JPH02166756A - ヒートシンクの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーデ、ＩＣ，マイクロ波素子等の放
熱に用いられるヒートシンクの製法に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーデ等の発熱性半導体素子は、発生する熱によ
る素子性能の劣化や暴走ｒ防ぐため、ヒートシンク？介
してパッケージのベースに敗ｐ付けられる。ヒートシン
ク材料には、高い熱伝導率と半導体素子との熱膨張係数
の整合性が要求され、ペースとの絶縁が必要な半導体素
子を直接搭載可能とする場合は、電気的絶縁性も求めら
れる。これらの特性金偏えたものとして立方晶窒化ホウ
素（ｃＢＮ　）焼結体がある。ｃＢＮ’（Ｈヒートシン
ク材料として用いる場合、素子とヒートシンク勿接着し
たジ、あるいは半導体レーデ゛等でヒートシンクを電極
として使用するために、ヒートシンクの表面を金属化（
メタライズンする必要がある。

ｃＥＮのメタライズ方法としては、既に、■スパッタリ
ング法にエリＮｉ膜全形成する方法（特開昭５４−３３
５１０号公Ｎ）、■周期律表第４　ａ　ｒ５ａ、６ａ族
の遷移金属膜を形成し、かつｃＢＮとの界面でこれらの
ホウ化物、窒化物、ホウ窒化物を形成させる方法（％開
昭６１−１１７８５６号公報）等が提案されているが、
いずれも根本的問題点がめった。即ち、■の方法では、
スパッタリング法で形成さＡ、６膜のｃＢＮへの付着力
は十分でなく剥がれや丁いという欠点がある。従来のス
パツタリング法は、グロー放電の陰極でのスパッタ現象
を利用したプラズマ中での成膜であるためスパッタの各
過程が放電状態の強い影＃會受けるとともに、膜形成は
１０−１〜１ＱＰａ程度の低真空中で行わ扛るため、膜
質の再現性に問題があつ７’Ｃ。

また、■の方法では、周期律表第４ａ族の遷移金属は熱
伝導性が悪く、ヒートシンクとメタライズ層間の熱抵抗
全増加させ、また周期律表第５ａ族及び第６ａ族の遷移
金属は、ｃＢＮとの界面に形成される化合物が１ｂ」れ
も空気中で不安定で酸化され易いため長期の安定性やは
んだ付けの際の信頼性に問題がある。さらに、ｃＢＮ界
面で窒化物、ホウ化物、ホウ窒化物音形成するために、
ｃＢＮｔ−加熱せねばならす、この時、ｃＢＮ焼結体内
部に微量に残存するｃＢＮ合成肚媒が焼結体表面に浸出
してメタライズ層とｃＢＮ焼結体との界面に滞留して、
メタライズ層の強固かつ安定な付着が阻害されることか
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、ｃＢＮ焼結体をヒートシンクとして利用する
場合の上述したメタライズ技術の問題点を改善するもの
であって、ｃＢＮ焼結体の表面に強固かつ安定に付着し
たメタライズ庵を形成したヒートシンクの製法を提供し
ようとするものである。

〔課題を帛決するための手段〕

即ち、本発ＢＡは、以下を要旨とするヒートシンクの製
法である。

１、　立方晶窒化ホウ素焼結体の表面に金属層が形成さ
れるヒートシンクの製造に於て、イオンビームを用いた
スパッタリングにＬり該金属層を形成することｒ％徴と
するヒートシンクの製法。

２、金属層を形成しながら立方晶窒化ホウ素焼結体の表
面にイオンを照射することを特徴とする話求項１に記載
のヒートシンクの製法。

以下、さらに詳しく本発明について説明する。

本発明に係る立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ　）焼結体全得
るには、例えは熱分解窒化ホウ素（Ｐ−ＢＮ　）板七化
学気相蒸漬（ＣＶＤ　）法により合成し、それに合成触
媒を熱処理によって拡散含浸させ、それを高温高圧処理
（例えは特開昭６３−２６０８６５号公報）すればよい
。これを加工してヒートシンク基体を作製する。

ｃＢＮ焼結体からなるヒートシンク基体にコーティング
する金属は何れでもよいが、大気中でも比較的安定であ
シ、かつ熱伝導率が制い金属が適している。好ましくは
Ａ１、Ｎ１、Ａｇ％ｐｔ％Ａｕ等である。１０−３〜１
０−５Ｐａの高真空に保たれたチャンバー内に置かれた
これらの金属ターグツトに、例えばＮｅ”　　Ａｒ”　
　Ｘｅ＋等のイオンビームが、好ましくは肌５　ｋＶ〜
５．Ｑ　ｋＶの加速電圧で照射される。その結果、スパ
ッタリング粒子はガスに散乱さ扛ないので、１０−１〜
１ＱＰａ程度の低真空中で行われる従来のスパッタリン
グと比較して高エネルギーの粒子となってｃＢＮに飛来
し、付着強度が高く良質な膜が形成される。また、イオ
ンミキシング法等と比較して粒子の持つエネルギーが低
いため、ヒートシンク基体を低温のまま膜の成膜をさせ
ることが可能である。

さらには、上記方法において、金属層を形成する際に、
ヒートシンク基体に例えばＮｏ”　　Ａｒ”Ｘｓ＋等の
イオン′ｌｔ照射する（アシスト）ことに↓シ金属層と
ｃＢＮとの混合層全形成させることができる。七ＲＫよ
って付着強度が高まるとともに、膜質の制御も可能とな
る。しかもｃＢＮと金属との化学的な反応物は殆ど生成
しないので、従来の工うに熱伝導率が著しく低下するこ
ともない。

以上のようにして、ヒートシンク基体上にＡ１、Ｎｉ％
Ａｇ％Ｐｔ、Ａｕ等の金属第１層を形成する。

金属第１層の厚みとしては、通常５０〜２５００ｎｍ程
度である。このものはヒートシンクとして使用すること
もできるが、例えば史に短時間でヒートシンクを形成す
るためは、金属第１層全上記方法で形成した後、金属第
２鳩を真空蒸着或はスパッタリング法で形成させること
もできる。このような場合には、Ａｌ、旧等で金属第１
層′に５０〜５００　ｎｍ程度形成し、金属第２層は、
Ｎ１、Ａｇ、Ａｕ等で形成して最終的に数百〜数千ｎｍ
の厚さの層が強固かつ安定に付層したヒートシンクが製
造される。

〔実施例〕

以下、実施例及び比較側音あけて本発明を更に詳しく説
明する。

実施例１〜６ 三塩化ホウ素とアンモニアを原料ガスとし温度１９００
℃、圧力２００Ｐａ、蒸着速度１００　μｍ／ｈｒの条
件でＣＶＤ　ｉ行いＰ、−ＢＮ板を得、それ會ＭｇｓＮ
２ｍ末中に埋め、Ｎ２気流中１２００°Ｃで８時間保持
し、０．５モルチのＭｇ１ＢＮｓ　ｋ拡散含浸させた。

これ？ベルト型高圧発生装置内で、１．６００°Ｃ，５
，３ＧＰａで６０分間高諦高圧処理を行い・焼結体′τ
得た。この焼結体についてＸ線回折法に工す生成相の同
定ｒおこなったところｃＢＮ焼結体であることが確かめ
られた。さらに、定常法熱伝導率測定装置にニジ測定し
た常温熱伝導率は、１．００　口Ｗ／　ｍｘであった。

これを１朋平方、厚さ０．５朋の角板に加工してヒート
シンクの基体を２０口個作製した。

上記ヒートシンク基体の１０個ずつにイオンビームスパ
ッタリング法にニジ８０〜１００　ｎｍの淳さのＡｌ、
Ｎｉ、Ａｕｋそれぞれコーティングして金属第１層を形
成した。さらにスパッタリング法に工り厚さ１０００　
ｎｍのＮ１またはＡｕ　（金属第２層）ｋコーティング
してメタライズｆｆｔｋ　ｋ形成し、ヒートシンクとし
て完成した。この実施例に於ける金属第１ＮＩ及び金属
第２層の金属の種類上鮎１表に記す。実施例１〜６のヒ
ートシンクのメタライズ層は、１″ＩＪ」れも膨れや厚
みむらのない均質なメタライズ層であった、 実施例７〜１２ 実施例１〜６で作製したヒートシンク基体の１０個ずつ
にイオンビームスパッタリング法により８０〜１００　
ｎｍの厚さのＡ１、Ｎ１、Ａｕ　’ｚそれぞれアシスト
イオン？！−照射しながら金属第１層を形成した。さら
にスパッタリング法に工り厚さ１０００　ｎｍのＮｉま
たはＡｕ　（金属第２１ｗＩ）’（ｒコーティングして
、ヒートシンクとして完成した。

この実施例に於ける金属第１層及び金属第２層の金属の
種類を第１表に記す。実施例７〜１２のヒートシンクの
メタライズ海は、（”１れも膨れや厚みむらのない均５
Ｌなメタライズ層であった。

次に、以上の実施例１〜１２によって作られたヒートシ
ンクの５個についてメタライズ層表面をサファイヤ針に
工９引っかいた後剥離状態’（（ＳＥＭにより観察した
（引っかきテスト）。残りの５個について大気中で温度
２００℃、５００時間の加熱後メタライズ層表面の引っ
かきテストに実施したＯ 比較例１ 実施例で作製したヒートシンク基体のうち１０個の表面
に特開昭５４　＝　３３５１０号公報に開示された方法
に従いＮ１？Ｉｌ−スパッタリングによりコーティング
し、更にＡｇｋコーティングしてヒートシンクとして完
成した。これらのヒートシンクの５個について加熱処理
前後における引っかきテスト’を実施例と同様な条件で
実施した〇比較例２ 実施例で作製したヒートシンク基体のうち１０個會６０
０℃に加熱しながら、周期律表第５ａ族の元素であるＣ
ｒｔスパッタリングに工！＋　５０　ｎｍの厚さで蒸着
した。丈にスパッタリングでｐｔとＡｕ　ｋ　５０口ｎ
ｍずつコーティングしてメタライズ層金形成したところ
、数個のヒートシンクのメタライズ層に膨れが認められ
た。これらのヒートシンクの５個について実施例と同様
の引っかきテスト全実施した。

以上の結果を表１に示す。

第１表 〔発明の効果〕 本発明のヒートシンクの製法によれは、　　ｃＢＮヒー
トシンク基体表面の金属層はイオンビームスパッタ法で
形成されているため金属Ｎはヒートシンク基体と強固に
付層し、なおかつ高い熱伝導率の均質な金属膜からなる
ものが得られる。

また、従来法のように、反応層である金属のホウ化物、
窒化物、ホク屋化物は熱伝導率が小さいかあるいは空気
中で不安定なものが多いために熱の流れの抵抗とな９、
ヒートシンクの放熱特性全低下させて菓子の短寿命化ｒ
引き起こすようなことがなく、シかもｃＢＮ内に微輩に
残存していたｃＢＮ合成触媒が熱処理によってｃＢＮ表
面に浸み出し、それがｃＢＮと金属の界面に滞留するた
めにメタライズ層に膨れが生じることもないので、ヒー
トシンクの放熱特性の低下を防ぐことができ、長時間安
定に使用できるヒートシンク七作製することができる。

特許出願人　電気化学工業株式会社 手続補正書 平成元年　２月２３日 ｌ、事件の表示 昭和６３年特許願第３２０６９５号 ２、発明の名称 ヒートシンクの製法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　■１００　　東京都千代田Ｖ有楽町１丁目４番１
号いて」に訂正する。

（４）明細書第１０頁第４行の「ンクの５個について」
を「ンクについて」に訂正する。

（５）明細書第１２頁第８行の「ホウ窒化物は熱伝導率
が小さい」を「ホウ窒化物は熱伝導率の小さいものＪに
訂正する。

（６）明細書第１２頁第１４行の「滞留するために」を
「滞留して」に訂正する。

明細書の発明の詳細な説明の欄 ５、補正の内容 （１）明細書第９真第２行の［ヒートシンクの５個につ
いて」を「ヒートシンクの各々５個について」に訂正す
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、立方晶窒化ホウ素焼結体の表面に金属層が形成され
   るヒートシンクの製造に於て、イオンビームを用いたス
   パッタリングにより該金属層を形成することを特徴とす
   るヒートシンクの製法。 ２、金属層を形成しながら立方晶窒化ホウ素焼結体の表
   面にイオンを照射することを特徴とする請求項１に記載
   のヒートシンクの製法。