[发明专利]复合材料及其制造方法、复合材料的成型方法、使用复合材料的散热基板

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置用的散热基板用材料，特别地，涉及作为搭载以大功率工作的LSI、IC、功率晶体管的半导体装置用散热基板的材料而使用的复合材料、其制造方法、其成型方法、以及使用该复合材料的散热基板。 

背景技术

对于搭载半导体设备、特别是以大功率工作的LSI、IC、功率晶体管等的半导体装置用散热基板，要求能够使从这些半导体设备产生的热有效地扩散、散热。因此，要求这些散热基板具有高的机械强度和高的热传导率。另一方面，在这些散热基板上，钎焊并使用以下材料：构成半导体芯片的硅、构成半导体封装的氧化铝等陶瓷材料、科瓦铁镍钴合金材料等任一热膨胀系数小至6×10^-6/K以下的材料。由于该钎焊的温度为850℃左右，所以在没有翘曲的状态下通过钎焊接合这些材料之后进行冷却时，与这些钎焊后的材料相比，散热基板大幅收缩。因此，常温下在该散热基板上产生热应变或者翘曲。为了降低这些热应变和翘曲，要求该散热基板的热膨胀系数接近上述被钎焊的材料的热膨胀系数，即，要求其热膨胀系数小。 

考虑这样的要求，作为散热基板的材料，使用Cu(铜)、Mo(钼)、W(钨)等单一材料以及Cu-W、Cu-Mo等复合金属。 

在这些材料中，虽然Cu具有390W/(m·K)左右的高热传导率，但是其热膨胀系数高达20×10^-6/K。 

另一方面，虽然Mo和W的热膨胀系数小(Mo：5×10^-6/K，W：4×10^-6/K)，但是它们的热传导率分别为142W/(m·K)、167W/(m·K)，比铜 的热传导率低。因此，将作为热膨胀系数小且热传导率高的材料的Mo或W与Cu进行组合，作为经组合的材料，使用将它们做成层叠结构的复合材料。 

例如在专利文献1中，作为由三层结构构成的散热基板示出了Cu/Mo/Cu复合材料。这里，通过使该三层结构的复合材料中的Mo的体积比在20％至99.6％的范围内变化，控制热传导率和热膨胀系数，得到高于Mo单体的热传导率，和小于Cu单体的热膨胀系数。此外，在专利文献2中示出了Cu/Mo/Cu三层结构的复合材料的热膨胀系数与Cu的体积比的关系。在该结构的复合材料中，在Mo层为一层的情况下，例如为了使热膨胀系数在12×10^-6/K以下，必须使热传导率低的Mo的使用量为整体质量的20％以上。因此，该复合材料的厚度方向的热传导率最多限于230W/(m·K)左右。 

专利文献1：日本特开平2-102551 

专利文献2：日本特开平6-268115 

但是，最近的半导体设备存在更加大功率化的趋势，对于搭载这些半导体设备的散热基板的材料，变得需要具有小的热膨胀系数和更高的热传导率的材料。对于这样的要求，上述复合材料的热传导率不充分，从而需要在使热膨胀系数减小的状态下具有更加接近于Cu单体的热传导率的材料。 

并且，在上述复合材料中，为了减小热膨胀系数，需要使Mo层的体积比为20％以上。由于Mo比Cu硬，是机械加工性差的材料，Mo的体积比较大的复合材料的机械加工性差，从而难以使用批量生产率好的成型法即压力机冲裁法等成形。因此，该成形需要使用高成本的其他的成型法，这成为使用该复合材料的产品变得高成本的原因。因此，难以以低成本获得具有高热传导率、小热膨胀系数的复合材料。 

发明内容

本发明就是鉴于这些问题点而完成的，其目的在于，提供解决上述问题点的复合材料、其制造方法以及其成型方法，并提供使用了该复合 材料的具有高热传导率和小热膨胀系数的散热基板。 

为了解决上述课题，本发明形成为以下揭示的结构。 

本发明第一方面所述的发明的主旨在于一种复合材料，该复合材料是由第一材料形成的层和由第二材料形成的层交替层叠而成的，其特征在于，所述第二材料的热膨胀系数比所述第一材料的热膨胀系数小；所述第二材料的热传导率比所述第一材料的热传导率低；由所述第一材料形成的层和由所述第二材料形成的层合计层叠有五层以上。 

本发明第二方面所述的发明的主旨在于：根据第一方面所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料中由所述第二材料形成的层所占的体积比为10％以下。 

本发明第三方面所述的发明的主旨在于：根据第一或第二方面所述的复合材料，其特征在于，所述第一材料为铜、银、包含铜的合金、包含银的合金中的任一个。