专利名称：电子设备用散热板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及为了使从搭载于电子设备的半导体元件等发热体产生的热量迅速地发散而使用的优选的散热板(散热片材料)及其制造方法，尤其涉及要实现低热膨胀率和高导热性的有利的改善的电子设备用散热板及其制造方法。
背景技术：
高输出的功率半导体部件在混合动力车的逆变器等中使用，近年来，需要急速增长。在该功率半导体部件中，半导体通常与陶瓷基板接合。作为陶瓷基板，已知有向氧化铝陶瓷金属喷镀铜而得到的层叠基板(DBC基板)或向氮化铝金属喷镀铝而得到的层叠基板(DBA基板)。对于半导体，希望能够将自身产生的热量迅速地散热，因此虽然最终被空冷或水冷，但为了使它们高效率地进行，而且为了在狭窄的空间内不会对其他的元件造成坏影响， 而通常通过软焊料与半导体接合的陶瓷基板还与高导热系数的材料组合而层叠。陶瓷基板与Si这样的半导体材料同样地热膨胀率低，因此在半导体与陶瓷基板之间能够进行可靠性高的接合。作为层叠在所述陶瓷基板上的散热材料(散热片)，最优选使用纯铜，从该铜板被空冷的情况较多。然而，由于纯铜热膨胀率大而与陶瓷基板的热膨胀率差大，因此在接合界面上会产生大的热应力，会产生半导体的破损、从基板剥离这样的问题。因此，在使用这样的散热材料时，需要缓和热应力的厚度。另外，在半导体的发热量大的混合动力车用的逆变器中，与铝制冷却机接合而被水冷。作为这种情况的散热材料(散热片)，存在适用导热系数升高至某程度而且热膨胀率低的Mo-Cu材料的例子。Mo-Cu材料和陶瓷基板由于热膨胀率接近因此能得到可靠性高的接合，但在Mo-Cu材料与铝制冷却机的接合中，其热膨胀率差较大，因此现状是经由硅润滑脂通过螺纹紧固来接合。作为上述的Mo-Cu材料的代替材料，发明者们首先在专利文献I中，提出了一种兼具低热膨胀性和高导热性这双方且比较廉价的Cr-Cu合金。该Cr-Cu合金通过在多孔质的Cr烧结体中熔渗Cu后施加轧制来制造。如专利文献I的实施例所示，轧制材料(轧制率72%)具有能够减少热膨胀率的效果。然而，对面内方向与厚度方向的导热系数进行比较时，面内方向约为200W/mK，相对于此，厚度方向约为150W/mK，厚度方向的导热系数低。如专利文献I的图I所示，轧制时，Cr 相沿着轧制方向延伸，成为Cr层的层叠结构那样的组织。该Cr相比Cu相的导热系数低， 因此推定为在面方向，热量容易沿着Cu相扩展，但在厚度方向上，Cu相虽然为连续体，但Cr 相的层状粒子成为散热的阻力。并且，若增大轧制率，则该面内方向与厚度方向的特性差变大。在作为散热板使用时，例如在从面的一部分产生热量时，即使厚度方向的导热系数下降也能够期待热量沿面方向扩展的效果，因此该轧制产生的导热系数的方向性的问题小。但是，从面整体产生热量，经由散热板从相反的面进行散热时，厚度方向的导热系数直接支配散热特性，因此难以发挥充分的散热特性。另外,在专利文献2中公开了一种一面为Cr-Cu合金而另一面由Cu构成的Cr-Cu/ Cu复合合金。该复合合金在多孔质的Cr烧结体上载放Cu板,通过加热处理使Cu的一部分熔渗于Cr烧结体，对于Cu的剩余部分直接残存，由此形成为Cr-Cu合金层与Cu层这双层的结构。然而，在这种复合合金中，存在在熔渗处理后Cu层会产生凝固收缩弓I起的缩孔这样的问题。该缩孔在烧结体的尺寸越大时越显著，而且越难以控制。为了形成没有这样的缩孔引起的缺陷的Cu层，而需要增加Cu层的厚度，但使Cu层增厚有可能会导致材料成本的上升。在先技术文献专利文献专利文献I :日本专利第4138844号公报专利文献2 日本特开2007-035985号公报
发明内容
本发明有利于解决上述的问题，其目的在于提供一种低热膨胀性，导热性尤其是厚度方向的导热性优异，而且整体的厚度也薄的电子设备用散热板及其有利的制造方法。而且，发明者们为了实现上述目的反复仔细研究的结果是得到以下所述的见解。a) Cr-Cu材料的厚度方向的导热系数通过将Cr-Cu材料与Cu材料层叠而得到改
盡
口 ob) Cr-Cu材料由于比W-Cu材料等的轧制性优异，因此在将Cr-Cu熔渗材料与Cu 材料扩散接合之后，即使冷轧也能够进行轧制。本发明立足于上述的见解。即，本发明的主旨结构如下所述。I. 一种电子设备用散热板，其特征在于，在包含Cu基体和超过30质量％且80质 M %以下的Cr的Cr-Cu合金层的两面上具备Cu层。2. 一种电子设备用散热板，其特征在于，所述电子设备用散热板是将包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的Cr-Cu合金层与Cu层交替层叠多层而得到的层叠体，该层叠体的两面的最外层由Cu层构成。3.根据上述I或2所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述最外层的一方的 Cu层的厚度比另一方的Cu层的厚度厚。4.根据上述I至3中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述Cr-Cu合金层中的Cr为纵横比超过10的扁平状的、且该扁平状Cr的厚度方向的个数密度为10个 /mm以上且1000个/mm以下的层状的组织。5.根据上述I至4中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，除了所述扁平状Cr之外，在所述Cr-Cu合金层的Cu基体中还具有长径为IOOnm以下且纵横比小于10的粒子状的Cr，该粒子状Cr的密度为20个/ ii m2以上。
6.根据上述I至5中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，将作为所述 Cr-Cu合金中不可避免混入的杂质的O、N、C、Al、Si的混入量分别抑制成O :0. 08质量％以下，N :0. 03质量％以下，C :0. 03量％以下，Al :0. 05量％以下，Si :0. 10质量％以下。7.根据上述I至6中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述Cr-Cu合金层与Cu层的接合是基于扩散接合的接合。8. 一种电子设备用散热板的制造方法，是上述I至7中任一项所述的电子设备用散热板的制造方法，其特征在于，将包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的 Cr-Cu合金板与Cu板接合之后,实施轧制,形成Cr-Cu合金层与Cu层的层叠体。9. 一种电子设备用散热板的制造方法，是上述I至7中任一项所述的电子设备用散热板的制造方法，其特征在于，对包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的 Cr-Cu熔渗体进行轧制而形成Cr-Cu轧制板，将该轧制板与Cu板接合，形成Cr-Cu合金层与 Cu层的层叠体。发明效果根据本发明，能够得到不仅为低热膨胀性，面内方向自不必说厚度方向的导热性也优异，并且整体的厚度也薄的电子设备用散热板。
图I是表示Cr-Cu合金材料的横轧中的轧制率与50°C至900°C的平均热膨胀率的关系的图形。图2是表示使Cr-Cu合金材料与Cu材料扩散接合后，冷却至常温时，因热膨胀率差而在Cu层中产生了压缩应力的状态的图。图3是比较了 Cr-Cu合金材料的熔渗品、横轧品、接合后轧制品、轧制材料接合品 (轧制后接合)及纯Cu的从50°C至900°C的平均热膨胀率的图形。图4是本发明的由Cr-Cu合金层和Cu层的层叠体构成的电子设备用散热板的剖面照片。图5是Cr-Cu合金层与Cu层的接合界面的放大照片。图6是表示在DBC基板上设置有本发明的散热板的状态的图。图7是表示在DBA基板上设置本发明的散热板进而与铝冷却器接合的状态的图。
具体实施例方式以下，对本发明的清楚的原委进行说明。首先在Cr-Cu合金材料单体的情况下，如已经在专利文献I中公开那样，轧制加工性非常良好，因此即使冷轧也能以高轧制率轧制，随着轧制的轧制率变大而热膨胀率下降。 因此，加入了更大地压下的条件的数据的结果如图I所示。如该图所示，判明了在轧制率: 96%左右的轧制材料中，热膨胀率接近纯Cr材料的热膨胀率的情况。在将Cr-Cu合金材料与Cu材料接合而形成为层叠材料时,认为层叠材料的热膨胀率遵照复合规则(层叠材料的热膨胀率=Cr-Cu合金材料的体积含有率X Cr-Cu合金材料的热膨胀率+Cu材料的体积含有率X Cu材料的热膨胀率)。因此，单纯地将Cr-Cu合金材料与Cu材料层叠时，与Cr-Cu合金材料单体相比，预想到，虽然厚度方向的导热系数提高，但随之相伴板面方向的热膨胀率增大。然而，在测定将Cr-Cu合金材料与Cu材料扩散接合而得到的层叠材料的热膨胀率时，判明了存在比上述的复合规则低的倾向。尤其是研究明白了在将Cr-Cu合金材料与Cu材料扩散接合后实施了 90%以上的轧制的轧制材料、或将进行了 80%以上优选为90%以上轧制的Cr-Cu合金材料与Cu材料层叠而扩散接合了的层叠材料中，能得到比复合规则进一步低的热膨胀率，且热特性改善。通过放电等离子烧结(SPS)、热压来以高温度进行扩散接合时，在接合后，产生 Cr-Cu合金材料与Cu材料之间的热膨胀率差引起的各层的收缩量的差而产生内部应力。因此，在扩散接合后，冷却至常温时，如图2所示，在比Cr-Cu合金材料的热膨胀率大的Cu材料中产生沿着面方向的压缩应力，并作为内部应力残留。接下来，图3比较表示Cr-Cu材料的熔渗品、横轧品、接合后轧制品、轧制材料接合品及纯Cu的从50°C到900°C的平均热膨胀率。如该图所示，能观察到接合后轧制品、轧制材料接合品均为至400°C附近为止平均热膨胀率较大下降的特别的现象。认为该现象为比复合规则更低的主要原因。关于该原因， 虽然还未明确地研究明白，但认为与在扩散接合时产生的Cr-Cu材料和Cu材料的热膨胀率差引起的内部应力有关。通过该减少现象，而在软钎焊、硬钎焊时能够得到低热膨胀率的材料。如上所述，Cr-Cu合金材料在基于轧制的轧制率越增大时热膨胀率越下降。在将 Cr-Cu熔渗(未轧制)材料与Cu材料扩散接合后进行轧制的情况、及将轧制后的Cr-Cu合金轧制材料与Cu材料扩散接合的情况下，后者的扩散接合时产生的Cr-Cu合金材料与Cu材料的热膨胀率差引起的内部应力更大，因此在减少热膨胀率方面有效。在图3中，在接合后轧制品和轧制材料(后)接合品中，轧制材料(后)接合品至400°C附近的平均热膨胀率下降的特别现象更大。即使在接合后轧制品中，与复合规则相比，能观察到热膨胀率的充分下降，能够制造虽然扩散接合时的接合面积小但较大的轧制板，因此在量产上有利。还有将轧制的Cr-Cu合金轧制板和Cu板扩散接合并进而轧制的方法，为90%以上的高轧制率且在生产壁厚的产品时有利。图4表示本发明的由Cr-Cu合金层与Cu层的层叠体构成的电子设备用散热板(以下，仅称为散热板)的剖面照片。图中，深色的层是Cr-Cu合金层，浅色的层是Cu层，在该例子中，表示了 Cr-Cu合金层为4层而Cu层为5层的总计9层的层叠体构成的散热板。接下来，图5表示Cr-Cu合金层与Cu层的接合界面的放大照片。如该图所示，在本发明中，在接合面，Cr-Cu合金层中的Cu与Cu层完全融合，因此即使在Cu层上作用有压缩应力，也不可能因此而发生两层剥离等。另外，在本发明中，Cr-Cu合金/Cu层叠体中的最外层为Cu层的理由如下。通常，Cr-Cu材料中，为了改善与软钎料、硬钎料的浸润，而与Mo-Cu材料、W-Cu材料同样地进行镀Ni处理。Cr、Mo、W上的镀Ni由于它们的表面氧化物的影响等而与复合材料的镀敷间的密接性不好，因此利用特殊的蚀刻处理、镀敷处理工序内的中间热处理、或镀敷处理后的热处理等来实现密接性的提高，与镀敷处理有关的费用高。因此，根据本发明，通过使层叠体的两最外层为Cu层，能够容易地进行通常的Cu 材料的镀Ni处理。此外不会失去接合可靠性，并且由于表面为纯铜，因此即便不进行镀Ni也能进行软钎焊。另外，也确认了本发明的Cr-Cu合金/Cu层叠体容易进行冲压加工。需要说明的是，关于本发明的Cr-Cu合金/Cu层叠体中的Cr-Cu合金层与Cu层的层叠数量并未特别限制，但优选Cr-Cu层为f 10层而Cu层比其更多一层为2 11层左右。另外，关于Cr-Cu合金层的厚度及Cu层的厚度，除了与半导体相接一侧的表面以外并未特别限制，但优选5(Γ200μπι左右。需要说明的是，尤其是与半导体相接一侧的Cu 层的厚度优选为100 μ m程度以下。其原因是，该Cu层的一方的面由Cr-Cu层限制热膨胀率，但另一方的面为自由端，因此当Cu层变厚时，该表面具有原来的Cu材料的热膨胀率，具有在部件表面产生褶皱等塑性变形的危险性。此外，在本发明中，Cr-Cu合金/Cu层叠体的最外层的一方的Cu层的厚度(与半导体接合一侧的相反侧的厚度)可以比另一方的Cu层的厚度厚。如此，通过使最外层的一方的Cu层的厚度厚，与上述相反地，能够得到最外表面接近本来的Cu材料的热膨胀率的材料的效果。需要说明的是，这种情况的Cu层的厚度为 100 μ m以上,优选为500 μ m程度以上。作为本发明的Cr-Cu合金/Cu层叠体的制造方法，能够将对Cr-Cu熔渗体进行轧制后得到的Cr-Cu轧制板与实施或未实施轧制的Cu板重叠并接合所希望的张数，但将 Cr-Cu熔渗体、Cr-Cu轧制板等的Cr-Cu合金板与Cu板层叠所希望张数后,实施轧制而形成为层叠体时，能够减少接合及轧制的工序，在经济上有利。此时的轧制率为80%以上，优选为90%以上。其原因如上所述，轧制率越大而热膨胀率越减少，另外通过插入Cu层而厚度方向的导热系数提高。需要说明的是，作为Cr-Cu合金板与Cu板的接合方法，放电等离子烧结(SPS)、热压引起的扩散接合特别有利地适用。接下来，在本发明中使用的Cr-Cu合金中，说明将Cr含量限定为上述的范围的理由。Cr是本发明的Cr-Cu合金中的用于实现热膨胀率的减少的重要的元素。在Cr含量为30质量％以下时，无法得到与半导体材料的接合所需的低热膨胀率(约14X 10- -1以下)。另一方面，当超过80质量％时，向Cr粒子中的熔渗性下降且轧制的可靠性产生问题。 因此，Cr限定为超过30质量％且80质量％以下的范围。其余部分是Cu及不可避免的杂质。关于不可避免的杂质中的尤其是0、N、C、Al、Si，存在使冷轧的加工性劣化的弊端， 因此优选各混入抑制成O :0. 08质量％以下、N :0. 03质量％以下、C :0. 03量％以下、Al :0. 05
量％以下、Si :0. I质量％以下。S卩，通过使Cr-Cu合金中的O含量减少至O. 08质量％以下、使N含量减少至O. 03 质量％以下、使C含量减少至O. 03质量％以下，能够得到即使施加大的压下也不会破裂的良好的Cr-Cu合金板。进一步研讨的结果是，判明了若减少在制造Cr-Cu合金的过程中不可避免地混入的Al、Si的含量，则对Cr-Cu合金板进行冲压加工时的延展性提高，另外能够进行轧制率 90%以上的轧制。需要说明的是，作为其他的不可避免的杂质，允许S :0. 03质量％以下、P :0. 02质
量％以下、Fe :0. 3质量％以下。
为了得到本发明的Cr-Cu合金，需要使用Cr粉末作为Cr的原料而适用粉末冶金法。将Cr粉末单独地或与Cu粉末混合向模具填充，进行烧结而形成多孔质体，使Cu熔渗于该多孔质体，由此能够制造出使超过30质量％的Cr均匀分布的Cr-Cu合金。作为将上述的Cr粉末单独烧结而得到的多孔质体所要求的优选的气孔率，通过水银压入法(JIS规格R1655 :2003)得到的值为15飞5体积％左右。需要说明的是，在得到多孔质体时，为了调整气孔率，在将原料粉向模具填充之后，只要适当调整成形时的压力即可，而且也可以不施加压力而直接以填充(所谓自然填充)的状态进行烧结。使用的Cr粉末优选使用纯度99%以上的Cr粉末，Cr粉末的粒度优选使用由网眼数为50 325网眼(45 300 μ m)优选为100 200网眼(75 150 μ m)左右的筛进行分级而得到的Cr粉末。另外，从使Cu熔渗于多孔质体的熔渗体的加工性提高和导热系数提高的观点出发，Cr粉末中的杂质优选尽可能减少。Cr粉末通常对通过电解法、Al热剂法、电炉精炼法等所制造的金属块或金属片进行机械粉碎而得到。Al和Si是Cr原料中作为不可避免的杂质而含有较多的元素，C、N、O 等的气体成分也作为不可避免的杂质而含有较多。另外，在机械粉碎的过程中有时会混入Fe。Al作为不可避免的杂质而含有，但尤其是在利用Al热剂法来制造Cr原料时，与其他的制法相比，可能会更多地混入到Cr粉末中。Al在Cr-Cu合金中一部分固溶于Cu中。 判明了其余的Al作为氧化物粒子而混入，其氧化物使Cr-Cu合金板的冷冲压加工劣化。Si 也与Al同样地，使冷冲压加工性劣化，此外固溶在Cu中的Si使Cu的导热系数较大地劣化。 因此，Al、Si是作为半导体用散热部件不优选的元素，其含量优选抑制在上述的范围内。C和N与Cr结合而形成碳化物、氮化物，使Cr-Cu合金板的延展性显著下降，O的一部分也固溶在Cu中而使导热系数下降，并且与Cr结合而形成氧化物，由此使Cr-Cu合金板的热特性和延展性劣化。因此，C、N、O的含量优选抑制在上述的范围内。Cu粉末优选使用工业生产的电解铜粉、雾化铜粉等。向对Cr粉末进行烧结而得到的多孔质体熔渗的Cu优选使用工业制造的韧铜、脱磷酸铜、无氧铜等的金属Cu板、或电解铜粉、雾化铜粉等的Cu粉末。此外，若对得到的熔渗体实施切削加工、磨削加工，将残留在熔渗体的表面的Cu 除去，则能够得到规定的厚度的Cr-Cu合金。 在进行切削加工时，从提高作业效率的观点出发，优选基于超硬刀片的铣削加工。 但是，当超硬刀片缺损时成为在Cr-Cu合金板的表面引起瑕疵的原因，因此超硬刀片的检查维护非常重要。为了提高超硬刀片的耐用性，优选使用由CrN等涂层后的超硬刀片。通过对得到的Cr-Cu合金实施冷轧或热轧而Cu基体中的Cr相变得扁平。该Cr 相的纵横比为10以下的话，无法得到充分满足的程度的热膨胀率的减少效果。因此，Cr相的纵横比优选超过10。更优选为50以上。对于Cr相的纵横比，利用光学显微镜来观察Cr-Cu合金板的包含厚度方向的剖面中的、包含扁平的Cr相的长径为最大的方向的剖面，更具体而言观察对熔渗体进行冷轧或热轧后的剖面(包含轧制方向及压下方向的剖面)，由此求出，是通过下述(I)式算出的值。 并且，求出通过10(Γ400倍的光学显微镜观察到的任意的I视野的平均值。需要说明的是，对于整体进入到观察的视野内的Cr相进行测定。另外以多个Cr相合体而形成的方式可见的Cr相，分解成多个Cr相，求出分解后的各Cr相的纵横比。纵横比=L1Zl2…(I)需要说明的是，在(I)式中，L1是指Cr-Cu合金板的包含厚度方向的剖面中的、 包含扁平的Cr相的长径为最大的方向的剖面中的其长径最大的方向的最大长度，L2是指 Cr-Cu合金的包含厚度方向的剖面中的、包含扁平的Cr相的长径最大的方向的剖面中的厚度方向的最大长度。在实施冷轧或热轧而得到的Cr-Cu合金板的情况下，上述的扁平的Cr 相的长径最大的方向为轧制方向。另外，在进行向两方向的轧制时，是两方向中的扁平的Cr 相的长径最大的轧制方向。另外，扁平的Cr相的厚度方向的个数密度优选为10个/mm以上且1000个/mm以下。这是因为，沿着厚度方向小于10个/mm的话，Cr相的层状组织的形成不充分，产生轧制方向的热膨胀率难以降低这样的问题，另一方面，当超过1000个/_时，Cr相彼此接触而导热有效的Cu相因Cr而被切断，因此会对导热造成影响。需要说明的是，对于扁平的Cr相的厚度方向的个数密度，进行厚度方向整体的剖面观察，换算成厚度方向每Imm的个数密度。观察中测定与平行于厚度方向的20根线交叉的Cr相的数量，将20个的平均值作为个数密度。此外，在接合后轧制品的情况下，优选在轧制后30(T90(TC的温度范围内进行加热。更优选的是，利用扩散接合时的冷却工序以30°C /分以下的冷却速度进行冷却，或在扩散接合后在90(n050°C的温度范围内进行固溶热处理后以30°C /分以下的冷却速度进行冷却，在轧制后50(T75(TC的温度范围内进行加热。在轧制材料(后)接合品的情况下也优选在接合后30(T90(TC的温度范围内进行加热。更优选的是，在轧制前，在30(T90(TC的温度范围内进行加热，在扩散接合时的冷却工序中以30°C /分以下的冷却速度进行冷却或在扩散接合后在90(Tl05(rC的温度范围内进行固溶热处理后以30°C /分以下的冷却速度进行冷却，在50(T750°C的温度范围内进行加热。由此，除了扁平的Cr相之外，在Cu基体中使长径为IOOnm以下且纵横比小于10 的粒子状的Cr相析出的情况从热膨胀率减少的观点来说优选。此时，粒子状的Cr相的密度优选为20个/^m2以上。在此所谓的粒子状Cr相的密度由以下的方法决定。S卩，以I万倍 30万倍左右进行基于f 5kV的低加速电压的扫描型电子显微镜(所谓SEM)观察，根据视野中能看见的Cr相的个数，算出密度(个/ y m2)。如此，根据本发明，能够以低热膨胀性，得到由面内方向及厚度方向的导热性优异的Cr-Cu合金/Cu层叠体构成的散热板。图6及图7中例示设置了本发明的散热板的电子设备用散热基板部件的代表例。图6是在向氧化铝陶瓷金属喷镀了铜而成的层叠基板(DBC基板)上设置了本发明的散热板I的情况，图7是在向氮化铝金属喷镀了铝而成的层叠基板(DBA基板)上设置了本发明的散热板I并进而与铝冷却器2接合的情况。在图示的例子中，本发明的散热板成为从上开始的Cu层、Cr-Cu合金层、Cu层这3层结构。实施例自然填充Cr粉末(粒度5(T200iim)，在真空中进行烧结，制作出了气孔率45体积％ (换算成熔渗了 Cu后的Cr含量时相当于50质量％)的烧结体(70 X 70 X 4. 5mm)。烧结温度为1500°C，烧结时间为60分钟。在得到的烧结体的上表面载置Cu板，在真空中以 1200°C进行加热(保持时间30分钟)而使Cu溶解，使其熔渗于烧结体而得到了熔渗体。在熔渗处理后，以平均冷却速度26°C /分钟进行了冷却。然后，在真空中以600°C进行了加热(保持时间120分钟)。接下来，使用铣床，将残留在该Cr-Cu合金的表面上的Cu除去而形成了厚度
3.Omm的Cr-Cu合金板。进行了熔渗体的分析的结果是，0 :0. 04质量％，N :0. 02质量％，C
0.02质量％，Al :0. 01质量％以下，Si :0. 01质量％以下，P :0. 01质量％以下，S :0. 01质量％以下，Fe :0. 15质量％。实施例I将该Cr-Cu合金板冷轧且以轧制两方向的轧制率相同的方式进行横轧，压下至厚度为0. 05mm(轧制率98. 3%)，从而得到了 Cr-Cu合金板。从该轧制板切出了 65mm见方的大小。将该轧制Cr-Cu合金板两张重叠成一组而形成为4层并将5张纯铜(与Cr-Cu合金材料为相同尺寸且厚度0. Imm)板按照纯铜板(I张)、Cr-Cu合金板(2张重叠成一组)的顺序交替重叠，通过放电等离子烧结(SPS)装置[住友石炭矿业(株)社制DR. SINTER SPS-1050]， 在900°C，保持40分钟，并以加压力20MPa的条件下扩散接合，得到了 Cr-Cu合金/Cu层叠体。确认了在600°C (保持时间120分钟)下对从得到的扩散接合板切出的试验片进行热处理之后，利用激光闪光法对厚度方向的导热系数进行测定时，厚度方向的导热系数为230W/mK，面方向的导热系数为295W/mK，具有优选的散热性。另外，关于上述的试验片，在测定5(T900°C的平均热膨胀率时，为12. 6X10_6/K。使用于光通信的蝶式封装等的半导体壳体多为如下结构通常与科瓦合金材料 (29%Ni-17%Co-Fe)在850°C左右进行硬钎焊而成的结构。测定了科瓦合金材料的5(T900°C 的平均热膨胀率时，为11.5X10_6/K。可确认到，上述的值接近科瓦合金的平均热膨胀率， 能够将由层叠散热板产生的散热部件、作为对方材料的科瓦合金部件通过硬钎焊而组装成变形少的半导体壳体。在半导体壳体的情况下，多见长方形壳体。在需要尽量与科瓦合金的热膨胀率一致的情况下，进一步增大Cr-CU层的比例即可，但厚度方向的导热系数存在下降的倾向。 Cr-Cu材料在单方向轧制下，也随着增大轧制率，而轧制方向和轧制直角方向的热膨胀率之差有减小的倾向，但并非完全相同。因此，在长方形的散热板的情况下，在横轧中，以长边方向比短边方向的轧制率变大的方式进行轧制，由此能够与科瓦合金部件通过硬钎焊而组装成变形少的半导体壳体。实施例2将Cr-Cu合金板利用冷横轧，压下至厚度为0. IOmm (轧制率96. 7%)而得到Cr-Cu 合金板，该轧制Cr-Cu合金板为4张，以纯铜板(I张)、Cr-Cu合金板(I张)的顺序交替重叠，除此以外，与实施例I相同，得到了 Cr-Cu合金/Cu层叠体。确认了，将从得到的Cr-Cu合金/Cu层叠体切出的试验片在600°C(保持时间120 分钟)下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为230W/mK，面方向的导热系数为298W/mK，具有优异的散热性。另外，5(T900°C的平均热膨胀率为12. 5X 10-6/K，仍然能得到不会对硬钎焊接合造成障碍的热膨胀率。
实施例3将Cr-Cu合金板利用冷横轧，压下至厚度为O. 15mm (轧制率95. 0%)而得到Cr-Cu 合金板，该轧制Cr-Cu合金板为4张，以纯铜板(I张)、Cr-Cu合金板(I张)的顺序交替重叠，除此以外，与实施例I相同，得到了 Cr-Cu合金/Cu层叠体。确认了，将从得到的Cr-Cu合金/Cu层叠体切出的试验片在600°C(保持时间120 分钟)下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为195W/mK，面方向的导热系数为280W/mK，具有优异的散热性。另外，5(T900°C的平均热膨胀率为11. 6X 10-6/K，仍然能得到不会对硬钎焊接合造成障碍的热膨胀率。实施例4将上述的熔渗体的2张Cr-Cu合金材料(厚度3. Omm)和4张Cu板(厚度1. Omm) 从上方以I张Cu-I张(Cr-Cu) -2张Cu-I张(Cr-Cu) -I张Cu的顺序重叠并利用SPS进行扩散接合，然后利用冷轧进行轧制(轧制率=81. 3%)而得到了 I. 2mm厚的Cr-Cu合金轧制板。确认了，将从得到的扩散接合轧制板切出的试验片在600°C (保持时间120分钟) 下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为165W/mK，面方向的导热系数为243W/mK，具有优异的散热性。另外，5(T900°C的平均热膨胀率为12.9X10-7K。确认了，与Cr-Cu材料单体(比较例2 )相比，能得到优异的热特性。实施例5将上述的熔渗体的2张Cr-Cu合金材料(厚度7. 5mm)和3张Cu板(厚度3. Omm) 从上方以I张Cu-I张(Cr-Cu) -I张Cu-I张(Cr-Cu) -I张Cu的顺序重叠并利用SPS进行扩散接合，然后利用冷轧进行轧制(轧制率=96. 7%)而得到了 O. 8mm厚的Cr-Cu合金轧制板。确认了，将从得到的扩散接合轧制板切出的试验片在600°C (保持时间120分钟) 下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为170W/mK，面方向的导热系数为275W/mK，具有优异的散热性。另外，5(T900°C的平均热膨胀率为11. 7X 10-6/K，仍然能得到不会对硬钎焊接合造成障碍的热膨胀率。实施例6将上述的熔渗体的4张Cr-Cu合金材料(厚度5. 25mm)和5张Cu板(厚度3. 5mm) 从上方以 I 张 Cu-I 张(Cr-Cu) -I 张 Cu-I 张(Cr-Cu) -I 张 Cu-I 张(Cr-Cu) -I 张 Cu-I 张 (Cr-Cu) -I张Cu的顺序重叠并利用SPS进行扩散接合，然后利用冷轧进行轧制(轧制率 97. 1%)而得到了 I. Imm厚的Cr-Cu合金轧制板。确认了，将从得到的扩散接合轧制板切出的试验片在600°C (保持时间120分钟)下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为197W/mK，面方向的导热系数为290W/mK，具有优异的散热性。另外，5(T900°C的平均热膨胀率为12. 2X 10-6/K，仍然能得到不会对硬钎焊接合造成障碍的热膨胀率。另外 2(T200°C的平均热膨胀率为11. 2 X 10_6/K，能得到不会对软钎料接合造成障碍的热膨胀率。比较例I将在上述实施例2中得到的O. Imm厚的Cr-Cu合金轧制板重叠11张而与实施例I 同样地得到了接合体。确认了，将从得到的扩散接合板切出的试验片在600°C (保持时间 120分钟)下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为122W/mK，面方向的导热系数为189W/mK，厚度方向的导热系数低。另外，关于上述的试验片测定了 5(T900°C的平均热膨胀率时，为11.0X10_6/K。比较例2调整Cr粉末的填充率而制作45质量％Cr的烧结体，除此以外，利用与上述的实施例所示的得到熔渗体的Cr-Cu合金板同样的方法而得到的45质量％Cr的Cr-Cu合金板， 对该Cr-Cu合金板在冷轧下，以轧制两方向的轧制率相同的方式进行横轧，压下至厚度为
I.Omm (轧制率75. 0%)而得到了 Cr-Cu轧制板。将从得到的轧制板切出的试验片在600°C (保持时间120分钟)下进行了热处理之后，利用激光闪光法测定了厚度方向的导热系数时，厚度方向的导热系数为160W/mK，面方向的导热系数为210W/mK。另外，关于上述的试验片测定了 5(T900°C的平均热膨胀率时，为13.0X10_6/K。表I对上述实施例与比较例的热特性进行比较表示。
权利要求
1.一种电子设备用散热板，其特征在于，在包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的Cr-Cu合金层的两面上具备 Cu层。
2.一种电子设备用散热板，其特征在于，所述电子设备用散热板是将包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的 Cr-Cu合金层与Cu层交替层叠多层而得到的层叠体，该层叠体的两面的最外层由Cu层构成。
3.根据权利要求I或2所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述最外层的一方的Cu层的厚度比另一方的Cu层的厚度厚。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述Cr-Cu合金层中的Cr为纵横比超过10的扁平状的、且该扁平状Cr的厚度方向的个数密度为10个/mm以上且1000个/mm以下的层状的组织。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，除了所述扁平状Cr之外，在所述Cr-Cu合金层的Cu基体中还具有长径为IOOnm以下且纵横比小于10的粒子状的Cr，该粒子状Cr的密度为20个/ y m2以上。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，将作为所述Cr-Cu合金中不可避免混入的杂质的O、N、C、Al、Si的混入量分别抑制成 0 :0. 08质量％以下，N :0. 03质量％以下，C :0. 03量％以下，Al :0. 05量％以下，Si :0. 10质量％以下。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的电子设备用散热板，其特征在于，所述Cr-Cu合金层与Cu层的接合是基于扩散接合的接合。
8.一种电子设备用散热板的制造方法，是权利要求I至7中任一项所述的电子设备用散热板的制造方法，其特征在于，将由Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr相构成的Cr-Cu合金板与Cu板接合之后，实施轧制，形成Cr-Cu合金层与Cu层的层叠体。
9.一种电子设备用散热板的制造方法，是权利要求I至7中任一项所述的电子设备用散热板的制造方法，其特征在于，对包含Cu基体和超过30质量％且80质量％以下的Cr的Cr-Cu熔渗体进行轧制而形成Cr-Cu轧制板,将该轧制板与Cu板接合,形成Cr-Cu合金层与Cu层的层叠体。
全文摘要
将包含Cu基体和超过30质量%且80质量%以下的Cr的Cr-Cu合金板与Cu板接合之后，实施轧制，形成Cr-Cu合金层与Cu层的层叠体，由此提供一种低热膨胀性、导热性尤其是厚度方向的导热性优异而且整体的厚度也薄的电子设备用散热板。
文档编号H01L23/373GK102612745SQ201080051690
公开日2012年7月25日 申请日期2010年10月1日 优先权日2009年10月1日
发明者寺尾星明, 小日置英明 申请人:Jfe精密株式会社