JP2003124410A - Multi-layer heat sink and method for producing it - Google Patents
Multi-layer heat sink and method for producing itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を搭載
する搭載層と、半導体素子が発生した熱を外部に放出す
る放熱層とを備えた多層ヒートシンクに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer heat sink having a mounting layer on which a semiconductor element is mounted and a heat dissipation layer for radiating heat generated by the semiconductor element to the outside.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体パッケージや光通信モ
ジュールなどの半導体装置には、ヒートシンクと呼ばれ
る放熱部材を設けて、半導体パッケージや光通信モジュ
ール内で発生した熱を効率的に系外に放熱（排熱、放
散）させるようにしている。このようなヒートシンクに
おいては、熱伝導率が高くて熱の伝導性が良好であるこ
と、およびセラミック基板やガラス基板と接合されるた
めに、熱膨張係数がセラミックやガラスの熱膨張係数
（４〜１０ｐｐｍ／Ｋ）に近似することが要求されてい
る。このような熱伝導率と熱膨張係数の相反する両特性
を有する材料としては、現在のところ、タングステン−
銅（Ｗ−Ｃｕ）合金が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device such as a semiconductor package or an optical communication module is provided with a heat dissipation member called a heat sink to efficiently dissipate the heat generated in the semiconductor package or the optical communication module to the outside of the system ( Exhaust heat, dissipate). In such a heat sink, the thermal conductivity is high and the thermal conductivity is good, and the thermal expansion coefficient of the ceramic or glass (4 to It is required to be close to 10 ppm / K). At present, as a material having both such contradictory properties of thermal conductivity and thermal expansion coefficient, tungsten-
A copper (W-Cu) alloy is used.
【０００３】このようなタングステン−銅（Ｗ−Ｃｕ）
合金からなるヒートシンクとしては、タングステン
（Ｗ）で構成された焼結体の空孔部に銅（Ｃｕ）を溶浸
（含浸）させた溶浸焼結合金から成るヒートシンクが使
用される。ところで、このような溶浸焼結合金から成る
ヒートシンクは、例えば、以下のような手順で製造され
ている。まず、タングステン（Ｗ）粉末に、有機バイン
ダーを予備配合して原料混合体とし、この原料混合体
を、金型プレスでプレスして薄板状の成形体とする。こ
の成形体を脱脂・焼結して多孔質の焼結体とした後、こ
の焼結体の空孔部に銅（Ｃｕ）を溶浸（含浸）させる。
その後に、溶浸焼結体の表面を、フライス盤やラップ盤
などにより表面加工して、最終的にヒートシンクとする
製法が一般的に採用されている。Such tungsten-copper (W-Cu)
As the heat sink made of an alloy, a heat sink made of an infiltrated sintered alloy in which copper (Cu) is infiltrated (impregnated) in the pores of a sintered body made of tungsten (W) is used. By the way, a heat sink made of such an infiltration-sintered alloy is manufactured by the following procedure, for example. First, tungsten (W) powder is preliminarily blended with an organic binder to form a raw material mixture, and the raw material mixture is pressed by a die press to form a thin plate-shaped compact. After degreasing and sintering this molded body to form a porous sintered body, copper (Cu) is infiltrated (impregnated) into the pores of this sintered body.
After that, the surface of the infiltrated sintered body is processed by a milling machine, a lapping machine or the like to finally form a heat sink, which is generally used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
溶浸焼結合金から成るヒートシンクにおいては、放熱性
を向上させる（熱伝導率を大きくする）ために、銅（Ｃ
ｕ）の含有率を増加させると熱膨張係数が大きくなる。
熱膨張係数が大きくなると、半導体パッケージや光通信
モジュールに使用されるセラミック基板やガラス基板等
との熱膨張係数差が大きくなる。このため、ヒートシン
クと半導体パッケージや光通信モジュールに使用される
セラミック基板やガラス基板等との接合性が低下し、気
密性が保持できなくなるという問題を生じた。However, in a heat sink made of such an infiltration-sintered alloy, in order to improve heat dissipation (increased thermal conductivity), copper (C) is used.
Increasing the content of u) increases the coefficient of thermal expansion.
As the coefficient of thermal expansion increases, the difference in coefficient of thermal expansion with the ceramic substrate, glass substrate, etc. used in semiconductor packages and optical communication modules increases. For this reason, the bondability between the heat sink and the ceramic substrate, glass substrate, or the like used in the semiconductor package or the optical communication module is deteriorated, which causes a problem that the airtightness cannot be maintained.
【０００５】また、タングステン（Ｗ）粉末の焼結体は
スポンジ状の構造体であるため、この構造体を構成する
空孔の大きさや空孔密度が不均一である。このため、空
孔内に溶浸される銅の充填密度は不均一になって、熱膨
張係数や熱伝導率が部位により異なることとなる。この
結果、このような溶浸焼結体から成るヒートシンクにあ
っては、熱特性が安定せず、信頼性に欠けるという問題
を生じた。また、銅が溶浸された焼結体は、銅（Ｃｕ）
が存在する部分に沿って熱伝導がなされるが、銅の充填
密度が不均一であると、熱の伝導方向はランダムな方向
となる。このため、発生した熱を系外に素早く放熱する
ことが困難になって、放熱効率が低下するという問題も
生じた。Further, since the sintered body of the tungsten (W) powder is a sponge-like structure, the size and pore density of the pores forming this structure are non-uniform. For this reason, the packing density of copper infiltrated into the pores becomes non-uniform, and the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity differ depending on the site. As a result, a heat sink made of such an infiltrated sintered body has a problem that its thermal characteristics are not stable and its reliability is low. Further, the sintered body infiltrated with copper is copper (Cu)
Although heat conduction is performed along the portion where there is, if the packing density of copper is non-uniform, the heat conduction direction is random. For this reason, it becomes difficult to quickly dissipate the generated heat to the outside of the system, which causes a problem that the heat dissipation efficiency is reduced.
【０００６】そこで、平均粒径が異なるタングステン
（Ｗ）粉末を用いて、平均粒径が大きいタングステン
（Ｗ）粉末層から平均粒径が小さいタングステン（Ｗ）
粉末層となるように順次積層してプレスして積層体とす
る。この積層体を焼結することにより、タングステン
（Ｗ）の充填密度が積層方向に変化したタングステン焼
結体を形成する。ついで、このタングステン焼結体にオ
ープンＨＩＰ処理を施して、焼結体の閉気孔を潰して開
気孔のみを残すようにした後、開気孔中に銅（Ｃｕ）を
溶浸させる溶浸焼結法が提案されるようになった。Therefore, using tungsten (W) powders having different average particle diameters, a tungsten (W) powder layer having a large average particle diameter is transferred from a tungsten (W) powder layer having a small average particle diameter.
The powder layers are sequentially laminated and pressed to obtain a laminated body. By sintering this laminated body, a tungsten sintered body in which the packing density of tungsten (W) changes in the laminating direction is formed. Then, the tungsten sintered body is subjected to open HIP processing to crush the closed pores of the sintered body to leave only open pores, and then infiltration sintering in which copper (Cu) is infiltrated into the open pores. The law came to be proposed.
【０００７】このような溶浸焼結法においては、開気孔
中に銅（Ｃｕ）を溶浸した後、銅（Ｃｕ）の凝固過程に
おいて熱収縮を生じる。ところが、タングステン（Ｗ）
の密度が高い層においては、銅（Ｃｕ）の溶浸量が少な
いか、あるいは全く銅（Ｃｕ）が溶浸されない部位もあ
るため、タングステン（Ｗ）の密度が高い層の熱伝導性
が低下する。熱伝導性が低下すると放熱性も低下するた
め、熱応力に耐えることが困難になって、タングステン
（Ｗ）の密度が高い層にクラックが発生するという問題
を生じた。In such an infiltration sintering method, after copper (Cu) is infiltrated into the open pores, thermal contraction occurs in the solidification process of copper (Cu). However, tungsten (W)
In a layer with high density, the amount of copper (Cu) infiltrated is small, or there is a part where copper (Cu) is not infiltrated at all, so the thermal conductivity of the layer with high density of tungsten (W) decreases. To do. When the thermal conductivity decreases, the heat dissipation also decreases, so that it becomes difficult to withstand the thermal stress, and a problem occurs that cracks occur in a layer having a high density of tungsten (W).
【０００８】このため、銅（Ｃｕ）の配合割合を変化さ
せたタングステン（Ｗ）と銅（Ｃｕ）の混合粉末を用い
て、銅（Ｃｕ）の配合割合が多い層から少ない層になる
ように順次積層してプレスして積層体とした後、この積
層体を焼結して形成するタングステン−銅（Ｗ−Ｃｕ）
積層焼結体が提案されるようになった。ところが、この
ようなタングステン−銅（Ｗ−Ｃｕ）積層焼結体におい
ては、銅（Ｃｕ）の配合割合によって焼結温度が異なる
ため、銅（Ｃｕ）の配合割合が少ない層では焼結温度が
低すぎて充分に焼結せず、また、銅（Ｃｕ）の配合割合
が多い層では焼結温度が高すぎて銅が流出するという問
題を生じた。また、各層の焼結過程での収縮率も異なる
ため、変形あるいはクラックが発生するという問題も生
じた。Therefore, by using a mixed powder of tungsten (W) and copper (Cu) in which the mixing ratio of copper (Cu) is changed, a layer having a large mixing ratio of copper (Cu) is changed to a layer having a small mixing ratio of copper (Cu). Tungsten-copper (W-Cu) formed by sequentially stacking and pressing to form a laminate, and then sintering the laminate.
Laminated sintered bodies have been proposed. However, in such a tungsten-copper (W-Cu) laminated sintered body, since the sintering temperature varies depending on the mixing ratio of copper (Cu), the sintering temperature is low in a layer having a small mixing ratio of copper (Cu). There was a problem that the layer was too low to be sufficiently sintered, and the layer containing a large amount of copper (Cu) had a too high sintering temperature to flow out copper. Further, since the shrinkage rate of each layer during the sintering process is different, there is a problem that deformation or crack occurs.
【０００９】そこで、本発明は上記の如き問題点を解消
するためになされたものであり、多層構造にしてもクラ
ックや変形や層間での剥離が生じなく、かつ放熱性に優
れたヒートシンクを提供するとともに、簡単・容易で安
価なヒートシンクの製造方法を提供することを目的とす
る。Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a heat sink excellent in heat dissipation without causing cracks or deformations or peeling between layers even in a multi-layer structure. It is also an object of the present invention to provide a simple, easy and inexpensive method for manufacturing a heat sink.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の多層ヒートシンクは、半導体素子を搭載す
る搭載層と、半導体素子が発生した熱を外部に放出する
放熱層とを備え、搭載層から放熱層に向けて順次熱膨張
係数が増大するように搭載層と放熱層との間に熱膨張係
数が異なる複数の熱応力緩和層を備えるようにしてい
る。このように、搭載層から放熱層に向けて順次熱膨張
係数が増大するように搭載層と放熱層との間に熱膨張係
数が異なる複数の熱応力緩和層を設けるようにすると、
各層間で熱応力を吸収することが可能になる。このた
め、各層内にクラックが発生したり、あるいは層間剥離
が発生することが防止できるようになる。In order to achieve the above object, a multilayer heat sink of the present invention comprises a mounting layer on which a semiconductor element is mounted and a heat dissipation layer for radiating heat generated by the semiconductor element to the outside. A plurality of thermal stress relaxation layers having different thermal expansion coefficients are provided between the mounting layer and the heat dissipation layer so that the thermal expansion coefficient increases sequentially from the layers toward the heat dissipation layer. In this way, if a plurality of thermal stress relaxation layers having different thermal expansion coefficients are provided between the mounting layer and the heat dissipation layer so that the thermal expansion coefficient gradually increases from the mounting layer to the heat dissipation layer,
It becomes possible to absorb thermal stress between the layers. For this reason, it becomes possible to prevent the occurrence of cracks or delamination in each layer.
【００１１】この場合、搭載層から放熱層までの互いに
隣接する各層間の熱膨張係数差の比率が３０％よりも大
きくなると、各層間での熱応力を効率よく吸収すること
ができなくなるので、搭載層から放熱層までの互いに隣
接する各層間の熱膨張係数差の比率は３０％以内になる
ように各層を配置するのが望ましい。なお、搭載層およ
び複数の熱応力緩和層は、銅の含有割合を変えることに
より、容易に熱膨張係数を変化させることができるタン
グステン−銅合金あるいはモリブデン−銅合金から形成
し、かつ放熱層は熱膨張係数が大きい銅あるいは銅合金
で形成するのが好ましい。In this case, if the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the layers adjacent to each other from the mounting layer to the heat dissipation layer is larger than 30%, the thermal stress between the layers cannot be efficiently absorbed. It is desirable to arrange each layer so that the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between adjacent layers from the mounting layer to the heat dissipation layer is within 30%. The mounting layer and the plurality of thermal stress relaxation layers are formed from a tungsten-copper alloy or a molybdenum-copper alloy whose thermal expansion coefficient can be easily changed by changing the copper content, and the heat dissipation layer is It is preferably formed of copper or a copper alloy having a large thermal expansion coefficient.
【００１２】そして、半導体素子の熱膨張係数は、通
常、５〜６ｐｐｍ／Ｋであるので、搭載層は熱膨張係数
が５〜６ｐｐｍ／Ｋの金属または合金から形成するのが
望ましい。また、放熱層は、通常、熱膨張係数が大きい
銅あるいは銅合金が使用されるので、放熱層の熱膨張係
数は１７ｐｐｍ／Ｋとなる。そして、これらの間に熱膨
張係数が５〜６ｐｐｍ／Ｋ以上で１７ｐｐｍ／Ｋ以下の
金属または合金から熱応力緩和層を少なくとも３層以上
備えるようにすると、半導体素子が発生した熱の放熱方
向は、搭載層から放熱層に向けての一方向になる。これ
により、半導体素子が発生した熱は放熱方向に沿って効
率よく放熱されるようになる。The coefficient of thermal expansion of the semiconductor element is usually 5 to 6 ppm / K, so that the mounting layer is preferably formed of a metal or alloy having a coefficient of thermal expansion of 5 to 6 ppm / K. Further, since the heat dissipation layer is usually made of copper or copper alloy having a large coefficient of thermal expansion, the heat expansion layer has a coefficient of thermal expansion of 17 ppm / K. If at least three thermal stress relaxation layers are provided from a metal or alloy having a coefficient of thermal expansion of 5 to 6 ppm / K or more and 17 ppm / K or less between them, the heat radiation direction of the heat generated by the semiconductor element is , One direction from the mounting layer to the heat dissipation layer. Thereby, the heat generated by the semiconductor element can be efficiently radiated along the heat radiation direction.
【００１３】この場合、各層の厚みが２．０ｍｍを越え
る厚さになると、各層間での熱膨張係数差の比率が２０
％以下になっても、熱応力を十分に吸収できなくなる。
このため、各層の厚みは２．０ｍｍ以下、好ましくは
１．０ｍｍ以下になるように形成するのが望ましい。ま
た、搭載層から放熱層までの各層の表面積は等しいか、
あるいは搭載層から放熱層に向けて順次各層の表面積が
増大するように形成すると、効率よく放熱できるように
なるので望ましい。In this case, when the thickness of each layer exceeds 2.0 mm, the ratio of the difference in coefficient of thermal expansion between the layers is 20.
Even if it becomes less than%, the thermal stress cannot be sufficiently absorbed.
Therefore, it is desirable that the thickness of each layer is 2.0 mm or less, preferably 1.0 mm or less. Also, whether the surface area of each layer from the mounting layer to the heat dissipation layer is the same,
Alternatively, it is preferable that the surface area of each layer is increased from the mounting layer toward the heat dissipation layer in order to efficiently dissipate heat.
【００１４】上述の構造の多層ヒートシンクを製造する
場合には、搭載層から放熱層までの各層を焼結体により
形成する焼結工程と、各焼結体を搭載層から放熱層に向
けて順次熱膨張係数が増大するように積層して積層体と
する積層工程と、積層体をプラズマ放電焼結して各層を
密に接合する接合工程とを備えるようにすればよい。こ
の場合、焼結工程において、金属粉末を直接焼結した
り、あるいは金属粉末の射出成形により成形された成形
体を焼結するようにすればよい。In the case of manufacturing the multilayer heat sink having the above structure, a sintering step of forming each layer from the mounting layer to the heat dissipation layer by a sintered body, and each sintered body from the mounting layer to the heat dissipation layer are sequentially performed. It suffices to include a laminating step of laminating so that the coefficient of thermal expansion increases to form a laminated body, and a joining step of plasma-discharge sintering the laminated body to tightly join the layers. In this case, in the sintering step, the metal powder may be directly sintered, or the molded body formed by injection molding of the metal powder may be sintered.
【００１５】また、搭載層から放熱層までの各層を焼結
体により形成する焼結工程と、焼結体よりなる各層の片
面に銅膜のコーティング層を形成するコーティング工程
と、銅膜のコーティング層が形成された面が下面になる
ように各焼結体を搭載層から放熱層に向けて順次熱膨張
係数が増大するように積層して積層体とする積層工程
と、積層体をホットプレスして銅膜を介して各層を密に
接合する接合工程とを備えるようにしても、容易に上述
の構造の多層ヒートシンクを製造することができる。Further, a sintering step of forming each layer from the mounting layer to the heat dissipation layer by a sintered body, a coating step of forming a coating layer of a copper film on one surface of each layer of the sintered body, and a coating of the copper film. A step of laminating each sintered body so that the surface on which the layers are formed becomes the lower surface so that the thermal expansion coefficient increases sequentially from the mounting layer to the heat dissipation layer, and a hot pressing of the laminated body. Then, the multi-layer heat sink having the above-described structure can be easily manufactured even if the step of joining the layers is densely provided via the copper film.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】ついで、本発明の多層ヒートシン
クの実施の形態を図に基づいて説明する。なお、図１
は、実施例１の多層ヒートシンクを模式的に示す断面図
であり、図２は実施例２の多層ヒートシンクを模式的に
示す断面図であり、図３は実施例３の多層ヒートシンク
を模式的に示す断面図である。また、本発明の効果を明
瞭にするために比較例の多層ヒートシンクも作製し、図
４および図５に示した。なお、図４は比較例１の多層ヒ
ートシンクを模式的に示す断面図であり、図５は比較例
２の多層ヒートシンクを模式的に示す断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, an embodiment of a multilayer heat sink of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that FIG.
2 is a sectional view schematically showing a multilayer heat sink of Example 1, FIG. 2 is a sectional view schematically showing a multilayer heat sink of Example 2, and FIG. 3 is a schematic view of a multilayer heat sink of Example 3. It is sectional drawing shown. Further, in order to clarify the effect of the present invention, a multilayer heat sink of a comparative example was also manufactured and shown in FIGS. 4 and 5. 4 is a sectional view schematically showing the multilayer heat sink of Comparative Example 1, and FIG. 5 is a sectional view schematically showing the multilayer heat sink of Comparative Example 2.
【００１７】１．実施例１
本実施例１の多層ヒートシンク１０は、図１に示すよう
に、半導体素子（例えば、半導体レーザ）１０ａを搭載
する搭載層１１と、第１熱応力緩和層１２と第２熱応力
緩和層１３と第３熱応力緩和層１４からなる３層構造の
熱応力緩和層１５と、半導体素子１０ａが発生した熱を
外部に放出する放熱層１６を備えている。そして、これ
らの搭載層１１と第１熱応力緩和層１２と第２熱応力緩
和層１３と第３熱応力緩和層１４は、それぞれ銅の配合
割合が異なるタングステン−銅（Ｗ−Ｃｕ）からなる焼
結体により形成されている。また、放熱層１６は純銅ま
たは銅合金からなる銅板により形成されている。これら
の各層は放電プラズマ焼結により一体的に形成されてい
る。なお、各層１１〜１６の表面積が搭載層１１から放
熱層１６に向けて順次増大するように形成されていると
ともに、各層１１〜１６の厚みが２．０ｍｍ以下になる
ように形成されている。1. Example 1 As shown in FIG. 1, a multilayer heat sink 10 of Example 1 includes a mounting layer 11 on which a semiconductor element (for example, a semiconductor laser) 10a is mounted, a first thermal stress relaxation layer 12 and a second thermal stress relaxation. The thermal stress relaxation layer 15 has a three-layer structure including the layer 13 and the third thermal stress relaxation layer 14, and the heat dissipation layer 16 that radiates the heat generated by the semiconductor element 10a to the outside. The mounting layer 11, the first thermal stress relaxation layer 12, the second thermal stress relaxation layer 13, and the third thermal stress relaxation layer 14 are made of tungsten-copper (W-Cu) having different copper compounding ratios. It is formed of a sintered body. The heat dissipation layer 16 is formed of a copper plate made of pure copper or a copper alloy. These layers are integrally formed by spark plasma sintering. The surface areas of the respective layers 11 to 16 are formed so as to sequentially increase from the mounting layer 11 to the heat dissipation layer 16, and the thickness of each of the layers 11 to 16 is set to 2.0 mm or less.
【００１８】ついで、上述のような構成となる多層ヒー
トシンク１０の作製方法について、以下に説明する。ま
ず、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末と平均粒径が２．５
μｍのＣｕ粉末とを用いて、Ｗの割合が９０質量％でＣ
ｕの割合が１０質量％の配合割合になるように調整した
後、ヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末を作
製した。この混合粉末の圧縮率（この場合は１５％とな
る）を考慮し、２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが
１．２ｍｍで表面積が３５ｍ2の板状の搭載部成形体を
圧縮成形した。得られた搭載部成形体を焼結炉内に配置
した後、１３００℃の温度で２時間焼結して搭載層１１
を作製した。なお、得られた搭載層１１の熱膨張係数は
６ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は１７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、
厚みは約１ｍｍで、表面積は３０ｍ2であった。Next, a method for manufacturing the multi-layer heat sink 10 having the above-mentioned structure will be described below. First, W powder having an average particle size of 2.0 μm and an average particle size of 2.5
With Cu powder of μm, W content is 90% by mass and C
After adjusting the ratio of u to be 10% by mass, the mixture was mixed using a Henschel mixer to prepare a mixed powder. In consideration of the compression ratio of this mixed powder (15% in this case), a pressure of 20 MPa was applied to compression-mold a plate-shaped mounting portion molded body having a thickness of 1.2 mm and a surface area of 35 m 2 . The obtained mounting body compact is placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1300 ° C. for 2 hours to mount the mounting layer 11 thereon.
Was produced. The thermal expansion coefficient of the obtained mounting layer 11 was 6 ppm / K, and the thermal conductivity thereof was 175 W / m · K.
The thickness was about 1 mm and the surface area was 30 m 2 .
【００１９】また、同様な平均粒径のＷ粉末とＣｕ粉末
とを用いて、Ｗの割合が７０質量％でＣｕの割合が３０
質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシェル
ミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。この混
合粉末の圧縮率（この場合は２５％となる）を考慮し、
２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが１．３ｍｍで表面
積が６４ｍ2の板状の第１熱応力緩和層成形体を圧縮成
形した。得られた第１熱応力緩和層成形体を焼結炉内に
配置した後、１１００℃の温度で２時間焼結して第１熱
応力緩和層１２を作製した。なお、得られた第１熱応力
緩和層１２の熱膨張係数は８ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は
２２５Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面積は
４８ｍ2であった。Using W powder and Cu powder having similar average particle diameters, the W ratio is 70% by mass and the Cu ratio is 30%.
The powder was adjusted to have a blending ratio of mass% and then mixed using a Henschel mixer to prepare a mixed powder. Considering the compressibility of this mixed powder (25% in this case),
By applying a pressure of 20 MPa, a plate-shaped first thermal stress relaxation layer molded body having a thickness of 1.3 mm and a surface area of 64 m 2 was compression-molded. The obtained first thermal stress relaxation layer molded body was placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours to prepare a first thermal stress relaxation layer 12. The thermal expansion coefficient of the obtained first thermal stress relaxation layer 12 was 8 ppm / K, the thermal conductivity was 225 W / m · K, the thickness was about 1 mm, and the surface area was 48 m 2 .
【００２０】また、同様な平均粒径のＷ粉末とＣｕ粉末
とを用いて、Ｗの割合が５０質量％でＣｕの割合が５０
質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシェル
ミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。この混
合粉末の圧縮率（この場合は３５％となる）を考慮し、
２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが１．５ｍｍで表面
積が１２２ｍ2の板状の第２熱応力緩和層成形体を圧縮
成形した。得られた第２熱応力緩和層成形体を焼結炉内
に配置した後、１０００℃の温度で４時間焼結して第２
熱応力緩和層１３を作製した。なお、得られた第２熱応
力緩和層１３の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導
率は２７５Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面
積は８０ｍ2であった。Using W powder and Cu powder having similar average particle diameters, the W ratio is 50% by mass and the Cu ratio is 50%.
The powder was adjusted to have a blending ratio of mass% and then mixed using a Henschel mixer to prepare a mixed powder. Considering the compressibility of this mixed powder (35% in this case),
A pressure of 20 MPa was applied to compression-mold a plate-shaped second thermal stress relaxation layer molded body having a thickness of 1.5 mm and a surface area of 122 m 2 . The obtained second thermal stress relaxation layer compact is placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1000 ° C. for 4 hours to obtain a second compact.
The thermal stress relaxation layer 13 was produced. The obtained second thermal stress relaxation layer 13 had a thermal expansion coefficient of 10 ppm / K, a thermal conductivity of 275 W / m · K, a thickness of about 1 mm, and a surface area of 80 m 2 .
【００２１】また、同様な平均粒径のＷ粉末とＣｕ粉末
とを用いて、Ｗの割合が２０質量％でＣｕの割合が８０
質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシェル
ミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。この混
合粉末の圧縮率（この場合は５０％となる）を考慮し、
２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが２．０ｍｍで表面
積が２４０ｍ2の板状の第３熱応力緩和層成形体を圧縮
成形した。得られた第３熱応力緩和層成形体を焼結炉内
に配置した後、１０００℃の温度で２時間焼結して第３
熱応力緩和層１４を作製した。なお、得られた第３熱応
力緩和層１４の熱膨張係数は１３ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導
率は３５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面
積は１２０ｍ2であった。Using W powder and Cu powder having similar average particle diameters, the W ratio is 20% by mass and the Cu ratio is 80%.
The powder was adjusted to have a blending ratio of mass% and then mixed using a Henschel mixer to prepare a mixed powder. Considering the compressibility of this mixed powder (50% in this case),
By applying a pressure of 20 MPa, a plate-shaped third thermal stress relaxation layer compact having a thickness of 2.0 mm and a surface area of 240 m 2 was compression-molded. The obtained third thermal stress relaxation layer compact is placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours to obtain a third
The thermal stress relaxation layer 14 was produced. The obtained third thermal stress relaxation layer 14 had a thermal expansion coefficient of 13 ppm / K, a thermal conductivity of 350 W / m · K, a thickness of about 1 mm, and a surface area of 120 m 2 .
【００２２】ついで、純銅あるいは銅合金からなる銅板
（熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４００Ｗ
／ｍ・Ｋのもの）を用意し、これを厚みが１．０ｍｍで
表面積が１９２ｍ2になるように切断して放熱層１６を
作製した。この放熱層１６の上に、第３熱応力緩和層１
４と第２熱応力緩和層１３と第１熱応力緩和層１２と搭
載層１１を順次配置して、積層体を形成した。この後、
この積層体をプラズマ焼結炉内に配置した。ついで、プ
ラズマ焼結炉内を真空にした後、積層体に３０ＭＰａの
加圧力を付与しながら、９５０℃の温度で１５分間プラ
ズマ焼結を行って、多層ヒートシンク１０を作製した。Then, a copper plate made of pure copper or a copper alloy (coefficient of thermal expansion: 17 ppm / K, thermal conductivity: 400 W)
/ M · K) was prepared, and this was cut so as to have a thickness of 1.0 mm and a surface area of 192 m 2 . The third thermal stress relaxation layer 1 is formed on the heat dissipation layer 16.
4, the second thermal stress relaxation layer 13, the first thermal stress relaxation layer 12, and the mounting layer 11 were sequentially arranged to form a laminated body. After this,
This laminate was placed in a plasma sintering furnace. Next, after the inside of the plasma sintering furnace was evacuated, the multilayer body was subjected to plasma sintering at a temperature of 950 ° C. for 15 minutes while applying a pressure of 30 MPa to the multilayer heat sink 10.
【００２３】得られた多層ヒートシンク１０の各層１
１，１２，１３，１４，１６の層間の界面は密に結合し
ており、各層１１，１２，１３，１４，１６内にはクラ
ックの発生は認められなかった。また、各層１１，１
２，１３，１４，１６の層間には剥離も認められなかっ
た。これを室温から１０００℃まで３０分で昇温した
後、この温度を５分間維持し、ついで室温まで３０分で
冷却するという加熱冷却試験を１０回だけ繰り返して行
った。このような加熱冷却サイクル試験を行った後であ
っても、各層１１，１２，１３，１４，１６の層間には
剥離が認められなかった。Each layer 1 of the obtained multilayer heat sink 10
The interfaces between the layers 1, 12, 13, 14, 16 were tightly coupled, and no cracks were found in the layers 11, 12, 13, 14, 16. Also, each layer 11, 1
No peeling was observed between the layers 2, 13, 14, and 16. After heating this from room temperature to 1000 ° C. in 30 minutes, maintaining this temperature for 5 minutes, and then cooling to room temperature in 30 minutes, a heating and cooling test was repeated 10 times. No peeling was observed between the layers 11, 12, 13, 14, 16 even after the heating / cooling cycle test.
【００２４】これは、搭載層１１から放熱層１６に向け
て熱伝導度が、１７５Ｗ／ｍ・Ｋ→２２５Ｗ／ｍ・Ｋ→
２７５Ｗ／ｍ・Ｋ→３５０Ｗ／ｍ・Ｋ→４００Ｗ／ｍ・
Ｋと順次高くなるように配置されているとともに、その
表面積も順次広くなるように形成されている。このた
め、熱容量が順次増大して効率的に放熱できるようにな
る。また、搭載層１１と第１熱応力緩和層１２との熱膨
張係数差の比率は２５％で、第１熱応力緩和層１２と第
２熱応力緩和層１３との熱膨張係数差の比率は２０％
で、第２熱応力緩和層１３と第３熱応力緩和層１４との
熱膨張係数差の比率は２３％で、第３熱応力緩和層１４
と放熱層１６との熱膨張係数差の比率は２４％で、各層
間の熱膨張係数差の比率が小さい。また、各層１１，１
２，１３，１４，１６の厚みは、１ｍｍ程度に薄く形成
されている。このため、各層間での熱応力が緩和できる
ようになって、クラックの発生が抑制できるようにな
り、各層間での剥離の発生も防止できたためと考えられ
る。This means that the heat conductivity from the mounting layer 11 to the heat dissipation layer 16 is 175 W / m · K → 225 W / m · K →
275W / m ・ K → 350W / m ・ K → 400W / m ・
It is arranged such that it gradually increases with K, and the surface area thereof also gradually increases. Therefore, the heat capacity is gradually increased and heat can be efficiently dissipated. The ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the mounting layer 11 and the first thermal stress relaxation layer 12 is 25%, and the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the first thermal stress relaxation layer 12 and the second thermal stress relaxation layer 13 is 20%
The ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the second thermal stress relaxation layer 13 and the third thermal stress relaxation layer 14 is 23%.
The thermal expansion coefficient difference between the heat dissipation layer 16 and the heat dissipation layer 16 is 24%, and the thermal expansion coefficient difference between the layers is small. Also, each layer 11, 1
The thickness of 2, 13, 14, 16 is formed as thin as about 1 mm. Therefore, it is considered that the thermal stress between the layers can be relaxed, the generation of cracks can be suppressed, and the peeling between the layers can be prevented.
【００２５】２．実施例２
本実施例２の多層ヒートシンク２０は、図２に示すよう
に、半導体素子（例えば、半導体レーザ）２０ａを搭載
する搭載層２１と、第１熱応力緩和層２２と第２熱応力
緩和層２３と第３熱応力緩和層２４からなる３層構造の
熱応力緩和層２５と、半導体素子２０ａが発生した熱を
外部に放出する放熱層２６を備えている。搭載層２１の
下面にはＣｕのコーティング層２１ａが形成されてお
り、第１熱応力緩和層２２の下面にはＣｕのコーティン
グ層２２ａが形成されている。また、第２熱応力緩和層
２３の下面にはＣｕのコーティング層２３ａが形成され
ており、第３熱応力緩和層２４の下面にはＣｕのコーテ
ィング層２４ａが形成されている。2. Example 2 As shown in FIG. 2, the multilayer heat sink 20 of Example 2 has a mounting layer 21 on which a semiconductor element (for example, a semiconductor laser) 20a is mounted, a first thermal stress relaxation layer 22 and a second thermal stress relaxation. The thermal stress relaxation layer 25 has a three-layer structure including the layer 23 and the third thermal stress relaxation layer 24, and the heat dissipation layer 26 that radiates the heat generated by the semiconductor element 20a to the outside. A Cu coating layer 21 a is formed on the lower surface of the mounting layer 21, and a Cu coating layer 22 a is formed on the lower surface of the first thermal stress relaxation layer 22. Further, a Cu coating layer 23a is formed on the lower surface of the second thermal stress relaxation layer 23, and a Cu coating layer 24a is formed on the lower surface of the third thermal stress relaxation layer 24.
【００２６】これらの搭載層２１と第１熱応力緩和層２
２と第２熱応力緩和層２３と第３熱応力緩和層２４は、
それぞれＣｕの配合割合が異なるＷ−Ｃｕからなる焼結
体により形成されている。また、放熱層２６は純銅また
は銅合金からなる銅板により形成されている。そして、
これらの各層はホットプレスにより一体化されているた
め、搭載層２１と第１熱応力緩和層２２はコーティング
層２１ａを介して固層拡散接合されている。同様に、第
１熱応力緩和層２２と第２熱応力緩和層２３はコーティ
ング層２２ａを介して、第２熱応力緩和層２３と第３熱
応力緩和層２４はコーティング層２３ａを介して、第３
熱応力緩和層２４と放熱層２６はコーティング層２４ａ
を介して、それぞれ固層拡散接合されている。また、各
層２１〜２６の表面積が搭載層２１から放熱層２６に向
けて順次増大するように形成されているとともに、各層
２１〜２６の厚みが２．０ｍｍ以下になるように形成さ
れている。The mounting layer 21 and the first thermal stress relaxation layer 2
2, the second thermal stress relaxation layer 23 and the third thermal stress relaxation layer 24,
It is formed of a sintered body made of W-Cu having different Cu compounding ratios. The heat dissipation layer 26 is formed of a copper plate made of pure copper or a copper alloy. And
Since each of these layers is integrated by hot pressing, the mounting layer 21 and the first thermal stress relaxation layer 22 are solid layer diffusion bonded via the coating layer 21a. Similarly, the first thermal stress relaxation layer 22 and the second thermal stress relaxation layer 23 are provided via the coating layer 22a, and the second thermal stress relaxation layer 23 and the third thermal stress relaxation layer 24 are provided via the coating layer 23a. Three
The thermal stress relaxation layer 24 and the heat dissipation layer 26 are the coating layer 24a.
Through solid phase diffusion bonding. Further, the surface areas of the layers 21 to 26 are formed so as to sequentially increase from the mounting layer 21 toward the heat dissipation layer 26, and the thickness of each of the layers 21 to 26 is set to 2.0 mm or less.
【００２７】ついで、上述のような構成となる多層ヒー
トシンク２０の作製方法について、以下に説明する。ま
ず、上述した実施例１と同様に、搭載層（熱膨張係数が
６ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は１７５Ｗ／ｍ・Ｋのもの）
２１、第１熱応力緩和層（熱膨張係数が８ｐｐｍ／Ｋ
で、熱伝導率は２２５Ｗ／ｍ・Ｋのもの）２２、第２熱
応力緩和層（熱膨張係数が１０ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率
は２７５Ｗ／ｍ・Ｋのもの）２３、第３熱応力緩和層
（熱膨張係数が１３ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は３５０Ｗ
／ｍ・Ｋのもの）２４および放熱層（熱膨張係数が１７
ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋのもの）２
６を作製した。Next, a method of manufacturing the multilayer heat sink 20 having the above-mentioned structure will be described below. First, as in Example 1 described above, the mounting layer (having a thermal expansion coefficient of 6 ppm / K and a thermal conductivity of 175 W / mK).
21, first thermal stress relaxation layer (coefficient of thermal expansion is 8ppm / K
, The thermal conductivity is 225 W / m · K) 22, the second thermal stress relaxation layer (the thermal expansion coefficient is 10 ppm / K, the thermal conductivity is 275 W / m · K) 23, the third thermal stress Relaxation layer (coefficient of thermal expansion 13ppm / K, thermal conductivity 350W
/ M · K) 24 and heat dissipation layer (coefficient of thermal expansion is 17)
(ppm / K, thermal conductivity is 400 W / mK) 2
6 was produced.
【００２８】この後、これらの搭載層２１、第１熱応力
緩和層２２、第２熱応力緩和層２３および第３熱応力緩
和層２４の片面に、Ｃｕのスパッタ法により厚みが１０
μｍになるように銅のコーティング層を形成した。これ
により、搭載層２１の下面に銅のコーティング層２１ａ
が形成され、第１熱応力緩和層２２の下面に銅のコーテ
ィング層２２ａが形成され、第２熱応力緩和層２３の下
面に銅のコーティング層２３ａが形成され、第３熱応力
緩和層２４の下面に銅のコーティング層２４ａが形成さ
れた。Thereafter, one of the mounting layer 21, the first thermal stress relaxation layer 22, the second thermal stress relaxation layer 23, and the third thermal stress relaxation layer 24 has a thickness of 10 by a Cu sputtering method.
A copper coating layer was formed to have a thickness of μm. As a result, the copper coating layer 21a is formed on the lower surface of the mounting layer 21.
Is formed, a copper coating layer 22a is formed on the lower surface of the first thermal stress relaxation layer 22, and a copper coating layer 23a is formed on the lower surface of the second thermal stress relaxation layer 23. A copper coating layer 24a was formed on the lower surface.
【００２９】ついで、放熱層２６の上に、第３熱応力緩
和層２４と第２熱応力緩和層２３と第１熱応力緩和層２
２と搭載層２１を順次配置して、積層体を形成した。こ
の後、積層体に１０ＭＰａの加圧力を付与して、水素雰
囲気中で９５０℃の温度で１時間のホットプレスを行っ
て、多層ヒートシンク２０を作製した。これにより、各
銅膜２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは固層拡散して、
搭載層２１と第１熱応力緩和層２２、第１熱応力緩和層
２２と第２熱応力緩和層２３、第２熱応力緩和層２３と
第３熱応力緩和層２４および第３熱応力緩和層２４と銅
板２６の界面は密に結合した。Then, on the heat dissipation layer 26, the third thermal stress relaxation layer 24, the second thermal stress relaxation layer 23, and the first thermal stress relaxation layer 2 are formed.
2 and the mounting layer 21 were sequentially arranged to form a laminated body. Thereafter, a pressure of 10 MPa was applied to the laminated body, and hot pressing was performed at a temperature of 950 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere to fabricate a multilayer heat sink 20. As a result, each of the copper films 21a, 22a, 23a, 24a is solid-layer diffused,
Mounting layer 21 and first thermal stress relaxation layer 22, first thermal stress relaxation layer 22 and second thermal stress relaxation layer 23, second thermal stress relaxation layer 23 and third thermal stress relaxation layer 24, and third thermal stress relaxation layer The interface between 24 and the copper plate 26 was closely bonded.
【００３０】得られた各層２１，２２，２３，２４，２
６内にはクラックの発生は認められなかった。また、各
層２１，２２，２３，２４，２６の層間には剥離も認め
られなかった。これを室温から１０００℃まで３０分で
昇温した後、この温度を５分間維持し、ついで室温まで
３０分で冷却するという加熱冷却試験を１０回だけ繰り
返して行った。このような加熱冷却サイクル試験を行っ
た後であっても、各層２１，２２，２３，２４，２６の
層間には剥離が認められなかった。Obtained layers 21, 22, 23, 24, 2
No cracks were found in No. 6. Further, no peeling was observed between the layers 21, 22, 23, 24, 26. After heating this from room temperature to 1000 ° C. in 30 minutes, maintaining this temperature for 5 minutes, and then cooling to room temperature in 30 minutes, a heating and cooling test was repeated 10 times. No peeling was observed between the layers 21, 22, 23, 24, 26 even after the heating / cooling cycle test.
【００３１】これは、この多層ヒートシンク２０は、搭
載層２１から放熱層２６に向けて熱伝導度が、１７５Ｗ
／ｍ・Ｋ→２２５Ｗ／ｍ・Ｋ→２７５Ｗ／ｍ・Ｋ→３５
０Ｗ／ｍ・Ｋ→４００Ｗ／ｍ・Ｋと順次高くなるように
配置されているとともに、その表面積も順次広くなるよ
うに形成されている。このため、熱容量が順次増大して
効率的に放熱できるようになる。また、搭載層２１と第
１熱応力緩和層２２との熱膨張係数差の比率は２５％
で、第１熱応力緩和層２２と第２熱応力緩和層２３との
熱膨張係数差の比率は２０％で、第２熱応力緩和層２３
と第３熱応力緩和層２４との熱膨張係数差の比率は２３
％で、第３熱応力緩和層２４と放熱層２６との熱膨張係
数差の比率は２４％で、各層間の熱膨張係数の差が小さ
い。This is because the multilayer heat sink 20 has a thermal conductivity of 175 W from the mounting layer 21 toward the heat dissipation layer 26.
/ M ・ K → 225W / m ・ K → 275W / m ・ K → 35
It is arranged so as to be sequentially increased from 0 W / mK to 400 W / mK, and is also formed so that its surface area is gradually increased. Therefore, the heat capacity is gradually increased and heat can be efficiently dissipated. Further, the ratio of the thermal expansion coefficient difference between the mounting layer 21 and the first thermal stress relaxation layer 22 is 25%.
The ratio of the thermal expansion coefficient difference between the first thermal stress relaxation layer 22 and the second thermal stress relaxation layer 23 is 20%.
The ratio of the difference in the coefficient of thermal expansion between the third thermal stress relaxation layer 24 and
%, The difference in the coefficient of thermal expansion between the third thermal stress relaxation layer 24 and the heat dissipation layer 26 is 24%, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the layers is small.
【００３２】さらに、各層２１，２２，２３，２４，２
６の厚みは、１ｍｍ程度に薄く形成されている。このた
め、各層間での熱応力が緩和できるようになって、クラ
ックの発生が抑制できるようになり、各層間での剥離の
発生も防止できたためと考えられる。また、各銅のコー
ティング層２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが、各層間
の接合層になって、各層間での熱応力がさらに緩和でき
るようになったと考えられる。Furthermore, each layer 21, 22, 23, 24, 2
The thickness of 6 is formed as thin as about 1 mm. Therefore, it is considered that the thermal stress between the layers can be relaxed, the generation of cracks can be suppressed, and the peeling between the layers can be prevented. It is also considered that the copper coating layers 21a, 22a, 23a, and 24a serve as bonding layers between the layers, and the thermal stress between the layers can be further alleviated.
【００３３】３．実施例３
本実施例３の多層ヒートシンク３０は、図３に示すよう
に、半導体素子（例えば、半導体レーザ）３０ａを搭載
する搭載層３１と、第１熱応力緩和層３２と第２熱応力
緩和層３３と第３熱応力緩和層３４からなる３層構造の
熱応力緩和層３５と、半導体素子３０ａが発生した熱を
外部に放出する放熱層３６を備えている。そして、これ
らの搭載層３１と第１熱応力緩和層３２と第２熱応力緩
和層３３と第３熱応力緩和層３４は、それぞれ銅の配合
割合が異なるモリブデン−銅（Ｍｏ−Ｃｕ）からなる焼
結体により形成されている。また、放熱層３６は純銅ま
たは銅合金からなる銅板により形成されている。これら
の各層は放電プラズマ焼結により一体的に形成されてい
る。なお、各層３１〜３６の厚みが２．０ｍｍ以下にな
るように形成されている。3. Example 3 As shown in FIG. 3, a multilayer heat sink 30 of Example 3 includes a mounting layer 31 on which a semiconductor element (for example, a semiconductor laser) 30a is mounted, a first thermal stress relaxation layer 32, and a second thermal stress relaxation. The thermal stress relaxation layer 35 has a three-layer structure including the layer 33 and the third thermal stress relaxation layer 34, and the heat dissipation layer 36 that radiates the heat generated by the semiconductor element 30a to the outside. The mounting layer 31, the first thermal stress relaxation layer 32, the second thermal stress relaxation layer 33, and the third thermal stress relaxation layer 34 are made of molybdenum-copper (Mo-Cu) having different copper compounding ratios. It is formed of a sintered body. The heat dissipation layer 36 is formed of a copper plate made of pure copper or a copper alloy. These layers are integrally formed by spark plasma sintering. The layers 31 to 36 are formed to have a thickness of 2.0 mm or less.
【００３４】ついで、上述のような構成となる多層ヒー
トシンク３０の作製方法について、以下に説明する。ま
ず、平均粒径が２．０μｍのＭｏ粉末と平均粒径が２．
５μｍのＣｕ粉末とを用いて、Ｍｏの割合が９０質量％
でＣｕの割合が１０質量％の配合割合になるように調整
した後、ヘンシェルミキサーを用いて混合して混合粉末
を作製した。この混合粉末の圧縮率（この場合は１５％
となる）を考慮し、２０ＭＰａの圧力を付加して、厚み
が１．２ｍｍで表面積が１１８ｍ2の板状の搭載部成形
体を圧縮成形した。得られた搭載部成形体を焼結炉内に
配置した後、１２００℃の温度で２時間焼結して搭載層
３１を作製した。なお、得られた搭載層３１の熱膨張係
数は６．５ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は１３３Ｗ／ｍ・Ｋ
であり、厚みは約１ｍｍで、表面積は約１００ｍ2であ
った。Next, a method for manufacturing the multi-layer heat sink 30 having the above-mentioned structure will be described below. First, Mo powder having an average particle size of 2.0 μm and an average particle size of 2.
Mo content is 90 mass% using Cu powder of 5 μm
The Cu content was adjusted to be 10% by mass, and then mixed using a Henschel mixer to prepare a mixed powder. Compressibility of this mixed powder (15% in this case)
Then, a pressure of 20 MPa was applied, and a plate-shaped mounting portion molded body having a thickness of 1.2 mm and a surface area of 118 m 2 was compression-molded. The obtained mounting portion molded body was placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1200 ° C. for 2 hours to prepare a mounting layer 31. The thermal expansion coefficient of the obtained mounting layer 31 is 6.5 ppm / K, and the thermal conductivity is 133 W / m · K.
And the thickness was about 1 mm and the surface area was about 100 m 2 .
【００３５】また、同様な平均粒径のＭｏ粉末とＣｕ粉
末とを用いて、Ｍｏの割合が７０質量％でＣｕの割合が
３０質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシ
ェルミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。こ
の混合粉末の圧縮率（この場合は２５％となる）を考慮
し、２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが１．３ｍｍで
表面積が１３３ｍ2の板状の第１熱応力緩和層成形体を
圧縮成形した。得られた第１熱応力緩和層成形体を焼結
炉内に配置した後、１１００℃の温度で２時間焼結して
第１熱応力緩和層３２を作製した。なお、得られた搭載
層３２の熱膨張係数は８ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は２０
８Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面積は約１
００ｍ2であった。Further, using Mo powder and Cu powder having similar average particle diameters, after adjusting so that the proportion of Mo is 70% by mass and the proportion of Cu is 30% by mass, a Henschel mixer is used. Used to mix to make a mixed powder. Considering the compressibility of this mixed powder (25% in this case), a pressure of 20 MPa is applied to form a plate-shaped first thermal stress relaxation layer compact having a thickness of 1.3 mm and a surface area of 133 m 2. It was compression molded. The obtained first thermal stress relaxation layer formed body was placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours to prepare a first thermal stress relaxation layer 32. The thermal expansion coefficient of the mounting layer 32 thus obtained was 8 ppm / K, and the thermal conductivity thereof was 20.
8W / mK, thickness is about 1mm, surface area is about 1
It was 00 m 2 .
【００３６】また、同様な平均粒径のＭｏ粉末とＣｕ粉
末とを用いて、Ｍｏの割合が５０質量％でＣｕの割合が
５０質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシ
ェルミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。こ
の混合粉末の圧縮率（この場合は３５％となる）を考慮
し、２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが１．５ｍｍで
表面積が１５４ｍ2の板状の第２熱応力緩和層成形体を
圧縮成形した。得られた第２熱応力緩和層成形体を焼結
炉内に配置した後、１０００℃の温度で４時間焼結して
第２熱応力緩和層３３を作製した。なお、得られた搭載
層３３の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は３
０８Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面積は約
１００ｍ2であった。Further, using a Mo powder and a Cu powder having similar average particle diameters, the proportions of Mo and Cu are adjusted to 50% by mass and 50% by mass, respectively, and then a Henschel mixer is used. Used to mix to make a mixed powder. In consideration of the compressibility of this mixed powder (35% in this case), a pressure of 20 MPa is applied to form a plate-shaped second thermal stress relaxation layer compact having a thickness of 1.5 mm and a surface area of 154 m 2. It was compression molded. The second thermal stress relaxation layer formed body thus obtained was placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1000 ° C. for 4 hours to prepare a second thermal stress relaxation layer 33. The thermal expansion coefficient of the obtained mounting layer 33 is 10 ppm / K, and the thermal conductivity is 3
It was 08 W / m · K, the thickness was about 1 mm, and the surface area was about 100 m 2 .
【００３７】また、同様な平均粒径のＭｏ粉末とＣｕ粉
末とを用いて、Ｍｏの割合が２０質量％でＣｕの割合が
８０質量％の配合割合になるように調整した後、ヘンシ
ェルミキサーを用いて混合して混合粉末を作製した。こ
の混合粉末の圧縮率（この場合は５０％となる）を考慮
し、２０ＭＰａの圧力を付加して、厚みが２．０ｍｍで
表面積が２００ｍ2の板状の第３熱応力緩和層成形体を
圧縮成形した。得られた第３熱応力緩和層成形体を焼結
炉内に配置した後、１０００℃の温度で２時間焼結して
第３熱応力緩和層３４を作製した。なお、得られた搭載
層３４の熱膨張係数は１３ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４
００Ｗ／ｍ・Ｋであり、厚みは約１ｍｍで、表面積は約
１００ｍ2であった。Further, using a Mo powder and a Cu powder having similar average particle diameters, the proportions of Mo and Cu were adjusted to be 20% by mass and 80% by mass, respectively, and then a Henschel mixer was used. Used to mix to make a mixed powder. Considering the compressibility of this mixed powder (50% in this case), a pressure of 20 MPa is applied to form a plate-shaped third thermal stress relaxation layer compact having a thickness of 2.0 mm and a surface area of 200 m 2. It was compression molded. The obtained third thermal stress relaxation layer compact was placed in a sintering furnace and then sintered at a temperature of 1000 ° C. for 2 hours to prepare a third thermal stress relaxation layer 34. The thermal expansion coefficient of the mounting layer 34 thus obtained was 13 ppm / K and the thermal conductivity was 4
00 W / mK, the thickness was about 1 mm, and the surface area was about 100 m 2 .
【００３８】ついで、純銅あるいは銅合金からなる銅板
（熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４００Ｗ
／ｍ・Ｋのもの）を用意し、これを厚みが１．０ｍｍで
表面積が１００ｍ2になるように切断して放熱層３６を
作製した。この放熱層３６の上に、第３熱応力緩和層３
４と第２熱応力緩和層３３と第１熱応力緩和層３２と搭
載層３１を順次配置して、積層体を形成した。この後、
この積層体をプラズマ焼結炉内に配置した。ついで、プ
ラズマ焼結炉内を真空にした後、積層体に３０ＭＰａの
加圧力を付与して、９５０℃の温度で１５分間プラズマ
焼結を行った、多層ヒートシンク３０を作製した。Then, a copper plate made of pure copper or copper alloy (coefficient of thermal expansion: 17 ppm / K, thermal conductivity: 400 W)
/ M · K) was prepared, and this was cut so as to have a thickness of 1.0 mm and a surface area of 100 m 2 to prepare the heat dissipation layer 36. The third thermal stress relaxation layer 3 is formed on the heat dissipation layer 36.
4, the second thermal stress relaxation layer 33, the first thermal stress relaxation layer 32, and the mounting layer 31 were sequentially arranged to form a laminated body. After this,
This laminate was placed in a plasma sintering furnace. Then, after the inside of the plasma sintering furnace was evacuated, a pressure of 30 MPa was applied to the laminated body and plasma sintering was carried out at a temperature of 950 ° C. for 15 minutes to produce a multilayer heat sink 30.
【００３９】得られた多層ヒートシンク３０の各層３
１，３２，３３，３４，３６の層間の界面は密に結合し
ており、各層３１，３２，３３，３４，３６内にはクラ
ックの発生は認められなかった。また、各層３１，３
２，３３，３４，３６の層間には剥離も認められなかっ
た。これを室温から１０００℃まで３０分で昇温した
後、この温度を５分間維持し、ついで室温まで３０分で
冷却するという加熱冷却試験を１０回だけ繰り返して行
った。このような加熱冷却サイクル試験を行った後であ
っても、各層３１，３２，３３，３４，３６の層間には
剥離が認められなかった。Each layer 3 of the obtained multilayer heat sink 30
The interfaces between the layers 1, 32, 33, 34, 36 were tightly coupled, and no cracks were found in the layers 31, 32, 33, 34, 36. Also, each layer 31, 3
No peeling was observed between the layers 2, 33, 34 and 36. After heating this from room temperature to 1000 ° C. in 30 minutes, maintaining this temperature for 5 minutes, and then cooling to room temperature in 30 minutes, a heating and cooling test was repeated 10 times. Even after such a heating / cooling cycle test, no peeling was observed between the layers 31, 32, 33, 34, 36.
【００４０】これは、この多層ヒートシンク３０は、搭
載層３１から放熱層３６に向けて熱伝導度が、１３３Ｗ
／ｍ・Ｋ→２０８Ｗ／ｍ・Ｋ→３０８Ｗ／ｍ・Ｋ→３５
０Ｗ／ｍ・Ｋ→４００Ｗ／ｍ・Ｋと順次高くなるように
配置されている。このため、熱容量が順次増大して効率
的に放熱できるようになる。また、搭載層３１と第１熱
応力緩和層３２との熱膨張係数差の比率は１９％で、第
１熱応力緩和層３２と第２熱応力緩和層３３との熱膨張
係数差の比率は２０％で、第２熱応力緩和層３３と第３
熱応力緩和層３４との熱膨張係数差の比率は２３％で、
第３熱応力緩和層３４と放熱層３６との熱膨張係数差の
比率は２４％で、各層間の熱膨張係数の差が小さい。さ
らに、各層３１，３２，３３，３４，３６の厚みは、１
ｍｍ程度に薄く形成されている。このため、各層間での
熱応力が緩和できるようになって、クラックの発生が抑
制できるようになり、各層間での剥離の発生も防止でき
たためと考えられる。This multilayer heat sink 30 has a thermal conductivity of 133 W from the mounting layer 31 toward the heat dissipation layer 36.
/ M ・ K → 208W / m ・ K → 308W / m ・ K → 35
It is arranged so that it becomes higher from 0 W / mK to 400 W / mK. Therefore, the heat capacity is gradually increased and heat can be efficiently dissipated. The ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the mounting layer 31 and the first thermal stress relaxation layer 32 is 19%, and the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the first thermal stress relaxation layer 32 and the second thermal stress relaxation layer 33 is 20%, the second thermal stress relaxation layer 33 and the third
The ratio of the coefficient of thermal expansion difference with the thermal stress relaxation layer 34 is 23%,
The difference in the coefficient of thermal expansion between the third thermal stress relaxation layer 34 and the heat dissipation layer 36 is 24%, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the layers is small. Furthermore, the thickness of each layer 31, 32, 33, 34, 36 is 1
It is formed as thin as about mm. Therefore, it is considered that the thermal stress between the layers can be relaxed, the generation of cracks can be suppressed, and the peeling between the layers can be prevented.
【００４１】ついで、上述した各実施例１〜３により製
造された多層ヒートシンク１０，２０，３０の効果を明
瞭にするため、比較例１，２の多層ヒートシンク４０，
５０について、以下に詳細に説明する。Next, in order to clarify the effect of the multi-layer heat sinks 10, 20, 30 manufactured by the above-mentioned first to third embodiments, the multi-layer heat sinks 40, 40 of Comparative Examples 1, 2
50 will be described in detail below.
【００４２】４．比較例１
まず、上述した実施例１の第１熱応力緩和層（熱膨張係
数が８ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は２２５Ｗ／ｍ・Ｋのも
の）１２と同様の焼結体を作製して、搭載層４１とし
た。また、上述した実施例１の第３熱応力緩和層（熱膨
張係数が１３ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は３５０Ｗ／ｍ・
Ｋのもの）１４と同様の焼結体を作製して、熱応力緩和
層４２とした。さらに、上述した実施例１の放熱層（熱
膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４００Ｗ／ｍ
・Ｋのもの）１６と同様な銅板を作製して、放熱層４３
とした。4. Comparative Example 1 First, a sintered body similar to the first thermal stress relaxation layer (having a thermal expansion coefficient of 8 ppm / K and a thermal conductivity of 225 W / m · K) 12 of Example 1 was prepared. , The mounting layer 41. In addition, the third thermal stress relaxation layer of Example 1 described above (having a thermal expansion coefficient of 13 ppm / K and a thermal conductivity of 350 W / m.
Sintered body similar to that of No. 14) was prepared as a thermal stress relaxation layer 42. Further, the heat dissipation layer of Example 1 described above (having a thermal expansion coefficient of 17 ppm / K and a thermal conductivity of 400 W / m).
・ K)), a copper plate similar to 16 is prepared, and the heat dissipation layer 43
And
【００４３】この後、実施例１と同様に、放熱層４３の
上に、熱応力緩和層４２と搭載層４１を順次配置して、
積層体を形成した。この後、積層体に１０ＭＰａの加圧
力を付与して、水素雰囲気中で９５０℃の温度で１時間
のホットプレスを行って、多層ヒートシンク４０を作製
した。ついで、この多層ヒートシンク４０の加熱冷却サ
イクル試験を上述と同様に行った。この結果、搭載層４
１と熱応力緩和層４２と間にクラックが発生した。これ
は、搭載層４１と熱応力緩和層４２との熱膨張係数差の
比率が３８％と大きいために、これらの層間に熱応力歪
みが発生して、クラックが生じたものと考えられる。Thereafter, as in the first embodiment, the thermal stress relaxation layer 42 and the mounting layer 41 are sequentially arranged on the heat dissipation layer 43,
A laminate was formed. After that, a pressure of 10 MPa was applied to the laminated body, and hot pressing was performed at a temperature of 950 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere to manufacture the multilayer heat sink 40. Then, the heating / cooling cycle test of the multilayer heat sink 40 was performed in the same manner as described above. As a result, the mounting layer 4
1 and the thermal stress relaxation layer 42 were cracked. It is considered that this is because the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the mounting layer 41 and the thermal stress relaxation layer 42 was as large as 38%, so that thermal stress strain occurred between these layers and cracks occurred.
【００４４】５．比較例２
まず、上述した実施例１の第１熱応力緩和層（熱膨張係
数が８ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は２２５Ｗ／ｍ・Ｋのも
の）１２と同様の焼結体を作製して、搭載層５１とし
た。また、上述した実施例１の第２熱応力緩和層（熱膨
張係数が１０ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は２７５Ｗ／ｍ・
Ｋのもの）１３と同様の焼結体を作製して、熱応力緩和
層５２とした。さらに、上述した実施例１の放熱層（熱
膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋで、熱伝導率は４００Ｗ／ｍ
・Ｋのもの）１６と同様な銅板を作製して、放熱層５３
とした。5. Comparative Example 2 First, a sintered body similar to the first thermal stress relaxation layer (having a thermal expansion coefficient of 8 ppm / K and a thermal conductivity of 225 W / m · K) 12 of Example 1 was prepared. , The mounting layer 51. In addition, the second thermal stress relaxation layer of Example 1 described above (having a thermal expansion coefficient of 10 ppm / K and a thermal conductivity of 275 W / m.
Sintered body similar to that of No. 13) was prepared as a thermal stress relaxation layer 52. Further, the heat dissipation layer of Example 1 described above (having a thermal expansion coefficient of 17 ppm / K and a thermal conductivity of 400 W / m).
・ K)) A copper plate similar to that of 16 is prepared, and the heat dissipation layer 53
And
【００４５】この後、実施例１と同様に、放熱層５３の
上に、熱応力緩和層５２と搭載層５１を順次配置して、
積層体を形成した。この後、積層体に１０ＭＰａの加圧
力を付与して、水素雰囲気中で９５０℃の温度で１時間
のホットプレスを行って、多層ヒートシンク５０を作製
した。ついで、この多層ヒートシンク５０の加熱冷却サ
イクル試験を上述と同様に行った。この結果、熱応力緩
和層５２と放熱層５３との間にクラックが発生した。こ
れは、熱応力緩和層５２と放熱層５３との熱膨張係数差
の比率が４１％と大きいために、これらの層間に熱応力
歪みが発生して、クラックが生じたものと考えられる。Thereafter, as in the first embodiment, the thermal stress relaxation layer 52 and the mounting layer 51 are sequentially arranged on the heat dissipation layer 53,
A laminate was formed. Thereafter, a pressure of 10 MPa was applied to the laminated body, and hot pressing was performed for 1 hour at a temperature of 950 ° C. in a hydrogen atmosphere to fabricate a multilayer heat sink 50. Then, the heating / cooling cycle test of the multilayer heat sink 50 was performed in the same manner as described above. As a result, cracks were generated between the thermal stress relaxation layer 52 and the heat dissipation layer 53. It is considered that this is because the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the thermal stress relaxation layer 52 and the heat dissipation layer 53 is as large as 41%, so that thermal stress strain occurs between these layers and cracks occur.
【００４６】これらのことから、各層間の熱膨張係数差
の比率が３０％以下になるように形成するのが好ましい
ということができる。ただし、各層の厚みが２．０ｍｍ
以上に厚くなると、各層間の熱膨張係数の差が２０％以
下になっても、熱応力を十分に吸収できなくなる。この
ため、各層の厚みは２．０ｍｍ以下、好ましくは１．０
ｍｍ以下になるように形成するのが望ましいということ
ができる。From these facts, it can be said that it is preferable to form the layers so that the ratio of the difference in thermal expansion coefficient between the layers is 30% or less. However, the thickness of each layer is 2.0 mm
If the thickness is larger than the above, the thermal stress cannot be sufficiently absorbed even if the difference in thermal expansion coefficient between the layers is 20% or less. Therefore, the thickness of each layer is 2.0 mm or less, preferably 1.0
It can be said that it is desirable to form it so as to be less than or equal to mm.
【００４７】[0047]
【発明の効果】上述したように、本発明のヒートシンク
１０（２０，３０）は、搭載層１１（２１，３１）と放
熱層１６（２６，３６）との間に熱膨張係数が異なる複
数の熱応力緩和層１２，１３，１４（２２，２３，２４
あるいは３２，３３，３４）を設けるとともに、搭載層
１１（２１，３１）から放熱層１６（２６，３６）に向
けて順次熱膨張係数が増大するように設けるようにして
いるので、各層間で熱応力を吸収することが可能にな
る。このため、各層間でクラックが発生したり、層間剥
離が発生することが防止できるようになる。As described above, the heat sink 10 (20, 30) of the present invention has a plurality of thermal expansion coefficients different between the mounting layer 11 (21, 31) and the heat dissipation layer 16 (26, 36). Thermal stress relaxation layers 12, 13, 14 (22, 23, 24
Alternatively, 32, 33, 34) are provided, and the thermal expansion coefficient is sequentially increased from the mounting layer 11 (21, 31) to the heat dissipation layer 16 (26, 36). It becomes possible to absorb thermal stress. Therefore, it becomes possible to prevent the occurrence of cracks between layers and the occurrence of delamination between layers.
【００４８】なお、上述した実施の形態においては、熱
膨張係数が異なる３層の熱応力緩和層１２，１３，１４
（２２，２３，２４あるいは３２，３３，３４）を設け
る例について説明したが、熱膨張係数が異なる熱応力緩
和層は３層に限らず、４層あるいは５層などの複数の熱
応力緩和層を設けるようにしてもよい。また、上述した
実施の形態においては、搭載層１１（２１，３１）およ
び３層の熱応力緩和層１２，１３，１４（２２，２３，
２４あるいは３２，３３，３４）を粉末冶金により形成
された焼結体を用いる例について説明したが、これらの
各層は、粉末冶金に限らず、金属粉末の射出成形法（い
わゆる、ＭＩＭ法）により形成された焼結体を用いるよ
うにしてもよい。In the above embodiment, the three thermal stress relaxation layers 12, 13, 14 having different thermal expansion coefficients are used.
Although the example of providing (22, 23, 24 or 32, 33, 34) has been described, the thermal stress relaxation layers having different thermal expansion coefficients are not limited to three layers, and a plurality of thermal stress relaxation layers such as four layers or five layers are provided. May be provided. Further, in the above-described embodiment, the mounting layer 11 (21, 31) and the three thermal stress relaxation layers 12, 13, 14 (22, 23,
24 or 32, 33, 34), an example of using a sintered body formed by powder metallurgy has been described, but each of these layers is not limited to powder metallurgy but may be formed by a metal powder injection molding method (so-called MIM method). The formed sintered body may be used.
【図１】 本発明の実施例１の多層ヒートシンクを模式
的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a multilayer heat sink according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の実施例２の多層ヒートシンクを模式
的に示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view schematically showing a multilayer heat sink according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の実施例３の多層ヒートシンクを模式
的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer heat sink according to a third embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の比較例１の多層ヒートシンクを模式
的に示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a multilayer heat sink of Comparative Example 1 of the present invention.
【図５】 本発明の比較例２の多層ヒートシンクを模式
的に示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view schematically showing a multilayer heat sink of Comparative Example 2 of the present invention.
１０…多層ヒートシンク、１０ａ…半導体素子、１１…
搭載層、１２…第１熱応力緩和層、１３…第２熱応力緩
和層、１４…第３熱応力緩和層、１６…放熱層、２０…
多層ヒートシンク、２０ａ…半導体素子、２１…搭載
層、２１ａ…銅膜、２２…第１熱応力緩和層、２２ａ…
銅膜、２３…第２熱応力緩和層、２３ａ…銅膜、２４…
第３熱応力緩和層、２４ａ…銅膜、２６…放熱層、３０
…多層ヒートシンク、３０ａ…半導体素子、３１…搭載
層、３２…第１熱応力緩和層、３３…第２熱応力緩和
層、３４…第３熱応力緩和層、３６…放熱層10 ... Multi-layer heat sink, 10a ... Semiconductor element, 11 ...
Mounting layer, 12 ... First thermal stress relaxation layer, 13 ... Second thermal stress relaxation layer, 14 ... Third thermal stress relaxation layer, 16 ... Heat dissipation layer, 20 ...
Multi-layer heat sink, 20a ... Semiconductor element, 21 ... Mounting layer, 21a ... Copper film, 22 ... First thermal stress relaxation layer, 22a ...
Copper film, 23 ... Second thermal stress relaxation layer, 23a ... Copper film, 24 ...
Third thermal stress relaxation layer, 24a ... Copper film, 26 ... Heat dissipation layer, 30
... Multi-layer heat sink, 30a ... Semiconductor element, 31 ... Mounting layer, 32 ... First thermal stress relaxation layer, 33 ... Second thermal stress relaxation layer, 34 ... Third thermal stress relaxation layer, 36 ... Heat dissipation layer
Claims (9)
素子が発生した熱を外部に放出する放熱層とを備えた多
層ヒートシンクであって、 前記搭載層から前記放熱層に向けて順次熱膨張係数が増
大するように前記搭載層と前記放熱層との間に熱膨張係
数が異なる複数の熱応力緩和層を備えるようにしたこと
を特徴とする多層ヒートシンク。1. A multi-layer heat sink comprising a mounting layer on which a semiconductor element is mounted and a heat dissipation layer for radiating heat generated by the semiconductor element to the outside, wherein thermal expansion is performed sequentially from the mounting layer toward the heat dissipation layer. A multilayer heat sink characterized in that a plurality of thermal stress relaxation layers having different thermal expansion coefficients are provided between the mounting layer and the heat dissipation layer so as to increase the coefficient.
隣接する前記各層間の熱膨張係数差の比率が３０％以内
になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多
層ヒートシンク。2. The multi-layer heat sink according to claim 1, wherein a ratio of a difference in coefficient of thermal expansion between adjacent layers from the mounting layer to the heat dissipation layer is within 30%.
／Ｋの金属または合金から形成され、前記放熱層は熱膨
張係数が１７ｐｐｍ／Ｋの金属または合金から形成さ
れ、これらの間に熱膨張係数が５〜６ｐｐｍ／Ｋ以上で
１７ｐｐｍ／Ｋ以下の金属または合金からなる熱応力緩
和層を少なくとも３層以上備えるようにしたことを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の多層ヒートシン
ク。3. The thermal expansion coefficient of the mounting layer is 5 to 6 ppm
/ K metal or alloy, and the heat dissipation layer is formed of a metal or alloy having a thermal expansion coefficient of 17 ppm / K, and a metal having a thermal expansion coefficient of 5-6 ppm / K or more and 17 ppm / K or less between them. 3. The multilayer heat sink according to claim 1, further comprising at least three thermal stress relaxation layers made of an alloy.
層はタングステン−銅合金あるいはモリブデン−銅合金
から形成され、前記放熱層は銅あるいは銅合金で形成さ
れ、前記タングステン−銅合金あるいはモリブデン−銅
合金の銅の配合割合を増加させることにより前記熱膨張
係数を増大させるようにしたことを特徴とする請求項１
から請求項３のいずれかに記載の多層ヒートシンク。4. The mounting layer and the plurality of thermal stress relaxation layers are formed of a tungsten-copper alloy or molybdenum-copper alloy, the heat dissipation layer is formed of copper or a copper alloy, and the tungsten-copper alloy or molybdenum- The coefficient of thermal expansion is increased by increasing the blending ratio of copper in the copper alloy.
4. The multilayer heat sink according to claim 3.
層の厚みが０．２〜２．０ｍｍになるようにしたことを
特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多
層ヒートシンク。5. The multilayer according to claim 1, wherein the thickness of each layer from the mounting layer to the heat dissipation layer is 0.2 to 2.0 mm. heatsink.
層の表面積が等しくなるか、あるいは前記搭載層から前
記放熱層に向けて前記各層の表面積が順次増大するよう
に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項
５のいずれかに記載の多層ヒートシンク。6. The surface areas of the respective layers from the mounting layer to the heat dissipation layer are equal to each other, or the surface areas of the respective layers are sequentially increased from the mounting layer toward the heat dissipation layer. The multi-layer heat sink according to any one of claims 1 to 5, which is characterized.
の多層ヒートシンクの製造方法であって、 前記搭載層から前記放熱層までの前記各層を焼結体によ
り形成する焼結工程と、 前記各焼結体を前記搭載層から前記放熱層に向けて順次
熱膨張係数が増大するように積層配置して積層体とする
積層工程と、 前記積層体をプラズマ放電焼結して前記各層を密に接合
する接合工程とを備えたことを特徴とする多層ヒートシ
ンクの製造方法。7. The method for manufacturing a multilayer heat sink according to claim 1, further comprising a sintering step of forming each of the layers from the mounting layer to the heat dissipation layer by a sintered body. A stacking step of stacking each of the sintered bodies so as to sequentially increase the thermal expansion coefficient from the mounting layer to the heat dissipation layer to form a stacked body, and performing plasma discharge sintering of the stacked body to form each of the layers. A method of manufacturing a multilayer heat sink, comprising: a bonding step of closely bonding.
は金属粉末の射出成形により成形された成形体を焼結す
るようにしたことを特徴とする請求項７に記載の多層ヒ
ートシンクの製造方法。8. The method for manufacturing a multilayer heat sink according to claim 7, wherein in the sintering step, a metal powder or a molded body formed by injection molding of metal powder is sintered.
の多層ヒートシンクの製造方法であって、 前記搭載層から前記放熱層までの前記各層を焼結体によ
り形成する焼結工程と、 前記焼結体よりなる前記各層の片面に銅のコーティング
層を形成するコーティング工程と、 前記銅のコーティング層が形成された面が下面になるよ
うに前記各焼結体を前記搭載層から前記放熱層に向けて
順次熱膨張係数が増大するように積層配置して積層体と
する積層工程と、 前記積層体をホットプレスして前記銅を介して前記各層
を密に接合する接合工程とを備えたことを特徴とする多
層ヒートシンクの製造方法。9. The method for manufacturing a multilayer heat sink according to claim 1, further comprising a sintering step of forming each of the layers from the mounting layer to the heat dissipation layer by a sintered body. A coating step of forming a copper coating layer on one surface of each layer of the sintered body, and disposing each of the sintered bodies from the mounting layer so that the surface on which the copper coating layer is formed is the lower surface. A stacking step of stacking the stacks so that the coefficient of thermal expansion sequentially increases toward the layers to form a stack, and a bonding step of hot pressing the stack to tightly bond the layers through the copper. A method for manufacturing a multi-layer heat sink, comprising:
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|---|---|---|---|
| JP2001321738A JP2003124410A (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Multi-layer heat sink and method for producing it |
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