JP3552587B2 - 複合材料及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱膨張性と高熱伝導性・高電気伝導性を有する銅複合材料及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂封止型パッケージは、リードフレームと半導体素子の端子がボンディングワイヤにより接続され、これを樹脂で封止する構造になっている。半導体素子は年々集積度や演算速度が増加し、それに伴い発熱量も増加しており、発生する熱を効率よく放散させるために搭載される放熱板の性能が重要となっている。放熱板を構成する放熱材料として高熱伝導性のＣｕあるいは軽量性のＡｌ等が使用されているが、半導体素子，リードフレーム，封止樹脂などパッケージ構成材料との熱膨張係数の大きなミスマッチは、熱応力の蓄積からくる樹脂あるいは素子のクラックにつながることから、特に熱膨張係数の点で封止材の樹脂との整合性が良く、熱伝導率の大きな放熱材料が望まれている。
【０００３】
現在、半導体封止樹脂はエポキシ樹脂系が主流となっており、熱膨張係数が
１０×１０−６〜２０×１０−６／℃のものが開発されている。樹脂の熱膨張係数は溶融シリカに代表される低熱膨張性のフィラーの添加によって調整されるが、フィラーの使用はコストを上げることや他のパッケージ構成材料との整合性を考慮して１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度の熱膨張係数を有する樹脂が多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低熱膨張・高熱伝導性及び易加工性を有し、かつパッケージ封止樹脂との整合性に優れた銅複合材料及びそれを用いた半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は断面の面積率が前記粒子の全体の５０％以下が互いに連なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴とする複合材料にある。
【０００６】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は互いに連なった複雑形状の塊が１００μｍ平方内に１０個以下であり、残りの前記化合物粒子は単独で存在して分散していることを特徴とする複合材料にある。
【０００７】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい５〜２０体積％の無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子はヴィッカース硬さが３００以下であることを特徴とする複合材料にある。
【０００８】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい５〜２０体積％の無機化合物粒子とを有し、２０℃から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃、熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また導電率が６０〜８５％ＩＡＣＳであることを特徴とする銅複合材料にある。
【０００９】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は１０％以下が互いに連なり塊となって分散しており、前記塊は塑性加工によって伸ばされた方向に延びていることを特徴とする複合材料にある。
【００１０】
本発明は、銅と酸化銅粒子とを有し、前記酸化銅粒子は前記粒子の全体の１０％以下が互いに連なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴とする複合材料にある。
【００１１】
本発明は、第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）を５〜２０体積％含み、残部が銅（Ｃｕ） と不可避的不純物からなり、前記Ｃｕ２Ｏ 相及びＣｕ相が分散した組織を有し、室温から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃，熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また導電率が６０〜８５％ＩＡＣＳであることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前述に記載の複合材料よりなることを特徴とする半導体装置用放熱板にある。また、その表面にＮｉめっき層を有することを特徴とする半導体装置用放熱板にある。
【００１３】
本発明は、半導体素子が搭載される電極板と、前記半導体素子と電気的に接合されるリード電極と、前記半導体素子、前記電極板及び前記リード電極が搭載される放熱板と、前記電極板及び前記リード電極と前記放熱板との間に絶縁層を有する構造体を樹脂封止するとともに、前記リード電極の一部及び前記放熱板の少なくとも前記素子の接合面に対して反対面が開放されている半導体装置において、前記放熱板は、前述に記載の放熱板よりなることを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明に係る複合材料は金属として電気導電性の高いＡｕ，Ｃｕ，Ａｌが用いられ、特にＣｕは高融点で高強度を有する点で最も優れている。また、複合材を構成する粒子として、ベースの金属に対して極端に硬さの違う従来のＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３等の化合物ではなく、比較的軟かい粒子で焼結後に安定で、２０〜１５０℃の範囲での平均熱膨張係数が好ましくは５．０×１０−６／℃ 以下、より好ましくは３．５×１０−６／℃ 以下で、ヴィッカース硬さが３００以下のものが好ましい。このように粒子として軟かいものを用いることによって焼結後の熱間，冷間による高い塑性加工性が得られ、特にこれらの圧延が可能になることから高い生産性が得られるとともに純銅と同様の薄板を得ることができる。複合化粒子として第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ ），酸化錫，酸化鉛，酸化ニッケル等が考えられる。しかし、特に熱膨張係数が最も小さく軟らかい第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）が好ましい。
更に、本発明の複合材料はＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２ 等のヴィッカース硬さが１０００以上の硬い平均粒径３μｍ以下の微細なセラミックス粒子を５体積％以下含有させてより強化させるのが好ましい。
【００１５】
本発明における放熱板は、焼結後又はその後の圧延等による加工後に型プレスによる塑性加工によって最終形状に形成することができる。
【００１６】
本発明に係る複合材料の製造方法は、前述の複合化合粒子の一例として第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ ），金属の一例として銅（Ｃｕ）粉とを有する混合粉末をプレス成形する工程と、８００℃〜１０５０℃で焼結する工程と、冷間もしくは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る銅複合材料としての製造方法は、第二酸化銅（ＣｕＯ）を２．７〜１０．８体積％含み、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス成形する工程と、８００℃〜１０５０℃で成形固化とともにＣｕＯをＣｕと反応させＣｕ２Ｏ に変態させる焼結工程と、冷間もしくは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工する工程と、その後の焼鈍工程を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る塑性加工法としては、冷間もしくは熱間での圧延，鍛造，プレス，押出し等による板材加工あるいは型を用いることによる所望形状への成形加工が可能である。
【００１９】
本発明に係る銅複合材料は、１７．６×１０−６／℃ の熱膨張係数と３９１Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有するＣｕと１２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と２．７×１０−６／℃の低熱膨張率を有するＣｕ２Ｏ を複合化させた材料であり、樹脂封止型半導体パッケージの放熱板に適用される焼結体組成として、Ｃｕ−５〜２０体積％
Ｃｕ２Ｏ の組成範囲で選択され、室温から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃であり、また熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋを有することができる。Ｃｕ２Ｏ 含有量は、５％以上で放熱板に要求される熱膨張係数が得られ、２０体積％以下で十分な熱伝導性や構造体としての強度が得られるためである。
【００２０】
本発明において、複合材料は基本的に粉末冶金法によって得られるが、銅複合材料においては、Ｃｕ粉末とＣｕ２Ｏ 粉末もしくはＣｕＯ粉末を原料粉として所定比率で混合し、金型で冷間プレスした後、焼結して作製する。そして、必要に応じて冷間あるいは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工が施される。
【００２１】
原料粉の混合は、Ｖミキサー，ポットミルあるいはメカニカルアロイング等によって行われるが、原料粉末の粒径は、プレス成形性や焼結後のＣｕ２Ｏ の分散性に影響を及ぼすのでＣｕ粉末は１００μｍ以下、Ｃｕ２Ｏ 及びＣｕＯ粉末の粒径は１０μｍ以下、特に１〜２μｍが好ましい。
【００２２】
次に、混合粉末は金型を用い、４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレス成形されるが、Ｃｕ２Ｏ 含有量の増加につれて圧力を高めることが望ましい。
【００２３】
混合粉末の予備成形体は、アルゴンガス雰囲気中で常圧焼結，ＨＩＰあるいはホットプレスにより加圧焼結されるが、８００℃〜１０５０℃で３時間程度が好ましく、Ｃｕ２Ｏ 含有量の増加につれて温度が高められる。焼結温度はベース金属によって異なるが、特にＣｕにおいては８００℃以下では、密度の高い焼結体が得られず、１０５０℃以上ではＣｕとＣｕ２Ｏ の共晶反応により部分溶解する危険性があるために好ましくなく、９００℃〜１０００℃が好適である。
【００２４】
本発明の銅複合材料は、構成するＣｕ及びＣｕ２Ｏ の硬さが低く、延性に富むため、圧延，鍛造押出しなどの冷間あるいは熱間加工が可能であり、焼結後に必要に応じて施される。加工を付与することによって、材料に熱伝導の異方性が発現するが、強度向上や一定方向への伝熱が必要な用途に対して有効である。
【００２５】
本発明においては、原料粉にＣｕＯを用い、Ｃｕ粉末と混合・プレス成形した後に焼結過程でＣｕを内部酸化させて、最終的にＣｕ相とＣｕ２Ｏ 相が分散した組織を有する焼結体とすることができる。すなわち、ＣｕＯはＣｕと共存する場合、高温においては（１）式によりＣｕ２Ｏ に変態する方が熱的に安定であることを利用している。
【００２６】
２Ｃｕ＋ＣｕＯ → Ｃｕ＋Ｃｕ２Ｏ …（１）
（１）式が平衡に到達するためには所定の時間を要するが、例えば焼結温度が９００℃の場合には、３時間程度で十分である。
【００２７】
焼結体のＣｕ２Ｏ の粒径は密度，強度あるいは塑性加工性に影響するので微細であることが好ましい。しかしながら、粒径は粉末の混合方法に強く影響され、混合エネルギーが大きい方が粉同士の凝集が少なく、焼結後に微細なＣｕ２Ｏ 相が得られる。
【００２８】
本発明において、焼結後のＣｕ２Ｏ 相の粒径は混合エネルギーの小さいＶミキサーではＣｕ２Ｏ 相の５０体積％以下が粒径５０〜２００μｍで、残部が５０
μｍ以下とし、スチールボールを入れたポットミルでは５０μｍ以下、そして、最も混合エネルギーの大きいメカニカルアロイングでは１０μｍ以下と規定される。粒径が２００μｍ以上では、気孔率が増加し、塑性加工性が損なわれ、その量がＣｕ２Ｏ 相の５０体積％以上になると、熱伝導特性のばらつきの増加を招き、半導体装置の放熱板に不適となる。好ましい組織は、５０μｍ以下のＣｕ２Ｏ 相がＣｕ相と均一に分散した組織である。Ｃｕ２Ｏ 相は１０μｍ以下がより好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
原料粉として、７５μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕ２Ｏ 粉末を用いた。Ｃｕ粉末とＣｕ２Ｏ 粉末を表１に示す比率で１４００ｇ調合した後、スチールボールを入れた乾式のポットミル中で１０時間以上混合した。混合粉末を直径１５０ｍｍの金型に注入し、Ｃｕ２Ｏ 含有量に応じて４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして直径１５０ｍｍ×高さ１５〜１７ｍｍの予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させて化学分析，組織観察，熱膨張係数，熱伝導率，導電率及びヴィッカース硬さの測定に供した。なお、焼結温度はＣｕ２Ｏ 含有量に応じて９００℃〜１０００℃の間で変化させ、各温度で３時間保持した。熱膨張係数は室温から３００℃の温度範囲でＴＭＡ
（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法，導電率はシグマテスターを用い測定した。その結果を表１に併記した。また、得られた試料Ｎｏ．３焼結成形体のミクロ組織を図１に示す。
【００３０】
焼結体組成は化学分析の結果、配合組成と一致していた。また、熱膨張係数，熱伝導率及び導電率は、表１より明らかなように、ＣｕとＣｕ２Ｏ の組成比を調整することによって、広範囲に亘って変化しており、放熱板に求められる熱的特性にコントロールできることがわかった。
【００３１】
【表１】
【００３２】
一方、ミクロ組織は図１（２００倍）より明らかなように、Ｃｕ２Ｏ は混合工程において凝集，焼結工程において肥大成長するが、粒径は５０μｍ以下であり、Ｃｕ相とＣｕ２Ｏ 相が均一に分散した緻密な組織となっている。なお、写真中の白い部分がＣｕ相，黒い部分がＣｕ２Ｏ 相である。Ｃｕ２Ｏ 粒子のほとんどが１０μｍ以下の粒径であり、それ以上のものは複数個のＣｕ２Ｏ 粒子が連なり、１００μｍ平方当り１０個以下の１５体積％である。硬さ測定の結果、Ｃｕ相はＨｖ７５〜８０，Ｃｕ２Ｏ がＨｖ２１０〜２３０の硬さであった。また、機械加工性を旋盤及びドリル加工で評価した結果、加工性は非常に良好であり、形状付与が容易であることがわかった。
【００３３】
次いで、得られた焼結体を室温で３ｍｍの厚さまでプレスし、組織観察した。鍛造材は、側面に多少の耳割れが観察されたが、それ以外では割れが観察されず健全であり、本発明の銅複合材料は、塑性加工性に優れることが判明した。
【００３４】
図２は、鍛造材の鍛伸方向に平行な面のミクロ組織（２００倍）を示す。 Ｃｕ２Ｏ 相は、変形して鍛伸方向に配向する傾向が認められるが、Ｃｕ相、 Ｃｕ２Ｏ 相及びその境界にはクラック等の欠陥は認められない。Ｃｕ２Ｏ 粒子は９５％が２０μｍ以下の粒径である。それ以上の粒径のものは複数個連らなったものである。
【００３５】
（実施例２）
粉末の混合をＶミキサーで行った以外は、実施例１と同一の条件でＮｏ．３ （Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）と同一組成の焼結体を作成し、実施例１と同様に組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定に供した。
【００３６】
図３にＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ 焼結体のミクロ組織（２００倍）を示す。写真から明らかなように、サイズが大きく異なるＣｕ２Ｏ が混在した組織となっている。大きなサイズのＣｕ２Ｏ 粒子は、Ｖミキサーによる混合中にＣｕ２Ｏ 粒子同士が凝集して生成したものである。熱膨張係数及び熱伝導率の値は、Ｃｕ及びＣｕ２Ｏ がそれぞれ均一に分散した同一組成の焼結体と明らかな差が認められなかったが、測定場所によるばらつきが若干大きくなる傾向が認められた。１つ大きな塊があるが、５０μｍ以下がほとんどである。分散が不足したものと思われる。他の細かい粒子は１０μｍ以下の粒径である。
【００３７】
（実施例３）
原料粉として、７４μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕ２Ｏ 粉末を用い、Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ の組成比で３００ｇ調合した後、直径８ｍｍの鋼球を入れた直径１２０ｍｍの遊星ボールミル容器中で２５時間メカニカルアロイング（ＭＡ）した。その後、混合粉末を直径８０ｍｍの金型に注入し、１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で８００℃×２時間の焼結を行い、実施例１と同様に組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定，酸化物Ｘ線回折に供した。
【００３８】
ミクロ組織は実施例１あるいは２に比べて、Ｃｕ２Ｏ 粒子が微細であり、粒径１０μｍ以下のＣｕ２Ｏ が均一分散していた。組織の微細化は、強度の向上や冷間圧延性の改善に好適である。
【００３９】
（実施例４）
原料粉として、７４μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕＯ粉末を用いた。Ｃｕ粉末とＣｕＯ粉末を表２に示す比率で１４００ｇ調合した後、スチールボールを入れた乾式のポットミル中で１０時間以上混合した。混合粉末を直径１５０ｍｍの金型に注入し、ＣｕＯ含有量に応じて４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして予備成形体を得た。予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させた後、酸化物Ｘ線回折，組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定に供した。なお、焼結温度はＣｕＯ含有量に応じて９００℃〜１０００℃の間で変化させ、各温度で３時間保持した。熱膨張係数は室温から３００℃の温度範囲でＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した。その結果を表２に併記した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
焼結体について、Ｘ線回折により酸化物の同定を行った結果、検出された銅酸化物の回折ピークはＣｕ２Ｏ のみであり、焼結中にＣｕＯからＣｕ２Ｏ への変態が完全になされたことを確認した。図４に得られた試料Ｎｏ．７のミクロ組織 （２００倍）を示すが、実施例１の同一組成のものと同様の組織を呈しており、Ｃｕ２Ｏ 相はＣｕとＣｕＯの酸化反応により生成したＣｕ２Ｏ とＣｕＯが分解して生成したＣｕ２Ｏ からなっている。Ｃｕ２Ｏ 粒子は５％複数個の粒子が連なったものがあり、他は２０μｍ以下の粒子からなる。
【００４２】
次いで、得られた焼結体を９００℃で２ｍｍの厚さに熱間圧延及び酸洗後、３０μｍの厚さまで冷間圧延して塑性加工性を検討した。Ｃｕ相中にそれよりも硬さの高いＣｕ２Ｏ 相が分散しているために、純Ｃｕに比べて変形抵抗が大きくなり、圧延性が劣る傾向が認められた。組織観察の結果、Ｃｕ相，Ｃｕ２Ｏ 相及びその境界にはクラック等の欠陥は認められず、本発明の銅複合材料は、塑性加工性により薄板化が可能であることが判明した。
【００４３】
（実施例５）
実施例１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板として、半導体素子が樹脂封止される半導体装置に適用した実施例を述べる。
【００４４】
一例として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワー半導体素子を複数個搭載し、樹脂封止した半導体装置への適用例を示す。図５は本発明による半導体装置の断面構成図を示す。パワー半導体素子１１，１２がはんだ接着層１４を介してＣｕ製のリードフレームの電極板部１３の一方の主面上に固着され搭載される。電極板部１３の他方の主面すなわち上記部品が搭載された主面の裏面は、絶縁層２を介して実施例１〜４に記載の本発明の係る全表面にＮｉめっきされたＣｕ−Ｃｕ２Ｏ 複合材からなる放熱板６に接着される。次いで、パワー半導体素子１１，１２は、アルミニウムのワイヤボンデイング部１５によりリード電極部４，５と電気的に接続され、リード電極部４，５の一部が端子として外部に導出され、主回路を構成する。さらに主回路はエポキシ系樹脂からなる樹脂層１によって被覆され構造体をなし、リード電極部４，５の端子部、並びに放熱板６の裏面を露出する形で構造体全体がエポキシ系樹脂からなる樹脂層３により一体モールド封止される。
【００４５】
本実施例では、樹脂層３の材料としてエポキシ系樹脂材料を用いたが、例えばポリフェニレン系樹脂など熱可塑性樹脂であってもよい。また、樹脂層２には良好な熱伝導性を得るために、アルミナ，マグネシア，シリカなどの無機材料フィラーが含まれることが望ましい。
【００４６】
放熱板は、モールド樹脂の熱膨張係数を考慮して、室温から３００℃における熱膨張係数が１４×１０−６〜１７×１０−６／℃の範囲となるように、Ｃｕ−５〜２０体積％Ｃｕ２Ｏ の範囲内で組成を変えて作製し、機械加工及びＮｉめっき処理を施して供した。
【００４７】
上記のようにして実装された半導体装置について、反りやモールド樹脂あるいは素子のクラックの有無を観察した。その結果、モールド樹脂と放熱板との熱膨張差が０．５×１０−６／℃以下となるように、放熱板のＣｕ２Ｏ量を調節することで、問題がなく実装できることがわかった。
【００４８】
本実施例ではパワー半導体素子１１として、ＩＧＢＴ素子を用いた半導体装置の例について示したが、例えばＭＯＳ系トランジスタ，ダイオードなど他の種類の半導体素子であってもよい。さらに、これら複数素子の組み合わせによる特定の回路、例えばインバータ用パワーモジュールなどであっても良い。また回路中に抵抗やコンデンサなどの受動素子が含まれていても良い。これら、電気素子または電子素子はプリント基板のような回路基板上に搭載されていても良い。
【００４９】
本実施例では、放熱板がモールド樹脂の外部に露出したタイプについて述べたが、放熱板内蔵型のパッケージであっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の複合材料は、低熱膨張で高熱伝導性を有するとともに高い塑性加工性を有することから製造工程が短縮され多量生産が可能となる顕著な効果を有する。
【００５１】
また、本発明の複合材料は、特に高熱伝導性を有するＣｕ相と低熱膨張性のＣｕ２Ｏ 相からなる混合組織を有するために、両方の特性を兼ね備えている。また、本発明の複合材料は、Ｃｕ及びＣｕ２Ｏ 両者の含有量を調整することにより、低熱膨張係数で高熱伝導率を得ることができる。本発明の用途として、半導体装置に搭載される放熱板として広い範囲にわたって適用が可能である。
【００５２】
また、本発明材料の特性から鑑みて、半導体装置分野以外に熱変形の抑制や熱放散が厳しく要求される精密機械，電子部品などへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る試料Ｎｏ．３（Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図２】本発明の実施例１に係るＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ の鍛造材の鍛伸方向に平行な面のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図３】本発明の実施例２に係るＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ 焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図４】本発明の実施例４に係る試料Ｎｏ．７（Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図５】本発明の実施例５に係るパワー半導体装置の断面構成図。
【符号の説明】
６…放熱板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、低熱膨張性と高熱伝導性・高電気伝導性を有する銅複合材料及びそれを用いた樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
樹脂封止型パッケージは、リードフレームと半導体素子の端子がボンディングワイヤにより接続され、これを樹脂で封止する構造になっている。半導体素子は年々集積度や演算速度が増加し、それに伴い発熱量も増加しており、発生する熱を効率よく放散させるために搭載される放熱板の性能が重要となっている。放熱板を構成する放熱材料として高熱伝導性のＣｕあるいは軽量性のＡｌ等が使用されているが、半導体素子，リードフレーム，封止樹脂などパッケージ構成材料との熱膨張係数の大きなミスマッチは、熱応力の蓄積からくる樹脂あるいは素子のクラックにつながることから、特に熱膨張係数の点で封止材の樹脂との整合性が良く、熱伝導率の大きな放熱材料が望まれている。
【０００３】
現在、半導体封止樹脂はエポキシ樹脂系が主流となっており、熱膨張係数が
１０×１０−６〜２０×１０−６／℃のものが開発されている。樹脂の熱膨張係数は溶融シリカに代表される低熱膨張性のフィラーの添加によって調整されるが、フィラーの使用はコストを上げることや他のパッケージ構成材料との整合性を考慮して１３×１０−６〜１８×１０−６／℃程度の熱膨張係数を有する樹脂が多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、低熱膨張・高熱伝導性及び易加工性を有し、かつパッケージ封止樹脂との整合性に優れた銅複合材料及びそれを用いた半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は断面の面積率が前記粒子の全体の５０％以下が互いに連なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴とする複合材料にある。
【０００６】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は互いに連なった複雑形状の塊が１００μｍ平方内に１０個以下であり、残りの前記化合物粒子は単独で存在して分散していることを特徴とする複合材料にある。
【０００７】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい５〜２０体積％の無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子はヴィッカース硬さが３００以下であることを特徴とする複合材料にある。
【０００８】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい５〜２０体積％の無機化合物粒子とを有し、２０℃から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃、熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また導電率が６０〜８５％ＩＡＣＳであることを特徴とする銅複合材料にある。
【０００９】
本発明は、金属と該金属よりも熱膨張係数が小さい無機化合物粒子とを有し、前記化合物粒子は１０％以下が互いに連なり塊となって分散しており、前記塊は塑性加工によって伸ばされた方向に延びていることを特徴とする複合材料にある。
【００１０】
本発明は、銅と酸化銅粒子とを有し、前記酸化銅粒子は前記粒子の全体の１０％以下が互いに連なった複雑形状の塊となって分散していることを特徴とする複合材料にある。
【００１１】
本発明は、第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）を５〜２０体積％含み、残部が銅（Ｃｕ） と不可避的不純物からなり、前記Ｃｕ２Ｏ 相及びＣｕ相が分散した組織を有し、室温から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃，熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また導電率が６０〜８５％ＩＡＣＳであることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前述に記載の複合材料よりなることを特徴とする半導体装置用放熱板にある。また、その表面にＮｉめっき層を有することを特徴とする半導体装置用放熱板にある。
【００１３】
本発明は、半導体素子が搭載される電極板と、前記半導体素子と電気的に接合されるリード電極と、前記半導体素子、前記電極板及び前記リード電極が搭載される放熱板と、前記電極板及び前記リード電極と前記放熱板との間に絶縁層を有する構造体を樹脂封止するとともに、前記リード電極の一部及び前記放熱板の少なくとも前記素子の接合面に対して反対面が開放されている半導体装置において、前記放熱板は、前述に記載の放熱板よりなることを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明に係る複合材料は金属として電気導電性の高いＡｕ，Ｃｕ，Ａｌが用いられ、特にＣｕは高融点で高強度を有する点で最も優れている。また、複合材を構成する粒子として、ベースの金属に対して極端に硬さの違う従来のＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３等の化合物ではなく、比較的軟かい粒子で焼結後に安定で、２０〜１５０℃の範囲での平均熱膨張係数が好ましくは５．０×１０−６／℃ 以下、より好ましくは３．５×１０−６／℃ 以下で、ヴィッカース硬さが３００以下のものが好ましい。このように粒子として軟かいものを用いることによって焼結後の熱間，冷間による高い塑性加工性が得られ、特にこれらの圧延が可能になることから高い生産性が得られるとともに純銅と同様の薄板を得ることができる。複合化粒子として第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ ），酸化錫，酸化鉛，酸化ニッケル等が考えられる。しかし、特に熱膨張係数が最も小さく軟らかい第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）が好ましい。
更に、本発明の複合材料はＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２ 等のヴィッカース硬さが１０００以上の硬い平均粒径３μｍ以下の微細なセラミックス粒子を５体積％以下含有させてより強化させるのが好ましい。
【００１５】
本発明における放熱板は、焼結後又はその後の圧延等による加工後に型プレスによる塑性加工によって最終形状に形成することができる。
【００１６】
本発明に係る複合材料の製造方法は、前述の複合化合粒子の一例として第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ ），金属の一例として銅（Ｃｕ）粉とを有する混合粉末をプレス成形する工程と、８００℃〜１０５０℃で焼結する工程と、冷間もしくは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る銅複合材料としての製造方法は、第二酸化銅（ＣｕＯ）を２．７〜１０．８体積％含み、残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス成形する工程と、８００℃〜１０５０℃で成形固化とともにＣｕＯをＣｕと反応させＣｕ２Ｏ に変態させる焼結工程と、冷間もしくは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工する工程と、その後の焼鈍工程を含むことが好ましい。
【００１８】
本発明に係る塑性加工法としては、冷間もしくは熱間での圧延，鍛造，プレス，押出し等による板材加工あるいは型を用いることによる所望形状への成形加工が可能である。
【００１９】
本発明に係る銅複合材料は、１７．６×１０−６／℃ の熱膨張係数と３９１Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を有するＣｕと１２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率と２．７×１０−６／℃の低熱膨張率を有するＣｕ２Ｏ を複合化させた材料であり、樹脂封止型半導体パッケージの放熱板に適用される焼結体組成として、Ｃｕ−５〜２０体積％
Ｃｕ２Ｏ の組成範囲で選択され、室温から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃であり、また熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋを有することができる。Ｃｕ２Ｏ 含有量は、５％以上で放熱板に要求される熱膨張係数が得られ、２０体積％以下で十分な熱伝導性や構造体としての強度が得られるためである。
【００２０】
本発明において、複合材料は基本的に粉末冶金法によって得られるが、銅複合材料においては、Ｃｕ粉末とＣｕ２Ｏ 粉末もしくはＣｕＯ粉末を原料粉として所定比率で混合し、金型で冷間プレスした後、焼結して作製する。そして、必要に応じて冷間あるいは熱間の少なくともいずれか一方で塑性加工が施される。
【００２１】
原料粉の混合は、Ｖミキサー，ポットミルあるいはメカニカルアロイング等によって行われるが、原料粉末の粒径は、プレス成形性や焼結後のＣｕ２Ｏ の分散性に影響を及ぼすのでＣｕ粉末は１００μｍ以下、Ｃｕ２Ｏ 及びＣｕＯ粉末の粒径は１０μｍ以下、特に１〜２μｍが好ましい。
【００２２】
次に、混合粉末は金型を用い、４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレス成形されるが、Ｃｕ２Ｏ 含有量の増加につれて圧力を高めることが望ましい。
【００２３】
混合粉末の予備成形体は、アルゴンガス雰囲気中で常圧焼結，ＨＩＰあるいはホットプレスにより加圧焼結されるが、８００℃〜１０５０℃で３時間程度が好ましく、Ｃｕ２Ｏ 含有量の増加につれて温度が高められる。焼結温度はベース金属によって異なるが、特にＣｕにおいては８００℃以下では、密度の高い焼結体が得られず、１０５０℃以上ではＣｕとＣｕ２Ｏ の共晶反応により部分溶解する危険性があるために好ましくなく、９００℃〜１０００℃が好適である。
【００２４】
本発明の銅複合材料は、構成するＣｕ及びＣｕ２Ｏ の硬さが低く、延性に富むため、圧延，鍛造押出しなどの冷間あるいは熱間加工が可能であり、焼結後に必要に応じて施される。加工を付与することによって、材料に熱伝導の異方性が発現するが、強度向上や一定方向への伝熱が必要な用途に対して有効である。
【００２５】
本発明においては、原料粉にＣｕＯを用い、Ｃｕ粉末と混合・プレス成形した後に焼結過程でＣｕを内部酸化させて、最終的にＣｕ相とＣｕ２Ｏ 相が分散した組織を有する焼結体とすることができる。すなわち、ＣｕＯはＣｕと共存する場合、高温においては（１）式によりＣｕ２Ｏ に変態する方が熱的に安定であることを利用している。
【００２６】
２Ｃｕ＋ＣｕＯ → Ｃｕ＋Ｃｕ２Ｏ …（１）
（１）式が平衡に到達するためには所定の時間を要するが、例えば焼結温度が９００℃の場合には、３時間程度で十分である。
【００２７】
焼結体のＣｕ２Ｏ の粒径は密度，強度あるいは塑性加工性に影響するので微細であることが好ましい。しかしながら、粒径は粉末の混合方法に強く影響され、混合エネルギーが大きい方が粉同士の凝集が少なく、焼結後に微細なＣｕ２Ｏ 相が得られる。
【００２８】
本発明において、焼結後のＣｕ２Ｏ 相の粒径は混合エネルギーの小さいＶミキサーではＣｕ２Ｏ 相の５０体積％以下が粒径５０〜２００μｍで、残部が５０
μｍ以下とし、スチールボールを入れたポットミルでは５０μｍ以下、そして、最も混合エネルギーの大きいメカニカルアロイングでは１０μｍ以下と規定される。粒径が２００μｍ以上では、気孔率が増加し、塑性加工性が損なわれ、その量がＣｕ２Ｏ 相の５０体積％以上になると、熱伝導特性のばらつきの増加を招き、半導体装置の放熱板に不適となる。好ましい組織は、５０μｍ以下のＣｕ２Ｏ 相がＣｕ相と均一に分散した組織である。Ｃｕ２Ｏ 相は１０μｍ以下がより好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
原料粉として、７５μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕ２Ｏ 粉末を用いた。Ｃｕ粉末とＣｕ２Ｏ 粉末を表１に示す比率で１４００ｇ調合した後、スチールボールを入れた乾式のポットミル中で１０時間以上混合した。混合粉末を直径１５０ｍｍの金型に注入し、Ｃｕ２Ｏ 含有量に応じて４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして直径１５０ｍｍ×高さ１５〜１７ｍｍの予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させて化学分析，組織観察，熱膨張係数，熱伝導率，導電率及びヴィッカース硬さの測定に供した。なお、焼結温度はＣｕ２Ｏ 含有量に応じて９００℃〜１０００℃の間で変化させ、各温度で３時間保持した。熱膨張係数は室温から３００℃の温度範囲でＴＭＡ
（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法，導電率はシグマテスターを用い測定した。その結果を表１に併記した。また、得られた試料Ｎｏ．３焼結成形体のミクロ組織を図１に示す。
【００３０】
焼結体組成は化学分析の結果、配合組成と一致していた。また、熱膨張係数，熱伝導率及び導電率は、表１より明らかなように、ＣｕとＣｕ２Ｏ の組成比を調整することによって、広範囲に亘って変化しており、放熱板に求められる熱的特性にコントロールできることがわかった。
【００３１】
【表１】
一方、ミクロ組織は図１（２００倍）より明らかなように、Ｃｕ２Ｏ は混合工程において凝集，焼結工程において肥大成長するが、粒径は５０μｍ以下であり、Ｃｕ相とＣｕ２Ｏ 相が均一に分散した緻密な組織となっている。なお、写真中の白い部分がＣｕ相，黒い部分がＣｕ２Ｏ 相である。Ｃｕ２Ｏ 粒子のほとんどが１０μｍ以下の粒径であり、それ以上のものは複数個のＣｕ２Ｏ 粒子が連なり、１００μｍ平方当り１０個以下の１５体積％である。硬さ測定の結果、Ｃｕ相はＨｖ７５〜８０，Ｃｕ２Ｏ がＨｖ２１０〜２３０の硬さであった。また、機械加工性を旋盤及びドリル加工で評価した結果、加工性は非常に良好であり、形状付与が容易であることがわかった。
【００３３】
次いで、得られた焼結体を室温で３ｍｍの厚さまでプレスし、組織観察した。鍛造材は、側面に多少の耳割れが観察されたが、それ以外では割れが観察されず健全であり、本発明の銅複合材料は、塑性加工性に優れることが判明した。
【００３４】
図２は、鍛造材の鍛伸方向に平行な面のミクロ組織（２００倍）を示す。 Ｃｕ２Ｏ 相は、変形して鍛伸方向に配向する傾向が認められるが、Ｃｕ相、 Ｃｕ２Ｏ 相及びその境界にはクラック等の欠陥は認められない。Ｃｕ２Ｏ 粒子は９５％が２０μｍ以下の粒径である。それ以上の粒径のものは複数個連らなったものである。
【００３５】
（実施例２）
粉末の混合をＶミキサーで行った以外は、実施例１と同一の条件でＮｏ．３ （Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）と同一組成の焼結体を作成し、実施例１と同様に組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定に供した。
【００３６】
図３にＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ 焼結体のミクロ組織（２００倍）を示す。写真から明らかなように、サイズが大きく異なるＣｕ２Ｏ が混在した組織となっている。大きなサイズのＣｕ２Ｏ 粒子は、Ｖミキサーによる混合中にＣｕ２Ｏ 粒子同士が凝集して生成したものである。熱膨張係数及び熱伝導率の値は、Ｃｕ及びＣｕ２Ｏ がそれぞれ均一に分散した同一組成の焼結体と明らかな差が認められなかったが、測定場所によるばらつきが若干大きくなる傾向が認められた。１つ大きな塊があるが、５０μｍ以下がほとんどである。分散が不足したものと思われる。他の細かい粒子は１０μｍ以下の粒径である。
【００３７】
（実施例３）
原料粉として、７４μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕ２Ｏ 粉末を用い、Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ の組成比で３００ｇ調合した後、直径８ｍｍの鋼球を入れた直径１２０ｍｍの遊星ボールミル容器中で２５時間メカニカルアロイング（ＭＡ）した。その後、混合粉末を直径８０ｍｍの金型に注入し、１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で８００℃×２時間の焼結を行い、実施例１と同様に組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定，酸化物Ｘ線回折に供した。
【００３８】
ミクロ組織は実施例１あるいは２に比べて、Ｃｕ２Ｏ 粒子が微細であり、粒径１０μｍ以下のＣｕ２Ｏ が均一分散していた。組織の微細化は、強度の向上や冷間圧延性の改善に好適である。
【００３９】
（実施例４）
原料粉として、７４μｍ以下の電解Ｃｕ粉末と粒径１〜２μｍのＣｕＯ粉末を用いた。Ｃｕ粉末とＣｕＯ粉末を表２に示す比率で１４００ｇ調合した後、スチールボールを入れた乾式のポットミル中で１０時間以上混合した。混合粉末を直径１５０ｍｍの金型に注入し、ＣｕＯ含有量に応じて４００〜１０００ｋｇ／ｃｍ２ の圧力で冷間プレスして予備成形体を得た。予備成形体をアルゴンガス雰囲気中で焼結させた後、酸化物Ｘ線回折，組織観察，熱膨張係数及び熱伝導率の測定に供した。なお、焼結温度はＣｕＯ含有量に応じて９００℃〜１０００℃の間で変化させ、各温度で３時間保持した。熱膨張係数は室温から３００℃の温度範囲でＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて行い、熱伝導率はレーザーフラッシュ法により測定した。その結果を表２に併記した。
【００４０】
【表２】
焼結体について、Ｘ線回折により酸化物の同定を行った結果、検出された銅酸化物の回折ピークはＣｕ２Ｏ のみであり、焼結中にＣｕＯからＣｕ２Ｏ への変態が完全になされたことを確認した。図４に得られた試料Ｎｏ．７のミクロ組織 （２００倍）を示すが、実施例１の同一組成のものと同様の組織を呈しており、Ｃｕ２Ｏ 相はＣｕとＣｕＯの酸化反応により生成したＣｕ２Ｏ とＣｕＯが分解して生成したＣｕ２Ｏ からなっている。Ｃｕ２Ｏ 粒子は５％複数個の粒子が連なったものがあり、他は２０μｍ以下の粒子からなる。
【００４２】
次いで、得られた焼結体を９００℃で２ｍｍの厚さに熱間圧延及び酸洗後、３０μｍの厚さまで冷間圧延して塑性加工性を検討した。Ｃｕ相中にそれよりも硬さの高いＣｕ２Ｏ 相が分散しているために、純Ｃｕに比べて変形抵抗が大きくなり、圧延性が劣る傾向が認められた。組織観察の結果、Ｃｕ相，Ｃｕ２Ｏ 相及びその境界にはクラック等の欠陥は認められず、本発明の銅複合材料は、塑性加工性により薄板化が可能であることが判明した。
【００４３】
（実施例５）
実施例１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板として、半導体素子が樹脂封止される半導体装置に適用した実施例を述べる。
【００４４】
一例として、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのパワー半導体素子を複数個搭載し、樹脂封止した半導体装置への適用例を示す。図５は本発明による半導体装置の断面構成図を示す。パワー半導体素子１１，１２がはんだ接着層１４を介してＣｕ製のリードフレームの電極板部１３の一方の主面上に固着され搭載される。電極板部１３の他方の主面すなわち上記部品が搭載された主面の裏面は、絶縁層２を介して実施例１〜４に記載の本発明の係る全表面にＮｉめっきされたＣｕ−Ｃｕ２Ｏ 複合材からなる放熱板６に接着される。次いで、パワー半導体素子１１，１２は、アルミニウムのワイヤボンデイング部１５によりリード電極部４，５と電気的に接続され、リード電極部４，５の一部が端子として外部に導出され、主回路を構成する。さらに主回路はエポキシ系樹脂からなる樹脂層１によって被覆され構造体をなし、リード電極部４，５の端子部、並びに放熱板６の裏面を露出する形で構造体全体がエポキシ系樹脂からなる樹脂層３により一体モールド封止される。
【００４５】
本実施例では、樹脂層３の材料としてエポキシ系樹脂材料を用いたが、例えばポリフェニレン系樹脂など熱可塑性樹脂であってもよい。また、樹脂層２には良好な熱伝導性を得るために、アルミナ，マグネシア，シリカなどの無機材料フィラーが含まれることが望ましい。
【００４６】
放熱板は、モールド樹脂の熱膨張係数を考慮して、室温から３００℃における熱膨張係数が１４×１０−６〜１７×１０−６／℃の範囲となるように、Ｃｕ−５〜２０体積％Ｃｕ２Ｏ の範囲内で組成を変えて作製し、機械加工及びＮｉめっき処理を施して供した。
【００４７】
上記のようにして実装された半導体装置について、反りやモールド樹脂あるいは素子のクラックの有無を観察した。その結果、モールド樹脂と放熱板との熱膨張差が０．５×１０−６／℃以下となるように、放熱板のＣｕ２Ｏ量を調節することで、問題がなく実装できることがわかった。
【００４８】
本実施例ではパワー半導体素子１１として、ＩＧＢＴ素子を用いた半導体装置の例について示したが、例えばＭＯＳ系トランジスタ，ダイオードなど他の種類の半導体素子であってもよい。さらに、これら複数素子の組み合わせによる特定の回路、例えばインバータ用パワーモジュールなどであっても良い。また回路中に抵抗やコンデンサなどの受動素子が含まれていても良い。これら、電気素子または電子素子はプリント基板のような回路基板上に搭載されていても良い。
【００４９】
本実施例では、放熱板がモールド樹脂の外部に露出したタイプについて述べたが、放熱板内蔵型のパッケージであっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の複合材料は、低熱膨張で高熱伝導性を有するとともに高い塑性加工性を有することから製造工程が短縮され多量生産が可能となる顕著な効果を有する。
【００５１】
また、本発明の複合材料は、特に高熱伝導性を有するＣｕ相と低熱膨張性のＣｕ２Ｏ 相からなる混合組織を有するために、両方の特性を兼ね備えている。また、本発明の複合材料は、Ｃｕ及びＣｕ２Ｏ 両者の含有量を調整することにより、低熱膨張係数で高熱伝導率を得ることができる。本発明の用途として、半導体装置に搭載される放熱板として広い範囲にわたって適用が可能である。
【００５２】
また、本発明材料の特性から鑑みて、半導体装置分野以外に熱変形の抑制や熱放散が厳しく要求される精密機械，電子部品などへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る試料Ｎｏ．３（Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図２】本発明の実施例１に係るＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ の鍛造材の鍛伸方向に平行な面のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図３】本発明の実施例２に係るＣｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ 焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図４】本発明の実施例４に係る試料Ｎｏ．７（Ｃｕ−１５体積％Ｃｕ２Ｏ ）焼結体のミクロ組織を示す光学顕微鏡写真。
【図５】本発明の実施例５に係るパワー半導体装置の断面構成図。
【符号の説明】
６…放熱板。
Claims (6)
- 銅と酸化銅粒子とを有する銅複合材料であって、前記酸化銅粒子を５〜２０体積％含み、２０℃から３００℃における熱膨張係数が１３×１０−６〜１７×１０−６／℃、熱伝導率が２７０〜３７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、また導電率が６０〜８５％ＩＡＣＳであることを特徴とする銅複合材料。
- 請求項１記載の銅複合材料であって、前記酸化銅粒子のうち粒径が１０μｍ以上の粒子が１００μｍ平方内に１０個以下であることを特徴とする銅複合材料。
- 請求項１又は２記載の銅複合材料であって、前記酸化銅粒子のうち粒径が１０μｍ以上の粒子が全体の１０％以下であることを特徴とする請求項１記載の銅複合材料。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の複合材料よりなることを特徴とする半導体装置用放熱板。
- 請求項４において、表面にＮｉめっき層を有することを特徴とする半導体装置用放熱板。
- 半導体素子が搭載される電極板と、前記半導体素子と電気的に接合されるリード電極と、前記半導体素子、前記電極板及び前記リード電極が搭載される放熱板と、前記電極板及び前記リード電極と前記放熱板との間に絶縁層を有する構造体を樹脂封止するとともに、前記リード電極の一部及び前記放熱板の少なくとも前記素子の接合面に対して反対面が開放されている半導体装置において、前記放熱板は、請求項４又は５に記載の放熱板よりなることを特徴とする半導体装置。
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