JP2002124609A - ヒートスプレッダの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凹部の内壁面がテーパ状に形成されないよ
う、且つ底面にＸ字状の模様が生じないようにヒートス
プレッダを製造できるヒートスプレッダの製造方法を提
供する。 【解決手段】 パンチ４２と、パンチ４２の周囲に配置
されて形成されるべき凹部３２の周縁部３４の板状体３
１を押える押え部４４とを有する上型４０と、板状体３
１を載置する下型５０とを用い、押え部４４が、パンチ
４２が板状体３１をプレスするよりも先に型閉じ動作を
して板状体３１を押え、その後、板状体３１の一方の面
にパンチ４２と下型５０との型閉じによりパンチ４２で
凹部３２を形成すると共に、パンチ４２が凹部３２を形
成する際に板状体３１の外壁部から肉流れ部３３が突出
するようにプレス加工を施すプレス工程と、プレス工程
中に形成された、肉流れ部３３を切断する切断工程とを
含むことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップの放
熱用に用いられるヒートスプレッダの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ヒートスプレッダは、半導体チップの形
状に合わせてほぼ正方形状であって、 中央に半導体チップを載置することができるように凹ん
でいる凹部が形成されている。

【０００３】以下、従来から知られている、ヒートスプ
レッダを製造する製造方法について図１２〜図１４に基
づいて説明する。まず、図１２に示すように、金属製の
板状体１０を、該板状体１０を収納可能な箱形に設けら
れているダイス１２内に収納する。なお、この図１２に
は図示されていないが、ダイス１２に収納された板状体
１０の上面に対向して、凹部を形成することができる大
きさのパンチが配設されている。そして、図１３に示す
ように、パンチ１４とダイス１２との間で型閉じが行な
われる。この型閉じ動作によって、パンチ１４が板状体
１０をプレスし、半導体チップが搭載される凹部１５を
形成する。

【０００４】図１４には、凹部１５形成後にパンチ１４
を上昇させて型開きしたところが示されている。ここに
示すように、上述してきたような方法で凹部１５を形成
すると、凹部１５の内壁面１７がテーパ状に形成されて
しまう。このように内壁面１７がテーパ状に形成されて
しまう理由は次のように考えられる。つまり、パンチ１
４が進入して凹部１５が形成されようとしている板状体
１０は、パンチ１４によって外側に肉が広がろうとして
いる。しかし、広がろうとした肉はダイス１２の内壁面
１３に反射して押し戻される。そして、型開き時にはこ
の押し戻された肉が、形成された凹部１５の内壁面１７
から内方に向けて突出しようとする。このため、凹部１
５の内壁面１７からは肉が突出して凹部１５の内底面側
が徐々に小径となるようなテーパ状に形成されてしまう
と考えられている。

【０００５】このように凹部１５の内壁面１７がテーパ
状になってしまうと、半導体チップの放熱量が減少した
り、半導体チップの搭載にも支障をきたす場合もあるた
め、内壁面を垂直に形成し直す必要がある。そして、凹
部１５のテーパ状の内壁面１７を垂直になるように形成
するために、再度パンチ１４を型閉じしてテーパ部分を
つぶすようにするのである。

【０００６】そして、２回の型閉じを経て最終的に完成
したヒートスプレッダの平面図を図１５に、底面図を図
１６に示す。このヒートスプレッダ２０の底面には、対
角線に沿う方向にかすかに筋が生じてＸ字状の模様２２
が形成されている。このような模様２２は次のような理
由によって生ずると考えられる。すなわち、パンチ１４
による凹部１５の形成時に、外方へ広がろうとした上述
したような肉がダイス１２の各方向の内壁面１３から戻
ってきて、互いに肉がぶつかりあって筋を作って模様２
２が形成されると思われている。

【０００７】また、凹部１５の内底面のうち、テーパが
生じた部分を再度つぶして内壁面１７を垂直に形成する
場合、つぶした部分と他の部分との境界部分には筋２３
が生じている。これは、テーパが生じた部分を再度プレ
スするので、どうしても同一平面にならずに筋２３が生
じてしまうのである。また、このヒートスプレッダ２０
の底面にも、テーパが生じていた部分にはかすかに筋２
５が形成されている。このようにヒートスプレッダ２０
の裏面に筋２５が生じてしまうのも、テーパ状になって
はみ出た部分を再度プレスしているためであって、他の
部位と比較して材料の密度が高くなっているためと考え
られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、ヒー
トスプレッダの底面に生じたＸ字状の模様については、
見た目が悪く、しかも半導体装置にした後に周囲を覆う
パッケージとの密着性が悪いために放熱効率も悪くなっ
てしまうといった課題がある。また、上記したように、
テーパが生じた部分を再度つぶして内壁面を垂直に形成
した場合であっても、テーパが生じた部分を内底面と同
一平面に形成することは困難であり、たとえ同一平面に
なったとしてもテーパがあった部分と他の部位との境界
部分には境界線が生じてしまうので見た目が悪く、且つ
パッケージとの密着性が悪いために放熱効率も悪くなっ
てしまうといった課題がある。

【０００９】そこで、本発明は上記課題を解決すべくな
され、その目的とするところは、凹部の内壁面がテーパ
状に形成されないよう、且つ底面にＸ字状の模様が生じ
ないようにヒートスプレッダを製造できる、ヒートスプ
レッダの製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明にかか
るヒートスプレッダの製造方法によれば、半導体チップ
を搭載するための凹部を有する金属製のヒートスプレッ
ダを製造する製造方法において、板状体に前記凹部を形
成するためのパンチと該パンチの周囲に配置されて形成
されるべき凹部の周縁部の板状体を押える押え部とを有
する上型と、前記板状体を載置する下型とを用い、前記
押え部が、前記パンチが前記板状体をプレスするよりも
先に型閉じ動作をして板状体を押え、その後、前記板状
体の一方の面に前記パンチと下型との型閉じにより前記
パンチで前記凹部を形成すると共に、パンチが凹部を形
成する際に板状体の外壁部から肉流れ部が突出するよう
にプレス加工を施すプレス工程と、該プレス工程中に形
成された、前記肉流れ部を切断する切断工程とを含むこ
とを特徴としている。この構成を採用することによっ
て、上型と下型とで型閉じしたときに、パンチが押し広
げた肉を肉流れ部を生じさせることで外側に流れさせて
いるので、押し広げた肉が反射しない。したがって、反
射してきた肉がぶつかりあって形成するＸ字状の模様の
形成を防止する。また、パンチが押し出した肉が反射し
ないので、凹部の内壁面に反射した力が及ぶようなこと
がなく、凹部の内壁面がテーパ状に形成されることもな
い。

【００１１】前記肉流れ部を、前記押え部の下端部と前
記下型との間から突出させるようにすれば、肉流れ部は
板状体の外壁部の下部から突出するので、肉流れ部が形
成されていても周縁部の上部の形成は確実に行える。

【００１２】さらに、前記プレス工程終了後に、前記凹
部の周縁部の内側に当接する直角部分を有するダイス
と、前記肉流れ部を、前記プレス工程時のプレス方向と
は逆方向にプレスする第２のパンチとを用い、前記ダイ
スと前記第２のパンチとが型閉じして前記第２のパンチ
が肉流れ部をプレスし、肉流れ部の肉を前記ダイスの直
角部分方向へ押し込んで、凹部の周縁部のダレを直す周
縁部修正工程を実施するようにすれば、肉流れ部の肉が
凹部の周縁に形成されている周縁部の頂部内側に肉を押
し戻して直角部分に合わせて、周縁部の内側頂部を直角
にする。このため周縁部の内側頂部のダレの発生を防止
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１およ
び図２に基づいてヒートスプレッダについて説明する。
ヒートスプレッダ３０は、従来の技術でも説明したよう
に、平面視ほぼ正方形の金属製の板状体３１の中央に半
導体チップを搭載するための凹みである凹部３２が形成
されている。凹部３２の周囲は、周縁部３４である。周
縁部３４は、板状体３１の元々の厚さと同じ厚さを成
す。なお、金属製の板状体の材質としては、熱伝導率の
高さや加工性の良さから銅が用いられることが多い。

【００１４】また、本実施形態で説明するヒートスプレ
ッダは、１辺が約３ｃｍの正方形で、厚さが約３ｍｍの
板状体である。この板状体に１辺が約２．５ｃｍ、深さ
約１．５ｍｍの凹部が形成されているものであるとす
る。

【００１５】（第１の実施形態）上述したようなヒート
スプレッダを製造する製造方法のうち第１の実施形態に
ついて、図３〜図６に基づいて説明する。まず、図３に
基づいて本実施形態の製造方法で用いられる製造金型に
ついて説明をする。

【００１６】上型４０は、凹部を形成するためのパンチ
４２と、パンチ４２のすぐ外周側に配置されてパンチ４
２とは別々に動作する板押え４４（特許請求の範囲にい
う押え部）と、板押え４４の外周側に配置されて下型に
設けられたストリッパーを下げるためのスパンカーピン
４６とを備えている。

【００１７】板押え４４は、その下端面が外側が下方に
位置するような凹凸面４８として形成されている。この
凹凸面４８の凹部４８ａ（平面部分が上方にある部位）
は、下型５０との間で板状体３１の上面３１ａを保持す
ることができる。また、凹凸面４８の凸部４８ｂ（平面
部分が下方にある部位）と凹部４８ａとを繋ぐ縦面４８
ｃで板状体３１の側面３１ｂを保持するようにしてい
る。なお、凸部４８ｂは、型閉じしたときに下型５０に
接触しないような長さとして形成されている。すなわ
ち、板押え４４の下端部と下型５０との間は、型閉じ時
には開放されるような構成となっている。

【００１８】かかる板押え４４は、非型閉じ時において
は、その下端部がパンチ４２の下端面よりも下方に突出
するように設けられている。スパンカーピン４６は、そ
の下端面が板押え４４の下端面よりも下方に位置するよ
うに設けられている。

【００１９】一方、下型５０は、板状体３１を載置する
ための載置部５２と、載置部５２外周を囲んで載置部５
２の上端面よりもやや上方に突出するように、図示しな
いスプリングによって付勢して設けられているノックア
ウト５４とを備えている。

【００２０】続いて、本実施形態による製造方法につい
て説明をする。まず、図３に示したように、板状体３１
を載置部５２の上面に載置する。このとき、ノックアウ
ト５４の上端面は載置部５２の上端面よりも上昇してい
るので、板状体３１はノックアウト５４に挟み込まれて
ずれないように保持されている。

【００２１】次に、図４に示すように、上型４０と下型
５０が接近して型閉じが行なわれる。このとき、上型４
０のうち、下端面がもっとも下方に位置しているスパン
カーピン４６がまず下型５０のノックアウト５４に当接
する。すると、上方に付勢されていたノックアウト５４
が下方に押し下げられ、ノックアウト５４の上面と載置
部５２の上面が同一平面に成る。さらに、このとき、板
押え４４はその凹凸面４８が板状体３１に当接して板状
体３１を下型５０との間で押圧して保持する。具体的に
は、凹凸面４８の凹部４８ａが板状体３１の上面３１ａ
に当接し、同時に凸部４８ｂと凹部４８ａとの間の縦面
４８ｃが板状体３１の側面３１ｂに当接する。なお、こ
の時点ではパンチ４２は板状体３１へは当接していな
い。

【００２２】図５では、図４の状態からパンチ４２を下
降させ、パンチ４２が板状体３１をプレスして凹部３２
が形成されたところを示している。このプレス時には、
板押え４４の下端部の凸部４８ｂと下型５０との間に隙
間があいているので、ここからプレスによる力で板状体
３１の下側部分の肉が外側に流れて肉流れ部３３を形成
する。すなわち、凹部３２の周縁の板状体３１の上面は
板押え４４の凹部４８ａによって押圧されているので、
パンチ４２のプレスによって生ずる肉流れは板状体３１
の壁面から外方へ向かうこととなるのである。

【００２３】図６に、プレス終了後に型開きしたところ
を示している。ここに図示するように肉流れ部３３が形
成されることによって、プレス時にパンチ４２によって
外側に広げられた部分が反射して板状体３１の内方に戻
ってくるようなことが無くなる。このため、凹部３２内
壁がテーパ状に形成されてしまったり、板状体３１の裏
面へのＸ字状の模様の発生を防止することができる。そ
して図６の後、図示しない切断工程において肉流れ部が
切断され、ヒートスプレッダの製造が終了する。

【００２４】（第２の実施形態）次に、上述してきたよ
うな肉流れ部を成形する工程を行なった後、切断工程の
前に、肉流れ部を第１実施形態でのプレス方向に押し返
してプレスする、周縁部修正工程を加えた第２の実施形
態について説明する。

【００２５】このように、肉流れ部にプレスを施すの
は、第１の実施形態でパンチ４２で凹部３２を形成する
際に、ヒートスプレッダ３０の周縁部３４の内側頂部に
ダレが発生する場合があるからである。ダレが生じると
見た目にも悪く、パッケージへの密着性が悪くなるなど
のおそれもあるため、第１の実施形態後に第２の実施形
態を施してダレの発生をなくすようにしているのであ
る。なお、周縁部３４の内側頂部に生じるダレとは、図
１０に示すように、本来直角に形成されるべき角が丸く
形成されてしまっていることをいう。

【００２６】本実施形態では、肉流れ部を作成するまで
の工程については、上記第１の実施形態と同一の工程を
施すものであるので、ここでは説明を省略して肉流れ部
が形成された後から説明する。また、第１の実施形態で
用いた製造用の装置とは異なる製造金型を用いてプレス
を行なうので、まず本実施形態で用いる製造金型につい
て図７に基づいて説明する。

【００２７】本工程は、上型６０と下型７０とによって
施される。板状体３１は、形成された凹部３２が下型７
０側に保持されるように、下型７０上に載置される。つ
まり下型７０は、凹部３２にちょうど進入可能な大きさ
の位置決め用入れ子７２と、位置決め用入れ子７２の外
周側に配置されて、板状体３１の周縁部３４の上端面
（図７では下向き）に接するノックアウト７４とを備え
ている。

【００２８】上型６０は、板状体３１の裏面３１ｄに当
接して板状体３１を保持するノックアウト６２と、ノッ
クアウト６２の外周側に配置され、ノックアウト６２と
は別々に動作して前記肉流れ部３３をつぶすためのパン
チ６４とを備えている。なお、ノックアウト６２の幅
（図７にＷで示す。ただしノックアウト６２は正方形状
であるので、具体的には各一辺の長さである。）は、肉
流れ部３３ができる前の本来の板状体３１の幅とほぼ同
一の寸法に形成されている。したがって、ノックアウト
６２が板状体３１を押え、パンチ６４がプレスを施す際
には、パンチ６４は周縁部３４の一部にかかるようにプ
レスする。このように、パンチ６４のプレス時には、凹
部３２の底面（図では内側上面）にプレスによる影響が
無いようにしている。

【００２９】続いて、本実施形態による製造方法につい
て説明をしていく。まず、凹部３２が形成された板状体
３１を上下ひっくり返して下型７０の上に載置する。こ
のとき、板状体３１の凹部３２が下型７０の位置決め用
入れ子７２内にはめ込むようにして載置する。このよう
に載置すれば、板状体３１はずれなく加工が行える。

【００３０】次に、図８に示すように、上型６０と下型
７０とが接近して型閉じが行なわれる。上型６０と下型
７０が型閉じしていくと、まず、ノックアウト６２の下
面が板状体３１の裏面に当接して板状体３１がずれない
ように保持する。このとき、パンチ６４の下面もノック
アウト６２の下面と同一平面に位置しているが、パンチ
６４の下面の内側縁は下端側に向けて徐々に広がるテー
パ面６４ａに形成されているので、ノックアウト６２の
下面が板状体３１の裏面に当接したとき、パンチ６４は
肉流れ部３３にはまだ当接しておらず、肉流れ部３３の
プレスはまだ行なわれていない。

【００３１】図９では、図８の状態からパンチ６４を下
降させ、パンチ６４が肉流れ部３３をプレスしていると
ころを示している。図１０は、図９の状態における肉流
れ部３３付近を拡大したところを示している。このと
き、パンチ６４のテーパ面６４ａが肉流れ部３３を下方
に押し下げ、肉流れ部３３は周縁部３４と同一平面上に
なるようにノックアウト７４の上面に押し付けられ、さ
らにテーパ面６４ａにより押圧されるので、肉流れ部３
３の肉が周縁部３４の内側頂部に向けて移動する（図１
０の矢印方向）。つまり、パンチ６４は、位置決め用入
れ子７２の側面とノックアウト７４の上面とで構成され
た直角な角αに向けて、肉流れ部３３の肉を周縁部３４
の内側方向へ押し込む。このため、肉流れ部３３の肉が
位置決め用入れ子７２とノックアウト７４との直角な角
αに合わせてプレスされ、周縁部３４の内側頂部は直角
に形成される。このようにして、凹部３２を形成する工
程において生じた周縁部３４のダレを直すことができ
る。なお、特許請求の範囲に記載したダイスとは、本実
施形態では位置決め用入れ子７２とノックアウト７４と
から成り、位置決め用入れ子７２の側面とノックアウト
７４の上面とが上述したような直角部分を構成する。

【００３２】図１１は、図９で型閉じた後に型開きした
ところを示している。型開きしたとき、板状体３１は、
ノックアウト７４の上昇によって位置決め用入れ子７２
から外れるので、水平方向への移動が自在となる。

【００３３】この後、プレスされた後の肉流れ部３３を
切断する切断工程（図示せず）に板状体３１を送り込
み、肉流れ部３３を切断する。これで、ヒートスプレッ
ダの製造が終了する。

【００３４】上述してきた２つの実施形態による製造方
法によって、製造されたヒートスプレッダは、図１およ
び図２に示したようなヒートスプレッタ３０に形成され
る。このヒートスプレッダ３０は、裏面（図示せず）を
見てもＸ字状の模様が生じていない。このため、見た目
もよく、且つ半導体装置としてパッケージングした際の
パッケージとの密着性もよい。また、このヒートスプレ
ッダ３０は凹部３２の内壁面がテーパ状に形成されてい
ない。このため、テーパ状に形成された部分を再度プレ
スする必要がなく、テーパ部分を再度プレスすることに
よって形成される筋も形成されない。

【００３５】以上本発明につき好適な実施例を挙げて種
々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を
施し得るのはもちろんである。

【００３６】

【発明の効果】本発明に係るヒートスプレッダの製造方
法によれば、板状体に凹部を形成するためのパンチとパ
ンチの周囲に配置されて形成されるべき凹部の周縁部の
板状体を押える押え部とを有する上型と、板状体を載置
する下型とを用い、押え部が、パンチが板状体をプレス
するよりも先に型閉じ動作をして板状体を押え、その
後、板状体の一方の面にパンチと下型との型閉じにより
パンチで凹部を形成すると共に、パンチが凹部を形成す
る際に板状体の外壁部から肉流れ部が突出するようにプ
レス加工を施すプレス工程と、プレス工程中に形成され
た、肉流れ部を切断する切断工程とを含むことを特徴と
するので、上型と下型とで型閉じしたときに、パンチが
押し広げた肉を肉流れ部を生じさせることで外側に流れ
させ、押し広げた肉が反射してこない。したがって、反
射してきた肉がぶつかりあって形成するＸ字状の模様の
形成を防止する。また、パンチが押し出した肉が反射し
ないので、凹部の内壁面に反射した力が及ぶようなこと
がなく、凹部の内壁面がテーパ状に形成されることはな
く、見た目もよく、且つ半導体装置としてパッケージン
グした際のパッケージとの密着性もよいヒートスプレッ
ダの提供ができる。

【００３７】なお、肉流れ部を、押え部の下端部と前記
下型との間から突出させるようにすれば、肉流れ部は板
状体の外壁部の下部から突出するので、肉流れ部が形成
されていても周縁部の上部の形成は確実に行える。ま
た、プレス工程終了後に、凹部の周縁部の内側に当接す
る直角部分を有するダイスと、肉流れ部を、プレス工程
時のプレス方向とは逆方向にプレスする第２のパンチと
を用い、ダイスと第２のパンチとが型閉じして第２のパ
ンチが肉流れ部をプレスし、肉流れ部の肉を前記ダイス
の直角部分方向へ押し込んで、凹部の周縁部のダレを直
す周縁部修正工程を実施するようにすれば、肉流れ部の
肉が凹部の周縁に形成されている周縁部の頂部内側に肉
を押し戻して直角部分に合わせて、周縁部の内側頂部を
直角にする。このため周縁部の内側頂部のダレの発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒートスプレッダの平面図である。

【図２】図１に示したヒートスプレッダの断面図であ
る。

【図３】板状体に凹部を形成する工程のうち、最初の段
階を示す説明図である。

【図４】板状体に凹部を形成する工程のうち、型閉じを
開始したところを示す説明図である。

【図５】板状体に凹部を形成する工程のうち、型閉じを
したところを示す説明図である。

【図６】板状体に凹部を形成する工程のうち、型閉じ後
に型開きしたところを示す説明図である。

【図７】肉流れ部をプレスする工程のうち、最初の段階
を示す説明図である。

【図８】肉流れ部をプレスする工程のうち、型閉じを開
始したところを示す説明図である。

【図９】肉流れ部をプレスする工程のうち、型閉じをし
たところを示す説明図である。

【図１０】図９の説明図の中で肉流れ部を拡大して示す
説明図である。

【図１１】肉流れ部をプレスする工程のうち、型閉じ後
に型開きしたところを示す説明図である。

【図１２】従来のヒートスプレッダの製造方法の最初の
段階を示す説明図である。

【図１３】従来のヒートスプレッダの製造方法の型閉じ
したところを示す説明図である。

【図１４】従来のヒートスプレッダの製造方法の型閉じ
後に型開きしたところを示す説明図である。

【図１５】従来のヒートスプレッダの製造方法により製
造されたヒートスプレッダの平面図である。

【図１６】図１５に示したヒートスプレッダの裏面図で
ある。

【符号の説明】

３０ ヒートスプレッダ ３１ 板状体 ３２ 凹部 ３３ 肉流れ部 ３４ 周縁部 ４０，６０ 上型 ４２，６４ パンチ ４４ 板押え（押え部） ４６ スパンカーピン ４８ 凹凸面 ４８ａ 凹部 ４８ｂ 凸部 ４８ｃ 縦面 ５０，７０ 下型 ５２ 載置部 ５４，６２，７４ ノックアウト ６４ａ テーパ面 ７２ 位置決め用入れ子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップを搭載するための凹部を有
   する金属製のヒートスプレッダを製造する製造方法にお
   いて、 板状体に前記凹部を形成するためのパンチと該パンチの
   周囲に配置されて形成されるべき凹部の周縁部の板状体
   を押える押え部とを有する上型と、前記板状体を載置す
   る下型とを用い、 前記押え部が、前記パンチが前記板状体をプレスするよ
   りも先に型閉じ動作をして板状体を押え、その後、前記
   板状体の一方の面に前記パンチと下型との型閉じにより
   前記パンチで前記凹部を形成すると共に、パンチが凹部
   を形成する際に板状体の外壁部から肉流れ部が突出する
   ようにプレス加工を施すプレス工程と、 該プレス工程中に形成された、前記肉流れ部を切断する
   切断工程とを含むことを特徴とするヒートスプレッダの
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記肉流れ部を、前記押え部の下端部と
   前記下型との間から突出させることを特徴とする請求項
   １記載のヒートスプレッダの製造方法。
3. 【請求項３】 前記プレス工程終了後に、 前記凹部の周縁部の内側に当接する直角部分を有するダ
   イスと、前記肉流れ部を、前記プレス工程時のプレス方
   向とは逆方向にプレスする第２のパンチとを用い、 前記ダイスと前記第２のパンチとが型閉じして前記第２
   のパンチが肉流れ部をプレスし、肉流れ部の肉を前記ダ
   イスの直角部分方向へ押し込んで、凹部の周縁部のダレ
   を直す周縁部修正工程を実施することを特徴とする請求
   項１または２記載のヒートスプレッダの製造方法。