专利名称：用于半导体散热器的复合材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于半导体散热器的复合材料及其制造方法，该半导体散热器用于高效率地散发由半导体器件产生的热。
一般来说，对于半导体器件，热是大敌，内部温度必须不超过最大允许接合温度。此外，在功率晶体管和半导体整流器等半导体器件中，由于在工作面积上的消耗功率较大，所以如果仅从半导体器件的外壳(封装)和引线中放出热量，那么就不能散放出产生的热量，使器件的内部温度上升，导致热损坏。
这种现象即使在装载CPU的半导体器件中也是一样的，随着时钟频率的提高，工作时的发热量就变大，所以考虑散热的热设计就变为重要的事项。
在考虑防止所述热损坏的热设计中，正在进行在半导体器件的外壳(封装)上加入固定散热面积较大的散热器的器件设计和安装设计。
作为所述散热器材料，一般来说，使用热传导率良好的铜和铝等金属材料。
近来，在CPU和存储器等半导体器件中，有一边以谋求低消耗功率为目的的低功率驱动，一边随着器件的高集成化和器件形成面积的扩大化使半导体器件本身大型化的倾向。如果使半导体器件大型化，那么由于半导体基体(硅基片和GaAs基片)与散热器的热膨胀的差产生的应力会变大，从而发生半导体器件的剥落现象和机械损坏。为了防止这种现象，可列举实现半导体器件的低功率驱动和改善散热器材料。目前，作为电源电压，正在摆脱以往使用的TLL电平(5V)，使3.3V以下的电平实用化。
另一方面，作为散热器的结构材料，不仅仅单独考虑热传导程度，还要与作为半导体基体的硅和GaAs的热传导率大体一致，有必要选定热传导程度高的材料。
有关散热器材料的改善，有各种各样的报告，例如，有使用氮化铝(AlN)的例子和使用Cu-W(铜-钨)等例子。AlN在热传导性和热膨胀性的平衡上较好，特别是由于与Si的热膨胀率大体一致，所以适合用于以硅基片作为半导体基体的半导体器件的散热器材料。
此外，Cu-W为兼备W的低热膨胀性和Cu的高热传导性的复合材料，而且，由于机械加工容易，适合具有复杂形状的散热器结构材料。
再有，作为其它实例，还有以SiC为主要成分在陶瓷基本材料中按含有20～40体积％比例的金属Cu的材料(现有例1参照特开平8-279569号公报)和在由无机物质构成的粉末烧结多孔体中浸渍5～30wt％的Cu的材料(现有例2参照特开昭59-228742号公报)的建议。
上述现有例1的散热器材料由于是通过成形SiC和金属Cu的压粉体制成散热器的成形粉体，所以热膨胀率和热传导率终究是理论值，在实际电子部件等中存在不能得到获得寻求的热膨胀率与热传导率平衡的问题。
现有例2由于在由无机物质构成的粉末烧结多孔体中浸渍Cu的比例较低，所以在提高热传导程度上产生界限。
考虑到上述问题，本发明的目的在于提供在实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得适合寻求的热膨胀率与热传导率平衡特性的半导体散热器用复合材料。
此外，本发明的其它目的在于提供能够容易地进行一般来说较为困难的向多孔烧结体的金属浸渍处理，而且，能够提高向多孔烧结体的金属浸渍率，在实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性的提高散热器装置生产率的用于半导体散热器的复合材料的制造方法。
首先，如果说明作为散热器材料的最佳特性，那么作为必要的热膨胀率，由于必须使AlN等的陶瓷基片和Si及GaAs等的半导体基体的热膨胀率一致，所以作为从室温至200℃的平均热膨胀率，在4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃的范围较好，作为必要的热传导率，由于必须满足与现有的Cu-W材料同等以上的要求，所以在180W/mK(室温)以上较好。
为了获得上述特性，本发明的用于半导体散热器的复合材料这样构成，即预先烧制具有低于铜的热膨胀率的多孔体，进行网状化，在得到的多孔烧结体上浸渍铜或铜合金，它具有至少在200℃时其热膨胀率比按所述铜或铜合金与所述多孔烧结体的比例的化学计量得到的热膨胀率更低的特性。
因此，能够把膨胀抑制在低于由多孔烧结体与在该多孔烧结体中浸渍的铜或铜合金的比例决定的热膨胀(理论值)的值，能够得到与陶瓷基片和半导体基片(硅、GaAS)等的热膨胀率大致一致的、热膨胀性良好的散热器材料。
具体地说，能够得到从室温至200℃的平均热膨胀率为4.0×10-6/℃～9.0×10-6℃，并且热传导率为180W/mK(室温)以上的散热器材料。
而且，作为多孔烧结体，期望从SiC、AlN、Si3N4、B4C、BeO中选择一种以上的化合物来构成，作为所述铜或铜合金的比例(浸渍率)，期望在20vol％～70vol％。在铜的浸渍率为20vol％以下时，不能获得180W/mK(室温)的热传导率，而如果超过70vol％，多孔烧结体(特别是SiC)的强度下降，不能把热膨胀率抑制在9.0×10-6/℃以下。
此外，期望所述多孔烧结体的平均放气孔直径的值为0.5～50μm。如果所述多孔烧结体的平均放气孔直径不足0.5μm，会使在放气孔中浸渍金属变得困难，热传导率降低。另一方面，如果所述多孔烧结体的平均放气孔直径超过50μm，会使多孔烧结体的强度降低，不能抑制热膨胀率变低。
此外，作为所述多孔烧结体的平均放气孔的分布(气孔分布)，0.5～50μm的放气孔有90％以上分布较好。在0.5～50μm的气孔未达到90％以上分布的情况下，会增加未浸渍铜的放气孔，使热传导率降低，或者使强度降低，不能抑制热膨胀率变低。
再有，作为多孔烧结体的弯曲强度，期望在10MPa以上。如果比该强度低，就不能抑制热膨胀率变低，不能获得预定热膨胀率范围的材料。
一般来说，作为所述铜，在使用市场销售的纯铜的情况下，热膨胀率虽较高，但由于与多孔烧结体(特别是SiC)的浸润性较差，容易残留未浸渍铜的放气孔，所以期望通过添加Be、Al、Si、Mg、Ti、Ni等来提高浸渍率。但是，如果所述添加物的量达到1％以上，那么热膨胀率的降低就变大，不能获得添加的效果。
此外，在所述多孔烧结体与所述铜的界面上(纯铜或在铜中包含就到1％范围内的Be、Al、Si、Mg、Ti、Ni等)，与该铜的反应层期望在5μm以下，在1μm以下更好。如果反应层厚于5μm，那么多孔烧结体与铜之间的热传导会恶化，使用于半导体散热器的复合材料的热传导降低。
本发明的用于半导体散热器的复合材料的制造方法包括浸渍工序，以相互不接触的状态加热作为基本材料的多孔烧结体和至少包含铜的金属，在达到预定温度的阶段使两者接触并立即附加高压，使所述金属浸渍在所述多孔烧结体中；和冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。
例如，把作为基本材料的多孔烧结体和要在其上浸渍的铜或铜合金相互不接触那样地加热。在两者达到铜或铜合金熔点以上的阶段，使两者接触立即附加高压，使所述铜或铜合金浸渍在多孔烧结体中，然后进行快速地冷却。
因此，能够容易地进行一般来说比较困难的向多孔烧结体中的铜或铜合金的浸渍处理，而且，能够提高向多孔烧结体中的铜或铜合金的浸渍率，其结果，在实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得提高具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性的散热器装置的生产率。
其中，实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得提高具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性是从室温至200℃的平均热膨胀率为4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃，并且热传导率为180W/mK(室温)以上。
作为所述浸渍工序，也可以包括在把所述多孔烧结体和所述金属放入同一容器中，把所述金属配置在所述容器的下方后，使所述容器内为负压或常压状态的工序；通过加热溶解所述金属使所述金属成为熔融金属的工序；在所述熔融金属达到预定温度的阶段，旋转所述容器，在该容器内的所述熔融金属中浸渍所述多孔烧结体的工序；和在所述容器内导入用于浸渍的气体，通过在所述容器内加压，使所述熔融金属浸渍在多孔烧结体中的工序。
也就是说，在把多孔烧结体和在该多孔烧结体上浸渍的铜或铜合金放入容器内，密封抽真空后，在下方加热铜或铜合金侧。在经过溶解铜或铜合金达到预定温度阶段时，通过使容器180度旋转进行上下颠倒，使铜或铜合金与多孔烧结体接触。而且，通过向容器加高压，使铜或铜合金浸渍在多孔烧结体中变为可能。
此外，作为所述浸渍工序，还可以配有在把预先熔融的所述金属和所述多孔烧结体放入同一容器，把所述熔融金属配置在所述容器内的下方后，使该容器内为负压或常压状态的工序；在所述熔融金属达到预定温度的阶段，旋转所述容器，在该容器内的所述熔融金属中浸渍所述多孔烧结体的工序；和在所述容器内导入用于浸渍的气体，通过在所述容器内加压，使所述熔融金属浸渍在多孔烧结体中的工序。
也就是说，在设置多孔烧结体的容器内放入预先熔融的铜或铜合金，在达到预定的温度阶段后，通过使容器180度旋转进行上下颠倒，使铜或铜合金与多孔烧结体接触。而且，通过向容器加高压，使铜或铜合金浸渍在多孔烧结体中变为可能。
此外，作为附加压力，可在10kgf/cm2以上1000kgf/cm2以下，在50kgf/cm2以上200kgf/cm2以下较好，在100kgf/cm2以上150kgf/cm2以下更好。
这种情况下，所述压力的附加时间在1分钟以上30分钟以下，期望在2分钟以上10分钟以下。
此外，所述预定温度比要浸渍的铜或铜合金的熔点高30～250℃，比所述熔点高50～200℃较好。这种情况下，在多孔烧结体中应浸渍的铜或铜合金的加热在1×10-3Torr以下的真空中进行较好。
再有，作为多孔烧结体的气孔，平均直径为0.5μm～50μm的气孔在90％以上，并且期望气孔率为20vol％～70vol％。
此外，在所述多孔烧结体中，也可以预先进行1～10vol％的电镀Ni。这种情况下，可使多孔烧结体与铜或铜合金的浸润性提高，能够实现低压力下的浸渍。期望所述电镀Ni的量为3～5vol％。这里所说的电镀Ni，包含例如电镀Ni-P和电镀Ni-B。
再有，在所述多孔烧结体上，也可以预先浸渍1～10vol％的Si。这种情况下，与进行所述电镀Ni的情况一样，可使多孔烧结体与铜或铜合金的浸润性提高，能够实现低压力下的浸渍。期望所述Si的浸渍量为3～5vol％。
此外，在所述多孔烧结体中，预先进行1～10vol％的电镀Ni。或者，对于预先浸渍1～10vol％的Si，也可以在所述多孔烧结体中预先进行电镀钯。这种情况下，也可以在所述电镀钯上附加Ni和Si的复合电镀。
而且，作为冷却工序，还可以配有旋转所述容器，使浸渍后的所述多孔烧结体与非浸渍的残留熔融金属分离的工序；抽出所述容器内的所述用于浸渍的气体，经迅速地导入冷却气体，使容器冷却的工序；也可以配有旋转所述容器，使浸渍后的所述多孔烧结体与非浸渍的残留熔融金属分离的工序；通过冷却所述容器与金属接触，使所述容器内冷却的工序。
在所述冷却工序中的冷却速度在从浸渍时的温度至800℃时为-400℃/小时以上较好，-800℃/小时以上就更好。
其中，所述附加压力是在多孔烧结体的放气孔部分中使铜或铜合金完全浸渍所必要的压力。这种情况下，如果在多孔烧结体中残存有未浸渍铜或铜合金的放气孔，由于显著地损害热传导性，所以附加高压就变得必要了。
该压力虽可以按Washburn公式推定其大概，但气孔直径越小就越需要更大的力。例如，在0.1μmφ时需要400kgf/cm2的压力，而在1.0μmφ时就需要40kgf/cm2的压力，在10μmφ时就需要4kgf/em2的压力。
此外，在多孔烧结体与铜或铜合金处于熔融状态时发生反应，作为多孔烧结体，例如在使用SiC的情况下，该SiC被分解为Si和C，不能发挥原来的功能。为此，就必须缩短SiC与Cu熔融状态下的直接接触时间。按照本发明的制造方法(方案14、方案15或方案20所述的制造方法)，由于能够缩短SiC与Cu的接触时间，所以能够在事先避免所述的SiC的分解反应。
此外，由于SiC与铜或铜合金的浸润性较差，所以必须施加高压使铜或铜合金充分地浸渍。按照本发明的制造方法(方案20或方案21所述的制造方法)，由于改善了SiC的气孔表面，使SiC与Cu的浸润性变得良好，所以在较低压力下，在较细的气孔中也能够浸渍铜或铜合金。
此外，作为所述浸渍工序，也可以包括使所述多孔烧结体与所述金属在互相非接触状态下处于负压或常压状态的工序；把所述多孔烧结体或所述金属在负压或常压下加热至预定温度，使所述金属熔融的工序；使所述熔融金属处于加压状态的工序；和使所述加压下的熔融金属与所述负压或常压下的多孔烧结体迅速接触并处于加压状态，在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在冷却工序中，也可以在加压下冷却浸渍所述熔融金属的所述多孔烧结体。
这种情况下，使所述多孔烧结体和所述金属一边充分去气一边加热，在使金属熔融后，通过迅速接触并处于加压状态，并且把加压状态保持到冷却操作结束，在所述多孔烧结体中能够高效率地浸渍所述熔融金属。
在所述制造方法中，在负压或常压下，使非接触状态下加热处理的多孔烧结体与熔融金属同时处于加压状态然后迅速接触，在所述多孔烧结体中浸渍所述金属较好。
因此，随着所述熔融金属，对于所述多孔烧结体也处于加压状态下后，通过进行接触、浸渍操作，能够使两者接触时的压力降低最小，能够良好地保持浸渍操作时的加压状态。
此外，在所述浸渍工序中，也可以包括把所述多孔烧结体和所述金属分别配置在利用多孔质过滤器在分隔为两室的同一容器的上下室中，密封所述容器，使各室处于负压或常压状态的工序；使上下两室在负压或常压下加热至预定温度，使所述金属熔融的工序；仅使所述上室处于加压状态的工序；和通过所述多孔质过滤器把所述加压下的上室的熔融金属向下室浸透，与负压或常压下的所述多孔烧结体迅速接触后，使下室处于加压状态，在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，也可以在所述加压状态下冷却浸渍所述下室的所述熔融金属的所述多孔烧结体。
这种情况下，由于通过使用多孔质过滤器，能够分别独立地压力控制配置所述金属的上室和配置所述多孔烧结体的下室，所以能够使用预定的压力控制机构迅速地减压、加压。
对于所述下室的所述多孔烧结体来说，在浸渍所述熔融金属后，能够保持负压或常压状态，进行去气。再有，能够通过多孔质过滤器，利用压力控制，简单地进行所述熔融金属与所述多孔烧结体的接触、浸渍操作。此外，由于此时设定有预定的压力差，所以能够对所述熔融金属进行迅速地过滤处理。
其中，对于多孔质过滤器来说，如果熔融金属为常压下不浸透，而在加压下有浸透的多孔质的金属，那么就不限定于特殊的材料，能够使用适当的碳布、不锈钢系的穿孔金属或铝布等。
此外，作为所述浸渍工序，也可以包括把所述多孔烧结体和所述金属分别配置在利用多孔质过滤器在分隔为两室的同一容器的上下室中，密封所述容器，使各室处于负压或常压状态的工序；使上下两室在负压或常压下加热至预定温度，使所述金属熔融的工序；使所述上下两室处于加压状态的工序；使所述加压下的上室压力高于下室压力，通过所述多孔质过滤器使熔融金属向下室浸透，在与所述多孔烧结体迅速地接触后，在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，也可以在所述加压状态下冷却浸渍所述下室的所述熔融金属的所述多孔烧结体。
这种情况下，随着所述熔融金属，对于所述多孔烧结体也处于加压状态下后，通过进行接触、浸渍操作，能够使两者接触时的压力降低最小，能够良好地保持浸渍操作时的加压状态。
在本发明中，在作为基本材料的多孔烧结体上对至少包含铜的金属进行浸渍处理时，在通过从上下两方的冲压处理进行加压状态工序的同时，还能够通过从下室周边的间接冷却处理进行冷却工序。
按照本发明的制造方法，在能够更迅速地进行压力控制的同时，还能够良好地保持浸渍操作时的加压状态。
此外，本发明的制造方法包括浸渍工序，使作为基本材料的多孔烧结体和至少包含铜的金属在负压或常压下接触，经过加热处理熔融所述金属，然后在加压状态下，迅速地在所述多孔烧结体中浸渍所述金属；和冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。
因此，能够容易地进行一般来说较为困难的向多孔烧结体的铜或铜合金浸渍处理，而且，能够提高向多孔烧结体的铜或铜合金浸渍率，其结果，在实际的电子部附(包括半导体器件)等中，能够提高获得具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性的散热器装置的生产率。
作为所述浸渍工序，也可以包括在互相接触的状态下使所述多孔烧结体和所述金属处于负压或常压状态的工序；把所述多孔烧结体和所述金属在负压或常压下加热至预定温度，熔融所述金属的工序；使所述熔融金属处于加压状态的工序；使所述加压下的熔融金属与所述负压或常压下的多孔烧结体迅速接触，并且在加压状态时在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，也可以在所述加压下冷却浸渍所述熔融金属的所述多孔烧结体。
这样，按照本发明的制造方法，能够以低于由多孔烧结体与在该多孔烧结体中浸渍的铜或铜合金的比例决定的热膨胀量(理论值)来抑制膨胀，能够得到与陶瓷基片和半导体基片(硅、GaAS)等的热膨胀率大致一致的、热导性良好的散热器材料。
图1是表示用本发明实施例的复合材料构成的散热器装置应用例的说明图。
图2是示意性地表示本发明实施例的复合材料结构的透视图。
图3是表示适当改变SiC的气孔率、气孔直径、气孔分布时的热传导率与热膨胀率的差异的示意图。
图4是表示各种复合材料的热传导率-热膨胀率特性的特性图。
图5A是表示从高压容器的正面剖切一部分的剖视图，图5B是表示从高压容器的侧面剖切一部分的剖视图。
图6是表示本发明实施例的制造方法的工序框图。
图7是表示适当改变SiC的气孔率、气孔直径、有无电镀Ni、有无浸渍Si、浸渍温度、附加压力、加压时间、冷却速度时的热传导率与热膨胀率的不同的示意图。
图8是表示第一变形例的浸渍工序的工序框图。
图9是表示第二变形例的浸渍工序的工序框图。
图10是表示在本发明第二实施例的制造方法中使用的热压炉的示意结构图。
图11是表示本发明第二实施例的制造方法的工序框图。
图12A是表示分隔型的封装部件的平面图；图12B是表示图12A中A-A线上的剖视图。
图13是表示在本发明第二实施例的制造方法中使用的热压炉的其它实例的示意结构图。
图14是表示在本发明第二实施例的制造方法的变形例中使用的热压炉的示意结构图。
图15是表示本发明第二实施例的制造方法的变形例的工序框图。
图16是表示在本发明第三实施例的制造方法中使用的热压炉的示意结构图。
图17是表示本发明第三实施例的制造方法的工序框图。
下面，参照图1～图17，说明本发明的用于半导体散热器的复合材料及其制造方法的实施例(以下，简单地记述为该实施例的复合材料及该实施例的制造方法)。
首先，如图1所示，在形成于半导体器件12的封装14上面的开口16内埋入用本实施例的复合材料构成的散热器10，并且，设置该散热器10，使其表面与固定在所述半导体器件12上部的冷却散热片18接触。
因此，从在半导体器件12内安装的半导体元件(芯片)中放出的热通过散热器10高效率地传送到冷却散热片18上。
而且，本实施例的复合材料这样构成，即预先烧制具有比铜的热膨胀率低的热膨胀率的多孔体，经过网状化，然后在得到的多孔烧结体上浸渍铜或铜合金。具体地说，如图2所示，在例如SiC构成的多孔烧结体20的放气孔部分上(开孔部分)浸渍铜或铜合金22来构成。在以下的说明中，把SiC构成的多孔烧结体简单地记述为SiC。
按照该结构，如后面所述，能够抑制膨胀，使其低于由多孔烧结体与在该多孔烧结体中浸渍的铜或铜合金的比例决定的热膨胀(理论值)值，能够得到与作为电子部件等基体的陶瓷基片和半导体基片(硅、GaAS)等的热膨胀率大致一致的、热膨胀性良好的散热器材料。具体地说，能够得到从室温至200℃的平均热膨胀率为4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃，并且热传导率为180W/mK(室温)以上的散热器材料。
这种情况下，作为SiC的气孔率(与铜或铜合金22的浸渍率大致相同)，期望为20vol％~70vol％。在气孔率为20vol％以下时，不能获得180W/mK(室温)的热传导率，而如果超过70vol％，SiC的强度下降，不能把热膨胀率抑制在9.0×10-6/℃以下。
此外，作为所述SiC的平均放气孔直径(气孔直径)的值，期望在0.5~50μm。如果所述气孔直径不足5μm，会使在放气孔内浸渍铜或铜合金变得困难，热传导率降低。另一方面，如果所述气孔直径超过50μm，会使SiC的强度下降，不能抑制热膨胀率变低。
此外，作为所述SiC的平均放气孔的分布(气孔分布)，有90％以上0.5～50μm的放气孔分布较好。在0.5～50μm的气孔未达到90％以上分布的情况下，会增加未浸渍铜或铜合金22的放气孔，使热传导率降低。
在所述气孔率、气孔直径和气孔分布的测定中，使用岛津制作所制造的自动孔率仪(商品名ォ-トポァ9200)。
再有，作为SiC的弯曲强度，应在10MPa以上，期望在20MPa以上，最好在30MPa以上。如果弯曲强度低于10MPa，就会有所谓的增加热膨胀率的问题。
一般来说，作为所述铜，在使用市场销售的纯铜的情况下，热传导率虽较高，但由于与多孔烧结体(特别是SiC)的浸润性较差，容易残留未浸渍铜的放气孔，所以期望通过添加Be、Al、Si、Mg、Ti、Ni等来提高浸渍率。这种情况下，铜的成分在1％的范围内，在Be、Al、Si、Mg、Ti、Ni中包含一种以上，并且，也可以包含Ag、Cd、Zn、Au、Pd、In、Ga、Pt、Cr、Ge、Rh、Sb、Ir、Co、As、Zr、Fe、Sn、Mn、P、Pb等的不可避免的杂质、气体成分。但是，如果所述添加物的量达到1％以上，那么热膨胀率的降低就变大，不能获得添加的效果。
其中，表示了一个实验例。该实验例是适当改变SiC的气孔率、气孔直径、气孔分布，观察此时的热传导率与热膨胀率不同的实验。其实验结果如图3的表所示。
在图3中，实施例1～实施例8表示浸渍材料为铜，气孔率、气孔直径和气孔分布分别在预定范围内变化的情况；实施例9表示作为浸渍材料有0.5wt％的Be其余为Cu的铜合金，气孔率、气孔直径和气孔分布分别在预定范围内变化的情况。比较例1表示浸渍材料为铜，使气孔率超出所述预定范围的情况；比较例2表示浸渍材料为铜，使气孔率和气孔分布分别超出所述预定范围的情况；比较例3表示浸渍材料为铜，使气孔直径和气孔分布分别超出所述预定范围的情况。
从该实验结果看，实施例1～实施例9均满足热传导率＝180W/mK(室温)以上，满足热膨胀率＝4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃。再有，热膨胀率是室温～200℃的平均值。
另一方面，比较例1表示由于气孔率低于所述预定范围的值，所以铜的浸渍率变低，由此热传导率也随着变得低于165W/mK。此外，比较例2表示由于气孔率超过所述预定范围的值，所以铜的浸渍率变高，热传导率也变高为325W/mK，但SiC的强度处于其较低部分，热膨胀率变高为12.4×10-6/℃。
横轴表示热传导率，纵轴表示热膨胀率，如果以曲线表示实施例1～实施例8的结果，那么把在SiC上浸渍铜的情况下的特性设想为图4曲线a所示的特性。在图4中，曲线b表示以SiC和铝形成粉末情况的理论值；曲线c表示以SiC和铜形成粉末情况的理论值；曲线d表示在SiC上浸渍铝情况的实测值。
此外，在图4中用点划线的椭圆表示的区域A表示使用现有散热器材料Cu-W的特性区域，所述实施例6～8，如图3所示，可以看出具有比所述Cu-W特性还良好的特性。这是因为实施例6～8其中任何一个的热膨胀率范围与Cu-W基本相同，而热传导率的范围大于Cu-W，进入了作为散热器材料最佳特性范围B的缘故(用虚线的长方形表示的范围)。因此，通过最佳化SiC的气孔率、气孔直径和气孔分布，能够把复合材料的特性集中在作为散热器材料的最佳特性范围内。
下面，参照图5～图15，说明第一和第二实施例的制造方法。第一和第二实施例的制造方法由大致分为的浸渍工序和冷却工序构成。浸渍工序是按相互不接触状态加热作为基本材料SiC和铜或铜合金，在达到预定温度的阶段使两者接触，并立即附加高压，把所述铜或铜合金浸渍在所述SiC中的工序；冷却工序是冷却浸渍所述铜或铜合金的所述SiC的工序。
首先，第一实施例的制造方法，具体地说，如图5A和图5B所示的一例那样，通过使用高压容器30来进行。该高压容器30在长方体状框体32上两侧板34和36的大致中央部分设有各自的旋转轴38，以该旋转轴38为中心，框体32本身能够旋转。
在框体32内，设有耐火容器40和用于加热耐火容器40的热丝42。耐火容器40有带有空心部分44的长方体形状，在一个侧面高度方向的中央部分的空心部分44上设有连通的开口46。在空心部分44内，在以开口46为中心的一个空心部分(以下记述为第一室44a)中，装有作为浸渍材料的铜或铜合金22的块，或铜或铜合金22的熔融金属。在另一个空心部分(以下记述为第二室44b)中，装有许多作为被浸渍材料的SiC20，即使第二室44b处于上方位置，但仍设有使SiC20不落下的SiC20的支撑机构。再有，热丝42具有即使在100kgf/cm2的高压力下也不破裂的结构。
此外，在所述高压容器30中，设有用于抽真空的排气管48，用于附加高压及冷却气体的导入管50和导出管52。
下面，参照图6说明使用所述高压容器30的浸渍工序和冷却工序。浸渍工序通过采用以下工序来进行。
首先，使高压容器30处于初始状态，使在高压容器30内设置的耐火容器40的第一室44a处于下方位置(步骤S1)。
然后，SiC20和铜或铜合金22的块放入高压容器30的耐火容器40内，把铜或铜合金22的块配置在耐火容器40的第一室44a内，把SiC20设置在第二室44b内(步骤S2)。随后，密封高压容器30后(及耐火容器40)，通过排气管48进行高压容器30内的抽真空，使该高压容器30内处于负压状态(步骤S3)。
接着，使热丝通电，加热熔解第一室44a的铜或铜合金22(步骤S4)。在以下的说明中，把加热熔解的铜或铜合金22记述为“熔融铜’。
然后，在第一室44a内的熔融铜达到预定温度阶段，180度地旋转高压容器30(步骤S5)。利用该旋转动作，通过使第一室44a处于上方位置，第一室44a内的熔融铜因自重向位于下方位置的第二室44b内落下，在该阶段，变为在熔融铜上浸渍SiC20的状态。
随后，通过气体导入管50向高压容器30内导入浸渍气体，使该高压容器30内加压(步骤S6)。利用该加压处理，使所述熔融铜浸渍在SiC20的放气孔部分中。
在所述浸渍工序结束时刻立即移至冷却工序。该冷却工序首先把所述高压容器30再次180度旋转(步骤S7)。利用该旋转动作，由于使第一室44a处于下方位置，所以第二室44b内的熔融铜再次向第一室44a落下。通过在所述步骤S6中的加压处理(浸渍处理)，由于熔融铜的一部分浸渍在SiC20的放气孔中，所以向位于下方位置的第一室44a落下的熔融铜变为浸渍在SiC20中的残存熔融铜。在残存熔融铜向第一室44a落下的阶段，在第二室44b中残留浸渍熔融铜的SiC20。
然后，在通过气体导出管52对高压容器30内的浸渍气体排气的同时，通过气体导入管50把冷却气体向高压容器30内导入(步骤S8)。通过该浸渍气体的排气和冷却气体的导入，使冷却气体遍布循环在高压容器30内，高压容器30被迅速地冷却。利用此迅速地冷却，在所述SiC20中浸渍的熔融铜由于铜或铜合金22的块急速固化而体积膨胀，所以浸渍的铜或铜合金22坚固地保持在SiC20中。
作为其它冷却工序，如图6中点划线的框内所示，在用所述步骤S7处理的结束阶段，使高压容器30或浸渍熔融铜的SiC20与冷却的金属接触(步骤S9)。通过与该冷却的金属接触，SiC20被急速地冷却。在该冷却过程中，也可以同时用冷水来进行冷却金属，也可以在与加热体分离的地方设置冷却金属。具体地说，提供帽口补缩效果的冷却方法较好。
这样，通过实施所述浸渍工序和冷却工序，能够容易地进行一般来说比较困难的向SiC20中的铜或铜合金22的浸渍处理，而且，能够提高向SiC20中的铜或铜合金22的浸渍率，在实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得提高具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性，即能够提高具有从室温至200℃的平均热膨胀率为4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃，并且热传导率为180W/mK(室温)以上的散热器10的生产率。
在所述步骤S4中，在热丝42通电，加热熔解第一室44a的铜或铜合金22的情况下，向步骤S5移动的预定温度(加热温度)比铜或铜合金22的熔点高30℃~250℃的温度较好，期望比所述熔点高50℃～200℃。这种情况下，期望使高压容器30处于1×10-3Torr以下的真空中较好。
此外，在所述步骤S6中，通过在高压容器30内导入浸渍气体而在高压容器30中附加的压力，在10kgf/cm2以上1000kgf/cm2以下。这种情况下，在50kgf/cm2以上200kgf/cm2以下较好，最好在100kgf/cm2以上150 kgf/cm2以下。
此外，向高压容器30附加压力的时间在1分钟以上30分钟以下较好，期望最好在2分钟以上10分钟以下。
再有，作为SiC20的气孔，平均直径为0.5μm～50μm的气孔在90％以上，并且期望气孔率为20vol％～70vol％。
而且，为了实现SiC20与铜或铜合金22的浸润性的提高，可以对SiC20预先进行1～10vol％的、期望是3～5vol％的电镀Ni。这种情况下，能够实现低压力下的浸渍。这里所说的电镀Ni，包含例如电镀Ni-P和电镀Ni-B。
再有，为了实现SiC20与铜或铜合金22浸润性的提高，可以对SiC20预先进行1～10vol％的、期望是3～5vol％的电镀Si。这种情况下，能够实现低压力下的浸渍。
而且，预先对上述SiC20进行1～10vol％的电镀Ni。或者，预先浸渍1～10vol％的Si，也可以对SiC20预先进行电镀钯。这种情况下，也可以在所述电镀钯上附加Ni和Si的复合电镀。
另一方面，在从浸渍时的温度至800℃期间，在所述冷却工序中的冷却速度为-400℃/小时以上较好，-800℃/小时以上就更好。
在所述步骤S6中，在高压容器30中附加的压力是在SiC20的放气孔部分中使铜或铜合金22完全浸渍所必要的压力。这种情况下，如果在SiC20中残存有未浸渍铜或铜合金22的放气孔，由于显著地损害热传导性，所以附加高压就变得必要了。
该压力虽可以按Washburn公式推定其大概，但气孔直径越小就越需要更大的力。例如，在0.1μmφ时需要400kgf/cm2的压力，而在1.0μmφ时就需要40kgf/cm2的压力，在10μmφ时就需要4kgf/cm2的压力。
此外，在SiC20与铜或铜合金22处于高温时发生反应，该SiC20被分解为Si和C，不能发挥原来的功能。为此，就必须缩短SiC20与铜或铜合金22熔融状态下的直接接触时间。由于满足第一处理条件(在高压容器30中附加压力＝10kgf/cm2以上，1000kgf/cm2以下)、第二处理条件(加热温度＝比铜或铜合金22的熔点高30℃～250℃的温度)和第三处理条件(在SiC20上按1～10vol％预先电镀Ni)，能够缩短SiC20与铜或铜合金22的接触时间，所以能够在事先避免所述的SiC20的分解反应。
此外，由于SiC20与铜或铜合金22的浸滑性较差，所以必须施加高压使铜或铜合金22充分地浸渍。由于实施第三处理条件(在SiC20上按1～10vol％预先电镀Ni)或第四处理条件(在SiC20上按1～10vol％预先电镀Si)，改善了SiC20的气孔表面，使SiC20与铜或铜合金22的浸润性变得良好，所以在较低压力下，在较细的气孔中能够浸渍铜或铜合金22。
这里，表示了一个实验例。该实验例是适当改变SiC20的气孔率、气孔直径、有无电镀Ni、有无浸渍Si、浸渍温度、附加压力、加压时间、冷却速度，观察此时的热传导率与热膨胀率不同的实验。图7所示的表中表示了该实验结果。在图7中，SiC/Cu的反应状况由在SiC与Cu之间形成的反应层的厚度(平均值)来决定。其决定条件如下。此外，该决定条件的依据是如果在SiC与Cu之间生成5μm以上的反应层，那么SiC与Cu间的热传导就恶化，作为用于半导体散热器的复合材料情况的热传导就降低。
·反应层的厚度(平均)为1μm以下→‘无反应’·反应层的厚度(平均)超过1μm但在5μm以下→‘反应小’·反应层的厚度(平均)超过5μm→‘反应大’根据该实验结果，对于满足SiC20的气孔率、气孔直径、浸渍温度、附加压力、加压时间、冷却速度的各自预定范围的实验来说(样品3、7、8、11和12)，任何一个的SiC/Cu的反应状况都为‘无反应’，并且Cu的浸渍状况良好，获得了良好的效果。
在这些样品中，对于样品3、7、11和12，由于进行了电镀Ni或浸渍Si，所以与Cu的浸润性变得良好，即使缩短加压时间，也能获得上述那样的良好效果。此外，对于样品8，虽未进行电镀Ni或浸渍Si，但通过使附加压力提高，也能够缩短加压时间，获得上述那样的良好效果。
另一方面，对于作为在附加压力为8kgf/cm2低于所述预定范围的样品1、5和9，无论哪一个，Cu的浸渍状况都不充分，在这些样品中，对于加压时间长的实验(样品1和5)，SiC/Cu的反应状况为‘反应大’。
再有，对于样品6，尽管SiC/Cu的反应状况为‘反应小’，但浸渍状况不充分，可认定气孔率和气孔直径均未满足各自预定范围；对于样品14，尽管浸渍状况良好，但SiC/Cu的反应状况为‘反应大’，可认定气孔直径大于预定范围，加压时间比较长。
再有，作为与铜或铜合金22的浸润性良好的浸渍Si的SiC(Si-SiC烧结体)，能够使用例如以含有2~25wt％的Si和75~98wt％的SiC为主相的Si-SiC烧结体。在获得该Si-SiC烧结体中，对于主相100重量部分，在把Al杂质控制在0.2重量部分以下，把SiO2控制在3.0重量部分以下的同时，相对主相100重量部分，把所有杂质的量控制在0.4～4.2重量部分内较好。
具体地说，如果简单地说明所述Si-SiC烧结体的制作方法，首先，作为成形原料，使用SiC粉末、碳粉末和含有有机粘合剂和水分或有机溶剂的原料。
而且，混炼所述成形材料，按预定的形状成形，制作成形体。接着，把该成形体放置在硅金属气氛下、减压的惰性气体气氛或真空中，在成形体中浸渍硅金属，制造Si-SiC烧结体。
作为所述成形方法，可采用冲压成形、浇注成形、挤压成形的其中任何一种，从生产率的观点看，冲压成形较好。作为加压方式，油压冲压较好，这种情况下的油压冲压压力一般为50～2000kg/cm2。
下面，参照图8和图9，说明第一实施例的制造方法中浸渍工序的几个变形例。
第一变形例的浸渍工序，如图8所示，首先，使高压容器30处于初始状态，使在高压容器30内设置的耐火容器40的第一室44a位于下方位置(步骤S101)。
然后，把SiC20设置在第二室44b中，把预先熔融的铜或铜合金22(熔融铜)流入第一室44a(步骤S102)。
随后，在第一室44a内的熔融铜达到预定温度的阶段，把高压容器30旋转180度(步骤S103)。通过该旋转动作，位于下方位置的第一室44a内的熔融铜向第二室44b落下，在该阶段，变为在熔融铜上浸渍SiC20的状态。
随后，通过气体导入管50向高压容器30内导入浸渍气体，使该高压容器30内加压(步骤S104)。利用该加压处理，使所述熔融铜浸渍在SiC的放气孔部分中。
下面，说明第二变形例的浸渍工序，该第二变形例的浸渍工序是在高压容器30内设置的耐火容器40的内部中央部分中，使用设置由多孔质陶瓷材料构成的隔离板(图中未示)的高压容器30。在耐火容器40内，利用所述隔离板，把第一室44a与第二室44b隔离开。
作为所述隔离板，期望使用气孔率为40％~90％、并且气孔直径为0.5mm~3.0mm的多孔陶瓷材料。使用气孔率为70％~85％、并且气孔直径为1.0mm~2.0mm的多孔陶瓷材料更好。
而且，该第二变形例的浸渍工序，如图9所示，首先，使高压容器处于初始状态，使在高压容器内设置的耐火容器40的第一室44a位于下方位置，第二室44b处于上方位置(步骤S201)。
然后，把SiC20和铜或铜合金22的块放入高压容器30的耐火容器40中，使铜或铜合金22的块配置在位于上方位置的第二室44b内，SiC20设定在位于下方位置的第一室44a中(步骤S202)。
随后，在密封高压容器30(耐火容器40)后，通过吸气管48进行高压容器30内的抽真空，使该高压容器30内处于负压状态(步骤S203)。
接着，使热丝42通电，加热熔解第二室44b的铜或铜合金22(步骤S204)。在所述熔融铜达到预定温度的阶段，通过气体导入管50向高压容器30内导入浸渍气体，使该高压容器30内加压(步骤S205)。通过该加压处理，位于上方位置的第二室44b内的熔融铜穿过隔离板，浸渍在位于下方位置的第一室44a内的SiC20的放气孔部分中。
下面，参照图10~图15，说明第二实施例的制造方法。
本第二实施例的制造方法，具体地说如用图10表示的一例那样，通过使用热压炉60来实施。该热压炉60配有在柱状框体62内兼作基座的下模64；在该下模64上固定的上面开口的耐火容器66；在该耐火容器66内从上方进退自如的上模68；和用于加热所述耐火容器66的热丝70。再有，在该热压炉60中，设有用于抽真空的吸气管72。
所述耐火容器66有带有空心部分74的柱状形状。上模68在其侧面设有决定该上模68行程的的凸缘部分76，在该凸缘部分76下面，装有与所述耐火容器66的上周面接触使耐火容器66处于密封状态的衬垫78。另一方面，在下模64的内部，设有用于加热耐火容器66内部的加热流体和用于冷却耐火容器66内部的冷却流体的流通通路80。
而且，第二实施例的制造方法按图11所示的工序实施。
首先，在耐火容器66的空心部分74内，从下按SiC20、多孔陶瓷制造的过滤器54、铜或铜合金22的块的顺序投入(步骤S301)。作为过滤器54，期望使用气孔率为40％~90％并且气孔直径为0.5mm~3.0mm的多孔陶瓷材料，使用气孔率为70％~85％并且气孔直径为1.0mm~2.0mm的多孔陶瓷材料更好。
此外，所述过滤器54起到隔离SiC20和铜或铜合金22的块，使两者处于非接触状态的隔离板的作用，在空心部分74内，可把过滤器54上的设置铜或铜合金22的块的部分定义为上室74a，把过滤器54下的设置SiC20的部分定义为下室74b。
接着，在密封耐火容器66后，通过吸气管72进行耐火容器66内的抽真空，使该耐火容器66的两室74a和74b内部为负压状态(步骤S302)。
随后，使热丝70通电，加热熔解上室74a内的铜或铜合金22(步骤S303)。此时，也可以向所述热丝70通电，同时在下模64的通路80内流入加热流体，以便加热耐火容器66的内部。
在上室74a内的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)达到预定温度的阶段，使上模68向下方移动，对上室内按预定压力加压(步骤S304)。此时，通过在上模68的凸缘部分76上安装的衬垫78与耐火容器66的上周面的接触和相互挤压，耐火容器66被密封，可有效地防止所谓的内部的熔融铜向耐火容器66的外部泄漏的不适。
达到预定压力的上室74a内的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)利用上室74a内的压力穿过过滤器54在下室74b侧被挤压向该下室74b内导入的同时，还浸渍在在该下室74b内设置的SiC20上。
按照时间管理，在变为预先设定的终点的阶段(向SiC20内的熔融铜的浸渍达到饱和状态的时刻)，这时，在下模64内的通路80中流入冷却流体，通过使耐火容器66从下方向上方冷却(步骤S305)，使在SiC20中浸渍的熔融铜凝固。在凝固完成前，用上模68和下模64保持耐火容器66内的加压状态。
在凝固完成时刻，从耐火容器66中取出浸渍铜或铜合金22的SiC20(步骤S306)。
在本制造方法中，使SiC20和铜或铜合金22一边充分去气一边加热，在熔融铜或铜合金22后，迅速地与SiC20接触，并且使其处于加压状态，而且由于在冷却操作完成前保持其加压状态，所以在SiC20中能够高效率地浸渍铜或铜合金22。在所述例中是在负压下进行浸渍处理的，但也可以在常压下进行。
这样，在使熔融铜与SiC20同处于加压状态后，由于经相互接触进行浸渍处理，所以能够使两者接触时的压力下降达到最小限度，能够使浸渍处理时的加压状态良好地保持。
在所述例中，为了防止熔融铜的泄漏，在上模68中凸缘部分76的下面设有衬垫78，但如图10的双点划线所示，也可以在耐火容器66的上周面上设置衬垫78。此外，如图12A所示，也可以在如图13所示的上模68的下部设置两片重叠的环状分割型衬垫100的衬垫部件102。这种情况下，在衬垫部件102的空心部分104上利用熔融铜的进入，使各分割型衬垫100的直径扩大，结果，上室74a被密封，可防止熔融铜的泄漏。
下面，参照图14和图15，说明第二实施例的制造方法的变形例。再有，与图10对应的部分附以相同符号，并省略其重复说明。
在本变形例的制造方法中，作为热压炉60，如图14所示，在耐火容器66中空心部分74的高度方向中央部分上固定着多孔陶瓷构成的过滤器部件110，在下室74b的侧面使用开关自由的门112。因此，在耐火容器66的空心部分74内，由过滤器部件110的上部分作为上室74a，由过滤器部件110的下部分作为下室74b。具体地说，采用在下室74b上装有相关的门112，在关闭该门112时，使下室74b密封的结构。
而且，本变形例的制造方法采用图15所示的工序来进行。
首先，在耐火容器66的上室74a内投入铜或铜合金22的块，打开下室74b的门112，在该下室74b内投入SiC20(步骤S401)。
接着，关闭门112密封下室74b，并且在密封热压炉60后，通过吸气管72进行耐火容器66内的抽真空，使该耐火容器66的两室74a和74b内部处于负压状态(步骤S402)。
然后，使热丝70通电，加热熔解上室74a内的铜或铜合金22(步骤S403)。在这种情况下，也可以向所述热丝70通电，同时在下模64的通路80内流入加热流体，以便加热耐火容器66的内部。
在上室74a内的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)达到预定温度的阶段时，使上模68向下方移动，对上室74a内部按预定压力加压(步骤S404)。
达到预定压力的上室74a内的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)利用上室74a内的压力穿过过滤器部件110在下室74b侧被挤压，在向该下室74b内导入的同时，还浸渍在在该下室74b内设置的SiC20上。
按照时间管理，在变为预先设定的终点的阶段(向SiC20内的熔融铜的浸渍达到饱和状态的时刻)，这时，在下模64内的通路80中流入冷却流体，通过使耐火容器66从下方向上方冷却(步骤S405)，使在SiC20中浸渍的熔融铜凝固。
在凝固完成时刻，从耐火容器中取出浸渍铜或铜合金的SiC(步骤S406)。
在本变形例的制造方法中，与第二实施例的制造方法同样，在SiC20上能够高效率地浸渍铜或铜合金22。此外，在这种情况下，在使熔融铜和SiC20同处于加压状态后，由于经相互接触进行浸渍处理，所以能够把两者接触时的压力降低限定为最小，能够在浸渍处理中良好地保持加压状态。在所述例中是在负压下进行浸渍处理的，但也可以在常压下进行。
下面，参照图16和图17，说明第三实施例的制造方法。再有，与图10对应的部分附以相同符号，并省略其重复说明。
本第三实施例的制造方法与所述第二实施例的制造方法的原理大致相同，在浸渍工序中，但在使SiC20与铜或铜合金22在负压或常压下接触，通过加热使所述铜或铜合金22熔融的点上有不同。
具体地说，如图16所示，在第二实施例的制造方法中使用的热压炉60的耐火容器66内未投入过滤器54，在从下按SiC20、铜或铜合金22的顺序进行投入的点上有不同。
而且，第三实施例的制造方法采用图17所示的工序来进行。
首先，在耐火容器66的空心部分74内，从下按SiC20、铜或铜合金22的顺序进行投入(步骤S501)。
接着，在密封热压炉60后，通过吸气管72进行耐火容器66内部的抽真空，使耐火容器66的内部处于负压状态(步骤S502)。
然后，使热丝70通电，加热耐火容器66内的铜或铜合金22(步骤S503)。此时，也可以向所述热丝70通电，同时在下模64的通路80内流入加热流体，以便加热耐火容器66的内部。
在耐火容器66内的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)达到预定温度的阶段时，使上模68向下方移动，对耐火容器66内部按预定压力加压(步骤S504)。
达到预定压力的铜或铜合金22的熔解物(熔融铜)利用耐火容器66内的压力浸渍在SiC20上。
按照时间管理，在变为预先设定的终点的阶段(向SiC20内的熔融铜的浸渍达到饱和状态的时刻)，这时，在下模64内的通路80中流入冷却流体，通过使耐火容器66从下方向上方冷却(步骤S505)，使在SiC20中浸渍的熔融铜凝固。在凝固完成前，用上模68和下模64保持耐火容器66内的加压状态。
在凝固完成时刻，从耐火火容器66中取出浸渍铜或铜合金22的SiC20(步骤S506)。
在本制造方法中，也使SiC20和铜或铜合金22一边充分去气一边加热，在使铜或铜合金22与SiC20处于接触状态时熔融铜或铜合金22后，使耐火容器66处于加压状态，而且由于在冷却操作完成前保持其加压状态，所以在SiC20中能够高效率地浸渍铜或铜合金22。
在所述例中，在SiC20中浸渍的金属为铜或铜合金22，但作为铜中的杂质，也可以包含0.001wt％~0.1wt％的Ca、Ag、Cd、Zn、Au、Pd、In、Ga、Pt、Cr、Ge、Rh、Sb、Ir、Co、As、Zr、Fe、Sn、Mn、P、Pb等和气体成分。当然，也可以是纯铜。
此外，作为被浸渍材料的多孔烧结体，使用了SiC20，但如果是弯曲强度为10MPa以上的多孔烧结体，就不一定限定于SiC20，例如，能够使用AlN、Si3N4、B4C和BeO。
再有，本发明的用于半导体散热器的复合材料及其制造方法并不限于上述实施例，只要不脱离本发明的要点，能够采用获得的各种结构。
如以上的说明，按照本发明的用于半导体散热器的复合材料，预先烧制具有低于铜的热膨胀率的多孔体，在通过网状化得到的多孔烧结体上浸渍构成铜，至少在200℃时的热膨胀率具有比从所述铜或铜合金和所述多孔烧结体的比例的化学计量中得到的热膨胀率更低的特性。
因此，能够实现所谓在实际的电子部件(包括半导体器件)等中获得具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性的效果。
此外，按照本发明的用于半导体散热器的复合材料的制造方法包括浸渍工序，以相互不接触的状态加热作为基本材料的多孔烧结体和至少包含铜的金属，在达到预定温度的阶段使两者接触，立即附加高压，使所述金属浸渍在所述多孔烧结体中；和冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。
因此，能够容易地进行一般来说比较困难的向多孔烧结体中的铜或铜合金的浸渍处理，而且，能够提高向多孔烧结体中的铜或铜合金的浸渍率，可实现所谓在实际的电子部件(包括半导体器件)等中能够获得提高具有适合寻求热膨胀率与热传导率平衡特性的散热器装置的生产率的效果。
此外，按照本发明的用于半导体散热器的复合材料的制造方法包括浸渍工序，使作为基本材料的多孔烧结体和至少包含铜的金属在负压或常压下接触，经过加热处理熔融所述金属，然后，在加压状态下迅速地在所述多孔烧结体中浸渍所述金属；冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。因此，在多孔烧结体中能够高效率地浸渍金属。
附图中符号的说明10 散热器20 SiC22 铜或铜合金30 高压容器40 耐火容器 44a 第一室44b 第二室
权利要求
1.一种用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，预先烧制具有比铜的热膨胀率低的热膨胀率的多孔体，进行网状化，然后在得到的多孔烧结体上浸渍铜或铜合金，由此构成该复合材料，它具有其热膨胀率至少在200℃时比按所述铜或铜合金与所述多孔烧结体的比例化学计量得到的热膨胀率更低的特性。
2.如权利要求1所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，在所述多孔烧结体与所述金属的界面上形成的与所述金属的反应层的厚度在5μm以下。
3.如权利要求2所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，所述反应层的厚度在1μm以下。
4.如权利要求1~3中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，所述多孔烧结体由从SiC、AlN、Si3N4、B4C、BeO中选择的一种以上的化合物构成。
5.如权利要求1~4中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，所述铜或铜合金的比例为20vol％~70vol％。
6.如权利要求1~5中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，从室温至200℃的平均热膨胀率为4.0×10-6/℃～9.0×10-6/℃，并且至少在室温下的热传导率为180W/mK以上。
7.如权利要求1~6中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，所述多孔烧结体的平均放气孔直径的值为0.5~50μm。
8.如权利要求7所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，在所述多孔烧结体的平均放气孔直径的值为0.5~50μm时有90％以上的分布。
9.如权利要求1~8中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，弯曲强度在10MPa以上。
10.如权利要求1~9中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料，其特征在于，在铜成分达到1％的范围，在所述多孔烧结体中浸渍的所述铜或铜合金包含从Be、Al、Si、Mg、Ti、Ni中选择的一种以上的元素，并且，包含不可避免的杂质成分和气体成分。
11.一种用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，包括浸渍工序，以相互不接触的状态加热作为基本材料的多孔烧结体和至少包含铜的金属，在达到预定温度的阶段使两者接触立即附加高压，使所述金属浸渍在所述多孔烧结体中；和冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。
12.如权利要求11所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括把所述多孔烧结体和所述金属放入同一容器中，把所述金属配置在所述容器的下方后，使所述容器内为负压或常压状态的工序；通过加热溶解所述金属使所述金属成为熔融金属的工序；在所述熔融金属达到预定温度的阶段，旋转所述容器，在该容器内的所述熔融金属中浸渍所述多孔烧结体的工序；和在所述容器内导入用于浸渍的气体，通过在所述容器内加压，使所述熔融金属浸渍在多孔烧结体中的工序。
13.如权利要求11所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括在把预先熔融的所述金属和所述多孔烧结体放入同一容器，把所述熔融金属配置在所述容器内的下方后，使该容器内为负压或常压状态的工序；在所述熔融金属达到预定温度的阶段，旋转所述容器，在该容器内的所述熔融金属中浸渍所述多孔烧结体的工序；和在所述容器内导入用于浸渍的气体，通过在所述容器内加压，使所述熔融金属浸渍在多孔烧结体中的工序。
14.如权利要求12或13所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述冷却工序包括旋转所述容器，使浸渍后的所述多孔烧结体与非浸渍的残留熔融金属分离的工序；和抽出所述容器内的所述用于浸渍的气体，经迅速地导入冷却气体，冷却所述容器内部的工序。
15.如权利要求12或13所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述冷却工序包括旋转所述容器，使浸渍后的所述多孔烧结体与非浸渍的残留熔融金属分离的工序；和通过使所述容器与冷却的金属接触，冷却所述容器内部的工序。
16.如权利要求11~15中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述附加压力在10kgf/cm2以上1000kgf/cm2以下。
17.如权利要求11~16中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述压力的附加时间在1分钟以上30分钟以下。
18.如权利要求11~17中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述预定温度比所述金属的熔点高30℃～250℃的温度。
19.如权利要求11~18中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，从浸渍时的温度至800℃，所述冷却工序中的冷却速度为-400℃/小时以上。
20.如权利要求11~19中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述负压状态在1×10-3Torr以下。
21.如权利要求11~20中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述多孔烧结体的气孔，平均直径为0.5μm～50μm的气孔有90％以上，并且气孔率为20vol％～70vol％。
22.如权利要求11~21中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述多孔烧结体可以预先按1～10vol％进行电镀Ni。
23.如权利要求11~21中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述多孔烧结体可以预先按1～10vol％进行电镀Si。
24.如权利要求11所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括在互相非接触的状态下使所述多孔烧结体和所述金属处于负压或常压状态的工序；把所述多孔烧结体和所述金属在负压或常压下加热至预定温度，熔融所述金属的工序；使所述熔融金属处于加压状态的工序；和使所述加压下的熔融金属与所述负压或常压下的多孔烧结体迅速接触，并且在加压状态时在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，在所述加压下冷却浸渍所述熔融金属的所述多孔烧结体。
25.如权利要求24所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，在负压或常压下，使非接触状态下加热处理的多孔烧结体与熔融金属同时处于加压状态然后迅速接触，在所述多孔烧结体中浸渍所述金属。
26.如权利要求11所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括把所述多孔烧结体和所述金属分别配置在利用多孔质过滤器在分隔为两室的同一容器的上下室中，密封所述容器，使各室处于负压或常压状态的工序；使上下两室在负压或常压下加热至预定温度，使所述金属熔融的工序；仅使所述上室处于加压状态的工序；和通过所述多孔质过滤器把所述加压下的上室的熔融金属向下室浸透，与负压或常压下的所述多孔烧结体迅速接触后，使下室处于加压状态，在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，在所述加压状态下冷却浸渍所述下室的所述熔融金属的所述多孔烧结体。
27.如权利要求11所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括把所述多孔烧结体和所述金属分别配置在利用多孔质过滤器在分隔为两室的同一容器的上下室中，使各室处于负压或常压状态的工序；使上下两室在负压或常压下加热至预定温度，使所述金属熔融的工序；使所述上下两室处于加压状态的工序；和使所述加压下的上室压力高于下室压力，通过所述多孔质过滤器使熔融金属向下室浸透，在与所述多孔烧结体迅速地接触后，在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，也可以在所述加压状态下冷却浸渍所述下室的所述熔融金属的所述多孔烧结体。
28.如权利要求24-27中任一项所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，在作为基本材料的多孔烧结体上对至少包含铜的金属进行浸渍处理时，在通过从上下两方的冲压处理进行加压状态工序的同时，还能够通过从下室周边的间接冷却处理进行冷却工序。
29.一种用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，包括浸渍工序，使作为基本材料的多孔烧结体与至少包含铜的金属在负压或常压下接触，经过加热处理熔融所述金属，然后，在加压状态下迅速地在所述多孔烧结体中浸渍所述金属；和冷却工序，冷却至少浸渍所述金属的所述多孔烧结体。
30.如权利要求29所述的用于半导体散热器的复合材料的制造方法，其特征在于，所述浸渍工序包括在互相接触的状态下使所述多孔烧结体和所述金属处于负压或常压状态的工序；把所述多孔烧结体和所述金属在负压或常压下加热至预定温度，熔融所述金属的工序；使所述熔融金属处于加压状态的工序；和使所述加压下的熔融金属与所述负压或常压下的多孔烧结体迅速接触，并且在加压状态时在加压下的所述多孔烧结体中浸渍所述熔融金属的工序；在所述冷却工序中，在所述加压下冷却浸渍所述熔融金属的所述多孔烧结体。
全文摘要
在实际的电子部件(包括半导体器件)等中获得寻求热膨胀率与热传导率平衡的适当特性。其方法为:使高压容器处于初始状态(S1),在第一室处于下方位置后,把铜或铜合金放入第一室,把SiC设置在第二室(S2)。随后,在密封高压容器后,通过排气管进行高压容器内的抽真空(S3)。接着,使热丝通电,加热熔解第一室的铜或铜合金(S4)。在第一室内的熔融铜达到预定温度阶段,180度地旋转高压容器(S5),SiC处于在熔融铜中的被浸渍状态(S6)。然后,通过气体导入管向高压容器内导入浸渍气体,通过使该高压容器加压,把熔融铜浸渍在SiC中。随后,在使高压容器旋转180度后(S7),在通过气体导出管对高压容器内的浸渍气体排气的同时,通过气体导入管把冷却气体向高压容器内导入(S8)。
文档编号C04B41/51GK1201256SQ98107040
公开日1998年12月9日 申请日期1998年2月14日 优先权日1997年2月14日
发明者石川修平, 三井任 申请人:日本碍子株式会社