JPH09298260A

JPH09298260A - 放熱板

Info

Publication number: JPH09298260A
Application number: JP8134309A
Authority: JP
Inventors: Eiki Tsushima; 栄樹津島; Jun Takayasu; 潤高安
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1996-05-01
Filing date: 1996-05-01
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】厚さ方向の熱伝導率が大きく、且つ広さ方向
の熱膨張係数や弾性率が小さく、その上十分な強度、平
面性及び気密性を有し、しかも半導体及びセラミックス
等の封止材料との接着性が良好で、使用時の温度変化に
よる熱応力の発生が十分に小さく、剥がれや割れや半導
体への悪影響が生じない、信頼性の高い放熱板を提供す
る。【解決手段】炭素繊維が厚さ方向に配列している一方
向性炭素繊維強化複合材料１の表裏両面が、薄板状の金
属部材２によって金属ロウ材層３を介して被覆されてい
る構造からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、放熱板に関しするもの
であって、特にコンピュータ等に使用される集積回路
（ＭＰＵ，ＣＰＵ，ＤＲＡＭ等）及びパワートランジス
タ等のパワーデバイスとして使用される半導体素子等の
発熱による温度上昇を防ぐために、それらの面に接着し
て用いられている放熱板に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの高性能化、特に高
速化が著しい。これらは主に、ＭＰＵと呼ばれる半導体
集積回路の周波数の高周波数化による処理高速の向上に
よるものであるが、これらの高周波数化に伴い、半導体
素子からの発熱が増大し、その放熱が重要な問題となっ
てきている。半導体素子の発熱による温度上昇が問題に
なると、半導体素子をプラスチック等で封止したパッケ
ージの外面にアルミニウム等の放熱フィンを接着した
り、パッケージの外面を冷却ファンで気流を流して冷却
する方法がとれてきた。ただ、この方法では、放熱冷却
は熱伝導率の低いセラミックスあるいはプラスチックス
等のパッケージ封止層を介して行われるので、放熱冷却
の効率が悪く、また放熱フィンあるいは冷却ファン等の
とりつけが必要で、全体の容積、重量が大きくなってし
まうという問題点があった。

【０００３】更に、集積度が大きくなり、あるいは高速
処理、高出力になって、素子の発熱による温度上昇が大
きくなってくると、半導体素子の裏面に、熱伝導率の高
い放熱板（放熱窓、ヒートシンク板などと呼ぶ）を接着
し、放熱板の一面がパッケージの外側に露出するように
封止して、この面から放熱冷却するような工夫がなされ
る。この場合の放熱板付半導体パッケージの断面は例え
ば図３で示される。図３において、４は放熱板を、５は
半導体（シリコンチップ）を、６はセラミックス封止体
を、７はボンディングワイヤーを、８は（入出力）端子
を、それぞれ示す。

【０００４】この場合の放熱板は、厚さ１ｍｍ前後
（０．５〜２ｍｍ）、広さ数ｃｍ角の熱伝導率が十分大
きい薄板であるが、それ自体十分な強度を有し、気密性
があることが必要で、更にそれはシリコン等の半導体材
料と十分熱抵抗の小さい層を介して接着できること、ま
た接着時あるいは使用時に半導体及びセラミックス等の
封止材との接着面に温度変化により熱応力が発生して、
剥がれ、素子不良などを生じることが全くないことが重
要である。

【０００５】従って、このような放熱板は、熱伝導率、
強度、気密性、コストの視点からは、銅、アルミニウム
などの金属板が考えられる。たゞ、半導体として使用さ
れているシリコン材料は、熱膨張係数（ＣＴＥ）が４．
２×１０^-6／℃と銅［ＣＴＥ＝１７×１０^-6／℃，熱伝
導率（Ｃ．Ｔ）＝３９０Ｗ／ｍ・Ｋ］、アルミニウム
（ＣＴＥ＝２４×１０^-6／℃，Ｃ．Ｔ＝２７０Ｗ／ｍ・
Ｋ）などの放熱性の高い金属に対して小さいために、そ
れらの安価な金属を高発熱の半導体素子の放熱材として
使用することは困難であった。

【０００６】このような観点から、この放熱板の材料と
して適したものは数少なく、銅／タングステン複合材
料、金属被覆ＣＢＮ焼結体、窒化アルミニウム、ダイヤ
モンド等が検討されている（特開昭６０−２２６１４９
号、特公平３−２９３０９号、特開平５−１８６８０４
号各公報等）が、現在は、銅／タングステン複合材料が
一部実用化されている。（なお、タングステンはＣＴＥ
＝４．５×１０^-6／℃，Ｃ．Ｔ＝１６７Ｗ／ｍ・Ｋであ
り、モリブデンはＣＴＥ＝５．１×１０^-6／℃，Ｃ．Ｔ
＝１４２Ｗ／ｍ・Ｋである。）しかしながら、タングステン及びモリブデンは弾性率が
それぞれ３９０ＧＰａ及び３３０ＧＰａと高いために、
わずかな熱膨張率の違いでも高い熱応力の発生は避けら
れないという難点がある。

【０００７】また、超ＬＳＩなどの半導体パッケージが
ＭＰＵなどとして用いられるパーソナルコンピューター
などは、携帯用として増々小さく、薄く、軽く、且つ低
コストで、更に高速処理が要求されているが、従来技術
では、半導体パッケージの温度上昇がネックになって処
理速度を抑えざるを得ない場合も起っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上記
従来技術の実情に鑑みてなされたものであって、高速処
理用あるいは高出力用半導体パッケージの放熱板として
最適のもので、厚さ方向の熱伝導率が大きく、厚さが１
ｍｍ程度（０．５〜２ｍｍ）の薄板であるにもかかわら
ずそれ自体十分な強度、平面性及び気密性を有し、しか
も半導体及びセラミックス等と高温はんだ接合が可能で
あり、且つ接着時及び使用時の温度変化による接着面の
剥がれや素子不良の原因となるような熱応力の発生が十
分に小さい、信頼性の高い放熱板を提供することを、そ
の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炭素繊
維が厚さ方向に配列している一方向性炭素繊維強化複合
材料の平板の表裏両面が、厚さ約５０μｍ以下の薄板状
金属部材によって金属ロウを介して被覆されている構造
からなることを特徴とする放熱板が提供される。

【００１０】本発明者らは、先に一方向性炭素繊維強化
複合材料の高熱伝導性（炭素繊維の長さ方向）、軽量、
易加工性、低弾性率（低熱応力）などの利点（金属やセ
ラミックスに対して）に着目し、且つその欠点である気
密性、強度（繊維と直角方向の強度が低い）、接合性
（ハンダ濡れ性がないためハンダ接合が困難）等の面を
改良することによる、すなわち炭素繊維が厚さ方向に配
列している一方向性複合材料の表裏両面が金属部材によ
って高分子接着層を介して被覆されている構造からなる
ことを特徴とする放熱板を提案した（特願平７−３０３
４５０号）。

【００１１】この放熱板は、熱伝導率の極めて大きな炭
素繊維が厚さ方向に配列した一方向性複合材料の平板
と、その表裏両面を覆う熱伝導率の大きな金属部材及び
十分に薄くすることができる高分子接着層からなるもの
としたことから、厚さ方向の熱伝導率を銅／タングステ
ン複合材料のそれと同等又はそれ以上とすることがで
き、また複合材料の平板は多孔質で通気性を有するが、
被覆金属部材により、気密性、封止性に優れたものとな
り、且つ反りや割れのないものである。その上、この放
熱板は、厚さの大部分を占める複合材料の広さ方向（即
ち、厚さ方向に直角の方向）の熱膨張係数がシリコン半
導体やアルミナ等のセラミックスのそれと近いものであ
り、また、広さ方向の弾性率も小さいものとすることが
できるので、温度変化による熱応力発生が小さく、剥が
れ、割れ等や半導体への悪影響を生じない。たゞ、炭素
繊維強化複合材料平板に薄板状の金属部材をエポキシ樹
脂などの接着剤を用いて接合する場合は、エポキシ樹脂
では耐熱温度が低い、電気抵抗が大きいなどの欠点があ
った。そこで、本発明はこの点を高分子接着剤の代りに
耐熱温度の高い金属ロウを用いることによって改良する
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の放熱板について、
詳しく説明する。本発明の放熱板は、炭素繊維が厚さ方
向に配列している一方向性炭素繊維強化複合材料の表裏
両面が、薄板状の金属部材によって高融点の金属ロウ材
層を介して被覆されている構造からなることを特徴とす
る。

【００１３】すなわち、本発明の放熱板の外観は図１で
示されるものであり、その構造は図２に示されるような
積層構造からなるものである。図２において、１は炭素
繊維が厚さ方向に配列している一方向性炭素繊維強化複
合材料の平板を、２は薄板状の金属部材を、３は金属ロ
ウ材層を、４は放熱板を、それぞれ示す。

【００１４】本発明で使用される炭素繊維が厚さ方向に
配列している一方向性炭素繊維強化複合材料の平板は、
炭素繊維の長さ方向の熱伝導率が十分に大きいものを用
いることによって、その平板の厚さ方向の熱伝導率は、
銀、銅、アルミニウム等の金属よりも大きくすることが
できる。例えば、液晶ピッチを原料にしたピッチ系炭素
繊維で約３，０００℃迄熱処理したものでは、長さ方向
の熱伝導率は１，０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のものがあ
り、そのような炭素繊維を用いて繊維容積含有率５０％
の一方向性複合材料を成形すると、母材の種類にかから
わず、炭素繊維の配列方向の熱伝導率は５００Ｗ／ｍ・
Ｋ以上のものが得られる。

【００１５】この複合材料の母材としては、炭素、シリ
コンカーバイド等のセラミックス、金属シリコン、ガラ
スなど種々のものが用い得るが、薄い板に切削加工する
迄の成形コストなどの面を考慮すると、次に述べるよう
な炭素母材が好ましい。すなわち、本発明の放熱板を構
成する主要部分である一方向性複合材料の平板は、補強
繊維が炭素繊維であって、母材が炭素を主成分とする炭
素繊維強化炭素母材複合材料（炭素／炭素複合材料）が
好適である。一方向性炭素／炭素複合材料の中でも、特
に特願平６−３２３５０７号で提供されるもの、あるい
は特開平３−２４７５６３号公報や特開平５−５１２５
７号の製造方法により製造されるものなどを用いること
が好ましい。

【００１６】上述の一方向性炭素／炭素複合材料（以
降、ＵＤＣ／Ｃ複合材料と記すことがある）は、一方
向に配列した炭素繊維の束に、固体のピッチあるいはコ
ークスなどの微粉体を分散したフェノール樹脂などの熱
硬化性樹脂の溶液（溶媒としてフルフリルアルコールな
どを用いる）を含浸した後、溶媒を乾燥除去しつつ、炭
素母材前駆体が含浸され、且つ一方向に繊維が配列して
いるシート状物（プリプレグ）を形成し、これを一方向
に多数枚積層して、加圧下に加熱して熱硬化性樹脂部分
を硬化させて、その後不活性雰囲気中で高温焼成して、
フェノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉体を炭
素化するという方法によって製造されるものである。こ
の方法によれば、再含浸、再焼成のような緻密化処理な
しで、一回の焼成炭化処理にて、必要十分に緻密な母材
組織が得られることが特徴である。

【００１７】上述の方法で得られたＵＤＣ／Ｃ複合材
料は、その所定の大きさのブロックを繊維の配列方向に
対して直角方向に、ワイヤーソーあるいは回転ダイヤモ
ンドソーなどで、厚さ１ｍｍのような薄板を精度良く切
出すことができるので、特に好ましい。また、上述のＵ
ＤＣ／Ｃ複合材料は、繊維の配列方向と直角方向の弾
性率が５〜１０ＧＰａと低いため、この方向の伸縮性が
あり、金属やセラミックスなどの熱膨張係数の異なる材
料とこの方向で接合した場合、熱応力緩和作用が発現さ
れる。特に、繊維軸方向の熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ
以上であり、繊維軸と直角方向の弾性率が１０ＧＰａ以
下の値であるＵＤＣ／Ｃ複合材料を用いるのが好まし
い。

【００１８】このような複合材料の平板は、半導体やセ
ラミックスと接着しても、−４０〜１５０℃のような温
度範囲で、金属の平板と比べて熱応力の発生が小さい。
その理由は、炭素繊維の断面方向の熱膨張係数及び母材
の炭素、シリコンカーバイド、金属シリコン、あるいは
ガラスの熱膨張係数が４〜８×１０^-6／Ｋと、シリコン
などの半導体やアルミナなどのセラミックスのそれと比
較的近いためである。

【００１９】このような複合材料の平板は、熱伝導率、
接着時の熱応力の観点からすれば、それ自体、半導体パ
ッケージ用の放熱板として優れているが、更に十分な強
度を有し、反りのない平面性の良い表面を有し、また十
分な気密性、封止性を有するようにするために、上述し
た複合材料の平板の表裏両面に薄板状の金属部材を被覆
接合することが、本発明の特徴である。

【００２０】上述した複合材料の平板の表裏両面に金属
部材を被覆接合しない場合は、この平板は厚さが１ｍｍ
前後（０．５〜２ｍｍ）であるので、半導体パッケージ
組立加工時に破損が起るおそれがあり、また使用時の信
頼性にも問題があり、更に厚さ方向に微細な気孔が連通
しているので、気密性が低い。

【００２１】また、上述した複合材料の平板の表裏両面
に金属部材を被覆接合するのではなくて、片面にのみ金
属部材を被覆接合した場合は、接合終了時あるいはその
後の取扱い時に片側の応力集中により反りが生じ、また
多くの場合は、複合材料側に割れが生じるので使用でき
ない。これは、金属部材の熱膨張係数及び弾性率が複合
材料部分に比べて大きいために、高温時に熱歪みがなく
ても、冷却時に片側の金属部材が収縮し、一方反対側の
複合材料はあまり収縮しないので、金属部材側が凹に複
合材料側が凸に反りが生じ、またひび割れも生ずる結果
となる。もちろん、複合材料面の露出による取扱い時の
複合材料粉の発生の問題も生じる。

【００２２】本発明の場合は、複合材料部分が１ｍｍ前
後の厚さであり、非常に薄いので“反り”やすく、また
用途が半導体に接着して用いるものであるので、小さい
“反り”も問題となる。複合材料の表裏両面に同じ材料
の金属部材か又は熱膨張係数が近い金属部材を接合する
ことにより、表裏面がほぼ均等な熱応力を生ずるため
に、この“反り”を極めて小さくすることができる。従
って、本発明においては、複合材料平板の表裏両面に金
属部材を接合被覆することが必須であり、製作時は表裏
面同時に、金属部材を接合することが好ましく、また両
面とも同一材料の金属部材を接合することが好ましい。

【００２３】上述の金属部材としては、金属箔、金属板
及び金属放熱フィンなどがあり、銀、銅、アルミニウム
あるいは合金などの熱伝導率が高く接着性の良い、箔、
板、放熱フィンとして用いられる材料から選ぶことがで
きるが、価格及び低温ハンダでの接着性を考慮すると、
銅箔、銅板等が好ましい。また、熱膨張の点からはモリ
ブデン、コバール、４２％ニッケル合金等が好ましい。

【００２４】また、上述の金属部材の厚さは十分薄い、
すなわち５０μｍ以下（好ましくは５〜４０μｍ）であ
ることが必要で、あまり厚いと、金属は熱膨張係数が大
きく且つ弾性率も大きいので、シリコンなどの半導体や
セラミックス等の封止材との接着において、温度変化に
よる熱応力の発生が大きくなり、剥がれや破損を生じる
し、更に前述の複合材料の平板の表裏面への接合におい
ても、剥がれが生じる場合がある。また、この金属部材
を両面に接合した放熱板は、全体の厚さに制約があるた
め、金属部材を厚くすると、その分複合材料の板を薄く
する必要が生じるが、前述のような炭素繊維が厚さ方向
に配列した一方向性複合材料の板を０．８ｍｍより薄い
厚さに加工することは困難を伴ない、加工歩留りを悪化
させる。このような理由によって、０．１ｍｍ厚以上の
金属部材は不適当であり、５０μｍ厚以下の金属部材が
使用される。

【００２５】このような金属部材を、前述した複合材料
の平板の両面に接合する方法としては、エポキシ樹脂系
高分子接着剤を用いる接着などが知られている。ただ、
高分子接着剤を用いる方法では、耐熱温度が低く、また
電気抵抗が大きいなどという欠点がある。

【００２６】そこで、このような点を改善するために、
本発明では金属ロウを用いて金属箔をカーボン材に接合
する方法を考案した。金属ロウとしては、銀ロウ、ニッ
ケルロウ、銅ロウなどを使用するとカーボン及び金属箔
と良好な接着を得ることが可能である。銀ロウの場合は
溶解温度が６００℃から１０００℃程度のものまである
が、カーボンとの接着性からはチタンを含有した活性銀
ロウと呼ばれるロウ材を使用する必要がある。この場
合、溶融温度は８００℃以下と他のロウ材と比較すると
低いため作業性は良いが、反応性の高いチタンを含有し
ているために、真空炉又はアルゴン雰囲気炉によりのみ
良好な接合が可能である。また、ニッケルロウ及び銅ロ
ウの場合は、溶融温度は８００℃以上と銀ロウより高い
が、水素雰囲気でのロウ付けが可能であり、連続処理に
より良好な接合が可能である。

【００２７】使用する金属箔としては、ロウ材との濡れ
性が必要であると同時に、ロウ材よりも高い溶融温度を
有する必要がある。そのため、使用される金属箔として
は銅、モリブデン、ステンレス、ニッケル合金、クロム
合金などが良い。

【００２８】使用する金属部材と金属ロウとについて、
より具体的に説明すると、例えば金属部材として銅箔を
用いた場合には、金属ロウとしてニッケルロウ（特にＢ
Ｎｉ−７のロウ材）を用いることが好ましい。また、金
属部材としてモリブデン箔を用いた場合には、金属ロウ
としてニッケルロウを用いることが好ましい。また、金
属部材としてニッケル合金（鉄−ニッケル）、ステンレ
ス鋼及びクロム鋼（鉄−クロム）を用いた場合には、金
属ロウとして銅ロウ又はニッケルロウを用いることが好
ましい。

【００２９】接合の実施に当たっては、上記のように溶
融温度８００℃超過の金属ロウ、例えばニッケルロウ又
は銅ロウを用いる場合は、水素雰囲気の連続炉中で９０
０℃〜１，２００℃の温度で行うことができるし、また
真空炉中で、９００℃〜１，２００℃の温度で行うこと
ができる。また、必要に応じプレスをかけながら行って
もよい。ロウ付け温度が１，２００℃超過では、金属部
材が溶けたり、しわになったり、あるいはロウ材と金属
部材とが合金化したりすることがあるし、逆に９００℃
未満では、ロウ材がよく溶けなかったり、粘度が高く濡
れが悪かったりして強固な接合が望めなくなる。具体的
に言うと、薄板状の金属部材上に金属ロウをセットし、
その上に複合材料平板を重ね、更にその上に金属ロウと
金属部材とをその順に重ね、必要に応じてプレスをか
け、水素連続炉又は真空炉中で所望の温度まで昇温し、
所定時間保持するという方法が好適である。

【００３０】本発明の放熱板は、炭素繊維が厚さ方向に
配列している一方向性炭素繊維強化複合材料の平板の表
裏両面に、金属ロウを介して薄板状金属部材を接合して
なる構造のものとしたことから、厚さ方向に高熱伝導性
（２００Ｗ／ｍ・Ｋ）を有しているため放熱性が良好で
あり、且つ広さ方向に低弾性率（４０ＧＰａ以下）を有
するため熱応力の発生が低く、更に高耐熱温度（８００
℃以上）を有するため、シリコン、アルミナ等と接合す
る場合、高温ハンダ付けが可能であり、更にはＮｉロ
ウ、Ｃｕロウ等を使用すれば銀ロウ付けも可能であり、
しかも低電気抵抗（４００μΩｃｍ以下）であるため、
パワートランジスタ用として使用可能である。

【００３１】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明の技術的範囲がこれらにより限定される
ものではない。

【００３２】実施例１ＵＤＣ／Ｃ複合材料として、表１に示す物性を有する
ブロック材料を用い、そのブロックをマルチワイヤーソ
ーを用いて繊維配列方向と直角方向に切断し、サイズ２
５．４×２５．４×１．０ｍｍ（繊維方向は１ｍｍ）の
薄板に切り出した。

【表１】

【００３３】金属箔として厚さ１０μｍの無酸素銅箔
（融点１０８３℃）を、金属ロウとしてニッケルロウ
（ＢＮｉ−７、融点８９０℃）を用い、銅箔／ニッケル
ロウ／複合材料／ニッケルロウ／銅箔の順に重ねて、水
素連続炉中で９５０℃に加熱して接合した。この時、特
に圧力はかけなかった。接合後の外観及び断面構造は、
それぞれ図１及び図２で示されるものであった。

【００３４】得られた接合板は、ニッケルロウがカーボ
ンと銅の両方に良好に濡れて広がり、強固な接着構造と
なっていた。なお、その時のニツケルロウの厚さは約１
０μｍであった。また、この接合板の厚さ方向の熱伝導
率は２５０Ｗ／ｍ・Ｋで、広さ方向の熱膨張率は１１×
１０^-6／℃、広さ方向の弾性率は１４ＧＰａであり、電
気抵抗は測定値限界以下（ミリオームテスター使用）で
あった。

【００３５】次に、シリコン板とアルミナ板との間に、
作製した放熱板をハンダ（錫６０％、鉛４０％）で接合
して、熱サイクル（０℃から１５０℃）を繰り返し１０
０回与えて、テストを実施したが、剥離や破損などの問
題は発生しなかった。

【００３６】実施例２実施例１と同じＵＤＣ／Ｃ複合材料の薄板を用い、た
ゞ金属箔としては厚さ２０μｍのモリブデン箔を使用
し、またロウ材としてはニッケルロウ（ＢＮｉ−１、融
点９７５〜１０４０℃）を使用した。実施例１と同様に
して、モリブデン箔／ニッケルロウ／複合材料／ニッケ
ルロウ／モリブデン箔を重ね、水素連続炉中で１１００
℃に加熱して接合した。この時、特に圧力はかけなかっ
た。

【００３７】その結果、実施例１と同様に良好な接合が
出来た。また、接合テストも問題なかった。得られた接
合板の厚さ方向の熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、
広さ方向の熱膨張率は６．５×１０^-6／℃であり、広さ
方向の弾性率は２５ＧＰａであり、電気抵抗は測定値限
界以下（ミリオームテスター使用）であった。

【００３８】実施例３実施例１と同じＵＤＣ／Ｃ複合材料の薄板を用い、た
ゞ金属箔として１０μｍ厚のステンレス（ＳＵＳ３０
４）箔を使用し、またロウ材として銅ロウ（ＢＣｕ−
１、融点１０８３℃）を使用した。実施例１と同様にし
て、ステンレス箔／銅ロウ／複合材料／銅ロウ／ステン
レス箔を重ね、水素連続炉中を用いて１１５０℃に加熱
して接合した。この時、特に圧力はかけなかった。

【００３９】その結果、実施例１と同様に良好な接合が
出来た。また、接合テストも問題なかった。得られた接
合板の厚さ方向の熱伝導率は３２０Ｗ／ｍ・Ｋであり、
広さ方向の熱膨張率は９×１０^-6／℃であり、広さ方向
の弾性率は１５ＧＰａであり、電気抵抗は測定値限界以
下（ミリオームテスター使用）であった。

【００４０】実施例４実施例１と同じＵＤＣ／Ｃ複合材料の薄板を用い、た
ゞ金属箔としては厚さ１０μｍ厚のニッケル箔を使用
し、またロウ材としては活性銀ロウ（融点７８０〜８０
０℃）を使用した。ニッケル箔／活性銀ロウ／複合材料
／活性銀ロウ／ニッケル箔を重ね、真空ホットプレスに
て８５０℃に加熱して接合した。この時、圧力を５Ｍｐ
ａかけた。

【００４１】その結果、実施例１と同様に良好な接合が
出来た。また、接合テストも問題なかった。得られた接
合板の厚さ方向の熱伝導率は２８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、
広さ方向の熱膨張率は１０×１０^-6／℃であり、広さ方
向の弾性率は１２ＧＰａであり、電気抵抗は測定値限界
以下（ミリオームテスター使用）であった。

【００４２】比較例１厚さ３５μｍの銅箔の片面に、エポキシ系接着剤を約４
０μｍの厚さに均一に添付したものを用意し、実施例１
で用いたと同じＵＤＣ／Ｃ複合材料の薄板の表裏両面
に、銅箔の接着剤塗布面を向けて張り合わせ、ホットプ
レスで接着面当り５０ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加え、１５
０℃にて２時間保持して、接合したところ、良好な接合
ができた。実施例１と同様の接合テストでも問題は発生
しなかったが、耐熱温度が低いために、高温ハンダ（３
５０℃）を用いた時は、樹脂が黒色に変質すると共に、
融けて流れだし、銅箔が複合材料から剥離した。また、
テスト前の電気抵抗は１０ｍΩと大きな値を示し、パワ
ーデバイス等の大電流の流れる用途では使用することが
出来なかった。得られた接合板の物性は、熱伝導率２９
０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱膨張率１２×１０^-6／℃、弾性率は１
５ＧＰａ、電気抵抗１０ｍΩであった。

【００４３】実施例１〜４及び比較例１で得られた厚さ
約１ｍｍの放熱板の性能を各種の金属製の放熱板の性能
とあわせて、表２に示す。表２から、実施例１〜４の放
熱板は、Ｓｉ（厚さ０．５ｍｍ）、Ａｌ₂Ｏ₃（厚さ１ｍ
ｍ）と接合した場合、いずれも従来材より低い熱歪率と
なっていることがわかる。

【００４４】

【表２】

【００４５】

【発明の効果】本発明の放熱板は、炭素繊維が厚さ方向
に配列している一方向性炭素繊維強化複合材料の平板の
表裏両面が、薄板状金属部材によって金属ロウを介して
被覆されている構造からなるものとしたことから、厚さ
方向の熱伝導率が銅／タングステン複合材料のそれと同
等か又はそれ以上という高いものとすることができるた
め放熱性が非常に良好であり、また広さ方向の熱膨張係
数がシリコン半導体やアルミナ等のそれと近く、しかも
その広さ方向の弾性率も小さいものとすることができる
ため、半導体パッケージとしたときに、温度変化による
熱応力発生が小さく、剥がれたり、割れたりすること
や、半導体への悪影響を生じない。もちろん、気密性、
封止性も良好である。その上、８００℃以上という高耐
熱温度を有するため、高温ハンダ付け、銀ロウ付けが可
能であり、更に電気抵抗が低いので、パワートランジス
タ用としても使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱板の外観図である。

【図２】本発明の放熱板の模式断面図である。

【図３】放熱板付き半導体パッケージの模式断面図であ
る。

【符号の説明】

１一方向性炭素繊維強化複合材料の平板２薄板状の金属部材３金属ロウ材層４放熱板５半導体（シリコンチップ）６セラミックス封止体７ボンディングワイヤー８端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維が厚さ方向に配列している一方
向性炭素繊維強化複合材料の平板の表裏両面が、厚さ約
５０μｍ以下の薄板状金属部材によって金属ロウを介し
て被覆されている構造からなることを特徴とする放熱
板。