WO2007046164A1 - クラッド材およびその製造方法、クラッド材の成型方法、クラッド材を用いた放熱基板 - Google Patents

クラッド材およびその製造方法、クラッド材の成型方法、クラッド材を用いた放熱基板 Download PDF

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    • Y10T428/12861—Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12903—Cu-base component

Definitions

  • the present invention relates to a heat dissipation substrate material for a semiconductor device, and in particular, a cladding material used as a material for a heat dissipation substrate for a semiconductor device on which an LSI, an IC, and a power transistor that operate with high power, a manufacturing method thereof,
  • the present invention relates to a molding method and a heat dissipation board using the molding method.
  • Cu has a high thermal conductivity of about 390 WZ (mK), but its thermal expansion coefficient is as large as 20 X 10 _6 / K.
  • Patent Document 2 JP-A-6-268115
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a clad material, a manufacturing method thereof, and a forming method thereof, which have solved the above problems.
  • the gist of the invention described in claim 4 resides in the clad material according to any one of claims 1 to 3, wherein the second material is any one of molybdenum and tungsten.
  • the gist of the invention described in claim 9 is that the joining by the hot uniaxial machining method is performed in a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, a helium atmosphere or a vacuum,
  • the method for producing a clad material according to claim 9 Exist.
  • the gist of the invention described in claim 11 resides in a heat dissipation substrate made of the clad material according to any one of claims 1-7.
  • the second material has a coefficient of thermal expansion greater than that of the first material.
  • Either Buden or Tungsten can be used.
  • the coefficient of thermal expansion of the clad material of the present invention is the number of layers even if the total film thickness of the layer that also has the first material force and the total film thickness of the layer that also has the second material force are the same. It depends on the thickness of each layer. This is because when each layer is thermally expanded, it is affected by the other layers above and below it. In other words, when a layer that has a higher coefficient of thermal expansion and also has a first material force expands, it is affected by the layers that also have a second material force that exists above and below it. Stress is generated in a direction in which thermal expansion is suppressed. As a result, the thermal expansion coefficient of the entire cladding material can be reduced.
  • Figure 2 uses Cu as the first material and Mo as the second material.
  • Temperature and elongation of a 7-layer cladding material of / Cu (600 ⁇ m) / Mo (20 ⁇ m) / Cu (100 m) (elongation of a sample with a length of 20.2 mm at 25 ° C) It is the result of measuring the relationship of (quantity).
  • the elongation when the temperature is raised from 25 ° C to 850 ° C and the elongation when the temperature is lowered from 850 ° C to 25 ° C are measured.
  • the elongation reaches a peak at 600 ° C or higher when the temperature rises is due to the fact that the softening temperature of Cu is about 500 ° C.
  • the main cause of the thermal expansion of this clad material is the thermal expansion of the Cu layer
  • the Mo layer is dragged by the thermal expansion of the Cu layer, and an elongation stress is applied to the Mo layer.
  • the stress applied to the Mo layer relaxes at a stretch and approaches the elongation of Mo alone.
  • the elongation is almost determined by the thermal expansion of the Mo layer. For this reason, even though the volume ratio of the Mo layer in this clad material is only 4.11%, at a temperature of 850 ° C, the clad material stretches more than the Cu alone. It is close to the case of.

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Description

明 細 書
クラッド材およびその製造方法、クラッド材の成型方法、クラッド材を用い た放熱基板
技術分野
[0001] 本発明は、半導体装置用の放熱基板用材料に関し、特に大電力で動作する LSI、 IC、パワートランジスタを搭載する半導体装置用放熱基板の材料として用いられるク ラッド材、その製造方法、その成型方法、及びこれを用いた放熱基板に関する。 背景技術
[0002] 半導体デバイス、特に、大電力で動作する LSI、 IC、パワートランジスタ等を搭載す る半導体装置用放熱基板には、これらの半導体デバイスから発生する熱を効率よく 拡散'放熱することが要求されている。そのため、これらの放熱基板には高い機械的 強度と高い熱伝導率が要求される。一方、これらの放熱基板には、半導体チップを 構成するシリコン、半導体パッケージを構成するアルミナ等のセラミックス材料、コバ ール材等、いずれも熱膨張係数が 6 X 10_6ZK以下と小さい材料がろう付けされて 使用される。このろう付けの温度は 850°C程度であるため、反りのない状態でこれらを ろう付けで接合した後に冷却する際に、これらのろう付けされた材料と比べて放熱基 板は大きく収縮する。そのため、常温においてはこの放熱基板には熱歪みまたは反 りが発生する。これを低減するために、この放熱基板の熱膨張係数は、上記のろう付 けされる材料に近い、すなわち、その熱膨張係数力 、さいということが要求される。
[0003] こうした要求を考慮して、 Cu (銅）、 Mo (モリブデン）、 W (タングステン）などの単一 材料、 Cu— W、 Cu— Mo等の複合金属が放熱基板の材料として用いられてきた。
[0004] これらの材料のうち、 Cuは 390WZ (m.K)程度と、高い熱伝導率を有しているが、 その熱膨張係数が 20 X 10_6/Kと大きい。
[0005] 一方、 Moや Wは熱膨張係数は小さい（Μο : 5 Χ 10_6ΖΚ、 W:4 X 10_6ZK)もの の、熱伝導率がそれぞれ 142WZ (m'K)、 167WZ (m'K)と、 Cuと比べると低い。 そのため、熱膨張係数が小さく熱伝導率が高い材料として、 Moや Wと、 Cuとを組み 合わせた材料として、これらを積層構造としたクラッド材が使用されている。 [0006] 例えば特許文献 1には、 3層構造力 なる放熱基板として CuZMoZCuクラッド材 が示されて 、る。ここではこの 3層構造のクラッド材における Moの体積比を 20%から 99. 6%の範囲で変化させることにより、熱伝導率と熱膨張係数を制御し、 Mo単体よ りも高い熱伝導率を、 Cu単体よりも小さい熱膨張係数を得ている。また、特許文献 2 には CuZMoZCuの 3層構造のクラッド材の熱膨張係数と Cuの体積比の関係が示 されている。この構成のクラッド材においては、 Mo層が 1層の場合には、例えば熱膨 張係数を 12 X 10_6/K以下とするためには、熱伝導率が低い Moの使用量を全体の 質量の 20%以上としなければならない。そのため、このクラッド材の厚さ方向におけ る熱伝導率は、高々 230WZ (m'K)程度にとどまる。
特許文献 1 :特開平 2— 102551
特許文献 2：特開平 6— 268115
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] し力しながら、最近の半導体デバイスは、より大電力化の傾向があり、これを搭載す る放熱基板の材料には、小さな熱膨張係数と、より高い熱伝導率をもつ材料が求め られるようになった。こうした要求に対しては、上記のクラッド材における熱伝導率は 不充分であり、熱膨張係数を小さくしたままで、より Cu単体に近い熱伝導率をもつ材 料が求められた。
[0008] また、上記のクラッド材においては、熱膨張係数を小さくするためには、 Mo層の体 積比を 20%以上とする必要があった。 Moは Cuと比べて硬ぐ機械加工性の悪い材 料であるため、 Moの体積比が大きいクラッド材の機械力卩ェ性は悪くなり、量産性の 良い成型法であるプレス打ち抜き法等を用いた成形が困難であった。そのため、この 成形には高コストとなる他の成型法が必要であり、このクラッド材を用いた製品が高コ ストとなる原因となっていた。従って、高い熱伝導率、小さな熱膨張係数をもったクラ ッド材を低コストで得ることは困難であった。
[0009] 本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記 の問題点を解決した、クラッド材、その製造方法、およびその成形方法を提供し、こ れを用いた高!ヽ熱伝導率及び小さな熱膨張係数をもった放熱基板を提供することに ある。
課題を解決するための手段
本発明は、上記課題を解決すベぐ以下に掲げる構成とした。
請求項 1記載の発明の要旨は、第 1の材料力もなる層と第 2の材料力もなる層とが 交互に積層されてなるクラッド材であって、前記第 2の材料における熱膨張係数は前 記第 1の材料における熱膨張係数よりも小さぐ前記第 2の材料における熱伝導率は 前記第 1の材料における熱伝導率よりも低ぐ前記第 1の材料力 なる層と前記第 2 の材料力 なる層が合計 5層以上積層されたことを特徴とするクラッド材に存する。 請求項 2記載の発明の要旨は、前記クラッド材における前記第 2の材料からなる層 の占める体積比が 10%以下であることを特徴とする請求項 1に記載のクラッド材に存 する。
請求項 3記載の発明の要旨は、前記第 1の材料が、銅、銀、銅を含む合金、銀を含 む合金のいずれかであることを特徴とする請求項 1または 2に記載のクラッド材に存 する。
請求項 4記載の発明の要旨は、前記第 2の材料が、モリブデン、タングステンのい ずれかであることを特徴とする請求項 1及至 3のいずれかに記載のクラッド材に存す る。
請求項 5記載の発明の要旨は、室温での熱伝導率が 200WZ (m-K)以上である ことを特徴とする請求項 1及至 4のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項 6記載の発明の要旨は、熱膨張係数が 14 X 10_6ZK以下であることを特徴 とする請求項 1及至 5のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項 7記載の発明の要旨は、前記第 2の材料力もなる層の厚さがすべて 200 m以下であることを特徴とする請求項 1及至 6のいずれかに記載のクラッド材に存する 請求項 8記載の発明の要旨は、第 1の材料力 なる層と第 2の材料力 なる層とを 交互に積層したクラッド材の製造方法であって、前記第 1の材料からなる層と前記第 2の材料力もなる層を積層した後に、印加圧力 50kgfZcm2以上 150kgfZcm2以下 、及び温度 850°C以上 1000°C以下で熱間一軸カ卩工法によって接合することを特徴 とするクラッド材の製造方法に存する。
請求項 9記載の発明の要旨は、前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、 アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気または真空中で行われることを特徴とする請求項 8 に記載のクラッド材の製造方法に存する。
請求項 10記載の発明の要旨は、請求項 1〜7のいずれかに記載のクラッド材を所 定の形状にカ卩ェするクラッド材の成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いる ことを特徴とするクラッド材の成形方法に存する。
請求項 11記載の発明の要旨は、請求項 1〜7のいずれかに記載のクラッド材から なる放熱基板に存する。
発明の効果
[0011] 本発明は以上のように構成されているので、高い熱伝導率、小さい熱膨張係数をも っクラッド材を得ることができる。また、このクラッド材は、本発明の製造方法によって 容易に製造できる。このクラッド材は機械加工性に優れているため、本発明の成形方 法によって容易に成形することができ、これを用いて低コストで放熱性の優れた半導 体装置用放熱基板を得ることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
[0013] 本発明のクラッド材は、第 1の材料力もなる層と第 2の材料力もなる層とが交互に積 層されてなるクラッド材であって、前記第 2の材料における熱膨張係数は前記第 1の 材料における熱膨張係数よりも小さぐ前記第 2の材料における熱伝導率は前記第 1 の材料における熱伝導率よりも低ぐ前記第 1の材料力 なる層と前記第 2の材料か らなる層が合計 5層以上積層されたことを特徴とする。
[0014] 図 1は、本発明のクラッド材の断面構造を示した断面図である。図において、 10は 第 1の材料力もなる層、 20は第 2の材料力もなる層であり、これらが交互に積載され て 、る。その総数は 5層以上である（この図では 5層としてある）。
[0015] 第 1の材料としては、熱伝導率が高い材料として、例えば、銅、銀、銅を含む合金、 銀を含む合金の 、ずれかを用いることができる。
[0016] 第 2の材料としては、第 1の材料よりも熱膨張係数力 、さい材料として、例えば、モリ ブデン、タングステンのどちらかを用いることができる。
[0017] このクラッド材を用いた放熱基板にぉ 、ては、熱伝導率は、半導体チップ等はその 表面に搭載されるため、図 1における上下方向のものが重要である。また、放熱基板 の反りの原因となる熱膨張は、図 1における水平方向で発生するものであるため、熱 膨張係数は、図 1における水平方向のものが重要である。従って、以下では、熱伝導 率、熱膨張係数はこれらの方向におけるものとする。ここで、熱伝導率 ίお ISR1659 — 3で定義される量であり、熱膨張係数 ¾JISH7404で定義される量である。
[0018] 本発明のクラッド材の熱伝導率は、第 1の材料カゝらなる層の総膜厚 (第 1の材料から なる層の膜厚の合計)と、第 2の材料力もなる層の総膜厚 (第 2の材料力もなる層の膜 厚の合計)で決まる。すなわち、これらの総膜厚が同じであれば、層数あるいはその 構成によらずに同じ熱伝導率となる。これは、各層における熱伝導は独立に生じ、他 層の熱伝導に影響を与えることはないためである。
[0019] 一方、本発明のクラッド材における熱膨張係数は、第 1の材料力もなる層の総膜厚 と、第 2の材料力もなる層の総膜厚が同じであっても、その層数や、各層の膜厚によ つて変わる。これは、各層が熱膨張するに際して、その上下に存在する他層の影響 を受けるためである。すなわち、より大きな熱膨張係数をもつ第 1の材料力もなる層が 熱膨張するに際しては、これよりも熱膨張が小さぐその上下に存在する第 2の材料 力もなる層の影響を受けるため、その熱膨張が抑制される方向に応力が発生する。 その結果、クラッド材全体としての熱膨張係数を小さくすることができる。
[0020] このように、このクラッド材において、熱膨張係数を小さくするための役割を果たす のは、第 2の材料からなる層である。第 1の材料力もなる層の総膜厚及び第2の材料 力もなる層の総膜厚が同じ場合であっても、各層の 1層の膜厚が小さい場合、すなわ ち、これらの層数が多い場合に、特にこの効果は顕著となる。具体的には、この効果 が大きくなるのは、このクラッド材における全層数は 5層以上となる場合である。 4層以 下の場合には、この効果は小さくなる。
[0021] また、このクラッド材における最上層と最下層は、これに隣接する層は片側にしか存 在しないため、熱膨張係数を小さくするという観点からは、これらの層には第 2の材料 を用いることが好ましい。ただし、これらの層は、直接ろう付けやめつきをされる層であ るため、これらをより容易に行うことができる材料として、第 1の材料となる Cuを用いる ことちでさる。
[0022] 第 2の材料力もなる層は、第 1の材料力もなる層よりも小さな熱伝導率をもっため、 第 2の材料力 なる層の総膜厚が大きくなると、このクラッド材の熱伝導率は小さくな る。そのため、熱膨張係数が大きくならない限りにおいて、第 2の材料からなる層の総 膜厚を小さくすることが好ましい。このためには、前記クラッド材における第 2の材料か らなる層の占める体積比を 10%以下とする。これよりも大きい場合には、熱膨張係数 は小さくなるものの、熱伝導率が低下する。
[0023] 例えば、第 1の材料としては、銅 (Cu)を好ましく用いることができ、第 2の材料として は、モリブデン (Mo)を好ましく用いることができる。これらの材料において、熱膨張係 数は Cuが 20 X 10_6/K、 Moが 5 Χ 10_6/Κであり、熱伝導率は Cuが 390WZ (m' K)、 Moが 142WZ (m'K)である力 以上の構成によって、熱膨張係数が 14 X 10— 6ZK以下、または熱伝導率が 200WZ (m-K)以上のクラッド材を得ることができる。
[0024] また、第 2の材料力もなる層の厚さはすべて 200 μ m以下であることが好ましい。こ れよりも厚い層が存在すると、後述するプレス打ち抜き法を用いたこのクラッド材の成 型方法が適用できない。
[0025] 以下に、このクラッド材において熱膨張係数が小さくなるメカニズムについて、実験 結果をもとに述べる。
[0026] 図 2は、第 1の材料として Cu、第 2の材料として Moを用い、 Cu dOO ^ m) /Mo (2 O ^ m) /Cu (600 μ m) /Mo (20 μ m) /Cu (600 μ m) /Mo (20 μ m) /Cu (10 0 m)の 7層の構造のクラッド材における、温度と伸び量（25°Cにおける長さが 20. 2mmの試料の伸び量）の関係を測定した結果である。この例においては、 25°Cから 温度を 850°Cまで上昇させたときの伸びと、 850°Cから 25°Cに温度を下降させたとき の伸びを測定している。この 850°Cという温度は、放熱基板の接続に用いられる銀ろ う付けの温度とほぼ等しい。参考のために、同じ長さの Cu単体力 なる材料における 伸び量と、同じ長さの Mo単体力 なる材料における伸び量も同じグラフで示してある 。このグラフにおける傾きが熱膨張係数に対応する。このクラッド材における伸び量は 、 Cu単体の場合と Mo単体の場合の中間となっているが、温度と伸び量の関係で特 徴的なこととして、温度上昇時に 600°C以上で伸びが頭打ちになるということと、温度 上昇時と下降時で異なる特性となることの 2点がある。
[0027] まず、温度上昇時に 600°C以上で伸びが頭打ちになるという点については、 Cuの 軟化温度が 500°C程度であるということに起因する。 500°Cまでは、このクラッド材の 熱膨張の主因は Cu層の熱膨張であり、 Mo層は Cu層の熱膨張に引きずられた形に なり、 Mo層には伸びの応力が加わる。これより温度が上昇して Cuが軟化すると、 Mo 層に加わった応力は一気に緩和し、 Mo単体であった場合の伸びに近づく。これ以 上の温度では、伸びはほぼ Mo層の熱膨張で決まる。このため、このクラッド材におけ る Mo層の占める体積比は 4. 11%しかないにもかかわらず、 850°Cの温度では、こ のクラッド材の伸びは、 Cu単体の場合よりも Mo単体の場合に近い値となっている。
[0028] この特性が温度上昇時と下降時で異なるという点についても、下降時の始点（850 °C)においては Cu層が軟ィヒしており、温度下降に伴う収縮は Mo層の熱収縮で決ま るためである。 Cu層が熱収縮において支配的となるのは、上記の軟化点以下の温度 である。前記のように温度上昇時は直線的な特性を示さないが、温度下降時の特性 はほぼ直線的となる。
[0029] なお、このクラッド材に対して、常温から 850°Cにわたり複数回の熱サイクルをカロえ てこの測定を行った場合においても、測定誤差の範囲内で同一の結果が得られ、再 現性があることも確認された。
[0030] 以上より、このクラッド材において温度が 25°C力も 850°Cまで上昇した場合におけ る伸び量、あるいは 850°Cから 25°Cまで下降した場合における縮み量は、 Moの体 積比が小さいにもかかわらず、 Mo単体の場合と近 ヽ値になって ヽることが確認され た。
[0031] 従って、この特性のクラッド材カゝらなる放熱基板に、シリコン、アルミナ等の熱膨張係 数の小さな材料を 850°Cでろう付けし、常温にした際には、放熱基板の反りは小さな ものとなる。また、上記の通り、熱伝導率は Cu層の総膜厚及び Mo層の総膜厚で決 まるが、このクラッド材においては Mo層の占める割合は小さいため、その熱伝導率は Cuのもつ大きな値に近いものとなる。すなわち、このクラッド材は、 Moに近い熱膨張 特性を持ち、 Cuに近い熱伝導率を持つ。なお、熱膨張係数は、図 2におけるグラフ の傾き力も算出されるが、放熱基板の反りに関係してくるのは、温度下降時の特性で ある。このため、以下においては、このクラッド材における熱膨張係数は、この温度下 降時の特性力も算出した値を示して 、る。
[0032] 次に、このクラッド材を製造する方法について述べる。
[0033] このクラッド材は、第 1の材料力もなる層または第 2の材料力もなる層を、印加圧力 5 OkgfZcm2以上 150kgfZcm2以下、及び温度 850°C以上 1000°C以下で熱間一 軸カ卩工法によって接合することによって製造される。この製造工程の一例を示したの が図 3である。この例においては、所定の順序、膜厚構成で積層された積層体に対し て、真空中で 950°Cの温度、 lOOkgfZcm2の圧力を印加して接合が行われる。加圧 は、ホットプレス機によって行われる。
[0034] この製造方法によれば、所定の膜厚にされた第 1の材料力 なる層または第 2の材 料力もなる層を、高温で一方向（膜厚方向）に圧力を印加することにより積層する、い わゆるホットプレス法で形成する。このとき、雰囲気としては、特に Cuを第 1の材料と して用いた場合には、 Cuは非常に酸ィ匕しやすい材料であるため、酸素が無い状態 が好ましい。そのため、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気、または真空 中で以上の工程を行うことが好まし!/、。
[0035] 各層の表面にはその積層を容易にするためにめつき層を形成しておくことも可能で あるが、めっき層は、熱伝導率を低下させる原因となるため、形成しないことが好まし い。ただし、このクラッド材を放熱基板として用いた場合において、この最上層と最下 層に他の物質をろう付けやはんだ付けで接合する場合には、最上層及び最下層とな る層には予めめつき層を形成しておくことにより、この接合を容易に行うことができるた め、好ましい。
[0036] 熱間一軸カ卩工法による接合時の温度としては、 850°C以上、 1000°C以下であるこ とが好ましい。 850°Cよりも低い場合は、接合が不良となり、剥離を生ずる。 1000°Cよ りも高い場合は、特に第 1の材料として Cuを用いた場合、 Cuが溶融する。
[0037] 熱間一軸加工法による接合時の印加圧力としては、 50kgfZcm2以上 200kgfZc m2以下であることが好ましい。 50kgfZcm2よりも小さい場合には、接合が不良となり 、剥離を生ずる。 200kgfZcm2よりも大きい場合には、特に第 1の材料として Cuを用 いた場合、軟ィ匕した Cuが加圧時に大きく伸びるため、所定の膜厚構成とすることが 困難である。
[0038] 次に、このクラッド材の成型方法について述べる。このクラッド材を成形するにあた つては、プレス打ち抜き加工法を用いてこれを容易に行うことができる。
[0039] 本発明のクラッド材を用いて放熱基板を製造するためには、このクラッド材を所望の 形状に成形する必要がある。第 1の材料として用いられる Cuや Ag及びこれらが含ま れる合金は、熱伝導率が高ぐ熱膨張係数が大きな材料であると共に、機械的に柔ら かぐ非常に加工しやすい材料である。一方、第 2の材料として用いられる Moや Wは 、硬ぐ加工が困難な材料である。このため、例えば、容易にこの成形を行なう方法と して知られるプレス打ち抜き法は、 Cuや Agに対して適用できる力 Moや Wに対して は適用できない。従って、これらを積層したクラッド材においては、第 2の材料の占め る体積比が小さいほど、加工がしゃすくなる。これらを積層したクラッド材においても、 第 2の材料の占める体積比が 10%よりも大きい場合にはこれを適用することができな い。また、第 2の材料力もなる層のうち、 1層でもその厚さが 200 /z mより大きくなると、 これを適用することができない。
[0040] 本発明のクラッド材においては、前記の通り、第 2の材料の占める体積比を小さくし て、高い熱伝導率及び小さな熱膨張係数を得ているため、第 2の材料の体積比を小 さぐ例えばこれを 10%以下とすることができる。また、高い熱伝導率を得ながら、第 2の材料からなる層の厚さをすベて 200 μ m以下とすることができるので、このクラッド 材の機械的加工は容易である。このため、例えば、コストの安い成形方法であるプレ ス打ち抜き法を使用することが可能である。これにより、本発明のクラッド材を用いた 放熱基板を低コストで得ることができる。
実施例
[0041] 以下に、本発明の実施例について、比較例と共に説明する。
[0042] 本発明の実施例となる、 Cuと Moの積層構造を、その層数及び各層の厚さを変え たクラッド材を実施例 1〜15として作成した。一方、比較例として、 CuZMoZCuの 3 層構造の各層の厚さを変えたクラッド材を比較例 1〜 15として作成した。これらの試 料における熱膨張係数、熱伝導率を測定した。実施例、比較例共に、その製造方法 は図 3に示した方法で行った。熱膨張係数は、 850°Cから 30°Cまで冷却する間の平 均を、マックサイエンス（株）製の Dilato Meterを用いて、 JISH7404に記載の方法に よってアルゴン雰囲気で測定した。熱膨張係数測定に用いた各試料は 20mm (長さ） X 3mm (幅)の大きさとした。熱伝導率は、真空理工 (株)製レーザーフラッシュ測定 装置によって JISH7801に規定される熱拡散率を求め、 Cuと Moの体積割合から、 比熱と密度の平均値を求め、 JISR1650— 3に記載された方法より求めた。熱伝導率 測定の各試料は直径 10mmの大きさに製作したサンプルを切り出して測定した。通 常の厚さは lmmから 3mmの範囲で行うことにより、良好に測定することができた。こ れらの実施例及び比較例の Moの体積比率、熱膨張係数、クラッド材の膜厚、積層 構造における各層の構成について示したのが表 1である。ここで、各層の構成及び膜 厚について、例えば「Cu(400)/((Mo(10)/Cu(200))*3)/Mo(10)/Cu(400)」とは、「Cu(40 0 μ m)/Mo(10 μ m)/Cu(200 μ m)/Mo(10 μ m)/Cu(200 μ m)/Mo(10 μ m)/Cu(200 μ m)/Mo(10 μ m)/Cu(400 μ m)の積層構造」を表す。
[表 1]
Figure imgf000013_0001
どの実施例においても、 Mo比率は 10%以下と小さいながらも、 10%の Mo比率を もつ比較例 8と比べて、小さな熱膨張係数をもつ。表 1の結果について、 Mo比率と熱 膨張係数の関係を示したのが図 4である。本発明の実施例は、比較例と比べて、同じ Mo比率では小さな熱膨張係数をもつ、あるいは、同じ熱膨張係数をより少ない Mo 比率で得ることができる。
[0045] 表 1に示した試料について、 Mo比率と熱伝導率の関係を示したのが図 5である。 M o比率が 10%以下のところで、本発明の実施例と比較例の結果は重なっている。こ れより、 Mo比率が同等であれば、熱伝導率は本発明の実施例と比較例においては 同等であることが確認できる。すなわち、熱伝導率は、各層の構成にはよらず、 5層 以上の場合でも、 3層以下の場合と同等に、 Mo比率だけで決まる。また、熱膨張係 数と熱伝導率の関係を示したのが図 6である。本発明の実施例においては、比較例 と比べて、高い熱伝導率と小さな熱膨張係数を実現することができる。特に本発明に よれば、熱膨張係数を 14 X 10_6ZK以下としながら、室温での熱伝導率が 200WZ (m'K)以上としたクラッド材を得ることができる。
[0046] 実施例 9と同構造のクラッド材カゝらなる 24mm X 17. 4mmの大きさの放熱基板に対 して、 850°Cで銀ろう付けを行うことにより、コバール製のフレームを接合した。これを 常温に冷却した際のこの放熱基板の反りを、キーエンス (株)製のレーザー変位測定 器 TK— 111と LT— 987により測定した結果、この放熱基板の対角における反り量 は 5 μ mと小さなものであり、本発明の有効性が確認できた。
[0047] 次に、本発明の製造方法の実施例について述べる。
[0048] 図 3に示した製造工程において、 CuZMoの積層体に対して熱間一軸カ卩工法を行 なうに際し、印加圧力と温度を変えて行い、その後で積層された層の剥離が発生した 力どうかを調べた結果が表 2である。
[0049] [表 2] /皿 圧力（ /Cm
(°C) 50 1 00 150 200 400 500 1 000
1 ooo°c 0 O O X X X X
950 〇 o (最適条件） 〇 〇 X X X
900 〇 〇 〇 〇 〇 X X
850 〇 〇 〇 〇 〇 〇 X
800 X X X X X X X
750 X X X X X X X
700 X X X X X X X
650 X X X X X X X
600 X X X X X X X
550 X X X X X X X
[0050] 表 2において、〇はその後の剥離試験で良好な接合強度が得られたことを示し、 X は剥離が生じたことを示す。印加圧力が 50kgfZcm2以上 200kgfZcm2以下、及び 温度 850°C以上 1000°C以下の場合に良好なクラッド材が得られた。
図面の簡単な説明
[0051] [図 1]本発明の実施の形態におけるクラッド材の構造を示す断面図である。
[図 2]本発明の実施の形態におけるクラッド材において、温度と伸びの関係を加熱時 及び冷却時に測定した結果を示す図である。
[図 3]本発明の実施の形態におけるクラッド材の製造工程を示す図である。
[図 4]本発明の実施例及び比較例における Mo比率と熱膨張係数の関係を示す図で ある。
[図 5]本発明の実施例及び比較例における Mo比率と熱伝導率の関係を示す図であ る。
[図 6]本発明の実施例及び比較例における熱膨張係数と熱伝導率の関係を示す図 である。
符号の説明
[0052] 10 第 1の材料からなる層
20 第 2の材料力もなる層

Claims

請求の範囲
[1] 第 1の材料力もなる層と第 2の材料力もなる層とが交互に積層されてなるクラッド材 であって、
前記第 2の材料における熱膨張係数は前記第 1の材料における熱膨張係数よりも小 さぐ
前記第 2の材料における熱伝導率は前記第 1の材料における熱伝導率よりも低ぐ 前記第 1の材料力 なる層と前記第 2の材料力 なる層が合計 5層以上積層された ことを特徴とするクラッド材。
[2] 前記クラッド材における前記第 2の材料力もなる層の占める体積比が 10%以下であ ることを特徴とする請求項 1に記載のクラッド材。
[3] 前記第 1の材料が、銅、銀、銅を含む合金、銀を含む合金のいずれかであることを 特徴とする請求項 1または 2に記載のクラッド材。
[4] 前記第 2の材料が、モリブデン、タングステンの 、ずれかであることを特徴とする請 求項 1及至 3の 、ずれかに記載のクラッド材。
[5] 室温での熱伝導率が 200WZ (m-K)以上であることを特徴とする請求項 1及至 4 の！、ずれかに記載のクラッド材。
[6] 熱膨張係数が 14 X 10_6ZK以下であることを特徴とする請求項 1及至 5のいずれ かに記載のクラッド材。
[7] 前記第 2の材料力もなる層の厚さがすべて 200 μ m以下であることを特徴とする請 求項 1及至 6の 、ずれかに記載のクラッド材。
[8] 第 1の材料力もなる層と第 2の材料力もなる層とを交互に積層したクラッド材の製造 方法であって、
前記第 1の材料力もなる層と前記第 2の材料力もなる層を積層した後に、印加圧力 50kgfZcm2以上 150kgfZcm2以下、及び温度 850°C以上 1000°C以下で熱間一 軸加工法によって接合することを特徴とするクラッド材の製造方法。
[9] 前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲 気または真空中で行われることを特徴とする請求項 8に記載のクラッド材の製造方法 請求項 1〜7のいずれかに記載のクラッド材を所定の形状に加工するクラッド材の 成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いることを特徴とするクラッド材の成形 方法。
請求項 1〜7のいずれかに記載のクラッド材からなる放熱基板。
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