JP2001223307A - ヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents
ヒートシンク及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、フィンの表面積を増加させ、
高い熱放散を有するヒートシンクとその製造法を提供す
る。 【解決手段】本発明のヒートシンクは、少なくともフィ
ン部を銅焼結体とするもので、更に半導体素子搭載部を
第一酸化銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０〜８０体積％含む銅複合
材とし、フィン部を銅とする焼結体からなるものであ
る。少なくともフィンは酸化銅を含む銅焼結体を還元処
理することによって得られるものである。
高い熱放散を有するヒートシンクとその製造法を提供す
る。 【解決手段】本発明のヒートシンクは、少なくともフィ
ン部を銅焼結体とするもので、更に半導体素子搭載部を
第一酸化銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０〜８０体積％含む銅複合
材とし、フィン部を銅とする焼結体からなるものであ
る。少なくともフィンは酸化銅を含む銅焼結体を還元処
理することによって得られるものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高効率の放熱特性
と低熱膨張性を有する半導体装置用フィン型のヒートシ
ンク及びその製造方法並びに半導体装置に関する。
と低熱膨張性を有する半導体装置用フィン型のヒートシ
ンク及びその製造方法並びに半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子は高集積化，高速化が
図られており発熱量が増加する傾向にある。この熱が半
導体素子に蓄積されると、半導体素子が誤動作するとい
う問題が生ずるため、半導体素子から発生する熱を外部
に逃すためのヒートシンクの役割が益々重要となってい
る。
図られており発熱量が増加する傾向にある。この熱が半
導体素子に蓄積されると、半導体素子が誤動作するとい
う問題が生ずるため、半導体素子から発生する熱を外部
に逃すためのヒートシンクの役割が益々重要となってい
る。
【０００３】発熱量の増大に対応するため放熱部にフィ
ンを有し、放熱効率を高めたヒートシンクが採用されて
おり、その材質として、コストや熱伝導性の点から特開
平6−163767号公報あるいは特開平7−226466 号公報に
示されるように、銅やアルミニウムが多く使用されてい
る。
ンを有し、放熱効率を高めたヒートシンクが採用されて
おり、その材質として、コストや熱伝導性の点から特開
平6−163767号公報あるいは特開平7−226466 号公報に
示されるように、銅やアルミニウムが多く使用されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記記載の従来技術の
ヒートシンクにおいて、銅は放熱性に優れかつ低コスト
であるが、切削加工によってフィンを形成するに際し
て、材料が軟らかく延性に富むため切削性に劣る問題が
あった。すなわち、切削速度を大きくするとフィンが加
工中に曲がってしまうため加工に長時間を要する問題が
あった。また、フィンの放熱効果を高めるためにはフィ
ンを薄くかつ高くして表面積を増加させ、フィン間隔も
狭くする必要があるが、難加工性のためにフィン厚さが
１.２mm 、フィン間隔幅が２mm程度、そしてフィン高さ
ｂ／フィン厚さａの比率が５程度が限界であり、高放熱
化の要望に十分に応えられていなかった。
ヒートシンクにおいて、銅は放熱性に優れかつ低コスト
であるが、切削加工によってフィンを形成するに際し
て、材料が軟らかく延性に富むため切削性に劣る問題が
あった。すなわち、切削速度を大きくするとフィンが加
工中に曲がってしまうため加工に長時間を要する問題が
あった。また、フィンの放熱効果を高めるためにはフィ
ンを薄くかつ高くして表面積を増加させ、フィン間隔も
狭くする必要があるが、難加工性のためにフィン厚さが
１.２mm 、フィン間隔幅が２mm程度、そしてフィン高さ
ｂ／フィン厚さａの比率が５程度が限界であり、高放熱
化の要望に十分に応えられていなかった。
【０００５】加えて、半導体素子の高集積化，高速化に
よる発熱量の増大に伴い、ヒートシンクと搭載部材（半
導体素子や封止樹脂，絶縁基板など）との熱膨張係数の
差が問題になってきた。すなわち、熱膨張係数を比較す
ると、半導体素子の材料であるシリコンやガリウム砒素
はそれぞれ２.６×１０-6〜３.６×１０-6／℃、５.７
×１０-6〜６.９×１０-6／℃、樹脂封止型半導体装置
に用いられる封止樹脂は１０×１０-6〜２５×１０-6／
℃、絶縁基板であるアルミナが７×１０-6／℃であるの
に対して、ヒートシンク材料である銅は１７×／１０-6
℃と大きく、半導体素子の発熱によりこの熱膨張係数の
差に起因してヒートシンクと搭載部材との接合部にひず
みが発生し、その結果クラックや剥離などが起こるとい
う問題があった。
よる発熱量の増大に伴い、ヒートシンクと搭載部材（半
導体素子や封止樹脂，絶縁基板など）との熱膨張係数の
差が問題になってきた。すなわち、熱膨張係数を比較す
ると、半導体素子の材料であるシリコンやガリウム砒素
はそれぞれ２.６×１０-6〜３.６×１０-6／℃、５.７
×１０-6〜６.９×１０-6／℃、樹脂封止型半導体装置
に用いられる封止樹脂は１０×１０-6〜２５×１０-6／
℃、絶縁基板であるアルミナが７×１０-6／℃であるの
に対して、ヒートシンク材料である銅は１７×／１０-6
℃と大きく、半導体素子の発熱によりこの熱膨張係数の
差に起因してヒートシンクと搭載部材との接合部にひず
みが発生し、その結果クラックや剥離などが起こるとい
う問題があった。
【０００６】一方、アルミニウムはプレスあるいは押出
加工性に優れた材料であるため、フィンを高密度に成形
することが可能であるが、銅に比べて熱伝導性が劣り、
熱膨張係数も大きいため銅と同様に接合部の問題が指摘
された。
加工性に優れた材料であるため、フィンを高密度に成形
することが可能であるが、銅に比べて熱伝導性が劣り、
熱膨張係数も大きいため銅と同様に接合部の問題が指摘
された。
【０００７】本発明の目的は、半導体素子や絶縁基板を
搭載する搭載部が低熱膨張性を有すると共に、フィン部
が高密度に形成され放熱特性に優れたヒートシンクとそ
の製造方法を提供することにある。
搭載する搭載部が低熱膨張性を有すると共に、フィン部
が高密度に形成され放熱特性に優れたヒートシンクとそ
の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
用フィン型ヒートシンクは、半導体装置もしくは半導体
装置に設置されている半導体素子を搭載する搭載部とそ
の反対面側に一体成形された複数個のフィンを有する放
熱部とからなり、少なくともフィン部と銅焼結体、好ま
しくは銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる焼結体であ
る。本発明は、フィン厚さが０.５mm〜１.２mmで、（フ
ィン高さｂ／フィン厚さａ）の比率が５以上であること
を特徴とする。
用フィン型ヒートシンクは、半導体装置もしくは半導体
装置に設置されている半導体素子を搭載する搭載部とそ
の反対面側に一体成形された複数個のフィンを有する放
熱部とからなり、少なくともフィン部と銅焼結体、好ま
しくは銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる焼結体であ
る。本発明は、フィン厚さが０.５mm〜１.２mmで、（フ
ィン高さｂ／フィン厚さａ）の比率が５以上であること
を特徴とする。
【０００９】本発明のヒートシンクは、半導体装置もし
くは半導体装置に設置されている半導体素子を搭載する
搭載部とその反対面側に一体成形された複数個のフィン
を有する放熱部とからなり、前記搭載部が第一酸化銅
（Ｃｕ2Ｏ ）を含む銅複合材及び放熱部が銅（Ｃｕ）か
らなる焼結体の複合体からなるものであり、上述の形状
を有するものが好ましい。
くは半導体装置に設置されている半導体素子を搭載する
搭載部とその反対面側に一体成形された複数個のフィン
を有する放熱部とからなり、前記搭載部が第一酸化銅
（Ｃｕ2Ｏ ）を含む銅複合材及び放熱部が銅（Ｃｕ）か
らなる焼結体の複合体からなるものであり、上述の形状
を有するものが好ましい。
【００１０】本発明は、第一酸化銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０
〜８０体積％含み、好ましくは残部が銅（Ｃｕ）と不可
避的不純物からなり、前記Ｃｕ2Ｏ 相及びＣｕ相が分散
した組織を有し、室温から３００℃における熱膨張係数
が５×１０-6〜１４×１０-6／℃及び熱伝導率が３０〜
３２５Ｗ／ｍ・ｋであるものが好ましい。
〜８０体積％含み、好ましくは残部が銅（Ｃｕ）と不可
避的不純物からなり、前記Ｃｕ2Ｏ 相及びＣｕ相が分散
した組織を有し、室温から３００℃における熱膨張係数
が５×１０-6〜１４×１０-6／℃及び熱伝導率が３０〜
３２５Ｗ／ｍ・ｋであるものが好ましい。
【００１１】また、この銅―第一酸化銅複合材料は、第
一酸化銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０〜８０体積％含み、好まし
くは残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物で、前記Ｃｕ2
Ｏ 相及びＣｕ相が配向した組織を有し、室温から３０
０℃における熱膨張係数が５×１０-6〜１４×１０-6／
℃であり、また熱伝導率が３０〜３２５Ｗ／ｍ・ｋで、
かつ配向方向の熱伝導率が配向方向に直角な方向の２倍
以上とするものが好ましい。
一酸化銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０〜８０体積％含み、好まし
くは残部が銅（Ｃｕ）と不可避的不純物で、前記Ｃｕ2
Ｏ 相及びＣｕ相が配向した組織を有し、室温から３０
０℃における熱膨張係数が５×１０-6〜１４×１０-6／
℃であり、また熱伝導率が３０〜３２５Ｗ／ｍ・ｋで、
かつ配向方向の熱伝導率が配向方向に直角な方向の２倍
以上とするものが好ましい。
【００１２】本発明に係るヒートシンクは、溶解法及び
粉末冶金法によって製造される。粉末冶金法による第一
の製造方法は、以下の通りである。第一酸化銅（Ｃｕ2
Ｏ)を２０〜８０体積％含み好ましくは残部が銅（Ｃ
ｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス成形す
る工程と、好ましくは８００℃から１０５０℃で焼結工
程と、得られた焼結体に機械加工によってフィン形状を
形成する工程と、好ましくは水素もしくは分解アンモニ
アガス等の還元雰囲気中で少なくともフィンを有する放
熱部に還元処理を施す工程を有することを特徴とする。
粉末冶金法によって製造される。粉末冶金法による第一
の製造方法は、以下の通りである。第一酸化銅（Ｃｕ2
Ｏ)を２０〜８０体積％含み好ましくは残部が銅（Ｃ
ｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス成形す
る工程と、好ましくは８００℃から１０５０℃で焼結工
程と、得られた焼結体に機械加工によってフィン形状を
形成する工程と、好ましくは水素もしくは分解アンモニ
アガス等の還元雰囲気中で少なくともフィンを有する放
熱部に還元処理を施す工程を有することを特徴とする。
【００１３】また、第２の製造法方は第二酸化銅（Ｃｕ
Ｏ）を１０.８〜４８.８体積％含み、好ましくは残部が
銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス
成形する工程と、好ましくは８００℃から１０５０℃で
成形固化するとともにＣｕＯをＣｕと反応させＣｕ2Ｏ
に変態させる焼結工程と、得られた焼結体に機械加工に
よってフィン形状を形成する工程と、好ましくは水素も
しくは分解アンモニアガス等の還元雰囲気中で少なくと
もフィンを有する放熱部に還元処理を施す工程を有する
ことを特徴とする。
Ｏ）を１０.８〜４８.８体積％含み、好ましくは残部が
銅（Ｃｕ）と不可避的不純物からなる混合粉末をプレス
成形する工程と、好ましくは８００℃から１０５０℃で
成形固化するとともにＣｕＯをＣｕと反応させＣｕ2Ｏ
に変態させる焼結工程と、得られた焼結体に機械加工に
よってフィン形状を形成する工程と、好ましくは水素も
しくは分解アンモニアガス等の還元雰囲気中で少なくと
もフィンを有する放熱部に還元処理を施す工程を有する
ことを特徴とする。
【００１４】本発明においては、焼結後に必要に応じて
冷間あるいは熱間で塑性加工が施され、Ｃｕ2Ｏ 相及び
Ｃｕ相に配向性が付与される。
冷間あるいは熱間で塑性加工が施され、Ｃｕ2Ｏ 相及び
Ｃｕ相に配向性が付与される。
【００１５】本発明に係る銅―第一酸化銅複合材料は、
Ｃｕ相中にＣｕ2Ｏ 相が分散した組織を有しているた
め、切削加工において形成される切粉が銅のように連続
的にならず、粉末状になるために加工性が飛躍的に向上
し、従来の銅では困難であったフィン厚さが０.５〜１.
２mm、フィン間隔幅２mm以下でかつフィン高さｂ／フィ
ン厚さａの比率が５以上のフィン加工が可能となる。
Ｃｕ相中にＣｕ2Ｏ 相が分散した組織を有しているた
め、切削加工において形成される切粉が銅のように連続
的にならず、粉末状になるために加工性が飛躍的に向上
し、従来の銅では困難であったフィン厚さが０.５〜１.
２mm、フィン間隔幅２mm以下でかつフィン高さｂ／フィ
ン厚さａの比率が５以上のフィン加工が可能となる。
【００１６】本発明では、複合材料は焼結体組成とし
て、Ｃｕ―２０〜８０体積％Ｃｕ2Ｏの組成範囲で選択
され、Ｃｕ2Ｏ 含有量は２０体積％以下では大幅な切削
加工性とヒートシンクに要求される熱膨張係数が得られ
ず、８０体積％以上では熱伝導性や構造体としての強度
が十分でなく、３０〜６０体積％Ｃｕ2Ｏ が好適であ
る。
て、Ｃｕ―２０〜８０体積％Ｃｕ2Ｏの組成範囲で選択
され、Ｃｕ2Ｏ 含有量は２０体積％以下では大幅な切削
加工性とヒートシンクに要求される熱膨張係数が得られ
ず、８０体積％以上では熱伝導性や構造体としての強度
が十分でなく、３０〜６０体積％Ｃｕ2Ｏ が好適であ
る。
【００１７】混合粉末のプレス成形体は、アルゴンガス
雰囲気中で常圧焼結、ＨＩＰあるいはホットプレスによ
る加圧焼結されるが、８００℃〜１０５０℃で３時間程
度が好ましく、Ｃｕ2Ｏ 量の増加につれて温度が高めら
れる。密度の高い焼結体を得るには８００℃以上とし、
共晶反応による部分溶解の危険性を避けるには1050℃以
下が好ましくより９００〜１０００℃が好適である。
雰囲気中で常圧焼結、ＨＩＰあるいはホットプレスによ
る加圧焼結されるが、８００℃〜１０５０℃で３時間程
度が好ましく、Ｃｕ2Ｏ 量の増加につれて温度が高めら
れる。密度の高い焼結体を得るには８００℃以上とし、
共晶反応による部分溶解の危険性を避けるには1050℃以
下が好ましくより９００〜１０００℃が好適である。
【００１８】フィン加工は砥石刃による加工が好適であ
り、刃の材質は複合材のＣｕ2Ｏ 量によって選択される
が、ヒートシンクはフィンが付与された放熱部と半導体
素子などを搭載する搭載部が一体化されているため、構
造体としての強度及び熱伝導性が十分に確保される。
り、刃の材質は複合材のＣｕ2Ｏ 量によって選択される
が、ヒートシンクはフィンが付与された放熱部と半導体
素子などを搭載する搭載部が一体化されているため、構
造体としての強度及び熱伝導性が十分に確保される。
【００１９】本発明では、以上の工程で得られたヒート
シンクに、水素もしくは分解アンモニアガス等の還元雰
囲気中で、ヒートシンク全体もしくはフィンを有する放
熱部のみに還元処理が施される。還元条件はヒートシン
クの大きさ、フィンの厚さなどによって決定されるが、
水素雰囲気の場合、２５０℃〜４００℃で１０〜３０分
程度の保持で、複合材中のＣｕ2Ｏ が完全にＣｕに還元
され、少なくともフィン部を有する放熱部が銅からなる
ヒートシンクが得られる。
シンクに、水素もしくは分解アンモニアガス等の還元雰
囲気中で、ヒートシンク全体もしくはフィンを有する放
熱部のみに還元処理が施される。還元条件はヒートシン
クの大きさ、フィンの厚さなどによって決定されるが、
水素雰囲気の場合、２５０℃〜４００℃で１０〜３０分
程度の保持で、複合材中のＣｕ2Ｏ が完全にＣｕに還元
され、少なくともフィン部を有する放熱部が銅からなる
ヒートシンクが得られる。
【００２０】本発明に係るヒートシンクにおいて、フィ
ン部を有する放熱部が銅，半導体素子などを搭載する搭
載部が低熱膨張性の銅複合材料からなる構造は、伝熱性
を確保し、かつ搭載材料との熱膨張差に起因する接合部
のクラックや剥離等の解消に有効である。
ン部を有する放熱部が銅，半導体素子などを搭載する搭
載部が低熱膨張性の銅複合材料からなる構造は、伝熱性
を確保し、かつ搭載材料との熱膨張差に起因する接合部
のクラックや剥離等の解消に有効である。
【００２１】
【発明の実施の形態】（実施例１）原料粉として、７５
μｍ以下の電解Ｃｕ粉と粒径１〜２μｍのＣｕＯ粉末を
用い、焼結組成がＣｕ―４０体積％Ｃｕ2Ｏとなるよう
に、Ｃｕ―２２.４体積％ＣｕＯを１４００ｇ混合した
後、直径１５０mmの金型に注入し、４００kg／cm2の圧
力で冷間プレスして直径１５０mm×高さ１７〜１９mmの
予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス
雰囲気中で９５０℃×３時間の焼結を行い、切削性試験
に供した。
μｍ以下の電解Ｃｕ粉と粒径１〜２μｍのＣｕＯ粉末を
用い、焼結組成がＣｕ―４０体積％Ｃｕ2Ｏとなるよう
に、Ｃｕ―２２.４体積％ＣｕＯを１４００ｇ混合した
後、直径１５０mmの金型に注入し、４００kg／cm2の圧
力で冷間プレスして直径１５０mm×高さ１７〜１９mmの
予備成形体を得た。その後、予備成形体をアルゴンガス
雰囲気中で９５０℃×３時間の焼結を行い、切削性試験
に供した。
【００２２】切削試験は、厚さ０.３mm の回転砥石刃を
用いて行い、刃が切削抵抗により破損あるいは蛇行しな
い切削速度及びバリの発生量を銅と比較した。その結
果、銅は細長い切粉が生成するのに対して、複合材の切
粉は分断されて粉状になることからバリが発生し難く、
バリ高さが銅の１／５程度に減少した。また、切削速度
も銅の１０倍程度大きく、複合材は著しく切削性が向上
し、高密度にフィン加工を行えることがわかった。
用いて行い、刃が切削抵抗により破損あるいは蛇行しな
い切削速度及びバリの発生量を銅と比較した。その結
果、銅は細長い切粉が生成するのに対して、複合材の切
粉は分断されて粉状になることからバリが発生し難く、
バリ高さが銅の１／５程度に減少した。また、切削速度
も銅の１０倍程度大きく、複合材は著しく切削性が向上
し、高密度にフィン加工を行えることがわかった。
【００２３】（実施例２）図１は、本発明に係るフィン
型ヒートシンクの概略断面図である。ヒートシンク１は
紙面の奥行きがプレート状を有するものであり、半導体
素子や絶縁基板などを搭載する搭載部３と熱を放散させ
る複数個のフィン２から構成されている。そして、フィ
ン２は厚さａ，高さｂの形状を有し、間隔ｃ（図示せ
ず）で形成されている。
型ヒートシンクの概略断面図である。ヒートシンク１は
紙面の奥行きがプレート状を有するものであり、半導体
素子や絶縁基板などを搭載する搭載部３と熱を放散させ
る複数個のフィン２から構成されている。そして、フィ
ン２は厚さａ，高さｂの形状を有し、間隔ｃ（図示せ
ず）で形成されている。
【００２４】ヒートシンクは、以下に述べる工程で作製
した。先ず、原料粉として７５μｍ以下の電解Ｃｕ粉と
粒径１〜２μｍのＣｕ2Ｏ 粉末を用い、組成がＣｕ―３
０体積％Ｃｕ2Ｏ となるように混合した後に冷間プレス
して予備成形体を得た。予備成形体は、実施例１と同じ
条件で焼結して長さ５３mm，幅３２mm，高さ３２mmのブ
ロックを作製し、素材とした。次に、厚さ１mmのマルチ
回転砥石刃を用いて、厚さ（ａ）０.７５mm ，高さ
（ｂ）２５mm，間隔（ｃ）１mm，長さ５３mmのプレート
状フィンを加工した。その後、加工材は３５０℃に加熱
された水素ガス雰囲気中で３０分間保持し、複合材に含
まれるＣｕ2Ｏ をＣｕに還元することによって、従来の
銅では不可能であった１mm以下のフィン厚さで、フィン
高さｂ／フィン厚さａの比率が３０以上のフィンを有す
る銅からなるヒートシンクを作製することができた。
した。先ず、原料粉として７５μｍ以下の電解Ｃｕ粉と
粒径１〜２μｍのＣｕ2Ｏ 粉末を用い、組成がＣｕ―３
０体積％Ｃｕ2Ｏ となるように混合した後に冷間プレス
して予備成形体を得た。予備成形体は、実施例１と同じ
条件で焼結して長さ５３mm，幅３２mm，高さ３２mmのブ
ロックを作製し、素材とした。次に、厚さ１mmのマルチ
回転砥石刃を用いて、厚さ（ａ）０.７５mm ，高さ
（ｂ）２５mm，間隔（ｃ）１mm，長さ５３mmのプレート
状フィンを加工した。その後、加工材は３５０℃に加熱
された水素ガス雰囲気中で３０分間保持し、複合材に含
まれるＣｕ2Ｏ をＣｕに還元することによって、従来の
銅では不可能であった１mm以下のフィン厚さで、フィン
高さｂ／フィン厚さａの比率が３０以上のフィンを有す
る銅からなるヒートシンクを作製することができた。
【００２５】（実施例３）図２は、もう一つの発明に係
るフィン型ヒートシンクの概略断面図である。ヒートシ
ンク１はプレート状（図示せず）を呈しており、半導体
素子や絶縁基板などを搭載する搭載部３と熱を放散させ
る複数個のフィン２から構成されている。そして、フィ
ン２は厚さａ，高さｂの形状を有し、間隔ｃ（図示せ
ず）で形成されている。また、フィン２はＣｕ、搭載部
３は、Ｃｕ―５５体積％Ｃｕ2Ｏ からなる複合材で構成
されている。
るフィン型ヒートシンクの概略断面図である。ヒートシ
ンク１はプレート状（図示せず）を呈しており、半導体
素子や絶縁基板などを搭載する搭載部３と熱を放散させ
る複数個のフィン２から構成されている。そして、フィ
ン２は厚さａ，高さｂの形状を有し、間隔ｃ（図示せ
ず）で形成されている。また、フィン２はＣｕ、搭載部
３は、Ｃｕ―５５体積％Ｃｕ2Ｏ からなる複合材で構成
されている。
【００２６】複合材の組成をＣｕ―５５体積％Ｃｕ2Ｏ
とする以外は、実施例１と同一条件で同一形状のフィン
加工を行った。その後、フィン２の部分のみを３５０℃
に加熱された水素ガス雰囲気中で３０分間保持し、フィ
ン２に含まれるＣｕ2Ｏ をＣｕに還元した。その結果、
熱伝導性に優れたフィン２と、低熱膨張性の搭載部３か
ら構成されるヒートシンク１が製造できた。
とする以外は、実施例１と同一条件で同一形状のフィン
加工を行った。その後、フィン２の部分のみを３５０℃
に加熱された水素ガス雰囲気中で３０分間保持し、フィ
ン２に含まれるＣｕ2Ｏ をＣｕに還元した。その結果、
熱伝導性に優れたフィン２と、低熱膨張性の搭載部３か
ら構成されるヒートシンク１が製造できた。
【００２７】本実施例によれば、搭載部は熱膨張係数が
銅よりも小さい銅―第一酸化銅で形成されているため、
半導体素子や絶縁基板などの搭載部材との熱膨張係数の
差が小さくなるので、接続部に生じるひずみが低減で
き、剥離やクラックの発生を防止できる効果がある。
銅よりも小さい銅―第一酸化銅で形成されているため、
半導体素子や絶縁基板などの搭載部材との熱膨張係数の
差が小さくなるので、接続部に生じるひずみが低減で
き、剥離やクラックの発生を防止できる効果がある。
【００２８】また、本実施例では焼結体をフィン加工し
た例について述べたが、焼結体に塑性加工を施した後
に、実施例と同様のフィン加工及び還元処理を行うこと
によって、搭載部３にＣｕ相及びＣｕ2Ｏ 相が配向した
組織を付与することが可能である。配向組織は、熱伝導
性を向上させる効果がある。
た例について述べたが、焼結体に塑性加工を施した後
に、実施例と同様のフィン加工及び還元処理を行うこと
によって、搭載部３にＣｕ相及びＣｕ2Ｏ 相が配向した
組織を付与することが可能である。配向組織は、熱伝導
性を向上させる効果がある。
【００２９】（実施例４）図３は実施例２及び３で得ら
れたヒートシンクを用いた本発明に係る半導体装置の断
面図である。半導体素子１０１は例えば論理素子であ
る。チップ表面側（図では下側）を入出力配線パッドが
例えばＡｕあるいは半田等からなるバンプ１０２によっ
て基板１０３上のパッドに接続され、さらに基板上の配
線を介して半田ボール１０４に接続されるといった公知
の構造となっている。これらの接続がＡｕワイヤボンデ
ィング等の公知の方法でなされてもかまわない。本発明
の特徴とするところは半導体素子１０１の裏面側で放熱
を行う部分の構造に関するものである。すなわち半導体
素子１０１の裏面は半田などの接合材１０５によってヒ
ートシンク１０６に直接接合されている。ここでヒート
シンク１０６には放熱性を得るためのフィン１０７が設
けられ、半導体素子１０１と接合する平板部１０８と一
体の成形物である。従来の半導体装置は、半導体チップ
は接合材により中間ヒートシンクに接合され、さらに熱
伝導性グリース等の他の接合材により外部ヒートシンク
に接続される構造である。従来の半導体装置では中間ヒ
ートシンクを低熱膨張材料で構成し半田などの接合材で
チップと接合することにより応力を低減し、さらに、放
熱性を得るためのアルミニウム等の熱膨張係数の大きい
材料によりフィン付ヒートシンクを構成し、これらを接
続するため熱伝導性グリース等の材料を用いていた。従
来の半導体装置はヒートシンクが一体でない。ヒートシ
ンク１０６はフィン部１１０はいずれも銅の特性である
が、図２の複合材においてはＣｕ2Ｏ の含有量により熱
膨張係数が１５×１０-6／℃以下、熱伝導率が１３０Ｗ
／ｍＫ以上、ヴィッカース硬度が３００以下のものが得
られる。特に、Ｃｕ2Ｏ の含有率が３０ｗｔ％の場合は
熱膨張係数が１３×１０-6／℃以下、熱伝導率が２３０
Ｗ／ｍＫ、ヴィッカース硬度が３００以下であり、Ｃｕ
2Ｏの含有率が４０ｗｔ％の場合は熱膨張係数が１１×
１０-6／℃以下、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、ヴィッカ
ース硬度が３００以下である。
れたヒートシンクを用いた本発明に係る半導体装置の断
面図である。半導体素子１０１は例えば論理素子であ
る。チップ表面側（図では下側）を入出力配線パッドが
例えばＡｕあるいは半田等からなるバンプ１０２によっ
て基板１０３上のパッドに接続され、さらに基板上の配
線を介して半田ボール１０４に接続されるといった公知
の構造となっている。これらの接続がＡｕワイヤボンデ
ィング等の公知の方法でなされてもかまわない。本発明
の特徴とするところは半導体素子１０１の裏面側で放熱
を行う部分の構造に関するものである。すなわち半導体
素子１０１の裏面は半田などの接合材１０５によってヒ
ートシンク１０６に直接接合されている。ここでヒート
シンク１０６には放熱性を得るためのフィン１０７が設
けられ、半導体素子１０１と接合する平板部１０８と一
体の成形物である。従来の半導体装置は、半導体チップ
は接合材により中間ヒートシンクに接合され、さらに熱
伝導性グリース等の他の接合材により外部ヒートシンク
に接続される構造である。従来の半導体装置では中間ヒ
ートシンクを低熱膨張材料で構成し半田などの接合材で
チップと接合することにより応力を低減し、さらに、放
熱性を得るためのアルミニウム等の熱膨張係数の大きい
材料によりフィン付ヒートシンクを構成し、これらを接
続するため熱伝導性グリース等の材料を用いていた。従
来の半導体装置はヒートシンクが一体でない。ヒートシ
ンク１０６はフィン部１１０はいずれも銅の特性である
が、図２の複合材においてはＣｕ2Ｏ の含有量により熱
膨張係数が１５×１０-6／℃以下、熱伝導率が１３０Ｗ
／ｍＫ以上、ヴィッカース硬度が３００以下のものが得
られる。特に、Ｃｕ2Ｏ の含有率が３０ｗｔ％の場合は
熱膨張係数が１３×１０-6／℃以下、熱伝導率が２３０
Ｗ／ｍＫ、ヴィッカース硬度が３００以下であり、Ｃｕ
2Ｏの含有率が４０ｗｔ％の場合は熱膨張係数が１１×
１０-6／℃以下、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、ヴィッカ
ース硬度が３００以下である。
【００３０】図４は本発明の他の実施例の半導体素子の
断面図を示したもので、本実施例では複数個の半導体チ
ップがヒートシンク１０６に接合されたマルチチップモ
ジュールとなっている。本実施例においても上述と同様
の効果が得られ、放熱性能が優れていることにより搭載
するチップ数を従来より多くすることが可能である。な
お、図４では基板１０３は別々になっているが複数の半
導体チップで共通の一体形状の基板であってもかまわな
い。
断面図を示したもので、本実施例では複数個の半導体チ
ップがヒートシンク１０６に接合されたマルチチップモ
ジュールとなっている。本実施例においても上述と同様
の効果が得られ、放熱性能が優れていることにより搭載
するチップ数を従来より多くすることが可能である。な
お、図４では基板１０３は別々になっているが複数の半
導体チップで共通の一体形状の基板であってもかまわな
い。
【００３１】以上の実施例では、フィン形状がプレート
状のものについて述べたが、ピンなど他の形状であって
も差し支えない。
状のものについて述べたが、ピンなど他の形状であって
も差し支えない。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、Ｃｕに比べて飛躍的に
切削加工性に優れたＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 複合材を用いてフィ
ン加工を行うので、従来のＣｕ材では成し得なかったフ
ィンの微細加工が可能となり、ヒートシンクの熱放散効
率を大幅に向上させることができる。また、半導体素子
や絶縁基板などの搭載部材との熱膨張係数の差を小さく
できるので、接続部に生じるひずみが低減でき、剥離や
クラックの発生を防止できる効果がある。
切削加工性に優れたＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 複合材を用いてフィ
ン加工を行うので、従来のＣｕ材では成し得なかったフ
ィンの微細加工が可能となり、ヒートシンクの熱放散効
率を大幅に向上させることができる。また、半導体素子
や絶縁基板などの搭載部材との熱膨張係数の差を小さく
できるので、接続部に生じるひずみが低減でき、剥離や
クラックの発生を防止できる効果がある。
【図１】本発明に係るヒートシンクの断面図。
【図２】本発明に係るヒートシンクの断面図。
【図３】本発明に係る半導体装置の断面図。
【図４】本発明に係る半導体装置の断面図。
１，１０６…ヒートシンク、２，１０７…フィン、３…
搭載部、１０１…半導体素子、１０２…バンプ、１０３
…基板、１０４…半田ボール、１０５…接合材、１０８
…平板部、ａ…フィン厚さ、ｂ…フィン高さ、ｃ…フィ
ン間隔。
搭載部、１０１…半導体素子、１０２…バンプ、１０３
…基板、１０４…半田ボール、１０５…接合材、１０８
…平板部、ａ…フィン厚さ、ｂ…フィン高さ、ｃ…フィ
ン間隔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 和孝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 阿部 輝宜 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 青野 泰久 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 渡部 典行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB05 BC05 BC33 BD01 BE09
Claims (7)
- 【請求項１】半導体素子を搭載する搭載部とその反対面
側に一体成形された複数個のフィンを有するヒートシン
クにおいて、該ヒートシンクはフィン厚さが０.５〜１.
２mm、（フィン高さ／フィン厚さ）が５以上であること
を特徴とするヒートシンク。 - 【請求項２】半導体素子を搭載する搭載部とその反対面
側に一体成形された複数個のフィンを有するヒートシン
クにおいて、前記ヒートシンクは銅焼結体からなること
を特徴とするヒートシンク。 - 【請求項３】半導体素子を搭載する搭載部とその反対面
側に一体成形された複数個のフィンを有する放熱部とか
らなるヒートシンクにおいて、前記ヒートシンクは搭載
部が酸化銅を含む銅複合材からなり、前記放熱部が銅で
ある一体の焼結体からなることを特徴とするヒートシン
ク。 - 【請求項４】請求項３において、前記酸化銅は第一酸化
銅（Ｃｕ2Ｏ ）を２０〜８０体積％含み、前記Ｃｕ2Ｏ
相が分散した組織を有し、室温から３００℃における熱
膨張係数が５×１０-6〜１４×１０-6／℃及び熱伝導率
が３０〜３２５Ｗ／ｍ・ｋであることを特徴とするヒー
トシンク。 - 【請求項５】半導体素子と、信号を入出力する配線と、
前記半導体素子を搭載し冷却するヒートシンクとを有す
る半導体装置において、前記ヒートシンクは請求項１〜
４のいずれかよりなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】半導体素子を搭載する搭載部とその反対面
側に一体成形された複数個のフィンを有する放熱部とか
らなるヒートシンクの製造方法において、第一酸化銅(C
u2O)を２０〜８０体積％及び銅（Ｃｕ）を含む混合粉末
をプレス成形する工程と、その成形体を焼結する工程
と、得られた焼結体に機械加工によってフィン形状に形
成する工程と、還元雰囲気中で少なくともフィンを還元
処理する工程を有することを特徴とする半導体用ヒート
シンクの製造方法。 - 【請求項７】半導体素子を搭載する搭載部とその反対面
側に一体成形された複数個のフィンを有する放熱部とか
らなるヒートシンクの製造方法において、第二酸化銅(C
uO）を１０.８〜４８.８体積％及び銅（Ｃｕ）を含む混
合粉末をプレス成形する工程と、その成形体をＣｕ2Ｏ
に変態させる焼結工程と、得られた焼結体を機械加工に
よってフィン形状に形成する工程と、還元雰囲気中で少
なくともフィンを還元処理する工程を有することを特徴
とする半導体用ヒートシンクの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034309A JP3452015B2 (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | ヒートシンク及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000034309A JP3452015B2 (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | ヒートシンク及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001223307A true JP2001223307A (ja) | 2001-08-17 |
| JP3452015B2 JP3452015B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=18558669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000034309A Expired - Lifetime JP3452015B2 (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | ヒートシンク及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3452015B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712837B1 (ko) | 2004-04-29 | 2007-05-02 | 엘지전자 주식회사 | 히트 싱크 및 그 표면처리방법 |
| KR100873630B1 (ko) * | 2002-01-16 | 2008-12-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 방열 구조체 및 그의 제조방법 |
| JP2016149567A (ja) * | 2016-03-29 | 2016-08-18 | 株式会社新川 | ボンディング装置用ヒータ、ボンディング装置用ヒータ組立体及びボンディング装置 |
-
2000
- 2000-02-07 JP JP2000034309A patent/JP3452015B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100873630B1 (ko) * | 2002-01-16 | 2008-12-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 방열 구조체 및 그의 제조방법 |
| KR100712837B1 (ko) | 2004-04-29 | 2007-05-02 | 엘지전자 주식회사 | 히트 싱크 및 그 표면처리방법 |
| JP2016149567A (ja) * | 2016-03-29 | 2016-08-18 | 株式会社新川 | ボンディング装置用ヒータ、ボンディング装置用ヒータ組立体及びボンディング装置 |
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| JP3452015B2 (ja) | 2003-09-29 |
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