JP2000212605A - 有孔金属ブロックの製造方法 - Google Patents

有孔金属ブロックの製造方法

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JP2000212605A
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JP
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copper
core material
tungsten
green compact
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JP11009650A
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English (en)
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Naoyoshi Akiyoshi
直義 秋吉
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Toho Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Toho Kinzoku Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/006Pressing and sintering powders, granules or fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C2043/3665Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles cores or inserts, e.g. pins, mandrels, sliders
    • B29C2043/3668Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles cores or inserts, e.g. pins, mandrels, sliders destructible or fusible

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子等の冷却部材として使用するに適
した有孔金属ブロックを比較的簡単に製造することがで
きる方法を提供する。 【解決手段】 ブロック本体を構成する粉末中に比較的
融点の低い材料で作られた棒状芯材を埋設して圧粉体を
製造し、該圧粉体を前記芯材の融点よりも高い温度で加
熱して芯材を溶融させるとともに、本体を燒結して、内
部に中空孔を有する燒結体を得る。ブロック本体を構成
する粉末としては、例えば、タングステン粉末及び/又
はモリブデン粉末、又はこれらの粉末と銅粉との混合粉
末を使用することができ、芯材の材質としては、例えば
銅、パラフィン等を使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や電極
材料の冷却部材等として使用するに適した有孔金属ブロ
ックの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、汎用のMPUでは、半導体素子と
熱膨張係数が近似し、かつ高熱伝導度を持つW−10wt
%Cu板の片面に半導体素子を接合し、反対側の面にア
ルミニウム製のフィンを接合し、このフィンを空冷する
ことにより半導体素子を冷却していた。
【0003】最近高速で演算するスーパーコンピュータ
ー用、半導体検査機器用等のMPUが使用されることが
多くなっているが、この種のMPUは、演算速度が大き
く発熱量が大きいため、従来の冷却方法では冷却能力が
不十分な場合があった。また、高出力レーザー素子にお
いても同様に出力が大きいため、従来の冷却方法では不
十分であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】冷却能力向上のため、
半導体素子が接合された板材中に冷媒を通す冷却法又は
ヒートパイプによる冷却法が採用されているが、板材中
に冷媒を通すための配管を形成するのが困難であるとい
う問題点があった。すなわち、従来は、板材に機械加工
によって穴をあける方法や、2枚の板材のそれぞれの片
面に互いに対向する溝を掘り、ロウ付け等によって2枚
の板材を接合一体化することにより、重なり合った溝で
穴を形成する方法が試みられたが、機械加工で穴をあけ
る方法では、1次元的な直線状の穴加工しかできないと
いう問題があり、加工にコストがかかるという問題点も
あった。また、上記溝付き板を重ねあわせて接合する方
法もコストが高く実用上問題があった。
【0005】そこで本発明は、上記従来の問題点を改良
し、内部に冷媒流通用の穴を有する有孔ブロックを比較
的簡単に製造することができる方法を提供することを課
題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明
にかかる有孔金属ブロックの製造方法は、ブロック本体
を構成する粉末中に比較的融点の低い材料で作られた棒
状芯材を埋設して圧粉体を製造し、該圧粉体を前記芯材
の融点よりも高い温度で加熱して芯材を溶融させるとと
もに、本体を燒結して、内部に中空孔を有する燒結体を
得ることを特徴としている。上記芯材としては、本体の
材質に応じて、例えば銅やパラフィンを使用することが
できる。以下、具体例を挙げつつ本発明について詳細に
説明する。
【0007】
【発明の実施の形態】従来、半導体素子のヒートシンク
として、銅−タングステン合金が広く使用されている
が、本発明の有孔金属ブロックの材質として、例えば上
記銅−タングステン合金(Cu−W)を採用する場合
は、図1に示すように、本体部分Mの内部に銅で作られ
た棒状の芯材Cを埋設した状態で、銅とタングステンの
混合粉末からなる圧粉体を成形する。芯材の形状は、目
的とする通孔の形状に応じたものとする。図1では、こ
の芯材の形状がU字状となっているが、このような2次
元形状のみならず、例えば図2に示すような3次元形状
とすることも可能である。得られた成形体(圧粉体)B
は、芯材である銅の融点以上の温度で燒結して、内部に
通孔Hを有するブロックB’とする。
【0008】芯材として、銅棒の代わりにパラフィンで
作った棒を用い、この芯材を埋設して、銅粉とタングス
テン粉の混合粉末の圧粉体を成形し、低温でパラフィン
の芯材を溶融・揮発させた後、高温で燒結する方法も採
用することもできる。さらに、タングステン粉末の内部
にパラフィンの芯材を埋設して圧粉体を成形し、当該パ
ラフィンを揮発除去した後、燒結してタングステンのス
ケルトンを製造し、これに銅の溶浸を行なって銅−タン
グステンの燒結体を得る方法もある。なお、上記銅、タ
ングステン等に加えて、燒結性等の性質を改善するため
に少量の異種元素(例えばNi,Co等)を添加してお
いてもよい。
【0009】この燒結ブロックの材質としては、燒結時
に液相と固体粒子が共存する合金系を使用する。このよ
うな材質としては、上記銅−タングステン(Cu−W)
の他に、W/Mo−Cu/Ag,W/Mo−Ni−C
u,W/Mo−Ni−Fe等がある。このような材質の
成形体の燒結時には液相が固体粒子間の空隙を毛細管現
象で充填するが、大きな空隙部は充填しないので空洞が
形成されるのである。例えば、上記銅−タングステン
(Cu−W)合金において、銅とタングステンの混合粉
末中に銅棒を入れて成形し、得られた圧粉体を銅の融点
よりも高い温度で燒結すれば、溶融した銅が回りのCu
−W中に移動し、その後に元の銅棒とほぼ同じ径の空隙
部が形成される。タングステンの一部又は全部をモリブ
デン(Mo)で置き換えることもできる。
【0010】また、W−Cu合金において、圧粉体中に
パラフィンの棒を残して成形する方法では、脱脂時に芯
材のパラフィンが溶融して、まわりのW−Cu圧粉体中
に移動し、その後揮散することによりパラフィン棒とほ
ぼ同じ径の空隙部が形成される。この空隙部は燒結時溶
融した銅により埋められることはない。
【0011】さらに、W−Cu合金において、初めにタ
ングステン(W)粉末だけでW圧粉体を成形し、燒結後
(もしくは燒結と同時)に銅を溶浸する方法も採用可能
であるが、この場合は、W粉末中にパラフィンの棒を入
れて成形し、脱脂工程でパラフィンを溶融させて、まわ
りのW圧粉体中に移動させ、その後揮散させることによ
り、パラフィン棒とほぼ同じ径の空隙部が形成される。
その後の燒結により空隙部をもつWスケルトンが形成さ
れる。このスケルトンに銅を溶浸するが、この溶浸時に
溶融した銅によってこの空隙部が埋められることはな
い。
【0012】
【実施例】(実施例1)混合されたW−13wt%Cu
粉末を20×30mmの金型中に12g充填し、0.3
ton/cm2 でプレスして圧粉体を得た。この圧粉体
の上に所定の形状(例:U字形状)に成形された1.3
gのφ1.5の銅棒をセットし、その上から上記粉末を
さらに18g充填し、1.5トン/cm2 でプレスし
て、20×30×t6.3mmの成形体を得た。得られ
た成形体(芯材である銅棒を含む圧粉体)を水素気流中
で1400℃で1時間燒結した。すると、芯材である銅
棒が回りの合金中に溶け込み、φ1.5のU字状の配管
(通孔)をもつW−17%Cuの16×24×t5mm
の燒結体が得られた。この燒結体の表面を研削し、空隙
部(通孔)Hの開口部に水冷用ノズルNを形成して、水
冷配管Kを接続することにより、図3に示すような高冷
却性能の板状ブロックが得られた。
【0013】(実施例2)W粉末を20×30mmの金
型中に12gに充填し、0.3トン/cm2 でプレスし
た。この圧粉体の上に所定の形状(例:U字形状)に成
形されたφ1.5のパラフィン棒をセットし、その上に
上記W粉末をさらに18g充填し、1.5トン/cm2
でプレスしてパラフィン芯材が埋設されたW成形体を得
た。これを水素気流中で徐昇温し、パラフィンを除去し
た後、1450℃で1時間燒結した。これにより、パラ
フィン棒が除去された後φ1.5のU字状の配管をもつ
Wスケルトンが得られた。このスケルトンに水素中で1
350℃で銅を溶浸したところ、空隙部は溶浸されずに
残りφ1.5のU状空隙部が形成された。このブロック
の表面を研削し、空隙部出口に水冷用ノズルを形成し
て、水冷配管を接続することにより、高冷却性能の板状
ブロックが得られた。
【0014】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の有孔ブロックの製造方法によれば、内部に冷媒を流通
させることのできる通孔を有する金属ブロックを簡単に
製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例を表す斜視図である。
【図2】異なる形状のブロックを表す斜視図である。
【図3】冷却ブロックの斜視図である。
【符号の説明】
B 成形体 B’ ブロック C 芯材 M 本体 N ノズル H 通孔 K 配管

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブロック本体を構成する粉末中に比較的
    融点の低い材料で作られた棒状芯材を埋設して圧粉体を
    製造し、該圧粉体を前記芯材の融点よりも高い温度で加
    熱して芯材を溶融させるとともに、本体を燒結して、内
    部に中空孔を有する燒結体を得ることを特徴とする有孔
    金属ブロックの製造方法。
  2. 【請求項2】 ブロック本体を構成する粉末が銅とタン
    グステンおよび/又はモリブデンの混合粉末であり、芯
    材が銅棒である請求項1に記載の有孔金属ブロックの製
    造方法。
  3. 【請求項3】 タングステン粉末及び/又はモリブデン
    粉末、又はこれらの粉末と銅粉との混合粉末を本体の原
    料粉末として用い、該原料粉末を加圧成形するに際し、
    内部にパラフィンの芯材を埋設しておき、成形後に該パ
    ラフィンを揮発除去した後、圧粉体を高温で燒結する
    か、又は必要に応じて燒結後に銅を溶浸して銅とタング
    ステンおよび/又はモリブデンの合金ブロックを得る請
    求項1に記載の有孔金属ブロックの製造方法。
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