Композитный материал, способ его получения, излучающая тепло панель для полупроводникового прибора, полупроводниковый прибор (варианты), диэлектрическая панель и электростатическое поглощающее устройство

Композитный материал, способ его получения, излучающая тепло панель для полупроводникового прибора, полупроводниковый прибор (варианты), диэлектрическая панель и электростатическое поглощающее устройство

Реферат

 

Использование: в устройствах силовой электроники, в многокристальных модулях. Технический результат изобретения состоит в увеличении пластичности и прочности композитного материала, а также предотвращении ухудшения свойств полупроводникового прибора, которое вызвано генерацией тепла, повышении надежности. Сущность: композитный материал содержит металл и неорганическое соединение, сформированное так, что оно имеет дендритную или стержневую форму. В частности, этот композитный материал представляет собой медный композитный материал, который содержит от 10 до 55 об.% оксида меди (Cu₂O) и (Сu) и случайные примеси до 100% и имеет коэффициент теплового расширения (5 - 17)10^-6/^oC в температурном диапазоне от комнатной температуры до 300^oС и теплопроводность от 100 до 380 Вт/(мК). Этот композитный материал может быть получен путем процесса, содержащего стадии плавления, литья и обработки, и применяется для излучающей тепло панели полупроводникового изделия. 12 с. и 8 з.п. ф-лы, 20 ил., 5 табл.

Изобретение относится к композитному материалу и, более конкретно, к медному композитному материалу с низким коэффициентом теплового расширения и высокой теплопроводностью, способу его получения и различным вариантам использования, таким, как использование в полупроводниковых приборах, где этот композитный материал применяется.

Технические приемы, относящиеся к преобразованию и управлению электрической мощностью и энергией с помощью электронных устройств и, в частности, устройств силовой электроники, используемые в системах релейного типа и в системах преобразования мощности в качестве применяемых технических приемов для таких устройств силовой электроники, называются силовой электроникой.

Силовые полупроводниковые приборы с различными видами релейных функций используются для преобразования мощности. В качестве таких полупроводниковых приборов используются не только выпрямительные диоды, которые содержат р - n-переходы и которые имеют проводимость только в одном направлении, но также тиристоры, биполярные транзисторы, полевые транзисторы со структурой оксида металла (MOS FET) и др., которые отличаются друг от друга различными комбинациями р - n- переходов. Кроме того, также существуют разработанные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) и тиристоры с выключающим управляющим электродом (GTO), которые имеют функцию выключения с помощью сигналов управляющего электрода.

Эти силовые полупроводниковые приборы вызывают генерацию тепла за счет подачи питания, и количество генерированного тепла имеет тенденцию увеличиваться из-за высокой емкости конструкции силовых полупроводниковых устройств и высокого быстродействия конструкции. Для того, чтобы предотвратить ухудшение свойств полупроводникового устройства и сокращение его срока службы, которые вызываются генерацией тепла, необходимо выполнить часть, излучающую тепло, таким образом, чтобы подавлялся рост температуры внутри и вблизи полупроводникового устройства. Так как медь имеет высокую теплопроводность 393 Вт/(мК) и является недорогой по стоимости, этот металл обычно используется для излучающих тепло элементов. Однако, так как излучающий тепло элемент полупроводникового прибора, снабженного силовым полупроводниковым устройством, соединяется с кремнием Si, имеющим коэффициент теплового расширения 4,2 10^-6/^oC, требуется излучающий тепло элемент, имеющий коэффициент теплового расширения, близкий к этой величине. Из-за того, что коэффициент теплового расширения меди больше, чем 17 10^-6/^oC, способность к пайке у меди по отношению к полупроводниковому прибору не является хорошей. Следовательно, материалы с коэффициентом теплового расширения, близким к коэффициенту теплового расширения кремния Si, такие как Мо и W, используются как излучающий тепло элемент или устанавливаются между полупроводниковым устройством и излучающим тепло элементом.

С другой стороны, интегральные схемы (ИС), сформированные интегрирующими электронными схемами на одном полупроводниковом чипе, подразделяются, в соответствии с их функциями, на схемы памяти, логические, микропроцессорные и т. д. Они называются электронными полупроводниковыми устройствами в противоположность силовым полупроводниковым приборам. Степень интеграции и быстродействие этих полупроводниковых устройств увеличивались год от года, и количество генерированного тепла также соответственно увеличивалось. С другой стороны, электронное полупроводниковое устройство в основном помещается в корпусе для того, чтобы предотвратить повреждения и неисправности путем изоляции от окружающей атмосферы. Большинство таких корпусов являются либо керамическими, либо пластиковыми, причем в керамическом корпусе полупроводниковое устройство неразъемно прикреплено к керамической подложке и герметично заделано, а полупроводниковое устройство герметизировано в пластиковом корпусе с помощью полимерных смол. Для того чтобы удовлетворить требования более высокой надежности и высоких скоростей, также изготавливается многокристальный модуль (МКМ), в котором множество полупроводниковых устройств смонтировано на одной подложке.

В пластиковом корпусе рамка с внешними выводами и контакты полупроводникового устройства соединяются с помощью соединительного провода и герметизируются пластиком. В последние годы, в связи с увеличением количества тепла, генерированного полупроводниковыми устройствами, создаются конструкции корпуса, в котором рамка с внешними выводами имеет свойство рассеяния тепла, и другого корпуса, в котором монтируется излучающая тепло панель для рассеяния тепла. Хотя рамки с внешними выводами на основе меди и излучающие тепло панели большой теплопроводности часто используются для рассеяния тепла, существует такое опасение, что проблемы могут возникать из-за отличия коэффициента теплового расширения от коэффициента теплового расширения кремния Si.

С другой стороны, в керамическом корпусе полупроводниковое устройство монтируется на керамической подложке, на которой напечатаны части монтажа, и полупроводниковое устройство герметизируется металлической или керамической крышкой. Кроме того, композитный материал Сu-Мо или Cu-W или кобальт-никелевый сплав соединяется с керамической подложкой и используется в качестве излучающей тепло панели, и для каждого из этих материалов требуется улучшение работоспособности и низкая стоимость, так же, как и конструкция с меньшим коэффициентом теплового расширения и конструкция с более высокой теплопроводностью.

В МКМ (многокристальном модуле) множество полупроводниковых устройств монтируются в качестве бескорпусных интегральных схем на тонкопленочной проводке, сформированной на кремниевой или металлической или керамической подложке, размещаются в керамическом корпусе и герметизируются с помощью крышки. Когда требуется свойство излучения тепла, излучающая тепло панель и излучающая тепло пластина устанавливаются в корпусе. Медь и алюминий используются в качестве материала для металлических подложек. Хотя медь и алюминий имеют преимущество, заключающееся в высокой теплопроводности, эти металлы имеют большой коэффициент теплового расширения и меньшую совместимость с полупроводниковыми устройствами. По этой причине кремний Si и нитрид алюминия (А1N) используются в качестве подложки высоконадежного многокристального модуля. Кроме того, так как излучающая тепло панель прикрепляется к керамическому корпусу, требуется материал, имеющий хорошую совместимость с материалом корпуса в единицах коэффициента теплового расширения и имеющий высокую теплопроводность.

Как упомянуто выше, все полупроводниковые приборы, каждый из которых снабжен полупроводниковым устройством, генерируют тепло в ходе работы, и функция полупроводникового устройства может быть ухудшена, если аккумулируется тепло. По этой причине требуется излучающая тепло панель с высокой теплопроводностью для рассеяния тепла наружу. Так как излучающая тепло панель прикрепляется непосредственно к полупроводниковому устройству или через изолирующий слой, требуется ее совместимость с полупроводниковым устройством не только по теплопроводности, но также по коэффициенту теплового расширения.

В настоящее время для полупроводниковых устройств в основном используются такие материалы, как Si (кремний) и GaAs (арсенид галлия). Коэффициенты теплового расширения этих двух материалов составляют от 2,6 10^-6/^oC до 3,6 10^-6/^oC и от 5,7 10^-6/^oC до 6,9 10^-6/^oC, соответственно. В качестве материалов для излучающих тепло панелей, имеющих коэффициент теплового расширения, близкий к этим величинам, известны такие материалы, как A1N, SiC, Мо, W, Cu-W и т.п. Однако, так как каждый из них представляет собой цельный материал, сложно регулировать средний уровень коэффициентов теплопередачи и теплопроводности и, в то же время, существует проблема, состоящая в том, что они имеют низкую обрабатываемость и высокую стоимость.

Недавно Al-SiC был предложен в качестве материала для излучающих тепло панелей. Это композитный материал из А1 и SiC, и его коэффициенты теплопередачи и теплопроводности могут регулироваться в широком диапазоне за счет изменения пропорций двух компонент. Однако этот материал имеет недостаток, состоящий в том, что он обладает плохой обрабатываемостью и высокой стоимостью. Спеченный сплав Сu-Мо предлагается в JP-A-8-78578, спеченный сплав Cu-W-Ni предлагается в JP-A-9-181220, спеченный сплав Cu-SiC предлагается в JP-A-9-209058, и Al-SiC предлагается в JP-A-9-15773. В этих общеизвестных композитных материалах, полученных с помощью процессов порошковой металлургии, коэффициенты теплового расширения и теплопроводности могут регулироваться в широком диапазоне за счет изменения отношения двух компонент. Однако их прочность и обрабатываемость с точки зрения пластичности являются низкими, и производство пластин затруднительно. Кроме того, существуют проблемы высокой стоимости, относящиеся к производству порошка, увеличения стадий производственного процесса и т.п.

Целью изобретения является создание композитного материала с высокой обрабатываемостью с точки зрения пластичности, способа производства композитного материала, полупроводникового прибора, в котором используется композитный материал, излучающей тепло панели полупроводникового прибора, электростатического поглощающего устройства и диэлектрической панели электростатического поглощающего устройства.

В результате проведения различных исследований авторы изобретения обнаружили, что перечисленные выше проблемы могут быть решены с помощью композитного материала, изготовление которого состоит из стадий плавления меди, имеющей высокую теплопроводность, и Сu₂O с более низким коэффициентом теплового расширения, чем Сu, и диспергирования каждого из этих материалов.

В соответствии с первым аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий металл и неорганическое соединение, предпочтительно имеющее меньший коэффициент теплового расширения, чем металл, причем большая часть соединения представляет собой гранулированные зерна размером предпочтительно не более чем 50 мкм и дендриты.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, соединение содержит дендриты, каждый из которых содержит стержнеподобный ствол и ветви гранулированной формы.

В соответствии с третьим аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий металл и неорганическое соединение, большая часть соединения представляет собой гранулированные зерна размером от 5 до 50 мкм и дендриты, и от 1 до 10% всего соединения представляет собой мелкие зерна размером не более 1 мкм.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий металл и неорганическое соединение, причем коэффициент теплового расширения или теплопроводность является большей в направлении отвердевания, чем в направлении, вертикальном по отношению к направлению отвердевания.

Более предпочтительно, композитный материал изобретения может быть материалом, содержащим медь или оксид меди.

В соответствии с пятым аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий металл и неорганическое соединение, имеющее форму стержня диаметром от 5 до 30 мкм, и предпочтительно не менее чем 90% всего неорганического соединения в терминах процентов площади сечения находится в форме стержня с диаметром от 5 до 30 мкм.

Композитный материал изобретения может содержать медь и оксид меди и может подвергаться пластической обработке.

В соответствии с шестым аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий медь, оксид меди и случайные примеси, причем содержание оксида меди составляет от 10 до 55 об.%, причем оксид меди изготовлен таким образом, что его кристаллы имеют форму дендритов, коэффициент линейного расширения в температурном диапазоне от комнатной температуры до 300^oС составляет от 5 10^-6/^oC до 17 10^-6/^oC, и его теплопроводность при комнатной температуре составляет от 100 до 380 Вт/(мК). Этот композитный материал обладает анизотропией.

В соответствии с седьмым аспектом изобретения, создается композитный материал, содержащий медь, оксид меди, предпочтительно оксид меди (I) (Сu₂О), и случайные примеси, причем содержание оксида меди предпочтительно составляет от 10 до 55 об.%, причем кристаллы оксида меди имеют форму стержней, каждый из которых ориентирован в одном направлении, коэффициент линейного расширения оксида меди в диапазоне температур от комнатной температуры до 300^oС составляет от 5 10^-6/^oC до 17 10^-6/^oC, и теплопроводность его при комнатной температуре составляет от 100 до 380 Вт/(мК). В этом композитном материале теплопроводность в ориентированном направлении выше, чем в направлении, расположенном под прямыми углами к ориентированному направлению, и разница между этими двумя направлениями предпочтительно составляет от 5 до 100 Вт/(мК).

В соответствии с восьмым аспектом изобретения, предложен способ изготовления, в котором металл и неорганическое соединение, формирующее эвтектическую структуру с этим металлом, расплавляют и отверждают и, в частности, способ изготовления композитного материала, содержащего медь и оксид меди. Этот способ изготовления предпочтительно содержит стадию получения сырого материала из меди или меди и оксида меди, плавления сырого материала в атмосфере, имеющей парциальное давление кислорода от 10^-2 Па до 10³ Па, за которым следует литье, осуществление тепловой обработки материала при температуре от 800^oС до 1050^oС, и предпочтительно осуществление холодной или горячей его пластической обработки.

В соответствии с девятым аспектом изобретения, создается излучающая тепло панель для полупроводникового прибора, эта панель изготавливается из упомянутого выше композитного материала. На поверхности излучающей тепло панели полупроводникового прибора может находиться слой никелевого гальванического покрытия.

В соответствии с десятым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий изолирующую подложку, укрепленную на излучающей тепло панели, и полупроводниковое устройство, укрепленное на изолирующей подложке, причем указанная излучающая тепло панель является такой, какая упоминается в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с одиннадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковое устройство, смонтированное на излучающей тепло панели, рамку с внешними выводами, прикрепленную к излучающей тепло панели и металлический провод для электрического подсоединения рамки с внешними выводами к полупроводниковому устройству, причем полупроводниковое устройство является загерметизированным с помощью полимерных смол, и излучающая тепло панель является такой, какая упоминается в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с двенадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, который содержит полупроводниковое устройство, смонтированное на излучающей тепло панели, рамку с внешними выводами, прикрепленную к излучающей тепло панели, и металлический провод для подсоединения рамки с внешними выводами к полупроводниковому устройству, причем полупроводниковое устройство является загерметизированным с помощью полимерных смол, по крайней мере, лицевая поверхность излучающей тепло панели, которая находится напротив соединительной лицевой поверхности полупроводникового устройства, открыта, и излучающая тепло панель является такой, как она описана в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с тринадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковое устройство, смонтированное на излучающей тепло панели, керамическую многослойную подложку, снабженную штыревым контактом для подсоединения внешней проводки, и открытое пространство для размещения полупроводникового устройства в его средней части, и металлический провод для электрического подсоединения полупроводникового устройства к контакту подложки, причем как излучающая тепло панель, так и подложка присоединяются друг к другу таким образом, что полупроводниковое устройство устанавливается в открытом пространстве, причем подложка прикрепляется к крышке таким образом, что полупроводниковое устройство изолируется от окружающей атмосферы, и излучающая тепло панель выполнена так, как она описана в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с четырнадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковое устройство, смонтированное на излучающей тепло панели, керамическую многослойную подложку, имеющую контакт для подсоединения внешней проводки, и вогнутую часть для размещения полупроводникового устройства в средней части подложки, и металлический провод для электрического подсоединения полупроводникового устройства к контакту подложки, причем как излучающая тепло панель, так и подложка присоединяются друг к другу таким образом, что полупроводниковое устройство устанавливается в вогнутой части подложки, причем подложка прикрепляется к крышке таким образом, что полупроводниковое устройство изолируется от окружающей атмосферы, и излучающая тепло панель выполнена так, как она описана в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с пятнадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковое устройство, прикрепленное к излучающей тепло панели с помощью теплопроводящей полимерной смолы, рамку с внешними выводами, прикрепленную к керамической изолирующей подложке, автоматизированную сборку ИС на ленте-носителе (TAB) для электрического подсоединения полупроводникового устройства к рамке с внешними выводами, причем как излучающая тепло панель, так и изолирующая подложка прикрепляются друг к другу таким образом, что полупроводниковое устройство изолируется от окружающей атмосферы, и гибкий корпус из теплопроводящей полимерной смолы, расположенный между полупроводниковым устройством и изолирующей подложкой, причем излучающая тепло панель выполнена так, как она описана в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с шестнадцатым аспектом изобретения, создается полупроводниковый прибор, содержащий полупроводниковое устройство, закрепленное на первой излучающей тепло панели с помощью металла, вторую излучающую тепло панель, к которой прикрепляется заземляющая панель, причем первая излучающая тепло панель монтируется на заземляющей панели, и автоматизированную сборку ИС на ленте-носителе (TAB), электрически подсоединяемую к контакту полупроводникового устройства, причем полупроводниковое устройство герметизируется с помощью полимерных смол, излучающая тепло панель выполнена так, как она описана в девятом аспекте изобретения.

В соответствии с семнадцатым аспектом изобретения, создается диэлектрическая панель для электростатических поглощающих устройств, эта панель изготавливается из композитного материала, упомянутого выше.

В соответствии с восемнадцатым аспектом изобретения, создается электростатическое поглощающее устройство, в котором при приложении напряжения к электродному слою генерируется электростатическая сила притяжения между диэлектрической панелью, прикрепленной к электродному слою, и корпусом, посредством чего корпус фиксируется на поверхности диэлектрической панели, причем диэлектрическая панель выполнена как диэлектрическая панель, упомянутая в семнадцатом аспекте изобретения.

В композитном материале, относящемся к изобретению, Аu, Аg, Сu и А1 с высокой электропроводностью используются в качестве металлов и, в частности, Сu является наилучшей благодаря высокой температуре плавления и высокой прочности. В качестве неорганического соединения из композитного материала нежелательно использовать традиционные соединения с твердостью, очень отличающейся от твердости металла основы, такие как SiC или А1₂О₃, как упомянуто выше. Желательно использовать соединение, имеющее гранулированную форму, относительно низкую твердость и средний коэффициент линейного расширения в температурном диапазоне от комнатной температуры до 300^oС не более чем 1010^-6/^oC и, более предпочтительно, не более чем 710^-6/^oC. Оксид меди, оксид олова, оксид свинца, оксид никеля являются подходящими в качестве таких неорганических соединений. В частности, оксид меди с хорошей ковкостью является предпочтительным из-за его высокой обрабатываемости с точки зрения пластичности.

Способ изготовления композитного материала, относящийся к изобретению, содержит стадии плавления и литья сырого материала, содержащего медь и оксид меди, осуществления тепловой обработки материала при температуре от 800^oС до 1050^oС и осуществления холодной или горячей пластической обработки.

Кроме того, способ изготовления композитного материала, относящийся к изобретению, содержит стадии плавления и литья сырого материала, содержащего медь или медь и оксид меди, при парциальном давлении кислорода от 10^-2 Па до 10³ Па, осуществления тепловой обработки материала при температуре от 800^oС до 1050^oС и осуществление холодной или горячей пластической обработки.

Либо оксид меди (II) (Cu₂O), либо оксид меди (I) (CuO) может использоваться в качестве сырого материала. Парциальное давление кислорода в ходе плавления и литья предпочтительно составляет от 10^-2 Па до 10³ Па и более предпочтительно от 10^-1 Па до 10² Па. Кроме того, за счет изменения отношения компонентов смеси сырого материала, парциального давления кислорода и скорости охлаждения в ходе отвердевания и т.п., можно регулировать соотношение фазы Сu по отношению к фазе Cu₂О и размер и форму фазы Cu₂O композитного материала. Пропорция фазы Cu₂О предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 55 об.%. Особенно, когда фаза Cu₂О становится больше, чем 55 об.%, теплопроводность уменьшается, и происходит изменение свойств композитного материала, что делает непригодным использование композитного материала в излучающей тепло панели полупроводникового прибора. Что касается формы фазы Cu₂O, предпочтительна фаза дендрита, сформированного в процессе отвердевания. Это происходит благодаря тому, что ветви внутри дендрита являются запутанными сложным образом, в результате чего расширение фазы Сu, имеющей большой коэффициент теплового расширения, ослабляется за счет фазы Cu₂О, имеющей малый коэффициент теплового расширения. Ветви дендрита, сформированные в процессе отвердевания, могут регулироваться за счет изменения отношения компонентов смеси сырого материала или парциального давления кислорода, для того, чтобы иметь фазу Сu, фазу Cu₂О или фазу СuО. Также возможно увеличить прочность за счет диспергирования гранулированной тонкоизмельченной фазы Cu₂O в фазу Сu с помощью эвтектической реакции. Размер и форма Cu₂О фазы могут регулироваться за счет осуществления тепловой обработки при от 800^oС до 1050^oС после литья. Кроме того, также можно преобразовать СuО (который был сформирован в процессе отвердевания) в Cu₂O фазу за счет использования процесса внутреннего окисления в упомянутой выше тепловой обработке. Другими словами, эта операция базируется на том факте, что когда СuО сосуществует с Сu, преобразование СuО в Сu₂O в соответствии со следующим уравнением (1) является термически более стабильным при высоких температурах: 2Cu + СuО --> Сu + Cu₂O (1) Чтобы реакция по уравнению (1) достигла равновесия, требуется заданный период времени. Например, когда температура тепловой обработки составляет 900^oС, достаточным временем является приблизительно 3 часа. Размер и форма тонкоизмельченной фазы (Cu₂O), сформированной в фазе Сu за счет эвтектической реакции, может регулироваться за счет тепловой обработки.

Что касается способа плавления, в дополнение к обычному литью, может использоваться процесс однонаправленного литья, процесс непрерывного тонколистового литья и др. В процессе обычного литья дендриты формируются изотропно, и, следовательно, изготавливаемый композитный материал является изотропным. В процессе однонаправленного литья фаза Сu и фаза Cu₂О ориентируются в одном направлении и, следовательно, композитному материалу может придаваться анизотропия. В процессе непрерывного тонколистового литья дендриты становятся тонкоизмельченными из-за высокой скорости отвердевания и, следовательно, дендриты ориентируются в направлении толщины листа. По этой причине анизотропия может придаваться композитному материалу или листу, и, в то же время, можно снизить стоимость изготовления.

Кроме того, в композитном материале согласно изобретению, так как фаза Сu и фаза Cu₂О, составляющие композитный материал, имеют низкую твердость и достаточную ковкость, холодная и горячая обработка, такая как прокатка и ковка, является возможной и осуществляются как требуемая операция после литья или тепловой обработки. За счет обработки композитного материала ему придается анизотропия, кроме того, его прочность может быть увеличена. В частности, когда осуществляется холодная или горячая обработка, фаза Cu₂O вытягивается и ориентируется в направлении обработки, и анизотропия тепловых и механических свойств имеет место в направлении под прямыми углами по отношению к направлению удлинения. В то же время теплопроводность в направлении удлинения и ориентированном направлении выше, чем теплопроводность под прямыми углами по отношению к ориентированному направлению, и эта разница становится равной от 5 до 100 Вт/(мК).

Изобретение поясняется более подробно на чертежах, где: на фиг. 1 представлена оптическая микрофотография, показывающая микроструктуру образца, относящегося к примеру 1 изобретения; фиг.2 - оптическая микрофотография, показывающая микроструктуру образца, относящегося к примеру 2 изобретения; фиг. 3 - оптическая микрофотография, показывающая другую микроструктуру образца, относящегося к примеру 2 изобретения; фиг.4 - оптическая микрофотография, показывающая микроструктуру образца, относящегося к примеру 3 изобретения; фиг.5 - оптическая микрофотография, показывающая микроструктуру образца, относящегося к примеру 4 изобретения; фиг. 6 - вид сверху модуля биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), относящегося к примеру 5 изобретения; фиг. 7 - сечение модуля биполярного транзистора с изолированным затвором, относящегося к примеру 5 изобретения; фиг. 8А - 8D являются схематичными чертежами, показывающими способ изготовления модуля IGBT, относящегося к примеру 5 изобретения; фиг.9 представляет график, показывающий величину деформации основания на каждой стадии процесса изготовления модуля IGBT, относящегося к примеру 5 изобретения; фиг. 10А, 10В и 10С - вид сверху, сечение и вид эквивалентной схемы устройства преобразования мощности, в котором закрепляют IGBT модуль, относящийся к примеру 5 изобретения, соответственно; фиг. 11 - график, показывающий величину деформации перед закреплением прибора преобразования мощности, в котором закрепляется IGBT модуль, относящийся к примеру 5 изобретения; фиг. 12 - график, показывающий величину деформации после закрепления прибора преобразования мощности, в котором закрепляется IGBT модуль, относящийся к примеру 5 изобретения; фиг. 13 - сечение корпуса из пластика со встроенной излучающей тепло панелью, относящейся к примеру 6 изобретения; фиг. 14 - сечение корпуса из пластика с находящейся снаружи излучающей тепло панелью, относящейся к примеру 6 изобретения; фиг. 15 - сечение керамического корпуса, относящегося к примеру 7 изобретения; фиг. 16 - сечение керамического корпуса, снабженного излучающей тепло пластиной, относящейся к примеру 7 изобретения; фиг. 17 - сечение полупроводникового прибора, относящегося к примеру 8 изобретения; фиг. 18 - сечение полупроводникового прибора, относящегося к примеру 8 изобретения; фиг. 19 - сечение многокристального модуля (МКМ), относящегося к примеру 9 изобретения; фиг. 20 - сечение электростатического поглощающего устройства, относящегося к примеру 10 изобретения.

Ниже подробно описываются предпочтительные варианты реализации.

ПРИМЕР 1 Композитные материалы готовили путем литья исходного материала, полученного за счет смешивания меди и Cu₂O с чистотой 2 N в соотношениях, показанных в табл.1, после плавления при атмосферном давлении. Измерялись коэффициент линейного расширения, теплопроводность и твердость этих композитных материалов. Коэффициент линейного расширения измерялся в температурном диапазоне от комнатной температуры до 300^oС за счет использования стандартного образца SiО₂ с помощью измерительного устройства толкательного типа. Теплопроводность измерялась с помощью метода лазерной вспышки. Результаты этих измерений показаны в табл. 1. Микроструктура (100Х) полученного образца 3 показана на фиг.1. Поле обзора составляет 720х950 мкм. Как показано на фиг. 1, оксид меди формируется таким образом, что он образует дендритные формы и, кроме того, наблюдаются гранулированные зерна, в основном, с размерами от 10 до 50 мкм, за исключением одного крупнокускового зерна с диаметром 100 мкм. Кроме того, существуют стержнеподобные зерна диаметром не более 30 мкм и не менее чем 50 мкм в длину, и дендритные зерна. Количество таких стержней и дендритов приблизительно равно 10. Кроме того, матрица содержит гранулированные зерна, каждое из которых имеет размер не более чем 0,2 мкм, и каждое из них находится на расстоянии приблизительно 0,5 мкм от каждого дендрита, т.е. существуют не сформированные зоны 0,5 мкм шириной между гранулированным зерном и дендритным зерном. Кроме того, также существуют гранулированные зерна размером не более чем 0,2 мкм, которые лежат на нитеподобной линии.

Как ясно из табл.1, коэффициенты теплового расширения и теплопроводности измеряются в широком диапазоне за счет подбора пропорций Сu и Cu₂О, стало очевидным, что коэффициент теплового расширения и теплопроводность можно регулировать для того, чтобы иметь тепловые характеристики, требующиеся для излучающей тепло панели.

С другой стороны, как ясно из микроструктуры, показанной на фиг. 1, Cu₂O приобретает структуру дендритов, и композитный материал имеет тонкую структуру, в которой фаза Сu и фаза Cu₂О являются по существу однородно диспергированными. Кстати, белая и черная части на фотографии представляют фазу Сu и фазу Cu₂O соответственно.

Результаты измерения твердости выявили, что твердость фазы Сu по Виккерсу составляет от 75 до 80 и что фазы Cu₂O по Виккерсу составляет от 210 до 230. В результате оценки обрабатываемости путем обрешетки и сверления стало очевидно, что обрабатываемость является настолько отличной, что легко получить любую планируемую форму из композитного материала.

ПРИМЕР 2 Композитные материалы получались за счет процесса однонаправленного отвердевания путем литья исходного материала, полученного путем смешивания меди и Cu₂О с чистотой 3N в соотношениях, показанных в табл. 2, после плавления при различных парциальных давлениях кислорода. Микроструктура (100Х) образца 7, который отливался после плавления в атмосфере с парциальным давлением кислорода 10^-2 Па, показана на фиг.2. Как ясно из фотографии, некоторая часть фазы Cu₂O приобрела структуру дендритов, и, кроме того, гранулированные зерна наблюдались, главным образом, с размерами от 5 до 50 мкм. Кроме того, в структуре существуют линейно лежащие стержнеподобные зерна и дендритные зерна, каждое из этих стержнеподобных и дендритных зерен имеет диаметр не более чем 30 мкм и длину не менее чем 50 мкм. Их число составляет около 16. Можно видеть одно крупнокусковое зерно с диаметром не менее чем 100 мкм. В матрице большая часть фазы Cu₂О представляет собой гранулированные зерна с размерами не более, чем 0,2 мкм и нитеподобные зерна, лежащие таким образом, что они формируют сеть. Что касается мелких зерен Cu₂О в матрице, заметно, что существуют несформированные зоны, аналогично случаю фиг.1.

Микроструктура (00Х) образца N8, который был получен путем литья после плавления в атмосфере с парциальным давлением кислорода 10³ Па, показана на фиг.3. Как ясно из фотографии, в фазе Cu₂О формируются дендриты, и структура ориентирована в одном направлении. Также стало очевидным, что форма и плотность фазы Cu₂О может регулироваться путем измерения сырого материала и парциального давления кислорода. Как показано на фигуре, существуют гранулированные зерна с размером зерна от 5 до 30 мкм, дендритные зерна и стержнеподобные зерна с диаметром не более чем 30 мкм и длиной не более чем 50 мкм. Количество этих дендритных и стержнеподобных приблизительно равно 33, и самое длинное из них имеет длину приблизительно 200 мкм. Аналогично случаям композитных материалов, показанных на фиг.1 и 2, матрица содержит гранулированные зерна, каждое из которых имеет размер не более, чем 0,2 мкм, и существуют несформированные зоны между гранулированным зерном, стержнеподобным зерном и дендритным зерном, и в этом примере они формируются плотно по всей матрице, так что область, где формируются мелкие зерна, становится малой.

В табл.2 показаны результаты измерения коэффициента линейного расширения и теплопроводности упомянутых выше двух видов композитных материалов. Из результатов видно, что в каждом из композитных материалов наблюдается анизотропия, касающаяся коэффициента линейного расширения и теплопроводности. Продольное направление является направлением отвердевания отливок и поперечное направление является вертикальным направлением по отношению к направлению отвердевания. Коэффициент линейного расширения немного больше в продольном направлении, чем в поперечном направлении, когда содержание Cu₂O становится меньше, чем 30% по объему, и теплопроводность становится не менее чем в 1,1 раз больше в продольном направлении, чем в поперечном направлении.

Кстати, даже при вдувании кислорода в расплав сырого материала получался такой же результат, как в случае, когда кислород использовался как атмосферный газ.

ПРИМЕР 3 Упомянутый выше образец N8 подвергался горячей обработке при 900^oС вплоть до коэффициента обработки 90%. Как результат, стало очевидным, что обрабатываемость является хорошей и что