JPH0716981A - 金属複合部品 - Google Patents
金属複合部品Info
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- JPH0716981A JPH0716981A JP16451693A JP16451693A JPH0716981A JP H0716981 A JPH0716981 A JP H0716981A JP 16451693 A JP16451693 A JP 16451693A JP 16451693 A JP16451693 A JP 16451693A JP H0716981 A JPH0716981 A JP H0716981A
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Abstract
数、熱伝導率の点に優れた金属複合部品を提供する。 【構成】 少なくとも一層の基材と、該基材に接合され
た少なくとも一層の合せ材とにより構成される金属複合
部品である。基材は、モリブデンおよびアルミニウム/
シリコン合金のうちのどちらか一方によって形成されて
いる。合せ材は、銅、アルミニウム、ステンレス、イン
バーおよびインコネルのうちから選ばれた少くとも1種
によって形成されている。全体の熱膨張係数は、10.
0×10-6/℃より大きく23.0×10-6/℃より小
さい範囲にある。
Description
用いる金属複合部品に関し、特に、パッケージ内に半導
体素子を搭載すると共に半導体素子の発する熱を放熱す
る基板(以後、放熱基板と呼ぶ)として用いるのに適し
た金属複合部品に関する。
放熱基板として、半導体素子の固着工程における加熱作
業や、集積回路の高密度化および高出力化に伴う発熱量
の増加に対処できるように、高い放熱効果を有するもの
が要求されている。また、高い放熱効果に加えて、放熱
基板には、半導体素子の材料、例えば、シリコン(S
i)やガリウム砒素(GaAs)等に対する熱膨張率の
マッチングがとれていることも要求されている。
放熱基板として、特開平2−102551号公報に記載
されたものがある。ここでは、放熱基板の熱膨張係数
を、半導体集積回路を構成するSi等の半導体材料や、
半導体搭載用セラミックス(Al2 O3 等)基板の熱膨
張係数に近くするために、モリブデン(Mo)を基材と
し、この基材の両側に銅(Cu)またはCu合金を被覆
した複合材料が提案されている。
に対する要求が強くなってきている。このように、軽量
化を重視した半導体集積回路装置においては、半導体集
積回路を支持する基板だけでなく、放熱基板を軽くする
ことが強く要求され、半導体材料に比較して、大きな熱
膨張係数を有する放熱基板も許容される傾向にある。
るためには、放熱基板を比較的密度の低い材料、即ち、
軽い材料で構成することが必要であるが、密度の低い材
料、例えば、アルミニウム(Al)は、一般にSi等の
半導体材料に比較して、熱膨張係数が余りにも高いた
め、熱膨張係数の点で許容される範囲にはない。
れる放熱基板を、軽量化を要求される半導体集積回路装
置に適用したとしても、軽量化、熱膨張係数、密着強度
の点で問題があった。
化の要求に応えるために、23.0×10-6/℃以上の
熱膨張係数を有するAlは熱膨張係数および熱伝導率の
面で不適当であるが、熱膨張係数が10×10-6/℃程
度であれば、十分使用に耐え得る放熱基板が得られてい
る。
と共に、熱膨張係数、熱伝導率の点でも十分な金属複合
部品およびその製造方法を提供することである。
なくとも一層の基材と、該基材に接合された少なくとも
一層の合せ材とにより構成される金属複合部品におい
て、前記基材は、モリブデンおよびアルミニウム/シリ
コン合金のうちのどちらか一方から成り、前記合せ材
は、銅、アルミニウム、ステンレス、インバー、インコ
ネルおよびチタンのうちから選ばれた少くとも1種によ
って形成され、全体の熱膨張係数が10.0×10-6/
℃より大きく23.0×10-6/℃より小さい範囲にあ
ることを特徴とする金属複合部品が得られる。この場合
に、熱膨張係数が13.0×10-6/℃乃至15.0×
10-6/℃であることがより好ましい。
爆発圧着工程および圧延工程により前記基材に接合され
た前記金属複合部品が得られる。一方、合せ材は、ろう
付け工程またはろう付け工程および圧延工程の組み合わ
せにより前記基材に接合してもよい。
合せ材との接する境界面に、めっき層が設けられてもよ
い。
囲内で低め狙いのものにはMoを用い、高め狙いのもの
にはAl合金を用いることで、熱特性の所望の範囲での
自由度を増している。
導性の良好な金属材料から選択されるが、この条件以外
に、めっき層を施すことによりろう付性の向上や耐蝕性
の向上を期待できるか、合せ材自体で耐酸化性や耐薬品
性の向上が期待できるものに限定した。前者はCu、A
lであり、後者はステンレス、インバー、インコネル、
チタンである。
圧延工程を行うことにより、層比および外表面を整え
て、接合強度の向上と表面の平滑性の向上を図ってい
る。
圧延工程とを行った場合は、ろう付け工程によって設計
した層厚比通りの基材と合せ材を100〜400℃で接
合し、その後圧延によって外表面を整えることなる。こ
れにより、めっきがし易くなるか、あるいは、半導体集
積回路との接合がし易くなる。この方法によれば、いず
れも層厚比を大幅に、例えば、Cu/Mo=1/1〜2
/1をCu/Mo=3/1〜9/1程度に上げることが
できる。しかも、圧延を施した場合、高品質安定な金属
複合部品(クラッド材)にし得る。
ても接合での安定性には不安が残る場合が考えられる。
この場合には、ろう付け工程では、基材と合せ材との間
に接合適正温度を低下すると共に、密着性を保持および
向上させるために、濡れ性のよい薄層(めっき層)を接
合補助層として介する。
を、その製造工程にそくして説明する。
mmのMo板を用意し、合せ材用素材に厚さ1.5mm
のCu板を用意した。基材の両面に合せ材を配し、即
ち、Cu/Mo/Cuの3層形態になる様に位置させ、
爆発圧着法により接合させた。
2.0mmにまで加工し、Cu/Mo/Cuの3層が、
層厚比で7:1:7となる複合材に調整した。最終圧延
工程では、特に冷間圧延を施して、表面粗さをRmax.2
μmとした。このように接合された複合材を800℃で
30分熱処理して、歪みを除去する。
謂複合クラッド材となっている。その熱特性を実測した
ところ、熱膨張係数15.3×10-6/℃、熱伝導率
0.80cal/cm・sec・℃であった。しかも、
密度は8.95g/cm3 であった。
に際し、半導体素子が接合される搭載面を可及的半導体
素子の熱膨張率に近い値(熱膨張率が比較的低い値)に
設定する一方で、この搭載面の反対側である放熱側の面
を熱伝導を優先したものとしたい場合があるが、この場
合には、搭載面をMoに、放熱面をCuとした、Mo/
Cuの2層接合の組合せが適している。この構成も爆発
圧着により容易に作製する事ができる。この2層接合の
接合材は、圧延を施して仕上げることにより、表面粗さ
をRmax.5μm以下の良好な結果が得られた。
のMo板を用意し、合せ材用素材として厚さ3.50m
mのCu板を用意した。そして、Mo/Cu/Moの3
層形態になる様に位置させ、爆発圧着法により接合させ
た。
5.3mmにまで加工し、Mo/Cu/Moの3層が、
層厚比で1:3.3:1となる複合材に調整した。最終
圧延工程では、冷間圧延を施し、表面粗さをRmax.2.
5μmとした。このように接合された複合材を850℃
で25分熱処理して、歪みを除去する。
の所謂複合クラッド材となっている。その熱特性を実測
したところ、熱膨張係数10.27×10-6/℃、熱伝
導率0.70cal/cm・sec・℃であった。しか
も、密度は9.41g/cm3 であった。
1と同様の熱的特性を狙ったが、この他に、外表面に比
較的剛性の高いMoが配されているため、組み立て時の
きず形成の不安を減ずると共に、Moが半導体素子に近
い熱膨張係数を有するため、複合クラッド材における各
層の積層方向に平行な方向での膨脹差に起因する剥離不
安の減少も期待できる。また、はんだなどのろう材やメ
ッキ層が比較的形成し易く、これらの工程への対応性に
優れたものである。
mmのMo板を用意し、合せ材用素材として厚さ3mm
のAl板を用意した。合せ材のAlの外表面は酸洗浄さ
れ、次に外表面上に、一般的な亜鉛置換法により厚さ5
μmにニッケル(Ni)めっきが施される。一方、基材
のMoの表面には、電解Niめっきが施され、厚さ3μ
mにNi層が形成された。
00℃でろう付(接合)し、所望のAl/Mo/Alの
クラッド複合材が得られた。
数22.4×10-6/℃とAl単独よりも低い熱膨張係
数を有し、熱伝導率0.55cal/cm・sec・℃
とAl単独より優れた熱伝導率を備えていた。尚、この
複合材の密度は2.8g/cm3 であった。即ち、実施
例3による金属複合部品は、極めて軽量かつ高い熱膨張
係数を有すると共に、熱伝導率においてもAlより優れ
ていることがわかる。
て総厚を小さくする場合にはAlが優先加工されるた
め、Al/Mo比率をめっき層に割れの入らぬ範囲で容
易に変更できる。即ち、取扱いの厄介な薄い材料の状態
ではなく、比較的厚さを有する状態で接合すればよく、
製造工程の煩わしさや不良品率を抑えることができる。
い場合、Niストライク処理した後に電解Cuめっきす
れば良い。
耐酸化を考慮した金属複合部品を製造する。この場合に
は、合せ材として、ステンレス(例えば、SUS30
4)、インコネル等が考えられるが、ここでは、厚さ
0.2mmのSUS304板材を用意した。一方、基材
には、軽量化に好ましいAl−Si合金(例えば、Si
分散合金として熱膨張係数13.5×10-6/℃、熱伝
導率0.30cal/cm・sec・℃、密度2.53
g/cm3 、Hv110の材料である商品名CMSH
A40)から成る厚さ1.6mmの板材を用意した。基
材には、実施例3と同様な亜鉛置換法により、全面5μ
mの包みNiめっきを施した。さらに、実施例3と同様
な方法として、40%Sn−Pbはんだにより300℃
でろう付け(接合)し、SUS304/Al−Si合金
(CMSH A40)/SUS304の3層グラッド複合材を得
た。
×10-6/℃、熱伝導率0.54cal/cm・sec
・℃、密度はアルミナと同等の3.60g/cm3 とな
り、表層の耐蝕性、耐酸化性の優れた材料となり、放熱
基板以外の用途も期待できる。
のMo板を用意し、合せ材として厚さ10mmの純Al
板を用意した。
2μm被覆させ、水素気流中で800℃で熱処理を行な
いMo/Niの密度強度を充分向上させた。Al板は、
実施例3同様の亜鉛置換法により、Niを2μm包みめ
っきした。
べく重ね合せた後、加熱温度を400℃で熱間圧延によ
り、総厚換算約60%の加工率を施した。その結果とし
て、Mo部0.18mm、Al部4mmの層厚のクラッ
ド複合材となった。
率13.2×10-6/℃、熱伝導率0.24cal/c
m・sec・℃、密度3.0g/cm3 を有していた。
また、この複合材では、Moが表面第一層に位置し、し
かも基材を挟んでいるため、高強度の求められる複合材
へも適用可能となった。
応じてMoに本例の強固なNi被覆をした上、爆発圧着
によりAl表層の酸化物層を除去しながら接合し、圧延
により仕上げを施すことによっても、上に述べた実施例
と同等の3層形態から成る複合材を得る事が出来る。
合材はいずれも、接合界面の密着強度が所望レベルを達
成しており、性能安定な基板として使用可能であること
も確認できた。
的特性を鑑みて作製することで、クラッドの金属複合部
品としてパッケージに組み込み、市場の各々の設計事情
により異なる仕様に対し満足するものが得られる様にな
った。
部品は、セラミックパッケージ用の放熱基板の他に、リ
ードフレーム等周辺部品が高熱膨張のものでその材料と
の熱的整合性を重視すると共に、プラスチックパッケー
ジの採用が進む中で特に軽量性を重視する接合に応える
必要のある部材に適用できる。このことは、パッケージ
の設計上有用なことといえる。
複合部品は、軽量化の要求に応え得ると共に、熱膨張係
数、熱伝導率の点でも十分な特性を有している。
Claims (6)
- 【請求項1】 少なくとも一層の基材と、該基材に接合
された少なくとも一層の合せ材とにより構成される金属
複合部品において、前記基材は、モリブデンおよびアル
ミニウム/シリコン合金のうちのどちらか一方から成
り、前記合せ材は、銅、アルミニウム、ステンレス、イ
ンバー、インコネルおよびチタンのうちから選ばれた少
くとも1種によって形成され、全体の熱膨張係数が1
0.0×10-6/℃より大きく23.0×10-6/℃よ
り小さい範囲にあることを特徴とする金属複合部品。 - 【請求項2】 前記熱膨張係数が13.0×10-6/℃
乃至15.0×10-6/℃であることを特徴とする請求
項1記載の金属複合部品。 - 【請求項3】 前記合せ材は、爆発圧着工程および圧延
工程により前記基材に接合されたことを特徴とする請求
項1または2記載の金属複合部品。 - 【請求項4】 前記合せ材は、ろう付け工程またはろう
付け工程および圧延工程の組み合わせにより前記基材に
接合されたことを特徴とする請求項1または2記載の金
属複合部品。 - 【請求項5】 前記合せ材の表面に、めっき層を有する
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載の金属複
合部品。 - 【請求項6】 前記基材と前記合せ材との接する境界面
に、めっき層を有することを特徴とする請求項1乃至5
いずれか記載の金属複合部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5164516A JP2717918B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 金属複合部品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5164516A JP2717918B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 金属複合部品 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0716981A true JPH0716981A (ja) | 1995-01-20 |
JP2717918B2 JP2717918B2 (ja) | 1998-02-25 |
Family
ID=15794654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5164516A Expired - Lifetime JP2717918B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 金属複合部品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2717918B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010272685A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法 |
CN103252572A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-21 | 山东大学 | 钼铜合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接工艺 |
JP2020004963A (ja) * | 2018-06-21 | 2020-01-09 | Jfe精密株式会社 | 放熱板及びその製造方法 |
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-
1993
- 1993-07-02 JP JP5164516A patent/JP2717918B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP2717918B2 (ja) | 1998-02-25 |
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