JPH0790413A - 複合材料 - Google Patents
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- JPH0790413A JPH0790413A JP25914493A JP25914493A JPH0790413A JP H0790413 A JPH0790413 A JP H0790413A JP 25914493 A JP25914493 A JP 25914493A JP 25914493 A JP25914493 A JP 25914493A JP H0790413 A JPH0790413 A JP H0790413A
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Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体素子との接合の信頼性が得られるよう
に熱膨張係数が小さく、かつ、十分な放熱性が得られる
熱伝導率を兼ね備えた機能材料の提供。 【構成】 Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金の高熱膨張
金属材料中に平均粒径が５００μｍ以下である石英粒子
を均一に分散させて熱膨張係数を低下させるもので、金
属材料中に占める石英粒子の体積比率が４０％〜７０％
の範囲内で適宜選定するすることにより、十分な放熱性
を確保しながら所望の熱膨張係数を得ることができ、低
熱膨張、高熱伝導を両立し優れた特性を有する。 【効果】 粉末冶金的手法にて直接目的の形状に容易に
製造できるため、用途に応じた特性並びに形状を有する
複合材料を容易に得られる。
に熱膨張係数が小さく、かつ、十分な放熱性が得られる
熱伝導率を兼ね備えた機能材料の提供。 【構成】 Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金の高熱膨張
金属材料中に平均粒径が５００μｍ以下である石英粒子
を均一に分散させて熱膨張係数を低下させるもので、金
属材料中に占める石英粒子の体積比率が４０％〜７０％
の範囲内で適宜選定するすることにより、十分な放熱性
を確保しながら所望の熱膨張係数を得ることができ、低
熱膨張、高熱伝導を両立し優れた特性を有する。 【効果】 粉末冶金的手法にて直接目的の形状に容易に
製造できるため、用途に応じた特性並びに形状を有する
複合材料を容易に得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子用放熱基
板などに使用する複合材料に係り、高熱伝導性で高熱膨
張金属であるＣｕ材中に石英粒子を分散させて、石英の
体積比を選定することにより熱膨張係数を制御し、低熱
膨張、高熱伝導を両立し優れた特性を有する複合材料に
関する。
板などに使用する複合材料に係り、高熱伝導性で高熱膨
張金属であるＣｕ材中に石英粒子を分散させて、石英の
体積比を選定することにより熱膨張係数を制御し、低熱
膨張、高熱伝導を両立し優れた特性を有する複合材料に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体パッケージの集積回路チップ、と
りわけ、大型コンピューター用のＬＳＩやＵＬＳＩは、
高集積度化、演算速度の高速化の方向に進んでおり、作
動中における消費電力の増加に伴う発熱量が非常に大き
くなり、基板材料の熱膨張係数がチップ材料であるシリ
コンやガリウムヒ素等と大きな差があると、チップが剥
離あるいは割れを生ずる問題がある。半導体パッケージ
の設計も、熱放散性を考慮したものとなり、チップを搭
載する基板にも放熱性が要求されるようになり、基板材
料の熱伝導率が大きいことが求められている。
りわけ、大型コンピューター用のＬＳＩやＵＬＳＩは、
高集積度化、演算速度の高速化の方向に進んでおり、作
動中における消費電力の増加に伴う発熱量が非常に大き
くなり、基板材料の熱膨張係数がチップ材料であるシリ
コンやガリウムヒ素等と大きな差があると、チップが剥
離あるいは割れを生ずる問題がある。半導体パッケージ
の設計も、熱放散性を考慮したものとなり、チップを搭
載する基板にも放熱性が要求されるようになり、基板材
料の熱伝導率が大きいことが求められている。
【０００３】従って、基板にはチップと熱膨張係数が近
く、かつ熱伝導率が大きいことが要求されており、例え
ば、チップの熱膨張係数に近いＭｏ材と、パッケージ基
板を構成するアルミナ材の熱膨張係数に近いコバール合
金材をろう付け積層し、Ｍｏ材にチップを搭載し、コバ
ール合金材を介してパッケージ基板に接合し、さらに放
熱フィンを付設した構成があり、剥離や割れを生ずる危
険は少ないが、放熱性を支配する材料が熱伝導率の低い
コバール合金材であるため、放熱フィンを付設しても、
充分な放熱性が得られない問題があった。
く、かつ熱伝導率が大きいことが要求されており、例え
ば、チップの熱膨張係数に近いＭｏ材と、パッケージ基
板を構成するアルミナ材の熱膨張係数に近いコバール合
金材をろう付け積層し、Ｍｏ材にチップを搭載し、コバ
ール合金材を介してパッケージ基板に接合し、さらに放
熱フィンを付設した構成があり、剥離や割れを生ずる危
険は少ないが、放熱性を支配する材料が熱伝導率の低い
コバール合金材であるため、放熱フィンを付設しても、
充分な放熱性が得られない問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、チップの熱膨
張係数との整合性を有し、熱伝導率が大きいという、相
反する要求を満足する材料として、クラッド板やＣｕ−
ＭｏあるいはＣｕ−Ｗ合金等のヒートスプレッダ用複合
材料が提案されている。ヒートスプレッダ用クラッド板
としては、銅板とインバー合金板を積層した材料が使用
されている。このクラッド板は、熱膨張係数に関しては
チップとほぼ同一にすることができるが、板厚方向への
熱伝導度は、インバー合金板を介在するため、必ずしも
十分でない。
張係数との整合性を有し、熱伝導率が大きいという、相
反する要求を満足する材料として、クラッド板やＣｕ−
ＭｏあるいはＣｕ−Ｗ合金等のヒートスプレッダ用複合
材料が提案されている。ヒートスプレッダ用クラッド板
としては、銅板とインバー合金板を積層した材料が使用
されている。このクラッド板は、熱膨張係数に関しては
チップとほぼ同一にすることができるが、板厚方向への
熱伝導度は、インバー合金板を介在するため、必ずしも
十分でない。
【０００５】Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ合金基板は、チップ
の熱膨張係数とほぼ等しいＭｏ、Ｗ粉を焼結することに
よって、気孔率の大きい焼結体を作製し、その後、溶融
した銅を含浸させて製造（特公平５−３８４５７号公
報）するか、あるいはＭｏ、Ｗの粉末と銅の粉末を焼結
（特開昭６２−２９４１４７号公報）することによって
得られたＭｏあるいはＷとＣｕの複合体である。前記複
合体は熱膨張係数、熱伝導度とも実用上満足すべき条件
にかなっているが、Ｍｏ、Ｗ等が高密度であるため重
く、所定の寸法を得るには機械的成形加工しなければな
らず、加工費が高く、歩留りが悪い。
の熱膨張係数とほぼ等しいＭｏ、Ｗ粉を焼結することに
よって、気孔率の大きい焼結体を作製し、その後、溶融
した銅を含浸させて製造（特公平５−３８４５７号公
報）するか、あるいはＭｏ、Ｗの粉末と銅の粉末を焼結
（特開昭６２−２９４１４７号公報）することによって
得られたＭｏあるいはＷとＣｕの複合体である。前記複
合体は熱膨張係数、熱伝導度とも実用上満足すべき条件
にかなっているが、Ｍｏ、Ｗ等が高密度であるため重
く、所定の寸法を得るには機械的成形加工しなければな
らず、加工費が高く、歩留りが悪い。
【０００６】この発明は、半導体素子との接合の信頼性
が得られるように熱膨張係数が小さく、かつ、十分な放
熱性が得られる熱伝導率を兼ね備えた機能材料の提供を
目的としている。
が得られるように熱膨張係数が小さく、かつ、十分な放
熱性が得られる熱伝導率を兼ね備えた機能材料の提供を
目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】発明者は、熱膨張係数が
小さくかつ十分な放熱性が得られる熱伝導率を兼ね備え
た材料が安価に製造できないか、種々検討の結果、銅の
中に石英粒子を均一に分散させ、その体積比をコントロ
ールすることにより、目的とする特性の材料が得られる
こと知見し、この発明を完成した。すなわち、この発明
は、高熱膨張金属材料中に石英粒子が分散し、石英粒子
の体積比率が４０％〜７０％であることを特徴とする複
合材料である。また、この発明は、上記の構成におい
て、石英の平均粒径が５００μｍ以下である複合材料、
高熱膨張金属材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金の
うちいずれかである複合材料を併せて提案する。
小さくかつ十分な放熱性が得られる熱伝導率を兼ね備え
た材料が安価に製造できないか、種々検討の結果、銅の
中に石英粒子を均一に分散させ、その体積比をコントロ
ールすることにより、目的とする特性の材料が得られる
こと知見し、この発明を完成した。すなわち、この発明
は、高熱膨張金属材料中に石英粒子が分散し、石英粒子
の体積比率が４０％〜７０％であることを特徴とする複
合材料である。また、この発明は、上記の構成におい
て、石英の平均粒径が５００μｍ以下である複合材料、
高熱膨張金属材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金の
うちいずれかである複合材料を併せて提案する。
【０００８】この発明において、石英は必ずしも理想化
学組成である必要はなく、また完全結晶質から非晶質あ
るいは不純物を含むものでもよいが、目的とする熱膨張
係数を得るのに不純物量だけ石英を増量する必要が生じ
る。この発明による複合材料において、石英の体積比が
４０％未満では得られた複合材料の熱膨張係数が大きく
なり過ぎ、また、石英の体積比が７０％を越えると、得
られた複合材料の熱伝導率が小さくなり過ぎ、かつ、焼
結時に石英粒子同士が合体し、石英粒子が銅中にランダ
ムに分散しなくなるため、石英の体積比は４０〜７０％
とする。石英の平均粒径が５００μｍを越えると、焼結
時に石英粒子同士が合体し、石英粒子が高熱膨張金属材
料の銅等の中にランダムに分散しなくなる。場合によっ
ては石英の塊中に該金属材料が分散するようになり、熱
伝導率が小さくなり過ぎるため、石英の平均粒径は５０
０μｍ以下とする。石英の平均粒径の下限は特に限定し
ないが、望ましくは２０μｍ〜３００μｍ、さらに好ま
しくは５０μｍ〜２００μｍである。
学組成である必要はなく、また完全結晶質から非晶質あ
るいは不純物を含むものでもよいが、目的とする熱膨張
係数を得るのに不純物量だけ石英を増量する必要が生じ
る。この発明による複合材料において、石英の体積比が
４０％未満では得られた複合材料の熱膨張係数が大きく
なり過ぎ、また、石英の体積比が７０％を越えると、得
られた複合材料の熱伝導率が小さくなり過ぎ、かつ、焼
結時に石英粒子同士が合体し、石英粒子が銅中にランダ
ムに分散しなくなるため、石英の体積比は４０〜７０％
とする。石英の平均粒径が５００μｍを越えると、焼結
時に石英粒子同士が合体し、石英粒子が高熱膨張金属材
料の銅等の中にランダムに分散しなくなる。場合によっ
ては石英の塊中に該金属材料が分散するようになり、熱
伝導率が小さくなり過ぎるため、石英の平均粒径は５０
０μｍ以下とする。石英の平均粒径の下限は特に限定し
ないが、望ましくは２０μｍ〜３００μｍ、さらに好ま
しくは５０μｍ〜２００μｍである。
【０００９】この発明による複合材料の製造方法として
は、実施例に示す如く、所定の平均粒径の石英と高熱膨
張金属材料粉末を配合混練し、加圧成形あるいは射出成
形などにより所定形状に成形した後、水素雰囲気中など
の非酸化性雰囲気で焼結する粉末冶金的手法が採用でき
る。製造に際し、石英を均一に分散させるため、高熱膨
張金属材料粉末は石英の平均粒径と同等以下が好まし
く、望ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１０
０μｍ以下である。
は、実施例に示す如く、所定の平均粒径の石英と高熱膨
張金属材料粉末を配合混練し、加圧成形あるいは射出成
形などにより所定形状に成形した後、水素雰囲気中など
の非酸化性雰囲気で焼結する粉末冶金的手法が採用でき
る。製造に際し、石英を均一に分散させるため、高熱膨
張金属材料粉末は石英の平均粒径と同等以下が好まし
く、望ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１０
０μｍ以下である。
【００１０】
【作用】この発明による複合材料は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、
Ａｌ、Ａｌ合金の高熱膨張金属材料中に平均粒径が５０
０μｍ以下である石英粒子を均一に分散させて熱膨張係
数を低下させるもので、金属材料中に占める石英粒子の
体積比率が４０％〜７０％の範囲内で適宜選定するする
ことにより、十分な放熱性を確保しながら所望の熱膨張
係数を得ることができ、低熱膨張、高熱伝導を両立し優
れた特性を有し、半導体素子用放熱基板などに最適であ
る。また、粉末冶金的手法にて直接目的の形状に容易に
製造できるため、用途に応じた特性並びに形状を有する
基板などを安価に提供できる。
Ａｌ、Ａｌ合金の高熱膨張金属材料中に平均粒径が５０
０μｍ以下である石英粒子を均一に分散させて熱膨張係
数を低下させるもので、金属材料中に占める石英粒子の
体積比率が４０％〜７０％の範囲内で適宜選定するする
ことにより、十分な放熱性を確保しながら所望の熱膨張
係数を得ることができ、低熱膨張、高熱伝導を両立し優
れた特性を有し、半導体素子用放熱基板などに最適であ
る。また、粉末冶金的手法にて直接目的の形状に容易に
製造できるため、用途に応じた特性並びに形状を有する
基板などを安価に提供できる。
【００１１】
実施例１ 平均粒径１５０μｍの石英粒子と平均粒径１００μｍの
銅粉を、石英の体積比が２０％、４０％、６０％、８０
％となるように混合し、さらに少量のステアリン酸を添
加し、混練した。その後、厚み１．５ｍｍ×６０ｍｍ角
の板状に加圧成形し、１０００℃、３時間、水素雰囲気
中で焼結し、複合材料を得た。得られた複合材料より試
験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導率を測定し、そ
の結果を表１に示す。なお、表１において、石英の体積
比が２０％の場合が比較例４、４０％の場合が本発明
１、６０％の場合が本発明２、８０％の場合が比較例５
である。
銅粉を、石英の体積比が２０％、４０％、６０％、８０
％となるように混合し、さらに少量のステアリン酸を添
加し、混練した。その後、厚み１．５ｍｍ×６０ｍｍ角
の板状に加圧成形し、１０００℃、３時間、水素雰囲気
中で焼結し、複合材料を得た。得られた複合材料より試
験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導率を測定し、そ
の結果を表１に示す。なお、表１において、石英の体積
比が２０％の場合が比較例４、４０％の場合が本発明
１、６０％の場合が本発明２、８０％の場合が比較例５
である。
【００１２】実施例２ 平均粒径１５μｍの石英粒子と平均粒径１０μｍの銅粉
を石英の体積比が５０％となるよう混合し、さらにこの
混合物に体積比で４０％のポリプロピレン系バインダー
を添加し混練した。これを射出成形にて厚み２ｍｍ×２
０ｍｍ角の板状に成形し、脱脂後、１０００℃、３時
間、水素雰囲気中で焼結し、複合材料を得た。得られた
複合材料より試験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導
率を測定し、その結果を本発明３として表１に示す。
を石英の体積比が５０％となるよう混合し、さらにこの
混合物に体積比で４０％のポリプロピレン系バインダー
を添加し混練した。これを射出成形にて厚み２ｍｍ×２
０ｍｍ角の板状に成形し、脱脂後、１０００℃、３時
間、水素雰囲気中で焼結し、複合材料を得た。得られた
複合材料より試験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導
率を測定し、その結果を本発明３として表１に示す。
【００１３】比較例 平均粒径６００μｍの石英粒子と平均粒径１００μｍの
銅粉を石英の体積比が５０％となるように混合し、以
降、実施例１と同様の方法で複合材料を得た。得られた
複合材料より試験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導
率を測定し、その結果を比較例６として表１に示す。
銅粉を石英の体積比が５０％となるように混合し、以
降、実施例１と同様の方法で複合材料を得た。得られた
複合材料より試験片を切り出し、熱膨張係数及び熱伝導
率を測定し、その結果を比較例６として表１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】この発明による複合材料は、Ｃｕ、Ａｌ
などの高熱膨張金属材料中に所定平均粒径石英粒子を均
一に分散させて、金属材料中に占める石英粒子の体積比
率を適宜選定するすることにより、半導体素子との接合
の信頼性が得られるように熱膨張係数が小さく、かつ、
十分な放熱性が得られる熱伝導率を兼ね備えた機能材料
が容易に得られ、しかも粉末冶金的手法が採用できるた
め、所定の寸法を得るのに機械的成形加工が不要かつ歩
留がよく、極めて製造性がよい利点がある。
などの高熱膨張金属材料中に所定平均粒径石英粒子を均
一に分散させて、金属材料中に占める石英粒子の体積比
率を適宜選定するすることにより、半導体素子との接合
の信頼性が得られるように熱膨張係数が小さく、かつ、
十分な放熱性が得られる熱伝導率を兼ね備えた機能材料
が容易に得られ、しかも粉末冶金的手法が採用できるた
め、所定の寸法を得るのに機械的成形加工が不要かつ歩
留がよく、極めて製造性がよい利点がある。
Claims (3)
- 【請求項１】 高熱膨張金属材料中に石英粒子が分散
し、石英粒子の体積比率が４０％〜７０％であることを
特徴とする複合材料。 - 【請求項２】 石英の平均粒径が５００μｍ以下である
請求項１に記載の複合材料。 - 【請求項３】 高熱膨張金属材料がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａ
ｌ、Ａｌ合金のうちいずれかである請求項１または請求
項２に記載の複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25914493A JPH0790413A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25914493A JPH0790413A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0790413A true JPH0790413A (ja) | 1995-04-04 |
Family
ID=17329948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25914493A Pending JPH0790413A (ja) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | 複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0790413A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6909185B1 (en) | 1998-12-07 | 2005-06-21 | Hitachi, Ltd. | Composite material including copper and cuprous oxide and application thereof |
| JP2009111120A (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-21 | Shinko Electric Ind Co Ltd | シリコンインターポーザの製造方法およびシリコンインターポーザと、これを用いた半導体装置用パッケージおよび半導体装置 |
| CN103589885A (zh) * | 2013-11-07 | 2014-02-19 | 昆明理工大学 | 一种制备氧化铝/铝硅基复合材料的方法 |
-
1993
- 1993-09-22 JP JP25914493A patent/JPH0790413A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6909185B1 (en) | 1998-12-07 | 2005-06-21 | Hitachi, Ltd. | Composite material including copper and cuprous oxide and application thereof |
| JP2009111120A (ja) * | 2007-10-30 | 2009-05-21 | Shinko Electric Ind Co Ltd | シリコンインターポーザの製造方法およびシリコンインターポーザと、これを用いた半導体装置用パッケージおよび半導体装置 |
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