JP2002524862A - 機能的に分類された金属基板およびそれを作製するためのプロセス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、少なくとも２個の金属組成物で作られる機能的に分類された金属基板、機能的挿入物、および機能的挿入物を取り囲む周辺ボディを提供する。本発明の好ましい実施態様において、緩い粉末金属の機能的挿入物粉末組成物は、周囲ボディ粉末組成物のコンパクトで配置され、そして両方の金属組成物は、焼結炉で焼結加工され、焼結した部分を成形する。焼結した部分は、部分的または全体的に、溶融金属化合物を用いて溶浸され、そして理論の少なくとも９０％の密度を有する、機能的に分類された金属基板を生成する。チップのような熱発生要素は、ミクロエレクトロニックパッケージにおける使用のために、金属基板に取り付けられ得る。機能的に分類された金属基板が銅／タングステンの２個の不連続成分を有する場合、ＣＴＥ（約５．６ｐｐｍ／Ｃ〜約７ｐｐｍ／Ｃの範囲）を有する周辺ボディは、熱伝導率（約２００Ｗ／ｍＫ〜約４００Ｗ／ｍＫの範囲）を有する機能的挿入物の膨張を制約する。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、一般的に、金属基板を作製するためのプロセス、および得られる金
属基板に関する。より詳細には、本発明は、金属基板を作製するためのプロセス
、および得られた金属基板であって、金属組成物の２個以上の分離した部分を有
するものに関する。
属基板に関する。より詳細には、本発明は、金属基板を作製するためのプロセス
、および得られた金属基板であって、金属組成物の２個以上の分離した部分を有
するものに関する。
【０００２】 （背景） 金属基板は、通常、単一金属、単一金属合金、単一金属マトリックス複合材（
ＭＭＣ）、または合わせ金属フィルム層の組み合わせから作られる。金属マトリ
ックス複合材から作製される金属基板は特に広範囲の設計の柔軟性を提供し、こ
のことは、ＭＭＣが少なくとも２種の金属（その１種は、実質的に高融点耐火性
金属または強化材化合物である）を含む複合材であるためである。ＭＭＣである
基板は、最終用途の仕様要求を満たすように２個以上の金属の相対的割合を変化
させることによって、特定の物理的性質（機械的、熱的、電気的、および化学的
特性のような）を制御するように、作製され得る。
ＭＭＣ）、または合わせ金属フィルム層の組み合わせから作られる。金属マトリ
ックス複合材から作製される金属基板は特に広範囲の設計の柔軟性を提供し、こ
のことは、ＭＭＣが少なくとも２種の金属（その１種は、実質的に高融点耐火性
金属または強化材化合物である）を含む複合材であるためである。ＭＭＣである
基板は、最終用途の仕様要求を満たすように２個以上の金属の相対的割合を変化
させることによって、特定の物理的性質（機械的、熱的、電気的、および化学的
特性のような）を制御するように、作製され得る。
【０００３】 金属基板は、ミクロエレクトロニックパッケージにおいて、回路チップ、ダイ
ス、電気的要素などを収容するために使用されてきた。このような適用において
、１個以上の熱発生要素は、金属基板（これは、便宜上、フランジまたはキャリ
ア基板と名付けられる）上に搭載される。一旦これらの要素が搭載されると、キ
ャリア基板は、通常、プリント回路カードまたはプリント回路基板上に搭載され
る。金属キャリア基板は、優良な電気伝導体であり、そして特に、電気的接地を
必要とする要素またはチップを収容するのに適している。例えば、チップ接地が
必要である適用は、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を収容する側方拡散金属
酸化物半導体（ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）（ＬＤＭＯＳ）である。
ス、電気的要素などを収容するために使用されてきた。このような適用において
、１個以上の熱発生要素は、金属基板（これは、便宜上、フランジまたはキャリ
ア基板と名付けられる）上に搭載される。一旦これらの要素が搭載されると、キ
ャリア基板は、通常、プリント回路カードまたはプリント回路基板上に搭載され
る。金属キャリア基板は、優良な電気伝導体であり、そして特に、電気的接地を
必要とする要素またはチップを収容するのに適している。例えば、チップ接地が
必要である適用は、電界効果トランジスター（ＦＥＴ）を収容する側方拡散金属
酸化物半導体（ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ
ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）（ＬＤＭＯＳ）である。
【０００４】 キャリア基板がミクロエレクトロニックパッケージのために使用される場合、
熱伝導率（ＴＣ）および熱膨張係数（ＣＴＥ）は、キャリア基板の設計において
考慮される、最も重要な物性である。キャリア基板は、一般的に、高い熱伝導率
を有する材料から作製され、このため、熱発生要素から離れた高伝熱が存在する
。ミクロエレクトロニックパッケージはまた寸法安定であり、歪み（ｗａｒｐｉ
ｎｇ）、チップとキャリア基板との間の層間剥離、または熱循環中のチップのク
ラッキングさえも防止する。このため、キャリア基板は、その熱膨張がチップの
膨張とおよそ一致するかまたは少しより高くなるように、設計されなければなら
ない。典型的に、チップのＣＴＥは、例えば、シリコンチップに対して約２．８
ｐｐｍ／℃であり、そしてガリウムヒ素に対して約５．６ｐｐｍ／℃である。
熱伝導率（ＴＣ）および熱膨張係数（ＣＴＥ）は、キャリア基板の設計において
考慮される、最も重要な物性である。キャリア基板は、一般的に、高い熱伝導率
を有する材料から作製され、このため、熱発生要素から離れた高伝熱が存在する
。ミクロエレクトロニックパッケージはまた寸法安定であり、歪み（ｗａｒｐｉ
ｎｇ）、チップとキャリア基板との間の層間剥離、または熱循環中のチップのク
ラッキングさえも防止する。このため、キャリア基板は、その熱膨張がチップの
膨張とおよそ一致するかまたは少しより高くなるように、設計されなければなら
ない。典型的に、チップのＣＴＥは、例えば、シリコンチップに対して約２．８
ｐｐｍ／℃であり、そしてガリウムヒ素に対して約５．６ｐｐｍ／℃である。
【０００５】 しかし、ミクロエレクトロニックパッケージの設計における一般的な問題は、
高い熱伝導率を有する材料候補はまた高ＣＴＥを有することである。例えば、銅
は、約４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するが、銅のＣＴＥは約１７ｐｐｍ／℃で
ある。したがって、高濃度の銅を含有する金属基板は、ほとんどのミクロエレク
トロニック適用において受け入れられない結果を与える。単一金属または合金か
ら作製された金属基板と比較して、ＭＭＣキャリア基板は、キャリア基板に取り
付けられる、チップまたは他の熱発生要素の熱膨張特性に適合するようによりよ
く設計され得、また改善された熱伝達を提供する。例えば、銅／タングステンお
よび銅／モリブデン複合材は、一般的に、エレクトロニックパッケージ適用に使
用され、そして複合材の銅含有量に依存して、約１３０Ｗ／ｍＫ〜約１８０Ｗ／
ｍＫの範囲である熱伝導率を有する。このことは、銅の熱伝導率よりずっと小さ
い。
高い熱伝導率を有する材料候補はまた高ＣＴＥを有することである。例えば、銅
は、約４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するが、銅のＣＴＥは約１７ｐｐｍ／℃で
ある。したがって、高濃度の銅を含有する金属基板は、ほとんどのミクロエレク
トロニック適用において受け入れられない結果を与える。単一金属または合金か
ら作製された金属基板と比較して、ＭＭＣキャリア基板は、キャリア基板に取り
付けられる、チップまたは他の熱発生要素の熱膨張特性に適合するようによりよ
く設計され得、また改善された熱伝達を提供する。例えば、銅／タングステンお
よび銅／モリブデン複合材は、一般的に、エレクトロニックパッケージ適用に使
用され、そして複合材の銅含有量に依存して、約１３０Ｗ／ｍＫ〜約１８０Ｗ／
ｍＫの範囲である熱伝導率を有する。このことは、銅の熱伝導率よりずっと小さ
い。
【０００６】 ＭＭＣは広範な設計柔軟性を与えるが、金属基板の特定の最終用途性能特性は
、ｘ−ｙ平面上の金属基板の均質性に起因して、妥協される。ｘ−ｙ平面に金属
組成物の少なくとも２つの不連続部分を有する金属基板に、異なる材料特性を有
するそれぞれの材料組成物を提供することは、望ましい。局在化領域ならびにこ
のような局在化領域の膨張を制約する周辺領域に配置されたダイ（ｄｉｅ）によ
って生成された熱を散逸するために、改善された熱伝導率を有する金属基板を提
供することは、望ましい。熱循環の間、寸法安定性および最小歪みを維持しつつ
、チップおよび熱発生要素の熱散逸を改善するために、ミクロエレクトロニック
パッケージングにおいて使用され得る金属基板を作製することはまた、望ましい
。低コストでこれらの目的を達成する、機能的に分類された（ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ａｌｌｙ ｇｒａｄｅｄ）金属基板を作製することはさらにまた望ましい。
、ｘ−ｙ平面上の金属基板の均質性に起因して、妥協される。ｘ−ｙ平面に金属
組成物の少なくとも２つの不連続部分を有する金属基板に、異なる材料特性を有
するそれぞれの材料組成物を提供することは、望ましい。局在化領域ならびにこ
のような局在化領域の膨張を制約する周辺領域に配置されたダイ（ｄｉｅ）によ
って生成された熱を散逸するために、改善された熱伝導率を有する金属基板を提
供することは、望ましい。熱循環の間、寸法安定性および最小歪みを維持しつつ
、チップおよび熱発生要素の熱散逸を改善するために、ミクロエレクトロニック
パッケージングにおいて使用され得る金属基板を作製することはまた、望ましい
。低コストでこれらの目的を達成する、機能的に分類された（ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ａｌｌｙ ｇｒａｄｅｄ）金属基板を作製することはさらにまた望ましい。
【０００７】 （発明の要旨） 本発明は、本明細書中で、少なくとも２種の金属組成物から作製され、そして
ｘ−ｙ平面に、少なくとも２個の不連続部分（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｒｔｉｏ
ｎ）、機能的挿入物（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｓｅｒｔ）および周辺ボディ
（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｂｏｄｙ）を備える、機能的に分類された金属基板
を提供する。機能的挿入物は、周辺ボディにしっかりと結合される。機能的に分
類された金属基板は、異なる力学的物性、熱的特性、電気的および磁気的特性を
それぞれ有する２個以上の不連続部分、化学組成物または美的特徴によって特徴
づけられる。
ｘ−ｙ平面に、少なくとも２個の不連続部分（ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｏｒｔｉｏ
ｎ）、機能的挿入物（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｎｓｅｒｔ）および周辺ボディ
（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｂｏｄｙ）を備える、機能的に分類された金属基板
を提供する。機能的挿入物は、周辺ボディにしっかりと結合される。機能的に分
類された金属基板は、異なる力学的物性、熱的特性、電気的および磁気的特性を
それぞれ有する２個以上の不連続部分、化学組成物または美的特徴によって特徴
づけられる。
【０００８】 機能的に分類された金属基板が、ミクロエレクトロニックパッケージ適用に使
用される場合、熱発生チップが、周辺ボディによって囲まれる機能的挿入物に直
接取り付けられる。機能的挿入物は、好ましくは、周辺ボディより高い熱伝導率
を有する。機能的挿入物は、チップから環境へまたは熱だめへ、熱を伝導する。
機能的挿入物のＣＴＥは、周辺ボディのＣＴＥよりも大きいが、それ以外で機能
的挿入物の有害な膨張は、ミクロエレクトロニックパッケージの温度が上昇する
場合、周辺ボディによって制約される。
用される場合、熱発生チップが、周辺ボディによって囲まれる機能的挿入物に直
接取り付けられる。機能的挿入物は、好ましくは、周辺ボディより高い熱伝導率
を有する。機能的挿入物は、チップから環境へまたは熱だめへ、熱を伝導する。
機能的挿入物のＣＴＥは、周辺ボディのＣＴＥよりも大きいが、それ以外で機能
的挿入物の有害な膨張は、ミクロエレクトロニックパッケージの温度が上昇する
場合、周辺ボディによって制約される。
【０００９】 機能的に分類された金属基板を作製するためのプロセスは、以下；金属ボディ
のキャビティを機能的挿入物で充填する工程、ならびに金属ボディおよび機能的
挿入物を同時に焼結する工程、を包含する。本発明の別の実施態様において、こ
のプロセスは、さらに、焼結した金属ボディまたは焼結した機能的挿入物または
両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程を包含する。
のキャビティを機能的挿入物で充填する工程、ならびに金属ボディおよび機能的
挿入物を同時に焼結する工程、を包含する。本発明の別の実施態様において、こ
のプロセスは、さらに、焼結した金属ボディまたは焼結した機能的挿入物または
両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程を包含する。
【００１０】 本発明の好ましい実施態様に従って、金属ボディは、金属粉末のコンパクトま
たは周辺ボディ粉末組成物であり、そして機能的挿入物は、緩い金属粉末または
機能的挿入物粉末組成物である。好ましいプロセスは、以下を包含する：周辺ボ
ディ粉末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコンパクトを形成する工
程、このキャビティを機能的挿入物粉末組成物（これは、好ましくは緩い粉末で
ある）で充填する工程、周辺ボディ粉末組成物および機能的挿入物粉末組成物を
同時に焼結する工程、ならびに焼結した周辺ボディまたは焼結した機能的挿入物
または両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程。キャビティは、コンパクト
を形成する間、またはコンパクトが形成された後、形成され得る。得られた機能
的に分類された金属基板は、２個の不連続部分、機能的挿入物、および機能的挿
入物を取り囲む周辺ボディを、好ましくは、ｘ−ｙ平面上の２次元上に有す。
たは周辺ボディ粉末組成物であり、そして機能的挿入物は、緩い金属粉末または
機能的挿入物粉末組成物である。好ましいプロセスは、以下を包含する：周辺ボ
ディ粉末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコンパクトを形成する工
程、このキャビティを機能的挿入物粉末組成物（これは、好ましくは緩い粉末で
ある）で充填する工程、周辺ボディ粉末組成物および機能的挿入物粉末組成物を
同時に焼結する工程、ならびに焼結した周辺ボディまたは焼結した機能的挿入物
または両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程。キャビティは、コンパクト
を形成する間、またはコンパクトが形成された後、形成され得る。得られた機能
的に分類された金属基板は、２個の不連続部分、機能的挿入物、および機能的挿
入物を取り囲む周辺ボディを、好ましくは、ｘ−ｙ平面上の２次元上に有す。
【００１１】 本発明の特に好ましい実施態様において、機能的挿入物粉末組成物および周辺
ボディ粉末組成物は両方とも、銅およびタングステン、または銅およびモリブデ
ンのいずれかを含有する。機能的挿入物粉末組成物中の銅の濃度は、周辺ボディ
粉末組成物中の銅の濃度よりも大きい。基板の機能的挿入物部分を作製するため
に形成されたキャビティは、好ましくは、コンパクトの第１表面からコンパクト
の第２表面へ（例えば、コンパクトの頂点から基部へ）延びる。焼結すると、焼
結した機能的挿入物組成物は、焼結した周辺ボディ組成物よりも大きい空隙率を
有し、そして溶浸されると、焼結した機能的挿入物組成物は、全密度（ｆｕｌｌ
ｄｅｎｓｉｔｙ）を達成する。得られたものは、理論量全体の少なくとも約９
０％よりも大きい密度を有する、機能的に分類された金属基板である。
ボディ粉末組成物は両方とも、銅およびタングステン、または銅およびモリブデ
ンのいずれかを含有する。機能的挿入物粉末組成物中の銅の濃度は、周辺ボディ
粉末組成物中の銅の濃度よりも大きい。基板の機能的挿入物部分を作製するため
に形成されたキャビティは、好ましくは、コンパクトの第１表面からコンパクト
の第２表面へ（例えば、コンパクトの頂点から基部へ）延びる。焼結すると、焼
結した機能的挿入物組成物は、焼結した周辺ボディ組成物よりも大きい空隙率を
有し、そして溶浸されると、焼結した機能的挿入物組成物は、全密度（ｆｕｌｌ
ｄｅｎｓｉｔｙ）を達成する。得られたものは、理論量全体の少なくとも約９
０％よりも大きい密度を有する、機能的に分類された金属基板である。
【００１２】 得られた機能的に分類された金属基板は、ハウジングミクロエレクトロニック
要素における特定の使用を見出す。熱発生要素（例えば、チップ）は、機能的挿
入物に直接取り付けられ得る。約４００Ｗ／ｍＫまでの熱伝導率を有し得る機能
的挿入物は、好ましくは、周辺ボディの熱伝導率より大きい。周辺ボディは、好
ましくは、機能的挿入物のＣＴＥより低いＣＴＥを有し、そしてこのため、周辺
ボディは、機能的挿入物が熱発生要素から熱を取り除いて伝導する際に、その接
触表面に沿う、機能的挿入物の膨張を制御または制約する。
要素における特定の使用を見出す。熱発生要素（例えば、チップ）は、機能的挿
入物に直接取り付けられ得る。約４００Ｗ／ｍＫまでの熱伝導率を有し得る機能
的挿入物は、好ましくは、周辺ボディの熱伝導率より大きい。周辺ボディは、好
ましくは、機能的挿入物のＣＴＥより低いＣＴＥを有し、そしてこのため、周辺
ボディは、機能的挿入物が熱発生要素から熱を取り除いて伝導する際に、その接
触表面に沿う、機能的挿入物の膨張を制御または制約する。
【００１３】 本発明の別の実施態様において、機能的に分類された金属基板を作製するため
のプロセスは、以下を包含する：周辺ボディ粉末組成物を圧縮し、その中にキャ
ビティを有するコンパクトを形成する工程、機能的挿入物粉末組成物を圧縮し、
コンパクトを形成する工程、キャビティを機能的挿入物粉末組成物のコンパクト
で充填する工程、ならびに機能的挿入物粉末組成物および周囲ボディ粉末組成物
を焼結する工程。
のプロセスは、以下を包含する：周辺ボディ粉末組成物を圧縮し、その中にキャ
ビティを有するコンパクトを形成する工程、機能的挿入物粉末組成物を圧縮し、
コンパクトを形成する工程、キャビティを機能的挿入物粉末組成物のコンパクト
で充填する工程、ならびに機能的挿入物粉末組成物および周囲ボディ粉末組成物
を焼結する工程。
【００１４】 本発明の代替の実施態様はまた、その中に機能的挿入物粉末組成物を含有する
キャビティを有する固体金属周辺ボディを焼結し、機能的に分類された金属基板
を形成する工程、あるいは固体金属周辺ボディへ固体金属機能挿入物を拡散結合
またはろう接する工程を包含する。溶浸は、機能的挿入物粉末組成物または挿入
物粉末組成物のコンパクトを含有する、周辺ボディを焼結する工程を包含する実
施態様において、焼結に続き得る。
キャビティを有する固体金属周辺ボディを焼結し、機能的に分類された金属基板
を形成する工程、あるいは固体金属周辺ボディへ固体金属機能挿入物を拡散結合
またはろう接する工程を包含する。溶浸は、機能的挿入物粉末組成物または挿入
物粉末組成物のコンパクトを含有する、周辺ボディを焼結する工程を包含する実
施態様において、焼結に続き得る。
【００１５】 （発明の詳細な説明） 本発明は、本明細書中で、機能的に分類された基板を作製するためのプロセス
、ならびにその得られた基板であって、ｘ−ｙ平面に、少なくとも２個の不連続
エリア、機能的挿入物および周辺ボディを有するものを提供する。機能的挿入物
は、周辺ボディによって、好ましくは、少なくとも２次元で、取り囲まれている
。機能的に分類された金属基板の不連続エリアは、各不連続エリアにおける金属
組成物によって支配される異なる物理的特徴を有する。
、ならびにその得られた基板であって、ｘ−ｙ平面に、少なくとも２個の不連続
エリア、機能的挿入物および周辺ボディを有するものを提供する。機能的挿入物
は、周辺ボディによって、好ましくは、少なくとも２次元で、取り囲まれている
。機能的に分類された金属基板の不連続エリアは、各不連続エリアにおける金属
組成物によって支配される異なる物理的特徴を有する。
【００１６】 機能的に分類された金属基板は、少なくとも１個の周辺ボディおよび少なくと
も１個の機能的挿入物を示す少なくとも２個の金属組成物を備える。周辺ボディ
および機能的挿入物を作製する金属は、元素金属、合金または金属マトリックス
複合材（ＭＭＣ）を含有し得る。機能的挿入物および周辺ボディは、同じ金属を
含み得るが、異なる濃度または組成物であり得る。本明細書中において、本発明
に従って使用され得る物質には、例えば、以下が挙げられる：銅、ニッケル、鉄
、ベリリウム、アルミニウム、銀のような金属；銅−ベリリウム、銅−亜鉛（青
銅）、銅−スズ（黄銅）、６４％鉄／３６％ニッケル（Ｉｎｖａｒ（登録商標）
）および５４％鉄／２９％ニッケル／１７％コバルト（Ｋｏｖａｒ（登録商標）
）、銅−鉄、ニッケル−ニオビウム、ニッケル−銀、ニッケル−銅、鉄−銅、鉄
−銅−炭素、鉄−銅−ニッケル、鉄−クロム、鉄−銅−スズ、銅−ニッケル−チ
タン−アルミニウム、ニッケル−銅−チタンのような合金；ならびに銅／ダング
ステン、銅−モリブデン、アルミニウム／炭化珪素、アルミニウム／窒化アルミ
ニウム、銅／アルミニウム、銀／Ｉｎｖａｒ（登録商標）、銅／立方晶窒化ホウ
素、銅／ダイアモンド、および銅／高導電率炭素繊維のような金属マトリックス
複合材。
も１個の機能的挿入物を示す少なくとも２個の金属組成物を備える。周辺ボディ
および機能的挿入物を作製する金属は、元素金属、合金または金属マトリックス
複合材（ＭＭＣ）を含有し得る。機能的挿入物および周辺ボディは、同じ金属を
含み得るが、異なる濃度または組成物であり得る。本明細書中において、本発明
に従って使用され得る物質には、例えば、以下が挙げられる：銅、ニッケル、鉄
、ベリリウム、アルミニウム、銀のような金属；銅−ベリリウム、銅−亜鉛（青
銅）、銅−スズ（黄銅）、６４％鉄／３６％ニッケル（Ｉｎｖａｒ（登録商標）
）および５４％鉄／２９％ニッケル／１７％コバルト（Ｋｏｖａｒ（登録商標）
）、銅−鉄、ニッケル−ニオビウム、ニッケル−銀、ニッケル−銅、鉄−銅、鉄
−銅−炭素、鉄−銅−ニッケル、鉄−クロム、鉄−銅−スズ、銅−ニッケル−チ
タン−アルミニウム、ニッケル−銅−チタンのような合金；ならびに銅／ダング
ステン、銅−モリブデン、アルミニウム／炭化珪素、アルミニウム／窒化アルミ
ニウム、銅／アルミニウム、銀／Ｉｎｖａｒ（登録商標）、銅／立方晶窒化ホウ
素、銅／ダイアモンド、および銅／高導電率炭素繊維のような金属マトリックス
複合材。
【００１７】 ２個の異なる金属組成物を有する機能的に分類された基板がミクロエレクトロ
ニック適用に使用される場合、熱発生要素（例えばチップ）は、機能的挿入物に
直接取り付けられており、そして機能的挿入物は周辺ボディによって取り囲まれ
ている。機能的挿入物は、好ましくは、周辺ボディの熱伝導率よりも高い熱伝導
率を有し、そして周辺ボディは、好ましくは、機能的挿入物のＣＴＥより低いＣ
ＴＥを有する。このため、周辺ボディは、機能的挿入物が熱発生要素から熱を取
り除いて伝導する際に、その結合表面に沿う、機能的挿入物の膨張を制御または
制約する。
ニック適用に使用される場合、熱発生要素（例えばチップ）は、機能的挿入物に
直接取り付けられており、そして機能的挿入物は周辺ボディによって取り囲まれ
ている。機能的挿入物は、好ましくは、周辺ボディの熱伝導率よりも高い熱伝導
率を有し、そして周辺ボディは、好ましくは、機能的挿入物のＣＴＥより低いＣ
ＴＥを有する。このため、周辺ボディは、機能的挿入物が熱発生要素から熱を取
り除いて伝導する際に、その結合表面に沿う、機能的挿入物の膨張を制御または
制約する。
【００１８】 本明細書中の本発明に従って、機能的に分類された金属基板を作製するための
プロセスは、以下：金属ボディのキャビティを機能的挿入物で充填する工程、な
らびに金属ボディおよび機能的挿入物を同時に焼結する工程、を包含する。別の
実施態様において、このプロセスは、さらに、焼結した金属ボディまたは焼結し
た機能的挿入物または両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程を包含する。
結果は、機能的挿入物、および機能的挿入物を取り囲む周辺ボディを有する、機
能的に分類された金属基板であり、これは好ましくは少なくとも２次元で、ｘ−
ｙ平面である。
プロセスは、以下：金属ボディのキャビティを機能的挿入物で充填する工程、な
らびに金属ボディおよび機能的挿入物を同時に焼結する工程、を包含する。別の
実施態様において、このプロセスは、さらに、焼結した金属ボディまたは焼結し
た機能的挿入物または両方を、溶融した金属化合物に溶浸する工程を包含する。
結果は、機能的挿入物、および機能的挿入物を取り囲む周辺ボディを有する、機
能的に分類された金属基板であり、これは好ましくは少なくとも２次元で、ｘ−
ｙ平面である。
【００１９】 本発明の好ましい実施態様に従って、金属ボディは、周辺ボディ粉末組成物の
コンパクトから作製され、そして機能的挿入物は、機能的挿入物粉末組成物から
作製される。図１Ａは、周辺ボディ粉末組成物２を示し、これは、好ましくは、
その中に形成されるキャビティ４でプレス加工（ｐｒｅｓｓ）される。図１Ｂは
、アルミニウム焼結プレートまたはサガープレート６上の周辺ボディ粉末組成物
およびキャビティ４内の機能的挿入物粉末組成物８を含有するプレス加工コンパ
クトを示す。機能的挿物粉末組成物８は、好ましくは、噴霧乾燥した粉末であり
、そして緩く詰めた構成で配置される。周辺ボディ粉末組成物および機能的挿入
物粉末組成物のために使用され得る金属粉末は、金属焼結プロセスにおいて使用
され、そして当業者に周知である、任意の金属粉末であり得る。
コンパクトから作製され、そして機能的挿入物は、機能的挿入物粉末組成物から
作製される。図１Ａは、周辺ボディ粉末組成物２を示し、これは、好ましくは、
その中に形成されるキャビティ４でプレス加工（ｐｒｅｓｓ）される。図１Ｂは
、アルミニウム焼結プレートまたはサガープレート６上の周辺ボディ粉末組成物
およびキャビティ４内の機能的挿入物粉末組成物８を含有するプレス加工コンパ
クトを示す。機能的挿物粉末組成物８は、好ましくは、噴霧乾燥した粉末であり
、そして緩く詰めた構成で配置される。周辺ボディ粉末組成物および機能的挿入
物粉末組成物のために使用され得る金属粉末は、金属焼結プロセスにおいて使用
され、そして当業者に周知である、任意の金属粉末であり得る。
【００２０】 焼結プレートは、次いで、焼結炉に配置され、そして、焼結によって挿入物粉
末組成物を生じるような温度で燃焼し、周辺ボディ粉末組成物と結合する。周辺
ボディ粉末組成物は、理論の少なくとも９０％、好ましくは理論の少なくとも９
７％、さらにより好ましくは理論の少なくとも９９％である密度まで、焼結され
る。焼結した機能的挿入物組成物は、焼結後、多孔質であり、焼結した周辺ボデ
ィの密度より小さく、そして好ましくは理論の約７０％以下である密度を有する
。
末組成物を生じるような温度で燃焼し、周辺ボディ粉末組成物と結合する。周辺
ボディ粉末組成物は、理論の少なくとも９０％、好ましくは理論の少なくとも９
７％、さらにより好ましくは理論の少なくとも９９％である密度まで、焼結され
る。焼結した機能的挿入物組成物は、焼結後、多孔質であり、焼結した周辺ボデ
ィの密度より小さく、そして好ましくは理論の約７０％以下である密度を有する
。
【００２１】 次に、焼結した機能的挿入物組成物は、溶融した金属で溶浸され、焼結した機
能的挿入物は、理論の少なくとも９０％、好ましくは理論の少なくとも９７％、
そしてさらにより好ましくは理論の少なくとも９９％の密度を達成する。結果は
、機能的挿入物、および少なくとも２次元で機能的挿入物を取り囲む周辺ボディ
を有する、機能的に分類された金属基板である。
能的挿入物は、理論の少なくとも９０％、好ましくは理論の少なくとも９７％、
そしてさらにより好ましくは理論の少なくとも９９％の密度を達成する。結果は
、機能的挿入物、および少なくとも２次元で機能的挿入物を取り囲む周辺ボディ
を有する、機能的に分類された金属基板である。
【００２２】 本発明の特に好ましい実施態様に従って、周辺ボディ粉末組成物のコンパクト
は、約５重量％〜約５０重量％の銅、好ましくは約５重量％〜約４０重量％の、
そしてより好ましくは約１０重量％〜約３０重量％の銅粉末を含有する、銅およ
びタングステン粉末を含む。銅は、銅粉末または酸化銅粉末または両方の形態で
、コンパクト中に導入され得る。機能的挿入物粉末組成物は、約２０重量％〜約
８０重量％の銅、好ましくは約３０重量％〜約５０％の、そしてより好ましくは
約３０重量％〜約４５重量％の銅粉末を含有する、銅およびタングステン粉末を
含有する。機能的挿入物粉末組成物は、好ましくは、緩い粉末形態で焼結される
。焼結した機能的挿入物組成物は、比較的多孔質であり、好ましくは銅、より好
ましくは周辺ボディ（ＯＦＨＣ）に対して高導電率である酸素フリー銅で溶浸さ
れる。溶浸は、窒素／水素環境において、約１１００℃と約１１５０℃の間の範
囲である温度で行われ、高い熱伝導率を有する機能的コアを生成する。
は、約５重量％〜約５０重量％の銅、好ましくは約５重量％〜約４０重量％の、
そしてより好ましくは約１０重量％〜約３０重量％の銅粉末を含有する、銅およ
びタングステン粉末を含む。銅は、銅粉末または酸化銅粉末または両方の形態で
、コンパクト中に導入され得る。機能的挿入物粉末組成物は、約２０重量％〜約
８０重量％の銅、好ましくは約３０重量％〜約５０％の、そしてより好ましくは
約３０重量％〜約４５重量％の銅粉末を含有する、銅およびタングステン粉末を
含有する。機能的挿入物粉末組成物は、好ましくは、緩い粉末形態で焼結される
。焼結した機能的挿入物組成物は、比較的多孔質であり、好ましくは銅、より好
ましくは周辺ボディ（ＯＦＨＣ）に対して高導電率である酸素フリー銅で溶浸さ
れる。溶浸は、窒素／水素環境において、約１１００℃と約１１５０℃の間の範
囲である温度で行われ、高い熱伝導率を有する機能的コアを生成する。
【００２３】 あるいは、別の好ましい実施態様において、周辺ボディ粉末組成物のコンパク
トは、約５重量％〜約５０重量の銅、好ましくは約５重量％〜約４０重量％の、
そしてより好ましくは約１０重量％〜約３０重量％の銅粉末を含有する、銅およ
びモリブデン粉末を含有する。銅は、銅粉末または酸化銅粉末または両方の形態
で、コンパクト中に導入され得る。機能的挿入物粉末組成物は、約２０重量％〜
約８０重量の銅、好ましくは、約３０重量％〜約５０重量％、そしてより好まし
くは、約３０重量％〜約４５重量％の銅粉末である、銅およびモリブデン粉末を
含有する。機能的挿入物粉末組成物は、好ましくは、緩い粉末の形態で焼結され
る。焼結した機能的挿入物組成物は、比較的多孔質であり、好ましくは銅、より
好ましくは周辺ボディ（ＯＦＨＣ）に対して高導電率である酸素フリー銅で溶浸
される。溶浸は、窒素／水素環境において、約１１００℃と約１１５０℃の間の
範囲である温度で行われ、高い熱伝導率を有する機能的コアを生成する。
トは、約５重量％〜約５０重量の銅、好ましくは約５重量％〜約４０重量％の、
そしてより好ましくは約１０重量％〜約３０重量％の銅粉末を含有する、銅およ
びモリブデン粉末を含有する。銅は、銅粉末または酸化銅粉末または両方の形態
で、コンパクト中に導入され得る。機能的挿入物粉末組成物は、約２０重量％〜
約８０重量の銅、好ましくは、約３０重量％〜約５０重量％、そしてより好まし
くは、約３０重量％〜約４５重量％の銅粉末である、銅およびモリブデン粉末を
含有する。機能的挿入物粉末組成物は、好ましくは、緩い粉末の形態で焼結され
る。焼結した機能的挿入物組成物は、比較的多孔質であり、好ましくは銅、より
好ましくは周辺ボディ（ＯＦＨＣ）に対して高導電率である酸素フリー銅で溶浸
される。溶浸は、窒素／水素環境において、約１１００℃と約１１５０℃の間の
範囲である温度で行われ、高い熱伝導率を有する機能的コアを生成する。
【００２４】 本明細書において、本発明の機能的に分類された金属基板は、ミクロエレクト
ロニック要素を収納するために使用され得る。図３は、本発明の好ましい実施態
様に従って、ミクロエレクトロニックパッケージのための、銅／タングクテンま
たは銅／モリブデンの機能的に分類された金属基板を作製するための、プロセス
を要約するフロースキームを示す。銅／タングステンまたは銅／モリブデン噴霧
乾燥粉末を調製し（１０１）、そして次いで、乾燥プレスして、その中に少なく
とも１個のキャビティを有する周辺ボディのコンパクトを形成する（１０２）。
約２０重量％〜約８０重量％の銅を含有する銅／タングステン機能的挿入物粉末
を噴霧乾燥し（１０３）、そして緩い粉末形態である機能的挿入物粉末組成物を
、周辺ボディ粉末組成物のコンパクトのキャビティ内に配置する（１０４）。周
辺ボディおよび機能的挿入物粉末組成物のコンパクトを、焼結炉で、焼結プロセ
スの間、燃焼する（１０５）。機能的挿入物組成物を銅で溶浸し（１０６）、機
能的に分類された金属基板を生成する。引き続いて、金属基板の表面を、所望の
寸法へ研磨し（１０７）、引き続いて、ミクロエレクトロニックパッケージのさ
らなるプロセスのための準備において、金属めっきをする（１０８）。
ロニック要素を収納するために使用され得る。図３は、本発明の好ましい実施態
様に従って、ミクロエレクトロニックパッケージのための、銅／タングクテンま
たは銅／モリブデンの機能的に分類された金属基板を作製するための、プロセス
を要約するフロースキームを示す。銅／タングステンまたは銅／モリブデン噴霧
乾燥粉末を調製し（１０１）、そして次いで、乾燥プレスして、その中に少なく
とも１個のキャビティを有する周辺ボディのコンパクトを形成する（１０２）。
約２０重量％〜約８０重量％の銅を含有する銅／タングステン機能的挿入物粉末
を噴霧乾燥し（１０３）、そして緩い粉末形態である機能的挿入物粉末組成物を
、周辺ボディ粉末組成物のコンパクトのキャビティ内に配置する（１０４）。周
辺ボディおよび機能的挿入物粉末組成物のコンパクトを、焼結炉で、焼結プロセ
スの間、燃焼する（１０５）。機能的挿入物組成物を銅で溶浸し（１０６）、機
能的に分類された金属基板を生成する。引き続いて、金属基板の表面を、所望の
寸法へ研磨し（１０７）、引き続いて、ミクロエレクトロニックパッケージのさ
らなるプロセスのための準備において、金属めっきをする（１０８）。
【００２５】 図４は、本明細書において、本発明に従った機能的に分類された金属基板の断
面領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。顕微鏡写真の垂直（ａ）部分
によって示される周辺ボディ部分は、約１５重量％の銅および約８５重量％のタ
ングステンを含有する銅／タングステン金属マトリックス複合材を包含する。顕
微鏡写真の垂直（ｂ）部分によって示される機能的挿入物部分は、約４０重量％
の銅および約６０重量％のタングステンを含有する銅／タングステン金属マトリ
ックス複合材である。
面領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。顕微鏡写真の垂直（ａ）部分
によって示される周辺ボディ部分は、約１５重量％の銅および約８５重量％のタ
ングステンを含有する銅／タングステン金属マトリックス複合材を包含する。顕
微鏡写真の垂直（ｂ）部分によって示される機能的挿入物部分は、約４０重量％
の銅および約６０重量％のタングステンを含有する銅／タングステン金属マトリ
ックス複合材である。
【００２６】 図５は、ミクロエレクトロニックパッケージ２０のキャリア基板として、機能
的に分類された金属基板１０を示す。熱発生チップ２２は、ろう接、ハンダ付け
、エポキシ接着剤、または当業者に周知である取り付け手段によって、機能的挿
入物１４へ直接取り付けられる。機能的挿入物１４は、熱発生チップ２２から熱
を環境へまたはその上に取り付けられる熱だめ（示されていない）へ伝導する。
好ましくは、機能的挿入物１４は、周辺ボディの熱伝導率より高い熱伝導率を有
し、そして周辺ボディ１２は、機能的挿入物１４のＣＴＥより低いＣＴＥを有す
る。周辺ボディのＣＴＥは、熱発生チップのＣＴＥとほぼ一致するか、またはわ
ずかに大きく、そして、熱循環の間、機能的挿入物の膨張を制御する。例えば、
機能的挿入物および周囲ボディが銅／タングステンまたは銅／モリブデンからな
る機能的に分類された基板で、機能的挿入物は、約２００Ｗ／ｍＫ〜約４００Ｗ
／ｍＫの範囲である熱伝導率を有し、そして周囲ボディは、約５．６ｐｐｍ／℃
〜約７ｐｐｍ／℃の範囲であるＣＴＥ（ここでＣＴＥは周囲温度で測定される）
を有する。このため、高い熱伝導率を有する機能的挿入物を備える金属基板は、
チップが取り付けられる領域の低い熱膨張を維持する間、金属基板の熱散逸を改
善する。
的に分類された金属基板１０を示す。熱発生チップ２２は、ろう接、ハンダ付け
、エポキシ接着剤、または当業者に周知である取り付け手段によって、機能的挿
入物１４へ直接取り付けられる。機能的挿入物１４は、熱発生チップ２２から熱
を環境へまたはその上に取り付けられる熱だめ（示されていない）へ伝導する。
好ましくは、機能的挿入物１４は、周辺ボディの熱伝導率より高い熱伝導率を有
し、そして周辺ボディ１２は、機能的挿入物１４のＣＴＥより低いＣＴＥを有す
る。周辺ボディのＣＴＥは、熱発生チップのＣＴＥとほぼ一致するか、またはわ
ずかに大きく、そして、熱循環の間、機能的挿入物の膨張を制御する。例えば、
機能的挿入物および周囲ボディが銅／タングステンまたは銅／モリブデンからな
る機能的に分類された基板で、機能的挿入物は、約２００Ｗ／ｍＫ〜約４００Ｗ
／ｍＫの範囲である熱伝導率を有し、そして周囲ボディは、約５．６ｐｐｍ／℃
〜約７ｐｐｍ／℃の範囲であるＣＴＥ（ここでＣＴＥは周囲温度で測定される）
を有する。このため、高い熱伝導率を有する機能的挿入物を備える金属基板は、
チップが取り付けられる領域の低い熱膨張を維持する間、金属基板の熱散逸を改
善する。
【００２７】 噴霧乾燥した凝集体を粉末金属組成物から作製するプロセス、ならびに圧縮、
焼結、および溶浸のプロセスは、当該分野において周知である。これらのプロセ
スは、米国特許第５，６８６，６７６号に記載され、これは、本明細書中で参考
として援用される。金属粉末は、機械的ミキサー（例えば、高剪断ミキサー、ブ
レンダーおよびミル）の方法によって、液体（好ましくは水）存在下で混合され
る。一旦金属粉末が混合されると、任意の従来の方法でコンパクト（ｃｏｍｐａ
ｃｔ）に形成され得る。例えば、自由流動凝集体粉末は、ダイ（ｄｉｅ）に注入
され、そして液圧プレスまたは機械プレスのいずれかで圧縮され、コンパクトを
形成する。コンパクトの寸法は、所望の仕上がったパーツおよびダイのサイズに
よって決定され、そして焼結操作中のコンパクトの収縮を考慮する。焼結は好ま
しくは、バッチ式炉または連続式あと押し型炉のいずれかを使用して達成される
。焼結滞留時間および温度は、金属粉末組成物の融点または共融温度に依存する
。焼結温度は、金属粉末組成物の少なくとも１つの金属よりも大きい。溶浸は、
当該分野において周知であり、そして溶浸のために使用される金属組成物は、一
般的に、約１４００℃以下の融点を有するものである。
焼結、および溶浸のプロセスは、当該分野において周知である。これらのプロセ
スは、米国特許第５，６８６，６７６号に記載され、これは、本明細書中で参考
として援用される。金属粉末は、機械的ミキサー（例えば、高剪断ミキサー、ブ
レンダーおよびミル）の方法によって、液体（好ましくは水）存在下で混合され
る。一旦金属粉末が混合されると、任意の従来の方法でコンパクト（ｃｏｍｐａ
ｃｔ）に形成され得る。例えば、自由流動凝集体粉末は、ダイ（ｄｉｅ）に注入
され、そして液圧プレスまたは機械プレスのいずれかで圧縮され、コンパクトを
形成する。コンパクトの寸法は、所望の仕上がったパーツおよびダイのサイズに
よって決定され、そして焼結操作中のコンパクトの収縮を考慮する。焼結は好ま
しくは、バッチ式炉または連続式あと押し型炉のいずれかを使用して達成される
。焼結滞留時間および温度は、金属粉末組成物の融点または共融温度に依存する
。焼結温度は、金属粉末組成物の少なくとも１つの金属よりも大きい。溶浸は、
当該分野において周知であり、そして溶浸のために使用される金属組成物は、一
般的に、約１４００℃以下の融点を有するものである。
【００２８】 使用される粉末組成物の１つが共融組成物を形成することができる金属を含有
する場合、より密度の高い（ｄｅｎｓｅｒ）基板が作製され得るということが見
出された。この現象は、米国特許第５，６８６，６７６号に記載されており、こ
れは本明細書中で参考として援用される。焼結の間、共融組成物を形成し得る粉
末金属系の例は、銅−酸化銅である。酸化銅または銅−酸化銅の組み合わせを含
有する焼結コンパクトは、約１０５０℃〜約１４００℃の温度で伝導される。さ
らにより好ましくは、このコンパクトが減圧雰囲気（例えば、水素、窒素または
水蒸気を含む）下で焼結され得る。
する場合、より密度の高い（ｄｅｎｓｅｒ）基板が作製され得るということが見
出された。この現象は、米国特許第５，６８６，６７６号に記載されており、こ
れは本明細書中で参考として援用される。焼結の間、共融組成物を形成し得る粉
末金属系の例は、銅−酸化銅である。酸化銅または銅−酸化銅の組み合わせを含
有する焼結コンパクトは、約１０５０℃〜約１４００℃の温度で伝導される。さ
らにより好ましくは、このコンパクトが減圧雰囲気（例えば、水素、窒素または
水蒸気を含む）下で焼結され得る。
【００２９】 本発明の別の実施態様に従って、このプロセスは、以下の工程：周辺ボディ粉
末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコンパクトを形成する工程、機
能的挿入物粉末組成物を圧縮する工程、このキャビティを機能的挿入物粉末組成
物のコンパクトで充填する工程、ならびに機能的挿入物粉末組成物および周辺ボ
ディ粉末組成物を同時に焼結する工程、を包含する。このキャビティは、コンパ
クトが形成される間またはコンパクトが形成された後、周辺ボディ粉末組成物の
コンパクト内に形成され得る。
末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコンパクトを形成する工程、機
能的挿入物粉末組成物を圧縮する工程、このキャビティを機能的挿入物粉末組成
物のコンパクトで充填する工程、ならびに機能的挿入物粉末組成物および周辺ボ
ディ粉末組成物を同時に焼結する工程、を包含する。このキャビティは、コンパ
クトが形成される間またはコンパクトが形成された後、周辺ボディ粉末組成物の
コンパクト内に形成され得る。
【００３０】 図６は、周辺ボディ粉末組成物２を含むコンパクト内へ配置する前の、機能的
挿入物粉末組成物８を含むコンパクトを示す。機能的挿入物粉末組成物は、周辺
ボディ組成物のキャビティへ適合するサイズに圧縮される。この２つのコンパク
トは、共に焼結され、理論値の少なくとも約９０％である、好ましくは理論値の
少なくとも約９７％および少なくとも約９９％である密度となる。両方の粉末金
属組成物は、単一のツールで圧縮され得る。専用のフィードシュー（ｆｅｅｄｓ
ｈｏｅ）（キャビティを充填するためのツール上の容器）を有する複数作動プレ
ス（ｍｕｌｔｉ−ａｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓ）は、両方の金属組成物を単一のツ
ールで圧縮するために使用され得る。
挿入物粉末組成物８を含むコンパクトを示す。機能的挿入物粉末組成物は、周辺
ボディ組成物のキャビティへ適合するサイズに圧縮される。この２つのコンパク
トは、共に焼結され、理論値の少なくとも約９０％である、好ましくは理論値の
少なくとも約９７％および少なくとも約９９％である密度となる。両方の粉末金
属組成物は、単一のツールで圧縮され得る。専用のフィードシュー（ｆｅｅｄｓ
ｈｏｅ）（キャビティを充填するためのツール上の容器）を有する複数作動プレ
ス（ｍｕｌｔｉ−ａｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓ）は、両方の金属組成物を単一のツ
ールで圧縮するために使用され得る。
【００３１】 焼結した周辺ボディおよび焼結した機能的挿入物を含む焼結した部分が、低密
度を有する場合（例えば、理論値の約９５％より小さい）、焼結した部分は、溶
融した金属で溶浸され得る。本発明の別の実施態様において、このプロセスは、
以下の工程：周辺ボディ粉末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコン
パクトを形成する工程、機能的挿入物粉末組成物を圧縮する工程、このキャビテ
ィをこの機能的挿入物粉末組成物のコンパクトで充填する工程、機能的挿入物粉
末組成物および周辺ボディ粉末組成物を同時に焼結する工程、ならびに焼結した
周辺ボディまたは焼結した機能的コアあるいは両方を溶浸する工程、を包含する
。
度を有する場合（例えば、理論値の約９５％より小さい）、焼結した部分は、溶
融した金属で溶浸され得る。本発明の別の実施態様において、このプロセスは、
以下の工程：周辺ボディ粉末組成物を圧縮してその中にキャビティを有するコン
パクトを形成する工程、機能的挿入物粉末組成物を圧縮する工程、このキャビテ
ィをこの機能的挿入物粉末組成物のコンパクトで充填する工程、機能的挿入物粉
末組成物および周辺ボディ粉末組成物を同時に焼結する工程、ならびに焼結した
周辺ボディまたは焼結した機能的コアあるいは両方を溶浸する工程、を包含する
。
【００３２】 本発明の別の実施態様において、金属ボディは、固形の鋳造された金属ボディ
である。機能的に分類された金属基板を作製するためのプロセスは、以下の工程
：機能的挿入物粉末組成物を固体周辺ボディのキャビティ内へ配置するする工程
、および機能的挿入物粉末組成物を焼結する工程、を包含する。このキャビティ
は、固体周辺ボディを機械加工することによって、または他の周知の技術によっ
て、形成され得る。別の実施態様において、このプロセスは、さらに焼結した機
能的挿入物を溶融した金属組成物で溶浸する工程を包含する。
である。機能的に分類された金属基板を作製するためのプロセスは、以下の工程
：機能的挿入物粉末組成物を固体周辺ボディのキャビティ内へ配置するする工程
、および機能的挿入物粉末組成物を焼結する工程、を包含する。このキャビティ
は、固体周辺ボディを機械加工することによって、または他の周知の技術によっ
て、形成され得る。別の実施態様において、このプロセスは、さらに焼結した機
能的挿入物を溶融した金属組成物で溶浸する工程を包含する。
【００３３】 本発明のさらに別の実施態様において、機能的に分類された金属基板を作製す
るためのプロセスは、以下の工程：固体の機能的挿入物を固体の周辺ボディのキ
ャビティに配置する工程、および固体の機能的挿入物を固体の周辺ボディにろう
接する工程、を包含する。キャビティは、固体の周辺ボディを機械加工すること
によって、または他の周知の技術によって、形成され得る。固体の機能的挿入物
（好ましくは鋳造された金属）は、従来のろう接技術を使用して、金属ボディへ
取り付けまたは結合される。あるいは、固体の機能的挿入物は、圧力補助された
、または圧力なしの拡散結合によって取り付けられ得、機能的に分類された金属
基板を形成する。
るためのプロセスは、以下の工程：固体の機能的挿入物を固体の周辺ボディのキ
ャビティに配置する工程、および固体の機能的挿入物を固体の周辺ボディにろう
接する工程、を包含する。キャビティは、固体の周辺ボディを機械加工すること
によって、または他の周知の技術によって、形成され得る。固体の機能的挿入物
（好ましくは鋳造された金属）は、従来のろう接技術を使用して、金属ボディへ
取り付けまたは結合される。あるいは、固体の機能的挿入物は、圧力補助された
、または圧力なしの拡散結合によって取り付けられ得、機能的に分類された金属
基板を形成する。
【００３４】 機能的に分類された金属基板が作製された後、それは、１回以上の第２の操作
を受け得る。最終用途寸法は、当該分野に周知のプロセスに従って、金属基板を
二枚ディスク研磨（ｄｏｕｂｌｅ−ｄｉｓｋ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）することによ
って達成され得る。機能的に分類された金属基板はまた、従来のめっきプロセス
（例えば、無電解めっきまたは電解めっき）によってめっきされ得る。より詳細
には、ミクロエレクトロニックパッケージ適用において、無電解または電解めっ
き操作によって、機能的に分類された金属基板は、ニッケルめっき、またはニッ
ケルおよび金めっきされ得る。
を受け得る。最終用途寸法は、当該分野に周知のプロセスに従って、金属基板を
二枚ディスク研磨（ｄｏｕｂｌｅ−ｄｉｓｋ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）することによ
って達成され得る。機能的に分類された金属基板はまた、従来のめっきプロセス
（例えば、無電解めっきまたは電解めっき）によってめっきされ得る。より詳細
には、ミクロエレクトロニックパッケージ適用において、無電解または電解めっ
き操作によって、機能的に分類された金属基板は、ニッケルめっき、またはニッ
ケルおよび金めっきされ得る。
【００３５】 機能的に分類された金属基板の機能的挿入物は、任意の幾何的形状であり得る
。例えば、図７は、テーパー状または角度の付いた壁を有する機能的挿入物１４
を示す。機能的コアの断面積は、機能的に分類された金属基板の基部に向かって
、徐々に増加する。このテーパー状にすることによって、熱発生要素が例えば機
能的挿入物１４に取り付けられる場合、上下からの（ｔｏｐ ｄｏｗｎ）より大
きな熱的散逸を促進する。
。例えば、図７は、テーパー状または角度の付いた壁を有する機能的挿入物１４
を示す。機能的コアの断面積は、機能的に分類された金属基板の基部に向かって
、徐々に増加する。このテーパー状にすることによって、熱発生要素が例えば機
能的挿入物１４に取り付けられる場合、上下からの（ｔｏｐ ｄｏｗｎ）より大
きな熱的散逸を促進する。
【００３６】 機能的挿入物は、部分的または完全に周辺ボディを通って延び得る。図７の機
能的挿入物は、機能的挿入物が、機能的に分類された金属基板１０の表面１５か
ら底面１６へ延びることを示す。図８は、機能的挿入物１４が、基板１０の上面
から周辺ボディ１２内部の位置へ延びることを示す。
能的挿入物は、機能的挿入物が、機能的に分類された金属基板１０の表面１５か
ら底面１６へ延びることを示す。図８は、機能的挿入物１４が、基板１０の上面
から周辺ボディ１２内部の位置へ延びることを示す。
【００３７】 機能的に分類された金属基板は、図９および図１０に示されるように、種々の
形状、サイズおよび配置で作製され得る。さらに、本明細書中の機能的に分類さ
れた金属基板は、１個または多数の機能的挿入物を有し得る。図１１は、種々の
サイズおよび形状の複数の機能的挿入物を有する機能的に分類された金属基板を
示す。ミクロエレクトロニックパケージにおいて使用される場合、機能的に分類
された金属基板は、いくつかの要素（例えば、ダイス（ｄｉｃｅ）、ダイオード
、レジスタ、およびコンデンサー）を収納し得る。機能的挿入物は、最終用途要
求によって必要とされるどんな場合にでも、基板全体に渡って分配され得る。機
能的挿入物のサイズ、または機能的に分類された金属基板の総体積に対する機能
的挿入物の体積についての制限は、最終用途の適用、所望の性能、ならびに機能
的挿入物および周辺金属組成物に依存する。このような制限は、当業者による慣
用的な実験によって決定され得る。例えば、本明細書中の機能的に分類された金
属基板が、ミクロエレクトロニックパッケージに使用される場合、基板の総体積
に関連する機能的挿入物の体積は、物理的に熱発生要素を収納するおよび改善さ
れた熱移動を容易にするのに十分な大きさでなければならない。周辺ボディは、
周辺ボディより大きなＣＴＥを有する機能的挿入物のサイズの膨張を制約するの
に十分な大きさでなければならない。
形状、サイズおよび配置で作製され得る。さらに、本明細書中の機能的に分類さ
れた金属基板は、１個または多数の機能的挿入物を有し得る。図１１は、種々の
サイズおよび形状の複数の機能的挿入物を有する機能的に分類された金属基板を
示す。ミクロエレクトロニックパケージにおいて使用される場合、機能的に分類
された金属基板は、いくつかの要素（例えば、ダイス（ｄｉｃｅ）、ダイオード
、レジスタ、およびコンデンサー）を収納し得る。機能的挿入物は、最終用途要
求によって必要とされるどんな場合にでも、基板全体に渡って分配され得る。機
能的挿入物のサイズ、または機能的に分類された金属基板の総体積に対する機能
的挿入物の体積についての制限は、最終用途の適用、所望の性能、ならびに機能
的挿入物および周辺金属組成物に依存する。このような制限は、当業者による慣
用的な実験によって決定され得る。例えば、本明細書中の機能的に分類された金
属基板が、ミクロエレクトロニックパッケージに使用される場合、基板の総体積
に関連する機能的挿入物の体積は、物理的に熱発生要素を収納するおよび改善さ
れた熱移動を容易にするのに十分な大きさでなければならない。周辺ボディは、
周辺ボディより大きなＣＴＥを有する機能的挿入物のサイズの膨張を制約するの
に十分な大きさでなければならない。
【００３８】 さらに、機能的に分類された金属基板は、金属基板の繰り返しパターンからな
るアレイで作製され得る。機能的に分類された金属基盤のアレイは、図１２に例
示される。大きな、機能的に分類された金属基板は、アレイが機能的挿入物１４
および周辺ボディ１２を有するいくつかの個々の金属基板へ単一化（ｓｉｎｇｕ
ｌａｔｅ）され得るように、規定され得る。
るアレイで作製され得る。機能的に分類された金属基盤のアレイは、図１２に例
示される。大きな、機能的に分類された金属基板は、アレイが機能的挿入物１４
および周辺ボディ１２を有するいくつかの個々の金属基板へ単一化（ｓｉｎｇｕ
ｌａｔｅ）され得るように、規定され得る。
【００３９】 議論されたいくつかの実施態様は、ｘ−ｙ平面で機能的挿入物を取り囲む周辺
ボディを提供する。好ましくは、周辺ボディは、少なくとも２次元で機能的挿入
物を取り囲むが、周辺ボディはまた、１次元で機能的挿入物を取り囲み得る。図
１３は、周辺ボディ２４が１次元で機能的挿入物２６を取り囲む、機能的に分類
された金属基板の斜視図である。
ボディを提供する。好ましくは、周辺ボディは、少なくとも２次元で機能的挿入
物を取り囲むが、周辺ボディはまた、１次元で機能的挿入物を取り囲み得る。図
１３は、周辺ボディ２４が１次元で機能的挿入物２６を取り囲む、機能的に分類
された金属基板の斜視図である。
【００４０】 当業者がどのように本発明を実施するかをより理解し得るように、より十分に
明白に本発明を説明するため、以下の実施例を提供する。これらの実施例は、本
発明を例示することを意図し、そして本明細書中で開示されたおよび特許請求の
範囲に記載された本発明をいかなる方法でも制限するものとは見なさない。
明白に本発明を説明するため、以下の実施例を提供する。これらの実施例は、本
発明を例示することを意図し、そして本明細書中で開示されたおよび特許請求の
範囲に記載された本発明をいかなる方法でも制限するものとは見なさない。
【００４１】 （実施例） 以下の実施例は、より詳細に本発明を例示するために提供される。
【００４２】 （焼結および溶浸によって作製された熱だめ） （Ａ．周辺ボディ粉末組成物の調製） 銅／タングステン（１５重量％／８５重量％）噴霧乾燥した粉末を、以下に列
挙する成分量を使用して作製した。
挙する成分量を使用して作製した。
【００４３】 タングステン ４２３．６ｌｂｓ 酸化銅（Ｉ） ８４．０ｌｂｓ 脱イオン水 １０５．１ｌｂｓ コバルト ２．７ｌｂｓ イソプロピルアルコール １８．５ｌｂｓ ベンゾトリアゾール ３．３ｌｂｓ アクリルエマルジョン １２．５ｌｂｓ ベンゾトリアゾール腐食防止剤（Ｃｏｂｒａｔｅｃ（登録商標）９９、ＰＭＣ
Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏ
ｈｉｏから市販されている）をイソプロピルアルコールに溶解し、次いで粒子状
酸化銅（Ｉ）をベンゾトリアゾール溶液に添加した。この混合物を１２時間放置
した。
Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏ
ｈｉｏから市販されている）をイソプロピルアルコールに溶解し、次いで粒子状
酸化銅（Ｉ）をベンゾトリアゾール溶液に添加した。この混合物を１２時間放置
した。
【００４４】 脱イオン水およびコバルト金属（平均粒子サイズは約１ミクロン）を１０分混
合タンク中で混合した。次に、タングステン金属（平均粒子サイズは約１ミクロ
ン）を約４時間ボールミルで粉砕し、次いで徐々に混合タンク内の成分に添加し
、そして２時間混合した。酸化銅（Ｉ）、ベンゾトリアゾールおよびイソプロピ
ルアルコールの混合物を添加し、そして３０分混合した。次いで、Ｒｈｏｐｌｅ
ｘ（登録商標）Ｂ−６０Ａアクリルエマルジョンをこの混合物に添加し、次いで
さらに３０分間混合した。この混合物を回収し、そしてＢｏｗｅｎ Ｎｏ．１
Ｔｏｗｅｒスプレードライヤー中、２５ｐｓｉおよび約２７０℃〜約２８０℃の
出口温度で、噴霧乾燥した。噴霧乾燥した凝集体粉末は、ふるい分けされた（６
５メッシュ）後、粉末５０グラム当たり約３０秒のＨａｌｌメーター流量を示し
た。
合タンク中で混合した。次に、タングステン金属（平均粒子サイズは約１ミクロ
ン）を約４時間ボールミルで粉砕し、次いで徐々に混合タンク内の成分に添加し
、そして２時間混合した。酸化銅（Ｉ）、ベンゾトリアゾールおよびイソプロピ
ルアルコールの混合物を添加し、そして３０分混合した。次いで、Ｒｈｏｐｌｅ
ｘ（登録商標）Ｂ−６０Ａアクリルエマルジョンをこの混合物に添加し、次いで
さらに３０分間混合した。この混合物を回収し、そしてＢｏｗｅｎ Ｎｏ．１
Ｔｏｗｅｒスプレードライヤー中、２５ｐｓｉおよび約２７０℃〜約２８０℃の
出口温度で、噴霧乾燥した。噴霧乾燥した凝集体粉末は、ふるい分けされた（６
５メッシュ）後、粉末５０グラム当たり約３０秒のＨａｌｌメーター流量を示し
た。
【００４５】 （Ｂ．機能的コア粉末組成物の調製） 銅／タングステン（３０重量％／７０重量％）機能的粉末組成物は、噴霧乾燥
したタングステンを最初に形成することによって作製した。Ｔｅｌｅｄｙｎｅ
Ｃ−１０タングステン粉末（３０６．８グラム）および脱イオン水（８８グラム
）を３時間回転ボールミル中で粉砕し、タングステンの粒子サイズを約１０ミク
ロンより細かくした。アクリルエマルジョンＲｈｏｐｌｅｘ（登録商標）Ｂ−６
０Ａ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ製）を、１００メッシュスクリーンを通して
ふるいにかけ、５．２グラムの量に計り取った。Ｒｈｏｐｌｅｘを徐々にタング
ステンスラリーに添加し、そして最小１０分間混合した。
したタングステンを最初に形成することによって作製した。Ｔｅｌｅｄｙｎｅ
Ｃ−１０タングステン粉末（３０６．８グラム）および脱イオン水（８８グラム
）を３時間回転ボールミル中で粉砕し、タングステンの粒子サイズを約１０ミク
ロンより細かくした。アクリルエマルジョンＲｈｏｐｌｅｘ（登録商標）Ｂ−６
０Ａ（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ製）を、１００メッシュスクリーンを通して
ふるいにかけ、５．２グラムの量に計り取った。Ｒｈｏｐｌｅｘを徐々にタング
ステンスラリーに添加し、そして最小１０分間混合した。
【００４６】 次いで、この混合物をＢｏｗｅｎ Ｎｏ．１ Ｔｏｗｅｒスプレードライヤー
中、２５ｐｓｉおよび約２７０〜２８０℃の出口温度で噴霧乾燥した。ふるいに
かけた（６５メッシュ）後の噴霧乾燥した凝集体粉末は、粉末５０グラム当たり
約２０秒のＨａｌｌ流量を示した。
中、２５ｐｓｉおよび約２７０〜２８０℃の出口温度で噴霧乾燥した。ふるいに
かけた（６５メッシュ）後の噴霧乾燥した凝集体粉末は、粉末５０グラム当たり
約２０秒のＨａｌｌ流量を示した。
【００４７】 噴霧乾燥したタングステン粉末（７０グラム）を、次いで、ＲＬ銅粉末（３０
グラム）（ＯＭＧ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉ
ａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ製）と、破壊棒を有する
混合びん内で混合し、そして５分間混合した。この混合物を次いで６０メッシュ
スクリーンを通してふるいにかけた。
グラム）（ＯＭＧ Ｍｅｔａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉ
ａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ，Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ製）と、破壊棒を有する
混合びん内で混合し、そして５分間混合した。この混合物を次いで６０メッシュ
スクリーンを通してふるいにかけた。
【００４８】 （Ｃ．コンパクトおよび焼結物の調製） 周辺ボディ粉末組成物の緑色コンパクトを、工程Ａからの銅／タングステン（
１５％／８５％）粉末をダイに充填し、そしてその粉末を２５，０００ｐｓｉの
圧力で圧縮器で圧縮し、緑色コンパクトを形成することによって、作製した。こ
のダイは、長方形の形状をしており、そしてその中に形成された固体長方形シャ
フトを有した。このようにして、得られた緑色コンパクトは、このコンパクトの
厚みを越えて延びる貫通穴を有した。
１５％／８５％）粉末をダイに充填し、そしてその粉末を２５，０００ｐｓｉの
圧力で圧縮器で圧縮し、緑色コンパクトを形成することによって、作製した。こ
のダイは、長方形の形状をしており、そしてその中に形成された固体長方形シャ
フトを有した。このようにして、得られた緑色コンパクトは、このコンパクトの
厚みを越えて延びる貫通穴を有した。
【００４９】 次に、この緑色コンパクトをアルミナセッタープレート（ｓｅｔｔｅｒ ｐｌ
ａｔｅ）上に配置し、ホールの総体積を、上記の工程Ｂに記載の機能的粉末組成
物で充填した。コンパクトを、コンパクトの１インチ／分の速度で、ＢＴＵ還元
炉中１１２５℃で、焼結した。ＢＴＵ炉内の雰囲気は、＋２０℃の露点を有する
１００％水素であった。
ａｔｅ）上に配置し、ホールの総体積を、上記の工程Ｂに記載の機能的粉末組成
物で充填した。コンパクトを、コンパクトの１インチ／分の速度で、ＢＴＵ還元
炉中１１２５℃で、焼結した。ＢＴＵ炉内の雰囲気は、＋２０℃の露点を有する
１００％水素であった。
【００５０】 （Ｄ．溶浸） コンパクトを焼結した後、得られた焼結したフランジを、溶浸炉のための前記
のセッターに配置した。酸素なし高伝導率（ＯＦＨＣ）（ｏｘｙｇｅｎ−ｆｒｅ
ｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の銅コンパクトまたは予成形品（ｐ
ｒｅｆｏｒｍ）を溶浸のために調製した。およそ２０％過剰のＯＦＨＣ銅を、溶
浸されるフランジの領域（つまり、焼結前の、機能的粉末組成物からなるフラン
ジの表面領域）に配置した。次いで、焼結したフランジを、約５分間、乾燥（＜
−４０℃）水素／窒素（２５％／７５％）雰囲気で、１１００℃まで加熱した。
その結果、機能的挿入物および周辺ボディを有する機能的に分類された金属基板
を得た。
のセッターに配置した。酸素なし高伝導率（ＯＦＨＣ）（ｏｘｙｇｅｎ−ｆｒｅ
ｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）の銅コンパクトまたは予成形品（ｐ
ｒｅｆｏｒｍ）を溶浸のために調製した。およそ２０％過剰のＯＦＨＣ銅を、溶
浸されるフランジの領域（つまり、焼結前の、機能的粉末組成物からなるフラン
ジの表面領域）に配置した。次いで、焼結したフランジを、約５分間、乾燥（＜
−４０℃）水素／窒素（２５％／７５％）雰囲気で、１１００℃まで加熱した。
その結果、機能的挿入物および周辺ボディを有する機能的に分類された金属基板
を得た。
【００５１】 （Ｅ．二次仕上げ） 機能的に分類された金属基板の適切な平坦性および所望の厚みを、二枚ディス
ク表面研磨によって達成した。熱だめを倒して、ばりを除去した。金属基板を周
知の無電解ニッケルめっきプロセス（めっき／焼結／めっき／焼結プロセス）に
よってニッケルめっきし、ニッケルの厚さが約１００ミクロインチとなった。最
後に、金属基板を金で電解めっきし、約７５ミクロインチの厚みおよび約０．２
〜約０．３ｍｉｌｓ／ｉｎｃｈの平坦性を得た。
ク表面研磨によって達成した。熱だめを倒して、ばりを除去した。金属基板を周
知の無電解ニッケルめっきプロセス（めっき／焼結／めっき／焼結プロセス）に
よってニッケルめっきし、ニッケルの厚さが約１００ミクロインチとなった。最
後に、金属基板を金で電解めっきし、約７５ミクロインチの厚みおよび約０．２
〜約０．３ｍｉｌｓ／ｉｎｃｈの平坦性を得た。
【００５２】 本発明の他の修飾および改変は、上記の教示の点から可能である。例えば、本
明細書中に記載の機能的に分類された金属基板実施態様の、機能的挿入物および
周辺ボディは、ミクロエレクトロニック適用以外の最終用途適用の使用のための
様々な金属組成物を含み得る。しかし、改変は、添付の特許請求の範囲に記載さ
れる本発明の全ての意図される範囲内である前述の特定の実施態様で、実施され
得ることが理解されるべきである。
明細書中に記載の機能的に分類された金属基板実施態様の、機能的挿入物および
周辺ボディは、ミクロエレクトロニック適用以外の最終用途適用の使用のための
様々な金属組成物を含み得る。しかし、改変は、添付の特許請求の範囲に記載さ
れる本発明の全ての意図される範囲内である前述の特定の実施態様で、実施され
得ることが理解されるべきである。
本発明は、以下の図面を参照することによって、より容易に理解され得る。
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明に従ってその中に形成されたキャビティを有する、周辺ボデ
ィ粉末組成物のコンパクトの、斜視図である。
ィ粉末組成物のコンパクトの、斜視図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは、図１Ａのコンパクトの斜視図であり、本発明の好ましい実施態様に
従ってキャビティ内部に配置された、緩い挿入物粉末組成物を示す。
従ってキャビティ内部に配置された、緩い挿入物粉末組成物を示す。
【図２】 図２は、ｘ−ｙ平面上に材料組成物の２個の不連続部分を有する、機能的に分
類された金属基板の、斜視図である。
類された金属基板の、斜視図である。
【図３】 図３は、本明細書中の本発明の好ましい実施態様に従って、機能的に分類され
た金属基板を作製するためのプロセスの、フロースキームである。
た金属基板を作製するためのプロセスの、フロースキームである。
【図４】 図４は、本明細書中の機能的に分類された金属基板の断面の走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）写真であり、これは、顕微鏡写真の垂直（ａ）部分によって示される
周辺ボディの微細構造、および顕微鏡写真の垂直（ｂ）部分によって示される機
能的挿入物の微細構造を示す。
（ＳＥＭ）写真であり、これは、顕微鏡写真の垂直（ａ）部分によって示される
周辺ボディの微細構造、および顕微鏡写真の垂直（ｂ）部分によって示される機
能的挿入物の微細構造を示す。
【図５】 図５は、ミクロエレクトロニックパッケージのために、機能的に分類された金
属基板の機能的挿入部分上に直接取り付けられたチップの、斜視図である。
属基板の機能的挿入部分上に直接取り付けられたチップの、斜視図である。
【図６】 図６は、本発明の別の実施態様に従って、周辺ボディ粉末組成物のコンパクト
のキャビティ内への配置の前の、機能的挿入物粉末組成物を含有するコンパクト
の、斜視図である。
のキャビティ内への配置の前の、機能的挿入物粉末組成物を含有するコンパクト
の、斜視図である。
【図７】 図７は、機能的に分類された金属基板の断面図であり、テーパー状の断面幅を
有する機能的挿入物を示す。
有する機能的挿入物を示す。
【図８】 図８は、機能的に分類された金属基板の断面図であり、基板の一方の表面から
、基板の周辺ボディ内の別の位置へ延びる機能的挿入物を示す。
、基板の周辺ボディ内の別の位置へ延びる機能的挿入物を示す。
【図９】 図９は、本発明の別の実施態様の機能的に分類された金属基板の斜視図である
。
。
【図１０】 図１０は、本発明の別の実施態様の機能的に分類された金属基板の斜視図であ
り、機能的挿入物を示す。
り、機能的挿入物を示す。
【図１１】 図１１は、本明細書中の本発明に従って、種々のサイズの、複数の機能的挿入
物を有する、機能的に分類された金属基板の斜視図である。
物を有する、機能的に分類された金属基板の斜視図である。
【図１２】 図１２は、本発明に従った機能的に分類された金属基板のアレイの斜視図であ
る。
る。
【図１３】 図１３は、本明細書中の本発明の機能的に分類された金属基板の斜視図であり
、周囲ボディが、一次元で機能的挿入物を取り囲むところを示す。
、周囲ボディが、一次元で機能的挿入物を取り囲むところを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 27/04 １０１ Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ Ｈ０１Ｌ 23/12 23/12 Ｚ 23/14 23/14 Ｍ (72)発明者 セプルベダ， ジュアン エル． アメリカ合衆国 アリゾナ 85750， タ クソン， エヌダブリュー ファーンヒル サークル 4141 (72)発明者 フレージャー， ジョーダン ピー． アメリカ合衆国 アリゾナ 85743， タ クソン， エヌ． パドック 6690 (72)発明者 スウォーデン， リチャード エイチ． アメリカ合衆国 アリゾナ 85748， タ クソン， エス． スカイビュー 1811 Ｆターム(参考） 4K018 AA04 AA19 FA32 JA02 JA09 JA10 5F036 AA01 BB01 BC33 BD01 BD11
Claims (15)
- 【請求項１】 以下： 機能的挿入物； 前記機能的挿入物を取り囲む周辺ボディ； を備える機能的に分類された金属基板であって、 ここで、前記機能的挿入物および前記周辺ボディは、前記基板のｘ−ｙ平面の
、２個の金属組成物であり；そして、 ここで、前記周辺ボディが、少なくとも２次元で、前記機能的挿入物を取り囲
む、機能的に分類された金属基板。 - 【請求項２】 請求項１に記載の機能的に分類された金属基板であって、こ
こで、前記機能的挿入物は、前記周辺ボディより高い熱伝導率を有し、そして前
記周辺ボディは、前記機能的挿入物より低い熱膨張係数を有する、機能的に分類
された金属基板。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の機能的に分類された金属基板であ
って、ここで、前記機能的挿入物は、前記機能的に分類された金属基板の上表面
から、前記基板の下表面に延び； ここで、前記機能的挿入物は、銅、ニッケル、鉄、ベリリウム、アルミニウム
、銀、銅−ベリリウム、銅−亜鉛（青銅）、銅−スズ（黄銅）、銅−鉄、ニッケ
ル−ニオビウム、ニッケル−銀、ニッケル−銅、鉄−銅、鉄−銅−炭素、鉄−銅
−ニッケル、鉄−クロム、鉄−銅−スズ、銅−ニッケル−チタン−アルミニウム
、ニッケル−銅−チタン、銅／ダングステン、銅−モリブデン、アルミニウム／
炭化珪素、アルミニウム／窒化アルミニウム、銅／アルミニウム、銀／Ｉｎｖａ
ｒ（登録商標）、銅／立方晶窒化ホウ素、銅／ダイアモンド、および銅／高導電
率炭素繊維、ならびにそれらの組み合わせからなる群より選択される金属組成物
を包含し；そして、 ここで、前記周辺ボディは、銅、ニッケル、鉄、ベリリウム、アルミニウム、
銀、銅−ベリリウム、銅−亜鉛（青銅）、銅−スズ（黄銅）、６４％鉄／３６％
ニッケル（Ｉｎｖａｒ（登録商標））、５４％鉄／２９％ニッケル／１７％コバ
ルト（Ｋｏｖａｒ（登録商標））、銅−鉄、ニッケル−ニオビウム、ニッケル−
銀、ニッケル−銅、鉄−銅、鉄−銅−炭素、鉄−銅−ニッケル、鉄−クロム、鉄
−銅−スズ、銅−ニッケル−チタン−アルミニウム、ニッケル−銅−チタン、銅
／ダングステン、銅−モリブデン、アルミニウム／炭化珪素、アルミニウム／窒
化アルミニウム、銅／アルミニウム、銀／Ｉｎｖａｒ（登録商標）、銅／立方晶
窒化ホウ素、銅／ダイアモンド、および銅／高導電率炭素繊維、ならびにそれら
の組み合わせからなる群より選択される金属組成物を備える、機能的に分類され
た金属基板。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の機能的に分類された金属基板であ
って、ここで、前記周辺ボディが、約５重量％〜約５０重量％の銅を含有する銅
／タングステン金属マトリックス複合材であり、そしてここで、前記機能的挿入
物が、約２０重量％〜約８０重量％の銅を含有する銅／タングステン金属マトリ
ックス複合材である、機能的に分類された金属基板。 - 【請求項５】 請求項１または２に記載の前記機能的に分類された金属基板
であって、ここで、前記機能的挿入物は、約２００Ｗ／ｍＫ〜約４００Ｗ／ｍＫ
の範囲である熱伝導率を有し、そしてここで、前記周辺ボディは、約５．６ｐｐ
ｍ／℃〜約７．０ｐｐｍ／℃の範囲であるＣＴＥを有する、機能的に分類された
金属基板。 - 【請求項６】 請求項１または２に記載の機能的に分類された金属基板であ
って、さらに以下： その上に取り付けられた熱発生要素、を備え、そして、 ここで、前記熱発生要素は、前記機能的挿入物に取り付けられ、そして前記周
辺ボディは、熱循環の間、ｘ−ｙ平面において、前記機能的挿入物の寸法の膨張
を制約する、機能的に分類された金属基板。 - 【請求項７】 請求項１に記載の機能的に分類された金属基板を作製するた
めのプロセスであって、前記プロセスは、以下： 金属ボディのキャビティを機能的挿入物粉末組成物で充填する工程；および、 前記機能的挿入物粉末組成物を焼結して、周辺ボディに結合する機能的挿入物
を有する基板を作製する工程、を包含する、プロセス。 - 【請求項８】 請求項７に記載のプロセスであって、ここで、前記金属ボデ
ィは固体金属であり、そして前記挿入物粉末組成物は緩い粉末である、プロセス
。 - 【請求項９】 請求項８に記載のプロセスであって、ここで、前記金属ボデ
ィが、前記キャビティを充填する前に圧縮される周辺ボディ粉末組成物であり；
そして、 ここで、前記周辺ボディ粉末組成物および前記機能的挿入物粉末組成物が同時
に焼結される、プロセス。 - 【請求項１０】 請求項７、８または９に記載のプロセスであって、さらに
以下： 焼結後、前記機能的挿入物または前記周辺ボディまたは両方を溶融した金属化
合物で溶浸する工程を包含する、プロセス。 - 【請求項１１】 請求項１に記載の機能的に分類された金属基板を作製する
ためのプロセスであって、以下： その中にキャビティを有する周辺ボディ粉末組成物を圧縮する工程； 機能的挿入物粉末組成物を圧縮してコンパクトを形成する工程； 前記機能的挿入物粉末組成物のコンパクトを前記周辺ボディ組成物のコンパク
トへ配置する工程；および、 機能的挿入物粉末組成物を含有する前記コンパクトおよび前記周辺ボディ粉末
組成物を含有する前記コンパクトを同時に焼結し、周辺ボディに結合される機能
的挿入物を有する機能的に分類された金属基板を形成する工程を包含する、プロ
セス。 - 【請求項１２】 請求項９または１１に記載のプロセスであって： ここで、前記周囲ボディ粉末組成物は、酸化銅／タングステン粉末を含有し； ここで、前記基板の前記機能的挿入物は、約２０重量％〜約８０重量％の銅を
含有し、前記基板の前記周辺ボディは、約５重量％〜約５０重量％の銅を含有し
； ここで、前記機能的挿入物は、前記周辺ボディよりも高い熱伝導率を有し；そ
して、 ここで、前記基板の密度は、理論的密度の少なくとも９７％である、プロセス
。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載のプロセスであって、さらに以下： 熱発生要素を前記機能的挿入物に取り付ける工程、を包含し、そして、 ここで、前記周辺ボディが、熱循環の間、ｘ−ｙ平面において、前記機能的挿
入物の寸法の膨張を制約する、プロセス。 - 【請求項１４】 請求項１に記載の前記機能的に分類された金属基板を作製
するための、プロセスであって、前記プロセスは、以下： 固体機能的挿入物を固体金属ボディの前記キャビティに配置する工程；および
、 前記金属ボディおよび前記機能的挿入物を結合し、ｘ−ｙ平面に機能的挿入物
および周囲ボディを有する金属基板を形成する工程、を包含する、プロセス。 - 【請求項１５】 請求項１または２に記載の前記機能的に分類された金属基
板から作製された、キャリア基板であって、熱発生要素を備える、キャリア基板
。
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