JP2003100968A - 放熱材及びその製造方法 - Google Patents
放熱材及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒートスプレッダーとして使用可能な放熱材
を安価に提供する。 【解決手段】 ヒートスプレッダー11は、電磁軟鉄製板
12とその表面に形成されたメッキ層13とから構成されて
いる。メッキ層13は、電磁軟鉄製板12の表面に形成され
た電解Ｎｉメッキ層13ａと、最外層に形成されたＮｉ−
Ｂメッキ層13ｂとから構成されている。電解Ｎｉメッキ
層13ａは厚さが２０μｍに、Ｎｉ−Ｂメッキ層13ｂは厚
さが数μｍにそれぞれ形成されている。電子部品16は、
ＨＩＴＴ基板15及びヒートスプレッダー11を介してケー
スを構成するアルミニウムベース14上に実装される。
を安価に提供する。 【解決手段】 ヒートスプレッダー11は、電磁軟鉄製板
12とその表面に形成されたメッキ層13とから構成されて
いる。メッキ層13は、電磁軟鉄製板12の表面に形成され
た電解Ｎｉメッキ層13ａと、最外層に形成されたＮｉ−
Ｂメッキ層13ｂとから構成されている。電解Ｎｉメッキ
層13ａは厚さが２０μｍに、Ｎｉ−Ｂメッキ層13ｂは厚
さが数μｍにそれぞれ形成されている。電子部品16は、
ＨＩＴＴ基板15及びヒートスプレッダー11を介してケー
スを構成するアルミニウムベース14上に実装される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放熱材及びその製
造方法に係り、詳しくは半導体装置等の電子部品を搭載
するための放熱用基板材として好適な放熱材に関するも
のである。
造方法に係り、詳しくは半導体装置等の電子部品を搭載
するための放熱用基板材として好適な放熱材に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置等の電子部品は使用中に発熱
するため、使用中の発熱による昇温で性能が劣化しない
ように、冷却する必要がある。そして、従来、半導体装
置の実装方法として、放熱板（放熱用基板材）を介して
実装する方法が実施されている。この方法には、ヒート
シンクを使用する方法と、ヒートスプレッダーを使用す
る方法とがある。
するため、使用中の発熱による昇温で性能が劣化しない
ように、冷却する必要がある。そして、従来、半導体装
置の実装方法として、放熱板（放熱用基板材）を介して
実装する方法が実施されている。この方法には、ヒート
シンクを使用する方法と、ヒートスプレッダーを使用す
る方法とがある。
【０００３】ヒートシンクを使用する方法は、図４に示
すように、ケースを構成するアルミニウムベース４１の
上にヒートシンク４２が図示しないネジ、あるいは半田
により固定され、ヒートシンク４２上には両面に金属
（Ａｌ）層４３ａが形成された絶縁基板４３が半田を介
して固定されている。そして、絶縁基板４３の金属層４
３ａ上に半田を介して半導体装置等の電子部品４４が実
装されている。絶縁基板４３は窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）で形成されている。ヒートシンク４２には、低膨張
率で高熱伝導率の材料として、金属マトリックス相にセ
ラミックスを分散させた金属基複合材料、例えばＳｉＣ
粒子をアルミニウム基材に分散させたものが使用されて
いる。
すように、ケースを構成するアルミニウムベース４１の
上にヒートシンク４２が図示しないネジ、あるいは半田
により固定され、ヒートシンク４２上には両面に金属
（Ａｌ）層４３ａが形成された絶縁基板４３が半田を介
して固定されている。そして、絶縁基板４３の金属層４
３ａ上に半田を介して半導体装置等の電子部品４４が実
装されている。絶縁基板４３は窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）で形成されている。ヒートシンク４２には、低膨張
率で高熱伝導率の材料として、金属マトリックス相にセ
ラミックスを分散させた金属基複合材料、例えばＳｉＣ
粒子をアルミニウム基材に分散させたものが使用されて
いる。
【０００４】絶縁基板４３の材料である窒化アルミニウ
ム及びヒートシンク４２の材料となる前記金属基複合材
料は高価なため、低コストとなるヒートスプレッダーを
使用する方法も実施されている。
ム及びヒートシンク４２の材料となる前記金属基複合材
料は高価なため、低コストとなるヒートスプレッダーを
使用する方法も実施されている。
【０００５】ヒートスプレッダーを使用する方法は、図
５に示すように、ケースを構成するアルミニウムベース
４１の上にＨＩＴＴ（High Insulated Thermal Technol
ogy)基板４５がシリコングリースを介して接合されてい
る。ＨＩＴＴ基板４５は、アルミニウム製の本体４５ａ
と、そのアルミニウムベース４１と反対側の面に接着さ
れた例えばエポキシ樹脂からなる絶縁層４５ｂと、絶縁
層４５ｂの上に積層された金属（銅）層４５ｃとから構
成されている。ＨＩＴＴ基板４５上にはヒートスプレッ
ダー４６が半田で固定され、ヒートスプレッダー４６の
上に半田を介して電子部品４４が実装されている。現
在、ヒートスプレッダーの材料として、Ｃｕ、Ｍｏある
いはＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材が使用されて
いる。なお、ＩｎｖａｒはＮｉが３６重量％で残りが実
質的にＦｅの合金である。
５に示すように、ケースを構成するアルミニウムベース
４１の上にＨＩＴＴ（High Insulated Thermal Technol
ogy)基板４５がシリコングリースを介して接合されてい
る。ＨＩＴＴ基板４５は、アルミニウム製の本体４５ａ
と、そのアルミニウムベース４１と反対側の面に接着さ
れた例えばエポキシ樹脂からなる絶縁層４５ｂと、絶縁
層４５ｂの上に積層された金属（銅）層４５ｃとから構
成されている。ＨＩＴＴ基板４５上にはヒートスプレッ
ダー４６が半田で固定され、ヒートスプレッダー４６の
上に半田を介して電子部品４４が実装されている。現
在、ヒートスプレッダーの材料として、Ｃｕ、Ｍｏある
いはＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材が使用されて
いる。なお、ＩｎｖａｒはＮｉが３６重量％で残りが実
質的にＦｅの合金である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、Ｃｕは線膨
張率が１７×１０-6／℃程度と大きく、線膨張率が４×
１０-6／℃程度の電子部品４４側との間のマッチングが
十分でない。また、Ｍｏは熱膨張率が４〜５×１０-6／
℃と小さいため、ＨＩＴＴ基板４５側との間のマッチン
グが悪い。
張率が１７×１０-6／℃程度と大きく、線膨張率が４×
１０-6／℃程度の電子部品４４側との間のマッチングが
十分でない。また、Ｍｏは熱膨張率が４〜５×１０-6／
℃と小さいため、ＨＩＴＴ基板４５側との間のマッチン
グが悪い。
【０００７】一方、最近利用されているＣｕ／Ｉｎｖａ
ｒ／Ｃｕの３層積層材は、積層材としての線膨張率が１
０〜１１×１０-6／℃で、電子部品４４側及びＨＩＴＴ
基板４５側の両方に対してマッチングが取れている。し
かし、前記積層材を構成するＩｎｖａｒの熱伝導率が非
常に小さいため、熱伝導率の大きなＣｕ（熱伝導率３９
０Ｗ／（ｍ・Ｋ））でサンドイッチ状に積層しても、厚
さ方向の熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さくなる。
その結果、等方材相当とした場合の熱伝導率は６０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）と小さくなり、放熱性の点で不充分である。
また、ＩｎｖａｒをＣｕでサンドイッチ状に挟んだ積層
構成とするため、製造コストが高くなる。
ｒ／Ｃｕの３層積層材は、積層材としての線膨張率が１
０〜１１×１０-6／℃で、電子部品４４側及びＨＩＴＴ
基板４５側の両方に対してマッチングが取れている。し
かし、前記積層材を構成するＩｎｖａｒの熱伝導率が非
常に小さいため、熱伝導率の大きなＣｕ（熱伝導率３９
０Ｗ／（ｍ・Ｋ））でサンドイッチ状に積層しても、厚
さ方向の熱伝導率は３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と小さくなる。
その結果、等方材相当とした場合の熱伝導率は６０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）と小さくなり、放熱性の点で不充分である。
また、ＩｎｖａｒをＣｕでサンドイッチ状に挟んだ積層
構成とするため、製造コストが高くなる。
【０００８】本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、ヒートスプレッダーとし
て使用可能な放熱材を安価に提供することにある。
たものであって、その目的は、ヒートスプレッダーとし
て使用可能な放熱材を安価に提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め請求項１に記載の発明では、鉄系金属を主成分として
板状に形成され、少なくとも表面が防錆作用を有する金
属で被覆されている。「鉄系金属」とは、純鉄の他、鋳
鉄、炭素鋼あるいは合金成分元素が５％以下の低合金鋼
を意味する。この発明では、鉄系金属を主成分としてい
るため、従来のＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材、
あるいはＣｕやＭｏをヒートスプレッダーとした場合よ
り安価となる。また、少なくとも表面が防錆作用を有す
る金属で被覆されているため鉄系金属が錆びて支障を来
すこともない。
め請求項１に記載の発明では、鉄系金属を主成分として
板状に形成され、少なくとも表面が防錆作用を有する金
属で被覆されている。「鉄系金属」とは、純鉄の他、鋳
鉄、炭素鋼あるいは合金成分元素が５％以下の低合金鋼
を意味する。この発明では、鉄系金属を主成分としてい
るため、従来のＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材、
あるいはＣｕやＭｏをヒートスプレッダーとした場合よ
り安価となる。また、少なくとも表面が防錆作用を有す
る金属で被覆されているため鉄系金属が錆びて支障を来
すこともない。
【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記鉄系金属として電磁軟鉄が使用
され、電磁軟鉄製板の表面にメッキ層が形成されてい
る。この発明では、インバーに比較して安価な電磁軟鉄
（工業用純鉄）製の金属板にメッキ層を形成するという
簡単な構成で、線膨張率が１１×１０-6／℃程度で、熱
伝導率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材より大き
くなり、ヒートスプレッダーとして好適となる。
載の発明において、前記鉄系金属として電磁軟鉄が使用
され、電磁軟鉄製板の表面にメッキ層が形成されてい
る。この発明では、インバーに比較して安価な電磁軟鉄
（工業用純鉄）製の金属板にメッキ層を形成するという
簡単な構成で、線膨張率が１１×１０-6／℃程度で、熱
伝導率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材より大き
くなり、ヒートスプレッダーとして好適となる。
【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記鉄系金属の粉末又は多孔性焼結
体にアルミニウム系金属又は銅がマトリックス金属とし
て含浸されて固化され、線膨張率が１４〜１５×１０-6
／℃の複合材に形成されている。この発明では、鉄系金
属の体積含有率を調整することにより所定の線膨張率
で、熱伝導率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材よ
り良好な放熱性を有する放熱材となる。
載の発明において、前記鉄系金属の粉末又は多孔性焼結
体にアルミニウム系金属又は銅がマトリックス金属とし
て含浸されて固化され、線膨張率が１４〜１５×１０-6
／℃の複合材に形成されている。この発明では、鉄系金
属の体積含有率を調整することにより所定の線膨張率
で、熱伝導率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材よ
り良好な放熱性を有する放熱材となる。
【００１２】請求項４に記載の発明では、ダライ粉を成
形型内に収容し、アルミニウム系金属又は銅を溶融した
ものを含浸させ、溶融金属の固化後に成形型から取り出
す。なお、「ダライ粉」とは機械加工により生じた削り
くずを意味する。また、「アルミニウム系金属」とはア
ルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
形型内に収容し、アルミニウム系金属又は銅を溶融した
ものを含浸させ、溶融金属の固化後に成形型から取り出
す。なお、「ダライ粉」とは機械加工により生じた削り
くずを意味する。また、「アルミニウム系金属」とはア
ルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
【００１３】この発明では、プリフォームを形成せず
に、成形型内にダライ粉を収容した状態でアルミニウム
系金属又は銅を溶融したものを含浸させて固化すること
により放熱材が形成されるため、プリフォームを形成す
る場合に比較して安価に製造できる。
に、成形型内にダライ粉を収容した状態でアルミニウム
系金属又は銅を溶融したものを含浸させて固化すること
により放熱材が形成されるため、プリフォームを形成す
る場合に比較して安価に製造できる。
【００１４】請求項５に記載の発明では、鉄系金属製で
気孔率が４９〜５１％の焼結体を成形型内にセットし、
その状態で成形型にアルミニウム系金属又は銅を溶融し
たものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型
から取り出す。この発明では、溶融金属を含浸させるプ
リフォームとして鉄系金属製の焼結体を形成するため、
プリフォームを溶射により形成する場合に比較して低コ
ストとなる。
気孔率が４９〜５１％の焼結体を成形型内にセットし、
その状態で成形型にアルミニウム系金属又は銅を溶融し
たものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型
から取り出す。この発明では、溶融金属を含浸させるプ
リフォームとして鉄系金属製の焼結体を形成するため、
プリフォームを溶射により形成する場合に比較して低コ
ストとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
を具体化した第１の実施の形態を図１（ａ），（ｂ）に
従って説明する。
を具体化した第１の実施の形態を図１（ａ），（ｂ）に
従って説明する。
【００１６】図１（ａ）は放熱材としてのヒートスプレ
ッダーの模式断面図であり、（ｂ）はヒートスプレッダ
ーを使用したモジュールの模式断面図である。図１
（ａ），（ｂ）に示すように、ヒートスプレッダー１１
は、電磁軟鉄製板１２とその表面に形成されたメッキ層
１３とから構成されている。即ち、ヒートスプレッダー
１１は鉄系金属を主成分として板状に形成され、少なく
とも表面が防錆作用を有する金属で被覆されている。こ
の実施の形態では鉄系金属として電磁軟鉄が使用されて
いる。
ッダーの模式断面図であり、（ｂ）はヒートスプレッダ
ーを使用したモジュールの模式断面図である。図１
（ａ），（ｂ）に示すように、ヒートスプレッダー１１
は、電磁軟鉄製板１２とその表面に形成されたメッキ層
１３とから構成されている。即ち、ヒートスプレッダー
１１は鉄系金属を主成分として板状に形成され、少なく
とも表面が防錆作用を有する金属で被覆されている。こ
の実施の形態では鉄系金属として電磁軟鉄が使用されて
いる。
【００１７】メッキ層１３は、電磁軟鉄製板１２の表面
に形成された電解Ｎｉメッキ層１３ａと、最外層に形成
されたＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂとから構成されている。
電解Ｎｉメッキ層１３ａは厚さが２０μｍに、Ｎｉ−Ｂ
メッキ層１３ｂは厚さが数μｍにそれぞれ形成されてい
る。Ｎｉ−Ｂメッキ層１３ｂは電解Ｎｉメッキ層１３ａ
のピンホールをなくし、耐食性を良くするために行われ
る。電磁軟鉄製板１２の厚さは例えば１ｍｍである。電
磁軟鉄製板１２の厚さが変更されても、電解Ｎｉメッキ
層１３ａ及びＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂの厚さはほぼ一定
に形成される。
に形成された電解Ｎｉメッキ層１３ａと、最外層に形成
されたＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂとから構成されている。
電解Ｎｉメッキ層１３ａは厚さが２０μｍに、Ｎｉ−Ｂ
メッキ層１３ｂは厚さが数μｍにそれぞれ形成されてい
る。Ｎｉ−Ｂメッキ層１３ｂは電解Ｎｉメッキ層１３ａ
のピンホールをなくし、耐食性を良くするために行われ
る。電磁軟鉄製板１２の厚さは例えば１ｍｍである。電
磁軟鉄製板１２の厚さが変更されても、電解Ｎｉメッキ
層１３ａ及びＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂの厚さはほぼ一定
に形成される。
【００１８】ヒートスプレッダー１１を使用して半導体
装置を実装した場合は、図１（ｂ）に示すように、ケー
スを構成するアルミニウムベース１４の上にＨＩＴＴ
（HighInsulated Thermal Technology ）基板１５が半
田により固定されている。ＨＩＴＴ基板１５は、アルミ
ニウム製の本体１５ａと、そのアルミニウムベース１４
と反対側の面に接着された例えばエポキシ樹脂からなる
絶縁層１５ｂと、絶縁層１５ｂの上に積層された金属
（銅）層１５ｃとから構成されている。ＨＩＴＴ基板１
５上にはヒートスプレッダー１１が半田で固定され、ヒ
ートスプレッダー１１の上に半田を介して半導体装置等
の電子部品（シリコンチップ）１６が実装されている。
装置を実装した場合は、図１（ｂ）に示すように、ケー
スを構成するアルミニウムベース１４の上にＨＩＴＴ
（HighInsulated Thermal Technology ）基板１５が半
田により固定されている。ＨＩＴＴ基板１５は、アルミ
ニウム製の本体１５ａと、そのアルミニウムベース１４
と反対側の面に接着された例えばエポキシ樹脂からなる
絶縁層１５ｂと、絶縁層１５ｂの上に積層された金属
（銅）層１５ｃとから構成されている。ＨＩＴＴ基板１
５上にはヒートスプレッダー１１が半田で固定され、ヒ
ートスプレッダー１１の上に半田を介して半導体装置等
の電子部品（シリコンチップ）１６が実装されている。
【００１９】電磁軟鉄は線膨張率が１１×１０-6／℃程
度のため、Ｃｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材をヒー
トスプレッダーに使用した場合と同様に、電子部品１６
側及びＨＩＴＴ基板１５側の両方に対してマッチングが
取れる。また、電磁軟鉄は熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）程度のため、ヒートスプレッダー１１の放熱性は前
記３層積層材より良好となる。
度のため、Ｃｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材をヒー
トスプレッダーに使用した場合と同様に、電子部品１６
側及びＨＩＴＴ基板１５側の両方に対してマッチングが
取れる。また、電磁軟鉄は熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・
Ｋ）程度のため、ヒートスプレッダー１１の放熱性は前
記３層積層材より良好となる。
【００２０】この実施の形態では以下の効果を有する。
（１） ヒートスプレッダー１１は、鉄系金属を主成分
として板状に形成され、少なくとも表面が防錆作用を有
する金属で被覆されている。従って、鉄系金属を主成分
としているため、従来のＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層
積層材、あるいはＣｕやＭｏをヒートスプレッダーとし
た場合より安価となる。また、少なくとも表面が防錆作
用を有する金属で被覆されているため、鉄系金属が錆び
て支障を来すこともない。
として板状に形成され、少なくとも表面が防錆作用を有
する金属で被覆されている。従って、鉄系金属を主成分
としているため、従来のＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層
積層材、あるいはＣｕやＭｏをヒートスプレッダーとし
た場合より安価となる。また、少なくとも表面が防錆作
用を有する金属で被覆されているため、鉄系金属が錆び
て支障を来すこともない。
【００２１】（２） 鉄系金属として電磁軟鉄が使用さ
れ、電磁軟鉄製板１２の表面にメッキ層１３を形成する
ことでヒートスプレッダー１１が構成されている。従っ
て、インバーに比較して安価な電磁軟鉄（工業用純鉄）
製の金属板にメッキ層１３を形成するという簡単な構成
で、線膨張率が１１×１０-6／℃程度で、熱伝導率がＣ
ｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材と同等以上となる。
その結果、電子部品１６側及びＨＩＴＴ基板１５側の両
方に対して良好なマッチングが取れて信頼性を確保で
き、ヒートスプレッダー１１として好適に使用できる。
れ、電磁軟鉄製板１２の表面にメッキ層１３を形成する
ことでヒートスプレッダー１１が構成されている。従っ
て、インバーに比較して安価な電磁軟鉄（工業用純鉄）
製の金属板にメッキ層１３を形成するという簡単な構成
で、線膨張率が１１×１０-6／℃程度で、熱伝導率がＣ
ｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材と同等以上となる。
その結果、電子部品１６側及びＨＩＴＴ基板１５側の両
方に対して良好なマッチングが取れて信頼性を確保で
き、ヒートスプレッダー１１として好適に使用できる。
【００２２】（３） メッキ層１３が電解Ｎｉメッキ層
１３ａと、最外層に形成されたＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂ
とから構成されている。従って、ヒートスプレッダー１
１をＨＩＴＴ基板１５に半田付けするときや、ヒートス
プレッダー１１上に電子部品１６を半田付けするときに
半田付けが良好に行われる。
１３ａと、最外層に形成されたＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂ
とから構成されている。従って、ヒートスプレッダー１
１をＨＩＴＴ基板１５に半田付けするときや、ヒートス
プレッダー１１上に電子部品１６を半田付けするときに
半田付けが良好に行われる。
【００２３】（４） 電解Ｎｉメッキ層１３ａだけでは
ピンホールが発生し易いが、最外層にＮｉ−Ｂメッキ層
１３ｂが形成されているため、ピンホールがなくなり、
ヒートスプレッダー１１の耐食性が向上する。
ピンホールが発生し易いが、最外層にＮｉ−Ｂメッキ層
１３ｂが形成されているため、ピンホールがなくなり、
ヒートスプレッダー１１の耐食性が向上する。
【００２４】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図２及び図３に従って説明する。この実施の形態で
は、主成分となる鉄系金属として粉末状のものが使用さ
れる点が前記実施の形態と大きく異なっている。
態を図２及び図３に従って説明する。この実施の形態で
は、主成分となる鉄系金属として粉末状のものが使用さ
れる点が前記実施の形態と大きく異なっている。
【００２５】図２はヒートスプレッダー１１の模式断面
図を示す。図２に示すように、ヒートスプレッダー１１
は、アルミニウム系金属又は銅からなるマトリックス金
属１７中に、鉄系金属の粉末１８が充填された構成とな
っている。即ち、ヒートスプレッダー１１は鉄系金属の
粉末１８にアルミニウム系金属又は銅がマトリックス金
属１７として含浸されて固化された構成となっている。
なお、「アルミニウム系金属」とはアルミニウム又はア
ルミニウム合金を意味する。
図を示す。図２に示すように、ヒートスプレッダー１１
は、アルミニウム系金属又は銅からなるマトリックス金
属１７中に、鉄系金属の粉末１８が充填された構成とな
っている。即ち、ヒートスプレッダー１１は鉄系金属の
粉末１８にアルミニウム系金属又は銅がマトリックス金
属１７として含浸されて固化された構成となっている。
なお、「アルミニウム系金属」とはアルミニウム又はア
ルミニウム合金を意味する。
【００２６】鉄系金属の粉末１８としてダライ粉が使用
され、この実施の形態では鋳鉄のダライ粉（鋳物のくず
粉）が使用されている。粉末１８はヒートスプレッダー
１１の線膨張率が１４〜１５×１０-6／℃となるような
体積含有率（例えば、４９〜５１体積％）で充填されて
いる。粉末１８は粒径が例えば最大粒径１８０μｍ、平
均粒径１００μｍ程度のものが使用される。
され、この実施の形態では鋳鉄のダライ粉（鋳物のくず
粉）が使用されている。粉末１８はヒートスプレッダー
１１の線膨張率が１４〜１５×１０-6／℃となるような
体積含有率（例えば、４９〜５１体積％）で充填されて
いる。粉末１８は粒径が例えば最大粒径１８０μｍ、平
均粒径１００μｍ程度のものが使用される。
【００２７】次に前記のように構成されたヒートスプレ
ッダー１１の製造方法を図３に基づいて説明する。図３
（ａ）に示すように、鋳鉄の粉末１８を成形型１９内に
所定量収容（充填）し、次に図３（ｂ）に示すように、
アルミニウム系金属又は銅を溶融した溶融金属２０を成
形型１９内に注入して粉末１８に含浸させる。そして、
溶融金属２０の固化後に成形型１９から取り出すとヒー
トスプレッダー１１が完成する。
ッダー１１の製造方法を図３に基づいて説明する。図３
（ａ）に示すように、鋳鉄の粉末１８を成形型１９内に
所定量収容（充填）し、次に図３（ｂ）に示すように、
アルミニウム系金属又は銅を溶融した溶融金属２０を成
形型１９内に注入して粉末１８に含浸させる。そして、
溶融金属２０の固化後に成形型１９から取り出すとヒー
トスプレッダー１１が完成する。
【００２８】この実施の形態では、前記実施の形態の
（１）の効果を有する他に、次の効果を有する。 （５） 鉄系金属の粉末１８がアルミニウム系金属又は
銅のマトリックス金属１７内に充填された構成で、線膨
張率が１４〜１５×１０-6／℃のヒートスプレッダー１
１が形成されている。従って、鉄系金属の粉末の体積含
有率を調整することにより、所定の線膨張率で、熱伝導
率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材より良好な放
熱性を有するヒートスプレッダー１１が得られる。
（１）の効果を有する他に、次の効果を有する。 （５） 鉄系金属の粉末１８がアルミニウム系金属又は
銅のマトリックス金属１７内に充填された構成で、線膨
張率が１４〜１５×１０-6／℃のヒートスプレッダー１
１が形成されている。従って、鉄系金属の粉末の体積含
有率を調整することにより、所定の線膨張率で、熱伝導
率がＣｕ／Ｉｎｖａｒ／Ｃｕの３層積層材より良好な放
熱性を有するヒートスプレッダー１１が得られる。
【００２９】（６） 鉄系金属の粉末１８からプリフォ
ームを形成せずに、成形型１９内に鋳鉄の粉末１８を収
容した状態で溶融金属２０を含浸させて固化することに
より、ヒートスプレッダー１１が形成される。従って、
プリフォームを形成する場合に比較してヒートスプレッ
ダー１１を安価に製造できる。
ームを形成せずに、成形型１９内に鋳鉄の粉末１８を収
容した状態で溶融金属２０を含浸させて固化することに
より、ヒートスプレッダー１１が形成される。従って、
プリフォームを形成する場合に比較してヒートスプレッ
ダー１１を安価に製造できる。
【００３０】（７） 鉄系金属の粉末１８として鋳鉄の
ダライ粉（鋳物のくず粉）が使用されているため、製造
コストをより低くできる。実施の形態は前記に限定され
るものではなく、例えば次のように構成してもよい。
ダライ粉（鋳物のくず粉）が使用されているため、製造
コストをより低くできる。実施の形態は前記に限定され
るものではなく、例えば次のように構成してもよい。
【００３１】○ 第１の実施の形態において、電磁軟鉄
製板１２の表面に形成するメッキ層１３は電解Ｎｉメッ
キ層１３ａとＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂの２層のメッキ層
に限らず、電解Ｎｉメッキ層１３ａのみでもよい。ま
た、電気抵抗が小さな、Ｎｉ以外の他の金属のメッキ層
としてもよい。
製板１２の表面に形成するメッキ層１３は電解Ｎｉメッ
キ層１３ａとＮｉ−Ｂメッキ層１３ｂの２層のメッキ層
に限らず、電解Ｎｉメッキ層１３ａのみでもよい。ま
た、電気抵抗が小さな、Ｎｉ以外の他の金属のメッキ層
としてもよい。
【００３２】○ 鉄系金属の粉末１８として鋳鉄以外の
他の鉄系金属の粉末（例えば、炭素鋼、低合金鋼あるい
は電磁軟鉄の粉末）を使用してもよい。この場合も第２
の実施の形態とほぼ同様な効果が得られる。また、電磁
軟鉄の粉末を使用した場合は、粉末１８の体積含有率が
同じであれば、鋳鉄の粉末を使用した場合に比較して放
熱性が良くなる。
他の鉄系金属の粉末（例えば、炭素鋼、低合金鋼あるい
は電磁軟鉄の粉末）を使用してもよい。この場合も第２
の実施の形態とほぼ同様な効果が得られる。また、電磁
軟鉄の粉末を使用した場合は、粉末１８の体積含有率が
同じであれば、鋳鉄の粉末を使用した場合に比較して放
熱性が良くなる。
【００３３】○ 鉄系金属の粉末１８でプリフォームと
して多孔質の焼結体を成形し、その成形体（焼結体）に
アルミニウム系金属又は銅を含浸させて放熱材を形成し
てもよい。例えば、焼結体を成形型内にセットし、その
状態で成形型にアルミニウム系金属又は銅を溶融したも
のを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から
取り出す。成形体は気孔率が４９〜５１％に形成され
る。気孔率は成形体の体積及び重量から計算される。こ
の場合、溶融金属を含浸させるためのプリフォームとし
て鉄系金属の焼結体を形成するため、プリフォームを形
成しない第１の実施の形態等に比較して製造コストは高
くなるが、プリフォームを溶射により形成する場合に比
較して低コストとなる。また、含浸させる金属はアルミ
ニウム系金属の方が、溶融温度が低いため銅より好まし
く、軽量化の点でもアルミニウム系金属の方が銅より好
ましい。鉄系金属としてＣｒ含有鉄、溶融金属としてア
ルミニウムを使用し、鉄系金属の体積含有率が６０％程
度の複合材を製造した結果、熱伝導率が１４０〜１５０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張率が１５×１０-6／℃であっ
た。
して多孔質の焼結体を成形し、その成形体（焼結体）に
アルミニウム系金属又は銅を含浸させて放熱材を形成し
てもよい。例えば、焼結体を成形型内にセットし、その
状態で成形型にアルミニウム系金属又は銅を溶融したも
のを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から
取り出す。成形体は気孔率が４９〜５１％に形成され
る。気孔率は成形体の体積及び重量から計算される。こ
の場合、溶融金属を含浸させるためのプリフォームとし
て鉄系金属の焼結体を形成するため、プリフォームを形
成しない第１の実施の形態等に比較して製造コストは高
くなるが、プリフォームを溶射により形成する場合に比
較して低コストとなる。また、含浸させる金属はアルミ
ニウム系金属の方が、溶融温度が低いため銅より好まし
く、軽量化の点でもアルミニウム系金属の方が銅より好
ましい。鉄系金属としてＣｒ含有鉄、溶融金属としてア
ルミニウムを使用し、鉄系金属の体積含有率が６０％程
度の複合材を製造した結果、熱伝導率が１４０〜１５０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）、線膨張率が１５×１０-6／℃であっ
た。
【００３４】○ 第１の実施の形態のように電磁軟鉄製
板１２の表面が、防錆作用を有する金属で被覆された構
成において、メッキ層１３の代わりに金属箔をクラッド
（被覆）してもよい。例えば、Ｎｉ箔を電磁軟鉄製板１
２に被覆してもよい。この場合、電解Ｎｉメッキ層１３
ａだけで被覆層を形成する場合と異なり、ピンホールが
無く、半田付けの際に半田のボイド発生を抑えることが
でき、信頼性が向上する。
板１２の表面が、防錆作用を有する金属で被覆された構
成において、メッキ層１３の代わりに金属箔をクラッド
（被覆）してもよい。例えば、Ｎｉ箔を電磁軟鉄製板１
２に被覆してもよい。この場合、電解Ｎｉメッキ層１３
ａだけで被覆層を形成する場合と異なり、ピンホールが
無く、半田付けの際に半田のボイド発生を抑えることが
でき、信頼性が向上する。
【００３５】○ 放熱材は半導体装置の実装に使用する
放熱用基板材以外の放熱材として使用してもよい。 ○ 成形型１９は必ずしも金属製に限らず、セラミック
製としてもよい。
放熱用基板材以外の放熱材として使用してもよい。 ○ 成形型１９は必ずしも金属製に限らず、セラミック
製としてもよい。
【００３６】前記実施の形態から把握される発明（技術
思想）について、以下に記載する。 （１） 請求項２に記載の発明において、前記メッキ層
は電磁軟鉄製板の表面に形成されたＮｉメッキ層と、最
外層に形成されたＮｉ−Ｂメッキ層とから構成されてい
る。
思想）について、以下に記載する。 （１） 請求項２に記載の発明において、前記メッキ層
は電磁軟鉄製板の表面に形成されたＮｉメッキ層と、最
外層に形成されたＮｉ−Ｂメッキ層とから構成されてい
る。
【００３７】（２） 請求項１に記載の発明において、
前記鉄系金属として電磁軟鉄が使用され、電磁軟鉄製板
の表面にＮｉ箔が被覆されている。 （３） 請求項４に記載の発明において、前記ダライ粉
は鋳物のくず粉である。
前記鉄系金属として電磁軟鉄が使用され、電磁軟鉄製板
の表面にＮｉ箔が被覆されている。 （３） 請求項４に記載の発明において、前記ダライ粉
は鋳物のくず粉である。
【００３８】（４） 請求項１〜請求項３、（１）及び
（２）のいずれかに記載の放熱材をヒートスプレッダー
として使用したモジュール。
（２）のいずれかに記載の放熱材をヒートスプレッダー
として使用したモジュール。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項５
に記載の発明によれば、ヒートスプレッダーとして使用
可能な放熱材を安価に得ることができる。
に記載の発明によれば、ヒートスプレッダーとして使用
可能な放熱材を安価に得ることができる。
【図１】 （ａ）は第１の実施の形態のヒートスプレッ
ダーの模式断面図、（ｂ）はモジュールの模式断面図。
ダーの模式断面図、（ｂ）はモジュールの模式断面図。
【図２】 第２の実施の形態のヒートスプレッダーの模
式断面図。
式断面図。
【図３】 製造方法を示す模式断面図。
【図４】 従来技術のモジュールの模式断面図。
【図５】 従来技術の別のモジュールの模式断面図。
１１…放熱材としてのヒートスプレッダー、１２…電磁
軟鉄製板、１３…メッキ層、１７…マトリックス金属、
１８…粉末、１９…成形型、２０…溶融金属。
軟鉄製板、１３…メッキ層、１７…マトリックス金属、
１８…粉末、１９…成形型、２０…溶融金属。
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フロントページの続き
(72)発明者 吉田 貴司
愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会
社豊田自動織機内
(72)発明者 杉山 知平
愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会
社豊田自動織機内
(72)発明者 河野 栄次
愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会
社豊田自動織機内
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB08 BD01 BD03
Claims (5)
- 【請求項１】 鉄系金属を主成分として板状に形成さ
れ、少なくとも表面が防錆作用を有する金属で被覆され
ている放熱材。 - 【請求項２】 前記鉄系金属として電磁軟鉄が使用さ
れ、電磁軟鉄製板の表面にメッキ層が形成されている請
求項１に記載の放熱材。 - 【請求項３】 前記鉄系金属の粉末又は多孔性焼結体に
アルミニウム系金属又は銅がマトリックス金属として含
浸されて固化され、線膨張率が１４〜１５×１０-6／℃
の複合材に形成されている請求項１に記載の放熱材。 - 【請求項４】 ダライ粉を成形型内に収容し、アルミニ
ウム系金属又は銅を溶融したものを含浸させ、溶融金属
の固化後に成形型から取り出す放熱材の製造方法。 - 【請求項５】 鉄系金属製で気孔率が４９〜５１％の焼
結体を成形型内にセットし、その状態で成形型にアルミ
ニウム系金属又は銅を溶融したものを加圧状態で鋳込
み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す放熱材の製
造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001288122A JP2003100968A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 放熱材及びその製造方法 |
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