JPH04230063A - 多層ヒートシンク - Google Patents
多層ヒートシンクInfo
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- JPH04230063A JPH04230063A JP2416511A JP41651190A JPH04230063A JP H04230063 A JPH04230063 A JP H04230063A JP 2416511 A JP2416511 A JP 2416511A JP 41651190 A JP41651190 A JP 41651190A JP H04230063 A JPH04230063 A JP H04230063A
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- Japan
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- plate
- sink
- heat
- substrate
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
- H10W72/07351—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting
- H10W72/07354—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting changes in dispositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
- H10W72/341—Dispositions of die-attach connectors, e.g. layouts
- H10W72/347—Dispositions of multiple die-attach connectors
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パワー素子用ヒートシ
ンクに関連し、接合部信頼性と放熱性を改善した多層ヒ
ートシンクに関する。
ンクに関連し、接合部信頼性と放熱性を改善した多層ヒ
ートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ヒートシンク材料としては、放熱
性の面からＣｕおよびＣｕ合金が、はんだ接合部信頼性
の面からＭｏやＷが用いらており、いずれもＮｉめっき
を施してパワー素子とＡｌ２ Ｏ３ セラミックス基板
の間に接合される。
性の面からＣｕおよびＣｕ合金が、はんだ接合部信頼性
の面からＭｏやＷが用いらており、いずれもＮｉめっき
を施してパワー素子とＡｌ２ Ｏ３ セラミックス基板
の間に接合される。
【０００３】Ｃｕは熱伝導率が高く優れた放熱特性を有
するが、熱膨張係数がＳｉやＡｌ２ Ｏ３ よりも３〜
４倍大きく、ハイパワーの素子が搭載される場合、熱膨
張の違いによる歪が接合材のはんだの劣化を促進してし
まう。一方、ＭｏやＷは熱膨張係数が比較的低く、はん
だ劣化を遅延させるには優れた材料であるが、熱伝導率
が低いため、Ｃｕを用いた場合よりも放熱性の点で劣る
。 従って、両者を複合化することにより、パワー素子用に
適したヒートシンクが期待できる。
するが、熱膨張係数がＳｉやＡｌ２ Ｏ３ よりも３〜
４倍大きく、ハイパワーの素子が搭載される場合、熱膨
張の違いによる歪が接合材のはんだの劣化を促進してし
まう。一方、ＭｏやＷは熱膨張係数が比較的低く、はん
だ劣化を遅延させるには優れた材料であるが、熱伝導率
が低いため、Ｃｕを用いた場合よりも放熱性の点で劣る
。 従って、両者を複合化することにより、パワー素子用に
適したヒートシンクが期待できる。
【０００４】ＣｕとＭｏやＷを複合させる提案としては
、ＭｏやＷを樹脂とともに成形し、樹脂を除去してポー
ラスとしたのちＣｕを含浸する方法や、クラッドにより
接合（ＣｕとＦｅ−４２Ｎｉ合金が一般的）する方法が
ある。
、ＭｏやＷを樹脂とともに成形し、樹脂を除去してポー
ラスとしたのちＣｕを含浸する方法や、クラッドにより
接合（ＣｕとＦｅ−４２Ｎｉ合金が一般的）する方法が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする問題点】前記従来技術におい
て、低熱膨張金属へのＣｕの含浸は工程が複雑でコスト
高をまねき、クラッド法では圧接条件が難しく、信頼性
の高い接合は望めない。特にＭｏおよびＷは焼結インゴ
ットからの圧延によって板状に成形するため、長尺材を
得るのが難しく、さらに強固な酸化物の存在のため、異
種金属とのクラッドは困難を極める。
て、低熱膨張金属へのＣｕの含浸は工程が複雑でコスト
高をまねき、クラッド法では圧接条件が難しく、信頼性
の高い接合は望めない。特にＭｏおよびＷは焼結インゴ
ットからの圧延によって板状に成形するため、長尺材を
得るのが難しく、さらに強固な酸化物の存在のため、異
種金属とのクラッドは困難を極める。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は上記の問題点
を解決するためになされたもので、少なくとも２種以上
の金属をろう接してなる多層ヒートシンクを提案するも
のである。例えばＭｏとＣｕの組合せでは、２００〜３
００ｍｍ四方の板材にそれぞれＮｉめっきを施し、真空
もしくは、無酸素雰囲気下でろう接する。しかるのち、
切断成形することによってＭｏとＣｕが接合された小片
を得る。また、より放熱性を重視する場合には、Ｃｕ−
Ｍｏ−Ｃｕの３層とし、それぞれの厚さを変えて各種の
多層ヒートシンクを得ることができる。ここで、Ｎｉめ
っきはろう接合部の信頼性を確保するためと、パワー素
子やＡｌ２ Ｏ３ とはんだ接合されるときのはんだ付
け性を改善するために施される。Ｃｕ上へのはんだ付け
は耐熱性に問題があり、Ｍｏには直接はんだ接合するこ
とはできない。
を解決するためになされたもので、少なくとも２種以上
の金属をろう接してなる多層ヒートシンクを提案するも
のである。例えばＭｏとＣｕの組合せでは、２００〜３
００ｍｍ四方の板材にそれぞれＮｉめっきを施し、真空
もしくは、無酸素雰囲気下でろう接する。しかるのち、
切断成形することによってＭｏとＣｕが接合された小片
を得る。また、より放熱性を重視する場合には、Ｃｕ−
Ｍｏ−Ｃｕの３層とし、それぞれの厚さを変えて各種の
多層ヒートシンクを得ることができる。ここで、Ｎｉめ
っきはろう接合部の信頼性を確保するためと、パワー素
子やＡｌ２ Ｏ３ とはんだ接合されるときのはんだ付
け性を改善するために施される。Ｃｕ上へのはんだ付け
は耐熱性に問題があり、Ｍｏには直接はんだ接合するこ
とはできない。
【０００７】以上のことから、本発明の要旨とするとこ
ろは、少なくとも２種以上の金属もしくは合金をろう接
してなる多層ヒートシンクであり、また、少なくとも１
種以上がＭｏ、Ｗの金属もしくは合金およびＦｅ−Ｎｉ
と他方が銅、銅合金よりなる多層ヒートシンクである。
ろは、少なくとも２種以上の金属もしくは合金をろう接
してなる多層ヒートシンクであり、また、少なくとも１
種以上がＭｏ、Ｗの金属もしくは合金およびＦｅ−Ｎｉ
と他方が銅、銅合金よりなる多層ヒートシンクである。
【０００８】
【作用および効果】本発明により、信頼性の高いろう接
による多層ヒートシンクが得られる。さらに低熱膨張材
料と高熱伝導材料と組み合わせて、用途に応じた多層ヒ
ートシンクが製造可能である。すなわち、ＭｏおよびＷ
とＣｕを組み合わせ、それぞれの厚さを適当に選定すれ
ば両者の特徴を生かした多層ヒートシンクが得られる。 また、Ｆｅ−Ｎｉ合金はＮｉの含有量によって熱膨張係
数が異なるため、Ｎｉ含有量の違う板を組み合せ、厚さ
方向で熱膨張係数が徐々に変化する複合材料を作製する
ことができる。
による多層ヒートシンクが得られる。さらに低熱膨張材
料と高熱伝導材料と組み合わせて、用途に応じた多層ヒ
ートシンクが製造可能である。すなわち、ＭｏおよびＷ
とＣｕを組み合わせ、それぞれの厚さを適当に選定すれ
ば両者の特徴を生かした多層ヒートシンクが得られる。 また、Ｆｅ−Ｎｉ合金はＮｉの含有量によって熱膨張係
数が異なるため、Ｎｉ含有量の違う板を組み合せ、厚さ
方向で熱膨張係数が徐々に変化する複合材料を作製する
ことができる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明をその一実施例に基づいて説明
する。
する。
【００１０】（実施例１）図１において、１は熱伝導率
の高いＣｕ製板１２と、熱膨張係数が低いＭｏ製板１１
とをＡｇ４５％−Ｃｕ１５％−Ｚｎ１６％−Ｃｄ２４％
よりなる銀ろう８ペーストによりろう接して作製した多
層ヒートシンクで、２は前記多層ヒートシンク１上に載
置されたパワー素子で、３は前記ヒートシンク１のパワ
ー素子２とは反対側に配置されたセラミックス基板で、
４は前記セラミックス基板３の多層ヒートシンク１とは
反対側に配置されたフィンである。５はセラミックス基
板３とフィン４との間に介在させた放熱グリースで、６
は多層ヒートシンク１をパワー素子２およびセラミック
ス基板３に接合させるはんだである。
の高いＣｕ製板１２と、熱膨張係数が低いＭｏ製板１１
とをＡｇ４５％−Ｃｕ１５％−Ｚｎ１６％−Ｃｄ２４％
よりなる銀ろう８ペーストによりろう接して作製した多
層ヒートシンクで、２は前記多層ヒートシンク１上に載
置されたパワー素子で、３は前記ヒートシンク１のパワ
ー素子２とは反対側に配置されたセラミックス基板で、
４は前記セラミックス基板３の多層ヒートシンク１とは
反対側に配置されたフィンである。５はセラミックス基
板３とフィン４との間に介在させた放熱グリースで、６
は多層ヒートシンク１をパワー素子２およびセラミック
ス基板３に接合させるはんだである。
【００１１】より具体的に説明すると、長さ２００ｍｍ
×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＭｏ板１１と長さ２
００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのＣｕ板１２
をそれぞれＮｉめっきし，Ａｇ４５％−Ｃｕ１５％−Ｚ
ｎ１６％−Ｃｄ２４％よりなる銀ろう８ペーストを片面
に印刷した。 ここで、Ｎｉめっきは一般的なワット浴による電気めっ
き法で行い、５μｍのめっき厚とした。またＭｏ板１１
へのＮｉめっきは密着性が得られないため、Ｎｉめっき
後にＮ２ −Ｈ２ 混合気流中で熱処理して密着性を確
保している。
×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＭｏ板１１と長さ２
００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのＣｕ板１２
をそれぞれＮｉめっきし，Ａｇ４５％−Ｃｕ１５％−Ｚ
ｎ１６％−Ｃｄ２４％よりなる銀ろう８ペーストを片面
に印刷した。 ここで、Ｎｉめっきは一般的なワット浴による電気めっ
き法で行い、５μｍのめっき厚とした。またＭｏ板１１
へのＮｉめっきは密着性が得られないため、Ｎｉめっき
後にＮ２ −Ｈ２ 混合気流中で熱処理して密着性を確
保している。
【００１２】Ｃｕ板１２とＭｏ板１１を銀ろう面をあわ
せて重ね、真空熱処理炉で７００℃×３０分保持してろ
う接した。引き続き、該ろう接材１をダイヤモンド砥石
により切断し、７ｍｍ×７ｍｍの形状とし、図１に示す
ように搭載した。
せて重ね、真空熱処理炉で７００℃×３０分保持してろ
う接した。引き続き、該ろう接材１をダイヤモンド砥石
により切断し、７ｍｍ×７ｍｍの形状とし、図１に示す
ように搭載した。
【００１３】（実施例２）図２は熱膨張係数が低いＭｏ
製板１１の上下にさらに熱伝導率の高いＣｕ製板１２と
１３をろう接により接合し３層構造としたヒートシンク
を示した図であり、他の構成は実施例１と略同じである
実施例２である。
製板１１の上下にさらに熱伝導率の高いＣｕ製板１２と
１３をろう接により接合し３層構造としたヒートシンク
を示した図であり、他の構成は実施例１と略同じである
実施例２である。
【００１４】より具体的に説明すると、長さ２００ｍｍ
×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＭｏ板１１と長さ２
００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＣｕ板１２
および１３の２枚をそれぞれＮｉめっきし、Ａｇ４５％
−Ｃｕ１５％−Ｚｎ１６％−Ｃｄ２４％よりなる銀ろう
８ペーストをＣｕ板１２および１３には片面に、Ｍｏ板
１１には両面に印刷した。ここで、Ｎｉめっきは一般的
なワット浴による電気めっき法で行い、５μｍのめっき
厚とした。また、Ｍｏ板１１へのＮｉめっきは密着性が
得られないためＮｉめっき後にＮ２ −Ｈ２ 混合気流
中で熱処理して密着性を確保している。
×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＭｏ板１１と長さ２
００ｍｍ×幅２００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＣｕ板１２
および１３の２枚をそれぞれＮｉめっきし、Ａｇ４５％
−Ｃｕ１５％−Ｚｎ１６％−Ｃｄ２４％よりなる銀ろう
８ペーストをＣｕ板１２および１３には片面に、Ｍｏ板
１１には両面に印刷した。ここで、Ｎｉめっきは一般的
なワット浴による電気めっき法で行い、５μｍのめっき
厚とした。また、Ｍｏ板１１へのＮｉめっきは密着性が
得られないためＮｉめっき後にＮ２ −Ｈ２ 混合気流
中で熱処理して密着性を確保している。
【００１５】Ｃｕ板１２上にＭｏ板１１さらにＣｕ板１
２と重ね、真空熱処理炉で７００℃×３０分保持してろ
う接した。引続きワイヤーカット法で直径１０ｍｍの円
盤に加工した。その後、レーザフラッシュ法で熱伝導率
を測定したところ、１８７〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕と優れた熱伝
導率が得られた。なおＣｕおよび純Ｍｏの熱伝導率は３
９８〔Ｗ／ｍＫ〕および１３８〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕である。
２と重ね、真空熱処理炉で７００℃×３０分保持してろ
う接した。引続きワイヤーカット法で直径１０ｍｍの円
盤に加工した。その後、レーザフラッシュ法で熱伝導率
を測定したところ、１８７〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕と優れた熱伝
導率が得られた。なおＣｕおよび純Ｍｏの熱伝導率は３
９８〔Ｗ／ｍＫ〕および１３８〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕である。
【００１６】（実施例３）実施例２と同様に作成したＣ
ｕ−Ｍｏ−Ｃｕのろう接材を、ダイヤモンド砥石により
切断し、７ｍｍ×７ｍｍの形状とした。また、厚さ０．
５ｍｍのＭｏ板から切り出して７ｍｍ×７ｍｍの小片を
作成し、Ｎｉめっきを５μｍ施して比較材とした。
ｕ−Ｍｏ−Ｃｕのろう接材を、ダイヤモンド砥石により
切断し、７ｍｍ×７ｍｍの形状とした。また、厚さ０．
５ｍｍのＭｏ板から切り出して７ｍｍ×７ｍｍの小片を
作成し、Ｎｉめっきを５μｍ施して比較材とした。
【００１７】これらの多層ヒートシンク１を図３に示す
如く、理想放熱を想定した積層構造に組み込み、パワー
素子２とセラミックス基板３ではさんではんだ６で接合
し、該セラミックス基板３を放熱グリース５を介してＡ
ｌ製のフィン４と接触させた。さらに、パワー素子２を
発熱させ、その時の温度上昇を温度測定点７で熱電対に
より測定した。
如く、理想放熱を想定した積層構造に組み込み、パワー
素子２とセラミックス基板３ではさんではんだ６で接合
し、該セラミックス基板３を放熱グリース５を介してＡ
ｌ製のフィン４と接触させた。さらに、パワー素子２を
発熱させ、その時の温度上昇を温度測定点７で熱電対に
より測定した。
【００１８】図４が発熱量５Ｗ、１５Ｗ、２５Ｗのとき
の温度上昇を示した図であり、比較材のＭｏ（１ｂ）が
１Ｋ／Ｗの熱抵抗を示すのに対し、本発明のＣｕ−Ｍｏ
−Ｃｕのろう接材（１ａ）では０．７５Ｋ／Ｗへ放熱性
が改善される。
の温度上昇を示した図であり、比較材のＭｏ（１ｂ）が
１Ｋ／Ｗの熱抵抗を示すのに対し、本発明のＣｕ−Ｍｏ
−Ｃｕのろう接材（１ａ）では０．７５Ｋ／Ｗへ放熱性
が改善される。
【００１７】
【図１】Ｃｕ板とＭｏ板をろう接により接合した本発明
の二層構造のヒートシンクを用いた半導体装置の側面図
である。
の二層構造のヒートシンクを用いた半導体装置の側面図
である。
【図２】Ｃｕ板−Ｍｏ板−Ｃｕ板をろう接により接合し
た本発明の三層構造のヒートシンクを用いた半導体装置
の側面図である。
た本発明の三層構造のヒートシンクを用いた半導体装置
の側面図である。
【図３】実施例２におけるヒートシンクの熱抵抗測定積
層構造図である。
層構造図である。
【図４】本発明と従来のヒートシンクの熱抵抗（発熱量
に伴う温度上昇）を示した線図である。
に伴う温度上昇）を示した線図である。
１ ヒートシンク
１１ Ｍｏ板
１２ Ｃｕ板
１３ Ｃｕ板
２ パワー素子
３ セラミックス基板
４ フィン
５ 放熱グリース
６ はんだ
７ 温度測定点
８ ろう材
Claims (3)
- 【請求項１】 パワー素子がヒートシンクを介して搭
載される半導体装置において、前記ヒートシンクを少な
くとも２種以上の金属もしくは合金で形成し、該ヒート
シンク素材をろう接により接合したことを特徴とする多
層ヒートシンク。 - 【請求項２】 ヒートシンクは少なくとも一方がＭｏ
、Ｗの金属もしくは合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金の１種以上か
らなることを特徴とする請求項１記載の多層ヒートシン
ク。 - 【請求項３】 ヒートシンクは少なくとも一方がＭｏ
、Ｗの金属もしくは合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金の１種以上か
らなり、他方がＣｕ、Ｃｕ合金の１種以上からなること
を特徴とする請求項１記載の多層ヒートシンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416511A JPH04230063A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 多層ヒートシンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416511A JPH04230063A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 多層ヒートシンク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04230063A true JPH04230063A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=18524733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416511A Pending JPH04230063A (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 多層ヒートシンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04230063A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995006957A1 (fr) * | 1993-09-03 | 1995-03-09 | Kabushiki Kaisha Sekuto Kagaku | Plaque de radiation et procede de refroidissement utilisant ladite plaque |
| JP2007165690A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | ヒートスプレッダと金属板との接合方法 |
| WO2011001795A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 住友電気工業株式会社 | 金属積層構造体および金属積層構造体の製造方法 |
| US8084868B1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-12-27 | Amkor Technology, Inc. | Semiconductor package with fast power-up cycle and method of making same |
| US8993121B2 (en) | 2010-02-19 | 2015-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Metal laminated structure and method for producing the same |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2416511A patent/JPH04230063A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995006957A1 (fr) * | 1993-09-03 | 1995-03-09 | Kabushiki Kaisha Sekuto Kagaku | Plaque de radiation et procede de refroidissement utilisant ladite plaque |
| EP0716444A4 (en) * | 1993-09-03 | 1996-12-18 | Sekuto Kagaku Kk | Radiating plate and cooling method using same |
| US5762131A (en) * | 1993-09-03 | 1998-06-09 | Kabushiki Kaisha Sekuto Kagaku | Heat radiating board and method for cooling by using the same |
| KR100353427B1 (ko) * | 1993-09-03 | 2002-12-16 | 가부시키가이샤세쿠토카가쿠 | 방열판 및 그것을 사용한 냉각방법 |
| JP2007165690A (ja) * | 2005-12-15 | 2007-06-28 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | ヒートスプレッダと金属板との接合方法 |
| US8084868B1 (en) * | 2008-04-17 | 2011-12-27 | Amkor Technology, Inc. | Semiconductor package with fast power-up cycle and method of making same |
| WO2011001795A1 (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | 住友電気工業株式会社 | 金属積層構造体および金属積層構造体の製造方法 |
| JP2011011366A (ja) * | 2009-06-30 | 2011-01-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 金属積層構造体の製造方法 |
| US9199433B2 (en) | 2009-06-30 | 2015-12-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Metal laminated structure and method for producing the metal laminated structure |
| US8993121B2 (en) | 2010-02-19 | 2015-03-31 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Metal laminated structure and method for producing the same |
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