JPH0677365A - 放熱基板材料 - Google Patents

放熱基板材料

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JPH0677365A
JPH0677365A JP4252095A JP25209592A JPH0677365A JP H0677365 A JPH0677365 A JP H0677365A JP 4252095 A JP4252095 A JP 4252095A JP 25209592 A JP25209592 A JP 25209592A JP H0677365 A JPH0677365 A JP H0677365A
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JP
Japan
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plate
sheet
copper
thermal expansion
metal
Prior art date
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Pending
Application number
JP4252095A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumitaka Kaya
文隆 嘉屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toho Kinzoku Co Ltd
Original Assignee
Toho Kinzoku Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 良好な熱伝導率、塑性加工性及び機械加工性
を備えた半導体素子搭載用の放熱用基板材料を提供す
る。 【構成】 銅、銅−タングステンまたは銅−モリブデン
でつくられた金属板1と、モリブデンまたはタングステ
ンの金属細線を編んだ金属網2とを重ね合わせて一体化
してなる放熱基板用材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子を搭載する
ための放熱用基板材料に関し、より詳しくは、線膨張係
数が半導体素子(一般的にはSi、GaAs等が使用さ
れる)のそれに近似するとともに、良好な熱伝導率、塑
性加工性及び機械加工性を備えた放熱用基板材料に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】IC,LSI,VLSI,ダイオード等
に使われる各種の基板は、使用中の発熱によって昇温す
るので、性能を劣化させないよう、これを如何に冷却す
るかが重要な課題となっている。これを解決すべく、一
般には各種基板に金属製放熱基板材料を接合して放熱を
行う冷却方法が採用されている。この種の半導体搭載用
放熱基板材料には良好な熱伝導性が要求されるが、これ
に加えて線膨張係数が半導体素子および他のパッケージ
構成材料や回路基板のそれに近似している事、更に塑性
加工性や機械加工性が良く安価に製造出来る事も欠かせ
ない特性とされる。放熱基板に求められる上記要求特性
を一応は満たす材料として、Cu,Mo,W,Ni−F
e合金,Ni−Co−Fe合金,Al,Si等の単体部
材を組み立てたもの、及びこれら単体材料の複合体が知
られている。前記単体の組立材は、各部材間の熱膨張係
数差により接触面積を大きく出来ないため、熱抵抗を一
定レベル以下に出来ず、設計、製造にも制約を受けると
いう問題点がある。
【0003】このため、単体の複合体が一般に使われて
いるが、複合体にも以下のような問題がある。上記複合
体の製造には、主として「板クラッド法」と「粉末焼結
法」とが採用されており、このうち板クラッド法は、熱
伝導率が大きくかつ熱膨張係数の大きな材料(例えばC
u等)と、熱伝導率が小さくかつ線膨張係数が小さい材
料(例えばNi−Fe合金、Ni−Co−Fe合金等)
との組合わせによる多層の板状素材を積層圧接する方法
であり、複合体の工業的な量産が可能で比較的安価で大
面積の基板を得る事が出来る反面、複合体の特性に異方
性が生じ、しかも接合が困難である等の問題がある。即
ちクラッド板複合体は板面方向の熱伝導性は良好である
が、板厚方向には悪い。又線膨張係数も板面方向には低
いが板厚方向には高くなる。従って回路組立の際に搭載
された素子にクラックや剥離が生じたり、リ−クして半
導体そのものの機能や寿命を落とす懸念がある。
【0004】一方、粉末焼結法には、混合焼結法と溶浸
法があり、前者は複合化しようとする金属粉末(例えば
Cu,W)を混合して、加圧成形した後、焼結して固め
る方法であり、同一のCu含有率であれば溶浸法のもの
より線膨張係数が大きくなるという好ましくない傾向が
ある。
【0005】後者は、W粉末をプレス成形して焼結する
ことにより、微細な空孔が均一にかつ開放して分布した
多孔質体のスケルトンを形成した後、この多孔質体に溶
融Cuを含浸させる方法であり、この方法で得られる複
合体は、WスケルトンがCuの熱膨張を拘束するため、
好適な線膨張係数の実現が可能である。このため、放熱
基板として用いられるCu−W複合体は、好ましい熱膨
張と、高熱伝導性を有する製品の実現に有利な「溶浸
法」で製造されるのが一般的であるが、この方法は、コ
ストが高く、しかも加工性が悪いため用途面で制約を受
ける。
【0006】以上に述べたように、従来知られていた放
熱用基板材料の中、板クラッド材は量産が可能で、安価
に大面積の基板を得る事が出来るが、熱伝導率、熱膨張
率の異方性が大きいという問題があり、粉末焼結材は熱
伝導率及び熱膨張率には異方性がなく、特性的に好適な
ものが得易いが、難加工性で製造コストが高くなるた
め、両者共必ずしも満足できる放熱基板材料とは言えな
かった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、良好
な塑性加工性、機械加工性および熱伝導率を備え、しか
も熱伝導率、熱膨張率の異方性を極力抑えた放熱基板材
料を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成を採用した。すなわち、本
発明にかかる放熱基板材料は、銅、銅−タングステンま
たは銅−モリブデンでつくられた金属板と、モリブデン
またはタングステンの金属細線を編んだ金属網とを重ね
合わせて一体化してなる。金属板として用いる銅板は、
無酸素銅板が好ましい。また、金属板として、銅−タン
グステン合金(Cu−W)または銅−モリブデン合金
(Cu−Mo)を用いる場合は、銅(Cu)を40%
(重量%、以下同じ)以上含有するものが、冷間又は熱
間で良好な塑性加工性を示すので好ましい。特に、銅−
タングステン合金の場合は、銅の含有量が45%以上で
あるのが好ましい。なお、銅の含有量の上限は、99%
程度まで可能である。
【0009】金属網はMo線又はW線を網に編んで形成
されるもので、このMo網又はW網と上記Cu板または
Cuを40wt%以上含有するCu−W板又はCu−M
0板とを重ね合わせて加熱、圧延して金属板と金属網と
が一体化した積層板となす。図1は圧延前の積層状態
を、図2は圧延後の積層状態をそれぞれ摸式的に表すも
のである。図2に示す如く、圧延により金属板1,1と
金属網2とが密着し一体化する。
【0010】積層板の熱膨張率を所定の値に制御するた
めには、単位面積当りの網重量とCu,Cu−W,Cu
−Mo板のCu含有量及び板厚との関係を、予め実験的
に確認された結果に基づいて調節すればよい。図3、図
4は金属網の量と得られる積層板の熱膨張係数の関係を
表す。例えば、Cu板とMo網の組み合わせでは、Cu
板1重量部に対しMo網を2〜4重量部とするのが適当
である。また、Cu−W合金板またはCu−Mo合金板
とMo網の場合は、Cu−W合金板またはCu−Mo合
金板1重量部に対しMo網を2〜4重量部とするのが好
ましい。このMo網の代わりにW網を用いる場合も、上
記と同様な比率とするのが好ましい。
【0011】Mo網、W網としては、2から10μmの
Niメッキを施した線を用いて編んだものがより好まし
い。線の状態でメッキを施さず、編み上がった金属網に
2〜10ミクロンのメッキを施してもよい。この金属網
は、有機洗浄、酸洗い、電解研摩による表面処理も有効
であるが、Niメッキが最もよい親和性を示す。
【0012】圧延後の厚さは初期断面厚さの3/10以
下にすることにより、未接合部分を完全除去出来るの
で、この程度の圧延加工を施しておくのが好ましい。
【0013】本発明の放熱基板材料は、線材を熱膨張率
制御材としているため、粉末焼結法や含浸法により製造
した物よりも更に熱膨張率制御力が優れる。同一の熱膨
張率を得るにも更に多くのCuを含有する事が出来、熱
伝導率を更に改善することが出来る。
【0014】また、W線やMo線を網にしてあるため平
面方向の熱膨張係数異方性及び熱伝導率異方性が少な
い。更にCu−Mo,Cu−W粉末焼結圧延板との組合
わせは、その含有Mo、W粉末量が多いほど積層板の熱
膨張率及び熱伝導率の異方性が減少する。
【0015】さらに、圧延、打抜きの加工性がよいた
め、量産に適しており、従って製造コストの大幅な削減
が図れるのである。
【0016】
【実施例】(実施例1)厚さ0.04mmの無酸素銅板
と、線径0.5mmのMo線に厚さ3〜5μmのNiメ
ッキを施し、600度Cで焼き締めしたMo線で眼開き
15メッシュに編んだMo網とを互層して(両最外側の
銅板のみ厚さを1.5mmとした)15mm厚さとし、
2 雰囲気中、1273k、3.6ks間、加熱拡散処
理した。この互層板を水素炎バーナで約100度に温
め、鍛造機にて7.5mm厚さとした。この鍛造板をH
2 雰囲気中、973k、0.9ks間加熱して、クロス
圧延し、2.0mm厚さとした。各圧延率は15%とし
た。この熱間圧延板をスケールとりのため、硝酸と硫酸
の混酸(1+1)に浸漬、溶解して厚さを1.8mmと
した。ワ−クロ−ル及び圧延板を333kから337k
に温めて、各圧延率10%で延圧して1.05mmとし
た。この圧延板を所定の形状に打ち抜いて、上下面をラ
ップ加工して、面粗さをRa=0.8μm、厚さを1.
00mmとした。得られた打ち抜き板の熱膨張係数は板
厚方向に対して垂直方向は6.01×10-6/度C、平
行方向は8.23×10-6/度Cであり、熱伝導率は垂
直方向で235W/m.kであった。
【0017】(実施例2)平均粉末粒子サイズ2μmの
W粉末と平均粒子サイズ2.5μmのCu粉末を各々3
0重量%、70重量%配合して、エタノール中でボール
ミル混合した。混合粉末を乾燥、圧粉成形して、H2
囲気中、1273Kで3.6ks焼結した。焼結上がり
板厚を5mmとした。焼結体の圧延には、各パス毎に1
123K、0.6KS間加熱した。各パス毎の圧延率は
15%とし、W粉末の一方向展延を避けるため、クロス
圧延した。板厚0.067mmで硝酸と硫酸の混酸(1
+1)でスケール取り酸洗いして板厚を0.05mmと
した。この圧延Cu−W合金板と(実施例1)と同様に
NiメッキMo線網とを互層(この場合最外側は1.5
mmの酸洗い面を持つ70Cu−30W合金圧延板を積
層した)、以後(実施例1)と同様の工程を通って1.
00mmの積層板を得、打ち抜き加工、ラップ処理して
製品とした。得られた打ち抜き板の熱膨張係数は板厚方
向に対して垂直方向は6.23×10-6/度C、平行方
向は7.46×10-6/度Cであり、熱伝導率は垂直方
向で225W/m.Kであった。
【0018】
【発明の効果】以上の説明のごとく、本発明にかかる放
熱基板は、熱膨張率の制御も容易で、混合法や溶浸方に
より製造されたCu−W,Cu−Mo合金放熱基板より
更に向上した熱伝導率を持っている。しかも圧延性、打
ち抜き加工性に優れ、大幅に製造コストを下げる事が出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧延前の積層状態を表す断面図である。
【図2】圧延後の積層状態を表す断面図である。
【図3】タングステン網の含有量と熱膨張係数の関係を
表すグラフである。
【図4】モリブデン網の含有量と熱膨張係数の関係を表
すグラフである。
【符号の説明】
1 金属板 2 金属網

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅、銅−タングステンまたは銅−モリブ
    デンでつくられた金属板と、モリブデンまたはタングス
    テンの金属細線を編んだ金属網とを重ね合わせて一体化
    してなる放熱基板用材料。
JP4252095A 1992-08-26 1992-08-26 放熱基板材料 Pending JPH0677365A (ja)

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JP4252095A JPH0677365A (ja) 1992-08-26 1992-08-26 放熱基板材料

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0851172A (ja) * 1994-08-05 1996-02-20 Tokyo Tungsten Co Ltd セラミックパッケージ及び放熱基板
US6994917B2 (en) 2003-01-15 2006-02-07 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Composite material and method for manufacturing the same
US7097914B2 (en) 2001-08-28 2006-08-29 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Composite structural material, and method of producing the same
JP2010182858A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Toshiba Corp 半導体パッケージおよびその作製方法
JP2011038534A (ja) * 2009-08-06 2011-02-24 Osaka Vacuum Ltd 分子ポンプの軸受放熱構造

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JP2010182858A (ja) * 2009-02-05 2010-08-19 Toshiba Corp 半導体パッケージおよびその作製方法
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