散热器及其制造方法技术

[问题]提供了：能够比现有散热器更有效并且更迅速地从元件中除去热量的散热器，并且该散热器也能够令人满意地应对各种装置的性能和功率的进一步增强；以及有效地制造该散热器的方法。[解决方案]散热器由Cu‑Mo复合材料制成，其包括：具有0.6mm以下的平均厚度以及0.1mm以下的厚度不均匀度的Cu‑Mo层；以及直接层叠在该Cu‑Mo层的两个表面上的Cu层。该制造方法包括：使构成该Cu‑Mo层的Cu‑Mo复合材料板材平坦化；然后将构成Cu层的Cu板直接轧制接合到经过平坦化的板材的两个表面上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种散热器及其制造方法，该散热器用于尽可能有效地除去特别是在操作期间会产生大量的热的元件中的热量。
技术介绍
对于在操作期间产生大量的热的元件，需要尽可能有效并且迅速地除去热量，这些元件例如为用于电动车辆、混合动力车辆等的驱动控制的功率半导体元件；诸如激光二极管之类的发光元件；用于移动电话等的基站的控制元件；用于等离子体显示面板等的图像显示元件；或用于计算机的微处理器单元。这是因为，如果不能有效并且迅速地除去所产生的热量，则元件本身可能过热并发生故障(热耗散)，或者元件、覆盖元件的封装等可能被破坏。近年来，随着使用这些元件的各种装置的性能和输出功率的提高，正在考虑从诸如硅(Si)基元件、砷化镓(GaAs)基元件和磷化铟(InP)基元件等目前常用元件转移到诸如碳化硅(SiC)基元件和氮化镓(GaN)基元件之类的元件。在这种情况下，可以将元件的可操作温度(例如)从硅基元件等的约120℃提高到碳化硅基元件等的约200℃，并且据认为，与之前相比，不易于发生由过热导致的故障、破损等。然而，即使在使用这些元件时，仍然需要尽可能有效且迅速地从这些元件中除去热量。为了有效且迅速地从元件中除去热量，通常使用整体上形成为(例如)板状的散热器，并且散热器具有直接焊接有元件或隔着陶瓷基板等而焊接有元件的一个表面(元件安装表面)、以及与诸如冷却器等冷却机构相连接的相对表面(放热面)。一直以来，使用通过利用诸如铜(Cu)或铝(Al)之类的金属或合金从而整体上一体形成的散热器。然而，近年来，正在考虑使用包括由Cu-Mo复合材料制成的铜-钼(Cu-Mo)层的散热器，该Cu-Mo复合材料的热膨胀系数接近于上述Si基元件、GaAs基元件、InP基元件、SiC基元件和GaN基元件等元件的热膨胀系数，并且接近由氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)或氮化硅(Si3N4)等制成的陶瓷基板的热膨胀系数。通过设置Cu-Mo层，散热器的热膨胀系数可以减小至小于完全由金属或合金制成的常规散热器的热膨胀系数，并且可以尽可能地更接近于元件或陶瓷基板的热膨胀系数。也就是说，可以实现其热膨胀系数之间的匹配。这可以防止在诸如冷-热循环之类的热负荷环境中，基于热膨胀系数的差异而向元件或陶瓷基板(以下可以简称为“元件等”)施加的应力过大，并且可以防止元件等、前述封装等的破损，或者防止散热器与元件等之间的焊料接合的破坏，其中所述冷-热循环重复进行由于元件的工作而导致的发热以及停止后的冷却。构成Cu-Mo层的Cu-Mo复合材料的例子包括：(i)通过将钼(Mo)粉末和Cu粉末的混合物加热至Cu的熔点以上从而熔化Cu，并将熔融的Cu渗透到Mo粉末颗粒之间，然后使其冷却并一体化从而制备的Cu-Mo复合材料；以及(ii)通过预先烧结Mo粉末从而制造多孔体(骨架)，将Cu渗透到这种多孔体的孔中，然后使其冷却并一体化而制备的Cu-Mo复合材料。应当注意的是，Cu与Mo一起使用，这是因为Mo单独使用时的导热性不足，因此另外使用Cu以防止散热器的导热率降低。作为包括这种Cu-Mo层的散热器，已经提出了由这样的层叠体制成的散热器，该层叠体具有层叠于Cu-Mo层的两个表面中的每一个表面上的Cu层(参见专利文献1至3等)。为了将元件等良好地焊料接合至板状散热器的元件安装表面而不产生会妨碍热传导的空隙等，优选在元件安装表面上预先形成具有优异的焊料润湿性和亲和性的镍镀层。然而，由于在显著不同的条件下镀覆的Cu和Mo暴露在由Cu-Mo复合材料制成的Cu-Mo层的表面中，因此难以在这种表面上直接形成稳定的镍镀层。相反地，由于具有上述层叠结构的散热器具有仅由Cu制成的元件安装表面，因此可以在其上形成稳定的镍镀层，并且可以在这种镍镀层上令人满意地焊料接合元件等，而不产生会干扰热传导的空隙等。此外，由于Cu层具有优异的焊料润湿性和亲和性，所以还可以省略镍镀层。引用列表专利文献专利文献1：日本专利待审公开No.06-316707专利文献2：日本专利待审公开No.2001-358226专利文献3：日本专利待审公开No.2007-142126
技术实现思路
技术问题然而，目前，对于具有上述层叠结构的常规散热器而言，无法有效并且迅速地从元件中除去热量，该热量随着各种装置的性能和输出功率进一步增强而增加。本专利技术的目的在于提供一种散热器以及有效地制造该散热器的方法，该散热器能够比现有散热器更加有效并且迅速地从元件中除去热量，并且也能够令人满意地应对各种装置的性能和输出功率的进一步增强。问题的解决方案本专利技术涉及一种散热器，其包括由Cu-Mo复合材料制成的Cu-Mo层、以及直接层叠在该Cu-Mo层的两个表面中的每一个表面上的Cu层，其中该Cu-Mo层的平均厚度为0.6mm以下并且其厚度偏差为0.1mm以下。此外，本专利技术涉及一种制造本专利技术的散热器的方法，包括以下步骤：对构成Cu-Mo层的Cu-Mo复合材料的板材进行平坦化处理的步骤；以及将构成Cu层的Cu板直接轧制接合在经过平坦化处理的板材的两个表面中的每一个表面上的步骤。本专利技术的有益效果根据本专利技术，通过将具有层叠结构的散热器中具有较小导热率的Cu-Mo层的平均厚度设为0.6mm以下，散热器在厚度方向上的导热率可以增加至大于现有散热器的导热率，并且来自元件的热量可以被更有效且更迅速地移除。此外，通过将Cu-Mo层的厚度偏差限制为0.1mm以下以使偏差最小化，可以抑制导热率的局部降低和局部的热应力的产生。因此，能够提供这样一种散热器，该散热器能够比现有散热器更有效且更迅速地从元件中除去热量，并且还能够令人满意地应对各种装置的性能和输出功率的进一步增强。此外，根据本专利技术的制造方法，仅通过增加以下步骤，即预先对构成Cu-Mo层的Cu-Mo复合材料的板材进行平坦化处理，然后再将构成Cu层的Cu板轧制接合在板材的前表面和后表面上，从而能够以高生产率有效地制造具有如上所述优异特性的本专利技术的散热器。附图说明图1示出了在本专利技术的实施例中制造的散热器的放大横截面的显微照片。图2示出了在本专利技术的比较例中制造的散热器的放大横截面的显微照片。具体实施方式<<散热器>>本专利技术的散热器的特征在于包括：由Cu-Mo复合材料制成的Cu-Mo层，该Cu-Mo层的平均厚度为0.6mm以下，并且其厚度偏差为0.1mm以下；以及直接层叠在该Cu-Mo层的两个表面中的每一个表面上的Cu层。当将具有层叠结构的散热器中具有较小导热率的Cu-Mo层的平均厚度设为0.6mm以下时(该平均厚度小于例如在专利文献1至3中描述的范围)，散热器在厚度方向上的导热率可以增加到比现有散热器的导热率更高。因此，所述散热器能够比现有散热器更有效且更迅速地从元件中除去热量，并且能够令人满意地应对各种装置的性能和输出功率的进一步增强。另外，连接到散热器的散热表面的冷却机构与常规冷却机构相比可以小型化，并且包括散热器、冷却机构、元件等的整个半导体装置与常规半导体装置相比可以小型化。然而，本专利技术人通过他们的研究发现，仅仅减小Cu-Mo层的厚度可能引起以下问题：(1)在与散热器的元件安装表面接合的元件的整个接合面上，不能均匀且迅速地除去热量；以及(2)在诸如上述热-冷循环之类的热负荷环境下，会向接合至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种散热器，包括：Cu‑Mo层，其由Cu‑Mo复合材料制成，并且具有0.6mm以下的平均厚度以及0.1mm以下的厚度偏差；以及Cu层，其直接层叠在所述Cu‑Mo层的两个表面中的每一个表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.29 JP 2014-1114281.一种散热器，包括：Cu-Mo层，其由Cu-Mo复合材料制成，并且具有0.6mm以下的平均厚度以及0.1mm以下的厚度偏差；以及Cu层，其直接层叠在所述Cu-Mo层的两个表面中的每一个表面上。2.根据权利要求1所述的散热器，其中所述Cu-Mo层与位于其两个表面中的每一个表面上的所述Cu层彼此直接轧制接合。3.根据权利要求1或2所述的散热器，其中所述Cu-Mo层的平均厚度为0.12mm以上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的散热器，其中所述Cu-Mo层的厚度偏差为0.03mm以上0.06mm以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冲博昭，有川正，稻叶翔一，
申请(专利权)人：联合材料公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP