JP5522786B2

JP5522786B2 - 半導体搭載用放熱基板の製造方法

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Publication number: JP5522786B2
Application number: JP2010128721A
Authority: JP
Inventors: 文夫大下; 雅弘山口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-06-04
Also published as: JP2011254044A

Description

この発明は、ＬＥＤ等の半導体素子を保持するとともに、それに蓄熱するのを防止する機能を果たす半導体搭載用放熱基板の製造方法に関する。

ＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体集積回路等では、最近の高密度化および高出力化により放熱量が増加する傾向にある。ＬＥＤについてみると（図６の左図参照））、そのＬＥＤは、サファイア基板の上にそれが搭載されているが、これであると、ＬＥＤの発光部から発する熱が熱伝導率の悪いサファイア基板との間に溜まりやすく（図７の左図参照）、多くの半導体素子ではその蓄熱があると機能が低下し、特にＬＥＤではその輝度と低反射率で弊害が生じることから、それを受ける部分に熱伝導性の良好な金属製の放熱基板が使用される（図６の右図参照）。たとえば、銅やモリブデン、タングステン、チタン等のメタルウエハーと称する金属である。そして、主にモリブデン（Ｍｏ）を銅（Ｃｕ，Ｃｕ）でサンドイッチしたもの（ＤＭＤ）が良好であることが知られている（図７の右図参照）。

放熱基板に要求される性質ないし性能等については、優れた熱伝導性が求められる他に、熱による歪みがない安定性と高い機械的強度、機械加工性が要求される。また、半導体素子を取り付ける接着やロウ付け等に適すること、耐薬品性に優れていること等が求められるときもある。これらの性質は、従来、図６、図７の各右図に示す如く複数の金属層の結合により総合的に発揮するよう開発が進められる（特許文献１、特許文献２）。この多層構造を取る手段としては、従来、圧延方法や熱間一軸加工法が用いられていた。

特開平６−２６８１１５号公報特許第３８６２７３７号公報

圧延方法や熱間一軸加工法は、いずれも複数枚の合せ金属材（グラッド材、グラッド金属とも称する））を重ねて圧縮することにより熱可塑性により偏平化するとともに合せ材どうしを加熱圧着してグラッド層を形成するものであるが、その接着には加熱温度、時間、圧縮強さ等の条件整合が難しく、剥離しないという信頼性に乏しく、剥離が発生すると、機械的強度や放熱性能に支障（剥離部分に蓄熱する）をきたし、盛り上がりでパッケージ基板や半導体素子との結合が不安定となる等という問題があった。

また、異種金属の接合に伴う反りを防ぐ方法として、中心部となる母材を中心としてその上下両面に対称になるよう多種金属の合せ金属材が配置される。しかしながら、それでも熱変形の異なる異種金属を同時に加熱圧縮するため、グラッド層の厚みに偏在が生じたり、層にうねりやコロニーが生じたりしやすく、これらの発生も全体的な反りの原因となり、また、機械的強度や放熱性能に支障を招く要因となるという問題もあった。

この発明は、上記のような実情に鑑みて、合せ材を用いなく、各金属層が不離一体に形成されるために、層間において剥離が生じなく、安定した放熱性および機械的強度を保持する信頼性の高い半導体搭載用放熱基板の製造方法を提供することを課題とした。

上記の課題を解決するために、この発明は、基母材の両面に１以上の金属層をめっきにより上下対称の配置となるように形成することを特徴とする半導体搭載用放熱基板の製造方法において、基母材が、Ｍｏ層の単一基母材であり、このＭｏ層の単一基母材の両面にＮｉ層とＣｕ層とをそれぞれ順次めっきにより形成し、さらに、Ｃｕ層の上にＮｉ層をめっきにより形成し、Ｎｉ層の上に、Ａｕ・Ｓｎ合金層又は、Ａｕ層とＳｎ層とをいずれか外側になるように、順次めっきにより形成することを特徴とする半導体搭載用放熱基板の製造方法を提供する。

半導体搭載用放熱基板を上記のように形成したから、基母材を中心にめっきにより各金属層が不離一体に形成されるために、層間において剥離が生じなく、上下均等且つ対称を正確に形成した構造となることとも相まって、安定した放熱性および機械的強度を保持する信頼性の高い半導体搭載用放熱基板の製造方法を提供することができる。

この発明の第１実施例に係る半導体搭載用放熱基板の使用状態を示す断面模式的に示す説明図である。同半導体搭載用放熱基板の製造方法を矢印順に且つ断面模式的に示す説明図である。第２実施例に係る図２に対応する説明図である。第３実施例に係る図２に対応する説明図である。第４実施例に係る図２に対応する説明図である。従来例の説明図である。従来例の説明図である。

この発明は、層厚のコアとなる合せ金属材からなる基母材１の両面にめっき層８、８を形成し且つ上下対称に形成してめっき層半導体搭載用放熱基板Ｐを製造するものである（図１）。基母材は、一枚の金属の単一基母材１であり、合せ材として金属薄片が使用される。この基母材１の金属には、比較的熱伝導率の小さいモリブデン（Ｍｏ）が使用される。

こうして造られた基母材１の両面には、上下対称に比較的熱伝導率の良好な他の金属層がめっきにより形成される。それら金属層の厚みについては、例えば、Ａｕ層であると０．０５〜１．５μｍ、Ｎｉ又はＮｉ合金層であると０．０２〜１０μｍ、Ａｕ・Ｓｎ合金層であると、０．２〜１０μｍ、Ｓｎ層であると０．２〜５．０μｍ、Ｃｕ層であると０．２〜４０μｍであることが良好である。また、このうち、特にＡｕ層７が外面であると、酸化しにくいので、パッケージ基板１０やＬＥＤ発光体１２等（図１参照）との接着性が良好であり望ましい。半導体搭載用放熱基板Ｐの他の部品との接着については、表面がＡｕ層７，７又はＳｎ層１１，１１であるきは、Ａｇ系又はＡｕ・Ｓｎ系のペーストないし接着剤が好適に使用される。

めっきは、電解、無電解、イオンプレーティング（ＩＰ）法等が望ましいが、めっきであれば特に限定するものではない。いずれにしても、めっきによって各金属層の厚みが上下対称で均一な層に形成され、各層が緊密に結合する。また、Ｃｕ金属層の形成については、Ｃｕめっきの他に、Ｃｕイオンプレーティング法を最適に用いることができる。

図１はＬＥＤを搭載した使用状態を示したもので、パッケージ基板１０の上に接着剤１４を介して半導体搭載用放熱基板Ｐが搭載され、その上に接着剤１６を介してＬＥＤ１２が搭載される。いずれも、表面がＡｕ層７，７であるので、接着剤１４，１６の乗りが良く接着性が良好である。また、Ａｕ層７で反射してＬＥＤ１２の反射効率が良好であり、反射しなくても金属層の光の通りが良く蓄熱量が少ないという利点がある。

図２において、その放熱基板Ｐは、Ｍｏ層３を合せ金属材の単一基母材１としたもので、まずその両面にＮｉ層５，５とＣｕ層４，４を順次めっきし、さらにその両面のＣｕ層４，４にＮｉ層５，５、Ａｕ層７，７を順次めっきで形成して放熱基板Ｐを製造した実施例である。

図３においてもＭｏ層３を単一基母材１としたもので、Ｍｏ層３の両面にＮｉ層５，５とＣｕ層４，４を順次めっきし、両面のＣｕ層４，４の上にＮｉ層５，５をさらにその上にＡｕ・Ｓｎ合金層９，９を形成して放熱基板Ｐの原材を構成した。

図４において、Ｍｏ層３としての基母材１の両面に、Ｎｉ層５，５とＣｕ層４，４を順次めっきにより形成し、Ｃｕ層４，４の上にＮｉ層５，５を、その上にＳｎ層１１，１１とＡｕ層７，７を順次それぞれめっきにより形成して放熱基板Ｐの原材が作られる。

図５において、この場合も、前記と同じであって、Ｍｏ層３としての単一基母材１の両面に、Ｎｉ層５、５とＣｕ層４、４を順次めっきにより形成し、Ｃｕ層４、４の上にさらにＮｉ層５、５をめっきにより形成し、そのＮｉ層５、５の上にＡｕ層７、７とＳｎ層１１，１１が順次めっきにより形成して放熱基板Ｐの原材が作られる。

Ｐ半導体搭載用放熱基板
１単一基母材
３Ｍｏ層
４Ｃｕ層
５Ｎｉ層
７Ａｕ層
９Ａｕ・Ｓｎ合金層
１１Ｓｎ層

Claims

基母材の両面に１以上の金属層をめっきにより上下対称の配置となるように形成することを特徴とする半導体搭載用放熱基板の製造方法において、基母材が、Ｍｏ層の単一基母材であり、このＭｏ層の単一基母材の両面にＮｉ層とＣｕ層とをそれぞれ順次めっきにより形成し、さらに、Ｃｕ層の上にＮｉ層をめっきにより形成し、Ｎｉ層の上に、Ａｕ・Ｓｎ合金層又は、Ａｕ層とＳｎ層とをいずれか外側になるように、順次めっきにより形成することを特徴とする半導体搭載用放熱基板の製造方法。