つに記載の複合部材と、
前記小反り部に接合材を介して接合された絶縁基板とを備え、
前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。
(7)本開示の一態様に係る放熱部材は、
上記(1)から上記(6)のいずれか一つに記載の複合部材と、
前記小反り部に接合材を介して接合された絶縁基板とを備え、
前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。
上記の放熱部材に備えられる基板は、上述のように絶縁基板の接合時に小反り部の反りが緩和され、絶縁基板が接合された状態では実質的に大反り部のみを有する。即ち、この基板は上述の特定の曲率半径Rの球面状の反りを有する。この絶縁基板に更に半導体素子等が搭載されても、上記曲率半径Rの球面状の反りを維持し易い。このような上記の放熱部材は、この球面状の反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて、安定した密着状態を確保できる。従って、上記の放熱部材は、設置対象との密着性に優れ、設置対象に効率よく熱を伝えられて、放熱性に優れる。上記の放熱部材は、上述のように基板と半導体素子及びその周辺部品との線膨張係数の整合性から、半導体素子の放熱部材に好適に利用できる。
(8)本開示の一態様に係る半導体装置は、
上記(7)に記載の放熱部材と、
前記絶縁基板に搭載された半導体素子とを備え、
前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。
(8)本開示の一態様に係る半導体装置は、
上記(7)に記載の放熱部材と、
前記絶縁基板に搭載された半導体素子とを備え、
前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。
上記の半導体装置は、半導体素子が搭載された絶縁基板が接合された状態において上記特定の曲率半径Rの球面状の反りを有する上記の放熱部材(基板)を備えるため、設置対象との密着性に優れ、放熱性に優れる。上記の半導体装置は、例えばパワーモジュールといった半導体モジュールが挙げられる。
(9)上記の半導体装置の一例として、
前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の球面誤差が10.0μm以下である形態が挙げられる。球面誤差の測定方法は、後述する。
(9)上記の半導体装置の一例として、
前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の球面誤差が10.0μm以下である形態が挙げられる。球面誤差の測定方法は、後述する。
上記形態に備えられる放熱部材(基板)は、半導体素子が搭載された絶縁基板が接合された状態において上述の特定の曲率半径Rの球面状の反りを有することに加えて、球面誤差が10.0μm以下と小さく球面精度に優れる。いわば、この放熱部材は真球面状の反りを有する。従って、上記形態は、この真球面状の反り部分を設置対象により均一的に押し付けられるため、設置対象との密着性により優れ、放熱性により一層優れる。
(10)上記の半導体装置の一例として、
前記絶縁基板の厚さが1mm以上である形態が挙げられる。
(10)上記の半導体装置の一例として、
前記絶縁基板の厚さが1mm以上である形態が挙げられる。
上記形態に備えられる絶縁基板は、その厚さが1mm以上と厚く、発熱対象である半導体素子と、金属を含む放熱部材(基板)との間の電気絶縁性を高められる。また、上記形態に備えられる放熱部材は、このような厚い絶縁基板が接合された状態において上述のように特定の曲率半径Rの球面状の反りを有する。従って、上記形態は、設置対象との密着性に優れ、放熱性に優れる上に、半導体素子との電気絶縁性にも優れ、高出力用途の半導体装置等として好適に利用できる。
(11)本開示の一態様に係る複合部材の製造方法は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、
前記成形型は、
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、前記大球面部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rbとは異なる曲率半径の球面を有する小球面部とを備え、
前記曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下であり、
前記プレス工程は、
加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する保持工程と、
前記印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま前記加熱温度から100℃以下まで冷却する冷却工程とを備える。
(11)本開示の一態様に係る複合部材の製造方法は、
金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、
前記成形型は、
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、前記大球面部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rbとは異なる曲率半径の球面を有する小球面部とを備え、
前記曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下であり、
前記プレス工程は、
加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する保持工程と、
前記印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま前記加熱温度から100℃以下まで冷却する冷却工程とを備える。
上記の複合部材の製造方法は、上述の特定の曲率半径Rbの球面(大球面部)を有すると共に、この球面に重複して、この球面の一部に異なる曲率半径の球面(小球面部)を有する成形型を用いて、上述の特定の条件で素材板に熱プレスを施す。熱プレス時の加熱温度及び印加圧力が上述のように比較的高いことで、上述の複合材料からなる素材板の塑性変形を促進して、大球面部と小球面部とによる複数の反り形状を素材板に精度よく転写できる。かつ、熱プレス時の加熱温度から特定の温度までの冷却を加圧状態で行うことで、無加圧状態での冷却で生じ得る形状変化や形状の乱れ等を抑制できることからも、成形型の形状を高精度に転写できる。基板の一面に、大球面部によって成形された曲率半径Rbに近い曲率半径を有する球面状の反り部分(上述の大反り部の一例)を有すると共に、小球面部によって成形された曲率半径Rsに近い曲率半径を有する球面状の反り部分(上述の小反り部の一例)が局所的に設けられた複合部材、代表的には上述(1)の複合部材を製造できる。この複合部材は、小球面部によって成形された反り部分を絶縁基板の接合箇所とすれば、接合後の基板は大球面部によって成形された球面状の反りを一様に有することができる。絶縁基板に更に半導体素子等が搭載されても、上記球面状の反りを維持し易い。このような複合部材は、上述のように設置対象との密着性に優れる。
更に、上記の複合部材の製造方法によれば、残留応力を解放して、残留応力が小さい、好ましくは残留応力を実質的に有さない複合部材を製造できる。このような複合部材は、上述のように設置対象との密着性に優れる上に、使用時に冷熱サイクルを受けても変形し難く、設置対象との密着状態を維持し易い。この複合部材は、半導体素子の放熱部材等に利用すると、使用初期から長期に亘り放熱性に優れる。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施形態を具体的に説明する。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施形態を具体的に説明する。
図1の破線円内では、分かり易いように非金属22を誇張して示す。図2、図3では、分かり易いように小反り部12を誇張して示す。
図2は、基板10をその厚さ方向に平行な平面(ここでは長方形状である基板10の短辺に平行な平面)で切断した断面図である。
図5では、半導体装置5に備える放熱部材3及び半導体素子50の近傍のみを模式的に示し、放熱部材3の反り形状、ボンディングワイヤやパッケージ、冷却装置(設置対象)等を省略している。
[複合部材]
(概要)
図1,図2を主に参照して、実施形態の複合部材1を説明する。
[複合部材]
(概要)
図1,図2を主に参照して、実施形態の複合部材1を説明する。
実施形態の複合部材1は、図1に示すように金属20と非金属22とを含む複合材料からなる基板10を備える。基板10の熱伝導率は150W/m・K以上であり、線膨張係数は10ppm/K以下である。この基板10の一面には、図2に示すように曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下の球面状の反りを有する大反り部11が設けられている。代表的には、基板10の一面の大部分に亘って曲率半径Rの球面状の反りが設けられ、基板10の大部分が大反り部11をなす。更に、この基板10の一面には、曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部12が大反り部11に部分的に設けられている。大反り部11と小反り部12とは同じ方向(図2では下向き)に突出し、基板10は、二段階の凸の反りを有する。図2では、小反り部12が曲率半径Rよりも小さい曲率半径を有する球面状の反りを有する場合を例示する。
小反り部12にAlN等からなる絶縁基板52を半田等の接合材54(図3の中図)で接合すると、小反り部12は絶縁基板52の線膨張係数との差等に基づいて局所的に変形する。いわば小反り部12の凸が小さくなるように変形する。この局所的な変形によって絶縁基板52が接合された箇所の形状は大反り部11に沿った形状になり易い。また、この局所的な変形は大反り部11の形状に影響を与え難く、大反り部11の形状は実質的に維持され易い。その結果、絶縁基板52が接合された基板10の一面は、代表的には小反り部12を実質的に有さず、曲率半径Rの球面状の反りを一様に有する(図3の下図)。絶縁基板52に更に半導体素子50(図5)が接合材54(図5)で接合されても、上記球面状の反りを維持し易い。この球面状の反り部分は複合部材1の設置対象(図示せず)に均一的に押し付けられることから、複合部材1を設置対象に密着させられる。このような複合部材1を放熱部材3(図3)に利用すれば、高い熱伝導率を有する基板10が設置対象に密着しているため、設置対象に良好に熱伝達できて放熱性に優れる。特に、基板10は半導体素子50やその周辺部品(例、絶縁基板52等)に比較的近い線膨張係数を有するため、半導体素子50の放熱部材3に好適に利用できる。
以下、より詳細に説明する。
(基板)
基板10は、複合部材1の主要素であり、金属20と非金属22とを含む複合材料から構成される成形体である。
<金属>
基板10中の金属20は、例えば、Mg,Al,Ag,及びCuの群から選択される1種であるいわゆる純金属、又は上記群から選択される1種の金属元素を基とする合金等が挙げられる。マグネシウム合金、アルミニウム合金、銀合金、銅合金は公知の組成のものが利用できる。
<非金属>
基板10中の非金属22は、熱伝導性に優れ(例、30W/m・K以上、好ましくは150W/m・K以上)、金属20よりも線膨張係数が小さい種々のもの(例、線膨張係数:5ppm/K以下)が挙げられる。非金属22の一例として、金属元素又は非金属元素の炭化物、酸化物、窒化物、硼化物、珪素化物、塩化物等のセラミクス、珪素(Si)等の非金属元素、ダイヤモンドやグラファイト等の炭素材といった無機材料が挙げられる。具体的なセラミクスは、SiC(例、線膨張係数3~4ppm/K、単結晶の熱伝導率390W/m・K以上),AlN,h-BN,c-BN,B4C等が挙げられる。複数種の非金属22を含むことができる。
(基板)
基板10は、複合部材1の主要素であり、金属20と非金属22とを含む複合材料から構成される成形体である。
<金属>
基板10中の金属20は、例えば、Mg,Al,Ag,及びCuの群から選択される1種であるいわゆる純金属、又は上記群から選択される1種の金属元素を基とする合金等が挙げられる。マグネシウム合金、アルミニウム合金、銀合金、銅合金は公知の組成のものが利用できる。
<非金属>
基板10中の非金属22は、熱伝導性に優れ(例、30W/m・K以上、好ましくは150W/m・K以上)、金属20よりも線膨張係数が小さい種々のもの(例、線膨張係数:5ppm/K以下)が挙げられる。非金属22の一例として、金属元素又は非金属元素の炭化物、酸化物、窒化物、硼化物、珪素化物、塩化物等のセラミクス、珪素(Si)等の非金属元素、ダイヤモンドやグラファイト等の炭素材といった無機材料が挙げられる。具体的なセラミクスは、SiC(例、線膨張係数3~4ppm/K、単結晶の熱伝導率390W/m・K以上),AlN,h-BN,c-BN,B4C等が挙げられる。複数種の非金属22を含むことができる。
基板10中の非金属22は、代表的には原料の組成、形状、大きさ等が実質的に維持されて存在する。例えば、原料に粉末を用いれば基板10中に粉末粒子として存在し、原料に網目状の多孔体等の成形体を用いれば、基板10中に成形体として存在する。粉末粒子が分散して存在する基板10は靭性に優れる。多孔体が存在する基板10は、基板10中に非金属22が網目状に連続して放熱経路を構築するため、放熱性により優れる。
基板10中の非金属22の含有量は適宜選択できる。上記含有量は、多いほど熱伝導率が高くかつ線膨張係数が小さくなる傾向や、機械的特性(例、剛性等)が高くなる傾向を有することが多く、特性向上が期待できる。特性向上の観点から、上記含有量が55体積%以上であることが挙げられる。上記含有量が55体積%以上である場合、金属20や非金属22の組成にもよるが、例えばMg-SiC,Al-SiC,ダイヤモンド複合材料等では熱伝導率が150W/m・K以上(ダイヤモンド複合材料ではより高い)、線膨張係数が10ppm/K以下を満たし易い。上記含有量は、上述の特性向上等の観点から、60体積%以上、更に70体積%以上であることが挙げられる。上記含有量がある程度少なければ、複合材料を形成する成形型に原料を充填したり、非金属22の隙間に溶融状態の金属20を充填したりし易く、複合材料の製造性に優れる。製造性等の観点から、上記含有量は、90体積%以下、更に85体積%以下、80体積%以下であることが挙げられる。
<複合材料の具体例>
複合材料の具体例として、純マグネシウム又はマグネシウム合金(以下、まとめてMg等と呼ぶことがある)とSiCとが主として複合されたMg-SiC、純アルミニウム又はアルミニウム合金(以下、まとめてAl等と呼ぶことがある)とSiCとが主として複合されたAl-SiC等が挙げられる。ダイヤモンド複合材料として、銀や銀合金、又はMg等、又はAl等、又は銅や銅合金とダイヤモンドとが主として複合されたもの等が挙げられる。
<複合材料の具体例>
複合材料の具体例として、純マグネシウム又はマグネシウム合金(以下、まとめてMg等と呼ぶことがある)とSiCとが主として複合されたMg-SiC、純アルミニウム又はアルミニウム合金(以下、まとめてAl等と呼ぶことがある)とSiCとが主として複合されたAl-SiC等が挙げられる。ダイヤモンド複合材料として、銀や銀合金、又はMg等、又はAl等、又は銅や銅合金とダイヤモンドとが主として複合されたもの等が挙げられる。
金属20がMg等であり、非金属22がSiCを含むMg-SiCは、Al-SiCに比較して、軽量な上に熱伝導率が高く放熱性により優れる。また、Mg-SiCの基板10を備える複合部材1を後述する実施形態の複合部材の製造方法によって製造する場合、Mg-SiCの素材板は、Al-SiCの素材板よりも熱プレスによる成形性に優れ、より短時間で高精度に成形できるため、複合部材1の製造性にも優れる。更に、Mg等はAl等よりも応力緩和し易いため、熱プレス時により低い温度、かつより短時間で残留応力を低減でき、基板10の表裏面の残留応力差を小さくし易い。残留応力が低減された基板10を備える複合部材1は、使用時に冷熱サイクルを受けても変形し難く、使用初期から長期に亘り、設置対象に密着した状態を確保し易い。金属20がAl等であり、非金属22がSiCを含むAl-SiCは、金属20として銀や銅、これらの合金を含む場合よりも軽量であり、Mg等を含む場合よりも耐食性に優れる。ダイヤモンド複合材料は、熱伝導率が非常に高く、放熱性に更に優れる。
<外形>
基板10の外形(ここでは基板10の外縁が描く平面形状)は、代表的には長方形が挙げられる。長方形の基板10は、(1)素材板を製造し易い、(2)半導体素子50の放熱部材3等に利用される場合、半導体素子50等の実装部品の設置面積を十分に確保できる、といった利点を有する。基板10の外形は、用途、上記実装部品の形状・数や設置対象等に応じて変更できる。図1では、基板10の外形が長方形である場合を例示する。
<大きさ>
基板10の大きさは、用途、上述の実装部品の実装面積等に応じて適宜選択できる。例えば、基板10の外形を内包する長方形(基板10の外形が長方形ならば、内包する長方形は基板10の外形に実質的に一致する)をとり、この長方形の長辺の長さが100mm以上であり、短辺の長さが50mm以上であれば、上記実装面積が大きく、大型の放熱部材3を構築できる。長辺の長さ150mm以上×短辺の長さ120mm以上等とすることもできる。大型の基板10であっても、大反り部11及び小反り部12を有するため、上述のように絶縁基板52が接合された状態の複合部材1、更には絶縁基板52に半導体素子50が搭載された状態の複合部材1を設置対象に密着させられる。
<外形>
基板10の外形(ここでは基板10の外縁が描く平面形状)は、代表的には長方形が挙げられる。長方形の基板10は、(1)素材板を製造し易い、(2)半導体素子50の放熱部材3等に利用される場合、半導体素子50等の実装部品の設置面積を十分に確保できる、といった利点を有する。基板10の外形は、用途、上記実装部品の形状・数や設置対象等に応じて変更できる。図1では、基板10の外形が長方形である場合を例示する。
<大きさ>
基板10の大きさは、用途、上述の実装部品の実装面積等に応じて適宜選択できる。例えば、基板10の外形を内包する長方形(基板10の外形が長方形ならば、内包する長方形は基板10の外形に実質的に一致する)をとり、この長方形の長辺の長さが100mm以上であり、短辺の長さが50mm以上であれば、上記実装面積が大きく、大型の放熱部材3を構築できる。長辺の長さ150mm以上×短辺の長さ120mm以上等とすることもできる。大型の基板10であっても、大反り部11及び小反り部12を有するため、上述のように絶縁基板52が接合された状態の複合部材1、更には絶縁基板52に半導体素子50が搭載された状態の複合部材1を設置対象に密着させられる。
基板10の厚さt(図2)は適宜選択できる。複合部材1を放熱部材3に利用する場合、厚さtは、薄いほど設置対象への熱伝導を良好に行えるため、10mm以下、更に6mm以下、5mm以下が好ましい。厚さtは、ある程度厚いと横方向(厚さ方向と直交方向)の熱拡散により放熱性を高められ、厚いほど構造材料としての強度を増し易いため、例えば0.5mm以上、更に1mm以上、1.5mm以上であることが挙げられる。
<反り>
《大反り部》
実施形態の複合部材1では、基板10の一面に曲率半径Rが5000mm(5m)以上35000mm(35m)以下の球面状の反りを有する大反り部11が設けられている。基板10の代表例として、図2に示すように一面(図2では下面)に凸の反り、対向する他面(図2では上面)に対応した凹の反りを有する形態が挙げられる。その他の基板10として、一面に凸の反り(大反り部11と小反り部12との二段の凸の反り)を有し、他面が平坦面である球欠形態が挙げられる。いずれの形態も複合部材1を半導体素子50の放熱部材3等に利用する場合、凸の反りを有する一面を設置対象への設置面、他面を半導体素子50等の実装部品の実装面とすることが挙げられる。
<反り>
《大反り部》
実施形態の複合部材1では、基板10の一面に曲率半径Rが5000mm(5m)以上35000mm(35m)以下の球面状の反りを有する大反り部11が設けられている。基板10の代表例として、図2に示すように一面(図2では下面)に凸の反り、対向する他面(図2では上面)に対応した凹の反りを有する形態が挙げられる。その他の基板10として、一面に凸の反り(大反り部11と小反り部12との二段の凸の反り)を有し、他面が平坦面である球欠形態が挙げられる。いずれの形態も複合部材1を半導体素子50の放熱部材3等に利用する場合、凸の反りを有する一面を設置対象への設置面、他面を半導体素子50等の実装部品の実装面とすることが挙げられる。
曲率半径Rが上述の特定の範囲を満たすと、大反り部11における反りの突出量が適切であり、絶縁基板52の接合後、更には半導体素子50の搭載後もこの突出量を維持し易い。その結果、絶縁基板52等の接合後に反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて、基板10を設置対象に密着させられる。また、曲率半径Rが上述の特定の範囲を満たすと、使用時に冷熱サイクル等を受けても基板10が経時的に変形し難い。これらの観点から、曲率半径Rは、6000mm以上、更に7000mm以上、8000mm以上であること、34000mm以下、更に33000mm以下、32000mm以下、25000mm以下であることが挙げられる。
また、大反り部11における球面状の反りの中心が、基板10の外形における重心G近傍であることが好ましい。上述のように基板10の反り部分を設置対象に押し付ける際に、押圧力を基板10に均等に加え易く、基板10を設置対象に密着させ易いからである。上記重心Gとは、基板10の外縁が描く平面形状の中心に対応する点とする。基板10の外形が上述のように長方形ならば、上記重心Gはこの長方形の対角線の交点に相当する。
《小反り部》
実施形態の複合部材1では、基板10の一面に上述の大反り部11に加えて、大反り部11の一部に小反り部12を備える。小反り部12は、曲率半径Rとは異なる大きさを有し、曲率半径Rを有する大反り部11から、大反り部11と同じ方向に突出して所定の突出量(後述の反り量x)を有する。
《小反り部》
実施形態の複合部材1では、基板10の一面に上述の大反り部11に加えて、大反り部11の一部に小反り部12を備える。小反り部12は、曲率半径Rとは異なる大きさを有し、曲率半径Rを有する大反り部11から、大反り部11と同じ方向に突出して所定の突出量(後述の反り量x)を有する。
小反り部12は、曲率半径Rよりも小さな曲率半径を有する球面状の反り部分を含むことが好ましい。絶縁基板52の接合時に均一的に変形し易いからである。小反り部12が球面状の反り部分を含む形態の一例として、図1に示すように、小反り部12の全体が球面状の反りをなす形態が挙げられる。この形態の小反り部12は、平面視で円形である。小反り部12が球面状の反り部分を含む複合部材1は、後述する実施形態の複合部材の製造方法を利用すると、上記球面状の反り部分を高精度に成形し易い。
小反り部12が上述の球面状の反り部分を含む形態の別例として、小反り部12の平面形状が、複数の円が部分的に重なり合ってできる形状、即ち円弧と弦(直線)とを組み合わせたような形状である形態等が挙げられる。このような平面形状として、図6に例示する雪だるま状、図7に例示する花びら状等が挙げられる。この小反り部12の三次元形状は、複数の球冠の一部が欠けて連なったような球面を有する。また、この小反り部12は、平面視で円形の部分(後述の図6,図7の円120参照)を含む。
平面視で、小反り部12に備えられる円形の部分の直径Dは5mm以上150mm以下であることが挙げられる(図1)。直径Dがこの範囲であれば、半導体装置5に利用される絶縁基板52の外寸、例えば平面形状が長方形である絶縁基板52では長辺の長さ、短辺の長さ、及び対角線の長さの少なくとも一つに近い。小反り部12の直径Dと絶縁基板52の外寸とが近いことで、絶縁基板52の接合時に小反り部12がより適切に変形し易く、接合後の基板10が曲率半径Rの球面状の反りを有し易い。直径Dが上記外寸のうち対角線の長さに近いほど、絶縁基板52の接合時に小反り部12がより一層適切に変形し易く好ましい。絶縁基板52の外寸にもよるが、直径Dは、10mm以上70mm以下であることが挙げられる。
又は、上記直径Dは、絶縁基板52の平面形状の輪郭線(図1では長方形)に内接する内接円の直径以上、上記輪郭線に外接する外接円の直径以下であることが挙げられる。この範囲を満たす直径Dは、絶縁基板52の外寸、特に上述の対角線に近く、上述のように絶縁基板52の接合時に小反り部12がより一層適切に変形し易く好ましい。図1は、上記直径Dが内接円の直径に実質的に等しい場合を例示する。
又は、小反り部12の平面形状の輪郭線が絶縁基板52の平面形状の輪郭線(図1では長方形)に内接する内接円の円弧、又は絶縁基板52の上記輪郭線に外接する外接円の円弧、又は上記内接円の同心円の円弧を含むことが挙げられる。平面視で、上記円弧を含む輪郭線を有する小反り部12の大きさは、絶縁基板52の外寸、特に上述の対角線の長さに近く、上述のように絶縁基板52の接合時に小反り部12がより一層適切に変形し易く好ましい。図1では、小反り部12の平面形状の輪郭線が上記内接円の円弧を含む場合、特に上記内接円に一致する場合を示す。図6では、小反り部12の上記輪郭線が上記内接円の同心円の円弧を含む場合を示す。図7では、小反り部12の上記輪郭線が上記外接円の円弧を含む場合を例示する。
複合部材1は、基板10に一つ又は複数の小反り部12を備えることができる。複合部材1を半導体素子の放熱部材3に利用する場合、小反り部12は、半導体素子50等の実装部品が搭載される絶縁基板52の接合箇所に利用する。そのため、小反り部12の個数は、半導体素子50(絶縁基板52)の個数に応じて選択するとよい。図1に例示するように複合部材1が複数の小反り部12を備えると、複数の半導体素子が搭載される放熱部材3に好適に利用できる。上述の雪だるま状等のように、大反り部11に対して局所的な反り部分(湾曲部)が連なる形態では、湾曲部の個数を小反り部12の個数とする。図6では、三つの湾曲部が連なった部分が二つあり、合計6個の小反り部12を備える場合を例示する。図7では、四つの湾曲部が縦二列、横2行に重なり合っており、合計4個の小反り部12を備える場合を例示する。
複数の小反り部12を備える場合、図1に例示するように基板10における大反り部11の形成領域に対して、隣り合う小反り部12,12の間隔が概ね等しく、各小反り部12が均一的に配置されることが挙げられる。この形態は、絶縁基板52を接合し易い上に、各絶縁基板52の接合時に各小反り部12が均一的に変形でき、接合後の基板10が曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易いと期待される。特に、図1に例示するように各小反り部12の形状及び大きさ(曲率半径、後述の反り量x、直径D等)が実質的に等しいと、各絶縁基板52の接合時に各小反り部12がより均一的に変形し易い。上述の雪だるま状等のように、平面視において複数の円が部分的に重なって並列された形状等の局所的な反り部分が連なる形態でも、各小反り部12の形状や大きさが実質的に等しいと、各絶縁基板52の接合時に各小反り部12が均一的に変形し易い。更に、各小反り部12の形状や大きさが実質的に等しければ、上述の実施形態の複合部材の製造方法によって複合部材1を製造する場合に、均一的に加圧して高精度に成形し易く、製造性にも優れる。なお、絶縁基板52の形状や大きさに応じて、小反り部12の形状や大きさを異ならせることもできる。
小反り部12の反り量xは、大反り部11の曲率半径Rに応じて調整されていることが好ましい。例えば、曲率半径Rが15000mm以上25000mm以下であり、小反り部12の反り量x(図2)が30μm超70μm以下であることが挙げられる。曲率半径R及び反り量xが上述の範囲を満たすことで、絶縁基板52の接合時に小反り部12が適切に変形し易く、接合後の基板10が曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易く、この基板10を設置対象に密着させ易い。曲率半径Rにもよるが、反り量xは35μm以上65μm以下、更に40μm以上60μm以下であることが挙げられる。
小反り部12の反り量xは、大反り部11の曲率半径Rに加えて、基板10の仕様(線膨張係数、ヤング率、厚さt等)、絶縁基板52の仕様(線膨張係数、ヤング率、厚さti等)、接合材54の仕様(固相線温度等)を考慮して調整されていることがより好ましい。例えば、反り量x(μm)は、以下の式[1]の値±20%を満たすことが挙げられる。基板10、絶縁基板52、接合材54の仕様に応じて、以下の式[1]の値を満たすように反り量xを設定して、複合部材1を製造するとよい。以下の式[1]において、fは以下の式[2]を満たす湾曲係数とする。式[1]、式[2]はバイメタルの計算公式(平板両端支持形の公式、平板形のワン曲公式)に基づくものである。
x=(f/1000)×(Ts-25)×(L/1000)2/{((ti+t)/1000)×(1000/4)}
…式[1]
式[1]において、接合材54の固相線温度(℃)をTs、絶縁基板52を平面形状が長方形の平板とし、その対角線長さ(mm)をL、絶縁基板52の厚さ(mm)をti、基板10の厚さ(mm)をtとする。
f=(3×(α-αi))/{(3+((1+(εi/ε)×(ti/t))×(1+(ti/t)3×(εi/ε)))/((ti/t)×(εi/ε)×(1+(ti/t))2)}
…式[2]
式[2]において、絶縁基板52の線膨張係数(ppm/K)をαi、ヤング率(GPa)をεiとする。基板10の線膨張係数(ppm/K)をα、ヤング率(GPa)をεとする。なお、SiCの含有量等にもよるが、Mg-SiCのヤング率及びAl-SiCのヤング率は、150GPa~250GPa程度が挙げられる。
《測定方法》
基板10の曲率半径R、反り量x、直径Dの測定方法を説明する。
x=(f/1000)×(Ts-25)×(L/1000)2/{((ti+t)/1000)×(1000/4)}
…式[1]
式[1]において、接合材54の固相線温度(℃)をTs、絶縁基板52を平面形状が長方形の平板とし、その対角線長さ(mm)をL、絶縁基板52の厚さ(mm)をti、基板10の厚さ(mm)をtとする。
f=(3×(α-αi))/{(3+((1+(εi/ε)×(ti/t))×(1+(ti/t)3×(εi/ε)))/((ti/t)×(εi/ε)×(1+(ti/t))2)}
…式[2]
式[2]において、絶縁基板52の線膨張係数(ppm/K)をαi、ヤング率(GPa)をεiとする。基板10の線膨張係数(ppm/K)をα、ヤング率(GPa)をεとする。なお、SiCの含有量等にもよるが、Mg-SiCのヤング率及びAl-SiCのヤング率は、150GPa~250GPa程度が挙げられる。
《測定方法》
基板10の曲率半径R、反り量x、直径Dの測定方法を説明する。
基板10の曲率半径R、反り量x、直径D等は、市販の三次元測定装置(例、株式会社キーエンス製非接触3D測定機、VR3000)を用いて行うことが挙げられる。基板10を三次元測定装置で測定した三次元画像によって、基板10の外周面(表裏面及び側面)のうち、最大面積を有する面である表裏面に、球面状に湾曲した領域(大反り部11)と局所的に湾曲した領域(小反り部12)とを有することを視覚的に判別できる。市販の三次元測定装置では、基準からの変位量(μm)を色別に示すことが可能であり、変位量の差異を色分けすることで、輪郭形状を把握できる。
以下、三次元画像を用いて測定する場合を説明する。
(曲率半径Rの測定手順)
(1)半径測定領域aの抽出
(2)輪郭抽出直線lnの抽出(n=1から10、以下同様)
(3)反り部分の輪郭を描く複数の測定点の抽出
(4)測定点の集合βnから近似円弧γnの抽出
(5)近似円弧γnの半径Rnの平均の算出
工程(1)では、基板10の三次元画像を用いて、曲率半径Rの測定に用いる領域(以下、半径測定領域と呼ぶ)を抽出する。凸の反りを有する面を主面とし、主面の三次元画像から局所的な湾曲部を除いた領域を抽出し、抽出した領域から半径測定領域をとる。図1,図6に例示する複合部材1のように複数の小反り部12(局所的な湾曲部)が離間して設けられている場合には、隣り合う小反り部12,12の間の領域を半径測定領域とすることが挙げられる。図1,図6では、図の左右方向に延びる横長の長方形の領域を半径測定領域aとして抽出する。この長方形の半径測定領域aの長辺及び短辺は、平面視で長方形の基板10の長辺及び短辺に実質的に平行する。図1,図6では、半径測定領域aを仮想的に点線で示す。
(曲率半径Rの測定手順)
(1)半径測定領域aの抽出
(2)輪郭抽出直線lnの抽出(n=1から10、以下同様)
(3)反り部分の輪郭を描く複数の測定点の抽出
(4)測定点の集合βnから近似円弧γnの抽出
(5)近似円弧γnの半径Rnの平均の算出
工程(1)では、基板10の三次元画像を用いて、曲率半径Rの測定に用いる領域(以下、半径測定領域と呼ぶ)を抽出する。凸の反りを有する面を主面とし、主面の三次元画像から局所的な湾曲部を除いた領域を抽出し、抽出した領域から半径測定領域をとる。図1,図6に例示する複合部材1のように複数の小反り部12(局所的な湾曲部)が離間して設けられている場合には、隣り合う小反り部12,12の間の領域を半径測定領域とすることが挙げられる。図1,図6では、図の左右方向に延びる横長の長方形の領域を半径測定領域aとして抽出する。この長方形の半径測定領域aの長辺及び短辺は、平面視で長方形の基板10の長辺及び短辺に実質的に平行する。図1,図6では、半径測定領域aを仮想的に点線で示す。
図7に例示する複合部材1のように複数の湾曲部が全て連なっており、基板10の概ね全体に亘って存在する場合には、主面の三次元画像から局所的な湾曲部を除いてできる閉領域15を含んで半径測定領域aをとることが挙げられる。図7に例示する複合部材1は、上述のように四つの湾曲部が部分的に重なり合うことで、これら湾曲部に囲まれる菱形状の閉領域15を備える。この場合、例えば、平面視で長方形の基板10の長辺に平行する直線であって、閉領域15をなす菱形において対向位置にある二つの頂点をそれぞれ通る直線をとる。いわば閉領域15を挟むように一対の直線をとる。一対の直線は、基板10において湾曲部を有していない領域に至る長さとする。上記一対の直線と基板10の短辺に平行な直線(短辺でもよい)で囲まれる長方形の領域をとる。図7では、二点鎖線で長方形の領域を仮想的に示す。この長方形の両端は、二つの湾曲部の交差箇所から突出するように設けられ、この長方形の中央部に閉領域15が位置する。このような長方形の領域から、湾曲部を除いた領域を半径測定領域aとすることが挙げられる。図7では、分かり易いように半径測定領域aにクロスハッチングを付して示す。基板10が複数の閉領域15を備える場合には、複数の閉領域15を含むように半径測定領域aをとることが挙げられる。
また、半径測定領域aは、図1等に例示するように基板10の外形における重心G(図1,図6,図7では基板10の外形をなす長方形の対角線の交点)と、半径測定領域aをなす長方形の対角線の交点とが重なるようにとることが挙げられる。その他、基板10の外縁近傍の領域を半径測定領域とすることが挙げられる。なお、基板10に後述のボルト孔等が設けられている場合には、ボルト孔等を除いた領域を半径測定領域に利用する。
後述する放熱部材3や半導体装置5に備える放熱部材3について絶縁基板52が接合された状態の基板10、更に半導体素子50が搭載された絶縁基板52が接合された状態の基板10の曲率半径Rを測定する場合には、絶縁基板52等が接合された領域を含めて半径測定領域をとることができる。
工程(2)では、半径測定領域aが長方形であれば、この長方形の長辺を含み、長辺に平行な輪郭抽出直線lnを合計10本とる。輪郭抽出直線l1,l10は、上記長方形の長辺をなす直線とし、輪郭抽出直線l2~l9は、上記長方形の短辺を等分する点を通る直線とする。半径測定領域aが少なくとも一つの閉領域15を含む場合には、上述のように閉領域15を挟む一対の直線をそれぞれ長辺とする長方形をとり、この長辺に平行な輪郭抽出直線lnを合計10本とる。
工程(3)では、各輪郭抽出直線lnに沿って、半径測定領域aの輪郭を描く複数の測定点をとる。輪郭抽出直線lnごとに測定点の集合βnをとる。一つの輪郭抽出直線lnについて、例えば1mm間隔で測定点をとる。各測定点の値(代表的には変位量)は以下の平均値とすると、測定点をそのまま利用する場合よりも平滑化されて、より滑らか形状を抽出し易いと考えられる。具体的には、一つの輪郭抽出直線lnにおいて、1mmごとに点pをとり、この点pを基準として、点pの値及びその近傍の点の値を平均する。例えば点pの座標(X,Y)を(0,0)とし、X=0mm,±1mm、Y=0mm,±1mmとする合計9点の座標の値をとる。これら9点の値(変位量)の平均をこの点pの値(平均変位量)とする。この測定点に関する平滑化処理は、条件を設定して三次元測定装置に行わせると、平均値を容易に取得できる。
図4は、市販の三次元測定装置で求めた解析結果を模式的に示すグラフである。図4では分かり易いように、測定点を21点とする。図4のグラフの横軸は、輪郭抽出直線lnに平行な直線上の点の位置、縦軸は、上述の重心Gを通り、輪郭抽出直線ln(長辺方向)及び短辺方向の双方に直交する直線上の点の位置を示す。横軸の各点は、輪郭抽出直線ln上の各点の位置に概ね一致し、縦軸の各点は、このグラフの原点を基準とする輪郭の変位量を示す。図4に示す20点の測定点(凡例●)の集合は、輪郭抽出直線lnに基づいて抽出した測定点の集合βnである。
工程(4)では、測定点の集合βnごとに、複数の測定点を最小二乗法で近似して、近似円弧γnを求める。即ち、集合βnに含まれる各測定点と集合βnに対応した近似円弧γn間の距離dが最小となるように近似円弧γnをとる。ここでは合計10個の近似円弧γnを求める。そして、工程(5)では、10個の近似円弧γnの半径Rnの平均を求め、この半径Rnの平均値を曲率半径Rとする。求めた全ての距離dの平均を後述の球面誤差とする。半径測定領域aが少なくとも一つの閉領域15を含む場合でも集合βnごとに複数の測定点を最小二乗法で近似することで、閉領域15の近似円弧γnを適切に求められる。近似円弧γnや距離dは、エクセル等の市販の分析ソフト等を利用すると容易に求められる。曲率半径Rが15000mm以上35000mm以下であれば、半径測定領域aは大反り部11をなし、この基板10は大反り部11を有する。
次に、図2を適宜参照して、基板10の反り量xの測定方法を説明する。
反り量xは、基板10の主面の三次元画像から局所的な湾曲部を抽出し、抽出した湾曲部を用いて測定する。局所的な湾曲部が複数存在する場合には、一つずつ、反り量xを測定する。一つの局所的な湾曲部において、最大変位量をとる点Pを抽出する。また、この局所的な湾曲部の輪郭を描く複数の測定点を最小二乗法で近似して近似曲線を求める。点Pを通る近似曲線と大反り部11との境界点(図2では点Q1、点Q2を例示)を含む平面(図2では二点鎖線で仮想的に示す直線)をとる。点Pとこの平面との間の距離を反り量xとする。三次元画像から曲率半径Rの球面状の反り部分(大反り部11)と、局所的な反り部分(小反り部12)との境界を抽出できる場合、抽出した境界を用いて上記平面をとる。三次元画像から上述の境界の抽出が難しい場合、例えば、隣り合う局所的な湾曲部の間の領域(代表的には大反り部11をなす領域)の輪郭を描く測定点を通り、曲率半径Rを満たす円弧をとり、この円弧と、点Pを通る近似曲線との境界点を含む平面をとる。この平面と点Pとの間の距離を反り量xに利用することが挙げられる。なお、点Pを通る近似曲線から、小反り部12の曲率半径を求めることが挙げられる。
反り量xは、基板10の主面の三次元画像から局所的な湾曲部を抽出し、抽出した湾曲部を用いて測定する。局所的な湾曲部が複数存在する場合には、一つずつ、反り量xを測定する。一つの局所的な湾曲部において、最大変位量をとる点Pを抽出する。また、この局所的な湾曲部の輪郭を描く複数の測定点を最小二乗法で近似して近似曲線を求める。点Pを通る近似曲線と大反り部11との境界点(図2では点Q1、点Q2を例示)を含む平面(図2では二点鎖線で仮想的に示す直線)をとる。点Pとこの平面との間の距離を反り量xとする。三次元画像から曲率半径Rの球面状の反り部分(大反り部11)と、局所的な反り部分(小反り部12)との境界を抽出できる場合、抽出した境界を用いて上記平面をとる。三次元画像から上述の境界の抽出が難しい場合、例えば、隣り合う局所的な湾曲部の間の領域(代表的には大反り部11をなす領域)の輪郭を描く測定点を通り、曲率半径Rを満たす円弧をとり、この円弧と、点Pを通る近似曲線との境界点を含む平面をとる。この平面と点Pとの間の距離を反り量xに利用することが挙げられる。なお、点Pを通る近似曲線から、小反り部12の曲率半径を求めることが挙げられる。
小反り部12が平面視で円形の部分を含む場合、この円形の部分の直径Dは基板10の三次元画像を用いて測定すると、容易に測定できる。例えば、三次元画像を二次元画像に変換して、平面視での直径Dを測定する。なお、大反り部11と小反り部12との境界の抽出方法については上述の通りである。
三次元画像を利用すれば、上述の雪だるま状等といった、複数の局所的な湾曲部が連なる形状を把握できる。また、三次元画像を利用すれば、各湾曲部における最大変位量をとる点Pを抽出できる。そこで、図6,図7に例示するように局所的な湾曲部が連なる形状を有する基板10については、以下のようにして反り量xを求めることが挙げられる。
まず、各湾曲部から点Pを抽出する。
次に、三次元画像を二次元画像に変換して、各湾曲部の外形を円に補完した場合に生じる湾曲部同士の重複領域125(図6,図7では格子状のハッチングを付して示す仮想の領域)を各湾曲部から除いた領域をとり、この領域から、点Pを中心とする最大の円120(図6,図7では二点鎖線で仮想的に示す)を抽出する。簡易には、各湾曲部から、点Pを中心とする最大の円を抽出することができるが、上述のように重複領域125を除くと、反り量xを精度よく測定し易い。
次に、三次元画像を二次元画像に変換して、各湾曲部の外形を円に補完した場合に生じる湾曲部同士の重複領域125(図6,図7では格子状のハッチングを付して示す仮想の領域)を各湾曲部から除いた領域をとり、この領域から、点Pを中心とする最大の円120(図6,図7では二点鎖線で仮想的に示す)を抽出する。簡易には、各湾曲部から、点Pを中心とする最大の円を抽出することができるが、上述のように重複領域125を除くと、反り量xを精度よく測定し易い。
次に、抽出した円120の直径Dと、点Pの変位量とから、点Pを通る球面を求める。
そして、上述のように半径測定領域aを利用して求めた曲率半径Rの円弧をとり、この円弧と点Pを通る球面を描く近似曲線との境界点を含む平面をとる。点Pとこの平面との間の距離を反り量xに利用することが挙げられる。また、点Pを有する各湾曲部を小反り部12とすることが挙げられる。なお、上述の点Pを通る球面から、各小反り部12の曲率半径を求めることが挙げられる。
そして、上述のように半径測定領域aを利用して求めた曲率半径Rの円弧をとり、この円弧と点Pを通る球面を描く近似曲線との境界点を含む平面をとる。点Pとこの平面との間の距離を反り量xに利用することが挙げられる。また、点Pを有する各湾曲部を小反り部12とすることが挙げられる。なお、上述の点Pを通る球面から、各小反り部12の曲率半径を求めることが挙げられる。
複数の局所的な湾曲部を備える場合、隣り合う湾曲部の反り量が異なり、一方の湾曲部の反り量が他方に比較して非常に小さい場合、一方の湾曲部の反りが他方の湾曲部に紛れて、一方の湾曲部の反り量xを適切に算出できない可能性がある。この場合、一方の湾曲部の反りは、実質的に無視しても問題ないと考えられる。仮に、一方の湾曲部と他方の湾曲部とのそれぞれに絶縁基板52が接合された場合、一方の湾曲部における反り戻りを反り量が大きい他方の湾曲部の変形によって吸収できると期待されるからである。
<熱特性>
基板10は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、かつ線膨張係数が10ppm/K以下である。金属20の組成、非金属22の組成や含有量等を調整することで、熱伝導率がより高いもの、線膨張係数がより小さいものが挙げられる。例えば基板10の熱伝導率は、180W/m・K以上、更に200W/m・K以上、特に220W/m・K以上であることが挙げられる。また、例えば基板10の線膨張係数は、9ppm/K以下、更に8ppm/K以下であることが挙げられる。基板10の線膨張係数がより小さいと、後述の金属被覆を備える場合でも、基板10と金属被覆とを含めた複合部材1の線膨張係数が小さくなり、好ましくは10ppm/K以下を満たすことができる。熱伝導率がより高く、かつ線膨張係数が3ppm/K以上10ppm/K以下程度である基板10を備える複合部材1は、放熱性に優れる上に、半導体素子50及びその周辺部品との線膨張係数の整合性に優れており、半導体素子50の放熱部材3に好適に利用できる。上述の整合性に優れる範囲で、基板10の線膨張係数は、例えば3ppm/K以上、4ppm/K以上、4.5ppm/K以上であることが挙げられる。
<その他>
複合部材1は、基板10の一面又は両面の少なくとも一部に金属被覆(図示せず)を備えることができる。金属種にもよるが、金属被覆を備えると、半田等の接合材54との濡れ性、耐食性、意匠性等を高められる。例えば基板10における接合材54の塗布領域に接合材54の下地層となる金属被覆を備えることが挙げられる。
<熱特性>
基板10は、熱伝導率が150W/m・K以上であり、かつ線膨張係数が10ppm/K以下である。金属20の組成、非金属22の組成や含有量等を調整することで、熱伝導率がより高いもの、線膨張係数がより小さいものが挙げられる。例えば基板10の熱伝導率は、180W/m・K以上、更に200W/m・K以上、特に220W/m・K以上であることが挙げられる。また、例えば基板10の線膨張係数は、9ppm/K以下、更に8ppm/K以下であることが挙げられる。基板10の線膨張係数がより小さいと、後述の金属被覆を備える場合でも、基板10と金属被覆とを含めた複合部材1の線膨張係数が小さくなり、好ましくは10ppm/K以下を満たすことができる。熱伝導率がより高く、かつ線膨張係数が3ppm/K以上10ppm/K以下程度である基板10を備える複合部材1は、放熱性に優れる上に、半導体素子50及びその周辺部品との線膨張係数の整合性に優れており、半導体素子50の放熱部材3に好適に利用できる。上述の整合性に優れる範囲で、基板10の線膨張係数は、例えば3ppm/K以上、4ppm/K以上、4.5ppm/K以上であることが挙げられる。
<その他>
複合部材1は、基板10の一面又は両面の少なくとも一部に金属被覆(図示せず)を備えることができる。金属種にもよるが、金属被覆を備えると、半田等の接合材54との濡れ性、耐食性、意匠性等を高められる。例えば基板10における接合材54の塗布領域に接合材54の下地層となる金属被覆を備えることが挙げられる。
金属被覆の構成金属は、基板10に含まれる金属20と同種の金属、異種の金属のいずれも利用できる。異種の金属として、金属20が合金である場合にベース金属が同じ合金、その他、純ニッケル又はニッケル合金、亜鉛又は亜鉛合金、純金又は金合金等が挙げられる。上述の下地層の構成金属は、純ニッケル、ニッケル合金、純銅、銅合金、純金、金合金、純銀、銀合金等が挙げられる。金属被覆は、単層構造、複数種の金属層を備える多層構造のいずれも利用できる。
基板10の一面あたりの金属被覆の厚さ(多層構造では合計厚さ、以下同様)は、100μm以下、更に50μm以下、特に20μm以下、15μm以下であると、金属被覆の具備による複合部材1の線膨張係数の増大を低減できて好ましい。均一的な厚さであったり、基板10の両面に金属被覆を備える場合には各面の金属被覆の厚さが等しかったりすると、不均一な厚さに起因する局所的な変形等を低減できて好ましい。
複合部材1は、設置対象への取付部(図示せず)を備えることができる。取付部は、例えばボルト等の締結部材が挿通されるボルト孔等を備えることが挙げられる。取付部の形成領域は、基板10自体である場合、大反り部11及び小反り部12から離れた箇所、例えば基板10の外縁近傍等が挙げられる。又は、取付部の形成領域は、基板10に連続して設けられた金属領域であることが挙げられる。取付部の形成方法は、切削や打ち抜き、成形等の公知の方法を参照できる。
複合部材1は、基板10の表裏面の残留応力差が小さいと、使用時に冷熱サイクルを受けても、残留応力の解放に起因する変形を抑制し易く、設置対象との密着状態を維持し易く好ましい。複合部材1を後述の実施形態の複合部材の製造方法によって製造する場合、上記の残留応力差が小さい、好ましくは実質的に差が無い複合部材1とすることができる。上述のようにMg-SiCの基板10を備えると、上記残留応力差を小さくし易い。
<主要な効果>
実施形態の複合部材1は、特に絶縁基板52等が接合された状態において基板10が曲率半径Rの球面状の反りを有し、この反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて設置対象に密着できる。この基板10は熱伝導率が高いことから、複合部材1は、絶縁基板52が半田等の接合材54で接合される放熱部材3、代表的には半導体素子50の放熱部材3に好適に利用できる。この放熱部材3は、半導体素子50等の発熱対象の熱を設置対象に良好に伝達でき、放熱性に優れる。
<主要な効果>
実施形態の複合部材1は、特に絶縁基板52等が接合された状態において基板10が曲率半径Rの球面状の反りを有し、この反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて設置対象に密着できる。この基板10は熱伝導率が高いことから、複合部材1は、絶縁基板52が半田等の接合材54で接合される放熱部材3、代表的には半導体素子50の放熱部材3に好適に利用できる。この放熱部材3は、半導体素子50等の発熱対象の熱を設置対象に良好に伝達でき、放熱性に優れる。
その他、実施形態の複合部材1は、熱伝導性に優れると共に熱伸縮量が小さいことが望まれ、絶縁基板52のような線膨張係数が非常に小さい部材が半田付け等されるような構造材料等への利用が期待できる。
[放熱部材]
図3を主に参照して、実施形態の放熱部材3を説明する。
[放熱部材]
図3を主に参照して、実施形態の放熱部材3を説明する。
実施形態の放熱部材3は、上述の実施形態の複合部材1と、小反り部12に接合材54を介して接合された絶縁基板52とを備え、絶縁基板52が接合された状態での基板10の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。放熱部材3の曲率半径Rは、基本的には上述の測定方法に基づいて測定する。但し、絶縁基板52が接合された放熱部材3では、後述するように小反り部12を実質的に有さないため、放熱部材3の曲率半径Rの測定に用いる半径測定領域は、絶縁基板52を備えていない複合部材1の半径測定領域aとは異ならせることができる。例えば、放熱部材3の曲率半径Rの測定に用いる半径測定領域は、基板10において絶縁基板52の接合箇所を内包する最小の長方形の領域(複数の絶縁基板52を備える場合には全ての絶縁基板52の接合箇所を内包する最小の長方形の領域)とすることが挙げられる。図1に示すように離間して合計6枚の絶縁基板52が基板10に接合されている場合、隣り合う絶縁基板52,52間の領域を含めて、合計6枚の絶縁基板52の接合箇所を内包する最小の長方形の領域を半径測定領域とすることが挙げられる。放熱部材3の曲率半径Rは、上述の大反り部の項の曲率半径Rを参照するとよい。
上述のように実施形態の複合部材1は、曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部11と、局所的に設けられた小反り部12とを備えるため(図3の上図)、小反り部12に絶縁基板52が半田等の接合材54によって接合されると(図3の中図)、小反り部12が局所的に変形する。代表的には、曲率半径Rよりも小さな曲率半径を有する小反り部12は、反りが低減されて(戻って)、曲率半径が大きくなるように変形する。この変形によって小反り部12が実質的に無くなり、基板10における絶縁基板52の接合箇所の外形は大反り部11の外形に沿ったような形状になり易い(図3の下図)。代表的には、実施形態の放熱部材3は、絶縁基板52を備えた状態において、曲率半径Rの球面状の反りを一様に有する。例えば、この基板10を厚さ方向に平行な平面で切断した場合、任意の断面において基板10の断面輪郭は、曲率半径Rを有する円弧を描く、つまり実質的に同様な円弧を描く。又は、例えば、この基板10を三次元測定装置によって三次元解析を行って、三次元解析の高さ情報を等高線として二次元で表現すると(二次元に変換すると)、等高線は同心円を描く。
放熱部材3の一例として、絶縁基板52が接合された状態の基板10において、上述のようにして曲率半径R及び球面誤差を測定すると、球面誤差が10.0μm以下であることが挙げられる。球面誤差とは、基板10の反り部分の球面度合いを示す指標といえ、球面誤差が小さいほど、半径測定領域が曲率半径Rの真球面状の反りを有するといえる。球面誤差が上述のように小さい放熱部材3は、上述の真球面状の反り部分を設置対象に均一的に押し付けて、設置対象に密着させられる上に、不均一な熱伸縮による変形等を防止し易い。密着性や不均一な変形防止等の観点から、球面誤差は9.0μm以下、更に8.5μm以下がより好ましく、理想的には0μmである。放熱部材3の球面誤差は、絶縁基板52を接合する前の基板10の大反り部11の球面誤差に依存することから、大反り部11の球面誤差も10.0μm以下であることが好ましい。工業的生産性等を考慮すると、大反り部11や放熱部材3の球面誤差は1.0μm以上程度であることが挙げられる。放熱部材3の曲率半径Rが上述の特定の範囲であり、球面誤差が10.0μm以下であれば、絶縁基板52上に半導体素子50等が接合された状態でも、曲率半径Rが上述の特定の範囲を満たすと共に、球面誤差が10.0μm以下を満たす。そのため、球面誤差が上述のように小さい放熱部材3を半導体素子50の放熱部材に利用すれば、絶縁基板52に半導体素子50が搭載された状態でも真球状の反り部分を有して、設置対象に密着させられる。
放熱部材3の形状、大きさは発熱対象を載置可能な範囲で適宜選択できる。代表的には、放熱部材3の形状、大きさは複合部材1の基板10の形状、大きさに依存するため、複合部材1の基板10の形状、大きさを調整するとよい。
絶縁基板52は、半導体素子50等の発熱対象の搭載箇所に利用され、金属20を含む基板10との間の電気的絶縁を確保する。このような絶縁基板52は、電気絶縁材料、例えば窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素等の非金属無機材料からなるものが挙げられる。上記非金属無機材料からなる絶縁基板52は、線膨張係数が7ppm/K以下、更に5ppm/K以下であり、ヤング率が200GPa以上、更に250GPa以上であるものが挙げられる。
絶縁基板52の形状、大きさは適宜選択できる。図1,図6,図7に例示するように絶縁基板52の平面形状が長方形(正方形でもよい)であり、絶縁基板52の接合前において小反り部12が平面視で円形の部分を含む場合、上記長方形の長辺の長さ、短辺の長さ、及び対角線の長さのうち、少なくとも一つの長さが円形の部分の直径Dに実質的に一致することが好ましい。上記対角線の長さが上記直径Dに実質的に一致することがより好ましい。また、この場合、絶縁基板52の外形をなす長方形の重心(対角線の交点)が上記円形の部分の中心C12に実質的に一致するように絶縁基板52が小反り部12に接合されることが好ましい。絶縁基板52の接合時に小反り部12が均一的に変形し易く、接合後の基板10が曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易いからである。図1,図6,図7では、絶縁基板52を二点鎖線で仮想的に示すと共に、上記中心C12と絶縁基板52の重心とが実質的に一致する場合を例示する。また、図1では、上記直径Dと絶縁基板52の短辺の長さとが実質的に一致し、図6では、上記直径Dと絶縁基板52の長辺の長さとが実質的に一致する場合を例示する。図6,図7では、小反り部12,円120等が分かり易いように絶縁基板52を一つのみ示すが、各小反り部12にそれぞれ絶縁基板52を接合することができる。
絶縁基板52の厚さtiは、半導体素子50等の発熱対象と基板10(特に金属20)との電気的絶縁を確保できる範囲で適宜選択でき、例えば0.5mm以上が挙げられる。絶縁基板52の厚さtiは、厚いほど、上記発熱対象と基板10との電気的絶縁性を高められ、高出力用途に適しており、0.8mm以上、更に1mm以上であることが挙げられる。小型、薄型の観点から、厚さtiは5mm以下、更に3mm以下、2mm以下であることが挙げられる。絶縁基板52の個数は、上記発熱対象の個数に応じて選択するとよい。
接合材54は、Pbを含む半田(固相線温度:183℃程度)、Pbを含まない半田等が挙げられ、公知のものが利用できる。Pbを含まない半田は、Pbを含む半田よりも固相線温度が高い傾向にある(例、固相線温度:200℃以上、更に250℃以上)。固相線温度がより高い接合材54を用いる場合でも、例えば上述の式[1]の値±20%を満たすように、小反り部12の反り量xを調整することで、絶縁基板52の接合後の基板10が曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。
実施形態の放熱部材3は、上述のように絶縁基板52を備えた状態で基板10が曲率半径Rの球面状の反りを有し、この反り部分を設置対象に均一的に押し付けられて設置対象に密着できる。そのため、放熱部材3は、半導体素子50等の発熱対象の熱を設置対象に良好に伝えられ、放熱性に優れる。このような放熱部材3は、半導体素子50の放熱部材に好適に利用できる。
[半導体装置]
実施形態の半導体装置5は、図5に示すように実施形態の放熱部材3と、絶縁基板52に搭載された半導体素子50とを備え、半導体素子50が搭載された絶縁基板52が接合された状態での基板10の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。基板10の一面に上記曲率半径Rの球面状の反りであって凸の反り(図示せず)を有し、この凸の反りを有する一面を冷却装置(図示せず)との設置面とする。対向する他面は、絶縁基板52を介して半導体素子50等の実装部品が取り付けられる実装面とする。半導体素子50は、絶縁基板52の上に半田等の接合材54を介して実装される。実施形態の半導体装置5は、半導体素子50及び絶縁基板52を備えた状態での基板10が上記球面状の反りを有するため、この反り部分を冷却装置等の設置対象に均一的に押し付けられて設置対象に密着できる。
[半導体装置]
実施形態の半導体装置5は、図5に示すように実施形態の放熱部材3と、絶縁基板52に搭載された半導体素子50とを備え、半導体素子50が搭載された絶縁基板52が接合された状態での基板10の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である。基板10の一面に上記曲率半径Rの球面状の反りであって凸の反り(図示せず)を有し、この凸の反りを有する一面を冷却装置(図示せず)との設置面とする。対向する他面は、絶縁基板52を介して半導体素子50等の実装部品が取り付けられる実装面とする。半導体素子50は、絶縁基板52の上に半田等の接合材54を介して実装される。実施形態の半導体装置5は、半導体素子50及び絶縁基板52を備えた状態での基板10が上記球面状の反りを有するため、この反り部分を冷却装置等の設置対象に均一的に押し付けられて設置対象に密着できる。
半導体素子50が搭載された絶縁基板52が接合された状態での基板10の球面誤差が10.0μm以下を満たすと、真球面状の反りを有しており、この真球状の反り部分を上記設置対象により均一的に押し付けられる。そのため、この半導体装置5は、半導体素子50の熱を設置対象に良好に伝えられて、放熱性に優れる。上述の球面誤差が10.0μm以下の放熱部材3を用いれば、半導体装置5に備えられる放熱部材3(基板10)も球面誤差が10.0μm以下を満たし易い。また、厚さtiが1mm以上の絶縁基板52を備える半導体装置5は、半導体素子50と放熱部材3との電気的絶縁性にも優れ、高出力用途に好適である。半導体装置5に備えられる放熱部材3(基板10)の曲率半径R、球面誤差、絶縁基板52の厚さtiは、上述の大反り部の項の曲率半径R、放熱部材の項の球面誤差、厚さtiを参照するとよい。
実施形態の半導体装置5は、各種の電子機器、特に高周波パワーデバイス(例、LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor))、半導体レーザ装置、発光ダイオード装置、その他、各種のコンピュータの中央処理装置(CPU)、グラフィックス プロセッシング ユニット(GPU)、高電子移動形トランジスタ(HEMT)、チップセット、メモリーチップ等に利用できる。
[複合部材の製造方法]
上述の大反り部11及び小反り部12を備える実施形態の複合部材1は、例えば、以下の実施形態の複合部材の製造方法を用いることで製造することが挙げられる。実施形態の複合部材の製造方法は、金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、以下の条件を満たす成形型を用いると共に、プレス工程は以下の保持工程と冷却工程とを備えるものとする。
<成形型の条件>
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、大球面部に部分的に設けられ、曲率半径Rbとは異なる曲率半径Rsの球面を有する小球面部とを備える。
[複合部材の製造方法]
上述の大反り部11及び小反り部12を備える実施形態の複合部材1は、例えば、以下の実施形態の複合部材の製造方法を用いることで製造することが挙げられる。実施形態の複合部材の製造方法は、金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、以下の条件を満たす成形型を用いると共に、プレス工程は以下の保持工程と冷却工程とを備えるものとする。
<成形型の条件>
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、大球面部に部分的に設けられ、曲率半径Rbとは異なる曲率半径Rsの球面を有する小球面部とを備える。
曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下である。
<プレス工程の条件>
《保持工程》加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する。
《冷却工程》印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま、加熱温度から100℃以下まで冷却する。
<プレス工程の条件>
《保持工程》加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する。
《冷却工程》印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま、加熱温度から100℃以下まで冷却する。
その他、実施形態の複合部材の製造方法は、素材板を準備する準備工程、金属被覆を形成する被覆工程、取付部を形成したり、表面粗さを調整するため等の軽微な表面研磨等を施したりする加工工程等を備えることができる。
以下、工程ごとに説明する。
<準備工程>
この工程では、熱プレスに供する素材板を準備する。素材板の製造には、金属20と非金属22とを含む複合材料を板状に製造する公知の製造方法が利用できる。例えば、成形型に非金属22の粉末や成形体を充填等し、溶融状態の金属20を溶浸する溶浸法(特許文献1参照)、高圧で溶浸する加圧溶浸法、その他、粉末冶金法、溶融法等が挙げられる。上記複合材料からなる市販板を素材板に利用することもできる。
<準備工程>
この工程では、熱プレスに供する素材板を準備する。素材板の製造には、金属20と非金属22とを含む複合材料を板状に製造する公知の製造方法が利用できる。例えば、成形型に非金属22の粉末や成形体を充填等し、溶融状態の金属20を溶浸する溶浸法(特許文献1参照)、高圧で溶浸する加圧溶浸法、その他、粉末冶金法、溶融法等が挙げられる。上記複合材料からなる市販板を素材板に利用することもできる。
素材板から製造される基板10の熱伝導率及び線膨張係数が所望の値(代表的には150W/m・K以上、10ppm/K以下)となるように、金属20の組成、非金属22の組成・含有量・形態(粉末、成形体等)等を調整する。金属20の組成、非金属22の組成や形態にもよるが、素材板中の非金属22の含有量を55体積%以上とすると、上述のように熱伝導率が高く、線膨張係数が小さい実施形態の複合部材1を得易い。
金属被覆を有する複合部材を製造する場合、金属被覆の形成には、例えば、めっき法、クラッド圧延、素材板の製造時に同時に形成する方法(特許文献1参照)、その他公知の方法を適宜利用できる。金属被覆は、熱プレス前でも熱プレス後でも形成できる(被覆工程の一例)。熱プレス前に金属被覆を有する素材板を用意すれば、素材板の形状が反りを有さない単純な形状であり、金属被覆を形成し易い。熱プレス後の基板10にめっき法などで金属被覆を形成する場合、熱プレス時に金属被覆の具備に起因する反りの変動を防止でき、所定の反りを高精度に形成し易い。
<プレス工程>
この工程では、上述の成形型の条件を満たす凸面を有する第一型と、この凸面に対応した凹面を有する第二型とを備える成形型を用いて熱プレスを行う。第一型と第二型とで素材板を挟んで加熱状態で加圧して、素材板に曲率半径Rbの球面と、曲率半径Rsの球面とを転写する。この転写によって、曲率半径Rbの球面によって成形された球面状の反り(主として大反り部11)を有すると共に、曲率半径Rsの球面によって成形され、代表的には反り量xの反り(小反り部12)を局所的に有する基板10を製造する。
<プレス工程>
この工程では、上述の成形型の条件を満たす凸面を有する第一型と、この凸面に対応した凹面を有する第二型とを備える成形型を用いて熱プレスを行う。第一型と第二型とで素材板を挟んで加熱状態で加圧して、素材板に曲率半径Rbの球面と、曲率半径Rsの球面とを転写する。この転写によって、曲率半径Rbの球面によって成形された球面状の反り(主として大反り部11)を有すると共に、曲率半径Rsの球面によって成形され、代表的には反り量xの反り(小反り部12)を局所的に有する基板10を製造する。
曲率半径Rbは、上述の曲率半径Rの項を参照するとよい。曲率半径Rsは、代表的には曲率半径Rbよりも小さい値であり、反り量xが所望の値となるように、好ましくは上述の式[1]の値±20%を満たすように選択することが挙げられる。具体的には、成形型の内周面において曲率半径Rbの球面と曲率半径Rsの球面との境界を通る平面と、曲率半径Rsの球面における上記平面から最も離れた点とをとる。上記平面からこの点までの距離が反り量xに相当することから、上記距離が所望の値となるように成形型の形状を調整する。複数の小球面部を備える成形型を用いれば、複数の小反り部12を備える複合部材1を製造できる。複数の小球面部を離間して設けると、図1に示すように平面形状が円である複数の小反り部12を形成できる。複数の小球面部の一部を重複させて設けると、図6,図7に示すように雪だるま状等に連なった複数の小反り部12を形成できる。基板10の所定の位置に所定の形状、大きさ、個数の小反り部12を形成できるように、小球面部の形状、大きさ、個数、位置等を調整して成形型に設けるとよい。
平面形状が長方形の素材板を用いる場合、第一型及び第二型における曲率半径Rbの球面の中心に、素材板の中心(上記長方形の対角線の交点)が一致するように素材板を成形型に収納することが挙げられる。こうすることで、最終的に基板の外形における重心(≒素材板の中心)を中心とする曲率半径Rの球面状の反りを有する複合部材を得易い。
《保持工程》
熱プレス時の加熱温度(ここでは成形型の加熱温度)を200℃超かつ印加圧力を10kPa以上とすることで、非金属22を含む素材板の塑性変形を促進でき、異なる曲率半径Rb,Rsを有する複数の反りを素材板に転写できる。加熱温度が高いほど、素材板を塑性変形し易いため、加熱温度を250℃超、更に280℃以上、300℃以上とすることができる。印加圧力が大きいほど、素材板を塑性変形し易いため、印加圧力を100kPa以上、更に500kPa以上、700kPa以上とすることができる。加熱温度がより高くかつ印加圧力がより大きいと、残留応力も低減し易い。変形不足の低減や残留応力の低減等の観点から、加熱温度を350℃以上、更に380℃以上、400℃以上、かつ印加圧力を1MPa以上、更に10MPa以上、15MPa以上とすることができる。素材板の組成によっては、加熱温度を500℃以上、印加圧力を15MPa以上、更に20MPa以上とすることができる。このように比較的高温かつ比較的高圧で保持することで、上述の特定の反りをより高精度に成形できる。加熱温度の上限は、素材板中の金属20の液相線温度未満であって、金属20や非金属22が熱劣化し難い範囲で選択できる。印加圧力の上限は、素材板に割れ等が生じない範囲で選択できる。
《保持工程》
熱プレス時の加熱温度(ここでは成形型の加熱温度)を200℃超かつ印加圧力を10kPa以上とすることで、非金属22を含む素材板の塑性変形を促進でき、異なる曲率半径Rb,Rsを有する複数の反りを素材板に転写できる。加熱温度が高いほど、素材板を塑性変形し易いため、加熱温度を250℃超、更に280℃以上、300℃以上とすることができる。印加圧力が大きいほど、素材板を塑性変形し易いため、印加圧力を100kPa以上、更に500kPa以上、700kPa以上とすることができる。加熱温度がより高くかつ印加圧力がより大きいと、残留応力も低減し易い。変形不足の低減や残留応力の低減等の観点から、加熱温度を350℃以上、更に380℃以上、400℃以上、かつ印加圧力を1MPa以上、更に10MPa以上、15MPa以上とすることができる。素材板の組成によっては、加熱温度を500℃以上、印加圧力を15MPa以上、更に20MPa以上とすることができる。このように比較的高温かつ比較的高圧で保持することで、上述の特定の反りをより高精度に成形できる。加熱温度の上限は、素材板中の金属20の液相線温度未満であって、金属20や非金属22が熱劣化し難い範囲で選択できる。印加圧力の上限は、素材板に割れ等が生じない範囲で選択できる。
成形型の加熱に加えて素材板も加熱する(予熱する)と、素材板が均一的に塑性変形し易く高精度に成形できたり、成形型と素材板との温度差による割れ等が生じ難かったりする。これらの効果の観点から、成形型の加熱温度±20℃以内、更に成形型の加熱温度±10℃以内、好ましくは成形型の加熱温度と同等に素材板を加熱した状態で成形型に収納することが好ましい。
上述の加熱及び加圧状態の保持時間は、素材板の組成等に応じて適宜選択でき、例えば10秒以上180分以下の範囲から選択することが挙げられる。例えばMg-SiCでは1分以上5分以下程度、Al-SiCでは1分以上100分以下程度が挙げられる。Mg-SiCの素材板を用いると、Al-SiCの素材板を用いる場合に比較して、熱プレスの保持時間が短くても精度よく成形し易い場合があり、製造性に優れる。
《冷却工程》
上述の保持時間が経過したら、上述の加熱温度から室温(例、10℃から20℃程度)まで冷却する。冷却過程における上記加熱温度から100℃までの範囲では、加圧状態で冷却する。冷却過程の印加圧力は、上述の熱プレス時の印加圧力の80%以上とする。このような特定の加圧状態で冷却することで、不均一な冷却に伴う局所的な熱収縮に起因する変形等を抑制し、上述の複数の反りを高精度に成形できる。上記の局所的な熱収縮を抑制することで、残留応力も低減し易い。冷却過程での印加圧力は、高過ぎると割れが生じたり、冷却中に生じた新たな変形に伴って内部応力が増加したりする可能性があるため、熱プレス時の印加圧力と同等以下(熱プレス時の印加圧力の100%以下)の範囲で調整することが好ましい。冷却過程において100℃未満の温度から室温までの範囲では、除荷して無加圧状態で冷却することができる。
《冷却工程》
上述の保持時間が経過したら、上述の加熱温度から室温(例、10℃から20℃程度)まで冷却する。冷却過程における上記加熱温度から100℃までの範囲では、加圧状態で冷却する。冷却過程の印加圧力は、上述の熱プレス時の印加圧力の80%以上とする。このような特定の加圧状態で冷却することで、不均一な冷却に伴う局所的な熱収縮に起因する変形等を抑制し、上述の複数の反りを高精度に成形できる。上記の局所的な熱収縮を抑制することで、残留応力も低減し易い。冷却過程での印加圧力は、高過ぎると割れが生じたり、冷却中に生じた新たな変形に伴って内部応力が増加したりする可能性があるため、熱プレス時の印加圧力と同等以下(熱プレス時の印加圧力の100%以下)の範囲で調整することが好ましい。冷却過程において100℃未満の温度から室温までの範囲では、除荷して無加圧状態で冷却することができる。
上述の冷却過程において特定の加圧状態で冷却を行う範囲では、徐冷することが好ましい。上述の冷却過程での加圧状態を適切に確保でき、上述の複数の反りを精度よく成形できるからである。急冷(代表的には冷却速度が10℃/min以上)とすると、成形型と素材板との熱容量の差や熱伝導率の差によって素材板全体を均一に冷却できないことがある。そのため、素材板が局所的に冷却されて熱応力が生じ、結果として内部応力や変形を生じさせることがある。ここでの徐冷とは、冷却速度が3℃/min以下を満たすことが挙げられる。冷却速度は、1℃/min以下、更に0.5℃/min以下とすることができる。冷却速度が上記の範囲を満たすように、成形型の周囲温度等を調整したり、強制冷却機構による冷却状態を調整したりすること等が挙げられる。非金属22の含有量が多い素材板、例えば55体積%以上、更に60体積%以上、65体積%以上であり、剛性が比較的高い素材板を用いる場合には、徐冷することが好ましいと考えられる。
なお、仮に上述の冷却過程を無加圧での冷却とすると、例えば、素材板の表面から内部に向かって不均一に冷却されることに伴う局所的な熱収縮に起因する応力等が生じ、転写した形状から変形し得ると考えられる。
上述のプレス工程を経ることで、上述の複合材料からなる基板に、曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下の球面状の反りを有すると共に、この球面状の反り部分の一部に異なる曲率半径の反りを有する複合部材が得られる。代表的には、曲率半径Rの球面状の反り部分が大反り部11をなし、異なる曲率半径の反り部分が小反り部12をなす実施形態の複合部材1が得られる。
必要に応じて、複数の成形型を用いて繰り返しプレスを行って、素材板を段階的に変形させることができる。
<その他の工程>
《熱プレス前の熱処理》
上述のプレス工程前に熱処理を行うことができる。この熱処理によって、複合時に生じた残留応力を低減、除去することができる場合がある。素材板の組成にもよるが、熱処理条件は、例えば、加熱温度を350℃以上550℃以下程度(例、400℃程度)、保持時間を30分以上720分以下程度(例、60分程度)とすることが挙げられる。
《熱プレス後の熱処理》
上述のプレス工程後に熱処理を行うことができる。この熱処理によって、上述のプレス工程によって基板に付与された残留応力を調整したり、低減したり、除去したりすることができる場合がある。この熱処理は、熱処理後に変形が生じないように条件を調整する。素材板の組成にもよるが、例えば、加熱温度を100℃以上200℃以下、保持時間を100時間以上1000時間以下とする条件で熱処理を施すと、残留応力を除去し易い。
<球欠形態の製造>
この形態では、例えば、上述のプレス工程後、成形物において凹側の面を切削等して、平坦な面を形成することが挙げられる。加熱温度や印加圧力によっては、塑性流動により球欠形態が得られる場合がある。
[試験例1]
Mg-SiCからなる素材板、Al-SiCからなる素材板に種々の条件で熱プレスを施して、反りを有する複合部材を作製し、この複合部材を半導体素子の放熱部材に用いて、放熱性を評価した。
<その他の工程>
《熱プレス前の熱処理》
上述のプレス工程前に熱処理を行うことができる。この熱処理によって、複合時に生じた残留応力を低減、除去することができる場合がある。素材板の組成にもよるが、熱処理条件は、例えば、加熱温度を350℃以上550℃以下程度(例、400℃程度)、保持時間を30分以上720分以下程度(例、60分程度)とすることが挙げられる。
《熱プレス後の熱処理》
上述のプレス工程後に熱処理を行うことができる。この熱処理によって、上述のプレス工程によって基板に付与された残留応力を調整したり、低減したり、除去したりすることができる場合がある。この熱処理は、熱処理後に変形が生じないように条件を調整する。素材板の組成にもよるが、例えば、加熱温度を100℃以上200℃以下、保持時間を100時間以上1000時間以下とする条件で熱処理を施すと、残留応力を除去し易い。
<球欠形態の製造>
この形態では、例えば、上述のプレス工程後、成形物において凹側の面を切削等して、平坦な面を形成することが挙げられる。加熱温度や印加圧力によっては、塑性流動により球欠形態が得られる場合がある。
[試験例1]
Mg-SiCからなる素材板、Al-SiCからなる素材板に種々の条件で熱プレスを施して、反りを有する複合部材を作製し、この複合部材を半導体素子の放熱部材に用いて、放熱性を評価した。
各試料の複合部材は、金属被覆を備えておらず、実質的に複合材料からなる基板とし、以下のようにして作製する。
(Mg-SiCの素材板)
Mg-SiCの素材板は、特許文献1等に記載される溶浸法で作製する。概略は以下の通りである。
(Mg-SiCの素材板)
Mg-SiCの素材板は、特許文献1等に記載される溶浸法で作製する。概略は以下の通りである。
原料の金属は、99.8質量%以上がMgであり、残部が不可避不純物からなる純マグネシウムのインゴットである。原料のSiC粉末は、平均粒径が90μmであり、酸化処理を施した被覆粉末である。原料はいずれも市販品である。
用意した上記被覆粉末を成形型(ここでは黒鉛鋳型)に充填した後(キャビティに対するSiC粉末の充填率は70体積%)、上記インゴットを溶融して、成形型に充填した被覆粉末に溶浸する。溶浸条件は、溶浸温度を875℃、Ar雰囲気、雰囲気圧力を大気圧とする。溶浸後冷却して純マグネシウムを凝固した後、成形型から成形物を取り出す。この成形物は、長さ190mm×幅140mm×厚さ5mmの板材であり、この長方形の成形物を素材板とする。素材板の組成は、用いた原料に実質的に等しく、素材板におけるSiCの含有量は、成形型への充填率(70体積%)に実質的に等しい(これらの点は、Al-SiCの素材板についても同様)。
(Al-SiCの素材板)
Al-SiCの素材板は、加圧溶浸法で作製する。ここでは、原料の金属を、99.8質量%以上がAlであり、残部が不可避不純物からなる純アルミニウムのインゴットに変更した点、成形型を金属型とした点、溶浸条件を変更した点(溶浸温度:750℃、Ar雰囲気、加圧圧力:15MPa以上30MPa以下から選択)を除いて、Mg-SiCの素材板と同様に作製する(SiC粉末の充填率:70体積%)。得られた成形物は、長さ190mm×幅140mm×厚さ5mmの長方形の板材であり、この板材を素材板とする。
(熱プレス)
各試料の素材板を成形型(凸面を有する第一型、凹面を有する第二型)に収納して熱プレスを施す。
<成形型>
第一型は、曲率半径Rbが15000mmの球面を有する凸の大球面部と、この大球面部に部分的に設けられ、曲率半径Rbとは異なる曲率半径Rs(<Rb)の球面を有する凸の小球面部とを備える。第二型は、上記第一型の凸形状に対応した凹形状を有する。ここでは、曲率半径Rsが異なる成形型を用意し、反り量xが異なる複合部材を作製する。試料No.101,No.111は、曲率半径Rsの小球面部を備えておらず、曲率半径Rbが15000mmの大球面部のみを有する成形型を用いて作製する。小球面部の個数は6個とし、各小球面部は同一形状、同一の大きさとする。各小球面部の平面形状は円形であり、その直径は45mmである。6個の小球面部は、大球面部に対して所定の間隔で3列×2行で配置される。
<熱プレス条件>
Mg-SiCの素材板を用いる試料では、成形型の加熱温度を400℃、印加圧力を20MPa、保持時間を1分間とする。この保持時間経過後、上記加熱温度から室温(ここでは20℃)程度まで冷却する。上記加熱温度から100℃までの冷却過程において、印加圧力の80%以上100%以下の範囲から選択した圧力で加圧した状態で、冷却速度を3℃/min以下とする徐冷を行う。
(Al-SiCの素材板)
Al-SiCの素材板は、加圧溶浸法で作製する。ここでは、原料の金属を、99.8質量%以上がAlであり、残部が不可避不純物からなる純アルミニウムのインゴットに変更した点、成形型を金属型とした点、溶浸条件を変更した点(溶浸温度:750℃、Ar雰囲気、加圧圧力:15MPa以上30MPa以下から選択)を除いて、Mg-SiCの素材板と同様に作製する(SiC粉末の充填率:70体積%)。得られた成形物は、長さ190mm×幅140mm×厚さ5mmの長方形の板材であり、この板材を素材板とする。
(熱プレス)
各試料の素材板を成形型(凸面を有する第一型、凹面を有する第二型)に収納して熱プレスを施す。
<成形型>
第一型は、曲率半径Rbが15000mmの球面を有する凸の大球面部と、この大球面部に部分的に設けられ、曲率半径Rbとは異なる曲率半径Rs(<Rb)の球面を有する凸の小球面部とを備える。第二型は、上記第一型の凸形状に対応した凹形状を有する。ここでは、曲率半径Rsが異なる成形型を用意し、反り量xが異なる複合部材を作製する。試料No.101,No.111は、曲率半径Rsの小球面部を備えておらず、曲率半径Rbが15000mmの大球面部のみを有する成形型を用いて作製する。小球面部の個数は6個とし、各小球面部は同一形状、同一の大きさとする。各小球面部の平面形状は円形であり、その直径は45mmである。6個の小球面部は、大球面部に対して所定の間隔で3列×2行で配置される。
<熱プレス条件>
Mg-SiCの素材板を用いる試料では、成形型の加熱温度を400℃、印加圧力を20MPa、保持時間を1分間とする。この保持時間経過後、上記加熱温度から室温(ここでは20℃)程度まで冷却する。上記加熱温度から100℃までの冷却過程において、印加圧力の80%以上100%以下の範囲から選択した圧力で加圧した状態で、冷却速度を3℃/min以下とする徐冷を行う。
Al-SiCの素材板を用いる試料では、加熱温度を550℃、印加圧力を20MPa、保持時間を100分間とする。冷却過程の条件は、Mg-SiCと同様とする(加圧状態で徐冷)。
ここでは、素材板を成形型の加熱温度に予熱して熱プレスを行う。予熱した素材板の中心(長方形の対角線の交点)が、第一型及び第二型における大球面部の中心に一致するように素材板を成形型に収納する。
上述の熱プレスが施された熱プレス加工物(基板)を各試料の複合部材とする。絶縁基板の接合前における各試料の複合部材の曲率半径R(mm)、反り量x(μm)を表1に示す。表1において、試料No.1~No.5、No.101~No.104は、Mg-SiCからなる基板を備える試料であり、試料No.11~No.15、No.111~No.114は、Al-SiCからなる基板を備える試料である。
曲率半径R、反り量xの測定方法の詳細は、上述の通りである。曲率半径Rの測定は、代表的には凸の反りを有する主面が上向きになるように各試料の複合部材を水平台等の上に配置して行う。以下に測定方法の概略を述べる。
各試料の複合部材は、平面視すると、概ね190mm×140mmの長方形の板材である。この板材における凸の反りを有する主面の三次元画像から、局所的な湾曲部を除いて半径測定領域aを抽出する。ここでは、長辺の長さが約170mm×短辺の長さが約20mmの長方形の半径測定領域a(図1参照)を、この長方形の中心が板材の重心Gと重なるように抽出する。半径測定領域aから、上記長方形の長辺に平行で、短辺を等分した点を通る輪郭抽出直線l1からl10をとる。各輪郭抽出直線lnに沿って、半径測定領域aの輪郭を描く複数の測定点をとる。測定点の集合βnごとに、複数の測定点を最小二乗法で近似した近似円弧γnを求める。10個の近似円弧γnの半径Rnの平均を各試料の複合部材の曲率半径R(mm)とする。集合βnの各測定点と近似円弧γn間の距離dの平均を球面誤差Eとする。なお、n=1から10とする。絶縁基板の接合前における各試料の複合部材の球面誤差は10μm以下である。
反り量x(μm)は、三次元画像から局所的な湾曲部を抽出し(ここでは6個)、三次元画像における最大変位量(μm)をとる点Pを抽出する。局所的な湾曲部を描く複数の測定点を最小二乗法で近似した近似曲線をとる。点Pを通る近似曲線と、曲率半径Rの球面状の反り部分との境界点を含む平面をとる。点Pとこの平面との間の距離を各試料の複合部材の反り量x(μm)とする。
三次元画像を用いることで、いずれの試料も、曲率半径が大きな球面状の反りを有することを確認できる。また、試料No.101,No.111を除く各試料は、上記球面状の反り部分に局所的に湾曲した領域が3列×2行で配置されていること(合計6個)を確認できる。ここでは、局所的な湾曲部は、平面視で円形状であり、三次元画像を利用して測定すると、その直径Dは45mmであり、上述の成形型の小球面部の直径に等しい。試料No.101,No.111は、曲率半径が大きな球面状の反りを有し、上述の局所的に湾曲した領域を有していない。
各試料の複合部材について、測定用試験片を切り出して市販の測定器を用いて、熱伝導率及び線膨張係数を測定する。熱伝導率は室温(ここでは20℃程度)で測定する。線膨張係数は、30℃から150℃の範囲について測定する。
各試料の複合部材を用いて、以下のようにして放熱性の評価部材を作製する。
各試料の複合部材として、四隅にボルト孔を備えるものを用意する。試料No.101,No.111を除き、各試料の複合部材における局所的な湾曲部の凹側に絶縁基板を半田で接合する。更にこの絶縁基板上に半導体素子を半田で接合する。試料No.101,No.111は、他の試料と概ね等しい位置に絶縁基板を接合する。ここでは、半導体素子はIGBT素子である。絶縁基板は、55mm×45mm×厚さ1mmのAlN焼結板であり(線膨張係数:4.5ppm/K、ヤング率:270GPa)、6枚の絶縁基板を接合する。絶縁基板の中心(対角線の交点)が局所的な湾曲部の中心(図1のC12参照)に実質的に一致するように各絶縁基板を各湾曲部に接合する。半田の固相線温度は200℃である。この半導体素子、絶縁基板、複合部材の積層体を評価部材とする。
各試料の複合部材として、四隅にボルト孔を備えるものを用意する。試料No.101,No.111を除き、各試料の複合部材における局所的な湾曲部の凹側に絶縁基板を半田で接合する。更にこの絶縁基板上に半導体素子を半田で接合する。試料No.101,No.111は、他の試料と概ね等しい位置に絶縁基板を接合する。ここでは、半導体素子はIGBT素子である。絶縁基板は、55mm×45mm×厚さ1mmのAlN焼結板であり(線膨張係数:4.5ppm/K、ヤング率:270GPa)、6枚の絶縁基板を接合する。絶縁基板の中心(対角線の交点)が局所的な湾曲部の中心(図1のC12参照)に実質的に一致するように各絶縁基板を各湾曲部に接合する。半田の固相線温度は200℃である。この半導体素子、絶縁基板、複合部材の積層体を評価部材とする。
30℃に保った水冷式の冷却器に、作製した評価部材をボルトにて締結する。評価部材における複合部材の凸側面を冷却器に押し付け、この状態で複合部材の四隅のボルト孔にボルトを挿通して締め付ける。冷却器に設置した評価部材の半導体素子に通電し、100Wの発熱を生じさせた後、所定時間の通電と非通電とを繰り返す。ここでは、「10分間の通電、10分間非通電で放置」を1サイクルとし、上述の100Wの発熱の発生後、2000サイクル繰り返す。1サイクル目の10分間の通電直後の半導体素子の温度(℃)と、2000サイクル目の10分間の通電直後の半導体素子の温度(℃)とを測定し、温度差(℃)を求める。Mg-SiCの基板を備える試料では試料No.3の温度差(℃)、Al-SiCの基板を備える試料では試料No.13の温度差(℃)をそれぞれ基準とし、この基準との差を表1に示す。半導体素子の温度の測定は、例えば、半導体素子の内部抵抗の温度依存性から求めることが挙げられる。その他、上記温度の測定には、市販の非接触式温度計や接触式温度計等も利用できる。
上述の6個の絶縁基板を接合した各試料の複合部材と、更に絶縁基板上に半導体素子を接合した各試料の複合部材とについて、曲率半径R(mm)、球面誤差E(μm)を上述のようにして測定する。半導体素子を接合した後の測定結果を表1に示す。この半導体素子の接合後の測定結果は、絶縁基板の接合後の測定結果を実質的に維持する。ここでの半径測定領域は、基板の外縁から10mmまでの領域を除いた領域(約170mm×約120mm)とする。
Al-SiCの基板を備える複合部材では、基板の線膨張係数が7.5ppm/Kであり、基板の熱伝導率が180W/m・Kある。Mg-SiCの基板を備える複合部材では、基板の線膨張係数が7.5ppm/Kであり、基板の熱伝導率が220W/m・KでありAl-SiCよりも高い。いずれの複合部材も、基板がSiCを70体積%程度含むため、熱伝導率が150W/m・K以上と高く、線膨張係数が10ppm/K以下と小さく、絶縁基板の線膨張係数(ここでは4.5ppm/K)にある程度近い。
以下の説明では、素材板の組成が同じもの同士を対比して行う。
表1に示すように、いずれの試料の複合部材も、絶縁基板の接合前において、基板の一面に曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下の球面状の反り(上述の大きな球面状の反り)を有することが分かる。また、いずれの試料の複合部材も、半導体素子が搭載された絶縁基板が接合された状態での曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下を満たす球面状の反りを有することが分かる。但し、上記球面状の反りを有していても、半導体素子の温度上昇度合いに差がある。具体的には、絶縁基板の接合前において、上記曲率半径Rの球面状の反りと共に、曲率半径Rとは異なる大きさ(ここでは反り量x(μm))の局所的な反り(上述の局所的な湾曲部)を有する試料No.1~No.5,No.102~No.104、試料No.11~No.15,No.112~No.114の複合部材(以下、多段反り試料群と呼ぶ)は、反り量xが0μmであり、上記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを実質的に有さない試料No.101,No.111と比較して、半導体素子の温度上昇を低減でき、放熱性に優れることが分かる。また、ここでは反り量xが30μm超100μm未満である試料No.1~No.5、No.11~No.15(以下、適正試料群と呼ぶ)は、反り量xが上記範囲外である試料No.102~No.104,No.112~No.114(以下、不適試料群と呼ぶ)と比較して、半導体素子の温度上昇をより低減でき、放熱性により優れることが分かる。試料No.1~No.5、No.11~No.15における上述の半導体素子の温度差は、基準に対して5℃以内と非常に小さい。
表1に示すように、いずれの試料の複合部材も、絶縁基板の接合前において、基板の一面に曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下の球面状の反り(上述の大きな球面状の反り)を有することが分かる。また、いずれの試料の複合部材も、半導体素子が搭載された絶縁基板が接合された状態での曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下を満たす球面状の反りを有することが分かる。但し、上記球面状の反りを有していても、半導体素子の温度上昇度合いに差がある。具体的には、絶縁基板の接合前において、上記曲率半径Rの球面状の反りと共に、曲率半径Rとは異なる大きさ(ここでは反り量x(μm))の局所的な反り(上述の局所的な湾曲部)を有する試料No.1~No.5,No.102~No.104、試料No.11~No.15,No.112~No.114の複合部材(以下、多段反り試料群と呼ぶ)は、反り量xが0μmであり、上記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを実質的に有さない試料No.101,No.111と比較して、半導体素子の温度上昇を低減でき、放熱性に優れることが分かる。また、ここでは反り量xが30μm超100μm未満である試料No.1~No.5、No.11~No.15(以下、適正試料群と呼ぶ)は、反り量xが上記範囲外である試料No.102~No.104,No.112~No.114(以下、不適試料群と呼ぶ)と比較して、半導体素子の温度上昇をより低減でき、放熱性により優れることが分かる。試料No.1~No.5、No.11~No.15における上述の半導体素子の温度差は、基準に対して5℃以内と非常に小さい。
試料No.101,No.111が上述の多段反り試料群に比較して放熱性に劣る理由の一つとして、絶縁基板及び半導体素子の接合後に、曲率半径Rが上述の範囲を満たす部分(半径測定領域)が存在するものの、曲率半径Rからずれた部分、つまり絶縁基板の接合前の反りを適切に有していない部分が存在することが考えられる。このことは、球面誤差が10μm以下から10μm超、更に15μm超にずれており、球面精度が低下していることから裏付けられる。また、試料No.101,No.111は、局所的な反りを有する試料No.104,No.114と比較すると、球面誤差が小さいものの放熱性に劣ることからも裏付けられる。試料No.104,No.114は、球面精度に劣るものの、局所的な反りの具備によって絶縁基板及び半導体素子の接合後でも凸の反りを有して、冷却器にある程度密着し易いと考えられる。これに対し、試料No.101,No.111は、絶縁基板の接合によって接合前の反りが部分的に戻って凹部等が生じ、この凹部等によって冷却器に密着し難くなると考えられるからである。
上述の局所的な反りを有する上記多段反り試料群は、絶縁基板の接合時に局所的な反り部分が変形することで、絶縁基板の接合後において曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易いと考えられる。また、この絶縁基板に半導体素子が搭載された後においても、曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易いと考えられる。その結果、上記の球面状の部分を冷却器に均一的に押し付けられて、基板を冷却器に密着できることで放熱性に優れると考えられる。特に、上述の適正試料群は、上述の曲率半径Rの球面状の反り(大反り部に相当)と、この球面状の反り部分の一部に設けられる局所的な反り(小反り部に相当)とを備えることで、更には反り量xが上述の特定の範囲を満たすことで絶縁基板の接合時に曲率半径Rの反りが戻ったり低減したりすること等をより確実に防止できると考えられる。このことは、上記適正試料群は、不適試料群と比較して、球面誤差Eが10.0μm以下、更に8.5μm以下と小さく、真球面状により近いことから裏付けられる。上述の反り戻りの防止によって、絶縁基板の接合後や半導体素子の搭載後において、基板の概ね全体に亘って曲率半径Rの球面状の反りを一様に有して、この球面状の反り部分を冷却器に密着させられるため、放熱性により優れると考えられる。
その他、この試験から以下のことが分かる。
(A)反り量xが上述の式[1]の値を満たす(試料No.3,No.13)、又は上述の式[1]の値に近いと(ここでは式[1]の値の±20%を満たす適正試料群(試料No.3,13以外))、絶縁基板の接合後において、曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い(適正試料群と不敵試料群とを比較参照)。
(B)上述の局所的な反りが平面視で円形の部分を有し、この円形の部分の直径Dと絶縁基板の外寸(ここでは短辺の長さ)とが概ね等しいことで、絶縁基板の接合時に上記局所的な反り部分が適切に変形し易く、接合後に曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。
(C)曲率半径Rが15000mm以上25000mm以下であり、反り量xが30μm超70μm以下であると、絶縁基板等の接合後に曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。
(D)Mg-SiCの基板を備えると、Al-SiCの基板を備える場合に比較して、放熱性に優れる(上述の熱伝導率を比較参照)。
(E)絶縁基板を接合した状態での曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下、かつ球面誤差Eが10.0μm以下の基板を用いれば、半導体素子を接合した後でも曲率半径が5000mm以上35000mm以下、かつ球面誤差が10.0μm以下を満たし、放熱性に優れる。
(a)上述の曲率半径Rの球面状の反りと、曲率半径Rとは異なる大きさの局所的な反りという複数の反りとを有する複合部材は、上述の大球面部と小球面部とを備える成形型を用いて、特定の加熱温度及び特定の印加圧力で成形する熱プレスを行うと共に、特定の加圧状態で冷却することで製造できる。このような特定の熱プレスを行うことで、残留応力も緩和でき、冷熱サイクルを受けても変形し難い複合部材が得られると考えられる。
(b)Mg-SiCの素材板を用いると、Al-SiCの素材板を用いる場合に比較して、熱プレス時の保持時間をより短くしても、上述の複数の反りを有する複合部材を製造でき、製造性に優れる。
(A)反り量xが上述の式[1]の値を満たす(試料No.3,No.13)、又は上述の式[1]の値に近いと(ここでは式[1]の値の±20%を満たす適正試料群(試料No.3,13以外))、絶縁基板の接合後において、曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い(適正試料群と不敵試料群とを比較参照)。
(B)上述の局所的な反りが平面視で円形の部分を有し、この円形の部分の直径Dと絶縁基板の外寸(ここでは短辺の長さ)とが概ね等しいことで、絶縁基板の接合時に上記局所的な反り部分が適切に変形し易く、接合後に曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。
(C)曲率半径Rが15000mm以上25000mm以下であり、反り量xが30μm超70μm以下であると、絶縁基板等の接合後に曲率半径Rの球面状の反りを一様に有し易い。
(D)Mg-SiCの基板を備えると、Al-SiCの基板を備える場合に比較して、放熱性に優れる(上述の熱伝導率を比較参照)。
(E)絶縁基板を接合した状態での曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下、かつ球面誤差Eが10.0μm以下の基板を用いれば、半導体素子を接合した後でも曲率半径が5000mm以上35000mm以下、かつ球面誤差が10.0μm以下を満たし、放熱性に優れる。
(a)上述の曲率半径Rの球面状の反りと、曲率半径Rとは異なる大きさの局所的な反りという複数の反りとを有する複合部材は、上述の大球面部と小球面部とを備える成形型を用いて、特定の加熱温度及び特定の印加圧力で成形する熱プレスを行うと共に、特定の加圧状態で冷却することで製造できる。このような特定の熱プレスを行うことで、残留応力も緩和でき、冷熱サイクルを受けても変形し難い複合部材が得られると考えられる。
(b)Mg-SiCの素材板を用いると、Al-SiCの素材板を用いる場合に比較して、熱プレス時の保持時間をより短くしても、上述の複数の反りを有する複合部材を製造でき、製造性に優れる。
本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上述の試験例1において、基板の組成、平面形状、小反り部の仕様(大きさ、個数、形成位置等)、大きさ(長さ、幅、厚さ、曲率半径R、反り量x)、熱プレス条件、複合時の条件等を適宜変更できる。また、基板を球欠形態とすることができる。
1 複合部材、 10 基板、 11 大反り部、 12 小反り部、 120 円、 125 湾曲部同士の重複領域、 15 閉領域、 20 金属、 22 非金属、 3 放熱部材、 5 半導体装置、 50 半導体素子、 52 絶縁基板、 54 接合材。
Claims (11)
- 金属と非金属とを含む複合材料からなる基板を備え、
前記基板は、
その一面に設けられた曲率半径Rの球面状の反りを有する大反り部と、
前記大反り部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rとは異なる大きさの反りを有する小反り部とを備え、
前記曲率半径Rは、5000mm以上35000mm以下であり、
前記基板の熱伝導率が150W/m・K以上であり、
前記基板の線膨張係数が10ppm/K以下である複合部材。 - 前記曲率半径Rは、15000mm以上25000mm以下であり、
前記小反り部の反り量は、30μm超70μm以下である請求項1に記載の複合部材。 - 前記小反り部は、平面視で円形の部分を含み、その直径は5mm以上150mm以下である請求項1又は請求項2に記載の複合部材。
- 複数の前記小反り部を備える請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合部材。
- 前記非金属の含有量が55体積%以上である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の複合部材。
- 前記金属は、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金であり、
前記非金属はSiCを含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の複合部材。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の複合部材と、
前記小反り部に接合材を介して接合された絶縁基板とを備え、
前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である放熱部材。 - 請求項7に記載の放熱部材と、
前記絶縁基板に搭載された半導体素子とを備え、
前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の曲率半径Rが5000mm以上35000mm以下である半導体装置。 - 前記半導体素子が搭載された前記絶縁基板が接合された状態での前記基板の球面誤差が10.0μm以下である請求項8に記載の半導体装置。
- 前記絶縁基板の厚さが1mm以上である請求項8又は請求項9に記載の半導体装置。
- 金属と非金属とを含む複合材料からなる素材板を成形型に収納して熱プレスを行うプレス工程を備え、
前記成形型は、
曲率半径Rbの球面を有する大球面部と、前記大球面部に部分的に設けられ、前記曲率半径Rbとは異なる曲率半径の球面を有する小球面部とを備え、
前記曲率半径Rbは5000mm以上35000mm以下であり、
前記プレス工程は、
加熱温度を200℃超とし、印加圧力を10kPa以上として所定時間保持する保持工程と、
前記印加圧力の80%以上の加圧状態を保持したまま前記加熱温度から100℃以下まで冷却する冷却工程とを備える複合部材の製造方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112397835A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | Sk新技术株式会社 | 二次电池及包括该二次电池的电池模块 |
EP3937226A1 (en) * | 2020-07-06 | 2022-01-12 | Infineon Technologies AG | Base plate for a semiconductor module arrangement and method for producing a base plate |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158229A (ja) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュールの製造装置 |
JP2007088045A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Dowa Holdings Co Ltd | 複数の半導体基板を搭載するための放熱板およびそれを用いた半導体基板接合体 |
US20080101032A1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-05-01 | Roman Tschirbs | Base Plate For A Power Semiconductor Module |
JP2010106362A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材及びその製造方法 |
WO2012108073A1 (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-16 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール用放熱板の製造方法、その放熱板およびその放熱板を用いた半導体モジュール |
JP2012197496A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材 |
WO2013002249A1 (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | ローム株式会社 | 半導体モジュール |
US20130193591A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Infineon Technologies Ag | Power Semiconductor Module with Pressed Baseplate and Method for Producing a Power Semiconductor Module with Pressed Baseplate |
JP2016167548A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法 |
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158229A (ja) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | パワー半導体モジュールの製造装置 |
JP2007088045A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Dowa Holdings Co Ltd | 複数の半導体基板を搭載するための放熱板およびそれを用いた半導体基板接合体 |
US20080101032A1 (en) * | 2006-10-26 | 2008-05-01 | Roman Tschirbs | Base Plate For A Power Semiconductor Module |
JP2010106362A (ja) * | 2008-10-03 | 2010-05-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材及びその製造方法 |
WO2012108073A1 (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-16 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール用放熱板の製造方法、その放熱板およびその放熱板を用いた半導体モジュール |
JP2012197496A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合部材 |
WO2013002249A1 (ja) * | 2011-06-27 | 2013-01-03 | ローム株式会社 | 半導体モジュール |
US20130193591A1 (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Infineon Technologies Ag | Power Semiconductor Module with Pressed Baseplate and Method for Producing a Power Semiconductor Module with Pressed Baseplate |
JP2016167548A (ja) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 三菱マテリアル株式会社 | 放熱板付パワーモジュール用基板の製造方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112397835A (zh) * | 2019-08-13 | 2021-02-23 | Sk新技术株式会社 | 二次电池及包括该二次电池的电池模块 |
CN112397835B (zh) * | 2019-08-13 | 2024-03-26 | Sk新能源株式会社 | 二次电池及包括该二次电池的电池模块 |
EP3937226A1 (en) * | 2020-07-06 | 2022-01-12 | Infineon Technologies AG | Base plate for a semiconductor module arrangement and method for producing a base plate |
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