JP2003277853A - Copper alloy for heat spreader - Google Patents

Copper alloy for heat spreader

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JP2003277853A
JP2003277853A JP2002086390A JP2002086390A JP2003277853A JP 2003277853 A JP2003277853 A JP 2003277853A JP 2002086390 A JP2002086390 A JP 2002086390A JP 2002086390 A JP2002086390 A JP 2002086390A JP 2003277853 A JP2003277853 A JP 2003277853A
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JP
Japan
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heat
heat spreader
copper alloy
grain size
thermal conductivity
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Pending
Application number
JP2002086390A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshitsugu Maruta
敏嗣 丸田
Hideki Endo
秀樹 遠藤
Kunihiko Tomohara
邦彦 智原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dowa Holdings Co Ltd
Original Assignee
Dowa Mining Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost Cu alloy for a heat spreader, which has excellent thermal conductivity and also has excellent reliability in a jointed part during an assembly step or during use because of relatively high semi-softening temperature and can be used for IC package. <P>SOLUTION: The Cu alloy for the heat spreader has (100 to 200) N/mm<SP>2</SP>0.2% proof stress, ≥350 W/m.K thermal conductivity, 0.14 to 0.18 work hardening index and ≤25 μm grain size in a width direction of a rolled surface sheet. The Cu alloy consists of 0.05 to 0.3 wt.%, in total, of P and at least one or more elements among Fe, Ni and Co and the balance Cu with inevitable components. Further, grain size after heat treatment at 600°C for 30 min after cold forging at ≤40% reduction of area is ≤25 μm; and Vickers hardness after heat treatment at 600°C for 30 min after cold forging at ≤40% reduction of area is HV 60 to 170. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、 ICパッケージ
などにおいて放熱を目的としたヒートスプレッダなどに
使用する銅合金に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a copper alloy used for a heat spreader or the like for heat dissipation in an IC package or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、PC用などの半導体集積回路(I
C)のパーソナル化、高機能化および大容量化が要求さ
れており、ICの実装技術も高密度化し、これに伴い、
ICから発生する熱対策が重要な課題となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor integrated circuits for PCs (I
C) is required to be personalized, highly functionalized, and have a large capacity, and the packaging technology for ICs is also becoming higher in density.
Countermeasures against heat generated from ICs have become an important issue.

【0003】ICの実装技術の高密度化は、1970年
代から始まり、その実装技術は、端子挿入実装技術DI
P(デュアルインラインパッケージ)から周辺端子実装
技術QFP(クワッドインラインパッケージ)へと発展
した。しかし、周辺端子実装技術では、外部端子が周辺
に突き出ているため、実装時の端子周りの取り扱いが困
難であった。その後、1990年代に入り、BGA(ボ
ールグリッドアレイ)が出現して高密度化に拍車がかか
った。この実装方法では、小型で多ピン化が容易であ
り、ハンダボールを採用しているため、表面実装が容易
になり、廉価で不良率を激減させる高密度実装が可能に
なった。現在では、積層基板構造であるPBGAや、さ
らに高密度化を実現させたTABテープとヒートスプレ
ッダを組合せたTBGAが使用されている。
The densification of IC mounting technology began in the 1970s, and the mounting technology is the terminal insertion mounting technology DI.
It has evolved from P (dual inline package) to peripheral terminal mounting technology QFP (quad inline package). However, in the peripheral terminal mounting technology, it is difficult to handle around the terminals during mounting, because the external terminals project to the periphery. Then, in the 1990s, BGA (Ball Grid Array) appeared, which accelerated the densification. In this mounting method, the size is small, the number of pins is easy to be increased, and solder balls are used. Therefore, surface mounting is facilitated, and low-cost, high-density mounting that dramatically reduces the defect rate is made possible. Currently, a PBGA having a laminated substrate structure and a TBGA combining a TAB tape and a heat spreader, which realizes higher density, are used.

【0004】このように高密度化が進む中で、ICを正
常に作動させるためにICから発生する熱を放熱するこ
とが重要な問題となり、BGAに至り、半導体チップに
直接Cuの放熱板、いわゆるヒートスプレッダをパッケ
ージングすることにより放熱性が向上した。
As the density is increased, it is an important problem to dissipate the heat generated from the IC in order to operate the IC normally, which leads to BGA and a Cu heat dissipation plate directly on the semiconductor chip. The heat dissipation was improved by packaging a so-called heat spreader.

【0005】以上のように、ヒートスプレッダは、優れ
た放熱性が必要であるが、組立工程時や実装時に加えら
れる熱処理によって軟化して硬度が減少しないことが必
要であり、半導体チップとの接合部分の信頼性も必要で
ある。さらに、PCの低価格化に伴い、廉価であること
も望まれる。このように、高密度ICの放熱を担うヒー
トスプレッダは、優れた放熱性と耐熱性を有し且つ廉価
なことが必要であるため、ヒートスプレッダには、優れ
た熱伝導性を有する廉価な無酸素銅やCu基合金が用い
られている。
As described above, the heat spreader is required to have excellent heat dissipation, but it is necessary that the heat spreader is not softened and the hardness is not reduced by the heat treatment applied at the time of assembly process and mounting, and the joint portion with the semiconductor chip is required. Credibility is also necessary. Furthermore, it is also desired that the price of the PC is low as the price of the PC is reduced. As described above, since the heat spreader that is responsible for heat dissipation of the high density IC needs to have excellent heat dissipation and heat resistance and be inexpensive, the heat spreader should be an inexpensive oxygen-free copper having excellent thermal conductivity. Cu-based alloys are used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ヒートスプレッダは、
冷間鍛造により成型されるため、残留応力が生じ、この
残留応力を取り除くために熱処理が施されることがあ
る。また、PBGAやTBGAの実装時には、ハンダリ
フロー工程があり、この工程でヒートスプレッダが加熱
される。このとき、無酸素銅は、半軟化温度が200℃
程度のため、結晶粒が不均一に粗大化し、硬度が変化
し、平坦性や強度を保つことが難しくなる。そのため、
半導体チップなどとヒートスプレッダの接合部分におけ
る信頼性が損なわれ、PCの動作信頼性が低下する。
The heat spreader is
Since it is formed by cold forging, residual stress is generated, and heat treatment may be performed to remove this residual stress. Further, when mounting PBGA or TBGA, there is a solder reflow process, and the heat spreader is heated in this process. At this time, oxygen-free copper has a semi-softening temperature of 200 ° C.
Depending on the degree, the crystal grains coarsen unevenly, the hardness changes, and it becomes difficult to maintain flatness and strength. for that reason,
The reliability of the joint between the semiconductor chip and the heat spreader is impaired, and the operational reliability of the PC is reduced.

【0007】ヒートスプレッダに用いられる高導電率の
CuまたはCu基合金として、無酸素銅以外に、Cu−
Zr系Cu基合金(C151、C15150)やCu−
Fe−Zn−P系Cu基合金(C19400など)など
がある。Cu−Zr系合金は、高導電率を有し、放熱性
にも優れ、半軟化温度も400℃以上であるが、含有成
分により廉価ではない。Cu−Fe−Zn−P系合金
は、半軟化温度が400℃以上であるが、熱伝導率の代
用特性である導電率45%〜65%IACS程度であ
り、熱伝導性が不足している。
As high conductivity Cu or Cu-based alloys used in heat spreaders, in addition to oxygen-free copper, Cu-
Zr-based Cu-based alloy (C151, C15150) and Cu-
Fe-Zn-P-based Cu-based alloys (such as C19400) are available. The Cu-Zr-based alloy has high electrical conductivity, is excellent in heat dissipation, and has a semi-softening temperature of 400 ° C or higher, but it is not inexpensive due to the contained components. The Cu-Fe-Zn-P-based alloy has a semi-softening temperature of 400 [deg.] C. or higher, but has a conductivity of about 45% to 65% IACS, which is a substitute characteristic of thermal conductivity, and lacks thermal conductivity. .

【0008】したがって、本発明は、このような従来の
問題点に鑑み、価格が廉価であり、熱伝導性に優れ、且
つ半軟化温度が比較的高温であるために組立工程や使用
時における接合部分の信頼性に優れた、ICパッケージ
などに使用されるヒートスプレッダ用Cu基合金を提供
することを目的とする。
Therefore, in view of such conventional problems, the present invention is inexpensive, has excellent thermal conductivity, and has a semi-softening temperature of a relatively high temperature, so that it is joined in the assembly process and during use. It is an object of the present invention to provide a Cu-based alloy for a heat spreader used for an IC package or the like, which is excellent in part reliability.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究した結果、ヒートスプレッダ
用銅合金の0.2%耐力を100〜200N/mm
し、熱伝導率を350W/m・K以上とすることによ
り、価格が廉価であり、熱伝導性に優れ、且つ半軟化温
度が比較的高温であるために組立工程や使用時における
接合部分の信頼性に優れた、ICパッケージなどに使用
されるヒートスプレッダ用Cu基合金を提供することが
できることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for solving the above problems, the present inventors have set the 0.2% proof stress of a copper alloy for a heat spreader to 100 to 200 N / mm 2 and the thermal conductivity. By setting it to 350 W / mK or more, the price is low, the thermal conductivity is excellent, and the semi-softening temperature is relatively high, so the reliability of the joint portion during the assembly process and during use is excellent. The inventors have found that a Cu-based alloy for heat spreaders used for IC packages and the like can be provided, and have completed the present invention.

【0010】すなわち、本発明による放熱性および耐熱
性に優れたヒートスプレッダ用銅合金は、0.2%耐力
が100〜200N/mmであり、熱伝導率が350
W/m・K以上であることを特徴とする。このヒートス
プレッダ用銅合金において、加工硬化指数が0.14〜
0.18であるのが好ましい。また、圧延表面板の幅方
向の結晶粒径が25μm以下であるのが好ましい。ま
た、Fe、Ni、Coのうち少なくとも1種類以上とP
を合計で0.05〜0.3wt%含有し、残部がCuと
不可避成分からなるのが好ましい。さらに、断面減少率
40%以下の冷間鍛造後に600℃で30分間熱処理し
た後の結晶粒径が25μm以下であり、断面減少率40
%以下の冷間鍛造後に600℃で30分間熱処理した後
のビッカース硬さがHV60〜170であるのが好まし
い。
That is, the copper alloy for a heat spreader excellent in heat dissipation and heat resistance according to the present invention has a 0.2% proof stress of 100 to 200 N / mm 2 and a thermal conductivity of 350.
It is characterized in that it is W / m · K or more. In this copper alloy for heat spreaders, the work hardening index is 0.14 to
It is preferably 0.18. Further, the crystal grain size in the width direction of the rolled surface plate is preferably 25 μm or less. In addition, at least one kind of Fe, Ni, and Co and P
Is contained in a total amount of 0.05 to 0.3 wt%, and the balance is composed of Cu and inevitable components. Furthermore, the crystal grain size after the heat treatment at 600 ° C. for 30 minutes after cold forging with the cross-section reduction rate of 40% or less is 25 μm or less, and the cross-section reduction rate of 40% or less.
% Or less, the Vickers hardness after heat treatment at 600 ° C. for 30 minutes is preferably HV60 to 170.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明による放熱性および
耐熱性に優れたヒートスプレッダ用銅合金の実施の形態
を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the copper alloy for a heat spreader excellent in heat dissipation and heat resistance according to the present invention will be described below.

【0012】ヒートスプレッダは、半導体チップから熱
を逃がす役割を担っているが、そのためには、半導体チ
ップとヒートスプレッダが確実に接触していなければな
らない。しかし、ヒートスプレッダの強度が十分でない
と、組立工程中などに変形し、半導体チップやパッケー
ジ樹脂との接触面が平坦でなくなり、放熱性を損なうこ
とになる。ここで、ヒートスプレッダに使用されるCu
基合金の変形の指標となるのが0.2%耐力である。ヒ
ートスプレッダが変形することなく半導体チップと接触
することにより放熱性を維持するためには、0.2%耐
力が100N/mm以上であればよい。
The heat spreader plays a role of radiating heat from the semiconductor chip, but for that purpose, the semiconductor chip and the heat spreader must be surely in contact with each other. However, if the strength of the heat spreader is not sufficient, the heat spreader may be deformed during the assembly process, the contact surface with the semiconductor chip or the package resin may not be flat, and heat dissipation may be impaired. Here, Cu used for the heat spreader
The 0.2% proof stress is an index of the deformation of the base alloy. In order to maintain heat dissipation by contacting the semiconductor chip without deformation of the heat spreader, the 0.2% proof stress should be 100 N / mm 2 or more.

【0013】ヒートスプレッダの主な役割は、半導体チ
ップから発生する熱を吸収して外部に放熱することであ
る。しかし、近年、PCパッケージは、高機能高密度に
なり、発熱量が増加している。そのため、優れた熱伝導
率を有するCu基合金を用いたヒートスプレッダが求め
られており、ヒートスプレッダに使用される材料の熱伝
導率が350W/m・K以上であることが必要である。
熱伝導率が350W/m・K未満である場合は、ICの
使用時に半導体チップから発生した熱を十分にヒートシ
ンクに逃すことができず、ICパッケージの動作信頼性
が損なわれるからである。
The main role of the heat spreader is to absorb the heat generated from the semiconductor chip and dissipate it to the outside. However, in recent years, the PC package has high functionality and high density, and the amount of heat generated is increasing. Therefore, there is a demand for a heat spreader using a Cu-based alloy having excellent thermal conductivity, and the material used for the heat spreader needs to have a thermal conductivity of 350 W / m · K or more.
This is because if the thermal conductivity is less than 350 W / m · K, the heat generated from the semiconductor chip cannot be sufficiently released to the heat sink when the IC is used, and the operational reliability of the IC package is impaired.

【0014】また、ヒートスプレッダの成型には、コス
ト面から順送冷間鍛造が行われている。この冷間鍛造に
おける材料特性には、成型容易性と成型精度が要求され
る。この成型の容易さを示す指標となるのが0.2%耐
力であり、鍛造後のヒートスプレッダの成型精度を保つ
指標となるのが加工硬化指数である。材料が優れた冷間
鍛造性を有するためには、2つの指標の釣り合いが重要
である。0.2%耐力は、ヒートスプレッダが組立工程
中や冷間鍛造中に変形しないために100N/mm
上である必要があり、ヒートスプレッダの冷間鍛造によ
る成形を容易にし且つ鍛造圧力を抑えるために200N
/mm以下であることが望ましい。さらに、加工硬化
指数が0.14〜0.18である材料は、冷間鍛造によ
る成型容易性と優れた成型精度を有する。
In order to mold the heat spreader, progressive cold forging is performed in terms of cost. Ease of molding and molding accuracy are required for the material characteristics in this cold forging. The 0.2% proof stress is an index showing the ease of molding, and the work hardening index is an index for maintaining the molding accuracy of the heat spreader after forging. The balance of the two indices is important for the material to have good cold forgeability. The 0.2% proof stress needs to be 100 N / mm 2 or more so that the heat spreader does not deform during the assembly process or during cold forging, in order to facilitate the forming of the heat spreader by cold forging and to suppress the forging pressure. 200N
/ Mm 2 or less is desirable. Further, a material having a work hardening index of 0.14 to 0.18 has ease of forming by cold forging and excellent forming accuracy.

【0015】また、ヒートスプレッダはICパッケージ
などに実装され、半導体チップに直接接触して放熱を担
うものであるため、ヒートスプレッダの平坦性、硬度お
よび軟化特性などの特性の製品間のバラツキは、ICパ
ッケージの動作信頼性を損なう。このバラツキの原因と
なる材料特性の1つとして材料の結晶粒径がある。この
結晶粒径のバラツキが大きいと、局所的な機械特性や軟
化特性が異なってしまい、冷間鍛造後の成型性が損なわ
れる。また、組立工程中の熱処理による軟化挙動の差異
のため、平坦性も損なわれる。そのため、ヒートスプレ
ッダの材料として結晶粒径が均一な材料が適している。
また、結晶粒径が均一であっても粗大であると、冷間鍛
造後にヒートスプレッダの表面が肌荒れし、実装時に半
導体チップと十分な接触が得られず、ICパッケージの
動作信頼性が損なわれる。また、プレス抜き打ち性も低
下し、外観上も好ましくない。そのため、ヒートスプレ
ッダ用材料は、結晶粒径が均一且つ微細であることが好
ましく、圧延表面板の幅方向の結晶粒径が25μm以下
であることが必要である。
Since the heat spreader is mounted on an IC package or the like and directly contacts the semiconductor chip to radiate heat, variations in characteristics such as flatness, hardness and softening characteristics of the heat spreader among products are caused by the IC package. Operation reliability is impaired. The crystal grain size of the material is one of the material characteristics that cause the variation. If this variation in crystal grain size is large, the local mechanical properties and softening properties will differ, and the formability after cold forging will be impaired. Further, flatness is also impaired due to the difference in softening behavior due to heat treatment during the assembly process. Therefore, a material having a uniform crystal grain size is suitable as a material for the heat spreader.
Further, if the crystal grain size is uniform but coarse, the surface of the heat spreader becomes rough after cold forging, a sufficient contact with the semiconductor chip cannot be obtained during mounting, and the operation reliability of the IC package is impaired. Further, the press punching property is deteriorated, which is not preferable in appearance. Therefore, the heat spreader material preferably has a uniform and fine crystal grain size, and the crystal grain size in the width direction of the rolled surface plate needs to be 25 μm or less.

【0016】また、ヒートスプレッダは、冷間鍛造によ
り成型され、材料の断面が減少する。このとき、金属組
織が変化し、残留応力が蓄積される。この金属組織の変
化と残留応力の蓄積は、ヒートスプレッダの実装時の熱
処理工程において、ヒートスプレッダの変形の原因とな
り、パッケージの信頼性が低下する可能性がある。一般
に、ヒートスプレッダ用材料として用いられている無酸
素銅は、ヒートスプレッダの実装時の熱処理により、残
留応力が開放され、金属組織が不均一に粗大化して軟化
することにより、ヒートスプレッダが変形する可能性が
ある。また、残留応力を取り除くために実装前にヒート
スプレッダに熱処理を施す場合があるが、同様に結晶粒
が不均一に粗大化してしまい、ヒートスプレッダの強度
がばらついて平坦性を損ないかねない。そのため、熱処
理工程を経てもヒートスプレッダの硬度が均一で平坦性
を保つためにも、結晶粒が不均一に粗大化しないことが
望ましい。
Further, the heat spreader is formed by cold forging, and the cross section of the material is reduced. At this time, the metal structure changes and residual stress is accumulated. The change in the metal structure and the accumulation of residual stress may cause deformation of the heat spreader in the heat treatment process at the time of mounting the heat spreader, which may reduce the reliability of the package. Generally, oxygen-free copper used as a material for heat spreaders has a possibility that the residual stress is released by heat treatment during mounting of the heat spreaders, the metal structure is unevenly coarsened and softened, and the heat spreaders may be deformed. is there. Further, in order to remove the residual stress, the heat spreader may be subjected to heat treatment before mounting, but similarly, the crystal grains are nonuniformly coarsened, and the strength of the heat spreader may vary and the flatness may be impaired. Therefore, it is desirable that the crystal grains do not coarsen unevenly in order to maintain the hardness and flatness of the heat spreader even after the heat treatment process.

【0017】また、ヒートスプレッダは、加工中の変形
を防ぐために、硬度を確保することも必要であり、結晶
粒径が微細なことが望ましい。
Further, the heat spreader is required to secure hardness in order to prevent deformation during processing, and it is desirable that the crystal grain size is fine.

【0018】実用上最も熱が加わる熱処理条件として考
えられる200〜600℃で10〜30分間の熱処理を
行った後に、結晶粒が不均一に粗大化せず、結晶粒径も
微細であることが望ましいので、材料の結晶粒径が25
μm以下であり且つ硬度がHV60〜120に確保され
ることが望ましい。
After the heat treatment at 200 to 600 ° C. for 10 to 30 minutes, which is considered as the heat treatment condition to which most heat is applied in practice, the crystal grains are not unevenly coarsened and the crystal grain size is fine. Since the crystal grain size of the material is 25
It is desirable that the hardness is not more than μm and the hardness is secured to HV60 to 120.

【0019】ヒートスプレッダが以上のような特性を有
し且つ廉価であるためには、(Fe、Co、Ni)−P
系析出物を利用したCu基合金を使用するのが好まし
い。一般に、Cu基合金の0.2%耐力および耐熱性を
向上させる手段として、析出強化と固溶強化が利用され
る。析出強化は、固溶強化と比べ、熱伝導率を低下させ
ずにCu基合金の0.2%耐力および耐熱性を向上させ
ることができる。このような析出強化型Cu基合金のう
ち(Fe、Co、Ni)−P系析出物を利用すること
は、製造上、原料費および設備の面でコスト的に有利で
あるためである。
In order for the heat spreader to have the above characteristics and be inexpensive, (Fe, Co, Ni) -P
It is preferable to use a Cu-based alloy that utilizes a system precipitate. Generally, precipitation strengthening and solid solution strengthening are used as means for improving the 0.2% proof stress and heat resistance of Cu-based alloys. The precipitation strengthening can improve the 0.2% proof stress and the heat resistance of the Cu-based alloy without lowering the thermal conductivity, as compared with the solid solution strengthening. This is because the use of (Fe, Co, Ni) -P-based precipitates among such precipitation-strengthened Cu-based alloys is advantageous in terms of raw material cost and equipment in terms of manufacturing.

【0020】このように、(Fe、Co、Ni)−P系
析出物を利用するためには、Fe、Ni、Coのうち少
なくとも1種類以上とPを合計で0.05〜0・3wt
%含有することが必要である。0.05wt%未満の場
合は、析出物の量が少なく、十分な0.2%耐力や耐熱
性が得られず、0.3wt%以上の場合は、必要とする
熱伝導率が得られないためである。但し、熱伝導率が3
50W/m・Kを満足する範囲において、さらにSn、
Ti、Be、Mg、Zr、Cr、Siを添加することが
可能であり、これらの添加により、強度や耐熱性の向上
が期待されるが、コストアップにつながるので、これら
の添加元素の総量を0.3wt%以下にすべきである。
As described above, in order to utilize the (Fe, Co, Ni) -P based precipitate, at least one or more of Fe, Ni and Co and P are added in a total amount of 0.05 to 0.3 wt.
% Must be included. When it is less than 0.05 wt%, the amount of precipitates is small, and sufficient 0.2% proof stress and heat resistance cannot be obtained. When it is 0.3 wt% or more, the required thermal conductivity cannot be obtained. This is because. However, the thermal conductivity is 3
Within the range of 50 W / mK, Sn,
It is possible to add Ti, Be, Mg, Zr, Cr, Si, and it is expected that the addition of these will improve the strength and heat resistance, but this will lead to cost increase, so the total amount of these additional elements should be It should be 0.3 wt% or less.

【0021】[0021]

【実施例】以下、本発明による放熱性および耐熱性に優
れたヒートスプレッダ用銅合金の実施例について詳細に
説明する。
EXAMPLES Examples of the copper alloy for a heat spreader excellent in heat dissipation and heat resistance according to the present invention will be described in detail below.

【0022】[実施例1〜5、比較例1〜4]表1に示
す各種成分のヒートスプレッダ用Cu基合金を高周波溶
解炉によって溶製し、40×40×150(mm)の鋳
塊を鋳造した。その後、40×40×30(mm)の試
験片を切りだし、900℃で60分間の均質化処理を行
い、板厚8mmまで熱間圧延し、水冷および酸洗を行っ
た。その後、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延を繰り返して、
実施例1のCu基合金材として板厚1.85mmのCu
基合金材を作製した。また、同様の方法により、実施例
2〜5および比較例1〜4のCuまたはCu基合金材を
作製した。
[Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4] Cu-based alloys for heat spreaders of various components shown in Table 1 were melted in a high frequency melting furnace to cast ingots of 40 × 40 × 150 (mm). did. After that, 40 × 40 × 30 (mm) test pieces were cut out, homogenized at 900 ° C. for 60 minutes, hot-rolled to a plate thickness of 8 mm, water-cooled and pickled. After that, cold rolling, annealing, cold rolling are repeated,
Cu having a plate thickness of 1.85 mm as the Cu-based alloy material of Example 1
A base alloy material was produced. Moreover, Cu or Cu-based alloy materials of Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 were produced by the same method.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】次に、得られた実施例1〜5および比較例
1〜4のCuまたはCu基合金材について、熱伝導率、
0.2%耐力、加工硬化指数および結晶粒径を調べた。
その結果を表2に示す。なお、熱伝導率は導電率から算
出し、導電率、0.2%耐力および加工硬化指数はそれ
ぞれJIS H 0505、JIS Z 22441お
よびJIS Z 2253に準拠して測定した。また、
結晶粒径は、材料表面をエメリー紙で研磨し、バフ研磨
およびエッチングを行った後、光学顕微鏡によって測定
した。製造コストについては、実機で製造した場合の原
料コストを考慮するとともに、鋳造した製造量と製品化
された量の割合を不良ロスとして考慮して評価した。
Next, regarding the obtained Cu or Cu-based alloy materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4, thermal conductivity,
0.2% proof stress, work hardening index and crystal grain size were examined.
The results are shown in Table 2. The thermal conductivity was calculated from the electrical conductivity, and the electrical conductivity, 0.2% proof stress and work hardening index were measured according to JIS H 0505, JIS Z 22441 and JIS Z 2253, respectively. Also,
The crystal grain size was measured by an optical microscope after polishing the material surface with emery paper, buffing and etching. The manufacturing cost was evaluated by considering the raw material cost in the case of manufacturing with an actual machine and also considering the ratio of the cast manufacturing amount and the commercialized amount as a defective loss.

【0025】[0025]

【表2】 [Table 2]

【0026】表2において、○は製造コストが廉価であ
るものであり、△は添加元素のコスト、条の表面状態や
幅の蛇行、ヒートスプレッダとしての要求材料特性の不
備、雰囲気制御が必要とされる鋳造や時効処理などの熱
処理などを製法時に使用することのいずれか1つに該当
するもの、×は2つ以上に該当するものを示す。
In Table 2, ∘ indicates that the manufacturing cost is low, and Δ indicates the cost of the additive element, the meandering of the surface condition and width of the strip, the lack of required material characteristics as a heat spreader, and the atmosphere control. The one that corresponds to any one of the use of heat treatment such as casting or aging treatment during the manufacturing method, and the one that corresponds to two or more.

【0027】[実施例6〜10、比較例5〜8]実施例
1のCu基合金材をプレス抜き打ちし、冷間鍛造するこ
とにより、実施例6〜10のCu基合金材を作製し、そ
れらの良否を調査した。同様に、現在ヒートスプレッダ
として一般材となっている比較例1および2のCu材か
ら、それぞれ比較例5、6および比較例7、8のCu材
を作製し、それらの良否を調査した。その結果を表3に
示す。なお、図1示すように、冷間鍛造後のヒートスプ
レッダ10の形状は、キャビティ12を有する断面減少
率が大きいキャビティ型ヒートスプレッダの形状とし、
断面減少率は約30%であった。また、プレス抜き打ち
性については、ダレ部の凹凸およびバリ量によって評価
し、冷間鍛造性については、鍛造後の成型性と肌荒れに
よって評価した。
[Examples 6 to 10 and Comparative Examples 5 to 8] The Cu-based alloy material of Example 1 was stamped out and cold-forged to produce the Cu-based alloy material of Examples 6 to 10, The quality of them was investigated. Similarly, Cu materials of Comparative Examples 5 and 6 and Comparative Examples 7 and 8 were produced from the Cu materials of Comparative Examples 1 and 2 which are currently general materials for heat spreaders, and their quality was investigated. The results are shown in Table 3. In addition, as shown in FIG. 1, the shape of the heat spreader 10 after cold forging is a shape of a cavity type heat spreader having a cavity 12 and having a large cross-sectional reduction rate,
The cross-section reduction rate was about 30%. Further, the press punching property was evaluated by the unevenness of the sagging portion and the amount of burr, and the cold forgeability was evaluated by the formability after the forging and the rough surface.

【0028】[0028]

【表3】 [Table 3]

【0029】実施例6〜10のCu基合金材は、結晶粒
径が均一微細であるために、プレス打ち抜きにより、ダ
レ部の凹凸およびバリがともに少なかった。また、冷間
鍛造後の成型も、0.2%耐力と加工硬化指数の釣り合
いがよく、鍛造圧力と成型精度のバランスに優れてい
た。比較例5および6のCu材は、実施例6〜10のC
u基合金材より結晶粒径が粗大であるが、プレス打ち抜
きにより、ダレ部の凹凸およびバリがともに実施例6〜
10のCu基合金材と同等であった。しかし、0.2%
耐力と加工硬化指数の釣り合いが悪く、冷間鍛造成型の
精度に劣っていた。比較例7および8のCu材は、プレ
ス打ち抜きにより、ダレ部の凹凸がひどく、バリ量も多
く、実施例6〜10のCu基合金材より劣っていた。
In the Cu-based alloy materials of Examples 6 to 10, since the crystal grain size was uniform and fine, both unevenness and burrs in the sagging portion were small due to press punching. Also, in the molding after cold forging, the balance between 0.2% proof stress and work hardening index was good, and the balance between forging pressure and molding precision was excellent. The Cu materials of Comparative Examples 5 and 6 are C of Examples 6 to 10.
Although the crystal grain size is larger than that of the u-based alloy material, both unevenness and burrs in the sagging portion are caused by press punching in Examples 6 to 6.
It was equivalent to the Cu-based alloy material of No. 10. However, 0.2%
The balance between yield strength and work hardening index was poor, and the precision of cold forging was poor. The Cu materials of Comparative Examples 7 and 8 were inferior to the Cu-based alloy materials of Examples 6 to 10 due to the severe unevenness of the sagging portion and the large amount of burrs due to press punching.

【0030】[実施例11〜14、比較例9〜16]実
施例1のCu基合金材を用いて、冷間鍛造により実施例
11〜14のヒートスプレッダを作製し、熱処理による
ヒートスプレッダの硬度や形状の変化を評価した。同様
に、比較例1および2のCu材から、それぞれ比較例
9、11、13、15および比較例10、12、14、
16のヒートスプレッダを作製し、熱処理によるヒート
スプレッダの変化を評価した。なお、冷間鍛造後のヒー
トスプレッダ10の形状は、図1に示すような断面減少
率が大きいキャビティ型ヒートスプレッダの形状とし、
断面減少率は約30%であった。また、実施例11およ
び比較例9、10の場合が250℃、実施例12および
比較例11、12の場合が300℃、実施例13および
比較例13、14の場合が550℃、実施例14および
比較例15、16の場合が600℃の焼鈍温度で、それ
ぞれ30分間焼鈍した後、結晶粒径とビッカース硬さを
測定した。その結果を表4〜7に示す。なお、焼鈍後の
ヒートスプレッダに対する評価は、結晶粒径と均一性、
部位によるビッカース硬さの差異、ビッカース硬さの低
下、ヒートスプレッダの変形によって行った。また、実
施例1のCu基合金材から作製した実施例11〜14の
ヒートスプレッダの半軟化温度は550〜600℃であ
り、比較例1および2のCu材から作製した比較例9、
11、13、15および比較例10、12、14、16
のヒートスプレッダの半軟化温度は250〜300℃で
あった。
[Examples 11 to 14 and Comparative Examples 9 to 16] The Cu-based alloy material of Example 1 was used to produce the heat spreader of Examples 11 to 14 by cold forging, and the hardness and shape of the heat spreader by heat treatment. Was evaluated. Similarly, from the Cu materials of Comparative Examples 1 and 2, Comparative Examples 9, 11, 13, 15 and Comparative Examples 10, 12, 14, respectively.
Sixteen heat spreaders were produced and changes in the heat spreader due to heat treatment were evaluated. The shape of the heat spreader 10 after cold forging is the shape of a cavity heat spreader having a large cross-sectional reduction rate as shown in FIG.
The cross-section reduction rate was about 30%. Further, in the case of Example 11 and Comparative Examples 9 and 10, 250 ° C., in the case of Example 12 and Comparative Examples 11 and 12, 300 ° C., in the case of Example 13 and Comparative Examples 13 and 14, 550 ° C., and Example 14. In Comparative Examples 15 and 16, the crystal grain size and Vickers hardness were measured after annealing for 30 minutes at an annealing temperature of 600 ° C. The results are shown in Tables 4-7. Incidentally, the evaluation of the heat spreader after annealing, the crystal grain size and uniformity,
It was performed by the difference in Vickers hardness depending on the site, the decrease in Vickers hardness, and the deformation of the heat spreader. Moreover, the semi-softening temperature of the heat spreaders of Examples 11 to 14 made from the Cu-based alloy material of Example 1 was 550 to 600 ° C., and Comparative Example 9 made from the Cu materials of Comparative Examples 1 and 2.
11, 13, 15 and Comparative Examples 10, 12, 14, 16
The semi-softening temperature of the heat spreader was 250 to 300 ° C.

【0031】[0031]

【表4】 [Table 4]

【0032】[0032]

【表5】 [Table 5]

【0033】[0033]

【表6】 [Table 6]

【0034】[0034]

【表7】 [Table 7]

【0035】表1〜7の結果から、実施例1〜14のC
u基合金材およびヒートスプレッダは、製造コストが廉
価で、熱伝導率に優れ、機械的強度が十分であることが
わかる。また、冷間鍛造前の結晶粒も均一且つ微細であ
ることがわかる。また、冷間鍛造後の熱処理後も軟化に
より結晶粒が不均一にならず、均一且つ微細であり、強
度もヒートスプレッダとして十分であることがわかる。
さらに、実施例1〜5のCu基合金材では、ヒートスプ
レッダの実装時の熱処理が200℃〜300℃で行われ
るが、その温度範囲における熱処理において軟化しない
ために、実装前に予め焼鈍を施す必要もなく、コスト面
からも有利である。したがって、実施例のCu基合金材
は、ヒートスプレッダなどに使用するCu基合金材とし
て優れている。
From the results of Tables 1-7, C of Examples 1-14
It can be seen that the u-based alloy material and the heat spreader have low manufacturing costs, excellent thermal conductivity, and sufficient mechanical strength. It is also found that the crystal grains before cold forging are uniform and fine. Further, it can be seen that even after the heat treatment after the cold forging, the crystal grains do not become non-uniform due to softening, are uniform and fine, and have sufficient strength as a heat spreader.
Further, in the Cu-based alloy materials of Examples 1 to 5, the heat treatment at the time of mounting the heat spreader is performed at 200 ° C. to 300 ° C., but since it does not soften in the heat treatment in that temperature range, it is necessary to perform annealing in advance before mounting. There is also no cost advantage. Therefore, the Cu-based alloy materials of the examples are excellent as Cu-based alloy materials used for heat spreaders and the like.

【0036】これに対して、現在ヒートスプレッダ用の
一般材として使用されている比較例1および2のCu材
(比較例9、11、13、15および比較例10、1
2、14、16のヒートスプレッダ)は、熱伝導率に優
れ、コスト的にも有利であるが、熱処理を施すと材料が
軟化し、整粒化度を測定できない程度に結晶粒が不均一
に粗大化してしまうため、部位により硬度が異なり、微
小な変形を伴う場合もあり、IC動作信頼性を低下させ
る可能性もあり、実施例1〜5のCu基合金材より劣
る。また、比較例3のCu基合金材は、熱伝導性に優
れ、結晶粒径も微細であり、ヒートスプレッダとしての
材料特性を満足しているが、Zrを使用しているため
に、原料コストが高く、鋳造および熱間圧延工程におい
てZr−O系酸化物が品質面に悪影響を及ぼすので、製
造コストの面でも劣っている。
On the other hand, Cu materials of Comparative Examples 1 and 2 which are currently used as general materials for heat spreaders (Comparative Examples 9, 11, 13, 15 and Comparative Examples 10, 1).
The heat spreaders (2, 14, 16) have excellent thermal conductivity and are advantageous in terms of cost, but when heat-treated, the material is softened and the crystal grains are uneven and coarse to the extent that the degree of sizing cannot be measured. Therefore, the hardness is different depending on the part, there is a case where minute deformation is accompanied, and there is a possibility that the IC operation reliability is lowered, and it is inferior to the Cu-based alloy materials of Examples 1 to 5. Further, the Cu-based alloy material of Comparative Example 3 has excellent thermal conductivity, has a fine crystal grain size, and satisfies the material properties as a heat spreader, but since Zr is used, the raw material cost is low. Since the Zr-O-based oxide has a bad influence on the quality in the casting and hot rolling processes, it is also inferior in the manufacturing cost.

【0037】[0037]

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、熱伝
導性に優れ、組立工程などにおける半導体チップとの接
合信頼性に優れ、且つ安価に製造できるCu基合金を提
供することができ、したがって、ヒートスプレッダに最
適な材料としてCu基合金を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a Cu-based alloy which is excellent in thermal conductivity, is highly reliable in joining with a semiconductor chip in an assembly process and can be manufactured at low cost. Therefore, it is possible to provide the Cu-based alloy as an optimal material for the heat spreader.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例および比較例において作製したヒートス
プレッダの形状を示す図であり、(a)は平面図、
(b)は断面図。
FIG. 1 is a diagram showing a shape of a heat spreader manufactured in Examples and Comparative Examples, in which (a) is a plan view,
(B) is a sectional view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ヒートスプレッダ 12 キャビティ 10 heat spreader 12 cavities

───────────────────────────────────────────────────── 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) C22F 1/00 623 C22F 1/00 630A 630 630C 630Z 650F 650 681 681 682 682 683 683 685Z 685 686A 686 691B 691 691C H01L 23/36 M (72)発明者 智原 邦彦 東京都千代田区丸の内一丁目8番2号 同 和鉱業株式会社内 Fターム(参考) 5F036 BD01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C22F 1/00 623 C22F 1/00 630A 630 630C 630Z 650F 650 681 681 682 682 683 683 685 685Z 685 686A 686A 686 691C H01L 23/36 M (72) Inventor Kunihiko Chihara 1-8-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Dowa Mining Co., Ltd. F-term (reference) 5F036 BD01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 0.2%耐力が100〜200N/mm
であり、熱伝導率が350W/m・K以上であること
を特徴とする、ヒートスプレッダ用銅合金。
1. A 0.2% proof stress is 100 to 200 N / mm.
2. The copper alloy for a heat spreader, which has a thermal conductivity of 350 W / m · K or more.
【請求項2】 加工硬化指数が0.14〜0.18であ
ることを特徴とする、請求項1に記載のヒートスプレッ
ダ用銅合金。
2. The copper alloy for a heat spreader according to claim 1, wherein the work hardening index is 0.14 to 0.18.
【請求項3】 圧延表面板の幅方向の結晶粒径が25μ
m以下であることを特徴とする、請求項1または2に記
載のヒートスプレッダ用銅合金。
3. The grain size in the width direction of the rolled face sheet is 25 μm.
It is m or less, The copper alloy for heat spreaders of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 Fe、Ni、Coのうち少なくとも1種
類以上とPを合計で0.05〜0.3wt%含有し、残
部がCuと不可避成分からなることを特徴とする、請求
項3に記載のヒートスプレッダ用銅合金。
4. The method according to claim 3, wherein at least one of Fe, Ni and Co and P are contained in a total amount of 0.05 to 0.3 wt%, and the balance is Cu and inevitable components. Copper alloy for the heat spreader described.
【請求項5】 断面減少率40%以下の冷間鍛造後に6
00℃で30分間熱処理した後の結晶粒径が25μm以
下であることを特徴とする、請求項3または4に記載の
ヒートスプレッダ用銅合金。
5. After cold forging with a reduction in area of 40% or less, 6
The copper alloy for a heat spreader according to claim 3, wherein the crystal grain size after heat treatment at 00 ° C. for 30 minutes is 25 μm or less.
【請求項6】 断面減少率40%以下の冷間鍛造後に6
00℃で30分間熱処理した後のビッカース硬さがHV
60〜170であることを特徴とする、請求項5に記載
のヒートスプレッダ用銅合金。
6. After cold forging with a cross-section reduction rate of 40% or less, 6
Vickers hardness after heat treatment at 00 ℃ for 30 minutes is HV
It is 60-170, The copper alloy for heat spreaders of Claim 5 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009215570A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Kobe Steel Ltd Copper alloy sheet superior in dicing workability for use in qfn package
JP2011199315A (en) * 2011-06-17 2011-10-06 Dowa Holdings Co Ltd Metal/ceramic bonding substrate
CN105118570A (en) * 2015-08-14 2015-12-02 太仓安托建筑材料有限公司 Copper bar manufacturing process
KR20170125986A (en) 2015-03-23 2017-11-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
KR20170125987A (en) 2015-03-27 2017-11-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
KR20170130514A (en) 2015-03-27 2017-11-28 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
KR20180081609A (en) 2015-12-25 2018-07-16 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate for heat dissipation parts
JP2019009292A (en) * 2017-06-26 2019-01-17 新光電気工業株式会社 Heat sink and manufacturing method of the same and electronic component device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009215570A (en) * 2008-03-07 2009-09-24 Kobe Steel Ltd Copper alloy sheet superior in dicing workability for use in qfn package
JP2011199315A (en) * 2011-06-17 2011-10-06 Dowa Holdings Co Ltd Metal/ceramic bonding substrate
KR20170125986A (en) 2015-03-23 2017-11-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
KR20170125987A (en) 2015-03-27 2017-11-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
KR20170130514A (en) 2015-03-27 2017-11-28 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate and heat dissipation parts for heat dissipation parts
CN105118570A (en) * 2015-08-14 2015-12-02 太仓安托建筑材料有限公司 Copper bar manufacturing process
KR20180081609A (en) 2015-12-25 2018-07-16 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 Copper alloy plate for heat dissipation parts
JP2019009292A (en) * 2017-06-26 2019-01-17 新光電気工業株式会社 Heat sink and manufacturing method of the same and electronic component device

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