[发明专利]金属基板－碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属基板-碳基金属复合材料(MICC：MetalImpregnated Carbon Composites)的接合结构体以及该接合结构体的制造方法，详细地说，涉及由钎料将由铜或铝构成的金属基板-碳基金属复合材料接合而成的结构体，采用该结构体的IC(半导体集成电路)封装件或含有该IC封装件的电子回路，以及该结构体的制造方法。

背景技术

在高速、高集成度的半导体中发热密度非常大，为了有效地进行散热，使用通过导热性良好的铝、铜制成的散热基板将热量迅速扩散而进行散热的方法。

但是，由于用于半导体或半导体的电路基板中的陶瓷的热膨胀系数为4～8ppm/℃，而与之相对铝、铜的热膨胀系数为较大的16～23ppm/℃，所以因这种热膨胀系数的差异而在接合层上产生高的热应力，从而不能够实现两者单纯的接合。

第一种对策是选择热膨胀系数小的散热基板，以往，提供有在热膨胀系数小的碳化硅、钨、钼等中组合导热率高的铜、铝金属，将热膨胀系数调整为7～10ppm/℃的材料。

但是，作为这种材料的问题，在使用了铜的材料的情况下，导热率为200～300W/m·K，在使用了铝的材料的情况下，导热率为150～200W/m·K，与铜和铝单体的导热率相比降低了20％以上，而且，由于基板的杨氏模量高，所以存在通过与热膨胀系数为4ppm/℃左右的硅、氮化铝等的接合而在接合层上产生的热应力较大，大面积的接合困难的问题。

作为第二种对策，在接合层中使用杨氏模量低的树脂或焊锡，从而缓和因热膨胀系数的差而产生的热应力。但是，缺点是树脂以及焊锡的导热率分别为较低的1W/m·K、数10W/m·K，而且由于破坏应力较小，所以需要厚的接合层，其结果导致接合层的热阻增大。

而且，还指出了在树脂的情况下，吸湿性以及耐热性较低，在焊锡的情况下，实用温度区域下的屈服应力较低，容易引起热疲劳等难点。

如上所述，目前，在电子设备中广泛采用的散热系统中，使因散热的热膨胀系数差产生的热应力缓和或者减少的接合层的导热率的提高成为了课题。

另外，在本申请的说明书中“热应力缓和作用”是指下述的作用，即，在接合热膨胀系数不同的两种材料的情况下，在接合界面上产生的应力与两种材料的热膨胀系数和各材料的弹性率成比例是公知的，所以在弹性率低的材料中产生的应力减小，即使在热膨胀系数有很大不同的材料的接合中也能够接合，并且能够承受因重复加热、冷却而产生的热疲劳。

鉴于这种状况，本发明人提出了先在石墨等碳素材料的细孔中加压填充或者含浸金属而得到的渗碳金属复合材料(例如参照特许第3351778号)。由于该渗碳金属复合材料与上述将碳化硅、钨、钼等作为骨架的材料相比，导热率高，热膨胀率相等，而且杨氏模量低，所以在搭载硅或陶瓷等的情况下，具有缓和在焊锡等接合层中产生的热应力的作用，是能够改善上述问题的材料，但也存在材料为脆性、机械强度低的难点。

作为其对策，本发明人尝试了通过焊锡将实施了镀敷的厚度为1mm左右的渗碳金属复合材料接合在铝基板上，并通过低温焊锡等将半导体元件接合在其上部的方法，认识到相对于渗碳金属复合材料的热膨胀系数为4ppm/℃～10ppm/℃，与铜的热膨胀系数为16ppm/℃，而且铝的热膨胀系数为23ppm/℃有很大的不同，存在焊锡接合后的基板为复合材料一侧凸出而产生翘曲，在搭载硅的情况等下的后工序中产生困难的问题。在这种状况下，迫切希望应用具有热应力缓和作用的碳素材料，并且翘曲量小、强度高的散热材料的开发。

专利文献1：特许第3351778号特许公报

发明内容

因此，本发明的课题在于鉴于上述的开发状况而提供一种金属基板-碳基金属复合材料结构体以及该结构体的制造方法，所述结构体的状态为，在热膨胀系数小的硅、陶瓷基板等的搭载电子器件的面上，渗碳金属复合材料发挥热应力缓和作用，在强度、导热率方面赋予接近基板金属的铜、铝的数值，并且翘曲小。

为了解决上述问题，本发明人锐意探讨的结果，着眼于若在特定的条件下接合由铜或铝构成的金属基板与特定厚度的渗碳金属复合材料，并利用该渗碳金属复合材料的低弹性，则能够提供抑制了翘曲的发生的金属基板-碳基金属复合材料结构体，基于这一见解而实现了本发明。

因此，根据本发明的第一技术方案，提供一种金属基板-碳基金属复合材料结构体，其特征是，具备金属基板，以及钎焊在该金属基板的上表面上的渗碳金属复合材料。