JPH1060570A - 焼結体およびその製造方法 - Google Patents

焼結体およびその製造方法

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JPH1060570A
JPH1060570A JP8222552A JP22255296A JPH1060570A JP H1060570 A JPH1060570 A JP H1060570A JP 8222552 A JP8222552 A JP 8222552A JP 22255296 A JP22255296 A JP 22255296A JP H1060570 A JPH1060570 A JP H1060570A
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heat sink
sintering
metal
producing
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Masaaki Sakata
正昭 坂田
Shoji Takahashi
祥二 高橋
Kenichi Shimodaira
賢一 下平
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INJIETSUKUSU KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】信頼性が高く、容易かつ安全に製造することが
できる焼結体およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】ヒートシンク１は、本発明の焼結体による
ヒートシンク本体２を有し、このヒートシンク本体２
は、基板３と、基板３の放熱面側に基板３と一体的に形
成された複数の突起４と、各突起４を囲むように基板３
と一体的に形成されたモールド枠５とで構成されてい
る。また、基板３の四隅には、円形のモールド孔６が形
成されている。基板３の前記放熱面と反対側には、発熱
体である半導体チップと接合される接合面が形成されて
いる。また、この接合面には、例えばメッキ層が形成さ
れる。ヒートシンク本体２は、金属粉末の焼結体で構成
され、その金属組成は、ＷまたはＭｏの少なくとも１種
に、Ａｇを２〜５０wt％含有するもの、さらには遷移金
属を１０wt％以下含有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、金属粉末の成形体
を焼結してなる金属焼結体で構成されたヒートシンクお
よびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＰＵ等に用いられる半導体チップは、
その作動により発熱するため、その熱を効率よく放熱す
るために、ヒートシンク（放熱用部材）が接合されて使
用される。
【０００３】このヒートシンクとしては、熱膨張係数が
小さく、シリコン（Ｓｉ）で構成される半導体チップと
の温度差が生じても半導体チップが割れを生じないよう
にすること必要があるから、タングステン（Ｗ）を基本
とする金属材料で構成されている。
【０００４】また、最近では、タングステンに熱伝導率
の良い銅（Ｃｕ）を添加し、放熱性を向上したＷ−Ｃｕ
合金の使用も検討されている。
【０００５】ところで、このような金属製品は、一般
に、鋳造法により製造されているが、鋳造法では、複雑
で微細な形状のものを精密な寸法で製造することが困難
であり、従って、放熱性の向上のために複雑な形状をな
しているヒートシンクの製造には不適当である。
【０００６】そこで、鋳造法に代わる方法として、金属
粉末と有機バインダーとの混練物を用いて射出成形する
金属粉末射出成形法（ＭＩＭ）により成形された成形体
を焼結炉で焼結して金属焼結体を製造する方法が提案さ
れている。
【０００７】しかしながら、Ｗ−Ｃｕ合金による金属焼
結体には、次のような欠点がある。
【０００８】 焼結密度が低く、すなわち空孔率が高
く、そのため、強度が弱く（脆く）、衝撃等により破損
を生じ易い。
【０００９】 ヒートシンクの半導体チップとの接合
面に、例えばＡｇまたはＡｇ系合金メッキのようなメッ
キ処理を施した場合、そのメッキ層のメッキ密着性が劣
り、メッキ層の浮き上がりや剥離を生じることがある。
【００１０】メッキ密着性が低いのは、Ｗ−Ｃｕ合金自
体の特性の他に、前記で述べたように、空孔率が高い
ので、空孔中に多くのメッキ液が残存することが原因で
あると考えられる。
【００１１】 焼結雰囲気として、水素ガスまたは水
素ガスを含んだ不活性ガスを用いる必要があるため、危
険性を伴う。
【００１２】従って、Ｗ−Ｃｕ合金の金属焼結体よりな
るヒートシンクは、前記およびの理由から、信頼性
が低く、しかも、前記の理由から、容易かつ安全に製
造することができなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、信頼
性が高く、容易かつ安全に製造することができる焼結体
およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（19）の本発明により達成される。
【００１５】（１） 放熱用の部材に用いられる金属粉
末の焼結体であって、その金属組成が、ＷまたはＭｏの
少なくとも１種に、Ａｇを２〜５０wt％含有するもので
あることを特徴とするの焼結体。
【００１６】（２） 放熱用の部材に用いられる金属粉
末の焼結体であって、その金属組成が、ＷまたはＭｏの
少なくとも１種に、Ａｇを２〜５０wt％、遷移金属を１
０ｗｔ％以下含有するものであることを特徴とするの焼
結体。
【００１７】（３） 前記Ａｇの半分以下をＣｕで置換
した上記（１）または（２）に記載の焼結体。
【００１８】（４） 熱伝導率が１４０ Ｗ・ｍ−１・
Ｋ−１（温度２０℃）以上である上記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の焼結体。
【００１９】（５） 熱膨張係数が１２×１０-6 K-1以
下である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の焼
結体。
【００２０】（６） 空孔率が１０％以下である上記
（１）ないし（５）のいずれかに記載のヒートシンク。
【００２１】（７） 半導体チップ冷却用のヒートシン
クに用いられる上記（１）ないし（６）のいずれかに記
載の焼結体。
【００２２】（８） 発熱体との接合面に被覆層が形成
されている上記（１）ないし（７）のいずれかに記載の
焼結体。
【００２３】（９） 前記被覆層は、前記発熱体との接
着機能または該機能を補助する機能を得るための層であ
る上記（８）に記載のヒートシンク。
【００２４】（10） 前記被覆層は、メッキ層である上
記（８）または（９）に記載のヒートシンク。
【００２５】（11） 前記メッキ層は、ＡｇまたはＡｇ
系合金よりなる上記（10）に記載のヒートシンク。
【００２６】（12） 金属射出成形法により射出成形体
を製造する第１の工程と、前記射出成形体に脱脂処理を
施して脱脂体を得る第２の工程と、前記脱脂体を加熱し
て焼結する第３の工程とを有し、前記各工程を実行し
て、ＷまたはＭｏの少なくとも１種に、Ａｇを２〜５０
wt％含有する金属組成の焼結体を製造することを特徴と
する焼結体の製造方法。
【００２７】（13） 金属射出成形法により射出成形体
を製造する第１の工程と、前記射出成形体に脱脂処理を
施して脱脂体を得る第２の工程と、前記脱脂体を加熱し
て焼結する第３の工程とを有し、前記各工程を実行し
て、ＷまたはＭｏの少なくとも１種に、Ａｇを２〜５０
wt％、遷移金属を１０wt％以下含有する金属組成の焼結
体を製造することを特徴とする焼結体の製造方法。
【００２８】（14） 前記焼結体は、前記Ａｇの半分以
下をＣｕで置換したものである上記（12）または（13）
に記載の焼結体の製造方法。
【００２９】（15） 前記脱脂処理は、温度１００〜７
５０℃、０．５〜４０時間の条件で行われる上記（12）
ないし（14）のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
【００３０】（16） 前記第３の工程における焼結時間
は、１０時間以下である上記（12）ないし（15）のいず
れかに記載の焼結体の製造方法。
【００３１】（17） 前記焼結は、水素を含まない非酸
化性雰囲気中で行われる上記（12）ないし（16）のいず
れかに記載の焼結体の製造方法。
【００３２】（18） 前記第３の工程で得られた焼結体
の、少なくとも発熱体との接合面に、表面処理を施す第
４の工程を有する上記（12）ないし（17）のいずれかに
記載の焼結体の製造方法。
【００３３】（19） 前記表面処理は、メッキ処理であ
る上記（18）に記載の焼結体の製造方法。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の焼結体およびその
製造方法について詳細に説明する。
【００３５】本発明の焼結体は、ヒートシンクのような
放熱用の部材に用いられるものである。以下、本発明の
焼結体を、半導体チップ冷却用のヒートシンクに適用し
た場合の実施例について説明する。
【００３６】図１は、本発明の焼結体によるヒートシン
ク（以下単に「ヒートシンク」と言う）の実施例を示す
平面図、図２は、図１中のII−II線断面図、図３は、図
２の部分拡大断面図、図４は、ヒートシンクをＩＣパッ
ケージに実装した状態を示す断面側面図である。
【００３７】これらの図に示すように、ヒートシンク１
は、後述するような金属組成の金属焼結体で構成される
ヒートシンク本体２を有している。
【００３８】ヒートシンク本体２は、基板３と、基板３
の放熱面側（図２中上側）に基板３と一体的に形成され
た複数の突起（凸部）４と、各突起４を囲むように基板
３と一体的に形成されたモールド枠（壁部）５とで構成
されている。各突起４は、円柱状または円錐台状をなし
ている。また、基板３の四隅には、円形のモールド孔
（孔）６が形成されている。
【００３９】基板３の前記放熱面と反対側（図２中下
側）には、発熱体である半導体チップ１２と接合される
接合面７が形成されている。
【００４０】また、この接合面７には、表面処理が施さ
れている。本実施例の場合、メッキ層（被覆層）８が形
成されている。このメッキ層８は、半導体チップ１２と
の接着機能または該接着機能を補助する機能を得るため
の層である。接着機能を補助する機能としては、例え
ば、後述する接着剤層１５のヒートシンク１側に対する
密着性を向上する機能が挙げられる。
【００４１】メッキ層８としては、例えば、Ａｇメッ
キ、またはＡｇ−Ｐｄ合金メッキ、Ａｇ−Ａｕ合金等の
Ａｇ系合金メッキ、ＡｕメッキまたはＡｕ系合金メッ
キ、ＰｔメッキまたはＰｔ系合金メッキ、Ｎｉメッキま
たはＮｉ系合金メッキ、ＣｒメッキまたはＣｒ系合金メ
ッキ等が挙げられる。このなかでも、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ
またはこれらを主とする合金メッキのような、貴金属メ
ッキが好ましく、ＡｇまたはＡｇ系合金メッキが特に好
ましい。
【００４２】メッキ層８の厚さは、特に限定されない
が、好ましくは０．５〜２０μm 程度、より好ましくは
１〜１０μm 程度とされる。
【００４３】なお、メッキ層８の形成は、例えば、ヒー
トシンク本体２の全表面に対しなされても良い。また、
メッキ層等の被覆層の形成目的は、前述したものに限ら
ず、例えば、保護層の形成、防食等であってもよい。
【００４４】また、表面処理としては、前記メッキの他
に、例えば、樹脂被覆層の形成、黒色塗装等の塗装が挙
げられる。この場合、塗装箇所は、基板３の放熱面側と
される。
【００４５】このようなヒートシンク１は、図４に示す
ように、ＩＣパッケージ１０に実装されて使用される。
【００４６】すなわち、ＩＣパッケージ１０は、リード
フレーム１１と、リードフレーム１１に搭載された半導
体チップ（ＩＣチップ）１２と、半導体チップ１２上の
所定の端子とリードフレーム１１の所定のリードとを結
線するボンディングワイヤー（金線）１３とを有してい
る。リードフレーム１１の図４中上側には、絶縁層１４
を介してヒートシンク１が設置されている。半導体チッ
プ１２の上面は、接着剤層１５を介してヒートシンク１
の接合面７側に接着されている。
【００４７】なお、接着剤層１５を構成する接着剤の一
例としては、銀ペーストを含有（例えば、銀の含有量：
６５〜７５wt％程度）する接着剤（特にエポキシ系接着
剤）が挙げられる。
【００４８】このようなリードフレーム１１の中央部、
半導体チップ１２、ボンディングワイヤー１３、絶縁層
１４、接着剤層１５およびヒートシンク１は、パッケー
ジ材料１６に収納されている。パッケージ材料１６は、
例えば、エポキシ樹脂等のモールド樹脂またはセラミッ
クスで構成されている。ヒートシンク１の各突起４は、
パッケージ材料１６の表面に露出し、効率の良い放熱を
可能としている。
【００４９】次に、ヒートシンク本体２（本発明の焼結
体）の構成材料について説明する。
【００５０】ヒートシンク本体２は、金属粉末の焼結体
で構成され、その金属組成が、ＷまたはＭｏの少なくと
も１種に、Ａｇを２〜５０wt％含有するもの、あるい
は、ＷまたはＭｏの少なくとも１種に、Ａｇを２〜５０
wt％、遷移金属を１０wt％以下含有するものであること
を特徴とする。
【００５１】Ｗは、熱膨張係数が小さい金属材料であ
り、同様に熱膨張係数が小さいＳｉで構成される半導体
チップ１２を接合したときに、温度差が生じても半導体
チップ１２が割れを生じることが防止される。Ｍｏは、
その特性が前記Ｗと類似する。従って、ＷまたはＭｏの
一方を基本成分とし、それらは、他方で適宜置換するこ
とができる。
【００５２】Ａｇは、熱伝導率が高い金属材料であるの
で、これを添加することにより、ヒートシンク１の熱伝
導性、すなわち放熱性を向上することができる。しか
も、Ａｇの添加は、Ｃｕの添加に比べ、焼結体の焼結密
度を高く維持し、空孔率を低くすることができる。ま
た、Ａｇの添加は、前述したメッキ層８、特にＡｇまた
はＡｇ系合金メッキによるメッキ層８の密着性を向上す
る。
【００５３】Ａｇの含有量は、２〜５０wt％程度とさ
れ、好ましくは５〜４０wt％程度、より好ましくは１０
〜２５wt％程度とされる。Ａｇが２wt％未満であると、
熱伝導性の向上が不十分となり、また、焼結体の空孔率
が大きくなり、機械的強度が低下する。また、Ａｇが５
０wt％を超えると、熱膨張係数が大きくなり、特にＳｉ
の熱膨張係数との差が増大し、半導体チップ１２の割れ
等の問題が発生し易くなる。
【００５４】このようなＡｇは、その一部をＣｕで置換
することができる。ＣｕはＡｇより安価であるため、こ
れにより、コストダウンを図ることができる。ただし、
Ｃｕによる置換は、重量比でＡｇ量の半分以下とされ、
好ましくは４０％以下、より好ましくは２０％以下とさ
れる。Ｃｕの置換量が多過ぎると、焼結体の空孔率が大
きくなり、機械的強度が低下するとともに、熱伝導性も
低下する傾向を示す。
【００５５】遷移金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等の
周期表VIII族の元素が代表的なものとして挙げられ、こ
れらのうちの１種または２種以上を組み合わせて添加す
ることができる。特に好ましい遷移金属としては、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうちの少なくとも１種である。
【００５６】遷移金属の添加は、金属焼結体の空孔率の
低減、ヒートシンク本体２に形成されたメッキ層８の密
着性の向上、メッキ層８の変質（変色）の防止および焼
結温度の低減に寄与する。
【００５７】遷移金属の含有量（複数種の場合にはその
合計含有量）は、１０wt％以下とされ、好ましくは５wt
％以下、より好ましくは３wt％以下とされる。遷移金属
が１０wt％を超えると、焼結体の熱伝導性が低下し、ヒ
ートシンクとしての特性が十分に発揮されなくなる。
【００５８】また、ヒートシンク本体２の構成材料中に
は、前述した各金属元素として添加されるものの他に、
例えば、Ｐ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｔ
ｉ、Ｍｎ、Ｎｂ等のうちの少なくとも１種が含まれてい
てもよい。例えば、Ｐの添加は、焼結温度を下げる効果
がある。
【００５９】このようなヒートシンク本体２を構成する
金属焼結体は、その熱伝導率が１４０ W・m-1・K-1（温度
２０℃）以上であるのが好ましく、１６０ W・m-1・K-1
（温度２０℃）以上であるのがより好ましく、２００ W
・m-1・K-1（温度２０℃）以上であるのがさらに好まし
い。熱伝導率が１４０ W・m-1・K-1（温度２０℃）未満で
あると、本実施例のような半導体チップ冷却用のヒート
シンクに用いた場合に、放熱性が不十分となる。
【００６０】また、ヒートシンク本体２を構成する金属
焼結体は、その熱膨張係数が１２×１０-6 K-1以下であ
るのが好ましく、１０×１０-6 K-1以下であるのがより
好ましく、５×１０-6〜８×１０-6 K-1であるのがさら
に好ましい。熱膨張係数が１２×１０-6 K-1を超える
と、本実施例のような半導体チップ冷却用のヒートシン
クに用いた場合に、半導体チップ１２を構成するＳｉの
熱膨張係数との差が増大し、半導体チップ１２の割れ等
が生じ易くなる。
【００６１】また、ヒートシンク本体２を構成する金属
焼結体の空孔率は、１０％以下であるのが好ましく、７
％以下であるのがより好ましく、５％以下であるのがさ
らに好ましい。空孔率が高いと、機械的強度が低く（脆
く）なり、衝撃等により破損し易くなるので、ヒートシ
ンクの信頼性が低下する。また、空孔率が高いと、熱伝
導性が低下し、放熱性が低下する。
【００６２】また、空孔率が高いと、メッキ層８の密着
性が低下する。このメッキ層８の密着性の低下は、メッ
キを施した際に、空孔中にメッキ液が残存し易くなるこ
とが１つの原因であると考えられる。
【００６３】なお、本発明のヒートシンクの形状、構造
等は、図示のものに限定されず、例えば、ヒートシンク
本体２の全体形状や、放熱用突起（凸部）４の形状、配
置等は、いかなるものでもよい。
【００６４】次に、本発明のヒートシンクの製造方法に
ついて説明する。以下、製造工程の一例を説明する。
【００６５】［１］成形体の製造（第１の工程） 焼結に供される成形体は、好ましくは金属粉末射出成形
法（ＭＩＭ：Metal Injection Molding ）により製造さ
れる。この金属粉末射出成形法は、複雑で微細な形状の
焼結体を高い寸法精度で製造することができる利点を有
するので、本発明の焼結体を製造する上でその効果が有
効に発揮され、好ましい。金属粉末射出成形法による各
工程を説明する。
【００６６】（Ａ−１） 最終的に前述したような組成
の焼結体が得られるような金属粉末と結合材（有機バイ
ンダー）とを用意し、これらを混練機により混練し、混
練物（コンパウンド）を得る。
【００６７】Ｗ−Ａｇ系合金、Ｗ−Ｍｏ−Ａｇ系合金、
Ｍｏ−Ａｇ系合金を製造する場合、それらの合金粉末、
あるいは、Ｗ粉末とＡｇ粉末との混合粉末、Ｗ粉末とＭ
ｏ粉末とＡｇ粉末との混合粉末、Ｗ粉末とＭｏ−Ａｇ系
合金粉末との混合粉末、Ｍｏ粉末とＡｇ粉末との混合粉
末、Ｍｏ粉末とＷ−Ａｇ系合金粉末との混合粉末、また
はこれらのうちのいずれか２以上を組み合わせたものを
用いることができる。
【００６８】また、Ｗ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｗ−Ｍｏ−
Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｍｏ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を製造する
場合、前述した合金粉末または混合粉末に、Ｃｕまたは
Ｃｕ系合金を合金粉末または混合粉末として添加するこ
とができる。
【００６９】また、Ｗ−Ａｇ−遷移金属系合金、Ｗ−Ｍ
ｏ−Ａｇ−遷移金属系合金、Ｍｏ−Ａｇ−遷移金属系合
金、Ｗ−Ａｇ−Ｃｕ−遷移金属系合金、Ｗ−Ｍｏ−Ａｇ
−Ｃｕ−遷移金属系合金、Ｍｏ−Ａｇ−Ｃｕ−遷移金属
系合金を製造する場合、前述した合金粉末または混合粉
末に、遷移金属の１種または２種以上を合金粉末または
混合粉末として添加することができる。
【００７０】また、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｃｕ、遷移金属以
外の金属元素を添加する場合には、前述した合金粉末ま
たは混合粉末に、それらの金属元素を合金粉末または混
合粉末として添加することができる。
【００７１】すなわち、添加する各元素は、合金粉末、
混合粉末のいずれの形態であってもよく、その組み合わ
せも任意可能である。
【００７２】このような金属粉末の平均粒径は、特に限
定されないが、通常、０．２〜２００μm 程度が好まし
く、１〜５０μm 程度がより好ましい。
【００７３】一方、結合材としては、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体
等のポリオレフィン、ポリメチル（メタ）アクリレー
ト、ポリブチル（メタ）アクリレート等のアクリル系樹
脂、ポリスチレン等のスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリエステル、
ポリエーテル、ポリビニルアルコール、またはこれらの
共重合体等の各種樹脂や、各種ワックス、パラフィン、
高級脂肪酸（例：ステアリン酸）、高級アルコール、高
級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド等が挙げられ、こ
れらのうちの１種または２種以上を混合して用いること
ができる。
【００７４】また、さらに可塑剤が添加されていてもよ
い。この可塑剤としては、例えば、フタル酸エステル
（例：ＤＯＰ、ＤＥＰ、ＤＢＰ）、アジピン酸エステ
ル、トリメリット酸エステル、セバシン酸エステル等が
挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合し
て用いることができる。
【００７５】このような結合材の合計添加量（混練物に
対する添加量）は、２〜２５wt％程度が好ましく、３〜
１５wt％程度がより好ましい。２wt％未満では、成形時
における流動性が乏しくなり、射出成形が不能または困
難となるか、あるいは成形物の組成が不均一となり、２
５wt％を超えると、射出成形により得られた成形体を焼
成した際の収縮率が増大し、寸法精度が低下し、また、
焼結体における空孔率や含有Ｃ量が増大する傾向を示
す。
【００７６】なお、混練に際しては、前記金属粉末、結
合材、可塑剤の他に、例えば、潤滑剤、酸化防止剤、脱
脂促進剤、界面活性剤等の各種添加物を必要に応じ添加
することができる。
【００７７】混練条件は、用いる金属粉末の粒径、結合
材、添加剤の組成およびその配合量等の諸条件により異
なるが、その一例を挙げれば、混練温度：常温〜２００
℃程度、混練時間：２０〜２１０分程度とすることがで
きる。
【００７８】（Ａ−２） 前記（Ａ−１）の工程で得ら
れた混練物（または該混練物より造粒されたペレット）
を用いて、射出成形機により射出成形し、所望の形状の
成形体を製造する。この場合、成形金型の選択により、
突起４のような複雑で微細な形状部分を有する成形体を
も容易に製造することができる。
【００７９】射出成形の成形条件としては、用いる金属
粉末の粒径、結合材の組成およびその配合量等の諸条件
により異なるが、その一例を挙げれば、材料温度（金型
温度）が好ましくは８０〜２００℃程度、射出圧力が好
ましくは２０〜１５０kgf/cm2 程度とされる。
【００８０】［２］成形体の脱脂（第２の工程） 前記［１］の工程で得られた成形体に脱脂処理（脱バイ
ンダー処理）を施す。この脱脂処理としては、非酸化性
雰囲気、例えば真空または減圧状態下（例えば１×１０
-1〜１×１０-6 Torr ）、あるいは窒素ガス、アルゴン
ガス等の不活性ガス中で、熱処理を行うことによりなさ
れる。
【００８１】この場合、熱処理条件としては、好ましく
は温度１００〜７５０℃程度で０．５〜４０時間程度、
より好ましくは温度１５０〜６００℃程度で１〜２４時
間程度とされる。
【００８２】また、このような熱処理による脱脂は、種
々の目的（例えば脱脂時間の短縮の目的）で、複数の工
程（段階）に分けて行われてもよい。この場合、例え
ば、前半を低温で、後半を高温で脱脂処理するような方
法が挙げられる。
【００８３】なお、この脱脂処理は、結合材や添加剤中
の特定成分を所定の溶媒（液体、気体）を用いて溶出さ
せることにより行ってもよい。
【００８４】［３］成形体の焼結 以上のようにして得られた成形体（脱脂体）を焼結炉で
焼成して焼結し、金属焼結体を製造する。
【００８５】この焼結における焼結温度は、好ましくは
１０００〜１４５０℃程度、より好ましくは１１００〜
１３８０℃程度とされる。
【００８６】焼結温度は、高いほど焼結時間の短縮にと
って有利であるが、焼結温度が高すぎると、焼結炉や焼
結治具への負担が大きく、消耗等によりその寿命が短く
なるとともに、Ｃｕを含有する場合、焼結時に成形体中
に含まれるＣｕの飛散が生じ、飛散したＣｕが焼結炉内
壁や成形体の支持台に付着する。
【００８７】なお、焼結温度は、前述した範囲内または
範囲外で、経時的に変動（上昇または下降）してもよ
い。
【００８８】焼結時間は、前述したような焼結温度の場
合、好ましくは０．５〜８時間程度、より好ましくは１
〜５時間程度、さらに好ましくは１〜３．５時間程度と
される。
【００８９】また、焼結雰囲気は、水素を含まない非酸
化性雰囲気とされるのが好ましい。これにより、焼結時
の安全性が向上するとともに、焼結体の空孔率の低減に
寄与する。
【００９０】好ましい焼結雰囲気としては、１×１０-2
Torr 以下（より好ましくは１×１０-2〜１×１０-6 T
orr ）の減圧（真空）下、または窒素ガス、アルゴンガ
ス等の不活性ガスであるのが好ましい。
【００９１】なお、焼結雰囲気は、焼結の途中で変化し
てもよい。例えば、最初に１×１０-2〜１×１０-6 Tor
r の減圧（真空）下とし、途中で前記のような不活性ガ
スに切り替えることができる。
【００９２】以上のような条件で焼結を行うことによ
り、空孔率の低減に寄与するとともに、焼結の効率が良
く、より短い焼結時間で焼結を行うことができ、また、
焼結作業の安全性も高く、生産性も向上する。
【００９３】なお、本発明において、焼結は、２段階ま
たはそれ以上で行ってもよい。例えば、焼結条件の異な
る第１の焼結と第２の焼結とを行うことができる。この
場合、第２の焼結の焼結温度を、第１の焼結の焼結温度
より高い温度とすることができる。これにより、焼結の
効率がさらに向上し、空孔率の更なる低減を図ることが
できる。
【００９４】［４］表面処理（第４の工程） 前記［３］の工程で得られた焼結体（ヒートシンク本体
２）の少なくとも接合面７に、表面処理を施す。本実施
例において、表面処理は、メッキ処理（メッキ層８の形
成）であるが、これに限らず、例えば、研削、研磨処
理、樹脂被覆処理、塗装、あるいはこれらの組み合わせ
等であってもよい。
【００９５】本実施例におけるメッキ処理の目的は、前
述したように、接合面７への接着機能またはその補助機
能を得ることである。
【００９６】メッキの方法としては、電気メッキ、浸漬
メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキや、蒸着、スパッ
タリング、イオンプレーティング、ＣＶＤ等の気相メッ
キが挙げられる。
【００９７】以上のように、本発明の焼結体の製造方法
によれば、高品質、すなわち空孔率が低く（＝焼結密度
が高く）、高強度、高硬度で放熱性に優れ、形状が均一
で寸法精度が高いヒートシンク（放熱用部材）を、安全
にかつ効率良く製造することができる。
【００９８】
【実施例】次に、本発明の具体的実施例について説明す
る。
【００９９】（実施例１〜３０、比較例１〜６）下記の
８種の金属粉末のうちの所定のものを、表１に示す最終
組成となるように混合した。
【０１００】 Ｗ 粉末：平均粒径４μm Ｍｏ粉末：平均粒径５μm Ａｇ粉末：平均粒径１μm Ｃｕ粉末：電解粉、平均粒径６μm Ｆｅ粉末：カルボニル粉、平均粒径４μm Ｎｉ粉末：カルボニル粉、平均粒径６μｍ Ｃｏ粉末：電解粉、平均粒径１．５μｍ Ｐ 粉末：フェロフォスファル粉、平均粒径４μm 上記金属末粉に、ポリスチレン（ＰＳ）：１．５wt％、
エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）：１．５wt％
およびパラフィンワックス：１．２wt％から構成される
結合材と、ジブチルフタレート（可塑剤）：０．７wt％
とを混合し、これらを混練機（加圧ニーダ）にて１１０
℃、１時間の条件で混練した。
【０１０１】次に、この混練物を用い、射出成形機にて
金属粉末射出成形し、焼結上がりで全体寸法＝縦２５mm
×横２５mm、突起寸法＝外径φ１．２５mm、長さ１mmと
なるような図１および図２に示す形状のヒートシンク成
形体を製造した。なお、成形体の寸法は、焼結による収
縮を考慮して、前記焼結上がりの寸法より大きい。
【０１０２】また、射出成形時における成形条件は、金
型温度約３０℃、射出圧力１１０kgf/cm2 であった。
【０１０３】次に、得られた成形体に対し、１×１０-3
Torrの減圧下で、約４００℃、１時間、脱脂処理を施し
た。
【０１０４】次に、得られた脱脂体（それぞれ約４kg）
を、それぞれ、焼結炉で焼結して、焼結体を製造した。
この焼結は、次の条件で行った。
【０１０５】実施例１、４、７〜１４、２１、２３、比
較例１〜５ 焼結温度：１３５０℃ 焼結時間：２時間 焼結雰囲気：アルゴンガス 実施例２、３、１５〜１７、比較例６ 焼結温度：１２００℃ 焼結時間：２時間 焼結雰囲気：アルゴンガス 実施例５、６、１８〜２０、２２、２４ 焼結温度：前半／１０００℃、後半／１２００℃ 焼結時間：２時間 焼結雰囲気：前半／１×１０-3Torrの減圧下、後半／窒
素ガス 実施例２５〜３０ 焼結温度：前半／１０５０℃、後半／１１８０℃ 焼結時間：２時間 焼結雰囲気：前半／１×１０-3Torrの減圧下、後半／ア
ルゴンガス 次に、得られたヒートシンク焼結体の全表面に、電気メ
ッキ法によりＡｇメッキを施した。メッキ層の乾燥膜厚
は、１μm とした。さらに、半導体チップとの接合面以
外の部分に、黒色塗装処理を施し、半導体チップ冷却用
のヒートシンクを完成した。
【０１０６】前記実施例１〜３０、比較例１〜６で得ら
れた各ヒートシンクについて、焼結体中の密度比、空孔
率、焼結体の熱伝導率（温度２０℃）、熱膨張率、機械
的強度（破損率）およびメッキ密着性を調べた。これら
の結果を下記表１〜表３に示す。
【０１０７】なお、空孔率は、アルキメデス法により測
定した密度比から求めた。
【０１０８】また、熱伝導率の測定は、円盤状の試料の
片面をレーザ光にて均一に瞬間照射し、その反対面の温
度の時間変化を測定することにより熱伝導率を求める方
法（レーザフラッシュ法）にて行った。
【０１０９】また、熱膨張率の測定は、円柱状の試料の
片端面に押し棒を接触させ、温度上昇に伴う試料の伸び
を押し棒の変位として測定する方法にて行った。熱膨張
係数は以下の式（Ｉ）にて計算した。
【０１１０】
【数１】
【０１１１】また、機械的強度の測定は、ヒートシンク
（各５０個）を１ｍの高さからカシの木の板上に落下さ
せ、最も破損し易い部分であるモールド孔６付近の破損
の有無を調べ、破損が生じたものの個数から、破損率を
求めることにより行った。破損率５％以上のものは、信
頼性に欠け、不良品とみなすことができる。
【０１１２】また、メッキ密着性は、メッキ層に１mm角
のクロスカットを入れ、その上に粘着テープを貼着し、
これを剥したときの１mm角小片の剥離枚数により、剥離
枚数の少ないものから順に◎、○、△、×の４段階で評
価した。
【０１１３】
【表１】
【０１１４】
【表２】
【０１１５】
【表３】
【０１１６】前記各表に示すように、実施例１〜３０
は、いずれも、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さく、
空孔率が５％以下と低く、機械的強度が高く（落下によ
る破損率が小さく）、また、メッキ密着性に優れてい
る。また、実施例１〜３０の各ヒートシンクの形状は、
均一であり、寸法精度も高いものであった。
【０１１７】また、遷移金属やＰを含有する実施例２、
３、５、６、１５〜２０、２２、２４〜３０では、より
低い焼結温度で前記効果を発揮するヒートシンクが得ら
れた。
【０１１８】これに対し、表３に示すように、比較例１
〜３は、空孔率が高く、機械的強度が低く、メッキ密着
性が劣る。また、比較例４は、熱膨張率が大きく、比較
例５は、機械的強度が劣り、比較例６は、熱伝導率が低
く、また、これらはメッキ密着性も良好とは言えない。
【０１１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、高
品質、すなわち空孔率が低く、高強度で破損しにくく、
放熱性に優れ、形状が均一で寸法精度が高い焼結体、さ
らには、メッキ層等の密着性に優れた焼結体が得られ
る。従って、これを実装した例えばＩＣパッケージのよ
うな装置の信頼性が大幅に向上する。
【０１２０】さらに、前述した優れた特性を持つ焼結体
を容易かつ安全に、効率よく製造することができ、生産
性の向上およびコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の焼結体の実施例を示す平面図である。
【図２】図１中のII−II線断面図である。
【図３】図２の部分拡大断面図である。
【図４】ヒートシンクをＩＣパッケージに実装した状態
を示す断面側面図である。
【符号の説明】
１ ヒートシンク ２ ヒートシンク本体 ３ 基板 ４ 突起 ５ モールド枠 ６ モールド孔 ７ 接合面 ８ メッキ層 １０ ＩＣパッケージ １１ リードフレーム １２ 半導体チップ １３ ボンディングワイヤー １４ 絶縁層 １５ 接着剤層 １６ パッケージ材料

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放熱用の部材に用いられる金属粉末の焼
    結体であって、その金属組成が、ＷまたはＭｏの少なく
    とも１種に、Ａｇを２〜５０wt％含有するものであるこ
    とを特徴とする焼結体。
  2. 【請求項２】 放熱用の部材に用いられる金属粉末の焼
    結体であって、その金属組成が、ＷまたはＭｏの少なく
    とも１種に、Ａｇを２〜５０wt％、遷移金属を１０wt％
    以下含有するものであることを特徴とする焼結体。
  3. 【請求項３】 前記Ａｇの半分以下をＣｕで置換した請
    求項１または２に記載の焼結体。
  4. 【請求項４】 熱伝導率が１４０ W・m-1・K-1（温度２０
    ℃）以上である請求項１ないし３のいずれかに記載の焼
    結体。
  5. 【請求項５】 熱膨張係数が１２×１０-6 K-1以下であ
    る請求項１ないし４のいずれかに記載の焼結体。
  6. 【請求項６】 空孔率が１０％以下である請求項１ない
    し５のいずれかに記載のヒートシンク。
  7. 【請求項７】 半導体チップ冷却用のヒートシンクに用
    いられる請求項１ないし６のいずれかに記載の焼結体。
  8. 【請求項８】 発熱体との接合面に被覆層が形成されて
    いる請求項１ないし７のいずれかに記載の焼結体。
  9. 【請求項９】 前記被覆層は、前記発熱体との接着機能
    または該機能を補助する機能を得るための層である請求
    項８に記載のヒートシンク。
  10. 【請求項１０】 前記被覆層は、メッキ層である請求項
    ８または９に記載のヒートシンク。
  11. 【請求項１１】 前記メッキ層は、ＡｇまたはＡｇ系合
    金よりなる請求項１０に記載のヒートシンク。
  12. 【請求項１２】 金属射出成形法により射出成形体を製
    造する第１の工程と、 前記射出成形体に脱脂処理を施して脱脂体を得る第２の
    工程と、 前記脱脂体を加熱して焼結する第３の工程とを有し、 前記各工程を実行して、ＷまたはＭｏの少なくとも１種
    に、Ａｇを２〜５０wt％含有する金属組成の焼結体を製
    造することを特徴とする焼結体の製造方法。
  13. 【請求項１３】 金属射出成形法により射出成形体を製
    造する第１の工程と、 前記射出成形体に脱脂処理を施して脱脂体を得る第２の
    工程と、 前記脱脂体を加熱して焼結する第３の工程とを有し、 前記各工程を実行して、ＷまたはＭｏの少なくとも１種
    に、Ａｇを２〜５０wt％、遷移金属を１０wt％以下含有
    する金属組成の焼結体を製造することを特徴とする焼結
    体の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記焼結体は、前記Ａｇの半分以下を
    Ｃｕで置換したものである請求項１２または１３に記載
    の焼結体の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記脱脂処理は、温度１００〜７５０
    ℃、０．５〜４０時間の条件で行われる請求項１２ない
    し１４のいずれかに記載の焼結体の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記第３の工程における焼結時間は、
    １０時間以下である請求項１２ないし１５のいずれかに
    記載の焼結体の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記焼結は、水素を含まない非酸化性
    雰囲気中で行われる請求項１２ないし１６のいずれかに
    記載の焼結体の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記第３の工程で得られた焼結体の、
    少なくとも発熱体との接合面に、表面処理を施す第４の
    工程を有する請求項１２ないし１７のいずれかに記載の
    焼結体の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記表面処理は、メッキ処理である請
    求項１８に記載の焼結体の製造方法。
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