JP2011054793A - Heat spreader, and method of manufacturing the same - Google Patents

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千尋 河合
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-quality heat spreader simplified in a process, and reduced in processing cost; and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: This heat spreader 10 includes: a metal matrix composite material layer 12 for dissipating heat of the inside of a semiconductor element 3; and a metal material layer 11 arranged to cover a surface other than a surface in contact with the semiconductor element 3 out of the metal matrix composite material layer 12. In the metal matrix composite material layer 12, particles of a thermally-conductive material having a thermal conductivity of ≥200 W/mK are dispersed in particles of a metal material constituting the metal material layer 11. This method of manufacturing the heat spreader 10 includes processes of: processing a region at a predetermined depth from a part of one main surface of a metal material member; supplying the thermally-conductive layer into the region; and agitating the thermally-conductive material into the metal material member to form the metal matrix composite material layer 12 by rotating a rotation member in the state where the rotation member is brought into contact with the thermally-conductive material. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ヒートスプレッダおよびヒートスプレッダの製造方法に関するものであり、より特定的には、半導体装置の放熱に用いられるヒートスプレッダおよびヒートスプレッダの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a heat spreader and a method for manufacturing the heat spreader, and more particularly to a heat spreader used for heat dissipation of a semiconductor device and a method for manufacturing the heat spreader.

パーソナルコンピュータやモバイル電子機器の高機能化、高密度実装化に伴い、CPU、GPU、チップセット、メモリーチップ等の発熱部品の単位面積あたりの発熱量が飛躍的に増大しており、放熱装置の高性能化が求められている。これは半導体素子(半導体装置)は、構成する半導体材料固有の作動上限温度が定まっており、その温度以上では素子が破壊してしまう。つまり、放熱が不十分な状態では著しく寿命低下をきたす。このため、半導体装置に用いる放熱装置が高効率に放熱することが要求される。   As personal computers and mobile electronic devices have higher functionality and higher density mounting, the heat generation per unit area of heat generating parts such as CPU, GPU, chipset, and memory chip has increased dramatically. High performance is required. This is because the semiconductor element (semiconductor device) has an operating upper limit temperature specific to the semiconductor material to be configured, and the element is destroyed above that temperature. That is, when the heat radiation is insufficient, the life is significantly reduced. For this reason, it is requested | required that the thermal radiation apparatus used for a semiconductor device thermally radiates with high efficiency.

通常自然対流や電動送風装置を用いた強制対流をもちいて放熱をはかるが、原理的に単位面積あたりの放熱量には冷却方式固有の上限がある。このため一般に、大量の熱を放熱するためには、放熱する面積を拡大するヒートスプレッダと称する放熱装置が用いられている。具体的には半導体装置の放熱面に、半導体素子の主表面よりも主表面の面積の大きいAlやCuなどの金属をベースとする複合材料、例えばAl-SiC複合材料やCu-ダイヤモンド複合材料など、半導体素子を構成する半導体材料と熱膨張係数の近い、放熱性に優れた材料との複合材料を接触させる。このようにしてヒートスプレッダは、半導体装置の熱を吸い上げると共に放熱材料の面内方向にも広げる。なおここで主表面とは、最も面積の大きい主要な面をいう。   Normally, natural convection or forced convection using an electric blower is used to radiate heat, but in principle, the amount of heat radiated per unit area has an upper limit specific to the cooling method. Therefore, in general, in order to dissipate a large amount of heat, a heat dissipating device called a heat spreader that expands the heat dissipating area is used. Specifically, a composite material based on a metal such as Al or Cu having a larger surface area than the main surface of the semiconductor element, such as an Al-SiC composite material or a Cu-diamond composite material, on the heat dissipation surface of the semiconductor device A composite material of a semiconductor material constituting the semiconductor element and a material having a close thermal expansion coefficient and excellent in heat dissipation is brought into contact. In this way, the heat spreader sucks up the heat of the semiconductor device and spreads it in the in-plane direction of the heat dissipation material. Here, the main surface means a main surface having the largest area.

このようにヒートスプレッダにより、半導体装置が発熱する熱を放熱させる領域を広げることができるため、ヒートスプレッダを構成する各領域の発熱量を小さくすることができる。さらには、ヒートスプレッダの熱をAlやCuなどの金属材料で形成された冷却材、例えばヒートシンクに伝えて放熱する方法がとられることもある。   As described above, the heat spreader can widen a region where the heat generated by the semiconductor device is dissipated, so that the amount of heat generated in each region constituting the heat spreader can be reduced. Furthermore, a method may be used in which heat of the heat spreader is transferred to a cooling material formed of a metal material such as Al or Cu, for example, a heat sink to dissipate heat.

このことをよりわかりやすく説明するために、以下の図14は、従来から用いられるヒートスプレッダやヒートシンクの態様を示す概略断面図である。図14に示すように、ヒートシンク1の一方の主表面上にヒートスプレッダ2、ヒートスプレッダ2の一方の主表面上に半導体素子3が配置されている。つまり発熱部品である半導体装置としての半導体素子3と接触するようにヒートスプレッダ2が配置されている。図14における左右方向の幅は、半導体素子3やヒートスプレッダ2の一の主表面の大きさを示すが、図14に示すように、ヒートスプレッダ2のうち半導体素子3と接触する主表面の大きさは、半導体素子3のうちヒートスプレッダ2と接触する主表面の大きさよりも大きい。このように半導体素子3よりも表面積の大きいヒートスプレッダ2を用いることにより、半導体素子3の熱を放熱させる領域を広げることができる。このため、ヒートスプレッダ2を構成する各領域の発熱量を小さくすることができる。さらにヒートスプレッダ2の熱を冷却したり放熱したりするためのヒートシンク1に伝えて放熱することができる。   In order to explain this more easily, FIG. 14 below is a schematic cross-sectional view showing an aspect of a heat spreader and a heat sink that are conventionally used. As shown in FIG. 14, the heat spreader 2 is disposed on one main surface of the heat sink 1, and the semiconductor element 3 is disposed on one main surface of the heat spreader 2. That is, the heat spreader 2 is arranged so as to come into contact with the semiconductor element 3 as a semiconductor device which is a heat generating component. The width in the left-right direction in FIG. 14 indicates the size of one main surface of the semiconductor element 3 or the heat spreader 2. As shown in FIG. 14, the size of the main surface of the heat spreader 2 that contacts the semiconductor element 3 is The size of the main surface of the semiconductor element 3 that contacts the heat spreader 2 is larger. As described above, by using the heat spreader 2 having a surface area larger than that of the semiconductor element 3, it is possible to widen a region where the heat of the semiconductor element 3 is radiated. For this reason, the emitted-heat amount of each area | region which comprises the heat spreader 2 can be made small. Furthermore, the heat of the heat spreader 2 can be transmitted to the heat sink 1 for cooling or dissipating heat to dissipate heat.

ここで、半導体素子3と熱膨張係数の近いヒートスプレッダ2とすることが好ましいのは、半導体素子3とヒートシンク1を構成する金属材料製の冷却材との間には熱膨張係数に大きな差があるためである。つまり、ヒートスプレッダ2の一方の主表面上に半導体素子3をそのまま積層すると、温度サイクル下で両者の界面に熱応力が発生し、半導体素子3に歪みが発生してデバイスが安定動作しなかったり、または、最悪の場合は、界面でのクラックの発生や剥離、半導体素子3の破壊に至る場合もある。このため、ヒートシンク1を構成する金属と、半導体素子3を構成する半導体材料との熱膨張係数の中間の熱膨張係数を持つヒートスプレッダ2を介在させるのである。   Here, it is preferable to use the heat spreader 2 having a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor element 3. There is a large difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element 3 and the coolant made of the metal material constituting the heat sink 1. Because. That is, if the semiconductor element 3 is laminated as it is on one main surface of the heat spreader 2, thermal stress is generated at the interface between the two under a temperature cycle, the semiconductor element 3 is distorted, and the device does not operate stably. Or, in the worst case, cracks may be generated or peeled off at the interface, or the semiconductor element 3 may be destroyed. For this reason, the heat spreader 2 having a thermal expansion coefficient intermediate between the thermal expansion coefficients of the metal constituting the heat sink 1 and the semiconductor material constituting the semiconductor element 3 is interposed.

これらのヒートスプレッダ2は粒子分散型の組織を持つ場合が多く、その熱膨張係数は、当該ヒートスプレッダを構成する複合材料中に含有される熱伝導率の高い粒子の体積含有率で決まる。そこで、半導体素子3とヒートシンク1それぞれの熱膨張係数の中間の適度な値になるように組成が調整されて製造される。これらのヒートスプレッダ2は、半導体素子3、またはヒートシンク1と、ろう付けやAu−Snメッキを介して接合される。   These heat spreaders 2 often have a particle-dispersed structure, and the thermal expansion coefficient is determined by the volume content of particles having high thermal conductivity contained in the composite material constituting the heat spreader. Therefore, the composition is adjusted and manufactured so as to have an appropriate value between the thermal expansion coefficients of the semiconductor element 3 and the heat sink 1. These heat spreaders 2 are joined to the semiconductor element 3 or the heat sink 1 through brazing or Au—Sn plating.

このように半導体材料と金属材料との熱膨張係数の中間の適度な値となるように組成が調整されたヒートスプレッダは、たとえば熱伝導性に優れた材料の粒子(熱伝導性粒子)を金属材料と混合したものを焼結することにより形成される。あるいは特開2006−108317号公報(特許文献1)に開示されているように、熱伝導性粒子をAlやCuなどの金属材料が溶融された溶湯中に添加して混合したものを圧延加工やプレス加工などにより、所望形状のヒートスプレッダを形成することもできる。   In this way, the heat spreader whose composition is adjusted so as to have an intermediate value between the thermal expansion coefficients of the semiconductor material and the metal material, for example, the particles of the material having excellent thermal conductivity (thermally conductive particles) are converted into the metal material. It is formed by sintering the mixture. Alternatively, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-108317 (Patent Document 1), a material obtained by adding and mixing thermally conductive particles into a molten metal in which a metal material such as Al or Cu is melted is rolled. A heat spreader having a desired shape can be formed by press working or the like.

特開2006−108317号公報JP 2006-108317 A

しかしながら、上述した焼結や成形によるヒートスプレッダの製造方法は、いずれも複雑なプロセスを有するために加工コストが高くなる。また、上述したいずれの製造方法を用いた場合においても、形成されたヒートスプレッダの実使用においては、形成されたヒートスプレッダとヒートシンクとを接合するプロセスを行なう必要がある。このため、さらに加工コストが高くなるという問題がある。   However, since the above-described methods for manufacturing a heat spreader by sintering or molding all have complicated processes, the processing cost is high. In addition, in any of the manufacturing methods described above, it is necessary to perform a process of joining the formed heat spreader and the heat sink in actual use of the formed heat spreader. For this reason, there exists a problem that processing cost becomes still higher.

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、プロセスが簡略化され、加工コストが低減された高品質なヒートスプレッダ、および当該ヒートスプレッダの製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-quality heat spreader in which the process is simplified and the processing cost is reduced, and a method for manufacturing the heat spreader.

本発明に係るヒートスプレッダは、発熱部品と接触させることにより発熱部品の内部の熱を放熱する金属基複合材料層と、金属基複合材料層のうち、発熱部品と接触する表面以外の表面を覆うように配置される金属材料層とを備えるヒートスプレッダである。上記金属基複合材料層は、熱伝導率が200W/mK以上である熱伝導性材料の粒子が、上記金属材料層を構成する金属材料の粒子中に分散されている。   The heat spreader according to the present invention covers a surface of the metal matrix composite material layer that dissipates heat inside the heat generating component by contacting with the heat generating component, and a surface other than the surface that contacts the heat generating component of the metal matrix composite material layer. It is a heat spreader provided with the metal material layer arrange | positioned in. In the metal matrix composite material layer, heat conductive material particles having a thermal conductivity of 200 W / mK or more are dispersed in metal material particles constituting the metal material layer.

上述したようなヒートスプレッダの、発熱部品と接触して放熱する金属基複合材料層は、半導体素子を構成する半導体材料との熱膨張係数の整合性が高い。また当該金属基複合材料層の表面を覆うように配置されているため、上記金属基複合材料層は熱の伝達する範囲を広げる。つまり上記金属基複合材料層は、従来から用いられるヒートスプレッダの役割を有する。さらに上記金属基複合材料層の表面を覆う金属材料層は熱伝導性が高い。このため当該金属材料層は、従来から用いられるヒートシンクの役割を有する。このように上記ヒートスプレッダは、1台で従来から用いられるヒートスプレッダとヒートシンクとの両方の役割を備える。したがって当該ヒートスプレッダを実使用する際に、改めてヒートシンクを接合する必要はない。   The metal matrix composite material layer that dissipates heat in contact with the heat-generating component of the heat spreader as described above has high consistency in thermal expansion coefficient with the semiconductor material constituting the semiconductor element. Moreover, since it arrange | positions so that the surface of the said metal matrix composite material layer may be covered, the said metal matrix composite material layer expands the range which heat transmits. That is, the metal matrix composite material layer has a role of a heat spreader used conventionally. Further, the metal material layer covering the surface of the metal matrix composite material layer has high thermal conductivity. For this reason, the said metal material layer has a role of the heat sink conventionally used. As described above, the heat spreader has both functions of a heat spreader and a heat sink that are conventionally used in a single unit. Therefore, when the heat spreader is actually used, it is not necessary to join the heat sink again.

以上の特性を備えるヒートスプレッダは、後述する本発明に係るヒートスプレッダの製造方法を用いることにより、少ないプロセス数で形成することができる。したがって、金属基複合材料層の一方の主表面上に接触させた、半導体素子などの発熱部品との接触部近傍における熱応力による破壊などの不具合を抑制することができるヒートスプレッダが、少ないプロセス数で形成される。つまり高品質のヒートスプレッダが安価で提供される。   A heat spreader having the above characteristics can be formed with a small number of processes by using the heat spreader manufacturing method according to the present invention described later. Therefore, a heat spreader that can suppress defects such as breakage due to thermal stress in the vicinity of a contact portion with a heat-generating component such as a semiconductor element that is in contact with one main surface of the metal matrix composite material layer can be achieved with a small number of processes. It is formed. That is, a high-quality heat spreader is provided at a low cost.

上述した本発明に係るヒートスプレッダにおいて、上記熱伝導性材料は、SiC、Si、BN、AlN、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、炭素繊維からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。上述した材質からなる熱伝導性材料の粒子が金属材料層を構成する金属材料の粒子中に分散されることにより、半導体材料との熱膨張係数の整合性が高い金属基複合材料層が容易に形成される。 In the heat spreader according to the present invention described above, it is preferable that the thermally conductive material includes at least one selected from the group consisting of SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, diamond, carbon nanotube, and carbon fiber. By disperse | distributing the particle | grains of the heat conductive material which consists of the material mentioned above in the particle | grains of the metal material which comprises a metal material layer, a metal matrix composite material layer with high consistency of a thermal expansion coefficient with a semiconductor material is easy. It is formed.

上述した本発明に係るヒートスプレッダにおいて、上記金属材料層を構成する金属材料はAl、Cuからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。Al(アルミニウム)やCu(銅)は加工性やろう付け性、めっき性に優れている。また熱伝導率が高い金属材料である。したがって、当該金属材料層をヒートシンクの役割を有する部分として利用することができる。   In the heat spreader according to the present invention described above, the metal material constituting the metal material layer preferably includes at least one selected from the group consisting of Al and Cu. Al (aluminum) and Cu (copper) are excellent in workability, brazing properties, and plating properties. Moreover, it is a metal material with high thermal conductivity. Therefore, the metal material layer can be used as a portion having a role of a heat sink.

ここでの発熱部品は、上述したようにたとえば半導体材料からなる半導体素子(半導体装置)である。この場合において、発熱部品と金属基複合材料層との熱膨張係数の差は9×10−6/K以下であることが好ましく、6×10−6/K以下であることがさらに好ましい。具体的には、半導体材料はSi、InP、GaAs、GaN、AlNからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。上述した熱伝導性材料や金属材料を用いて形成された金属基複合材料層に、上述した半導体材料からなる半導体素子(半導体装置)を接合すれば、両者を構成する材料間の熱膨張係数の差を9×10−6/K以下とすることができる。したがって、互いに接合された両者の間に加わる熱応力を緩和させることにより、半導体素子の誤作動を抑制し、熱応力破壊などの不具合を抑制することができる。 Here, the heat generating component is, for example, a semiconductor element (semiconductor device) made of a semiconductor material as described above. In this case, the difference in thermal expansion coefficient between the heat-generating component and the metal matrix composite material layer is preferably 9 × 10 −6 / K or less, and more preferably 6 × 10 −6 / K or less. Specifically, the semiconductor material preferably contains at least one selected from the group consisting of Si, InP, GaAs, GaN, and AlN. If a semiconductor element (semiconductor device) made of the above-described semiconductor material is bonded to the metal matrix composite material layer formed using the above-described heat conductive material or metal material, the coefficient of thermal expansion between the materials constituting both of them can be obtained. The difference can be 9 × 10 −6 / K or less. Therefore, by relieving the thermal stress applied between the two bonded together, malfunction of the semiconductor element can be suppressed, and problems such as thermal stress breakdown can be suppressed.

上述した本発明に係るヒートスプレッダにおいては、金属基複合材料層の熱伝導率が250W/mK以上であることが好ましい。このようにすれば、金属基複合材料層を従来から用いられるヒートスプレッダとして十分に機能させることができる。   In the heat spreader according to the present invention described above, the metal matrix composite material layer preferably has a thermal conductivity of 250 W / mK or more. In this way, the metal matrix composite material layer can sufficiently function as a conventionally used heat spreader.

以上に述べた本発明に係るヒートスプレッダの製造方法は、金属材料部材の一方の主表面上の一部から所定の深さの領域を加工する工程と、上記領域内に熱伝導性材料を供給する工程と、上記熱伝導性材料に回転部材を当接させた状態で上記回転部材を回転させることにより上記熱伝導性材料を上記金属材料部材の内部に攪拌させて金属基複合材料層を形成する工程とを備える。   The manufacturing method of the heat spreader according to the present invention described above includes a step of processing a region having a predetermined depth from a part on one main surface of a metal material member, and supplying a heat conductive material into the region. A step of rotating the rotating member in a state where the rotating member is in contact with the heat conductive material to stir the heat conductive material inside the metal material member to form a metal matrix composite material layer; A process.

金属材料部材は、上記ヒートスプレッダの金属材料層を形成するための部材であり、金属材料層と同様にたとえばAl、Cuからなる群から選択される少なくとも1種を含む材料により構成される。金属材料部材の一方の主表面上の一部から所定の深さの領域に対してたとえば切削工具を用いた研磨による除去加工を行なう。そして除去加工により形成される溝(ギャップ)の内部を充填するように、熱伝導性材料を充填する。この熱伝導性材料は熱伝導率が200W/mK以上であることが好ましい。そして当該熱伝導性材料を攪拌し、熱伝導性材料が金属材料部材と混合された金属基複合材料層が形成されるようにする。   The metal material member is a member for forming the metal material layer of the heat spreader, and is made of a material containing at least one selected from the group consisting of, for example, Al and Cu similarly to the metal material layer. For example, a removal process by polishing using a cutting tool is performed on a region having a predetermined depth from a part on one main surface of the metal material member. And it fills with a heat conductive material so that the inside of the groove | channel (gap) formed by removal processing may be filled. This thermal conductive material preferably has a thermal conductivity of 200 W / mK or more. Then, the thermally conductive material is stirred so that a metal matrix composite material layer in which the thermally conductive material is mixed with the metal material member is formed.

このように熱伝導性材料を金属材料部材で攪拌させることにより混合させれば、焼結や成形などの煩雑な工程を経ることなく容易に、ヒートスプレッダの役割を有する金属基複合材料層を形成することができる。また金属基複合材料層を構成するための熱伝導性材料を適切に選択すれば、半導体材料との接触時における熱応力を緩和させることができるため、半導体素子の誤作動や、半導体素子と金属基複合材料層との接合された部分における熱応力破壊などの発生を抑制することができる。さらに、熱伝導性材料の攪拌により形成される金属材料層を構成するための金属材料を適切に選択すれば、ヒートシンクとしての役割を有する高品質な金属材料層が形成される。   In this way, if the heat conductive material is mixed by stirring with a metal material member, a metal matrix composite material layer having the role of a heat spreader can be easily formed without complicated processes such as sintering and molding. be able to. In addition, if the heat conductive material for forming the metal matrix composite material layer is appropriately selected, the thermal stress at the time of contact with the semiconductor material can be reduced. Generation | occurrence | production of the thermal-stress fracture etc. in the part joined with the base composite material layer can be suppressed. Furthermore, if a metal material for constituting the metal material layer formed by stirring the heat conductive material is appropriately selected, a high-quality metal material layer having a role as a heat sink is formed.

上述した本発明に係るヒートスプレッダの製造方法において、金属基複合材料層を形成するために供給する熱伝導性材料の粒子の平均粒径は0.1μm以上5μm以下であることが好ましい。ここで熱伝導性材料の粒子の平均粒径とは、当該粒子を球形であると近似した場合における、個々の当該球形の直径の平均値である。熱伝導性材料の粒子の平均粒径を上述した範囲内とすることにより、熱伝導性に優れた高品質な金属基複合材料層を、短いタクトタイムで形成することができる。つまり、熱伝導性に優れ、高効率に放熱することができる高品質な金属基複合材料層を、低コストで形成することができる。   In the above-described heat spreader manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the average particle diameter of the heat conductive material particles supplied to form the metal matrix composite material layer is 0.1 μm or more and 5 μm or less. Here, the average particle diameter of the particles of the heat conductive material is an average value of the diameters of the individual spheres when the particles are approximated to be spheres. By setting the average particle size of the particles of the heat conductive material within the above-described range, a high-quality metal matrix composite material layer having excellent heat conductivity can be formed with a short tact time. That is, a high-quality metal-based composite material layer that is excellent in thermal conductivity and can dissipate heat with high efficiency can be formed at low cost.

本発明によれば、焼結や成形などの煩雑な工程を経ることなく容易に、つまり低コストで、発熱部品である半導体素子や、ヒートシンクとしての役割を有する金属材料層との熱応力が緩和され、熱伝導性に優れ、高効率に放熱することができる高品質なヒートスプレッダが形成される。   According to the present invention, thermal stress between a semiconductor element that is a heat-generating component and a metal material layer that serves as a heat sink can be easily reduced without complicated processes such as sintering and molding, that is, at low cost. Thus, a high-quality heat spreader that is excellent in thermal conductivity and can dissipate heat with high efficiency is formed.

本実施の形態に係るヒートスプレッダの構成、および当該ヒートスプレッダに接触するように発熱部品が載置された態様を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the aspect of the structure of the heat spreader which concerns on this Embodiment, and the heat-emitting component mounted so that the said heat spreader may be contacted. 本実施の形態に係るヒートスプレッダの製造方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the manufacturing method of the heat spreader which concerns on this Embodiment. 図2の工程(S10)および工程(S20)を説明する概略図である。It is the schematic explaining the process (S10) and process (S20) of FIG. 図2の工程(S30)を説明する概略図である。It is the schematic explaining the process (S30) of FIG. 図2の工程(S40)を説明する概略図である。It is the schematic explaining the process (S40) of FIG. 図5の回転ツールの態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect of the rotation tool of FIG. 図2の工程(S40)を説明する概略図である。It is the schematic explaining the process (S40) of FIG. 図2の工程(S30)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S30) of FIG. 図2の工程(S40)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S40) of FIG. 図2の工程(S30)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S30) of FIG. 図2の工程(S40)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S40) of FIG. 図2の工程(S30)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S30) of FIG. 図2の工程(S40)を行なった後の、図4とは異なるギャップ4を形成した主表面の態様を説明する概略図である。It is the schematic explaining the aspect of the main surface which formed the gap 4 different from FIG. 4 after performing the process (S40) of FIG. 従来から用いられるヒートスプレッダやヒートシンクの態様を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the aspect of the heat spreader and heat sink which are used conventionally.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態)
図1に示すように、本発明の実施の形態に係るヒートスプレッダ10は、金属材料層11と、金属基複合材料層12とから構成される。金属基複合材料層12の一方の主表面上には半導体素子3などの発熱部品が載置される。また金属材料層11は、金属基複合材料層12のうち、発熱部品である半導体素子3と接触する表面(具体的には図1における上側の表面)以外の表面を覆うように配置されている。逆に言えば、本実施の形態に係るヒートスプレッダ10は、金属材料層11と、金属材料層11の一方の主表面の一部の領域から所定の深さの領域に設けた溝(ギャップ)を埋めるように配置された金属基複合材料層12とから構成される。つまりここで、金属基複合材料層12を形成するために金属材料層11が一部除去された領域とは、半導体素子3などの発熱部品を載置するための領域である。
(Embodiment)
As shown in FIG. 1, a heat spreader 10 according to an embodiment of the present invention includes a metal material layer 11 and a metal matrix composite material layer 12. A heat-generating component such as the semiconductor element 3 is placed on one main surface of the metal matrix composite material layer 12. Further, the metal material layer 11 is disposed so as to cover the surface other than the surface (specifically, the upper surface in FIG. 1) of the metal matrix composite material layer 12 that is in contact with the semiconductor element 3 that is a heat-generating component. . In other words, the heat spreader 10 according to the present embodiment includes a metal material layer 11 and a groove (gap) provided in a region having a predetermined depth from a partial region of one main surface of the metal material layer 11. It is comprised from the metal matrix composite material layer 12 arrange | positioned so that it may fill. That is, here, the region where the metal material layer 11 is partially removed to form the metal matrix composite material layer 12 is a region for placing a heat-generating component such as the semiconductor element 3.

なお、図1のヒートスプレッダ10は、金属基複合材料層12のうち半導体素子3が接触する一の主表面(上側の主表面)を除くすべての表面が金属材料層11で覆われた構成となっている。このような構成とすることにより、金属材料層11の表面積は半導体素子3の表面積よりも大きくなる。つまりこのように半導体素子3よりも表面積の大きい金属材料層11を用いることにより、半導体素子3の熱を放熱させる領域を広げることができる。また金属材料層11は半導体素子3よりも体積が大きいため、金属材料層11を構成する各領域の発熱量を小さくすることができる。しかしたとえば金属基複合材料層12の上側の主表面以外の、たとえば左右側面の一部についても金属材料層11に覆われずに露出した状態となっていてもよい。   The heat spreader 10 of FIG. 1 has a configuration in which all surfaces of the metal matrix composite material layer 12 except the one main surface (upper main surface) with which the semiconductor element 3 contacts are covered with the metal material layer 11. ing. With such a configuration, the surface area of the metal material layer 11 is larger than the surface area of the semiconductor element 3. That is, by using the metal material layer 11 having a surface area larger than that of the semiconductor element 3 as described above, it is possible to widen a region for radiating heat of the semiconductor element 3. In addition, since the metal material layer 11 has a volume larger than that of the semiconductor element 3, the amount of heat generated in each region constituting the metal material layer 11 can be reduced. However, for example, part of the left and right side surfaces other than the main surface on the upper side of the metal matrix composite material layer 12 may be exposed without being covered with the metal material layer 11.

金属基複合材料層12は、後述するようにたとえばSiC(炭化珪素)、Si(窒化珪素)、BN(窒化ホウ素)、AlN(窒化アルミニウム)、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、炭素繊維からなる群から選択される少なくとも1種を含む材料の粒子が、金属材料層11を構成するAlやCuを含む金属材料の粒子中に分散された構成となっている。このように金属基複合材料層12は、AlやCuなどの金属材料中にSiCなどの半導体材料やダイヤモンドなどの絶縁体材料が混合された複合材料である。 As will be described later, the metal matrix composite material layer 12 is a group consisting of, for example, SiC (silicon carbide), Si 3 N 4 (silicon nitride), BN (boron nitride), AlN (aluminum nitride), diamond, carbon nanotube, and carbon fiber. The particles of the material containing at least one kind selected from the above are dispersed in the particles of the metal material containing Al or Cu constituting the metal material layer 11. Thus, the metal matrix composite material layer 12 is a composite material in which a semiconductor material such as SiC and an insulator material such as diamond are mixed in a metal material such as Al or Cu.

また半導体素子3は、金属基複合材料層12と接触するように配置されている。したがって、これらが接合されたときの両者の熱膨張係数の差に基づく熱応力が小さくなることが好ましい。つまり半導体素子3を構成する半導体材料は、金属基複合材料層12を構成する材料との熱膨張係数の差が9×10−6/K以下であることが好ましく、当該熱膨張係数の差は6×10−6/K以下であることがより好ましい。このようにすれば、半導体素子3は、金属基複合材料層12と接合された領域において、熱応力破壊などが発生することを抑制することができる。また、半導体素子3が誤作動するなどの不具合を抑制することもできる。そのためには具体的には、半導体素子3を構成する主構成材料としてSi(シリコン)、InP(インジウムリン)、GaAs(ガリウム砒素)、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニウム)からなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。 The semiconductor element 3 is disposed so as to be in contact with the metal matrix composite material layer 12. Therefore, it is preferable that the thermal stress based on the difference in thermal expansion coefficient between the two when they are joined is small. In other words, the semiconductor material constituting the semiconductor element 3 preferably has a difference in thermal expansion coefficient of 9 × 10 −6 / K or less from the material constituting the metal matrix composite material layer 12. More preferably, it is 6 × 10 −6 / K or less. In this way, the semiconductor element 3 can suppress the occurrence of thermal stress breakdown or the like in the region bonded to the metal matrix composite material layer 12. In addition, problems such as malfunction of the semiconductor element 3 can be suppressed. For this purpose, specifically, the main constituent material constituting the semiconductor element 3 is selected from the group consisting of Si (silicon), InP (indium phosphide), GaAs (gallium arsenide), GaN (gallium nitride), and AlN (aluminum nitride). It is preferable to include at least one selected.

このような構成からなるヒートスプレッダ10においては、金属基複合材料層12がたとえば図14に示す従来から用いられるヒートスプレッダ2の役割を有し、金属材料層11が図14におけるヒートシンク1の役割を有する。つまり、図1における半導体素子3が載置された、ヒートスプレッダ10の一構成要素である金属基複合材料層12は、ヒートスプレッダ2と同様に、例えばAl-SiC複合材料やCu-ダイヤモンド複合材料など、半導体素子を構成する半導体材料と熱膨張係数の近い、放熱性に優れた材料との複合材料である。そして金属基複合材料層12は、ヒートスプレッダ2と同様に、半導体素子3の持つ熱を、半導体素子3よりも主表面の面積が大きい(つまり熱容量の大きい)金属材料層11へ伝播する橋渡しを行なう。このように熱を高効率に金属材料層11へ伝播させるために、金属基複合材料層12は一方向を除いて金属材料層11に囲まれた構成となっている。したがって図1における金属基複合材料層12は、図14におけるヒートスプレッダ2に相当し、図1における金属材料層11は、図14におけるヒートシンク1に相当する。   In the heat spreader 10 having such a configuration, the metal matrix composite material layer 12 has the role of the heat spreader 2 conventionally used as shown in FIG. 14, for example, and the metal material layer 11 has the role of the heat sink 1 in FIG. That is, the metal-based composite material layer 12 that is one component of the heat spreader 10 on which the semiconductor element 3 in FIG. 1 is placed is similar to the heat spreader 2, for example, an Al—SiC composite material, a Cu—diamond composite material, etc. It is a composite material of a semiconductor material constituting a semiconductor element and a material having a close thermal expansion coefficient and excellent heat dissipation. Similar to the heat spreader 2, the metal matrix composite material layer 12 bridges the heat that the semiconductor element 3 has to propagate to the metal material layer 11 having a larger main surface area than the semiconductor element 3 (that is, a larger heat capacity). . Thus, in order to propagate heat to the metal material layer 11 with high efficiency, the metal matrix composite material layer 12 is configured to be surrounded by the metal material layer 11 except for one direction. Accordingly, the metal matrix composite material layer 12 in FIG. 1 corresponds to the heat spreader 2 in FIG. 14, and the metal material layer 11 in FIG. 1 corresponds to the heat sink 1 in FIG.

以上のように本実施の形態のヒートスプレッダ10は、金属基複合材料層12は、半導体素子3との接合部近傍における熱応力を緩和させることが可能な材料からなり、かつ高効率にヒートシンクとしての金属材料層11へ伝播させることを可能とする。また後述するように、当該ヒートスプレッダ10は、原料を混合した後で焼結したりプレス成形するなどの煩雑な工程を経ずに形成される。したがってヒートスプレッダ10は少ないプロセスで簡易に形成されるため、低コストで提供することができる。   As described above, in the heat spreader 10 according to the present embodiment, the metal matrix composite material layer 12 is made of a material that can relieve the thermal stress in the vicinity of the junction with the semiconductor element 3, and as a heat sink with high efficiency. It is possible to propagate to the metal material layer 11. As will be described later, the heat spreader 10 is formed without complicated steps such as sintering or press molding after mixing the raw materials. Therefore, since the heat spreader 10 is easily formed by a small number of processes, it can be provided at a low cost.

以上より、本実施の形態によれば、熱伝導性に優れ、高効率に放熱することができる高品質なヒートスプレッダ10が低コストで形成される。   As described above, according to the present embodiment, the high-quality heat spreader 10 having excellent thermal conductivity and capable of radiating heat with high efficiency is formed at low cost.

以下に、上述したように低コストにて簡易に形成できるヒートスプレッダ10の製造方法を説明する。図2のフローチャートに示すように、まず金属材料部材を準備する工程(S10)が実施される。これは具体的には、金属材料層11を形成するための部材である金属材料部材を準備する工程である。   Below, the manufacturing method of the heat spreader 10 which can be easily formed at low cost as mentioned above is demonstrated. As shown in the flowchart of FIG. 2, a step of preparing a metal material member (S10) is first performed. Specifically, this is a step of preparing a metal material member that is a member for forming the metal material layer 11.

ここでは直方体状(板状)の金属材料部材13を準備する。金属材料部材13は形成しようとする図1のヒートスプレッダ10の金属材料層11を構成する金属材料と同一の金属材料からなることが好ましい。したがって、金属材料部材13はたとえばAlやCuからなる群から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。なおここで金属材料部材13とは、AlやCuの金属の単体である必要はなく、たとえばAl合金やCu合金であってもよい。   Here, a rectangular parallelepiped (plate-like) metal material member 13 is prepared. The metal material member 13 is preferably made of the same metal material as that constituting the metal material layer 11 of the heat spreader 10 of FIG. 1 to be formed. Therefore, the metal material member 13 preferably includes at least one selected from the group consisting of Al and Cu, for example. Here, the metal material member 13 does not have to be a single metal of Al or Cu, and may be, for example, an Al alloy or a Cu alloy.

次に図2に示すように金属表面を加工する工程(S20)を実施する。これは具体的には、金属材料部材13の一方の主表面上の一部の領域に対し、表面から所定の深さ分の領域を除去する加工を行なう工程である。   Next, as shown in FIG. 2, a step (S20) of processing the metal surface is performed. Specifically, this is a process of removing a region of a predetermined depth from the surface of a part of the region on one main surface of the metal material member 13.

図3を参照して、工程(S10)にて準備した金属材料部材13の上側の主表面上の、左右方向に関する中央付近の領域に対して、当該主表面から、上下方向(深さ方向)にある深さ分を研磨加工により除去する。このようにして、溝状のギャップ4を形成する。なおギャップ4は図3においてはほぼ直方体状となるように形成している。しかしギャップ4の形状は直方体状に限られるものではなく、たとえば半円柱状などであってもよい。またギャップ4を形成する領域は、概ね最終的に図1の金属基複合材料層12を形成させたい領域に一致させることが好ましい。   Referring to FIG. 3, with respect to the region near the center in the left-right direction on the main surface on the upper side of metal material member 13 prepared in step (S10), the vertical direction (depth direction) from the main surface. The depth at is removed by polishing. In this way, a groove-like gap 4 is formed. Note that the gap 4 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape in FIG. However, the shape of the gap 4 is not limited to a rectangular parallelepiped shape, and may be, for example, a semi-cylindrical shape. Further, it is preferable that the region where the gap 4 is formed substantially coincides with the region where the metal matrix composite material layer 12 shown in FIG.

なお、上記のように金属材料部材13に対してギャップ4を形成する加工を行なう際には、たとえばタングステンカーバイド(WC)やコバルト(Co)からなる超硬合金や、立方晶窒化ホウ素(cBN)からなる切削工具を用いて、旋削による除去加工を行なうことが好ましい。   Note that when the gap 4 is formed on the metal material member 13 as described above, for example, a cemented carbide made of tungsten carbide (WC) or cobalt (Co), cubic boron nitride (cBN), or the like. It is preferable to perform removal processing by turning using a cutting tool made of

次に図2に示すように熱伝導性材料を供給する工程(S30)を実施する。これは具体的には図4を参照して、工程(S20)にて形成したギャップ4の内部に熱伝導性材料5の粉末を供給することにより、ギャップ4の内部を充填する工程である。   Next, as shown in FIG. 2, a step (S30) of supplying a heat conductive material is performed. Specifically, referring to FIG. 4, the gap 4 is filled by supplying powder of the heat conductive material 5 into the gap 4 formed in step (S <b> 20).

このようにギャップ4が形成され、熱伝導性材料5が供給される場所は、概ね最終的に金属基複合材料層12が形成される領域である。したがってここでの熱伝導性材料は、最終的に形成される金属基複合材料層12に載置される発熱部品(半導体素子3:図1参照)を構成する半導体材料と熱膨張係数が近いことが好ましい。このようにすれば、半導体素子3との熱膨張係数の整合性が高い金属基複合材料層12が容易に形成されるためである。具体的には、半導体素子3がSi、InP、GaAs、GaN、AlNからなる群から選択される少なくとも1種を含む場合、熱伝導性材料5としてたとえば熱伝導率が200W/mK以上であるSiC、Si、BN、AlN、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、炭素繊維からなる群から選択される少なくとも1種を含む材料を用いることが好ましい。 The place where the gap 4 is formed in this way and the heat conductive material 5 is supplied is a region where the metal matrix composite material layer 12 is finally formed. Accordingly, the thermal conductive material here has a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor material constituting the heat-generating component (semiconductor element 3: see FIG. 1) placed on the metal matrix composite material layer 12 to be finally formed. Is preferred. This is because the metal matrix composite material layer 12 having a high thermal expansion coefficient consistency with the semiconductor element 3 can be easily formed. Specifically, when the semiconductor element 3 includes at least one selected from the group consisting of Si, InP, GaAs, GaN, and AlN, for example, SiC having a thermal conductivity of 200 W / mK or more as the thermally conductive material 5 It is preferable to use a material containing at least one selected from the group consisting of Si 3 N 4 , BN, AlN, diamond, carbon nanotube, and carbon fiber.

次に図2に示すように、熱伝導性材料を攪拌させる工程(S40)を実施する。これは具体的には、工程(S30)でギャップ4の内部を充填するように供給した熱伝導性材料を回転させ、摩擦力を利用して、熱伝導性材料と、金属材料部材13を構成する金属材料とを攪拌させる摩擦攪拌処理を行なう工程である。   Next, as shown in FIG. 2, a step (S40) of stirring the thermally conductive material is performed. Specifically, the thermally conductive material supplied so as to fill the gap 4 in the step (S30) is rotated, and the thermal conductive material and the metal material member 13 are configured using frictional force. This is a step of performing a friction stir processing for stirring the metal material to be stirred.

図5を参照して、工程(S30)にて金属材料部材13のギャップ4の内部に充填された熱伝導性材料5を回転させて攪拌させるための回転ツール6を準備する。この回転ツール6は、図6に示すように、略円筒形の本体部7とプローブ8とから構成される。プローブ8は、本体部7の長手方向に関する一方の端部から本体部7の長手方向に沿った方向に延在する、本体部7よりも径の小さい領域である。なお、プローブ8は回転ツール6に必要なものではなく、場合によってはプローブ8を有しない略円筒状の本体部7のみからなる回転ツール6を用いてもよい。プローブ8を有しない回転ツール6を用いた場合の態様は、図7に示すとおりである。回転ツール6の材質は、本体部7、プローブ8ともに、たとえばJISに規格されているSKD61鋼などの工具鋼や、タングステンカーバイド(WC)、コバルト(Co)からなる超硬合金、Si(窒化珪素)などのセラミックス、立方晶窒化ホウ素(cBN)からなるものとすることが好ましい。 Referring to FIG. 5, a rotating tool 6 for rotating and stirring the thermally conductive material 5 filled in the gap 4 of the metal material member 13 in the step (S30) is prepared. As shown in FIG. 6, the rotary tool 6 includes a substantially cylindrical main body 7 and a probe 8. The probe 8 is a region having a smaller diameter than the main body portion 7 extending from one end portion in the longitudinal direction of the main body portion 7 in a direction along the longitudinal direction of the main body portion 7. Note that the probe 8 is not necessary for the rotary tool 6, and in some cases, the rotary tool 6 including only the substantially cylindrical main body 7 without the probe 8 may be used. An aspect in the case of using the rotary tool 6 not having the probe 8 is as shown in FIG. The material of the rotary tool 6 is, for example, a tool steel such as SKD61 steel standardized by JIS, a cemented carbide made of tungsten carbide (WC) or cobalt (Co), Si 3 N 4, etc. It is preferably made of ceramics such as (silicon nitride) and cubic boron nitride (cBN).

図6に示す回転ツール6を、図5に示すように熱伝導性材料5の粉末を充填したギャップ4の底部などギャップ4上に当接するように設置する。すなわちたとえば回転ツール6がプローブ8を備える場合には、プローブ8の一方の(本体部7が配置される側と反対側の)端部が、ギャップ4上に当接するように設置する。このように回転ツール6の端部がギャップ4上に当接された状態を保ちながら、図6に示すように回転ツール6を、円筒形状の長手方向に交差する平面に沿った方向に回転させる。このように回転ツール6を回転させながら、ギャップ4の延在する方向に沿った方向に回転ツール6を移動させる。このようにすれば、ギャップ4の内部に充填された熱伝導性材料5の粉末を攪拌させ、同時に熱伝導性材料5を金属材料部材13の内部に混入させることができる。あるいは逆に金属材料部材13を熱伝導性材料5の内部に混入させることもできる。このようにして、熱伝導性材料5と金属材料部材13とが混合された領域を形成することができる。このように両者が混合された領域が、図7に示すように金属基複合材料層12に転化される。   The rotating tool 6 shown in FIG. 6 is installed so as to abut on the gap 4 such as the bottom of the gap 4 filled with the powder of the heat conductive material 5 as shown in FIG. That is, for example, when the rotary tool 6 includes the probe 8, one end of the probe 8 (on the side opposite to the side where the main body portion 7 is disposed) is installed so as to abut on the gap 4. As shown in FIG. 6, the rotary tool 6 is rotated in a direction along a plane intersecting the longitudinal direction of the cylindrical shape while maintaining the end of the rotary tool 6 in contact with the gap 4 as described above. . In this way, the rotating tool 6 is moved in the direction along the direction in which the gap 4 extends while rotating the rotating tool 6. In this way, the powder of the heat conductive material 5 filled in the gap 4 can be stirred, and at the same time, the heat conductive material 5 can be mixed into the metal material member 13. Or conversely, the metal material member 13 can be mixed into the heat conductive material 5. In this manner, a region where the heat conductive material 5 and the metal material member 13 are mixed can be formed. Thus, the area | region where both were mixed is converted into the metal matrix composite material layer 12, as shown in FIG.

なお図5中の矢印に示すように、図5においては、回転ツール6を回転させながらギャップ4の延在する方向に沿った方向に移動させている。しかし図7に示すように回転ツール6はギャップ4の延在する方向に移動させることなく、同じ場所にて回転させ続けることにより熱伝導性材料5の粉末を金属材料部材13の内部に混入させることもできる。以上のように熱伝導性材料5を攪拌させることにより、図7に示すように、熱伝導性材料5の粒子と金属材料部材13を構成する金属材料の粒子とが互いに分散されて複合材料となった領域である金属基複合材料層12と、金属基複合材料層12の周囲を囲むように(ただし図7の上側の主表面上を除く)金属材料部材13と同一の金属材料からなる金属材料層11とが配置された、ヒートスプレッダ10を形成することができる。   As shown by the arrows in FIG. 5, in FIG. 5, the rotary tool 6 is moved in a direction along the direction in which the gap 4 extends while rotating. However, as shown in FIG. 7, the rotary tool 6 does not move in the direction in which the gap 4 extends, but continues to rotate at the same location, thereby mixing the powder of the heat conductive material 5 into the metal material member 13. You can also. By stirring the heat conductive material 5 as described above, the particles of the heat conductive material 5 and the particles of the metal material constituting the metal material member 13 are dispersed with each other as shown in FIG. The metal matrix composite material layer 12 which is the formed region and a metal made of the same metal material as the metal material member 13 so as to surround the metal matrix composite material layer 12 (except on the upper main surface in FIG. 7) The heat spreader 10 in which the material layer 11 is disposed can be formed.

以上のように工程(S40)にて熱伝導性材料5を攪拌する処理を高効率に行なうためには、工程(S30)においてギャップ4を充填する熱伝導性材料5を構成する粒子は、その平均粒径が0.1μm以上5μm以下であることが好ましい。仮に当該平均粒径が5μmを超えると、回転ツール6の摩耗が激しくなり、回転ツール6の寿命が短くなることがある。また仮に当該平均粒径が0.1μmを下回ると、熱伝導性材料5が金属材料の内部に分散されて混合される際に、金属材料層11を構成する金属材料の粒子と熱伝導性材料5の粒子との界面の面積が増大する。このため、金属基複合材料層12と金属材料層11との界面近傍において、金属基複合材料層12から金属材料層11への熱伝導率が低下する可能性がある。以上より、熱伝導性材料5を構成する粒子の平均粒径は上記範囲内であることが好ましい。   As described above, in order to perform the process of stirring the heat conductive material 5 in the step (S40) with high efficiency, the particles constituting the heat conductive material 5 filling the gap 4 in the step (S30) The average particle size is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. If the average particle diameter exceeds 5 μm, wear of the rotary tool 6 becomes severe, and the life of the rotary tool 6 may be shortened. Also, if the average particle size is less than 0.1 μm, the metal material particles constituting the metal material layer 11 and the heat conductive material when the heat conductive material 5 is dispersed and mixed in the metal material. The area of the interface with the 5 particles increases. For this reason, in the vicinity of the interface between the metal matrix composite material layer 12 and the metal material layer 11, the thermal conductivity from the metal matrix composite material layer 12 to the metal material layer 11 may be reduced. As mentioned above, it is preferable that the average particle diameter of the particle | grains which comprise the heat conductive material 5 exists in the said range.

なお、以上の工程により形成される金属基複合材料層12は、熱伝導率が250W/mK以上であることが好ましい。このようにすれば、金属基複合材料層12上に載置される半導体素子3の発生する熱を、効率よく金属材料層11へ伝播させて放熱することができる。したがって当該熱伝導率は250W/mK以上であれば高いほど好ましく、その値に上限はない。ここで金属基複合材料層12の熱伝導率は、金属材料部材13や熱伝導性材料5の材質(すなわちヒートスプレッダ10を構成する各材質の熱伝導率)、およびこれらの各材質の含有比率に依存する。   The metal matrix composite material layer 12 formed by the above steps preferably has a thermal conductivity of 250 W / mK or more. In this way, the heat generated by the semiconductor element 3 placed on the metal matrix composite material layer 12 can be efficiently propagated to the metal material layer 11 and radiated. Therefore, it is preferable that the thermal conductivity is 250 W / mK or higher, and there is no upper limit to the value. Here, the heat conductivity of the metal matrix composite material layer 12 depends on the material of the metal material member 13 and the heat conductive material 5 (that is, the heat conductivity of each material constituting the heat spreader 10), and the content ratio of these materials. Dependent.

ただし以上に述べた摩擦攪拌処理において形成される、金属基複合材料層12全体に対する、SiCなどのセラミックス材料の粒子の体積占有率が50質量%を超えると、金属基複合材料層12の内部における金属材料が塑性変形されにくくなる。これはセラミックス材料が金属材料よりも硬質であるため、セラミックス材料の体積占有率が増加すれば、形成される金属基複合材料層12全体の硬度が増加されるために変形されにくくなるためである。このため、金属基複合材料層12全体に対する、セラミックス材料の粒子の体積含有率は50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。   However, when the volume occupancy ratio of particles of ceramic material such as SiC with respect to the entire metal matrix composite material layer 12 formed in the friction stir processing described above exceeds 50 mass%, the inside of the metal matrix composite material layer 12 The metal material is hardly plastically deformed. This is because the ceramic material is harder than the metal material, and if the volume occupancy of the ceramic material is increased, the hardness of the entire metal matrix composite material layer 12 to be formed is increased, so that it is difficult to be deformed. . For this reason, it is preferable that the volume content rate of the particle | grains of the ceramic material with respect to the whole metal matrix composite material layer 12 is 50 mass% or less, and it is more preferable that it is 30 mass% or less.

以上に述べた各工程の処理を行なうことにより、図1に示す放熱効率の高いヒートスプレッダ10が形成される。以上に述べたように、本実施の形態に係る製造方法によれば、焼結や成形などの煩雑な工程を経ずに低コストで、上記ヒートスプレッダ10を形成することができる。   By performing the processing of each step described above, the heat spreader 10 having high heat dissipation efficiency shown in FIG. 1 is formed. As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the heat spreader 10 can be formed at low cost without going through complicated steps such as sintering and molding.

なお、図3から図7においては、熱伝導性材料5を充填するためのギャップ4を、金属材料部材13の上側の主表面のうち左右方向の中央部に1本形成させている。当該ギャップ4は図3から図7の左右方向に所定の幅を有し、当該各図の奥行き方向に延在するように形成されている。しかし当該ギャップ4は必ずしも図3から図7に示す領域に形成される必要はない。たとえば図8に示すように、金属材料部材13の上側の主表面上の、奥行き方向に延在するように左右2本のギャップ4を並列させてもよい。この場合、ギャップ4に熱伝導性材料5を充填し、上記と同様にこれを攪拌させると、図9に示すようにギャップ4よりも左右方向の幅が広くなった金属基複合材料層12が形成される。図9において左右方向の幅が図8よりも広くなるのは、熱伝導性材料5や金属材料部材13の粒子が拡散することによる。同様に、たとえば図10に示すように、金属材料部材13の上側の主表面上に、奥行き方向および幅方向に延在するように2本ずつ、合計4本のギャップ4を並列させてもよい。この場合、ギャップ4に熱伝導性材料5を充填し、上記と同様にこれを攪拌させると、図11に示すようにギャップ4よりも左右方向の幅が広くなった金属基複合材料層12が形成される。さらにたとえば図12に示すように、金属材料部材13の上側の主表面上に、奥行き方向および幅方向に延在する、図8よりも奥行き方向の長さが短いギャップ4を1本形成してもよい。この場合においても図13に示すようにギャップ4よりも左右方向の幅が広くなった金属基複合材料層12が形成される。つまりギャップ4は金属材料部材13の上側の主表面上の任意の領域に形成することができる。ただし図8と図9、図10と図11、図12と図13との対比によりわかるように、概ね金属基複合材料層12を形成させたい領域にギャップ4を形成することが好ましい。   3 to 7, one gap 4 for filling the heat conductive material 5 is formed in the central portion in the left-right direction on the upper main surface of the metal material member 13. The gap 4 has a predetermined width in the left-right direction of FIGS. 3 to 7 and is formed to extend in the depth direction of the drawings. However, the gap 4 is not necessarily formed in the region shown in FIGS. For example, as shown in FIG. 8, the two left and right gaps 4 may be juxtaposed so as to extend in the depth direction on the upper main surface of the metal material member 13. In this case, when the gap 4 is filled with the heat conductive material 5 and stirred as described above, the metal matrix composite material layer 12 whose width in the left-right direction is wider than the gap 4 as shown in FIG. It is formed. In FIG. 9, the width in the left-right direction is wider than that in FIG. 8 because the particles of the heat conductive material 5 and the metal material member 13 are diffused. Similarly, for example, as shown in FIG. 10, a total of four gaps 4 may be arranged in parallel on the main surface on the upper side of the metal material member 13 so as to extend in the depth direction and the width direction. . In this case, when the gap 4 is filled with the heat conductive material 5 and stirred as described above, the metal matrix composite material layer 12 whose width in the left-right direction is wider than the gap 4 as shown in FIG. It is formed. Further, as shown in FIG. 12, for example, one gap 4 extending in the depth direction and the width direction and having a shorter length in the depth direction than that in FIG. 8 is formed on the upper main surface of the metal material member 13. Also good. Also in this case, as shown in FIG. 13, the metal matrix composite material layer 12 whose width in the left-right direction is wider than the gap 4 is formed. That is, the gap 4 can be formed in an arbitrary region on the upper main surface of the metal material member 13. However, as can be seen from comparison between FIGS. 8 and 9, FIGS. 10 and 11, and FIGS. 12 and 13, it is preferable to form the gap 4 in a region where the metal matrix composite material layer 12 is to be formed.

以上に述べた、本実施の形態のヒートスプレッダ10の金属基複合材料層12上に半導体素子3を接合した場合の接合部の耐熱衝撃性と、金属基複合材料層12を構成する金属材料部材13に半導体素子3を接合した場合の接合部の耐熱衝撃性とを比較する試験を行なった。以下にその詳細を説明する。   As described above, the thermal shock resistance of the bonded portion when the semiconductor element 3 is bonded onto the metal matrix composite material layer 12 of the heat spreader 10 of the present embodiment, and the metal material member 13 constituting the metal matrix composite material layer 12. A test was conducted to compare the thermal shock resistance of the joint when the semiconductor element 3 was joined. Details will be described below.

上記試験用の試料として、図1に示す本実施の形態の金属基複合材料層12上に半導体素子3を接合した試料A1、A2、A3およびA4を準備した。また比較用として、金属基複合材料層12を構成する金属材料部材13(図3〜図5参照)の上に半導体素子3を接合した試料B1およびB2を準備した。以下の表1に、試料A1〜A4および試料B1、B2の各構成要素の材質や特性、使用した工具や試験結果を示している。   As samples for the test, samples A1, A2, A3, and A4 in which the semiconductor element 3 was bonded onto the metal matrix composite material layer 12 of the present embodiment shown in FIG. 1 were prepared. For comparison, samples B1 and B2 in which the semiconductor element 3 was bonded onto the metal material member 13 (see FIGS. 3 to 5) constituting the metal matrix composite material layer 12 were prepared. Table 1 below shows the materials and characteristics of the constituent elements of Samples A1 to A4 and Samples B1 and B2, the tools used, and the test results.

Figure 2011054793
Figure 2011054793

表1の「半導体素子」の欄に示すように、各試料に用いた半導体素子3として、試料A1、A2およびB1についてはInPを半導体材料とする素子を、試料A3、A4およびB2についてはSiを半導体材料とする素子を準備した。これらの素子は主表面が1mm×1mmの正方形であり、対向する1対の主表面の距離である厚みが0.25mmの直方体状(平板状)である。なお表1の「半導体素子の熱膨張係数」の欄に示すように、InPの20℃における熱膨張係数は4.3×10−6/Kであり、Siの20℃における熱膨張係数は3.2×10−6/Kである。また、表1中に記載がないが、この他に半導体素子3として、GaAsおよびGaNを半導体材料とする素子も用いた。 As shown in the column of “Semiconductor element” in Table 1, as the semiconductor element 3 used for each sample, an element using InP as a semiconductor material is used for samples A1, A2, and B1, and Si is used for samples A3, A4, and B2. An element using a semiconductor material was prepared. These elements are squares with a main surface of 1 mm × 1 mm, and have a rectangular parallelepiped shape (flat plate shape) with a thickness of 0.25 mm, which is the distance between a pair of opposing main surfaces. As shown in the column of “thermal expansion coefficient of semiconductor element” in Table 1, the thermal expansion coefficient of InP at 20 ° C. is 4.3 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient of Si at 20 ° C. is 3 2 × 10 −6 / K. Although not described in Table 1, an element using GaAs and GaN as a semiconductor material was also used as the semiconductor element 3 in addition to this.

試料A1〜A4を形成するための、図1の金属材料層11としての金属材料部材13(図3〜図5参照)を構成する金属材料、または試料B1およびB2の金属材料部材13を、表1の「金属材料部材」の欄に示す。表1に示すように、試料A1、A2およびB1についてはCuを金属材料として用いている。一方試料A3、A4およびB2についてはAlを金属材料として用いている。なお表1中の「金属材料部材の熱伝導率」の欄に示すように、Cuの熱伝導率は395W/mK、Alの熱伝導率は235W/mKである。これらの金属材料部材は、主表面が100mm×100mmの正方形であり、対向する1対の主表面の距離である厚みが5mmである直方体状(平板状)である。   A metal material constituting the metal material member 13 (see FIGS. 3 to 5) as the metal material layer 11 of FIG. 1 or the metal material members 13 of the samples B1 and B2 for forming the samples A1 to A4 is displayed. 1 is shown in the column of “Metal material member”. As shown in Table 1, Cu is used as a metal material for samples A1, A2, and B1. On the other hand, for samples A3, A4 and B2, Al is used as the metal material. As shown in the column of “Thermal conductivity of metal material member” in Table 1, the thermal conductivity of Cu is 395 W / mK, and the thermal conductivity of Al is 235 W / mK. These metal material members have a rectangular shape (flat plate shape) having a main surface of a square of 100 mm × 100 mm and a thickness of 5 mm which is a distance between a pair of opposed main surfaces.

ここで試料A1〜A4の金属基複合材料層12(図1参照)は、上述した図2のフローチャートに示す手順に従い形成されている。つまり図2の工程(S10)にて上述した材質やサイズの金属材料部材13を準備した後、図2の工程(S20)にて金属材料部材13の一方の主表面に対し、図3に示すように主表面の(左右方向に関する)中央部に、幅が1mm、奥行きが100mm、深さが2mmのギャップ4を形成している。ここでギャップ4を形成する加工に用いた切削工具を表1の「工具」の欄に示している。試料A1については超硬合金からなる切削工具を、試料A2、A3およびA4についてはcBNからなる切削工具を用いてギャップ4を形成した。   Here, the metal matrix composite material layers 12 (see FIG. 1) of the samples A1 to A4 are formed according to the procedure shown in the flowchart of FIG. That is, after preparing the metal material member 13 having the above-described material and size in the step (S10) of FIG. 2, one main surface of the metal material member 13 is shown in FIG. 3 in the step (S20) of FIG. Thus, a gap 4 having a width of 1 mm, a depth of 100 mm, and a depth of 2 mm is formed in the central portion (with respect to the left-right direction) of the main surface. Here, the cutting tool used in the process of forming the gap 4 is shown in the “Tool” column of Table 1. The gap 4 was formed using a cutting tool made of cemented carbide for the sample A1 and a cutting tool made of cBN for the samples A2, A3 and A4.

そして図2の工程(S30)において、ギャップ4の内部に熱伝導性材料5を充填した。各試料に対して充填した熱伝導性材料5の材質を、表1中の「熱伝導性材料の粒子」の欄に示す。表1に示すように、試料A1およびA2については
SiCの粒子を、試料A3およびA4についてはダイヤモンドの粒子を充填した。各試料に充填した各粒子の平均粒径を、表1中の「平均粒径」の欄に示す。
Then, in the step (S30) of FIG. 2, the gap 4 was filled with the heat conductive material 5. The material of the heat conductive material 5 filled in each sample is shown in the column of “particles of heat conductive material” in Table 1. As shown in Table 1, SiC particles were filled in samples A1 and A2, and diamond particles were filled in samples A3 and A4. The average particle diameter of each particle filled in each sample is shown in the column “average particle diameter” in Table 1.

次に図2の工程(S40)において、図5や図7に示すように図6の回転ツール6を用いて、熱伝導性材料5に対して摩擦攪拌処理を行なった。ここで用いた回転ツール6は、プローブ8が上下方向(延在方向)の長さ1.75mm、延在方向に交差する円形の直径が3.8mmであり、本体部7が上下方向(延在方向)の長さが30mmであり延在方向に交差する円形の直径が12mmである。当該摩擦攪拌処理を行なうにあたり、回転ツール6の回転速度は1400rpmとし、回転ツール6がギャップ4の延在する方向(図3〜図5の奥行き方向)に移動する速度は45mm/minとした。   Next, in the step (S40) of FIG. 2, a friction stir process was performed on the thermally conductive material 5 using the rotary tool 6 of FIG. 6 as shown in FIG. 5 and FIG. The rotary tool 6 used here has a length of 1.75 mm in the vertical direction (extending direction) of the probe 8 and a circular diameter of 3.8 mm intersecting the extending direction. The length of the current direction) is 30 mm, and the circular diameter intersecting the extending direction is 12 mm. In performing the friction stirring process, the rotation speed of the rotary tool 6 was 1400 rpm, and the speed at which the rotary tool 6 moved in the direction in which the gap 4 extends (the depth direction in FIGS. 3 to 5) was 45 mm / min.

このようにして、試料A1〜A4用の、ヒートスプレッダ10に相当するものが形成された。これらの金属基複合材料層12が形成されたヒートスプレッダ10の表面全体を深さ約0.1mm分だけ研磨加工により除去し、ヒートスプレッダ10の表面の中心線平均粗さRaが0.05mmとなるようにした。   In this way, a sample corresponding to the heat spreader 10 for the samples A1 to A4 was formed. The entire surface of the heat spreader 10 on which these metal matrix composite material layers 12 are formed is removed by polishing for a depth of about 0.1 mm so that the center line average roughness Ra of the surface of the heat spreader 10 becomes 0.05 mm. I made it.

続いて形成されたヒートスプレッダ10のうち金属基複合材料層12の部分のみを切り出し加工により取り出した。そして当該金属基複合材料層12の密度をアルキメデス法により測定し、金属材料部材13の真密度の値などを参考にして
金属基複合材料層12全体に対する、セラミックス材料の粒子の体積含有率を算出した。その結果を表1中の「金属基複合材料層の含有率」の欄に示す。さらにその右の欄には「金属基複合材料層の熱伝導率」、「金属基複合材料層の熱膨張係数」の順に記載している。そしてその右の「熱膨張係数差」の欄には、試料A1〜A4の各半導体素子3と金属基複合材料層12とのそれぞれを構成する材料の、20℃における熱膨張係数の差を示している。
Subsequently, only the metal matrix composite material 12 portion of the formed heat spreader 10 was cut out and taken out. Then, the density of the metal matrix composite material layer 12 is measured by the Archimedes method, and the volume content of the ceramic material particles with respect to the entire metal matrix composite material layer 12 is calculated with reference to the true density value of the metal material member 13 and the like. did. The result is shown in the column “Content of metal-based composite material layer” in Table 1. Further, in the right column, “thermal conductivity of metal matrix composite material layer” and “thermal expansion coefficient of metal matrix composite material layer” are listed in this order. And the column of “thermal expansion coefficient difference” on the right shows the difference in thermal expansion coefficient at 20 ° C. of the materials constituting each of the semiconductor elements 3 and the metal matrix composite material layer 12 of the samples A1 to A4. ing.

一方、比較用である試料B1およびB2については、摩擦攪拌処理による金属基複合材料層12を形成しないため、「工具」の欄から「金属基複合材料層の熱伝導率」の欄までは空欄としている。そこでそれぞれの金属材料部材13の熱膨張係数を、表1中の「金属基複合材料層の熱膨張係数」の欄に、金属材料部材13とB1、B2の半導体素子3との熱膨張係数差を、表1中の「熱膨張係数差」の欄に示している。   On the other hand, for the samples B1 and B2 for comparison, since the metal matrix composite material layer 12 is not formed by the friction stir processing, the columns from “tool” to “thermal conductivity of metal matrix composite material” are blank. It is said. Accordingly, the thermal expansion coefficients of the respective metal material members 13 are listed in the column of “Thermal expansion coefficient of the metal matrix composite material layer” in Table 1, and the difference in thermal expansion coefficients between the metal material member 13 and the semiconductor elements 3 of B1 and B2. Is shown in the column of “difference in thermal expansion coefficient” in Table 1.

以上のように形成された試料A1〜A4用の金属基複合材料層12、および試料B1、B2用の金属材料部材13の主表面に、半導体素子3の主表面を接合した。具体的には、半導体素子3の主表面に活性銀ろうペースト(融点780℃)を厚み約3μm分だけ塗布した後、金属基複合材料層12または金属材料部材13の主表面上に850℃で真空ろう付けにより接合した。以上により試料A1〜A4、およびB1〜B2が形成された。   The main surface of the semiconductor element 3 was joined to the main surfaces of the metal matrix composite material layer 12 for the samples A1 to A4 and the metal material member 13 for the samples B1 and B2 formed as described above. Specifically, after applying an active silver brazing paste (melting point 780 ° C.) for a thickness of about 3 μm to the main surface of the semiconductor element 3, the main surface of the metal matrix composite material layer 12 or the metal material member 13 is applied at 850 ° C. Joined by vacuum brazing. Thus, samples A1 to A4 and B1 to B2 were formed.

これらの試料を炉内に投入し、温度サイクルを付加することによる、半導体素子3のろう付け接合された部分の耐久性を試験した。具体的には、上記炉内温度を昇温速度10℃/minで700℃まで加熱した後、700℃の状態を1分間保持した。その後当該炉内から各試料を取り出し、すぐに常温の水中に当該試料を投入した。このような昇温と降温との温度サイクルを最大30回繰り返し与え、各回の昇温と降温との終了後に試料の一部を切断し、半導体素子3と金属基複合材料層12(金属材料部材13)とがろう付け接合された界面を、実体顕微鏡を用いて観察した。ただし、界面の観察によりろう付け部分が剥離を起こしていると確認された場合は、当該温度サイクル付加の試験を終了した。剥離を起こすまでに温度サイクル付加を行なった回数を、表1中の「温度サイクル回数」の欄に示す。ただし当該温度サイクル付加は最大30回で終了したため、試料A4については30回の温度サイクル付加後においても剥離が起こらなかった。   These samples were put into a furnace and the durability of the brazed joint portion of the semiconductor element 3 by adding a temperature cycle was tested. Specifically, after the furnace temperature was heated to 700 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min, the state at 700 ° C. was maintained for 1 minute. Thereafter, each sample was taken out from the furnace and immediately put into water at room temperature. Such a temperature cycle of temperature increase and decrease is repeatedly given up to 30 times, and after completion of each temperature increase and decrease, a part of the sample is cut, and the semiconductor element 3 and the metal matrix composite material layer 12 (metal material member) 13) The interface which was brazed and joined was observed using a stereomicroscope. However, when it was confirmed by observation of the interface that the brazed portion was peeled off, the test for adding the temperature cycle was completed. The number of times the temperature cycle is added before peeling occurs is shown in the column “Number of temperature cycles” in Table 1. However, since the temperature cycle addition was completed at a maximum of 30 times, the sample A4 did not peel even after the 30 temperature cycles were added.

表1より、本実施の形態に係る(試料A1〜A4の)金属基複合材料層12と半導体素子3との接合部分は、比較用の(試料B1〜B4の)金属材料部材13と半導体素子3との接合部分よりも多数回の温度サイクルに耐えることができることがわかる。試料A1〜A4において半導体素子3と接合される金属基複合材料層12は、金属材料に、半導体素子を構成する半導体材料との熱膨張係数の差が小さいSiCなどの熱伝導性材料の粒子を混合させている。このため金属基複合材料層12と半導体素子3との熱膨張係数差は、金属材料部材13と半導体素子3との熱膨張係数差よりも小さいため、両者の接合部分における熱応力が小さくなったためと考えられる。このことは、表1中の「熱膨張係数差」の値が小さい試料ほど、温度サイクル回数が大きくなっていることからもわかる。   From Table 1, the joining part of the metal matrix composite material layer 12 (samples A1 to A4) and the semiconductor element 3 according to the present embodiment is the metal material member 13 for comparison (samples B1 to B4) and the semiconductor element. It can be seen that it can withstand a number of temperature cycles more than the junction with No. 3. The metal matrix composite material layer 12 bonded to the semiconductor element 3 in the samples A1 to A4 is made of particles of a heat conductive material such as SiC having a small difference in thermal expansion coefficient from the semiconductor material constituting the semiconductor element. Mixing. For this reason, since the difference in thermal expansion coefficient between the metal matrix composite material layer 12 and the semiconductor element 3 is smaller than the difference in thermal expansion coefficient between the metal material member 13 and the semiconductor element 3, the thermal stress at the junction between the two is reduced. it is conceivable that. This can also be seen from the fact that the smaller the value of “thermal expansion coefficient difference” in Table 1, the greater the number of temperature cycles.

以上のように本発明の各実施の形態および実施例について説明を行なったが、今回開示した各実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described. However, the embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. It is. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、焼結や成形などの煩雑な工程を経ることなく容易に、つまり低コストで、発熱部品である半導体素子や、ヒートシンクとしての役割を有する金属材料層との熱応力が緩和され、熱伝導性に優れ、高効率に放熱することができる高品質なヒートスプレッダを形成する技術として、特に優れている。   The present invention is easy without passing through complicated steps such as sintering and molding, that is, at low cost, the thermal stress with the semiconductor element that is a heat-generating component and the metal material layer that serves as a heat sink is relieved, It is particularly excellent as a technique for forming a high-quality heat spreader that has excellent thermal conductivity and can dissipate heat with high efficiency.

1 ヒートシンク、2,10 ヒートスプレッダ、3 半導体素子、4 ギャップ、5 熱伝導性材料、6 回転ツール、7 本体部、8 プローブ、11 金属材料層、12 金属基複合材料層、13 金属材料部材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink, 2,10 Heat spreader, 3 Semiconductor element, 4 Gap, 5 Thermal conductive material, 6 Rotating tool, 7 Main body part, 8 Probe, 11 Metal material layer, 12 Metal matrix composite material layer, 13 Metal material member.

Claims (10)

発熱部品と接触させることにより前記発熱部品の内部の熱を放熱する金属基複合材料層と、
前記金属基複合材料層のうち、前記発熱部品と接触する表面以外の表面を覆うように配置される金属材料層とを備えるヒートスプレッダであり、
前記金属基複合材料層は、熱伝導率が200W/mK以上である熱伝導性材料の粒子が、前記金属材料層を構成する金属材料の粒子中に分散されている、ヒートスプレッダ。
A metal matrix composite material layer that dissipates heat inside the heat generating component by contacting with the heat generating component;
Of the metal matrix composite material layer, a heat spreader comprising a metal material layer disposed so as to cover a surface other than the surface in contact with the heat-generating component,
The metal matrix composite material layer is a heat spreader in which particles of a heat conductive material having a thermal conductivity of 200 W / mK or more are dispersed in particles of a metal material constituting the metal material layer.
前記熱伝導性材料は、SiC、Si、BN、AlN、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、炭素繊維からなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1に記載のヒートスプレッダ。 2. The heat spreader according to claim 1, wherein the thermally conductive material includes at least one selected from the group consisting of SiC, Si 3 N 4 , BN, AlN, diamond, carbon nanotube, and carbon fiber. 前記金属材料はAl、Cuからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載のヒートスプレッダ。   The heat spreader according to claim 1 or 2, wherein the metal material includes at least one selected from the group consisting of Al and Cu. 前記発熱部品は半導体材料からなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のヒートスプレッダ。   The heat spreader according to claim 1, wherein the heat generating component is made of a semiconductor material. 前記半導体材料と前記金属基複合材料層との熱膨張係数の差が9×10−6/K以下である、請求項4に記載のヒートスプレッダ。 The heat spreader according to claim 4, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor material and the metal matrix composite material layer is 9 × 10 −6 / K or less. 前記半導体材料と前記金属基複合材料層との熱膨張係数の差が6×10−6/K以下である、請求項4または5に記載のヒートスプレッダ。 The heat spreader according to claim 4 or 5, wherein a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor material and the metal matrix composite material layer is 6 x 10-6 / K or less. 前記半導体材料はSi、InP、GaAs、GaN、AlNからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項4〜6のいずれか1項に記載のヒートスプレッダ。   The heat spreader according to any one of claims 4 to 6, wherein the semiconductor material includes at least one selected from the group consisting of Si, InP, GaAs, GaN, and AlN. 前記金属基複合材料層の熱伝導率が250W/mK以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のヒートスプレッダ。   The heat spreader according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal matrix composite material layer has a thermal conductivity of 250 W / mK or more. 金属材料部材の一方の主表面上の一部から所定の深さの領域を加工する工程と、
前記領域内に熱伝導性材料を供給する工程と、
前記熱伝導性材料に回転部材を当接させた状態で前記回転部材を回転させることにより前記熱伝導性材料を前記金属材料部材の内部に攪拌させて金属基複合材料層を形成する工程とを備える、ヒートスプレッダの製造方法。
Processing a region of a predetermined depth from a part on one main surface of the metal material member;
Supplying a thermally conductive material in the region;
A step of rotating the rotating member in a state where the rotating member is in contact with the thermally conductive material to stir the thermally conductive material inside the metal material member to form a metal matrix composite material layer; A method for manufacturing a heat spreader.
前記熱伝導性材料の粒子の平均粒径が0.1μm以上5μm以下である、請求項9に記載のヒートスプレッダの製造方法。   The manufacturing method of the heat spreader of Claim 9 whose average particle diameter of the particle | grains of the said heat conductive material is 0.1 micrometer or more and 5 micrometers or less.
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