JP3037485B2 - 熱伝導材料とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体チップ搭載用
放熱基板やリードフレーム用材料の如く、半導体チップ
による発熱を効率良く外部に放熱するため、金属、セラ
ミックス、Ｓｉ等の半導体、プラスチックス等の被着相
手材との熱膨張係数の整合性と良好な熱伝導性を両立で
きるように、熱膨張係数及び熱伝導率を任意に変化さ
せ、かつ相手材との接合性並びに表面性状のすぐれた熱
伝導複合材料に係り、低熱膨張金属板の両面に高熱膨張
金属箔を圧接して一体化したのち、厚み方向に多数の貫
通孔を設けた３層材を、常温あるいは再結晶温度以上に
加熱した高熱膨張金属板の片面または両面に圧接するこ
とにより、接合強度が高く選定したこれら金属板の厚さ
比や貫通孔面積比を変化させることなく、熱膨張係数、
熱伝導率を可変となし、受熱の均一化、熱拡散効果の向
上をはかり、表面微細孔がなくメッキやろう材など薄膜
の被着性にすぐれた熱伝導材料とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体パッケージの集積回路チップ（以
下チップ）、とりわけ大型コンピューター用のＬＳＩ
やＵＬＳＩは、高集積度化、演算速度の高速化の方向に
進んでおり、作動中における消費電力の増加に伴う発熱
量が非常に大きくなっている。該チップは大容量化して
発熱量が大きくなっており、基板材料の熱膨張係数がチ
ップ材料であるシリコンやガリウムヒ素等と大きな差が
あると、チップが剥離あるいは割れを生ずる問題があ
る。

【０００３】これに伴ない半導体パッケージの設計も、
熱放散性を考慮したものとなり、チップを搭載する基板
にも放熱性が要求されるようになり、基板材料の熱伝導
率が大きいことが求められている。従って、基板にはチ
ップと熱膨張係数が近く、かつ熱伝導率が大きいことが
要求されている。

【０００４】従来の半導体パッケージとしては種々の構
成が提案されており、例えば基板に放熱フィンを付設し
た構成があり、放熱性を確保するためにクラッド板やＣ
ｕ−ＭｏあるいはＣｕ−Ｗ合金等の放熱基板用複合材料
（特開昭５９−１４１２４７号公報、特開昭６２−２９
４１４７号公報）が提案されている。前記複合体は熱膨
張係数、熱伝導度とも実用上満足すべき条件にかなって
いるが、Ｍｏ、Ｗ等が高密度であるため重くかつ脆いた
め、所定の寸法を得るには研削等の非塑性加工により成
形加工しなければならず、加工費が高く、歩留りが悪く
なっていた。

【０００５】樹脂封止の半導体パッケージにおいては、
リードフレームがチップの外部への電気的接続の経路と
なるだけでなく、チップで発生する熱の放散経路として
重要な役割を果しているため、銅合金からなるリードフ
レームが多用されている。

【０００６】ところが、高信頼性を要求される用途に
は、銅合金は、機械的強度が低く、チップとの熱膨張係
数の整合性が悪く、チップとアイランドとの接着界面の
剥離等が懸念されるため、チップとの熱膨張係数の整合
性から４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金等の低熱膨張係数を有する
Ｎｉ−Ｆｅ系合金を採用した半導体パッケージも提案さ
れている。しかし、Ｎｉ−Ｆｅ系合金は熱伝導率が悪い
ため、現在の要求を満すだけの熱の放散性が得られてい
ない。また、チップと封止樹脂との熱膨張差は非常に大
きく、リードフレームとチップとの熱膨張係数の整合性
がよい場合でも、リードフレームと樹脂との間の整合性
が悪く、封止樹脂に発生するクラックを完全に防止する
ことは困難であった。

【０００７】さらに、セラミックス半導体パッケージで
は、Ａｌワイヤーボンディング及びガラス封着するため
に、リードフレームにはボンディングエリア及び封着位
置にＡｌを設けたＮｉ−Ｆｅ系合金が多用されている。
しかし、Ｎｉ−Ｆｅ系合金は上述の如く、熱放散性が悪
く、セラミックスとの熱膨張係数の整合性に問題があっ
た。

【０００８】そこで、出願人は半導体パッケージにおけ
る上述の熱膨張係数および ／ または熱伝導率の整合
性の問題を解決するため、高熱膨張金属板に厚み方向に
所要の貫通孔を有する低熱膨張金属板を一体化し、前記
貫通孔から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出さ
せた芯材の両面に高熱膨張金属箔を圧接し、これら金属
板の厚さ比や貫通孔面積比を適宜選定することにより、
熱膨張係数、熱伝導率を可変となし、受熱の均一化、熱
拡散効果の向上をはかり、表面微細孔がなくめっきやろ
う材など薄膜の被着性にすぐれた特徴を有する熱伝導複
合材料を提案（特願平２−４０５５０号）した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の熱伝導複合材料
を得るには、まずプレスによる打ち抜き加工を行い小さ
な孔を多数個穿孔して網目状となし、焼鈍後に巻き取っ
たコバール板等の低熱膨張金属板コイルを、銅板などの
高熱膨張金属板コイルを巻き戻し時にその上方及び下方
より巻き戻して、冷間または温間で大径ロールにより圧
延接合し拡散焼鈍して芯材を得た後、さらにこの芯材の
上方及び下方より巻き戻したＣｕ、Ａｌ等の高熱膨張金
属箔を重ねて、冷間または温間で圧延ロールにより圧接
接合し拡散焼鈍して製造する。

【００１０】この熱伝導複合材料の製造に際して、上記
の芯材にＣｕ、Ａｌ等の高熱膨張金属箔を重ねて冷間圧
接するが、接合強度を高めるために圧下力を大きくする
と、芯材表面のＣｕ、Ａｌ等の高熱膨張金属の露出面の
形状が円形あるいは楕円から長い楕円形状となり、選定
した高熱膨張金属と低熱膨張金属との表面積比が変わっ
て熱膨張係数および ／ または熱伝導率が変動し、ま
た熱膨張係数に異方性が生じる問題がある。また上述の
製造工程では、圧接工程を２度繰り返すために圧下率が
高くなり、芯材の展延量の増大とともに高熱膨張金属の
露出面の形状が大きく変形する原因となる。

【００１１】そこで、芯材表面にＣｕ、Ａｌ等の高熱膨
張金属箔を被覆するのに、上記の圧接法に代えてめっき
法にて行うことが考えられるが、めっき浴に浸漬した際
に芯材表面の高熱膨張金属と低熱膨張金属との境界にめ
っき液が残存し、これが後の拡散焼鈍時に気化してめっ
き膨れや剥がれを発生させる恐れがあり、まためっき工
程は概して煩雑で多大の製造時間を要する問題がある。

【００１２】この発明は、受熱の均一化、熱拡散効果の
向上を図り、表面微細孔がなくめっきやろう材など薄膜
の被着性にすぐれ、チップや封止樹脂等の接着相手材の
熱膨張係数との整合性にすぐれかつ熱伝導性が良好で、
用途や目的に応じて熱膨張係数と熱伝導率を任意に選定
できる熱伝導材料の提供を目的とし、さらに、この熱伝
導材料の圧接による製造に際し、低熱膨張金属板に設け
た貫通孔形状を大きく変化させることなく、選定した熱
膨張係数および ／ または熱伝導率が得られ、また積
層される各高熱膨張金属と低熱膨張金属との接合強度を
向上させることが可能な熱伝導材料の製造方法の提供を
目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、高熱膨張金
属板の片面または両面に、低熱膨張金属板の片面に高熱
膨張金属箔を一体化し厚み方向に多数の貫通孔を設けた
2層材を、該高熱膨張金属箔が外表面に配置するように
積層一体化するとともに、高熱膨張金属箔外表面に形成
される前記貫通孔から高熱膨張金属板の一部が侵入して
露出したことを特徴とする熱伝導材料である。また、こ
の発明は、高熱膨張金属板の片面または両面に、低熱膨
張金属板の両面に高熱膨張金属箔を一体化して厚み方向
に多数の貫通孔を設けた3層材を積層一体化するととも
に、高熱膨張金属箔外表面に形成される前記貫通孔から
高熱膨張金属板の一部が侵入して露出したことを特徴と
する熱伝導材料である。

【００１４】さらに、この発明は、低熱膨張金属板の片
面に高熱膨張金属箔を圧接して一体化したのち、厚み方
向に多数の貫通孔を設けた2層材を、常温あるいは再結
晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板の片面または両面
に前記高熱膨張金属箔が外表面に配置するように圧接し
て積層一体化するとともに、高熱膨張金属箔が外表面に
形成される前記貫通孔から高熱膨張金属板の一部を侵入
させ露出させたことを特徴とする熱伝導材料の製造方法
である。

【００１５】また、この発明は、低熱膨張金属板の両面
に高熱膨張金属箔を圧接して一体化したのち、厚み方向
に多数の貫通孔を設けた3層材を、常温あるいは再結晶
温度以上に加熱した高熱膨張金属板の片面または両面に
圧接して積層一体化するとともに、高熱膨張金属箔が外
表面に形成される前記貫通孔から高熱膨張金属板の一部
を侵入させ露出させたことを特徴とする熱伝導材料の製
造方法である。

【００１６】さらにこの発明は、前記構成の熱伝導材料
において、高熱膨張金属板が、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、
Ａｌ合金のうちいずれか、低熱膨張金属板が、Ｍｏ、３
０〜５０ｗｔ％Ｎｉを含有するＮｉ−Ｆｅ系合金、２５
〜３５ｗｔ％Ｎｉと４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有するＮｉ
−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、Ｗのうちいずれか、高熱膨張金属
箔がＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金のうちいずれかか
らなり、実質的に５層材を構成する熱伝導材料のうち、
高熱膨張金属板の厚みｔ₁、低熱膨張金属板の厚みｔ₂
、及び高熱膨張金属箔層の厚みｔ₃ が、 ｔ₁ ＝１ｔ₂ 〜５ｔ₂ 、ｔ₃ ≦１／１０ ｔ₂ ｔ₁＋ｔ₂＝０．１〜３０ｍｍ、ｔ₃＝２〜１００μｍ を満足することが好ましい。

【００１７】また、この発明は、前記構成の熱伝導材料
において、熱伝導材料の少なくとも一主面の所要位置
に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎのうちいずれかからなる金
属メッキを被着したことを特徴とする熱伝導材料であ
る。例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の高熱膨張金属板の両主面
に、片面または両面に高熱膨張金属箔を圧接して厚み方
向に多数の貫通孔を設けたＮｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃ
ｏ−Ｆｅ系合金等の低熱膨張金属板を一体化して、前記
貫通孔から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出さ
せ、さらに最外層の高熱膨張金属箔の所要位置に、上記
の金属メッキやろう材の被着等の加工を施してプレス成
形、積層などの加工を施すことにより、セラミックスパ
ッケージ、メタルパッケージなどのチップ搭載用放熱基
板、リードフレーム等、種々用途の熱伝導材料が得られ
る。

【００１８】

【作用】この発明による熱伝導材料は、常温あるいは再
結晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板の片面または両
面に、少なくとも外表面に高熱膨張金属箔を圧接されて
厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板が圧接
されて、前記貫通孔から高熱膨張金属が高熱膨張金属箔
表面に露出して一体化されたことを特徴とし、主に高熱
膨張金属板の厚さ比の選定により熱膨張係数を任意に変
化させることができ、芯材となる高熱膨張金属に高熱伝
導性金属を用い、貫通孔内に嵌入した高熱膨張金属と低
熱膨張金属板との同一平面上での露出面積比を適宜選定
することにより熱伝導率を任意に変化させ得るもので、
高熱膨張金属板と低熱膨張金属板の材質選定、組合せ、
並びに前記厚さ比と露出面積比の選定により、種々の用
途、目的に応じた熱膨張係数及び熱伝導率を設定でき、
多種の熱伝導材料を提供できる。

【００１９】この発明による製造方法は、片面または両
面に高熱膨張金属箔を圧接して厚み方向に多数の貫通孔
を設けた低熱膨張金属板と高熱膨張金属板を圧接する簡
単な工程のみで熱伝導材料を得ることができ、この場合
圧接が１回のみであるために高熱膨張金属の露出面の形
状変形が少なく、予め選定した高熱膨張金属と低熱膨張
金属板との同一平面上での露出面積比を変動させること
なく、所要の熱膨張係数と熱伝導率を有する熱伝導材料
を得ることができる。また、この発明による製造方法
は、低熱膨張金属板に貫通孔を設ける前に高熱膨張金属
箔を圧接しているため、低熱膨張金属板と高熱膨張金属
板との圧接時に貫通孔周辺に空気を巻き込むことも少な
く、高熱膨張金属箔の剥がれが防止され、均質ですぐれ
た性状の外表面が得られるため、再度クラッドしたり高
熱膨張金属箔をめっきする必要がない。

【００２０】この発明による熱伝導材料は、高熱膨張金
属板と片面または両面に高熱膨張金属箔を圧接されて厚
み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板を圧接す
る際に、高熱膨張金属板を再結晶温度以上に加熱するた
め、またさらに低熱膨張金属板に圧接した高熱膨張金属
材料同士で圧接されるため、小さな圧下力でも高い圧接
強度が得られ、低熱膨張金属板に設けた貫通孔形状の変
形が少なく、予め選定した貫通孔内に嵌入した高熱膨張
金属と低熱膨張金属板との同一平面上での露出面積比
（貫通孔面積比）を変動させることなく、所定の熱膨張
係数及び熱伝導率が得られる。特に、片面または両面に
高熱膨張金属箔を圧接されて厚み方向に多数の貫通孔を
設けた低熱膨張金属板との圧接に際して高熱膨張金属板
を再結晶温度以上に加熱することにより、小さな圧下力
で高熱膨張金属が低熱膨張金属板の貫通孔内に嵌入して
高熱膨張金属箔表面に露出し、また圧接強度も著しく向
上し、さらに低熱膨張金属板に圧接した高熱膨張金属箔
と加熱高熱膨張金属板の同材質の圧接効果とあいまっ
て、より小さな圧下力で高い圧接強度が得られて圧延率
を小さくでき、上記の露出面積比の変動が少なくなる。
また、高熱膨張金属箔表面に露出した高熱膨張金属は同
材質の場合、圧接時に露出する高熱膨張金属板を再結晶
温度以上に加熱しているため、高熱膨張金属箔との一体
化が可能で表面性状が極めてすぐれている。

【００２１】この発明による熱伝導材料は、高熱膨張金
属板の片面または両面の全面に、少なくとも一方表面に
高熱膨張金属箔を圧接した低熱膨張金属板を積層化する
に際し、この低熱膨張金属板の全面あるいは部分的に厚
み方向の貫通孔を所要間隔、パターンで配置し、例えば
貫通孔の孔寸法、形状、配置パターン等を種々変えた
り、圧延時の変形を考慮して厚み方向に貫通あるいは貫
通しない切り目を設けるなど、芯材の金属板の厚さ比お
よび ／ または低熱膨張金属板表面に露出した高熱膨
張金属と低熱膨張金属との表面積比を選定するなどの手
段を選定組み合せることにより、材料の全体あるいは部
分的に、用途、目的に応じた熱膨張係数及び熱伝導率を
設定でき、例えば、所要の金属、セラミックス、Ｓｉ等
の半導体、プラスチックス等の相手材の熱膨張係数との
整合性を図り、かつ所要の熱伝導性を有する材料が得ら
れる。

【００２２】好ましい実施態様この発明において、高熱
膨張金属板は圧接にて低熱膨張金属板の貫通孔内に圧入
充填されることから、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金
等の展延伸性に富み、かつ高い熱伝導性を有する材料を
用いることが好ましい。また、低熱膨張金属板には、展
延性のあるＭｏ、３０〜５０ｗｔ％ Ｎｉを含有するＮ
ｉ−Ｆｅ系合金、２５〜３５ｗｔ％ Ｎｉ、４〜２０ｗ
ｔ％ Ｃｏを含有するＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、Ｗなど
を用いることができる。最外層の高熱膨張金属箔には、
Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの材料が選定で
き、用途やさらに被着する薄膜層材質を考慮して、芯材
の高熱膨張金属板と同材質あるいは異材質を適宜選定す
るとよい。

【００２３】さらに用途などに応じて、ろう付け性や耐
食性を向上させるため、あるいはＡｕ、Ａｇメッキの被
着性を向上させるため、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎなどを
メッキ、蒸着、イオンプレーティング、ＣＶＤ（ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の
公知のコーティング技術によって被着する他、はんだ、
Ａｇろう材、セラミックス、ガラス層などを被覆、ある
いは所要位置に被着することができる。

【００２４】また、表面に高熱膨張金属箔を圧接した低
熱膨張金属板の板厚み方向の貫通孔は、プレス打ち抜き
等の機械加工のほか、エッチング等の化学的加工も採用
でき、貫通孔間隔が狭いほうが製品のばらつきを低減す
る上で有利であり、通常３ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ
以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下であり、貫通孔
形状も横断面が円、多角形状等、縦断面がストレート、
テーパー等種々形状が採用でき、テーパー状の場合、貫
通孔内への圧入を容易にしかつ接合強度を高めることが
できる。さらに、当該低熱膨張金属板の板厚み方向の貫
通孔は、圧接、圧延後に高熱膨張金属板が充填される所
要の貫通孔になればよく、例えば、圧延前の低熱膨張金
属板に、板厚みの所要方向に貫通するかあるいは貫通直
前の切り目を入れたり、該金属板の両面から切り目方向
や種々の切り目の形状を変えて入れたりして、上述の貫
通孔配置となるよう種々選定でき、切り目の形状も、−
＋ ＜ など種々の形状が採用でき、また、板厚みの
所要方向に例えば、三角錐の如き楔状の切り目を入れる
こともできる。またこの発明において、圧延率は冷間の
場合は６０％程度必要であるが、この発明の場合は高熱
膨張金属同士の結合が結晶学的にも極めて好ましい状態
となり２０％程度まで少なくできるが、３０〜５０％の
圧延率が好ましい。

【００２５】図面に基づく発明の開示 以下に図面に基づいてこの発明による熱伝導材料とその
製造方法を詳述する。図１に示すこの発明の熱伝導材料
は、高熱膨張金属板として銅板を、低熱膨張金属板とし
てコバール（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金）板を用いた例であ
り、いずれも銅板１の両面に、両面に高熱膨張金属箔層
３を設けて厚み方向に多数の貫通孔４を有するコバール
板２が圧接された構成からなる。

【００２６】銅板1の両面に圧接する高熱膨張金属箔層3
を有するコバール板2には、板厚み方向に同一寸法の貫
通孔4が形成されて高熱膨張金属箔層3上に円状の銅露出
面5が配列されているが、高熱膨張金属箔層3が同一材質
の銅材の場合は銅露出面5は判別できないほどに拡散一
体化される。また、ここでは板厚み方向に同一寸法の貫
通孔4が形成されているが、孔寸法が表裏で異なるよう
にテーパー状としかつ隣接孔が孔寸法の大小の組合せと
なるように配置することもできる。

【００２７】銅板１の両面に高熱膨張金属箔層３を介し
て圧接されるコバール板２の各々の厚み及び銅露出面５
の比率や分散状態等を選定することにより、各主面の熱
的特性を要求される特性に近似させることできる。さら
に、最外層の高熱膨張金属箔層３に、用途やさらに被着
する薄膜層材質を考慮してＣｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ
合金などを選定しているため、受熱の均一化、熱拡散効
果、相手材との接合性、薄膜の被着性の向上効果が得ら
れる。

【００２８】上述の銅板とコバール板及び銅箔を用いた
熱伝導材料を製造するには、図２に示すように、まず所
要寸法、厚みのコバール板２の両面に予め銅箔６を圧接
ロール７により圧接され、ルーパー装置にて所要長さが
ストックされた後、さらにプレス機８による打ち抜き加
工を行い、例えば、小さな孔を多数個穿孔して網目状と
なし、さらに、焼鈍後、表面処理を施してコイルに巻き
取っておく。なお、圧接ロール７により圧接した後、一
旦コイルに巻き取りしてから、再度巻き戻してプレス機
８へ送り加工することもできる。次に、図３に示すよう
に、所要寸法、厚みの銅板１コイルを巻き戻して加熱装
置１０で再結晶温度以上に加熱し、上方及び下方より巻
き戻した前記の打ち抜き加工３層材９，９を重ねて、圧
接ロール７により圧接する。

【００２９】打ち抜き加工３層材９，９との圧接に際し
て銅板１を再結晶温度以上に加熱するため、小さな圧下
力で銅板１がコバール板２の貫通孔内に嵌入してコバー
ル板２の銅箔６表面に露出し、また、銅板１とコバール
板２との間の銅箔６と銅板１及び最外層の銅箔６と銅板
１同士が拡散一体化されるため、小さな圧下力でも高い
圧接強度が得られ、コバール板２に設けた貫通孔形状の
変形が少なく、予め選定したコバール板２表面における
露出した銅板１とコバール板２との露出面積比を変動さ
せることなく、熱膨張に異方性を生じることなく、所定
の熱膨張係数及び熱伝導率が得られる。

【００３０】上述の圧接に際して、高熱膨張金属材の加
熱雰囲気並びに圧接雰囲気は、非酸化性雰囲気が好まし
く、Ｎ₂中、Ａｒ中、Ｈ₂中あるいはこれらの混合ガス雰
囲気やアンモニア分解ガス、プロパン燃焼ガス（ＤＸ）
ガス等を用いることができる。また、加熱装置は使用す
る高熱膨張金属材材質に応じて適宜選定するが、管状
炉、光ビーム加熱装置、レーザー加熱装置、高周波加熱
装置、プラズマ加熱装置等を採用することができる。高
熱膨張金属材の加熱温度は、選定した材料の再結晶温度
以上で融点未満の温度範囲から適宜選定するが、融点よ
り１００℃程度低い温度から融点未満が好ましく、銅、
銅合金材の場合は、９５０〜１０５０℃、Ａｌ、Ａｌ合
金材の場合は、５５０〜６５０℃、Ａｇ、Ａｇ合金材の
場合は、８００〜９００℃である。

【００３１】また、コバール板２の両面に銅箔６を圧接
した打ち抜き加工３層材９に代えて、図４に示す如く、
コバール板２の上面に銅箔６を圧接ロール７により圧接
され、ルーパー装置にて所要長さがストックされた後、
プレス機８による打ち抜き加工を行い、得られた打ち抜
き加工２層材１１を図３と同様に、再結晶温度以上に加
熱した銅板１の両面に打ち抜き加工２層材１１のコバー
ル板２を当接させて圧接を行い、この発明による熱伝導
材料を製造することができる。なお、圧接ロール７によ
り圧接した後、一旦コイルに巻き取りしてから、再度巻
き戻してプレス機８へ送り加工することもできる。な
お、打ち抜き加工２層材１１を用いる上記の熱伝導材料
は、銅板１の両面にコバール板２を圧接するため、銅材
同士の圧接となる３層材９を用いたものと同等の圧接強
度を得るには、圧接後に低温焼鈍を施すことが望まし
い。また、熱伝導材料の最外層の銅箔６は予めコバール
板２に圧接されているため、はがれなどの欠陥が少ない
利点は、素材に打ち抜き加工３層材９、打ち抜き加工２
層材１１の何れを用いても同様である。

【００３２】

【実施例】実施例１ 板厚０．５ ｍｍ、板幅３０ｍｍのコバール板（２９Ｎ
ｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金）を、 ９００℃で焼鈍してワ
イヤーブラッシングしたのち、その片面に０．２ｍｍ厚
み、幅３０ｍｍのＣｕ箔を圧接してＣｕ箔厚み６０μ
ｍ、全厚み０．２８ｍｍの２層材となし、孔径１．０ｍ
ｍ、圧延方向孔間隔２．０ｍｍ、幅方向孔間隔２．０ｍ
ｍで多数の穿孔を施した。なお、コバール板の３０〜２
００°Ｃにおける平均熱膨張係数は ５．２×１０^-6／
°Ｃであった。

【００３３】板厚０．３５ ｍｍ、板幅３０ｍｍのＣｕ
板をワイヤーブラッシングしたのち９００℃に加熱し、
前記２層材のコバール面側に前記Ｃｕ板を圧接機により
圧接して、Ｃｕ／コバール複合板の貫通孔中に銅が侵入
し、最外層の銅箔の所要位置に銅板表面が部分的に露出
して一体化した板厚０．２５ｍｍ の３層材を得た。圧
延率は６０％であった。得られた熱伝導材の主面におけ
るＣｕ露出面は圧延方向に略円形となり、孔間隔は圧延
方向に２．０ｍｍであり、コバール板に対するＣｕ露出
面の比率は３５％であった。Ｃｕ板の３０〜２００°Ｃ
における平均熱膨張係数は１７．２×１０^-6／°Ｃであ
った。得られた材料の厚み方向の熱伝導率は２５０ｗ／
ｍ・Ｋ、及び各主面における熱膨張係数は９×１０^-6／
℃であった。

【００３４】実施例２ 板厚０．５ ｍｍ、板幅３０ｍｍのコバール板（２９Ｎ
ｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金）を、 ９００℃で焼鈍してワ
イヤーブラッシングしたのち、その片面に０．２ｍｍ厚
み、他面に０．０５ｍｍ厚み、幅３０ｍｍのＣｕ箔を圧
接してＣｕ箔厚み３０μｍ、全厚み０．２９ｍｍの３層
材となし、孔径１．０ｍｍ、圧延方向孔間隔２．０ｍ
ｍ、幅方向孔間隔２．０ｍｍで多数の穿孔を施した。

【００３５】板厚０．３５ ｍｍ、板幅３０ｍｍのＣｕ
板をワイヤーブラッシングしたのち９００℃に加熱し、
前記３層材のＣｕ厚みの薄い面側に前記Ｃｕ板を圧接機
により圧接して、Ｃｕ／コバール複合板の貫通孔中に銅
が侵入し、最外層の銅箔の所要位置に銅板表面が部分的
に露出して一体化した板厚０．２５ｍｍ の３層材を得
た。圧延率は６２％であった。得られた熱伝導材の主面
におけるＣｕ露出面は圧延方向に略円形となり、孔間隔
は圧延方向に２．０ｍｍであり、コバール板に対するＣ
ｕ露出面の比率は３５％であった。得られた材料の厚み
方向の熱伝導率は２５０ｗ／ｍ・Ｋ、及び各主面におけ
る熱膨張係数は９×１０^-6／℃であった。

【００３６】実施例３ 板厚０．３ ｍｍ、板幅３０ｍｍのコバール板（２９Ｎ
ｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金）を、 ９００℃で焼鈍してワ
イヤーブラッシングしたのち、その両面に０．０５ｍｍ
厚み幅３０ｍｍのＣｕ箔を圧接してＣｕ箔厚み３０μ
ｍ、全厚み０．２５ｍｍの３層材となし、孔径１．０ｍ
ｍ、圧延方向孔間隔２．０ｍｍ、幅方向孔間隔２．０ｍ
ｍで多数の穿孔を施した。

【００３７】板厚０．５ ｍｍ、板幅３０ｍｍのＣｕ板
をワイヤーブラッシングしたのち８００℃に加熱し、そ
の両面に前記３層材を図３に示す如く圧接機により圧接
して、コバール板の貫通孔中に銅が侵入し、最外層の銅
箔の所要位置に銅板表面が部分的に露出して一体化した
板厚０．４ｍｍ の３層材を得た。圧延率は６０％であ
った。得られた熱伝導材の主面におけるＣｕ露出面は圧
延方向に略円形となり、孔間隔は圧延方向に２．０ｍｍ
であり、コバール板に対するＣｕ露出面の比率は３５％
であった。得られた材料の厚み方向の熱伝導率は２３０
ｗ／ｍ・Ｋ、及び各主面における熱膨張係数は８×１０
^-6／℃であった。この熱伝導材料においてＣｕ板の厚さ
（ｔ₁）は０．１５ｍｍ、コバール板の厚さ（ｔ₂）はそ
れぞれ０．１１５ｍｍ、表面のＣｕ箔の厚さ（ｔ₃）は
それぞれ０．０１ｍｍであった（図１参照）。

【００３８】板厚０．４ｍｍの熱伝導材料を所要寸法に
切断して、これを２枚積層して放熱基板となした。上記
放熱基板を用いて、セラミックスパッケージを作製した
ところ、良好な熱放散性が得られ、熱的整合性も優れて
いることを確認できた。

【００３９】さらに、板厚０．４ｍｍの熱伝導材料を１
０００℃、５分間、水素雰囲気焼鈍後、冷間圧延にて板
厚０．１５ｍｍに加工した。得られた熱伝導材料におい
て、芯材を構成するＣｕ板の厚さ（ｔ₁）は０．０６８
ｍｍ、コバール板の厚さ（ｔ₂）はそれぞれ０．０３８
ｍｍ、表面のＣｕ箔の厚さ（ｔ₃）はそれぞれ０．００
３ｍｍであった。その後、公知の方法にてリードフレー
ムに加工し、半導体パッケージを作製したところ、チッ
プとアイランドとの接着界面の剥離や封止樹脂のクラッ
ク等が発生することなく、また、従来の銅合金を用いた
リードフレームに近似する良好な熱放散性が得られた。

【００４０】

【発明の効果】この発明による熱伝導材料は、低熱膨張
金属板の両面または片面に高熱膨張金属箔を圧接して一
体化したのち、厚み方向に多数の貫通孔を設けた３層材
または２層材を、常温あるいは再結晶温度以上に加熱し
た高熱膨張金属板の片面または両面に圧接して前記貫通
孔から高熱膨張金属を高熱膨張金属箔表面に露出させて
一体化することにより、接合強度を高くでき、選定した
これら金属板の厚さ比や貫通孔面積比を変化させること
なく、熱膨張係数、熱伝導率を任意に変化させることが
でき、金属、セラミックス、Ｓｉ等の半導体、プラスチ
ックス等の被着相手材との熱膨張係数の整合性と良好な
熱伝導性を両立でき、さらに受熱の均一化、熱拡散効果
の向上をはかり、表面微細孔がなくめっきやろう材など
薄膜の被着性にすぐれており、半導体チップ搭載用放熱
基板やリードフレーム用材料に最適な熱伝導材料であ
る。また、金属板の厚さ比や貫通孔面積比の変動の要因
である圧接が１回ですむため、工程が簡素化され、熱伝
導材料を安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による熱伝導材料の一部破断斜視説明
図である。

【図２】この発明による熱伝導材料素材を製造するため
の設備例を示す斜視説明図である。

【図３】この発明による熱伝導材料を製造するための設
備例を示す斜視説明図である。

【図４】この発明による他の熱伝導材料素材を製造する
ための設備例を示す斜視説明図である。

【符号の説明】

１ 銅板 ２ コバール板 ３ 高熱膨張金属箔層 ４ 貫通孔 ５ 銅露出面 ６ 銅箔 ７ 圧接ロール ８ プレス 機 ９ 打ち抜き加工３層材 １０ 加熱装置 １１ 打ち抜き加工２層材

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高熱膨張金属板の片面または両面に、低
   熱膨張金属板の片面に高熱膨張金属箔を一体化して厚み
   方向に多数の貫通孔を有する2層材を、該高熱膨張金属
   箔が外表面に配置するように積層一体化するとともに、
   高熱膨張金属箔外表面に形成される前記貫通孔から高熱
   膨張金属板の一部が侵入して露出したことを特徴とする
   熱伝導材料。
2. 【請求項２】 高熱膨張金属板の片面または両面に、低
   熱膨張金属板の両面に高熱膨張金属箔を一体化して厚み
   方向に多数の貫通孔を有する3層材を積層一体化すると
   ともに、高熱膨張金属箔外表面に形成される前記貫通孔
   から高熱膨張金属板の一部が侵入して露出したことを特
   徴とする熱伝導材料。
3. 【請求項３】 低熱膨張金属板の片面に高熱膨張金属箔
   を圧接して一体化したのち、厚み方向に多数の貫通孔を
   設けた2層材を、常温あるいは再結晶温度以上に加熱し
   た高熱膨張金属板の片面または両面に前記高熱膨張金属
   箔が外表面に配置するように圧接して積層一体化すると
   ともに、高熱膨張金属箔が外表面に形成される前記貫通
   孔から高熱膨張金属板の一部を侵入させ露出させたこと
   を特徴とする熱伝導材料の製造方法。
4. 【請求項４】 低熱膨張金属板の両面に高熱膨張金属箔
   を圧接して一体化したのち、厚み方向に多数の貫通孔を
   設けた3層材を、常温あるいは再結晶温度以上に加熱し
   た高熱膨張金属板の片面または両面に圧接して積層一体
   化するとともに、高熱膨張金属箔が外表面に形成される
   前記貫通孔から高熱膨張金属板の一部を侵入させ露出さ
   せたことを特徴とする熱伝導材料の製造方法。