本發(fā)明涉及一種安裝于高性能的半導體組件的封裝體(以下簡記為PKG)的、表面具有缺陷少的金屬層、具有適于半導體組件的線膨脹系數(shù)和大的熱導率的廉價的金屬金剛石系的散熱基板及其制造方法。

背景技術：

對于半導體組件，有LSI、IGBT、功率半導體、電波·光通信用半導體、激光、LED、傳感器等用途，根據(jù)它們所需的性能，結(jié)構(gòu)也多種多樣。半導體組件是利用由不同的線膨脹系數(shù)和熱導率的材料形成的構(gòu)件構(gòu)成的、非常高精密的儀器，對于其PKG中使用的散熱基板，也提出了許多各式各樣的復合材料、形狀。

對于半導體組件的散熱基板，在PKG的制作、半導體器件的軟釬焊中，為了確保性能、壽命，需要適當?shù)木€膨脹系數(shù)。為了將半導體器件的熱散出進行冷卻來確保性能、壽命，熱導率也需要高的值。此外，為了將各種構(gòu)件、半導體器件接合，容易實施良好的鍍覆也是非常重要的。

另外，若對散熱基板的形狀進行大致劃分，則有厚度1mm以下的數(shù)mm見方的底座(submount)、平板、螺紋固定平板、三維形狀等，期望容易得到這些形狀的制法。

散熱基板最初使用Cu，但因近年的半導體組件的高性能化，放熱量變大，目前為止的Cu線膨脹系數(shù)過大，因此在PKG的制造工序和耐久性、進而半導體器件的性能壽命方面產(chǎn)生了問題。因此，要求具有與高性能半導體組件相對應的線膨脹系數(shù)的散熱基板。

作為其對策，開發(fā)了能夠變更·調(diào)整線膨脹系數(shù)、能夠?qū)诟咝阅馨雽w組件的線膨脹系數(shù)的CuW、CuMo(專利文獻1)。另外，作為需要輕量化的情況下的應對方式，開發(fā)了AlSiC(專利文獻2)。但是，這些復合材料均存在如下問題：適合于半導體組件的線膨脹系數(shù)下的熱導率為320W/m·K以下的值、比Cu小。

因此期望具有CuW、CuMo、AlSiC所包括的范圍的6.5ppm/K以上且15ppm/K以下的線膨脹系數(shù)、熱導率與Cu的393W/m·K相同、或為其以上為金屬中熱導率最高的Ag的420W/m·K以上的材質(zhì)，正在研究開發(fā)各種散熱基板的復合材料。

對于散熱基板，除了線膨脹系數(shù)和熱導率的特性以外，鍍覆的品質(zhì)很重要。在半導體組件制造廠通過軟釬焊接合半導體器件、絕緣板時，若在接合界面存在很多孔隙，則熱的流動被阻斷，在半導體器件、絕緣板發(fā)生剝離、破壞。因此需要能實施可良好軟釬焊的最終的Ni系鍍覆的、具有缺陷少的表層的散熱基板。

最終的Ni系鍍覆有用于確保品質(zhì)的各種方式，為了與這些方式相對應，存在在散熱基板制造廠進行鍍覆的情況和在PKG制造廠進行鍍覆的情況，為了與品質(zhì)相對應，進行了各種各樣的Ni系鍍覆、軟纖料材質(zhì)、軟釬焊條件等的開發(fā)。在這些開發(fā)中，為了確保最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)，散熱基板的表層缺陷少是極其重要的，為了實現(xiàn)這點，進行了各種散熱基板的開發(fā)。

由于最終的Ni系鍍覆有各種方式，因此通常將實施最終的Ni系鍍覆前的線膨脹系數(shù)和熱導率的值用作復合材料的散熱基板的基準特性。

Cu的散熱基板由于表層缺陷少，因此容易實施良好的最終的Ni系鍍覆。但是若CuW、CuMo的機械加工品、研磨品的相對密度較低，則容易產(chǎn)生表層缺陷的問題，因此在實用化中需要相對密度為真密度的99％以上。但是對于CuMo系的包層品(金屬被覆物)，由于在其上下形成的表層為Cu層，因此能夠避免在實施最終的Ni鍍覆上的問題。

AlSiC存在即使相對密度為真密度的99％以上也難以對陶瓷的SiC進行鍍覆的問題。但是即使在復合材料中存在小孔(存在于表面的微細的孔)等缺陷、難以進行鍍覆的SiC，在制作復合材料時通過在其表層設置純Al箔、熔滲金屬的Al的層，也能夠良好地實施最終的Ni系鍍覆。

近年，由于半導體組件的迅速發(fā)展和高性能化，半導體器件的放熱變大，隨之，熱對策變得重要。因此強烈希望開發(fā)具有能夠與半導體組件的線膨脹系數(shù)相對應的線膨脹系數(shù)、并且熱導率高、在比軟釬焊潤濕性評價(solderwettability test)更嚴格的接合界面的孔隙評價(void assessment test)中合格的、能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的新的高品質(zhì)散熱基板。

作為高性能半導體組件的散熱基板，金屬金剛石的散熱基板有獲得高的熱導率的可能性而較有前景，因此目前為止對其進行了各種研究開發(fā)并進行了報告。

有如下報告：在僅金屬和金剛石的情況下，金屬對金剛石的潤濕性很差，通過已有的CuW、CuMo的制法中所采用的熔滲法、燒結(jié)法，難以制造能夠用于散熱基板的復合材料。在這樣的背景下，通過將Cu和金剛石的粉末裝罐中(canning)并在高溫、5萬大氣壓的高壓下進行燒結(jié)的超高壓燒結(jié)法(專利文獻3)，可得到高的熱導率。但是，雖然通過該制法可得到相對密度高的復合材料，但由于金剛石的含量高，因此不僅線膨脹系數(shù)過小，而且制造成本也變高。另外，在制品形狀的制作加工中需要塊狀原材料的切片加工、磨削加工，由于由其引起的缺陷，最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)會產(chǎn)生問題，用途受到限定。

有如下報告：通過對將主金屬、添加金屬和金剛石的粉末混合而成的壓粉體進行燒結(jié)，能夠在金剛石表面產(chǎn)生添加金屬的碳化物、能得到高的熱導率(專利文獻4)。但是，通過這樣的燒結(jié)法得到的合金復合體不穩(wěn)定、得不到高的真密度，因此存在如下問題：在合金復合體的表面有很多小孔，無法確保良好的最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)。因此不能得到能夠用作散熱基板的合金復合體。

有如下報告：使用將金屬熔滲至在金剛石粉末的表層形成有添加金屬的碳化物的膜的骨架中的制法，可得到高的熱導率(專利文獻5)。該制法與燒結(jié)法相比能得到高的真密度和熱導率，但由于骨架的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，因此會產(chǎn)生組成不均的問題。另外存在如下問題：需要用金剛石磨石將外周的剩余的熔滲金屬磨削去除，由此會發(fā)生復合材料表面的金剛石的缺口、脫落、特別是金剛石與金屬的界面剝離等，從而即使實施了金屬的蒸鍍，也無法實施具有散熱基板所需品質(zhì)的最終的Ni系鍍覆。因此不能成為能夠用作散熱基板的復合材料。

有如下報告：通過SPS(Spark Plasma Sintering：放電等離子體燒結(jié))法對金剛石粉末上鍍覆有Cu的粉末的壓粉體進行燒結(jié)，從而得到高的熱導率(專利文獻6)。但是，對金剛石粉末進行Cu鍍覆的費用高，而且為了通過SPS通電燒結(jié)法得到高的熱導率，需要長時間的燒結(jié)，因此存在生產(chǎn)率低的問題。另外存在如下問題：有時在表層金剛石會露出，無法確保能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)。

有如下報告：通過使Al·Si·Mg合金加壓熔滲至對金剛石粉末實施了SiC的陶瓷涂覆的骨架中(專利文獻7)，熱導率高且在表層形成了熔滲金屬的膜，結(jié)果最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)也令人滿意。但是，在薄的散熱基板的情況下，由于在表層有熱導率小的熔滲金屬的層，因此不適于散熱基板。另外，使用精密的夾具在表層設置熔滲金屬的層時，制造難度高、不能廉價地制成復合材料，因此不經(jīng)濟。而且不能說表層熔滲金屬的膜一定適于最終的Ni系鍍覆。進而該制法只適用于Al合金，為了確保骨架的穩(wěn)定性，組成范圍也限定為Al合金是60％以下。因此能夠用作散熱基板的范圍存在界限，用途受到限定。

有如下報告：對將Cu熔滲至對金剛石粉末實施了金屬、陶瓷的涂覆的壓粉體中而成的復合材料與純Cu板進行銀硬釬焊，制造了PKG(專利文獻8)。但是，對金剛石粉末施加金屬、陶瓷的涂覆的費用高、而且需要用金剛石磨石將外周的剩余的熔滲金屬磨削去除，然后對Cu板進行銀硬釬焊，因此制造工序多，不經(jīng)濟。另外，若對金屬金剛石的散熱基板與純Cu板進行銀硬釬焊，則Cu與銀硬釬焊材料反應而形成合金，生成熱導率小的層。另外存在如下問題：即使Cu板厚，在硬釬焊部也產(chǎn)生孔隙等缺陷。因此能夠用作散熱基板的復合材料還未商品化。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平6-13494號公報

專利文獻2：日本特開2004-55577號公報

專利文獻3：國際公開第2003/040420號

專利文獻4：日本特開平11-67991號公報

專利文獻5：日本特開平10-223812號公報

專利文獻6：日本特開2008-248324號公報

專利文獻7：國際公開第2010/007974號

專利文獻8：日本特表2006-505951號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

有如下報告：對于目前為止所報告的金屬金剛石系的合金復合體的散熱基板，通過改變金屬與金剛石的比率，能夠?qū)崿F(xiàn)線膨脹系數(shù)的可變·調(diào)整，通過增大金剛石的比率、使用大的顆粒的金剛石，由此能得到具有超過Cu、Ag的熱導率的大熱導率的散熱基板。

但是，對于金屬金剛石系的散熱基板，即使是真密度為99％以上的合金復合體，若在表層露出有金剛石，則會產(chǎn)生與露出的金剛石相同程度大小的鍍覆孔缺陷而未鍍覆。因此存在鍍覆孔缺陷被轉(zhuǎn)印在最終的Ni系鍍覆上并顯現(xiàn)在表層的問題。另外存在如下問題：雖然在用金剛石磨石進行磨削之后通過進行Ti等金屬的蒸鍍，金剛石通過鍍覆被覆蓋而沒有鍍覆孔缺陷，但由于金剛石與金屬的界面剝離帶來的影響，在鍍覆的金屬層表層新產(chǎn)生數(shù)μm以下的小孔，因此，無法確保能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)。

另一方面，對于以主金屬、添加金屬及金剛石的粉末為主成分、通過液相燒結(jié)制作的合金復合體，由于露出的金剛石的表面被由添加金屬的碳化物和金屬形成的層覆蓋，因此不產(chǎn)生鍍覆孔缺陷。但是存在如下問題：與Cu等相比，添加金屬的碳化物不易進行鍍覆、密合性低，因此容易在內(nèi)部產(chǎn)生孔隙，另外，在表層也容易產(chǎn)生數(shù)μm以下的小孔。同時存在如下問題：由于燒結(jié)性差，因此合金復合體的相對密度容易變低，另外，在表層也容易產(chǎn)生小孔，這些導致在鍍覆的金屬層產(chǎn)生小孔缺陷、無法確保最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)。

用于解決問題的方案

為了解決這樣的問題，本發(fā)明的散熱基板通過在以金屬和金剛石的粉末為主成分、通過各種制法制作的合金復合體的表面通過鍍覆形成金屬層，在金屬層的熔點以下、并且合金復合體的熔點以下對該金屬層進行加熱加壓，由此得到表層具有缺陷少的金屬層、具有適于半導體組件的線膨脹系數(shù)和高熱導率的金屬金剛石系的散熱基板。

即，本發(fā)明的散熱基板的制造方法的特征在于，

對以金屬和金剛石的粉末為主成分的合金復合體的表面進行鍍覆處理，形成金屬層，

對形成有前述金屬層的前述合金復合體在該金屬層的熔點以下且該合金復合體的熔點以下進行加熱及加壓，由此修復前述金屬層缺陷。

此處，上述“合金復合體”為粉體的混合物，具有一定的自支撐的形狀。例如本發(fā)明的合金復合體可以通過對金屬和金剛石的混合粉末進行模壓而獲得，優(yōu)選在模壓后進行液相燒結(jié)來制作。另外，也可以通過熔滲法等其它方法來制成合金復合體。

另外，“該金屬層的熔點以下且該合金復合體的熔點以下”是指為金屬層和合金復合體的熔點中更低的溫度以下。

如上所述，由于在金屬層及合金復合體的溫度以下(即，維持金屬層和合金復合體的固相)進行加熱及加壓處理的條件是與固相燒結(jié)中所使用的條件共通的，因此在本說明書中，方便起見，也將上述進行加熱及加壓的處理稱為固相燒結(jié)。但是，即使是在該情況下，該處理的主要目的也是修復金屬層的缺陷，優(yōu)選重構(gòu)合金復合體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但不是必須的。

其中在通過在主金屬·添加金屬·金剛石的混合粉末的模壓后進行液相燒結(jié)等方法而得到的合金復合體上，通過鍍覆形成金屬層后，進而在前述條件下進行加熱加壓，由此得到表層具有缺陷少的金屬層、線膨脹系數(shù)處于6.5～15ppm/K的范圍、熱導率為420W/m·K以上的半導體組件用的散熱基板。

即，對于本發(fā)明的散熱基板的制造方法，理想的是制作以主金屬、與該主金屬不同種類的添加金屬及金剛石的粉末為主成分的前述合金復合體。

前述主金屬可以為Ag、Cu、Al及它們的合金中的至少1種。

另外，優(yōu)選的是，前述添加金屬可以為Ti、Cr、Co、Mn、Ni、Fe、B、Y、Si、Mg及Zn中的至少1種，其添加量為合金復合體整體的1vol％以上且15vol％以下。

粉末冶金的燒結(jié)法為高精度、能夠以最低成本制造各種各樣制品的方法，能夠以近凈形制造小型·中型品的可能性高，通過該技術開發(fā)了各種半導體部件并進行了實用化。

但是，若僅對金屬粉末和金剛石粉末進行液相燒結(jié)，則有時金屬對金剛石的潤濕性差、在燒結(jié)時金屬與金剛石會分離或者金屬在表層會生成為粒狀，得不到正常的合金復合體。

另一方面，雖然對主金屬·添加金屬·金剛石的混合粉末的模壓體進行液相燒結(jié)而得到的合金復合體存在相對密度低而不穩(wěn)定的情況，但由于在露出的金剛石的表面有由添加金屬的碳化物和主金屬形成的層，因此即使通過鍍覆形成金屬層，也不易產(chǎn)生大的缺陷。但是，不能說添加金屬的碳化物和主金屬一定容易進行鍍覆。同時由于燒結(jié)性差，因此在合金復合體與金屬層界面也容易產(chǎn)生孔隙。這些導致存在無法確保最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)的問題。進而若金屬層鍍覆的厚度變大，則密合性降低、在內(nèi)部產(chǎn)生很多孔隙等。另外，若表層的顆粒大，則有時也會產(chǎn)生凹凸而脫落。

在這樣的背景下，即使是對主金屬·添加金屬·金剛石的混合粉末的模壓體進行液相燒結(jié)而得到的合金復合體，作為進行能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的最終的Ni系鍍覆的方法，通過對在合金復合體上通過鍍覆形成金屬層而成的物質(zhì)在前述條件下進行加熱加壓，從而金屬層的密合性提高，另外，能夠修復金屬層的內(nèi)部孔隙、小孔、粗糙等缺陷。另外發(fā)現(xiàn)，通過對金屬層進行加熱加壓，也能夠得到合金復合體進一步致密化、特性提高而穩(wěn)定化的效果。

對于高性能組件的散熱基板的品質(zhì)，近年來，以對散熱基板進行最終的Ni系鍍覆并軟釬焊于半導體器件、絕緣板的狀態(tài)下的焊接孔隙率來確認。因此，通過測定焊接孔隙率，確認了：如果在表層形成缺陷少的金屬層，則散熱基板能夠確保最終的Ni系鍍覆品質(zhì)，能夠進行對嚴格的標準而言合格的良好的軟釬焊。

另外，本發(fā)明的散熱基板的特征在于，

具有合金復合體和形成于該合金復合體的表面上的金屬層，所述合金復合體以主金屬、與該主金屬不同種類的添加金屬及金剛石的粉末為主成分，

所述散熱基板的線膨脹系數(shù)為6.5ppm/K以上且15ppm/K以下，熱導率為420W/m·K以上，前述金屬層的表面的缺陷的比率為5％以下。

前述表面的缺陷為所謂小孔，這樣的小孔所占的面積的比率例如可以通過上述焊接孔隙率來進行評價。

上述“合金復合體”與本發(fā)明的散熱基板的制造方法中的“合金復合體”同樣，為粉體的混合物，具有一定的自支撐的形狀。該合金復合體可以為主金屬、添加金屬及金剛石的混合粉末的模壓體，優(yōu)選為進而對該模壓體進行液相燒結(jié)而得到的物質(zhì)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，在以金屬·金剛石·添加物的粉末為主成分的合金復合體上通過鍍覆形成金屬層后，通過在真空中等不易氧化的氣氛中、在金屬層及合金復合體的熔點以下進行加熱及加壓，從而將金屬層表面的小孔、內(nèi)部的孔隙修復而得到缺陷少的金屬層。由此，能夠制成可以確保能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的最終的Ni系鍍覆品質(zhì)的散熱基板。另外，使合金復合體致密化，也能提高相對密度、熱導率。

可以確認，如果得到缺陷少的金屬層、滿足散熱基板所要求的線膨脹系數(shù)和熱導率的值的要件，以及內(nèi)部的合金復合體的相對密度不是非常低而為90％以下，則最終的Ni系鍍覆品質(zhì)不會存在特別大的問題，可以適宜地用作散熱基板。

在散熱基板需要耐熱性的情況下，主金屬采用Ag、Cu、它們的合金即可，在需要輕量化的情況下，主金屬采用Al、Al合金即可。這樣能夠制作覆蓋與CuW、CuMo、AlSiC的散熱基板的相同程度的線膨脹系數(shù)的范圍、能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊、并且熱導率高的合金復合體。

若使用本發(fā)明的散熱基板的制造方法，則對于散熱基板的形狀，也可以與底座(submount)(數(shù)毫米見方×厚度0.1～1mm)、平板(10～250mm見方×厚度0.8～5mm)、螺紋固定平板(10～250mm見方×厚度0.8～5mm)、平板、三維形狀(大小10～50mm×厚度1～5mm)等相對應。

另外，所要求的厚度精度嚴格的散熱基板需要磨削。與以往的包含金屬金剛石的合金復合體的散熱基板同樣地，本發(fā)明的散熱基板也存在如下情況：由于使用了金剛石磨石的磨削，會發(fā)生合金復合體表面的金剛石的缺口、脫落、特別是在合金復合體的表面露出的金剛石與金屬層間界面會剝離，即使進行了金屬的蒸鍍也無法實現(xiàn)良好的最終的Ni系鍍覆。本發(fā)明的散熱基板的制造方法中，在合金復合體上蒸鍍Ti、Cr、Au、Pt等金屬后通過鍍覆形成金屬層，然后進行加熱及加壓，由此消除了上述問題，從而能夠確保良好的最終的Ni系鍍覆。

進而，在需要制造具有高機械強度、大熱導率的散熱基板而不改變組成的情況下，將通過液相燒結(jié)等制作的合金復合體在略低于熔點的高溫下以高的壓力進行加壓后，通過鍍覆形成金屬層，對形成有該金屬層的合金復合體進行加熱及加壓即可。

接著，前述加熱及加壓可以在真空、減壓、非氧化、還原、非活性氣體等氣氛中進行，但裝置大型化而燒結(jié)需要時間。另一方面，通過使用市售的電阻焊機，在水中進行加熱及加壓，能夠容易并且廉價地制造本發(fā)明的散熱基板。另外，在該制法中，由于不需要切片、磨削、切斷等加工，因此能使用大的金剛石顆粒、以高熱導率得到近凈形的散熱基板。

本發(fā)明為能夠應用現(xiàn)有的技術，在金屬金剛石系的合金復合體上容易地設置能夠?qū)崿F(xiàn)良好的軟釬焊的、缺陷少的金屬層的技術。另外，本發(fā)明的一個實施方式是通過在水中進行加熱及加壓這種新的技術，能夠以近凈形制作使用了金屬·添加物·金剛石的合金復合體的散熱基板的技術。進而在鍍覆后通過進行加熱及加壓，還能夠?qū)崿F(xiàn)合金復合體的相對密度、熱導率的提高和穩(wěn)定。

本發(fā)明能夠用近凈形制作使用了金屬·添加金屬·金剛石的合金復合體的高性能的散熱基板，該散熱基板用CuW、CuMo、AlSiC等是無法制造的。

如上所述，本發(fā)明的一個實施方式中，在將主金屬·添加金屬·金剛石的粉末混合進行模壓后，進行液相燒結(jié)而制作合金復合體，在該合金復合體上設置金屬層后，通過進行加熱加壓這種兩階段的處理，能夠得到表層具有缺陷少的金屬層、線膨脹系數(shù)為6.5ppm/K以上且15ppm/K以下的范圍、熱導率為420W/m·K以上、并且價格低的新構(gòu)思的半導體組件的散熱基板。

附圖說明

圖1為在水中進行二次處理的裝置的概略圖。

圖2為示出上述散熱基板的截面的放大照片。

具體實施方式

(組成)

已經(jīng)報告了：若主金屬為Ag、Cu、Al、它們的合金，則通過在將添加金屬·金剛石的粉末理想地混合并進行模壓后進行液相燒結(jié)，能夠制造線膨脹系數(shù)為6.5ppm/K以上且15ppm/K以下、熱導率為420W/m·K以上的散熱基板。但是，存在即使使用添加金屬，燒結(jié)也不穩(wěn)定，相對密度低、無法確保最終的Ni系鍍覆的品質(zhì)的問題，另外，也有熱導率的浮動大、熱導率不能穩(wěn)定地達到420W/m·K以上的問題等，因此無法實用化。

本發(fā)明通過在以金屬和金剛石的粉末為主成分的合金復合體的表面上通過鍍覆形成金屬層后，在該金屬相及該合金復合體的熔點以下進行加熱加壓(以下，方便起見，也將該加熱及加壓處理稱為“固相燒結(jié)”。)，在表層形成缺陷少的金屬層，從而實現(xiàn)熱導率的提高和穩(wěn)定。此處，“合金復合體”是指制作成的塊狀體。合金復合體可以通過例如對金屬和金剛石的混合粉末進行模壓而獲得，優(yōu)選在模壓后進行液相燒結(jié)來制作高密度的合金復合體。另外，也可以通過熔滲法等其它方法來制成合金復合體。

在需要耐熱性的情況下，理想的是使用Ag、Cu、或它們的合金作為主金屬。在為大型的散熱基板且需要輕量化的情況下，理想的是使用Al、Al合金作為主金屬。

添加金屬只要為能夠與金剛石形成碳化物、或與主金屬形成合金的元素，就不特別指定，為Ti、Cr、Co、Mn、Ni、Fe、B、Y、Si、Mg、Zn等，其量為合金復合體整體的1vol％以上且15vol％以下，即使是多種，只要有效果，就沒有問題。需要說明的是，添加金屬的量無論是小于1vol％還是超過15vol％，熱導率都達不到420W/m·K以上。

主金屬為Ag、Cu及它們的合金中的任意物質(zhì)的情況下，添加金屬可以使用例如Ti、Cr、Co、Mn、Ni、Fe、B，其添加量理想的為合金復合體整體的1vol％以上且5vol％以下。無論添加量是小于1vol％還是超過5vol％，熱導率均達不到420W/m·K以上。另外，主金屬為Al、Al合金的情況下，添加金屬可以使用例如Si，其添加量理想的為合金復合體整體的5vol％以上且15vol％以下。無論添加量是小于5vol％還是超過15vol％，熱導率均達不到420W/m·K以上。另外，通過添加1.0vol％Mg，從而有后述的液相燒結(jié)穩(wěn)定的效果。

為了確保熱導率的值，理想的是金剛石粉末的95％以上為10μm以上且1000μm以下的范圍。為10μm以下時，不能獲得熱導率420W/m·K以上。為1000μm以上時，熱導率提高的效果少，而且切斷等的加工性顯著降低、進而粉末價格大幅地變高。另外，即使混合有上述范圍內(nèi)外的大小顆粒的金剛石粉末，若上述范圍內(nèi)的大小的金剛石粉末的量為95％以上，則沒有問題。即，即使混入5％以內(nèi)的10μm以下、1000μm以上的大小的金剛石粉末，也沒有問題。

此外，由于金剛石粉末昂貴，因此即使用廉價且低線膨脹系數(shù)的SiC、W、Mo等的粉末置換金剛石粉末的一部分，只要在本發(fā)明中滿足散熱基板的特性，就沒有問題。

(液相燒結(jié))

對主金屬、添加金屬及金剛石的混合粉末進行模壓后的燒結(jié)優(yōu)選為在真空、減壓、加壓、非氧化、還原氣體、非活性氣體中、在主金屬的液相出現(xiàn)的溫度(熔點)以上的液相燒結(jié)。通過進行液相燒結(jié)，在金剛石顆粒的表層，添加金屬與金剛石反應，能夠生成碳化物。進而能夠形成碳化物和添加金屬和主金屬進行反應而得到的合金層，能夠形成以金屬·添加物·金剛石的粉末為主成分的合金復合體。

(金屬層)

金屬層是在液相燒結(jié)后的合金復合體或其研磨品上被覆鍍覆層而形成的，由Ag、Cu、Ni、或它們的合金形成，如果厚度為5μm以上且200μm以下，則合金復合體的整面、上下、僅安裝半導體器件的部分均沒有問題。特別是，柔軟、熱導率大的Ag、Cu的金屬層是適當?shù)?，Ni或它們的合金的鍍覆對Al系金剛石的大型的、尺寸厚的散熱基板是有效的。另外，作為金屬層，也可以鍍覆多層Ag、Cu、Ni或它們的合金。

金屬層的厚度為5μm以下時，即使進行加熱加壓，也難以在散熱基板上整體設置必需的缺陷少的金屬層。另外，為200μm以上時，金屬層容易變得非常不穩(wěn)定，另外，鍍覆所需的費用變高。

(固相燒結(jié))

鍍覆后的固相燒結(jié)可以在真空、減壓、加壓、非氧化、非活性氣體、阻燃性液體、不燃性液體等氣氛中進行，若通過水中法進行通電燒結(jié)，則能以近凈形進行制作，并且在成本上也是有利的。通過在金屬層及合金復合體的熔點以下、50MPa以上且500MPa以下的條件(相當于固相燒結(jié)的條件)下進行加熱及加壓，能夠?qū)㈠兏灿诤辖饛秃象w表面的金屬層的缺陷修復，進而實現(xiàn)合金復合體自身的熱導率的提高和穩(wěn)定化。該制造可以通過熱壓(以下簡記為HP)、鍛造、通電燒結(jié)等來實現(xiàn)。通過該固相燒結(jié)，能夠使鍍覆于包含金屬和金剛石的合金復合體的表面的由Ag、Cu、Ni、它們的合金形成的金屬層成為Cu的散熱基板的表層那樣的缺陷少的狀態(tài)。

在將薄的片、晶圓固相燒結(jié)的情況下，通過使用HP，能夠分多段進行制造，是有效的。另外，對于近凈形，通電燒結(jié)為適當?shù)摹＿M而通過施加溫度、壓力，可實現(xiàn)熱導率的提高、穩(wěn)定化。Ag、Cu、Ni、它們的合金的鍍覆在高溫時會軟化，因此優(yōu)選在溫度400℃以上且熔點以下、在壓力50MPa以上且500MPa以下進行燒結(jié)。溫度為400℃以下時，難以實現(xiàn)充分的修復，另外，若為600℃以上，則自夾具、電極之間開始出現(xiàn)大的毛刺，因此夾具的壽命會顯著降低。為Al、Al合金時，由于熔點低，因此理想的是500℃以下。

壓力優(yōu)選設為50MPa以上，其以下時，難以實現(xiàn)金屬層的充分修復。另外，為500MPa以上時，由于必須使用大型裝置進行加壓，因此不經(jīng)濟，另外，通常的夾具、電極有時會破壞。因此重要的是選擇適于合金復合體、金屬層的種類的固相燒結(jié)的條件(溫度、壓力)、夾具、及電極。

就在真空、氣體中等的固相燒結(jié)而言，裝置大型化，進行加熱加壓需要時間，另外，難以自動化。水中的固相燒結(jié)也能同樣地獲得金屬層的鍍覆改善效果。通過使用市售的電阻焊機，在水中用金屬電極夾持表面形成有金屬層的合金復合體，進行通電燒結(jié)，能夠以數(shù)十秒的短時間進行固相燒結(jié)，并且也能自動化。通過在保持由金屬的電極夾持的狀態(tài)下反復進行電流的接通和斷開的通電，從而金屬層的鍍覆改善效果提高。在形狀上也能以近凈形大量生產(chǎn)小型品、螺紋固定平板、三維形狀品的散熱基板。另外，若使用該制法，則可得到高的表面精度，因此不需金剛石磨石的磨削、切斷加工。進而由于可以使用粒徑大的金剛石粉末，因此可得到高熱導率的散熱基板。

需要說明的是，通過進行加熱加壓的固相燒結(jié)，金屬層的一部分形成毛刺，金屬層的厚度變薄。進而為了提高表面的粗糙度精度而通過拋光研磨使表面為目標的粗糙度，因此有時變得更薄，但只要最終金屬層在合金復合體的表面整體上殘留有2μm，就沒有問題。

(加工)

對于薄的片、晶圓的合金復合體，由于夾具、電極的表面粗糙度被轉(zhuǎn)印到表面上，因此通過噴水、高功率激光器、線切割等切斷為規(guī)定的形狀，進行制品化。在需要更高精度的情況下，也可以通過研磨紙、拋光對金屬層進行研磨，精加工為規(guī)定的表面粗糙度，通過噴水、高功率激光器、線切割等切斷為規(guī)定的形狀，進行制品化。另外，若以近凈形制作合金復合體，則不需要形狀加工，在成本上是有利的。

(最終鍍覆)

最終的鍍覆是出于通過銀硬釬焊、軟釬焊等將各種構(gòu)件、絕緣板、半導體器件等接合于散熱基板的目的而進行的，若在散熱基板上存在缺陷，則因其影響，最終的Ni系鍍覆會產(chǎn)生缺陷，產(chǎn)生無法實現(xiàn)良好的銀硬釬焊、軟釬焊的問題。Ni系鍍覆為多層時缺陷也被連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)印，因此未解決問題。需要說明的是，Ni系鍍覆是指Ni、Ni合金的鍍覆。

對于半導體組件，最重要的是半導體器件向散熱基板的軟釬焊接合，要求非常低的孔隙率。近年，開發(fā)了各種軟纖料材質(zhì)、技術，但為了無Pb化和高溫應對，主要使用SnAgCu(熔點218℃)這種軟纖料材料，在評價中也使用。

對于目前為止的Cu散熱基板，進行了電解Ni、非電解Ni-P、非電解Ni-B。另外，CuW、CuMo系的散熱基板的最終的鍍覆進行電解Ni+非電解Ni-P、和非電解Ni-P+非電解Ni-B、非電解Cu+非電解Ni-P。進而對于AlSiC，為非電解Ni-P+非電解Ni-B。通常為了確保良好的軟釬焊性，進行將最終鍍覆設為3μm的Ni-B的情況下的軟釬焊的孔隙品質(zhì)的評價。

在實施最終的Ni系鍍覆處理前也可以實施CuW、CuMo、AlSiC之類的多層鍍覆處理，本發(fā)明的散熱基板中，由于合金復合體表面的金屬層發(fā)揮著第1層的作用，因此僅實施最終的表層的Ni系鍍覆處理即可。另外，在鍍覆金屬層為Ni系鍍覆的電解Ni、非電解Ni-P、非電解Ni-B的情況下，也可以省略最終的Ni系鍍覆處理自身。

目前為止用JIS Z3197(對應國際標準ISO94455)中的軟釬焊擴展80％以上的標準來進行軟釬焊品質(zhì)的評價，但標準過寬而與實際情況不相配，因此使用孔隙面積5％以下的標準。

有如下見解：在最終的鍍覆為3μm的Ni-B的情況下，SnAgCu(熔點218℃)軟釬焊的評價非常嚴格，如果在超聲波測定中將孔隙率5％以下設為合格，則在銀硬釬焊、其它軟釬焊、樹脂附著等中不會產(chǎn)生問題。在軟釬焊中產(chǎn)生的孔隙反映了進行最終的Ni系鍍覆處理前的散熱基板的表面的小孔。即，通過使用表面的小孔(缺陷)為5％以下的散熱基板，能夠滿足SnAgCu(熔點218℃)軟釬焊的評價條件。另外可以確認通過使用該軟釬焊的評價條件，滿足本發(fā)明的散熱基板的要件。

〈散熱基板的評價〉

(線膨脹系數(shù)的測定)

利用WEDM、功率激光器從固相燒結(jié)后的25mm×25mm×2～2.5mm的試樣(表面施加有金屬層的合金復合體)切出10mm×5mm×厚度2～2.5mm的試驗片，用熱膨脹系數(shù)計(セイコー電子工業(yè)社制)進行RT(25℃)的線膨脹系數(shù)的測定。

(熱傳導的測定)

利用WEDM、功率激光器從固相燒結(jié)后的25mm×25mm×2～2.5mm的試樣(表面施加有金屬層的合金復合體)切出10mm×厚度2mm～2.5mm的試驗片，用激光閃光法的熱導儀(ULVAC-RIKO,Inc.制TC-7000)進行RT(25℃)的熱導率的測定。

(金屬層的密合試驗)

將固相燒結(jié)后的25mm×25mm×2～2.5mm的試樣(表面施加有金屬層的合金復合體)在大氣中、在450℃保持30分鐘，以顯微鏡的10倍倍率目視觀察其外觀，金屬層的鍍覆不隆起的情況為OK，將無論大小如何而觀察到隆起的情況判斷為NG。

(焊接孔隙品質(zhì)的測定)

用高溫SnAgCu軟纖料(熔點218℃)將10mm×10mm×0.7mm的Si器件的金屬電極接合到在對固相燒結(jié)后的25mm×25mm的試樣(表面施加有金屬層的合金復合體)進行毛刺去除、拋光研磨后鍍覆3μmNi-B而得到的散熱基板上，用超聲波研究孔隙的面積，將5％以下的物質(zhì)記為合格(OK)、將大于5％的物質(zhì)記為不合格(NG)。需要說明的是，有如下見解：該評價非常嚴格，如果在該測定中將孔隙率5％以下設為合格，則在銀硬釬焊、其它軟釬焊、樹脂附著等中不會產(chǎn)生問題。

實施例

(實施例1；Ag-Ti-金剛石的散熱基板試樣、試樣No.9)

將69vol％Ag、1vol％Ti、30vol％的30μm金剛石的粉末混合，在使用25mm×25mm的模具以壓力500MPa進行壓制模壓后，以在真空中·溫度1100℃·60分鐘的條件進行液相燒結(jié)，制作合金復合體，對該合金復合體實施5μm的Ag鍍覆處理形成金屬層后，通過HP在溫度400℃、壓力50MPa、保持30分鐘的條件下進行固相燒結(jié)，去除毛刺后進行隆起試驗，然后進行3μmNi·B鍍覆，進行軟釬焊的孔隙品質(zhì)的評價。

將結(jié)果示于表1。

(實施例2；Cu-Cr-金剛石的散熱基板試樣、試樣No.15)

將35vol％Ag、5vol％Cr、60vol％的100μm金剛石的粉末混合，在使用25mm×25mm的模具以壓力500MPa進行壓制模壓后，以在氫氣中·溫度1200℃·60分鐘的條件進行液相燒結(jié)，制作合金復合體，對該合金復合體實施50μm的Cu鍍覆處理形成金屬層后，將合金復合體放入陶瓷夾具中，用通電燒結(jié)機通過上下電極加壓以施加300MPa的壓力，在通電加熱下、在600℃、保持5分鐘的條件下進行固相燒結(jié)，去除毛刺后進行隆起試驗，然后進行3μmNi·B鍍覆，進行軟釬焊的孔隙品質(zhì)的評價。

將結(jié)果示于表1。

(實施例3；Ag-Ti-金剛石-余量為Cu的散熱基板、試樣No.24)

將10vol％Ag、37vol％Cu、及3vol％Ti和30vol％的100μm金剛石的粉末以及20vol％的30μm金剛石粉末混合，在使用25mm×25mm的模具以壓力500MPa進行壓制模壓后，以在真空中·溫度1000℃·60分鐘的條件進行液相燒結(jié)，制作合金復合體，對該合金復合體實施100μm的Cu鍍覆處理形成金屬層后，將該鍍覆完的合金復合體1放入圖1的陶瓷夾具4中，使用電阻焊機，在水中6，邊通過上下電極2、3進行100MPa加壓邊通電，在溫度500℃下保持2秒，進而在對其進行加壓的狀態(tài)下重復3次成為500℃的通電，在這種條件下進行固相燒結(jié)，去除毛刺后進行隆起試驗，然后進行3μmNi·B鍍覆，進行軟釬焊的孔隙品質(zhì)的評價。

將結(jié)果示于表1。

(實施例4；Al-Si-Mg-金剛石的散熱基板、試樣No.27)

將29vol％Al、10vol％Si、1vol％Mg、60vol％的50μm金剛石粉末混合，在使用25mm×25mm模具以壓力500MPa進行壓制模壓后，以在氮氣中·溫度600℃·60分鐘的條件進行液相燒結(jié)，制作合金復合體，對該合金復合體的表層進行磨削，蒸鍍共0.3μm的Ti與Ni，進而實施10μm的Ni鍍覆處理形成金屬層后，通過HP在真空、溫度450℃、壓力100MPa、保持10分鐘的條件下進行固相燒結(jié)，去除毛刺后進行隆起試驗，然后進行3μmNi·B鍍覆，進行軟釬焊的孔隙品質(zhì)的評價。

將結(jié)果示于表2。

(實施例5；PKG的散熱基板安裝有半導體器件的半導體組件的評價)

在氫氣中·溫度750℃下對實施例3的散熱基板(熱膨脹系數(shù)8.3ppm/K、熱導率555W/m·K)銀硬釬焊陶瓷和柯伐鎳基合金(KOVAR)等構(gòu)件后，確認沒有剝離、龜裂，制作PKG，在300℃下用高溫AuSn(熔點280℃)軟纖料將10mm×10mm×0.7mm的Si器件的金屬電極接合至其上，制作用超聲波確認了孔隙面積為3％以下的半導體組件，對該半導體組件進行加熱循環(huán)試驗(-40～125℃、3000次)。并且，為了進行比較，利用相同尺寸的與實施例3相同的熱膨脹系數(shù)8.3ppm/K、熱導率200W/m·K的20wt％CuW的散熱基板制作相同的PKG并安裝器件，進行加熱循環(huán)試驗(-40～125℃、3000次)。

結(jié)果，任意試樣均未發(fā)生剝離、龜裂等問題。

實施例1、2、3

[表1]

實施例4

[表2]

比較例

[表3]

(此次公開的解釋-1)

由此能夠滿足能夠與將來的高性能半導體組件相對應的高性能散熱基板的要求。

(此次公開的解釋-2)

需要說明的是，本發(fā)明不限定于現(xiàn)在的方式，本發(fā)明包括在能達到本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的方式。實施本發(fā)明時的具體的結(jié)構(gòu)、方式等在能夠達到本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)可以為其它結(jié)構(gòu)。例如為了確保其它制法的金屬金剛石的散熱基板的鍍覆品質(zhì)，也可以應用本發(fā)明。

(此次公開的解釋-3)

此次公開的實施方式及實施例均為例示，認為不應受限定于此。通過權(quán)利要求書示出本申請的保護范圍而不是上述說明。

如通過上述實施例所說明的，本發(fā)明的散熱基板具有高的熱導率，并且線膨脹系數(shù)為6.5ppm/K以上且15ppm/K以下。因此，可以適當?shù)赜米饔糜诎惭b近年大量使用的、具有6.5ppm/K以上且15ppm/K以下的線膨脹系數(shù)的高性能半導體組件的散熱基板。另外，安裝有這些高性能半導體組件的封裝體可以用于存儲器、IC、LSI、功率半導體、通信用半導體、光器件、激光、LED、傳感器等。

附圖標記說明

1…在包含金屬、添加金屬及金剛石的合金復合體上形成有金屬層的原材料

2…上下的上電極

3…下電極

4…陶瓷夾具

5…焊機電源

6…水

7…金剛石

8…金屬層

9…散熱基板的截面放大照片