JPH04183790A

JPH04183790A - 含フッ素系表面改質材、それを用いた伝熱部材および半導体実装モジュール

Info

Publication number: JPH04183790A
Application number: JP2311992A
Authority: JP
Inventors: Saburo Shoji; 庄司　三良; Takayuki Nakakawaji; 孝行中川路; Toyohito Uematsu; 上松　豊翁; Yutaka Ito; 豊伊藤; Shigeki Komatsuzaki; 小松崎　茂樹; Atsushi Morihara; 淳森原; Yasushi Sato; 康司佐藤; Yoshio Naganuma; 永沼　義男; Hiroshi Go; 郷　博; Shizuo Zushi; 頭士　鎮夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-17
Filing date: 1990-11-17
Publication date: 1992-06-30

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、含フツ素化合物からなる表面改質材に係わり
、該化合物を伝熱部材の表面改質に用いた半導体装モジ
ュールに関する。

［従来の技術］含フツ素系表面改質材は、例えば、特公昭６１−１９６
７０号公報に詑載の下記フッ素系界面活性剤工［式中、Ｒｆはパーフルオロ基、Ｙは水素、メチル基ま
たはヒドロキシル基、ｎは１または２、Ｘは−ＣＯＯＭ
、　　Ｃ０Ｎ（Ｒ）　　（ＣＨｚ）ｍ　　Ｃ００Ｍ。

−３Ｏ，Ｎ（Ｒ）　−（ＣＨａ）ｍ−ＣＯＯＭ、　−Ｃ
Ｈ，Ｎ（Ｒ）（ＣＨ，）ｍ　−−ＣＯＯＭ、（Ｒは水素
、メチル基またはエチル基、Ｍはアルカリ金属以外の金
属元素またはその酸化物、ｍは１〜３の整数）で表され
るカルボン酸塩類を示す〕、あるいは特公昭５４−３６
１７２号公報ａ８載の下記表面改質剤ＣＣＦｓ　−（ＣＦ２）ｎ　−（ＣＨ，）ｍ　−Ｘ−Ｃ
ＯＯ１，−Ｍ（式中、ｎは６〜２０であり、ｍは６〜１
０であり、Ｘは−ＣＨ＝　ＣＨ−または−Ｃ三〇−であ
り、Ｍは２価の陽イオンを示す）が知られている。

また、下式の表面改質剤Ｃｎｐ２１１１−１−Ｉ　　Ｘ〔式中、ｎは４〜１３、Ｘは極性基で一８Ｏ，Ｍｅ（Ｍ
ｅはＫまたはＮａを示す）、−８Ｏ，Ｆ、−ＣＯＯＮＨ
い−ＣＯＯＨ，−８ｏ３Ｈ１−ＯＨ）が提案されている
（特開昭５９−１１６９３１号。

同５８−４１４３１号、同５８−２９１４７号。

同５７−１５４６１９号、同５７−４４２２６号公報）
。

一方、固体表面へフッ素系化合物を固定して潤滑性能を
高める表面改質方法としては、各種カップリング剤で固
体表面を処理し、その反応による固定力に期待したもの
がある（米国特許第４．１２０゜９９５号、特開昭５４
−３６１７１号、同５９−２０３２３９号、同６０−３
８７３０号、同５９−１７２１５９号、同６１−３９９
１９号公報で提案されている）。なお、該フッ素系化合
物としては下記次式で示されるものが用いられている。

Ｒｆ　　Ｏ（ＣＨ２）ｍ　　Ｓ　ｓ　Ｘｓ（式中、Ｘは
ハロゲン、シアノ基、アルコキシル基を示す。）しかし、これらに用いるフッ素系化合物のフッ索鎖は、
いずれもフッ素含有炭素が１２以下であり、フッ素密度
の高い表面処理は不可能である。

しかも、フッ素含有炭素鎖が短く潤滑性表面を得ること
は困難である。

一方、近年の大型計算機は処理速度の早いことが要求さ
れるため、回路基板並びにそれに搭載する集積回路は高
度に集積化が進み、該集積回路から発生する熱量も飛躍
的に増大してきた。このため、従来はあまり問題になら
なかった集積回路の温度上昇による基板あるいは半導体
装モジュールの寸法変化による伝熱特性の変化が問題に
なり、集積回路の冷却構造体が大型計算機実装での重要
な開発課題となってきた。

また、集積回路チップを互いに接続する電気配線回路を
できるだけ短くするため、多数の集積回路チップを実装
するマルチチップモジュール方式が開発されている。

［発明が解決しようとする課題］チップは動作時にかなりの熱を発生するため熱膨張し、
動作停止時には逆に収縮する。そのためにチップの伝熱
部および被伝熱部間で微細摺動が発生し、無潤滑では該
摺動部が摩耗して摩耗粉が発生（発塵）する。発生した
摩耗粉は摺動部材の間隔を広げ、接触熱抵抗を増すため
に伝熱特性が極端に悪くなる。

特開昭６１−１５３５３号公報では、熱伝導性グリース
を用いて熱伝導性と潤滑性を向上させることが提案され
ているが、グリース中の油分が分離して流出するという
問題がある。この油分の流出は熱伝導性グリースの硬化
に繋がり、長期の潤滑性を保持できないと云う問題があ
る。

更に、伝熱構成材料として電気絶縁性の無機材料を用い
ているが、これは一般に伝熱特性が低いと云う欠点があ
る。伝熱特性の比較的よいものとしてはＳｉＣやＡでＮ
等があるが、金属に比べるとまだまだ伝熱特性は低（、
また、加工性が悪い。

優れた伝熱構成材料である金属、例えば、銅と熱伝導性
グリースを併用すると、１チップ当りの冷却効率は飛躍
的に増大するが、銅表面に生じた腐食層が摺動部の接触
熱抵抗を増加すると云う問題がある。

この銅表面の腐食は熱伝導性グリース中の水分と添加物
が銅表面で反応することによるもので、特に継続して高
温度に曝されると腐食は進行する６程度の差はあるが一
般の金属にも同様な腐食層が発生し、熱抵抗が増加する
。

本発明の目的は、前記半導体装モジュール等の冷却構造
体の伝熱摺動部の表面に適用することによって潤滑性を
改善することができる含フツ素系表面改質材を提供する
ことにある。

また、本発明の他の目的は、半導体装モジュール等の冷
却構造体に前記含フツ素系表面改質材を用いて、微小摺
動を受ける伝熱ブロックの伝熱特性と潤滑特性を改善し
た半導体装モジュールを提案することにある。

Ｃｌｌ１題を解決するための手段］前記目的を達成する本発明の要旨は下記のとおりである
。

（１）摺動部品の表面に被膜を形成することにより潤滑
性を付与する表面改質材が、次式（１）％式％（１）〔式中、Ｒｆは一価のパーフルオロポリオキシアルキル
基または二価のパーフルオロポリオキシアルキレン基、
Ｒは−（ＣＨ２）ｎ　　（但しｎはＯ−〜３）、又は−
〇Ｈ基、メトキシ基、エトキシ基を示し同じでも異なっ
ていてもよい。ｙはＲｆが一価の時は１、二価の時は２
の整数を示す。〕で表されることを特徴とする含フツ素
系表面改質材。

（２）半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子の冷
却手段を有する伝熱ブロックと、前記半導体素子と前記
伝熱ブロックとの間に在って摺動可能に設けられた熱伝
導用中間ブロックを備えた半導体装モジュールにおいて
、前記熱伝導用中間ブロックの摺動面に前記次式（１）で
表される含フツ素系表面改質材の被膜が形成されている
ことを特徴とする半導体装モジュール。

前北フッ索鎖の長いパーフルオロポリオキシアルキル基
またはパーフルオロポリオキシアルキレン基を有する表
面改質材を用いることで、含フツ素被覆率を高め、潤滑
性表面を得ることができる。

しかも末端にオキシシラン基またはアルコキシシラン基
を有するので、金属あるいは無機物の表面と直接反応し
て固定される。

更に、前記フッ素鎖とシラン化合物の両者をフェニルア
ミド基で連結しているため、フッ素鎖とアルコキシシラ
ンとの結合が強く、耐熱性、耐酸化性、耐加水分解性等
が著しく優れている。

前記のパーフルオロポリオキシアルキル鎖およびパーフ
ルオロポリオキシアルキレン鎖の一例としては、下式％式％）：（式中、ｎおよびＸは１以上の整数、ｙは０またはｌ）
で示されるものがある。

上記のパーフルオロポリオキシアルキル鎖またはパーフ
ルオロポリオキシアルキレン鎖の末端にアミノフェニル
を介してシラン基を結合してなる化合物としては、ＦＣＣＦ（ＣＦ、）　−ＣＦ、　−０−〕ｎ−ＣＦ（Ｃ
Ｆ、）　−ＦＣＣＦ（ＣＦ、　）　−ＣＦ、　−０−１
ｎ　−ＣＦ（ＣＦｓ　）　７ＦＣＣＦ（ＣＦｓ）　−Ｃ
Ｆ、　−０−〕ｎ−ＣＦ（ＣＦ、）−ＣＯＮＨ−等があ
る。

また、末端カルボン酸のフッ素＃（クライトツクス１５
７ＦＳシリーズ、ホンプリンＺ−ＤＩＡＣ）の酸塩化物
を作成後、アミノフェニルシランと反応することによっ
て得ることができる。この時使用するアミノフェニルシ
ランはｐ−アミノフェニルトリメトキシシラン（チッソ
（株）社製：ＡＯ７２４）、　ｐ−アミノフェニルトリ
エトキシシラン（チッソ（株）社製：ＡＯ７２５）、ｌ
−トリメトキシシリル−２−アミノフェニルエタン（チ
ッソ（株）社製：Ｔ２９００）等がある。

前記含フツ素系表面改質材は金属等の表面にコートし、
約１２０℃付近で加熱することによって末端のアルコキ
シシランが金属表面と反応して固定され、潤滑性および
撥水、撥油性を持つ表面を得ることができる。

本発明の含フツ素系表面改質材を半導体装モジュールの
冷却構造体に適用することによって、伝熱特性を損なわ
ず潤滑特性を向上させることができる。

また、金属表面を該含フツ素系表面改質材で被覆するこ
とにより、伝熱特性を損なわずその表面を防食すること
ができる。また、長期間高温に−されでも該表面の潤滑
特性の低下が少ない。

本発明の含フツ素系表面改質材を適用した半導体モジュ
ールの冷却構遺体の一例を第１図に示す。

基板１および半導体チップ２の膨張、収縮に基づく微細
摺動を吸収する熱伝導用中間ブロック３が、半導体チッ
プ２と伝熱ブロック６の間に設けられており、伝熱ブロ
ック６には冷却水ユニット７が密着して設けられている
。本冷却構造体の熱伝導用中間ブロック３および伝熱ブ
ロック６は熱伝導の良い窒化アルミ等が用いられる。

半導体チップ２の下面に存在する多数の配線は、球状の
接続ハンダポール４によってセラミック等の基板ｌに形
成された回路に接続されている。半導体チップ２と、そ
の上面に密接して設けられている熱伝導用中間ブロック
３は、半導体チップの動作熱による膨張、収縮に基づ（
両者のずれを弾性体５で係止している。

前記両者の表面は、伝熱を良好にし、かつ、摩擦力を最
小にするため研磨加工されている。

半導体チップ２はビン８を通して基板１０回路に送られ
た電気信号あるいは電力が接続端子である接続ハンダポ
ール４を介して供給される。なお、半導体チップ２は、
高速演算化を図るため高度に集積されており、そのため
に極めて小さな面積に大量の電流が供給されるが、それ
に伴って大量の熱を発生する。

熱伝導用中間ブロック３の伝熱ブロック６と接する側の
表面は、傾斜角度θの円柱面加工が施されている。この
傾斜角度θは熱伝導用中間ブロック３の可動特性および
伝熱特性を決定する重要なファクタとなる。傾斜角度θ
が大きければ大きいほど伝熱面積（伝熱ブロック６およ
び半導体チップ２との接触面積）は増すが、その一方で
伝熱ブロック６と半導体チップ２との間隔も広がるので
熱抵抗が増し、該モジュールを小型化する上で不利にな
る。

熱伝導用中間ブロック３が半導体チップ２と接する寸法
をＨｘ、Ｌとした時、傾斜部分（Ａ−Ａ　′部）の全熱
抵抗ＲＴは次式で表される。

ｊａｎ（θ）　　　　　　　　　１ｋｂ　　熱伝導用中間ブロック３の熱伝導度ｈ　・接触
面の伝熱係数右辺の第１項は接触面での熱抵抗、第２項は熱伝導用中
間ブロック３での熱抵抗を表す。

上式により熱伝導用中間ブロック３の熱伝導度と接触面
での伝熱係数等により最適な傾斜角度θを選択する。

熱伝導用中間ブロック３は、スプリングなどの弾性部材
５の範囲内で半導体チップ２の上面をすペリ自由に可動
することができる。

熱伝導用中間ブロック３の円柱面と伝熱ブロック６の平
面は線接触し、半導体チップ２で発生した熱は、熱伝導
用中間ブロック３を介して伝熱ブロック６に伝えられる
。伝熱ブロック６で最も半導体チップ２に近い突き出し
部が、最も温度が高くなる。

本冷却構造体の性能計算および実装結果を第２図および
第３図を用いて説明する。

第２図は半導体チップ２の基板１が発熱等により変形し
てその高さ（平坦さ）が変化した場合の熱抵抗に対する
影響を示すグラフである。実線は計算値、各プロット点
は実測値を示す。

半導体チップ２の基板の高さの変化が±１ｍｍ程度変化
しても熱抵抗はほぼ一定で変化のないことが分かる。

また第３図は半導体チップ２の発熱により基板１が反り
該チップが傾斜した場合の傾斜角度と熱抵抗との関係を
示すグラフである。

基板の反りによる半導体チップ２の傾斜角度が約１度以
下であれば熱抵抗ははヅ一定であり、実用上問題はない
。従って、本発明において使用される冷却構造体は上記
の範囲内であれば信頼性は極めて高いものである。

こうした冷却構造体の熱伝導用中間ブロック３０表面を
前記含フツ素系表面改質材をもって処理して表面改質層
１３を形成することにより、半導体チップの発熱による
膨張、収縮に基づく微細摺動が発生しても、熱伝導用中
間ブロック３は滑動して摩耗を防ぐことができる。

また、表面改質層１３は高フツ素表面のため、撥水、撥
油性であり、化学的にも極めて安定であるる。

更にまた、半導体装モジュールの接合作業時のハンダ付
けによる２００℃程度の温度に長時間曝されても前記改
質層は充分安定であり、半導体装モジュールの信頼性を
十分確保することができる。

また、第４図に示す従来のピストン−シリンダ型（米国
特許第５，９９３，１２３号）の場合でも、そのピスト
ン２３の表面を本発明の含フツ素系表面改質材で被覆す
ることによって、シリンダ２８および半導体チップ２と
の摺動によっても摩耗粉が発生せず、長期の潤滑性を保
持することができる。

特に、従来技術では問題であった金属製のピストン２３
とシリンダ２８の間に封入する熱伝導グリース中の水分
および添加物による金属表面の腐食を、抑制する効果が
ある、従って、両者の併用にも問題がなく、よって著し
い伝熱効果を発揮することができる。

［作用コ本発明の含フツ素系表面改質材が耐摩耗性、耐熱性、耐
酸化性、耐加水分解性が優れているのは、パーフルオロ
ポリオキシアルキル、または、パーフルオロポリオキシ
アルキレン等のフッ索鎖とシラン化合物の両者をフェニ
ルアミドで結合されているためである。

［実施例］本発明を実施例に基づき説明する。

〔実施例　１〕２００　ｍ　ｌの還流器付き三ロフラスコに無水硫酸マ
グネシウムで充分に脱水したｐ−アミノフェニルトリメ
トキシシラン〔Ｈ２トぐゴト５ｉ−（ＯＣＨｓ）ｓ　；
チッソ（株）製Ａ０７２４１１２．８ｇ　（０，０５ｍ
ｏε）とトリエチルアミン　１．９　ｇ（０，０１７ｍ
０２）および無水硫酸マグネシウムで充分に脱水したメ
チルエチルケトン７０ｍＪ！を加え、溶液［Ａ］を作成
する。

一方、３００ｍＪ！の還流器付き三ロフラスコにクライ
トツクス１５７ＦＳ−ＬＦＣＣＦ　（ＣＦ、　）−ＣＦ、−Ｏｗｎ−ＣＦ　（Ｃ
Ｆ３）ＣＦ２−ＣＯＯＨ（ｎは平均１４）：デュポン社
製分子量２５００）１２ｇ　（０，００４８ｍｏＪりと
、トリフロロトリクロロエタン３５ｇの混合溶液を導入
する。

次に塩化チオニル（ＳＯＣ（１２）を　５０＋ｎｊｔ入
れ、撹拌しながら６７℃で３時間反応させる。その際、
ピリジン３滴をフラスコに滴下する。その後、未反応の
塩化チオニル、溶剤のトリフロロトリクロロエタンおよ
び反応副生成物のＨＣＩを減圧蒸留で除去する。

これにより次式で示されるクライトックス１５７ＦＳ−
Ｌの末端が酸塩化物であるＦ　ＣＣＦ　（ＣＦ、）−ＣＦ、−Ｏｗｎ−ＣＦ　（Ｃ
Ｆｓ　）ＣＦ２−ＣＯＣｌを得ることができる。

上記の酸塩化物溶液を室温で撹拌しながら、先に調製し
た溶液〔Ａ〕をゆっ（りと滴下した。滴下終了後、室温
で４時間反応を続け、ろ過し、さらにろ液を水洗し、無
水硫酸マグネシウムで脱水処理する。最後に、減圧蒸留
でトリフロロトリクロロエタンを除去すると無色透明の
液体が得られる。

この液体の分子構造をＨ−ＮＭＲスペクトル分析装置で
測定した。第５図にそのＨ−ＮＭＲスペクトルを示す。

それぞれの化学シフトの示す構造は以下のとおりである
。

アミドの水素６．５〜８．０ｐｐｍ　　フェニル基の水素３．６ｐｐ
ｍ：Ｓｉに接合したメトキシの水素その他は水、溶剤に
用いた重水素化アセトン中の不純物である。

以上の分析結果から、次式で示す末端にトリメトキシシ
ランを持つパーフルオロポリオキシアルキル化合物であ
ることが立証された。

Ｆ　ＣＣＦ（ＣＦ、）−ＣＦ２−０）ｎ−ＣＦ（ＣＦｉ
）ＣＦ２（式中、ｎは平均　１４）上記の化合物は屈折率１．３１の無色透明の液体である
。

〔実施例　２〕２００ｍＪの還流器付き三ロフラスコに無水硫酸マグネ
シウムで充分に脱水した１−１リメトキシジリル−２−
アミノフェニルエタン２９００３　１４．２ｇ　（０，０５ｍｏｌ）、　　ト
リエチルアミン１．９ｇ（０，０１７ｍｏＪりおよび無
水硫酸マグネシウムで充分に脱水したメチルエチルケト
ン７０ｍＪを加え、溶液［Ｂ］を作成する。

一方、３００ｍ１の還流器付き三ロフラスコに前記クラ
イトツクス１５７ＦＳ−Ｌの１２ｇ（０，００４８ｍｏ
Ａ）とトリフロロトリクロロエタン３５ｇの混合溶液を
導入する。

次に塩化チオニル（ＳＯＣＪりを　５０ｍβ入れ、撹拌
しながら　６７℃で３時間反応させる。その際、ピリジ
ン３滴をフラスコに滴下する。その後、未反応の塩化チ
オニル、トリフロロドルクロロエタンおよび反応副生成
物であるＨＣｇを減圧蒸留で除去する。

これによりクライトツクス１５７ＦＳ−Ｌの末端が酸塩
化物であるｐ（Ｃ，Ｆ、、−０）ｎ−Ｃ，Ｆ、−ＣＯＣＪを得るこ
とができる。

上記の酸塩化物溶液を室温で撹拌しながら、先に準備し
た溶液［Ｂ］をゆつ（りと滴下した。滴下終了後４時間
反応を続け、ろ過し、さらにろ液を水洗し、無水硫酸マ
グネシウムで脱水する。最後に減圧蒸留してトリフロロ
トリクロロエタンを除去すると無色透明の液体が得られ
る。

この液体の分子構造を実施例１と同様にしてＨ−ＮＭＲ
スペクトル分析装置で測定した。得られたスペクトルか
ら、それぞれの化学シフトの示す構造は以下のとおりで
ある。

８．１５ｐｐｍ　　ニーＣＦ（ＣＦｓ）ＣＦ２−ＣＯＮ
Ｈｅのアミドの水素６．５〜８．０ｐｐｍ　　フェニル基の水素３．６ｐｐ
ｍ：Ｓｉに接合したメトキシの水素３、ｌｐｐｍ＋−＠
−に隣接した一ＣＨ，−０，６ｐｐｍ：Ｓｉに隣接した
一ＣＨ２−その他は水、溶剤に用いた重水素化アセトン
中の不純物である。

以上の分析結果から、次式で示す末端にトリメトキシシ
ランを持つパーフルオロポリオキシアルキル化合物であ
ることが分かる。

Ｆ　ＣＣＦ　（ＣＦ、　）−ＣＦ２−０）ｎ−ＣＦ　（
ＣＦ３）　ＣＦ２（式中、ｎは平均　１４）。

上記化合物は実施例１と同様に屈折率１，３１の無色透
明の液体である。

〔実施例　３〕２００ｍＪの還流器付き三ロフラスコに無水硫酸マグネ
シウムで充分に脱水したｐ−アミノフェチッソ（株）製
ＡＯ７２４）２５．６ｇ　（０，１ｍ。

ｅ）とトリエチルアミン３．８ｇ（０，０３４ｍｏ　４
１りおよび無水硫酸マグネシウムで充分に脱水したメチ
ルエチルケトン１００ｍεを加え、溶液〔Ｃ〕を作成す
る。

一方、３００　ｍ　ｌの還流器付き三ロフラスコにモン
テフロル社製品である下式に示したホンプリンＺ−Ｄ　
Ｉ　ＡＣＨｏｏＣ−（−（Ｃ２Ｆ４０）ｘ−（ＣＦ２０）ｙ−（
ＣＦ２）ｚ−］−ＣＯＯＩ＋［式中、Ｘは平均１８、ｙ
は平均３３．２は平均１の比率・平均分子量２２００］
を１１　ｇ（０，００５ｍｏＪりと無水硫酸マグネシウ
ムで充分に脱水したトリフロロトリクロロエタン１００
ｍεを導入する。次に塩化チオニルを５０ｍＪ！入れ、
攪拌しながら６７℃で３時間反応させる。その際、ピリ
ジン３滴をフラスコに滴下する。その後、未反応の塩化
チオニル、溶剤であるトリフロロトリクロロエタンおよ
び反応副生成物であるＨＣｇを真空蒸留で除去する。

こうして下式に示すホンプリンＺ−ＤＩＡＣの両末端酸
塩化物のＣｊＯＣ−［−（Ｃ，Ｆ、０）ｘ−（ＣＦ２０）ｙ−（
ＣＦ２）ｚ−３−ＣＯＣｊを得る。

上記両末端酸塩化物に前記溶液〔Ｃ〕をゆっくりと滴下
し、滴下終了後２時間反応した。この反応物をろ過し、
さらにろ液を水洗し、無水硫酸マグネシウムで脱水する
。最後に減圧蒸留してトリフロロトリクロロエタンを除
去すると無色透明の液体が得られる。

この液体の分子構造を実施例１と同様にＨ−ＮＭＲスペ
クトル分析装置で測定した。得られたスペクトルから、
それぞれの化学シフトの示す構造は以下のとおりである
。

アミドの水素６．５〜８．０ｐｐｍ：フェニル基の水素３．６ｐｐｍ
：Ｓｉに接合したメトキシの水素その他は水、溶剤に用
いた重水素化アセトン中の不純物である。

以上の分析結果から、次式で示す末端にトリメトキシシ
ランを持つパーフルオロポリオキシアルキル化合物であ
ることがわかる。

（平均分子量：２５００）上記の化合物は屈折率１．２３の無色透明の液体である
。

〔実施例　４〕アルミ合金製基板上に１μｍ厚さのアモルファスシリコ
ン膜を作製し、この上に実施例１．２および３で得られ
た含フツ素表面改質材０．５ｇをトリフロロトリクロロ
エタン１００ｇ中に溶解した溶液を塗布し、１２０℃で
１０分間加熱して、表面改質処理した。

該アルミ合金製表面の表面張力を、純水およびシリコー
ン油ＣＧ７４７：信越化学（株）〕で測定し、それぞれ
撥水、撥油性を調べた。また、この基板を２００℃の雰
囲気中に１００時間暴露したときの接触角の変動も測定
した。

比較例としてはアルミ合金製基板上に作製した１μｍ厚
さのアモルファスシリコン膜を用いた。

これらの結果を第１表に示した。

第１表の結果から、比較例の接触角よりも本発明の表面
改質層の接触角がいずれも太き（、撥水、撥油性が優れ
ていることが分かった。

第　　　１　　　表〔実施例　５〕本発明の表面改質効果を第１図に示す冷却構造体につい
て説明する。

冷却構造体の熱伝導用中間ブロック３を、トリフルオロ
トリクロロエタン溶液を満たした超音波洗浄機で洗浄し
、よく乾燥する。この熱伝導用中間ブロック３を実施例
１〜３に示す表面改質材の０．２重量％のトリフルオロ
トリクロロエタン溶液中に浸漬塗布し、１２０℃、１０
分間加熱処理する。その後、トリフルオロトリクロロエ
タン溶液を満たした超音波洗浄機で洗浄し、余分な表面
改質材を除去する。

前記により得られた熱伝導中間ブロック３の潤滑性を微
動摺動時の発塵量の大小で評価した。なお、発塵試験装
置の概略を第６図に示す。

ディスク３０上に、表面粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以下の
ＡｅＮ板３１を取り付け、これに前記表面改質処理を施
した熱伝導用中間ブロックのヘッド３２を加圧ばね３３
により荷重１００ｇで押し付け、振幅１０μｍで前記デ
ィスク３０を矢印方向に振動させる。

摩擦によって発生する摩耗粉は、振動するディスク３０
の下部にシリコンウェハ（図示せず）を置き、落下する
摩耗粉を回収する。該シリコンウェハ上の摩耗粉量、即
ち発塵量は、レーザ表面検査装Ｗ（日立製作新製・ＨＬ
Ｄ−３００Ｂ型）測定し、発塵量と発塵粒径を求めた。

また、冷却構造体に組み込んだときの熱抵抗を測定した
。

前記と比較する比較例は、表面改質処理をしていない熱
伝導用中間ブロックからなるヘッド３２を用いた。

発塵試験の評価結果を第７図に示す。

本実施例のものは、比較例に比べ初期の発塵量が非常に
小さくなり、潤滑性が格段に向上したことがわかる。ま
た、熱抵抗の測定結果を第２表に示したが、本実施例の
ものは潤滑処理をしたことによる熱抵抗の低下もほとん
ど認められず優れた表面改質材であることが分かる。

第　　　２　　　表〔実施例　６〕熱伝導用中間ブロック３を純銅で作成した以外は実施例
５と同様にして、表面改質処理した熱伝導用中間ブロッ
ク３を作成し、冷却構造体に組込んだ。更に、該熱伝導
用中間ブロック３と半導体チップ２の接触面および伝熱
ブロック６との接触面に伝熱グリースＹＧ６２４０Ｓ　
（東芝シリコーン社製）を介在させた。

このようにして作成した冷却構造体の熱抵抗、および純
銅製の熱伝導用中間ブロック３表面の腐食状況を観察し
た。腐食はブロック３表面の変色の有無で判定した。

比較例としては、実施例１で表面改質処理しない熱伝導
用中間ブロックを用いた。

腐食状況の観察結果および熱抵抗の測定結果を第３表に
示した。

第　　　３　　　表本実施例の表面改質した純銅製熱伝導用中間ブロック３
の変色は全く認められず、優れた耐食生を示した。また
、熱抵抗も低（、前記グリースを併用することによって
優れた冷却構造体が得られることが分かった。

［発明の効果］本発明の含フツ素表面改質材は、熱伝導を阻害すること
なく、潤滑性、撥水、撥油性および耐食性に優れ、これ
を用いることにより高度に集積された半導体装モジュー
ルおよび冷却構造体の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の半導体装モジュールの断面模式図、
第２．３図は本発明の含フツ素表面改質材の評価結果を
示すグラフ、第４図は従来の半導体装モジュールの断面
模式図、第５図は本発明の一実施例の含フツ素表面改質
材のＨ−ＮＭＲスペクトル図、第６図は摩耗試験装置の
概略図、第７図は前記摩耗試験結果を示すグラフである
。１・・・基板、２・・半導体チップ、３・・熱伝導用中
間ブロック、４・・接続ハンダポール、５・・ばね、６
・・伝熱ブロック、７・・冷却水ユニット、８・・ピン
、１３・・・表面改質層、１６　冷却器、２３・熱伝導
用中間ブロック（ピストン）、２４・ばね、２８・・シ
リンダ、３０・ディスク、３１・ＡＮＮ板、３２・・・
ヘッド、３３　・加圧ばね、３４・摩耗粉。第１メト・基板、２・・半導体チップ、３　・熱伝導用中間ブ
ロック、４・接続・・ノダボール、５・・ばね、６　・
伝熱ブロック、７　冷却水ユニット、８・・ビン、１３
・・・表面改質層第２図高さ（ｗｍ　’ｉ第３図００．５　１　１．５　２チップ傾斜角度（ｄｅｇ）第４図１５・・−伝熱ブロック、１６・・冷却器、２３・熱伝
導用中間ブロック（ビストノ）、２４・・・ばね、２８
・　／す／ダ第６図３０・・ディスク、３１・・ＡｔＮ板。３２・・ヘッド、３３・・加圧ばね。３４・摩耗粉第７図往復回数（１０μｍ）

Claims

【特許請求の範囲】１、摺動部品の表面に被膜を形成することにより潤滑性
を付与する表面改質材が、次式（１）Ｒｆ〔−ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります▼Ｒ
−ＳｉＸ＿３〕＿ｙ・・・（１）〔式中、Ｒｆは一価の
パーフルオロポリオキシアルキル基または二価のパーフ
ルオロポリオキシアルキレン基、Ｒは−（ＣＨ＿２）＿
ｎ−（但しｎは０〜３）、Ｘは−ＯＨ基、メトキシ基、
エトキシ基を示し同じでも異なっていてもよい。ｙはＲ
ｆが一価の時は１、二価の時は２の整数を示す。〕で表
されることを特徴とする含フッ素系表面改質材。２、前記含フッ素系表面改質材が、次式（２）Ｆ〔−ＣＦ（ＣＦ＿３）ＣＦ＿２Ｏ−〕＿ｎ−ＣＦ（Ｃ
Ｆ＿３）−ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります▼
Ｓｉ（ＯＣＨ＿３）＿３・・・（２）（式中、ｎは１以
上の整数）、または、次式（３）（Ｈ＿３ＣＯ）＿３Ｓｉ▲数式、化学式、表等がありま
す▼ＮＨＣＯ−〔（Ｃ＿２Ｆ＿４Ｏ）＿ｎ−−（ＣＦ＿
２Ｏ）＿ｘ−（ＣＦ＿２）＿ｙ〕−ＣＯＮＨ▲数式、化
学式、表等があります▼Ｓｉ（ＯＣＨ＿３）＿３・・・
（３）（式中、ｎおよびｘは１以上の整数、ｙは０または１の
整数）で表される化合物であることを特徴とする請求項第１項
記載の含フッ素系表面改質材。３、半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子の冷却
手段を有する伝熱ブロックと、前記半導体素子と前記伝
熱ブロックとの間に在って摺動可能に設けられた熱伝導
用中間ブロックを備えた半導体実装モジュールにおいて
、前記熱伝導用中間ブロック摺動面に次式（１）Ｒｆ〔−
ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります▼Ｒ−ＳｉＸ
＿３〕＿ｙ・・・（１）〔式中、Ｒｆは一価のパーフルオロポリオキシアルキル
基または二価のパーフルオロポリオキシアルキレン基、
Ｒは−（ＣＨ＿２）＿ｎ−（但しｎは０〜３）、Ｘは−
ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基を示し同じでも異なっ
ていてもよい。ＹはＲｆが一価の時は１、二価の時は２
の整数を示す。〕で表される含フッ素系表面改質材の被
膜が形成されていることを特徴とする半導体実装モジュ
ール。４、半導体素子を搭載した基板と、該半導体素子の冷却
手段を有する伝熱ブロックと、前記半導体素子と伝熱ブ
ロックとのとの間に在つて摺動可能に設けられた熱伝導
用中間ブロックを備えた半導体実装モジュールにおいて
、前記熱伝導用中間ブロックの摺動面に次式（１）（Ｒｆ）〔−ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります
▼Ｒ−ＳｉＸ＿３〕＿ｙ・・・（１）〔式中、Ｒｆは一価のパーフルオロポリオキシアルキル
基または二価のパーフルオロポリオキシアルキレン基、
Ｒは−（ＣＨ＿２）＿ｎ−（但しｎは０〜３）、Ｘは−
ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基を示し同じでも異なっ
ていてもよい。ｙはＲｆが一価の時は１、二価の時は２
の整数を示す。〕で表される含フッ素系表面改質材の被
膜が形成されており、かつ、該被膜上に伝熱グリース層
を設けて伝熱流路を形成したことを特徴とする半導体実
装モジュール。５、前記伝熱ブロックおよび／または熱伝導用中間ブロ
ックが金属により形成されていることを特徴とする請求
基第３項または第４項記載の半導体実装モジュール。６、金属または無機物からなる伝熱部材の表面が、次式
（１）Ｒｆ〔−ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります▼Ｒ
−ＳｉＸ＿３〕＿ｙ・・・（１）〔式中、Ｒｆは一価のパーフルオロポリオキシアルキル
基または二価のパーフルオロポリオキシアルキレン基、
Ｒは−（ＣＨ＿２）＿ｎ−（但しｎは０〜３）、Ｘは−
ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基を示し同じでも異なっ
ていてもよい。ｙはＲｆが一価の時は１、二価の時は２
の整数を示す。〕で表される含フッ素系表面改質材の被
膜を有することを特徴とする伝熱部材。７、次式（１）Ｒｆ〔−ＣＯＮＨ▲数式、化学式、表等があります▼Ｒ
−ＳｉＸ＿３〕＿ｙ・・・（１）〔式中、Ｒｆは一価のパーフルオロポリオキシアルキル
基または二価のパーフルオロポリオキシアルキレン基、
Ｒは−（ＣＨ＿２）＿ｎ−（但しｎは０〜３）、Ｘは−
ＯＨ基、メトキシ基、エトキシ基を示し同じでも異なっ
ていてもよい。ｙはＲｆが一価の時は１、二価の時は２
の整数を示す。〕で表されるオキシシラン基またはアル
コキシシラン基を末端に有する含フッ素化合物の非水系
溶剤の溶液を、金属あるいは無機物から成る伝熱部材の
表面に塗布し、該伝熱部材を１００℃以上で加熱することにより、前記
含フッ素化合物の前記末端基を該伝熱部材の表面と反応
させ固定することを特徴とする伝熱部材の製造方法。