JPH0363948B2

JPH0363948B2 -

Info

Publication number: JPH0363948B2
Application number: JP60141606A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Hayashi; Jusuke Kotani; Atsushi Kuroishi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1991-10-03
Also published as: JPS621535A

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野本発明は集積回路装置用の半導体素子搭載用放
熱構造体に関する。

基板材料の特性として、半導体素子および、そ
の外囲器と、熱膨張係数が近似しており、さらに
は半導体素子より発生する熱が効率よく放散し、
半導体素子の寿命を大幅に延長しうる高熱伝導性
基板材料に関する。

(イ) 従来技術半導体素子搭載用の基板材料としては、 (1) 半導体素子と熱膨張係数が近似しているこ
と。

(2) 熱放散性がよいこと。

の２つの要求が課せられる。

半導体素子と熱膨張係数が近似していなければ
ならない理由は、熱によつて、応力が発生し、半
導体素子の歪むことがないようにするためであ
る。

熱放散性の方は、集積度の高い半導体素子から
は、多量の熱が出るので、これを速やかに放熱し
なければならないからである。

(1)、(2)の要求は相矛盾することもあり、両者を
同時に満足するような基板材料は得難いものであ
る。

熱膨張係数が半導体素子と近似していることを
重視したものとして、コバール（29重量％Ni−
17重量％Co−Fe）、42アロイ（42重量％Ni−Fe）
などのNi合金やアルミナ、フオルステライトな
どが用いられる。

高い放熱散性を要求される場合には、各種の
Cu合金及びAl合金が用いられてきた。

最近の半導体技術の著しい進歩は、素子の大型
化、及び集積度の増加をもたらした。このため、
発熱の問題がクローズアツプされてきた。熱膨張
係数と、熱放散性の両特性をともに満足するよう
な基板が強く要求されるようになつてきたのであ
る。

熱膨張係数が半導体素子のそれに近く、しかも
熱放散性が良い、という２つの要求を満足する基
板材料として、ベリリアセラミツク、タングステ
ン、モリブデンなどが、既に提案されている。

しかし、ベリリアセラミツクは毒性が強く、危
険であり、公害をひきおこす原因にもなる惧れが
ある。実際に、ベリリアセラミツクを基板として
使うのは難かしい。

また、タングステン、モリブデンなどは、資源
的に僅少で、しかも局在しているから、非常に高
価である。このような金属材料を基板として使用
して組立てた半導体素子は、極めて高価なものに
なる。また、熱放散性の観点から見ても、ベリリ
アよりも、タングステン、モリブテンなどの材料
は、劣つている。さらに、タングステンの密度は
19.3ｇ／cm³、モリブテンの密度は10.2ｇ／cm³で極
めて高密度であるから、重すぎる、という欠点が
ある。

熱膨張係数は、他の物性値と同様物質固有の値
であるため、それだけで独立に変化させる事は不
可能である。

しかし、複合材料であれば、構成材料の材質、
量比などの幾何学的構成などを選択することによ
つて、他の物性値と調和させながら、所望の熱膨
張係数を持つ基板材料を得ることができる。

このような観点に立つて、インバー合金と銅の
粉末合金法による複合材料が、良好な半導体基板
材料として提案されている。例えば、特公昭58−
30940号、特開昭59−79560号などは、このような
複合材料を提案している。

インバー合金は、ニツケルと鉄の合金である
が、熱膨張率係数が極めて小さい。しかし、熱伝
導度が比較的低いので、熱放散の点では具合が悪
い。

そこで、前記の発明は、熱伝導度を高めるため
に銅を加えてゆく。銅はそれ自体で熱伝導率の高
い物質であるが、インバー合金に加えることによ
つて、材料全体の熱伝導率を高めることができ
る。

しかしながら従来提案されてきた方法では半導
体基盤材料に要求される高い熱伝導度と低い熱膨
張係数の両立は困難であつた。この理由としては
これら鉄−ニツケルインバー合金の熱膨張特性と
して200℃前後から急速に熱膨張係数が増加し、
従つてインバー合金を低熱膨張材として使用した
材料はそれ以上の温度では半導体基板材料に要求
される低い熱膨張係数を維持することが困難であ
るという点、またこれらの材料には気孔が残存し
ており、それが熱伝導率に悪い影響を及ぼすとい
う欠点を有していた。

基板材料として、良いものがなかつたので、従
来は、ヒートシンクをさらに設けて放熱を促すよ
うな構造にする事が多かつた。

(ウ) 発明が解決しようとする問題点本発明は、半導体素子基板の材料に関するこれ
らの問題点を解決し、熱伝導性に優れ、かつ熱膨
張係数の小さい材料を提供する事をその目的とす
る。

(エ) 問題点を解決する手段この目的を達成するため、本発明者が見出した
複合放熱構造体およびその製造方法は下記の通り
である。

即ち、本願はAlまたはAl合金と、高Si過共晶
Al合金とを複合させた構造で、第１図に示す構
造の複合放熱構造体に関する。高Si過共晶Al合
金としては、30〜50重量％のSiと残部が主として
Alからなる合金が望ましい。Si含有量が30重量
％以下では、熱膨張係数がAlに近くなり使用で
きないし、50重量％以上のSiを含有する場合に
は、熱伝導率が低下する上に押出性が悪くなる。
展伸用Al合金は、熱伝導率が高くかつ、押出時
にシース部となる効果がある金属であれば充分で
ある。展伸用Al合金を高Si過共晶Al合金の外層
とする方法としては、全周囲の被覆、端部の片側
または両側が開放になつているものでもよい。

従来から用いられていたAl合金放熱構造体は、
高熱放散性であり、軽量かつ展伸性に富む材料で
あり、押出法により安価に製造可能であることよ
り、各種装置に使用されてきた。しかしながら、
最近では、IC関係の放熱構造体のニーズが高ま
り、相手基板材との整合性が問題となり2.4×
10^-6／℃以上の熱膨張率を持つ従来材では対応し
きれなくなつてきたので、これを改良するために
なされたものである。

本願の如き複合放熱構造体は、相手基板との接
合面が低熱膨張率を有する高Si過共晶Al合金と
なるために接合性が極めて良好となる。また複雑
加工を要する放熱部は、AlまたはAl合金である
ために、最終形状に近い形で押出すことができる
ため、加工に要する費用が安くなる。

このような特徴をもつ本願による複合放熱構造
体は、従来のAl合金製放熱材の熱放散性、展伸
性を損なうことなく、低熱膨張率の接合面を持た
せたものを得ることができる。

以下に本願を図面を用いて説明する。

第２図ａは、高Si過共晶Al合金粉末を圧縮成
形した円柱体である。これの周囲をｂに示す様に
展伸用Al合金で包み、これを加熱して500℃以下
の温度でｃに示すように熱間押出を行う。押し出
された形状は、押出型４の形状で任意に調整する
ことができる。第２図の場合は、押出材の断面の
１例としてｄに示す形状のものを得ることができ
る。得られた押出成形体を高Si過共晶Al合金部
を半分に切断して、第１図に示すような形状と
し、その他必要に応じた形状とすることができ
る。

(オ) 実施例 Si含有量が40重量％に調節したAl−Si合金粉
末をガスアトマイズ法により製造した。

得られた粉末を篩別して42mesh以下の粉末を、
外径105mm長さ200mmの成形体に圧縮成形した後、
アルミニウム展伸材（6063合金）の外径160mm内
径110mm長さ210mmの容器に入れ、500℃において
第１図に示した形状の放熱フインをもつ第２図の
如き複合材を押出した。

本実施例の押出複合体はAl−40Siと6063材と
の間の剥離はみられず極めて優れた接合性を有し
ていた。本押出材を−50℃から300℃サイクルの
熱サイクル試験を行なつたが、剥離、曲がりは発
生しなかつた。

接合面での熱膨張係数は13×10^-6／℃であつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願によつて得られた複合放熱構造
体を組み込んだ集積回路の１例を示す。第２図
は、複合放熱構造体の製造方法を示す。ａは、高Si過共晶Al合金の静圧成形体であり、
ｂは、それを展伸材で包んだ状態を示し、ｃは、
ｂを熱間押出している状態を示す。ｄはｃの断面
形状を示したものである。１……展伸材、２……高Si過共晶Al合金、３
……基板、４……押出ダイス。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体基板と固着される部位が、Siを30〜50
重量％含有する高Si過共晶Al合金よりなり、放
熱部が主として展伸用Al合金よりなることを特
徴とする複合放熱構造体。２ Siを30〜50重量％含有するAl合金粉末を圧
縮成形または押出成形した成形体の周囲に展伸用
アルミニウム合金を外層とした複合ビレツトを熱
間押出することを特徴とする複合放熱構造体の製
造方法。