复合构件、散热构件、半导体装置和制造复合构件的方法制造方法及图纸

一种设置有基板的复合构件，所述基板由包含金属和非金属的复合材料构成。所述基板的一个表面具有球面状翘曲，该球面状翘曲的曲率半径R不小于5000毫米且不大于35000毫米。测量所述基板的翘曲部分的轮廓的多个测量点与由所述多个测量点限定的近似弧之间的平均距离被定义为球面误差。所述球面误差不大于10.0微米，所述基板的热导率不低于150W/m·K，并且线膨胀系数不大于10ppm/K。

Composite Components, Heat Dissipating Components, Semiconductor Devices and Methods of Manufacturing Composite Components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合构件、散热构件、半导体装置和制造复合构件的方法
本专利技术涉及复合构件、散热构件、半导体装置和制造复合构件的方法。本申请要求2016年12月6日提交的日本专利申请第2016-236959号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
专利文献1公开了一种镁基复合材料(以下可称为Mg-SiC)，其中，镁(Mg)或其合金和碳化硅(SiC)制成适合于半导体元件的散热构件(散热器)的复合材料。半导体元件的散热构件代表性地呈平板形，并且其一个表面被用作安装半导体元件等的安装面，而其另一个表面被用作被固定到诸如冷却设备这样的放置目标的放置面。专利文献1公开了如下内容：由Mg-SiC构成的散热构件的放置面被翘曲为凸起，散热构件被压靠在该放置目标上，以使该翘曲变直，并且该散热构件在加压状态下、通过在该状态下用螺栓固定散热构件而与所述放置目标紧密接触。现有技术列表专利文献专利文献1:日本专利申请公开2012-197496
技术实现思路
根据本公开的复合构件包括基板，所述基板由包含金属和非金属的复合材料构成，该基板的一个表面具有曲率半径R不小于5000毫米且不大于35000毫米的球面状翘曲，球面误差不大于10.0微米，球面误差被定义为测量基板的翘曲部分的轮廓的多个测量点与由多个测量点限定的近似弧之间的平均距离，并且基板具有不低于150W/m·K的热导率和不高于10ppm/K的线膨胀系数根据本公开的制造复合构件的方法是一种用于通过加工由包含金属和非金属的复合材料构成的基板材料来制造复合构件的制造复合构件的方法，该复合构件包括经加工的基板，并且该方法包括通过将基板材料容纳在曲率半径不小于5000mm且不大于35000mm的模具中来执行热压的压制步骤，该压制步骤包括：以规定的时间维持超过200℃的加热温度和不低于10kPa的施加压力，并且在维持施加不低于所施加的压力的80％的压力的状态下，执行从加热温度到不高于100℃温度的冷却。附图说明图1是实施例中的复合构件的示意立体图。图2是沿着图1所示的(II)-(II)线截取的、实施例中的复合构件的基板中心附近的局部竖直截面图。图3是沿着图1所示的(III)-(III)线截取的、实施例中的复合构件的基板中心附近的局部横向截面图。图4是示出了利用三维测量设备对实施例中的复合构件的表面形状进行分析的结果的说明图，该分析结果被转换成二维。图5是示出在利用三维测量设备对热循环之前和之后的实施例中的复合构件的表面形状进行分析的结果的说明图，该分析结果被转换成二维。图6是示出测量球面误差的方法并示出用于从基板提取测量区域和轮廓提取线Ln的过程的说明图。图7是示出测量球面误差的方法并示出限定沿着轮廓提取线Ln提取的轮廓的每个测量点、近似弧以及测量点与近似弧之间的距离d的说明图。图8是示意性示出实施例中的半导体装置的元件的示意性截面图。具体实施例[本公开要解决的问题]随着来自电子装置的输出提高，在电子装置中包括的半导体元件操作时，发热量趋于增加。因此，期望由半导体元件的散热构件所代表的各种散热构件及其材料从使用的初始阶段开始起在长时间内具有优异的散热性能。专利文献1公开了如下方案：通过将由Mg-SiC构成的基板材料夹在球面状弯曲模具之间，并将该基板材料在加热和加载状态下保持一段规定的时间，从而获得基板，该基板包括翘曲为凸起的放置面和翘曲为对应于凸起的凹进的安装面。然而，本专利技术人已经发现，作为其研究结果，即使控制弯曲模具的曲率半径，根据制造条件，成形的精度也较差，并且翘曲基板的表面形状可能显著偏离球面状表面。与具有适当球面状翘曲的基板相比，显著偏离球面状表面并且具有不适当翘曲的基板向放置目标进行热传导的能力趋于较差，这是因为即使这种基板被压靠在放置目标上(参见稍后将描述的测试例3)，这种基板也不能与放置目标形成密切接触，或者它们密切接触的状态是不稳定的。本专利技术人已经发现，即使如上所述控制弯曲模具的曲率半径，根据制造条件，也可能发生由于热力过程引起的变形。例如，当该基板被用于半导体元件的散热构件时，诸如使半导体元件与基板彼此绝缘的绝缘基板的焊接或使用期间的热循环这样的热力过程被施加到该基板。所述热力过程导致基板变形或不稳定形状，并且导致偏离初始翘曲形状(设计形状)，这可能造成基板与放置目标之间的密切接触的状态不稳定，并且降低对放置目标的热传导能力。一个目的是提供一种在与放置目标密切接触方面优异的复合构件。另一个目的是提供一种制造复合构件的方法，该方法允许制造在与放置目标密切接触方面优异的复合构件。另一个目的是提供一种在与放置目标密切接触方面优异的散热构件和一种半导体装置。[本公开的效果]根据本公开的复合构件在与放置目标密切接触方面是优异的。根据本公开的制造复合构件的方法允许制造在与放置目标密切接触方面优异的复合构件。[对本申请的专利技术的实施例的描述]通过在各种条件下向由复合材料构成的基板提供球面状翘曲，本专利技术人已经研究了这样的基板，其在与放置目标密切接触的状态下稳定且在对放置目标的热传导能力方面优异，在所述复合材料中，金属和非金属构成诸如Mg-SiC这样的复合物。专利文献1公开了沿着矩形基板的对角线的表面位移的差异作为翘曲量的指标。然而，即使采用翘曲量作为指标，也不能够适当地知道球面状状态，并且可能难以识别如上所述与球面状表面有很大偏离的基板。稍后将描述的球面误差被用作以简化方式更恰当地指示球面状状态的指标。本专利技术人已经发现，当通过使用诸如上述球面状弯曲模具这样的模具在加热和加压状态下形成球面状翘曲时，通过将模具的曲率半径Rd、加热温度和所施加的压力设定在特定范围内并且在特定条件下执行冷却来获得如下基板，该基板球面误差(稍后将描述)满足特定范围，并且在与放置目标密切接触的状态下稳定，其在对放置目标的热传导能力方面优异，且由复合材料构成。本申请的专利技术基于这些发现。首先列出并描述了本申请的专利技术的实施例。(1)根据本公开的一种方式的复合构件包括基板，该基板由包含金属和非金属的复合材料构成，所述基板的一个表面具有曲率半径R不小于5000毫米且不大于35000毫米的球面状翘曲，不大于10.0微米的球面误差，所述球面误差被定义为测量基板的翘曲部分的轮廓的多个测量点与由所述多个测量点所限定的近似弧之间的平均距离，并且该基板具有不低于150W/m·K的热导率和不高于10ppm/K的线膨胀系数。假设该翘曲为凸起翘曲，并且该凸起翘曲的球面误差满足不大于10.0微米的条件。复合构件包括这样的形式，即使得基板的一个表面具有球面状凸起翘曲，而相反的另一个表面具有凹进翘曲，以及这样的形式，即使得基板的一个表面具有球面状凸起翘曲，而另一个表面是平坦的(球截形的形式)。复合构件具有球面状翘曲，其曲率半径R在基板的一个表面中的特定范围内，并且翘曲部分的球面误差为10.0微米或更小。这种翘曲部分的表面形状能够被推断为接近真正球面状表面的一部分(球冠)(其细节将在后面描述)。因为复合构件具有接近球冠的球面状翘曲部分，所以通过将翘曲部分均匀地压在放置目标上，能够使该翘曲部分与放置目标形成密切接触，并且能够确保该密切接触的稳定状态。此外，该复合构件具有高热导率，因此，其在对放置目标的热传导能力方面优异。由于该复合构件具有接近球冠的球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合构件，包括:基板，所述基板由包含金属和非金属的复合材料构成，所述基板的一个表面具有球面状翘曲，所述球面状翘曲的曲率半径R不小于5000毫米且不大于35000毫米，球面误差，所述球面误差不大于10.0微米，所述球面误差被定义为测量所述基板的翘曲部分的轮廓的多个测量点与由所述多个测量点所限定的近似弧之间的平均距离，并且所述基板的热导率不低于150W/m·K，并且线膨胀系数不大于10ppm/K。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.06 JP 2016-2369591.一种复合构件，包括:基板，所述基板由包含金属和非金属的复合材料构成，所述基板的一个表面具有球面状翘曲，所述球面状翘曲的曲率半径R不小于5000毫米且不大于35000毫米，球面误差，所述球面误差不大于10.0微米，所述球面误差被定义为测量所述基板的翘曲部分的轮廓的多个测量点与由所述多个测量点所限定的近似弧之间的平均距离，并且所述基板的热导率不低于150W/m·K，并且线膨胀系数不大于10ppm/K。2.根据权利要求1所述的复合构件，其中，所述非金属的含量不低于55体积％。3.根据权利要求1或2所述的复合构件，其中，在施加从-60℃到175℃的10次、100次和1000次热循环前后之间的曲率半径R的变化率不高于20％。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的复合构件，其中，在进行300℃×1小时的热处理前后之间的曲率半径R的变化率不高于20％。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的复合构件，其中，所述基板的一个表面具有球面状凸起翘曲，并且相反的另一个表面具有凹进翘曲，并且残余应力差的绝对值|X1-X2|小于105×(H/L2)(MPa)，其中，X1(MPa)表示所述基板的凸起表面中的重心位置处的残余应力，X2(MPa)表示所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩山功，小山茂树，冈本匡史，井上祐太，绀谷洋之，山本刚久，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，联合材料公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP