JP2003234441A - 放熱基板用複合材料 - Google Patents
放熱基板用複合材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子を搭載するための放熱基板材料で
あって、熱膨張係数が半導体素子やセラミックス等のパ
ッケージ材料に近似するとともに、良好な熱伝導率を備
えた放熱基板材料を提供する。 【解決手段】 低熱膨張材で作られたハニカム構造体の
板のハニカム状空間部に高熱伝導材を含浸するととも
に、該板の上下表面に前記高熱伝導材からなる高熱伝導
層を形成した放熱基板用複合材料。低熱膨張材として
は、タングステン、モリブデン、もしくはこれらの合金
があり、高熱伝導材としては銅が好ましい。なお、高熱
伝導層の厚みは、ハニカム構造の板の厚みの５〜４０％
とするのが好ましい。
あって、熱膨張係数が半導体素子やセラミックス等のパ
ッケージ材料に近似するとともに、良好な熱伝導率を備
えた放熱基板材料を提供する。 【解決手段】 低熱膨張材で作られたハニカム構造体の
板のハニカム状空間部に高熱伝導材を含浸するととも
に、該板の上下表面に前記高熱伝導材からなる高熱伝導
層を形成した放熱基板用複合材料。低熱膨張材として
は、タングステン、モリブデン、もしくはこれらの合金
があり、高熱伝導材としては銅が好ましい。なお、高熱
伝導層の厚みは、ハニカム構造の板の厚みの５〜４０％
とするのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を搭載
するための放熱基板材料に関し、より詳しくは、熱膨張
係数が半導体素子やセラミックス等のパッケージ材料に
近似するとともに、良好な熱伝導率を備えた放熱基板材
料に関するものである。
するための放熱基板材料に関し、より詳しくは、熱膨張
係数が半導体素子やセラミックス等のパッケージ材料に
近似するとともに、良好な熱伝導率を備えた放熱基板材
料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子を搭載するための放熱基板材
料として従来使用されているのは、熱膨張係数が半導体
素子とほぼ等しく、熱伝導性に優れた銅タングステン合
金である。この銅タングステン合金は、タングステン粉
末と銅粉末の混合粉末を成形して燒結する混合法、又
は、予め多孔質のタングステン燒結体（スケルトン）を
製作し、これに銅を含浸する溶浸法で製造されてきた。
料として従来使用されているのは、熱膨張係数が半導体
素子とほぼ等しく、熱伝導性に優れた銅タングステン合
金である。この銅タングステン合金は、タングステン粉
末と銅粉末の混合粉末を成形して燒結する混合法、又
は、予め多孔質のタングステン燒結体（スケルトン）を
製作し、これに銅を含浸する溶浸法で製造されてきた。
【０００３】上記従来の製造方法で製造された銅タング
ステン合金は、タングステンの低熱膨張係数と銅の高熱
伝導度とを組み合わせて所望の性質を得るものである
が、その性質がタングステンと銅との含有量の混合則に
依存するため、例えば熱膨張係数をある値にすると、熱
伝導度は必然的にほぼ決定される。このため、熱膨張係
数を半導体素子のそれと同程度に保って半導体素子の破
損や剥離等を防止しながら、熱伝導度をより高くするこ
とはできないという問題点があった。
ステン合金は、タングステンの低熱膨張係数と銅の高熱
伝導度とを組み合わせて所望の性質を得るものである
が、その性質がタングステンと銅との含有量の混合則に
依存するため、例えば熱膨張係数をある値にすると、熱
伝導度は必然的にほぼ決定される。このため、熱膨張係
数を半導体素子のそれと同程度に保って半導体素子の破
損や剥離等を防止しながら、熱伝導度をより高くするこ
とはできないという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の発
熱量が増大する傾向があり、大量の熱を放熱しなければ
ならないため、高熱伝導度を有する放熱基板材料が要求
されるようになったが、上記従来の溶浸法や混合法で製
造される銅タングステンでは、上記混合則による制約の
ため、熱伝導度が制限され、所望の性能に達したものは
得られていないのが現状である。
熱量が増大する傾向があり、大量の熱を放熱しなければ
ならないため、高熱伝導度を有する放熱基板材料が要求
されるようになったが、上記従来の溶浸法や混合法で製
造される銅タングステンでは、上記混合則による制約の
ため、熱伝導度が制限され、所望の性能に達したものは
得られていないのが現状である。
【０００５】上記従来の銅タングステン合金の問題点を
改良するものとして、本願出願人は、タングステン、モ
リブデン等の低熱膨張材で作られたハニカム構造体の板
のハニカム状空間部に、銅等の高熱伝導材を含浸した複
合材料を開発し、すでに特許出願している（特願２００
１−１９９５５４号）。このハニカム式複合材料は、従
来の放熱基板材料に比べて熱特性は改善された。しかし
ながら、最近の半導体素子、例えばマイクロ波通信分野
及びミリ波通信分野で用いられる高周波帯域用のガリウ
ム・ヒ素等の化合物半導体素子等では、さらなる高集積
化及び高性能化に伴って発熱量が増大しているため、よ
り高い放熱特性、具体的には熱膨張係数１２ｐｐｍ以下
で３００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導度を持つ放熱基板が要求
されるようになっており、上記ハニカム式複合材料でも
熱伝導が不足している。また、このハニカム式複合材料
は、断面方向の熱伝導は従来に比べて改善されるが、平
面方向の熱伝導は不十分であり、平面方向の熱伝導のさ
らなる改善も要求されている。そこで、本発明は、上記
特願２００１−１９９５５４号の複合材料よりもさらに
熱伝導が良好で、平面方向の熱伝導も高い複合材料を提
供することを課題としている。
改良するものとして、本願出願人は、タングステン、モ
リブデン等の低熱膨張材で作られたハニカム構造体の板
のハニカム状空間部に、銅等の高熱伝導材を含浸した複
合材料を開発し、すでに特許出願している（特願２００
１−１９９５５４号）。このハニカム式複合材料は、従
来の放熱基板材料に比べて熱特性は改善された。しかし
ながら、最近の半導体素子、例えばマイクロ波通信分野
及びミリ波通信分野で用いられる高周波帯域用のガリウ
ム・ヒ素等の化合物半導体素子等では、さらなる高集積
化及び高性能化に伴って発熱量が増大しているため、よ
り高い放熱特性、具体的には熱膨張係数１２ｐｐｍ以下
で３００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導度を持つ放熱基板が要求
されるようになっており、上記ハニカム式複合材料でも
熱伝導が不足している。また、このハニカム式複合材料
は、断面方向の熱伝導は従来に比べて改善されるが、平
面方向の熱伝導は不十分であり、平面方向の熱伝導のさ
らなる改善も要求されている。そこで、本発明は、上記
特願２００１−１９９５５４号の複合材料よりもさらに
熱伝導が良好で、平面方向の熱伝導も高い複合材料を提
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を採用した。すなわち、本
発明にかかる複合材料は、低熱膨張材で作られたハニカ
ム構造体の板のハニカム状空間部に高熱伝導材を含浸す
るとともに、該板の上下表面に前記高熱伝導材からなる
高熱伝導層を形成したことを特徴としている。低熱膨張
材としては、タングステンもしくはモリブデン又はこれ
らの合金を使用するのが好ましく、高熱伝導材として
は、銅や銅含有率の高い合金を使用することができる。
め、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、本
発明にかかる複合材料は、低熱膨張材で作られたハニカ
ム構造体の板のハニカム状空間部に高熱伝導材を含浸す
るとともに、該板の上下表面に前記高熱伝導材からなる
高熱伝導層を形成したことを特徴としている。低熱膨張
材としては、タングステンもしくはモリブデン又はこれ
らの合金を使用するのが好ましく、高熱伝導材として
は、銅や銅含有率の高い合金を使用することができる。
【０００７】この複合材料は、剛性の高い低熱膨張材、
例えばタングステン、モリブデン、又はこれらの合金
（例えば銅タングステン合金）で製作したハニカム構造
の板（スケルトン）のハニカム状空間部に、高熱伝導度
を備えた材料、例えば銅を含浸したものであるから、平
面方向の熱膨張は剛性を有するハニカム構造体によって
制限される。また、ハニカム構造体の空間部には高熱伝
導材（例えば銅）が充填されていて、この充填層はハニ
カム構造体を表裏に貫通しているので、一方の面側に与
えられた熱は、この充填層を通って反対面側に流れ、効
率よく放熱される。さらに、本発明の複合材料は、ハニ
カム構造体の上下表面に高熱伝導層が形成されているの
で、平面方向の熱伝導も良好である。
例えばタングステン、モリブデン、又はこれらの合金
（例えば銅タングステン合金）で製作したハニカム構造
の板（スケルトン）のハニカム状空間部に、高熱伝導度
を備えた材料、例えば銅を含浸したものであるから、平
面方向の熱膨張は剛性を有するハニカム構造体によって
制限される。また、ハニカム構造体の空間部には高熱伝
導材（例えば銅）が充填されていて、この充填層はハニ
カム構造体を表裏に貫通しているので、一方の面側に与
えられた熱は、この充填層を通って反対面側に流れ、効
率よく放熱される。さらに、本発明の複合材料は、ハニ
カム構造体の上下表面に高熱伝導層が形成されているの
で、平面方向の熱伝導も良好である。
【０００８】なお、本発明で「ハニカム」とは、六角形
に限らず、多角形、円形等の断面形状を有する複数の仕
切り空間が平面的に広がった一体構造のものをいう。
に限らず、多角形、円形等の断面形状を有する複数の仕
切り空間が平面的に広がった一体構造のものをいう。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に表された本発明の実
施形態例に基づいて、具体的に説明する。図１は本発明
の実施により得られる放熱基板の１例を表すもので、こ
の放熱基板１は、タングステン（モリブデン）等の低熱
膨張材で作られたハニカム構造を有する板（スケルト
ン）２の多数の空間部（セル）２ａ，…に高熱伝導材３
が溶浸により充填されており、さらに板２の上下両面に
高熱伝導材の層、すなわち高熱伝導層４，４が形成され
ている。なお、ハニカム構造は板２の周縁部を除く全体
にほぼ均等に分布しており、それらの空間部に高熱伝導
材３が充填されている。低熱膨張材としては、純タング
ステン、純モリブデン、コバール、銅含有率の低い銅タ
ングステン合金や銅モリブデン合金（例えばＷ−１０Ｃ
ｕ，Ｍｏ−２０Ｃｏ）等がある。また、高熱伝導材とし
ては、純銅、銅含有率の高い銅タングステン合金や銅モ
リブデン合金等がある。
施形態例に基づいて、具体的に説明する。図１は本発明
の実施により得られる放熱基板の１例を表すもので、こ
の放熱基板１は、タングステン（モリブデン）等の低熱
膨張材で作られたハニカム構造を有する板（スケルト
ン）２の多数の空間部（セル）２ａ，…に高熱伝導材３
が溶浸により充填されており、さらに板２の上下両面に
高熱伝導材の層、すなわち高熱伝導層４，４が形成され
ている。なお、ハニカム構造は板２の周縁部を除く全体
にほぼ均等に分布しており、それらの空間部に高熱伝導
材３が充填されている。低熱膨張材としては、純タング
ステン、純モリブデン、コバール、銅含有率の低い銅タ
ングステン合金や銅モリブデン合金（例えばＷ−１０Ｃ
ｕ，Ｍｏ−２０Ｃｏ）等がある。また、高熱伝導材とし
ては、純銅、銅含有率の高い銅タングステン合金や銅モ
リブデン合金等がある。
【００１０】上記図１に示す実施形態では、ハニカム構
造の部分Ｈが板２の中央部のみに設けられ、その周縁部
Ｓは低熱膨張材だけで構成された額縁状となっている。
このような構造としておけば、半導体素子を搭載する部
分には高熱伝導材の部分が設けられているので熱の放出
が良好である一方、板２の平面方向の熱膨張はさらに抑
制されるので、より効果的である。なお、板２の全面を
ハニカム構造としてもよいことは言うまでもない。
造の部分Ｈが板２の中央部のみに設けられ、その周縁部
Ｓは低熱膨張材だけで構成された額縁状となっている。
このような構造としておけば、半導体素子を搭載する部
分には高熱伝導材の部分が設けられているので熱の放出
が良好である一方、板２の平面方向の熱膨張はさらに抑
制されるので、より効果的である。なお、板２の全面を
ハニカム構造としてもよいことは言うまでもない。
【００１１】上記板２の上下両面に形成されている高熱
伝導層４，４の材質は、ハニカムのセル内に充填されて
いる高熱伝導材料と同じとするのが好ましく、その厚み
は、板２の厚みの５〜４０％とするのが好ましい。高熱
伝導層の厚みがこの範囲よりも小さいと、平面方向の熱
伝導が不十分となるおそれがあり、逆にこの厚みが大き
過ぎると、拘束力が不十分となり熱膨張が大きくなるお
それや、熱による歪みが生じるおそれがある。また、高
熱伝導層４をいずれか一方の面だけに設けておくと、熱
による変形（ソリ）が生じるので、両面に同じ厚さの層
を形成しておくのが好ましい。なお、以上の図では、ハ
ニカム構造体のセル（空間部）２ａの形状が円形である
が、四角形、六角形その他任意の形状とすることができ
る。また、以下の説明では、ハニカム構造体の材質とし
てタングステンを選んだ例について説明するが、モリブ
デンや他の低熱膨張材についても同様である。
伝導層４，４の材質は、ハニカムのセル内に充填されて
いる高熱伝導材料と同じとするのが好ましく、その厚み
は、板２の厚みの５〜４０％とするのが好ましい。高熱
伝導層の厚みがこの範囲よりも小さいと、平面方向の熱
伝導が不十分となるおそれがあり、逆にこの厚みが大き
過ぎると、拘束力が不十分となり熱膨張が大きくなるお
それや、熱による歪みが生じるおそれがある。また、高
熱伝導層４をいずれか一方の面だけに設けておくと、熱
による変形（ソリ）が生じるので、両面に同じ厚さの層
を形成しておくのが好ましい。なお、以上の図では、ハ
ニカム構造体のセル（空間部）２ａの形状が円形である
が、四角形、六角形その他任意の形状とすることができ
る。また、以下の説明では、ハニカム構造体の材質とし
てタングステンを選んだ例について説明するが、モリブ
デンや他の低熱膨張材についても同様である。
【００１２】次に、本発明の複合材料の製法についてタ
ングステンと銅を用いる場合を例にとって説明すると、
以下のとおりである。まず、原料となるタングステン単
体の粉末もしくは燒結性を向上させるためコバルト、ニ
ッケル等をドープした粉末に公知の有機バインダーを加
えて混練し、押出し成形機中に投入して、ハニカム金型
を通してハニカム状に成形する。つぎに、得られた成形
体を板状に切断し、脱脂（バインダーの除去）と燒結を
行い、所定の密度を有するタングステンハニカム構造体
を得る。
ングステンと銅を用いる場合を例にとって説明すると、
以下のとおりである。まず、原料となるタングステン単
体の粉末もしくは燒結性を向上させるためコバルト、ニ
ッケル等をドープした粉末に公知の有機バインダーを加
えて混練し、押出し成形機中に投入して、ハニカム金型
を通してハニカム状に成形する。つぎに、得られた成形
体を板状に切断し、脱脂（バインダーの除去）と燒結を
行い、所定の密度を有するタングステンハニカム構造体
を得る。
【００１３】ハニカム構造体の製造法としては、上記の
ほかに次のような方法を採用することもできる。すなわ
ち、タングステン粉末に有機バインダーを加えて混練
し、フィードストックを製造する。このフィードストッ
クをハニカム金型を取り付けた射出成形機中に投入し、
タングステンハニカムを成形する。成形体を脱脂、燒結
して、所定密度を有するタングステンハニカム構造体を
得る。さらには、粉末冶金法で一般的に採用されている
粉末プレス成形によって成形することも可能である。
ほかに次のような方法を採用することもできる。すなわ
ち、タングステン粉末に有機バインダーを加えて混練
し、フィードストックを製造する。このフィードストッ
クをハニカム金型を取り付けた射出成形機中に投入し、
タングステンハニカムを成形する。成形体を脱脂、燒結
して、所定密度を有するタングステンハニカム構造体を
得る。さらには、粉末冶金法で一般的に採用されている
粉末プレス成形によって成形することも可能である。
【００１４】得られた低熱膨張材であるタングステンハ
ニカム構造体の空間部に、高熱伝導材である銅を含浸し
て、当該空間を銅で充填するとともに、板２の上下表面
に同じ銅の層を形成する。この高熱伝導層の形成は、上
記含浸と同時に行うことができる。このようにして得ら
れた複合材料の素材を適当な寸法（外形寸法及び厚さ）
に加工（例えば、高熱伝導層の研削による寸法調整等）
することにより、所望の放熱基板が得られるのである。
ニカム構造体の空間部に、高熱伝導材である銅を含浸し
て、当該空間を銅で充填するとともに、板２の上下表面
に同じ銅の層を形成する。この高熱伝導層の形成は、上
記含浸と同時に行うことができる。このようにして得ら
れた複合材料の素材を適当な寸法（外形寸法及び厚さ）
に加工（例えば、高熱伝導層の研削による寸法調整等）
することにより、所望の放熱基板が得られるのである。
【００１５】
【実施例１】平均粒度３ミクロンのタングステン粉に
０．１％（重量比）のニッケルを硝酸ニッケルの形で添
加した。この粉末を乾燥したのち、水素中６００℃で還
元した。得られた還元粉末を射出成形用の有機物バイン
ダーであるエチレンビニルアセテート−ブチルメタアク
リレート−ポリスチレンの共重合体、パラフィンワック
ス、フタル酸ブチル、ステアリン酸と混練し、射出成形
用のフィードストックとした。
０．１％（重量比）のニッケルを硝酸ニッケルの形で添
加した。この粉末を乾燥したのち、水素中６００℃で還
元した。得られた還元粉末を射出成形用の有機物バイン
ダーであるエチレンビニルアセテート−ブチルメタアク
リレート−ポリスチレンの共重合体、パラフィンワック
ス、フタル酸ブチル、ステアリン酸と混練し、射出成形
用のフィードストックとした。
【００１６】１５０〜１６０℃に保持した射出成形機内
に上記フィードストックを入れ、該成形機に取り付けた
ハニカム金型内に射出したのち、金型から成形体を取り
出した。得られた成形体の寸法は、４０ｘ１７ｘ１．７
ｍｍであり、ハニカムの形状は直径１ｍｍの円形でセル
ピッチは１．６ｍｍであった。
に上記フィードストックを入れ、該成形機に取り付けた
ハニカム金型内に射出したのち、金型から成形体を取り
出した。得られた成形体の寸法は、４０ｘ１７ｘ１．７
ｍｍであり、ハニカムの形状は直径１ｍｍの円形でセル
ピッチは１．６ｍｍであった。
【００１７】この成形体を常温から６００℃まで水素気
流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去し、
引き続き８００℃にて予備燒結を行った。得られた予備
燒結体は、１３００℃で１時間、水素気流中で燒結し
た。これにより寸法が３３．３ｘ１４．２ｘ１．４ｍｍ
のハニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。
ハニカム部の円形セル（空孔）の直径は０．８ｍｍ、セ
ルピッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトン
は、ハニカム部を除くマトリクスとしては、２０ｗｔ％
の銅を溶浸できる空隙を持っていた。
流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去し、
引き続き８００℃にて予備燒結を行った。得られた予備
燒結体は、１３００℃で１時間、水素気流中で燒結し
た。これにより寸法が３３．３ｘ１４．２ｘ１．４ｍｍ
のハニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。
ハニカム部の円形セル（空孔）の直径は０．８ｍｍ、セ
ルピッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトン
は、ハニカム部を除くマトリクスとしては、２０ｗｔ％
の銅を溶浸できる空隙を持っていた。
【００１８】このスケルトンに水素気流中１３００℃で
加熱しつつ銅を溶浸した。得られた溶浸体を厚さ１．２
ｍｍに研削した。この研削体を０．６ｍｍの銅板で挟
み、水素気流中、黒鉛型内で１１２０℃で加熱して銅板
を溶融し、一体化させた。
加熱しつつ銅を溶浸した。得られた溶浸体を厚さ１．２
ｍｍに研削した。この研削体を０．６ｍｍの銅板で挟
み、水素気流中、黒鉛型内で１１２０℃で加熱して銅板
を溶融し、一体化させた。
【００１９】この銅板を一体化したものを、上下面から
均等に銅層が０．４ｍｍとなるまでラップした。このよ
うにして、中心部に１．２ｍｍのハニカム構造の銅タン
グステンの上下に、０．４ｍｍの銅層を形成した素材が
得られた。その後外形を機械加工し、３０ｘ１３ｘ２．
０ｍｍの図１に示すような放熱基板（銅層の厚さ比３３
％）が得られた。この放熱基板の熱膨張係数は９．７ｐ
ｐｍ、熱伝導度は３１７Ｗ／ｍＫであった。また、中心
部のハニカム部の厚さが１ｍｍで、銅層の厚さが０．５
ｍｍのものを同工程で製作したところ、熱膨張係数は１
３ｐｐｍ、熱伝導度は３３０Ｗ／ｍＫであった。
均等に銅層が０．４ｍｍとなるまでラップした。このよ
うにして、中心部に１．２ｍｍのハニカム構造の銅タン
グステンの上下に、０．４ｍｍの銅層を形成した素材が
得られた。その後外形を機械加工し、３０ｘ１３ｘ２．
０ｍｍの図１に示すような放熱基板（銅層の厚さ比３３
％）が得られた。この放熱基板の熱膨張係数は９．７ｐ
ｐｍ、熱伝導度は３１７Ｗ／ｍＫであった。また、中心
部のハニカム部の厚さが１ｍｍで、銅層の厚さが０．５
ｍｍのものを同工程で製作したところ、熱膨張係数は１
３ｐｐｍ、熱伝導度は３３０Ｗ／ｍＫであった。
【００２０】
【比較例１】上下面に銅層のない（銅層厚さ比０％）上
記溶浸体の熱膨張係数は７．６ｐｐｍ、熱伝導度は２４
１Ｗ／ｍＫであった。
記溶浸体の熱膨張係数は７．６ｐｐｍ、熱伝導度は２４
１Ｗ／ｍＫであった。
【００２１】
【実施例２】平均粒度６ミクロンのタングステン粉にプ
レスバインダーとしてＰＶＡを１％添加し、スプレード
ライヤーで造粒した。直径１ｍｍのピンの設けられた金
型中にこの造粒粉をチャージし、３０００ｋｇｆ／ｃｍ
2 のプレス圧で成形した。得られた成形体の寸法は、３
３．６ｘ１４．３ｘ２．３ｍｍであり、ハニカムのセル
寸法は直径１．０ｍｍ、セルピッチは１．６ｍｍであっ
た。
レスバインダーとしてＰＶＡを１％添加し、スプレード
ライヤーで造粒した。直径１ｍｍのピンの設けられた金
型中にこの造粒粉をチャージし、３０００ｋｇｆ／ｃｍ
2 のプレス圧で成形した。得られた成形体の寸法は、３
３．６ｘ１４．３ｘ２．３ｍｍであり、ハニカムのセル
寸法は直径１．０ｍｍ、セルピッチは１．６ｍｍであっ
た。
【００２２】この成形体を常温から１０００℃まで水素
気流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去
し、引き続き８００℃にて予備燒結を行った。得られた
予備燒結体は、１６００℃で１時間、水素気流中で燒結
した。これにより寸法が３２ｘ１３．６ｘ２．２ｍｍの
ハニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。ハ
ニカム部の円形セル（空孔）の直径は０．８ｍｍ、セル
ピッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトン
は、ハニカム部を除くマトリクスとしては、１０ｗｔ％
の銅を溶浸できる空隙を持っていた。
気流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去
し、引き続き８００℃にて予備燒結を行った。得られた
予備燒結体は、１６００℃で１時間、水素気流中で燒結
した。これにより寸法が３２ｘ１３．６ｘ２．２ｍｍの
ハニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。ハ
ニカム部の円形セル（空孔）の直径は０．８ｍｍ、セル
ピッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトン
は、ハニカム部を除くマトリクスとしては、１０ｗｔ％
の銅を溶浸できる空隙を持っていた。
【００２３】このスケルトンに水素気流中１３００℃で
加熱しつつ銅を溶浸した。得られた溶浸体を厚さ１．６
ｍｍとなるように研削した。この研削体を脱脂、酸洗
し、０．３ｍｍの厚さまで銅メッキを施した。銅メッキ
後の表面を研削及びラップし、中心部に１．６ｍｍのハ
ニカム構造の銅タングステン、上下に０．２ｍｍの銅層
を持つ素材が得られた。その後、外形を機械加工し、３
０ｘ１３ｘ２．０ｍｍの放熱基板を得た。この放熱基板
（銅層厚さ比１２．５％）の熱膨張係数は８．６ｐｐ
ｍ、熱伝導度は３１１Ｗ／ｍＫであった。なお、上記と
同じ工程で、中心部のハニカム部の厚さが１．６ｍｍで
銅層の厚さが０．０５ｍｍ（銅層厚さ比３％）のものを
製作したところ、熱膨張係数は７．９ｐｐｍ、熱伝導度
は２８４Ｗ／ｍＫであった。
加熱しつつ銅を溶浸した。得られた溶浸体を厚さ１．６
ｍｍとなるように研削した。この研削体を脱脂、酸洗
し、０．３ｍｍの厚さまで銅メッキを施した。銅メッキ
後の表面を研削及びラップし、中心部に１．６ｍｍのハ
ニカム構造の銅タングステン、上下に０．２ｍｍの銅層
を持つ素材が得られた。その後、外形を機械加工し、３
０ｘ１３ｘ２．０ｍｍの放熱基板を得た。この放熱基板
（銅層厚さ比１２．５％）の熱膨張係数は８．６ｐｐ
ｍ、熱伝導度は３１１Ｗ／ｍＫであった。なお、上記と
同じ工程で、中心部のハニカム部の厚さが１．６ｍｍで
銅層の厚さが０．０５ｍｍ（銅層厚さ比３％）のものを
製作したところ、熱膨張係数は７．９ｐｐｍ、熱伝導度
は２８４Ｗ／ｍＫであった。
【００２４】
【比較例２】上記実施例２と同様な工程で製作した溶浸
体であって、上下面に銅層のないものの熱膨張係数は
７．９ｐｐｍ、熱伝導度は２８２Ｗ／ｍＫであった。
体であって、上下面に銅層のないものの熱膨張係数は
７．９ｐｐｍ、熱伝導度は２８２Ｗ／ｍＫであった。
【００２５】
【実施例２】平均粒度６ミクロンのタングステン粉に
０．０５％（重量比）のニッケルを硝酸ニッケルの形で
添加した。この粉末を乾燥したのち、水素中６００℃で
還元した。得られた還元粉末を射出成形用の有機物バイ
ンダーであるエチレンビニルアセテート−ブチルメタア
クリレート−ポリスチレンの共重合体、パラフィンワッ
クス、フタル酸ブチル、ステアリン酸と混練し、射出成
形用のフィードストックとした。
０．０５％（重量比）のニッケルを硝酸ニッケルの形で
添加した。この粉末を乾燥したのち、水素中６００℃で
還元した。得られた還元粉末を射出成形用の有機物バイ
ンダーであるエチレンビニルアセテート−ブチルメタア
クリレート−ポリスチレンの共重合体、パラフィンワッ
クス、フタル酸ブチル、ステアリン酸と混練し、射出成
形用のフィードストックとした。
【００２６】１５０〜１６０℃に保持した射出成形機内
に上記フィードストックを入れ、該成形機に取り付けた
ハニカム金型内に射出したのち、金型から成形体を取り
出した。得られた成形体の寸法は、４０ｘ１７ｘ２．１
ｍｍであり、ハニカムの形状は直径１．３ｍｍの円形で
セルピッチは１．７ｍｍであった。本成形体には、図２
に示すように、４隅に銅層形成のための下駄状の台Ｇ，
…が一体に設けられている。
に上記フィードストックを入れ、該成形機に取り付けた
ハニカム金型内に射出したのち、金型から成形体を取り
出した。得られた成形体の寸法は、４０ｘ１７ｘ２．１
ｍｍであり、ハニカムの形状は直径１．３ｍｍの円形で
セルピッチは１．７ｍｍであった。本成形体には、図２
に示すように、４隅に銅層形成のための下駄状の台Ｇ，
…が一体に設けられている。
【００２７】この成形体を常温から６００℃まで水素気
流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去し、
引き続き１０００℃にて予備燒結を行った。得られた予
備燒結体は、１６００℃で１時間、水素気流中で燒結し
た。これにより寸法が３０．７ｘ１３ｘ１．６ｍｍのハ
ニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。ハニ
カム部の円形セル（空孔）の直径は１．０ｍｍ、セルピ
ッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトンは、
ハニカム部を除くマトリクスとしては、１０ｗｔ％の銅
を溶浸できる空隙を持っていた。
流中で徐々に昇温して、有機バインダーを加熱除去し、
引き続き１０００℃にて予備燒結を行った。得られた予
備燒結体は、１６００℃で１時間、水素気流中で燒結し
た。これにより寸法が３０．７ｘ１３ｘ１．６ｍｍのハ
ニカム構造のタングステンスケルトンが得られた。ハニ
カム部の円形セル（空孔）の直径は１．０ｍｍ、セルピ
ッチは１．３ｍｍであった。なお、このスケルトンは、
ハニカム部を除くマトリクスとしては、１０ｗｔ％の銅
を溶浸できる空隙を持っていた。
【００２８】このスケルトンに水素気流中１３００℃で
加熱しつつ銅を溶浸した。このスケルトンには、４隅に
下駄状の台Ｇが設けられているので、溶浸と同時に銅層
が形成された。得られた溶浸体の表面に研削及びラップ
加工を施し、中心部に厚さ１．６ｍｍのハニカム構造の
銅タングステン、上下に厚さ０．２ｍｍの銅層を持つ素
材が得られた。その後、外形を機械加工し、３０ｘ１２
ｘ２．０ｍｍの放熱基板を得た。
加熱しつつ銅を溶浸した。このスケルトンには、４隅に
下駄状の台Ｇが設けられているので、溶浸と同時に銅層
が形成された。得られた溶浸体の表面に研削及びラップ
加工を施し、中心部に厚さ１．６ｍｍのハニカム構造の
銅タングステン、上下に厚さ０．２ｍｍの銅層を持つ素
材が得られた。その後、外形を機械加工し、３０ｘ１２
ｘ２．０ｍｍの放熱基板を得た。
【００２９】この放熱基板（銅層の厚さ比１２．５％）
の熱膨張係数は９．８ｐｐｍ、熱伝導度は３０５Ｗ／ｍ
Ｋであった。また、中心部のハニカム部の厚さが１．６
ｍｍで、銅層の厚さが０．５ｍｍ（銅層の厚さ比３１
％）のものを上記と同じ工程で製作したところ、その熱
膨張係数は１１．２ｐｐｍ、熱伝導度は３０８Ｗ／ｍＫ
であった。さらに、同じ工程で製作した、中心部のハニ
カム部の厚さが１．６ｍｍ、銅層の厚さが０．０６ｍｍ
（銅層の厚さ比３．８％）のものの熱膨張係数は９．３
ｐｐｍ、熱伝導度は２６５Ｗ／ｍＫであった。同様に、
中心部のハニカム部の厚さが１．６ｍｍ、銅層の厚さが
０．８ｍｍ（銅層の厚さ比５０％）のものの熱膨張係数
は１６ｐｐｍ、熱伝導度は３２０Ｗ／ｍＫであった。
の熱膨張係数は９．８ｐｐｍ、熱伝導度は３０５Ｗ／ｍ
Ｋであった。また、中心部のハニカム部の厚さが１．６
ｍｍで、銅層の厚さが０．５ｍｍ（銅層の厚さ比３１
％）のものを上記と同じ工程で製作したところ、その熱
膨張係数は１１．２ｐｐｍ、熱伝導度は３０８Ｗ／ｍＫ
であった。さらに、同じ工程で製作した、中心部のハニ
カム部の厚さが１．６ｍｍ、銅層の厚さが０．０６ｍｍ
（銅層の厚さ比３．８％）のものの熱膨張係数は９．３
ｐｐｍ、熱伝導度は２６５Ｗ／ｍＫであった。同様に、
中心部のハニカム部の厚さが１．６ｍｍ、銅層の厚さが
０．８ｍｍ（銅層の厚さ比５０％）のものの熱膨張係数
は１６ｐｐｍ、熱伝導度は３２０Ｗ／ｍＫであった。
【００３０】
【比較例３】上記実施例３と同様な工程で製作した溶浸
体であって、上下面に銅層のないものの熱膨張係数は
９．２ｐｐｍ、熱伝導度は２６０Ｗ／ｍＫであった。
体であって、上下面に銅層のないものの熱膨張係数は
９．２ｐｐｍ、熱伝導度は２６０Ｗ／ｍＫであった。
【００３１】
【発明の効果】この複合材料は、高い剛性を有するタン
グステン等の低熱膨張材で作られたハニカム構造体によ
り、平面方向の熱膨張が拘束されるので、熱膨張係数は
半導体素子のそれとほぼ同等であり、板面と垂直方向に
は、銅等の高熱伝導材の層が貫通しているとともに、表
裏両面に高熱伝導材の層が形成されているので、高熱伝
導度が発揮される。このため、従来の溶浸法や混合燒結
法によって製造された銅タングステン材料に比べて、高
い熱伝導度／熱膨張係数比が得られ、平面方向の熱膨張
が半導体素子やセラミックス等の熱膨張と近似し、かつ
垂直方向への熱伝導が良好なものとなった。
グステン等の低熱膨張材で作られたハニカム構造体によ
り、平面方向の熱膨張が拘束されるので、熱膨張係数は
半導体素子のそれとほぼ同等であり、板面と垂直方向に
は、銅等の高熱伝導材の層が貫通しているとともに、表
裏両面に高熱伝導材の層が形成されているので、高熱伝
導度が発揮される。このため、従来の溶浸法や混合燒結
法によって製造された銅タングステン材料に比べて、高
い熱伝導度／熱膨張係数比が得られ、平面方向の熱膨張
が半導体素子やセラミックス等の熱膨張と近似し、かつ
垂直方向への熱伝導が良好なものとなった。
【図１】本発明の具体例を表す平面図（ａ）及び縦断面
図（ｂ）である。
図（ｂ）である。
【図２】上記と若干異なる実施形態を表す溶浸体の平面
図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。
図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。
【図３】その溶浸体の表裏両面に銅層を形成したものの
平面図（ａ）及びＸ−Ｘ縦断面図（ｂ）である。
平面図（ａ）及びＸ−Ｘ縦断面図（ｂ）である。
１ 放熱基板
２ 低熱膨張材の板（ハニカム構造体）
３ 高熱伝導材（銅）
４ 高熱伝導材層（銅層）
フロントページの続き
(72)発明者 秋吉 直義
大阪府寝屋川市池田西町26−５ 東邦金属
株式会社技術開発部内
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB08 BD01
Claims (4)
- 【請求項１】 低熱膨張材で作られたハニカム構造体の
板のハニカム状空間部に高熱伝導材を含浸するととも
に、該板の上下表面に前記高熱伝導材からなる高熱伝導
層を形成したことを特徴とする放熱基板用複合材料。 - 【請求項２】 高熱伝導層の厚みがハニカム構造の板の
厚みの５〜４０％である請求項１に記載の放熱基盤用複
合材料。 - 【請求項３】 低熱膨張材がタングステン、モリブデ
ン、もしくはこれらの合金である請求項１又は２に記載
の放熱基板用複合材料。 - 【請求項４】 高熱伝導材が銅である請求項１乃至３の
いずれかに記載の放熱基板用複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002029715A JP2003234441A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 放熱基板用複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002029715A JP2003234441A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 放熱基板用複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003234441A true JP2003234441A (ja) | 2003-08-22 |
Family
ID=27773807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002029715A Pending JP2003234441A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 放熱基板用複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003234441A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004356302A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板並びに放熱体及び放熱体の製造方法 |
| JP2008140877A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Tecnisco Ltd | 複合材ヒートシンクとその製造方法 |
| JP6041117B1 (ja) * | 2016-07-28 | 2016-12-07 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板、半導体パッケージ、及び半導体モジュール、並びに放熱基板の製造方法 |
| EP3229268A4 (en) * | 2014-12-05 | 2018-01-03 | Superufo291 Tec | Heat-dissipating substrate and method for manufacturing same |
-
2002
- 2002-02-06 JP JP2002029715A patent/JP2003234441A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004356302A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Mitsubishi Materials Corp | パワーモジュール用基板並びに放熱体及び放熱体の製造方法 |
| JP2008140877A (ja) * | 2006-11-30 | 2008-06-19 | Tecnisco Ltd | 複合材ヒートシンクとその製造方法 |
| EP3229268A4 (en) * | 2014-12-05 | 2018-01-03 | Superufo291 Tec | Heat-dissipating substrate and method for manufacturing same |
| JP6041117B1 (ja) * | 2016-07-28 | 2016-12-07 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板、半導体パッケージ、及び半導体モジュール、並びに放熱基板の製造方法 |
| WO2018020695A1 (ja) * | 2016-07-28 | 2018-02-01 | 株式会社半導体熱研究所 | 放熱基板、半導体パッケージ、及び半導体モジュール、並びに放熱基板の製造方法 |
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