JP3239549B2 - 半導体用セラミックス放熱体およびその製造方法 - Google Patents
半導体用セラミックス放熱体およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体用セラミックス
放熱体およびその製造方法に関する。より詳細には、Ｉ
ＣチップやＬＳＩチップ等のチップを搭載するヒートシ
ンクに取り付けられる冷却用放熱体および製造方法に関
する。
放熱体およびその製造方法に関する。より詳細には、Ｉ
ＣチップやＬＳＩチップ等のチップを搭載するヒートシ
ンクに取り付けられる冷却用放熱体および製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、軽量化、高速
化が進むにつれ、回路基板上の電子素子の実装密度が高
くなり、放熱を効率的に行うことおよび熱ストレスに対
しての信頼性に対する要求も高くなってきた。この対策
として、金属製冷却フィンを装着した絶縁基材からなる
放熱体に電子素子を搭載し、電子素子が発生する熱を冷
却フィンから放熱させる手法が採用されている。
化が進むにつれ、回路基板上の電子素子の実装密度が高
くなり、放熱を効率的に行うことおよび熱ストレスに対
しての信頼性に対する要求も高くなってきた。この対策
として、金属製冷却フィンを装着した絶縁基材からなる
放熱体に電子素子を搭載し、電子素子が発生する熱を冷
却フィンから放熱させる手法が採用されている。
【０００３】上記の放熱体の冷却フィンには、金属以外
にも窒化アルミニウム（AlＮ）焼結体が使用されてき
た。AlＮ焼結体は、熱伝導率が高く、熱放熱性に優れて
いると、共に、高い絶縁性を有し、さらに熱膨張係数が
電子素子とほぼ一致する。従って、ＩＣ、トランジスタ
等の電子素子を直接搭載することが可能であり、上記の
放熱体の素材として金属よりも適している点が多い。
にも窒化アルミニウム（AlＮ）焼結体が使用されてき
た。AlＮ焼結体は、熱伝導率が高く、熱放熱性に優れて
いると、共に、高い絶縁性を有し、さらに熱膨張係数が
電子素子とほぼ一致する。従って、ＩＣ、トランジスタ
等の電子素子を直接搭載することが可能であり、上記の
放熱体の素材として金属よりも適している点が多い。
【０００４】従来AlＮ放熱体を製造する場合には、AlＮ
放熱体の縦、横、高さよりも大きな寸法のむくのAlＮ焼
結体ブロックを切削加工あるいは研磨加工して冷却フィ
ンを形成していた。
放熱体の縦、横、高さよりも大きな寸法のむくのAlＮ焼
結体ブロックを切削加工あるいは研磨加工して冷却フィ
ンを形成していた。
【０００５】また、加工効率を向上させるため、特開平
５−6948号公報に開示されている方法では、図８(a)に
示すよう、貫通した溝52が形成されたAlＮ焼結体ブロッ
ク50を作製し、一端を切断することにより図８(b)に示
すようなフィン53を有するAlＮ放熱体51を作製してい
る。
５−6948号公報に開示されている方法では、図８(a)に
示すよう、貫通した溝52が形成されたAlＮ焼結体ブロッ
ク50を作製し、一端を切断することにより図８(b)に示
すようなフィン53を有するAlＮ放熱体51を作製してい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造方法で
は、むくのAlＮ焼結体ブロックを切削・研磨して冷却フ
ィンを形成するので極めて加工効率が悪かった。また、
切削加工時あるいは研磨加工時にAlＮ焼結体に欠けやク
ラックあるいは割れといった破損が生じる可能性が高
く、歩留低下の原因となっていた。さらに、切削部分が
多く、材料コストが余分に加わり、コスト上昇の原因と
なっていた。
は、むくのAlＮ焼結体ブロックを切削・研磨して冷却フ
ィンを形成するので極めて加工効率が悪かった。また、
切削加工時あるいは研磨加工時にAlＮ焼結体に欠けやク
ラックあるいは割れといった破損が生じる可能性が高
く、歩留低下の原因となっていた。さらに、切削部分が
多く、材料コストが余分に加わり、コスト上昇の原因と
なっていた。
【０００７】また、特開平５−6948号公報に開示されて
いる方法では、平行に配置された板状のフィン部を有す
る放熱体を作製することは可能であるが、複雑な形状の
フィン部を有する放熱体を作製することはできない。し
かしながら、熱設計、機械設計等から複雑な形状のフィ
ン部を有する放熱体が要求されることがある。
いる方法では、平行に配置された板状のフィン部を有す
る放熱体を作製することは可能であるが、複雑な形状の
フィン部を有する放熱体を作製することはできない。し
かしながら、熱設計、機械設計等から複雑な形状のフィ
ン部を有する放熱体が要求されることがある。
【０００８】そこで本発明の目的は、上記従来技術の問
題点を解決した新規な構成の半導体用AlＮ放熱体および
その製造方法を提供することにある。
題点を解決した新規な構成の半導体用AlＮ放熱体および
その製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に従うと、AlＮを
主成分とする焼結体でそれぞれ構成された、板状のベー
ス部と、ベース部の一面上に配置された複数のフィン部
とを備える半導体用セラミックス放熱体において、ベー
ス部とフィン部とが別々の部材であり、AlＮを主成分と
するペーストの焼成体により接合されていて、このペー
ストの焼成体が10重量％以上99.9重量％以下のAlＮを含
むことを特徴とする半導体用セラミックス放熱体が提供
される。
主成分とする焼結体でそれぞれ構成された、板状のベー
ス部と、ベース部の一面上に配置された複数のフィン部
とを備える半導体用セラミックス放熱体において、ベー
ス部とフィン部とが別々の部材であり、AlＮを主成分と
するペーストの焼成体により接合されていて、このペー
ストの焼成体が10重量％以上99.9重量％以下のAlＮを含
むことを特徴とする半導体用セラミックス放熱体が提供
される。
【００１０】
【００１１】さらに本発明の半導体用セラミックス放熱
体は、フィン部が、複数の部材から構成されていても、
一体の部材で構成されていてもよい。ベース部は、メタ
ライズまたはめっきされていることが好ましい。また、
メタライズおよびめっきの両方の処理が施されていても
よい。この場合、メタライズの主成分が、Ｗ、Mo、Au、
Ag、Pt、Ti、Pd、Cu、Ni、Al、PbまたはSnであることが
好ましく、めっきの主成分が、Ni、Au、Cr、Co、Cu、A
g、AlまたはSnであることが好ましい。
体は、フィン部が、複数の部材から構成されていても、
一体の部材で構成されていてもよい。ベース部は、メタ
ライズまたはめっきされていることが好ましい。また、
メタライズおよびめっきの両方の処理が施されていても
よい。この場合、メタライズの主成分が、Ｗ、Mo、Au、
Ag、Pt、Ti、Pd、Cu、Ni、Al、PbまたはSnであることが
好ましく、めっきの主成分が、Ni、Au、Cr、Co、Cu、A
g、AlまたはSnであることが好ましい。
【００１２】また、本発明においては、上記本発明の半
導体用セラミックス放熱体を製造する方法として、互い
に別の部材からなるベース部およびフィン部の少なくと
も一方に無機成分が10重量％以上99.9重量％以下のAlＮ
を含むペーストを塗布する工程と、ベース部上にフィン
部を配置する工程と、ペーストを焼成してベース部とフ
ィン部とを接合する工程とを含むことを特徴とする製造
方法が提供される。
導体用セラミックス放熱体を製造する方法として、互い
に別の部材からなるベース部およびフィン部の少なくと
も一方に無機成分が10重量％以上99.9重量％以下のAlＮ
を含むペーストを塗布する工程と、ベース部上にフィン
部を配置する工程と、ペーストを焼成してベース部とフ
ィン部とを接合する工程とを含むことを特徴とする製造
方法が提供される。
【００１３】本発明の方法では、ベース部およびフィン
部の部材の両方が、AlＮを主成分とする焼結体部材であ
ってもよいし、AlＮを主成分とする未焼結の成形体であ
ってもよい。また、ベース部およびフィン部の部材のい
ずれか一方を、AlＮを主成分とする未焼結の成形体とす
ることもできる。部材に未焼結の成形体を使用した場合
は上記のペーストの焼成工程の際に同時に焼成されるこ
とが好ましい。
部の部材の両方が、AlＮを主成分とする焼結体部材であ
ってもよいし、AlＮを主成分とする未焼結の成形体であ
ってもよい。また、ベース部およびフィン部の部材のい
ずれか一方を、AlＮを主成分とする未焼結の成形体とす
ることもできる。部材に未焼結の成形体を使用した場合
は上記のペーストの焼成工程の際に同時に焼成されるこ
とが好ましい。
【００１４】
【作用】本発明の半導体用セラミックス放熱体は、AlＮ
を主成分とするセラミックスのベース部とフィン部とが
別の部材でそれぞれ構成されており、両者が接合手段で
接合されている。また、本発明の方法では、それぞれ別
部材のベース部とフィン部との少なくとも一方に、AlＮ
を主成分とするペーストを塗布する工程と、ベース部上
にフィン部を配置する工程と、ペーストを焼成してベー
ス部とフィン部とを接合する工程とを含む。従って、本
発明の半導体用セラミックス放熱体は、切削加工を行わ
ずに製造できるので、高い効率で製造可能であり、ま
た、材料の無駄がほとんどない。また、フィン部の形状
が複雑な放熱体も容易に作製することができる。
を主成分とするセラミックスのベース部とフィン部とが
別の部材でそれぞれ構成されており、両者が接合手段で
接合されている。また、本発明の方法では、それぞれ別
部材のベース部とフィン部との少なくとも一方に、AlＮ
を主成分とするペーストを塗布する工程と、ベース部上
にフィン部を配置する工程と、ペーストを焼成してベー
ス部とフィン部とを接合する工程とを含む。従って、本
発明の半導体用セラミックス放熱体は、切削加工を行わ
ずに製造できるので、高い効率で製造可能であり、ま
た、材料の無駄がほとんどない。また、フィン部の形状
が複雑な放熱体も容易に作製することができる。
【００１５】本発明の半導体用セラミックス放熱体で
は、ベース部とフィン部とをAlＮを主成分とするペース
トを使用して接合することが好ましい。このペースト
は、無機成分の10重量％以上99.9％以下のAlＮを含むこ
とが好ましい。ペーストの無機成分中に含まれるAlＮが
10重量％以下の場合、接合部の熱抵抗が大きくなり、熱
特性が劣化するために好ましくない。また、ペーストの
無機成分中に含まれるAlＮが99.9重量％を越える場合、
AlＮペーストの焼結が阻害されるため好ましくない。ま
た、密着性を向上させるために、微量のMg、Ti等の金属
をAlＮペーストに加えることもできる。
は、ベース部とフィン部とをAlＮを主成分とするペース
トを使用して接合することが好ましい。このペースト
は、無機成分の10重量％以上99.9％以下のAlＮを含むこ
とが好ましい。ペーストの無機成分中に含まれるAlＮが
10重量％以下の場合、接合部の熱抵抗が大きくなり、熱
特性が劣化するために好ましくない。また、ペーストの
無機成分中に含まれるAlＮが99.9重量％を越える場合、
AlＮペーストの焼結が阻害されるため好ましくない。ま
た、密着性を向上させるために、微量のMg、Ti等の金属
をAlＮペーストに加えることもできる。
【００１６】本発明で使用するAlＮペーストは、ベース
部、フィン部との濡れ性に優れ、良好な密着強度が得ら
れる。さらに、焼成後のペーストは、AlＮを主成分とす
る焼成体となるので、ベース部およびフィン部と比較し
た場合に熱膨張係数の差が小さい。従って、ベース部と
フィン部の間に働く熱応力も小さく、熱サイクルおよび
熱衝撃に対する接合信頼性が高い。
部、フィン部との濡れ性に優れ、良好な密着強度が得ら
れる。さらに、焼成後のペーストは、AlＮを主成分とす
る焼成体となるので、ベース部およびフィン部と比較し
た場合に熱膨張係数の差が小さい。従って、ベース部と
フィン部の間に働く熱応力も小さく、熱サイクルおよび
熱衝撃に対する接合信頼性が高い。
【００１７】本発明の方法において、ベース部、フィン
部の部材はプレス法で成型してもよいし、ドクターブレ
ード法により作製してもよい。本発明の方法では、それ
ぞれの部材は、未焼結のままペーストを塗布し、ベース
部の部材上にフィン部の部材を配置して同時焼成して本
発明のセラミックス放熱体を製造してもよい。一方、本
発明の方法では、プレス成型、あるいはドクターブレー
ド法で作製したシートを成型した成型体を焼成して焼結
部材とし、ペーストを塗布してベース部の部材上にフィ
ン部の部材を配置してペーストのみを焼成して、本発明
のセラミックス放熱体を製造することもできる。
部の部材はプレス法で成型してもよいし、ドクターブレ
ード法により作製してもよい。本発明の方法では、それ
ぞれの部材は、未焼結のままペーストを塗布し、ベース
部の部材上にフィン部の部材を配置して同時焼成して本
発明のセラミックス放熱体を製造してもよい。一方、本
発明の方法では、プレス成型、あるいはドクターブレー
ド法で作製したシートを成型した成型体を焼成して焼結
部材とし、ペーストを塗布してベース部の部材上にフィ
ン部の部材を配置してペーストのみを焼成して、本発明
のセラミックス放熱体を製造することもできる。
【００１８】本発明の方法において、ペーストは、フィ
ン部あるいはベース部いずれか、あるいは両方の互いに
接触する箇所に塗布すればよい。AlＮペーストの塗布は
パッド印刷、刷毛塗りスクリーン印刷等が好ましく用い
られる。AlＮペーストには、粘度調整の為、必要に応じ
て希釈剤、分散剤等を加えても良い。
ン部あるいはベース部いずれか、あるいは両方の互いに
接触する箇所に塗布すればよい。AlＮペーストの塗布は
パッド印刷、刷毛塗りスクリーン印刷等が好ましく用い
られる。AlＮペーストには、粘度調整の為、必要に応じ
て希釈剤、分散剤等を加えても良い。
【００１９】本発明の方法では、ペーストに加える焼結
助剤の種類および添加量を選択することにより焼成温度
を調節できる。すなわち、焼結助剤を、公知のアルカリ
土類金属酸化物および希土類酸化物から選択することに
より、1400℃〜2100℃程度の焼結温度にすることが可能
である。この場合、焼成により酸化物を生成する化合物
を好適に用いることができる。
助剤の種類および添加量を選択することにより焼成温度
を調節できる。すなわち、焼結助剤を、公知のアルカリ
土類金属酸化物および希土類酸化物から選択することに
より、1400℃〜2100℃程度の焼結温度にすることが可能
である。この場合、焼成により酸化物を生成する化合物
を好適に用いることができる。
【００２０】本発明のセラミックス放熱体は、ベース部
がメタライズまたはめっきされていることが好ましい。
また、メタライズおよびめっきの両方の処理が施されて
いてもよい。ベース部にメタライズ処理またはめっき処
理が施されている場合、ベース部は金属との濡れ性が向
上する。従って、半導体素子を搭載する金属枠を、ろう
付け等により容易にベース部に接合できる。このよう
に、ベース部に半導体素子を搭載する金属枠が接合され
ている場合には、ベース部はヒートシンクとしての機能
も有する。本発明のセラミックス放熱体では、ベース部
上にフィン部が配置されているので、従来のようにヒー
トシンクとフィンを樹脂接着剤、ネジ止め等で接合する
必要がない。
がメタライズまたはめっきされていることが好ましい。
また、メタライズおよびめっきの両方の処理が施されて
いてもよい。ベース部にメタライズ処理またはめっき処
理が施されている場合、ベース部は金属との濡れ性が向
上する。従って、半導体素子を搭載する金属枠を、ろう
付け等により容易にベース部に接合できる。このよう
に、ベース部に半導体素子を搭載する金属枠が接合され
ている場合には、ベース部はヒートシンクとしての機能
も有する。本発明のセラミックス放熱体では、ベース部
上にフィン部が配置されているので、従来のようにヒー
トシンクとフィンを樹脂接着剤、ネジ止め等で接合する
必要がない。
【００２１】上記メタライズの主成分は、Ｗ、Mo、Au、
Ag、Pt、Ti、Pd、Cu、Ni、Al、PbまたはSnであることが
好ましく、めっきの主成分は、Au、Ag、Ni、Cr、Co、C
u、AlまたはSnであることが好ましい。メタライズの成
分としてＷ、Moが好ましいのは、これらの金属の熱膨張
係数がAlＮとほぼ等しく、メタライズ層を形成したとき
に、熱膨張係数の差により剥離したり、クラックが入る
ことがないからである。また、Au、Ag、Pt、Ti、Pd、C
u、Ni、Al、PbまたはSnは、導電性および金属との濡れ
性を向上するので好ましい。一方、めっきの場合、めっ
き層の形成し易さと、導電性および金属との濡れ性を向
上させるという点からAu、Ag、Ni、Cr、Co、Cu、Alまた
はSnが好ましい。
Ag、Pt、Ti、Pd、Cu、Ni、Al、PbまたはSnであることが
好ましく、めっきの主成分は、Au、Ag、Ni、Cr、Co、C
u、AlまたはSnであることが好ましい。メタライズの成
分としてＷ、Moが好ましいのは、これらの金属の熱膨張
係数がAlＮとほぼ等しく、メタライズ層を形成したとき
に、熱膨張係数の差により剥離したり、クラックが入る
ことがないからである。また、Au、Ag、Pt、Ti、Pd、C
u、Ni、Al、PbまたはSnは、導電性および金属との濡れ
性を向上するので好ましい。一方、めっきの場合、めっ
き層の形成し易さと、導電性および金属との濡れ性を向
上させるという点からAu、Ag、Ni、Cr、Co、Cu、Alまた
はSnが好ましい。
【００２２】上記のメタライズの方法としては、上記の
金属の粉末を含んだペーストをスクリーン印刷、ドッテ
ィング、パッド印刷または刷毛塗り等が好ましい。ま
た、めっき層は、上記の金属を含んだめっき浴槽にベー
ス部を投入し、電解または無電解めっきで形成すること
が好ましい。
金属の粉末を含んだペーストをスクリーン印刷、ドッテ
ィング、パッド印刷または刷毛塗り等が好ましい。ま
た、めっき層は、上記の金属を含んだめっき浴槽にベー
ス部を投入し、電解または無電解めっきで形成すること
が好ましい。
【００２３】
実施例１ 本発明の方法により、本発明のAlＮ放熱体を製造した。
図１(a)および(b)を参照してその工程を説明する。図１
(a)および(b)は、本発明の方法により本発明のAlＮ放熱
体を製造する工程におけるAlＮ放熱体の立面図である。
最初に図１(a)に示すよう、50mm×50mm、厚さ２mmのAl
Ｎ焼結体のベース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比
９：１で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含
むペースト２を50μｍの厚さで平行線をなすよう塗布し
た。次に、図２に示す平行な溝13を有する治具10を使用
して、ベース部１に塗布したペースト２上に、フィン部
となる20mm×50mm厚さ２mmのAlＮ焼結体板３を図１(b)
に示すよう配置し、1600℃の非酸化雰囲気で焼成し、本
発明のAlＮ放熱体が完成した。
図１(a)および(b)を参照してその工程を説明する。図１
(a)および(b)は、本発明の方法により本発明のAlＮ放熱
体を製造する工程におけるAlＮ放熱体の立面図である。
最初に図１(a)に示すよう、50mm×50mm、厚さ２mmのAl
Ｎ焼結体のベース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比
９：１で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含
むペースト２を50μｍの厚さで平行線をなすよう塗布し
た。次に、図２に示す平行な溝13を有する治具10を使用
して、ベース部１に塗布したペースト２上に、フィン部
となる20mm×50mm厚さ２mmのAlＮ焼結体板３を図１(b)
に示すよう配置し、1600℃の非酸化雰囲気で焼成し、本
発明のAlＮ放熱体が完成した。
【００２４】上記本発明の方法で、本発明のAlＮ放熱体
を製造するのに必要なAlＮ粉末は56ｇであった。しかし
ながら、同一形状の放熱体を50mm×50mm×22mmのAlＮ焼
結体から切削および研磨加工により製造する場合、AlＮ
粉の使用量は 180ｇであった。従って、本発明により大
幅に原料費を低減することができる。また本発明によれ
ば切削および研磨加工を行わずに製品形状に加工できる
ので、加工費のコストが低減される。さらに、切削加工
時に発生するフィン部の割れや欠けもなくなるため歩留
も向上する。
を製造するのに必要なAlＮ粉末は56ｇであった。しかし
ながら、同一形状の放熱体を50mm×50mm×22mmのAlＮ焼
結体から切削および研磨加工により製造する場合、AlＮ
粉の使用量は 180ｇであった。従って、本発明により大
幅に原料費を低減することができる。また本発明によれ
ば切削および研磨加工を行わずに製品形状に加工できる
ので、加工費のコストが低減される。さらに、切削加工
時に発生するフィン部の割れや欠けもなくなるため歩留
も向上する。
【００２５】上記本発明の方法で製造した本発明のAlＮ
放熱体のフィン部とベース部の接合強度を測定した。フ
ィン部に接合強度評価用の治具を設置し、引っ張り強度
を測定した結果、接合強度は 1.5kg／cm2 以上であるこ
とが判明した。
放熱体のフィン部とベース部の接合強度を測定した。フ
ィン部に接合強度評価用の治具を設置し、引っ張り強度
を測定した結果、接合強度は 1.5kg／cm2 以上であるこ
とが判明した。
【００２６】また、上記本発明の方法で製造した本発明
のAlＮ放熱体に−65℃〜 150℃の熱履歴を加え15サイク
ルの熱衝撃試験に課した後、上述の方法で接合強度の測
定を行った。その結果、熱衝撃後のフィン部とベース部
強度は、 1.4kg／cm2 以上であることが判明した。
のAlＮ放熱体に−65℃〜 150℃の熱履歴を加え15サイク
ルの熱衝撃試験に課した後、上述の方法で接合強度の測
定を行った。その結果、熱衝撃後のフィン部とベース部
強度は、 1.4kg／cm2 以上であることが判明した。
【００２７】さらに上記本発明の方法で製造した本発明
のAlＮ放熱体にSiチップを搭載したアルミナのパッケー
ジをシリコン樹脂により接着し、風速１ｍ下でチップを
発熱させ熱抵抗を測定した。その結果、本発明のAlＮ放
熱体は、θja＝ 6.5Ｋ／Ｗの熱抵抗を示した。また、比
較として、熱伝導率 120Ｗ／ｍ・ＫのAlＮ焼結体のブロ
ックから、上記本発明のAlＮ放熱体と同一形状の放熱体
を従来の切削加工により製造し、同様の評価方法によ
り、熱抵抗を測定した。その結果、従来のAlＮ放熱体の
熱抵抗は 6.6Ｋ／Ｗであり、本発明のAlＮ放熱体は、従
来のものとほとんど同じ熱特性を示すことがわかった。
のAlＮ放熱体にSiチップを搭載したアルミナのパッケー
ジをシリコン樹脂により接着し、風速１ｍ下でチップを
発熱させ熱抵抗を測定した。その結果、本発明のAlＮ放
熱体は、θja＝ 6.5Ｋ／Ｗの熱抵抗を示した。また、比
較として、熱伝導率 120Ｗ／ｍ・ＫのAlＮ焼結体のブロ
ックから、上記本発明のAlＮ放熱体と同一形状の放熱体
を従来の切削加工により製造し、同様の評価方法によ
り、熱抵抗を測定した。その結果、従来のAlＮ放熱体の
熱抵抗は 6.6Ｋ／Ｗであり、本発明のAlＮ放熱体は、従
来のものとほとんど同じ熱特性を示すことがわかった。
【００２８】実施例２ 本発明の他の方法により、本発明の他の構成のAlＮ放熱
体を製造した。図３(a) および(b)を参照してその工程
を説明する。図３(a)および(b)は、図１(a)および(b)同
様、本発明の方法により本発明のAlＮ放熱体を製造する
工程におけるAlＮ放熱体の立面図である。最初に、図３
(a)に示すよう、60mm×60mm、厚さ2.4mmのAlＮグリーン
シート４の表面全体に、AlＮとＹ2Ｏ3とを重量比97：３
で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペー
スト２を50μｍの厚さで塗布した。次に、一体に成形し
た24mm×60mm厚さ 2.4mmフィン部のAlＮのグリーンシー
ト５を、図３(b)に示すよう配置した後、1800℃の非酸
化雰囲気で焼成して本発明のAlＮ放熱体が完成した。
体を製造した。図３(a) および(b)を参照してその工程
を説明する。図３(a)および(b)は、図１(a)および(b)同
様、本発明の方法により本発明のAlＮ放熱体を製造する
工程におけるAlＮ放熱体の立面図である。最初に、図３
(a)に示すよう、60mm×60mm、厚さ2.4mmのAlＮグリーン
シート４の表面全体に、AlＮとＹ2Ｏ3とを重量比97：３
で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペー
スト２を50μｍの厚さで塗布した。次に、一体に成形し
た24mm×60mm厚さ 2.4mmフィン部のAlＮのグリーンシー
ト５を、図３(b)に示すよう配置した後、1800℃の非酸
化雰囲気で焼成して本発明のAlＮ放熱体が完成した。
【００２９】本実施例においても、本発明の方法で、本
発明のAlＮ放熱体を製造するのに必要なAlＮ粉末は56ｇ
であった。また、同一形状の放熱体を50mm×50mm×22mm
のAlＮ焼結体から切削および研磨加工により製造する場
合、AlＮ粉の使用量は 180ｇであった。本実施例のAlＮ
放熱体に対しても、実施例１と等しい特性評価試験を行
った。その結果、本実施例のAlＮ放熱体のフィン部とベ
ース部との接合強度は、 1.7kg／cm2 以上であることが
判明した。また、熱衝撃試験後のフィン部とベース部と
の接合強度は、 1.6kg／cm2 以上であることがわかっ
た。さらに熱抵抗は、θja＝ 7.8Ｋ／Ｗであり、熱伝導
率 120Ｗ／ｍ・ＫのAlＮ焼結体ブロックより切削加工で
製造した同一形状のものと等しい値を示した。
発明のAlＮ放熱体を製造するのに必要なAlＮ粉末は56ｇ
であった。また、同一形状の放熱体を50mm×50mm×22mm
のAlＮ焼結体から切削および研磨加工により製造する場
合、AlＮ粉の使用量は 180ｇであった。本実施例のAlＮ
放熱体に対しても、実施例１と等しい特性評価試験を行
った。その結果、本実施例のAlＮ放熱体のフィン部とベ
ース部との接合強度は、 1.7kg／cm2 以上であることが
判明した。また、熱衝撃試験後のフィン部とベース部と
の接合強度は、 1.6kg／cm2 以上であることがわかっ
た。さらに熱抵抗は、θja＝ 7.8Ｋ／Ｗであり、熱伝導
率 120Ｗ／ｍ・ＫのAlＮ焼結体ブロックより切削加工で
製造した同一形状のものと等しい値を示した。
【００３０】実施例３ 実施例１と等しい形状の本発明のAlＮ放熱体を、重量比
95：５で混合されたAlＮとＹ2Ｏ3との混合粉末を50重量
％含み、残りが有機ビヒクルと溶剤とからなるペースト
を使用して製造した。このペーストを40μｍの厚さに塗
布し、フィン部となるAlＮ板を実施例１と同様の形状に
配置した後、1600℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明
のAlＮ放熱体が完成した。本実施例のAlＮ放熱体フィン
に対しても、実施例１および２と同様に特性を測定し
た。その結果、熱衝撃試験前後の熱抵抗は、それぞれθ
ja＝ 6.4Ｋ／Ｗ、 7.7Ｋ／Ｗであり、ほとんど変化しな
かった。
95：５で混合されたAlＮとＹ2Ｏ3との混合粉末を50重量
％含み、残りが有機ビヒクルと溶剤とからなるペースト
を使用して製造した。このペーストを40μｍの厚さに塗
布し、フィン部となるAlＮ板を実施例１と同様の形状に
配置した後、1600℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明
のAlＮ放熱体が完成した。本実施例のAlＮ放熱体フィン
に対しても、実施例１および２と同様に特性を測定し
た。その結果、熱衝撃試験前後の熱抵抗は、それぞれθ
ja＝ 6.4Ｋ／Ｗ、 7.7Ｋ／Ｗであり、ほとんど変化しな
かった。
【００３１】比較例１ 実施例１と等しい形状の本発明のAlＮ放熱体を、AlＮ、
Al2Ｏ3およびＹ2Ｏ3を重量比８：41：41で含み、さらに
有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペーストを使用して
製造した。このペーストを50μｍの厚さに塗布し、フィ
ン部となるAlＮ板を実施例１と同様の形状に配置した
後、1700℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明のAlＮ放
熱体が完成した。本実施例のAlＮ放熱体フィンに対して
も、実施例１〜３と同様に特性を測定した。その結果、
熱衝撃試験前後の熱抵抗は、それぞれθja＝10.6Ｋ／
Ｗ、12.5Ｋ／Ｗであり、いずれの熱抵抗も各実施例に比
較して著しく劣っていた。
Al2Ｏ3およびＹ2Ｏ3を重量比８：41：41で含み、さらに
有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペーストを使用して
製造した。このペーストを50μｍの厚さに塗布し、フィ
ン部となるAlＮ板を実施例１と同様の形状に配置した
後、1700℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明のAlＮ放
熱体が完成した。本実施例のAlＮ放熱体フィンに対して
も、実施例１〜３と同様に特性を測定した。その結果、
熱衝撃試験前後の熱抵抗は、それぞれθja＝10.6Ｋ／
Ｗ、12.5Ｋ／Ｗであり、いずれの熱抵抗も各実施例に比
較して著しく劣っていた。
【００３２】比較例２ 実施例１と等しい形状の本発明のAlＮ放熱体を、AlＮお
よびＹ2Ｏ3を重量比99.95：0.05で含み、さらに有機ビ
ヒクルおよび有機溶剤を含むペーストを使用して製造し
た。このペーストを50μｍの厚さに塗布し、フィン部と
なるAlＮ板を実施例１と同様の形状に配置した後、2100
℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明のAlＮ放熱体が完
成した。本実施例のAlＮ放熱体フィンに対しても、実施
例１〜３と同様に特性を測定した。その結果、熱衝撃試
験前後の熱抵抗は、それぞれθja＝11.2Ｋ／Ｗ、13.1Ｋ
／Ｗであり、いずれの熱抵抗も各実施例に比較して著し
く劣っていた。
よびＹ2Ｏ3を重量比99.95：0.05で含み、さらに有機ビ
ヒクルおよび有機溶剤を含むペーストを使用して製造し
た。このペーストを50μｍの厚さに塗布し、フィン部と
なるAlＮ板を実施例１と同様の形状に配置した後、2100
℃の非酸化雰囲気で焼成して、本発明のAlＮ放熱体が完
成した。本実施例のAlＮ放熱体フィンに対しても、実施
例１〜３と同様に特性を測定した。その結果、熱衝撃試
験前後の熱抵抗は、それぞれθja＝11.2Ｋ／Ｗ、13.1Ｋ
／Ｗであり、いずれの熱抵抗も各実施例に比較して著し
く劣っていた。
【００３３】実施例４ 図４(a)〜(c)および図５を参照して、本発明のAlＮ放熱
体のさらに別の構成のものを、本発明の方法で製造する
工程を説明する。図４(a)〜(c)は、本発明の方法により
本発明のAlＮ放熱体を製造する工程におけるAlＮ放熱体
の斜視図である。最初に、図４(a)に示すよう、実施例
１で使用したものと等しい50mm×50mm、厚さ２mmのAlＮ
焼結体のベース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比
９：１で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含
むペースト２を50μｍの厚さで全面に塗布した。
体のさらに別の構成のものを、本発明の方法で製造する
工程を説明する。図４(a)〜(c)は、本発明の方法により
本発明のAlＮ放熱体を製造する工程におけるAlＮ放熱体
の斜視図である。最初に、図４(a)に示すよう、実施例
１で使用したものと等しい50mm×50mm、厚さ２mmのAlＮ
焼結体のベース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比
９：１で含み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含
むペースト２を50μｍの厚さで全面に塗布した。
【００３４】次に、図５に示す溝13を有する治具10を使
用して、ベース部１に塗布したペースト２上に、図４
(b)に示す形状に加工されたAlＮ焼結体板３を図４(c)に
示すよう配置し、1600℃の非酸化雰囲気で焼成して本発
明のAlＮ放熱体が完成した。
用して、ベース部１に塗布したペースト２上に、図４
(b)に示す形状に加工されたAlＮ焼結体板３を図４(c)に
示すよう配置し、1600℃の非酸化雰囲気で焼成して本発
明のAlＮ放熱体が完成した。
【００３５】本実施例において、本発明の方法で、本発
明のAlＮ放熱体を製造するのに必要なAlＮ粉末は82ｇで
あった。また、同一形状の放熱体を50mm×50mm×25mmの
AlＮ焼結体から切削および研磨加工により製造する場
合、AlＮ粉の使用量は 205ｇであった。従って、本発明
の方法により、大幅に使用原料を少なくすることができ
る。また本発明によれば切削および研磨加工を行わずに
製品形状に加工できるので、加工費のコストが低減され
る。さらに、切削加工時に発生するフィン部の割れや欠
けもなくなるため歩留も向上する。
明のAlＮ放熱体を製造するのに必要なAlＮ粉末は82ｇで
あった。また、同一形状の放熱体を50mm×50mm×25mmの
AlＮ焼結体から切削および研磨加工により製造する場
合、AlＮ粉の使用量は 205ｇであった。従って、本発明
の方法により、大幅に使用原料を少なくすることができ
る。また本発明によれば切削および研磨加工を行わずに
製品形状に加工できるので、加工費のコストが低減され
る。さらに、切削加工時に発生するフィン部の割れや欠
けもなくなるため歩留も向上する。
【００３６】本実施例のAlＮ放熱体に対しても、実施例
１と等しい特性評価試験を行った。その結果、本実施例
のAlＮ放熱体のフィン部とベース部との接合強度は、
1.8kg／cm2 以上であることが判明した。さらに熱抵抗
は、θja＝ 6.9Ｋ／Ｗであり、本実施例のAlＮ放熱体に
使用したものと等しい熱伝導率を有するAlＮ焼結体ブロ
ックより切削加工で製造した同一形状のものと等しい値
を示した。さらに、本発明に従えば、図６に示すよう
な、円柱状のフィン部30がベース部１上に配置された複
雑な形状で、AlＮ焼結体で作製することが困難である放
熱体も容易に作製可能である。
１と等しい特性評価試験を行った。その結果、本実施例
のAlＮ放熱体のフィン部とベース部との接合強度は、
1.8kg／cm2 以上であることが判明した。さらに熱抵抗
は、θja＝ 6.9Ｋ／Ｗであり、本実施例のAlＮ放熱体に
使用したものと等しい熱伝導率を有するAlＮ焼結体ブロ
ックより切削加工で製造した同一形状のものと等しい値
を示した。さらに、本発明に従えば、図６に示すよう
な、円柱状のフィン部30がベース部１上に配置された複
雑な形状で、AlＮ焼結体で作製することが困難である放
熱体も容易に作製可能である。
【００３７】実施例５ 図７(a)〜(c)を参照して、本発明のAlＮ放熱体のさらに
別の構成のものを、本発明の方法で製造する工程を説明
する。図７(a)〜(c)は、本発明の方法により本発明のAl
Ｎ放熱体を製造する工程におけるAlＮ放熱体の断面図で
ある。最初に、図７(a)に示すよう、実施例１で使用し
たものと等しい50mm×50mm、厚さ２mmのAlＮ焼結体のベ
ース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比85：15で含
み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペースト
２を50μｍの厚さで平行線をなすよう塗布した。また、
ベース部１の裏面には、Ｗを主成分とし、有機ビヒクル
および有機溶剤を加えてなるペースト６を45μｍの厚さ
に塗布した。
別の構成のものを、本発明の方法で製造する工程を説明
する。図７(a)〜(c)は、本発明の方法により本発明のAl
Ｎ放熱体を製造する工程におけるAlＮ放熱体の断面図で
ある。最初に、図７(a)に示すよう、実施例１で使用し
たものと等しい50mm×50mm、厚さ２mmのAlＮ焼結体のベ
ース部１の表面に、AlＮとCaＯとを重量比85：15で含
み、さらに有機ビヒクルおよび有機溶剤を含むペースト
２を50μｍの厚さで平行線をなすよう塗布した。また、
ベース部１の裏面には、Ｗを主成分とし、有機ビヒクル
および有機溶剤を加えてなるペースト６を45μｍの厚さ
に塗布した。
【００３８】次に、実施例１と同様、図２に示す平行な
溝13を有する治具10を使用して、ベース部１に塗布した
ペースト２上に、フィン部となる20mm×50mm厚さ２mmの
AlＮ焼結体板３を図７(b)に示すよう配置し、1650℃の
非酸化雰囲気で焼成した。この焼成により、ベース部１
の裏面に塗布されたペースト６は、メタライズ層になっ
た。このメタライズ層上に厚さ５μｍのNiメッキを施
し、さらに金属枠８を設けた後、Siチップ７を搭載し
た。
溝13を有する治具10を使用して、ベース部１に塗布した
ペースト２上に、フィン部となる20mm×50mm厚さ２mmの
AlＮ焼結体板３を図７(b)に示すよう配置し、1650℃の
非酸化雰囲気で焼成した。この焼成により、ベース部１
の裏面に塗布されたペースト６は、メタライズ層になっ
た。このメタライズ層上に厚さ５μｍのNiメッキを施
し、さらに金属枠８を設けた後、Siチップ７を搭載し
た。
【００３９】
【発明の効果】以上詳述のように、本発明に従えば、ベ
ース部とフィン部とが別体で、互いに接合されて構成さ
れるAlＮ放熱体およびその製造方法が提供される。本発
明の方法で製造される本発明のAlＮ放熱体は、低コスト
で製造可能であり、また生産効率も高く、割れや欠け等
の不良発生の確率が低いので、歩留りが高く、信頼性も
高い。
ース部とフィン部とが別体で、互いに接合されて構成さ
れるAlＮ放熱体およびその製造方法が提供される。本発
明の方法で製造される本発明のAlＮ放熱体は、低コスト
で製造可能であり、また生産効率も高く、割れや欠け等
の不良発生の確率が低いので、歩留りが高く、信頼性も
高い。
【図１】(a)および(b)は、本発明の方法で本発明のAlＮ
放熱体を製造する工程を説明する図である。
放熱体を製造する工程を説明する図である。
【図２】図１(a)および(b)に示した本発明の方法で本発
明のAlＮ放熱体を製造する場合に使用する治具の斜視図
である。
明のAlＮ放熱体を製造する場合に使用する治具の斜視図
である。
【図３】(a)および(b)は、本発明の他の方法で本発明の
他の構成のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図であ
る。
他の構成のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図であ
る。
【図４】(a)〜(c)は、本発明のさらに別の方法で本発明
のさらに別のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図で
ある。
のさらに別のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図で
ある。
【図５】図４(a)〜(c)に示した本発明の方法で本発明の
AlＮ放熱体を製造する場合に使用する治具の斜視図であ
る。
AlＮ放熱体を製造する場合に使用する治具の斜視図であ
る。
【図６】本発明のさらに別のAlＮ放熱体の斜視図であ
る。
る。
【図７】(a)〜(c)は、本発明のさらに別の方法で本発明
のさらに別のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図で
ある。
のさらに別のAlＮ放熱体を製造する工程を説明する図で
ある。
【図８】(a)および(b)は、従来の方法で従来のAlＮ放熱
体を製造する工程を説明する図である。
体を製造する工程を説明する図である。
１ ベース部 ２ ペースト ３ AlＮ焼結体板 ４ ベース部のAlＮグリーンシート ５ フィン部のAlＮグリーンシート ７ 半導体素子 ８ 金属枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲田 博彦 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平３−36754（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−149470（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−226749（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−6948（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−18371（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473
Claims (9)
- 【請求項１】 AlＮを主成分とする焼結体でそれぞれ構
成された、板状のベース部と、ベース部の一面上に配置
された複数のフィン部とを備える半導体用セラミックス
放熱体において、ベース部とフィン部とが別々の部材で
あり、AlＮを主成分とするペーストの焼成体により接合
されていて、このペーストの焼成体が10重量％以上99.9
重量％以下のAlＮを含むことを特徴とする半導体用セラ
ミックス放熱体。 - 【請求項２】 前記フィン部が、複数の部材から構成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の半導体用セ
ラミックス放熱体。 - 【請求項３】 前記フィン部が、一体の部材で構成され
ていることを特徴とする請求項１に記載の半導体用セラ
ミックス放熱体。 - 【請求項４】 前記ベース部が、メタライズおよび／ま
たはめっきされていることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の半導体用セラミックス放熱体。 - 【請求項５】 前記メタライズの主成分が、Ｗ、Mo、A
u、Ag、Pt、Ti、Pd、Cu、Ni、Al、PbまたはSnであるこ
とを特徴とする請求項４に記載の半導体用セラミックス
放熱体。 - 【請求項６】 前記めっきの主成分が、Ni、Au、Cr、C
o、Cu、Ag、AlまたはSnであることを特徴とする請求項
４または５に記載の半導体用セラミックス放熱体。 - 【請求項７】 AlＮを主成分とする焼結体でそれぞれ構
成された、板状のベース部と、該ベース部の一面上に配
置された複数のフィン部とを備える半導体用セラミック
ス放熱体の製造方法において、互いに別の部材からなる
ベース部およびフィン部の少なくとも一方に無機成分が
10重量％以上99.9重量％以下のAlＮを含むペーストを塗
布する工程と、ベース部上にフィン部を配置する工程
と、ペーストを焼成してベース部とフィン部とを接合す
る工程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項８】 前記ベース部およびフィン部の部材が、
AlＮを主成分とする焼結体部材であることを特徴とする
請求項７に記載の製造方法。 - 【請求項９】 前記ベース部およびフィン部の部材の少
なくとも一方が、AlＮを主成分とする未焼結の成形体で
あり、前記ペーストを焼成する工程で同時に焼成される
ことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21231693A JP3239549B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 半導体用セラミックス放熱体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21231693A JP3239549B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 半導体用セラミックス放熱体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750369A JPH0750369A (ja) | 1995-02-21 |
| JP3239549B2 true JP3239549B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=16620534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21231693A Expired - Fee Related JP3239549B2 (ja) | 1993-08-04 | 1993-08-04 | 半導体用セラミックス放熱体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3239549B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200020044A (ko) * | 2018-08-16 | 2020-02-26 | 이향순 | 열전달 손실을 최소화시킨 히트싱크 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7211153B2 (en) | 2001-04-13 | 2007-05-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Ceramic joined body, substrate holding structure and substrate processing apparatus |
| JP4654877B2 (ja) * | 2005-10-21 | 2011-03-23 | 三菱マテリアル株式会社 | 冷却器の製造方法 |
| JP2020092239A (ja) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | Ｊｘ金属株式会社 | ヒートシンク、半導体モジュール及び、ヒートシンクの製造方法 |
-
1993
- 1993-08-04 JP JP21231693A patent/JP3239549B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200020044A (ko) * | 2018-08-16 | 2020-02-26 | 이향순 | 열전달 손실을 최소화시킨 히트싱크 |
| KR102163518B1 (ko) * | 2018-08-16 | 2020-10-08 | 이향순 | 열전달 손실을 최소화시킨 히트싱크 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0750369A (ja) | 1995-02-21 |
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