JPH0837257A - 積層体及びその製造方法 - Google Patents
積層体及びその製造方法Info
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- JPH0837257A JPH0837257A JP7005331A JP533195A JPH0837257A JP H0837257 A JPH0837257 A JP H0837257A JP 7005331 A JP7005331 A JP 7005331A JP 533195 A JP533195 A JP 533195A JP H0837257 A JPH0837257 A JP H0837257A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低コストで高性能ヒートシンク用の積層体を
提供する。 【構成】 第一の層を第二の層に転がり摩擦を最小にす
るために比較的低速でクラッドし、その積層体を、その
厚み公差を実質的に増加するために、最終転造し、その
積層体を、その幅公差を実質的に増加するために、スリ
ットし、その積層体の選択された位置に溝を形成し、そ
の積層体から、複数のリボンを最終的に切り出し、その
積層体を、その形状を直線化及び平坦化するために、引
き延ばす(tension leveling)ことに
よって、前記第一の層を前記第二の層に結合してなる積
層体が得られる。
提供する。 【構成】 第一の層を第二の層に転がり摩擦を最小にす
るために比較的低速でクラッドし、その積層体を、その
厚み公差を実質的に増加するために、最終転造し、その
積層体を、その幅公差を実質的に増加するために、スリ
ットし、その積層体の選択された位置に溝を形成し、そ
の積層体から、複数のリボンを最終的に切り出し、その
積層体を、その形状を直線化及び平坦化するために、引
き延ばす(tension leveling)ことに
よって、前記第一の層を前記第二の層に結合してなる積
層体が得られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、材料を互いに接合する
ための方法に関し、特に、エネルギー伝達用の積層体に
関するものである。
ための方法に関し、特に、エネルギー伝達用の積層体に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】比較的高い熱伝導性と電気伝導性を有す
る材料は、微小電子部品のパッケージに望ましいものと
されている。例えば、純銅は導電体として、またその高
い熱伝導性と熱放散能力のゆえに、いずれにも特に適し
ている。
る材料は、微小電子部品のパッケージに望ましいものと
されている。例えば、純銅は導電体として、またその高
い熱伝導性と熱放散能力のゆえに、いずれにも特に適し
ている。
【0003】それゆえ、銅板は、マイクロチップ用ヒー
トシンク/絶縁体の部品としてしばしば用いられる。典
型的には、その板はセラミック板に直接接着として知ら
れている方法で接着される。この方法は、比較的高い熱
放散能力、強度、信頼性、及び小寸法を有する製品にと
って優れている。また、この直接接着法は比較的小酢と
が低いことでも知られている。中間接着層は、しばし
ば、板材料の性質を修飾するために、すなわち、材料強
度を改善したり、熱膨張係数を調整するために使用され
る。
トシンク/絶縁体の部品としてしばしば用いられる。典
型的には、その板はセラミック板に直接接着として知ら
れている方法で接着される。この方法は、比較的高い熱
放散能力、強度、信頼性、及び小寸法を有する製品にと
って優れている。また、この直接接着法は比較的小酢と
が低いことでも知られている。中間接着層は、しばし
ば、板材料の性質を修飾するために、すなわち、材料強
度を改善したり、熱膨張係数を調整するために使用され
る。
【0004】直接接着法によれば、銅の接着面が酸化さ
れることが必要である。この結果、熱接着サイクルの間
に、セラミックとの間で共有結合が形成される。典型的
には、銅板の両面を酸化を促進する化学液で塗布する
か、ディップする。これにより、加熱時にセラミック基
盤に接着する銅板の各面に酸化銅の低融点共晶が形成さ
れる。
れることが必要である。この結果、熱接着サイクルの間
に、セラミックとの間で共有結合が形成される。典型的
には、銅板の両面を酸化を促進する化学液で塗布する
か、ディップする。これにより、加熱時にセラミック基
盤に接着する銅板の各面に酸化銅の低融点共晶が形成さ
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、板の一方の
酸化面が直接接着法で基盤に結合される一方で、他の酸
化面が、それの乗るキャリヤーないし支持物に接着する
という不都合が起こる。また、結果される接着は、一体
性、寸法安定性、耐久性、及び信頼性に一定の制限があ
ることが判った。さらに、化学被膜はコスト高であり、
多くの化学的廃棄物を生ずることが判った。
酸化面が直接接着法で基盤に結合される一方で、他の酸
化面が、それの乗るキャリヤーないし支持物に接着する
という不都合が起こる。また、結果される接着は、一体
性、寸法安定性、耐久性、及び信頼性に一定の制限があ
ることが判った。さらに、化学被膜はコスト高であり、
多くの化学的廃棄物を生ずることが判った。
【0006】従って、本発明の目的は、高性能ヒートシ
ンクに用いるための高い熱伝導特性を備えた積層体を提
供することである。
ンクに用いるための高い熱伝導特性を備えた積層体を提
供することである。
【0007】他の目的は、ヒートシンクを最小の手作業
で簡単かつ効率的に製造する方法を提供することであ
る。
で簡単かつ効率的に製造する方法を提供することであ
る。
【0008】他の目的は、積層体からなる材料のエネル
ギー伝達特性を最大にすることである。
ギー伝達特性を最大にすることである。
【0009】他の目的は、許容可能な防音性、冷却速度
及び圧力低下を持つ高性能ヒートシンクの低コスト製造
を確実にすることである。
及び圧力低下を持つ高性能ヒートシンクの低コスト製造
を確実にすることである。
【0010】さらに他の目的は、微小電子部品用パッケ
ージからの熱の急速な放散を確実にすることである。
ージからの熱の急速な放散を確実にすることである。
【0011】他の目的は、微小電気部品同志を熱的かつ
電気的に絶縁することである。
電気的に絶縁することである。
【0012】さらに他の目的は、金属接着の際の化学的
廃棄物を実質的に減少することである。
廃棄物を実質的に減少することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
れば、酸素含有量を制御した銅クラッド積層体及びその
製造方法が提供される。その積層体は、酸素フリーの銅
の第一の層を酸素リッチの銅の第二の層に結合したもの
で、次の工程によって結合される。すなわち、(i)転
がり摩擦を最小にするために、比較的低スピードで第一
の層を第二の層にクラッドし、(ii)その積層体を、そ
の厚み公差を実質的に増加するために、最終転造し、(i
ii)その積層体を、その幅公差を実質的に増加するため
に、スリットし、(iv)その積層体の選択された位置に溝
を形成し、(v)その積層体から、複数のリボンを最終
的に切り出し、(vi)その積層体を、その形状を直線化及
び平坦化するために、引き延ばし(tension l
eveling)、(vii)該積層体を選択された形状を
有する部分に型打ち加工し、(viii)該積層体を洗浄し、
(ix)該積層体を基盤材料に接着して前記第一の材料層を
第二の層にアニールすることを特徴とする。
れば、酸素含有量を制御した銅クラッド積層体及びその
製造方法が提供される。その積層体は、酸素フリーの銅
の第一の層を酸素リッチの銅の第二の層に結合したもの
で、次の工程によって結合される。すなわち、(i)転
がり摩擦を最小にするために、比較的低スピードで第一
の層を第二の層にクラッドし、(ii)その積層体を、そ
の厚み公差を実質的に増加するために、最終転造し、(i
ii)その積層体を、その幅公差を実質的に増加するため
に、スリットし、(iv)その積層体の選択された位置に溝
を形成し、(v)その積層体から、複数のリボンを最終
的に切り出し、(vi)その積層体を、その形状を直線化及
び平坦化するために、引き延ばし(tension l
eveling)、(vii)該積層体を選択された形状を
有する部分に型打ち加工し、(viii)該積層体を洗浄し、
(ix)該積層体を基盤材料に接着して前記第一の材料層を
第二の層にアニールすることを特徴とする。
【0014】
【実施例】通常の単一チップモジュールに比較して、マ
ルチチップモジュールのような微小電気部品パッケージ
は、信号遅延やパッケージ容積が少なく比較的高出力が
得られる利点があることが知られている。それらの実質
的な熱流が与えられているとすると、効果的な熱放散の
ためのヒートシンク寸法を得るために、並列チャンネル
の積層したヒートシンクが必要であることが判った。
ルチチップモジュールのような微小電気部品パッケージ
は、信号遅延やパッケージ容積が少なく比較的高出力が
得られる利点があることが知られている。それらの実質
的な熱流が与えられているとすると、効果的な熱放散の
ためのヒートシンク寸法を得るために、並列チャンネル
の積層したヒートシンクが必要であることが判った。
【0015】積層が他のヒートシンクは、典型的には、
一連の積み重ねられた板状のフィンを備えたベースを有
している。各フィンは、フィンの対間に溝が形成される
よな形状を有している。熱は、まず、ベースからフィン
に伝達され、そこから溝を通過する冷媒例えば空気に熱
伝達によって放散される。この一般的なヒートシンク
は、図4に示される。
一連の積み重ねられた板状のフィンを備えたベースを有
している。各フィンは、フィンの対間に溝が形成される
よな形状を有している。熱は、まず、ベースからフィン
に伝達され、そこから溝を通過する冷媒例えば空気に熱
伝達によって放散される。この一般的なヒートシンク
は、図4に示される。
【0016】装置及びモジュールパワーが増加すると、
高性能の流体により冷却されるヒートシンクが必要とな
る。フィンからの放散の増加は、一般に冷媒流速を増加
することによって達成されるが、最適冷却のための流速
によって、近傍の敏感な微小電子部品に影響するよう
な、振動や、圧力低下、音響が誘導される。
高性能の流体により冷却されるヒートシンクが必要とな
る。フィンからの放散の増加は、一般に冷媒流速を増加
することによって達成されるが、最適冷却のための流速
によって、近傍の敏感な微小電子部品に影響するよう
な、振動や、圧力低下、音響が誘導される。
【0017】積層型ヒートシンクを形成するために、典
型的には、一面に沿って幅広で浅い開いた溝を有する複
数の銅板が前後に接合される。その積層体において、溝
は一連の閉じた並列の冷媒通路となる。板の厚みと、各
板上の溝の幅と深さを調整することによって、クートシ
ンク寸法と熱流が制御される。
型的には、一面に沿って幅広で浅い開いた溝を有する複
数の銅板が前後に接合される。その積層体において、溝
は一連の閉じた並列の冷媒通路となる。板の厚みと、各
板上の溝の幅と深さを調整することによって、クートシ
ンク寸法と熱流が制御される。
【0018】他の状況においては、ヒートシンクは、マ
イクロチップ同志を熱的及び電気的に他がいに絶縁する
ために用いられる。例えば、マイクロチップは平な積層
体からなるヒートシンクに半田付けされ、この積層体が
微小電子モジュール上に搭載される。各マイクロチップ
で発生する熱的及び電気的エネルギーのレベルの差によ
りモジュールの他のチップの動作に悪影響を与えること
を防止することが重要である。
イクロチップ同志を熱的及び電気的に他がいに絶縁する
ために用いられる。例えば、マイクロチップは平な積層
体からなるヒートシンクに半田付けされ、この積層体が
微小電子モジュール上に搭載される。各マイクロチップ
で発生する熱的及び電気的エネルギーのレベルの差によ
りモジュールの他のチップの動作に悪影響を与えること
を防止することが重要である。
【0019】上の記載は、単なる例示であって、本発明
の意図した状況や用途を制限するものではない。微小電
子部品パッケージのその他の構造的および機能的な態様
は当業者には既に知られており、その説明は本発明の開
示のためには不要であると信ずる。
の意図した状況や用途を制限するものではない。微小電
子部品パッケージのその他の構造的および機能的な態様
は当業者には既に知られており、その説明は本発明の開
示のためには不要であると信ずる。
【0020】本発明の一つの態様によれば、酸素含有量
を制御された銅をクラッドした積層体及びその製造方法
が得られる。その積層体は、酸素フリーの銅の第一の層
を酸素リッチの銅の第二の層に結合したもので、次の工
程によって結合される。すなわち、(i)転がり摩擦を
最小にするために、比較的低スピードで第一の層を第二
の層にクラッドし、(ii)その積層体を、その厚み公差
を実質的に増加するために、最終転造し、(iii)その積
層体を、その幅公差を実質的に増加するために、スリッ
トし、(iv)その積層体の選択された位置に溝を形成し、
(v)その積層体から、複数のリボンを最終的に切り出
し、(vi)その積層体を、その形状を直線化及び平坦化す
るために、引き延ばし(tension leveli
ng)、(vii) 該積層体を選択された形状を有する部分
に型打ち加工し、(viii)該積層体を洗浄し、(ix)該積層
体を基盤材料に接着して前記第一の材料層を第二の層に
アニールすることを特徴とする。
を制御された銅をクラッドした積層体及びその製造方法
が得られる。その積層体は、酸素フリーの銅の第一の層
を酸素リッチの銅の第二の層に結合したもので、次の工
程によって結合される。すなわち、(i)転がり摩擦を
最小にするために、比較的低スピードで第一の層を第二
の層にクラッドし、(ii)その積層体を、その厚み公差
を実質的に増加するために、最終転造し、(iii)その積
層体を、その幅公差を実質的に増加するために、スリッ
トし、(iv)その積層体の選択された位置に溝を形成し、
(v)その積層体から、複数のリボンを最終的に切り出
し、(vi)その積層体を、その形状を直線化及び平坦化す
るために、引き延ばし(tension leveli
ng)、(vii) 該積層体を選択された形状を有する部分
に型打ち加工し、(viii)該積層体を洗浄し、(ix)該積層
体を基盤材料に接着して前記第一の材料層を第二の層に
アニールすることを特徴とする。
【0021】まず、酸素フリーを保証された銅すなわち
OFHC銅99.99%Cu(ミル規格C−101)の
板条が、選択された初期寸法、すなわち、約0.060
インチ x 2.50インチ(アニールドテンパー)か
らコイル形状に処理される。この板条は、計算されたパ
スで、すなわち、約0.060インチ(スプリングテン
パーUTS 50 KSI最小)から0.025インチ
まで、かつ、約2.500インチから2.130インチ
まで冷間にて転造される。好ましくは、一回のパスでの
圧加率は約20%に制限される。これは、銅の粒構造に
影響する200°Fを越えることを禁止するためであ
る。この粒構造は、最終積層体の粒子寸法に基本的にも
見掛上でも重要であることが判った。
OFHC銅99.99%Cu(ミル規格C−101)の
板条が、選択された初期寸法、すなわち、約0.060
インチ x 2.50インチ(アニールドテンパー)か
らコイル形状に処理される。この板条は、計算されたパ
スで、すなわち、約0.060インチ(スプリングテン
パーUTS 50 KSI最小)から0.025インチ
まで、かつ、約2.500インチから2.130インチ
まで冷間にて転造される。好ましくは、一回のパスでの
圧加率は約20%に制限される。これは、銅の粒構造に
影響する200°Fを越えることを禁止するためであ
る。この粒構造は、最終積層体の粒子寸法に基本的にも
見掛上でも重要であることが判った。
【0022】次に、酸素リッチの銅すなわち電解精練さ
れた銅99.90%Cu(ミル規格C−110)の板条
が、選択された初期寸法、すなわち、約0.125イン
チx 2.50インチ(アニールドテンパー)から処理
される。この板条は、計算されたパスで、すなわち、約
0.060インチ(超スプリングテンパーUTS58
KSI最小)から0.025インチまで、かつ、約2.
500インチから2.130インチまで冷間にて転造さ
れる。ミル規格C−110の酸素含有量は、10ppm
から2000ppmの範囲である。接着の均一性と強度
に最大の結果を得るためには、酸素含有量が選択された
範囲内、すなわち、300ppmから500ppmの範
囲になるように制御されることが好ましい。本発明の一
例によれば、酸素含有量は、図3に示されるように、約
380ppmである。酸素は、粒界に濃い黒点として現
れる。
れた銅99.90%Cu(ミル規格C−110)の板条
が、選択された初期寸法、すなわち、約0.125イン
チx 2.50インチ(アニールドテンパー)から処理
される。この板条は、計算されたパスで、すなわち、約
0.060インチ(超スプリングテンパーUTS58
KSI最小)から0.025インチまで、かつ、約2.
500インチから2.130インチまで冷間にて転造さ
れる。ミル規格C−110の酸素含有量は、10ppm
から2000ppmの範囲である。接着の均一性と強度
に最大の結果を得るためには、酸素含有量が選択された
範囲内、すなわち、300ppmから500ppmの範
囲になるように制御されることが好ましい。本発明の一
例によれば、酸素含有量は、図3に示されるように、約
380ppmである。酸素は、粒界に濃い黒点として現
れる。
【0023】次に、酸素フリー銅板条と酸素リッチ銅板
条の面が接着のために洗浄される。これは、有機物(す
なわち油とほこり)を除去するために、これら板条を超
音波脱脂機を通過させ、続いて、連続的に水を掛けなが
ら(水ブラシ)、回転する柔らかい研磨輪(ブラシ)を
通過させることによって行われる。これにより、銅の表
面酸化物が除去され、その表面が租面にされて、クラッ
ド性が向上される。
条の面が接着のために洗浄される。これは、有機物(す
なわち油とほこり)を除去するために、これら板条を超
音波脱脂機を通過させ、続いて、連続的に水を掛けなが
ら(水ブラシ)、回転する柔らかい研磨輪(ブラシ)を
通過させることによって行われる。これにより、銅の表
面酸化物が除去され、その表面が租面にされて、クラッ
ド性が向上される。
【0024】次に、酸素フリー銅板条が酸素リッチ銅板
条の上に置かれクラッディング、すなわち、4−hiロ
ーリングミルにて両板状を機械的に押し潰すことによっ
て結合される。この結果、厚みの減少と転がり摩擦によ
って熱が発生する。前記の通り、余分の熱が粒構造に影
響するので、板条はローリングミルの出口で、同時に、
空冷されることが好ましい。加えて、低速処理速度、す
なわち、約12/毎分の速度が、熱の発生を抑制するた
めに採用される。あるいは、冷間圧延接着による圧加率
は約76%に制限される。
条の上に置かれクラッディング、すなわち、4−hiロ
ーリングミルにて両板状を機械的に押し潰すことによっ
て結合される。この結果、厚みの減少と転がり摩擦によ
って熱が発生する。前記の通り、余分の熱が粒構造に影
響するので、板条はローリングミルの出口で、同時に、
空冷されることが好ましい。加えて、低速処理速度、す
なわち、約12/毎分の速度が、熱の発生を抑制するた
めに採用される。あるいは、冷間圧延接着による圧加率
は約76%に制限される。
【0025】好ましくは、第一の層は、95ppmから
2000ppmの範囲の酸素含有量の銅板からなる。酸
素含有量が減少すると、接着強度が増加し、最大強度は
約95ppmの場合である。また、第二の層は酸素フリ
ーの銅、すなわち、最大酸素含有量が10ppmの銅か
らなることが好ましい。
2000ppmの範囲の酸素含有量の銅板からなる。酸
素含有量が減少すると、接着強度が増加し、最大強度は
約95ppmの場合である。また、第二の層は酸素フリ
ーの銅、すなわち、最大酸素含有量が10ppmの銅か
らなることが好ましい。
【0026】次の工程で、その積層体を、その厚み公差
を実質的に増加するために、最終転造される。この最終
転造は、同様に4−hiローリングミルで行われる。こ
の工程は、積層体の厚み公差を実質的に増加する、すな
わち、約0.001インチから0.003インチまで改
善する。高度に研磨されたロールが使用され、これによ
り、表面仕上げも改善される。
を実質的に増加するために、最終転造される。この最終
転造は、同様に4−hiローリングミルで行われる。こ
の工程は、積層体の厚み公差を実質的に増加する、すな
わち、約0.001インチから0.003インチまで改
善する。高度に研磨されたロールが使用され、これによ
り、表面仕上げも改善される。
【0027】次に、この積層体は、その幅公差を実質的
に増加するために、スリットされる、すなわち、細長く
切断される。そのスリッティングの際、この積層体は、
回転刃を有する2つの回転アーバーの間を通過させられ
る。これにより、積層体の縁が除去され幅方向のトリミ
ングが行われる。これに代わって、あるいは追加的に、
このスリッティング工程の前に予備スリッティングが行
われても良い。この予備スリッティングは、積層体の粗
縁取りをし、幅公差を、例えば、0.015インチから
0.001インチに改善する。この幅公差の改善は、次
の溝形成の際に積層体を滑らかにかつ正確に案内するた
めに重要であることが判った。
に増加するために、スリットされる、すなわち、細長く
切断される。そのスリッティングの際、この積層体は、
回転刃を有する2つの回転アーバーの間を通過させられ
る。これにより、積層体の縁が除去され幅方向のトリミ
ングが行われる。これに代わって、あるいは追加的に、
このスリッティング工程の前に予備スリッティングが行
われても良い。この予備スリッティングは、積層体の粗
縁取りをし、幅公差を、例えば、0.015インチから
0.001インチに改善する。この幅公差の改善は、次
の溝形成の際に積層体を滑らかにかつ正確に案内するた
めに重要であることが判った。
【0028】つぎの第四工程において、冷媒流路を与え
るために、積層体の選択された位置に少なくとも一つの
溝を形成する。冷媒(液体またはガス)がその流路を流
れる時、熱の除去が行われる。例えば、本発明の一つの
態様によれば、溝は熱交換器として作用する。この代わ
りに、あるいは追加的に、この溝は、最終使用者による
組み立ての際の余分な半田を捕獲するための溜まりとし
ても機能する。
るために、積層体の選択された位置に少なくとも一つの
溝を形成する。冷媒(液体またはガス)がその流路を流
れる時、熱の除去が行われる。例えば、本発明の一つの
態様によれば、溝は熱交換器として作用する。この代わ
りに、あるいは追加的に、この溝は、最終使用者による
組み立ての際の余分な半田を捕獲するための溜まりとし
ても機能する。
【0029】溝形成は、型転造、研削、あるいはミルに
よって行われ得る。例えば、研削の際に、研削工具とし
て知られる固定研削刃の下を材料が通過させられる。こ
れにより、板条の幅を横切る方向の選択された領域に於
いて、積層体の厚みが変化する。あるいは、積層体は、
型転造されても良い。すなわち、溝の寸法を有する連続
した突起を備えたロールの下を通過させられる。
よって行われ得る。例えば、研削の際に、研削工具とし
て知られる固定研削刃の下を材料が通過させられる。こ
れにより、板条の幅を横切る方向の選択された領域に於
いて、積層体の厚みが変化する。あるいは、積層体は、
型転造されても良い。すなわち、溝の寸法を有する連続
した突起を備えたロールの下を通過させられる。
【0030】さらに、第五の工程において、その積層体
から、複数のリボンを最終的に切り出す。この工程は、
前記第三の工程で述べたと同様の技術によって行われる
が、広い処理幅からそれぞれのリボンを切断し、多数の
ストランドを得ることができる。
から、複数のリボンを最終的に切り出す。この工程は、
前記第三の工程で述べたと同様の技術によって行われる
が、広い処理幅からそれぞれのリボンを切断し、多数の
ストランドを得ることができる。
【0031】その後、その積層体は、その形状を直線化
及び平坦化するために、引き延ばし(tension
leveling)される。引き伸しは、例えば、その
積層体を張力下に置くこと、例えば、その積層体を一連
の偏向ロール、例えば約0.385インチの小直径の9
段のロールを通過させることによって行われる。この工
程で、酸素フリーの銅及び酸素リッチの銅の両方とも、
図1に示されるように、その粒構造に、何等の影響も受
けない。
及び平坦化するために、引き延ばし(tension
leveling)される。引き伸しは、例えば、その
積層体を張力下に置くこと、例えば、その積層体を一連
の偏向ロール、例えば約0.385インチの小直径の9
段のロールを通過させることによって行われる。この工
程で、酸素フリーの銅及び酸素リッチの銅の両方とも、
図1に示されるように、その粒構造に、何等の影響も受
けない。
【0032】この工程により、板条の直線性、平坦性及
び形状が最小の変動を有するように、品質改善される。
これにより、積層体とセラミック基盤との密な接触が保
証され、空孔なしの接着が形成される。この空孔なしの
接着は効果的な直接接着には比較的重要である。
び形状が最小の変動を有するように、品質改善される。
これにより、積層体とセラミック基盤との密な接触が保
証され、空孔なしの接着が形成される。この空孔なしの
接着は効果的な直接接着には比較的重要である。
【0033】続いて、板条は、個々の片に打ち抜かれ、
油や直接接着の邪魔になるような物質を除去するために
洗浄され、その後、セラミック基盤に直接接着される。
洗浄は、好ましくは、各片を租面研磨したり化学的にエ
ッチングすることによって行われる。例えば、打抜き片
が租セラミック媒体、すなわち、XC3−8Tアングル
カット三角粒と共に、振動容器内にいれられる。次に、
その打抜き片が取り出され、一連の酸浴を使用して化学
的にエッチングされる。一連の酸浴は、まず塩酸または
硫酸で、次が過硫酸アンモニウム、最後に、くえん酸の
浴からなる。
油や直接接着の邪魔になるような物質を除去するために
洗浄され、その後、セラミック基盤に直接接着される。
洗浄は、好ましくは、各片を租面研磨したり化学的にエ
ッチングすることによって行われる。例えば、打抜き片
が租セラミック媒体、すなわち、XC3−8Tアングル
カット三角粒と共に、振動容器内にいれられる。次に、
その打抜き片が取り出され、一連の酸浴を使用して化学
的にエッチングされる。一連の酸浴は、まず塩酸または
硫酸で、次が過硫酸アンモニウム、最後に、くえん酸の
浴からなる。
【0034】直接接着の際、温度と他の条件は、同時
に、積層体をアニールし、第一の層を第二のものに機械
的に接着する。直接接着の後、微細粒構造が両銅層に生
じる(図2)。セラミックに金属を直接接着する種々の
方法は、例えば、1976年11月30日に特許された
米国特許第3,944,430や、1978年12月1
2日に特許された米国特許第4,129,243に開示
されており、その方法は、ここで利用可能である。
に、積層体をアニールし、第一の層を第二のものに機械
的に接着する。直接接着の後、微細粒構造が両銅層に生
じる(図2)。セラミックに金属を直接接着する種々の
方法は、例えば、1976年11月30日に特許された
米国特許第3,944,430や、1978年12月1
2日に特許された米国特許第4,129,243に開示
されており、その方法は、ここで利用可能である。
【0035】直接接着前に、複数の層はクラッドによっ
て機械的に結合された。これは、これまで一体的と認め
られてきたグリーンボンド(green bond)を
生成する。典型的な強化が、直接接着前に連続ストリッ
プアニールによって冶金的にわれる。アニールが直接接
着の前よりもその間に行われ、その結果、冷間加工の効
果が維持される、すなわち、直接接着の際に層中に超微
細粒子を生成することを確実にするという点で、本方法
は利点がある。積層体の一方の側が酸素フリーで残るの
で、その積層体と支持板、固定具あるいは他の支持具と
の接着は生じない。その後の直接接着銅成分の焼成の際
に、酸素フリーの側を支持板上に置くことができる。
て機械的に結合された。これは、これまで一体的と認め
られてきたグリーンボンド(green bond)を
生成する。典型的な強化が、直接接着前に連続ストリッ
プアニールによって冶金的にわれる。アニールが直接接
着の前よりもその間に行われ、その結果、冷間加工の効
果が維持される、すなわち、直接接着の際に層中に超微
細粒子を生成することを確実にするという点で、本方法
は利点がある。積層体の一方の側が酸素フリーで残るの
で、その積層体と支持板、固定具あるいは他の支持具と
の接着は生じない。その後の直接接着銅成分の焼成の際
に、酸素フリーの側を支持板上に置くことができる。
【0036】また、酸素含有銅は、化学的に被覆された
銅よりも、より均一に、酸素を銅−セラミック界面にも
たらすことができる。これにより、接着の一体性と部品
の信頼性が実質的に改善される。さらに、銅に化学的に
被覆するための3つの酸浴を不要とし、これにより、コ
ストの著しい低減と、化学的廃棄物の減少及びそれに伴
う健康への危険を回避することが可能である。酸素含有
銅は、その寸法安定性と耐久性においても優れている。
銅よりも、より均一に、酸素を銅−セラミック界面にも
たらすことができる。これにより、接着の一体性と部品
の信頼性が実質的に改善される。さらに、銅に化学的に
被覆するための3つの酸浴を不要とし、これにより、コ
ストの著しい低減と、化学的廃棄物の減少及びそれに伴
う健康への危険を回避することが可能である。酸素含有
銅は、その寸法安定性と耐久性においても優れている。
【0037】本発明によって達成される他の利点は、粒
成長の減少である。これにより、従来の化学的に酸化し
た銅ないし直接ETPと比較して、より滑らかで、空孔
なしの仕上げ面が得られる。このことにより、また、焼
成後の面に共晶酸化物ができることが阻止され、したが
って、半田付け前に同表面を化学的に研磨する必要がな
くなる。
成長の減少である。これにより、従来の化学的に酸化し
た銅ないし直接ETPと比較して、より滑らかで、空孔
なしの仕上げ面が得られる。このことにより、また、焼
成後の面に共晶酸化物ができることが阻止され、したが
って、半田付け前に同表面を化学的に研磨する必要がな
くなる。
【0038】一つの実施例においては、積層体の打抜き
片は、順次積み上げられ、その結果、直接接着(アニー
リング)の際に、クラッド層の内部金属金属間界面に拡
散接着が生ずる。同時に、積層片の隣接側面間の金属金
属間界面に拡散接着が存在する。これにより、界面か
ら、空孔が実質的に除かれる。その結果、無空孔で、多
層の銅クラッドからなり、最大の熱伝達能を有する積層
体が得られる。
片は、順次積み上げられ、その結果、直接接着(アニー
リング)の際に、クラッド層の内部金属金属間界面に拡
散接着が生ずる。同時に、積層片の隣接側面間の金属金
属間界面に拡散接着が存在する。これにより、界面か
ら、空孔が実質的に除かれる。その結果、無空孔で、多
層の銅クラッドからなり、最大の熱伝達能を有する積層
体が得られる。
【0039】全体的に、この積層体技術は、高性能ヒー
トシンク構造の低コスト大量生産を可能とし、電子部品
の用途における冷却及び絶縁特性を大幅にに改善でき
る。
トシンク構造の低コスト大量生産を可能とし、電子部品
の用途における冷却及び絶縁特性を大幅にに改善でき
る。
【0040】上記実施例は、銅及び同合金の使用につい
て述べたが、本発明は、意図している目的を考慮した他
の材料に同様の方法が実施できることは理解されよう。
例えば、貴金属、それらの合金、アルミニウム、チタ
ン、ニッケル、鋼、カーボン、及びセラミックを含む材
料の同様な処理が、本発明の精神の範囲で、考慮され
る。また、ニッケル、チタン、あるいは銀のような中間
接着層が、積層体の特性を修飾するために、銅の層の間
に設けられることは、予測できることであろう。
て述べたが、本発明は、意図している目的を考慮した他
の材料に同様の方法が実施できることは理解されよう。
例えば、貴金属、それらの合金、アルミニウム、チタ
ン、ニッケル、鋼、カーボン、及びセラミックを含む材
料の同様な処理が、本発明の精神の範囲で、考慮され
る。また、ニッケル、チタン、あるいは銀のような中間
接着層が、積層体の特性を修飾するために、銅の層の間
に設けられることは、予測できることであろう。
【0041】上記の方法によって、図8および9に示さ
れるように、酸素フリーの銅(c11000)の第一の
層11を酸素リッチの銅(C10100)の第二の層に
クラッドした積層体10(ないしは予備体)が得られ
る。本発明の一態様によれば、その積層体は、約0.0
10インチ厚で約0.500インチ幅とストリップ13
である。図7から10に示されるように、そのストリッ
プ中に、深さ0.003±0.0006インチで幅0.
036インチの溝14がストリップの中心に沿って形成
される。その溝は、ストリップの一側から約0.210
で他側から0.174の位置にある。
れるように、酸素フリーの銅(c11000)の第一の
層11を酸素リッチの銅(C10100)の第二の層に
クラッドした積層体10(ないしは予備体)が得られ
る。本発明の一態様によれば、その積層体は、約0.0
10インチ厚で約0.500インチ幅とストリップ13
である。図7から10に示されるように、そのストリッ
プ中に、深さ0.003±0.0006インチで幅0.
036インチの溝14がストリップの中心に沿って形成
される。その溝は、ストリップの一側から約0.210
で他側から0.174の位置にある。
【0042】直接接着の際に、積層体は、積層品18を
作るために、酸化ベリリウムのごときセラミック基盤1
5に接着される。一実施例によれば、その積層体に、エ
ッチングあるいは打ち抜きによって、「犬骨」のような
形状16が形成される。「犬骨」16の「首」部分17
は溝中心線から約0.0180インチ延び、ストリップ
中心線から0.040インチに始まる。
作るために、酸化ベリリウムのごときセラミック基盤1
5に接着される。一実施例によれば、その積層体に、エ
ッチングあるいは打ち抜きによって、「犬骨」のような
形状16が形成される。「犬骨」16の「首」部分17
は溝中心線から約0.0180インチ延び、ストリップ
中心線から0.040インチに始まる。
【0043】この製品は、電子部品モジュールようのヒ
ートシンク/絶縁体として効果があることが判った。例
えば、このBeO−DBCuメタライズド基盤の高温で
の%強度減少率は、ブラッシュウェルマンMo−Mnあ
るいはDUPONT 0022より実質的に高いことが
判明した。
ートシンク/絶縁体として効果があることが判った。例
えば、このBeO−DBCuメタライズド基盤の高温で
の%強度減少率は、ブラッシュウェルマンMo−Mnあ
るいはDUPONT 0022より実質的に高いことが
判明した。
【0044】本発明によれば、また、銅厚膜、Mo−M
n厚膜あるいはAs−Pd厚膜よりも実質的に高い熱伝
導率を有しかつ実質的に低い抵抗率を有する純銅の使用
を許すことができる。DBCuの使用は純銅の導電率の
約5%以内の伝導率を提供できることを示している。
n厚膜あるいはAs−Pd厚膜よりも実質的に高い熱伝
導率を有しかつ実質的に低い抵抗率を有する純銅の使用
を許すことができる。DBCuの使用は純銅の導電率の
約5%以内の伝導率を提供できることを示している。
【0045】本発明の他の態様によれば、図4に示され
るように、多層ヒートシンク20のフィン21として、
DBCuが使用できる。各フィンは、中心に沿って幅約
103mmの溝22を有する多層ゲージDBCuストリ
ップから打ち抜かれる。その結果、図5および6示され
るように、スペーサ23がフィンの両側に残される。各
フィンは、選択された寸法、すなわち、幅115mmと
厚さ1.5mmを有している。
るように、多層ヒートシンク20のフィン21として、
DBCuが使用できる。各フィンは、中心に沿って幅約
103mmの溝22を有する多層ゲージDBCuストリ
ップから打ち抜かれる。その結果、図5および6示され
るように、スペーサ23がフィンの両側に残される。各
フィンは、選択された寸法、すなわち、幅115mmと
厚さ1.5mmを有している。
【0046】これらフィンはブロックを構成するように
順次積み重ねられ、従来のリベット24で結合(一体
化)される。リベットはフィンと実質的に同じ材料から
なる。本実施例では、リベットは、酸素リッチの銅(C
110)からなり、選択された寸法、すなわち、0.0
03インチから0.006インチの範囲の寸法を有す
る。リベットの必要な形状と寸法は、ブロックの寸法や
必要な構造的要求によって決まることは、当業者には、
容易に理解できるであろう。
順次積み重ねられ、従来のリベット24で結合(一体
化)される。リベットはフィンと実質的に同じ材料から
なる。本実施例では、リベットは、酸素リッチの銅(C
110)からなり、選択された寸法、すなわち、0.0
03インチから0.006インチの範囲の寸法を有す
る。リベットの必要な形状と寸法は、ブロックの寸法や
必要な構造的要求によって決まることは、当業者には、
容易に理解できるであろう。
【0047】少なくとも一つのしなやかなリブ25が、
強化のために、溝の中心に沿って配置される。このリブ
は、溝を二つの部分すなわち約50mmの部分に分割す
る。
強化のために、溝の中心に沿って配置される。このリブ
は、溝を二つの部分すなわち約50mmの部分に分割す
る。
【0048】本発明によれば、直接接着の際に、フィン
間の金属金属間界面、及びリベットとフィンの間の金属
金属間界面に内部拡散(拡散接着)が存在する。これに
より、固体ヒートシンク構造が形成される。
間の金属金属間界面、及びリベットとフィンの間の金属
金属間界面に内部拡散(拡散接着)が存在する。これに
より、固体ヒートシンク構造が形成される。
【0049】
【発明の効果】本発明によれば、ヒートシンク構造のエ
ネルギー伝達能が最大化される一方で、近傍の敏感な電
子部品に対して許容可能な音響、冷却率、及び圧力低下
を維持し、かつ低コストである。
ネルギー伝達能が最大化される一方で、近傍の敏感な電
子部品に対して許容可能な音響、冷却率、及び圧力低下
を維持し、かつ低コストである。
【図1】本発明の一態様である酸素含有量を制御された
銅クラッド積層体の120倍の金属組織の顕微鏡写真で
ある。
銅クラッド積層体の120倍の金属組織の顕微鏡写真で
ある。
【図2】図1の積層体のを酸化ベリリウム基盤に直接接
続した金属組織の顕微鏡写真である。
続した金属組織の顕微鏡写真である。
【図3】本発明の他の態様である酸素含有量が380p
pmである酸素リッチの銅ストリップの120倍の金属
組織の顕微鏡写真である。
pmである酸素リッチの銅ストリップの120倍の金属
組織の顕微鏡写真である。
【図4】本発明の一態様であるヒートシンク/絶縁体の
斜視図である。
斜視図である。
【図5】銅クラッド積層体ストリップの平面図で、図4
のストリップから打ち抜かれたフィンが点線で示され
る。
のストリップから打ち抜かれたフィンが点線で示され
る。
【図6】図5のフィンの側面図である。
【図7】本発明の他の態様による銅クラッド積層体スト
リップの平面図である。
リップの平面図である。
【図8】図7における8−8線での断面図である。
【図9】直接接着前における図8の積層体及び基盤を示
す図である。
す図である。
【図10】図7のストリップから切り出された片の平面
図である。
図である。
10 積層体 11 酸素フリー銅層 12 酸素リッチ銅層 13 ストリップ 14 溝 15 基盤 16 犬骨形状 17 首 20 ヒートシンク 21 フィン 22 溝 23 スペーサ 24 リベット 25 リブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョセフ ピー.メヌチ アメリカ合衆国,ロードアイランド 02838,マンヴィル,ジョイス アン ド ライヴ 20 (72)発明者 チャールズ アール.ミード アメリカ合衆国,マサチューセッツ 01951,ニューベリー,ハノーバー スト リート 8
Claims (15)
- 【請求項1】 第一の層を第二の層に転がり摩擦を最小
にするために比較的低速でクラッドし、 その積層体を、その厚み公差を実質的に増加するため
に、最終転造し、 その積層体を、その幅公差を実質的に増加するために、
スリットし、 その積層体の選択された位置に溝を形成し、 その積層体から、複数のリボンを最終的に切り出し、 その積層体を、その形状を直線化及び平坦化するため
に、引き延ばす(tension leveling)
ことによって、前記第一の層を前記第二の層に結合して
なる積層体。 - 【請求項2】 前記第一の層と前記第二の層が同じ材料
からなることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】 前記積層体の前記第一及び第二の層がク
ラッドの工程と同時に焼き入れされることを特徴とする
請求項1の方法。 - 【請求項4】 前記クラッドの速度がせいぜい約12フ
ィート/毎分であることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】 前記最終転造が、仕上がり表面を改善す
るために、比較的高い研磨面を有する転造ロールを使用
して行われることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項6】 前記スリット工程の前に、予備スリット
を行うことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項7】 前記引き伸しの際に、比較的小直径の一
組の偏向ロールが用いられることを特徴とする請求項1
の方法。 - 【請求項8】 前記第一の層が第二の層とは異なる材料
からなっていることを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項9】 エネルギー伝達積層体を製造する方法に
おいて、 第一の材料からなる第一の層を第二の材料からなる第二
の層にクラッドして合板積層体を形成し、 その積層体を、その厚み公差を実質的に増加するため
に、最終転造し、 その積層体を、その幅公差を実質的に増加するために、
スリットし、 その積層体の選択された位置に溝を形成し、 その積層体から、複数のリボンを最終的に切り出し、 その積層体を、その形状を直線化及び平坦化するため
に、引き延ばし(tension leveling)
該積層体を選択された形状を有する部分に型打ち加工
し、 該積層体を洗浄し、 該積層体を基盤材料に接着して前記第一の材料層を第二
の層にアニールすることを特徴とする前記方法。 - 【請求項10】 前記積層体が前記基盤材料に直接接着
によって結合されていることを特徴とする請求項9の方
法。 - 【請求項11】 前記クラッド工程が、摩擦を最小にす
るために、比較的低速で行われることを特徴とする請求
項9の方法。 - 【請求項12】 酸素フリーの銅からなる第一の層を酸
素リッチの銅の第二の層にクラッドし、該第二の層にセ
ラミック基盤が直接接着されていることを特徴とするエ
ネルギー伝達用の積層体。 - 【請求項13】 前記セラミック基盤が酸化ベリリウム
であることを特徴とする請求項12の積層体。 - 【請求項14】 エネルギー伝達用積層体の製造方法に
おいて、 積層体の第一の層を第二の積層体層に転がり摩擦を最小
にするために比較的低速でクラッドし、 その積層体を、その厚み公差を実質的に増加するため
に、最終転造し、 その積層体を、その幅公差を実質的に増加するために、
スリットし、 その積層体の選択された位置に溝を形成し、 その積層体から、複数のリボンを最終的に切り出し、 その積層体を、その形状を直線化及び平坦化するため
に、引き延ばす(tension leveling)
ことを特徴とするエネルギー伝達用積層体の製造方法。 - 【請求項15】 第一材料の層を第二の材料層にクラッ
ドし、選択された位置に溝を有するフィンの複数枚を順
次積み上げられており、前記第二の材料と実質的に同じ
材料組成のリベットがこれら積み上げられたフィンを貫
通しており、隣接するフィン間、各フィンのクラッド
間、リベットとフィン間の材料間界面が拡散接合され固
体ヒートシンク構造を形成していることを特徴とする微
小電子部品のパッケージ用ヒートシンク/絶縁体。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US18228894A | 1994-01-14 | 1994-01-14 | |
US08/182288 | 1994-01-14 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10220353A Division JPH11121664A (ja) | 1994-01-14 | 1998-08-04 | エネルギー伝達用積層体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0837257A true JPH0837257A (ja) | 1996-02-06 |
Family
ID=22667821
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7005331A Pending JPH0837257A (ja) | 1994-01-14 | 1995-01-17 | 積層体及びその製造方法 |
JP10220353A Pending JPH11121664A (ja) | 1994-01-14 | 1998-08-04 | エネルギー伝達用積層体 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10220353A Pending JPH11121664A (ja) | 1994-01-14 | 1998-08-04 | エネルギー伝達用積層体 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US5686190A (ja) |
EP (1) | EP0667640A3 (ja) |
JP (2) | JPH0837257A (ja) |
CA (1) | CA2140311A1 (ja) |
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