KR20190042676A

KR20190042676A - 방열판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190042676A
Application number: KR1020197008727A
Authority: KR
Inventors: 호시아키 테라오; 코이치 하시모토
Original assignee: 제이에프이 세이미츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-04-24
Also published as: US20200051889A1; EP3509100B1; TWI633637B; CN109690760B; WO2018043179A1; JP2019029631A; CN109690760A; EP3509100A1; EP3509100A4; TW201826467A; US11270926B2; KR102324373B1; JP6233677B1

Abstract

Cu－Mo 복합재와 Cu재의 클래드 구조를 가지는 저 열팽창률, 고 열전도율의 방열판을 제공한다. 판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층, Cu층, Cu－Mo 복합체층이 이 순서로 적층되고, 혹은 판 두께 방향에서 Cu－Mo 복합체층과 Cu층이 교대로 적층되는 것으로 3층 이상의 Cu－Mo 복합체층과 2층 이상의 Cu층으로 구성되는 것과 동시에, 양면의 최외층이 Cu－Mo 복합체층으로 이루어지는 방열판으로서, Cu－Mo 복합체층은 Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo 상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가진다. 이 클래드 구조에 의해, 저 열팽창률이면서 높은 열전도율이 얻어진다.

Description

방열판 및 그 제조 방법

본 발명은, 반도체소자 등의 발열체로부터 발생하는 열을 효율적으로 방산(放散) 시키기 위해 이용하는 방열판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

반도체소자로부터 발생하는 열을 반도체 기기로부터 효율적으로 방산시키기 위해 방열판(히트 싱크)이 이용되고 있다. 이 방열판은, 그 기능상 높은 열전도율이 요구됨과 동시에, 반도체나 세라믹 회로 기판, 금속 패키지 부재 등에 납땜이나 경납땜으로 접합되기 때문에 접합되는 부재에 가까운 열팽창률(저 열팽창률)일 것이 요구된다.

종래, 고 열전도율, 저 열팽창률의 방열판으로서 Mo－Cu 복합재가 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 일반적으로, 방열판에 이용되는 Mo－Cu 복합재는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하고, 이 압분체에 필요에 따라서 환원 소결을 수행한 후, Cu 용침(溶浸) 혹은 치밀화 처리를 수행함으로써 Mo－Cu 복합재로 하고, 이 Mo－Cu 복합재를 압연함으로써 제조된다. Mo는 Cu와는 거의 고용(固溶)하지 않으므로, 이 Mo－Cu 복합재는 Mo와 Cu의 2 상(相) 조직이 되고, 저 열팽창률인 Mo와 고 열전도율인 Cu의 특성을 살린 방열판으로 할 수 있다.

특허문헌 2에는, 상기와 같은 Mo－Cu 복합재를 베이스로 한 방열판으로서 특정의 압연 공정을 거쳐 얻어진 Mo－Cu 복합재의 양면에 Cu판을 압착한 것이 나타나 있고, 이 방열판은 ［Cu/Mo/Cu］ 클래드(cladding)재 보다도 높은 열전도율을 가지며, 프레스 펀칭성에도 우수하다.

또한, Mo－Cu 복합재는 압연함에 따라 열팽창률이 저하되는 것이 정성적으로 알려져 있고, 이 때문에 상기와 같이 압연 공정을 거쳐 제조된다. 종래, Mo 입자는 딱딱하고 1차 입자가 작기 때문에 압연으로 변형되기 어려운 것으로 생각되며, 이 때문에 Mo－Cu 복합재의 압연은, 200 ~ 400℃ 정도의 온간 압연에서 실시되고 있다(특허문헌 1). 또한, 특허문헌 2에는 1차 압연으로 온간 압연을 실시하고, 2차 압연으로 냉간 압연을 실시하는 제조 방법이 나타나 있지만, 이 제조 방법에서도 Mo 입자는 변형되기 어렵다는 전제로, 온간 압연(1차 압연)을 필수의 공정으로 하고 있다.

최근, 반도체의 고출력화에 의해 방열판의 방열성이 보다 중요해지고 있다. 한편, 반도체 모듈의 소형화로의 니즈도 높고, 방열판도 보다 작은 면적으로부터의 방열이 요구되고 있다. 그 때문에, 판면 방향에서의 방열보다, 두께 방향에서의 방열성이 보다 중요해지고 있다.

일본 특허공개공보 특개평 11－307701호 일본 특허공개공보 특개 2001－358266호

그러나, 본 발명자가 검토한 바에 따르면, 특허문헌 2와 같은 Mo－Cu 복합재와 Cu재의 클래드 구조에서는 두께 방향에서의 열전도율의 향상은 충분하지 않고, 두께 방향에서의 보다 높은 열전도율이 얻어지는 최적의 클래드 구조가 있다는 것을 알 수 있다

따라서 본 발명의 목적은, Mo－Cu 복합재와 Cu재의 클래드 구조를 가지는 저 열팽창률, 고 열전도율의 방열판을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 그러한 뛰어난 열 특성을 가지는 방열판을 안정하면서 동시에 저비용으로 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

특허문헌 2에 기재된 방열판의 클래드 구조는 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조이지만, 본 발명자가 검토한 바에 따르면, (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조로 하는 편이 동일한 정도의 저 열팽창률이면서, 보다 높은 열전도율이 얻어지는 것을 알 수 있다. 구체적으로는, (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조에서는 같은 Cu비율로 압하율(壓下率)이 같더라도, Cu/(Cu－Mo)/Cu구조에 비해 판 두께 방향의 열전도율이 10 W/m·K 이상 높아지고, 조건에 따라서는 더 높아지는 것을 알 수 있다. 또한, 그러한 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조의 클래드재를 제조할 때, 재료를 고 압하율(총 압하율)로 냉간 압연함으로써, 열팽창률이 보다 효과적으로 저하되는 것을 알 수 있다. 게다가, 그러한 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조의 클래드재에서, 특히 Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량을 최적화함으로써 고 열전도율과 저 열팽창률을 고도로 만족하게 되는 것을 알 수 있다.

본 발명은, 이상과 같은 지견(知見)에 기인하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 하는 것이다.

［1］ 판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층, Cu층, Cu－Mo 복합체층이 이 순서로 적층된 방열판으로서,

Cu－Mo 복합체층은 Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 것을 특징으로 하는, 방열판.

［2］ 판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층과 Cu층이 교대로 적층하여 3층 이상의 Cu－Mo 복합체층과 2층 이상의 Cu층으로 구성되는 것과 동시에, 양면의 최외층이 Cu－Mo 복합체층으로 이루어지는 방열판으로서,

［3］ 상기 ［1］ 또는 ［2］의 방열판에 있어서, Cu－Mo 복합체층은 Cu함유량이 10 ~ 50질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판.

［4］ 상기 ［1］ 또는 ［2］의 방열판에 있어서, Cu－Mo 복합체층은 Cu함유량이 20 ~ 30질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판.

［5］ 상기 ［1］~［4］의 어느 하나의 방열판에 있어서, 판 두께 방향의 열전도율이 200 W/m·K 이상, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 10.0ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는, 방열판.

［6］ 상기 ［1］~［4］의 어느 하나의 방열판에 있어서, 판 두께 방향의 열전도율이 250 W/m·K 이상, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 8.0ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는, 방열판.

［7］ 상기 ［1］~［6］의 어느 하나의 방열판에 있어서, 적층된 Cu－Mo 복합체층과 Cu층으로 이루어지는 방열판 본체의 한 면 또는 양면에, 판 두께 방향의 열전도율이 방열판 본체 보다도 10 W/m·K 이상 낮아지지 않게 되는 막 두께의 도금 피막이 형성된 것을 특징으로 하는, 방열판.

［8］ 상기 ［1］~［6］의 어느 하나의 방열판의 제조 방법으로서,

Cu 매트릭스 중에 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 Cu－Mo 복합재(a)와 Cu재(b)를 적층시키고, 상기 적층체를 확산 접합시킨 후, 냉간 압연(x)을 실시하여, Cu－Mo 복합재(a)에 의한 Cu－Mo 복합체층과 Cu재(b)에 의한 Cu층이 적층된 방열판을 얻는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［9］ 상기 ［8］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정 및 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는 방열판의 제조 방법.

［10］ 상기 ［8］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정 및 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는 방열판의 제조 방법.

［11］ 상기 ［8］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 및 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［12］ 상기 ［8］~［11］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)의 압하율이 70 ~ 99%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［13］ 상기 ［12］의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)의 압하율이 90 ~ 96%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［14］ 상기 ［8］~［13］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)을 크로스 압연으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［15］ 상기 ［8］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정, 및 상기 치밀화 처리된 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［16］ 상기 ［8］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정, 및 상기 Cu를 함침시킨 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［17］ 상기 ［15］ 또는 ［16］의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 70 ~ 99%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［18］ 상기 ［17］의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 90 ~ 96%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［19］ 상기 ［15］~［18］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 압연(y)을 크로스 압연으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［20］ 상기 ［15］~［19］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 압연(y)에서 Cu－Mo 복합재(a)를 일방향 압연하였을 경우, 냉간 압연(x)에서는, Cu－Mo 복합재를 압연(y)의 압연 방향과 직교하는 방향으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［21］ 상기 ［8］~［20］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는 Cu함유량이 10 ~ 50질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［22］ 상기［8］~［20］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)는 Cu함유량이 20 ~ 30질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［23］ 상기［21］의 제조 방법에 있어서, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 20 mass% 미만이며, 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 70% 이상인 제조 방법(단, Cu－Mo 복합재(a)의 압연(y)을 실시하지 않는 제조 방법을 포함함.)으로서, 하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

(1) 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시한다.

(2) 압연(y)을 온간 압연으로 실시한다.

［24］ 상기 ［22］의 제조 방법에 있어서, 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 96% 이상인 제조 방법(단, Cu－Mo 복합재(a)의 압연(y)을 실시하지 않는 제조 방법을 포함함.)으로서,

하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

(1) 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시한다.

(2) 압연(y)을 온간 압연으로 실시한다.

［25］ 상기 ［8］~［24］의 어느 하나의 제조 방법에 있어서, 적층된 Cu－Mo 복합체층과 Cu층으로 이루어지는 방열판 본체의 한 면 또는 양면에, 판 두께 방향에서의 열전도율이 방열판 본체 보다 10 W/m·K 이상 낮아지지 않게 되는 막 두께 도금 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.

［26］ 상기 ［1］~［7］의 어느 하나에 기재된 방열판을 구비한 것을 특징으로 하는, 반도체 패키지.

［27］ 상기 ［26］에 기재된 반도체 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는, 반도체 모듈.

본 발명의 방열판은, 저 열팽창률, 고 열전도율이 뛰어난 열 특성을 가진다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 그와 같이 뛰어난 열 특성을 가지는 방열판을 안정하면서 저비용으로 제조할 수 있다.

［도 1］ 3층 클래드 구조를 가지는 본 발명의 방열판의 판 두께 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
［도 2］ 5층 클래드 구조를 가지는 본 발명의 방열판의 판 두께 단면을 모식적으로 나타내는 설명도
［도 3］ 실시예의 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프
［도 4］ 실시예의 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프
［도 5］ 실시예의 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프
［도 6］ 실시예의 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프
［도 7］ 실시예의 방열판으로서, 제조시에서의 냉간 압연의 압하율이 다른 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프
［도 8］ 실시예의 방열판으로서, 제조시에서의 냉간 압연의 압하율이 다른 방열판의 열 특성(판 두께 방향의 열전도율, 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률)을 나타내는 그래프

본 발명의 방열판 중 3층 클래드 구조인 것은, 판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층, Cu층, Cu－Mo 복합체층이 이 순서로 적층된 방열판이며, Cu－Mo 복합체층은, Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가진다. 도 1은, 이 3층 클래드 구조를 가지는 본 발명의 방열판의 판 두께 단면을 모식적으로 나타내고 있다.

본 발명의 방열판의 Cu－Mo 복합체층과 Cu층은, 적층시킨 Cu－Mo 복합재와 Cu재를 확산 접합시킴으로써 구성되는 것이고, 양 층간에는 확산 접합부를 가지나, 양 부재의 Cu끼리 (Cu－Mo 복합재의 Cu와 Cu재)가 확산 접합된 것이므로, 건전한 확산 접합부를 얻을 수 있다. 예를 들면, Mo(Mo재)와 Cu(Cu재)를 클래드하는 경우를 생각하면, Mo와 Cu는 합금화하지 않기 때문에, 양 부재의 접합은 확산 접합이 아닌 기계적 접합이 되지만, 이러한 접합에서는 접합 계면에 산화막이나 미세한 공극이 잔존하기 쉽고, 이들을 기점으로서 균열 등이 발생하기 쉽다. 이에 대해, 본 발명과 같이 양 부재의 Cu끼리(Cu－Mo 복합재의 Cu와 Cu재)가 확산 접합함으로써, 접합 계면에 산화막이나 미세한 공극이 잔존하지 않고, 건전한 접합부를 얻을 수 있다.

본 발명의 방열판은 5층 이상의 클래드 구조로 하여도 좋고, 이 클래드 구조의 것은 판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층과 Cu층이 교대로 적층하여 3층 이상의 Cu－Mo 복합체층과 2층 이상의 Cu층으로 구성되는 동시에, 양면의 최외층이 Cu－Mo 복합체층으로 이루어지는 방열판이며, Cu－Mo 복합체층은 Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가진다. 도 2는 5층 클래드 구조를 가지는 본 발명의 방열판의 판 두께 단면을 모식적으로 나타내고 있다.

이상과 같은 양면의 최외층이 Cu－Mo 복합체층으로 이루어지는 본 발명의 방열판(예를 들면 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조의 방열판)은 특허문헌 2에 나타나는 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조의 방열판에 비하여 높은 열전도율을 가지지만, 이것은, 이하와 같은 작용 효과의 차이에 의한 것이라 생각된다. 즉, 특허문헌 2에 나타나는 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조인 경우에는 열전도율이 외층(Cu층)＞내층(Cu－Mo 복합체층)이기 때문에 외층내층 간의 계면의 열저항이 높고, 외층(Cu층)으로 들어간 열이 외층내층 간의 계면에서 반사·산란하여 열류가 흐트러지기 때문에, 열이 내층(Cu－Mo 복합체층) 측에 잘 전해지지 않고, 그 만큼 판 두께 방향의 열전도율은 낮아지는 것이라 생각된다. 이것에 대해 본 발명의 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo) 구조인 경우에는, 열전도율이 외층(Cu－Mo 복합체층)＜내층(Cu층)이기 때문에 외층내층 간의 계면의 열저항이 거의 없고, 외층(Cu－Mo 복합체층)으로 들어간 열이 그대로 내층(Cu층) 측에 전해지므로, 판 두께 방향에서의 높은 열전도율을 얻을 수 있는 것이라 생각된다.

클래드 구조에서의 적층수는 특별히 제한이 없고, 적층수가 많은 쪽이 열팽창률이 낮아지며, 또한, 프레스 가공성도 좋아지므로 프레스 가공에는 유리하게 된다. 단, 적층수가 증가하면 두께 방향의 열전도율이 약간 저하 경향이 되기 때문에, 전체 적층수로 11층 정도가 사실상의 상한이 된다.

Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량은 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는 10 ~ 50질량% 정도가 적당하다. 후술하는 바와 같이, Cu함유량이 비교적 많은 편(예를 들면, 40질량% 이상)이 고 압하율로 냉간 압연하는 경우에 냉간 압연성이 향상하고, 고 압하율로 냉간 압연함에 따른 열팽창률의 저하 효과를 얻기 쉽다. 한편, Cu층의 열팽창을 구속하는 효과(Cu층을 양측에서 끼고 물리적으로 구속하는 효과)를 높이는 점에서는 압연의 압하율 뿐만 아니라, Mo함유량이 많은 편이 바람직하지만, 열전도율이 트레이드 오프의 관계에 있고, 또한, Mo함유량이 너무 많으면 냉간 압연이 어려워진다. 이 때문에, 주로 냉간 압연성 등의 가공성의 관점에서는 Cu함유량은 30 ~ 45질량% 정도가 바람직하다고 할 수 있다. 이것에 대해, 방열판의 열 특성의 관점에서는, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량은 15 ~ 30질량% 정도가 적합하고, 고 열전도율과 저 열팽창률을 고도로 만족하는 뛰어난 열 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이 때문에 방열판의 열 특성의 관점에서는 Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량은 15 ~ 30질량% 정도로 하는 것이 바람직하다. 한편, 후술하는 바와 같이, Cu－Mo 복합체층(Cu－Mo 복합재)의 Cu함유량이 20질량% 미만에서는 냉간 압연성에 문제를 일으킬 가능성도 있으므로, 방열판의 열 특성과 냉간 압연성의 관점에서는 Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량은 20 ~ 30질량% 정도로 하는 것이 보다 바람직하다.

도 3 및 도 4는 후술하는 실시예의 방열판의 일부에 있어서, 그들의 열 특성을 정리해 나타낸 것으로, 도 3은 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을, 도 4는 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을, 각각 나타내고 있다. 여기서, 판면 내 열팽창률은 압봉식(押棒式) 변위 검출법으로 측정된 것이며, 50℃－800℃와 50℃－400℃에서의 각 신장량의 차이를 온도 차이로 나누고, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률과 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을 구했다. 또한, 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)은 플래시법으로 측정했다. 이 열 특성의 측정·산출 방법은 후술하는 도 5 ~ 도 8의 열 특성에서도 마찬가지이다.

도 3 및 도 4에는 Cu－Mo 복합재 단체(單體)로 이루어지는 방열판(비교예), 특허문헌 2의 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조의 3층 클래드재로 이루어지는 방열판(비교예), 본 발명의 3층 ~ 7층 클래드재로 이루어지는 방열판(발명예)에 대해서, 그들의 열 특성이 나타나 있다. 도면 중, 동그라미로 둘러싸고 화살표로 연결한 것이 거의 동등한 밀도를 가지는 방열판이다. 이것에 의하면, 거의 동등한 밀도를 가지는 방열판의 열 특성을 비교한 경우, 특허문헌 2의 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조의 방열판은 Cu－Mo 복합재 단체(單體)의 방열판에 비하여 판 두께 방향의 열전도율이 약간 낮지만, 판면 내 열팽창률이 크게 저하되고 있다. 그리고, 이 Cu/(Cu－Mo)/Cu구조의 방열판의 열 특성에 대해 본 발명의 방열판은, 판면 내 열팽창률은 거의 동등하면서 판 두께 방향의 열전도율이 큰 폭으로 높아(이 예에서는 약 50 ~ 70 W/m·K 정도 높다)지고 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 방열판에 대해서, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이 열 특성에 미치는 영향을 나타낸 것으로, 후술하는 실시예의 방열판(본 발명예의 3층 클래드재)의 일부에 있어서 그들의 열 특성을 정리해 나타낸 것이다. 도 5는 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을, 도 6은 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을, 각각 나타내고 있다. 또한, 도 5 및 도 6에는 Cu－Mo 복합체의 Cu함유량이 본 발명예의 방열판과 거의 동등한 Cu－Mo 복합체 단체(單體)로 이루어지는 방열판(비교예)의 열 특성도 나타나 있고, 도면 중, 실선의 화살표로 연결한 것이 Cu－Mo 복합체의 Cu함유량이 거의 동등한 「Cu－Mo 복합체 단체로 이루어지는 방열판」과 「본 발명예의 방열판」이다.

도 5 및 도 6에 의하면, 본 발명예의 방열판은 Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이 15 ~ 45 mass%인 범위에서 Cu함유량이 낮을 수록(Mo함유량이 높을 수록) 판 두께 방향의 열전도율이 높고, 한편 판면 내 평균 열팽창률은 낮아지고 있다. 또, 후술하는 바와 같이 Cu－Mo 복합체층(Cu－Mo 복합재)의 Cu함유량이 20 mass% 미만이 되면 냉간 압연성이 저하하므로, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이 15 mass%인 것은 온간 압연으로 제조한 것이다. 또한, 본 발명예의 방열판의 판 두께 방향의 열전도율은 Cu－Mo 복합체의 Cu함유량이 거의 동등한 Cu－Mo 복합체 단체(單體)로 이루어지는 방열판(비교예)에 비하여 꽤 높지만, 그 정도는 Cu－Mo 복합체의 Cu함유량이 비교적 낮은 경우(15 mass%, 25 mass%)에 특히 현저하다. 이 도 5 및 도 6의 결과로부터, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이 15 ~ 30질량%(냉간 압연성을 더 고려하면 20 ~ 30질량%)인 경우에 특히 뛰어난 열 특성을 얻을 수 있는 것이라 생각된다.

Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 각 두께, Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 층 두께비, 방열판의 판 두께 등도 특별히 제한은 없지만, 5층 이상(특히 7층 이상)의 다층의 클래드재인 경우에는, Cu－Mo 복합체층에 의한 Cu층의 구속력을 강화하기 위해 복수의 Cu층의 두께는 같은 것이 바람직하다. 또한, 5층 이상의 다층의 경우에는 열 특성을 확보함과 동시에, 압연 시나 실용 시에 휨이나 비뚤어짐 등이 발생하지 않도록, 두께 방향 중앙의 Cu－Mo 복합체층을 중심으로 두께 방향에서 대칭형의 구조(Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 두께가 대칭형의 구조)가 바람직하다. 또한, 방열판의 판 두께는 1 mm 전후의 경우가 많지만, 특별히 제한은 없다.

Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 층 두께비에서는, Cu－Mo 복합체층에 대해 Cu층의 층 두께비가 크면, Cu－Mo 복합체층에 의한 Cu층의 구속이 약해지므로 열팽창률이 높아지고, 한편, Cu층의 층 두께비가 작으면 열전도율이 낮아진다. 따라서, 얻고자 하는 열 특성에 따라 Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 층 두께비를 적절히 선택하면 되지만, 저온(예를 들면 200℃, 400℃)에서의 열팽창률을 낮게 한다는 관점에서는 Cu－Mo 복합체층에 대해 Cu층을 너무 두껍게 하지 않는 것이 좋다.

또한, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이나 Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 층 두께 비는 방열판의 밀도에 연결되기 때문에, 이 밀도는 9.25 ~ 9.55g/cm³ 정도인 것이 바람직하고, 9.30 ~ 9.45g/cm³ 정도인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 방열판은, 사전에 제작된 Cu－Mo 복합재와 Cu재를 확산 접합한 후, 압연함으로써 제조되고, 또한, Cu－Mo 복합재의 제조 공정에서도 압연이 수행되고 있으므로 전체가 압연 조직이며, 또한, Cu－Mo 복합체층의 Cu 매트릭스 중에 분산하는 Mo상은 편평하게 연신된 형태를 가져, 통상, 판 두께 단면 조직 중에서의 Mo상의 어스펙트 비(압연 방향에서의 어스펙트 비)는 2 초과가 된다. 또한, 이와 같이 압연(특히 냉간 압연)에 의해서 Mo상이 편평하게 됨으로써 열팽창률이 저하하므로, 어스펙트 비(압연 방향에서의 어스펙트 비)는 3이상이 보다 바람직하다.

여기서, 어스펙트 비란, 압연 방향에서 판 두께 단면 조직 중에서의 Mo상의 장축/단축(길이비)이며, 본 발명에서는, 압연 방향에서의 판 두께 단면 조직(이온 밀링(ion milling) 마무리한 판 두께 단면 조직)을 SEM등으로 관찰하고, 임의의 1시야에 포함되는 각 Mo상의 장축/단축을 구하여 그들의 평균치를 가지고 「판 두께 단면 조직 중에서의 Mo상의 어스펙트 비」로 한다. 또한, Cu－Mo 복합체층이 판면 내에서 직교하는 방향(X축 방향, Y축 방향)으로의 압연 공정을 거치고 있는 경우에는, 양 압연 방향에서의 어스펙트 비가 상기 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

또, Cu－Mo 복합체층의 Cu 매트릭스 중에 분산하는 Mo상은 Cu－Mo 복합체층의 Mo함유량이나 압연의 형태(일방향 압연, 크로스 압연) 등에 의해 편평하게 연신된 형태가 다르며, 예를 들면, Cu－Mo 복합체층의 Mo함유량이 비교적 적은 경우에는, 편평하게 연신된 Mo상은, 각자 독립된 섬 형상에 가까운 형태를 가지지만, Mo함유량이 많아지면 편평하게 연신된 Mo상끼리 연결되어 이러한 Mo상과 Cu 매트릭스가 혼재된 호상(縞狀) 내지 대리석상과 같은 형태(압연 조직)가 된다. 따라서, 후자의 경우에는, 어스펙트 비는 분명하게 2 초과가 되지만, 구체적으로 정량화할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 방열판이 주로 적용되는 반도체 패키지는 반도체가 작동과 휴지를 반복함에 따라 상온(한랭지의 경우에는 -50℃ 정도인 경우도 있다)에서 반도체 작동시의 200℃ 정도 까지의 승온을 반복한다. 이 때문에 방열판은 열피로(熱疲勞) 대응을 위해서 열팽창률이 낮은 것이 필요하다. 또한, 경납땜 접합을 실시하는 용도에서는 800℃ 정도, 납땜 접합을 실시하는 용도에서는 400℃ 정도까지의 열팽창률이 낮은 것이 중요하다. 한편, 방열판은 높은 방열성을 얻기 위해서 높은 열전도율, 특히 판 두께 방향으로의 높은 열전도율을 가지는 것이 필요하다.

본 발명의 방열판은, 고 열전도율과 저 열팽창률을 겸비한 뛰어난 열 특성을 가지는 것이지만, 구체적으로는 판 두께 방향에서의 열전도율(실온에서의 열전도율)이 200 W/m·K 이상인 것이 바람직하고, 250 W/m·K 이상인 것이 보다 바람직하고, 260 W/m·K 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 10.0ppm/K 이하인 것이 바람직하고, 8.0ppm/K 이하인 것이 보다 바람직하고, 7.5ppm/K 이하인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 방열판이 주로 적용되는 반도체 패키지에서는, 방열판은 알루미나 기판 등과 같은 세라믹과 접합되지만, 종래의 Si 반도체 패키지에서는 220 W/m·K 정도의 방열판이 사용되어 왔다. 이것에 대해 본 발명의 방열판은 SiC 반도체나 GaN 반도체 등의 고출력 반도체에 대응하기 위해, 판 두께 방향에서의 열전도율(실온에서의 열전도율)이 260 W/m· 이상, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 7.5ppm/K 이하인 열 특성을 가지는 것이 특히 바람직하다. 특히, Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량을 20 ~ 30질량%로 했을 경우에는, 그와 같이 특히 뛰어난 열 특성을 용이하게 얻을 수 있다.

본 발명의 방열판은, 방식(防食) 목적이나 다른 부재와의 접합(경납땜 접합(brazing)이나 땜납 접합)을 위해서, 그 표면에 Ni도금 등의 도금을 처리해도 좋다. 이 경우, 도금 피막은 방열판의 열 특성에 크게 영향을 주지 않는 정도의 두께로 형성된다. 도금의 종류에 특별한 제한은 없고, 예를 들면, Ni도금, Cu도금, Au도금, Ag도금 등을 적용할 수 있고, 이들 중에서 선택되는 도금을 단독으로 혹은 2층 이상을 조합하여 처리할 수 있다. 도금 피막은 방열판의 한 면(최외층인 양 Cu－Mo 복합체층 중 한쪽의 표면)에만 마련해도 좋고, 방열판의 양면에 마련해도 좋다. 또한, 방열판 표면에 Ni도금 등의 도금을 처리할 때 도금성의 개선을 위해서, 방열판 표면(최외층인 Cu－Mo 복합체층의 표면)에 열 특성에 영향을 주지 않는 정도의 두께(예를 들면 수 μm 정도의 두께)의 Cu막(도금 피막 등)을 형성해도 좋다.

도금 피막은, Cu－Mo 복합체층과 Cu층으로 이루어지는 방열판 본체의 열 특성에 큰 영향을 주지 않는 막 두께로 형성할 필요가 있다. 구체적으로는, 일반적으로 도금 피막이 두꺼워지면 판 두께 방향에서의 열전도율이 저하하므로, 도금 피막은 판 두께 방향에서의 열전도율이 방열판 본체(도금 피막을 가지지 않는 해당 방열판)의 것보다 10 W/m·K 이상 낮아지지 않는 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 예를 들면 도금 피막이 Cu도금 피막의 경우, 일반적으로는 20μm이하의 두께로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 이상 기술한 본 발명의 방열판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 방열판의 제조 방법의 일 실시 형태로는, Cu 매트릭스 중에 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 Cu－Mo 복합재(a)와 Cu재(b)를 적층시키고, 이 적층체를 확산 접합한 후 냉간 압연(x)을 실시함으로써, Cu－Mo 복합재(a)에 의한 Cu－Mo 복합체층과 Cu재(b)에 의한 Cu층이 적층된 방열판을 얻는다. 여기서, Cu－Mo 복합재(a)는 미리 제작된 것이지만, 이 Cu－Mo 복합재(a)는 압연을 실시하지 않는 방법(예를 들면, 후술하는 (i) ~ (iii) 방법)으로 제작한 것이어도 좋고, 압연(y)을 실시하는 방법(예를 들면, 후술하는 (iv), (ｖ) 방법)으로 제작한 것 이어도 좋다.

또한, 본 발명의 방열판의 제조 방법의 다른 실시 형태로는, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 비교적 낮은 경우에, 냉간 압연에 의한 귀 균열(edge crack) 등을 방지하기 위해 하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시한다. 또, 이 제조 방법에 대해서는 후에 상술한다.

(1) 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시한다.

(2) 압연(y)을 온간 압연으로 실시한다.

Cu－Mo 복합재(a)와 Cu재(b)의 두께는 제조하려는 방열판의 Cu－Mo 복합체층과 Cu층의 두께에 따라 선택되고, 따라서, Cu층의 두께에 따라서는 Cu재(b) 로서 Cu박을 이용해도 좋다.

또, Cu－Mo 복합재(a)를 적층한 복수매의 얇은 Cu－Mo 복합재로 구성해도 좋고, Cu재(b)를 적층한 복수매의 얇은 Cu재로 구성해도 좋다. 따라서, 그 경우에는 (1) 복수매의 Cu－Mo 복합재로 이루어지는 Cu－Mo 복합재(a)와 단체(單體)의 Cu재(b)를 적층시키는 것, (2) 단체(單體)의 Cu－Mo 복합재(a)와 복수매의 Cu재로 이루어지는 Cu재(b)를 적층시키는 것, (3) 복수매의 Cu－Mo 복합재로 이루어지는 Cu－Mo 복합재(a)와 복수매의 Cu재로 이루어지는 Cu재(b)를 적층시키는 것 중 어느 하나에 의한 적층체로 하여, 이 적층체를 확산 접합한다.

적층체의 확산 접합을 실시하는 방법으로 특별히 제한은 없지만, 방전 플라즈마 소결(SPS), 핫 프레스에 의한 확산 접합이 바람직하다.

Cu－Mo 복합재(a)는, 하기와 같은 것을 이용할 수 있다. 또한, Cu재(b)로서는, 통상 순Cu판(순Cu박을 포함한다)을 이용한다.

앞서 기술한 바와 같이, Cu－Mo 복합재는 압연함으로써 열팽창률이 저하되는 것이 정성적으로 알려져 있어 종래 기술에서도 Cu－Mo 복합재의 압연을 하고 있지만, Mo 입자는 딱딱하고 1차 입자가 작기 때문에 압연으로 변형되기 어렵다고 생각되고, 이 때문에 Cu－Mo 복합재의 압연은 오로지 200 ~ 400℃ 정도의 온간 압연으로 실시되고 있다. 또한, 65 mass% Mo－35mass% Cu 복합재에 대해서 2차 압연으로 냉간 압연을 실시하는 방법도 제안되고 있지만, 일차 압연에서는 온간 압연을 실시하고 있다.

그러나, 이상과 같은 종래의 인식과 이것에 근거하는 제조 방법에 대해, Cu－Mo 복합재(특히 Cu함유량이 그만큼 낮지 않은 Cu－Mo 복합재)의 압연을 온간 압연으로 실시하면, Mo 입자의 변형이 적절히 진행되지 않기 때문에 열팽창률을 저하시키는 효과가 부족한 것, 이것에 대해 압연을 냉간 압연으로 실시하면, Mo 입자의 변형이 적절히 진행되어 열팽창률이 효과적으로 저하하는 것을 알 수 있다. 또한, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 비교적 낮은(예를 들면 20질량% 미만) 경우는, 냉간 압연을 실시하면 압하율에 따라서는 귀 균열 등을 일으킬 우려가 있기 때문에 일부 또는 전부의 압연을 온간 압연으로 하는 편이 좋은 경우가 있지만, Cu함유량이 20질량% 이상(특히 25질량% 이상)에서, 한편 압하율이 극단적으로 높지 않은 경우는, Cu－Mo 복합재의 압연을 냉간 압연만으로 실시해도 큰 귀 균열이 생기지도 않고, 양호한 압연 판이 얻어지는 것을 알 수 있다. 이와 같이 온간 압연과 냉간 압연으로 Mo 입자의 소성 변형 형태가 크게 다른 것은, 다음과 같은 이유에 의한 것이라고 생각된다.

Cu－Mo 복합재를 압연했을 경우, Mo와 Cu의 항복 응력의 차이로부터 압연 초기에는 Mo 입자는 변형하기 보다도 Cu 매트릭스 내에서의 상대 위치를 변화시키고, 압연이 진행되면서 판 두께 방향으로 Mo 입자끼리 접촉하여 변형을 일으키는 경향이 있다. 냉간 압연에서는, Cu의 가공 경화가 발생하기 때문에, 압연의 진행에 수반하여 Mo 입자를 Cu상에 의해 변형시킬 수 있게 되고, 이 때문에 Mo 입자의 변형이 적절히 진행되는 것이라 생각된다. 이것에 대해, 온간 압연에서는 Mo 입자의 Cu 매트릭스 내에서의 상대 위치 변화가 보다 용이하게 되고, Cu의 가공 경화도 생기기 어렵기 때문에 냉간 압연에 비하여 Mo 입자를 Cu상에 의해 변형시키는 작용이 충분히 얻어지지 못하고, 이 때문에 Mo 입자의 변형이 적절히 진행되지 않는 것이라 생각된다.

이러한 Cu－Mo 복합재에서의 Mo 입자의 소성 변형 형태의 차이는, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 많아질수록 현저하게 된다. 이것은, 온간 압연에서는 Cu의 가공 경화를 이용할 수 없을 뿐만 아니라, Cu가 많은 만큼 Mo 입자가 Cu 매트릭스 내에서 상대 위치를 변화시키기 쉬워지는 것에 비해, 냉간 압연에서는 Cu가 많은 만큼 Cu의 가공 경화의 영향을 보다 많이 받기 때문인 것으로 생각된다. Cu는 열전도율이 높지만 열팽창률도 높기 때문에, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 많아지면 열팽창률의 면에서 문제를 일으키기 쉽지만, 소정의 고 압하율로 냉간 압연을 실시함으로써, Cu－Mo 복합재의 열팽창률을 효과적으로 저하시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 압연의 일부에 온간 압연을 도입해 냉간 압연과 온간 압연을 병용하는 경우에서도 그 냉간 압연에 의해 열팽창률의 저하 효과를 기대할 수 있다.

또한, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 비교적 적은 경우(예를 들면, Cu함유량 30% 질량 이하)에서도, 그 정도는 상대적으로 작아지지만 상기와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 한편, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 비교적 적은 경우에는 상술한 것처럼 Mo에 의한 구속이 강화되므로, 이러한 면으로부터의 열팽창률의 저하 효과를 기대할 수 있다.

Cu－Mo 복합재(a)는 사전에 제작되는 것이지만, Cu－Mo 복합재(a)로서는 예를 들면, 하기 (i) ~ (iii)의 중 어느 하나의 방법으로 얻어진 것을 이용할 수 있다.

(i) Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정과, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정을 거쳐 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)

(ii) Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정과, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정과 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정을 거쳐 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)

(iii) Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정과, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정과, 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정을 거쳐 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)

이상의 (i) ~ (iii)의 중 어느 하나의 방법으로 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)는 냉간 압연이 실시되지 않기 때문에, 클래드재의 냉간 압연(x)에서는 압하율 70 ~ 99%, 보다 바람직하게는 80 ~ 99%, 특히 바람직하게는 90 ~ 96%로 압연하는 것이 바람직하다. 이 압하율은 Cu－Mo 복합재(a)의 압하율이기도 하다. 이와 같이 고 압하율로 냉간 압연함으로써 열팽창률을 저하시키는 효과가 얻어지고, 또한, 압하율이 과잉으로 높으면 열전도율이 저하하는 경향이 있기 때문에, 압하율의 상한을 99%, 바람직하게는 96%으로 함으로써 열전도율의 저하를 억제하면서 열팽창률을 효과적으로 저하시킬 수 있다. 냉간 압연(x)은 복수 패스로 실시된다.

냉간 압연(x)은 일방향 압연으로 해도 좋지만, 판면 내에서 직교하는 2방향(X축 방향, Y축 방향) 사이의 열팽창률의 차이를 작게 하여 면내 이방성을 줄이기 위해, 직교하는 2방향으로 압연을 실시하는 크로스 압연을 실시해도 좋다. 여기서, 직교하는 2방향으로의 압연은 다른 압하율로 해도 좋지만, X축 방향과 Y축 방향에서 열팽창률 차가 없는 균일한 열 특성을 가지는 압연 판을 얻고자 하는 경우에는 같은 압하율로 압연하는 것이 바람직하다.

또한, Cu－Mo 복합재(a)으로서는 하기 (iv) 또는 (v) 방법으로 얻어진 것을 이용해도 좋다.

(iv) Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정과, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정과, 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정과, 상기 치밀화 처리된 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)

(v) Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정과, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정과, 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정과, 상기 Cu를 함침시킨 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)

압연(y)은 냉간 압연으로 실시할 수 있다. Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 40질량% 미만(특히 30질량% 이하)인 경우도 압연(y)을 냉간 압연으로 실시할 수 있지만, 경우에 따라서는 온간 압연으로 하여도 좋다. 또한, 압연(y)은 일방향 압연으로 해도 좋지만, 판면 내에서 직교하는 2방향(X축 방향, Y축 방향) 사이의 열팽창률의 차이를 작게 하여 면내 이방성을 줄이기 위해, 직교하는 2방향으로 압연을 실시하는 크로스 압연을 실시해도 좋다. 여기서, 직교하는 2방향으로의 압연은, 다른 압하율로 해도 좋지만, X축 방향과 Y축 방향으로 열팽창률 차가 없는 균일한 열 특성을 가지는 Cu－Mo 복합재(a)를 얻고자 하는 경우에는 같은 압하율로 압연하는 것이 바람직하다,

이상의 (iv) 또는 (v) 방법으로 얻어진 Cu－Mo 복합재(a)는 압연(y)이 실시되고 있기 때문에, 클래드재의 냉간 압연(x)에서는 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 70 ~ 99%, 보다 바람직하게는 80 ~ 99%, 특히 바람직하게는 90 ~ 96%가 되는 압하율로 압연하는 것이 바람직하다. 그 이유는 상기와 같다. 또한, 상술한 크로스 압연과 마찬가지의 이유로, 압연(y)으로 Cu－Mo 복합재(a)를 일방향 압연했을 경우에는, 냉간 압연(x)에서는 Cu－Mo 복합재를 압연(y)의 압연 방향과 직교하는 방향으로 압연하여도 좋다.

도 7 및 도 8은 후술하는 실시예의 방열판으로서, 제조시에서의 냉간 압연의 압하율이 다른 방열판에 대해서 그들의 열 특성을 정리해 나타낸 것으로, 도 7은 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을, 도 8은 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)과 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을 각각 나타내고 있다. 여기서, 냉간 압연의 압하율(70 ~ 98%)은, Cu－Mo 복합재 단체(單體)에서의 압하율과 클래드재 압연 시의 Cu－Mo 복합재의 압하율을 합한 총 압하율이다.

또한, 본 발명의 방열판의 제조에서, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 비교적 낮은 경우에는 재료의 총 압하율에도 의하지만 냉간 압연에 의한 귀 균열 등을 방지하기 위해 온간 압연을 도입한 제조 방법(단, Cu－Mo 복합재(a)의 압연(y)을 실시하지 않는 제조 방법을 포함한다.)으로 하는 것이 바람직하고, 이 제조 방법에서는 예를 들면, 다음과 같은 조건으로 온간 압연을 실시하는 것이 바람직하다.

즉, 재료의 총 압하율(Cu－Mo 복합재 단체(單體)에서의 압하율과 클래드재 압연 시의 Cu－Mo 복합재의 압하율을 합한 총 압하율)이 70% 이상이며, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 20 mass% 미만인 경우에는, 하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것이 바람직하고, 특히 Cu함유량이 15 mass% 이하인 경우에는, 하기 (1) 및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 20 ~ 30 mass%이고, 재료의 총 압하율이 특히 높은 경우(예를 들면 총 압하율 96% 이상)에도, 하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것이 바람직하다.

(1) 상기 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시한다.

(2) 상기 압연(y)을 온간 압연으로 실시한다.

앞서 기술한 바와 같이, 온간 압연에서는 Mo 입자의 Cu 매트릭스 내에서의 상대 위치 변화가 보다 용이하게 되고, Cu의 가공 경화도 생기기 어렵기 때문에 냉간 압연에 비하여 Mo 입자를 Cu상에 의해 변형시키는 작용이 충분히 얻어지지 못하고, 압연에 의한 열팽창률의 저하의 비율이 냉간 압연에 비하여 낮아지는 경향에 있지만, 저 Cu함유량의 Cu－Mo 복합재인 경우에는 Mo 입자 사이 거리가 짧아짐에 따라 Cu상과 Mo 입자의 상대 위치 변화가 생기기 어렵기 때문에 Mo 입자가 변형되기 쉽고, 이 때문에 상기와 같은 조건으로 온간 압연을 실시하여도 냉간 압연 한 경우와 큰 차이 없는 열 특성을 가지는 방열판을 얻을 수 있다.

온간 압연은 200 ~ 300℃ 정도의 온도로 실시하는 것이 바람직하다. 온간 압연의 온도가 300℃ 초과에서는, Mo가 산화하여 표면 산화물이 생성되기 쉬워지고, 그것이 압연 중에 박리하여 제품의 품질에 악영향을 미치는 등의 문제를 일으키기 쉽다.

또, 상기 (1), (2) 중 어느 한 편의 온간 압연을 실시하는 경우, Cu－Mo 복합재(a)의 Cu 함유량이나 두께 등에 따라 압연성을 고려하여 어느 한 편이 선택된다.

다음으로, Cu－Mo 복합재(a)를 얻기 위한 상기 (i) ~ (v) 방법의 공정에 대해 설명한다.

이하의 설명에서, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정을 공정(A), 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정을 공정(B), 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정을 공정(C1), 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정을 공정(C2), Cu 용침(溶浸) 또는 치밀화 처리한 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 공정(D)이라고 한다.

공정(A)에서는, 상법에 따라 Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 한다. 상술한 Cu－Mo 복합재(a)의 제조 방법에서는 압분체의 소결 후에 Cu의 용침을 실시하는 경우(공정(C1))와 압분체의 소결 후에 Cu의 용침을 실시하지 않고 치밀화 처리를 실시하는 경우(공정(C1))가 있지만, 후자의 경우에는 Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량에 알맞은 양의 Cu분말을 배합한다.

Mo분말이나 Cu분말의 순도나 입경은 특별히 한정하지 않지만, 통상, Mo분말로서는 순도가 99.95질량% 이상, FSSS 평균 입경이 1 ~ 8μm정도인 것이 이용된다. 또한, Cu분말로서는 통상, 전해 구리 분(粉)이나 아토마이즈 구리 분말 등의 순 Cu이며, 평균 입경 D50이 5 ~ 50μm 정도인 것이 이용된다.

공정(A)에서는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 틀에 충전하고, 사용하는 혼합 분말의 충전성이나 압분체의 성형 밀도의 목표치에 따라 압력을 조정하면서 가압 성형하여 압분체를 얻는다.

공정(B)에서는, 공정(A)에서 얻어진 압분체를 환원성 분위기(수소 분위기 등) 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 한다. 이 소결도 통상의 조건으로 실시하면 좋고, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말의 압분체인 경우에는 900 ~ 1050℃(바람직하게는 950 ~ 1000℃) 정도의 온도로 30 ~ 1000분 정도 유지(保持)하는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 또한, Mo분말의 압분체인 경우에는 1100 ~ 1400℃(바람직하게는 1200 ~ 1300℃) 정도의 온도로 30 ~ 1000분 정도 유지(保持)하는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.

공정(C1)에서는, 공정(B)에서 얻어진 소결체(다공질체)에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침(Cu의 용침)시켜 Cu－Mo 복합재(a)를 얻는다. 이 공정(C1)을 실시하는 경우에는, Cu 용침에 의해 소망의 Cu함유량이 된다.

Cu의 용침도 통상의 조건으로 실시하면 좋다. 예를 들면, 소결체의 상면 및/또는 하면에 Cu판이나 Cu분말을 배치하고, 1083 ~ 1300℃(바람직하게는 1150 ~ 1250℃) 정도의 온도로 20 ~ 600분 유지(保持)한다. 비산화성 분위기는 특별히 한정하지 않지만, 수소 분위기가 바람직하다. 또한, 용침한 후의 가공성 향상의 관점에서는, 진공 중에서 용침하는 것이 바람직하다.

여기서, 공정(B)와 공정(C1)을 차례로 진행하는 경우에 공정(A)에서 얻어진 압분체에 Cu 용침용의 Cu판이나 Cu분말을 배치한 상태에서, 먼저 소결 온도로 가열하여 공정(B)를 실시하고, 그리고 나서 온도를 Cu 용침 온도까지 상승시켜 공정(C1)을 실시하도록 해도 좋다.

또, 이 공정(C1)으로 얻어진 Cu－Mo 복합재(용침체)는 다음 공정에서의 냉간 압연에 앞서, 표면에 잔류한 잉여의 순Cu를 제거하기 위해 표면 연삭(예를 들면, 프레이즈반(Milling Machine)이나 숫돌 등에 의한 표면 연삭 가공처리)을 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 공정(C1)을 대신하여 실시하는 공정(C2)에서는, 공정(B)에서 얻어진 소결체를 치밀화 처리하여 Cu－Mo 복합재(a)를 얻는다. 이 경우, 공정(B)의 소결 후에, 온도를 더 올려 Cu를 용해하는 처리(1200 ~ 1300℃ 정도로 20 ~ 120분 정도 유지(保持)하는 처리)를 실시한 후, 공정(C2)의 치밀화 처리를 실시해도 좋다.

이 치밀화 처리에는 높은 온도와 압력이 필요하고, 핫 프레스, 방전 플라즈마 소결(SPS), 가열 압연 등의 방법으로 실시할 수 있다. 이 치밀화 처리에 의해 소결체 중의 공극을 줄여 치밀화시키고, 상대밀도를 높인다.

공정(D)에서는, Cu－Mo 복합재(a)의 열팽창률을 저하시키는 것을 목적으로 하여 공정(C1) 또는 (C2)에서 얻어진 Cu－Mo 복합재에 소정의 압하율로 압연(y)을 실시한다.

또, 공정(C1) 또는 (C2)으로 얻어진 Cu－Mo 복합재를 압연하기 전에, 필요에 따라서 800 ~ 1000℃ 정도의 온도로 균질화 시효(aging) 열처리를 수행해도 좋다.

본 발명의 방열판은 냉간 압연 또는 온간 압연인 채로, 혹은 연질화 시효 열처리를 더 실시함으로써 제품으로 할 수 있다. 또한, 필요에 따라 반도체의 대좌(台座)로서의 사용을 상정한 내식성 및 전해 부식에 대한 성능을 향상시키는 목적으로, 표면에 Ni도금 등의 도금을 더 실시해도 좋다. 이 경우, 도금 피막은 방열판의 열 특성에 크게 영향을 주지 않는 정도의 막 두께로 형성된다. 도금의 종류에 특별한 제한은 없고, 예를 들면, Ni도금, Cu도금, Au도금, Ag도금 등을 적용할 수 있으며, 이들 중에서 선택되는 도금을 단독으로 혹은 2층 이상을 조합하여 처리할 수 있다. 도금은 방열판의 한 면(최외층인 양 Cu－Mo 복합체층 중 한편의 표면)에만 수행해도 좋고, 방열판의 양면에 수행해도 좋다. 또한, 방열판 표면에 Ni도금 등의 도금을 처리할 때의 도금성의 개선을 위해 방열판 표면(최외층인 Cu－Mo 복합체층의 표면)에 하지(下地)로서 Cu도금을 수행해도 좋다. 이상과 같은 도금에 의해 형성되는 도금 피막의 바람직한 두께는 앞서 기술한 바와 같다.

본 발명의 방열판은, 각종 반도체 모듈이 갖추는 세라믹 패키지나 메탈 패키지 등의 반도체 패키지에 매우 적합하게 이용할 수 있고, 높은 방열성과 내용성(durability)을 얻을 수 있다. 특히, 고 열전도율이면서 낮은 열팽창률이 800℃을 넘는 고온에 노출된 후에도 유지(保持)되므로, 접합 온도가 750℃ 이상으로 높아지는 경납땜 접합을 하는 용도 등에서도 문제없이 적용할 수 있다.

실시예

［실시예 1］

(1) Cu－Mo 복합재의 제조 조건

Mo분말(FSSS 평균 입경: 6μm)과 순Cu분말(평균 입경 D50: 5μm)을 소정의 비율로 혼합한 혼합 분말을 틀(50 mm×50 mm)에 넣어 가압 성형하고, 후공정의 냉간 압연에서의 압하율에 따른 두께의 압분체로 했다. 이 압분체를 수소 분위기 중에서 소결(1000℃, 600분)하여 소결체를 얻었다. 그 다음, 이 소결체의 상면에 순Cu판을 두고, 수소 분위기 중에서 1200℃로 가열(유지(保持)시간 180분)하여 순Cu판을 용해시키고, 이 용해시킨 Cu를 소결체에 함침시킴으로써 소정의 Cu함유량의 Cu－Mo 복합재를 얻었다. 이 Cu－Mo 복합재를 표면에 잔류하는 Cu를 프레이즈반을 이용하여 제거한 후, 소정의 압하율로 일방향의 압연(y)(냉간 압연)를 실시하여 Cu－Mo 복합재를 제작했다.

(2) 각 공시체의 제조 조건

(2.1) 본 발명예

상기와 같이 하여 얻어진 소정의 판 두께의 Cu－Mo 복합재와 순Cu판을 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 3층 구조 또는 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 5층 구조로 적층시키고 이 적층체를 방전 플라즈마 소결(SPS) 장치(Sumiseki Materials Co., Ltd. 제품 「DR.SINTERSPS－1050」)를 이용하여 950℃, 18분 유지(保持), 가압력 20 MPa의 조건으로 확산 접합시켰다. 그 다음, 상기 Cu－Mo 복합재의 압연(y)(냉간 압연)과 같은 압하율로 압연(y)의 압연 방향과 직교하는 방향으로 압연(냉간 압연)하여 본 발명예의 방열판(판 두께 1 mm)을 제조했다.

(2.2) 비교예

Cu－Mo 복합재와 순Cu판을 Cu/(Cu－Mo)/Cu의 3층 구조로 한 이외에는, 본 발명예와 동일한 조건으로 비교예의 방열판(판 두께 1 mm)을 제조했다(비교예 3, 5, 7, 9, 11).

또한, 상기 Cu－Mo 복합재 단체(單體)도 비교예의 방열판(판 두께 1 mm)으로 했다(비교예 1, 2, 4, 6, 8, 10).

(3) 열 특성의 측정

각 공시체에 대해서, 판면 내 열팽창률을 압봉식 변위 검출법으로 측정하고, 50℃－400℃와 50℃－800℃에서의 각 신장량의 차이를 온도 차이로 나눗셈하고, 50℃에서 400℃까지의 판면 내 평균 열팽창률과 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률을 구했다. 또한, 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)을 플래시법으로 측정했다.

(4) 열 특성의 평가

표 1 및 표 2에 각 공시체의 열 특성을 제조 조건과 함께 나타낸다. 이것에 의하면, 비교예와 비교하여 본 발명예는 판 두께 방향의 열전도율이 큰 폭으로 증가하는 것을 알 수 있다.

［실시예 2］

(1) Cu－Mo 복합재의 제조 조건

Cu 함유량이 30 mass% 이상인 Cu－Mo 복합재에 대해서는 실시예 1과 마찬가지의 방법 및 조건으로 제작했다. 한편, Cu함유량이 30 mass% 미만의 Cu－Mo 복합재에 대해서는 다음과 같이 하여 제작했다. Mo분말(FSSS 평균 입경: 6μm)을 틀(50 mm×50 mm)에 넣어 가압 성형하고, 후공정의 냉간 압연에서의 압하율에 따른 두께의 압분체로 했다. 이 압분체를 수소 분위기 중에서 소결(1300℃, 600분)하여 소결체를 얻었다. 그 다음, 이 소결체의 상면에 순Cu판을 두고 수소 분위기 중에서 1200℃에 가열(유지(保持) 시간 180분)하여 순Cu판을 용해시키고, 이 용해된 Cu를 소결체에 함침시킴으로써 소정의 Cu함유량의 Cu－Mo 복합재를 얻었다. 이 Cu－Mo 복합재를 표면에 잔류하는 Cu를 프레이즈반을 이용해 제거한 후, 소정의 압하율로 일방향의 압연(y)(냉간 압연)를 실시하여 Cu－Mo 복합재를 제작했다.

(2) 각 공시체의 제조 조건

(2.1) 본 발명예

상기와 같이 하여 얻어진 소정의 판 두께의 Cu－Mo 복합재와 순Cu판을 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 3층 구조, (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 5층 구조, 또는 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 7층 구조로 적층시키고, 실시예 1과 마찬가지의 방법 및 조건으로 확산 접합과 압연(냉간 압연)을 실시하여 본 발명예의 방열판(판 두께 1 mm)을 제조했다.

(2.2) 비교예

Cu－Mo 복합재와 순Cu판을 Cu/(Cu－Mo)/Cu의 3층 구조로 한 이외에는, 본 발명예와 동일한 조건으로 비교예의 방열판(판 두께 1 mm)을 제조했다(비교예 12, 13).

또한, 상기 Cu－Mo 복합재 단체(單體)도 비교예의 방열판(판 두께 1 mm)으로 했다(비교예 14 ~ 30).

(3) 열 특성의 측정

각 공시체에서, 실시예 1과 마찬가의 방법으로 판면 내 평균 열팽창률과 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)을 측정·산출했다.

(4) 열 특성의 평가

표 3 및 표 4에 각 공시체의 열 특성을 제조 조건과 함께 나타낸다. 이것에 의하면, 본 발명예는 비교예과 비교하여 열전도율이 큰 폭으로 높고, 특히 Cu－Mo 복합체층의 Cu함유량이 20 ~ 30질량%이기 때문에, 고 열전도율과 저 열팽창률을 고도로 만족하는 뛰어난 열 특성이 얻어지고 있다.

［실시예 3］

(1) Cu－Mo 복합재의 제조 조건

압연을 250℃의 온간으로 한 이외에는, 실시예 2(Cu함유량이 30 mass% 미만의 Cu－Mo 복합재의 경우)와 마찬가지 방법 및 조건으로 Cu－Mo 복합재를 제작했다.

(2) 본 발명예의 각 공시체의 제조 조건

상기와 같이 하여 얻어진 소정의 판 두께의 Cu－Mo 복합재와 순Cu판을, (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 3층 구조로 적층시키고, 압연을 250℃의 온간으로 한 이외에는 실시예 1과 마찬가지의 방법 및 조건으로 확산 접합과 압연을 실시하여 본 발명예의 방열판(판 두께 1 mm)을 제조했다.

(3) 열 특성의 측정

각 공시체에 대해 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 판면 내 평균 열팽창률과 판 두께 방향의 열전도율(실온에서의 열전도율)을 측정·산출했다.

(4) 열 특성의 평가

표 5에 각 공시체의 열 특성을 제조 조건과 함께 나타낸다. 이것에 의하면, 온간 압연을 실시함으로써 Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 25 mass%인 경우에는 총 압하율 98%로의 압연이 가능하고, Cu－Mo 복합재의 Cu함유량이 15 mass%인 경우에는 총 압하율 96%로의 압연이 가능하며, 어느 본 발명예도 고 열전도율과 저 열팽창률을 고도로 만족하는 뛰어난 열 특성이 얻어지고 있다.

［실시예 4］

(1) Cu－Mo 복합재의 제조 조건

실시예 2(Cu함유량이 30 mass% 미만인 Cu－Mo 복합재의 경우)와 마찬가지의 방법 및 조건으로 Cu－Mo 복합재를 제작했다.

(2) 본 발명예의 각 공시체의 제조 조건

상기와 같이 하여 얻어진 소정의 판 두께의 Cu－Mo 복합재와 순Cu판을 (Cu－Mo)/Cu/(Cu－Mo)의 3층 구조에 적층시키고, 실시예 1과 마찬가지의 방법 및 조건으로 확산 접합과 압연(냉간 압연)을 실시하여 방열판 본체(판 두께 1 mm)를 제작했다. 이 방열판 본체의 양면에 전해도금에 의해 막 두께가 10μm 또는 20μm의 Cu도금 피막을 형성하여 본 발명예의 방열판을 제조했다.

(3) 열 특성의 측정

(4) 열 특성의 평가

표 6에 각 공시체의 열 특성을 제조 조건과 함께 나타낸다. 이들 공시체 가운데, 본 발명예 19와 본 발명예 21의 방열판 본체의 구성은 본 발명예 7의 방열판과 거의 동등하고, 본 발명예 20과 본 발명예 22의 방열판 본체의 구성은 본 발명예 8의 방열판과 거의 동등하기 때문에, 그들의 열 특성을 대비할 수 있다.

두께 10μm의 Cu도금 피막을 형성한 본 발명예 19, 20의 방열판의 열 특성은, 각각 본 발명예 7, 8의 방열판의 열 특성과 거의 동등하다. 한편, 막 두께 20μm의 Cu도금 피막을 형성한 본 발명예 21, 22의 방열판의 열 특성은 본 발명예 7, 8의 방열판과 비교하여 판 두께 방향으로의 열전도율이 약간 낮아지고 있지만, 그 저하량은 10 W/m·K 미만이다.

Claims

판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층, Cu층, Cu－Mo 복합체층이 이 순서로 적층된 방열판으로서,
Cu－Mo 복합체층은 Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 것을 특징으로 하는, 방열판.
판 두께 방향에서, Cu－Mo 복합체층과 Cu층이 교대로 적층하여 3층 이상의 Cu－Mo 복합체층과 2층 이상의 Cu층으로 구성되는 것과 동시에, 양면의 최외층이 Cu－Mo 복합체층으로 이루어지는 방열판으로서,
Cu－Mo 복합체층은 Cu 매트릭스 중에 편평한 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Cu－Mo 복합체층은 Cu함유량이 10 ~ 50질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
Cu－Mo 복합체층은 Cu함유량이 20 ~ 30질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
판 두께 방향의 열전도율이 200 W/m·K 이상, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 10.0ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
판 두께 방향의 열전도율이 250 W/m·K 이상, 50℃에서 800℃까지의 판면 내 평균 열팽창률이 8.0ppm/K 이하인 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적층된 Cu－Mo 복합체층과 Cu층으로 이루어지는 방열판 본체의 한 면 또는 양면에, 판 두께 방향의 열전도율이 방열판 본체보다 10 W/m·K 이상 낮아지지 않게 되는 막 두께 도금 피막이 형성된 것을 특징으로 하는, 방열판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 방열판의 제조 방법으로서,
Cu 매트릭스 중에 Mo상이 분산된 판 두께 단면 조직을 가지는 Cu－Mo 복합재(a)와 Cu재(b)를 적층시키고, 상기 적층체를 확산 접합시킨 후, 냉간 압연(x)을 실시하여, Cu－Mo 복합재(a)에 의한 Cu－Mo 복합체층과 Cu재(b)에 의한 Cu층이 적층된 방열판을 얻는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 및 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 및 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 및 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
냉간 압연(x)의 압하율이 70 ~ 99%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제12항에 있어서,
냉간 압연(x)의 압하율이 90 ~ 96%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
냉간 압연(x)을 크로스 압연으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 상기 소결체를 치밀화 처리하는 공정 및 상기 치밀화 처리된 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는, Mo분말 또는 Mo분말과 Cu분말의 혼합 분말을 가압 성형하여 압분체로 하는 공정, 상기 압분체를 환원성 분위기 중 또는 진공 중에서 소결하여 소결체로 하는 공정, 상기 소결체에 비산화성 분위기 중 또는 진공 중에서 용융한 Cu를 함침시키는 공정, 및 상기 Cu를 함침시킨 Cu－Mo 복합재에 압연(y)을 수행하는 공정을 거쳐 얻어진 것임을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제15항 또는 제16항에 있어서,
냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 70 ~ 99%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제17항에 있어서,
냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 90 ~ 96%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
압연(y)을 크로스 압연으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
압연(y)으로 Cu－Mo 복합재(a)를 일방향 압연하였을 경우에, 냉간 압연(x)에서는 Cu－Mo 복합재를 압연(y)의 압연 방향과 직교하는 방향으로 압연하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는 Cu함유량이 10 ~ 50질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제8항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)는 Cu함유량이 20 ~ 30질량%인 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제21항에 있어서,
Cu－Mo 복합재(a)의 Cu함유량이 20 mass% 미만이며, 냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 70% 이상인 제조 방법(단, Cu－Mo 복합재(a)의 압연(y)을 실시하지 않는 제조 방법을 포함함.)으로서,
하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법:
(1) 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시함;
(2) 압연(y)을 온간 압연으로 실시함.
제22항에 있어서,
냉간 압연(x)과 압연(y)을 합한 Cu－Mo 복합재(a)의 총 압하율이 96% 이상인 제조 방법(단, Cu－Mo 복합재(a)의 압연(y)을 실시하지 않는 제조 방법을 포함함.)으로서,
하기 (1) 또는/및 (2)의 온간 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법:
(1) 냉간 압연(x)을 대신하여 온간 압연을 실시함;
(2) 압연(y)을 온간 압연으로 실시함.
제8항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
적층된 Cu－Mo 복합체층과 Cu층으로 이루어지는 방열판 본체의 한 면 또는 양면에, 판 두께 방향에서의 열전도율이 방열판 본체 보다 10 W/m·K 이상 낮아지지 않게 되는 막 두께 도금 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 방열판의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방열판을 구비한 것을 특징으로 하는, 반도체 패키지.
제26항에 기재된 반도체 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는, 반도체 모듈.