KR100710019B1

KR100710019B1 - 전자 부품과 방열 부재를 사용한 전자 부품 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100710019B1
Application number: KR1020057015230A
Authority: KR
Inventors: 히데시 도쿠히라
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2007-04-23
Also published as: KR20050111595A

Abstract

열전도 부재를 통해, 전자 부품과 방열 부재를 연결한 전자 부품 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 전자 부품에 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 한 쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고, 상기 방열 부재에 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 다른 쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고, 그 후에 액상 금속을 상기 오목 형상 금속체의 오목부에 충전하고, 액상 금속과 평판 형상 금속체 및 오목 형상 금속체의 일부를 고용체로 한 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.

전자 부품 장치, 전자 부품, 오목 형상 금속체, 평판 형상 금속체

Description

전자 부품과 방열 부재를 사용한 전자 부품 장치 및 그 제조 방법{ELECTRONIC COMPONENT DEVICE USING THE ELECTRONIC COMPONENT AND RADIATING MEMBER, AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 전자 부품과 방열 부재 및 이들을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전자 부품과 방열 부재를 연결하는 열전도체에 관한 것이다.

최근, 정보 기기 장치는 고기능 및 고성능을 요구하고 있다. 그 때문에 기기 장치에 사용되는 전자 부품은 고기능화 및 고속화가 되어가고 있다.

한편, 이 전자 부품은 발열량이 증가하고, 그 열이 오동작을 초래하여, 성능을 저하시키고 있다. 따라서, 이 열을 효율적으로 방열하여 냉각시킬 필요가 있다.

일반적인 전자 부품의 냉각 기술로서는 전자 부품과 히트싱크를 압착하고, 전자 부품이 발생한 열을 히트싱크에 전도하고, 히트싱크로부터 공기중에 방열하는 것이 있다. 그러나, 이 냉각 기술은 전자 부품과 히트싱크의 열전도의 밀착의 정도가 매우 적다.

이를 개선한 기술로서 예를 들면 일본국 특개 2002-30217호 공보가 있다. 이 공보에 기재된 냉각 기술은 열을 전도하는 필러(filler)를 혼입한 열전도성 수 지를 통해 전자 부품과 히트싱크를 압착시킴으로써 전자 부품과 히트싱크의 열전도의 밀착의 정도를 증가시켜서 방열 효과를 향상시키는 것이다.

그 밖의 냉각 기술로서는 일본국 특개소63-102345호 공보가 있다. 이 공보에 기재된 냉각 기술은 열전도성 합금을 통하여 전자 부품과 방열체를 접합하고, 그리하여 전자 부품과 히트싱크의 열전도의 밀착의 정도를 증가시킴으로써 열전도율을 향상시키는 것이다. 이 열전도성 합금은 금속의 인듐과 액상 금속의 갈륨의 반 응고(半凝固) 상태의 금속이다.

또한, 일본국 특허출원 2002-140316호 공보가 있다. 이 공보에 기재된 냉각 기술은 금속의 인듐과 액상 금속의 열전도성 합금을 통해 전자 부품과 방열체를 접합하여 열전도율을 향상시키는 것이다. 이 열전도성 합금은 액체이며, 이 액체 금속이 유출하는 것을 방지하는 돌제(突堤: bank)를 마련하고 있고 있다.

그러나, 상술한 일본국 특개 2002-30217호 공보에 기재된 기술은 열전도성 수지를 통해 전자 부품과 방열체인 히트싱크를 압착하는 것이다. 이 때문에 열전도율이 낮다고 하는 문제를 갖게 된다. 또 일본국 특개소 63-102345호 공보에 기재된 기술은 반 응고 상태의 금속을 통해 전자 부품과 히트싱크를 밀착시켜, 전자 부품과 히트싱크를 접속한다. 따라서 반 응고 상태의 금속이 유출, 산란하여 주위의 회로 기판, 전자 부품의 단락을 초래하게 된다. 그리고 특허출원 2002-140316호 공보에 기재된 기술은 액체 금속이 유출하는 것을 방지하는 돌제를 마련했기 때문에, 이 돌제의 존재가 부품 수, 부품 코스트, 제조 공정 수를 증가시킨다.

발명의 개시

본 발명의 목적은 방열체와 열전도성 부재의 열전도의 밀착의 정도를 증가시켜, 전자 부품과 방열체의 열전도율을 향상시키는 것이다. 결과적으로 전자 부품의 방열 효과를 향상시킨다. 또한 주위의 회로 기판, 전자 부품 등의 단락 장해를 방지하고, 그리하여 부품 수, 부품 코스트, 제조 공정 수의 증가를 억제할 수 있는 새로운 전자 부품 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 열전도 부재를 통해, 전자 부품과 방열 부재를 연결한 전자 부품 장치로서, 구체적으로는, 전자 부품과 방열 부재에 마련된 열전도 부재의 금속체가 증착 처리 또는 도금 처리로 형성된다. 그리고 각 금속체는 액체 금속에 의해 고용체로서 서로를 고착(固着)하고 있다. 따라서 금속체와 액상 금속체의 고용체인 열전도 부재를 통해 전자 부품과 방열부가 연결된다. 결과적으로 전자 부품과 열전도 부재의 열전도용의 밀착 면적을 증가시키고, 또한 방열 부재와 열전도 부재의 열전도용의 밀착 면적을 증가시켜, 더욱 열전도 부재의 금속체와 액상 금속체의 열전도율을 향상시킨다. 이 때문에 전자 부품의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 금속체와 액상 금속체의 고용체는 상온에서 행하여지기 때문에, 전자 부품에 열 스트레스를 주지 않는다.

또한, 오목 형상 금속체는 바닥부와 가장자리 부위(部位)의 돌기 모양 제방부(堤防部)가 일체로 마련되어지고, 액상 금속체는 오목부에 충전되어 고용체로 된다. 따라서 액상 금속체는 오목부에 밀봉되어, 상기 부위 내로부터 유출되지 않는다. 이 때문에 주위의 회로 기판, 전자 부품 등의 단락 장해를 방지할 수 있다. 또한, 돌기 모양 제방부와 바닥부의 금속체가 일체로 형성되어 있기 때문에, 각 부품을 준비하지 않고 부품 수의 삭감과 제조 공정 수의 증가를 억제할 수 있다.

금속체는 원소기호 In으로 이루어지고, 액상 금속체는 Ga, Ga-In합금, Ga-In-Sn합금, Ga-In-Zn합금, Ga-Sn합금, Ga-Zn합금의 적어도 한개로부터 선택된다. 따라서, 열전도 부재를 형성하는 금속체와 액상 금속이 응고해서 고용체로 된다. 이에 의해 열전도의 밀착의 정도를 증가시켜, 열전도율을 향상시킨다. 결과적으로 전자 부품의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.

또한 전자 부품 또는 방열 부재에 마련되는 금속체는 증착 처리 또는 도금 처리로 형성된다. 따라서, 전자 부품과 열전도 부재의 열전도의 밀착의 정도를 증가시키고, 또한 방열 부재와 열전도 부재의 열전도의 밀착의 정도를 증가시킨다.

결과적으로 전자 부품의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 부품 장치의 설명도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 전자 부품 장치를 제조하는 도금 장치의 개략도이다.

도 3은 본 실시예에 따른 전자 부품의 개략도이다.

도 4는 본 실시예에 따른 방열체의 개략도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전자 부품 장치의 구조를 설명한 도면이다.

1은 전자 부품 장치, 2는 반도체 부품 등의 전자 부품, 3은 알루미나 등의 열전도율이 양호한 금속으로 이루어진 방열체, 4는 열전도체, 41은 오목 형상의 금속체, 411은 오목 형상 금속체의 돌기 모양 제방부, 412는 오목 형상 금속체의 바닥부, 42는 평판 형상의 금속체, 43은 액상 금속이다.

이 전자 부품 장치(1)는 열전도체(4)를 통해 전자 부품(2)과 방열체(3)가 연결되어 있다. 그리고 열전도체(4)는 오목 형상 금속체(41)와 평판 형상의 금속체(42)와 액상 금속(43)으로 구성되어 있다. 이 오목 형상 금속체(41)는 바닥부(412)와 가장자리 부위에 돌기 모양 제방부(411)를 일체 구성으로 구비하고 있다. 이 가장자리 부위의 돌기 모양 제방부(411)와 바닥부(412)는 도금 처리로 일체 형성되어 있다.

구체적으로는 열전도체(4)의 오목 형상 금속체(41)는 도금에 의해 전자 부품(2)의 상부에 형성되어 있다. 열전도체(4)의 평판 형상의 금속체(42)는 도금에 의해 방열체(3)의 하부에 형성되어 있다. 그리고 액상 금속(43)은 오목 형상 금속체(41)의 돌기 모양 제방부(411)에 둘러싸인 바닥부(412)에 충전되어 있다. 액상 금속(43)으로서는 열전도율이 높은 예를 들면 Ga계 합금을 사용할 수 있다. 그리고 오목 형상 금속체(41), 평판 형상의 금속체(42)로서는 예를 들면 상기의 액상 금속(43)과 금속체(41, 42)가 서로 고용체화가 가능하여, 고용체화 했을 때에도 열전도율이 저하하지 않는 금속은 바람직하게 원소기호 In 또는 그 합금으로부터 선출된다.

이 전자 부품 장치(1)는 회로 기판에 실장되어 가동한다. 이 전자 부품 장치(1)는 가동시에 발열한다. 이 열은 열전도체(4)를 열전달하여 방열체(3)로부터 방열된다. 따라서 전자 부품은 냉각되어 적온(適溫)으로 유지되어 안정적으로 가동한다.

도 2의 전자 부품 장치를 제조하는 도금 장치의 개략도를 참조하여 설명한다. 이 도금 장치는 욕조 내에 도금액을 채우고 애노드극(極)에 도금물, 예를 들면 In을 마련하고, 캐소드극에 피도금물을 마련할 수 있다. 그리고 애노드극과 캐소드극 사이에 소정 값의 전류를 인가할 수 있다.

도 3을 참조하여 전자 부품의 제조 방법을 설명한다.

(1) 우선 전자 부품(2)을 준비한다. 그리고 이 전자 부품(2)의 도금 처리 영역 이외를 마스크 한다. 예를 들면 레지스트 수지를 도포한다. 그 후에 전자 부품(2)을 도금 장치의 행거에 부착한다. 그리고 도금 장치의 욕조 내에 재치한다.

(2) 다음으로 산(酸) 침지(浸漬)처리(acid immersion processing)한다. 처리 조건은 구체적으로 산액은 농도가 약 10%인 황산이고, 액체의 온도는 실온이고, 예를 들면 15℃로 유지된다. 그리고 약 30초간 도금 욕조 내에서 스트로크(Stroke) 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시킨다. 그리고, 도금 처리 영역의 기름막, 오염물을 없앤 후에 물 세척하여 산액을 씻어 버린다.

(3) 계속해서 Ni 도금 처리한다. 도금 조건은 예를 들면 와트 욕(浴)(Watts bath)이 약 p.H. 4.5이고, 전류밀도가 4A/평방dm이고, 액체 온도가 약 50℃이다. 그리고 교반과 스트로크 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시키면서 하지(下地) 도금한다.그 후에 물 세척하여 도금액을 씻어 버린다.

(4) 다음으로 산 침지 처리한다. 처리 조건은 구체적으로 산액은 농도가 약10%인 다인 실버(Dainsilver)(다이와카세이 주식회사 제품의 제품명 ACC)이며, 액체 온도는 실온으로 유지된다. 그리고 약 30초간 도금 욕조 내에서 스트로크 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시킨다. 그리고, 도금 처리 영역의 기름막, 오염물을 없앤다. 그 다음에 물 세척하여 산액을 씻어 버린다.

(5) 다음으로 스트라이크(strike) In 도금 처리한다. 도금 처리 조건은 예를 들면 도금액이 DAI NIN-PL30(다이와카세이 주식회사 제품의 주성분이 되는 메탄 술폰산 인듐), 전류밀도가 약 7.5A/평방dm, 액체 온도가 약 50℃이다. 교반(攪拌)과 스트로크 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시키면서 스트라이크 도금한다.

(6) 그 후에 In 도금 처리한다. 도금 처리 조건은 예를 들면 도금액이 DAI NIN-PL30(다이와카세이 주식회사 제품의 주성분이 되는 메탄 술폰산 인듐), 전류밀도가 약 0.5A/평방dm, 액체 온도가 약 50℃에서 교반과 스트로크 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시키면서 도금한다. 이 In 도금의 두께는 약 O.1mm 이다. 따라서 전자 부품(2)의 레지스트 수지가 도포된 영역 이외에 도금이 평판 형상으로 마련된다.

(7) 다음으로 상기 도금의 평판 위에 레지스트 수지를 도포한다. 레지스트 수지를 도포하는 영역은 전자 부품의 가장자리 부위의 돌기 모양 제방부를 제외한 영역이다. 이 레지스트 수지는 신일철화학 주식회사 제품의 PDF100을 사용한다. 라미네이트(laminate) 조건은 온도가 약 80℃이고, 진공도가 약 0.3MPa이다.

(8) 그 후에 In 도금 처리한다. 처리 조건은 예를 들면 도금액이 DAININ-P L30(다이와카세이 주식회사 제품의 주성분이 되는 메탄 술폰산 인듐)이며, 전류밀도가 약0.5A/평방dm이고, 액체 온도가 약 50℃이다. 그리고 에어(air)-교반과 스트로크 약 75mm정도의 진폭으로 완만하게 요동시키면서 도금한다. 이 In 도금의 두께는 약 0.02mm 이다. 따라서 전자 부품(2)에 열전도체(4)의 오목 형상의 금속체(41)를 형성할 수 있었다. 형상은 바닥부의 두께가 약 0.1mm이고, 오목 형상 금속체(41)의 돌기 모양 제방부(411)의 내부 높이가 약 0.02mm이고, 폭이 약 5mm이다.

이러한 도금 처리에 의해 전자 부품(2)은 오목 형상 금속체(41)를 형성하기 때문에 열전도의 밀착의 정도가 좋다. 또한 이 오목 형상 금속체(41)의 가장자리 부위의 돌기 모양 제방부(411)와 바닥부(412)는 도금 처리에 의해 일체로 형성된다. 이 때문에 각 부품을 준비하지 않고 부품 수의 삭감과 제조 공정 수의 증가를 억제할 수 있다.

(9) 그 후에 상기 제조공정에서 사용된 레지스트 수지를 박리한다. 박리액을 사용하면 용이하게 행할 수 있다.

(10) 다음으로 방열체(3)에 평판 형상의 금속체(42)가 형성된다.

도 4를 참조하여 방열체의 제조 방법을 설명한다.

제조 방법은 상술한 도금 기술을 사용하여 평판 형상의 금속체(42)를 형성한다. 상술한 바와 같이 방열체(3)는 도금 처리되어 방열체(3)의 바닥부에 평판 형상의 금속체(42)를 형성된다. 이 도금 처리 때문에 방열체(3)와 금속체(42)의 열 전도의 밀착의 정도가 좋다.

(11) 다음으로 전자 부품(2)에 형성된 돌기 모양 제방부에 둘러싸인 부위에 액상 금속(43), 구체적으로는 액상의 갈륨, 원소기호 Ga을 충전한다. 충전 방법은 디스펜서(dispenser) 장치에 의해 행한다.

(12) 상기 전자 부품(2)과 상술한 방열체(3)를 합체한다. 따라서, 금속체(41, 42)와 액상 금속(43)의 쌍방이 응고하여 고용체가 된다. 고용체화는 상온에서 수십 시간 방치하면 좋다. 이 때문에 전자 부품에 열 스트레스를 주지 않는다. 액상 금속(43)은 고용체가 될 때까지의 사이에는 액상이지만, 돌기 모양 제방부(411)에 둘러싸여 있기 때문에 주위로 누설되지 않는다. 고용체가 되면 금속체(41, 42)와 액상 금속(43)이 고착되어 전자 부품 장치(1)로 된다.

그 밖의 실시예

상기 실시예에서는 액상 금속에 Ga를 사용한 예를 설명했다. 그러나, 그 밖의 액상 금속으로서 75.5%Ga-24.5%In, 62%Ga-25%In-13%Sn, 67%Ga-29%In-4%Zn, 92%Ga-8%Sn, 95%Ga-5%Zn합금을 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 실시예에서는 전자 부품(2)측에 오목 형상 금속체(41)를, 방열체(3)측에 평판 형상의 금속체(42)를 형성했다. 그러나 전자 부품 장치는 회로 기판에 여러가지 상태로 탑재된다. 이 탑재의 상태에 따라, 전자 부품(2)측에 평판 형상의 금속체(42)를 방열체(3)측에 오목 형상 금속체(41)를 형성해도 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명과 같은 전자 부품 장치는, 전자 부품과 열전도성 부재의 열전도의 밀착의 정도를 증가시키고, 또한 방열체와 열전도성 부재의 열전도의 밀착의 정도를 증가시킨다. 결과적으로 전자 부품의 방열 효과를 향상시킬 수 있다. 또한 주위의 회로 기판, 전자 부품 등의 단락 장해를 방지하고, 또한 부품 수 및 제조 공정의 수의 증가를 억제할 수 있다.

Claims

열전도 부재를 통해, 전자 부품과 방열 부재를 연결한 전자 부품 장치의 제조 방법에 있어서,

상기 전자 부품에 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 한쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고,

상기 방열 부재에 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 다른 쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고,

그 후에, 액상 금속을 상기 오목 형상 금속체의 오목부에 충전하고,

액상 금속과 평판 형상 금속체 및 오목 형상 금속체의 일부를 고용체로 한 것을 특징으로 하는 전자 부품 장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 금속체는 원소기호 In으로 이루어지고,

상기 액상 금속은 Ga, Ga-In합금, Ga-In-Sn합금, Ga-In-Zn합금, Ga-Sn합금, Ga-Zn합금 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 장치의 제조 방법.
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한 쪽에 단자면(端子面)을, 다른 쪽에 전열면(傳熱面)을 갖는 전자 부품의 상기 전열면에 열전도 부재를 통해, 전자 부품과 방열 부재를 연결한 전자 부품 장치로서,

상기 전열면에는 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 한 쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고,

상기 방열 부재에는 평판 형상 금속체 또는 오목 형상 금속체의 다른 쪽을 증착 처리 또는 도금 처리에 의해 형성하고,

상기 오목 형상 금속체의 오목부에 액상 금속을 충전하고,

상기 액상 금속과 상기 평판 형상 금속체 및 상기 오목 형상 금속체의 일부가 고용체로 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 방열 부재가 방열핀을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 부품 장치.