JPH0945815A - 半導体用パッケージ、該パッケージ用板状部材及びその製造方法 - Google Patents

半導体用パッケージ、該パッケージ用板状部材及びその製造方法

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JPH0945815A
JPH0945815A JP7198302A JP19830295A JPH0945815A JP H0945815 A JPH0945815 A JP H0945815A JP 7198302 A JP7198302 A JP 7198302A JP 19830295 A JP19830295 A JP 19830295A JP H0945815 A JPH0945815 A JP H0945815A
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tungsten
alloy
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JP7198302A
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Akinori Kobayashi
晄▲徳▼ 小林
Akira Fukui
彰 福井
Koichi Takashima
浩一 高島
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱工程時の反りを抑制し、セラミック部材
等との接合に支障のないＣｕ−Ｗ及び／又はＭｏ合金の
半導体パッケージ用板状部材、及びこの板状部材を用い
た半導体用パッケジを提供する。 【解決手段】 厚み方向の上半分と下半分のアルカリ土
類金属含有量の差が１０ｐｐｍ以下、又はＷ及びＭｏ当
たりのアルカリ土類金属含有量が５ｐｐｍ以下である、
Ｃｕ−Ｗ及び／又はＭｏ合金の半導体パッケージ用板状
部材。この板状部材は、Ｗ又はＭｏ原料粉末中のアルカ
リ土類金属含有量を減らすか、又はＣｕ溶浸時に耐火プ
レート３上にスケルトン１を立て行うなど製造時に均一
な加熱と冷却を施し、アルカリ土類金属の偏在を防ぐこ
とにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用パッケー
ジに用いる銅−タングステン及び／又はモリブデン合金
からなる板状部材とその製造方法、及びその板状部材を
用いた半導体用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路や高周波・高出力トランジスタ
の高集積化・高出力化により消費電力は年を追って増大
しており、これに伴い用いられる半導体のサイズと発熱
量も益々大きくなってきている。又、このような状況に
伴い、半導体を収納するパッケージが大きくなると共
に、放熱性の良い半導体搭載用基板や放熱板等のパッケ
ージ用部材が要求されてきている。
【０００３】このような半導体パッケージ用部材とし
て、従来は、特開昭５９−２１０３２号公報や特開昭５
９−４６０５０号公報に記載のように、基板に放熱性の
良い銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金又は銅
−タングステン−モリブデン合金を用いて放熱性を高
め、同時にセラミックス部材や半導体チップと熱膨張率
を整合させることにより信頼性の高いパッケージを得よ
うとしてきた。
【０００４】これらの銅−タングステン及び／又はモリ
ブデン合金は、タングステン粉末及び／又はモリブデン
粉末に必要に応じて銅粉末を加えて焼結し、得られたス
ケルトンに銅を溶浸する溶浸法によるか、銅粉末とタン
グステン粉末及び／又はモリブデン粉末との成形体を焼
結する焼結法によって製造される。尚、巣などの組織上
の欠陥を低減するために、鉄族金属が溶浸法では０.０
２〜２重量％、焼結法では８重量％以内で添加されるこ
とがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、上記の銅−タ
ングステン及び／又はモリブデン合金からなる板状部材
を半導体用パッケージに組み込む場合、相手材となるセ
ラミック部材と接合するためにろう付けが行われる。こ
のろう付けに先立ち、ろう付け性・耐食性を向上させる
こと等を目的とし、また後工程で施されることのある金
メッキなどの下地として、電解ニッケル及び／又は無電
解ニッケル燐、無電解ニッケル硼素等のニッケルメッキ
が施される。
【０００６】このニッケルメッキの前処理として、表面
の活性化を目的とし及び／又はメッキ後の密着性の向上
やろう流れ性の調整を目的として、非酸化性もしくは還
元性の雰囲気中において前記部材を一般的な温度条件と
して７８０〜９００℃に加熱することが行われている。
ところが、この加熱処理によって、銅−タングステン及
び／又はモリブデン合金の板状部材に反りが生じるとい
う問題があった。
【０００７】この銅−タングステン及び／又はモリブデ
ン合金の板状部材の反りは、セラミック部材との接合
面、即ちろう層に隙間を生じさせ、パッケージの気密性
を損なわせる。従来は直径又は対角線の長さが１５ｍｍ
程度であった銅−タングステン及び／又はモリブデン合
金板状部材が、パッケージの大サイズ化により３０ｍ
ｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍと大きくなるにつれ
て反りの大きさも益々大きくなり、セラミック部材との
ろう付けによる組立てにおいて重大な障害となってきて
いる。
【０００８】又、パッケージメーカーの歩留り向上やろ
う材の節減などのコスト低減要求より、これまでのよう
な小さなサイズの銅−タングステン及び／又はモリブデ
ン合金の板状部材においても、従来よりも更に反りを小
さくしたものの要求が高まってきている。
【０００９】この組立前の銅−タングステン及び／又は
モリブデン合金の反りを防止するためには、型押性を向
上させるための有機化合物の潤滑剤を均一に且つ充分に
除去し、合金中に炭素を残留・偏析させないこと、及び
型押密度分布を均一にすることなどが重要である。しか
しながら、充分に炭素を除去し且つ型押体の密度分布を
均一にしたとしても、メッキ工程の加熱による反りの発
生を完全には防止することができなかった。
【００１０】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、加熱
工程における反りのような変形を抑制し、セラミック部
材等との接合に支障のない、銅−タングステン及び／又
はモリブデン合金からなる板状部材を提供すること、及
びこの板状部材を用いた信頼性の高い半導体用パッケー
ジを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らは反りの原因を究明するため、反りの生
じた銅−タングステン及び／又はモリブデン合金の板材
を詳細に解析した結果、合金の厚み方向にカルシウムに
代表されるアルカリ土類金属の濃度勾配が存在し、驚く
べきことにこの勾配が大きいほど合金の反りも大きくな
ることを見い出した。
【００１２】その濃度勾配を精密に測定することは困難
なので、本発明では板状部材の厚み方向で二分し、上半
分と下半分のアルカリ土類金属含有量を測定して両者の
含有量の差を求めた。尚、金属含有量の測定はＩＣＰ法
により行った。その結果、上記アルカリ土類金属の含有
量の差が２ｐｐｍ未満では反りの発生は極度に小さく、
２ｐｐｍを越えると反りが発生しだして５ｐｐｍを越え
ると反りが大きくなり、１０ｐｐｍを越えると反りが甚
だしくなることを見い出し、本発明に至ったものであ
る。
【００１３】即ち、本発明が提供する銅−タングステン
合金、銅−モリブデン合金、又は銅−タングステン−モ
リブデン合金を主成分とする半導体用パッケージに用い
る板状部材は、該板状部材の厚み方向の上半分と下半分
のアルカリ土類金属含有量の差が１０ｐｐｍ以下、好ま
しくは５ｐｐｍ以下、更に好ましくは２ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする。
【００１４】アルカリ土類金属が反りを発生させるメカ
ニズムは明らかではないが、アルカリ土類金属が合金中
に存在するタングステン及び／又はモリブデンのスケル
トンの焼結の進行による収縮を阻害するためではないか
と考えられる。即ち、メッキ工程における加熱時にアル
カリ土類金属の多く含まれる側の面の収縮が抑えられ、
逆にアルカリ土類金属の少ない側の面の収縮が進行する
ことにより、アルカリ土類金属の少ない側の面が凹状に
なるように反りを生じるものと考えられる。
【００１５】又、アルカリ土類金属が反りの発生に影響
することから、反りを抑制するもう一つの考え方とし
て、アルカリ土類金属の絶対量を減少させることも有効
と考えられる。この考えに基づいて研究を行った結果、
タングステン及びモリブデン成分当たりアルカリ土類金
属の含有量を５ｐｐｍ以下とすることにより、必然的に
板状部材の上半分と下半分の濃度差も小さくなり、反り
の大きさが大幅に低減し、３ｐｐｍ以下であれば反りは
著しく小さくなり、更に１ｐｐｍ以下の高純度とすると
無視できるほどの小さい反りにし得ることが分かった。
【００１６】即ち、本発明のが提供する銅−タングステ
ン及び／又はモリブデン合金の板状部材の他のものは、
タングステン及びモリブデン成分当たりのアルカリ土類
金属含有量が５ｐｐｍ以下、好ましくは３ｐｐｍ以下、
更に好ましくは１ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】通常、タングステン粉末やモリブデン粉末
は、アルカリ土類金属のなかでも代表的なカルシウムを
不純物として含有しやすく、特殊で高価な高純度仕様品
は別として、本発明に用いられるような一般的な粉末の
カルシウム純度規格はタングステン粉末の場合は２０ｐ
ｐｍ以下であり、実際には１０ｐｐｍ前後、モリブデン
粉末の場合は４０ｐｐｍ以下で実際には１０ｐｐｍ前後
と多量に含まれる。しかるに、高純度仕様品は高価であ
るが、カルシウム等のアルカリ土類金属に限定した高純
度仕様品はさほど高価にはならず、その使用は本発明の
経済性を損なうものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】従来の銅−タングステン及び／又
はモリブデン合金の製造においては、銅の溶浸あるいは
焼結の際に、スケルトンや成形体は耐火プレートと面接
触するように寝かして加熱冷却される。しかし、この方
法では、冷却され難い耐火プレートに接している側の面
が雰囲気ガスに触れている反対側の面よりも冷却が遅く
なるため、溶触している銅又は銅合金の凝固が遅れ、そ
の結果不純物濃度が耐火プレートに接している側の面で
高くなるために濃度勾配が生じる。
【００１９】従って、本発明においては、スケルトンや
成形体の両面の冷却速度をできるだけ近づけるために、
耐火プレート上にスケルトンや成形体を立てるか、又は
耐火プレートと面接触しないようにスケルトンや成形体
を斜めに載置した状態で、銅の溶浸又は成形体の焼結を
行う。
【００２０】具体的には、溶浸法では、耐火プレート上
に立て又は斜めに載置したスケルトンの両側に銅板を置
いてセラミックの棒等で挟み、水素雰囲気炉中で加熱す
ることにより溶浸する。その結果、通常なら上半分と下
半分のアルカリ土類金属含有量の差が１２ｐｐｍとなる
べきものが２ｐｐｍに激減し、メッキ工程での加熱処理
による反りを極めて小さくすることできた。又、焼結法
による場合も、成形体を同様の状態に保持して焼結する
ことにより、アルカリ土類金属含有量の差が小さくな
り、反りを小さくすることができた。
【００２１】又、通常のごとく溶浸を終えた銅−タング
ステン及び／又はモリブデン合金の板状部材を、耐火プ
レート上に立て又は面接触しないように斜めに載置した
状態で、再度合金中の銅又は銅合金の融点以上に加熱し
た後冷却することにより、部材の上半分と下半分のアル
カリ土類金属不純物の差を小さくすることができる。同
様に、通常の焼結を終えた板状部材についても、耐火プ
レート上に同様に立て又は載置して、再度合金中の銅ま
たは銅合金の融点以上に加熱した後冷却することによ
り、部材の上半分と下半分のアルカリ土類金属不純物の
差を小さくすることができる。
【００２２】更に、通常の溶浸を終えた銅−タングステ
ン及び／又はモリブデン合金の板状部材を、合金中の銅
又は銅合金の融点未満の温度で且つできるだけ高温で長
時間加熱した後冷却することにより、アルカリ土類金属
を拡散させて分布の均一化を図ることもできる。同様
に、通常の焼結を終えた板状部材を、、同様に合金中の
銅又は銅合金の融点未満の温度で且つできるだけ高温で
長時間加熱した後冷却することにより、アルカリ土類金
属を拡散させ、不純物の均一化を図ることができる。こ
の銅又は銅合金の融点未満の温度での熱処理では、板状
部材の置き方は問題にならない。
【００２３】この熱処理は、溶浸温度から溶融金属の凝
固点以下に降温して連続加熱を行っても、一旦常温に冷
却してからの再加熱でも効果は同じである。又、加熱温
度は、カルシウム等のアルカリ土類金属不純物の拡散を
速やかに起こすべく、銅又は銅合金の融点未満で且つそ
の融点下から２００℃以内の高温である必要があり、更
にその融点下から１００℃以内であれば短時間の加熱で
済み、５０℃以内であれば一層望ましい。
【００２４】尚、溶浸法においてスケルトンを製作する
際に、プレス前に予め銅粉末を加えておく所謂予配合を
行う場合でも、本発明の効果は同様に発揮されることは
勿論である。又、他の手段として、溶浸や焼結の際にア
ルミナ粉末に埋め込んで冷却速度を均一化したり、溶浸
や焼結の後に急速に冷却することによりカルシウムの偏
析を防いだり、溶浸の際に過剰の銅を加えてカルシウム
を余剰の銅に吸収させる等の方法も可能である。更に、
巣などの組織上の欠陥を低減するために、従来から行わ
れているように鉄族金属を溶浸法では０.０２〜２重量
％、焼結法では８重量％以内で添加し得ることは勿論で
ある。
【００２５】
【実施例】実施例１ タングステン、モリブデン、銅、ニッケル、コバルト、
鉄から選んだ各粉末を混合して型押成形し、潤滑剤を除
去後、水素雰囲気中で１０００〜１３００℃に加熱して
スケルトンを得た。ここで用いたタングステン粉末中の
カルシウム含有量は９ｐｐｍであり、モリブデン粉末中
のカルシウム含有量は１０ｐｐｍであった。尚、これら
の金属の定量はＩＰＣ法により行った。
【００２６】従来法に従って、図１に示すように、スケ
ルトン１を寝かせた銅版２を耐火プレート３に載せ、水
素雰囲気中で１２００℃に加熱することにより、銅板２
を溶融してスケルトン１の空孔内に銅を溶浸させ、表１
に示す組成であって表２に示す寸法よりやや大きめのＣ
ｕ−Ｗ／Ｍｏ合金を得た。各合金の上下面及び外周を研
削し、表２に示す寸法の板状部材とした。
【００２７】又、本発明法に従って、図２に示すよう
に、スケルトン１を耐火プレート３上に立てて両側を銅
板２で挟み、更にアルミナ棒４で支えた状態で、水素雰
囲気中で１２００℃に加熱することにより、銅板２を溶
融してスケルトン１の空孔内に銅を溶浸し、表１に示す
組成であって表２に示す寸法よりやや大きめのＣｕ−Ｗ
／Ｍｏ合金を得た。各合金の上下面及び外周を研削し、
表２に示す寸法の板状部材とした。
【００２８】
【表１】合金組成 IW−10 IW−20 IW−30 IM−10 IM−20 IWM−10 Ｗ 89.5 79.0 70.0 − − 64.98 Ｍｏ − − − 88.0 79.5 25.00 Ｃｕ 10.0 20.0 30.0 10.0 20.0 10.00 Ｎｉ 0.5 − − − − 0.02 Ｃｏ − 1.0 − 2.0 0.2 − Ｆｅ − − − − 0.3 − （注）単位は重量％である。
【００２９】
【表２】板状部材寸法（縦×横×厚さｍｍ） ａ：15×15×1.5（21.2） ｇ：45×45×1.5（63.6） ｂ：20×20×1.5（28.3） ｈ：50×00×1.5（70.7） ｃ：25×25×1.5（35.4） ｉ：55×55×1.5（77.8） ｄ：30×30×1.5（42.4） ｊ：60×60×1.5（84.9） ｅ：35×35×1.5（49.5） ｋ：65×65×1.5（91.9） ｆ：40×40×1.5（56.6） ｌ：70×70×1.5（99.0） （注）表中の（）内は対角線長である。
【００３０】これらの各板状部材を、メッキ工程での加
熱処理での反りの評価のためのモデル条件として、水素
雰囲気中で８５０℃に加熱した後常温に冷却する処理を
１サイクルとし、合計５サイクルの熱処理を施した後の
反りの大きさを測定して表３に示した。尚、反りの測定
は試料を水平定盤上に凸状に反った面を上にした状態で
セットし、その表面上で対角線方向に定盤面との高さの
差を確認し、最大値と最小値の差を反りの大きさとし
た。又、各板状部材について、その厚み方向の上半分と
下半分のＣａ含有量をＩＰＣ法により測定し、Ｃａ含有
量の差を求め、表３に併せて示した。
【００３１】
【表３】 従 来 法（図１） 本 発 明 法（図２） 合金組成 寸法 Ca量差(ppm) 反り(μm) Ca量差(ppm) 反り(μm) IW−10 ａ 15 38 3 10 IW−10 ｂ 14 44 2 12 IW−10 ｃ 13 47 3 16 IW−10 ｄ 14 56 2 21 IW−10 ｅ 15 68 3 22 IW−10 ｆ 12 73 2 25 IW−10 ｇ 14 94 2 29 IW−10 ｈ 13 101 1 31 IW−10 ｉ 13 116 2 34 IW−10 ｊ 13 122 2 39 IW−10 ｋ 11 134 1 42 IW−10 ｌ 12 139 0 45 IW−20 ｄ 17 57 3 17 IW−30 ｈ 15 113 2 32 IM−10 ｈ 15 121 3 35 IM−20 ｈ 14 114 1 31 IWM−10 ｈ 18 125 3 37 （注）反りはｎ＝２０の平均値、Ｃａ量測定は各１試料について行った。
【００３２】表３の結果から分かるように、本発明によ
りＣａ含有量の偏在が小さくなり、板状部材の反りが大
幅に軽減できた。又、本発明によれば、反りの大きさ
が、対角線長が４０ｍｍを越えるｄのサイズ以上では従
来品で５０μｍを越えていたものが２０μｍ台に半減
し、７０ｍｍを越えるｈのサイズ以上では１００μｍを
越えていたものが３分の１以下の反り量にまで低減する
ことができた。
【００３３】実施例２ タングステン、モリブデン、銅、ニッケル、コバルト、
鉄から選んだ各粉末を混合し、型押成形して成形体を得
た後、潤滑剤を除去した。ここで用いたタングステン粉
末中のカルシウム含有量は９ｐｐｍであり、モリブデン
粉末中のカルシウム含有量は１０ｐｐｍであった。
【００３４】従来法として、図３に示すように、成形体
５を耐火プレート３に面接触となるように寝かせて載
せ、水素雰囲気中で１４００℃に加熱することにより、
成形体中の銅粉末を溶融して液相焼結を行わせしめ、表
４に示す組成であって表２に示す寸法ｉよりやや大きめ
のＣｕ−Ｗ／Ｍｏ合金を得た。各合金の上下面及び外周
を研削し、表２に示す寸法ｉの板状部材とした。
【００３５】又、本発明法として、図４に示すように、
成形体５を耐火プレート３上に立てて両側をアルミナ棒
４で支え、水素雰囲気中で１４００℃に加熱することに
より、成形体中の銅粉末を溶融して液相焼結を行わし
め、表４に示す組成であって表２に示す寸法ｉよりやや
大きめのＣｕ−Ｗ／Ｍｏ合金を得た。各合金の上下面及
び外周を研削し、表２に示す寸法ｉの板状部材とした。
【００３６】
【表４】合金組成 SW−10 SW−20 SW−30 SM−10 SM−20 SWM−10 Ｗ 89.5 79.0 70.0 − − 64.98 Ｍｏ − − − 88.0 79.5 25.00 Ｃｕ 10.0 20.0 30.0 10.0 20.0 10.00 Ｎｉ 0.5 − − − − 0.02 Ｃｏ − 1.0 − 2.0 0.2 − Ｆｅ − − − − 0.3 − （注）単位は重量％である。
【００３７】各板状部材（寸法ｉ：５０×５０×１.５
ｍｍ）を、メッキ工程での加熱処理での反りの評価のた
めのモデル条件として、水素雰囲気中で８５０℃に加熱
した後常温に冷却する処理を１サイクルとし、合計５サ
イクルの熱処理を施して反りの大きさを測定した。又、
実施例１と同様に板状部材の上半分と下半分のＣａ含有
量の差を求めた。その結果、表５に示すように、本発明
によりＣａ含有量の偏在がなくなり、板状部材の反りを
大幅に軽減することができた。
【００３８】
【表５】 従 来 法（図３） 本 発 明 法（図４） 合金組成 寸法 Ca量差(ppm) 反り(μm) Ca量差(ppm) 反り(μm) SW−10 ｉ 14 124 3 36 SW−20 ｉ 12 116 2 31 SW−30 ｉ 11 105 2 32 SM−10 ｉ 15 125 3 33 SM−20 ｉ 14 123 1 15 SWM−10 ｉ 13 121 3 35 （注）反りはｎ＝２０の平均値、Ｃａ量測定は各１試料について行った。
【００３９】実施例３ タングステン、銅、ニッケルから選んだ各粉末を混合し
て型押成形し、潤滑剤を除去後、水素雰囲気中で１２５
０℃に加熱してスケルトンを得た。ここで用いたタング
ステン粉末中のカルシウム含有量は９ｐｐｍであった。
【００４０】従来法により実施例１と同様に、図１に示
すように、スケルトン１を寝かせて置いた銅版２を耐火
プレート３に載せ、水素雰囲気中で１２００℃に加熱す
ることにより、銅板２を溶融してスケルトン１の空孔内
に銅を溶浸し、表１のＩＷ−１０の組成であって且つ表
２に示す寸法ｈよりやや大きめのＣｕ−Ｗ合金を得た。
その合金の上下面及び外周を研削し、表２の寸法ｈの板
状部材とした。
【００４１】本発明の試料として、上記のごとく従来法
に従ってスケルトンに銅を溶浸させ、表１のＩＷ−１０
の組成であって且つ表２に示す寸法ｈよりやや大きめの
Ｃｕ−Ｗ合金の溶浸体を得た。更に、図５に示すよう
に、その溶浸体６を耐火プレート３上に立てて両側をア
ルミナ棒４で挟んで支え、水素雰囲気中で１１５０℃に
加熱することにより、銅を主とする成分を再度溶融し凝
固させた。得られた合金の上下面及び外周を研削し、同
じく表２の寸法ｈの板状部材とした。
【００４２】これらの板状部材を、メッキ工程での加熱
処理での反りの評価のためのモデル条件として、水素雰
囲気中で８５０℃に加熱した後常温に冷却する処理を１
サイクルとし、合計５サイクルの熱処理を施して反りの
大きさを測定した。その結果、表６に示すように、本発
明法によりＣａ含有量の差が小さくなり、板状部材の反
りが大幅に軽減できた。
【００４３】
【表６】 従 来 法（図１） 本 発 明 法（図５） 合金組成 寸法 Ca量差(ppm) 反り(μm) Ca量差(ppm) 反り(μm) IW−10 ｈ 12 98 3 35 （注）反りはｎ＝２０の平均値、Ｃａ量測定は各１試料について行った。
【００４４】実施例４ タングステン、銅、ニッケルから選んだ各粉末を混合し
て型押成形し、潤滑剤を除去後、水素雰囲気中で１２０
０℃に加熱してスケルトンを得た。ここで用いたタング
ステン粉末中のカルシウム含有量は９ｐｐｍであった。
【００４５】従来法の試料として、図１に示すように、
銅板２の上に寝かせたスケルトン１を耐火プレート３に
載せ、水素雰囲気中で１２５０℃に加熱することによ
り、銅板２を溶融してスケルトン１の空孔内に銅を溶浸
させ、表１のＩＷ−１０の組成であって且つ表２に示す
寸法ｈよりやや大きめのＣｕ−Ｗ合金を得た。その合金
の上下面及び外周を研削し、表２の寸法ｈの板状部材と
した。
【００４６】本発明の試料及び比較例の試料として、図
１に示す従来法で上記と同様にしてスケルトンに銅を溶
浸させ、表１のＩＷ−１０の組成で且つ表２に示す寸法
ｈよりやや大きめの溶浸体を得た。次に、その溶浸体を
図１と同様に耐火プレートの上に寝かせて面接触するよ
うに載せ、再度水素雰囲気中にて８３３〜１１００℃に
て加熱処理した。得られた各Ｃｕ−Ｗ合金の上下面及び
外周を研削し、表２の寸法ｈの板状部材とした。
【００４７】これらの板状部材を、メッキ工程での加熱
処理での反りの評価のためのモデル条件として、水素雰
囲気中で８５０℃に加熱した後常温に冷却する処理を１
サイクルとし、合計５サイクルの熱処理を施した後、反
りの大きさを測定して表に示した。。又、板状部材の上
半分と下半分のＣａ含有量の差を実施例１と同様に求
め、表７に併せて示した。
【００４８】
【表７】試 料 寸法 再加熱温度(℃) Ca量差(ppm) 反り(μm) 従来例 ｈ 再加熱なし 12 121 比較例 ｈ 833（−250） 12 120 本発明 ｈ 883（−200） 10 85 本発明 ｈ 933（−150） 9 78 本発明 ｈ 983（−100） 7 47 本発明 ｈ 1033（ −50） 4 36 本発明 ｈ 1050（ −33） 2 29 比較例 ｈ 1100（融点超） 12 118 （注）表中の（）内は合金の融点との温度差である。
【００４９】表７の結果から分かるように、本発明によ
り、従来例で反りが１００μｍを越えていたものが、融
点下２００℃以内の再加熱処理で１００μｍ以下の反り
となり、１００℃以内で５０μｍ以下、５０℃以内で４
０μｍ以下、顕著な反りの低減が認められた。融点から
２００℃を越えて下回る低温での加熱は反りの低減に効
果が認められず、耐火プレートに寝かせた状態で融点以
上に加熱しても効果が認められないことが分かる。
【００５０】実施例５ タングステン、銅、コバルトの各粉末を混合し、型押成
形して成形体とし、その後潤滑剤を除去した。ここで用
いたタングステン粉末中のカルシウム含有量は９ｐｐｍ
であった。
【００５１】従来法として図３に示すように、成形体５
を耐火プレート３に寝かせて載せ、水素雰囲気中で１３
５０℃に加熱することにより、成形体５中の銅粉末を溶
融して液相焼結を行わしめ、表４に示すＳＷ−２０の組
成で且つ表２に示す寸法ｈよりやや大きめのＣｕ−Ｗ合
金の焼結体を得た。その合金の上下面及び外周を研削
し、表２に示す寸法ｈの板状部材とした。
【００５２】本発明の試料として、図３に示す従来法で
上記のごとく製造したＣｕ−Ｗ合金の焼結体７を、図６
に示すように、耐火プレート３上に立てて両側をアルミ
ナ棒４で挟んで支え、再度水素雰囲気中で１２００℃に
加熱することにより銅を主とする成分を再度溶触し凝固
させた。得られた焼結体の上下面及び外周を研削し、表
２に示す寸法ｈの板状部材とした。
【００５３】これらの板状部材を、メッキ工程での加熱
処理での反りの評価のためのモデル条件として、水素雰
囲気中で８５０℃に加熱した後常温に冷却する処理を１
サイクルとし、合計５サイクルの熱処理を施した後の反
りの大きさを測定した。その結果、表８に示すように、
本発明では板状部材の反りを大幅に軽減することができ
た。
【００５４】
【表８】試 料 寸法 Ca量差(ppm) 反り(μm) 従来例 ｈ 12 100 本発明 ｈ 2 27
【００５５】実施例６ タングステン、銅、コバルトの各粉末を混合し、型押成
形して成形体を得た後、潤滑剤を除去した。ここで用い
たタングステン粉末中のカルシウム含有量は９ｐｐｍで
あった。
【００５６】従来法として、図３に示すように成形体５
を耐火プレート３に寝かせて載せ、水素雰囲気中で１３
５０℃に加熱することにより、成形体中の銅粉末を溶融
して液相焼結を行わしめ、表４に示すＳＷ−２０の組成
で且つ表２に示す寸法ｈよりやや大きめのＣｕ−Ｗ合金
の焼結体を得た。その焼結体の上下面及び外周を研削
し、表２に示す寸法ｈの板状部材とした。
【００５７】本発明の試料および比較の試料として、上
記のごとく図３に示す従来法により同様にＣｕ−Ｗ合金
の焼結体を製造した後、その焼結体を耐火プレートの上
に寝かせて載せ、再度水素雰囲気中にて８３３〜１１０
０℃にて加熱した。得られた各合金の上下面及び外周を
研削し、表２の寸法ｈの板状部材とした。
【００５８】これらの各板状部材を、メッキ工程での加
熱処理での反りの評価のためのモデル条件として、水素
雰囲気中で８５０℃に加熱した後常温に冷却する処理を
１サイクルとし、合計５サイクルの熱処理を施して反り
の大きさを測定し、表９に示した。又、Ｃａ含有量の差
を実施例１と同様に測定し、表９に示した。
【００５９】
【表９】試 料 寸法 再加熱温度(℃) Ca量差(ppm) 反り(μm) 従来例 ｈ 再加熱なし 11 119 比較例 ｈ 833（−250） 11 117 本発明 ｈ 883（−200） 9 82 本発明 ｈ 933（−150） 8 76 本発明 ｈ 983（−100） 7 47 本発明 ｈ 1033（ −50） 3 34 本発明 ｈ 1050（ −33） 2 28 比較例 ｈ 1100（融点超） 12 121 （注）表中の（）内は合金の融点との温度差である。
【００６０】表９に示す結果から分かるように、本発明
によれば、従来例で反りが１００μｍを越えていたもの
が、融点下２００℃以内で１００μｍ以下の反りとな
り、１００℃以内では５０μｍ以下、更に５０℃以内な
ら４０μｍ以下となって、顕著な反りの低減が認められ
た。又、融点から２００℃を越えて下回る低温での加熱
では反りの低減に効果が認められず、耐火プレートに寝
かせた状態で融点以上に加熱しても効果が認められない
ことが分かる。
【００６１】実施例７ タングステン、銅、ニッケルから選んだ各粉末を混合
し、型押成形して成形体とした後、潤滑剤を除去し、水
素雰囲気中で１２５０℃に加熱してスケルトンを得た。
ここで各試料ごとに、タングステン粉末としてカルシウ
ム含有量の異なる粉末を使用した。
【００６２】図１に示すように、銅板２の上に寝かせた
スケルトン１を耐火プレート３に載せ、水素雰囲気中で
１２００℃に加熱することにより、銅板２を溶融してス
ケルトン１の空孔内に銅を溶浸し、表１のＩＷ−１０の
組成で且つ表２に示す寸法ｄよりやや大きめのＣｕ−Ｗ
合金を得た。各合金の上下面及び外周を研削し、表２の
寸法ｄの板状部材とした。
【００６３】カルシウム含有量の異なるタングステン粉
末を用いることによって、板状部材の上半分と下半分の
カルシウム含有量の差、及びカルシウム含有量による板
状部材の反りの変化を調べ、結果を表１０に示した。カ
ルシウム含有量及び反りの測定方法は実施例１と同様で
ある。
【００６４】
【表１０】 W粉末中Ca量 合金中Ca量差 合金中W当たり 反り (ppm) 寸法 (ppm) Ca量(ppm) (μm) 6 ｄ 13 6 130 5 ｄ 10 5 95 4 ｄ 7 4 49 3 ｄ 5 3 38 2 ｄ 4 2 30 1 ｄ 2 1 18 1以下 ｄ 1 1以下 11
【００６５】表１０の結果より、タングステン粉中のカ
ルシウム量が５ｐｐｍ以下であれば、板状部材中の厚み
方向の上半分と下半分のカルシウム量の差は１０ｐｐｍ
以下となり、板状部材中のタングステン当りのカルシウ
ム平均含有量も５ｐｐｍ以下となる結果、反りが小さく
なることが分かる。
【００６６】又、タングステン粉中のカルシウム量が３
ｐｐｍ以下であれば板状部材中の厚み方向の上半分と下
半分のカルシウム量の差は５ｐｐｍ以下となり、板状部
材中のタングステン当りの平均のカルシウム含有量も３
ｐｐｍ以下となって、反りの大きさが大幅に小さくなる
ことが分かる。更に、タングステン粉中のカルシウム量
が１ｐｐｍ以下であれば、カルシウム量の差は２ｐｐｍ
以下、タングステン当りのカルシウム含有量も１ｐｐｍ
以下となって、反りが極めて大幅に小さくなることが分
かる。
【００６７】実施例８ タングステンと銅の各粉末を混合し、型押成形して成形
体とし、潤滑剤を除去後、図３に示すように、成形体５
を耐火プレート３に寝かせて載せ、水素雰囲気中で１３
００℃に加熱することにより、成形体中の銅粉末を溶融
して液相焼結を行わしめ、表４のＳＷ−３０の組成で且
つ表２に示す寸法ｄよりやや大きめのＣｕ−Ｗ合金の焼
結体を得た。その焼結体の上下面及び外周を研削し、表
２の寸法ｄの板状部材とした。
【００６８】カルシウム含有量の異なるタングステン粉
末を用いることによって、表１１に示すように、板状部
材の上半分と下半分のカルシウム含有量の差、カルシウ
ム含有量による反りの変化を調べ、結果を表１１に示し
た。尚、カルシウム含有量の測定及び反りの測定方法は
実施例１と同様に行った。
【００６９】
【表１１】 W粉末中Ca量 合金中Ca量差 合金中W当たり 反り (ppm) 寸法 (ppm) Ca量(ppm) (μm) 6 ｄ 14 6 136 5 ｄ 9 5 98 4 ｄ 8 4 74 3 ｄ 5 3 55 2 ｄ 4 2 34 1 ｄ 2 1 27 1以下 ｄ 1 1以下 17
【００７０】表１１の結果より、タングステン粉中のカ
ルシウム量が５ｐｐｍ以下であれば、板状部材中の上半
分と下半分のカルシウム量の差は１０ｐｐｍ以下とな
り、タングステン当りのカルシウム含有量も５ｐｐｍ以
下となって、板状部材の反りが小さくなることが分か
る。
【００７１】又、タングステン粉中のカルシウム量が３
ｐｐｍ以下であれば、同じく板状部材のカルシウム量の
差は５ｐｐｍ以下、タングステン当りのカルシウム含有
量も２ｐｐｍ以下となり、反りの量が格段に小さくなる
ことが分かる。更に、タングステン粉中のカルシウム量
が１ｐｐｍ以下であれば、同じく板状部材のカルシウム
量の差は２ｐｐｍ以下、タングステン当りのカルシウム
含有量も１ｐｐｍ以下となって、反りの量が更に格段に
小さくなることが分かる。
【００７２】尚、上記の各実施例では、本発明の方法と
してスケルトン、成形体、溶浸体、又は焼結体を耐火プ
レート上に立てて処理する場合を示したが、図７に示す
ようにスケルトン１を耐火プレート３の上に面接触とな
らないように斜めに載置し、銅板３を斜めのスケルトン
１の上又は下に重ねた状態で処理しても、上記各実施例
と同様の結果が得られた。成形体、溶浸体、及び焼結体
の場合についても同様である。
【００７３】実施例９ 図８及び図９は本発明の板状部材を用いた半導体ＩＣ用
のセラミックパッケージの例である。８は本発明の銅−
タングステン合金、銅−モリブデン合金又は銅−タング
ステン−モリブデン合金からなる板状部材、９は積層回
路を形成しているセラミック製の外囲器材、１０は半導
体ＩＣチップ、１１は接続用のピンを示している。
【００７４】上記の事例は本発明の板状部材をセラミッ
ク外囲器を用いたセラミックパッケージに適用した事例
であるが、この他のメタルパッケージ等のパッケージに
ついても、本発明の銅−タングステン合金、銅−モリブ
デン合金又は銅−タングステン−モリブデン合金からな
る板状部材を適用できることは言うまでもない。
【００７５】これら各種パッケージへの適用について検
討した結果、本発明の板状部材へのメッキ工程等での加
熱による反りが著しく低減し、歩留りが格段に向上し
た。特に対角線又は直径の長さが４０ｍｍ以上のサイズ
の場合に、その効果が顕著であった。これによって、従
来からの懸案であった反りの問題が殆どなくなり、パッ
ケージの気密性を改善向上させ、より高い信頼性の各種
パッケージが得られることが判った。
【００７６】
【発明の効果】本発明によれば、銅−タングステン合
金、銅−モリブデン合金又は銅−タングステン−モリブ
デン合金からなる板状部材の製造にあたり、通常のタン
グステン及びモリブデン粉末を用いても、板状部材の厚
さ方向の上半分と下半分でのカルシウム等のアルカリ土
類金属含有量の差を小さくし、メッキ工程等の加熱の際
に生じる反りを低減することができる。
【００７７】又、アルカリ土類金属の含有量が少ないタ
ングステン及びモリブデン粉末を用いれば、通常のこれ
らの粉末と大差ないコストで、板状部材全体中のカルシ
ウム等のアルカリ土類金属含有量を低減し、且つその厚
さ方向の上半分と下半分でのアルカリ土類金属含有量の
差を小さくできるので、メッキ工程等の加熱の際に生じ
る反りを低減することができる。
【００７８】従って、本発明の板状部材を用いることに
より、セラミック部材とのろう付け等の組立工程で、板
状部材の反りを従来よりも大幅に抑えることができるの
で、半導体用パッケージの気密性の向上や歩留りの改善
に大きな効果を発揮することができる。本発明による板
状部材の反りの低減効果は、その直径又は対角線長が長
くなるほど著しく、特に直径又は対角線長が４０ｍｍ以
上の板状部材の場合には、反りを半減ないしそれ以上に
低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一般的な溶浸によるスケルトンの載置状
態を示す断面図である。
【図２】本発明による溶浸の際のスケルトンの載置状態
を示す断面図である。
【図３】従来の一般的な焼結による成形体の載置状態を
示す断面図である。
【図４】本発明による焼結の際の成形体の載置状態を示
す断面図である。
【図５】本発明による溶浸体の再加熱の際の載置状態を
示す断面図である。
【図６】本発明によるの焼結体のの再加熱の際の載置状
態を示す断面図である。
【図７】本発明による溶浸の際のスケルトンの別の載置
状態を示す断面図である。
【図８】本発明の板状部材を用いた半導体ＩＣ用のセラ
ミックパッケージの一具体例を示す概略の断面図であ
る。
【図９】本発明の板状部材を用いた別の半導体ＩＣ用の
セラミックパッケージの一具体例を示す概略の断面図で
ある。
【符号の説明】
１ スケルトン ２ 銅 ３ 耐火プレート ４ アルミナ棒 ５ 成形体 ６ 溶浸体 ７ 焼結体 ８ 板状部材 ９ 外囲基材 １０ 半導体ＩＣチップ １１ ピン

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 銅−タングステン合金、銅−モリブデン
    合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成分
    とする半導体用パッケージに用いる板状部材であって、
    該板状部材の厚み方向の上半分と下半分のアルカリ土類
    金属含有量の差が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
    る半導体パッケージ用板状部材。
  2. 【請求項２】 前記厚み方向の上半分と下半分のアルカ
    リ土類金属含有量の差が５ｐｐｍ以下であることを特徴
    とする、請求項１に記載の半導体パッケージ用板状部
    材。
  3. 【請求項３】 前記厚み方向の上半分と下半分のアルカ
    リ土類金属含有量の差が２ｐｐｍ以下であることを特徴
    とする、請求項１に記載の半導体パッケージ用板状部
    材。
  4. 【請求項４】 銅−タングステン合金、銅−モリブデン
    合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成分
    とする半導体用パッケージに用いる板状部材であって、
    該板状部材のタングステン及びモリブデン成分当たりの
    アルカリ土類金属含有量が５ｐｐｍ以下であることを特
    徴とする半導体パッケージ用板状部材。
  5. 【請求項５】 前記アルカリ土類金属含有量が３ｐｐｍ
    以下であることを特徴とする、請求項４に記載の半導体
    パッケージ用板状部材。
  6. 【請求項６】 前記アルカリ土類金属含有量が１ｐｐｍ
    以下であることを特徴とする、請求項４に記載の半導体
    パッケージ用板状部材。
  7. 【請求項７】 前記アルカリ土類金属がカルシウムであ
    ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の
    半導体パッケージ用板状部材。
  8. 【請求項８】 対角線又は直径の長さが４０ｍｍ以上で
    あることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載
    の半導体パッケージ用板状部材。
  9. 【請求項９】 対角線又は直径の長さが７０ｍｍ以上で
    あることを特徴とする、請求項８に記載の半導体パッケ
    ージ用板状部材。
  10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の半導
    体パッケージ用板状部材を用いた半導体用パッケージ。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載の半導
    体パッケージ用板状部材を用いた半導体用セラミックパ
    ッケージ。
  12. 【請求項１２】 請求項１〜９のいずれかに記載の半導
    体パッケージ用板状部材を用いたＩＣ用パッケージ。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜９のいずれかに記載の半導
    体パッケージ用板状部材を用いたＩＣ用セラミックパッ
    ケージ。
  14. 【請求項１４】 銅−タングステン合金、銅−モリブデ
    ン合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成
    分とする半導体パッケージ用板状部材の製造方法であっ
    て、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末を焼結
    して得られた板状スケルトンに銅を溶浸する工程におい
    て、前記板状スケルトンを耐火プレート上に立てるか又
    は耐火プレートと面接触させずに斜めに載置した状態
    で、その空孔に銅を溶浸して溶浸体とすることを特徴と
    する前記半導体パッケージ用板状部材の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記タングステン粉末及び／又はモリ
    ブデン粉末に、溶浸体の銅含有量に満たない量の銅粉末
    を加えて用いることを特徴とする、請求項１４に記載の
    半導体パッケージ用板状部材の製造方法。
  16. 【請求項１６】 銅−タングステン合金、銅−モリブデ
    ン合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成
    分とする半導体パッケージ用板状部材の製造方法であっ
    て、銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉
    末との板状成形体を焼結する工程において、前記板状成
    形体を耐火プレート上に立てるか又は耐火プレートと面
    接触させずに斜めに載置した状態で、板状成形体を焼結
    して焼結体とすることを特徴とする前記半導体パッケー
    ジ用板状部材の製造方法。
  17. 【請求項１７】 銅−タングステン合金、銅−モリブデ
    ン合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成
    分とする半導体パッケージ用板状部材の製造方法であっ
    て、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末を焼結
    して得られた板状スケルトンに銅を溶浸した溶浸体、又
    は銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末
    との板状成形体を焼結した焼結体を、耐火プレート上に
    立てるか又は耐火プレートと面接触させずに斜めに載置
    した状態で、該溶浸体又は焼結体を銅又は前記銅合金の
    融点以上の温度で熱処理することを特徴とする前記半導
    体パッケージ用板状部材の製造方法。
  18. 【請求項１８】 銅−タングステン合金、銅−モリブデ
    ン合金、又は銅−タングステン−モリブデン合金を主成
    分とする半導体パッケージ用板状部材の製造方法であっ
    て、タングステン粉末及び／又はモリブデン粉末を焼結
    して得られた板状スケルトンに銅を溶浸した溶浸体、又
    は銅粉末とタングステン粉末及び／又はモリブデン粉末
    との板状成形体を焼結した焼結体を、銅又は前記銅合金
    の融点下２００℃以内且つ該融点未満の温度で熱処理す
    ることを特徴とする前記半導体パッケージ用板状部材の
    製造方法。
  19. 【請求項１９】 銅又は前記銅合金の融点下１００℃以
    内且つ該融点未満の温度で熱処理することを特徴とす
    る、請求項１８に記載の半導体パッケージ用板状部材の
    製造方法。
  20. 【請求項２０】 銅又は前記銅合金の融点下５０℃以内
    且つ該融点未満の温度で熱処理することを特徴とする、
    請求項１９に記載の半導体パッケージ用板状部材の製造
    方法。
  21. 【請求項２１】 前記タングステン粉末及びモリブデン
    粉末中のアルカリ土類金属含有量が５ｐｐｍ以下である
    ことを特徴とする、請求項１４〜２０のいずれかに記載
    の半導体パッケージ用板状部材の製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記タングステン粉末及びモリブデン
    粉末中のアルカリ土類金属含有量が３ｐｐｍ以下である
    ことを特徴とする、請求項２１に記載の半導体パッケー
    ジ用板状部材の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記タングステン粉末及びモリブデン
    粉末中のアルカリ土類金属含有量が１ｐｐｍ以下である
    ことを特徴とする、請求項２２に記載の半導体パッケー
    ジ用板状部材の製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記アルカリ土類金属がカルシウムで
    あることを特徴とする、請求項１４〜２３のいずれかに
    記載の半導体パッケージ用板状部材の製造方法。
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