JPH02166757A - ヒートシンクの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーデ、工０１マイクロ波素子等の放
熱に用いられるヒートシンクの製法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レー→ｒ等の発熱性半導体素子は、発生する熱に
よる素子性能の劣化や暴走を防ぐため、ヒートシンクを
介してパッケージのベースに取り付けられる。ヒートシ
ンク材料には、高い熱伝導率と半導体素子との熱膨張係
数の整合性が要永さ九半導体素子を直接塔載可能となる
電気的絶縁性も求められる。これらの特性を備えたもの
として立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ　）焼結体がある。ｃ
ＢＮをヒートシンク材料として用いる場合、素子とヒー
トシンクを接着したｐｌあるいはヒートシンク材料極と
して使用するために、ヒートシンクの表ｆｉｋ金属化（
メタライズ）する必要がある。

ｃＢＮのメタライズ方法としては、既に、■スパッタリ
ング法によりＮ１膜を形成する方法（特開昭５４−３３
５１０号公報）、■周期律表第４ａ。

５ａ、６ａ族の遷移金属膜を形成し、かつｃＢＭとの界
面でこれらのホウ化物、窒化物、ホウ窒化物を形成させ
る方法（特開昭６１１１７８５６号公報）等が提案され
ているが、いずれも根本的問題点があった。即ち、■の
方法では、スパッタリング法で形成される膜のｃＢＮへ
の付着力は十分でなく剥がれやすいという欠点がある。

従来のスパッタリング法は、グロー放電の陰極でのスパ
ッタ現象を利用したプラズマ中での成膜であるためスパ
ッタの各過程が放電状態の強い影響を受けるとともに、
膜形成は１０−λ〜１ＱＰａ程度の低真空中で行われる
ため、膜質の再現性に問題があったまた、■の方法では
、界面にホウ化物、窒化物、ホウ窒化物を形成するため
に、ＣＢＮ′１を高温に加熱せねばならず、この時、ｃ
ＢＮ焼結体内部だ微量に残存するｃＢＮ合成触媒が焼結
体表面に浸出してメタライズ層とｃＢＮ焼結体との界面
に滞溜してメタライズ層の強固かつ安定な付着が阻害さ
れることがあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、ｃＢＮ焼結焼結体−ヒートシンクて利用する
場合の上述した問題点を改善するものであって、ｃＢＮ
焼結体の表面に強固かつ安定に付着したメタライズ層を
形成したヒートシンクの製法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、以下を要旨とするヒートシンクの製法
である。

１、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ　）焼結体の表面に金属
層が結合相を介して結合してなるヒートシンクの製造に
於て、該結合相の形成に金ｐＡ全コーティングした後、
該金属のコーティング層の上面よシレーデを照射するこ
とを特徴とするヒートシンクの製法。

２、金属をコーティングしなからレーデを照射すること
を特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製法。

３、　パルス発振レーｆｆ、用いることを特徴とする請
求項１又は２に記載のヒートシンクの製法。

４、照射レーデにエキシマレーザを用いることを特徴と
する請求項１又は２に記載のヒートシンクの製法。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

本発明に係る立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ　）焼結体を得
るには、例えば熱分解窒化ホウ素ＣＰ−ＢＮ）板を化学
気相蒸着（ＣＶＤ　）法によシ合成し、それに合成触媒
を熱処理によって拡散含浸させ、それを高温高圧処理（
例えば特開昭６３−２６０８６５号公報）すればよい。

それを加工してヒートシンク基体を作製する。

ｃＢＮ焼結体からなるヒートシンク基体にコーティング
する金属は何れでもよいが、大気中でも比較的安定であ
シ、かつ熱伝導率が高（、ｃＢＮと反応性のある金属が
適している。好ましくはＡ１、Ｎ１等である。本発明の
ヒートシンクは、ＱＢＮト金属との間に介在する結合相
の形成にレーデを用いることが主たる特徴である。さら
に説明すると、Ａｌ、Ｎｉ等の金属を真空蒸着、電子ビ
ーム（ＫＢ）蒸着、スパッタ等でコーティングして金属
第１層を形成する。金属第１層の厚みとしては、通常５
０〜２５００ｎｍ程度である。ＹＡ（）レーザ、Ｃ０２
レーデ等のレーデを照射しながら走査することによｔ）
　ｃＢＮと金属界面を局所的に加熱し、短時間で化学的
に反応させ、例えばホウ化アルミニウム、ホウ化ニッケ
ル等のホウ化物或は窒化物、ホウ窒化物を結合相として
形成することが特徴である。

形成される結合相の厚みは、数ｎｍ−数１１００ｎであ
る。このものはヒートン／りとして使用することもでき
るが、例えばヒートシンクを電極として用いる場合等は
、電気伝導度の大きい金属を金属第２層として真空蒸着
或はスパッタリング法で形成させることもできる。この
ような場合には、Ａ１、Ｎ１等で金属第１層’ｌ：　５
０〜５００　ｎｍ程度形成し、金属第２層は、Ｎｉ、Ａ
ｇ、　Ａｕ等で形成して最終的に数１００〜数１０００
　ｎｍの厚さとすることによって、層が強固かつ安定に
付着したヒートシンクが製造される。

金属ｆＪｆ層を形成しなからレーデを照射すれば更に短
時間で結合相を形成することができる。また、ＹＡＧレ
ーデのように、パルス発振レーデを用いることによシ高
出力のレーデを０．１から１０ｍｓの短時間で照射する
ことができるので、基体ｃＢＮは高温にはならずヒート
シンク基体を変質させずに短時間で結合相を形成するこ
とができる。さらには、ＫｒＣ：Ｌ、ＫｒＦ　、　Ｘｅ
Ｃル−°ヂ等のエキシマレーザは、第１図に示したよう
に、基体ｃＢＮの透過率がほぼ０チの波長領域（２００
〜４００　ｎｍ　）にあシ、また照射面積がひろいため
、短時間で比較的低出力で用いることができる。

従来のヒートシンクは、結合相の形成がないために充分
な付着強度が・得られないことがあった。

また、結合相である金属のホウ化物、窒化物、ホウ窒化
物の形成に熱処理が必要であったため、ｃＢＮ内に微量
に残存していたｃＢＮ合成触媒が熱処理によってｃＢＮ
表面に浸み出し、それがｃＢＮと金属の界面に滞留して
メタライズ層に膨れが生じることがあった。これに対し
、本発明のヒートシンクの製法によれば、結合相の形成
時に基体ｃＢＮは高温にならず、ｃＢＮ合成触媒がｃＢ
Ｎ表面に浸み出さないためメタライズ層に膨れが生じな
い。

〔実施例〕

以下、実施例及び比較例をあげて本発明を更に具体的に
説明する。

実施例１〜４ 三塩化ホウ素とアンモニアを原料がスとし温度１９００
℃、圧力２００Ｐａ、Ａ着速度１００　／Ｊｍ／　ｈｒ
の条件でＣＶＤ　ｉ行いＰ、−ＢＮ板を得、それをＭｇ
３Ｎｚ粉末中に埋め、Ｎ２気流中１２００°Ｃで８時間
保持し、０．５モルチのＭｇ５ＢＮ３を拡散ま浸させた
。これをベルト型高圧発生装置内で、１．６００℃、５
．３　ＧＰａで３０分間高温高圧処［−行い焼結体を得
た。

この焼結体についてＸ線回折法によυ生成相の同定をお
こなったところｃＢＮ焼結体であることが確かめられた
。さらに、定常法熱伝導率測定装置によシ測定した常温
熱伝導率は、１，０００　ｗ／ｍｘであった。これを１
賎平万、厚さ０．５ｍｍの角板に加工してヒートシンク
の基体を２００個作製した。

上記ヒートシンク基体の１０個ずつに真空蒸着法により
２５０〜３００　ｎｍの厚さのＡ１またはＮ１をそれぞ
れコーティングして金属第１）−を形成した後、ＣＯ２
レーデを走査照射した。次いで、さらにスパッタリング
法によシ厚さ１０００　ｎｍノＮｉまたはＡｕ　（金属
第２層）をコーティングしてメタライズ層を形成し、ヒ
ートシンクとして完成した。

この実施例に於ける金属第１層及び金属第２層の金属の
種類を第１表に示す。

実施例１〜４のヒートシンクのメタライズ層は、何れも
膨れや厚みむらのない均質なメタライズ層であった。

次に、実施例１〜４のヒートシンクの５　ｆｌｉＡにつ
いてサファイヤ針により引っかいた後剥離状態をＳ腹に
より観察した（引っかきテスト）。さらに、他の５個に
ついて、大気中で温度２００°ｃ、　ｓｏ。

時間の加熱後に引っかきテストを実施した。

実施例５〜８ 実施例で作製したｃＢＮヒートシンク基体のうちの１０
個ずつにスパッタリング法によシ２５０〜３００　ｎｍ
の厚さのＡ１またはＮ１をそれぞれコーティングした（
金属第１層）後パルス発振ＹＡＧし一デを照射した。次
めで、さらてスパッタリング法によシ厚さ１００口ｎｍ
のＮ１またはＡｕ、（今晩ｆｉＡ２ｍ）をコーティング
してメタライズ層を形成し、ヒートシンクとして完成し
た。

この実施例に於ける金属第１１υ及び金属第２１帝の金
属の種類を第１表に記す。

実施例５〜８のヒートシンクのメタライズ層は、何れも
膨れや厚春むらのない均質なメタライズ層であった。

次に、実施例５〜８のヒートシンクの５１固について引
っかきテストを、他の５個について大気中で温度２００
°Ｇ、５００時間の加熱後に引っかきテストをそれぞれ
実施した。

実施例９〜１２ 実施例で作製したｃＢＮヒートシンク基体のうちの１０
個ずつにスパッタリング法により２５０〜３　Ｄ　Ｏｎ
ｍの細さのＡ１またｒ／′ｉＮｉをそれぞ九コーティン
グした（金属第１ｊ偵）後ＫｒＥＩ’レーデを照射した
。次いで、さらにスパッタリング法により厚さ１０００
　ｎｍのＮ１マたはＡｕ　（金属第２層）をコーティン
グしてメタライズ層を形成し、ヒートシンクとして完成
しな。

この実施例に於ける金属第１層及び金属第２層の金属の
種類を第１表に記す。

実施例９〜１２のヒートシンクのメタライス層は、何れ
も膨れやＪｌみむらのない均質なメタライズ層であった
。

次に、実１／ｍ例９〜１２のヒートシンクの５個につい
て引っかきテストを、他の５個について大気中で温度２
００℃、５００時間の加熱後に引っかきテストをそれぞ
れ実施した。

比較例１ 実施例で作製したｃＢＮヒートシンク基体のうち１０個
の表面に特開昭５４−３３５１０号公報に開示された方
法に従いＮ１をスパッタリングによりコーティングし、
更にＡｇをコーティングしてヒートシンクとして完成し
た。

これらのヒートシンクの５個について加熱処理前後にお
ける引っかきテストを実施例と同様な条件で実施した。

比較例２ 実施例で作製したｃＢＮヒートシンク基体のうち１０個
を６００℃に加熱しながら、Ｃｒをスパッタリングによ
り５０　ｎｍの厚さで蒸着した。更てスパッタリングで
ｐｔとＡＬＬ　ｆ　５０　ｎｍ　ｆつコーティングして
メタライズ層を形成したところ、数個のヒートシンクの
メタライズ層に膨れが認められた。これらのヒートシン
クの５個について実施例と同様の引っかきテストを実施
した。

以上の結果ｔ−ｉｉ表に示す。

第１表 〔発明の効果〕 本発明のヒートシンクの製法によれば、ｃＢｔＪ焼結体
の表面のメタライズ層の形成にレーデを用いたので短時
間で基体のｃＢＮ焼結体と強固に付着させることができ
、さらに基体ｃＢＮは高温にならずｃＢＮ合成触媒のし
みだしによるメタライズノーの膨れも生じないため、高
出力半導体レーデ等のヒートシンクとして性能、価格と
もに適したものを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ｃＢＮ焼結体の透過率のスペクトルを示した
ものである。 特許出願人　電気化学工業株式会社 手 続 ネ市 正 書 第１図 １゜ ２゜ 事件の表示 昭和６３年特許願第３２０６９６号 発明の名称 ヒートシンクの製法 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　■１００　東京都千代田区有楽町１丁目４番１号
波 数 （ｎｍ） ５゜ 明細書の発明の詳細な説明の欄 補正の内容 （１）明細書第９頁第１１行の［ヒートシンクの５個に
」を「ヒートシンクの各々５個に」に訂正する。 （２）明細書第１０頁第１０行の「ヒートシンクの５個
に」を「ヒートシンクの各々５個に」に訂正する。 （３）明細書第１１頁第８行の「ヒートシンクの５個に
」（４）明細書第１１頁第１８行の「ヒートシンクの５
個について」を「ヒートシンクについて」に訂正する。 （５）明細書第１２頁第８行の「ヒートシンクの５個に
ついて」を「ヒートシンクについて」に訂正する。 手続補

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）焼結体の表面に金属層
   が結合相を介して結合してなるヒートシンクの製造に於
   て、該結合相の形成に金属をコーティングした後、該金
   属のコーティング層の上面よりレーザを照射することを
   特徴とするヒートシンクの製法。 ２、金属をコーティングしながらレーザを照射すること
   を特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製法。 ３、パルス発振レーザを用いることを特徴とする請求項
   １又は２に記載のヒートシンクの製法。 ４、照射レーザにエキシマレーザを用いることを特徴と
   する請求項１又は２に記載のヒートシンクの製法。