特許 7658992 複合材料、半導体パッケージ及び複合材料の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-31

(45)【発行日】2025-04-08

(54)【発明の名称】複合材料、半導体パッケージ及び複合材料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20250401BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20250401BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20250401BHJP

   C22C 9/00 20060101ALI20250401BHJP

   C22C 27/04 20060101ALI20250401BHJP

   B22F 7/04 20060101ALI20250401BHJP

   B22F 3/26 20060101ALI20250401BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 M

H01L23/36 C

B32B15/01 H

C22C9/00

C22C27/04 102

B22F7/04 G

B22F3/26 C

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2022571545

(86)(22)【出願日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2021047541

(87)【国際公開番号】W WO2022138711

(87)【国際公開日】2022-06-30

【審査請求日】2024-07-22

(31)【優先権主張番号】P 2020214612

(32)【優先日】2020-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000220103

【氏名又は名称】株式会社アライドマテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】前田 徹

(72)【発明者】

【氏名】宮永 美紀

(72)【発明者】

【氏名】近藤 大介

(72)【発明者】

【氏名】平井 慧

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正幸

(72)【発明者】

【氏名】山形 伸一

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１４２１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１８２３８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平６－２６８１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６７３２３９５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１９－９６６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－６０２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１５７３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｂ３２Ｂ １５／０１

Ｃ２２Ｃ ９／００

Ｃ２２Ｃ ２７／０４

Ｂ２２Ｆ ７／０４

Ｂ２２Ｆ ３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１表面と、前記第１表面の反対面である第２表面とを有する板状の複合材料であって、
複数の第１層と、
少なくとも１つの第２層とを備え、
前記第１層及び前記第２層は、前記第１層が前記第１表面及び前記第２表面に位置するように、前記複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されており、
前記第１層は、銅を含む層であり、
前記第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層であり、
前記第１表面に位置する前記第１層及び前記第２表面に位置する前記第１層には、５０ＭＰａ以下の圧縮残留応力が作用している、複合材料。

【請求項2】

８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１に記載の複合材料。

【請求項3】

前記第１層の数及び前記第２層の数の合計は、５以上であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項１又は請求項２に記載の複合材料。

【請求項4】

８００℃で１５分間保持する前において、前記複合材料の温度を室温から８００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項5】

前記第１表面に位置する前記第１層及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの２５パーセント以下であり、
前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１０パーセント超であり、
前記第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であり、
前記複合材料中におけるモリブデンの体積比は１３パーセント超４３パーセント未満である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項6】

前記第１表面に位置する前記第１層中及び前記第２表面に位置する前記第１層中における銅の体積比は、９０パーセント以上であり、
前記第１表面に位置する前記第１層の厚さ及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの１５パーセント以上である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項7】

前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１８パーセント以上であり、
８００℃で１５分間の保持を行う前後での前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項8】

第１表面と、前記第１表面の反対面である第２表面とを有する板状の複合材料であって、
複数の第１層と、
少なくとも１つの第２層とを備え、
前記第１層及び前記第２層は、前記第１層が前記第１表面及び前記第２表面に位置するように、前記複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されており、
前記第１層は、銅を含む層であり、
前記第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、複合材料。

【請求項9】

８００℃で１５分間保持する前において、前記複合材料の温度を室温から８００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項８に記載の複合材料。

【請求項10】

前記第１層の数及び前記第２層の数の合計は、５以上であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、請求項８又は請求項９に記載の複合材料。

【請求項11】

前記第１表面に位置する前記第１層及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの２５パーセント以下であり、
前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１０パーセント超であり、
前記第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であり、
前記複合材料中におけるモリブデンの体積比は、１３パーセント超４３パーセント未満である、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項12】

前記第１表面に位置する前記第１層中及び前記第２表面に位置する前記第１層中における銅の体積比は、９０パーセント以上であり、
前記第１表面に位置する前記第１層の厚さ及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの１５パーセント以上である、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項13】

前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１８パーセント以上であり、
８００℃で１５分間の保持を行う前後での前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の複合材料。

【請求項14】

第１表面と、前記第１表面の反対面である第２表面とを有する板状の複合材料と、
前記第１表面上及び前記第２表面上のいずれかにろう付けされているケース部材とを備え、
前記複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層と有し、
前記第１層及び前記第２層は、前記第１層が前記第１表面及び前記第２表面に位置するように、前記複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されており、
前記第１層は、銅を含む層であり、
前記第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層であり、
前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記第１層の数及び前記第２層の数の合計は、５以上であり、
８００℃で１５分間保持した後において、前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、半導体パッケージ。

【請求項15】

前記第１表面に位置する前記第１層及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの２５パーセント以下であり、
前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１０パーセント超であり、
前記第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であり、
前記複合材料中におけるモリブデンの体積比は、１３パーセント超４３パーセント未満である、請求項１４に記載の半導体パッケージ。

【請求項16】

前記第１表面に位置する前記第１層中及び前記第２表面に位置する前記第１層中における銅の体積比は、９０パーセント以上であり、
前記第１表面に位置する前記第１層の厚さ及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの１５パーセント以上である、請求項１４又は請求項１５に記載の半導体パッケージ。

【請求項17】

第１表面と、前記第１表面の反対面である第２表面とを有する板状の複合材料と、
前記第１表面上及び前記第２表面上のいずれかにろう付けされているケース部材とを備え、
前記複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層と有し、
前記第１層及び前記第２層は、前記第１層が前記第１表面及び前記第２表面に位置するように、前記複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されており、
前記第１層は、銅を含む層であり、
前記第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層であり、
前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、
前記複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１８パーセント以上であり、
８００℃で１５分間の保持を行う前後での前記複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の前記第１表面及び前記第２表面に平行な方向での前記複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下である、半導体パッケージ。

【請求項18】

前記第１表面に位置する前記第１層及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの２５パーセント以下であり、
前記第２層の厚さは、前記複合材料の厚さの１０パーセント超であり、
前記第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であり、
前記複合材料中におけるモリブデンの体積比は、１３パーセント超４３パーセント未満である、請求項１７に記載の半導体パッケージ。

【請求項19】

前記第１表面に位置する前記第１層中及び前記第２表面に位置する前記第１層中における銅の体積比は、９０パーセント以上であり、
前記第１表面に位置する前記第１層の厚さ及び前記第２表面に位置する前記第１層の厚さは、前記複合材料の厚さの１５パーセント以上である、請求項１７又は請求項１８に記載の半導体パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複合材料、半導体パッケージ及び複合材料の製造方法に関する。本出願は、２０２０年１２月２４日に出願した日本特許出願である特願２０２０－２１４６１２号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

特許文献１（特開２０１９－９６６５４号公報）には、放熱板が記載されている。特許文献１に記載の放熱板は、第１表面と、第２表面とを有している。第２表面は、第１表面の反対面である。特許文献１に記載の放熱板は、複数の銅層と、複数の銅－モリブデン層とを有している。銅層及び銅－モリブデン層は、銅層が放熱板の第１表面及び第２表面に位置するように、放熱板の厚さ方向に沿って交互に積層されている。特許文献１に記載の放熱板は、パッケージ部材に、ろう付けにより接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－９６６５４号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示の複合材料は、板状であり、第１表面と、第２表面とを有する。第２表面は、第１表面の反対面である。複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層とを備えている。第１層及び第２層は、第１層が第１表面及び第２表面に位置するように、複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されている。第１層は、銅を含む層である。第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層である。第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層には、５０ＭＰａ以下の圧縮残留応力が作用している。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1】図１は、複合材料１０の斜視図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。

【図3A】図３Ａは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第１説明図である。

【図3B】図３Ｂは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第２説明図である。

【図3C】図３Ｃは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第３説明図である。

【図4】図４は、複合材料１０の放熱性能の評価方法の説明図である。

【図5】図５は、複合材料１０の製造工程図である。

【図6】図６は、一例としての積層体２０の断面図である。

【図7】図７は、半導体パッケージ１００の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

［本開示が解決しようとする課題］
本発明者らが見出した知見によると、特許文献１に記載の放熱板は、ろう付けが行われる際の熱で銅層と銅－モリブデン層との間にクラックが生じることにより、線膨張係数が増大する。

【0007】

本開示は、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数を維持することが可能な複合材料、それを用いた半導体パッケージ及び複合材料の製造方法を提供する。

【0008】

［本開示の効果］
本開示の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数及び高い熱伝導率を維持することができる。

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

（１）本開示の一実施形態に係る複合材料は、板状であり、第１表面と、第２表面とを有する。第２表面は、第１表面の反対面である。複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層とを備えている。第１層及び第２層は、第１層が第１表面及び第２表面に位置するように、複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されている。第１層は、銅を含む層である。第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層である。第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層には、５０ＭＰａ以下の圧縮残留応力が作用している。

【0011】

上記（１）の複合材料では、第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層に作用している圧縮残留応力が小さいため、ろう付けを行うための熱が加わる際に当該圧縮残留応力が開放されても、第１層が大きく変形せず、第１層と第２層との界面にクラックが発生しにくい。そのため、上記（１）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数を維持することができる。

【0012】

（２）上記（１）の複合材料では、８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数が、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の厚さ方向での熱伝導率が、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

【0013】

上記（２）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数及び高い熱伝導率を維持することができる。

【0014】

（３）上記（１）又は（２）の複合材料では、第１層の数及び第２層の数の合計が、５以上であってもよい。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

【0015】

上記（３）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後において、さらに高い熱伝導率を維持することができる。

【0016】

（４）上記（１）から（３）の複合材料では、８００℃で１５分間保持する前において、複合材料の温度を室温から８００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数が、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

【0017】

上記（４）の複合材料によると、複合材料にケース部材のろう付けを行う際、複合材料の線膨張係数とケース部材の線膨張係数との違いに起因してろう材にクラックが発生することを抑制できる。

【0018】

（５）上記（１）から（４）の複合材料では、第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層の厚さが、複合材料の厚さの２５パーセント以下であってもよい。第２層の厚さは、複合材料の厚さの１０パーセントを超えていてもよい。第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であってもよい。複合材料中におけるモリブデンの体積比が、１３パーセント超４３パーセント未満であってもよい。

【0019】

（６）上記（１）から（５）の複合材料では、第１表面に位置する第１層中における銅の体積比及び第２表面に位置する第１層中における銅の体積比が９０パーセント以上であってもよい。第１表面に位置する第１層の厚さ及び第２表面に位置する第１層の厚さが、複合材料の厚さの１５パーセント以上であってもよい。

【0020】

上記（６）の複合材料では、第１表面（第２表面）の中央部と第１表面（第２表面）の端部との間の温度差を低減することができる。

【0021】

（７）上記（１）から（６）の複合材料では、第２層の厚さが、複合材料の厚さの１８パーセント以上であってもよい。８００℃で１５分間の保持を行う前後での複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

【0022】

上記（７）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わることによる線膨張係数の劣化をさらに抑制することができる。

【0023】

（８）本開示の他の実施形態に係る複合材料は、板状であり、第１表面と、第２表面とを有する。第２表面は、第１表面の反対面である。複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層とを備えている。第１層及び第２層は、第１層が第１表面及び第２表面に位置するように、複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されている。第１層は、銅を含む層である。第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層である。複合材料では、８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数が、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下である。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の厚さ方向での熱伝導率が、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

【0024】

上記（８）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数及び高い熱伝導率を維持することができる。

【0025】

（９）上記（８）の複合材料では、８００℃で１５分間保持する前において、複合材料の温度を室温から８００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数が、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

【0026】

上記（９）の複合材料によると、複合材料にケース部材のろう付けを行う際、複合材料の線膨張係数とケース部材の線膨張係数との違いに起因してろう材にクラックが発生することを抑制できる。

【0027】

（１０）上記（８）又は（９）の複合材料では、第１層の数及び第２層の数の合計が、５以上であってもよい。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

【0028】

上記（１０）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わった後において、さらに高い熱伝導率を維持することができる。

【0029】

（１１）上記（８）から（１０）の複合材料では、第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層の厚さが、複合材料の厚さの２５パーセント以下であってもよい。第２層の厚さは、複合材料の厚さの１０パーセントを超えていてもよい。第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であってもよい。複合材料中におけるモリブデンの体積比が、１３パーセント超４３パーセント未満であってもよい。

【0030】

（１２）上記（８）から（１１）の複合材料では、第１表面に位置する第１層中における銅の体積比及び第２表面に位置する第１層中における銅の体積比が９０パーセント以上であってもよい。第１表面に位置する第１層の厚さ及び第２表面に位置する第１層の厚さが、複合材料の厚さの１５パーセント以上であってもよい。

【0031】

上記（１２）の複合材料では、第１表面（第２表面）の中央部と第１表面（第２表面）の端部との間の温度差を低減することができる。

【0032】

（１３）上記（８）から（１２）の複合材料では、第２層の厚さが、複合材料の厚さの１８パーセント以上であってもよい。８００℃で１５分間の保持を行う前後での複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

【0033】

上記（１３）の複合材料によると、ろう付けを行うための熱が加わることによる線膨張係数の劣化をさらに抑制することができる。

【0034】

（１４）本開示の一実施形態に係る半導体パッケージは、第１表面と、第１表面の反対面である第２表面とを有する板状の複合材料と、第１表面上及び第２表面上のいずれかにろう付けされているケース部材とを備えている。複合材料は、複数の第１層と、少なくとも１つの第２層と有する。第１層及び第２層は、第１層が第１表面及び第２表面に位置するように、複合材料の厚さ方向に沿って交互に積層されている。第１層は、銅を含む層である。第２層は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体の層である。複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下である。複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

【0035】

上記（１４）の半導体パッケージによると、ろう付けの際に熱が加わった後においても複合材料の低い線膨張係数及び高い熱伝導率を維持することができる。

【0036】

（１５）上記（１４）の半導体パッケージでは、第１層の数及び第２層の数の合計が、５以上であってもよい。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であってもよい。

【0037】

上記（１５）の半導体パッケージによると、ろう付けを行うための熱が加わった後において、さらに高い複合材料の熱伝導率を維持することができる。

【0038】

（１６）上記（１４）又は（１５）の半導体パッケージでは、第１表面に位置する第１層及び第２表面に位置する第１層の厚さは、複合材料の厚さの２５パーセント以下であってもよい。第２層の厚さは、複合材料の厚さの１０パーセントを超えていてもよい。第２層中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上であってもよい。複合材料中におけるモリブデンの体積比は、１３パーセント超４３パーセント未満であってもよい。

【0039】

（１７）上記（１４）から（１６）の半導体パッケージでは、第１表面に位置する第１層中における銅の体積比及び第２表面に位置する第１層中における銅の体積比が、９０パーセント以上であってもよい。第１表面に位置する第１層の厚さ及び第２表面に位置する第１層の厚さが、複合材料の厚さの１５パーセント以上であってもよい。

【0040】

上記（１７）の半導体パッケージによると、第１表面（第２表面）の中央部と第１表面（第２表面）の端部との間の温度差を低減することができる。

【0041】

（１８）上記（１４）から（１７）の複合材料では、第２層の厚さが、複合材料の厚さの１８パーセント以上であってもよい。８００℃で１５分間の保持を行う前後での複合材料の温度を室温から２００℃まで変化させた際の第１表面及び第２表面に平行な方向での複合材料の線膨張係数の変化は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。

【0042】

上記（１８）の半導体パッケージによると、ろう付けを行うための熱が加わることによる複合材料の線膨張係数の劣化をさらに抑制することができる。

【0043】

（１９）本開示の一実施形態に係る複合材料の製造方法は、積層体を準備する工程と、積層体を加熱する工程と、加熱された状態の積層体を圧延する工程とを備えている。積層体は、第１表面と、第１表面の反対面である第２表面とを有する。積層体は、複数の第１板材と、少なくとも１つの第２板材とを有する。第１板材及び第２板材は、第１板材が第１表面及び第２表面に位置するように積層体の厚さ方向に沿って交互に配置されている。第１板材は、銅を含む。第２板材は、銅が含浸されているモリブデン圧粉体である。

【0044】

上記（１９）の複合材料の製造方法によると、ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数を維持することが可能な複合材料が得られる。

【0045】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

【0046】

（第１実施形態）
第１実施形態に係る複合材料（以下「複合材料１０」とする）を説明する。

【0047】

＜複合材料１０の構成＞
図１は、複合材料１０の斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び図２に示されるように、複合材料１０は、板状である。複合材料１０は、第１表面１０ａと、第２表面１０ｂとを有している。第２表面１０ｂは、複合材料１０の厚さ方向における第１表面１０ａの反対面である。

【0048】

複合材料１０の厚さを、厚さＴ１とする。厚さＴ１は、第１表面１０ａと第２表面１０ｂとの間の距離である。以下においては、複合材料１０の厚さ方向に直交する方向（第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂに平行な方向）を、層内方向ということがある。

【0049】

複合材料１０は、複数の第１層１１と、少なくとも１つの第２層１２とを有している。第１層１１の数及び第２層１２の数の合計は、３以上である。第１層１１及び第２層１２は、複合材料１０の厚さ方向に沿って、交互に積層されている。このことを別の観点から言えば、第２層１２は、２つの第１層１１に挟み込まれている。

【0050】

第１表面１０ａ及び第２表面１０ｂには、第１層１１が位置している。第１表面１０ａに位置している第１層１１を第１層１１ａとすることがあり、第２表面１０ｂに位置している第１層１１を第１層１１ｂとすることがある。

【0051】

第１層１１の厚さを、厚さＴ２とする。第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２は、厚さＴ１の１５パーセント以上であることが好ましい。第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２は、例えば、厚さＴ１の２５パーセント以下である。

【0052】

第１層１１は、銅を含む層である。第１層１１は、銅の他に、モリブデンを含んでいてもよい。第１層１１中における銅の体積比は、例えば、８０パーセント以上である。第１層１１中における銅の体積比は、９０パーセント以上であることが好ましい。第１層１１は、純銅であってもよい（第１層１１中における銅の体積比が１００パーセントであってもよい）。

【0053】

第１層１１ａに作用している圧縮残留応力及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力は、５０ＭＰａ以下である。第１層１１ａに作用している圧縮残留応力及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力は、好ましくは、４０ＭＰａ以下である。第１層１１ａに作用している圧縮残留応力及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力は、Ｘ線回折法（より具体的には、ｓｉｎ^２φ法）により測定される。

【0054】

第１層１１ａ（第１層１１ｂ）に作用している圧縮残留応力を測定するサンプルの準備では、第１に、複合材料１０から、幅１ｍｍ及び長さ５ｍｍの測定用サンプルが、切り出される。測定用サンプルの幅方向及び長さ方向は、複合材料１０の厚さ方向と直交している。

【0055】

第２に、２０個の測定サンプルが互いに接触するように平面上に並べられる。この際、測定サンプルは、複合材料１０の厚さ方向に平行な断面が上方を向くように並べられる。また、この際、測定サンプルは、測定サンプルの長さ方向において２列をなすように並べられる。

【0056】

第３に、並べられた測定サンプルの上面が研磨される。この研磨は、各々の測定サンプルの上面の間の段差が０．１ｍｍ以下になるように行われる。このようにして準備された測定サンプルの上面に対してＸ線（ＣｕＫα線）を照射することにより、ｓｉｎ^２φ法を用いた残留応力の測定が行われる。

【0057】

第２層１２は、銅－モリブデン溶浸材の層である。銅－モリブデン溶浸材は、モリブデン圧粉体（モリブデンの粉末を圧縮成形したもの）の空隙に銅を含浸した上で圧延されている材料である。好ましくは、第２層１２中におけるモリブデンの体積比は、５５パーセント以上である。第２層１２中におけるモリブデンの体積比は、例えば、８５パーセント以下である。

【0058】

第２層１２の厚さを、厚さＴ３とする。厚さＴ３は、厚さＴ１の１０パーセントを超えていることが好ましい。厚さＴ３は、例えば、厚さＴ１の３５パーセント以下である。厚さＴ３及び第２層１２中におけるモリブデンの体積比は、複合材料１０中におけるモリブデンの体積比が１３パーセント超４３パーセント未満になるように設定されることが好ましい。厚さＴ３は、厚さＴ１の１８パーセント以上３５パーセント以下であることが好ましい。

【0059】

８００℃で１５分間保持した後において、複合材料１０の温度を２７℃（以下「室温」とする）から２００℃まで変化させた際の層内方向での複合材料１０の線膨張係数は、６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。

【0060】

複合材料１０の層内方向での線膨張係数を室温から２００℃まで温度が変化した際の複合材料１０の層内方向での膨張変位に基づいて測定するのは、複合材料１０が用いられる半導体パッケージの動作温度を考慮したものである。また、複合材料１０の層内方向での線膨張係数を８００℃で１５分間保持した後に測定するのは、複合材料１０に対するろう付けの際の加熱を考慮したものである。

【0061】

８００℃で１５分間保持する前において、複合材料１０の温度を室温から８００℃まで変化させた際の層内方向での複合材料１０の線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。これは、複合材料１０にろう付けされるケース部材がアルミナで形成されることが多く、温度を室温から８００℃まで変化させた際のアルミナの線膨張係数が８ｐｐｍ／Ｋ程度であることを考慮したものである。

【0062】

８００℃で１５分間の保持を行う前後で、複合材料１０の温度を室温から２００℃まで変化させた際の層内方向での複合材料１０の線膨張係数の変化量（増加量）は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であることが好ましい。

【0063】

室温から２００℃（８００℃）まで温度が変化した際の複合材料１０の層内方向での線膨張係数は、ＴＤ５０００ＳＡ（ブルカーＡＸＳ社製）を用いて室温から２００℃（８００℃）まで温度が変化した際の複合材料１０の層内方向での膨張変位を測定することにより算出される。室温から２００℃まで温度が変化した際の複合材料１０の層内方向での線膨張係数を算出する際、複合材料１０の平面形状は、３ｍｍ×１５ｍｍの矩形形状とされる。測定値は、３つの試料についての平均値とされる。

【0064】

評価対象とする複合材料１０の大きさが３ｍｍ×１５ｍｍよりも小さい場合には、Ｘ線回折法を用いて線膨張係数を算出してもよい。複合材料１０のの複数の断片を放熱面が同一平面に並ぶように寄せ集めることで、放熱面の面積が１００ｍｍ^２以上になるようにする。寄せ集めた放熱面は、一辺が概ね１０ｍｍ以上の矩形になるとよい。室温及び８００℃において放熱面にＸ線を照射し、Ｃｕ（３３１）に対応する回折ピークから回折角（２θ）を導出する。この回折角から下記の式を用いることで、格子面間隔の変化率を線膨張係数として利用することができる。材料の面内に異方性が存在する場合は、線膨張係数の測定目的とする方向がＸ線の入射面に平行になるように試料を整列させる。室温を２５℃とした場合の線膨張係数の算出式を示す。

【0065】

（線膨張係数）＝（１／ｓｉｎ（θａｔ８００℃）－１／ｓｉｎ（θａｔ２５℃））×ｓｉｎ（θａｔ２５℃）／（８００－２５）
ここで、θａｔ２５℃は２５℃測定時の回折角２θの１／２倍であり、θａｔ８００℃は８００℃測定時の回折角２θの１／２倍である。

【0066】

８００℃で１５分間保持した後において、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率は、２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。８００℃で１５分間保持した後において、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率は、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに好ましい。この熱伝導率の測定は、室温で行われる。なお、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率を８００℃で１５分間保持した後に測定するのは、複合材料１０に対するろう付けの際の加熱を考慮したものである。

【0067】

複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率は、レーザフラッシュ法で測定される。より具体的には、ＬＦＡ４５７ＭｉｃｒｏＦｌａｓｈ（ＮＥＴＺＳＣＨ社製）を用いて複合材料１０の熱拡散係数が測定されるとともに、当該熱拡散係数並びに複合材料１０の各構成材料の体積比及び比熱に基づいて複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率が算出される。

【0068】

複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率を算出する際、複合材料１０は、平面形状が直径１０ｍｍの円形となるように切り出される。上記の熱伝導率の算出に際して、各構成材料の比熱は、日本金属学会編「金属データブック第４版」（２００４年、丸善出版）に基づいて決定される。また、複合材料１０の熱伝導率の測定に先立って同一形状の純銅試料の熱伝導率を同一条件下で測定し、その結果をリファレンスとして用いて測定結果の補正を行う。

【0069】

図３Ａは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第１説明図である。図３Ａに示されるように、測定対象となる複合材料１０から、薄片１５が切り出される。薄片１５の厚さ、長さ及び幅は、それぞれ、ｔ（ｍｍ）、Ｂ（ｍｍ）及びＣ（ｍｍ）である。

【0070】

２をｔで除した値の小数点以下を切り上げた数を、Ｘとする。１０をＢで除した値の小数点以下を切り上げた数を、Ｙ１とする。１０をＣで除した値の小数点以下を切り上げた数を、Ｙ２とする。測定対象となる複合材料１０からは、Ｘ、Ｙ１及びＹ２の積に等しい数の薄片１５が切り出される。

【0071】

図３Ｂは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第２説明図である。図３Ｂに示されるように、Ｘ枚の薄片１５から、ブロック１６が作製される。ブロック１６の厚さ、長さ及び幅は、それぞれ、約２（ｍｍ）、Ｂ（ｍｍ）及びＣ（ｍｍ）である。ブロック１６の作製においては、第１に、Ｘ枚の薄片１５が積み重ねられる。この際には、隣接している薄片１５の間に、平均粒径が４μｍの純銀により形成されている不定形粉末が配置される。隣接している薄片１５の間に配置される不定形粉末の量は、１００ｍｍ^２あたり０．２ｇ±３０パーセントである。

【0072】

ブロック１６の作製においては、第２に、内寸がＢ（ｍｍ）×Ｃ（ｍｍ）の開口が形成されている矩形状の型（図示せず）が準備され、当該開口内に積み重ねられた薄片１５が配置される。上記の型は、黒鉛製である。ブロック１６の作製においては、第３に、積み重ねられた薄片１５は、荷重Ｐが加えられた状態で熱処理される。荷重Ｐは、４．９Ｎ以上９．８Ｎ以下である。熱処理は、不活性ガス雰囲気で行われる。熱処理は、９００℃の保持温度、１０分の保持時間で行われる。熱処理により、不定形粉末が軟化変形して隣接する薄片１５が接着されることにより、ブロック１６が作製される。

【0073】

図３Ｃは、複合材料１０の厚さ方向の熱伝導率の測定試料の作成手順の第３説明図である。図３Ｃに示されるように、ブロック１６を、縦にＹ１個、横にＹ２個並べることにより、高さ約１０ｍｍ、幅約１０ｍｍ、厚さ約２ｍｍの測定試料１７が作製される。ブロック１６を縦にＹ１個、横にＹ２個並べる際、隣り合うブロック１６は、接着部材により互いに接着される。接着部材には、銀ろう箔、セラミックス接着剤等の８００℃程度までの温度に耐えることができるものが用いられる。縦にＹ１個、横にＹ２個並べられたブロック１６は、その外周にステンレスワイヤ等を巻くことにより固定されてもよい。

【0074】

複合材料１０の端部温度差は、５０℃以下であることが好ましい。図４は、複合材料１０の放熱性能の評価方法の説明図である。図４には、複合材料１０の１つの側面から見た状態が模式的に示されている。複合材料１０は、第１表面１０ａに垂直な方向から見て、縦横が１０ｍｍの矩形状に切断される。切断された複合材料１０の第１表面１０ａの中央には、発熱体９０が接触される。発熱体９０は、第１表面１０ａに垂直な方向から見て、縦横が１０ｍｍの矩形状である。発熱体９０の発熱量は、５０Ｗである。

【0075】

切断された複合材料１０の第２表面１０ｂには、アルミニウムフィン８０が、シリコーンオイル（信越化学社製Ｇ－７５１）を用いて接着される。この接着は、切断された複合材料１０の第２表面１０ｂとアルミニウムフィン８０との間にシリコーンオイルを配置した状態で９．８Ｎの荷重を加えることにより行われる。

【0076】

切断された複合材料１０の第１表面１０ａと発熱体９０との界面における温度を、第１温度とする。切断された複合材料１０の第１表面１０ａの端部（角部）における温度を、第２温度とする。切断された複合材料１０の第２表面１０ｂとアルミニウムフィン８０との界面における温度を、第３温度とする。第１温度、第２温度及び第３温度は、図示しない熱電対により測定される。アルミニウムフィン８０に対する空冷は、第３温度が２５℃±３℃になるように制御される。測定環境としての周囲温度は、２５℃±５℃とされる。

【0077】

発熱体９０を切断された複合材料１０の第１表面１０ａに接触させた後に３０秒以上経過し、温度が定常状態になった際の第１温度と第２温度との差（第１温度－第２温度）が複合材料１０の端部温度差である。この端部温度差は、１０回の測定を行い、その平均値が採用される。すなわち、複合材料１０の端部温度差は、第１表面１０ａに発熱体９０が接触され、第２表面１０ｂにアルミニウムフィン８０が接着されている状態での発熱体９０が接触している第１表面１０ａの部分における温度と第１表面１０ａの端部（角部）における温度との差である。端部温度差が小さいほど、複合材料１０の層内方向の熱伝導が良好であることになる。

【0078】

＜複合材料１０の製造方法＞
図５は、複合材料１０の製造工程図である。図５に示されるように、複合材料１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、加熱工程Ｓ２と、圧延工程Ｓ３とを有している。

【0079】

準備工程Ｓ１では、積層体２０が準備される。図６は、一例としての積層体２０の断面図である。図６に示されるように、積層体２０は、複数の第１板材２１と、少なくとも１つの第２板材２２とを有している。第１板材２１は第１層１１と同一材料で形成されており、第２板材２２は第２層１２と同一材料で形成される。第１板材２１及び第２板材２２は、積層体２０の厚さ方向に沿って交互に配置されている。

【0080】

積層体２０は、第１板材２１と同一の材料によって側面をも覆うことにより、各層が厚さ方向に垂直な面の方向に動かないように固定されている。固定の方法はこの方法に限定されるものではなく、貫通穴を設けてリベットで固定するなどの方法を用いて固定してもよい。また、さらに他の板材の上に各層が相互に動かないように固定されてもよい。

【0081】

加熱工程Ｓ２では、各層が固定されている積層体２０に対する加熱が行われる。この熱処理では、積層体２０が、水素雰囲気中において所定の温度に加熱される。この所定の温度は、銅の融点未満の温度である。この所定の温度は、例えば、９００℃である。

【0082】

圧延工程Ｓ３は、加熱工程Ｓ２の後に行われる。圧延工程Ｓ３では、積層体２０が、圧延ローラに通される。これにより、第１板材２１及び第２板材２２が圧延されながら相互に接合され、図１及び図２に示される構造の複合材料１０が製造される。すなわち、複合材料１０では、第１層１１及び第２層１２が、熱間圧延接合法を用いて接合されている。

【0083】

＜複合材料１０の効果＞
銅を含む層（以下「銅層」とする）とモリブデン及び銅とを含む層（以下「銅モリブデン層」とする）とが交互に積層されている板状の複合材料が半導体パッケージのヒートスプレッダとして用いられる際、当該複合材料の表面には、ケース部材がろう付けにより取り付けられる。このろう付けの際には、通常、８００℃程度で１５分間程度の加熱が行われる。

【0084】

上記の複合材料では、銅層及び銅モリブデン層が、通常、拡散接合法を用いて互いに接合されている。その結果、銅層には、大きな圧縮残留応力が作用している。上記のろう付けの際の加熱により、銅層が軟化する。銅層の軟化に伴って銅層に作用している圧縮残留応力が開放される結果、銅層が大きく変形し、銅モリブデン層との間の接合界面にクラックが発生する。このクラックは、上記の複合材料の層内方向での線膨張係数を増大させる。

【0085】

複合材料１０では、第１層１１及び第２層１２の接合が熱間圧延接合法を用いて行われている。熱間圧延接合法を用いた接合時には、銅の熱伝導率がモリブデンの熱伝導率よりも大きいことに起因して、第１層１１の温度が第２層１２の温度よりも高い状態を保ちながら冷却されるため、第２層１２との界面付近に歪みが残留しにくい。

【0086】

そのため、複合材料１０では、ケース部材のろう付けが行われた後において、第１層１１と第２層１２との間の接合界面にクラックが発生することが抑制されている。すなわち、複合材料１０によると、ケース部材のろう付けが行われた後においても、層内方向での線膨張係数が低く維持されている。

【0087】

８００℃で１５分間保持した後において、複合材料１０の温度を室温から２００℃まで変化させた際の複合材料１０の層内方向での線膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下になっているとともに、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上（好ましくは、２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上）である場合、ケース部材のろう付けが行われた後においても、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率を維持しつつ、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が低減することできる。

【0088】

第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の１５パーセント以上であるとともに、第１層１１ａ中における銅の体積比及び第１層１１ｂ中における銅の体積比が９０パーセント以上である場合、第１表面１０ａ側及び第２表面１０ｂ側において、熱が層内方向に沿って拡散しやすい。そのため、この場合には、端部温度差を低減することができる。

【0089】

モリブデンは、線膨張係数が銅よりも小さく、熱伝導率が銅よりも小さい。そのため、複合材料１０中におけるモリブデンの体積比が大きくなるほど、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が小さくなり、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率が小さくなる。厚さＴ３が大きくなるほど、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率が小さくなり、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が小さくなる。第２層１２中におけるモリブデンの体積比が大きくなるほど、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率が小さくなり、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が小さくなる。

【0090】

また、銅は、線膨張係数がモリブデンよりも大きく、熱伝導率がモリブデンよりも大きい。そのため、第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が大きくなるほど、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が大きくなり、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率が大きくなる。

【0091】

本発明者らが鋭意検討したところ、モリブデンの体積比が１３パーセント超４３パーセント未満であり、厚さＴ３が厚さＴ１の１０パーセントを超え、第２層１２中におけるモリブデンの体積比が５５パーセント以上であり、かつ第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の２５パーセント以下である場合には、ケース部材のろう付けが行われた後においても、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率を維持しつつ、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が低減することできる。

【0092】

＜実施例＞
複合材料のサンプルとして、サンプル１からサンプル３７が準備された。サンプル１からサンプル３７は、図２に示される構造を有する複合材料である。サンプル１からサンプル３０では、第１層１１及び第２層１２が、熱間圧延接合法を用いて接合されている。サンプル３１からサンプル３７では、第１層１１及び第２層１２が、ＳＰＳ（Ｓｐａｒｋ Ｐｌａｓｍａ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ）法を用いて接合されている。ＳＰＳ法は、通電によるジュール加熱とプレス機構による加圧を同時に加えて金属等の被成形材の界面を原子レベルで結着させる方法であり、粉末材料の焼結緻密化や異種材料の金属接合（拡散接合）をさせることができる。本実施例では後者の効果を利用している。なお、ＳＰＳ法を用いる場合、積層体２０が筒状のグラファイト型内に配置されるとともに、積層体２０がパルス通電されながら所定の温度に加熱・加圧される。この所定の温度は、銅の融点未満の温度である。この所定の温度は、例えば、９００℃である。加圧力はグラファイト型の耐久性が保たれる範囲内で複合材の相対密度が９９体積パーセント以上になる条件が採用され、所定温度で達成できない場合は適宜温度を上昇することで調整できる。

【0093】

表１には、サンプル１からサンプル３７における第１層１１ａ及び第１層１１ｂの厚さＴ２、第１層１１ａ及び第１層１１ｂ中における銅の体積比、第２層１２の厚さＴ３、第２層１２中におけるモリブデンの体積比、層の数並びに第１層１１ａ及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力が示されている。

【0094】

表１には示されていないが、サンプル１からサンプル３７において、厚さＴ１は、全て１ｍｍである。また、サンプル１からサンプル３７において、第１層１１ａ及び第１層１１ｂ以外の第１層１１中における銅の体積比は、全て１００パーセントである。また、第１層１１ａ及び第１層１１ｂ以外の第１層１１の厚さＴ２は、第１層１１ａ及び第１層１１ｂの厚さＴ２、第２層１２の厚さＴ３、層の数並びに厚さＴ１から自ずと定まるため、表１には示されていない。

【0095】

【表1】

【0096】

第１層１１ａ及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力が５０ＭＰａ以下であることを、条件Ａとする。サンプル１からサンプル３０は条件Ａを満たしていたが、サンプル３１からサンプル３７は条件Ａを満たしていなかった。

【0097】

第１層１１ａ及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の２５パーセント以下であることを、条件Ｂとする。複合材料中におけるモリブデンの体積比が１３パーセント超４３パーセント未満であることを、条件Ｃとする。

【0098】

第２層１２の厚さＴ３が厚さＴ１の１０パーセントを超えていることを、条件Ｄとする。第２層１２中におけるモリブデンの体積比が５５パーセント以上であることを、条件Ｅとする。

【0099】

サンプル３からサンプル１４、サンプル１８からサンプル２４及びサンプル２６からサンプル２９は、さらに、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄ及び条件Ｅを満たしていた。他方で、サンプル１からサンプル２、サンプル１５からサンプル１７、サンプル２５及びサンプル３０は、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄ及び条件Ｅのうちの少なくとも１つを満たしていなかった。

【0100】

第１層１１ａ及び第１層１１ｂ中における銅の体積比が９０パーセント以上であることを、条件Ｆとする。第１層１１ａ及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の１５パーセント以上であることを、条件Ｇとする。

【0101】

サンプル３からサンプル１２、サンプル１８からサンプル２３及びサンプル２６からサンプル２８は、さらに条件Ｆ及び条件Ｇを満たしていた。他方で、サンプル１３からサンプル１４、サンプル２４及びサンプル２９は、条件Ｆ及び条件Ｇのうちの少なくともいずれかを満たしていなかった。

【0102】

第１層１１の数及び第２層１２の数の合計が５以上であり、かつ厚さＴ３が厚さＴ１の１８パーセント以上であることを、条件Ｈとする。サンプル３からサンプル１１及びサンプル１８からサンプル１９は、さらに、条件Ｈを満たしていた。他方で、サンプル１２、サンプル２０からサンプル２３及びサンプル２６からサンプル２８は、条件Ｈを満たしていなかった。

【0103】

表２には、サンプル１からサンプル３７の層内方向での線膨張係数、厚さ方向での熱伝導率及び端部温度差の測定結果が示されている。線膨張係数としては、８００℃で１５分間の保持を行った後において温度を室温から２００℃まで変化させた際の層内方向での線膨張係数（表２中の「第１線膨張係数」）、８００℃で１５分間の保持を行う前において温度を室温から２００℃まで変化させた際の層内方向での線膨張係数（表２中の「第２線膨張係数」）及び８００℃で１５分間の保持を行う前において温度を室温から８００℃まで変化させた際の層内方向での線膨張係数（表２中の「第３線膨張係数」）が測定された。熱伝導率は、８００℃で１５分間の保持を行った後に測定された。

【0104】

【表2】

【0105】

サンプル３１からサンプル３７の第１線膨張係数は、サンプル１からサンプル３０の第１線膨張係数よりも大きくなっていた。上記のとおり、サンプル１からサンプル３０は条件Ａを満たしている一方、サンプル３１からサンプル３７は条件Ａを満たしていなかった。

【0106】

この比較から、第１層１１ａ及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力が５０ＭＰａ以下となることにより、ろう付けを行うための熱が加わった際に、第１層１１と第２層１２との接合界面にクラックが発生することが抑制されること（ろう付けを行うための熱が加わった後においても低い線膨張係数が維持されること）が明らかになった。

【0107】

サンプル３からサンプル１４、サンプル１８からサンプル２４及びサンプル２６からサンプル２９は、第１線膨張係数が６ｐｐｍ／Ｋ以上１０ｐｐｍ／Ｋ以下であること及び厚さ方向での熱伝導率が２６１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることをさらに満たしていた。上記のとおり、サンプル３からサンプル１４、サンプル１８からサンプル２４及びサンプル２６からサンプル２９は、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄ及び条件Ｅをさらに満たしていた。

【0108】

この比較から、モリブデンの体積比が１３パーセント超４３パーセント未満であり、厚さＴ３が厚さＴ１の１０パーセント超であり、第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の２５パーセント以下であり、かつ第２層１２中におけるモリブデンの体積比が５５パーセント以上であることにより、ろう付けを行うための熱が加わった後においても、複合材料１０の厚さ方向での熱伝導率を維持しつつ、複合材料１０の層内方向での線膨張係数が低減できることが明らかになった。

【0109】

サンプル３からサンプル１４、サンプル１８からサンプル２４及びサンプル２６からサンプル２９の第３線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋ以上８．５ｐｐｍ／Ｋ以下であった。上記のとおり、サンプル３からサンプル１４、サンプル１８からサンプル２４及びサンプル２６からサンプル２９は、条件Ｂ、条件Ｃ、条件Ｄ及び条件Ｅをさらに満たしていた。

【0110】

この比較から、モリブデンの体積比が１３パーセント超４３パーセント未満であり、厚さＴ３が厚さＴ１の１０パーセント超であり、第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の２５パーセント以下であり、かつ第２層１２中におけるモリブデンの体積比が５５パーセント以上であることにより、複合材料１０の線膨張係数とケース部材の線膨張係数との違いに起因してろう材にクラックが発生することを抑制できることが明らかにされた。

【0111】

サンプル３からサンプル１２、サンプル１８からサンプル２３及びサンプル２６からサンプル２８の端部温度差は、５０℃未満であった。上記のとおり、サンプル３からサンプル１２、サンプル１８からサンプル２３及びサンプル２６からサンプル２８は、条件Ｆ及び条件Ｇをさらに満たしていた。

【0112】

この比較から、第１層１１ａの厚さＴ２及び第１層１１ｂの厚さＴ２が厚さＴ１の１５パーセント以上であるとともに、第１層１１ａ中における銅の体積比及び第１層１１ｂ中における銅の体積比が９０パーセント以上であることにより、端部温度差を小さくできることが明らかになった。

【0113】

サンプル３からサンプル１１及びサンプル１８からサンプル１９における第１線膨張係数と第２線膨張係数との差は、０．３ｐｐｍ／Ｋ以下であった。また、サンプル３からサンプル１１及びサンプル１８からサンプル１９では、第１層１１ａ及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力が４０ＭＰａ以下であった。この比較から、第１層１１の数及び第２層１２の数の合計が５以上であり、かつ厚さＴ３が厚さＴ１の１８パーセント以上であることにより、第１層１１ａ及び第１層１１ｂに作用している圧縮残留応力がさらに小さくなり、ろう付けを行うための熱が加わることによる層内方向での線膨張係数の増加が抑制されることが明らかになった。

【0114】

（第２実施形態）
第２実施形態に係る半導体パッケージ（以下「半導体パッケージ１００」とする）を説明する。

【0115】

図７は、半導体パッケージ１００の分解斜視図である。半導体パッケージ１００は、図７に示されているように、複合材料１０と、半導体素子３０と、ケース部材４０と、蓋５０と、端子６０ａ及び端子６０ｂとを有している。

【0116】

複合材料１０は、半導体パッケージ１００において、ヒートスプレッダとして機能している。半導体素子３０は、第１表面１０ａ上に配置されている。半導体素子３０と第１表面１０ａとの間には、伝熱部材が介在されていてもよい。半導体素子３０は、動作時に、発熱源となる。

【0117】

ケース部材４０は、例えばセラミックス材料で形成されている。セラミックス材料は、例えば、アルミナである。ケース部材４０は、半導体素子３０を取り囲むように第１表面１０ａ上に配置されている。ケース部材４０の下端（第１表面１０ａ側の端）と第１表面１０ａとの間は、例えばろう付けにより接合されている。蓋５０は、例えば、セラミックス材料又は金属材料で形成されている。蓋５０は、ケース部材４０の上端側を閉塞している。

【0118】

端子６０ａ及び端子６０ｂは、ケース部材４０に挿入されている。その結果、端子６０ａ及び端子６０ｂの一方端は第１表面１０ａ、ケース部材４０及び蓋５０により画される空間内に位置しており、端子６０ａ及び端子６０ｂの他方端は当該空間の外部に位置している。端子６０ａ及び端子６０ｂは、例えば、金属材料で形成されている。金属材料は、例えば、コバールである。

【0119】

図示されていないが、端子６０ａ及び端子６０ｂの一方端側は、半導体素子３０に電気的に接続されている。半導体パッケージ１００は、端子６０ａ及び端子６０ｂの他方端側において、半導体パッケージ１００とは別の装置又は回路と電気的に接続される。

【0120】

第２表面１０ｂには、放熱部材７０が取り付けられる。放熱部材７０は、例えば、内部に冷媒が流れる流路が形成されている金属板である。但し、放熱部材７０は、これに限られるものではない。放熱部材７０は、例えば、冷却フィンであってもよい。放熱部材７０と第２表面１０ｂとの間には、伝熱部材が介在されていてもよい。

【0121】

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記の実施形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0122】

１０ 複合材料、１０ａ 第１表面、１０ｂ 第２表面、１１，１１ａ，１１ｂ 第１層、１２ 第２層、１５ 薄片、１６ ブロック、２０ 積層体、２１ 第１板材、２２ 第２板材、３０ 半導体素子、４０ ケース部材、５０ 蓋、６０ａ 端子、６０ｂ 端子、７０ 放熱部材、８０ アルミニウムフィン、９０ 発熱体、１００ 半導体パッケージ、Ｐ 荷重、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 加熱工程、Ｓ３ 圧延工程、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３ 厚さ。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】