JPS5916406B2 - 半導体支持電極板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体支持電極板に係り、特に銅一炭素せん
い複合材よりなる支持電極板に関する。

半導体装置は、少なくとも１個のｐｎ接合を有する半導
体基体と該半導体基体を支持する支持電’０ 極板とを
有する。支持電極板に要求される性質は、主として熱伝
導率及び導電率が高いことと、半導体基体と同等もしく
はほぼ等しい熱膨張係数を有することである。

５ 半導体基体として一般に用いられているシリコンは
、熱膨張係数が約３．５×１６−６／℃であり、これの
支持電極板材料としては、従来、タングステン或はモリ
ブデンが用いられてきた。

しかし、タングステン或はモリブデンとても、必ずしも
最’０ 良のものではない。これらの熱膨張係数は４．
５〜５．５×１０−６／℃の範囲にあり、一般の導電材
料たとえば銅、銀、アルミニウムなどにくらぺればシリ
コンの熱膨張係数に大部近いものの、またシリコンとは
かなりの開きがある。ｉ５タングステン或はモリブデン
に代るものとして、最近、銅−炭素せんい複合材よりな
る支持電極板が見出された。

この支持電極板は、炭素せんいの量及び配列を変えるこ
とによつて熱膨張係数及び導電率を調整することができ
る。又、タングステン及びモリブデンよりも高導電率で
かつ低熱膨張係数にすることが可能である。前記銅一炭
素せんい複合材よりなる支持電極板は、たとえば銅めつ
きした直径数μｍの炭素せんいを数千本束ねて心棒に何
層にも巻付け、ホツトプレスすることによつて製造する
ことができる。

ホツトプレスされた前記炭素せんいの束はうず巻き状と
なつて存在し、又、束と束の界面は銅めつき同志が溶着
して一体化したものとなる。一連の研究で、炭素せんい
の配列の仕方は、半導体基体が円板の場合はうず巻き又
は複数個の同心円状の環がよいということがわかつてき
た。銅一炭素せんい複合材よりなる従来の支持電極板は
、うず又は環の内外輪ともに同ピ炭素量である。

なお、以下、環という場合には特別に指示しないかぎり
うず巻きも含めることにする。しかしながら、銅一炭素
せんい複合材よりなる支持電極板は、複合材の製作時に
炭素せんい束の配列の乱れが生じやすく、このため、支
持電極板の半径方向の熱膨張係数が測定位置によつてば
らつきやすかつた。

本発明の目的は、銅一炭素せんい複合材よりなる支持電
極板の半径方向における熱膨張係数のばらつきを抑制す
るのに好適な構造を提供するにある。

本発明は、炭素せんい束を環状に配置した銅一炭素せん
い複合材よりなる支持電極板において、前記環の最外輪
が最内輪よりも高炭素濃度を有するようにしたものであ
る。

本発明は、炭素せんい量が環の内外輪とも同じである従
来の支持電極板について下記の点を究明し、その結果、
発明に至つたものである。

（１）炭素せんい束の配列の乱れは、外輪になるはど少
ない。

（２）炭素せんい量の多いものの方が、少ないものより
も一般に配列の乱れが少ない。

（３）半径方向における熱膨張係数のばらつきは、外輪
の配列の乱れによつて、殆ど決まるといつてよい以上の
ことから、炭素せんいの束でできた環の炭素濃度を内輪
ど外輪とで変え、外輪を多くすることによつて外輪の配
列の乱れを少なくしたものである。

本発明において、炭素せんい束の環は、最外輪が最内輪
よりも炭素量が多ければ、一応、目的を達することがで
きる。

しかし、望ましくは、内輪から外輪に向けて、連続的又
は断続的に炭素量を多くすべきである。このようにすれ
ば、環の配列の乱れを外輪に行くにしたがつて少なくす
ることができ、支持電極板の半径方向における熱膨張係
数のばらつき即ち異方性を抑制する効果を高めることが
できる。銅被覆した炭素せんい束をうず巻状に配置して
支持電極板を製造する方法において、最外輪の部分を形
成するに当つては、炭素量が４５〜６０体積％の前記銅
付きせんい束を巻くのが望ましい。

又、より好適には、銅付き炭素せんい束の炭素量が６０
体積％をこえないものを用いてすべての環を形成すべき
である。炭素量が６０体積％をこえるとホツトブレス加
工が困難となり、炭素せんいの束と束の間にボードが発
生して、熱伝導性及び導電性が悪くなる。炭素量が４５
体積％より少ないと、環の配列が乱れ、環の形状が波を
打つようになる。本発明によれば、支持電極板全体とし
ては従来のものよりも炭素せんいの量を減らしながら、
なおかつ熱膨張係数のばらつきを抑制することができる
。

このため、従来のものよりも熱伝導率を高めることがで
きる。又、支持電極板の中心部分の熱伝導性を他の部分
にくらぺて高めることが可能である。第１図は、銅一炭
素せんい複合材よりなる支持電極板１における理想的な
炭素せんい束の配列状態を示した平面図である。

炭素せんい束２は、既に述べたように直径数μｍの炭素
せんいを数千本束ねたものからなる。３は銅である。

この支持電極板１は、炭素せんい束２の配列に乱れがな
いため、Ｘ方向及びＹ方向とも同等の熱膨張係数を有す
る。第２図は、炭素せんい束２の配列に乱れが生じてい
るものを示している。

この場合には、支持電極板１の半径方向の熱膨張係数が
、測定位置によつてことごとく異なつてしまう。このよ
うに、熱膨張係数にばらつきがある支持電極板を用いる
と、半導体装置のヒートサイクル特性、熱疲労特性が著
しく劣化する。比較例 ６〜９μｍ径の炭素せんいに約１μｍの銅めつきを施し
たものを６０００本束ね、銅粉とメチルセルロース水溶
液とを混合したスラリ中を通過させて、炭素せんい量が
５３体積％からなる銅一炭素せんい複合材のワイヤを得
た。

この複合材のワイヤを直径３ｒ！ｒ！ｎφのステンレス
棒にうず巻き状に巻き、そのまま３５０〜４００℃で１
時間、水素中で加熱して仮焼結した。仮焼結体の寸法は
、直径３５ｍφ、厚さ１２０ｗｒ！ｎであつた。次いで
、ステンレス棒を抜き、抜き穴に銅粉をつめた後、黒鉛
鋳型内に設置し、ホツトプレスした。ホツトプレスの条
件は、温度８５０〜１０００℃、保持時間１時間、圧力
２５０１Ｃｆ／Ｃｒ！ｉ及び水素雰囲気とした。ホツト
プレス後の厚さは約３０ｍｎ１直径は３５ｒ１ｒ１ｎφ
であり、厚さが約１／４に収縮した。これから直径３２
ｍφ、厚さ３ｒｆｒ１ｎの支持電極板を４個採取した。
炭素せんい束の配列状態はいずれも第２図に示すように
乱れており、直径方向における熱膨張係数は３．６〜７
．３Ｘ１０″６／℃の範囲内で大きくばらついていた。
実施例 比較例とはぼ同じ製造法によつて、炭素せんい量がうず
巻きＯ内輪から外輪に行くにしたがつて多くなつている
２種類の支持電極板を製造した。

炭素せんい束のうずは、１つが４重巻き、他の１つが７
重巻きである。外輪の炭素量は、２種類とも５３体積％
とし、内側に行くにしたがつて７体積％ずつ減らした。
炭素量の減量方法は銅めつき量及びスラリー中の銅粉の
量を減らすことにより行つた。このほかに炭素せんいの
本数を変えてもよい。炭素せんい束のうずとうずとの間
隙は、４重巻きは約４！Ｆｒｌｎｌ７重巻きは約２．３
瀾とした。製造した支持電極板は、いずれも電極板の中
心近傍の炭素せんいが若干、波状に変形していたが、外
輪近傍は比較的同心のうずであつた。これら支持電極板
の半径方向の熱膨張係数は、いずれも３．６〜４．４Ｘ
１０−６／℃の間にあり、前記比較例に示したものより
もばらつきが少なく、かつ熱膨張係数の値も低いことが
確認された。導電率は、４重巻きのものが４５〜５５１
ＡＣＳ％、７重巻きのものが５０〜５５１ＡＣＳ％であ
つた。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、銅
一炭素せんい複合材からなり、炭素せんいがうず巻き又
は環状に配置された支持電極板の熱膨張係数の異方性を
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、銅一炭素せんい複合材からなる支持電極板の
好適な例を示す平面図、第２図は、前記支持電極板の好
ましくない例を示す平面図である。 １１・・・・・・支持電極板、２・・・・・・炭素せん
い束、３・・・・・爛。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅又は銅合金中に炭素せんい束の環が同心円状に複
   数個配置されたものからなる半導体支持電極板において
   、前記環の最外輪が最内輪にくらべて高炭素濃度を有す
   ることを特徴とする半導体支持電極板。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記環の内輪から
   外輪に向けて連続的又は断続的に高炭素濃度になつてい
   ることを特徴とする半導体支持電極板。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記最外輪の炭素
   せんい束の本数が最内輪の炭素せんい束の本数よりも多
   いことを特徴とする半導体支持電極板。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記複数の環がう
   ず巻になつていることを特徴とする半導体支持電極板。