(57)【要約】      （修正有）【課題】ハイパワー化と小型モジュール化に伴って、パワー半導体から発生する熱をヒートスプレッダへ更なる効率的に熱放散させると同時に冷熱サイクルに伴う熱ストレスを低減させる回路実装構造を提供する。【解決手段】パワー半導体の回路部は接合部とダイアタッチ部を介してヒートスプレッダ部に接合される。接合部において、回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合され、一方、ヒートスプレッダ部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・電気的絶縁接合されるので、電気的絶縁性を確保しながら効率的な熱拡散を実現し、そして、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部の熱膨張係数を回路部のそれと近似的に熱膨張整合させることによって、冷熱サイクルによる接合部への熱ストレスを低減する回路実装構造を提供する。【選択図】図２
2019021889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体の回路部は接合部とダイアタッチ部を介して熱膨張整合したヒートスプレッダ部またはヒートシンク部に接合され、前記接合部において絶縁層を挟んで高熱伝導・電気的絶縁接合と高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の回路部の下側にある接合部において、請求項１記載の絶縁層がダイヤモンド積層であり、前記回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合され、メタライズ部はダイアタッチ部を介してヒートスプレッダ部またはヒートシンク部と接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項３】
請求項２に記載の分子接合−１及び分子接合−２が配位結合または共有結合であることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項４】
請求項２に記載のダイヤモンド積層において、１次粒子径または２次粒子径が２ｎｍから２０００ｎｍである擬似球形状のダイヤモンドの充填配列した層が２層以上に積層し、当該ダイヤモンド積層の厚さが１０ｎｍから２０００ｎｍであることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項５】
請求項２に記載のダイヤモンド積層において、ＣＯＯＨ基やＯＨ基やＣＯ基やＣ＝Ｏ基やＣＨ基やＳ＝Ｏ基やＳＨ基やＳＯ３Ｈ基やＨＮＯ基やＮＨ基やＣＮ基やＣＦ基やＣＣｌ基の１種以上の官能基で修飾されているダイヤモンドが充填配置されたダイヤモンド積層により高熱伝導・電気的絶縁接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項６】
請求項２と請求項４と請求項５に記載のダイヤモンド積層において、Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９０体積％以上で構成されるダイヤモンド積層により、高熱伝導・電気的絶縁接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項７】
請求項２に記載の接合部において、ダイヤモンド積層の下側に無電解めっきにより形成されるメタライズ部が分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項８】
請求項１に記載の回路部がＬＥＤやＬＤやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやＩＥＧＴのパワー半導体から１種以上を選択されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項９】
請求項１に記載のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部の２５℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が２．０から８．５ｐｐｍ／Ｋ、好ましくは３．０から７．２ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項１０】
請求項９に記載のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部が、Ｗ、Ｍｏ、ダイヤモンド、黒鉛結晶を含む炭素粒子、炭素繊維、ＳｉＣ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの中から１つ以上の組合せにより構成されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項１１】
請求項９に記載のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部において、黒鉛結晶を含む炭素粒子１０から２５体積％、炭素繊維を含む黒鉛化炭素繊維５５から７０体積％、マグネシウム、アルミニウム、銅、銀、亜鉛、スズおよび各金属の合金から１つ以上の金属１５から２５体積％で構成された炭素基金属複合材料の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が２．０から６．０ｐｐｍ／Ｋで、比抵抗が０．００１Ωｍ以下であることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項１２】
請求項１に記載のダイアタッチ部において、Ａｕ−Ｓｎはんだ、Ａｕ−Ｇｅはんだ、Ａｕ−Ｓｉはんだ、Ｚｎ−Ａｌはんだ、から選ばれた１つのはんだ、または、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子から選ばれた１つを含有した高熱伝導接着剤のどちらかにより、メタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合することを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【請求項１３】
ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部上に接合部を介して設けられた回路部を備えている回路実装構造において、前記接合部では、前記回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法であって、
（１）Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９０体積％以上で構成されるダイヤモンドの分散液を得る第１の工程、
（２）化学エッチング処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、オゾン処理の中から一種以上の組合せにより請求項１に記載の回路部の接合面を活性化する第２の工程、
（３）第１の工程で製造したダイヤモンドの分散液を用いて、第２の工程で処理した回路部の接合面にダイヤモンド積層をコーティングする第３の工程、
（４）第３の工程で製造したダイヤモンド積層を１００℃から２５０℃の不活性雰囲気中でエージング処理することによってダイヤモンド積層内部の緻密化と同時に、回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合される第４の工程、
（５）ダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに無電解めっきによる導電化処理後、さらに電気めっき処理することによってヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合される第５の工程
（６）Ａｕ−Ｓｎはんだ、Ａｕ−Ｇｅはんだ、Ａｕ−Ｓｉはんだ、Ｚｎ−Ａｌはんだ、から選ばれた１つのはんだ、または、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子から選ばれた１つを含有した高熱伝導接着剤のどちらかにより、第５の工程で作製したメタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合する第６の工程。
【請求項１４】
請求項１３に記載の第１の工程のダイヤモンド分散液を得る工程において、Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９３体積％以上で構成され、ゼータ電位が−１０ｍＶから−６０ｍＶであるダイヤモンド分散液を用いることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の第２の工程において、回路部の接合面が正の表面電荷分布を有していることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の第２の工程において化学エッチング処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、オゾン処理の中から一種以上の組合せの表面処理により、回路部の接合面がＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾され、かつ、正の表面電荷分布を有していることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の第３の工程において、ダイヤモンド粒がクーロン力に吸引されて回路部の接合面に自己配列したダイヤモンド積層が形成され、第４の工程において、ダイヤモンド積層を１００℃から２５０℃の不活性雰囲気中でエージング処理することによってダイヤモンド積層内部の緻密化と同時に、回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合することを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の第５の工程で、ダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに、無電解めっきによる導電化処理において、ダイヤモンド積層表面のＳＨ基と無電解めっきの触媒とが分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されことを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【請求項１９】
請求項１３の第５の工程では、先ず、ダイヤモンド積層の表面前処理工程として、脱脂処理、洗浄処理、エッチング処理、還元処理、触媒付与増感処理がなされる。次に、導電化処理工程として、プレディップ処理、触媒付与処理、アクセラレーター処理、無電解めっき）処理、洗浄処理、乾燥・エージング処理がなされる。次に、電気めっき工程として、ストライク金属めっき処理、金属めっき処理、水洗・純粋水洗・乾燥処理がなされることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＬＥＤやＬＤやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやＩＥＧＴに関して、特にパワー半導体から発生する熱を熱膨張整合したヒートスプレッダへ効率的に熱放散させることにより、特性と信頼性を向上させたパワー半導体の回路実装構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  産業、自動車・電装、太陽光・風力発電などの新エネルギーの３分野のパワーエレクトロニクスの制御分野では、エネルギーの有効利用の観点から、直流を交流に変換するインバータや交流を直流に変換するコンバータや交流の周期を変える周波数変換や直流の電圧を変換するレギュレータの働きをするパワー半導体が注目されている。【０００３】  これらのパワー半導体の心臓部は電流をスイッチングする素子である。従来からサイリスタ、パワー・トランジスタなどが知られており、最近ではＧＴＯ（ゲート・ターン・オフ・サイリスタ）やＩＧＢＴ（インシュレーテツド・ゲート・バイポーラ・トランジスタ）やＩＥＧＴ（インシュレーテツド・エンハンスト・ゲート・トランジスタ）などのパワー半導体が広く使用されている。【０００４】  現在の自動車では、エンジン出力を最適に制御するために燃料供給や吸気システム、バルブの開閉、点火時期などを電子制御しており、これらを動かすためのモータやアクチュエータを各種パワー半導体で制御している。そして、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ制御用にインバータが採用されており需要は急拡大している。スイッチング素子は種類により呼び方が異なるものの、いずれも正極（エミッタ）電極、負極（コレクタ）電極と制御極（ゲート）電極の３端子で構成され、制御極への電圧、電流を制御することにより正極と負極間の導通の制御を行なっている。これらの素子をパッケージ内に小型モジュール実装する場合には、正極、負極には大電流が通電されるため配線の電流容量を考慮すると共に、スイッチングにより著しい発熱を放熱することと加熱・冷却の繰り返しによる熱ストレスの両方に留意した回路構造が重要である。【０００５】  また、自動車用ヘッドランプは、高輝度・パワーＬＥＤ素子の開発とともに、省電力、高寿命、デザインの自由度、制御性、環境負荷が少ないことから高輝度・パワーＬＥＤランプが注目を浴び、搭載されるようになってきた。しかし、素子のジャンクション温度１０℃上がると素子寿命は半分、故障率は２倍になることから、高輝度・パワー化に伴うＬＥＤ素子の温度上昇が、半導体装置の特性や信頼性に悪影響を及ぼす。この悪影響を回避するためには、ＬＥＤ素子から発生する熱エネルギーを効率的に装置の外部へ伝導し、放熱することが重要である。【０００６】  この課題に関する多くの関連技術が開示されている。例えば、特許文献１では、パワー半導体を実装した従来のパワーモジュールには、パワー半導体の電力消費に伴い発生する多量の熱を放熱するために、パワー半導体を載せた金属配線板、窒化アルミなどのセラミック絶縁層、金属放熱板、及びヒートシンクからなる標準で１４段構造となっており、製造工程が煩雑でモジュール自体の信頼性にも問題が生じさせる恐れがあった。この問題を解決する手段として、モジュールの最上部より、パワー半導体、該パワー半導体の下面に半田層を介して金属配線板、該金属配線板の下面に樹脂系絶縁層を介して設けられた金属放熱板、該金属放熱板の下面に半田又はシリコングリースを介して設けられたヒートシンクからなる９段構造に簡素化パワーモジュールが開示されている。【０００７】  次に、特許文献２では、ＬＥＤ素子を例にして、半導体素子から発生した熱を効率的に外部へ放散し、半導体装置の温度上昇を防止し、半導体装置の動作特性を向上させ、安定的な動作を維持する実装構造が開示されている。放熱基板として平均表面粗さで５ｎｍ以下の金属基板を用い、該金属基板の表面に、光波長４００ｎｍから１５００ｎｍの間で、少なくとも１つの波長帯の光に対して、５０％以上の反射率を有する金属層を物理的蒸着し、更に、表面コーティング層として、熱伝導率が高く、且つ絶縁性が良いダイヤモンドライクカーボン層を物理的蒸着により成膜した。更に、この基板上に別途製造したＬＥＤ薄膜層に荷重をかけ、密着させてボンディングした半導体装置を製造している。これによって、ＬＥＤ素子から発生した熱は、ＬＥＤ素子が直接接するダイヤモンドライクカーボン層の層厚は薄いため厚さ方向に効率的に熱が伝導し、金属基板に熱が伝わり、金属材料中では、厚さ方向と共に横方向にも効率的に熱が伝導し外部へ放熱されることが開示されている。【０００８】  次に、特許文献３では、周知のように、銅の熱伝導率が約４００Ｗ／ｍＫで、充分な熱伝導性を備えていることから、銅自体をそのままヒートシンクに利用できればよいのであるが、銅の熱膨張率は１７ｐｐｍ／Ｋを呈し、半導体基板材料であるＳｉの熱膨張係数３ｐｐｍ／ＫやＩｎＰの熱伝導係数４．５ｐｐｍ／ＫやＧａＡｓの熱膨張係数５．９ｐｐｍ／Ｋと比較して著しく高い。したがって、そのまま半導体用のヒートシンクに銅を部材とすることは適わない。そこで、新たな解決手段として、黒鉛系炭素繊維又は炭素粒子を用いれば金属ヒートシンクとしての熱伝導性能を維持しながら、熱膨張性の課題を解消できる可能性があるのではないかと期待された。金属種を含むマトリクス材料の一次もしくは二次粒径が平均０．０１〜６００μｍの微粒子と、ピッチ系黒鉛化炭素繊維および又はピッチ系黒鉛化炭素繊維集合体を用いて、粉体圧縮成形を行い、ついで加圧下もしくは真空下で加熱を施し、該微粒子を熔融して、成型体の空隙に含浸せしめ、焼結を行う事により、一体複合化してなる金属炭素複合材料が提案されている。【０００９】  今後更なるハイパワー化と小型モジュール化に伴って、パワー半導体から発生する熱をヒートスプレッダへ更なる効率的に熱放散させると同時に冷熱サイクルに伴う熱ストレスを低減させることを要求されてくるが、これらの文献は、特性と信頼性を更に向上させたパワー半導体の回路実装構造を提供してくれない。特許文献１では、９段構造と簡素化パワーモジュールになった一方で、ＡｌＮの高熱伝導絶縁セラミックスの替りに低熱伝導性の樹脂系絶縁層コートした金属板を採用したことにより、熱の放散が低下し、そして、熱ストレスが増大してしまった。【００１０】  特許文献２では、樹脂系絶縁層の替りに、金属基板に物理的蒸着した高熱伝導性・電気的絶縁性のダイヤモンドライクカーボン層にＬＥＤ素子をボンディングさせることを特徴にしている。しかし、化学的に不活性な表面状態であるダイヤモンドライクカーボン層とＬＥＤ素子を機械的接合させて、高信頼性が得られるか問題である。【００１１】  特許文献３の実施例では、熱伝導率５８０Ｗ／ｍＫを記録したピッチ系黒鉛化炭素繊維７０重��部と二次粒径１８μｍの銀一銅合金（７２重量％銀−２８重量％銅）の微粒子３０重量部とを混合し、少量の増粘剤（パラフィンワックス２重量％）を追加し、注意深く、丹念に混合・攪拌し比重の差異の影響が少なくなるようにした。ついで圧力８トン／ｃｍ２下で粉体成形を行い、引き続いて、この粉体成型物を坩堝に収め、窒素雰囲気、加圧下、１０００℃で熔融、焼結を行い、板状の金属炭素複合材料を得た。この金属炭素複合材料のプレス面内方向の熱伝導率は４２０Ｗ／ｍＫ、プレス面に垂直な方向の熱伝導率は３２０Ｗ／ｍＫと高い値であった。また複合材料成形体のプレス面内方向の熱膨張率は約６ｐｐｍ／Ｋと好適な値であったと開示されている。しかしながら、金属が黒鉛と濡れ性に劣るため焼結時に金属の偏析が発生して均一性を確保できない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２８８０５４公報
【特許文献２】特開２００８−２６３１２６公報
【特許文献３】特開２０１０−３４０８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  今後更なるハイパワー化と小型モジュール化に伴って、パワー半導体から発生する熱をヒートスプレッダへ更なる効率的に熱放散させる課題と同時に、冷熱サイクルに伴う熱ストレスを低減させる熱膨張整合する課題がある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  本発明は以下の通りである。
【００１５】１．パワー半導体の回路部は接合部とダイアタッチ部を介して熱膨張整合したヒートスプレッダ部またはヒートシンク部に接合され、前記接合部において絶縁層を挟んで高熱伝導・電気的絶縁接合と高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００１６】２．前記１の回路部の下側にある接合部において、前記１の絶縁層がダイヤモンド積層であり、前記回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合され、メタライズ部はダイアタッチ部を介してヒートスプレッダ部またはヒートシンク部と接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
３．前記２の分子接合−１及び分子接合−２が配位結合または共有結合であることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００１７】４．前記２に記載のダイヤモンド積層において、１次粒子径または２次粒子径が２ｎｍから２０００ｎｍである擬似球形状のダイヤモンドの充填配列した層が２層以上に積層し、当該ダイヤモンド積層の厚さが１０ｎｍから２０００ｎｍであることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００１８】５．前記２のダイヤモンド積層において、ＣＯＯＨ基やＯＨ基やＣＯ基やＣ＝Ｏ基やＣＨ基やＳ＝Ｏ基やＳＨ基やＳＯ３Ｈ基やＨＮＯ基やＮＨ基やＣＮ基やＣＦ基やＣＣｌ基の１種以上の官能基で修飾されているダイヤモンドが充填配置されたダイヤモンド積層により高熱伝導・電気的絶縁接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００１９】６．前記２と前記４と前記５のダイヤモンド積層において、Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９０体積％以上で構成されるダイヤモンド積層により、高熱伝導・電気的絶縁接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２０】７．前記２の接合部において、ダイヤモンド積層の下側に無電解めっきにより形成されるメタライズ部が分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
８．前記１の回路部がＬＥＤやＬＤやＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのパワー半導体から１種以上を選択されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２１】９．前記１のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部の２５℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が２から８．５ｐｐｍ／Ｋ、好ましくは３から７．２ｐｐｍ／Ｋであることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２２】１０．前記９のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部が、Ｗ、Ｍｏ、ダイヤモンド、黒鉛結晶を含む炭素粒子、炭素繊維、ＳｉＣ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの中から１つ以上の組合せにより構成されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２３】１１．前記９のヒートスプレッダ部またはヒートシンク部において、黒鉛結晶を含む炭素粒子１０から２５体積％、炭素繊維を含む黒鉛化炭素繊維５５から７０体積％、マグネシウム、アルミニウム、銅、銀、亜鉛、スズおよび各金属の合金から１つ以上の金属１５から２５体積％で構成された炭素基金属複合材料の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が２．０から６．０ｐｐｍ／Ｋで、比抵抗が０．００１Ωｍ以下であることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２４】１２．前記１のダイアタッチ部において、Ａｕ−Ｓｎはんだ、Ａｕ−Ｇｅはんだ、Ａｕ−Ｓｉはんだ、Ｚｎ−Ａｌはんだ、から選ばれた１つのはんだ、または、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子から選ばれた１つを含有した高熱伝導接着剤のどちらかにより、メタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合することを特徴とするパワー半導体の回路実装構造。
【００２５】１３．ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部上に接合部を介して設けられた回路部を備えている回路実装構造において、前記接合部では、前記回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法であって、
【００２６】（１）Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９０体積％以上で構成されるダイヤモンドの分散液を得る第１の工程、
【００２７】（２）化学エッチング処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、オゾン処理の中から一種以上の組合せにより請求項１に記載の回路部の接合面を活性化する第２の工程、
（３）第１の工程で製造したダイヤモンドの分散液を用いて、第２の工程で処理した回路部の接合面にダイヤモンド積層をコーティングする第３の工程、
【００２８】（４）第３の工程で製造したダイヤモンド積層を１００℃から２５０℃の不活性雰囲気中でエージング処理することによってダイヤモンド積層内部の緻密化と同時に、回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合される第４の工程、
【００２９】（５）ダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに無電解めっきによる導電化処理後、さらに電気めっき処理することによってヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合される第５の工程
【００３０】（６）Ａｕ−Ｓｎはんだ、Ａｕ−Ｇｅはんだ、Ａｕ−Ｓｉはんだ、Ｚｎ−Ａｌはんだ、から選ばれた１つのはんだ、または、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子から選ばれた１つを含有した高熱伝導接着剤のどちらかにより、第５の工程で作製したメタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合する第６の工程。
【００３１】１４．前記１３の第１の工程のダイヤモンド分散液を得る工程において、Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９３体積％以上で構成され、ゼータ電位が−１０ｍＶから−６０ｍＶであるダイヤモンド分散液を用いることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
１５．前記１３の第２の工程において、回路部の接合面が正の表面電荷分布を有していることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【００３２】１６．前記１３の第２の工程において化学エッチング処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、オゾン処理の中から一種以上の組合せの表面処理により、回路部の接合面がＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾され、かつ、正の表面電荷分布を有していることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【００３３】１７．前記１３の第３の工程において、ダイヤモンド粒がクーロン力に吸引されて回路部の接合面に自己配列したダイヤモンド積層が形成され、第４の工程において、ダイヤモンド積層を１００℃から２５０℃の不活性雰囲気中でエージング処理することによってダイヤモンド積層内部の緻密化と同時に、回路部とダイヤモンド積層とは分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合することを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【００３４】１８．前記１３の第５の工程で、ダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに、無電解めっきによる導電化処理において、ダイヤモンド積層表面のＳＨ基と無電解めっきの触媒とが分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合されことを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【００３５】１９．前記１３の第５の工程では、先ず、ダイヤモンド積層の表面前処理工程として、脱脂処理、洗浄処理、エッチング処理、還元処理、触媒付与増感処理がなされる。次に、導電化処理工程として、プレディップ処理、触媒付与処理、アクセラレーター処理、無電解めっき）処理、洗浄処理、乾燥・エージング処理がなされる。次に、電気めっき工程として、ストライク金属めっき処理、金属めっき処理、水洗・純粋水洗・乾燥処理がなされることを特徴とするパワー半導体の回路実装構造の製造方法。
【発明を実施するための最良の形態】  次に、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【実施例】  「パワー半導体の回路実装構造」【００３６】  図１は、本実施形態に係るパワー半導体の回路実装構造の断面図である。パワー半導体の回路部（Ａ）の温度上昇を抑えるため、接合部（Ｂ）とダイアタッチ部（Ｃ）を介して熱膨張整合したヒートスプレッダ部（Ｃ１）と接合されている。接合部（Ｂ）において、回路部（Ａ）と絶縁積層（Ｂ２）とは分子接合−１（Ｂ１）で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部（Ｄ１）側のメタライズ部（Ｂ４）と絶縁積層（Ｂ２）とは分子接合−２（Ｂ３）で高熱伝導・メタライズ接合される。【００３７】  図２は、本実施形態に係るパワー半導体の回路実装構造の接合部の断面図である。パワー半導体の回路部（Ａ）の温度上昇を抑えるため、接合部（Ｂ）とダイアタッチ部（Ｃ）を介して熱膨張整合したヒートスプレッダ部（Ｃ１）と接合されている。図１の接合部（Ｂ）における絶縁積層（Ｂ２）はダイヤモンド積層（Ｂ２）であり、回路部（Ａ）とダイヤモンド積層（Ｂ２）とは分子接合−１（Ｂ１）で高熱伝導・電気的絶縁接合され、ヒートスプレッダ部（Ｄ１）側のメタライズ部（Ｂ４）とダイヤモンド積層（Ｂ２）とは分子接合−２（Ｂ３）で高熱伝導・メタライズ接合される。
「ダイヤモンド」【００３８】  ダイヤモンドはデトネーション法によって製造される。爆薬のデトネーション反応により衝撃波が発生して超高圧・超高温の最高点が高圧容器の中に発生する。最高点から等エントロピー線に従い圧力・温度が低下し、カーボン原子が凝縮しナノクラスターを形成するが、１〜２ｎｍサイズでは融点降下によりカーボンクラスターは液滴状態である。さらに液相からダイヤモンド固相領域では液滴の合体しながら、ダイヤモンド結晶が生成する。更なる圧力・温度が低下すると、グラファイト固相領域でグラファイト化や未反応の炭化水素化合物なども液化・固化する。このような熱力学的プロセスがデトネーションダイヤモンドの特徴を出現させている。ほぼ球形状の粒子のサイズは爆薬原料や合成条件によって制御される。そして、さまざまな種類の非ダイヤモンド炭素を含んでいるので、化学的精製と物理的精製経て、さまざまな表面官能基で覆われているダイヤモンドが得られる。このダイヤモンドは、機械的分野（めっきの硬度改善、刃物の硬度改善、研磨剤、ポリマーの剛性改善、摺動性改善）や化学的・バイオ分野（消臭、抗菌、バイオセンサー、バイオチップ、触媒、ドラッグデリバリー）や光学的分野（プラスチックレンズ、反射防止膜、散乱スクリーン、光屈折プリズム）といった可能な新たな用途がある。特に、粒子サイズと擬似球形状と表面官能基を制御したダイヤモンド粒子を用いることによって、充填配列したダイヤモンド積層が得られる。
「ダイヤモンド積層」【００３９】  パワー半導体の回路部（Ａ）が動作するときには、ジュール熱により熱が発生し温度が上昇する。パワー半導体の温度が上昇するとオン抵抗が増加し、フィードバック制御などを行っているときには、さらに電流を流そうとして電圧がかけられ、電流が流れ、それによりジュール熱が増大し、温度がさらに上昇する。で発生した熱をヒートスプレッダ部（Ｄ１）に熱拡散させるため、電気的絶縁性及び高熱伝導性の機能を有するダイヤモンド積層（Ｂ２）が配位結合または共有結合により強固な接合を実現している。【００４０】  ダイヤモンド積層は擬似球形状のダイヤモンドが充填配列した層であって、その１次粒子径または２次粒子径が２ｎｍから２０００ｎｍ、好ましくは５ｎｍから１０００ｎｍである。その粒子径が２ｎｍ未満では入手が困難で、２０００ｎｍを超すと球形から外れるので充填配列が出来なくなる。そして、積層数は電気的絶縁性を確保するため２層以上を必要とするが、均一な層厚みを得るため、２層から５層が好ましい。さらに、擬似球形状のダイヤモンドの粒子径にもよるが、ダイヤモンド積層の厚さが１０ｎｍから２０００ｎｍで、好ましくは２０ｎｍから１０００ｎｍである構造をしている。
［実験１］
「ダイヤモンドの表面改質処理」【００４１】  ＣＯＯＨ基やＯＨ基やＣＯ基やＣ＝Ｏ基やＣＨ基やＳ＝Ｏ基やＳＨ基やＳＯ３Ｈ基やＨＮＯ基やＮＨ基やＣＮ基やＣＦ基やＣＣｌ基の１種以上の官能基で修飾することによって、ダイヤモンドを均一分散したコーティング液を製造することが出来る。【００４２】  そこで、Ｄ５０の粒子サイズが６０ｎｍのダイヤモンドをドライ表面改質反応容器にセットする。１０％硝酸水溶液の処理剤に窒素のキャリアガスをバブリングして処理ガスを反応容器に供給し、５００℃で５時間の表面改質処理をした。表面官能基の評価として、ＦＴＩＲ測定したとき、ＣＯＯＨ官能基を検出した。また、１０％硫酸水溶液の処理剤を用いた場合にはＳＯ３Ｈ基が検出された。
［実験２］
「ダイヤモンドを均一分散したコーティング液」【００４３】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第１の工程により、ダイヤモンド積層において、Ｓ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドが１０体積％以下、ＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾されたダイヤモンドが９０体積％以上で構成されるダイヤモンド積層と成るように、同様な比率でＳ＝Ｏ基またはＳＨ基またはＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンドを均一分散したコーティング液を作製する。この時、分散液のゼータ電位は−１０ｍＶから−６０ｍＶであることが好ましい。ＳＯ３Ｈ基は脱水縮合反応の触媒的役割と無電解めっき膜との接合強度の向上の役割を持っている。
［実験３］
「回路部の接合面の活性化」【００４４】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第２の工程により、化学エッチング処理、ＵＶ照射処理、大気圧プラズマ処理、オゾン処理の中から一種以上の組合せを選択して回路部の接合面を活性化する。この時、回路部の接合面がＣＯＯＨ基またはＯＨ基で修飾され、かつ、正の表面電荷分布を有し、親水性であることが好ましい。
［実験４］
「ダイヤモンド積層のコーティング」【００４５】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第３の工程により、実験２で作製したダイヤモンドを均一分散したコーティング液を、実験３で活性化処理した回路部の接合面にダイヤモンド積層をコーティングする。この時、プラスに荷電し親水性である回路部の接合面にはマイナスに荷電したダイヤモンド粒子が自己充填配列される。この自己充填配列のメカニズムについては不確かではあるが、ダイヤモンド粒子に働く静電気力が関与していると考えられる。その一例として、Ｄ５０の粒子サイズが６０ｎｍのダイヤモンドを水分散し、そのゼータ電位が−３０ｍＶの分散液を使用して、（１００）シリコン基板にスピンコート法により成膜したダイヤモンドが充填配列したダイヤモンド積層を図３に示した。
［実験５］
「分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合」【００４６】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第４の工程により、実験４で製造したダイヤモンド積層を１００℃から２５０℃の不活性雰囲気中でエージング処理することによってＣＯＯＨ基とＯＨ基で修飾されたダイヤモンド粒子同士が脱水縮合してダイヤモンド積層内部の緻密化する。同時に、回路部の接合面に修飾されたＯＨ基とダイヤモンド積層面に存在するＣＯＯＨ基とが脱水縮合して分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合される。この時、ダイヤモンド積層にＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンド粒子が含まれると固体酸の作用によりより低温で脱水縮合反応が発生する。
［実験６］
「分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合」【００４７】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第５の工程により、ダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに無電解めっきによる導電化処理後、さらに電気めっき処理することによってヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合される。【００４８】  無電解めっき法は、一般的は少なくとも次の６工程、▲１▼表面活性化処理工程、▲２▼触媒付与増感工程、▲３▼プレディップ工程、▲４▼触媒付与工程、▲５▼導電化処理工程、▲６▼洗浄・乾燥エージング処理工程、▲７▼電気めっき工程、より構成される。【００４９】  具体的に例を挙げと、▲１▼表面活性化処理工程は、実験５で作製したダイヤモンド積層の表面に対するオゾン処理、オゾン水処理、紫外線処理、プラズマ処理、コロナ放電処理から選択される１種以上の表面処理を行うことによりダイヤモンド積層表面を活性化処理する。【００５０】  次に、▲２▼触媒付与増感工程に付される。この工程は、中性またはマイナスに帯電した素材表面をプラスに変化させて、マイナスに帯電した触媒の吸着量を増加させる工程であり、いわゆるコンデショナーと呼ばれる薬剤を用いて処理される。このコンデショナーとしては、市販の製品を用いることができる。なお、前の▲１▼表面活性化処理工程において、エッチング液を利用した場合は、本工程に先立ち、残存するエッチング液を除去するための還元工程を設けることが好ましい。この還元工程には、例えば、１Ｎの塩酸あるいは硫酸溶液に、少量のヒドラジン、ヒドロキシルアミン塩などの還元剤や鉄塩などを添加した溶液を利用することができる。還元工程は、この溶液を６０〜７０℃程度に加熱しこれにエッチングされたダイヤモンド積層表面を３〜５分程度浸漬すればよい。【００５１】  また、▲３▼プレディップ工程は、触媒付与増感されたダイヤモンド積層表面を短時間浸漬処理することにより、表面に付着した水分を触媒液のベースと同じ組成にして次工程の触媒液中へ多量の水を持ち込むことによる触媒の分解を防止する工程であり、５０〜２００ｍｌ／Ｌ程度の塩酸水溶液であるプレディップ溶液に、０．５〜２分間程度浸漬することにより行われる。【００５２】  また、▲４▼触媒付与工程は、ダイヤモンド積層表面を導電化（金属化）するための触媒を付与する工程であり、プレディップと同一塩酸溶液中に塩化パラジウムと塩化第一スズを反応させて作製した触媒を添加して調製した触媒液に、プレディップされたダイヤモンド積層表面を３ないし５分間程度浸漬することにより行われる。なお、この触媒付与に用いる触媒付与液としては、市販のものが適宜利用できる。【００５３】  このようにして、その表面Ｓｎ−Ｐｄ触媒が付着したダイヤモンド積層表面は、次に▲５▼導電化処理工程により、吸着したＳｎ化合物を電導性のある酸化第一Ｓｎに変化させ、導電化皮膜を形成する。この導電化処理に用いられる薬剤は、苛性アルカリ、錯化剤、微量の還元剤および微量の銅塩を含むものであり、市販されているものを利用することができる。導電化処理が行われる。【００５４】  次に、▲６▼洗浄・乾燥エージング処理工��により、導電化膜が形成されたダイヤモンド積層表面を、脱イオン水に浸漬洗浄し、４５℃から８０℃の温度条件で、３から１５分間乾燥エージングさせるものである。特に、乾燥エージングによって、付与した触媒とダイヤモンド積層表面との分子接合−２が確立され、高熱伝導・メタライズ接合した導電化膜が形成される。さらに、ダイヤモンド積層表面にＳＨ基が存在すると無電解めっきの触媒とがより強い分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合する。【００５５】  次に、ダイヤモンド積層表面に形成された導電化膜表面に、▲６▼電気めっき工程が行われる。一般には、まず、酸性銅めっき、次いでニッケルめっき、最後に金めっきが行われる。これらの各めっきは、公知のめっき浴組成により行われ、必要により、ニッケルめっきにおいて適切な耐蝕性・密着性向上手段、例えば、ダブルニッケルめっき、マイクロポーラスめっき、マイクロクラックめっきを採用しても良い。【００５６】  本発明は、ダイヤモンド積層表面へのダイレクトめっき工程の▲１▼表面活性化処理工程、▲２▼触媒付与増感工程、▲３▼プレディップ工程、▲４▼触媒付与工程、▲５▼導電化処理工程、▲６▼洗浄・乾燥エージング処理工程の無電解めっき処理をすることで、分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合によって、ダイヤモンド積層表面とめっき膜であるメタライズ部間の高い密着強度が得られるとの知見に基づくものである。
［実験７］
「接合部のメタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合するダイアタッチ部」【００５７】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第６の工程により、Ａｕ−Ｓｎはんだ、Ａｕ−Ｇｅはんだ、Ａｕ−Ｓｉはんだ、Ｚｎ−Ａｌはんだ、から選ばれた１つのはんだ、または、Ａｇ粒子、Ａｕ粒子、Ｃｕ粒子から選ばれた１つを含有した高熱伝導接着剤のどちらかにより、第５の工程で作製したメタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合される。
「パワー半導体の回路部」【００５８】  産業、自動車・電装、太陽光・風力発電などの新エネルギーの３分野のパワーエレクトロニクスの制御分野では、、直流を交流に変換するインバータや交流を直流に変換するコンバータや交流の周期を変える周波数変換や直流の電圧を変換するレギュレータの働きをするパワー半導体のスイッチング素子が注目され、本発明の回路部がＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴやＩＥＧＴが挙げられる。これら以外のスイッチング素子も対象である。また、高輝度・パワーＬＥＤ素子や高出力ＬＤ素子も含まれる。
［実験８］
「ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部」【００５９】  まず、パワー半導体の回路部から発生する熱エネルギーを効率的に装置の外部へ伝導し、放熱する重要な役割をするため２５℃における熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上が必要である。そして、放熱の効率を考慮すると回路部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部との距離は１ｍｍ未満であるので、冷熱サイクルによる接合部への熱ストレスを最小限にする熱膨張整合が必要である。使用環境や実装構造にも寄るが、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部の熱膨張係数が２．０から８．５ｐｐｍ／Ｋ、好ましくは３．０から７．２ｐｐｍ／Ｋであることが必要である。【００６０】  材料候補として、Ｗ、Ｍｏ、ダイヤモンド、黒鉛結晶を含む炭素粒子、炭素繊維、ＳｉＣ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌの中から１つ以上の組合せにより構成されるヒートスプレッダ部またはヒートシンク部が挙げられる。製造コストの制約から、Ｗ／Ｃｕ系やＭｏ／Ｃｕ系やダイヤモンド／Ｃｕ系や炭素粒子／炭素繊維／金属系などから選択する。【００６１】  Ｗ／Ｃｕ系やＭｏ／Ｃｕ系やダイヤモンド／Ｃｕ系の熱膨張係数が６．０ｐｐｍ／Ｋ以上であるので、より好ましい材料候補として、黒鉛結晶を含む炭素粒子１０から２５体積％、炭素繊維を含む黒鉛化炭素繊維５５から７０体積％、マグネシウム、アルミニウム、銅、銀、亜鉛、スズおよび各金属の合金から１つ以上の金属１５から２５体積％で構成された炭素基金属複合材料の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が２．０から６．０ｐｐｍ／Ｋで、比抵抗が０．００１Ωｍ以下であるヒートスプレッダ部またはヒートシンク部が挙げられる。
［実験９］【００６２】  積層構成からなる炭素繊維シートと炭素質マトリックスからなる炭素繊維強化炭素複合材料を作製し、これに所定の金属を含浸することにより、炭素繊維強化金属複合材料を作製した。炭素繊維強化材として、炭素繊維シートを使用した。積層構成は炭素繊維シートＣを０°方向と９０°方向にそれぞれ交互に５枚ずつ重ねた上で中央の積層部が９０°二層となるようにミラー積層（計２０枚）し、銅を含浸することによって炭素繊維強化金属複合材料を作製した。この複合材料の構成は５８体積％炭素繊維シート、２５体積％含浸銅、１７体積％炭素質マトリックスであった。熱膨張係数は４ｐｐｍ／Ｋ、熱伝導率はＸＹ面で３５０Ｗ／ｍＫ、Ｚ軸で８０Ｗ／ｍＫであった。また、比抵抗が０．００１Ωｍ以下であった。
［実験１０］【００６３】  別の製造法により炭素繊維強化金属複合材料を作製した。ランダムマット炭素繊維前駆を空気中で１７０℃から３１０℃まで平均昇温速度５℃／分で昇温して不融化を行い、ついで７００℃で焼成した後、さらにそのまま３０００℃で焼成、黒鉛化することによりランダムマットピッチ系黒鉛化炭素繊維集合体を得た。ランダムマットピッチ系黒鉛化炭素繊維集合体６０重量部と、マトリクスとして二次粒径１８μｍの銀−銅合金（７２重量％銀−２８重量％銅）４０重量部と配合し、ポリビニルアルコール１％水溶液を噴霧しながら、少量ずつ両者を混合した。尚、ランダムマットピッチ系黒鉛化炭素繊維集合体はマトリクス材と混合しながら、所定の枚数を積層していく形とした。ついで、この複合体を、窒素雰囲気、加圧下、１０００℃で熔融、焼結を行い、板状の金属炭素複合材料を得た。この金属炭素複合材料のＸＹ面で熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、またＺ軸で熱伝導率は３１０Ｗ／ｍＫであった。またプレス面内方向の熱膨張率は約４×１０−６／Ｋ〈室温〜１００℃〉であった。
【実施例１】  「高輝度ＬＥＤ、パワー半導体の回路部」【００６４】  水平構造型ＬＥＤと比較して、指向性の高い光放出、光取り出し効率向上、高い放熱性の特徴を持つ高輝度出力の垂直構造型ＬＥＤの実装構造を図４に示した。まず、エピタキシャル成長により、＋電極・反射膜（Ａ６）／ｐ型ＧａＮ（Ａ５）／発光層ＭＯＷ（Ａ４）／ｎ型ＧａＮ（Ａ３）／サファイア基板のＬＥＤウェハを製造する。高熱伝導率のキャリア（Ａ７）がＬＥＤウェハのｐ型ＧａＮ（Ａ５）側に貼り合わせた。このキャリアウェハは良い電気的接触および放熱性能をもつシリコンを使用した。レーザリフトオフ（ＬＬＯ）によってサファイア基板を除去した後、ｎ型ＧａＮ（Ａ３）上に−電極（Ａ２）を形成した。【００６５】  ＵＶ照射処理により、回路部Ａのキャリア（Ａ７）ウェーハの接合面を活性化する。この時、回路部の接合面がＣＯＯＨ基とＯＨ基で修飾され、かつ、正の表面電荷分布を有し、親水性を示した。【００６６】  実験２で作製したダイヤモンドを均一分散したコーティング液を、活性化処理した回路部Ａのキャリア（Ａ７）ウェーハの接合面にダイヤモンド積層をコーティングした。この時、プラスに荷電し親水性である回路部の接合面にはマイナスに荷電したダイヤモンド粒子が自己充填配列され５００ｎｍ厚みのダイヤモンド積層を形成した。【００６７】  ダイヤモンド積層した回路部Ａのキャリア（Ａ７）ウェーハを１２０℃の不活性雰囲気中で１時間のエージング処理することによってＣＯＯＨ基とＯＨ基で修飾されたダイヤモンド粒子同士が脱水縮合してダイヤモンド積層内部の緻密化する。同時に、回路部の接合面に修飾されたＯＨ基とダイヤモンド積層面に存在するＣＯＯＨ基とが脱水縮合して分子接合−１で高熱伝導・電気的絶縁接合される。この時、ダイヤモンド積層にＳＯ３Ｈ基で修飾されたダイヤモンド粒子が含まれると固体酸の作用によりより低温で脱水縮合反応が発生した。【００６８】  パワー半導体の回路実装構造の製造方法の第５の工程により、回路部Ａのキャリア（Ａ７）ウェーハの接合面にコーティングしたダイヤモンド積層の表面の活性化処理後、さらに無電解めっきによる導電化処理後、さらに電気めっき処理することによってヒートスプレッダ部またはヒートシンク部側のメタライズ部（Ｂ４）とダイヤモンド積層とは分子接合−２で高熱伝導・メタライズ接合した。メタライズ部（Ｂ４）の最表面には金めっきを施した。
回路部（Ａ）に接合部（Ｂ）形成したウェーハを洗浄後、キャリアテープを貼ったウェーハをダイシング装置により、一つ一つのＬＥＤチップに分割した。
「接合部のメタライズ部とヒートスプレッダ部またはヒートシンク部とが高熱伝導接合するダイアタッチ部」【００６９】  図５に、作製したＬＥＤチップを表面実装型のパッケージに搭載した状態を示した。ヒートスプレッダ部（Ｄ１）には実験１０で製作したＸＹ面で熱伝導率は４８０Ｗ／ｍＫであり、またＺ軸で熱伝導率は３１０Ｗ／ｍＫであった。またプレス面内方向の熱膨張率は約４ｐｐｍ／Ｋ〈室温〜１００℃〉の炭素繊維強化金属複合材料を使用した。
【発明の効果】
【００７０】  本発明のパワー半導体の回路実装構造としての効果は、パワー半導体の回路部は高熱伝導・電気的絶縁接合により高速動作が確保される点と、ヒートスプレッダ部またはヒートシンク部と高熱伝導・メタライズ接合により高効率に熱拡散される点と、パワー半導体の回路部と高熱伝導・低熱膨張のヒートスプレッダ部とが同程度の熱膨張係数を満たす点にある。産業、自動車・電装、太陽光・風力発電などの新エネルギーの３分野におけるパワーエレクトロニクスの制御分野に展開が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】  パワー半導体の回路実装構
【図２】  パワー半導体、接合部の回路実装構造
【図３】  ダイヤモンドが充填配列した層のＦＥＳＥＭ写真
【図４】  パワー半導体、高輝度ＬＥＤの回路実装構造
【図５】  パワー半導体、高輝度ＬＥＤの表面実装型パッケージ
【符号の説明】
【００７２】Ａ  ・・・  回路部
Ａ１  ・・  サファイア
Ａ２  ・・  −電極
Ａ３  ・・  ｎ型ＧａＮ
Ａ４  ・・  ＭＯＷ
Ａ５  ・・  ｐ型ＧａＮ
Ａ６  ・・  ＋電極・反射膜
Ａ７  ・・  キャリア
Ｂ  ・・・  接合部
Ｂ１  ・・  分子接合−１
Ｂ２  ・・  ダイヤモンド積層
Ｂ３  ・・  分子接合−２
Ｂ４  ・・  メタライズ部
Ｃ  ・・・  ダイアタッチ部
Ｄ  ・・・  実装パッケージ
Ｄ１  ・・  ヒートスプレッダ部
Ｄ２  ・・  コンポジット
Ｄ３  ・・  カソード
Ｄ４  ・・  アノード
Ｄ５  ・・  半田バンプ
Ｄ６  ・・  反射体
Ｄ７  ・・  封止部
Ｄ８  ・・  筐体
Ｅ  ・・・  ヒートシンク部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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