半导体元件用散热器件制造技术

一种半导体元件用散热器件，其特征为，于板状体的两面被覆被覆层而形成铝?金刚石系复合体，所述板状体包含含有40体积%～70体积%的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm，所述被覆层由以铝为主成分的金属或铝?陶瓷系复合材料形成，于所述铝?金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率、即Ni合金层厚/Ni层厚为0.3以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件用散热器件
本专利技术涉及半导体元件用散热器件。现有技术一般来说，用于光通信等的半导体激光元件或高频元件等半导体元件如何有效率地使该元件所产生的热逸散对防止动作不良等非常重要。近年来，伴随着半导体元件技术的进步，元件的大功率化、高速化、高集成化更加迈进，对其散热的要求变得越来越严格。为此，一般对于散热器等散热器件也要求高的导热系数，而采用导热系数高达390W/mK的铜(Cu)。另一方面，各个半导体元件的尺寸随着大功率化而渐渐变大，半导体元件与散热所用的散热器在热膨胀上的不匹配性问题浮上台面。为解决此等问题，企盼开发出可兼顾所谓高导热的特性及与半导体元件的热膨胀系数的匹配性的散热器材料。关于此种材料，提出一种金属与陶瓷的复合体，例如铝(Al)与碳化硅(SiC)的复合体。(专利文献1)然而，因为Al-SiC系的复合体无论如何地调整条件，其导热系数仍在300W/mK以下，所以要求开发具有铜的导热系数以上的更高导热系数的散热器材料。关于此种材料，提出一种组合了金刚石所具有的高导热系数和金属所具有的大热膨胀系数的高导热系数且热膨胀系数接近半导体元件材料的金属-金刚石复合体。(专利文献2)另外，在专利文献3中，通过在金刚石粒子的表面形成β型的SiC层，以抑制在复合化时形成的低导热系数的金属碳化物的生成，并改善与熔融金属的润湿性，改善所得的金属-金刚石复合体的导热系数。再者，因为金刚石是非常硬的材料，所以与金属复合化所得的金属-金刚石复合体也同样非常硬，属于难加工性材料。因此，金属-金刚石复合体几乎无法用通常的金刚石工具加工，作为小型且以各种形状存在的散热器，要使用金属-金刚石复合体时，如何以低成本进行形状加工为其课题。面对这样的课题，讨论了激光加工、水刀切割(waterjet)加工，再者，由于金属-陶瓷复合体可通电，因此也讨论了利用放电加工的加工方法。另外，对半导体元件用的散热器件而言，为了与元件粘合，有必要利用镀敷等将金属层附加于散热器件表面。通常的半导体元件的情况下，主要是利用焊锡粘合，且粘合温度也在300℃以下，因此于表面设有藉由Ni-P合金等的镀敷处理的金属层。然而，关于散热器用材料的使用形态，通常为了有效率地对半导体元件的发热进行散热，将散热器以利用钎料等粘合于半导体元件的形态进行接触配置。因此，采用于粘合面附加有镀金的多层镀敷等。而且，在此种用途中，具有以下课题：伴随着粘合温度上升、实际使用时的温度负荷增加，在以往的Ni-P合金等的合金镀敷中，非晶态金属结晶化，因此时的体积变化而产生微小裂纹，因之后的温度负荷而裂纹伸展。再者，在藉由钎料等将散热器粘合于半导体元件的情况下，粘合界面的面精度对散热而言是很重要的。在以往的金属-金刚石复合体的情况下，由于金刚石粒子露出于粘合面，所以粘合面的表面粗糙度粗糙，结果，接触界面的热阻会增大，故而不佳。因此，在散热器用材料所要求的特性方面，也有所谓如何使表面的表面粗糙度变小的课题。专利文献1：日本特开平9-157773号公报专利文献2：日本特开2000-303126号公报专利文献3：日本特表2007-518875号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种半导体元件用散热器件，其兼备高导热系数和接近半导体元件的热膨胀系数，且改善表面的表面粗糙度平面度以适合作为半导体元件的散热器等使用，并且即便是在高负荷下的实际使用中，在表面金属层部分也没有产生裂纹等。即，本专利技术提供一种半导体元件用散热器件，其特征为，于包含含有40体积％～70体积％的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm的板状体的两面，被覆由以铝为主成分的金属或铝-陶瓷系复合材料形成的被覆层而形成铝-金刚石系复合体，于前述铝-金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率(Ni合金层厚/Ni层厚)为0.3以下。在一个方案中，前述被覆层是含有80体积％以上的以铝为主成分的金属的膜厚0.03～0.2mm的金属层，在其他方案中，前述被覆层是从板状体侧依序含有膜厚0.05～0.2mm的铝-陶瓷系复合体层及膜厚0.1～2μm的以铝为主成分的金属层的层。另外，在其他方案中，被覆层是膜厚0.05～0.2mm的含有80体积％以上以铝为主成分的金属的铝-陶瓷纤维复合体层。在其他方案中，在上述方案的基础上，藉由镀敷处理形成Ni合金层、Ni层、Au层，且藉由将锌置换设为前处理的非电解镀敷处理形成基底的Ni合金层，镀敷膜的剥离强度为5kg/cm以上，且在一个方案中，半导体元件是包含GaN、GaAs或SiC的半导体激光元件或高频元件。再者，在本专利技术其他的方案中，本专利技术的散热器件中的铝-金刚石系复合体藉由液态模锻法制造，和/或在25℃时的导热系数为400W/mK以上、且从温度25℃到150℃的线热膨胀系数为5×10-6～10×10-6/K。而且，在本专利技术的其他方案中，本专利技术的散热器件中的铝-金刚石系复合体为金刚石粒子藉由化学键合于金刚石粒子表面的β型碳化硅的层的存在而特性化的铝-金刚石系复合体。包含上述构成的半导体元件用散热器件，由于该铝-金刚石系复合体具有高导热且接近半导体元件的热膨胀系数，且将表面金属层做成特定的层结构，所以即便是在高负荷下的实际使用中，也可抑制在表面金属层部分产生裂纹等。附图说明图1是显示本专利技术实施方式1的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。图2是用以说明在制造构成图1的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。图3是显示本专利技术实施方式2的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。图4是用以说明在制造构成图3的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。图5是显示本专利技术实施方式3的半导体元件用散热器件的结构的剖面示意图。图6是用以说明在制造构成图5的半导体元件用散热器件的铝-陶瓷系复合体的复合化部时的一个步骤的剖面示意图。具体实施方式[用语说明]本说明书及权利要求书中所使用的用语及符号具有本领域技术人员通常所理解的意义。特别是本说明书中“～”这种标号意味着“以上”及“以下”。因此，例如“A～B”意味着A以上B以下。另外，本说明书中，所谓板状体的“两面”或“两主面”，意味着板状体的对向的二面，“侧面部”意味着和该两面呈大致垂直的面。因此，对于形成平板状的铝-金刚石系复合体，“两面”或“两主面”意味着复合体的上下两方的面，所谓“侧面部”意味着和上述两面大致垂直的部分。以下，一边参照附图，一边说明本专利技术的半导体元件用散热器件的实施方式。＜实施方式1＞如图1所示，本专利技术实施方式1的半导体元件用散热器件由铝-金刚石系复合体1和表面金属层2所构成。铝-金刚石系复合体1包含：由含有金刚石粒子和以铝为主成分的金属的铝-金刚石系复合材料形成的平板状的复合化部3；及设于复合化部3的两面的被覆层4。铝-金刚石系复合材料的金刚石粒子的含量是该铝-金刚石系复合材料整体的40体积％～70体积％。被覆层4包含含有含铝的金属的材料，表面金属层2包含非晶态的Ni合金层5、Ni层6及A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件用散热器件，其特征为，于板状体的两面被覆被覆层而形成铝?金刚石系复合体，所述板状体包含含有40体积%～70体积%的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm，所述被覆层由以铝为主成分的金属或铝?陶瓷系复合材料形成，于所述铝?金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率、即Ni合金层厚/Ni层厚为0.3以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.28 JP 2011-1650091.一种半导体元件用散热器件，其特征为，于板状体的两面被覆被覆层而形成铝-金刚石系复合体，所述板状体包含含有40体积％～70体积％的金刚石粒子且剩余部分是以铝为主成分的金属、厚度为0.4～6mm，所述被覆层由以铝为主成分的金属或铝-陶瓷系复合材料形成，于所述铝-金刚石系复合体的至少两主面，从主面侧依序形成(1)膜厚0.1～1μm的非晶态的Ni合金层、(2)膜厚1～5μm的Ni层、及(3)膜厚0.05～4μm的Au层而成，此处，Ni合金层和Ni层的比率、即Ni合金层厚/Ni层厚为0.3以下。2.如权利要求1所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，该被覆层为含有80体积％以上的金属的膜厚0.03～0.2mm的金属层，所述金属以铝为主成分。3.如权利要求1所述的半导体元件用散热器件，其特征在于，该被覆层从板状体侧依序含有膜厚0.05～0.2mm的铝-陶瓷系复合体层、与膜厚0.1～2μm的以铝为主成分的金属层。4.如权利要求1所述的半导体元件用散热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：广津留秀树，塚本秀雄，石原庸介，
申请(专利权)人：电气化学工业株式会社，
类型：
国别省市：