JP2008519437A - 改良された熱伝導性を有する耐熱金属基板 - Google Patents
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Abstract
Description
R=一定L/KA
式中、Rは熱抵抗であり、Lは熱流への距離または散布器の厚さであり、Kは熱散布器の熱伝導率であり、Aは面積である。熱抵抗が低いほど、ヒートシンクとしての性能が良好であり、以下のように影響される。
熱流への距離が短く、散布器が薄いほど、性能は良好である。
熱伝導率が高いほど、低い熱抵抗を生じる。
熱が散布できる面積が大きいほど、熱抵抗が少ない。
本発明は、
第1主要表面および第2主要表面および少なくとも部分的に第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を有する、元素周期表のVIB族の金属または他の高い熱伝導性材料を含有するコアプレート、
前記開口の少なくとも一部により包囲される空間の少なくとも一部を充填する、元素周期表のIB族の金属または他の高い熱伝導性材料、
場合により第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に配置された、元素周期表のIB族の金属を有する層
からなる電子包装部品および集積回路部品のための基板に関する。
元素周期表のVIB金属または異方性材料を有するホイルまたはプレートを準備し、
少なくとも部分的にホイルまたはプレートの第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を形成し、
前記開口の少なくとも一部により包囲される空間を元素周期表のIB族金属で充填し、および
場合により第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に元素周期表のIB族金属を有する層を形成する
ことからなる。
図1は本発明によるホールを有するホイルまたはプレートの平面図を示し、
図2は図1のホイルまたはプレートの断面図を示し、
図3は表面が被覆され、ホールが金属で充填された本発明によるホイルまたはプレートの1つの例の断面図を示し、
図4は本発明によるサンドイッチ基板の断面図であり、
図5は本発明により銅が充填され、被覆され、穿孔された二層モリブデン基板の断面の30倍の写真を示す。
実施例または他に示される以外は、明細書および請求の範囲に使用される成分、反応条件等の量に関するすべての数値または表現はすべての場合に約の用語により変動されるものと理解される。
第1主要表面および第2主要表面および少なくとも部分的に第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を有するコアプレート、
前記開口の少なくとも一部により包囲される空間の少なくとも一部を充填する、金属または他の高い熱伝導性材料、および
場合により第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に配置された、金属または他の高い熱伝導性材料を有する層
からなる半導体および集積回路部品に熱散布器として使用できる基板を提供する。
前記層は高い熱伝導性材料を有することができる。これらの材料は典型的に少なくとも200W/M°Kの熱伝導率を有する。適当な高い熱伝導性材料はダイアモンド、合金、複合材料およびナノチューブを含むが、これらに限定されない。
ホイル、プレート、または元素周期表のVIB族金属および/または異方性材料を有するプレートを準備し、
少なくとも部分的にホイルまたはプレートの第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を形成し、
第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に元素周期表のIB族金属を有する層を形成し、
前記開口の少なくとも一部により包囲される空間をIB族金属で少なくとも部分的に充填する
ことからなる。
典型的に使用されるモリブデンは140W/m°Kの熱伝導率(TC)および窒素雰囲気中26℃〜400℃で約5.1PPM/℃の熱膨張率(TCE)を有した。
5ミルホイル
5ミルMoホイルを、全部の表面が覆われた2.8ミルCuホイルの1個の断片を有する炉を通過させた。このホイル厚さはMo表面を覆う付加的な材料を有してホール体積の40%に大体相当した。表面の一部の面積はCuが均一に湿らされない面積を有し、Cuは頭部表面上に約1ミル形成された。一部の試料はこの状況を示したが、他の試料は均一に湿らせた。すべての場合に溶融したCuは完全にホールを充填せず、すべての窪みを完全に充填し、滑らかなCu上塗り層を製造するために電気メッキが必要であった。この変動は取り付け物および毛細管力に起因する。
10ミルMoホイルを、全部の表面が覆われた2.8ミルCuホイルの2つの断片を有する炉を通過させた。このホイルの厚さはMo表面を覆う付加的な材料を有してホール体積の40%に大体相当した。表面の一部の面積はCuが均一に湿らされてない面積を有し、頭部表面上に約1ミル形成された。一部の試料はこの状況を示したが、他の試料は均一に湿らされた。すべての場合に溶融したCuはホールを完全に充填せず、任意の窪みを完全に充填し、滑らかなCu上塗り層を製造するために電気メッキが必要であった。この変動は取り付け物および毛細管力に起因した。
5ミルホイルをNi2ミルでメッキし、付着を促進するために1800°F(982℃)で拡散焼き付けし、Cu湿潤性を改良するために溶融したCuで処理した。
10ミルホイルを2マイクロインチNiでメッキし、Ni被膜がCu湿潤性を改良するのか決定するために1800°F(982℃)で拡散焼き付けした。
5ミルホイル
モリブデン穿孔ホイルの厚さ5ミルの2個の断片を、これらの間に2.8ミルCuホイルを有するグラファイト容器上におよび他方を上に配置した。試料を同じやり方で処理した。Mo表面の湿潤性は優れており、溶融したCuをきわめて均一にストリップの縁部に移動した。表面上のCuの均一な形成が経験されなかった。ストリップ表面の間隙が毛細管通路を生じ、この通路がCuを単一ストリップ試験の場合より均一に移動することが推測される。薄いNi表面層の使用が良好な湿潤性を必要としなかった。NiがMo−CuマトリックスのTCに影響を与えられるのでこれは有利である。
モリブデン穿孔ホイルの厚さ5ミルの2個の断片を、これらの間に1ミルCuホイルおよび頭部表面と底部表面に沿って5ミルCuホイルを有するグラファイト容器上に配置した。試料を同じやり方で処理した。得られた基板の横断面を図5に示されるように30Xで写真撮影した。基板30の写真は頭部モリブデン断片34、底部モリブデン断片35を示し、頭部断片34と底部断片35の間に銅の薄い層36を有する。頭部銅層32および底部銅層33を底部銅充填ホール38および頭部銅充填ホール39により接続する。
モリブデン穿孔ホイルの厚さ10ミルの2個の断片を、これらの間に2.8ミルCuホイルを有するグラファイト容器上におよび他方を上に配置した。この場合にMoストリップは表面を清浄にする水素雰囲気中での炉を通過しなかった。試料を同じやり方で処理した。Mo表面の湿潤性は優れており、溶融したCuがきわめて均一にストリップの縁部に移動した。表面上のCuの均一な形成は経験されなかったが、残留する窪みは使用できるCuの量が減少したので2個の5ミルホイルを使用するよりも深かった。ストリップ表面の間隙が毛細管通路を生じ、この通路がCuを単一ストリップ試験の場合より均一に移動することが推測される。薄いNi表面層の使用が必要でなかった。NiがMo−CuマトリックスのTCに影響を与えられるのでこれは有利である。単一10ミルホイル上の10ミルホイルでの経験された改良の程度は5ミル単一ホイルおよび複数ホイル類似物を使用して経験されるより優れていた。
Claims (64)
- 第1主要表面および第2主要表面および少なくとも部分的に第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を有する、元素周期表のVIB族の金属および/または異方性材料を含有するコアプレート、
前記開口の少なくとも一部により包囲される空間の少なくとも一部を充填する、元素周期表のIB族の金属または他の高い熱伝導性材料、
場合により第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に配置された、元素周期表のIB族の金属または他の高い熱伝導性材料を有する層
からなる電子包装部品および集積回路用基板。 - VIB族金属がモリブデン、タングステン、モリブデンおよびタングステンを含有する合金、モリブデンの合金、タングステンの合金、およびその組合せ物からなる群から選択される請求項1記載の基板。
- IB族金属が銅、銅の合金、銀または銀の合金である請求項1記載の基板。
- 他の高い熱伝導性材料がダイアモンド、合金、複合材料およびナノチューブからなる群から選択される請求項1記載の基板。
- 層が200〜2200W/M°Kの熱伝導率を有する1種以上の材料を含有する請求項1記載の基板。
- 1〜100ミルの厚さを有する請求項1記載の基板。
- 開口の最も長い寸法が1〜25ミルである請求項1記載の基板。
- 開口の直径とプレートの厚さの比が0.75〜1.5である請求項1記載の基板。
- 層の厚さがコアプレートの第1部分の上の0〜10ミルからコアプレートの第2部分の上の5〜50ミルに変動する請求項1記載の基板。
- 第1主要表面の上のコアプレートの厚さと層の厚さの比が1:0.1〜1:2であり、第2主要表面の上のコアプレートの厚さと層の厚さの比が1:0.1〜1:2である請求項1記載の基板。
- 少なくとも50W/M°Kの熱伝導率を有する請求項1記載の基板。
- VIB族金属がモリブデンであり、IB族金属が銅である請求項1記載の基板。
- VIB族金属がタングステンであり、IB族金属が銅である請求項1記載の基板。
- コアプレートが金属であり、50〜200W/M°Kの熱伝導率を有する請求項1記載の基板。
- コアプレートが異方性材料を有し、50〜2200W/M°Kの熱伝導率を有する請求項1記載の基板。
- 層が200〜500W/M°Kの熱伝導率を有する請求項1記載の基板。
- コアプレート中の開口が円形、正方形、長方形、六角形、八角形およびその組合せから選択される形状を有する請求項1記載の基板。
- コアプレート中の開口が砂時計タイプの形、円錐形、直線の側面を有する形およびその組合せからなる群から選択される横断面の形を有する請求項1記載の基板。
- コアプレート中の開口がコアプレートの体積の5〜90%を有する請求項1記載の基板。
- 基板の熱膨張率(TCE)が混合物の状態により予想される熱膨張率より少ない請求項1記載の基板。
- 請求項1記載の基板および1種以上の半導体部品を有する電子包装部品。
- 電子包装部品がワイヤレス通信装置、光ファイバーレーザー、電力発生半導体、抵抗器、光電装置からなる群から選択される請求項21記載の電子包装部品。
- ホイル、プレート、または元素周期表のVIB族金属および/または異方性材料を有するプレートを準備し、
少なくとも部分的にホイルまたはプレートの第1主要表面から第2主要表面に延びる複数の開口を形成し、
開口の少なくとも一部により包囲される空間を元素周期表のIB族金属または他の高い熱伝導性材料で充填し、および
場合により第1主要表面の少なくとも一部および第2主要表面の少なくとも一部の上に元素周期表のIB族金属または他の高い熱伝導性材料を有する層を形成する
ことからなる半導体および集積回路部品用基板を製造する方法。 - VIB族金属がモリブデン、タングステン、モリブデンおよびタングステンを含有する合金、モリブデンの合金、タングステンの合金、およびその組合せからなる群から選択される請求項23記載の方法。
- IB族金属が銅または銀である請求項23記載の方法。
- 他の高い熱伝導性材料がダイアモンド、合金、複合材料およびナノチューブからなる群から選択される請求項23記載の方法。
- 層が200〜2200W/M°Kの熱伝導率を有する1種以上の材料を有する請求項23記載の方法。
- 基板が1〜50ミルの厚さを有する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレートの厚さがホイルまたはプレートの第1部分の1〜10ミルからホイルまたはプレートの第2部分の10〜50ミルに変動する請求項23記載の方法。
- 開口の最も長い寸法が1〜40ミルである請求項23記載の方法。
- 開口の直径とプレートの厚さの比が0.75〜1.5である請求項23記載の方法。
- 層の厚さがホイルまたはプレートの第1部分の上の0〜10ミルからホイルまたはプレートの第2部分の上の5〜50ミルに変動する請求項23記載の方法。
- 第1主要表面の上のホイルまたはプレートの厚さと層の厚さの比が1:0.1〜1:2であり、第2主要表面の上のホイルまたはプレートの厚さと層の厚さの比が1:0.1〜1:2である請求項23記載の方法。
- 基板が少なくとも50W/M°Kの熱伝導率を有する請求項23記載の方法。
- VIB族金属がモリブデンであり、IB族金属が銅である請求項23記載の方法。
- VIB族金属がタングステンであり、IB族金属が銅である請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレートが金属であり、50〜200W/M°Kの熱伝導率を有する請求項23記載の方法。
- コアプレートが異方性材料を有し、50〜2200W/M°Kの熱伝導率を有する請求項23記載の方法。
- 層が200〜500W/M°Kの熱伝導率を有する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレート中の開口が円形、正方形、長方形、六角形および八角形から選択される形状を有する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレート中の開口が砂時計、円錐形、直線の側面を有する形またはその組合せからなる群から選択される横断面の形を有する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレート中の開口がホイルまたはプレートの体積の5〜90%を有する請求項23記載の方法。
- エッチング、打ち抜き、穿孔、レーザー穿孔、化学的粉砕、およびその組合せからなる群から選択される方法によりホイルまたはプレート中に開口を形成する請求項23記載の方法。
- 溶融、熱噴射、粉末溶融、電気メッキ、溶融および電気メッキ、スパッタリング、選択的メッキ、浸透、注型、圧縮注型、およびその組合せからなる群から選択される方法を使用して層を形成する請求項23記載の方法。
- 層がNi層0.001〜1質量%を有する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレートの表面の上にIB族金属の2個以上のストリップを配置し、IB族金属の溶融温度に加熱して開口の少なくとも一部により包囲される空間を充填し、層を形成する請求項23記載の方法。
- ホイルまたはプレートにIB族金属を添加する前に処理工程および応力緩和工程を終了する請求項23記載の方法。
- 更に最終的還元工程を有する請求項23記載の方法。
- 請求項23記載の方法により製造される基板。
- 請求項49記載の基板および1個以上の半導体部品を有する電子包装部品。
- 電子包装部品がワイヤレス通信装置、光ファイバーレーザー、電力発生半導体、抵抗器、および光電装置からなる群から選択される請求項50記載の電子包装部品。
- 基板が気密構造体である請求項1記載の電子包装部品および集積回路部品用基板。
- 他方の上に一方が配置される請求項1記載の2個以上の基板を有するスタック基板。
- 2ミル〜1000ミルの厚さを有する請求項53記載のスタック基板。
- VIB族金属がモリブデン、タングステン、モリブデンおよびタングステンを含有する合金、モリブデンの合金、タングステンの合金、およびその組合せ物からなる群から選択される請求項53記載のスタック基板。
- IB族金属が銅、銅の合金、銀または銀の合金である請求項53記載のスタック基板。
- 第1基板層と第2基板層の間に毛細管通路を有する請求項53記載のスタック基板。
- 開口の直径とスタック基板の厚さの比が0.75より小さい請求項53記載のスタック基板。
- 第2基板に取り付けられる請求項1記載の基板を有する組合せ基板。
- 第2基板がスチール、アルミニウム、銅、セラミック基板およびその組合せからなる群から選択される請求項59記載の組合せ基板。
- 請求項59記載の組合せ基板を有するスパッタリングターゲット用受け板。
- 第2基板に取り付けられる請求項53記載のスタック基板を有する組合せ基板。
- 第2基板がスチール、アルミニウム、銅、セラミック基板およびその組合せ物からなる群から選択される請求項62記載の組合せ基板。
- 請求項62記載の組合せ基板を有するスパッタリングターゲット用受け板。
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