JP3617232B2

JP3617232B2 - 半導体用ヒートシンクおよびその製造方法ならびにそれを用いた半導体パッケージ

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Publication number: JP3617232B2
Application number: JP02389197A
Authority: JP
Inventors: 良樹西林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2017-02-06
Also published as: DE69806193T2; US6270848B1; DE69806193D1; EP0859408A2; EP0859408A3; JPH10223812A; EP0859408B1; US6171691B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デバイスの放熱用のヒートシンクおよびその製造方法ならびにそのヒートシンクを備えたパッケージあるいは放熱治具などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、ヒートシンクしてＣｕ（銅）が典型的な例であった。しかし、Ｃｕは３９８Ｗ／ｍＫという比較的高い熱伝導率を持っているが、熱膨張係数が１７ｐｐｍ／℃という大きな値であった。このため、Ｃｕと半導体（たとえばＳｉ：４．２ｐｐｍ／℃やＧａＡｓ：６〜７ｐｐｍ／℃）とを接合した場合、その接合時の加熱温度から室温への冷却過程もしくは半導体素子の動作時の最高温度から室温への冷却過程において、双方に大きな熱応力がかかり、利用できない場合も多い。そこで、ＣｕＷ、ＣｕＭｏのように熱膨張係数の低い材料（Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン））との合金が利用され、熱膨張率をコントロールできる材料でヒートシンクをパッケージに合うように設計することが可能となっている。しかしながら、この場合には、合金化する金属（Ｗ、Ｍｏ）の熱伝導率が小さいために合金の熱伝導率が約２００Ｗ／ｍＫとＣｕ以下の値となっている。
【０００３】
ダイヤモンドは室温から２００℃の高温域にかけて材料中で最も熱伝導率の高い材料である。しかも、室温付近での熱膨張率は通常の半導体材料（Ｓｉ（シリコン）、ＧａＡｓ（ガリウム・ヒ素））に比べて１．５ｐｐｍ／℃程度と小さい。
【０００４】
そこでこのような特性のダイヤモンドを金属材料に埋込むことが考えられる。このような工夫は、たとえば特開昭６２−２４９４６２号公報、特開平２−１７０４５２号公報、特開平３−９５５２号公報、特開平４−２３１４３６号公報、特開平４−２５９３０５号公報、特開平５−２９１４４４号公報、特開平５−３４７３７０号公報などに見られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６２−２４９４６２号公報では、熱伝導率を向上させるために樹脂の中にダイヤモンドが含有されている。しかし、樹脂は一般的に熱伝導率がよくなく、それほどの工夫もされなかったので、熱伝導率はそれほど改善されていない。
【０００６】
また、特開平２−１７０４５２号公報、特開平４−２３１４３６号公報、特開平４−２５９３０５号公報および特開平５−３４７３７０号公報では金属マトリックス中にダイヤモンド粒子を埋込むという内容が示されている。このマトリックスをなす金属はＡｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）などである。
【０００７】
また、文献（Ｈ．Ｌ．Ｄａｖｉｄｓｏｎｅｔａｌ．，ＩＥＥＥ（１９９５），ｐｐ．５３８）によると、ダイヤモンドに金属を特殊にコーティングし、ＣｕとＡｇとの合金を浸透させたものがある。
【０００８】
いずれの場合も、金属マトリックス中にダイヤモンド粒子を混入させるものである。すなわち、ダイヤモンド粒子間には金属が存在し、熱伝導は一度金属を介し、ダイヤモンド／金属／ダイヤモンド／金属…と伝わっていく。この構造では熱伝導率がダイヤモンド／金属間の接合ために減少するだけでなく、ダイヤモンド／金属間の接合が弱いということや試料自体が形成しにくいといった欠点があった。実際、従来のヒートシンクで得られる熱伝導率は高々４００Ｗ／ｍＫ程度であった。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、熱膨張係数が半導体材料に近く、かつ熱伝導率の高い半導体用ヒートシンクおよびその製造方法を提供することである。
【００１０】
また本発明の他の目的は、組立時および半導体素子の動作時の放熱性に優れた半導体パッケージを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは鋭意検討した結果、複数のダイヤモンド粒子を金属炭化物が予め連結し、それらの隙間に金属が存在する構成にすることで、半導体材料に近い熱膨張係数を有するとともに、極めて高い熱伝導率を有する半導体用ヒートシンクの得られることを見出した。
【００１２】
それゆえ、本発明の半導体用ヒートシンクは、複数のダイヤモンド粒子と金属と金属炭化物とを有する複合体を含む半導体用ヒートシンクであって、金属炭化物とダイヤモンド粒子とがマトリックスを形成しており、そのマトリックスの隙間に金属が存在している。
【００１３】
ここで金属炭化物とダイヤモンド粒子とがマトリックスを形成するとは、複数のダイヤモンド粒子を金属炭化物が連結した構成を意味し、この半導体用ヒートシンクの金属を溶融させた場合でもダイヤモンド粒子と金属炭化物とはばらばらにならない構成を意味する。
【００１４】
本発明の基本的な考え方は、ダイヤモンド粒子を金属中に埋込むのではなくて、ダイヤモンド粒子表面に炭化金属（あるいはグラファイト）を形成（成長）させ、ダイヤモンド粒子同士を予め連結させておき、金属（Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ）をその隙間に浸透させて複合体を作製するものである。したがって、ダイヤモンドの焼結体を作り、残りの隙間に金属を埋めるという考え方に近い。ただし、ダイヤモンド同士が結合していないので、ダイヤモンドの焼結体とも異なる。
【００１５】
構造を考えると、ダイヤモンド粒子がＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣなどの金属炭化物のマトリックス中に含まれており、このダイヤモンド粒子と金属炭化物とからなるマトリックスの隙間に金属が入っているという構造である。したがって、本発明の半導体用ヒートシンクの構造は、ダイヤモンドを金属中に埋込む従来の構造とは大きく異なっている。すなわち、従来の半導体用ヒートシンクでは金属を除去すればダイヤモンド粒子はばらばらになってしまうが、本発明の半導体用ヒートシンクは連結したままである。
【００１６】
さらに、従来例ではいかなるダイヤモンド粒子間にも金属が存在するわけであるが、本発明ではそのような成分もあるが、ダイヤモンド粒子間には金属はなく金属炭化物のみという部分も多数存在する。つまり、金属炭化物のみが、異なるダイヤモンド粒子間に位置し、その異なるダイヤモンド粒子の双方の外表面に接する構造も多数存在する。
【００１７】
このような構造では、格子振動だけで熱が伝わっていくので、熱を伝える媒介が格子振動／電子／格子振動／電子／…となる従来例と比較して、熱伝導率が非常に大きくなることが予想される。さらには、機械的な密着強度も高まる。
【００１８】
またグラファイトをさらに備え、このグラファイトがマトリックス中に含まれていることが望ましい。グラファイトが熱伝導率の向上に寄与している可能性もあるからである。
【００１９】
またダイヤモンド粒子の平均粒径は６０μｍ以上７００μｍ以下であることが望ましい。これは、６０μｍ未満ではダイヤモンドの熱伝導率が不十分となり、７００μｍを超えると半導体用ヒートシンクを半導体基板に接合したときに半導体基板に亀裂が生じるからである。ダイヤモンド粒子の平均粒径が大きいと熱膨張率に面内での分布の変動が大きくなり、薄い半導体基板がこれに追従できず、それにより半導体基板に亀裂が生じるものと思われる。
【００２０】
また金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌよりなる群から選ばれる少なくとも１種からなることが望ましい。これは、このような材質とすることで高い熱伝導率を得ることができるからである。
【００２１】
また金属炭化物が、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種であることが望ましい。
【００２２】
また金属炭化物の体積比率が全体の体積の５％以下であることが望ましい。これは、金属炭化物の体積比率が５％を超えると、金属炭化物の金属成分の量が多くなり、半導体用ヒートシンクの熱的な特性が劣化するからである。
【００２３】
まためっきあるいは蒸着などにより複合体の表面に被覆金属がコーティングされていることが望ましい。
【００２４】
またＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれかの絶縁体が複合体の表面に接合されていることが望ましい。
【００２５】
このような構造は次のような本発明の方法で製造することによって実現することができる。
【００２６】
本発明の半導体用ヒートシンクの製造方法では、まず複数のダイヤモンド粒子を容器に充填した状態で、溶融した第１の金属とダイヤモンド粒子の外表面とを反応させて、ダイヤモンド粒子の表面に金属炭化物を形成する。そしてダイヤモンド粒子と金属炭化物とを含む試料の隙間に第２の金属を溶浸させる。
【００２７】
また第１の金属のみをダイヤモンド粒子とともに加熱して金属炭化物を形成した後、残存する第１の金属を蒸発させ、その後に第２の金属を溶融させることが望ましい。
【００２８】
また第１の金属は第２の金属より融点の低い成分よりなっており、第１および第２の金属を同時にダイヤモンド粒子とともに加熱して、まず第１の金属を溶融させて金属炭化物を形成した後、第２の金属を溶融させることが望ましい。
【００２９】
製造方法中の金属の溶融は真空中であっても、圧力下であっても金属が溶融する条件であれば構わない。ただし、ダイヤモンドの大部分（５０％）が変質してしまわないことが条件である。すなわち、１１００℃以下の温度であることが好ましい条件である。また、ダイヤモンドが双安定な圧力下では１１００℃以上の条件でも可能であるが、この条件ではダイヤモンド同士が焼結してしまい、本発明の構造が実現しない。
【００３０】
本発明の半導体パッケージは、上記の半導体用ヒートシンクを半導体素子と熱的に接触させたものであり、その接続部における半導体用ヒートシンク内には、半導体素子の接続面の方向に沿って少なくとも２個以上のダイヤモンド粒子が配置されている。
【００３１】
これにより組立時および半導体素子の動作時の放熱性に優れた半導体パッケージを得ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態の半導体用ヒートシンク１０は、複数のダイヤモンド粒子１と、金属炭化物２と、金属３とを有している。複数のダイヤモンド粒子１は互いに孤立している。金属炭化物２は、ダイヤモンド粒子１の外周に形成されており、互いに孤立した複数のダイヤモンド粒子１を連結している。このようにして、金属炭化物２とダイヤモンド粒子１とはマトリックスを形成している。金属３は、このマトリックスの隙間に存在している。
【００３４】
次に、本発明の半導体用ヒートシンクの製造方法について説明する。
図２〜図７は、本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法を工程順に示す概略図である。まず図２を参照して、ダイヤモンド粒子１が容器５内に詰められる。
【００３５】
図３を参照して、金属２ａがダイヤモンド粒子１に接するように設置される。金属２ａは、たとえばＴｉ（金属炭化物となる金属成分）とＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕの少なくとも１種とを含む合金よりなっている。金属炭化物となる金属成分は、Ｔｉ以外にＺｒ、Ｈｆが好ましいが、４ａ〜７ａ族金属から選ばれた金属の組合せでもよい。Ｔｉの量は少ない方が熱的な特性には好ましいが、少なすぎると効果がなくなる。このため、合金２ａ中にＴｉは０．１〜８．０ｗｔ％程度含まれることが望ましい。
【００３６】
図４を参照して、金属２ａが加熱により溶融される。溶融した金属２ｂはダイヤモンド粒子１間に浸透し、この溶融金属２ｂ中に含まれるＴｉはダイヤモンドと反応してダイヤモンド粒子１の表面にＴｉＣよりなる金属炭化物２を形成する。このとき条件によってはグラファイト（図示せず）が同時に形成する場合があるが、このグラファイトはダイヤモンドから変化したものである。
【００３７】
このグラファイトは金属２ａの溶融温度が高くなるほど、また溶融のための加熱時間が長くなるほど形成されやすくなる。溶融する金属２ａは合金であると融点が下がり溶融しやすくなり、ダイヤモンドに損傷を与えなくなるため、あるいは形成されるグラファイト量が少なくなるため有効である。
【００３８】
しかし、グラファイトはダイヤモンドほど熱伝導率がよくないので、少ないほどよいが、ダイヤモンド粒子を連結させるのに有効である場合もあり、また少量であれば熱伝導率に大きく影響しないので問題はない。
【００３９】
さらに、真空中で加熱すれば金属２ｂは蒸発する。
図５を参照して、金属２ｂの蒸発により、ダイヤモンド１と金属炭化物２だけが残る。このときダイヤモンド１は金属炭化物２のマトリックス中に存在した構造となる。ダイヤモンド１は粒子状であり、それぞれが接合されていないが、この方法で形成されたダイヤモンド粒子１は金属炭化物により互いに接合された構造をしているため、ばらばらにならない構造になっている。このようなダイヤモンド粒子１と金属炭化物２とからなるマトリックスには隙間が生じている。
【００４０】
図６を参照して、ダイヤモンド粒子１と金属炭化物２とからなるマトリックスに接するように金属３ａが設置される。この金属３ａは、たとえばＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕよりなる群から選ばれた少なくとも１種よりなっている。この金属３ａを溶融させると、この金属３ａはダイヤモンド粒子１と金属炭化物２とのマトリックスの隙間に容易に浸透し、その隙間を埋めることができる。このとき、溶浸させる金属３ａは金属単体の方が熱伝導率が大きく好ましい。一方、この溶浸させる金属３ａが２種類の合金よりなる場合には、その融点が下がり隙間を埋めやすくなるが、熱伝導率が下がるため若干不利である。このようにして、図７に示す半導体用ヒートシンクが製造される。
【００４１】
このような手順で作製したダイヤモンド粒子１と金属炭化物２と金属３との複合体は熱的にも機械的にも強固に接触しており、かつ半導体材料と近い熱膨張係数を有するため、半導体用ヒートシンク材料として十分なものとなる。
【００４２】
また、別の方法として以下のようにして形成することもできる。
図８〜図１２は、本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法を工程順に示す概略図である。まず図８を参照して、ダイヤモンド粒子１が容器５内に詰められる。
【００４３】
図９を参照して、このダイヤモンド粒子１と接するように、金属２ａと金属３ａとが設置される。金属２ａは、たとえばＴｉ（金属炭化物となる金属成分）とＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕのうちの少なくとも１種とからなる合金よりなっている。金属３ａはＴｉ（金属炭化物となる金属成分）を含まないＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕのうちの少なくとも１種からなる合金よりなっている。この金属２ａは、たとえば金属３ａよりも融点の低い材料になっている。
【００４４】
金属炭化物となる金属成分はＴｉの他ＺｒまたはＨｆが好ましいが、４ａ〜７ａ族金属から選ばれた金属の組合せでもよい。Ｔｉの量は少ない方が熱的な特性には好ましいが、少なすぎると効果がなくなる。それゆえ、Ｔｉは金属２ａ中に０．１〜８．０ｗｔ％程度含まれていることが望ましい。
【００４５】
図１０を参照して、金属２ａのみが加熱により溶融される。溶融した金属２ｂはダイヤモンド粒子１の隙間に浸透し、溶融金属２ｂ中に含まれるＴｉはダイヤモンドと反応して、ダイヤモンド粒子１の表面に金属炭化物（ＴｉＣ）２を形成する。このとき条件によってはグラファイトが同時に形成する場合がある。このグラファイトは金属２ａの溶融温度が高くなるほど、また溶融のための加熱時間が長くなるほど形成されやすくなる。
【００４６】
金属２ａが溶融すればそれと接触している金属３ａが溶融しやすくなる。また金属３ａが溶融しやすくならなくとも、さらに温度を金属３ａの融点以上にすることによって、金属３ａも溶融させる。これにより、溶融した金属３ａは、ダイヤモンド粒子１と金属炭化物２とのマトリックスの隙間に浸透する。
【００４７】
図１１を参照して、この金属２ａと３ａとの２段階の溶融工程によってダイヤモンド粒子１と金属炭化物２とがまずマトリックスを構成し、その後このマトリックスの隙間に金属２ａもしくは３ａが存在した構造となり図１２に示す半導体用ヒートシンクが製造される。
【００４８】
金属２ａは融点を下げるために合金とすることが望ましいが、金属２ａ自体の熱伝導率が低くなり、全体の熱伝導率を下げてしまう。そこで、この方法では金属３ａはなるべく純金属とし、金属２ａと金属３ａとの合金がそれほど熱伝導率が低くならないようにすることが可能となっているという特徴がある。
【００４９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
【００５０】
実施例１
直径１０ｍｍ、高さ約１０ｍｍの石英容器５の中に平均粒径がそれぞれ１０μｍ〜７００μｍのダイヤモンド粒子１を０．５ｇ充填し（図２）、０．２ｇ〜２．０ｇの活性銀蝋２ａ（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝０．７：０．２８：０．０２）をダイヤモンド粒子上に載せ（図３）、真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）で約９００〜１１００℃の範囲で３〜１０分以上保持した（図４）。これにより活性銀蝋２ａをダイヤモンド粒子１間に溶浸させた後、余分な溶融金属２ｂを蒸発させ、ダイヤモンド粒子１をＴｉＣ２で連結した有孔体を形成した（図５）。その後、Ａｇ、ＣｕあるいはＡｌ３ａを有孔体上に載せ、真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）でそれぞれ約９７０℃、１１００℃あるいは８００℃で２分間溶融し、孔の部分にＡｇ、ＣｕあるいはＡｌを浸透させた（図６）。これにより、ダイヤモンド粒子１とＴｉＣ２とからなる有孔体の孔にＡｇ、ＣｕあるいはＡｌ３が存在する試料１０を得た（図７）。このできた試料の熱伝導率を測定し、まとめたものを表１、表２に示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
【表２】

【００５３】
この結果、後から浸透させる金属としてはＡｇ、ＣｕあるいはＡｌが有効であり、熱伝導率は５００Ｗ／ｍＫ以上あることがわかった。また、ダイヤモンドの粒径が６０μｍ以上の場合にその熱伝導率が、浸透させる金属以上となり、ダイヤモンドの効果が出ていることがわかった。さらに、銀蝋の量は少ない方が特性がよいが、０．３ｇ以下になると試料が形成できなくなることがわかり、ＴｉＣ形成に重要な役割を果たしていることがわかった。
【００５４】
またこのようにして得られた試料の熱膨張係数は、ダイヤモンドの体積率によっても異なったが、室温〜５００℃の温度範囲での平均で７〜１２ｐｐｍ／Ｋとなり、金属の熱膨張係数（１６〜２０ｐｐｍ／Ｋ）とダイヤモンドの熱膨張係数（２ｐｐｍ／Ｋ）との中間の値を示した。
【００５５】
実施例２
直径１０ｍｍ、高さ約１０ｍｍの石英容器５の中に平均粒径がそれぞれ１０μｍ〜７００μｍのダイヤモンド粒子１を０．５ｇ充填し（図８）、０．２ｇ〜２．０ｇの活性銀蝋２ａ（Ａｇ：Ｃｕ：Ｔｉ＝０．７：０．２８：０．０２）と、０〜２ｇのＡｇあるいはＣｕ３ａとをダイヤモンド粒子１の上に載せ（図９）、まず真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）で約９３０℃で１〜３分間保持した（図１０）。これにより活性銀蝋２ａがまず溶け、ダイヤモンド粒子１間に浸透した。その後、真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）で約９８０℃で１〜３分間保持した。これによりＡｇあるいはＣｕ３ａが溶融し、浸透した（図１１）。ダイヤモンド粒子１表面にはＴｉＣ２が形成され、ダイヤモンド粒子１とＴｉＣ２とからなる有孔体の孔にＡｇあるいはＣｕ３が存在する試料１０を得た（図１２）。高温条件のものはＴｉＣ２の他にグラファイトも観察された。できた試料の熱伝導率を測定し、まとめたものを表３、表４に示す。
【００５６】
【表３】

【００５７】
【表４】

【００５８】
この結果、活性銀蝋と同時に異なる金属を導入して、これらを別個に溶かして浸透させることができ、これによりダイヤモンドの粒径が６０μｍ以上で、熱伝導率が４５０Ｗ／ｍＫ以上の試料の得られることがわかった。さらに、活性銀蝋の量は少ない方が特性が良いが、０．２ｇ以下になると試料が形成できなくなることがわかり、活性銀蝋がＴｉＣ形成に重要な役割を果たしていることがわかった。また、活性銀蝋の量が多くなると熱伝導率が低下してしまうため、活性銀蝋のみでは全く意味をなさないことがわかった。
【００５９】
また、このようにして得られた試料の熱膨張係数は、実施例１と同様、室温〜５００℃の温度範囲での平均で７〜１２ｐｐｍ／Ｋであった。
【００６０】
実施例３
図１３〜図１８は、本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を工程順に示す概略図であって、異なる型を用いた場合を並行して示すものである。
【００６１】
まず図１３（ａ）、（ｂ）を参照して、互いに異なる形状をした石英容器１５ａ、１５ｂの中に平均粒径がそれぞれ１０μｍ〜７００μｍのダイヤモンド粒子１を充填した。
【００６２】
図１４（ａ）、（ｂ）を参照して、活性銀蝋２ａをダイヤモンド粒子１上に載せ、真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）で約９００〜１１００℃で３〜１０分以上保持して活性銀蝋２ａを溶融させた。
【００６３】
図１５（ａ）、（ｂ）を参照して、これによりダイヤモンド粒子１の隙間に溶融した活性銀蝋２ｂを浸透させた。かつダイヤモンド粒子１と反応して金属炭化物が形成された後、残りの溶融した金属２ａを蒸発させた。
【００６４】
図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、これにより、ＴｉＣ２でダイヤモンド粒子１を連結した有孔体を形成した。
【００６５】
図１７（ａ）、（ｂ）を参照して、その後、Ａｇ、ＣｕあるいはＡｌよりなる金属３ａを有孔体上に載せ、真空中（１０^−５Ｔｏｒｒ）でそれぞれ約９７０℃、１１００℃あるいは８００℃で２分間保持して、この金属３ａを溶融し、有孔体の孔の部分に金属３ａを浸透させた。このように、型の形状を変えることにより、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように比較的自由な形状を有する半導体用ヒートシンクを形成することができた。
【００６６】
実施例４
図１９は、本発明の半導体用ヒートシンクを実際に半導体素子に接合し、パッケージに収めた状態を示す概略斜視図である。図１９を参照して、上記実施例１〜３で形成したヒートシンク１０に、ＳｉもしくはＧａＡｓを主材料とする半導体素子３０を接合し、パッケージ２０に収め、このパッケージ２０のヒートシンク１０側をヒートパイプ４０に接触させた。そして半導体素子３０を動作させて発熱させた。ヒートシンクシンク１０の裏にはフィンを付けて熱を放熱させた。
【００６７】
その結果、ヒートシンク１０としてＣｕを用いた場合より本発明のヒートシンクを用いることで熱抵抗が小さくなることがわかった。その結果を表５に示す。
【００６８】
【表５】

【００６９】
また、ヒートシンク１０と半導体素子３０との接合をはんだ系の金属を用いた場合には、半導体素子３０の下に、半導体素子との接合面に沿ってダイヤモンドが２個以上存在することが必要であることがわかった。
【００７０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体用ヒートシンクは、熱膨張係数が半導体材料に近く、かつ熱伝導率が高いため、半導体パッケージに組込むことにより、半導体パッケージの組立時および半導体素子の動作時など生じる熱を効率的に放散させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第１工程を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第２工程を示す概略図である。
【図４】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第３工程を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第４工程を示す概略図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第５工程を示す概略図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第６工程を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第１工程を示す概略図である。
【図９】本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第２工程を示す概略図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第３工程を示す概略図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第４工程を示す概略図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態における半導体用ヒートシンクの製造方法の第５工程を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて製造した場合の第１工程を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて製造する場合の第２工程を示す概略図である。
【図１５】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて形成する場合の第３工程を示す概略図である。
【図１６】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて形成する場合の第４工程を示す概略図である。
【図１７】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて形成する場合の第５工程を示す概略図である。
【図１８】本発明の実施例３における半導体用ヒートシンクの製造方法を異なる型を用いて形成する場合の第６工程を示す概略図である。
【図１９】本発明の半導体用ヒートシンクを半導体素子に接合し、パッケージに収めた様子を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１ダイヤモンド粒子
２金属炭化物
３金属
１０半導体用ヒートシンク

Claims

複数のダイヤモンド粒子と金属と金属炭化物とを有する複合体を含む半導体用ヒートシンクであって、前記金属炭化物と前記ダイヤモンド粒子とでマトリックスを形成しており、前記マトリックスの隙間に前記金属が存在している、半導体用ヒートシンク。
グラファイトをさらに備え、前記グラファイトは前記マトリックス中に含まれている、請求項１に記載の半導体用ヒートシンク。
前記ダイヤモンド粒子の平均粒径が６０μｍ以上７００μｍ以下である、請求項１および２のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
前記金属は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌよりなる群から選ばれる少なくとも１種からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
前記金属炭化物は、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣよりなる群から選ばれる少なくとも１種からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
前記金属炭化物の体積比率は全体の体積の５％以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
前記複合体の表面にめっきおよび蒸着のいずれかにより被覆用金属がコーティングされている、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
ダイヤモンド、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３よりなる群から選ばれる少なくとも一種の絶縁体が前記複合体に接合されている、請求項１〜７のいずれかに記載の半導体用ヒートシンク。
複数のダイヤモンド粒子を容器に充填した状態で前記ダイヤモンド粒子の外表面を溶融した第１の金属と反応させて、前記ダイヤモンド粒子の表面に金属炭化物を形成する工程と、
前記ダイヤモンド粒子と前記金属炭化物とを含む試料の隙間に第２の金属を溶浸させる工程とを備えた、半導体用ヒートシンクの製造方法。
前記第１の金属のみを前記ダイヤモンド粒子とともに加熱して前記金属炭化物を形成した後、残存する前記第１の金属を蒸発させ、その後に前記第２の金属を加熱して溶融させる、請求項９に記載の半導体用ヒートシンクの製造方法。
前記第１の金属は前記第２の金属より融点の低い成分よりなっており、
前記第１および第２の金属を同時に前記ダイヤモンド粒子とともに加熱して、前記第１の金属を溶融させて前記金属炭化物を形成した後、前記第２の金属を溶融させる、請求項９に記載の半導体用ヒートシンクの製造方法。
前記第１および第２の金属の融点は１１００℃以下である、請求項９〜１１のいずれかに記載の半導体用ヒートシンクの製造方法。
前記第１および第２の金属の溶融は、各々、１０００気圧以下の圧力下あるいは真空中で行なわれる、請求項９〜１２のいずれかに記載の半導体用ヒートシンクの製造方法。
半導体素子と請求項１〜８のいずれかに記載の前記半導体用ヒートシンクとが接続されており、その接続部における前記半導体用ヒートシンク内には、前記半導体素子の接続面の方向に沿って少なくとも２個以上の前記ダイヤモンド粒子が配置されている、半導体パッケージ。