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    本發明揭示一種半導體元件用放熱零件，其係於包含含有金剛石粒子40~70體積%且剩餘部份是以鋁為主成分的金屬，厚度0.4~6mm的板狀體的兩面，披覆包含以鋁為主成分的金屬或鋁-陶瓷系複合材料的披覆層而形成鋁-金剛石系複合體，在其至少兩主面，從主面側依序形成(1)膜厚0.1~1μm的非晶質的Ni合金層、(2)膜厚1~5μm的Ni層、及(3)膜厚0.05~4μm的Au層而成，此處，Ni合金層和Ni層之比率(Ni合金層厚/Ni層厚)為0.3以下。
    公开号:TW201314850A
    申请号:TW101126890
    申请日:2012-07-26
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Hideki Hirotsuru；Hideo Tsukamoto；Yosuke Ishihara
    申请人:Denki Kagaku Kogyo Kk；
    IPC主号:C25D5-00
    专利说明:
    半導體元件用放熱零件
    本發明係有關半導體元件用放熱零件。
    以一般用在光通信等之半導體雷射元件或高頻元件等之半導體元件而言，如何有效率地使該元件所產生的熱逸散、在防止動作不良等方面為非常重要。近年來，伴隨著半導體元件技術的進步，元件的高輸出化、高速化、高積體化更加邁進，對其放熱之要求變得越來越嚴格。為此，一般對於散熱器等之放熱零件亦要求高的導熱係數，而採用導熱係數高達390W/mK的銅(Cu)。
    另一方面，各個半導體元件之尺寸隨著高輸出化而漸漸變大，半導體元件與放熱所用的散熱器在熱膨脹上的不匹配性問題浮上檯面。為解決此等問題，企盼開發出可兼顧所謂高導熱特性及和半導體元件之熱膨脹係數的匹配性之散熱器材料。關於此種材料，有提案一種金屬與陶瓷之複合體，例如鋁(Al)與碳化矽(SiC)之複合體。(專利文獻1)
    然而，因Al-SiC系的複合體即便是如何地調整條件，其導熱係數仍是300W/mK以下，故要求開發具有銅的導熱係數以上之更高導熱係數的散熱器材料。關於此種材料，有提案一種組合金剛石所具有的高導熱係數和金屬所具有的大熱膨脹係數之高導熱係數且熱膨脹係數接近半導體元件材料之金屬-金剛石複合體。(專利文獻2)
    又，以專利文獻3而言，係透過在金剛石粒子的表面形成β型的SiC層，以抑制在複合化時生成低導熱係數的金屬碳化物，並改善與熔融金屬之濡濕性，改善所得之金屬-金剛石複合體的導熱係數。
    再者，因為金剛石是非常硬的材料，故與金屬複合化所得之金屬-金剛石複合體亦同樣非常硬，屬難加工性材料。因此，金屬-金剛石複合體幾乎無法用通常的金剛石工具加工，關於小型且以各種形狀存在的散熱器，要使用金屬-金剛石複合體時，如何以低成本進行形狀加工為其課題。面對這樣的課題，係檢討雷射加工、水刀切割加工，再者，由於金屬-陶瓷複合體可通電，故亦檢討採行依據放電加工的加工方法。
    另外，以半導體元件用的放熱零件而言，為了與元件接合，有必要利用鍍敷等將金屬層附加於放熱零件表面。在通常的半導體元件的情況，主要是利用銲接接合，且接合溫度亦是300℃以下，故於表面設有藉由Ni-P合金等之鍍敷處理的金屬層。然而，關於散熱器用材料的使用形態，通常為了有效率地對半導體元件之發熱進行放熱，將散熱器以利用硬銲填料材(brazing filler metal)等對半導體元件接合的形態進行接觸配置。因此，採用於接合面附加有金鍍敷的多層鍍敷等。而且，在此種用途中，具有所謂伴隨著接合溫度之上升、實際使用時的溫度負荷之增加，在以往的Ni-P合金等之合金鍍敷中，非晶質金屬結晶化，且因那時的體積變化而產生微小裂紋，並且因之後的溫度負荷而裂紋伸展的課題。
    再者，在散熱器藉由硬銲填料材等接合於半導體元件之情況，接合界面的面精度對放熱而言是很重要的。在以往的金屬-金剛石複合體之情況，由於金剛石粒子露出於接合面，接合面的面粗度粗，結果，接觸界面的熱阻會增大，故不佳。因此，在散熱器用材料所要求之特性方面，亦有所謂如何使表面的面粗度變小的課題。
    專利文獻1 特開平9-157773號公報
    專利文獻2 特開2000-303126號公報
    專利文獻3 特表2007-518875號公報
    本發明係有鑒於上述情事而完成者，目的在於提供一種半導體元件用放熱零件，其兼備高導熱係數和接近半導體元件的熱膨脹係數，且改善表面的面粗度平面度以適合作為半導體元件的散熱器等使用，並且即便是在高負荷下的實際使用上，在表面金屬層部分亦没有產生裂紋等。
    亦即，本發明提供一種半導體元件用放熱零件，其特徵為，於包含含有金剛石粒子40體積%~70體積%且剩餘部份是以鋁為主成分的金屬，厚度0.4~6mm之板狀體的兩面，披覆包含以鋁為主成分的金屬或鋁-陶瓷系複合材料的披覆層而形成鋁-金剛石系複合體，於前述鋁-金剛石系複合體的至少兩主面，從主面側依序形成(1)膜厚0.1~1μm的非晶質的Ni合金層、(2)膜厚1~5μm的Ni層、及(3)膜厚0.05~4μm的Au層而成，此處，Ni合金層和Ni層之比率(Ni合金層厚/Ni層厚)為0.3以下。
    在一形態中，前述披覆層係含有以鋁為主成分的金屬80體積%以上之膜厚0.03~0.2mm的金屬層，在其他形態中，前述披覆層係含有從板狀體側依序為膜厚0.05~0.2mm的鋁-陶瓷系複合體層、及膜厚0.1~2μm的以鋁為主成分的金屬層而成的層。且在別的形態中，披覆層係膜厚0.05~0.2mm之含有以鋁為主成分的金屬80體積%以上的鋁-陶瓷纖維複合體層。
    在其他形態，係於上述中，藉由鍍敷處理形成Ni合金層、Ni層、Au層，且藉由將鋅置換設為前處理的無電解鍍敷處理形成基底的Ni合金層，鍍敷膜之剝離強度為5kg/cm以上，且在一形態中，半導體元件係包含GaN、GaAs或SiC的半導體雷射元件或高頻元件。
    再者，本發明其他的形態中，本發明的放熱零件中之鋁-金剛石系複合體係藉由液態模鍛法製造，及/或在25℃下的導熱係數為400W/mK以上、且從溫度25℃到150℃的線熱膨脹係數為5×10-6~10×10-6/K。
    而且，在本發明別的形態中，本發明的放熱零件中的鋁-金剛石系複合體，係為藉化學方式鍵結於金剛石粒子表面的β型碳化矽的層之存在而特性化的鋁-金剛石系複合體。
    包含上述構成的半導體元件用放熱零件，由於其鋁-金剛石系複合體具有高導熱且接近半導體元件的熱膨脹係數，且將表面金屬層作成特定的層結構，所以即便是在高負荷下的實際使用上，亦可抑制在表面金屬層部分產生裂紋等。 [用語說明]
    本說明書及申請專利範圍中所使用之用語及符號乃具有該業者通常所理解的意義。特別是本說明書中「~」這種記號係意味著「以上」及「以下」。因此，例如「A~B」係意味著A以上B以下。
    又，本說明書中，所謂板狀體的「兩面」或「兩主面」，係意味著板狀體之對向的二面，「側面部」是意味著和該兩面呈大致垂直的面。因此，所謂形成平板狀之鋁-金剛石系複合體的「兩面」或「兩主面」，係意味著複合體之上下兩方的面，所謂「側面部」係意味著和上述兩面大致垂直的部分。
    以下，一邊參照附加的圖面，一邊說明本發明的半導體元件用放熱零件之實施形態。 <實施形態1>
    如第1圖所示，本發明實施形態1的半導體元件用放熱零件係由鋁-金剛石系複合體1和表面金屬層2所構成。鋁-金剛石系複合體1係包含：包含含有金剛石粒子和以鋁為主成分的金屬之鋁-金剛石系複合材料的平板狀的複合化部3；及設於複合化部3的兩面之披覆層4。鋁-金剛石系複合材料為，其金剛石粒子的含量是該鋁-金剛石系複合材料整體之40體積%~70體積%。披覆層4係包含含有含鋁的金屬之材料，表面金屬層2係包含非晶質的Ni合金層5、Ni層6及Au層7。
    此種構成的半導體元件用放熱零件，係具有高導熱且接近半導體元件的熱膨脹係數，而且，在高負荷下之實際使用亦可獲得抑制在表面金屬層部分產生裂紋等之效果。
    以下，針對實施形態1的半導體元件用放熱零件，將其構成與製造方法一起作詳細說明。 [鋁-金剛石系複合體]
    一般而言，鋁-金剛石系複合體的製法大致區分成含浸法與粉末冶金法兩種。當中，從導熱係數等之特性面考量，實際商品化者是採用含浸法者居多。含浸法也有各種製法，有在常壓進行的方法與在高壓下進行的高壓鍛造法。高壓鍛造法有液態模鍛法和壓鑄法。適合本發明的方法係在高壓下進行含浸的高壓鍛造法，且為獲得導熱係數等特性優異之緻密的複合體，以液態模鍛法較佳。所謂液態模鍛法，通常是指於高壓容器內裝填金剛石等之粉末或成型體，使其於高溫、高壓下含浸鋁合金等之熔融液而獲得複合材料之方法。 (金剛石粉末)
    金剛石粉末原料能使用天然金剛石粉末或人造金剛石粉末任一。又，金剛石粉末可視需要，添加例如二氧化矽等之結合材，透過添加結合材可形成成型體。
    關於上述金剛石粉末的粒度，從導熱係數的觀點，以平均粒徑為50μm以上的粉末較佳，平均粒徑為100μm以上更佳。關於金剛石粒子之粒徑的上限，只要是所得之複合體的厚度以下即可，倒無特性上的限制，但若為500μm以下則能以穩定的成本獲得複合體，故較佳。又，為提高金剛石粒子的填充率，以平均粒徑為100μm以上的金剛石粉末60體積%~80體積%和平均粒徑為30μm以下的金剛石粉末20體積%~40體積%進行粒度摻合來使用更佳。
    而且，鋁-金剛石系複合體中的金剛石粒子的含量，係以40體積%以上70體積%以下較佳。若金剛石粒子的含量為40體積%以上，則可充分確保所得之鋁-金剛石系複合體的導熱係數。又，從填充性方面考量，以金剛石粒子的含量為70體積%以下較佳。若為70體積%以下，則無須將金剛石粒子的形狀加工成球形等，能以穩定的成本獲得鋁-金剛石系複合體。
    藉由液態模鍛法所得之複合體，若為適當的條件則熔融液會行遍粉末彼此的空隙間，所以粉末的體積對填充體積之比例，係與粉末材料的體積(粒子的含量)對所得之複合體整體的體積大致相等。
    此外，透過使用在上述金剛石粒子的表面形成有β型碳化矽的層之金剛石粉末，可抑制在複合化時形成之低導熱係數的金屬碳化物(Al4C3)之生成，且能改善和熔融鋁之濡濕性。結果，所得之鋁-金剛石系複合體的導熱係數提升。
    第2圖顯示實施液態模鍛以形成複合體前的狀態之結構體。由此圖可知，關於液態模鍛的準備，係將塗布有脫模劑之緻密的一對的脫模板9呈上下對向地配設，且於其間填充金剛石粉末10後，使包含可含浸鋁合金的多孔質體之型材8將填充有金剛石粉末10的脫模板9從側方挾持般地抵接於側面部作配設，視情況可從上下抵接脫模板9地再配置金屬板11以形成液態模鍛用的結構體。當此結構體填充鋁合金等之熔融液時，熔融液係通過包含多孔質體的型材8到達填充有金剛石粉末10的部分，形成金剛石粉末10與鋁合金之複合體。 (包含多孔質體的型材)
    此處，有關包含藉液態模鍛法可含浸鋁合金的多孔質體之型材8的材料，只要是藉由液態模鍛法可含浸鋁合金的多孔質體即可，倒無特別限制。但有關該多孔質體，適合使用耐熱性優異、能進行穩定之熔融液供給的石墨、氮化硼、氧化鋁纖維等之多孔質體等。 (脫模板)
    再者，關於緻密的脫模板9，可使用不鏽鋼板、陶瓷板，只要是利用液態模鍛法不會含浸鋁合金的緻密體即可，倒無特別限制。又，關於塗布於脫模板的脫模劑，適合使用耐熱性優異之石墨、氮化硼、氧化鋁等之脫模劑。此外，利用鋁溶膠等披覆脫模板的表面後，塗布上述脫模劑，藉此可獲得能進行更穩定的脫模之脫模板。
    本實施形態中，係於複合化後，剝下配置在兩面的脫模板9，透過此種特有的構成，可獲得具有非常平滑的表面之鋁-金剛石系複合體。
    此外，上述金屬板11為選擇性設置，在設有該金屬板11時，能使熔融液均一地含浸，且容易進行在含浸處理後之鋁-金剛石系複合體的取出等之操作。又，如同後述，在將複數片的結構體積層作成塊體的情況，設有金屬板11。 (鋁合金)
    本實施形態的鋁-金剛石系複合體中之鋁合金(以鋁為主成分的金屬)，為了在含浸時充分地滲入金剛石粉末的空隙中(金剛石粒子間)，以儘可能熔點低者較佳。關於此種鋁合金，可舉出例如含有矽5~25質量%的鋁合金。透過使用含有矽5~25質量%的鋁合金，可獲得所謂促進鋁-金剛石系複合體緻密化之效果。
    再者，透過使上述鋁合金含有鎂，由於金剛石粒子及陶瓷粒子與金屬部分之結合變得更強固故較佳。有關鋁合金中之鋁、矽、鎂以外的金屬成分，只要是在鋁合金的特性不會極端變化的範圍即可，倒無特別限制，例如，亦可含有銅等。
    本實施形態的鋁-金剛石系複合體可透過在複合化時的金剛石粉末的填充量來調整厚度，其厚度以0.4~6mm較佳。該厚度小於0.4mm的情況，無法獲得作為散熱器等使用所需的足夠強度，故不佳。該厚度超過6mm的情況，材料本身變高價且變得無法充分獲得本發明所謂高導熱之效果，故不佳。 (液態模鍛步驟)
    所得之結構體係再積層複數片作成塊體，將此塊體加熱至600~750℃左右。然後，在高壓容器內配置1個或2個以上該塊體，為防止塊體的溫度降低，儘快地供給已加熱至熔點以上的鋁合金之熔融液並以20MPa以上的壓力加壓。
    此處，塊體的加熱溫度若為600℃以上，則鋁合金的複合化穩定，可獲得具有充分的導熱係數之鋁-金剛石系複合體。又，若加熱溫度為750℃以下，則在與鋁合金複合化時能抑制金剛石粉末表面生成鋁碳化物(Al4C3)，可獲得具有充分的導熱係數之鋁-金剛石系複合體。
    又，關於含浸時的壓力，若為20MPa以上則鋁合金的複合化穩定，可獲得具有充分的導熱係數之鋁-金剛石系複合體。含浸壓力50MPa以上更佳。若為50MPa以上，則可獲得具有更穩定的導熱係數特性之鋁-金剛石系複合體。 (退火處理)
    按上述操作所得之鋁-金剛石系成型體亦可進行退火處理。透過進行退火處理，可獲得上述鋁-金剛石系成型體內的變形被除去，且具有更穩定的導熱係數特性之鋁-金剛石系複合體。
    欲在不對所得之鋁-金剛石系成型體的表面造成影響下僅除去成型體中之變形時，上述退火處理係以溫度400℃~550℃的條件下進行10分鐘以上較佳。 (加工方法)
    其次，說明本實施形態的鋁-金剛石系複合體之加工方法的例子。上述鋁-金剛石系複合體係非常硬的難加工性材料。為此，雖可利用通常的金剛石工具等作加工，但從工具的耐久性或加工成本方面考量，以採用水刀切割加工、雷射加工或放電加工作加工者較佳。 (披覆層)
    本實施形態的半導體元件用放熱零件之鋁-金剛石系複合體1係如第1圖所示，複合化部3的兩面係由包含含有以鋁為主成分的金屬(鋁合金)的材料之披覆層4所披覆。
    披覆層4的形成方法可為任意。例如，於液態模鍛步驟，對脫模板9間填充金剛石粉末之際，使鋁箔或鋁合金箔事先介設於脫模板9側，透過在此狀態下使用鋁合金施作液態模鍛，使鋁箔等熔解而於複合體的表面形成鋁合金的披覆層。以別的方法而言，例如事先建構成將金剛石粉末10預先形成成型體，且將其填充於脫模板9時，在脫模板9和金剛石粉末10的成型體之間產生適當的間隙，再透過液態模鍛使熔融液浸入空隙而能形成包含熔融液成分的披覆層4。又，此等方法一併進行亦可。
    此處，上述披覆層4係主要包含含有以鋁為主成分的金屬之材料，但亦可含有以鋁為主成分的金屬以外的物質。亦即，可含有上述金剛石粒子或其他的不純物等。
    但是，金剛石粒子係以不會存在於距離披覆層4的表面0.01mm處者較佳。透過此種構成，能採用在通常的金屬加工所採用的加工方法，可在不造成研磨損傷之下使披覆層4成為平滑。
    又，上述披覆層4係以含有以鋁為主成分的金屬80體積%以上較佳。若以鋁為主成分的金屬的含量為80體積%以上，則能採用在通常的金屬加工所採用的加工方法，能進行披覆層4之研磨。此外，以鋁為主成分的金屬的含量為90體積%以上較佳。若以鋁為主成分的金屬的含量為90體積%以上，則在進行表面之研磨時，不會有內部的不純物等脫離而造成研磨損傷之情形
    又，上述披覆層4的厚度，係以平均厚度為0.03mm以上0.2mm以下較佳。若上述披覆層4之平均厚度為0.03mm以上，則在之後的處理中，不致造成金剛石粒子露出，容易獲得目標的面精度及鍍敷性。又，若披覆層4之平均厚度為0.2mm以下，則能獲得複合化部3在所得之鋁-金剛石系複合體1佔有充分的厚度，能確保充分的導熱係數。
    又，兩面的披覆層4之平均厚度的合計，係以鋁-金剛石系複合體1的厚度20%以下較佳，10%以下更佳。若兩面的表面的披覆層3之平均厚度的合計為鋁-金剛石系複合體1的厚度20%以下，則不僅是面精度及鍍敷性，還可獲得充分的導熱係數。 (披覆層之加工)
    本實施形態的鋁-金剛石系複合體，係具有其兩面由包含含有以鋁為主成分的金屬之材料的披覆層4所披覆之結構，因而透過加工(研磨)此披覆層4，可調整表面精度(表面粗度：Ra)。此披覆層4的加工能採用在通常的金屬加工所採用的加工方法，例如使用拋光研磨機等進行研磨，能形成表面粗度(Ra)1μm以下。
    再者，透過加工此披覆層4，亦可調整表面層的平均厚度。本實施形態的鋁-金剛石系複合體，在作為散熱器等的放熱零件使用的情況，當考慮接合面的熱阻時，以表面粗度小的平滑面較佳，其表面粗度(Ra)以1μm以下較佳，0.5μm以下更佳。藉由表面粗度為1μm以下，可使接合層的厚度均一，能獲得更高的放熱性。
    又，關於上述披覆層4的平面度，換算成50mm×50mm尺寸，以30μm以下較佳，10μm以下更佳。藉由該平面度為30μm以下，可使接合層的厚度均一，能獲得更高的放熱性。 [表面金屬層]
    本實施形態的半導體元件用放熱零件在作為半導體元件的散熱器使用的情況，以利用硬銲和半導體元件接合作使用居多。因此，如第1圖所示，於其接合表面設有表面金屬層2。關於表面金屬層2的形成方法，能採用鍍敷法、蒸鍍法、濺鍍法等之方法。從處理費用方面考量，以鍍敷處理較佳，以下，就鍍敷處理作說明。
    鍍敷處理的方法倒未特別限定，可為無電解鍍敷處理、電鍍處理法任一。在對鋁進行鍍敷處理的情況，在基底鍍敷處理方面，以實施與鋁之黏附性優異的Ni合金鍍敷較佳。此情況的Ni合金鍍敷一般為含有Ni和磷(P)5~15重量%的合金鍍敷，可利用無電解鍍敷處理進行。所得之Ni合金鍍敷為非晶質，且膜厚為0.1~2μm。以Ni合金鍍敷的膜厚小於0.1μm而言，因會產生鍍敷膜的針孔(未鍍敷部分)而不佳。一超過2μm時，在像本發明那種用途中，會有所謂伴隨著接合溫度之上升、實際使用時的溫度負荷之增加，使非晶質的Ni合金鍍敷結晶化，且因那時的體積變化而產生微小裂紋，並且因之後的溫度負荷而裂紋伸展的問題，故不佳。
    此外，在對鋁實施Ni合金鍍敷之際，需要鋅置換等之前處理，且以實施鍍敷黏附性優異的鋅置換者較佳。關於Ni合金鍍敷的黏附性，以剝離強度為5kgf/cm以上較佳，8kgf/cm以上更佳。以剝離強度小於5kgf/cm而言，在作為半導體元件的放熱零件使用的情況，會有因實際使用時的溫度負荷而產生鍍敷層剝離的問題之情形，故不佳。
    其次，於Ni合金鍍敷的表面實施膜厚1~5μm的結晶質之Ni鍍敷。鍍敷法以電鍍處理法較佳，但若為可獲得結晶質的Ni鍍敷膜，則亦能適用無電解鍍敷處理法。以Ni鍍敷的膜厚小於1μm而言，因會產生鍍敷膜的針孔(未鍍敷部分)而不佳。一超過5μm時，在鍍敷膜中產生之殘留應力增加，在如本發明之用途中，會有因實際使用時的溫度負荷而產生鍍敷膜之剝離、裂紋的問題而不佳。
    此外，在作為如本發明般高輸出之半導體元件的放熱零件使用的用途中，會有所謂伴隨著接合溫度之上升、實際使用時的溫度負荷之增加，使非晶質的Ni合金鍍敷結晶化，且因當時的體積變化而產生微小裂紋，並且因之後的溫度負荷而裂紋伸展的問題。又，因為在Ni合金鍍敷層殘留壓縮應力，而在Ni鍍敷層殘留拉伸應力，故透過調整Ni合金鍍敷厚度和Ni鍍敷厚度能提升可靠性。具體言之，Ni合金層和Ni層之比率(Ni合金層厚/Ni層厚)以0.3以下較佳，0.2以下更佳。調整之Ni合金層和Ni層之比率一超過0.3時，以本用途而言，伴隨著接合溫度之上升、實際使用時的溫度負荷之增加，會有在表面金屬層產生裂紋的問題而不佳。
    又，本發明中，因為要進行在高溫下之硬銲填料材接合，故以電鍍處理法或無電解鍍敷處理法對最表面實施膜厚0.05~4μm的Au鍍敷。以鍍敷膜厚小於0.05μm而言，接合會變不充分故不佳。關於上限，倒無特性上的限制，但Au鍍敷非常高價，且以4μm以下較佳。
    又，本實施形態的鋁-金剛石系複合體，係以鋁-金剛石系複合體的溫度在25℃時的導熱係數為400W/mK以上，且從25℃到150℃的熱膨脹係數為5~10×10-6/K較佳。
    若在25℃下之導熱係數為400W/mK以上且從25℃到150℃的熱膨脹係數為5~10×10-6/K，則成為具有高導熱係數且和半導體元件同等級的低膨脹率。因此，在作為散熱器等的放熱零件使用的情況，放熱特性優異，且即便受溫度變化，由於半導體元件與放熱零件之熱膨脹係數的差小，故可抑制半導體元件之破壞。結果，適合作為高可靠性的放熱零件來使用。 [半導體元件用放熱零件]
    使用本發明的鋁-金剛石系複合體之半導體元件用放熱零件，係具有高導熱係數且和半導體元件同等級的低熱膨脹係數，適合作為GaN、GaAs、SiC等之要求高輸出的半導體雷射元件或高頻元件的放熱零件。特別適合作為屬高頻元件的GaN-HEMT元件、GaAs-HEMT元件的放熱零件。 <實施形態2>
    本發明實施形態2的半導體元件用放熱零件係如第3圖所示，由鋁-金剛石系複合體12和表面金屬層13所構成。鋁-金剛石系複合體12係包含：包含含有金剛石粒子和以鋁為主成分的金屬之鋁-金剛石系複合材料的平板狀的複合化部14；及設於複合化部14的兩面之二層的披覆層15、16。鋁-金剛石系複合材料係金剛石粒子的含量為該鋁-金剛石系複合材料整體之40體積%~70體積%。披覆層15、16係複合化部14側的披覆層15包含鋁-陶瓷系複合體，另一側的披覆層16包含以鋁為主成分的金屬層。表面金屬層13包含非晶質的Ni合金層17、Ni層18及Au層19。
    此種構成的半導體元件用放熱零件亦具有高導熱且接近半導體元件的熱膨脹係數，而且在高負荷下之實際使用上，亦可獲得抑制在表面金屬層部分產生裂紋等之效果。
    如此，有關實施形態2的半導體元件用放熱零件的鋁-金剛石系複合體12的披覆層是由複合化部14側之包含鋁-陶瓷系複合體的披覆層15與另一側之包含以鋁為主成分的金屬層的披覆層16所構成這點，和實施形態1中的構成不同。以下，以其相異構成的部分為中心，連同其製造方法一起作詳細說明，關於未作說明的部分則是與實施形態1相同。 [鋁-金剛石系複合體]
    於本實施形態中，首先製造含有包含鋁-金剛石系複合材料之平板狀的複合化部14、及包含披覆於複合化部14的鋁-陶瓷系複合體之披覆層15的部分。亦即，如第4圖所示，配置包含可含浸鋁合金的多孔質體之型材20、陶瓷多孔體21、塗布有脫模劑之緻密的脫模板22及金剛石粉末23以作成液態模鍛用的結構體，在透過液態模鍛將鋁合金複合化後，對存在於複合化後之鋁-金剛石系複合體的外面部之鋁-陶瓷系複合體進行研削加工，製作出複合化部14的兩面是由厚度0.05~0.2mm之包含鋁-陶瓷系複合體的披覆層15所披覆而成之結構體。其次，將此結構體，利用水刀切割加工機或雷射加工機進行加工後，在其表面形成厚度0.05~2.0μm的披覆層16。 (陶瓷多孔體)
    陶瓷多孔體21係在藉由液態模鍛法可含浸鋁合金的多孔質，含有碳化矽、氮化矽、氮化鋁之至少1種以上的多孔體，從所得之鋁-陶瓷系複合體的導熱係數這點考量以碳化矽更佳。陶瓷多孔體的氣孔率係20~60體積%且必須為藉由液態模鍛法可含浸鋁合金的氣孔。另一方面，鋁-陶瓷系複合體中的陶瓷含量，以儘可能將鋁-金剛石系複合體與鋁-陶瓷系複合體之熱膨脹係數差調整成較小者較佳。在鋁-金剛石系複合體與鋁-陶瓷系複合體之熱膨脹係數差大的情況，在之後的加工步驟會產生翹曲等而不佳。 (加工方法)
    如上述，複合化後，對存在於鋁-金剛石系複合體的外面部之鋁-陶瓷系複合體進行研削加工，製作出複合化部14的兩面是由厚度0.05~0.2mm之包含鋁-陶瓷系複合體的披覆層15所披覆的結構體，其研削加工係使用金剛石工具，金剛石磨粒等。再者，在進行孔部的加工等，加工鋁-金剛石系複合體本身的情況，例如利用水刀切割加工機、雷射加工機、放電加工機。 (披覆層)
    在本實施形態的鋁-金剛石系複合體中，複合化部14的兩面是由厚度0.05~0.2mm之包含鋁-陶瓷系複合體的披覆層15所披覆，此披覆層15係如上述，藉由液態模鍛連同複合化部14一起形成，關於別的方法，係在僅事先製作鋁-陶瓷系複合體後，於製作鋁-金剛石系複合體之步驟中與複合化部14接合，亦能製作第3圖之鋁-金剛石系複合體12。
    又，包含上述鋁-陶瓷系複合體之披覆層15的厚度，係以0.05mm以上0.2mm以下較佳。若披覆層15的厚度為0.05mm以上，則容易獲得目標的面精度(表面粗度)。又，若披覆層15之平均厚度為0.2mm以下，雖亦取決於所得之鋁-金剛石系複合體12的厚度，但能獲得佔有於複合體12之複合化部14的充分厚度，能確保充分的導熱係數。
    本實施形態的鋁-金剛石系複合體12係具有兩面是被包含鋁-陶瓷系複合體之披覆層15所披覆而成的結構，因而透過加工(研磨)此披覆層15，可調整表面精度(表面粗度：Ra)、平面度。此加工係能採用使用金剛石磨粒或砂輪的加工方法，例如利用磨床等進行研削加工後，使用拋光研磨機等進行研磨，能將表面粗度(Ra)作成1μm以下。此外，透過加工此披覆層15，亦可調整表面層的平均厚度。
    再者，於本實施形態2，為改善鍍敷黏附性，在洗淨表面形成有披覆層15的鋁-金剛石系複合體12之表面後，於表面再形成包含厚度0.05~2.0μm的以鋁為主成分的金屬之披覆層16。以該披覆層16的厚度小於0.05μm而言，因產生披覆層未到達部分或因鍍敷的前處理等使披覆層反應，因針孔的產生而產生未鍍敷部分，耐藥品性降低，故不佳。另一方面，由於披覆層厚度超過2.0μm時，披覆層16和複合體的線熱膨脹係數不同，所以會因為兩材料的熱膨脹差而產生應力、造成剝離，故不佳。關於披覆層16的厚度，更佳為0.3~0.6μm。
    披覆層16係藉由蒸鍍法或濺鍍法形成厚度0.05~2.0μm。關於構成披覆層16之鋁合金，係含有純鋁或鋁70質量%以上的鋁合金。以鋁的含量小於70質量%而言，無法進行基於鋅置換處理之具充分黏附性的Ni鍍敷，故不佳。關於鋁合金中的鋁、矽以外的金屬成分，只要是不會有極端地特性變化之範圍即可，倒無特別限制，例如可含有鎂、銅等。
    又，本發明中，為提升鋁-金剛石系複合體12表面的包含鋁-陶瓷系複合體之披覆層15與鋁合金等的披覆層16之黏附性，以於氮、氬、氫、氦或真空環境中在溫度460~650℃下進行1分鐘以上加熱處理者較佳。當在氧化性環境下進行處理時，則在表面形成氧化膜，產生之後的鍍敷不良，故不佳。溫度以480~570℃更佳。以溫度為460℃以下而言，披覆層15和披覆層16之黏附惡化，以650℃以上而言，金屬的披覆層16熔解，造成表面粗度惡化，故不佳。 <實施形態3>
    其次，針對實施形態3的半導體元件用放熱零件作說明。如第5圖所示，實施形態3的放熱零件係由鋁-金剛石系複合體24和表面金屬層25所構成。鋁-金剛石系複合體24係包含：包含鋁-金剛石系複合材料的平板狀的複合化部26及設於複合化部26的兩面之披覆層27。披覆層27係包含鋁-陶瓷纖維複合材，表面金屬層25係包含非晶質的Ni合金層28、Ni層29及Au層30。
    本實施形態3的放熱零件為，如第6圖所示，於液態模鍛步驟，在塗布有脫模劑之緻密的脫模板33與填充於脫模板33間的金剛石粉末34之間配設陶瓷纖維32後，利用液態模鍛將鋁合金複合化，藉此可獲得於複合化部26的兩面形成有包含鋁-陶瓷纖維複合體之披覆層27的鋁-金剛石系複合體24。 [包含鋁-陶瓷纖維複合體之披覆層]
    包含上述鋁-陶瓷纖維複合體之披覆層27，從鍍敷性及面精度的關係，以鋁合金以外的含量小於20體積%較佳。若鋁合金以外的含量小於20體積%，則可獲得所謂可以容易加工披覆層27的效果。
    又，關於陶瓷纖維，倒未特別限定，但從耐熱性方面考量，適合使用氧化鋁纖維、二氧化矽纖維、富鋁紅柱石纖維、石墨纖維等之陶瓷纖維。此外，陶瓷纖維的含量(Vf)，從上述鋁-陶瓷纖維複合體之特性面，以10體積%以下較佳，以在積層並壓縮之際Vf小於20體積%較佳。
    又，上述陶瓷纖維的厚度以0.5mm以下較佳。若為0.5mm以下，則能使上述表面層的厚度為適當，可獲得具有充分的導熱係數之鋁-金剛石系複合體。
    此外，關於實施形態3，除了披覆層係以包含鋁-陶瓷纖維複合體的層取代金屬層以外，其餘條件同實施形態1。 <作用效果>
    以下，針對上述實施形態的半導體元件用放熱零件之作用效果作說明。
    上述實施形態的半導體元件用放熱零件，係於包含鋁-金剛石系複合材料的板狀的複合化部(3；14；26)的兩面披覆形成披覆層(4；15，16；27)，形成鋁-金剛石系複合體(1；12；24)，且於該鋁-金剛石系複合體(1；12；24)的兩主面，設置從主面側依序形成非晶質的Ni合金層(5；17；28)、Ni層(6；18；29)及Au層(7；19；30)而成的表面金屬層(2；13；25)者，此處，披覆層係包含以鋁為主成分的金屬層(披覆層4；實施形態1)，鋁-陶瓷系複合體層(披覆層15)和金屬層(披覆層16)(實施形態2)，或鋁-陶瓷纖維複合體層(披覆層27；實施形態3)。
    包含上述構成的半導體元件用放熱零件，鋁-金剛石系複合體具有高導熱且接近半導體元件的熱膨脹係數，而且，藉由表面金屬層使表面的鍍敷性提升，因表面的面粗度、平面度小，所以適合作為半導體元件之放熱用散熱器等的放熱零件使用。
    再者，上述披覆層4的厚度為0.03~0.2mm，上述披覆層15的厚度為0.05~0.2mm，上述披覆層27的厚度為0.05~0.2mm時，變得容易獲得目標之面精度，又能確保充分的導熱係數。
    又，當上述披覆層(4；16；27)的表面粗度(Ra)為1μm以下時，可使接合層的厚度均一，能獲得更高的放熱性。
    又，上述平板狀的鋁-金剛石系複合體(1；12；24)的厚度為0.4~6mm時，可獲得具有作為散熱器等的放熱零件使用所需之足夠強度及放熱特性之效果。
    又，在上述鋁-金剛石系複合體的溫度是25℃時導熱係數為400W/mK以上，上述鋁-金剛石系複合體在溫度25℃至150℃之熱膨脹係數為5~10×10-6/K亦可。如此一來，作為散熱器等的放熱零件使用的情況，放熱特性優異，又，即便是受溫度變化，由於半導體元件與放熱零件之熱膨脹係數的差小，所以能獲得可抑制半導體元件之破壞的效果。
    又，由於作成在上述鋁-金剛石系複合體(1；12；24)的至少兩主面，設置從主面側依序形成非晶質的Ni合金層(5；17；28)、Ni層(6；18；29)及Au層(7；19；30)而成的表面金屬層(2；13；25)，且Ni合金層和Ni層之比率(Ni合金層厚/Ni層厚)為0.3以下，故可利用硬銲填料材等進行接合。如此一來，在作為和高輸出的半導體元件接合使用的放熱零件等來使用時，除具有高放熱特性外，即便是在高負荷下的實際使用上，亦可確保能抑制在表面金屬層部分產生裂紋等之高可靠性。
    又，上述鋁-金剛石系複合體(1；12；24)若藉由液態模鍛法製造，則可獲得導熱係數等特性優異之緻密的複合體。
    包含上述構成的半導體元件用放熱零件，在作為和高輸出的半導體元件接合使用的放熱零件等來使用時，除具有高放熱特性外，即便是在高負荷下的實際使用上，亦可確保能抑制在表面金屬層部分產生裂紋等之高可靠性，適合作為GaN、GaAs、SiC等之半導體雷射或高頻元件用的放熱零件。
    以上係就本發明的半導體元件用放熱零件及其製造方法舉出實施形態作說明，又，以下將再透過實施例作更詳細說明，但本發明未受此等實施形態、實施例所限。 [實施例] [實施例1~4]
    將市售之高純度的金剛石粉末A(平均粒徑：180μm)、高純度的金剛石粉末B(平均粒徑：20μm)、高純度的金剛石粉末C(平均粒徑：2μm)及鋁粉末(平均粒徑：30μm)以表1所示的摻合比作混合。
    其次，於40×40×2mmt的不鏽鋼板(SUS430材)披覆鋁溶膠且於350℃下進行30分鐘燒附處理後，將石墨系脫模劑塗布於表面以製作出脫模板(第2圖的脫模板9)。接著，於呈60×60×8mmt的外形且中央部具有40×40×8mmt的孔之氣孔率20%的等方性石墨治具(第2圖的型材8)，將表1的各金剛石粉末以上下配設30μm厚的純鋁箔且用脫模板9兩面包夾般地填充作成結構體。
    將上述結構體以60×60×1mmt的塗布有石墨系脫模劑的不鏽鋼板(第2圖的金屬板11)包夾作複數個積層，於兩側配置厚度12mm的鐵板，再以6支M10的螺栓連結且以面方向的鎖固扭力成為10Nm般地利用扭力板手鎖固而形成一個塊體。
    其次，將所得之塊體以電爐預熱成溫度650℃後，放進已事先預熱之內徑300mm的壓模內，注入含有矽12質量%、鎂1質量%之溫度800℃的鋁合金熔融液，再以100MPa的壓力加壓20分鐘使金剛石粉末含浸鋁合金。接著，冷卻到室溫後，利用濕式帶鋸沿著脫模板的形狀進行切斷，將包夾的不鏽鋼板剝下。之後，為除去含浸時之變形而在530℃的溫度下進行3小時退火處理，獲得鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體的兩面利用#600的砂紙研磨後，進行拋光研磨。
    接著，利用水刀切割加工機(SUGINO Machine Limited製品Abrasive Jet Cutter NC)，以壓力250MPa、加工速度50mm/min的條件，使用粒度100μm的石榴石研磨粒，加工成25×25×2mmt的形狀而作成鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體的剖面利用工廠顯微鏡觀察以測定兩面的披覆層(第1圖的披覆層4)之平均厚度。又，利用表面粗度計測定表面粗度(Ra)及利用3次元輪廓形狀測定進行平面度測定。其結果顯示於表2。
    又，利用水刀切割加工製作熱膨脹係數測定用試驗體(3×2×10mm)、導熱係數測定用試驗體(25×25×2mmt)。使用各自的試驗片，以熱膨脹計(精工電子工業公司製品；TMA300)測定在溫度25℃~150℃的熱膨脹係數，及以雷射閃光法(理學電機公司製品；LF/TCM-8510B)測定在25℃下之導熱係數。其結果顯示於表2。
    又，實施例1之鋁-金剛石系複合體的密度經阿基米德法測定之結果為3.21g/cm3。然後，就實施例1，製作彎曲強度試驗體(3×2×40mm)，以彎曲強度試驗機測定三點彎曲強度之結果為320MPa。
    又，上述的鋁-金剛石系複合體經超音波洗淨後，在採用Zn觸媒進行前處理後，進行無電解Ni-P、電鍍Ni、電鍍Au之鍍敷，於實施例1~4的鋁-金剛石系複合體的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的鍍敷層(第1圖的金屬表面層2)。針對所得之鍍敷品，依據JIS Z3197進行銲料潤濕延展性的測定之結果，所有的鍍敷品，銲料潤濕延展性為80%以上。又，測定所得之鍍敷品之剝離強度的結果，所有的鍍敷品為10kgf/cm以上。接著，所得之鍍敷品係在大氣環境下以溫度400℃進行10分鐘的加熱處理後，進行在大氣環境下於溫度-55℃下保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，結果，看見所有的鍍敷品並無鍍敷膜剝離、產生裂紋等之異常。
    如表2所示，實施例1~4的鋁-金剛石系複合體，其表面粗度為0.19~0.25μm之非常平滑，且具有高導熱係數及接近半導體元件的熱膨脹係數。 [實施例5]
    將金剛石粉末A(平均粒徑：190μm)35g、金剛石粉末B(平均粒徑：20μm)15g、二氧化矽粉末(平均粒徑：5μm)16g、及矽粉末(平均粒徑：10μm)16g混合後，填充於碳化矽製的坩鍋，在氬氣環境下，以溫度1450℃進行3小時加熱處理，製作在金剛石粉末表面形成有β型碳化矽的層之金剛石粉末。
    除金剛石粉末是使用在表面形成有β型碳化矽的層而成之金剛石粉末以外，其餘條件同實施例1地製作鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體，係進行和實施例1同樣的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形狀而作成鋁-金剛石系複合體，該鋁-金剛石系複合體的剖面經利用工廠顯微鏡觀察以測定兩面的披覆層(第1圖的披覆層4)之平均厚度的結果，披覆層之平均厚度為0.05mm。又，表面粗度計所測定的表面粗度(Ra)為0.21μm，3次元形狀測定機所測定之平面度為7μm。
    再者，實施例5的鋁-金剛石系成型體係實施和實施例1同樣的特性評價，其密度為3.20g/cm3，溫度25℃~150℃的熱膨脹係數為7.2×10-6/K，在溫度25℃下之導熱係數為650W/mK，三點彎曲強度為340MPa。
    又，和實施例1同樣地，於鋁-金剛石系複合體的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的鍍敷層(第1圖的金屬表面層2)。針對所得之鍍敷品測定剝離強度之結果為12kgf/cm。接著，所得之鍍敷品係在大氣環境下於溫度400℃下進行10分鐘的加熱處理後，進行在大氣環境下於溫度-55℃保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，結果，看見並無鍍敷膜剝離、產生裂紋等之異常。
    在實施例5，使用在表面形成有β型碳化矽的層之金剛石粉末。因而具有650W/mK這樣的高導熱係數及接近於半導體元件的熱膨脹係數。 [實施例6~9]
    除了變更實施例1之金剛石粉末的填充量、且實施例6的板厚設為0.4mm、實施例7設為6.0mm，並且在積層時，實施例8是在金剛石粉末之上下配置15μm厚、而實施例9是配置200μm厚的純鋁箔而形成結構體以外，其餘條件同實施例1地製作鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體係進行和實施例1同樣的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形狀而作成鋁-金剛石系複合體，該鋁-金剛石系複合體的剖面利用工廠顯微鏡觀察，兩面的披覆層(第1圖的披覆層4)之平均厚度、表面粗度計所測定的表面粗度(Ra)、及3次元形狀測定機所測定之平面度的結果顯示於表3。
    又，所得之鋁-金剛石系複合體係實施和實施例1同樣的特性評價，其結果顯示於表3。
    再者，和實施例1同樣地，於鋁-金剛石系複合體的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的鍍敷層(第1圖的表面金屬層2)。針對所得之鍍敷品，經進行剝離強度之測定、在大氣環境下於溫度-55℃保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，進行鍍敷膜之觀察。其結果顯示於表4。
    [實施例10~15，比較例1~3]
    在實施例1製作的鍍敷前之鋁-金剛石系複合體經超音波洗淨後，以表5所示的條件於鋁-金剛石系複合體表面形成鍍敷層(第1圖的表面金屬層2)。所得之鍍敷品，經進行剝離強度之測定、在大氣環境下於溫度-55℃下保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，進行鍍敷膜之觀察。其結果顯示於表6。

    在實施例10~15，透過在複合體表面形成適當的表面金屬層，確保充分的鍍敷黏附性，且在經過所假設之於高負荷下的實際使用之熱循環試驗後，亦可抑制在表面金屬層部分產生裂紋等。 [實施例16~19，比較例4]
    以市售之高純度的金剛石粉末A(平均粒徑：180μm)70重量%、高純度的金剛石粉末B(平均粒徑：20μm)30重量%之摻合比作混合。
    其次，於呈60×60×8mmt的外形且中央部具有40×40×8mmt的孔之氣孔率20%的等方性石墨治具(第4圖的型材20)，將金剛石粉末以40×40×3.1mmt的氣孔率35%之碳化矽質多孔體(第4圖的陶瓷多孔體21)兩面包夾般地填充作成結構體。
    將上述結構體以60×60×1mmt的塗布有石墨系脫模劑的脫模板(第4圖的脫模板22)包夾作複數個積層，於兩側配置厚度12mm的鐵板，再以6支M10的螺栓連結且以面方向的鎖固扭力成為10Nm般地利用扭力板手鎖固而形成一個塊體。
    其次，將所得之塊體以電爐預熱成溫度650℃後，放進已事先預熱之內徑300mm的壓模內，注入含有矽12質量%、鎂1質量%之溫度800℃的鋁合金熔融液，再以100MPa的壓力加壓20分鐘使金剛石粉末含浸鋁合金。接著，冷卻到室溫後，利用濕式帶鋸沿著脫模板的形狀進行切斷，將包夾的脫模板剝下。之後，為除去含浸時之變形而在530℃的溫度下進行3小時退火處理，獲得鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體的兩面以平面磨床且使用#230的金剛石砂輪研削加工至表5的板厚後，進行拋光研磨。此外，實施例19係僅以#230的金剛石砂輪研削加工兩面，未進行拋光研磨。
    接著，利用雷射加工機以加工速度50mm/min的條件，加工成25×25mm的形狀而作成鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體的剖面利用工廠顯微鏡觀察並測定兩面的披覆層(第3圖的包含鋁-陶瓷系複合體之披覆層15)之平均厚度。又，利用表面粗度計測定表面粗度(Ra)及利用3次元輪廓形狀測定進行平面度測定。其結果顯示於表7。
    又，利用雷射加工製作熱膨脹係數測定用試驗體(3×2×10mm)、導熱係數測定用試驗體(25×25×2mmt)。使用各自的試驗片，以熱膨脹計(精工電子工業公司製品；TMA300)測定密度(阿基米德法)、在溫度25℃~150℃的熱膨脹係數，以雷射閃光法(理學電機公司製品；LF/TCM-8510B)測定在25℃下的導熱係數。其結果顯示於表7。
    此外，上述的鋁-金剛石系複合體經超音波洗淨後，藉由蒸鍍法在複合體的表面形成0.5μm厚的鋁層(第3圖的披覆層16)，於氮氣環境下，以溫度500℃進行30分鐘加熱處理。比較例4沒有形成上述的鋁層。其次，於表面形成有鋁層的鋁-金剛石系複合體上和實施例1同樣地形成鍍敷層(第3圖的表面金屬層14)。所得之鍍敷品，經進行剝離強度之測定、在大氣環境下於溫度-55℃下保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，進行鍍敷膜之觀察。其結果顯示於表8。
    實施例16~19的鋁-金剛石系複合體為，具有高導熱係數及接近半導體元件的熱膨脹係數，透過於複合體表面形成適當的表面金屬層，確保充分的鍍敷黏附性，且在經過所假設之於高負荷下的實際使用之熱循環試驗後，亦可抑制在表面金屬層部分產生裂紋等。 [實施例20~25]
    使用和實施例1同樣的金剛石粉末，且在積層時於金剛石粉末的上下由原先的純鋁箔改為配設在表9所示的陶瓷纖維(第6圖的陶瓷纖維32)而作成結構體。
    將上述結構體以60×60×1mmt的塗布有石墨系脫模劑的脫模板(第6圖的脫模板33)包夾作複數個積層，於兩側配置厚度12mm的鐵板，再以6支M10的螺栓連結且以面方向的鎖固扭力成為10Nm般地利用扭力板手鎖固而形成一個塊體。
    其次，將所得之塊體以電爐預熱成溫度700℃後，放進已事先預熱之內徑300mm的壓模內，注入含有鎂1質量%之溫度850℃的鋁合金熔融液，再以100MPa的壓力加壓20分鐘使金剛石粉末含浸鋁合金。接著，冷卻到室溫後，利用濕式帶鋸沿著脫模板的形狀進行切斷，將包夾的脫模板剝下。之後，為除去含浸時之變形而在530℃的溫度下進行3小時退火處理，獲得鋁-金剛石系複合體。
    所得之鋁-金剛石系複合體係進行和實施例1同樣的研磨、加工，加工成25×25×2mmt的形狀而作成鋁-金剛石系複合體，該鋁-金剛石系複合體的剖面利用工廠顯微鏡觀察，兩面的披覆層(第5圖的包含鋁-陶瓷纖維複合體層之披覆層27)之平均厚度、表面粗度計所測定的表面粗度(Ra)、及3次元形狀測定機所測定之平面度的結果顯示於表10。
    又，所得之鋁-金剛石系複合體係實施和實施例1同樣的特性評價，其結果顯示於表10。
    再者，和實施例1同樣地，於鋁-金剛石系複合體的表面形成5μm厚(Ni-P：0.3μm+Ni：2.7μm+Au：2.0μm)的鍍敷層(第5圖的表面金屬層25)。針對所得之鍍敷品，經進行剝離強度之測定、在大氣環境下於溫度-55℃下保持30分鐘和於溫度175℃下保持30分鐘之熱循環試驗1000次後，進行鍍敷膜之觀察。其結果顯示於表11。
    實施例20~25的鋁-金剛石系複合體，為具有高導熱係數及接近半導體元件的熱膨脹係數，透過於複合體表面形成適當的表面金屬層，確保充分的鍍敷黏附性，且經過所假設之於高負荷下的實際使用之熱循環試驗後，亦可抑制在表面金屬層部分產生裂紋等。
    1‧‧‧鋁-金剛石系複合體
    2‧‧‧表面金屬層
    3‧‧‧複合化部
    4‧‧‧披覆層
    5‧‧‧Ni合金層
    6‧‧‧Ni層
    7‧‧‧Au層
    8‧‧‧包含多孔質體的型材
    9‧‧‧塗布有脫模劑的脫模板
    10‧‧‧金剛`石粉末
    11‧‧‧金屬板
    12‧‧‧鋁-金剛石系複合體
    13‧‧‧表面金屬層
    14‧‧‧複合化部
    15‧‧‧披覆層(鋁-陶瓷系複合體)
    16‧‧‧披覆層(金屬層)
    17‧‧‧Ni合金層
    18‧‧‧Ni層
    19‧‧‧Au層
    20‧‧‧包含多孔質體的型材
    21‧‧‧陶瓷多孔體
    22‧‧‧塗布有脫模劑的脫模板
    23‧‧‧金剛石粉末
    24‧‧‧鋁-金剛石系複合體
    25‧‧‧表面金屬層
    26‧‧‧複合化部
    27‧‧‧披覆層(鋁-陶瓷纖維複合體層)
    28‧‧‧Ni合金層
    29‧‧‧Ni層
    30‧‧‧Au層
    31‧‧‧包含多孔質體的型材
    32‧‧‧陶瓷纖維
    33‧‧‧塗布有脫模劑的脫模板
    34‧‧‧金剛石粉末
    35‧‧‧金屬板
    第1圖係顯示本發明實施形態1的半導體元件用放熱零件的結構之概略剖面圖。
    第2圖係用以說明在製造用以構成第1圖的半導體元件用放熱零件之鋁-陶瓷系複合體的複合化部時的一個步驟之概略剖面圖。
    第3圖係顯示本發明實施形態2的半導體元件用放熱零件的結構之概略剖面圖。
    第4圖係用以說明在製造用以構成第3圖的半導體元件用放熱零件之鋁-陶瓷系複合體的複合化部時的一個步驟之概略剖面圖。
    第5圖係顯示本發明實施形態3的半導體元件用放熱零件的結構之概略剖面圖。
    第6圖係用以說明在製造用以構成第5圖的半導體元件用放熱零件之鋁-陶瓷系複合體的複合化部時的一個步驟之概略剖面圖。
    1‧‧‧鋁-金剛石系複合體
    2‧‧‧表面金屬層
    3‧‧‧複合化部
    4‧‧‧披覆層
    5‧‧‧Ni合金層
    6‧‧‧Ni層
    7‧‧‧Au層
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] 一種半導體元件用放熱零件，其特徵為於包含含有金剛石粒子40體積%~70體積%且剩餘部份是以鋁為主成分的金屬，厚度0.4~6mm之板狀體的兩面，披覆包含以鋁為主成分的金屬或鋁-陶瓷系複合材料的披覆層而形成鋁-金剛石系複合體，於前述鋁-金剛石系複合體的至少兩主面，從主面側依序形成(1)膜厚0.1~1μm的非晶質的Ni合金層、(2)膜厚1~5μm的Ni層、及(3)膜厚0.05~4μm的Au層而成，此處，Ni合金層和Ni層之比率(Ni合金層厚/Ni層厚)為0.3以下。
    [2] 如申請專利範圍第1項之半導體元件用放熱零件，其中該披覆層為含有以鋁為主成分的金屬80體積%以上之膜厚0.03~0.2mm的金屬層。
    [3] 如申請專利範圍第1項之半導體元件用放熱零件，其中該披覆層含有從板狀體側依序是膜厚0.05~0.2mm的鋁-陶瓷系複合體層、與膜厚0.1~2μm的以鋁為主成分的金屬層。
    [4] 如申請專利範圍第1項之半導體元件用放熱零件，其中該披覆層為膜厚0.05~0.2mm之含有以鋁為主成分的金屬80體積%以上的鋁-陶瓷纖維複合體層。
    [5] 如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體元件用放熱零件，其中藉由鍍敷處理形成Ni合金層、Ni層、Au層，且藉由將鋅置換設為前處理的無電解鍍敷處理形成基底的Ni合金層，鍍敷膜之剝離強度為5kg/cm以上。
    [6] 如申請專利範圍第1至5項中任一項之半導體元件用放熱零件，其中半導體元件係包含GaN、GaAs或SiC的半導體雷射元件或高頻元件。
    [7] 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體元件用放熱零件，其中鋁-金剛石系複合體係藉由液態模鍛法製造。
    [8] 如申請專利範圍第1至7項中任一項之半導體元件用放熱零件，其中鋁-金剛石系複合體具有在25℃下之導熱係數400W/mK以上，從25℃到150℃之線熱膨脹係數5×10-6~10×10-6/K。
    [9] 如申請專利範圍第1至8項中任一項之半導體元件用放熱零件，其中鋁-金剛石系複合體，係為藉化學方式鍵結於金剛石粒子表面的β型碳化矽的層之存在而特性化的鋁-金剛石系複合體。
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    JPWO2013015158A1|2015-02-23|
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    CA2843371A1|2013-01-31|
    CN103733331B|2017-03-22|
    EP2738802A1|2014-06-04|
    CA2843371C|2018-07-31|
    EP2738802B1|2016-06-29|
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    EP2738802A4|2015-03-18|
    JP5988977B2|2016-09-07|
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    优先权:
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