JPH10223811A - ヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置ならびにヒートスプレッダの製造方法 - Google Patents
ヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置ならびにヒートスプレッダの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張係数の異方性を低減し、優れた熱伝導
特性を有するヒートスプレッダおよびこれを用いた半導
体装置ならびにその製造方法を提供する。 【解決手段】 縞状金属板を縞状の方向が交差するよう
に積層させた構造において、縞状金属板同士の層間にＣ
ｕ系金属層を挿入する。好ましくは半導体チップの搭載
面にＣｕ系金属板層を配置する。このヒートスプレッダ
を半導体チップと接合して半導体装置とする。ヒートス
プレッダは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金シートおよびＣｕ系金属
シートを交互に重ね合せ、熱間静水圧プレスしてスラブ
とし、スラブをシートの面がロールの軸と直交するよう
に圧延して縞状金属板とし、ついで層間にＣｕ系金属板
を介在させて積層した後、圧延することにより得られ
る。
特性を有するヒートスプレッダおよびこれを用いた半導
体装置ならびにその製造方法を提供する。 【解決手段】 縞状金属板を縞状の方向が交差するよう
に積層させた構造において、縞状金属板同士の層間にＣ
ｕ系金属層を挿入する。好ましくは半導体チップの搭載
面にＣｕ系金属板層を配置する。このヒートスプレッダ
を半導体チップと接合して半導体装置とする。ヒートス
プレッダは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金シートおよびＣｕ系金属
シートを交互に重ね合せ、熱間静水圧プレスしてスラブ
とし、スラブをシートの面がロールの軸と直交するよう
に圧延して縞状金属板とし、ついで層間にＣｕ系金属板
を介在させて積層した後、圧延することにより得られ
る。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、たとえば半導体装
置を高集積化して発熱量が増大した場合にも対応できる
ヒートスプレッダ、およびこれを用いた半導体装置、な
らびにヒートスプレッダの製造方法に関するものであ
る。
置を高集積化して発熱量が増大した場合にも対応できる
ヒートスプレッダ、およびこれを用いた半導体装置、な
らびにヒートスプレッダの製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に装置あるいは部品に取り付け、熱
を外部に逃がす部材をヒートスプレッダと呼んでいる。
たとえば半導体装置には様々な形式があるが、ＩＣの高
集積化による発熱量の増大に対応して、半導体チップを
ヒートスプレッダに搭載し、放熱しやすい構造とした半
導体装置が知られている。なお、ヒートスプレッダは、
ヒートシンクあるいはヘッダーと呼ばれる場合もある。
ヒートスプレッダとしては、従来放熱性を重視する場合
は純銅が用いられ、半導体チップやパッケージとの熱膨
張差を低減することを重視するためにはＣｕ-Ｗやモリ
ブデン板等が用いられていた。
を外部に逃がす部材をヒートスプレッダと呼んでいる。
たとえば半導体装置には様々な形式があるが、ＩＣの高
集積化による発熱量の増大に対応して、半導体チップを
ヒートスプレッダに搭載し、放熱しやすい構造とした半
導体装置が知られている。なお、ヒートスプレッダは、
ヒートシンクあるいはヘッダーと呼ばれる場合もある。
ヒートスプレッダとしては、従来放熱性を重視する場合
は純銅が用いられ、半導体チップやパッケージとの熱膨
張差を低減することを重視するためにはＣｕ-Ｗやモリ
ブデン板等が用いられていた。
【０００３】最近、本発明者等は新しいヒートシンクと
して特開平８−１８６２０３号等に、 Ｆｅ−Ｎｉ系合
金５とＣｕ系金属４が交互に積層され、面内で一方向の
縞状に配置された縞状金属板１をヒートスプレッダとし
て用いることを提案し、さらにこの縞状金属板１を互い
に交差させて積層した図９に示す構造のヒートスプレッ
ダを提案している。本発明者等が提案した特開平８−１
８６２０３号等に記載したヒートスプレッダは、低熱膨
張特性と高熱伝導性を確保できるという利点がある。
して特開平８−１８６２０３号等に、 Ｆｅ−Ｎｉ系合
金５とＣｕ系金属４が交互に積層され、面内で一方向の
縞状に配置された縞状金属板１をヒートスプレッダとし
て用いることを提案し、さらにこの縞状金属板１を互い
に交差させて積層した図９に示す構造のヒートスプレッ
ダを提案している。本発明者等が提案した特開平８−１
８６２０３号等に記載したヒートスプレッダは、低熱膨
張特性と高熱伝導性を確保できるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した縞状金属板に
よるヒートスプレッダは、その接合によって半導体チッ
プそのもの、あるい樹脂もしくはセラミックスよりなる
パッケージに対して応力を発生するのを防止できる技術
として注目されるものである。本発明者は、上述したヒ
ートスプレッダに対して、検討を行ったところ、縞状金
属板を互いに交差させて積層した構造のヒートスプレッ
ダは、熱膨張係数の異方性を低減できるという優れた効
果が期待できるものの、熱伝導能力が十分ではなく、さ
らなる改良が必要であることがわかった。本発明の目的
は、縞状金属板を互いに交差させて積層した構造のヒー
トスプレッダに対して、熱膨張係数の異方性を低減でき
るという効果を損ねることなく、優れた熱伝導特性を有
するヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置な
らびにヒートスプレッダの製造方法を提供することであ
る。
よるヒートスプレッダは、その接合によって半導体チッ
プそのもの、あるい樹脂もしくはセラミックスよりなる
パッケージに対して応力を発生するのを防止できる技術
として注目されるものである。本発明者は、上述したヒ
ートスプレッダに対して、検討を行ったところ、縞状金
属板を互いに交差させて積層した構造のヒートスプレッ
ダは、熱膨張係数の異方性を低減できるという優れた効
果が期待できるものの、熱伝導能力が十分ではなく、さ
らなる改良が必要であることがわかった。本発明の目的
は、縞状金属板を互いに交差させて積層した構造のヒー
トスプレッダに対して、熱膨張係数の異方性を低減でき
るという効果を損ねることなく、優れた熱伝導特性を有
するヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置な
らびにヒートスプレッダの製造方法を提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、縞状金属板
を積層させた構造において、熱伝導特性が低下する原因
は、縞状金属板同士の接合面において、熱抵抗が大きく
なるためであることを見いだした。そして、これを解決
するために、縞状金属板同士の層間にＣｕ系金属板を導
入すれば、熱伝導能力を大きく改善できることを見いだ
し本発明に到達した。
を積層させた構造において、熱伝導特性が低下する原因
は、縞状金属板同士の接合面において、熱抵抗が大きく
なるためであることを見いだした。そして、これを解決
するために、縞状金属板同士の層間にＣｕ系金属板を導
入すれば、熱伝導能力を大きく改善できることを見いだ
し本発明に到達した。
【０００６】すなわち本発明は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣ
ｕ系金属が交互に積層され、面内で一方向の縞状に配置
されてなる縞状金属板が、前記縞状の方向が交差するよ
うに複数枚積層されており、かつ縞状金属板間にはＣｕ
系金属層が介在するヒートスプレッダである。
ｕ系金属が交互に積層され、面内で一方向の縞状に配置
されてなる縞状金属板が、前記縞状の方向が交差するよ
うに複数枚積層されており、かつ縞状金属板間にはＣｕ
系金属層が介在するヒートスプレッダである。
【０００７】本発明において好ましくは、ヒートスプレ
ッダの放熱対象部品を搭載する面に、Ｃｕ系金属層を形
成する。より好ましくはヒートスプレッダの放熱対象部
品を搭載する面の反対側にも、Ｃｕ系金属層を形成す
る。また、本発明は上述したヒートスプレッダに半導体
チップを搭載した半導体装置である。
ッダの放熱対象部品を搭載する面に、Ｃｕ系金属層を形
成する。より好ましくはヒートスプレッダの放熱対象部
品を搭載する面の反対側にも、Ｃｕ系金属層を形成す
る。また、本発明は上述したヒートスプレッダに半導体
チップを搭載した半導体装置である。
【０００８】上述したヒートスプレッダは、たとえばＦ
ｅ−Ｎｉ系合金のシートおよびＣｕ系金属のシートを交
互に重ね合せ、熱間静水圧プレスにより接合してスラブ
とし、該スラブを、前記各シートの面がロールの軸と直
交するようにして圧延を行い縞状金属板とし、得られた
縞状金属板複数枚を、層間にＣｕ系金属板を介在させる
とともに、隣接する縞状金属板同士を縞状の方向が交差
するように積層した後、圧延することにより得ることが
できる。
ｅ−Ｎｉ系合金のシートおよびＣｕ系金属のシートを交
互に重ね合せ、熱間静水圧プレスにより接合してスラブ
とし、該スラブを、前記各シートの面がロールの軸と直
交するようにして圧延を行い縞状金属板とし、得られた
縞状金属板複数枚を、層間にＣｕ系金属板を介在させる
とともに、隣接する縞状金属板同士を縞状の方向が交差
するように積層した後、圧延することにより得ることが
できる。
【０００９】より好ましくは、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のシー
トおよびＣｕ系金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静
水圧プレスにより接合してスラブとし、該スラブを前記
各シートの面がロールの軸と直交するようにして圧延を
行い縞状金属板とし、得られた縞状金属板複数枚を、層
間にＣｕ系金属板を介在させるとともに、隣接する縞状
金属板同士の縞状の方向が交差するように積層し、かつ
最外層の一方もしくは両方にＣｕ系金属板を配置した
後、圧延するものとする。
トおよびＣｕ系金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静
水圧プレスにより接合してスラブとし、該スラブを前記
各シートの面がロールの軸と直交するようにして圧延を
行い縞状金属板とし、得られた縞状金属板複数枚を、層
間にＣｕ系金属板を介在させるとともに、隣接する縞状
金属板同士の縞状の方向が交差するように積層し、かつ
最外層の一方もしくは両方にＣｕ系金属板を配置した
後、圧延するものとする。
【００１０】
【発明の実施の形態】上述したように、本発明の重要な
特徴は縞状金属板の間にＣｕ系金属板を挿入したことで
ある。具体的には、たとえば縞状金属板１を３層とし
て、層間にＣｕ系金属層２を配置した場合は図１のよう
になる。本発明を構成する縞状金属板は、ヒートスプレ
ッダの厚さ方向に高熱伝導特性を有するＣｕ系金属４を
配置したものであり、放熱対象となる半導体チップ等か
らの熱を逃がすのに優れた構造である。しかし、縞状金
属板同士を縞状が交差するように直接積層すると、交差
部分でＣｕ系金属４のかなりの部分がＦｅ−Ｎｉ系金属
５に接合されることになり、有効な伝熱面積を得られな
くなる。これに対して、本発明は接合部にＣｕ系金属層
２を介在させることにより、接合部において熱を接合面
内に拡散することで、優れた熱伝導特性を得たものであ
る。
特徴は縞状金属板の間にＣｕ系金属板を挿入したことで
ある。具体的には、たとえば縞状金属板１を３層とし
て、層間にＣｕ系金属層２を配置した場合は図１のよう
になる。本発明を構成する縞状金属板は、ヒートスプレ
ッダの厚さ方向に高熱伝導特性を有するＣｕ系金属４を
配置したものであり、放熱対象となる半導体チップ等か
らの熱を逃がすのに優れた構造である。しかし、縞状金
属板同士を縞状が交差するように直接積層すると、交差
部分でＣｕ系金属４のかなりの部分がＦｅ−Ｎｉ系金属
５に接合されることになり、有効な伝熱面積を得られな
くなる。これに対して、本発明は接合部にＣｕ系金属層
２を介在させることにより、接合部において熱を接合面
内に拡散することで、優れた熱伝導特性を得たものであ
る。
【００１１】また、縞状金属板間にＣｕ系金属層を配置
することは、Ｃｕ系金属層がバインダーの役割を果た
し、強固な接合体を形成できるため、この点においても
熱伝導特性の改善につながり、また半導体装置用として
の信頼性を高いものとすることができる。また、縞状金
属板同士の縞状の方向を交差させる構造は、熱膨張率の
異方性のある材料同士を接合させるものであり、本発明
のようにＣｕ系金属層を介在させるということは、熱膨
張の異方性を緩和する応力緩衝層としても作用するとい
う利点がある。
することは、Ｃｕ系金属層がバインダーの役割を果た
し、強固な接合体を形成できるため、この点においても
熱伝導特性の改善につながり、また半導体装置用として
の信頼性を高いものとすることができる。また、縞状金
属板同士の縞状の方向を交差させる構造は、熱膨張率の
異方性のある材料同士を接合させるものであり、本発明
のようにＣｕ系金属層を介在させるということは、熱膨
張の異方性を緩和する応力緩衝層としても作用するとい
う利点がある。
【００１２】本発明において、ヒートスプレッダの放熱
対象部品を搭載する面に、Ｃｕ系金属層を形成すれば、
半導体チップなどの放熱対象部品からの熱を幅方向に拡
散することが可能になる。具体的には、縞状金属板１を
３層として、層間にＣｕ系金属層２を配置し、かつ両面
にＣｕ系金属層２を配置した場合は図２のようになる、
これにより、Ｆｅ−Ｎｉ系合金によって遮断され熱伝導
特性にあまり寄与していなかった縞状金属板のＣｕ系金
属部分にも熱が分配されることになり、熱伝導特性をさ
らに向上することができる。また、このように表面にＣ
ｕ系金属層２を配置することは放熱対象部品となる半導
体チップ等および接合されるセラミックス等よりなるパ
ッケージとのろう付けに起因する熱応力を緩衝する層と
しても作用するため有効である。また、上述した表面と
は反対側にもＣｕ層を設けることは、ヒートスプレッダ
を構成する層の対象性を確保し、そりの発生を低減する
上で有効である。
対象部品を搭載する面に、Ｃｕ系金属層を形成すれば、
半導体チップなどの放熱対象部品からの熱を幅方向に拡
散することが可能になる。具体的には、縞状金属板１を
３層として、層間にＣｕ系金属層２を配置し、かつ両面
にＣｕ系金属層２を配置した場合は図２のようになる、
これにより、Ｆｅ−Ｎｉ系合金によって遮断され熱伝導
特性にあまり寄与していなかった縞状金属板のＣｕ系金
属部分にも熱が分配されることになり、熱伝導特性をさ
らに向上することができる。また、このように表面にＣ
ｕ系金属層２を配置することは放熱対象部品となる半導
体チップ等および接合されるセラミックス等よりなるパ
ッケージとのろう付けに起因する熱応力を緩衝する層と
しても作用するため有効である。また、上述した表面と
は反対側にもＣｕ層を設けることは、ヒートスプレッダ
を構成する層の対象性を確保し、そりの発生を低減する
上で有効である。
【００１３】本発明においては、上述したヒートスプレ
ッダ３を半導体装置用として使用する形態は問わない。
典型的な例としては、半導体チップ６とヒートスプレッ
ダ３とを主要構成要素として、図３ないし図５に示す構
造のものとすることができる。ここで、図３はヒートス
プレッダ付きＱＦＰ(Quad Flat Package)の構造を示す
図であり、半導体チップ６とリードフレーム１１とをボ
ンディングワイヤ１２にて結合したものであり、樹脂１
３により封止されているものである。図３において、ヒ
ートスプレッダ３は一方を半導体チップ６に接合し、他
方を放熱フィン１４に接合する構成としたものである。
ッダ３を半導体装置用として使用する形態は問わない。
典型的な例としては、半導体チップ６とヒートスプレッ
ダ３とを主要構成要素として、図３ないし図５に示す構
造のものとすることができる。ここで、図３はヒートス
プレッダ付きＱＦＰ(Quad Flat Package)の構造を示す
図であり、半導体チップ６とリードフレーム１１とをボ
ンディングワイヤ１２にて結合したものであり、樹脂１
３により封止されているものである。図３において、ヒ
ートスプレッダ３は一方を半導体チップ６に接合し、他
方を放熱フィン１４に接合する構成としたものである。
【００１４】図４はＢＧＡ（Ball Grid Array）のパッ
ケージ、図５はＰＧＡ(Pin Grid Array)のパッケージの
構造例を示す図である。これらの半導体装置は、半導体
チップ６と配線基板１５とをボンディングワイヤ１２で
結合するものである。ヒートスプレッダ３は、一方を半
導体チップ６および配線基板１５と接合しており他方を
放熱フィン１４に接合する構成としたものである。図４
に示すＢＧＡのパッケージでは、樹脂１３で封止するタ
イプであり、ボールパンブ１６を有するものである。一
方図５ではキャップ１７で封止するタイプであり、ピン
１８を有するものである。
ケージ、図５はＰＧＡ(Pin Grid Array)のパッケージの
構造例を示す図である。これらの半導体装置は、半導体
チップ６と配線基板１５とをボンディングワイヤ１２で
結合するものである。ヒートスプレッダ３は、一方を半
導体チップ６および配線基板１５と接合しており他方を
放熱フィン１４に接合する構成としたものである。図４
に示すＢＧＡのパッケージでは、樹脂１３で封止するタ
イプであり、ボールパンブ１６を有するものである。一
方図５ではキャップ１７で封止するタイプであり、ピン
１８を有するものである。
【００１５】上述したヒートスプレッダは、たとえば次
のように製造する。まず、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のシートお
よびＣｕ系金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静水圧
プレスにより接合してスラブ７とする。熱間静水圧プレ
スにより得られたスラブ７は、そのままもしくは積層端
面から所定の深さに切断されてから圧延する。圧延は、
図６に示すように前記各シートの面がロール８の軸と直
交するようにして行う。すなわち積層したシートの層が
見える面側をロールとの対向面とするのである。これに
より、縞状金属板１を得る。得られた縞状金属板１を、
層間にＣｕ系金属板をＣｕ系金属層として配置してさら
に圧延する。このとき、隣接する縞状金属板同士を縞状
の方向が交差するようする。これにより、本発明のヒー
トスプレッダの素材ができる。
のように製造する。まず、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のシートお
よびＣｕ系金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静水圧
プレスにより接合してスラブ７とする。熱間静水圧プレ
スにより得られたスラブ７は、そのままもしくは積層端
面から所定の深さに切断されてから圧延する。圧延は、
図６に示すように前記各シートの面がロール８の軸と直
交するようにして行う。すなわち積層したシートの層が
見える面側をロールとの対向面とするのである。これに
より、縞状金属板１を得る。得られた縞状金属板１を、
層間にＣｕ系金属板をＣｕ系金属層として配置してさら
に圧延する。このとき、隣接する縞状金属板同士を縞状
の方向が交差するようする。これにより、本発明のヒー
トスプレッダの素材ができる。
【００１６】Ｆｅ−Ｎｉ系合金シートとＣｕ系合金シー
トを接合してスラブを得る手法としては、上述した熱間
静水圧プレスに代えて、熱間ロール加工等も適用するこ
とが可能である。しかし、熱間ロール加工のような瞬間
的に微小区間が強圧下される方法では、積層部に十分な
積層部が得られなかったり、部分的な剥離が生ずる場合
がある。また、縞状金属板としては、積層部の厚さが縞
状金属板の理論的な最大幅になるため、厚い積層体を得
ることが望ましい。しかし、熱間ロール加工では、複合
化のために一方向に圧力を加えるものであり、厚すぎる
素材は圧下できないし、十分な圧力を加えるためには大
きな減面率とする必要があり、厚い積層体を得るには不
利である。これに対して、熱間静水圧プレスは、装置の
許容容積には依存するものの、全体に均一に圧力を適用
することができ、厚い積層体を得るには有利である。
トを接合してスラブを得る手法としては、上述した熱間
静水圧プレスに代えて、熱間ロール加工等も適用するこ
とが可能である。しかし、熱間ロール加工のような瞬間
的に微小区間が強圧下される方法では、積層部に十分な
積層部が得られなかったり、部分的な剥離が生ずる場合
がある。また、縞状金属板としては、積層部の厚さが縞
状金属板の理論的な最大幅になるため、厚い積層体を得
ることが望ましい。しかし、熱間ロール加工では、複合
化のために一方向に圧力を加えるものであり、厚すぎる
素材は圧下できないし、十分な圧力を加えるためには大
きな減面率とする必要があり、厚い積層体を得るには不
利である。これに対して、熱間静水圧プレスは、装置の
許容容積には依存するものの、全体に均一に圧力を適用
することができ、厚い積層体を得るには有利である。
【００１７】ヒートスプレッダの最外層の一方もしくは
両方にＣｕ系金属板を配置する場合は、層間だけではな
く、最外層にＣｕ系金属板を配置して圧延することによ
り、製造できる。また、このような圧延に際して、縞状
金属板を継ぎ足して、ロングコイルにしてから圧延する
方法は、作業効率を高める手法として有効である。
両方にＣｕ系金属板を配置する場合は、層間だけではな
く、最外層にＣｕ系金属板を配置して圧延することによ
り、製造できる。また、このような圧延に際して、縞状
金属板を継ぎ足して、ロングコイルにしてから圧延する
方法は、作業効率を高める手法として有効である。
【００１８】縞状金属板をＣｕ系金属板を介して積層す
る場合の方法としては、縞状金属板とＣｕ系金属板とを
交互に積層した後、熱間静水圧プレスを施し、さらに熱
間圧延し、冷間圧延で仕上げる方法、あるいは積層した
後、熱間圧延し、冷間圧延で仕上げる方法等が採用でき
る。本発明においては、Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣｕ系金属
とで構成される縞状金属板の内部で圧延工程中に各層が
座屈すると、熱伝導特性を大きく劣化するため、熱間圧
延を適用する場合は、鉄皮をかぶせた状態で圧延するこ
とが望ましい。
る場合の方法としては、縞状金属板とＣｕ系金属板とを
交互に積層した後、熱間静水圧プレスを施し、さらに熱
間圧延し、冷間圧延で仕上げる方法、あるいは積層した
後、熱間圧延し、冷間圧延で仕上げる方法等が採用でき
る。本発明においては、Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣｕ系金属
とで構成される縞状金属板の内部で圧延工程中に各層が
座屈すると、熱伝導特性を大きく劣化するため、熱間圧
延を適用する場合は、鉄皮をかぶせた状態で圧延するこ
とが望ましい。
【００１９】また、縞状金属板をＣｕ系金属板を介して
積層するための別の方法としては、次の方法を採用する
ことができる。縞状金属板を製造した後、圧延の長手方
向に縞状である縞状金属板に対して、Ｃｕ系金属板を両
面に圧延接合した複合材コイル９を準備する。そして図
７に示すように、継ぎ足してロングコイル化した圧延の
幅方向に縞状の縞状金属板１を前記複合材コイル９でク
ラッドする圧延を行うことにより、図２に示すような７
層構造のヒートスプレッダを得ることができる。圧延に
より、接合した材料については、７００℃以上に加熱す
る拡散処理を行い接合をより確実なものとすることがで
きる。
積層するための別の方法としては、次の方法を採用する
ことができる。縞状金属板を製造した後、圧延の長手方
向に縞状である縞状金属板に対して、Ｃｕ系金属板を両
面に圧延接合した複合材コイル９を準備する。そして図
７に示すように、継ぎ足してロングコイル化した圧延の
幅方向に縞状の縞状金属板１を前記複合材コイル９でク
ラッドする圧延を行うことにより、図２に示すような７
層構造のヒートスプレッダを得ることができる。圧延に
より、接合した材料については、７００℃以上に加熱す
る拡散処理を行い接合をより確実なものとすることがで
きる。
【００２０】なお、本発明に使用するＣｕ系金属として
は、純ＣｕあるいはＣｕの熱伝導率３９３Ｗ／ｍＫ±１
０％程度の良好な熱伝導性を有する、Ｃｕ−Ｐ合金やＣ
ｕ−Ｓｎ合金などのＣｕ合金を採用することが好まし
い。Ｆｅ−Ｎｉ系合金は、セラミックスに匹敵する低熱
膨張の得られるオーステナイト組織を有する組成範囲が
好ましい。具体的な好ましい組成範囲は、Ｎｉ３０〜５
０％、残部Ｆｅである。もちろん低熱膨張特性を損なわ
ない範囲でその他の元素を添加もしくは置換することが
できる。特にＣｏは低熱膨張特性をさらに向上する元素
として有効である。
は、純ＣｕあるいはＣｕの熱伝導率３９３Ｗ／ｍＫ±１
０％程度の良好な熱伝導性を有する、Ｃｕ−Ｐ合金やＣ
ｕ−Ｓｎ合金などのＣｕ合金を採用することが好まし
い。Ｆｅ−Ｎｉ系合金は、セラミックスに匹敵する低熱
膨張の得られるオーステナイト組織を有する組成範囲が
好ましい。具体的な好ましい組成範囲は、Ｎｉ３０〜５
０％、残部Ｆｅである。もちろん低熱膨張特性を損なわ
ない範囲でその他の元素を添加もしくは置換することが
できる。特にＣｏは低熱膨張特性をさらに向上する元素
として有効である。
【００２１】
（実施例１）板厚０．３２mmの３６％ＮｉからなるＦｅ
−Ｎｉ系合金および板厚０．２５mmの純ＣｕからなるＣ
ｕ系金属のシートを交互に重ね、熱間静水圧用カプセル
に入れて真空排気した後、９００℃１２００気圧２時間
の熱間静水圧プレスを行って接合し、切断し厚さ2０m
m、幅３００mmのスラブとし、これを鉄皮でくるんで、
図6に示すように、縞状の方向に熱間圧延し、さらに鉄
皮を除去して冷間圧延を行い１mm厚さの縞状金属板１を
得た。
−Ｎｉ系合金および板厚０．２５mmの純ＣｕからなるＣ
ｕ系金属のシートを交互に重ね、熱間静水圧用カプセル
に入れて真空排気した後、９００℃１２００気圧２時間
の熱間静水圧プレスを行って接合し、切断し厚さ2０m
m、幅３００mmのスラブとし、これを鉄皮でくるんで、
図6に示すように、縞状の方向に熱間圧延し、さらに鉄
皮を除去して冷間圧延を行い１mm厚さの縞状金属板１を
得た。
【００２２】得られた縞状金属板１を２ｍ長さに切断し
た２９０mm×２０００mm×１mmｔの素材２つと、得られ
た縞状金属板を切断し、幅方向に縞状になるように接合
して２９０mm×２０００mm×１mmｔの芯材となる縞状金
属板１つを準備した。次に２９０mm×２０００mm×０．
２mmの純Ｃｕ板を準備し、図２に示す７層構造に積層し
た。これを鉄皮でくるんで熱間圧延を行い、さらに鉄皮
を除去して冷間圧延を行い、ヒートスプレッダ材を得
た。得られたヒートスプレッダ材を３１．７５ｍｍ角サ
イズに打ち抜きヒートスプレッダを得た。（両面Ｃｕ層
形成材）
た２９０mm×２０００mm×１mmｔの素材２つと、得られ
た縞状金属板を切断し、幅方向に縞状になるように接合
して２９０mm×２０００mm×１mmｔの芯材となる縞状金
属板１つを準備した。次に２９０mm×２０００mm×０．
２mmの純Ｃｕ板を準備し、図２に示す７層構造に積層し
た。これを鉄皮でくるんで熱間圧延を行い、さらに鉄皮
を除去して冷間圧延を行い、ヒートスプレッダ材を得
た。得られたヒートスプレッダ材を３１．７５ｍｍ角サ
イズに打ち抜きヒートスプレッダを得た。（両面Ｃｕ層
形成材）
【００２３】また、同様にして得られた縞状金属板と純
Ｃｕ板準備し、半導体チップ搭載面両側にのみＣｕ系金
属層を配置した６層構造に積層し、同様にして熱間圧延
と冷間圧延を施し、ヒートスプレッダを得た。（片面Ｃ
ｕ層形成材） また、同様にして得られた縞状金属板と純Ｃｕ板準備
し、両側にＣｕ系金属層を配置しない図１に示す５層構
造に積層し、同様にして熱間圧延と冷間圧延を施し、ヒ
ートスプレッダを得た。（表面Ｃｕ層無材）
Ｃｕ板準備し、半導体チップ搭載面両側にのみＣｕ系金
属層を配置した６層構造に積層し、同様にして熱間圧延
と冷間圧延を施し、ヒートスプレッダを得た。（片面Ｃ
ｕ層形成材） また、同様にして得られた縞状金属板と純Ｃｕ板準備
し、両側にＣｕ系金属層を配置しない図１に示す５層構
造に積層し、同様にして熱間圧延と冷間圧延を施し、ヒ
ートスプレッダを得た。（表面Ｃｕ層無材）
【００２４】また比較のために縞状金属板間に純Ｃｕ板
を挿入しないで、同様の手法により、比較サンプル作製
した。作製した各サンプルに対してに厚さ方向の熱伝導
率、幅方向の熱膨張率を測定した。その結果を表１に示
す。なお、表１において半導体チップ搭載面側の縞状金
属板の縞状の方向をＬ方向とし、それに直角な方向をＴ
方向とした。
を挿入しないで、同様の手法により、比較サンプル作製
した。作製した各サンプルに対してに厚さ方向の熱伝導
率、幅方向の熱膨張率を測定した。その結果を表１に示
す。なお、表１において半導体チップ搭載面側の縞状金
属板の縞状の方向をＬ方向とし、それに直角な方向をＴ
方向とした。
【００２５】また、得られた本発明例および比較例のヒ
ートスプレッダ３を図８に示すＰＧＡ用の２５ｍｍ角の
開口部を有するセラミックス製の配線基板１５に銀ロウ
１９でロウ付けを行ない、ヒートスプレッダに発生する
反り量を測定した。結果を表２に示す。
ートスプレッダ３を図８に示すＰＧＡ用の２５ｍｍ角の
開口部を有するセラミックス製の配線基板１５に銀ロウ
１９でロウ付けを行ない、ヒートスプレッダに発生する
反り量を測定した。結果を表２に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】表１に示すように、本発明のヒートスプレ
ッダは、縞状金属板の層間に純Ｃｕ板を挿入しない比較
例に比べて、熱膨張率の異方性を抑える効果を保ちつ
つ、優れた熱伝導率を得ることができることがわかる。
また、銀ロウによる接合処理後の反り量においても、本
発明のヒートスプレッダは、縞状金属板の層間に純Ｃｕ
板を挿入しない比較例に比べて、ヒートスプレッダの変
形を抑えることができる。これより本発明のヒートスプ
レッダは、半導体チップとの接合に要求される高い平坦
度を満足できるがわかる。また、本発明のうち、両側に
Ｃｕ層を配置したサンプルが熱伝導特性、熱膨張特性、
変形特性ともに優れた値ものとなり、表面にＣｕ系金属
層を配置することが好ましいことがわかる。
ッダは、縞状金属板の層間に純Ｃｕ板を挿入しない比較
例に比べて、熱膨張率の異方性を抑える効果を保ちつ
つ、優れた熱伝導率を得ることができることがわかる。
また、銀ロウによる接合処理後の反り量においても、本
発明のヒートスプレッダは、縞状金属板の層間に純Ｃｕ
板を挿入しない比較例に比べて、ヒートスプレッダの変
形を抑えることができる。これより本発明のヒートスプ
レッダは、半導体チップとの接合に要求される高い平坦
度を満足できるがわかる。また、本発明のうち、両側に
Ｃｕ層を配置したサンプルが熱伝導特性、熱膨張特性、
変形特性ともに優れた値ものとなり、表面にＣｕ系金属
層を配置することが好ましいことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、縞状金属板を接合した
構造のヒートスプレッダに問題であった熱伝導特性を大
きく改良することができたものである。したがって、本
発明は高熱伝導特性と低熱膨張特性を併せ持つ、安価な
ヒートスプレッダとして利用することができ、半導体装
置の低コスト化に大きく貢献できるものである。
構造のヒートスプレッダに問題であった熱伝導特性を大
きく改良することができたものである。したがって、本
発明は高熱伝導特性と低熱膨張特性を併せ持つ、安価な
ヒートスプレッダとして利用することができ、半導体装
置の低コスト化に大きく貢献できるものである。
【図１】本発明のヒートスプレッダの構造の一例を示す
図である。
図である。
【図２】本発明のヒートスプレッダの別の構造の一例を
示す図である。
示す図である。
【図３】本発明のヒートスプレッダを用いる半導体装置
の構造の一例を示す図である。
の構造の一例を示す図である。
【図４】本発明のヒートスプレッダを用いる半導体装置
の構造の別の例を示す図である。
の構造の別の例を示す図である。
【図５】本発明のヒートスプレッダを用いる半導体装置
の構造の別の例を示す図である。
の構造の別の例を示す図である。
【図６】本発明に用いる縞状金属板の製造過程の一例を
説明する図である。
説明する図である。
【図７】本発明のヒートスプレッダを製造する製造過程
の一例を示す図である。
の一例を示す図である。
【図８】ヒートスプレッダに発生する反りを模式化した
ものである。
ものである。
【図９】従来のヒートスプレッダの構造例を示す図であ
る。
る。
１ 縞状金属板、２ Ｃｕ系金属層、３ ヒートスプレ
ッダ、４ Ｃｕ系金属、５ Ｆｅ−Ｎｉ系合金、６ 半
導体チップ、７ スラブ、８ ロール、９ 複合材コイ
ル、１１ リードフレーム、１２ ボンディングワイ
ヤ、１３ 樹脂、１４ 放熱フィン、１５ 配線基板、
１６ ボールバンプ、１７ キャップ、１８ ピン、１
９ Ａｇロウ
ッダ、４ Ｃｕ系金属、５ Ｆｅ−Ｎｉ系合金、６ 半
導体チップ、７ スラブ、８ ロール、９ 複合材コイ
ル、１１ リードフレーム、１２ ボンディングワイ
ヤ、１３ 樹脂、１４ 放熱フィン、１５ 配線基板、
１６ ボールバンプ、１７ キャップ、１８ ピン、１
９ Ａｇロウ
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣｕ系金属が交互に
積層され、面内で一方向の縞状に配置されてなる縞状金
属板が、前記縞状の方向が交差するように複数枚積層さ
れており、かつ縞状金属板間にはＣｕ系金属層が介在す
ることを特徴とするヒートスプレッダ。 - 【請求項２】 ヒートスプレッダの放熱対象部品を搭載
する面には、Ｃｕ系金属層が形成されていることを特徴
とする請求項１に記載のヒートスプレッダ。 - 【請求項３】 ヒートスプレッダの放熱対象部品を搭載
する面の反対面側には、Ｃｕ系金属層が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートスプレッダ。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のヒ
ートスプレッダに半導体チップを搭載した半導体装置。 - 【請求項５】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金のシートおよびＣｕ系
金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静水圧プレスによ
り接合してスラブとし、該スラブを前記各シートの面が
ロールの軸と直交するようにして圧延を行い縞状金属板
とし、得られた縞状金属板複数枚を、層間にＣｕ系金属
板を介在させるとともに、隣接する縞状金属板同士を縞
状の方向が交差するように積層した後、圧延することを
特徴とするヒートスプレッダの製造方法。 - 【請求項６】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金のシートおよびＣｕ系
金属のシートを交互に重ね合せ、熱間静水圧プレスによ
り接合してスラブとし、該スラブを、前記各シートの面
がロールの軸と直交するようにして圧延を行い縞状金属
板とし、得られた縞状金属板複数枚を、層間にＣｕ系金
属板を介在させるとともに、隣接する縞状金属板同士の
縞状の方向が交差するように積層し、かつ最外層の一方
もしくは両方にＣｕ系金属板を配置した後、圧延するこ
とを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2794597A JPH10223811A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | ヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置ならびにヒートスプレッダの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2794597A JPH10223811A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | ヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置ならびにヒートスプレッダの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223811A true JPH10223811A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12235042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2794597A Pending JPH10223811A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | ヒートスプレッダおよびこれを用いた半導体装置ならびにヒートスプレッダの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223811A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007030310A3 (en) * | 2005-09-01 | 2009-04-16 | Atrua Technologies Inc | System for and method of emulating electronic input devices |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP2794597A patent/JPH10223811A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007030310A3 (en) * | 2005-09-01 | 2009-04-16 | Atrua Technologies Inc | System for and method of emulating electronic input devices |
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