JP4840416B2

JP4840416B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4840416B2
Application number: JP2008189078A
Authority: JP
Inventors: 英士徳平
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP2008306202A

Description

本発明は電子部品と放熱部材および、それらを使用した半導体装置の製造方法に係り、特に電子部品と放熱部材とを連結する熱伝導体に関する。

近年、情報機器装置は高機能、高性能を要求されている。そのために機器装置に使用される電子部品は高機能化、高速化になっている。

一方、この電子部品は発熱量が増加し、この熱が誤動作を招き、性能を低下させている。従って、この熱を効率良く放熱し冷却する必要がある。

一般的な電子部品の冷却技術としては電子部品とヒートシンクとを圧着し、電子部品が発生した熱をヒートシンクに伝導し、ヒートシンクから空気中に放熱するものが有る。しかしこの冷却技術は電子部品とヒートシンクとの熱伝導の密着の度合いが極めて少ない。

これを改善した技術として例えば、特開２００２−３０２１７号公報が有る。この公報に記載された冷却技術は、熱を伝導するフィラーを混入した熱伝導性樹脂を介して電子部品とヒートシンクとを圧着させることで電子部品とヒートシンクとの熱伝導の密着の度合いを増加させて、放熱効果を向上させるものである。

その他の冷却技術としては特開昭６３−１０２３４５号公報が有る。この公報に記載された冷却技術は熱伝導性合金を介して電子部品と放熱体とを接合し、そして電子部品とヒートシンクとの熱伝導の密着の度合いを増加させることで熱伝導率を向上させるものである。この熱伝導性合金は金属のインジュウムと液状金属のガリウムとの半凝固状態の金属である。

更に特願２００２−１４０３１６号公報が有る。この公報に記載された冷却技術は金属のインジュウムと液状金属との熱伝導性合金を介して電子部品と放熱体とを接合し熱伝導率を向上させるものである。この熱伝導性合金は液体であり、この液体金属が流出するのを防止する突堤を設けている。

しかし、上述した特開２００２−３０２１７号公報に記載された技術は熱伝導性樹脂を介して電子部品と放熱体であるヒートシンクとを圧着するものである。このため熱伝導率が低いという問題を有する。また特開昭６３−１０２３４５号公報に記載された技術は半凝固状態の金属を介して電子部品とヒートシンクとを密着させ、電子部品とヒートシンクとを接続する。従って半凝固状態の金属が流出、散乱し周囲の回路基板、電子部品の短絡を招くことになる。そして特願２００２−１４０３１６号公報に記載された技術は液体金属が流出するのを防止する突堤を設けたため、この突堤の存在が部品点数、部品コスト、製造工数を増加する。

本発明の目的は、放熱体と熱伝導性部材との熱伝導の密着の度合いを増加させ、電子部品と放熱体との熱伝導率を向上させる。結果として電子部品の放熱効果を向上させる。更に周囲の回路基板、電子部品等の短絡障害を防止して、そして、部品点数、部品コスト、製造工数の増加を抑制することのできる新しい電子部品装置を提供するものである。

本発明の製造方法は、電子部品の伝熱面と放熱部材の伝熱面とを連結する半導体装置の製造方法において、前記電子部品の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する工程、前記放熱部材の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する工程、Ｇａ、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｚｎ合金の少なくとも１つから成る液状金属を前記金属体の間に充填し、前記伝熱面を接合する事により、前記液状金属と前記金属体とを固溶体にする接合工程、を有する。

本発明の電子部品は、伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成した放熱部材と、Ｇａ、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｚｎ合金の少なくとも１つから成る液状金属を介して、接合することで前記液状金属と前記金属体とを固溶体にして連結する電子部品であって、前記放熱部材の伝熱面と連結される、前記電子部品の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する。

本発明の放熱部材は、伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成した電子部品と、Ｇａ、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｚｎ合金の少なくとも１つから成る液状金属を介して、接合することで前記液状金属と前記金属体とを固溶体にして連結する放熱部材であって、前記電子部品の伝熱面と連結される、前記放熱部材の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する。

本発明の半導体装置は、伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成した電子部品と、伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成した放熱部材と、Ｇａ、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｚｎ合金の少なくとも１つから成る液状金属を前記金属体の間に充填し、前記伝熱面を接合する事により、前記液状金属と前記金属体とを固溶体にして連結する。

電子部品の放熱効果を向上させることができる。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る電子部品装置の構造を説明する図である。

１は電子部品装置、２は半導体部品などの電子部品、３はアルミなどの熱伝導率の良好な金属よりなる放熱体、４は熱伝導体、４１は凹状の金属体、４１１は凹状金属体の突起状堤防部、４１２は凹状金属体の底部、４２は平板状の金属体、４３は液状金属である。

この電子部品装置１は、熱伝導体４を介して電子部品２と放熱体３とが連結されている。そして熱伝導体４は凹状金属体４１と平板状の金属体４２と液状金属４３とから構成されている。この凹状金属体４１は底部４１２と周縁部位に突起状堤防部４１１を一体構成に備えている。この周縁部位の突起状堤防部４１１と底部４１２とは鍍金処理にて一体形成されている。

具体的には熱伝導体４の凹状金属体４１は鍍金にて電子部品２の上部に形成されている。熱伝導体４の平板状の金属体４２は鍍金にて放熱体３の下部に形成されている。そして液状金属４３は凹状金属体４１の突起状堤防部４１１に囲まれた底部４１２に充填されて
いる。液状金属４３としては熱伝導率の高い例えばＧａ系合金を使用できる。そして凹状金属体４１、平板状の金属体４２としては例えば、前述の液状金属４３と金属体４１、４２とが互いに固溶体化が可能であり、固溶体化した時にも熱伝導率の低下しない金属が良く元素記号のＩｎ又はこの合金から選出される。

この電子部品装置１は回路基板に実装されて稼働する。この電子部品装置１は稼働時に発熱する。この熱は熱伝導体４を伝熱し放熱体３から放熱される。従って電子部品は冷却され適温に保たれ安定して稼働する。

図２の電子部品装置を製造する鍍金装置の概略図を参照して説明する。この鍍金装置は浴槽内に鍍金液を満たしアノード極に鍍金物、例えばＩｎを設けて、カソード極に被鍍金物を設けることができる。そしてアノード極とカソード極との間に所定値の電流を印加できる。

図３を参照して電子部品の製造方法を説明する。
（１）まず電子部品２を用意する。そしてこの電子部品２の鍍金処理領域以外をマスクする。例えばレジスト樹脂を塗布する。その後に電子部品２を鍍金装置のハンガーに取り付ける。そして鍍金装置の浴槽内に載置する。
（２）次に酸浸漬処理する。処理条件は具体的に酸液が濃度約１０％の硫酸であり、液温が室温、例えば１５度Ｃに保たれている。そして約３０秒間、鍍金浴槽内でストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させる。そして、鍍金処理領域の油膜、汚れを無くした後に水洗して酸液を洗い流す。
（３）続いてＮｉ鍍金処理する。鍍金条件は、例えばワット浴が約ｐＨ４．５、電流密度が４Ａ／平方ｄｍ液温が約５０度Ｃである。そして攪拌とストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させるながら下地鍍金する。その後に水洗して鍍金液を洗い流す。
（４）次に酸浸漬処理する。処理条件は具体的に、酸液が濃度約１０％のダインシルバー（大和化成株製の製品名−ＡＣＣ）であり、液温は室温に保たれている。そして約３０秒間鍍金浴槽内でストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させる。そして、鍍金処理領域の油膜、汚れを無くす。この後に水洗して酸液を洗い流す。
（５）次にストライクＩｎ鍍金処理する。鍍金処理条件は例えば鍍金液がＤＡＩＮＩＮ−ＰＬ３０（大和化成株製主剤メタンスルホン酸インジウム）、電流密度が約７．５Ａ／平方ｄｍ液温が約５０度Ｃである。そして攪拌とストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させながらストライク鍍金する。
（６）その後にＩｎ鍍金処理する。鍍金処理条件は例えば鍍金液がＤＡＩＮＩＮ−ＰＬ３０（大和化成株製主剤メタンスルホン酸インジウム）、電流密度が約０．５Ａ／平方ｄｍ液温が約５０度Ｃで攪拌とストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させながら鍍金する。このＩｎ鍍金の厚みは約０．１ｍｍである。従って電子部品２のレジスト樹脂を塗布された領域以外に鍍金が平板状に設けられた。
（７）次に、該鍍金の平板上にレジスト樹脂を塗布する。レジスト樹脂を塗布する領域は電子部品の周縁部位の突起状堤防部を除く領域である。このレジスト樹脂は新日鉄化学株製のＰＤＦ１００を使用する。ラミネート条件は温度が約８０度Ｃ、真空度が約０．３ＭＰａである。
（８）その後にＩｎ鍍金処理する。処理条件は例えば鍍金液がＤＡＩＮＩＮ−ＰＬ３０（大和化成株製主剤メタンスルホン酸インジウム）であり、電流密度が約０．５Ａ／平方ｄｍ液温が約５０度Ｃである。そしてエアー攪拌とストローク約７５ｍｍ程度の振幅で緩やかに揺動させるながら鍍金する。このＩｎ鍍金の厚みは約０．０２ｍｍである。従って電子部品２に熱伝導体４の凹状の金属体４１を形成できた。形状は底部の厚みが約０．１ｍｍ、凹状金属体４１の突起状堤防部４１１の内部高さ約０．０２ｍｍ、幅約５ｍｍである。

このように鍍金処理にて電子部品２は凹状金属体４１を形成されるために熱伝導の密着の度合いが良い。且つこの凹状金属体４１の周縁部位の突起状堤防部４１１と底部４１２とは鍍金処理にて一体に形成される。このために別部品を用意することなく部品点数の削減と、製造工数の増加を抑制できる。
（９）その後に上記製造工程で使用されたレジスト樹脂を剥離する。剥離液を使用すると容易に行なうことができる。
（１０）次に放熱体３に平板状の金属体４２が形成される。

図４を参照して放熱体の製造方法を説明する。製造方法は上述した鍍金技術を使用して平板状の金属体４２を形成する。上述したように放熱体３は鍍金処理されて放熱体３の底部に平板状の金属体４２を形成される。この鍍金処理のために放熱体３と金属体４２との熱伝導の密着の度合いが良い。
（１１）次に電子部品２に形成された突起状堤防部に囲まれた部位に液状金属４３、具体的には液状のガリウム、元素記号のＧａを充填する。充填方法はディスペンサー装置にて行なう。
（１２）該電子部品２と上述した放熱体３とを合体する。従って、金属体４１、４２と液状金属４３との双方が凝固して固溶体になる。固溶体化は常温で数十時間放置すれば良い。このために電子部品に熱ストレスを与えることがない。液状金属４３は固溶体になるまでの間は液状であるが、突起状堤防部４１１に囲まれているために周囲に漏洩することがない。固溶体になると金属体４１、４２と液状金属４３とが固着されて電子部品装置１となる。

その他の実施例
上記の実施例では液状金属にＧａを使用した例を説明した。しかし、その他の液状金属として７５．５％Ｇａ−２４．５％Ｉｎ、６２％Ｇａ−２５％Ｉｎ−１３％Ｓｎ、６７％Ｇａ−２９％Ｉｎ−４％Ｚｎ、９２％Ｇａ−８％Ｓｎ、９５％Ｇａ−５％Ｚｎ合金を使用しても同様な効果が得られる。

上記実施例では電子部品２側に凹状金属体４１を、放熱体３側に平板状の金属体４２を形成した。しかし電子部品装置は回路基板に色々な状態で搭載される。この搭載の状態により、電子部品２側に平板状の金属体４２を、放熱体３側に凹状金属体４１を形成しても良い。

以上説明したとおり、本発明のような電子部品装置は、電子部品と熱伝導性部材との熱伝導の密着の度合いを増加させ、且つ放熱体と熱伝導性部材との熱伝導の密着の度合いを増加させる。結果として電子部品の放熱効果を向上させることができる。更に周囲の回路基板、電子部品等の短絡障害を防止して、更に部品点数および、製造工数の増加を抑制できる。

本発明に係る電子部品装置の説明図である。本実施例に係る電子部品装置を製造する鍍金装置の概略図である。本実施例に係る電子部品の概略図である。本実施例に係る放熱体の概略図である。

Claims

電子部品の伝熱面と放熱部材の伝熱面とを連結する半導体装置の製造方法において、
前記電子部品の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する工程、
前記放熱部材の伝熱面に元素記号Ｉｎから成る金属体を形成する工程、
Ｇａ、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｚｎ合金の少なくとも１つから成る液状金属を前記金属体の間に充填し、前記伝熱面を接合する事により、前記液状金属と前記金属体とを固溶体にする接合工程、
を有する半導体装置の製造方法。
前記電子部品の伝熱面に形成された前記金属体は、凹部を有し、
前記接合工程は、前記液状金属を前記凹部に充填する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。