JPH11186476A - 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銀ロウ付け温度域での熱膨張係数を低減し、
熱膨張係数の異方性が少なく、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
びにその製造方法を提供する。 【解決手段】 縞状金属板を縞状が交差するように積層
し、縞状金属板同士の層間にＣｕ系金属層を挿入させ
る。その外側の半導体チップを搭載する面側若しくは両
方の面に熱膨張抑制層としてＭｏ系金属、Ｗ系金属のう
ちの少なくとも一種類の金属層を形成。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系合金シート及びＣｕ系金
属シートを交互積層し、熱間静水圧プレスしてスラブと
し、シート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、層間にはＣｕ系金属板を介在させて積層
し、さらに外側の一方もしくは両方にＭｏ系金属、Ｗ系
金属、Ｎｂ系金属、Ｔａ系金属のうちの少なくとも一種
類の金属層を配置した後、圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば半導体装置
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。

【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。

【０００３】最近、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が提案されている。

【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、検討を行なったところ、縞状
金属板を互いに交差させて積層し、その縞状金属板間に
Ｃｕ金属板を介在させ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十分な熱伝導能力が得られる
という優れた効果が期待できることを確認した。

【０００５】しかし、Ｆｅ−Ｎｉ系合金は２３０℃付近
のキュリー点を超えると急激に熱膨張が大きくなり、５
００℃以上の銀ロウ付け等の加熱温度域までの低熱膨張
特性は得られていない。そのため、従来用いられた３ｍ
ｍ程度の厚みのセラミックスから、今後使用が予想され
る１ｍｍ以下の極く薄いセラミックスを搭載した場合、
熱膨張係数の増加に起因したセラミックが破損、あるい
は剥離の問題が生じる場合が有り、銀ロウ付け等の高温
での低熱膨張化を考慮した、さらなる低熱膨張化と熱膨
張係数の異方性の低減について、検討が必要となった。
本発明の目的は、キュリー点を超えた高温に至るまでの
熱膨張係数の異方性を低減でき、優れた熱膨張特性と十
分な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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、５００℃以
上の高温にさらされるヒートスプレッダに対して、上述
した問題を解決すべく詳細に検討を行った結果、縞状金
属板を積層させた構造において、高温域での優れた低熱
膨張特性の実現には熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１
０のマイナス６乗／℃以下の熱膨張抑制層を形成させる
ことにより、常温から高温域まで低熱膨張特性を実現
し、さらに異方性を低減出来ることを見出し本発明に到
達した。

【０００７】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
系金属層を介在したヒートスプレッダであって、前記ヒ
ートスプレッダの放熱対象部品を搭載する面側および放
熱対象部品を搭載する反対の面側の一方もしくは両方に
熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗／
℃以下の金属でなる熱膨張抑制層が形成されているヒー
トスプレッダである。

【０００８】本発明において熱膨張抑制層はＭｏ系金
属、Ｗ系金属のうちの少なくとも一種類の金属層が形成
されているヒートスプレッダである。本発明において好
ましくは、熱膨張抑制層のさらに外側にＣｕ系金属層が
積層する。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。

【０００９】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、その外側一方もしくは両方に熱
膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗／℃
以下の金属でなる熱膨張抑制層を配置した後、圧延する
ことにより得ることができる。より好ましくは、さらに
その外側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外側の表面に熱膨張係数α_30-850℃
が７．５×１０のマイナス６乗／℃以下の金属でなる熱
膨張抑制層を配置したことである。本発明の５００℃以
上の高温域での低熱膨張特性の実現には、熱膨張係数α
_{30 -850℃}が７．５×１０のマイナス６乗／℃以下の熱膨
張抑制層を形成する必要がある。具体的にはＭｏ系金
属、Ｗ系金属、Ｎｂ系金属、Ｔａ系金属等の金属が有す
る特性であり、この金属を縞状金属板に配置することに
より、Ｆｅ−Ｎｉ系合金とＣｕ系金属とを積層した縞状
金属板のみで低熱膨張特性を得る場合に問題であった高
温域での銀ロウ付け時のセラミックスの破損や剥離等を
防止することが可能となる。本発明の熱膨張抑制層の形
成は放熱対象部品を搭載する面側および放熱対象部品を
搭載する反対の面側の一方でも良く、もしくは両方でも
良い。好ましくは、放熱対象部品を搭載する面側に形成
する。

【００１１】本発明の縞状金属板を構成しているＣｕ系
金属を用いる最大の目的は、高い熱拡散率を確保するこ
とにあり、本発明の優れた熱伝導特性の確保には、熱伝
導率がおよそ３３０Ｗ／ｍ・ｋ以上を有するＣｕ系金属
の使用が有効である。また、縞状金属板を構成している
Ｆｅ−Ｎｉ系合金を用いる最大の目的は、キュリー点以
下での優れた低熱膨張特性の確保にある。上述したＣｕ
系金属とＦｅ−Ｎｉ系金属で構成される縞状金属板によ
って、優れた熱伝導特性とキュリー点以下の低温域での
優れた低熱膨張特性とをあわせもつヒートスプレッダと
しての基本特性を得ることができる。

【００１２】また、本発明のＣｕ系金属とＦｅ−Ｎｉ系
金属との組み合わせは、高価な元素の使用を少なめるこ
とができるという利点をも有している。また、本発明は
縞状金属板の縞状の方向が交差するように複数枚積層さ
れ、前記縞状金属板間にはＣｕ系金属層を介在させるこ
とにより、優れた熱伝導特性をより高めることができ
る。また、本発明の縞状金属板の積層する枚数が４枚以
上の偶数枚の場合等では、前記放熱対象部品を搭載する
面側とその反対の面側の表面に現われる縞状方向を同じ
とすることで、より熱膨張の異方性を低減できることか
ら、縞状の方向が交差して積層した縞状金属板同士が、
同じ方向に連続して積層する面を有していても良い。

【００１３】本発明の熱膨張抑制層は５００℃以上の高
温域での熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイナ
ス６乗／℃以下であることが必要である。具体的にはＮ
ｂ系金属、Ｔａ系金属と比較して、熱伝導特性に優れた
Ｍｏ系金属、Ｗ系金属の使用が好ましく、前記Ｍｏ系金
属、Ｗ系金属の熱伝導率は１３０Ｗ／ｍ・ｋ以上の高い
特性を有しているため、高温での優れた低熱膨張特性
と、特に優れた熱伝導特性が実現できる。

【００１４】また、放熱対象部品からの熱を素早くヒー
トスプレッダの全面に広げるために、熱膨張抑制層のさ
らに外側へのＣｕ系合金層の形成は有効である。またさ
らに、セラミックスとヒートスプレッダとの銀ロウ付け
の時の熱応力を緩和する緩衝層としての効果をも有す
る。さらに望ましくは、縞状金属板と熱膨張抑制層との
間にＣｕ系金属層を配置することにより、さらに熱伝導
特性を高め、セラミックスとヒートスプレッダとの銀ロ
ウ付けの時の熱応力の緩和もさらに実現できる。

【００１５】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２を配置し、縞状金属板の外
側の表面にＣｕ系金属２を配置し、さらにその外側に熱
膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗／℃
以下の金属でなる熱膨張抑制層として、たとえばＭｏ系
金属、Ｗ系金属のうちの少なくとも一種類の金属層３を
配置した場合には図１のようになる。たとえば、縞状金
属板とＭｏ系金属、Ｗ系金属のうちの少なくとも一種類
の金属層の間にＣｕ系金属層を配置するのは熱拡散率を
高めるためである。勿論、低熱膨張性を重視する場合は
無くても良い。また、このように表面にＣｕ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、上述する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、反りの発生を低減する上でも有効で
ある。

【００１６】本発明を構成する縞状金属板は、縞と平行
な方向に対して、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が、Ｃｕの熱膨張を
抑えている。しかし、Ｆｅ−Ｎｉ系合金もキュリー点を
超える高温では熱膨張係数が急激に大きくなるため、Ｃ
ｕの熱膨張を抑える効果が少なくなる。これに対して、
本発明はＦｅ−Ｎｉ系合金に比べて、５００℃以上の高
温域においても熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０の
マイナス６乗／℃以下と小さく、かつさらに等方的な熱
膨張係数を有するＭｏ系金属、Ｗ系金属のうちの少なく
とも一種類の金属層を配置させることにより、高温での
低熱膨張を実現し、さらに異方性の低減まで実現できた
ものである。

【００１７】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最外層の面に、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、たとえ
ば縞状金属板１を３層として、層間にＣｕ系金属２を配
置し、縞状金属板の外側の表面にもＣｕ系金属２を配置
し、さらにその外側に熱膨張係数α_30-850℃が７．５×
１０のマイナス６乗／℃以下の金属でなる熱膨張抑制層
として、たとえばMｏ系金属、Ｗ系金属のうちの少なく
とも一種類の金属層３を配置したのち、さらにその外側
にＣｕ系金属２を配置する場合には図２のようになる。

【００１８】また、熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１
０のマイナス６乗／℃以下の金属でなる熱膨張抑制層と
して、たとえばＭｏ系金属、Ｗ系金属のうちの少なくと
も一種類の金属層３と、さらにその外側にＣｕ系金属２
を交互に積層しても良い。なお、本発明のヒートスプレ
ッダの断面積における熱膨張抑制層の占める比率は、最
大でも３５％以下とすることが望ましく、多すぎると優
れた熱伝導特性を維持することが困難となる場合があ
る。さらに望ましくは２０％以下である。

【００１９】本発明においては、上述したヒートスプレ
ッダ６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７とヒートスプレッ
ダ６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７とリードフレーム１２とをボ
ンディングワイヤ１３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６は一方を半導体チップ７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。

【００２０】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７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６は、一方を半
導体チップ７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。

【００２１】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８とする。熱間静水圧プレ
スにより得られたスラブ８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９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。

【００２２】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２として配置し、その外側面にＣｕ
系金属層を配置し、さらに最外層の縞状金属層１の表面
に熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗
／℃以下の金属でなる熱膨張抑制層として、たとえばＭ
ｏ系金属、Ｗ系金属のうちの少なくとも一種類の金属板
３を配置し、さらに圧延する。この時隣接する金属板同
士を縞状の方向が交差するようにする。これにより、本
発明のヒートスプレッダの素材ができる。

【００２３】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。

【００２４】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、作業効率を高める方法として有効である。

【００２５】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。

【００２６】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１０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１０
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。

【００２７】なお、本発明に使用するＣｕ系金属として
は、無酸素銅あるいはＣｕの熱伝導率３９３Ｗ／ｍＫ±
１５％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。

【００２８】また、本発明の熱膨張抑制層に使用できる
Ｍｏ系金属とは、純Ｍｏ、Ｍｏを主体とする合金であれ
ば良く、またＷ系金属とは純Ｗ、Ｗを主体とする合金で
あれば良い。さらにＮｂ系金属、Ｔａ系金属も同様に、
純金属、該金属合金であれば良い。もちろん、熱膨張係
数α_30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗／℃以下で
ある必要があることは言うまでもない。

【００２９】

【実施例】（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の無酸素
銅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2０mm、幅３
００mm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。

【００３０】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して
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×
０．２mmtと２９０mm×２０００mm×０．１mmtの無酸素
銅板と、２９０mm×２０００mm×０．５mmtの熱膨張係
数α_30-850℃が５．７５×１０のマイナス６乗／℃の純
Ｍｏ板を準備し、図２に示すように縞状金属板の間に２
９０mm×２０００mm×０．２mmtの無酸素銅板をいれ、
また縞状金属板の外側には２９０mm×２０００mm×０．
１mmtの無酸素銅板を配置させ、その表面に純Ｍｏ板を
配置させ、さらに純Ｍｏ板の表面に無酸素銅板を配置さ
せた１１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角に打ち抜きヒートスプレッダを得た。
（無酸素銅＋Ｍｏ層形成材）

【００３１】同様にして得られた縞状金属板と無酸素銅
板と純Ｍｏ板を準備し、縞状金属板の間に無酸素銅板を
いれ、縞状金属板の外側に無酸素銅板を配置させ、さら
に無酸素銅板の表面に純Ｍｏ板を配置させた９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。（Ｍｏ層形成材１）

【００３２】同様にして得られた縞状金属板と無酸素銅
板と純Ｗ板を準備し、図２に示すように縞状金属板の間
および外側に無酸素銅板を配置させ外側の無酸素銅板の
表面に熱膨張係数α_30-850℃が４．６×１０のマイナス
６乗／℃の純Ｗ板を配置させ、さらに純Ｗ板の表面に無
酸素銅板を配置させた１１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。
（無酸素銅＋Ｗ層形成材）

【００３３】同様にして得られた縞状金属板と無酸素銅
板と純Ｗ板を準備し、縞状金属板の間および外側に無酸
素銅板を配置させ、外側の無酸素銅板の表面に純Ｗ板を
配置させた９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。（Ｗ層形成材
１）

【００３４】（実施例２）板厚０．３２mmの３６％Ｎｉ
からなるＦｅ−Ｎｉ系合金および板厚０．２５mmの熱伝
導率３４０Ｗ／ｍ・ｋを有するＰ脱酸銅のシートを交互
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2０mm、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。

【００３５】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して
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×
０．２mmtと２９０mm×２０００mm×０．１mmtのＰ脱酸
銅板と、２９０mm×２０００mm×０．５mmtの純Ｍｏ板
を準備し、図２に示すように縞状金属板の間に２９０mm
×２０００mm×０．２mmtのりん脱酸銅板をいれ、また
縞状金属板の外側には２９０mm×２０００mm×０．１mm
tのＰ脱酸銅板を配置させ、その表面に純Ｍｏ板を配置
させ、さらに純Ｍｏ板の表面にＰ脱酸銅板を配置させた
１１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３
１．７５mm角に打ち抜きヒートスプレッダを得た。（Ｐ
脱酸銅＋Ｍｏ層形成材）

【００３６】同様にして得られた縞状金属板とＰ脱酸銅
板と純Ｍｏ板を準備し、縞状金属板の間にＰ脱酸銅板を
いれ、縞状金属板の外側にＰ脱酸銅板を配置させ、さら
にＰ脱酸銅板の表面に純Ｍｏ板を配置させた９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。（Ｍｏ層形成材２） 同様にして得られた縞状金属板とＰ脱酸銅板と純Ｗ板を
準備し、図２に示すように縞状金属板の間および外側に
Ｐ脱酸銅板を配置させ外側のＰ脱酸銅板の表面に純Ｗ板
を配置させ、さらに純Ｗ板の表面にＰ脱酸銅板を配置さ
せた１１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。（Ｐ脱酸銅＋Ｗ層
形成材）

【００３７】同様にして得られた縞状金属板とＰ脱酸銅
板と純Ｗ板を準備し、縞状金属板の間および外側にＰ脱
酸銅板を配置させ、外側のＰ脱酸銅板の表面に純Ｗ板を
配置させた９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。（Ｗ層形成材
２） また比較のため縞状金属板の間および外側に無酸素銅板
を配置させた７層構造に積層し、同様の手法により比較
サンプルを作成した。作成したサンプルに対して厚さ方
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において縞状金属板の最外層
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。また、熱膨張率の測定を８５０℃までとしたの
は、銀ロウ付け温度が約８００℃であるためである。

【００３８】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１６に銀ロウ２
０でロウ付けを行い、ヒートスプレッダに発生する反り
を測定した。その結果を表２に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】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を入れ、縞状金属板
のの表面に純Ｃｕ板を配置した比較材に比べて、十分な
熱伝導率を確保しつつ、特に高温域での優れた熱膨張特
性を得られ、熱膨張係数の異方性も少ないことがわか
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を入れ、縞状金属板の表面に純Ｃｕ板を配置した
比較材に比べても、ヒートスプレッダの変形はほぼ同等
かあるいはより小さく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、セラミックとの接合および
半導体チップに要求される高い平坦度を満足できること
がわかる。また、本発明のうち、表面に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
優れた値のものとなり、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。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、縞状金属板の層間にＣ
ｕ系金属を挿入しながら、隣接しあう縞状金属板の縞状
の方向を交差させて積層した構造のヒートスプレッダで
は、銀ロウ付けによる接合時の高温での熱膨張特性が不
十分であった点を改良することができた。従って、本発
明は高熱伝導特性と低熱膨張性および熱膨張係数の異方
性も少なく、さらには反りの少ない、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。

【図面の簡単な説明】

【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２】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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図９】従来のヒートスプレッダの構造例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 縞状金属板、２ Ｃｕ系金属層、３ 熱膨張抑制
層、４ Ｃｕ系金属、５ Ｆｅ−Ｎｉ系金属、６ ヒー
トスプレッダ、７ 半導体チップ、８ スラブ、９ ロ
ール、１０ 複合材コイル、１１ リードフレーム、１
２ ボンディングワイヤ、１３ 樹脂、１４ 放熱フィ
ン、１５ 配線基盤、１６ ボールバンプ、１７ キャ
ップ、１８ ピン、１９ 銀ロウ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊本 晋吾 島根県安来市安来町2107番地２ 日立金属 株式会社冶金研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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系金属層を介在し
   たヒートスプレッダであって、前記ヒートスプレッダの
   放熱対象部品を搭載する面側および放熱対象部品を搭載
   する反対の面側の一方もしくは両方に熱膨張係数α
   _30-850℃が７．５×１０のマイナス６乗／℃以下の金属
   でなる熱膨張抑制層が形成されていることを特徴とする
   ヒートスプレッダ。
2. 【請求項２】 熱膨張抑制層はＭｏ系金属、Ｗ系金属の
   うちの少なくとも一種類の金属であ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。
3. 【請求項３】 熱膨張抑制層のさらに外側にはＣｕ系合
   金層が形成されていることを特徴とする請求項１、２の
   いずれかに記載のヒートスプレッダ。
4. 【請求項４】 請求項１から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。
5. 【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
   ロールの面と直行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、かつ外側の一方もし
   くは両方に熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイ
   ナス６乗／℃以下の金属でなる熱膨張抑制層を配置した
   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。
6. 【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
   ロールの面と直行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、かつ外側の一方もし
   くは両方に熱膨張係数α_30-850℃が７．５×１０のマイ
   ナス６乗／℃以下の金属でなる熱膨張抑制層を配置した
   後、さらにその外側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。