JPH0645485A

JPH0645485A - 高放熱性集積回路パッケージ

Info

Publication number: JPH0645485A
Application number: JP5041835A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nakamura; 恭之中村; Kenji Hirano; 健治平野
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-02-18
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JP2602161B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】熱膨張係数と熱伝導率を任意に選定でき、チ
ップや封止樹脂等の接着相手材の熱膨張係数との整合性
にすぐれ、かつ熱伝導性が良好で、受熱の均一化、熱拡
散効果の向上を図ったヒートスプレッダなどの放熱機能
を要する部材を有する高放熱性集積回路パッケージの提
供。【構成】銅板に厚み方向に多数の貫通孔を有するコバ
ール板を圧接一体化し、前記貫通孔から銅をコバール板
表面に露出させた芯材の両面にＡｌ箔を圧接した５層構
造の熱伝導複合材料２６は、チップ３４を収納できるよ
うに舟形に成形してあり、中央凹部にチップ３４をろう
付け載置し、周縁部に金属キャップ３７を載置し封着す
る際に、リードフレーム３５を挟みガラス３６封着して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高集積化、高速化に
対応できる高放熱性集積回路パッケージに係り、金属、
セラミックス、Ｓｉ等の半導体、プラスチックス等の被
着相手材との熱膨張係数の整合性と良好な熱伝導性を両
立できるように、熱膨張係数及び熱伝導率を任意に変化
させ、かつ相手材との接合性並びに表面性状のすぐれた
熱伝導複合材料を用いた高放熱性集積回路パッケージ係
り、高熱膨張金属板に厚み方向に所要の貫通孔を有する
低熱膨張金属板を一体化し、前記貫通孔から高熱膨張金
属を低熱膨張金属板表面に露出させた芯材の両面に高熱
膨張金属箔を圧接し、これら金属板の厚さ比や貫通孔面
積比を適宜選定することにより、熱膨張係数、熱伝導率
を可変となし、受熱の均一化、熱拡散効果の向上をはか
り、表面微細孔がなくめっきやろう材など薄膜の被着性
にすぐれた５層構造の熱伝導複合材料をヒートスプレッ
ダなどの放熱機能を要する部材に用いた高放熱性集積回
路パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体パッケージの集積回路チップ以下
チップ、とりわけ、大型コンピューター用のＬＳＩやＵ
ＬＳＩは、高集積度化、演算速度の高速化の方向に進ん
でおり、作動中における消費電力の増加に伴う発熱量が
非常に大きくなっている。すなわち、チップは大容量化
して、発熱量が大きくなっており、基板材料の熱膨張係
数がチップ材料であるシリコンやガリウムヒ素等と大き
な差があると、チップが剥離あるいは割れを生ずる問題
がある。これに伴ない、半導体パッケージの設計も、熱
放散性を考慮したものとなり、チップを搭載する基板に
も放熱性が要求されるようになり、基板材料の熱伝導率
が大きいことが求められている。

【０００３】従って、基板には、チップと熱膨張係数が
近く、かつ熱伝導率が大きいことが要求されている。従
来の半導体パッケージとしては、種々の構成が提案され
ているが、例えば、図９ａ，ｂに示す構成のものが知ら
れている。図９ａの場合は、チップ１の熱膨張係数に近
いＭｏ材２と、パッケージ基板を構成するアルミナ材３
の熱膨張係数に近いコバール合金材４をろう付け積層
し、Ｍｏ２材にチップを搭載し、コバール合金材４を介
してパッケージ基板に接合し、さらに放熱フィン５を付
設した構成がある。かかる構成において、アルミナ材３
とコバール合金材４とは熱膨張係数が近いため、剥離や
割れを生ずる危険は少ないが、放熱性を支配する材料が
熱伝導率の低いコバール合金材４であるため、放熱フィ
ン５を付設しても、充分な放熱性が得られない問題があ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、チップの熱膨
張係数との整合性を有し、熱伝導率が大きいという、相
反する要求を満足する材料として、クラッド板やＣｕ−
ＭｏあるいはＣｕ−Ｗ合金等のヒートスプレッダ用複合
材料が提案されている。ヒートスプレッダ用クラッド板
としては、銅板とインバー合金板を積層した材料が使用
されている。すなわち、前記クラッド板は、銅は熱伝導
性が良好であるが熱膨張係数が大きいため、これを抑制
するためにインバー合金を積層圧接することにより、板
の長手方向の熱膨張に関して半導体素子との整合性を得
るものである。また、銅板の両面にインバー合金板を積
層圧接したサンドイッチ構造を取ることにより、温度上
昇によるそりを防ぐ構造となっている。このクラッド板
は、熱膨張係数に関してはチップとほぼ同一にすること
ができるが、板厚方向への熱伝導度は、図９ａの構成と
同様に、インバー合金板を介在するため、必ずしも十分
でない。

【０００５】また、半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張
率を有するＮｉ−Ｆｅ製のパンチングメタルを、Ｃｕ等
の半導体素子支持面に埋め込んだ半導体素子用支持体も
提案（特公昭５８−４６０７３号公報）されている。こ
れは、片面にパンチングメタルを埋め込んだ構成のた
め、バイメタル効果により、そりなどが発生する問題が
あった。

【０００６】半導体素子の熱膨張率に近い熱膨張率を有
するＮｉ−Ｆｅ製の格子を、Ｃｕ等の半導体素子支持内
に埋め込まれるように積層した半導体素子用放熱支持体
も提案（Ｕ．Ｓ．Ｐ３，３９９，３３２号）されてい
る。これは、製造時にガスやゴミが吸蔵され加熱時にフ
クレを生じることが懸念され、また、Ｃｕ等の支持体の
厚みの中央部に、熱膨張調整用のＮｉ−Ｆｅ製の格子が
あるため、表面の熱膨張係数を格子程度にするために
は、Ｃｕの厚みを薄くする必要があり、厚み方向には熱
伝達が良いが面平行方向はかなり悪くなる。

【０００７】さらに、複数の貫通孔を有する熱源と熱膨
張係数が同等の一対のＣｏ−Ｎｉ−ＦｅやＮｉ−Ｆｅ板
の間にＣｕやＡｌを挟み貫通孔に充填させた熱伝導金属
板が提案（特公昭６３−３７４１号公報）されている。
しかし、上記熱伝導金属板を加工すると、剥がれが生じ
ることが懸念され、また、ろう付け可能にするため表面
にＮｉめっきなどを被着すると、めっき層と銅が反応し
てめっき層のむらが生じたり、めっき層と材料の界面に
ガスやゴミが吸蔵され加熱時にフクレを生じることが懸
念される。また、上記熱伝導金属板において、発熱体の
熱は局部的に見れば、Ｃｕを下地にした場合とＣｏ−Ｎ
ｉ−ＦｅやＮｉ−Ｆｅ板を下地にした場合とは異なり、
Ｃｏ−Ｎｉ−ＦｅやＮｉ−Ｆｅ上の熱は貯まりやすく均
一に受熱しない問題がある。

【０００８】一方、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ合金基板は、
チップの熱膨張係数とほぼ等しいＭｏ、Ｗ粉を焼結する
ことによって、気孔率の大きい焼結体を作製し、その
後、溶融した銅を含浸させて製造（特開昭５９−１４１
２４７号公報）するか、あるいはＭｏ、Ｗの粉末と銅の
粉末を焼結（特開昭６２−２９４１４７号公報）するこ
とによって得られたＭｏあるいはＷとＣｕの複合体であ
る。かかる複合体基板６は、パッケージへの装着に際
し、図９ｂに示す如く、チップ１の搭載面とは反対側
に、パッケージを構成するアルミナ材３と接合するため
のフランジ部７を付設し、同部で放熱する構成からな
る。前記複合体は熱膨張係数、熱伝導度とも実用上満足
すべき条件にかなっているが、Ｍｏ、Ｗ等が高密度であ
るため重く、所定の寸法を得るには機械的成形加工しな
ければならず、加工費が高く、歩留りが悪くなってい
た。また、上述したヒートスプレッダのほかにリードフ
レームも被着相手材との熱膨張係数の整合、熱伝導度の
向上を同時に図る必要がある。

【０００９】図１０に示す如き、樹脂封止の半導体パッ
ケージにおいては、リードフレームがチップの外部への
電気的接続の経路となるだけでなく、チップで発生する
熱の放散経路として重要な役割を果している。すなわ
ち、半導体パッケージにおいて、チップ８₄はリードフ
レーム８₀の中央部に形成されるアイランド８₁に載置さ
れ、ろう材や接着材、はんだ等にて固着されるととも
に、ステッチ８₂インナーリード部とボンディングワイ
ヤ８₅を介して電気的に接続され、さらに周囲を樹脂８₆
にて封止されている。チップ８₄から発生する熱は、ア
イランド８１、樹脂８₆、ステッチ８₂という経路にてリ
ードフレーム８₀のリード部８₃に達し、外部に放散され
ることになる。従って、リードフレーム８₀には、チッ
プから発生する熱を半導体パッケージの外部に放散する
ために熱伝導率の良い材料が望まれる。

【００１０】一方、チップ８₄とアイランド８₁との接着
界面の剥離や、樹脂８₆にみられるクラック等は、チッ
プ８₄や封止樹脂８₆とリードフレーム８₀との熱膨張係
数の差を要因として発生しており、これを防止するため
には、前記チップ８₄及び樹脂８₆とリードフレーム８₀
との熱膨張係数の整合性が不可欠となる。上述したよう
にプラスチックス半導体パッケージにおけるリードフレ
ームには、従来から、熱の放散性の観点から熱伝導率の
良い銅合金からなるリードフレームが多用されている。
ところが、高信頼性を要求される用途には、銅合金は、
機械的強度が低く、チップとの熱膨張係数の整合性が悪
く、チップとアイランドとの接着界面の剥離等が懸念さ
れるため、チップとの熱膨張係数の整合性から４２％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金等の低熱膨張係数を有するＮｉ−Ｆｅ系合
金を採用した半導体パッケージも提案されている。

【００１１】しかし、Ｎｉ−Ｆｅ系合金は熱伝導率が悪
いため、現在の要求を満すだけの熱の放散性が得られて
いない。また、チップと封止樹脂との熱膨張差は非常に
大きく、リードフレームとチップとの熱膨張係数の整合
性がよい場合でも、リードフレームと樹脂との間の整合
性が悪く、封止樹脂に発生するクラックを完全に防止す
ることは困難であった。さらに、セラミックス半導体パ
ッケージでは、ガラス封着するために、リードフレーム
には封着位置にＡｌを設けたＮｉ−Ｆｅ系合金が多用さ
れている。しかし、Ｎｉ−Ｆｅ系合金は上述の如く、熱
放散性が悪く、セラミックスとの熱膨張係数の整合性に
問題があった。

【００１２】この発明は、上述した半導体パッケージに
おける熱の放散性の問題の例で明らかにした如く、チッ
プや封止樹脂等の接着相手材の熱膨張係数との整合性に
すぐれ、かつ熱伝導性が良好で、用途や目的に応じて熱
膨張係数と熱伝導率を任意に選定でき、受熱の均一化、
熱拡散効果の向上を図り、表面微細孔がなくめっきやろ
う材など薄膜の被着性にすぐれ、実装に際しての加工性
や製造性にすぐれた高放熱性集積回路パッケージの提供
を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、相手材に応
じた熱膨張係数の整合性と放熱性が確保できかつ製造性
にすぐれたヒートスプレッダなどの放熱機能を要する部
材に最適な金属材料を目的に種々検討した結果、高熱膨
張金属板に厚み方向に多数の貫通孔を有する低熱膨張金
属板を圧接一体化し、前記貫通孔から高熱膨張金属を低
熱膨張金属板表面に露出させた芯材の両面に高熱膨張金
属箔を圧接した５層構造の複合材料とすることにより、
芯材の金属板の厚さ比や金属板の露出面積比を適宜選定
して、熱膨張係数、熱伝導率を任意に変化させ得るこ
と、表面の高熱膨張金属箔層により受熱の均一化、熱拡
散効果の向上を図り、表面微細孔がなくめっきやろう材
など薄膜の被着性にすぐれること、および芯材となる高
熱膨張金属板と厚み方向に多数の貫通孔を有する低熱膨
張金属板及び最外層の高熱膨張金属箔とを圧接圧延する
ことにより容易に製造でき、この熱伝導複合材料をヒー
トスプレッダなどに用いることにより高放熱性集積回路
パッケージが得られることを知見したものである。

【００１４】すなわち、この発明は、高熱膨張金属板の
両面に、厚み方向に多数の貫通孔を有する低熱膨張金属
板が一体化されて、前記貫通孔から高熱膨張金属が低熱
膨張金属板表面に露出した構成の芯材と、該芯材の両面
に圧接した芯材の高熱膨張金属と同種または異種の高熱
膨張金属箔層とからなる熱伝導複合材料を放熱機能を要
する部材に用いたことを特徴とする高放熱性集積回路パ
ッケージである。

【００１５】また、この発明は、上述の構成において、
芯材の金属板の厚さ比および／または低熱膨張金属板表
面に露出した高熱膨張金属と低熱膨張金属との表面積比
を選定し、熱膨張係数および／または熱伝導率を所要値
に変化させることを特徴とする高放熱性集積回路パッケ
ージである。また、この発明は、上述の構成において、
高熱膨張金属板が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、
鋼のうちいずれか、低熱膨張金属板が、Ｍｏ、３０〜５
０ｗｔ％Ｎｉを含有するＮｉ−Ｆｅ系合金、２５〜３５
ｗｔ％Ｎｉと４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有するＮｉ−Ｃｏ
−Ｆｅ系合金、Ｗのうちいずれか、高熱膨張金属箔層が
Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金のう
ちいずれかからなり、芯材を構成する高熱膨張金属板の
厚みｔ₁、低熱膨張金属板の厚みｔ₂、及び高熱膨張金属
箔の厚みｔ₃が、ｔ₁＝１ｔ₂〜３ｔ₂、ｔ₃≦１／１０ｔ₂
を満足することを特徴とする高放熱性集積回路パッケ
ージである。また、この発明は、上述の構成において、
熱伝導複合材料の少なくとも一主面の所要位置に、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎのうちいずれかからなる金属めっ
きを被着したことを特徴とする高放熱性集積回路パッケ
ージである。例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の高熱膨張金属板の
両主面に、厚み方向に多数の貫通孔を設けたＮｉ−Ｆｅ
系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金等の低熱膨張金属板を
一体化して、前記貫通孔から高熱膨張金属を低熱膨張金
属板表面に露出させるとともに、最外層にＣｕ、Ａｌ、
Ｎｉなどの高熱膨張金属箔を圧接して複合材料となし、
プレス成形、積層、めっきやろう材の被着等の加工を施
した熱伝導複合材料をセラミックスパッケージ、メタル
パッケージなどのチップ搭載用ヒートスプレッダ、リー
ドフレーム、キャップなどの放熱機能を要する部材に用
いることにより、高放熱性集積回路パッケージが得られ
る。

【００１６】この発明に用いるヒートスプレッダなどの
放熱機能を要する部材用熱伝導複合材料は、高熱膨張金
属板に厚み方向に多数の貫通孔を有する低熱膨張金属板
を一体化し、前記貫通孔から高熱膨張金属を低熱膨張金
属板表面に露出させた芯材の両面に高熱膨張金属箔を圧
接した５層構造を特長とし、主に芯材金属板の厚さ比の
選定により熱膨張係数を任意に変化させることができ、
芯材の高熱膨張金属に高熱伝導性金属を用い、露出した
高熱膨張金属の低熱膨張金属板表面での面積比を適宜選
定することにより熱伝導率を任意に変化させ得るもの
で、高熱膨張金属板と低熱膨張金属板の材質選定、組合
せ、並びに前記厚さ比と露出面積比の選定により、種々
の用途のパッケージに応じた熱膨張係数及び熱伝導率を
設定できる。目的とするパッケージに応じて選定した最
外層の高熱膨張金属箔層により、受熱の均一化、熱拡散
効果の向上を図り、相手材との接合性にすぐれ、表面性
状がすぐれ微細孔がなくめっきやろう材など薄膜の被着
性にすぐれ、集積回路パッケージ化が容易になる。

【００１７】また、この発明に用いる放熱機能を要する
部材用熱伝導複合材料は、高熱膨張金属板の両面の全面
に低熱膨張金属板を積層化するに際し、低熱膨張金属板
の全面あるいは部分的に厚み方向の貫通孔を所要間隔、
パターンで配置し、例えば貫通孔の孔寸法、形状、配置
パターン等を種々変えたり、圧延時の変形を考慮して厚
み方向に貫通あるいは貫通しない切り目を設けるなど、
芯材の金属板の厚さ比および／または低熱膨張金属板表
面に露出した高熱膨張金属と低熱膨張金属との表面積比
を選定するなどの手段を選定組み合せることにより、複
合材料の全体あるいは部分的に、用途、目的に応じた熱
膨張係数及び熱伝導率を設定でき、例えば、所要の金
属、セラミックス、Ｓｉ等の半導体、プラスチックス等
の相手材の熱膨張係数との整合性を図り、かつ所要の熱
伝導性が得られる。例えば、チップと整合する熱膨張係
数と、封止樹脂と整合する熱膨張係数とが異なる場合、
チップを配設する部分の低熱膨張金属板表面における高
熱膨張金属板の面積占積率や低熱膨張金属板の厚さ等の
条件と、裏面の直接封止樹脂に接触する表面との条件を
前述の如く変えることにより、各主面の熱的特性を要求
する値に近似させることできる。さらに、用途や相手材
料に応じて、最外層の高熱膨張金属箔層の材質を選定す
ることにより、相手材との接合性、被着する薄膜の強度
などを任意に選定できる。また、高熱膨張金属板の両面
に低熱膨張金属板を積層した芯材の構成において、高熱
膨張金属同志の積層板として、低熱膨張金属板の貫通孔
から表面に露出させる高熱膨張金属を異材質とするな
ど、種々の構成を取ることができる。芯材の高熱膨張金
属板と低熱膨張金属板の熱膨張係数差は、必ずしも大き
くとる必要はなく、相互の熱膨張係数が異なれば、用途
に応じていかなる金属板をも組み合せることができる。

【００１８】この熱伝導複合材料の熱膨張係数は、芯材
の高熱膨張金属板と低熱膨張金属板の体積比、すなわ
ち、積層板の厚み比により、高熱膨張金属板の熱膨張係
数と低熱膨張金属板との間の任意の値を選択することが
可能である。例えば、既存のチップが熱歪の影響を受け
ないための熱膨張係数αは、３０℃〜２００℃における
平均熱膨張係数が、３〜８×１０^-6／℃であることが必
要であり、より好ましくは、４〜６×１０^-6／℃であ
る。前記チップ搭載用ヒートスプレッダの場合、３０℃
〜２００℃における平均熱膨張係数が１０×１０^-6／℃
以下のＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金等の
低熱膨張金属板と、３０℃〜２００℃における平均熱膨
張係数が１０×１０^-6／℃を越えるＣｕ、Ｃｕ合金等の
高熱膨張金属板を組み合せて用いることができ、特に、
高熱膨張金属板の２０℃における熱伝導率が１４０Ｗ／
ｍ・ｋ以上であることが望ましい。また、低熱膨張金属
板表面における高熱膨張金属板の面積比率を２０〜８０
％の範囲で適宜選定することが望ましい。該面積比率の
変更は、例えば、貫通孔の直径、寸法や配置のピッチ等
を変更するなどの手段が適宜選定できる。芯材の高熱膨
張金属板は、圧接や鍛造等にて低熱膨張金属板の貫通孔
内に圧入充填されることから、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、
Ａｌ合金、鋼等の展延伸性に富む材料を用いることが好
ましい。また、低熱膨張金属板には、展延性のあるＭ
ｏ、３０〜５０ｗｔ％Ｎｉを含有するＮｉ−Ｆｅ系合
金、２５〜３５ｗｔ％Ｎｉ、４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有
するＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、Ｗなどを用いることがで
きる。芯材両面の最外層の高熱膨張金属箔には、Ｃｕ、
Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金などの材料
が選定でき、用途やさらに被着する薄膜層材質を考慮し
て、芯材の高熱膨張金属板と同材質あるいは異材質を適
宜選定するとよい。さらに、用途などに応じて上記熱伝
導複合材料に、ろう付け性や耐食性を向上させるため、
あるいはＡｕ、Ａｇめっきの被着性を向上させるため、
Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎなどをめっき、蒸着、イオンプ
レーティング、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の公知のコーティング技術によ
って被着する他、はんだＡｇろう材、セラミックス、ガ
ラス層などを被覆、あるいは所要位置に被着することが
できる。

【００１９】ヒートスプレッダなどの放熱機能を要する
部材用熱伝導複合材料の製造方法には、例えば、芯材
は、低熱膨張金属板の所要位置に厚み方向の貫通孔を多
数せん孔配置した後、酸洗したり、ブラッシングなどで
被着面を清浄化し、該低熱膨張金属板と高熱膨張金属板
とを冷間または温間圧接し、さらに必要に応じて拡散熱
処理を施して密着性を向上させる等、公知の圧接、圧延
あるいは鍛造技術が採用でき、さらにこの芯材の両面に
高熱膨張金属箔を冷間または温間圧接し、その後必要に
応じて熱処理を施して得るため、工業的規模における量
産に際しても安定した特性を有する複合材料を提供でき
る。また、上述の５層の素材をそれぞれ清浄化した後、
５層の素材を同時に冷間または温間圧接し、さらに熱処
理することができ、圧接時には、５層の材質の組合せ、
低熱膨張金属板の板厚み方向の貫通孔あるいは切り目な
どの寸法や配置パターン等に応じて、冷間または温間の
選定、さらに圧接ロール径、ロール段数及び圧下率を選
定する必要がある。例えば、冷間圧接でも、圧接直前に
芯材の高熱膨張金属を加熱して行うなど、５層の材質の
組合せ、厚みなどの諸条件に応じて、冷間または温間、
さらには、不活性、非酸化、減圧などの種々雰囲気を適
宜選定することもできる。この熱伝導複合材料を工業規
模にて量産するには、上記の如く、圧接ロールを用いて
冷間、温間による圧接圧延を実施することが最も効果的
であるが、特に最終製品の厚さが比較的厚く、１ｍｍ程
度以上の個片状で得る場合には、所定の材料をダイス内
に積層して各材料の再結晶温度以下にて圧力を加える温
圧法、または、各材料の融点温度以下にて圧力を加える
熱圧法にて、圧接一体化する方法も採用できる。さら
に、上述の芯材両面に、Ｃｕ、Ｎｉなどの２〜５μｍの
厚いめっきを施したのち、公知の均質化の熱処理し、さ
らに圧延し、拡散焼鈍することにより、最外層に高熱膨
張金属箔層を有する５層構造のヒートスプレッダ等を製
造できる。

【００２０】図１ａ，ｂの構成からなる複合材料１０の
製造方法を説明すると、図７ａに示す如く、一対のコバ
ール板１２，１２は、予めプレスによる打ち抜き加工を
行い、例えば、小さな孔を多数個穿孔して網目状とな
し、さらに、焼鈍後、表面処理を施してコイルに巻き取
ってある。所要寸法、厚みの銅板１１コイルを巻き戻
し、上方及び下方より巻き戻した前記コバール板１２を
重ねて、冷間または温間で大径の圧延ロール５０により
圧延接合する。さらに、必要に応じて、接合後、密着性
を向上させるために拡散焼鈍する。圧接の結果、図１に
示すように、コバール板１２の多数個の貫通孔１３内に
銅が侵入し、コバール板１２の所要位置に銅露出面１５
が部分的に配置形成された芯材１４が得られる。さら
に、拡散焼鈍し、表面処理を施してコイルに巻き取る。
次に、図７ｂに示す如く、芯材１４コイルを巻き戻し、
上方及び下方より巻き戻したＣｕ、Ａｌ等の金属箔１
６，１６を重ねて、冷間または温間で圧延ロール５１に
より圧接接合する。次に、必要に応じて、この複合材料
を拡散焼鈍し、さらに、所要厚みとなるまで圧延する。
また、図８に示す如く、焼鈍後、表面処理を施してコイ
ルに巻き取った所要寸法、厚みの銅板１１コイルを巻き
戻し、予めプレスによる打ち抜き加工を行い、焼鈍後、
表面処理を施してコイルに巻き取ったコバール板１２，
１２を上方及び下方よりそれぞれ巻き戻して銅板１１に
重ね、さらに各コバール板１２，１２の上方より、表面
処理を施してコイルに巻き取った金属箔１６，１６を巻
き戻して重ねて、所要段数の圧延ロール５２により圧
接、圧延して一体に接合するとよい。上述の如くこの発
明の熱伝導複合材料は、圧延加工及び圧接により所定の
寸法の板状で得られるため、所定の厚みに仕上げるのに
機械的加工等の複雑な加工方法を用いる必要はなく、安
価に製造でき、また、切削加工性にすぐれ、パッケージ
基板やチップに応じて容易に加工できる利点がある。

【００２１】この５層構造のヒートスプレッダにおける
低熱膨張金属板の表面に露出する高熱膨張金属の形状や
配列形態は、前述の如く目的に応じあるいは製造方法に
より各種形態を取り得る。例えば、材料幅方向の機械的
強度を均一にするため、同一寸法形状の孔パターンが繰
り返されないように配置したり、圧接、圧延後の芯材の
貫通孔が板厚み方向と一致しないよう傾斜させたり、孔
寸法が表裏で異なるようにテーパー状としかつ隣接孔が
孔寸法の大小の組合せとなるように配置することが望ま
しい。また、貫通孔間隔が狭いほうが製品のばらつきを
低減する上で有利であり、通常３ｍｍ以下、好ましくは
１ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下で
ある。また、低熱膨張金属板の板厚み方向の貫通孔は、
プレス打ち抜き等の機械加工のほか、エッチング等の化
学的加工も採用でき、貫通孔形状も横断面が円、楕円、
多角形状等、縦断面がストレート、テーパー等種々形状
が採用でき、テーパー状の場合、貫通孔内への圧入を容
易にしかつ接合強度を高めることができる。さらに、低
熱膨張金属板の板厚み方向の貫通孔は、圧接、圧延後に
高熱膨張金属板が充填される所要の貫通孔になればよ
く、例えば、圧延前の低熱膨張金属板に、板厚みの所要
方向に貫通するかあるいは貫通直前の切り目を入れた
り、該金属板の両面から切り目方向や種々の切り目の形
状を変えて入れたりして、上述の貫通孔配置となるよう
種々選定でき、切り目の形状も、− ＋＜など種々
の形状が採用でき、また、板厚みの所要方向に例えば、
三角錐の如き楔状の切り目を入れることもできる。

【００２２】例えば５層構造のヒートスプレッダは、上
述した構成により、固有の熱膨張係数及び熱伝導率を有
するが、さらに異なる熱膨張係数及び熱伝導率を有する
この発明の複合材料を厚み方向に積層し、任意の熱膨張
係数及び熱伝導率を設定することができる。また、前述
の芯材を複数積層して、最外層に高熱膨張金属箔層を有
する複合材料とすることもできる。この発明において、
最外層の高熱膨張金属箔層は、受熱の均一化、熱拡散効
果、相手材との接合性、薄膜の被着性の向上を図るもの
であり、かかる効果を得るには、２μｍ以上の厚みが必
要であるが、１００μｍを越えると熱膨張係数の整合性
が得難くなるため、２〜１００μｍとする。また、芯材
の厚みは、使用用途により異なるが、少なくとも０．１
ｍｍは必要であり、３０ｍｍを越えると圧延による製造
が困難となる。また、芯材の高熱膨張金属と低熱膨張金
属との厚さ比は、図１に示す如く、芯材の高熱膨張金属
厚みをｔ₁、低熱膨張金属厚みをｔ₂、最外層の高熱膨張
金属箔層厚みをｔ₃とすると、ｔ₁＝１ｔ₂〜３ｔ₂、ｔ
₃≦１／１０ｔ₂ が好ましい。この熱伝導複合材料は、
後述する実施例で明らかにする如く、平板に切り出して
ろう付けして用いたり、所要形状に打ち抜きして複数を
積層したりあるいは他の熱伝導材と積層したり、またキ
ャップ状にプレス成形したり、所要形状に折り曲げて弾
性を有する熱伝導複合材料とするなど、種々の加工が可
能で、さらに、前述した金属めっき、あるいはＡｇろう
材、セラミックス、ガラス層などを加工前後に被覆、被
着できる。

【００２３】

【作用】この発明による高放熱性集積回路パッケージの
作用を図面に基づいて詳述する。図１ａ，ｂはヒートス
プレッダ用熱伝導複合材料を示す斜視説明図である。図
２ａ、図３ａ、図４ａ、図６はこの熱伝導複合材料を用
いた半導体パッケージの実施例を示す説明図である。図
２ｂ、図３ｂ、図４ｂはヒートスプレッダ用熱伝導複合
材料の説明図である。図４ｃは図４ａの詳細を示す部分
拡大図、図４ｄ、ｅは他の熱伝導複合材料の説明図であ
る。図５はこの熱伝導複合材料を用いたハイパワーモジ
ュールの一部を示す説明図である。図７ａ，ｂ、図８は
この熱伝導複合材料の製造方法の概念を示す斜視説明図
である。以下の説明において、芯材の高熱膨張金属板と
して銅板を、低熱膨張金属板としてコバールＦｅ−Ｃｏ
−Ｎｉ合金板を用いた例を説明する。図１ａ，ｂに示す
熱伝導複合材料１０は、いずれも銅板１１の両面に厚み
方向に多数の貫通孔１３を有するコバール板１２が圧接
された芯材１４と、芯材１４の両面に圧接された高熱膨
張金属箔層１６とからなる。芯材１４の両面には、貫通
孔１３を通してコバール板１２表面に露出する銅露出面
１５が形成され、図１ａの場合は、板厚み方向に同一寸
法の貫通孔１３が形成されて長楕円状の銅露出面１５が
配列されており、図１ｂの場合は、孔寸法が表裏で異な
るようにテーパー状としかつ隣接孔が孔寸法の大小の組
合せとなるように配置してある。これらのいずれの構成
においても、芯材１４における銅板１１の両面に圧接さ
れるコバール板１２の各々の厚み及び銅露出面１５の比
率や分散状態等を選定することにより、各主面の熱的特
性を要求される特性に近似させることできる。さらに、
芯材１４の両面に圧接した最外層の高熱膨張金属箔層１
６に、用途やさらに被着する薄膜層材質を考慮してＣ
ｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金箔など
を選定しているため、受熱の均一化、熱拡散効果、相手
材との接合性、薄膜の被着性の向上効果が得られる。

【００２４】構成１図２ａ，ｂに示す例はセラミックスパッケージであり、
ヒートスプレッダーに用いた熱伝導複合材料２０は、パ
ッケージに応じた寸法の矩形板に切断され、図示の如く
所要表面部にＡｇろう３２が被着してある。熱伝導複合
材料２０は、例えば、図１ａ，ｂに示す熱伝導複合材料
１０において、芯材１４はチップ３１と熱的整合が得ら
れるよう、銅板１１とコバール板１２の厚さ比、コバー
ル板１２と銅露出面１５の比率が適宜選定され、金属箔
層１６にＣｕ箔を選定し、さらにＮｉめっきしたもの、
あるいは金属箔層１６にＮｉ箔を選定した構成からな
り、Ａｇろう３２との被着性を良好にして、セラミック
ス３０との接合性を高めている。すなわち、熱伝導複合
材料２０の表面がＣｕ箔の場合は、Ａｇろう３２が溶融
する際に該Ｃｕ箔と反応し、この反応面の形成により、
熱伝導の低下を招くため、通常２〜１０μｍ厚程度のＮ
ｉめっきが必要となる。特に、Ｎｉめっきの被着性を良
好にするためには、熱伝導複合材料２０の表面ＣｕにＮ
ｉめっきを被着したのち、Ａｒ、Ｎ₂等の不活性雰囲気
またはＨ₂等の還元性雰囲気の中で７５０℃〜９５０
℃、２分〜１時間の均質化処理再結晶化焼鈍を施すこと
が望ましい。

【００２５】図２の構成においては、熱伝導複合材料２
０の一方面の所要位置にのみＡｇろう３２を被着した構
成を示したが、用途に応じて、熱伝導複合材料２０の一
方面全面、または両面にＡｇろうを被着してもよく、い
ずれの構成においても熱伝導複合材料２０の表面には、
Ａｇろう被着前にＮｉめっきを施しておくことが望まし
い。Ｎｉめっきは前述の如く、ＡｇろうとＣｕとの反応
を防ぐ効果だけでなく、Ａｇろうの流れ性を良好にし、
パッケージの気密性を向上させることができる。また、
図２に示す如く、予め熱伝導複合材料２０にＡｇろうを
被着しておく場合は、パッケージとの接合性、作業性等
を考慮すると、Ａｇろうの厚さは３０〜１２０μｍ程度
が望ましい。なお、図中のチップ３１はＡｕ−Ｓｉろう
にて着設してある。

【００２６】構成２図３ａ，ｂに示す例もセラミックスパッケージであり、
ヒートスプレッダーに用いた熱伝導複合材料２１は、図
２ａ，ｂの熱伝導複合材料２０と同等であるが、さら
に、同様構成の熱伝導複合材料２２を中央部にろう付け
にて積層した構成からなり、同部にチップ３１をＡｕ−
Ｓｉろう付けする。この場合、主体となる熱伝導複合材
料２１は、特に、セラミックス３０の熱的特性と近似さ
せ、積層した熱伝導複合材料２２はチップ３１の熱的特
性とより近似させるよう、芯材１４の材質や構成、金属
箔層１６の材質を考慮するとよい。図３に示す構成にお
いて、一対の熱伝導複合材料２１，２２をＡｇろうにて
一体にする場合は、図２に示す構成にて説明した如く、
各熱伝導複合材料の少なくともＡｇろうを被着面に、Ｎ
ｉめっきを施しておくことが望まれる。しかし、チップ
を載置する面にまでＡｇろうが被着することは、チップ
載置面に凹凸ができ、チップの位置精度が低下する等の
理由から好ましくなく、チップを載置する側の熱伝導複
合材料２２の外周側面は、あえて、Ａｇろうの流れ性を
良好にするＮｉめっきを施すことなく、Ａｇろうの流れ
を低くすることか望ましい。また、図示の如く熱伝導複
合材料を積層してセラミックスパッケージに配置する場
合、予め一対の熱伝導複合材料２１，２２をＡｇろうに
て一体化したのち、再度一方の熱伝導複合材料２１とセ
ラミックス３０とをＡｇろうにて一体化する方法が採用
できるが、チップ３１の位置精度を確保するための他の
方法として、予め一方の熱伝導複合材料２１の一主面に
Ａｇろうを被着し、そのＡｇろう被着面に他方の熱伝導
複合材料２２を機械的な圧着手段等にて仮止めしてお
き、前記熱伝導複合材料２１とセラミックス３０との接
合時に同時にＡｇろう付けを完了する方法が採用でき
る。

【００２７】構成３図４ａ，ｂに示すセラミックスパッケージに用いた熱伝
導複合材料２３は、用上述した図２ａ，ｂの熱伝導複合
材料２０と同等であり、パッケージに応じた寸法でキャ
ップ状にプレス成形してあり、周縁部でセラミックス３
０とろう付けし、凸部にチップ３１をＡｕ−Ｓｉろう付
けする。この構成においては、プレス成形にて容易に製
造でき、熱伝導複合材料２３が本来有する熱的な特性に
よる効果だけでなく、キャップ状の円筒部２３₁図４ｃ
参照の形成により、セラミックスパッケージ、及びチッ
プと該熱伝導複合材料２３との熱膨張差による影響を一
層緩和することができる。この構成を採用するにあたっ
ては、プレス成形が可能な範囲で熱伝導複合材料２３の
厚さを選定することが必要である。特に、要求される熱
的特性を満足させるために、熱伝導複合材料２３の厚さ
を厚くすると図４ｃに示す如く、折り曲げ部２３₂のＲ
が大きくなり、必然的にセラミックスパッケージの穴径
が大きくなってしまうため、セラミックスパッケージの
内径開放端部に切欠き部３０₁を設けることが望まし
い。また、プレス成形性等を考慮して、熱伝導複合材料
２３の厚さを薄くすると、チップ接合時の応力により変
形し、チップの適正配置が困難となるだけでなく、要求
される放熱効果、特に面平行方向の放熱効果が得られな
いことが懸念される。このような場合は図４ｄに示す如
く、キャップ状に成形された熱伝導複合材料２３にＣ
ｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金等の高熱伝導材料からな
り、中央部に凸状突起４０₁を有する、補強材４０を接
合一体化することが望ましい。この補強材４０として、
最適形状、寸法を選定すれば、従来例の図９ａに示す如
き放熱フィン５を不要とすることができる。また、この
補強材４０が薄く、熱伝導複合材料２３とのバイメタル
効果によるソリの発生が懸念される場合は、補強材４０
の一方面、すなわち熱伝導複合材料２３の被着面と反対
側主面にＮｉーＦｅ系等の低熱膨張合金を接合すること
が望ましい。また、チップ接合時の変形を防ぐとともに
チップとの熱膨張差を考慮し、図４ｅに示す如く、熱伝
導複合材料２３のチップ載置面に予め所定の厚さを有す
る他の熱伝導複合材料や、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ
−Ｗ合金等の補強板材４２を接合しておくことも好まし
い構成である。以上に示す如く、本発明者はキャップ状
にプレス成形された熱伝導複合材料２３を効果的に使用
する構成を種々提案したが、通常、０．２〜０．３ｍｍ
程度の熱伝導複合材料であれば、要求されるキャップ形
状にプレス加工でき、しかも良好なる熱的特性をも得ら
れることを確認した。以上に示したいずれの構成におい
ても、図３の構成と同様に、チップ載置面にＡｇろうが
被着することは望ましくなく、キャップ状の円筒部やチ
ップ載置面には、Ａｇろうの流れ性を良好にするＮｉめ
っきを施こすことなく、Ｃｕ等の高熱膨張金属箔面がそ
のまま表れている構成が望ましい。

【００２８】構成４図５に示す例はハイパワーモジュールであり、熱伝導複
合材料２４は板を折り曲げてコ字型にしてありかつ所要
面にはんだ層が被着してあり、一端にＣｕリード３３が
接続され、他の板状熱伝導複合材料２５とでチップ３１
を挟むようにろう付けし、全体が樹脂モールドされる。
この構成において、一対の熱伝導複合材料２４，２５
は、大電流を流すためのリードであるとともに、チップ
３１から発生する熱を放散する機能を有し、特に、熱伝
導複合材料２４は外部からの振動などの影響を軽減する
ために、コ字型にして弾性体としての機能を有する。熱
伝導複合材料２４，２５は、図１ａ，ｂに示す熱伝導複
合材料１０において、芯材１４はチップ３１および樹脂
との熱的整合が得られるよう、銅板１１とコバール板１
２の厚さ比、コバール板１２と銅露出面１５の比率が適
宜選定され、金属箔層１６にＣｕ箔を選定し、さらにＮ
ｉめっきしたもの、あるいは金属箔層１６にＮｉ箔を選
定した構成からなり、はんだとの被着性を良好にすると
ともにチップ３１との接合性を高めている。すなわち、
図５に示す如く、チップ３１と熱伝導複合材料２４，２
５とがはんだによって一体化される場合、該熱伝導複合
材料２４，２５の全表面がＣｕにて形成されているた
め、はんだの流れがよく良好な接合が得られる。特に、
この発明の熱伝導複合材料と他の部材とを、はんだ等の
低融点の接合剤にて一体にする場合は、図２、図３、図
４に示した構成の如くＡｇのろう材とＣｕとの反応を懸
念する必要がなく、あえて、Ｃｕ表面にＮｉめっきを施
す必要はない。また、図５の構成においては、熱伝導複
合材料の所定位置にのみはんだ層を形成した場合を示し
たが、用途に応じて予め熱伝導複合材料の一方主面、ま
たは両面の全体にはんだ層を形成する構成も採用可能で
ある。

【００２９】構成５図６に示す例はメタルパッケージであり、熱伝導複合材
料２６はチップ３４を収納できるように舟形に成形して
あり、中央凹部にチップ３４をろう付け載置し、周縁部
に金属キャップ３７を載置し封着する際に、リードフレ
ーム３５を挟みガラス３６封着してある。熱伝導複合材
料２６は、図１ａ，ｂに示す熱伝導複合材料１０におい
て、芯材１４はチップ３４と熱的整合が得られるよう、
銅板１１とコバール板１２の厚さ比、コバール板１２と
銅露出面１５の比率が適宜選定され、金属箔層１６にＡ
ｌ箔を選定した構成からなり、ガラス３６封着性にすぐ
れ、Ａｇろうあるいははんだ等との被着性を良好にして
いる。なお、ヒートスプレッダの金属箔層１６にＡｌ箔
を選定しているため、チップ３４は絶縁層を介して着設
され、また、封着後の耐食性を向上させるために、金属
箔層１６外面にアルミナなどのセラミックスコーティン
グ、あるいはアルマイト処理が施してある。また、前述
の構成１で用いた金属箔層１６にＣｕ箔を選定したヒー
トスプレッダに、所要封着部にＡｌを成膜した構成であ
ってもガラス封着性にすぐれ、Ａｇろうあるいははんだ
等との被着性を良好にできる。

【００３０】

【実施例】実施例１板厚０．５ｍｍ、板幅３０ｍｍの一対のコバール板２９
Ｎｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金に、各々孔径１．０ｍｍ、孔
間隔１．５ｍｍで多数の穿孔を施し、さらに、９００℃
で焼鈍後、ワイヤーブラッシングした。コバール板の３
０〜２００℃における平均熱膨張係数は５．２×１０^-6
／℃であった。また、板厚１．０ｍｍ、板幅３０ｍｍの
Ｃｕ板に、同様に焼鈍、ワイヤーブラッシングを施し
た。Ｃｕ板の３０〜２００℃における平均熱膨張係数は
１７．２×１０^-6／℃であった。前記コバール板とＣｕ
板を、図７ａに示す冷間圧接機により圧接し、板厚０．
８５ｍｍの芯材を得た。すなわち、冷間圧接時にコバー
ル板の貫通孔中に銅が侵入し、コバール板表面の所要位
置に銅板表面が部分的に露出した図１に示す芯材が得ら
れた。この芯材を８００℃で５分間、拡散焼鈍して接合
一体化した。得られた芯材の主面におけるＣｕ露出面は
圧延方向に長い楕円形となり、孔間隔は圧延方向に１．
０ｍｍであり、コバール板に対するＣｕ露出面の比率は
３５％であった。得られた芯材の厚み方向の熱伝導率は
２３０ｗ／ｍ・Ｋ、及び各主面における熱膨張係数は８
×１０^-6／℃であった。板厚０．８５ｍｍの芯材の両面
に、０．０５ｍｍ厚みのＣｕ箔を、２段の冷間圧接機に
より圧接し、板厚０．３７ｍｍの熱伝導複合材料を得
た。この熱伝導複合材料において芯材を構成するＣｕ板
の厚さｔ₁は０．１６６ｍｍ、コバール板の厚さｔ₂はそ
れぞれ０．０９５ｍｍ、表面のＣｕ箔の厚さｔ₃はそれ
ぞれ０．００７ｍｍであった（図１ａ参照）。板厚０．
３７ｍｍの熱伝導複合材料を所要寸法に切断して、これ
を図３ａに示す如く、２枚積層した放熱基板となした。

【００３１】上記放熱基板を用いて、セラミックスパッ
ケージを作製したところ、良好な熱放散性が得られ、熱
的整合性も優れていることを確認できた。さらに、板厚
０．３７ｍｍの熱伝導複合材料を焼鈍後、冷間圧延にて
板厚０．１５ｍｍに加工した。得られた熱伝導複合材料
において、芯材を構成するＣｕ板の厚さｔ₁は０．０６
８ｍｍ、コバール板の厚さｔ₂はそれぞれ０．０３８ｍ
ｍ、表面のＣｕ箔の厚さｔ₃はそれぞれ０．００３ｍｍ
であった。その後、公知の方法にてリードフレームに加
工し、半導体パッケージを作製したところ、チップとア
イランドとの接着界面の剥離や封止樹脂のクラック等が
発生することなく、また、従来の銅合金を用いたリード
フレームに近似する良好な熱放散性が得られた。

【００３２】実施例２実施例１と同一素材を用いて、芯材の銅板とコバール板
との圧接前に、銅板を加熱してから圧接する以外は、実
施例１と同等の製造方法、条件で、板厚０．３７ｍｍの
熱伝導複合材料を製造した。この熱伝導複合材料におい
て、芯材を構成するＣｕ板の厚さｔ₁は０．１５８ｍ
ｍ、コバール板の厚さｔ₂はそれぞれ０．１００ｍｍ、
表面のＣｕ箔の厚さｔ₃はそれぞれ０．００６ｍｍであ
った。板厚０．３７ｍｍの熱伝導複合材料を焼鈍後、板
厚０．２５ｍｍに冷間圧延した。得られた熱伝導複合材
料において、芯材を構成するＣｕ板の厚さｔ₁は０．１
０６ｍｍ、コバール板の厚さｔ₂はそれぞれ０．０６８
ｍｍ、表面のＣｕ箔の厚さｔ₃はそれぞれ０．００４ｍ
ｍであった。この熱伝導複合材料を図４ａに示す如く、
キャップ状にプレス成形して放熱基板となしたところ、
種々の深絞りが可能で、プレス成形性にすぐれているこ
とが確認できた。また、上記放熱基板を用いて、セラミ
ックスパッケージを作製したところ、良好な熱放散性が
得られ、熱的整合性もすぐれていることが確認できた。

【００３３】実施例３板厚０．５ｍｍ、板幅３０ｍｍの一対のコバール板２９
Ｎｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金に、各々幅１．０ｍｍ、０．
５ｍｍの楔状の多数の切り目を両面に施し、さらに、９
００℃で焼鈍後、ワイヤーブラッシングした。また、板
厚１．０ｍｍ、板幅３０ｍｍのＣｕ板に、同様に焼鈍、
ワイヤーブラッシングを施した。前記Ｃｕ板の両面にコ
バール板を重ね、さらに、表面を清浄化した０．０５ｍ
ｍ厚みのＡｌ箔を各コバール板上面より重ね、多段ロー
ルを備えた温間圧接機により圧接し、図１ｂに示す如き
板厚０．４ｍｍの熱伝導複合材料を得た。この熱伝導複
合材料において、芯材を構成するＣｕ板の厚さｔ₁は
０．１０５ｍｍ、コバール板の厚さｔ₂はそれぞれ０．
１７８ｍｍ、表面のＡｌ箔の厚さｔ₃はそれぞれ０．０
０６ｍｍであった。得られた芯材の厚み方向の熱伝導率
は２３０ｗ／ｍ・Ｋ、及び各主面における熱膨張係数は
８×１０^-6／℃であった。この複合材料を冷間圧延にて
板厚０．２５ｍｍに加工し、その後公知の方法にて放熱
基板に加工した。得られた熱伝導複合材料において、芯
材を構成するＣｕ板の厚さｔ₁は０．１１０ｍｍ、コバ
ール板の厚さｔ₂はそれぞれ０．０６７ｍｍ、表面のＡ
ｌ箔の厚さｔ₃はそれぞれ０．００３ｍｍであった。半
導体メタルパッケージを作製したところ、良好な熱放散
性が得られ、かつすぐれたガラス封着性が得られた。

【００３４】

【発明の効果】この発明による高放熱性集積回路パッケ
ージは、ヒートスプレッダなどの放熱機能を要する部材
に、高熱膨張金属板に厚み方向に多数の貫通孔を有する
低熱膨張金属板を一体化し、前記貫通孔から高熱膨張金
属を低熱膨張金属板表面に露出させた芯材の両面に高熱
膨張金属箔を圧接した５層構造からなり、主に芯材金属
板の厚さ比の選定により熱膨張係数を任意に変化させる
ことができ、芯材の高熱膨張金属に高熱伝導性金属を用
い、露出した高熱膨張金属の低熱膨張金属板表面での面
積比を適宜選定することにより熱伝導率を任意に変化さ
せ得る熱伝導複合材料を使用しているため、高熱膨張金
属板と低熱膨張金属板の材質選定、組合せ、並びに前記
厚さ比と露出面積比の選定により、要求されるパッケー
ジの構造に応じた、例えば、所要の金属、セラミック
ス、Ｓｉ等の半導体、プラスチックス等の相手材の熱膨
張係数及び熱伝導率を設定でき、受熱の均一化、熱拡散
効果の向上を図り、さらに、用途や相手材料に応じて、
最外層の高熱膨張金属箔層の材質を選定することによ
り、相手材との接合性にすぐれ、表面性状がすぐれ微細
孔がなくめっきやろう材など薄膜の被着性にすぐれてい
る。また、チップと整合する熱膨張係数と、封止樹脂と
整合する熱膨張係数とが異なる集積回路パッケージの場
合、チップを配設する部分の低熱膨張金属板表面におけ
る高熱膨張金属板の面積占積率や低熱膨張金属板の厚さ
等の条件と、裏面の直接封止樹脂に接触する表面との条
件を変えることにより、各主面の熱的特性を要求する値
に近似させることでき、すぐれた熱拡散効果を有する高
放熱性集積回路パッケージを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａ，ｂはこの発明による集積回路パッケージに
用いた熱伝導複合材料を示す斜視説明図である。

【図２】ａはこの発明による集積回路パッケージの実施
例を示す説明図であり、ｂは使用した熱伝導複合材料の
説明図である。

【図３】ａはこの発明による他の集積回路パッケージの
実施例を示す説明図であり、ｂは使用した熱伝導複合材
料の説明図である。

【図４】ａはこの発明による他の集積回路パッケージの
実施例を示す説明図であり、ｂは使用した熱伝導複合材
料の説明図であり、ｃはａの詳細を示す部分拡大図、
ｄ，ｅはこの発明の他の実施例における熱伝導複合材料
の説明図である。

【図５】この発明によるハイパワーモジュールの一部を
示す説明図である。

【図６】この発明による集積回路パッケージの実施例を
示す説明図である。

【図７】ａ，ｂは複合材料の製造方法の概念を示す斜視
説明図である。

【図８】複合材料の製造方法の概念を示す斜視説明図で
ある。

【図９】ａ，ｂは従来のヒートスプレッダを示すパッケ
ージの縦断説明図である。

【図１０】半導体パッケージの概略図である。

【符号の説明】

１，３１，３２，３４チップ２Ｍｏ材３アルミナ材４コバール材５放熱フィン６複合体基板７フランジ部８₀ リードフレーム８₁ アイランド８₂ ステッチ８₃ リード部８₄ チップ８₅ ボンディングワイヤ８₆ 樹脂１０，２０，２１，２２，２３，２４，２５熱伝導複
合材料１１銅板１２コバール板１３貫通孔１４芯材１５銅露出面１６金属箔層２３₁ 円筒部２３₂ 折り曲げ部３０セラミックス３０₁ 切欠き部３３Ｃｕリード３６ガラス３７金属キャップ４０補強材４０₁ 凸状突起４１補強板材５０，５１，５２圧延ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高熱膨張金属板の両面に、厚み方向に多
数の貫通孔を有する低熱膨張金属板が一体化されて、前
記貫通孔から高熱膨張金属が低熱膨張金属板表面に露出
した構成の芯材と、該芯材の両面に圧接した芯材の高熱
膨張金属と同種または異種の高熱膨張金属箔層とからな
る熱伝導複合材料を放熱機能を要する部材に用いたこと
を特徴とする高放熱性集積回路パッケージ。
【請求項２】芯材の金属板の厚さ比および／または低
熱膨張金属板表面に露出した高熱膨張金属と低熱膨張金
属との表面積比を選定し、熱膨張係数および／または熱
伝導率を所要値に変化させることを特徴とする請求項１
記載の高放熱性集積回路パッケージ。
【請求項３】高熱膨張金属板がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａ
ｌ、Ａｌ合金、鋼のうちいずれか、低熱膨張金属板がＭ
ｏ、３０〜５０ｗｔ％Ｎｉを含有するＮｉ−Ｆｅ系合
金、２５〜３５ｗｔ％Ｎｉと４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有
するＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、Ｗのうちいずれか、高熱
膨張金属箔層がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｎ
ｉ、Ｎｉ合金のうちいずれかからなり、芯材を構成する
高熱膨張金属板の厚みｔ₁、低熱膨張金属板の厚みｔ₂、
及び高熱膨張金属箔の厚みｔ₃が、ｔ₁＝１ｔ₂〜３ｔ₂、
ｔ₃≦１／１０ｔ₂ を満足することを特徴とする請求項
１または請求項２記載の高放熱性集積回路パッケージ。
【請求項４】熱伝導複合材料の少なくとも一主面の所
要位置に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎのうちいずれかから
なる金属めっきを被着したことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２または請求項３記載の高放熱性集積回路パ
ッケージ。