JPH0878578A - 放熱基板用材料及びその製造方法 - Google Patents
放熱基板用材料及びその製造方法Info
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- JPH0878578A JPH0878578A JP23969494A JP23969494A JPH0878578A JP H0878578 A JPH0878578 A JP H0878578A JP 23969494 A JP23969494 A JP 23969494A JP 23969494 A JP23969494 A JP 23969494A JP H0878578 A JPH0878578 A JP H0878578A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体パッケージに使用される特性を満たす
とともに，安価で製造し易く大量生産に適するＣｕとＭ
ｏとからなる放熱基板材料とその製造方法とを提供する
こと。 【構成】 半導体素子を搭載するパッケージに用いられ
る放熱基板用材料において，粉末冶金による銅とモリブ
デンとの焼結複合材からなり，熱間押出して密度比が９
９．８％以上，熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
る。この放熱基板用材料を製造するには，銅粉末とモリ
ブデン粉末とを混合し，冷間静水圧プレスし，焼結した
後，熱間押出し，圧延して密度比９９．８％以上，熱伝
導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する複合材を得
る。
とともに，安価で製造し易く大量生産に適するＣｕとＭ
ｏとからなる放熱基板材料とその製造方法とを提供する
こと。 【構成】 半導体素子を搭載するパッケージに用いられ
る放熱基板用材料において，粉末冶金による銅とモリブ
デンとの焼結複合材からなり，熱間押出して密度比が９
９．８％以上，熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であ
る。この放熱基板用材料を製造するには，銅粉末とモリ
ブデン粉末とを混合し，冷間静水圧プレスし，焼結した
後，熱間押出し，圧延して密度比９９．８％以上，熱伝
導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する複合材を得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，半導体素子を収容する
半導体パッケージに用いられる放熱基板用材料とその製
造方法に関する。
半導体パッケージに用いられる放熱基板用材料とその製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，半導体素子を収容する半導体パッ
ケージが用いられている。この半導体パッケージには，
セラミックパッケージとプラスチックパッケージとがあ
り，また，半導体素子から発生する熱を放散する為に放
熱基板が用いられている。この放熱基板は，高い熱伝導
性を有することが必要とされている。具体的には，半導
体パッケージの内，セラミックパッケージにおいては，
高精度な特性が求られ，多くの場合，半導体素子はアル
ミナ基板に接合・搭載されるため，ここに組み込まれる
放熱基板は熱伝導性に優れ，熱膨張率も半導体素子材料
であるＳｉやＧａＡｓに近く，また，セラミックス構成
材とも熱膨張の整合が良好であるように，熱膨張係数が
６〜８×１０-6／℃の材料が求められている。
ケージが用いられている。この半導体パッケージには，
セラミックパッケージとプラスチックパッケージとがあ
り，また，半導体素子から発生する熱を放散する為に放
熱基板が用いられている。この放熱基板は，高い熱伝導
性を有することが必要とされている。具体的には，半導
体パッケージの内，セラミックパッケージにおいては，
高精度な特性が求られ，多くの場合，半導体素子はアル
ミナ基板に接合・搭載されるため，ここに組み込まれる
放熱基板は熱伝導性に優れ，熱膨張率も半導体素子材料
であるＳｉやＧａＡｓに近く，また，セラミックス構成
材とも熱膨張の整合が良好であるように，熱膨張係数が
６〜８×１０-6／℃の材料が求められている。
【０００３】現在，半導体素子を搭載するパッケージの
多くは，前記したようなセラミックパッケージではな
く，プラスチックパッケージで有り，このプラスチック
パッケージに用いられる放熱基板は，大方銅である。し
かし，放熱基板のサイズを大きくしたり，少しでも熱膨
張をパッケージ構成材料や半導体素子材料に近づけ，信
頼性も合わせ持つようにするには，熱膨張率９〜１６×
１０-6／℃，とりわけ１０〜１２×１０-6／℃程に設定
する必要がある。但し，この時の熱伝導率は少なくとも
２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが要求される。
多くは，前記したようなセラミックパッケージではな
く，プラスチックパッケージで有り，このプラスチック
パッケージに用いられる放熱基板は，大方銅である。し
かし，放熱基板のサイズを大きくしたり，少しでも熱膨
張をパッケージ構成材料や半導体素子材料に近づけ，信
頼性も合わせ持つようにするには，熱膨張率９〜１６×
１０-6／℃，とりわけ１０〜１２×１０-6／℃程に設定
する必要がある。但し，この時の熱伝導率は少なくとも
２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが要求される。
【０００４】さらに，セラミックパッケージといえど
も，コストを低減することが重要であるため，設計上矩
形形状でないもの（即ち，ここでは，異形形状と呼ぶ）
をプレス加工だけによって形成することも考えられる。
この場合，パッケージと半導体素子との熱膨張率が多少
食い違っても，接合のろう材・樹脂等の工夫で組み立て
る事も考えられる。
も，コストを低減することが重要であるため，設計上矩
形形状でないもの（即ち，ここでは，異形形状と呼ぶ）
をプレス加工だけによって形成することも考えられる。
この場合，パッケージと半導体素子との熱膨張率が多少
食い違っても，接合のろう材・樹脂等の工夫で組み立て
る事も考えられる。
【０００５】以上の事を言い換えると，プラスチックパ
ッケージにおいては，κ＞２００Ｗ／ｍ・Ｋ（但しα：
熱膨張率，κ：熱伝導率）でプレス加工が可能であり，
バルクにポアもなく均一性の良好な材料で，αは９〜１
６×１０-6／℃に調節可能なものが要求され，又，他方
セラミックパッケージにおいては，αは８×１０-6／℃
以下でκ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｍｏでは，１４３Ｗ／ｍ
・Ｋ）を有し，圧延，プレス加工の可能なものが要求ざ
れるという事になる。
ッケージにおいては，κ＞２００Ｗ／ｍ・Ｋ（但しα：
熱膨張率，κ：熱伝導率）でプレス加工が可能であり，
バルクにポアもなく均一性の良好な材料で，αは９〜１
６×１０-6／℃に調節可能なものが要求され，又，他方
セラミックパッケージにおいては，αは８×１０-6／℃
以下でκ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｍｏでは，１４３Ｗ／ｍ
・Ｋ）を有し，圧延，プレス加工の可能なものが要求ざ
れるという事になる。
【０００６】ところで，従来の放熱基板の多くは溶浸法
で作られた銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）について検討
が成されてきている。しかし，このＣｕ−Ｗ材料により
作製された放熱基板は，Ｗ自体の加工性の悪さに加え，
Ｗ同士が結合しているため加工性が劣るために，形状が
平板状（矩形）である場合には作製が容易であるが，平
板状でない形状（以下，異形と呼ぶ）には製造が困難で
あった。
で作られた銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）について検討
が成されてきている。しかし，このＣｕ−Ｗ材料により
作製された放熱基板は，Ｗ自体の加工性の悪さに加え，
Ｗ同士が結合しているため加工性が劣るために，形状が
平板状（矩形）である場合には作製が容易であるが，平
板状でない形状（以下，異形と呼ぶ）には製造が困難で
あった。
【０００７】また，Ｃｕ−Ｗ材料は，コストについて鑑
みれば，プレス加工，例えば，打ち抜き，段付き，曲げ
加工，等ができないので，量産品として取り扱うことが
できない。
みれば，プレス加工，例えば，打ち抜き，段付き，曲げ
加工，等ができないので，量産品として取り扱うことが
できない。
【０００８】そこで，銅とモリブデンとの組み合わせに
よる複合材料を用いることが考えられる。この複合材料
は，α，κが銅３７〜３８ｗｔ％以上含有すればα＞９
×１０-6／℃，κ＞２００Ｗ／ｍ・Ｋとなる。しかし，
銅の含有量がこれ以下である場合には，圧延性が著しく
低下し，従来の技術ではプレス加工もできない。
よる複合材料を用いることが考えられる。この複合材料
は，α，κが銅３７〜３８ｗｔ％以上含有すればα＞９
×１０-6／℃，κ＞２００Ｗ／ｍ・Ｋとなる。しかし，
銅の含有量がこれ以下である場合には，圧延性が著しく
低下し，従来の技術ではプレス加工もできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで，前述したよ
うに半導体素子を搭載するパッケージにおいて，放熱基
板は極めて重要な役割を果たしている。集積度が増加す
るにつれ素子から発生する熱量は増大し，又，１個のパ
ッケージ内に２個以上の素子を搭載する必要性から，実
質的に大型化される傾向もある。このように，パッケー
ジの設計仕様にマッチした放熱基板が求められている。
この放熱基板用材料として，銅とモリブデンとの複合材
が考えられる。銅とモリブデンとの複合材を製造するに
は，Ｃｕ−Ｗと同様に，溶浸法，銅・モリブデンそれぞ
れの板をクラッドにする方法，粉末混合・焼結法等が検
討されてきている。しかし，いかにコストを抑え，ポア
等欠陥のない圧延，プレス加工性の良い材料を得るかが
課題である。
うに半導体素子を搭載するパッケージにおいて，放熱基
板は極めて重要な役割を果たしている。集積度が増加す
るにつれ素子から発生する熱量は増大し，又，１個のパ
ッケージ内に２個以上の素子を搭載する必要性から，実
質的に大型化される傾向もある。このように，パッケー
ジの設計仕様にマッチした放熱基板が求められている。
この放熱基板用材料として，銅とモリブデンとの複合材
が考えられる。銅とモリブデンとの複合材を製造するに
は，Ｃｕ−Ｗと同様に，溶浸法，銅・モリブデンそれぞ
れの板をクラッドにする方法，粉末混合・焼結法等が検
討されてきている。しかし，いかにコストを抑え，ポア
等欠陥のない圧延，プレス加工性の良い材料を得るかが
課題である。
【００１０】上述の従来法のなかで，溶浸法を用いた場
合には，モリブデン同士の結合がある為加工性が劣ると
いう欠点がある。また，クラッド法によるクラッド材
は，２層あるいは３層の構造になっている為，接合強度
に対する不安や外皮に積層部の出ている部分のめっき安
定性に不安が残る。そして，粉末混合・焼結の方法は適
切な条件下では，安全緻密化は可能であるが，コスト的
に高くなり，また，銅の含有量により圧延可能範囲が著
しく限定される。特に，モリブデンに銅３０ｗｔ％程度
（およそα７．５×１０-6／℃，κ１９５Ｗ／ｍ・Ｋ）
では，素材厚みは６ｍｍが限界であった。
合には，モリブデン同士の結合がある為加工性が劣ると
いう欠点がある。また，クラッド法によるクラッド材
は，２層あるいは３層の構造になっている為，接合強度
に対する不安や外皮に積層部の出ている部分のめっき安
定性に不安が残る。そして，粉末混合・焼結の方法は適
切な条件下では，安全緻密化は可能であるが，コスト的
に高くなり，また，銅の含有量により圧延可能範囲が著
しく限定される。特に，モリブデンに銅３０ｗｔ％程度
（およそα７．５×１０-6／℃，κ１９５Ｗ／ｍ・Ｋ）
では，素材厚みは６ｍｍが限界であった。
【００１１】さらに，一般に，板形状が多い放熱基板材
料の板面での均一性を保持し，圧延コストの高揚を抑え
るには，素材厚みの増大は重要な課題であるが，大量産
に適したプロセス開発が不充分であった。
料の板面での均一性を保持し，圧延コストの高揚を抑え
るには，素材厚みの増大は重要な課題であるが，大量産
に適したプロセス開発が不充分であった。
【００１２】そこで，本発明の技術的課題は，半導体パ
ッケージに使用される特性を満たすとともに，安価で製
造し易く大量生産に適するＣｕ−Ｍｏとの複合材からな
る放熱基板材料とその製造方法とを提供することにあ
る。
ッケージに使用される特性を満たすとともに，安価で製
造し易く大量生産に適するＣｕ−Ｍｏとの複合材からな
る放熱基板材料とその製造方法とを提供することにあ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，半導体
素子を搭載するパッケージに用いられる放熱基板用材料
において，粉末冶金による銅とモリブデンとの焼結複合
材からなり，熱間押出して密度比が９９．８％以上，熱
伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする
放熱基板用材料が得られる。
素子を搭載するパッケージに用いられる放熱基板用材料
において，粉末冶金による銅とモリブデンとの焼結複合
材からなり，熱間押出して密度比が９９．８％以上，熱
伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする
放熱基板用材料が得られる。
【００１４】本発明によれば，半導体素子を搭載するパ
ッケージに用いられる放熱基板用材料において，粉末冶
金による銅とモリブデンとの焼結複合材からなり，熱間
押出して良好な圧延性と，９９．８％以上の密度比とを
有することを特徴とする放熱基板用材料が得られる。こ
こで，本発明において，良好な圧延性とは，圧延性が１
５％以上向上したことを呼ぶ。
ッケージに用いられる放熱基板用材料において，粉末冶
金による銅とモリブデンとの焼結複合材からなり，熱間
押出して良好な圧延性と，９９．８％以上の密度比とを
有することを特徴とする放熱基板用材料が得られる。こ
こで，本発明において，良好な圧延性とは，圧延性が１
５％以上向上したことを呼ぶ。
【００１５】本発明によれば，半導体素子を搭載するパ
ッケージに用いられる放熱基板用材料を製造する方法に
おいて，銅粉末とモリブデン粉末とを混合し，冷間静水
圧プレスし，焼結した後，この焼結体をカプセルに挿入
して熱間押出し，圧延して密度比９９．８％以上，熱伝
導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する複合材を得る
ことを特徴とする放熱基板用材料の製造方法が得られ
る。
ッケージに用いられる放熱基板用材料を製造する方法に
おいて，銅粉末とモリブデン粉末とを混合し，冷間静水
圧プレスし，焼結した後，この焼結体をカプセルに挿入
して熱間押出し，圧延して密度比９９．８％以上，熱伝
導率２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する複合材を得る
ことを特徴とする放熱基板用材料の製造方法が得られ
る。
【００１６】本発明によれば，前記放熱基板用材料の製
造方法において，焼結によって対理論密度比９０％以上
の焼結体とした後，前記焼結体をカプセルに挿入するこ
となしで熱間押出し，圧延することを特徴とする放熱基
板用材料の製造方法が得られる。
造方法において，焼結によって対理論密度比９０％以上
の焼結体とした後，前記焼結体をカプセルに挿入するこ
となしで熱間押出し，圧延することを特徴とする放熱基
板用材料の製造方法が得られる。
【００１７】本発明によれば，半導体素子を搭載するパ
ッケージに用いられる放熱基板用材料を製造する方法に
おいて，銅粉末とモリブデン粉末とを含む混合粉末を冷
間静水圧プレスし，焼結し，熱間押出し，圧延して良好
な圧延性と９９．８％以上の密度比とを有する複合材を
得ることを特徴とする放熱基板用材料の製造方法が得ら
れる。ここで，本発明において，良好な圧延性とは，圧
延性が１５％以上向上したものを呼ぶ。
ッケージに用いられる放熱基板用材料を製造する方法に
おいて，銅粉末とモリブデン粉末とを含む混合粉末を冷
間静水圧プレスし，焼結し，熱間押出し，圧延して良好
な圧延性と９９．８％以上の密度比とを有する複合材を
得ることを特徴とする放熱基板用材料の製造方法が得ら
れる。ここで，本発明において，良好な圧延性とは，圧
延性が１５％以上向上したものを呼ぶ。
【００１８】
【実施例】以下，本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１９】図１乃至図４は本発明の実施例に係る放熱
基板用材料の形状を示す図である。
基板用材料の形状を示す図である。
【００２０】図１に示す例では，板状の放熱基板用材料
１の４つの角部２に夫々Ｒが施されている。また，図２
に示す例では，図１の例よりのやや細長く放熱基板用材
料５の４つの角部６に夫々Ｒが施されている。また，両
側からＵ字状の切り欠きが形成されている。図３（ａ）
の正面図及び（ｂ）の平面図に夫々示す例においては，
放熱基板用材料１０は略正方形で，中心より図において
やや左方にずれた位置に４角の台状の突出部１１が形成
されている。図４（ａ）の正面図及び（ｂ）の平面図に
示す例においては，平面の外形は図３に示す例と同様で
あるが，放熱基板用材料１５の中心部に４角の窪み１６
が形成されている。
１の４つの角部２に夫々Ｒが施されている。また，図２
に示す例では，図１の例よりのやや細長く放熱基板用材
料５の４つの角部６に夫々Ｒが施されている。また，両
側からＵ字状の切り欠きが形成されている。図３（ａ）
の正面図及び（ｂ）の平面図に夫々示す例においては，
放熱基板用材料１０は略正方形で，中心より図において
やや左方にずれた位置に４角の台状の突出部１１が形成
されている。図４（ａ）の正面図及び（ｂ）の平面図に
示す例においては，平面の外形は図３に示す例と同様で
あるが，放熱基板用材料１５の中心部に４角の窪み１６
が形成されている。
【００２１】図１乃至図４に示した本発明の実施例に係
る放熱基板用材料の製造方法について説明する。まず，
銅・モリブデンの混合粉末のままカプセルに入れ真空脱
ガス後密閉し，冷間静水圧プレス（以下，ＣＩＰと呼
ぶ）した後，カプセルのまま焼結し，熱間押出する事で
ほぼ緻密化した均一材料を得る。具体的には，カプセル
は軟鋼からなり，このカプセル内に密閉した材料は，４
トン／ｃｍ2 でＣＩＰ処理され，１０００℃×２Ｈｒ加
熱焼結された後，直ちに押出比４以上，望ましくは押出
比６以上で熱間押出される。
る放熱基板用材料の製造方法について説明する。まず，
銅・モリブデンの混合粉末のままカプセルに入れ真空脱
ガス後密閉し，冷間静水圧プレス（以下，ＣＩＰと呼
ぶ）した後，カプセルのまま焼結し，熱間押出する事で
ほぼ緻密化した均一材料を得る。具体的には，カプセル
は軟鋼からなり，このカプセル内に密閉した材料は，４
トン／ｃｍ2 でＣＩＰ処理され，１０００℃×２Ｈｒ加
熱焼結された後，直ちに押出比４以上，望ましくは押出
比６以上で熱間押出される。
【００２２】ここで，熱間押出の技術は古くから研究さ
れており，一般には緻密な素材を熱間押出により長尺な
棒，パイプを大量産に安定，低廉に行う事のできるもの
である。また，本発明の実施例において，押出比とは
（カプセル径）2 ／（押出孔径）2 を言い，押出比の大
きい程，所要押出力も大きい。
れており，一般には緻密な素材を熱間押出により長尺な
棒，パイプを大量産に安定，低廉に行う事のできるもの
である。また，本発明の実施例において，押出比とは
（カプセル径）2 ／（押出孔径）2 を言い，押出比の大
きい程，所要押出力も大きい。
【００２３】熱間押出の後，カプセルを切削で除去し，
熱間圧延が施される。ここで圧延中に，材料の温度が下
がれば水素雰囲気加熱炉に投入され加熱しつつ圧延され
板形状に加工していく。熱間押出では，銅含有量４０ｗ
ｔ％以上のものも，極めて容易にほぼ任意厚さに押出し
可能であり，銅含有量の少ない所でも微細分散組織であ
るため，圧延可能範囲を大きく拡大できる結果が得られ
た。
熱間圧延が施される。ここで圧延中に，材料の温度が下
がれば水素雰囲気加熱炉に投入され加熱しつつ圧延され
板形状に加工していく。熱間押出では，銅含有量４０ｗ
ｔ％以上のものも，極めて容易にほぼ任意厚さに押出し
可能であり，銅含有量の少ない所でも微細分散組織であ
るため，圧延可能範囲を大きく拡大できる結果が得られ
た。
【００２４】図５は本発明の実施例に係る放熱基板用材
料の押出比と圧延後の密度比を示す図である。図示のよ
うに，Ｃｕ−Ｍｏ焼結体の圧延後の密度比（理論密度に
対する百分率）は品質の安定性，物性上９９．８％以上
が望ましいが，押出比６以上であればＣｕ２０ｗｔ％ま
でが密度比９９．８％以上である。
料の押出比と圧延後の密度比を示す図である。図示のよ
うに，Ｃｕ−Ｍｏ焼結体の圧延後の密度比（理論密度に
対する百分率）は品質の安定性，物性上９９．８％以上
が望ましいが，押出比６以上であればＣｕ２０ｗｔ％ま
でが密度比９９．８％以上である。
【００２５】ここで，いままでに，粉末混合・焼結によ
る銅−モリブデン複合材料で熱膨張係数が，８×１０-6
／℃以下のものは得られていなかった。しかし，セラミ
ックパッケージに供し易く（パッケージの設計上セラミ
ックパッケージでもかなり大きい熱膨張係数のものを利
用する場合もある），熱伝導率の良好な放熱材料が，圧
延品で得られた事になる。（κ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋあれ
ば汎用的には使用できる）とりもなおさず，この圧延品
はプレス加工により，図１乃至４に示すような種々の異
形状品への加工も可能であり，量産に適した放熱材料と
言える。
る銅−モリブデン複合材料で熱膨張係数が，８×１０-6
／℃以下のものは得られていなかった。しかし，セラミ
ックパッケージに供し易く（パッケージの設計上セラミ
ックパッケージでもかなり大きい熱膨張係数のものを利
用する場合もある），熱伝導率の良好な放熱材料が，圧
延品で得られた事になる。（κ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋあれ
ば汎用的には使用できる）とりもなおさず，この圧延品
はプレス加工により，図１乃至４に示すような種々の異
形状品への加工も可能であり，量産に適した放熱材料と
言える。
【００２６】図６は本発明の実施例に係る放熱基板用材
料のＣｕの質量（重量）％と焼結体の厚さとの関係を示
す図である。また，比較のために，従来例に係る放熱基
板用材料のＣｕの質量（重量）％と焼結体の厚さとの関
係を図７に示している。図６及び図７の比較から，本発
明の実施例に係る放熱基板用材料は圧延可能領域が広く
なっていることがわかる。
料のＣｕの質量（重量）％と焼結体の厚さとの関係を示
す図である。また，比較のために，従来例に係る放熱基
板用材料のＣｕの質量（重量）％と焼結体の厚さとの関
係を図７に示している。図６及び図７の比較から，本発
明の実施例に係る放熱基板用材料は圧延可能領域が広く
なっていることがわかる。
【００２７】また，本発明の実施例において，熱間押出
前の密度比が９０％以上あればカプセルなしでも，前述
の加工条件で，同相当の材料の得られる事も判明した。
この事実は熱間押出の処理プロセスを大幅に簡素化で
き，熱間押出ラインの運用に極めて有効である。また，
熱間押出自体は軟鋼以外の表面被覆方法もあり，本発明
は，以下に述べる具体例のみに限定されるものではな
い。
前の密度比が９０％以上あればカプセルなしでも，前述
の加工条件で，同相当の材料の得られる事も判明した。
この事実は熱間押出の処理プロセスを大幅に簡素化で
き，熱間押出ラインの運用に極めて有効である。また，
熱間押出自体は軟鋼以外の表面被覆方法もあり，本発明
は，以下に述べる具体例のみに限定されるものではな
い。
【００２８】以下に本発明の実施例に係る放熱基板用材
料の製造の具体例について説明する。
料の製造の具体例について説明する。
【００２９】（実施例１）電解銅粉と金属モリブデン粉
を合わせて５０ｋｇ，銅含有量が６０ｗｔ％となるよう
に極めて充分混合し，軟鋼円筒カプセル（Ｄ３１０）に
振動充填した後，カプセル蓋にとりつけた排気孔より真
空脱気を行った。排気孔を溶融封入しＣＩＰにて４ton
／ｃｍ2 で処理した後，加熱炉にて１０００℃×２Ｈ
ｒ．加熱焼結をした。次いで押出ダイス径Ｄ５０に，先
の加熱焼結物を炉から取り出すやいなや押出比６にて熱
間押出によりカプセルごと処理した。その後，カプセル
を切削により剥離し，熱間圧延により厚み３ｍｍまで圧
延した後，冷間圧延を施した。
を合わせて５０ｋｇ，銅含有量が６０ｗｔ％となるよう
に極めて充分混合し，軟鋼円筒カプセル（Ｄ３１０）に
振動充填した後，カプセル蓋にとりつけた排気孔より真
空脱気を行った。排気孔を溶融封入しＣＩＰにて４ton
／ｃｍ2 で処理した後，加熱炉にて１０００℃×２Ｈ
ｒ．加熱焼結をした。次いで押出ダイス径Ｄ５０に，先
の加熱焼結物を炉から取り出すやいなや押出比６にて熱
間押出によりカプセルごと処理した。その後，カプセル
を切削により剥離し，熱間圧延により厚み３ｍｍまで圧
延した後，冷間圧延を施した。
【００３０】図１及び２に示す異形板体では厚み１ｍ
ｍ，図３及び４に示す異形板体ではそれぞれ１．５ｍ
ｍ，２ｍｍとした後，プレスにより打ち抜き，図３及び
４に示す形状を有するものについてはその後，段付き金
型を有したものでプレス加工し仕上げた。図１乃至４に
示される異形板体は，いずれも密度比は１００％であ
り，熱伝導率２３８Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率１１．０×１
０-6／℃となり，放熱基板としては充分な性能を有する
ことが判明した。
ｍ，図３及び４に示す異形板体ではそれぞれ１．５ｍ
ｍ，２ｍｍとした後，プレスにより打ち抜き，図３及び
４に示す形状を有するものについてはその後，段付き金
型を有したものでプレス加工し仕上げた。図１乃至４に
示される異形板体は，いずれも密度比は１００％であ
り，熱伝導率２３８Ｗ／ｍ・Ｋ，熱膨張率１１．０×１
０-6／℃となり，放熱基板としては充分な性能を有する
ことが判明した。
【００３１】比較のために，従来の粉末混合・焼結方法
によって，１０００℃×２Ｈｒ処理したものは少なくと
も，密度比８９％であり，１１８０×３Ｈｒ処理して
も，密度比は９４％であった。
によって，１０００℃×２Ｈｒ処理したものは少なくと
も，密度比８９％であり，１１８０×３Ｈｒ処理して
も，密度比は９４％であった。
【００３２】図８は本発明の実施例１による放熱基板用
材料の金属組織を示す電子顕微鏡写真で，図９は比較の
ための上記従来法による放熱基板用材料の金属組織を示
す電子顕微鏡写真である。図８及び図９の比較から，本
発明の実施例１による放熱基板用材料では，押出しのま
まで，ほぼ充分緻密化した組織となっており，粉末が微
細に分散している様子が判る。さらに又，本発明の実施
例１では，焼結助剤の添加なしで所望の特性が得られた
事も実用上よい結果と言える。
材料の金属組織を示す電子顕微鏡写真で，図９は比較の
ための上記従来法による放熱基板用材料の金属組織を示
す電子顕微鏡写真である。図８及び図９の比較から，本
発明の実施例１による放熱基板用材料では，押出しのま
まで，ほぼ充分緻密化した組織となっており，粉末が微
細に分散している様子が判る。さらに又，本発明の実施
例１では，焼結助剤の添加なしで所望の特性が得られた
事も実用上よい結果と言える。
【００３３】（実施例２）次に本発明の実施例２につい
て説明する。実施例２は，実施例１と同様の処理工程で
以下の通り行われている。銅３０ｗｔ％となる組成の電
解銅粉末と金属モリブデン粉５０ｋｇを実施例と同じ処
理工程を施した材料を用いて打ち抜きプレスにより，図
１及び図２に示す形状に成形した。成形品は，割れ，欠
けもなく良好であった。いずれの成形品も，密度比は９
９．９％でほぼ緻密化しており，熱伝導率１８５Ｗ／ｍ
・Ｋ，熱膨張率７．５×１０-6／℃であり，Ａｌ2 Ｏ3
を構成材料に用いたセラミックパッケージに用いる放熱
基板として充分な性能を有していた。
て説明する。実施例２は，実施例１と同様の処理工程で
以下の通り行われている。銅３０ｗｔ％となる組成の電
解銅粉末と金属モリブデン粉５０ｋｇを実施例と同じ処
理工程を施した材料を用いて打ち抜きプレスにより，図
１及び図２に示す形状に成形した。成形品は，割れ，欠
けもなく良好であった。いずれの成形品も，密度比は９
９．９％でほぼ緻密化しており，熱伝導率１８５Ｗ／ｍ
・Ｋ，熱膨張率７．５×１０-6／℃であり，Ａｌ2 Ｏ3
を構成材料に用いたセラミックパッケージに用いる放熱
基板として充分な性能を有していた。
【００３４】比較のために，粉末混合・焼結により形成
され密度比１００％を達成した従来の銅−モリブデン複
合材では，圧延はかなり困難で，１パスでの圧下量は
０．１ｍｍ程度であったが，本発明品は０．３〜０．４
ｍｍであり，素材板も従来６ｍｍまでしかできなかった
ものが，７．５ｍｍまで可能になり，およそ圧延性が２
５％向上した。尚，実施例１同様に，実施例２において
も銅量が減っても焼結助剤は不要であった。
され密度比１００％を達成した従来の銅−モリブデン複
合材では，圧延はかなり困難で，１パスでの圧下量は
０．１ｍｍ程度であったが，本発明品は０．３〜０．４
ｍｍであり，素材板も従来６ｍｍまでしかできなかった
ものが，７．５ｍｍまで可能になり，およそ圧延性が２
５％向上した。尚，実施例１同様に，実施例２において
も銅量が減っても焼結助剤は不要であった。
【００３５】（実施例３）銅４０ｗｔ％の組成でモリブ
デン粉とを，実施例１と同様極めて充分混合し，粉末成
形プレスした後，１２５０℃×３Ｈｒ．で水素中で焼結
した。密度比は９２．８％だった。これを若干の凹凸を
修正しカプセルに入れず，１０００℃×２Ｈｒ加熱後熱
間押出をした所，割れもなく，良好なビレットが得られ
た。
デン粉とを，実施例１と同様極めて充分混合し，粉末成
形プレスした後，１２５０℃×３Ｈｒ．で水素中で焼結
した。密度比は９２．８％だった。これを若干の凹凸を
修正しカプセルに入れず，１０００℃×２Ｈｒ加熱後熱
間押出をした所，割れもなく，良好なビレットが得られ
た。
【００３６】これを熱間圧延，冷間圧延を施し厚さ１ｍ
ｍにした所，密度比１００％，熱伝導率２２３Ｗ／ｍ・
Ｋ，熱膨張率９．１×１０-6／℃が得られた。更に，実
施例２と同様に圧下量を調べた結果，圧延性は１８．８
％向上した。この事実は熱間押出工程のライン全てを用
いずに熱間押出材料を得る事ができる為，原料の材料・
材質構成が変わるものを所謂，多品種少量生産する場
合，運用上有効な手段といえる。
ｍにした所，密度比１００％，熱伝導率２２３Ｗ／ｍ・
Ｋ，熱膨張率９．１×１０-6／℃が得られた。更に，実
施例２と同様に圧下量を調べた結果，圧延性は１８．８
％向上した。この事実は熱間押出工程のライン全てを用
いずに熱間押出材料を得る事ができる為，原料の材料・
材質構成が変わるものを所謂，多品種少量生産する場
合，運用上有効な手段といえる。
【００３７】加えて，本実施例３の圧延材料も放熱基板
材料としてはプレス加工性にも耐え充分な性能を有して
いた。
材料としてはプレス加工性にも耐え充分な性能を有して
いた。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように，本発明では，今ま
でに熱膨張係数が８×１０-6／℃以下のものは得られて
いなかった粉末混合・焼結による銅モリ複合材料におい
て，セラミックパッケージに供し易く（パッケージの設
計上セラミックパッケージでもかなり大きい熱膨張係数
のものを利用する場合もある），熱伝導率の良好な放熱
材料が，圧延品で得られる（κ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋあれ
ば汎用的には使用できる）。また，この圧延品はプレス
加工により，種々の異形状品への加工も可能であり，量
産に適した放熱基板用材料が提供できる。
でに熱膨張係数が８×１０-6／℃以下のものは得られて
いなかった粉末混合・焼結による銅モリ複合材料におい
て，セラミックパッケージに供し易く（パッケージの設
計上セラミックパッケージでもかなり大きい熱膨張係数
のものを利用する場合もある），熱伝導率の良好な放熱
材料が，圧延品で得られる（κ＞１５０Ｗ／ｍ・Ｋあれ
ば汎用的には使用できる）。また，この圧延品はプレス
加工により，種々の異形状品への加工も可能であり，量
産に適した放熱基板用材料が提供できる。
【００３９】また，本発明において，熱間押出前の密度
比が９０％以上あればカプセルなしでも，所定の加工条
件で，同相当の材料の得られ，熱間押出の処理プロセス
を大幅に簡素化でき，熱間押出ラインの運用に極めて有
効である基板材料の製造方法を提供することができる。
比が９０％以上あればカプセルなしでも，所定の加工条
件で，同相当の材料の得られ，熱間押出の処理プロセス
を大幅に簡素化でき，熱間押出ラインの運用に極めて有
効である基板材料の製造方法を提供することができる。
【図１】本発明の放熱基板用材料の形状の一例を示す図
である。
である。
【図２】本発明の放熱基板用材料の形状のもう一つの例
を示す図である。
を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の放熱基板用材料の形状のさら
にもう一つの例を示す正面図である。（ｂ）は（ａ）の
平面図である。
にもう一つの例を示す正面図である。（ｂ）は（ａ）の
平面図である。
【図４】（ａ）は本発明の放熱基板用材料の形状の別の
例を示す正面図である。（ｂ）は（ａ）の平面図であ
る。
例を示す正面図である。（ｂ）は（ａ）の平面図であ
る。
【図５】本発明の実施例に係る放熱基板用材料の押出比
と圧延後の密度比との関係を示す図である。
と圧延後の密度比との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る放熱基板用材料のＣｕの
質量（重量）％と焼結体の厚さとの関係を示す図であ
る。
質量（重量）％と焼結体の厚さとの関係を示す図であ
る。
【図７】従来例に係る放熱基板用材料のＣｕの質量（重
量）％と焼結体の厚さとの関係を示す図である。
量）％と焼結体の厚さとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施例１に係る放熱基板用材料の圧延
前の金属組織を示す電子顕微鏡写真である。
前の金属組織を示す電子顕微鏡写真である。
【図９】従来例に係る放熱基板用材料の圧延前の金属組
織を示す電子顕微鏡写真である。
織を示す電子顕微鏡写真である。
１，５，１０，１５ 放熱基板用材料 ２，６ 角部 １１ 突出部 １６ 窪み
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 9/00 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｈ０１Ｌ 23/14 Ｍ (72)発明者 阿部 源隆 兵庫県姫路市飾磨区中島3007 山陽特殊製 鋼株式会社技術研究所内 (72)発明者 市田 晃 富山県富山市岩瀬古志町２番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 (72)発明者 有川 正 富山県富山市岩瀬古志町２番地 東京タン グステン株式会社富山製作所内 (72)発明者 土井 良彦 東京都台東区東上野五丁目24番８号 東京 タングステン株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体素子を搭載するパッケージに用い
られる放熱基板用材料において，粉末冶金による銅とモ
リブデンとの焼結複合材からなり，熱間押出して密度比
が９９．８％以上，熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上で
あることを特徴とする放熱基板用材料。 - 【請求項２】 半導体素子を搭載するパッケージに用い
られる放熱基板用材料において，粉末冶金による銅とモ
リブデンとの焼結複合材からなり，熱間押出して良好な
圧延性と，９９．８％以上の密度比とを有することを特
徴とする放熱基板用材料。 - 【請求項３】 半導体素子を搭載するパッケージに用い
られる放熱基板用材料を製造する方法において，銅粉末
とモリブデン粉末とを混合し，冷間静水圧プレスし，焼
結した後，焼結体をカプセルに挿入して熱間押出し，圧
延して密度比９９．８％以上，熱伝導率２００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上の特性を有する複合材を得ることを特徴とする放
熱基板用材料の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の放熱基板用材料の製造方
法において，焼結によって対理論密度比９０％以上の焼
結体とした後，前記焼結体をカプセルに挿入することな
しで熱間押出し，圧延することを特徴とする放熱基板用
材料の製造方法。 - 【請求項５】 半導体素子を搭載するパッケージに用い
られる放熱基板用材料を製造する方法において，銅粉末
とモリブデン粉末とを含む混合粉末を冷間静水圧プレス
し，焼結し，熱間押出し，圧延して良好な圧延性と９
９．８％以上の密度比とを有する複合材を得ることを特
徴とする放熱基板用材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23969494A JPH0878578A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 放熱基板用材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23969494A JPH0878578A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 放熱基板用材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0878578A true JPH0878578A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=17048531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23969494A Pending JPH0878578A (ja) | 1994-09-08 | 1994-09-08 | 放熱基板用材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0878578A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6611056B2 (en) | 1999-03-16 | 2003-08-26 | Hitachi, Ltd. | Composite material, and manufacturing method and uses of same |
| US6909185B1 (en) | 1998-12-07 | 2005-06-21 | Hitachi, Ltd. | Composite material including copper and cuprous oxide and application thereof |
| JP2014007294A (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPWO2013124988A1 (ja) * | 2012-02-22 | 2015-05-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
1994
- 1994-09-08 JP JP23969494A patent/JPH0878578A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6909185B1 (en) | 1998-12-07 | 2005-06-21 | Hitachi, Ltd. | Composite material including copper and cuprous oxide and application thereof |
| US6611056B2 (en) | 1999-03-16 | 2003-08-26 | Hitachi, Ltd. | Composite material, and manufacturing method and uses of same |
| US6630734B2 (en) | 1999-03-16 | 2003-10-07 | Hitachi, Ltd. | Composite material, and manufacturing method and uses of same |
| JPWO2013124988A1 (ja) * | 2012-02-22 | 2015-05-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| US9466548B2 (en) | 2012-02-22 | 2016-10-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
| DE112012005920B4 (de) | 2012-02-22 | 2022-03-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung |
| JP2014007294A (ja) * | 2012-06-25 | 2014-01-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19991104 |