JP2021100006A - 半導体パッケージ - Google Patents
半導体パッケージ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021100006A JP2021100006A JP2018062843A JP2018062843A JP2021100006A JP 2021100006 A JP2021100006 A JP 2021100006A JP 2018062843 A JP2018062843 A JP 2018062843A JP 2018062843 A JP2018062843 A JP 2018062843A JP 2021100006 A JP2021100006 A JP 2021100006A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- graphite
- anisotropic graphite
- semiconductor package
- anisotropic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【課題】放熱性の高い半導体パッケージを提供する。【解決手段】異方性グラファイト複合体１０と半導体素子８を備える半導体パッケージ３０において、異方性グラファイト１、金属層７と無機材質層６を複合化した異方性グラファイト複合体を用いて、異方性グラファイト複合体におけるグラファイトの結晶配向面２をＺ軸方向に配置し、半導体素子を特定方向に配置することで、放熱性の高い半導体パッケージが得られる。【選択図】図２
Description
本発明は、放熱性の高い半導体パッケージに関する。
異方性グラファイトはグラファイトが多数積層されたものであり、グラファイトは結晶配向面を有する。異方性グラファイトは、グラファイトの結晶配向面に対して平行な方向への熱伝導率は高いが、垂直な方向への熱伝導率が低いという性質を有する。
半導体パッケージにおいて、異方性グラファイトは、上部に配置している半導体素子から発生する熱が集中しないように、熱を半導体素子から冷却器に効果的に移動させて、放熱する材料として利用される。
半導体パッケージにおいて、異方性グラファイトは、上部に配置している半導体素子から発生する熱が集中しないように、熱を半導体素子から冷却器に効果的に移動させて、放熱する材料として利用される。
特許文献１には、熱源から熱を移動させる異方性熱伝導素子が開示されている。その異方性熱伝達素子は、熱源との接触面と交差する面に沿ってグラフェンシートが積層された構造体を含んでいる。つまり、Ｘ軸、Ｘ軸に直交するＹ軸、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸とした場合、上記Ｚ軸に対してグラフェンシートが平行であることを規定している。しかし、特許文献１には、熱源に対する構造体の向き、あるいは、熱源と構造体の長さ比は記載がない。このような異方性熱伝達素子は、熱を熱源から放熱する効率がよいとはいえなかった。
本発明では、放熱性の高い半導体パッケージを提供することを課題とする。
本発明者らは、異方性グラファイトと金属層と無機材質層を備えた異方性グラファイト複合体と半導体素子を備えた半導体パッケージにおいて、半導体素子に対する異方性グラファイト複合体の向きを規定し、半導体素子と異方性グラファイトの長さ比を特定範囲とすることで、放熱性の高い半導体パッケージが得られることを見出した。また、異方性グラファイトの結晶配向面に垂直な方向への熱拡散率を補うため、等方性の熱拡散率を有する無機材質層と複合し、異方性グラファイトとすることも有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の半導体パッケージは、
（１）（Ａ）異方性グラファイト複合体と（Ｂ）半導体素子を備える半導体パッケージであり、
前記（Ａ）が、（ａ１）異方性グラファイト、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層を備え、
前記（ａ１）と（ａ３）が、（ａ２）により接合しており、
Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸において、
前記（Ａ）のＸ軸に平行な４辺の長さ（辺ａ）の平均値をＬａとし、
前記（Ａ）のＹ軸に平行な４辺の長さ（辺ｂ）の平均値をＬｂとし、
前記（Ａ）のＺ軸に平行な４辺の長さ（辺ｃ）の平均値をＬｃとし、
（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とほぼ平行であり、
前記（Ｂ）の長辺の長さをｌ１とし、
前記（Ｂ）の短辺の長さをｌ２とし、
前記（Ｂ）の厚さをｌ３とし、
前記（Ｂ）の長辺がＸ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とがほぼ垂直になるように、
前記（Ｂ）が前記（Ａ）の（ａ３）と接合しており、
前記（Ａ）のＸ軸方向の４辺の長さの平均値（Ｌａ）と前記（Ｂ）の短辺の長さ（ｌ２）の比率において、Ｌａ／ｌ２が３以上である
半導体パッケージである。
（２）本発明は、前記（ａ３）無機材質層が銅である（１）記載の半導体パッケージである。
（３）本発明は、前記（ａ３）無機材質層の厚さが１００μｍ以上３００μｍ以下である（１）もしくは（２）に記載の半導体パッケージである。
（４）本発明は、前記Ｌａの長さが１０ｍｍ以上である（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（５）本発明は、前記Ｌｃの長さが３ｍｍ以下である（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（６）本発明は、前記（ａ３）無機材質層で（ａ１）異方性グラファイトの全面が覆われている（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（７）本発明は、前記（ａ３）無機材質層が有底枠もしくは中空枠とふたを備える（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（８）本発明は、前記（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の層間の少なくとも一部に、（ａ２）金属層の一部を備える（１）〜（７）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（９）本発明は、前記（ａ１）異方性グラファイトが、高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理することによって作製されたものである（８）に記載の半導体パッケージである。
（１）（Ａ）異方性グラファイト複合体と（Ｂ）半導体素子を備える半導体パッケージであり、
前記（Ａ）が、（ａ１）異方性グラファイト、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層を備え、
前記（ａ１）と（ａ３）が、（ａ２）により接合しており、
Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸において、
前記（Ａ）のＸ軸に平行な４辺の長さ（辺ａ）の平均値をＬａとし、
前記（Ａ）のＹ軸に平行な４辺の長さ（辺ｂ）の平均値をＬｂとし、
前記（Ａ）のＺ軸に平行な４辺の長さ（辺ｃ）の平均値をＬｃとし、
（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とほぼ平行であり、
前記（Ｂ）の長辺の長さをｌ１とし、
前記（Ｂ）の短辺の長さをｌ２とし、
前記（Ｂ）の厚さをｌ３とし、
前記（Ｂ）の長辺がＸ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とがほぼ垂直になるように、
前記（Ｂ）が前記（Ａ）の（ａ３）と接合しており、
前記（Ａ）のＸ軸方向の４辺の長さの平均値（Ｌａ）と前記（Ｂ）の短辺の長さ（ｌ２）の比率において、Ｌａ／ｌ２が３以上である
半導体パッケージである。
（２）本発明は、前記（ａ３）無機材質層が銅である（１）記載の半導体パッケージである。
（３）本発明は、前記（ａ３）無機材質層の厚さが１００μｍ以上３００μｍ以下である（１）もしくは（２）に記載の半導体パッケージである。
（４）本発明は、前記Ｌａの長さが１０ｍｍ以上である（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（５）本発明は、前記Ｌｃの長さが３ｍｍ以下である（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（６）本発明は、前記（ａ３）無機材質層で（ａ１）異方性グラファイトの全面が覆われている（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（７）本発明は、前記（ａ３）無機材質層が有底枠もしくは中空枠とふたを備える（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（８）本発明は、前記（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の層間の少なくとも一部に、（ａ２）金属層の一部を備える（１）〜（７）のいずれかに記載の半導体パッケージである。
（９）本発明は、前記（ａ１）異方性グラファイトが、高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理することによって作製されたものである（８）に記載の半導体パッケージである。
本発明によれば、放熱性の高い半導体パッケージを提供することができる。
本発明の半導体パッケージは、
（Ａ）異方性グラファイト複合体と（Ｂ）半導体素子を備える半導体パッケージであり、
前記（Ａ）が、（ａ１）異方性グラファイト、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層を備え、
前記（ａ１）と（ａ３）が、（ａ２）により接合しており、
Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸において、
前記（Ａ）のＸ軸に平行な４辺（辺ａ）の長さの平均値をＬａとし、
前記（Ａ）のＹ軸に平行な４辺（辺ｂ）の長さの平均値をＬｂとし、
前記（Ａ）のＺ軸に平行な４辺（辺ｃ）の長さの平均値をＬｃとし、
（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とほぼ平行であり、
前記（Ｂ）の長辺の長さをｌ１とし、
前記（Ｂ）の短辺の長さをｌ２とし、
前記（Ｂ）の厚さをｌ３とし、
前記（Ｂ）の長辺がＸ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とがほぼ垂直になるように、
前記（Ｂ）が前記（Ａ）の（ａ３）と接合しており、
前記（Ａ）のＸ軸方向の４辺の長さの平均値（Ｌａ）と前記（Ｂ）の短辺の長さ（ｌ２）の比率において、Ｌａ／ｌ２が３以上である。
（Ａ）異方性グラファイト複合体と（Ｂ）半導体素子を備える半導体パッケージであり、
前記（Ａ）が、（ａ１）異方性グラファイト、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層を備え、
前記（ａ１）と（ａ３）が、（ａ２）により接合しており、
Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸において、
前記（Ａ）のＸ軸に平行な４辺（辺ａ）の長さの平均値をＬａとし、
前記（Ａ）のＹ軸に平行な４辺（辺ｂ）の長さの平均値をＬｂとし、
前記（Ａ）のＺ軸に平行な４辺（辺ｃ）の長さの平均値をＬｃとし、
（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とほぼ平行であり、
前記（Ｂ）の長辺の長さをｌ１とし、
前記（Ｂ）の短辺の長さをｌ２とし、
前記（Ｂ）の厚さをｌ３とし、
前記（Ｂ）の長辺がＸ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とがほぼ垂直になるように、
前記（Ｂ）が前記（Ａ）の（ａ３）と接合しており、
前記（Ａ）のＸ軸方向の４辺の長さの平均値（Ｌａ）と前記（Ｂ）の短辺の長さ（ｌ２）の比率において、Ｌａ／ｌ２が３以上である。
以下に、本発明の半導体パッケージを構成する部材である（Ａ）異方性グラファイト複合体、（Ｂ）半導体素子などについて説明する。
＜（Ａ）異方性グラファイト複合体＞
以下において、Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸を定義し、（Ａ）異方性グラファイト複合体の辺のうち、Ｘ軸に平行な４辺を辺ａ、Ｙ軸に平行な４辺を辺ｂとし、Ｚ軸に平行な４辺を辺ｃとする。
図１のように、本発明で用いられる（Ａ）異方性グラファイト複合体１０は、（ａ１）異方性グラファイト１、（ａ２）金属層７、（ａ３）無機材質層６からなる。（Ａ）異方性グラファイトを形成するグラファイトの結晶配向面２を有し、結晶配向面２に平行にグラファイトが積層している。
以下において、Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸を定義し、（Ａ）異方性グラファイト複合体の辺のうち、Ｘ軸に平行な４辺を辺ａ、Ｙ軸に平行な４辺を辺ｂとし、Ｚ軸に平行な４辺を辺ｃとする。
図１のように、本発明で用いられる（Ａ）異方性グラファイト複合体１０は、（ａ１）異方性グラファイト１、（ａ２）金属層７、（ａ３）無機材質層６からなる。（Ａ）異方性グラファイトを形成するグラファイトの結晶配向面２を有し、結晶配向面２に平行にグラファイトが積層している。
＜半導体パッケージ＞
図２に、半導体パッケージ３０の斜視図の例を示す。この半導体パッケージは、上から、（Ｂ）半導体素子８、（Ａ）異方性グラァイト複合体１０、冷却器９から構成される。
図２に、半導体パッケージ３０の斜視図の例を示す。この半導体パッケージは、上から、（Ｂ）半導体素子８、（Ａ）異方性グラァイト複合体１０、冷却器９から構成される。
＜異方性グラファイトと半導体素子の構成＞
本発明の半導体パッケージにおいては、（Ａ）異方性グラファイトにおける（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面の方向、さらに、（Ａ）に対する（Ｂ）半導体素子の方向が重要である。
まず、（Ａ）異方性グラファイトにおける（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面の方向について説明する。図２において、（Ｂ）半導体素子８から、（Ａ）異方性グラファイト複合体を通して、冷却器９への熱を効率的に伝達するためには、（ａ１）異方性グラファイト１の結晶配向面を厚さＸ−Ｚ平面に平行に配置することで、Ｘ軸方向と、さＺ軸方向に効果的に熱を伝達することができる。
続いて、（Ａ）に対する（Ｂ）半導体素子の方向について説明する。
図２において、（Ａ）異方性グラファイト複合体１０の辺ａ（図２の３）に対し、（Ｂ）半導体素子８の長辺８１が垂直に配置されること、（Ｂ）半導体素子８の短辺８２の長さｌ２に対して３倍以上の長さを有することで、効果的に熱を伝達することができる。
また、
本発明の半導体パッケージにおいては、（Ａ）異方性グラファイトにおける（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面の方向、さらに、（Ａ）に対する（Ｂ）半導体素子の方向が重要である。
まず、（Ａ）異方性グラファイトにおける（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面の方向について説明する。図２において、（Ｂ）半導体素子８から、（Ａ）異方性グラファイト複合体を通して、冷却器９への熱を効率的に伝達するためには、（ａ１）異方性グラファイト１の結晶配向面を厚さＸ−Ｚ平面に平行に配置することで、Ｘ軸方向と、さＺ軸方向に効果的に熱を伝達することができる。
続いて、（Ａ）に対する（Ｂ）半導体素子の方向について説明する。
図２において、（Ａ）異方性グラファイト複合体１０の辺ａ（図２の３）に対し、（Ｂ）半導体素子８の長辺８１が垂直に配置されること、（Ｂ）半導体素子８の短辺８２の長さｌ２に対して３倍以上の長さを有することで、効果的に熱を伝達することができる。
また、
＜（Ｂ）の形状＞
（Ｂ）半導体素子をＺ軸方向から見た形状は、長方形以外でもよく、丸みがある四辺を有してもよく、楕円でもよい。長方形以外の場合、（Ｂ）半導体素子の長辺の長さ（ｌ１）と短辺の長さ（ｌ２）は、半導体素子の最小長さと半導体素子の最大長さで規定される。
（Ｂ）半導体素子をＺ軸方向から見た形状は、長方形以外でもよく、丸みがある四辺を有してもよく、楕円でもよい。長方形以外の場合、（Ｂ）半導体素子の長辺の長さ（ｌ１）と短辺の長さ（ｌ２）は、半導体素子の最小長さと半導体素子の最大長さで規定される。
＜（Ａ）の各辺の長さおよび（Ｂ）の各辺の長さと厚さの定義＞
（Ａ）異方性グラファイト複合体において、Ｘ軸に平行な４辺（辺ａ）の長さの平均値をＬａとし、Ｙ軸に平行な４辺（辺ｂ）の長さの平均値をＬｂとし、Ｚ軸に平行な４辺（辺ｃ）の長さの平均値をＬｃとする。
（Ｂ）半導体素子において、長辺の長さをｌ１とし、短辺の長さをｌ２とし、厚さをｌ３とする。
（Ａ）異方性グラファイト複合体において、Ｘ軸に平行な４辺（辺ａ）の長さの平均値をＬａとし、Ｙ軸に平行な４辺（辺ｂ）の長さの平均値をＬｂとし、Ｚ軸に平行な４辺（辺ｃ）の長さの平均値をＬｃとする。
（Ｂ）半導体素子において、長辺の長さをｌ１とし、短辺の長さをｌ２とし、厚さをｌ３とする。
＜Ｌａ／ｌ２＞
（Ａ）異方性グラファイト複合体辺ａの長さの平均値をＬａは、（Ｂ）半導体素子の短辺の長さｌ２に対して、３倍以上であり、５倍以上が好ましい。
（Ａ）異方性グラファイト複合体辺ａの長さの平均値をＬａは、（Ｂ）半導体素子の短辺の長さｌ２に対して、３倍以上であり、５倍以上が好ましい。
＜Ｌａ＞
また、（Ａ）の辺ａの長さの平均値（Ｌａ）は、効率的に熱を拡散する観点から、４ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましい。
また、（Ａ）の辺ａの長さの平均値（Ｌａ）は、効率的に熱を拡散する観点から、４ｍｍ以上２００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下がより好ましい。
＜Ｌｂ＞
（Ａ）の辺ｂの長さの平均値（Ｌｂ）は、（Ｂ）半導体素子の長辺の長さ（ｌ１）以上が好ましい。Ｌｂは、効率的に熱を拡散する観点から、６ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましい。
（Ａ）の辺ｂの長さの平均値（Ｌｂ）は、（Ｂ）半導体素子の長辺の長さ（ｌ１）以上が好ましい。Ｌｂは、効率的に熱を拡散する観点から、６ｍｍ以上１００ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下がより好ましい。
＜Ｌｃ＞
辺ｃの長さの平均値（Ｌｃ）は、（Ｂ）半導体素子から冷却器までのＺ軸方向の熱抵抗を減らす観点からは、より短いことが好ましいが、熱が（Ｂ）半導体素子から冷却器まで達するまでにＸ−Ｚ平面に熱を拡散させる観点からは、より長くすることが好ましい。Ｌｃは、熱伝達性能をより効果的に発現させる観点からは、０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以上３．５ｍｍ以下がより好ましく、１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下がさらに好ましい。
辺ｃの長さの平均値（Ｌｃ）は、（Ｂ）半導体素子から冷却器までのＺ軸方向の熱抵抗を減らす観点からは、より短いことが好ましいが、熱が（Ｂ）半導体素子から冷却器まで達するまでにＸ−Ｚ平面に熱を拡散させる観点からは、より長くすることが好ましい。Ｌｃは、熱伝達性能をより効果的に発現させる観点からは、０．６ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以上３．５ｍｍ以下がより好ましく、１．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下がさらに好ましい。
＜（ａ１）異方性グラファイトの製造方法＞
本発明で用いる（ａ１）異方性グラファイトは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造が面方向に高熱伝導性を有するグラファイトブロックを所定の板状形状に切断することで製造可能である。
本発明で用いる（ａ１）異方性グラファイトは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造が面方向に高熱伝導性を有するグラファイトブロックを所定の板状形状に切断することで製造可能である。
＜グラファイトブロック＞
グラファイトブロックの製造方法としては、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造の結晶配向面に高熱伝導性を有するものであれば特に制限はされず、高分子分解グラファイトブロック、熱分解グラファイトブロック、押出成形グラファイトブロック、モールド成形グラファイトブロックなどを用いることが可能である。中でも、グラファイトブロックは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造の結晶配向面に１５００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率を有し、異方性グラファイト伝熱部材の熱伝達性能が優れる観点から、高分子分解グラファイトブロック、もしくは、熱分解グラファイトブロックを使用することが好ましい。
本発明の目的に好ましく用いられる異方性グラファイトブロックの第一の製造方法は、メタンなどの炭素質ガスを炉内に導入し、ヒーターで２０００℃程度まで加熱し、微細な炭素核を形成する。形成された炭素核は、基板上に体積して層状に体積し、熱分解グラファイトブロックを得ることができる。
グラファイトブロックの製造方法としては、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造の結晶配向面に高熱伝導性を有するものであれば特に制限はされず、高分子分解グラファイトブロック、熱分解グラファイトブロック、押出成形グラファイトブロック、モールド成形グラファイトブロックなどを用いることが可能である。中でも、グラファイトブロックは、六員環が共有結合で繋がったグラフェン構造の結晶配向面に１５００Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率を有し、異方性グラファイト伝熱部材の熱伝達性能が優れる観点から、高分子分解グラファイトブロック、もしくは、熱分解グラファイトブロックを使用することが好ましい。
本発明の目的に好ましく用いられる異方性グラファイトブロックの第一の製造方法は、メタンなどの炭素質ガスを炉内に導入し、ヒーターで２０００℃程度まで加熱し、微細な炭素核を形成する。形成された炭素核は、基板上に体積して層状に体積し、熱分解グラファイトブロックを得ることができる。
＜グラファイトブロックの製造方法＞
本発明のグラファイトブロックの第二の製造方法は、ポリイミド樹脂などの高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理することによって作製するものである。具体的には、高分子フィルムからグラファイトブロックを得るには、まず、出発物質である高分子フィルム多層に積層したものを、減圧下もしくは不活性ガス中で、１０００℃程度の温度まで予備加熱処理して炭素化し、炭素化ブロックとする。その後、この炭素化ブロックを不活性ガス雰囲気下、プレス加圧しながら、２８００℃以上の温度まで熱処理することによりグラファイト化させることで、良好なグラファイト結晶構造を形成することができ、熱伝導性に優れたグラファイトブロックを得ることができる。
グラファイトブロックを切断する方法としては、ダイヤモンドカッター、ワイヤーソー、マシニングなど公知の技術を適宜選択することが可能であるが、略直方体形状に容易に加工できる観点で、ワイヤーソーが好ましい。
また、表面を研磨もしくは粗面化してもよく、やすり研磨、バフ研磨、ブラスト処理など公知の技術を適宜用いることも可能である。
本発明のグラファイトブロックの第二の製造方法は、ポリイミド樹脂などの高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理することによって作製するものである。具体的には、高分子フィルムからグラファイトブロックを得るには、まず、出発物質である高分子フィルム多層に積層したものを、減圧下もしくは不活性ガス中で、１０００℃程度の温度まで予備加熱処理して炭素化し、炭素化ブロックとする。その後、この炭素化ブロックを不活性ガス雰囲気下、プレス加圧しながら、２８００℃以上の温度まで熱処理することによりグラファイト化させることで、良好なグラファイト結晶構造を形成することができ、熱伝導性に優れたグラファイトブロックを得ることができる。
グラファイトブロックを切断する方法としては、ダイヤモンドカッター、ワイヤーソー、マシニングなど公知の技術を適宜選択することが可能であるが、略直方体形状に容易に加工できる観点で、ワイヤーソーが好ましい。
また、表面を研磨もしくは粗面化してもよく、やすり研磨、バフ研磨、ブラスト処理など公知の技術を適宜用いることも可能である。
＜（ａ３）無機材質層＞
（Ａ）異方性グラファイト複合体において、（ａ１）異方性グラファイトの上下面（Ｘ―Ｙ平面に平行な面）のうち、少なくとも片面には、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層が形成されており、（ａ１）と（ａ３）は、（ａ２）により接合されている。熱伝達効率の観点から、（ａ２）と（ａ３）が、（ａ１）の上下面に形成されていることが好ましく、（ａ１）の上下面といくつかの側面に形成されていることがより好ましく、（ａ１）の６面全てに形成されていることが特に好ましい。。
（Ａ）異方性グラファイト複合体において、（ａ１）異方性グラファイトの上下面（Ｘ―Ｙ平面に平行な面）のうち、少なくとも片面には、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層が形成されており、（ａ１）と（ａ３）は、（ａ２）により接合されている。熱伝達効率の観点から、（ａ２）と（ａ３）が、（ａ１）の上下面に形成されていることが好ましく、（ａ１）の上下面といくつかの側面に形成されていることがより好ましく、（ａ１）の６面全てに形成されていることが特に好ましい。。
＜（ａ３）無機材質層＞
（ａ３）無機材質層としては、金属層もしくはセラミックス層が挙げられ、金属層が好ましい。（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面に垂直な方向（Ｙ軸方向）へは、熱が相対的に伝わりにくい。そのため、熱伝導率が比較的高く、等方性の材料と複合することで、（ａ１）異方性グラファイトのＹ軸方向の熱伝導性を補うことができ、より高い放熱効果を発現することができる。
金属層を形成する金属の種類としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、及びこれらを含む合金など公知の材料を適宜用いることができる。
セラミックス層を形成するセラミックスの種類としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミなど公知の材料を適宜用いることができる。
熱伝導性をより高める観点からは、（ａ３）無機材質層としては、金属層が好ましく、金属層を形成する金属としては、銅が好ましい。
（ａ３）無機材質層としては、金属層もしくはセラミックス層が挙げられ、金属層が好ましい。（ａ１）異方性グラファイトの結晶配向面に垂直な方向（Ｙ軸方向）へは、熱が相対的に伝わりにくい。そのため、熱伝導率が比較的高く、等方性の材料と複合することで、（ａ１）異方性グラファイトのＹ軸方向の熱伝導性を補うことができ、より高い放熱効果を発現することができる。
金属層を形成する金属の種類としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン、及びこれらを含む合金など公知の材料を適宜用いることができる。
セラミックス層を形成するセラミックスの種類としては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化アルミなど公知の材料を適宜用いることができる。
熱伝導性をより高める観点からは、（ａ３）無機材質層としては、金属層が好ましく、金属層を形成する金属としては、銅が好ましい。
＜（ａ３）の厚さ＞
（ａ３）無機材質層の厚さは、１００μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、１２０μｍ以上２５０μｍ以下がより好ましい。１００μｍ以上であれば、（ａ１）異方性グラファイトの熱が相対的に伝わりにくい方向の熱伝導性を補うことができる。また、３００μｍ以下であれば、（ａ１）異方性グラファイトの高い熱伝導率を阻害することがない。
（ａ３）無機材質層の厚さは、１００μｍ以上３００μｍ以下が好ましく、１２０μｍ以上２５０μｍ以下がより好ましい。１００μｍ以上であれば、（ａ１）異方性グラファイトの熱が相対的に伝わりにくい方向の熱伝導性を補うことができる。また、３００μｍ以下であれば、（ａ１）異方性グラファイトの高い熱伝導率を阻害することがない。
＜（ａ３）の形成方法＞
（ａ３）無機材質層の形成方法としては、めっき、スパッタあるいは（ａ３）の板を貼り付けるを（ａ１）方法が挙げられる。熱伝導の観点で、（ａ３）の板を貼り付ける方法が好ましい。
（ａ３）無機材質層の形成方法としては、めっき、スパッタあるいは（ａ３）の板を貼り付けるを（ａ１）方法が挙げられる。熱伝導の観点で、（ａ３）の板を貼り付ける方法が好ましい。
＜（ａ２）金属層＞
（ａ２）金属層は、（ａ１）異方性グラファイトと、（ａ３）無機材質層を接合するために用いられる。
（ａ２）金属層は、（ａ１）異方性グラファイトと、（ａ３）無機材質層を接合するために用いられる。
＜（ａ２）の厚さ＞
（ａ２）金属層の厚さは、特に制限されないが、接合材としての良好な界面接着性を有する観点と、熱抵抗の増加を抑制する観点から、８μｍ以上５０μｍの範囲であることが好ましい。
（ａ２）金属層の厚さは、特に制限されないが、接合材としての良好な界面接着性を有する観点と、熱抵抗の増加を抑制する観点から、８μｍ以上５０μｍの範囲であることが好ましい。
＜（ａ２）の材質＞
（ａ２）金属層の種類としては、特に限定はされないが、めっき、金属系ろう材を含む金属層を用いることが好ましい。
めっきを用いた場合には、（ａ２）金属層と（ａ３）無機材質層６が一体となる場合もある。
（ａ２）金属層として金属系ろう材を用いる場合、金属系ろう材は、（ａ１）異方性グラファイトと拡散接合が可能であり、また、それ自体の熱伝導率が比較的高いので、高い熱伝導性を維持することができる。
例えば、図２において、（ａ２）金属層を金属系ろう材、（ａ３）無機材質層６を銅層とすると、（ａ１）異方性グラファイト１を、接合することが可能である。
金属系ろう材の種類については、特に制限されないが、同様の観点で銀、銅、チタンを含むことが好ましい。
（ａ２）金属層の種類としては、特に限定はされないが、めっき、金属系ろう材を含む金属層を用いることが好ましい。
めっきを用いた場合には、（ａ２）金属層と（ａ３）無機材質層６が一体となる場合もある。
（ａ２）金属層として金属系ろう材を用いる場合、金属系ろう材は、（ａ１）異方性グラファイトと拡散接合が可能であり、また、それ自体の熱伝導率が比較的高いので、高い熱伝導性を維持することができる。
例えば、図２において、（ａ２）金属層を金属系ろう材、（ａ３）無機材質層６を銅層とすると、（ａ１）異方性グラファイト１を、接合することが可能である。
金属系ろう材の種類については、特に制限されないが、同様の観点で銀、銅、チタンを含むことが好ましい。
＜（ａ２）が金属系ろう材である場合＞
金属系ろう材を用いた場合の接合方法については、公知の材料並びに公知の技術を用いることが出来る。例えば、活性銀ろうを用いた場合、１×１０−３Ｐａの真空環境、及び７００〜１０００℃の温度範囲で１０分から１時間加熱し、これを常温まで冷却することにより接合することが可能である。また、接合状態を良好にするために、加熱時に加重をかけても良い。
また、（ａ３）無機材質層を、（ａ２）として金属系ろう材を用いて、（ａ１）異方性グラファイトの全面に接合する場合、図３に示す中空枠２１を用いた方式もしくは、図４に示す有底枠２２を用いた方式が好ましい。（ａ１）異方性グラファイト１の各面にそれぞれ無機材質層を接合した場合に比べ無機材質層６同士の界面が減るため、効率的に熱を拡散することができる。
金属系ろう材を用いた場合の接合方法については、公知の材料並びに公知の技術を用いることが出来る。例えば、活性銀ろうを用いた場合、１×１０−３Ｐａの真空環境、及び７００〜１０００℃の温度範囲で１０分から１時間加熱し、これを常温まで冷却することにより接合することが可能である。また、接合状態を良好にするために、加熱時に加重をかけても良い。
また、（ａ３）無機材質層を、（ａ２）として金属系ろう材を用いて、（ａ１）異方性グラファイトの全面に接合する場合、図３に示す中空枠２１を用いた方式もしくは、図４に示す有底枠２２を用いた方式が好ましい。（ａ１）異方性グラファイト１の各面にそれぞれ無機材質層を接合した場合に比べ無機材質層６同士の界面が減るため、効率的に熱を拡散することができる。
＜図３の中空枠方式＞
図３の中空枠２１を用いた方式について説明する。中空枠２１を用いた方式では、中空枠２１、（ａ１）異方性グラファイト１および、ふたするように配する（ａ３）として金属板２０と、（ａ２）として接合材である金属系ろう材７あるいは半田を配置し、加熱接合することで作製することができる。このとき金属系ろう材は、予め金属板２０に予備接着されているとより効率的に接合することができる。
図３の中空枠２１を用いた方式について説明する。中空枠２１を用いた方式では、中空枠２１、（ａ１）異方性グラファイト１および、ふたするように配する（ａ３）として金属板２０と、（ａ２）として接合材である金属系ろう材７あるいは半田を配置し、加熱接合することで作製することができる。このとき金属系ろう材は、予め金属板２０に予備接着されているとより効率的に接合することができる。
＜図４の有体枠方式＞
次に、図４に示す有底枠２２を用いた方式について説明する。有底枠２２の作製方法は特に制限されないが、板から削り出す方法、箱曲げ加工、絞り加工など適宜選択することができる。このようにして作製された有底枠２２は、（ａ１）異方性グラファイト１および、ふたするように配する金属板２０と、（ａ２）として接合材である金属系ろう材７あるいは半田を配置し、加熱接合することで作製することができる。このとき金属系ろう材は、予め金属板２０や有底枠２２に予備接着されているとより効率的に接合することができる。
次に、図４に示す有底枠２２を用いた方式について説明する。有底枠２２の作製方法は特に制限されないが、板から削り出す方法、箱曲げ加工、絞り加工など適宜選択することができる。このようにして作製された有底枠２２は、（ａ１）異方性グラファイト１および、ふたするように配する金属板２０と、（ａ２）として接合材である金属系ろう材７あるいは半田を配置し、加熱接合することで作製することができる。このとき金属系ろう材は、予め金属板２０や有底枠２２に予備接着されているとより効率的に接合することができる。
＜（ａ２）金属層の（ａ１）への含浸＞
本発明の（Ａ）異方性グラファイト複合体において、（ａ２）金属層は、（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の層間に、例えば含浸するように、存在していることが好ましい。（ａ１）異方性グラファイトの層間には、微小な隙間がある場合があり、この隙間が（Ａ）の熱伝達性能を阻害する。そのため、この隙間に（ａ２）金属層が存在することによって、良好な熱伝達性を発現することができる。
（ａ２）金属層を（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイトの層間に含浸させるあるいは存在させる方法としては、（ａ３）無機材質層と（ａ２）金属層を加熱接合する際に、微小な隙間が発生している異方性グラファイト１の層間を敢えて広げることが効果的である。
本発明の（Ａ）異方性グラファイト複合体において、（ａ２）金属層は、（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の層間に、例えば含浸するように、存在していることが好ましい。（ａ１）異方性グラファイトの層間には、微小な隙間がある場合があり、この隙間が（Ａ）の熱伝達性能を阻害する。そのため、この隙間に（ａ２）金属層が存在することによって、良好な熱伝達性を発現することができる。
（ａ２）金属層を（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイトの層間に含浸させるあるいは存在させる方法としては、（ａ３）無機材質層と（ａ２）金属層を加熱接合する際に、微小な隙間が発生している異方性グラファイト１の層間を敢えて広げることが効果的である。
また、加熱接合の際にグラファイトの層間を効率的に広げる方法としては、（ａ１）異方性グラファイトとして、ポリイミドフィルムなどの高分子フィルムを多層に積層した後、熱分解して作製される、高分子分解グラファイトを用いることが好ましい。高分子分解グラファイトは、高分子フィルムを多層に積層して作製されるため、ＣＶＤ法などによって作製される熱分解グラファイトなどに比べ、高分子フィルム間由来の層間で直線状に隙間を形成することができる。そのため、金属系ろう材を容易に含浸することができる。
以下に本発明の実施例を説明する。
＜熱伝達性能の評価＞
図５に示されるように、異方性グラファイト複合体１０の上面の中央部に、半導体素子８（２ｍｍ×６ｍｍ）をはんだで接合した。さらに、異方性グラファイト複合体１０の下面と水冷却器９を、信越シリコーン製シリコングリース（型番：Ｇ７７５）により取り付けた。冷却器９（サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ）には２５℃の水を循環させて、半導体素子８に４０Ｗの熱量を加えた状態で、半導体素子８の温度を熱電対で測定した。
半導体素子８の温度が１６０℃以下であればランクを「Ａ」、１６０℃より大きく１６４℃以下であればランクを「Ｂ」、１６４℃より大きく１７９℃以下であればければランクを「Ｃ」、１７９℃より大きければランクを「Ｄ」とし、Ａ、Ｂ、Ｃであれば熱伝達性能に優れていると判断した。なお、温度は小数点第１位を四捨五入して整数とした。
＜熱伝達性能の評価＞
図５に示されるように、異方性グラファイト複合体１０の上面の中央部に、半導体素子８（２ｍｍ×６ｍｍ）をはんだで接合した。さらに、異方性グラファイト複合体１０の下面と水冷却器９を、信越シリコーン製シリコングリース（型番：Ｇ７７５）により取り付けた。冷却器９（サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ）には２５℃の水を循環させて、半導体素子８に４０Ｗの熱量を加えた状態で、半導体素子８の温度を熱電対で測定した。
半導体素子８の温度が１６０℃以下であればランクを「Ａ」、１６０℃より大きく１６４℃以下であればランクを「Ｂ」、１６４℃より大きく１７９℃以下であればければランクを「Ｃ」、１７９℃より大きければランクを「Ｄ」とし、Ａ、Ｂ、Ｃであれば熱伝達性能に優れていると判断した。なお、温度は小数点第１位を四捨五入して整数とした。
＜製造例１＞
グラファイトブロックの製造例を以下に示す。
サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２５μｍのカネカ製ポリイミドフィルムを１５００枚積層した後、４０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力でプレス加圧しながら、不活性ガス雰囲気下、２９００℃まで熱処理することにより異方性グラファイトブロック（サイズ９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）を作製した。
熱伝導率は結晶配向面に１５００Ｗ／ｍＫ、結晶配向面の鉛直方向に５Ｗ／ｍＫであった。
グラファイトブロックの製造例を以下に示す。
サイズ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２５μｍのカネカ製ポリイミドフィルムを１５００枚積層した後、４０ｋｇ／ｃｍ２の加圧力でプレス加圧しながら、不活性ガス雰囲気下、２９００℃まで熱処理することにより異方性グラファイトブロック（サイズ９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５ｍｍ）を作製した。
熱伝導率は結晶配向面に１５００Ｗ／ｍＫ、結晶配向面の鉛直方向に５Ｗ／ｍＫであった。
製造例１で作成したグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、ワイヤーソーで切断し、Ｘ軸に平行な辺（辺ａ）の長さが６ｍｍ、Ｙ軸に平行な辺（辺ｂ）の長さが１０ｍｍ、Ｚ軸に平行な辺（辺ｃ）の長さが０．６ｍｍである異方性グラファイトを得た。
次に、図５のように、辺ａの長さが６ｍｍ、辺ｂの長さが１０ｍｍ、辺ｃの長さが０．６ｍｍの異方性グラファイトの上下面に、（ａ２）金属層としてチタン系活性銀ろう２５、（ａ３）無機材質層として厚さ２００μｍの無酸素銅２６を重ねて、Ｚ軸方向から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８５０℃で３０分加熱し、異方性グラファイト複合体１０を得た。
異方性グラファイト複合体１０において、異方性グラファイト１のグラファイト層の層間の一部には、活性銀ろう２５が存在していた。
次に、半導体パッケージを上から見た図６のように、上から、半導体素子８、異方性グラファイト複合体１０、冷却器９として、異方性グラファイト複合体１０の辺ａ３に対して、半導体素子８の長辺８１が垂直になるように配置し、。得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７３℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
異方性グラファイト複合体１０において、異方性グラファイト１のグラファイト層の層間の一部には、活性銀ろう２５が存在していた。
次に、半導体パッケージを上から見た図６のように、上から、半導体素子８、異方性グラファイト複合体１０、冷却器９として、異方性グラファイト複合体１０の辺ａ３に対して、半導体素子８の長辺８１が垂直になるように配置し、。得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７３℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
グラファイトブロックから、辺ａが１０ｍｍ、辺ｂが１０ｍｍ、辺ｃが０．６ｍｍの形状になるように切断して、異方性グラファイトを得た以外は実施例１と同様とした。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６３℃であり、ランクＢであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６３℃であり、ランクＢであった。評価結果を表１に示す。
（ａ３）無機材質層として無酸素銅の代わりに、窒化アルミを用いたこと以外は、実施例２と同様とした。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７８℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７８℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
（ａ３）無機材質層として、厚さ２００μｍの無酸素銅に代えて、厚さ８０μｍの無酸素銅を用いたこと以外は、実施例２と同様とした。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７０℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１７０℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
（ａ３）無機材質層として、厚さ２００μｍの無酸素銅に代えて、厚さ３２０μｍの無酸素銅を用いたこと以外は、実施例２と同様とした。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６５℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６５℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
異方性グラファイトの上下面に、（ａ３）無機材質層として電解銅めっきで２００μｍの銅層を形成したこと以外は、実施例２と同様である。なお、異方性グラファイトの側面には、めっきの前にマスクを形成し、めっき後マスクを取り除き、異方性グラファイトの側面にはメッキが形成されないようにした。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６７℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６７℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
製造例１の方法で作製されたグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、ワイヤーソーで切断し、Ｘ軸に平行な辺が９．６ｍｍ、Ｙ軸に平行な辺が９．６ｍｍ、Ｚ軸に平行な辺が０．６ｍｍの形状である異方性グラファイトを得た。
図３のように、異方性グラファイト１の側面を、枠の外寸が１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み０．６ｍｍの無酸素銅を、中空部のサイズは、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、枠の幅が０．２ｍｍとした中空枠２１を準備した。
中空枠２１、異方性グラファイト１、上下のふたとなる、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの無酸素銅板２０、接合材であるチタン系活性銀ろう７を配置し、接合した。
接合条件は、Ｚ軸方向の上下から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えられた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８５０℃で３０分加熱し、異方性グラファイト複合体１０を得た。得られた異方性グラファイト複合体の異方性グラファイト１の層間の一部には、活性銀ろう２５が形成されていた。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６２℃であり、ランクＢであった。評価結果を表１に示す。
図３のように、異方性グラファイト１の側面を、枠の外寸が１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み０．６ｍｍの無酸素銅を、中空部のサイズは、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、枠の幅が０．２ｍｍとした中空枠２１を準備した。
中空枠２１、異方性グラファイト１、上下のふたとなる、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの無酸素銅板２０、接合材であるチタン系活性銀ろう７を配置し、接合した。
接合条件は、Ｚ軸方向の上下から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えられた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８５０℃で３０分加熱し、異方性グラファイト複合体１０を得た。得られた異方性グラファイト複合体の異方性グラファイト１の層間の一部には、活性銀ろう２５が形成されていた。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６２℃であり、ランクＢであった。評価結果を表１に示す。
製造例１の方法で作製されたグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、ワイヤーソーで、辺ａの長さが９．６ｍｍ、辺ｂがの長さ９．６ｍｍ、辺ｃの長さが０．６ｍｍである異方性グラファイトを得た。
図４のように、厚さ２００μｍの無酸素銅の板を十字に抜き加工した後、箱曲げ加工によって、有底枠２２を作製した。有底枠の内寸は、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×ｔ０．６ｍｍとした。尚、有底枠の外寸は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍであった。有底枠２１、異方性グラファイト１、ふたとなる９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの無酸素銅板２０、接合材であるチタン系活性銀ろう７を配置し、接合した。接合条件は、Ｚ軸方向の上下から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えられた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８５０℃で３０分加熱し、異方性グラファイト複合体を得た。得られた異方性グラファイト複合体の異方性グラファイト１の層間の一部には、活性銀ろう２５が形成されていた。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６０℃であり、ランクＡであった。評価結果を表１に示す。
図４のように、厚さ２００μｍの無酸素銅の板を十字に抜き加工した後、箱曲げ加工によって、有底枠２２を作製した。有底枠の内寸は、９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×ｔ０．６ｍｍとした。尚、有底枠の外寸は、１０ｍｍ×１０ｍｍ×ｔ０．８ｍｍであった。有底枠２１、異方性グラファイト１、ふたとなる９．６ｍｍ×９．６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの無酸素銅板２０、接合材であるチタン系活性銀ろう７を配置し、接合した。接合条件は、Ｚ軸方向の上下から１００ｋｇ／ｍ２の加重を加えられた状態で、１×１０−３Ｐａの真空環境下、８５０℃で３０分加熱し、異方性グラファイト複合体を得た。得られた異方性グラファイト複合体の異方性グラファイト１の層間の一部には、活性銀ろう２５が形成されていた。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６０℃であり、ランクＡであった。評価結果を表１に示す。
異方性グラファイトとして、ＭＩＮＴＥＱ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．製ＰＹＲＯＩＤ ＨＴを用いたこと以外は実施例２と同様とした。得られた異方性グラファイト複合体において異方性グラファイトのグラファイトの層間には、金属層が形成されていなかった。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６５℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
半導体パッケージにおける半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を上から見た図を図７に示した。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１６５℃であり、ランクＣであった。評価結果を表１に示す。
＜比較例１＞
図８のように、異方性グラファイト１０の辺ａに対して、半導体素子８の長辺８１が平行になるように、配置したこと以外は実施例２と同様である。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１８７℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
図８のように、異方性グラファイト１０の辺ａに対して、半導体素子８の長辺８１が平行になるように、配置したこと以外は実施例２と同様である。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１８７℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
＜比較例２＞
製造例１で作成したグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、辺ａの長さが４ｍｍ、辺ｂの長さが１０ｍｍ、辺ｃの長さが０．６ｍｍの形状になるように切断して、異方性グラファイトを得た以外は実施例２と同様である。半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を図９に示す。得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１８５℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
製造例１で作成したグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、辺ａの長さが４ｍｍ、辺ｂの長さが１０ｍｍ、辺ｃの長さが０．６ｍｍの形状になるように切断して、異方性グラファイトを得た以外は実施例２と同様である。半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を図９に示す。得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１８５℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
＜比較例３＞
製造例１で作成したグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、辺ａの長さが１０ｍｍ、辺ｂの長さが１０ｍｍ、辺ｃの長さが１．０ｍｍの形状になるように切断し、異方性グラファイトを得て、無酸素銅と接合せず、異方性グラファイトのみで用いたこと以外は実施例２と同様である。半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を図７に示す。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１９４℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
製造例１で作成したグラファイトブロック（９０ｍｍ×９０ｍｍ、厚さ１５μｍ）を、グラファイトの結晶配向面がＸ−Ｚ平面と平行になるように配置し、辺ａの長さが１０ｍｍ、辺ｂの長さが１０ｍｍ、辺ｃの長さが１．０ｍｍの形状になるように切断し、異方性グラファイトを得て、無酸素銅と接合せず、異方性グラファイトのみで用いたこと以外は実施例２と同様である。半導体素子８と異方性グラファイト複合体１０の配置を図７に示す。
得られた異方性グラファイト複合体１０の熱伝達性能としては、半導体素子８の温度は１９４℃であり、ランクＤであった。評価結果を表１に示す。
実施例２と比較例１の比較から、半導体素子８の長辺８１を異方性グラファイトの辺ａに対し、垂直に配置することで熱伝達性能が向上していることがわかる。これは、辺ｂに対し熱伝導性が３００倍高い辺ａの方向への伝熱面積を大きくすることができたためである。
また、実施例１、比較例２の比較から、辺ａは、半導体素子８の短辺に対し、３倍以上の長さを有することで大きく熱伝達性能が高くなっていることがわかる。
実施例２、実施例３と比較例３の比較からは、異方性グラファイト１の上下面に銅や窒化アルミを配置することで大きく熱伝達性能が大きく向上していることがわかる。これは、異方性グラファイト１の熱伝導性が相対的に低い辺ｂの方向の熱伝達性能を向上させることができたためである。また、実施例２と実施例３の比較から、窒化アルミよりも銅と複合することが好ましいことがわかる。
実施例２、実施例３と比較例３の比較からは、異方性グラファイト１の上下面に銅や窒化アルミを配置することで大きく熱伝達性能が大きく向上していることがわかる。これは、異方性グラファイト１の熱伝導性が相対的に低い辺ｂの方向の熱伝達性能を向上させることができたためである。また、実施例２と実施例３の比較から、窒化アルミよりも銅と複合することが好ましいことがわかる。
銅の厚さとしては、実施例２、実施例４、実施例５の比較から、２００μｍの厚さに対し、３２０μｍと厚すぎても８０μｍと薄すぎてもやや熱伝達性能が落ちていることがわかる。これは、異方性グラファイト１の熱伝導性が相対的に低い辺ｂの熱伝達性能の向上と厚さ方向への熱伝達性能の維持を両立させる厚さに設定することが重要であることを意味する。
実施例２と実施例６の比較からは、異方性グラファイト１と接合する銅は、めっきで形成される銅よりも無酸素銅の板であるほうが良いことがわかる。これは、めっきで形成される銅よりも無酸素銅の板のほうが熱伝導性に優れるためである。
実施例２と実施例７、実施例８を比較すると、異方性グラファイトの全面に銅が形成されているほうが熱伝達性能が高いことがわかる。これは、半導体素子８からの熱を異方性グラファイトの側面部分まで広げることができるため、より効率的に放熱することができる。また、実施例７と実施例８の比較から中空枠２１よりも有底枠２２を用いたほうが熱伝達性能が高いことがわかる。これは、銅板の界面が減るためである。
実施例２と実施例９の比較からは、グラファイトの層間にろう材が含浸されているほうが熱伝達効果が僅かに高いことが分かる。これは、グラファイト層間に形成される熱伝導性の悪い隙間を熱伝導性の比較的良好なろう材で満たしたことによるものである。
１．異方性グラファイト
１’．異方性グラファイト
２．結晶配向面
３．辺ａの一つ
４．辺ｂの一つ
５．辺ｃの一つ
６．無機材質層
７．金属層
８．半導体素子
９．冷却器
２１．中空枠
２２．有底枠
２５．活性銀ろう
２６．無酸素銅
３０．半導体パッケージ
８１．半導体素子の長辺
８２．半導体素子の短辺
１’．異方性グラファイト
２．結晶配向面
３．辺ａの一つ
４．辺ｂの一つ
５．辺ｃの一つ
６．無機材質層
７．金属層
８．半導体素子
９．冷却器
２１．中空枠
２２．有底枠
２５．活性銀ろう
２６．無酸素銅
３０．半導体パッケージ
８１．半導体素子の長辺
８２．半導体素子の短辺
Claims (9)
- （Ａ）異方性グラファイト複合体と（Ｂ）半導体素子を備える半導体パッケージであり、
前記（Ａ）が、（ａ１）異方性グラファイト、（ａ２）金属層、（ａ３）無機材質層を備え、
前記（ａ１）と（ａ３）が、（ａ２）により接合しており、
Ｘ軸、Ｘ軸と直交したＹ軸、Ｘ軸とＹ軸を含む平面に垂直なＺ軸において、
前記（Ａ）のＸ軸に平行な４辺（辺ａ）の長さの平均値をＬａとし、
前記（Ａ）のＹ軸に平行な４辺（辺ｂ）の長さの平均値をＬｂとし、
前記（Ａ）のＺ軸に平行な４辺（辺ｃ）の長さの平均値をＬｃとし、
（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の結晶配向面が、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とほぼ平行であり、
前記（Ｂ）の長辺の長さをｌ１とし、
前記（Ｂ）の短辺の長さをｌ２とし、
前記（Ｂ）の厚さをｌ３とし、
前記（Ｂ）の長辺がＸ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面とがほぼ垂直になるように、
前記（Ｂ）が前記（Ａ）の（ａ３）と接合しており、
前記（Ａ）のＸ軸方向の４辺の長さの平均値（Ｌａ）と前記（Ｂ）の短辺の長さ（ｌ２）の比率において、Ｌａ／ｌ２が３以上である
半導体パッケージ。 - 前記（ａ３）無機材質層が銅である請求項１記載の半導体パッケージ
- 前記（ａ３）無機材質層の厚さが１００μｍ以上３００μｍ以下である請求項１もしくは請求項２に記載の半導体パッケージ
- 前記Ｌａの長さが１０ｍｍ以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体パッケージ
- 前記Ｌｃの長さが３ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体パッケージ
- 前記（ａ３）無機材質層で（ａ１）異方性グラファイトの全面が覆われている請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体パッケージ
- 前記（ａ３）無機材質層が有底枠もしくは中空枠とふたを備える請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体パッケージ
- 前記（ａ１）異方性グラファイトを形成するグラファイト層の層間の少なくとも一部に、（ａ２）金属層の一部を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体パッケージ
- 前記（ａ１）異方性グラファイトが、高分子フィルムを多層に積層した後、プレス加圧しながら熱処理することによって作製されたものである請求項８に記載の半導体パッケージ
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018062843A JP2021100006A (ja) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 半導体パッケージ |
| PCT/JP2019/011568 WO2019188614A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-03-19 | 半導体パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018062843A JP2021100006A (ja) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 半導体パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021100006A true JP2021100006A (ja) | 2021-07-01 |
Family
ID=68060525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018062843A Pending JP2021100006A (ja) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 半導体パッケージ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021100006A (ja) |
| WO (1) | WO2019188614A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11725796B2 (en) | 2021-06-30 | 2023-08-15 | Nichia Corporation | Light-emitting module, vehicle lamp, and heat dissipation member |
| WO2024004555A1 (ja) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 株式会社カネカ | グラファイト複合体、およびグラファイト複合体の製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2022050337A1 (ja) * | 2020-09-02 | 2022-03-10 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5930604B2 (ja) * | 2011-05-12 | 2016-06-08 | 株式会社サーモグラフィティクス | 異方性熱伝導素子の製造方法 |
| JP6617265B2 (ja) * | 2015-12-18 | 2019-12-11 | 株式会社サーモグラフィティクス | 熱伝導構造体、熱伝導構造体の製造方法、冷却装置、及び半導体モジュール |
-
2018
- 2018-03-28 JP JP2018062843A patent/JP2021100006A/ja active Pending
-
2019
- 2019-03-19 WO PCT/JP2019/011568 patent/WO2019188614A1/ja active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11725796B2 (en) | 2021-06-30 | 2023-08-15 | Nichia Corporation | Light-emitting module, vehicle lamp, and heat dissipation member |
| WO2024004555A1 (ja) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 株式会社カネカ | グラファイト複合体、およびグラファイト複合体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2019188614A1 (ja) | 2019-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6580385B2 (ja) | アルミニウムと炭素粒子との複合体及びその製造方法 | |
| JP2015532531A (ja) | バルクグラフェン材料を含む熱管理アセンブリ | |
| CN112839799B (zh) | 带金属层的碳质构件及导热板 | |
| JP5759902B2 (ja) | 積層材およびその製造方法 | |
| WO2019188614A1 (ja) | 半導体パッケージ | |
| WO2020059605A1 (ja) | 半導体パッケージ | |
| JP2012158783A (ja) | アルミニウム−ダイヤモンド系複合体及びその製造方法 | |
| WO2018180159A1 (ja) | ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法 | |
| JP6544983B2 (ja) | 冷却基板 | |
| JP2011071260A (ja) | 積層材およびその製造方法、絶縁積層材およびその製造方法 | |
| JP7213482B2 (ja) | グラファイト複合体および半導体パッケージ | |
| JP7142864B2 (ja) | 異方性グラファイト複合体の製造方法 | |
| JP5602566B2 (ja) | アルミニウム−炭化珪素質複合体からなる伝熱部材 | |
| JP2018135251A (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| JP5361273B2 (ja) | アルミニウム−黒鉛質複合体、それを用いた回路基板及びその製造方法 | |
| JP2020053613A (ja) | 複合基板 | |
| JP7096999B2 (ja) | 放熱材料用複合基板および放熱ユニットの製造方法 | |
| JP2000022055A (ja) | 炭素繊維複合放熱板 | |
| WO2019106874A1 (ja) | 絶縁基板及び放熱装置 | |
| JP5659542B2 (ja) | 絶縁基板及びパワーモジュール | |
| JP7232257B2 (ja) | 異方性グラファイトおよび異方性グラファイト複合体 | |
| JP6498040B2 (ja) | アルミニウムと炭素粒子との複合体及び絶縁基板 | |
| JP2012227356A (ja) | 絶縁基板用積層材 | |
| JP6853443B2 (ja) | パワーモジュール用基板の製造方法 | |
| JP2021082659A (ja) | 放熱装置 |