JP5243975B2

JP5243975B2 - 熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品及びその製造方法

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Publication number: JP5243975B2
Application number: JP2009005898A
Authority: JP
Inventors: 卓哉織田
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-01-14
Also published as: JP2009212495A; US20090195989A1

Description

本発明は、半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含む熱伝導部材に接する、半導体パッケージ放熱用部品に関する。

ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等に使用される半導体素子は、パッケージ上に電気的に接続され、固定される。半導体素子は、動作時に高温となるため、半導体素子の温度を強制的に下げなければ、半導体素子の性能を発揮できず、半導体素子が壊れる可能性がある。したがって、半導体素子上に、放熱板（ヒートシンク）や、放熱フィン（あるいはヒートパイプ）を装着することにより、半導体素子が発する熱を外部に有効に放出する経路を確保している。半導体素子と、放熱板等の間には、熱伝導部材（ＴＩＭ；ＴｈｅｒｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅＭａｔｅｒｉａｌ）を挟み、それぞれの凹凸面に追従して接触熱抵抗を減らし、スムーズな熱伝導が行なわれるよう試みられている。

図１は、半導体パッケージに従来の放熱部品を装着した例を示す断面図である。半導体パッケージにおいて、基板１００に搭載された半導体素子２００から発する熱は、半導体素子２００上に配置した熱伝導部材３００を介して放熱板４００に伝熱される。また、放熱板４００に伝熱された熱は、放熱板４００上に配置した熱伝導部材３００を介して放熱フィン５００に伝熱される。

このように、熱伝導部材３００は、半導体素子２００と放熱板４００とを、また放熱板４００と放熱フィン５００とを、直接接触させずに熱的に接続する手段として使用される。

熱伝導部材３００の材料には、熱伝導性の良いインジウムが使用されることが多いが、インジウムは希少金属であるため、高価であり、将来的に供給の面で不安がある。また、放熱板４００に密着させるためのリフロー等の熱処理が必要とされるため、製造工程が複雑という問題もあった。

そのため、熱伝導部材３００の他の例として、シリコングリース、あるいは高熱伝導性物質としての金属フィラー、グラファイト等を含有した有機系の樹脂バインダー等が使用されている。また、カーボンナノチューブを熱伝導方向に配列させて、樹脂で成形してシート状にした熱伝導部材３００も知られている。
特開２００５−３４７５００号公報特開２００４−３４９４９７号公報特開２００８−２０５２７３号公報

しかしながら、上記した金属フィラーや、グラファイト等の高熱伝導性物質を、樹脂をバインダーとして成形した熱伝導部材３００は、樹脂の熱伝導性が高くないため放熱性能的に問題があった。また、熱伝導方向に配列させたカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ端面と放熱部品との接触熱抵抗が大きく、期待される性能が得られないという問題があった。

例えば、図２は、高熱伝導性物質を含有した熱伝導部材と従来の放熱部品との接触面を示す断面図である。図２に示すように、放熱板４００又は放熱フィン５００（以下、放熱板４００を例に示す。）と熱伝導部材３００との接触面は、ミクロ的には表面が粗くなっているため、空間６００が生じている。また、熱伝導部材３００は、熱伝導部材３００の最表面が、樹脂の割合の高い層である低熱伝導物質層３０１に覆われている。

したがって、放熱板４００と金属フィラーや、グラファイト等の高熱伝導性物質３０２との間に物理的な接触がなく、放熱板４００と高熱伝導性物質３０２との間の接触熱抵抗が大きくなり、熱伝導性が低くなるため、放熱性が良くないという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱伝導性が高く放熱性の良い半導体パッケージ放熱用部品を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、前記凸形状の先端部は、前記高熱伝導性物質に突き刺しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品により解決することができる。

また、半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、前記熱伝導部材の当該半導体パッケージ放熱用部品と接する面は、低熱伝導物質層を有し、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記低熱伝導物質層と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、前記凸形状の先端部は、前記低熱伝導物質層を突き破り、前記高熱伝導性物質に突き刺しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品により解決することができる。

また、半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、前記熱伝導部材は、熱伝導方向に配列させたカーボンナノチューブを有し、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、前記凸形状の先端部は、前記高熱伝導性物質に突き刺していることを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品により解決することができる。

更に上記課題は、半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、プレス加工又はマイクロエッチングにより、針状又は刃状の凸形状の領域を形成する工程と、前記針状又は刃状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法によっても解決することができる。

更にまた、半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、粗面化された表面を形成するめっきにより、針状の凸形状を有する粗面化された膜を形成する工程と、前記針状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であっても良い。

また、半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、プレス加工又はマイクロエッチングにより、針状又は刃状の凸形状の領域を形成する工程と、前記針状又は刃状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であっても良い。

また、半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、粗面化された表面を形成するめっきにより、針状の凸形状を有する粗面化された膜を形成する工程と、前記針状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であっても良い。

本発明によれば、熱伝導性が高く放熱性の良い半導体パッケージ放熱用部品を提供することを可能とする。

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

（半導体パッケージ放熱用部品）
図３は、本実施形態に係る放熱板及び放熱フィンを半導体パッケージに装着した断面図である。図３に示すように、本実施形態に係る放熱板４０は、基板１０に搭載された半導体素子２０の上面に設置された熱伝導部材としてのＴＩＭ３０の上面に配置されている。また、本実施形態に係る放熱フィン５０は、放熱板４０の上面に設置されたＴＩＭ３０の上面に配置されている。

なお、ＴＩＭ３０は、例えば金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、カーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質を含有し、エポキシ樹脂や有機系の樹脂を主成分として成形されている。また、ＴＩＭ３０は、カーボンナノチューブを熱伝導方向に配列させ樹脂で成形してシート状にした熱伝導部材であっても良い。

ＴＩＭ３０は、半導体素子２０と放熱板４０との間に配置されることにより、半導体素子２０と放熱板４０とを熱的に接続する。またＴＩＭ３０は、放熱板４０と放熱フィン５０との間に配置されることにより、放熱板４０と放熱フィン５０とを熱的に接続する。

放熱板４０は、例えばヒートシンク等を示し、放熱フィン５０は、例えばヒートポンプが付いた放熱フィン等を示す。放熱板４０、及び放熱フィン５０は、例えば無酸素銅にニッケルめっきを施したものやアルミニウム等の熱伝導率の良い材料からなり、半導体素子２０が発する熱を外部に伝熱放散させる役割を担う。なお、放熱板４０の厚さは、約０．５〜２ｍｍである。

図３に示すように、放熱板４０と放熱フィン５０のＴＩＭ３０と接する面には、プレス加工により形成された凸形状６０の領域を有する。なお、本実施形態では、放熱板４０の上下両面に凸形状６０領域を有しているが、特に両面に限定されるものではない。

図４は、低熱伝導物質層と高熱伝導性物質からなるＴＩＭの断面図である。図４に示すように、ＴＩＭ３０の最表面は、低熱伝導物質層３１で覆われて、高熱伝導性物質３２は、ＴＩＭ３０の内部に含まれている。

低熱伝導物質層３１は、樹脂の割合が高い層であり、金属フィラー等の高熱伝導性物質３２をわずかに含むだけであるため、熱伝導性が低くなっている。

高熱伝導性物質３２には、例えば導電性金属である金属フィラー、カーボンフィラー、又はグラファイト、カーボンナノチューブ等のうち少なくとも１つを含み、それらが密集しているため、熱伝導性が高い。なお、ＴＩＭ３０の全体の厚さは、約０．２５ｍｍであり、低熱伝導物質層３１の厚さは、約４μｍ〜５μｍである。また、低熱伝導物質層３１の硬度は、例えば４０〜９０ＡｓｋｅｒＣである。

図５は、放熱板又は放熱フィンとＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図５に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０に形成された凸形状６０は、針状又は刃状である。また、凸形状６０の先端部６２は、ＴＩＭ３０の例えば樹脂バインダー等の低熱伝導物質層３１を突き破り、例えば金属フィラー等の高熱伝導性物質３２に突き刺している。

ここで、針状とは、凸形状６０の先端部６２が、例えば針のように鋭利な形状となっていることを意味する。また、刃状とは、凸形状６０の先端部６２が点ではなく、例えば図９で後述する凸条部６３のように稜線になっており、稜線を形成する角度が鋭く、鋭利な形状となっていることを意味する。

また、突き破るとは、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を凸形状６０の先端部６２が貫通することを意味し、突き刺すとは、凸形状６０の先端部６２がＴＩＭ３０の高熱伝導性物質３２に切り込んでいること、到達し、接触していることも含む。

図６は、放熱板又は放熱フィンのＴＩＭと接する面を拡大した断面図である。図６に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０は、プレス加工により形成された三角形の凸形状６０が複数個形成されている領域を有する。

また、三角形の凸形状６０の根元から先端部６２までの高さＬ１は、約５μｍである。なお、凸形状６０は、上から平面的に見た場合に例えば三角錐、四角錐、円錐等とすることができる。また、凸形状６０の硬度は、例えばビッカース硬度約４０〜１２０ＨＶである。

図７は、放熱板又は放熱フィンのＴＩＭと接する面を拡大した平面図である。プレス加工により形成された放熱板４０又は放熱フィン５０の凸形状６０を上から平面的に見た場合は例えば三角錐又は四角錘等となっている。

具体的には、図７（Ａ）は、凸形状が三角錐の例である。図７（Ａ）に示すように、放熱板４０がＴＩＭ３０に接する面には、複数の三角錐の凸形状６０が形成され、同一形状の凸形状６０が均等間隔に配列されている。また、図７（Ｂ）は、凸形状が四角錐の例である。

なお、凸形状６０の放熱板４０又は放熱フィン５０上の配置は均等間隔でなくても良く、凸形状６０の先端部６２が、高熱伝導性物質３２に突き刺さり、効率良く熱伝導性が高くなる配置であれば良い。

（図６に示す半導体パッケージ放熱用部品の変形例１）
図８は、図６に示す放熱板又は放熱フィンの変形例を示す断面図である。図８に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０がＴＩＭ３０と接する面において形成された複数個の凸形状６０の形は、図６に示した三角形に限らず、プレス加工により形成された、のこぎり形であっても良い。

（図６に示す半導体パッケージ放熱用部品の変形例２）
図９は、図６に示す放熱板又は放熱フィンの変形例を示す斜視図である。図９に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０がＴＩＭ３０に接する面において形成された複数個の凸形状６０の形は、プレス加工により形成された先端が刃状である三角柱の凸条部６３であっても良い。

また、図９に示す凸条部６３は、放熱板４０又は放熱フィン５０がＴＩＭ３０に接触する面に、平行方向に並列して形成されても良く、平行方向及び直角方向に配列して形成されても良く、様々な方向へ配列して形成されることが可能である。

上述したように、本実施形態では、放熱板４０又は放熱フィン５０のＴＩＭ３０と接する面に設けられた凸形状６０及び凸条部６３は、鋭利な形状の先端部６２を有し、先端部６２が、ＴＩＭ３０の樹脂バインダーを多く含む低熱伝導物質層３１を貫通している。これにより、凸形状６０等の先端部６２が、ＴＩＭ３０内部の、例えば金属フィラー、グラファイト、カーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質３２に接触する確率を上げることができる。

また、本実施形態では、凸形状６０の先端部６２と、ＴＩＭ３０内の高熱伝導性物質３２とが物理的に接触することにより、高熱伝導の経路が確保でき、ＴＩＭ３０と、放熱板４０又は放熱フィン５０との接触熱抵抗を減らすことが可能となる。これにより、熱伝導性が高くなるため、図３に示す半導体素子２０から発する熱を外部に放出する放熱性を良くすることが可能となる。

更に、本実施形態では、放熱板４０又は放熱フィン５０の表面積を増すことで、ＴＩＭ３０と放熱板４０又は放熱フィン５０との接触面積が増えるため、熱伝導をより効率良く行うことが可能となり、放熱性を更に良くすることが可能となる。

（半導体パッケージ放熱用部品の製造方法）
次に、上記した放熱板４０及び放熱フィン５０の製造方法について図１０〜図１２にしたがって説明する。

図１０は、半導体パッケージ放熱用部品の製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、まず、放熱板４０に凸形状６０を形成する（Ｓ２０〜２２）。Ｓ２０では、例えば無酸素銅にＮｉめっきが施された放熱板４０を用意する。

次に、Ｓ２２では、放熱板４０のＴＩＭ３０に接する面に対して、プレス加工により凸形状６０を形成する。このプレス加工の方法は公知の方法とする。本実施形態では、放熱板４０の上下両面に対して凸形状６０を形成する。

凸形状６０は、針状及び刃状の形状とし、例えば図３、図５〜図９に示した形状とする。なお、凸形状６０は、後述する放熱板４０をＴＩＭ３０に加圧したときに、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を突き破り、凸形状６０の先端部６２が高熱伝導性物質３２に突き刺さるような鋭利な形状とする。

より具体的には、上記図６、図８で示した凸形状の三角形及びのこぎり形の先端部６２をなす二辺の角度は、凸形状６０の硬度、後述する放熱板４０をＴＩＭ３０に加圧する圧力、低熱伝導物質層３１の厚さ及び硬度等により適宜変更する。このようにして、凸形状６０の先端部６２が、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に突き刺さるようにする。

同様に、凸形状６０の放熱板４０上の配置、配列の仕方、凸形状の個数も、後述する放熱板４０をＴＩＭ３０に加圧したときに、凸形状６０の先端部６２が、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に突き刺さるよう適宜変更する。

このようにして、放熱板４０に凸形状６０を形成する。なお、上記放熱部品処理工程Ｓ２０〜２２において、例えば無酸素銅の放熱板４０に凸形状６０を形成してから、Ｎｉめっきを施してもよい。

次に、放熱フィン５０に対しても同様に凸形状６０を形成する。放熱フィン５０に凸形状６０を形成する工程について説明する（Ｓ３０〜Ｓ３２）。

Ｓ３０では、例えばアルミニウム等の熱伝導率の良い放熱フィン５０を用意する。放熱フィン５０は、ヒートパイプが付いていても良い。次に、Ｓ３２では、放熱フィン５０のＴＩＭ３０に接する面に対して、プレス加工により凸形状６０を形成する。このプレス加工の方法は公知の方法とする。

具体的な凸形状６０の形状、凸形状６０の放熱フィン５０への配置、配列の仕方、個数は、Ｓ２２で放熱板４０に凸形状６０を形成するときと同様とする。このようにして、放熱フィン５０に凸形状６０を形成する。なお、この工程（Ｓ３０〜Ｓ３２）は、放熱板４０に凸形状６０を形成する工程（Ｓ２０〜Ｓ２２）と同時に又は予め別に行っておくことも可能である。

次に、凸形状６０を形成した放熱板４０と放熱フィン５０をＴＩＭ３０に装着する工程を、図１１を用いながら説明する（Ｓ４２〜Ｓ４６）。図１１は、半導体パッケージ放熱用部品装着工程を示す図である。ここで、ＴＩＭ３０を２つ用意する（ＴＩＭ３０Ａ、ＴＩＭ３０Ｂ）。

Ｓ４２では、ＴＩＭ３０Ａと放熱板４０を用意し、図１１（Ａ）に示すように、放熱板４０の上面に形成した凸形状６０をＴＩＭ３０Ａの下面に向けて、加圧する。次に、Ｓ４４では、放熱板４０の下面に設けた凸形状６０をＴＩＭ３０Ｂの上面に向けて、加圧する。

次に、Ｓ４６では、放熱フィン５０を用意し、図１１（Ａ）に示すように、放熱フィン５０の下面に形成した凸形状６０を、ＴＩＭ３０Ａの上面に向けて加圧する。

このようにして、図１１（Ｂ）に示すように、放熱板４０及び放熱フィン５０をＴＩＭ３０Ａ、Ｂにそれぞれ装着する。

なお、Ｓ４２から４６の工程で、加える圧力は、約０．５ＭＰａ〜５ＭＰａである。この圧力は、凸形状６０の先端部６２が、低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に突き刺さることができる圧力とする。具体的には、この圧力は、上記に示した放熱板４０の加工面の硬度（ビッカース硬度約４０〜１２０ＨＶ）、先端部６２の鋭さ、凸形状６０の密度、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１の厚さ（約４μｍ〜５μｍ）、硬さ（４０〜９０ＡｓｌｅｒＣ）等により適宜変更する。

次に、図１１（Ｃ）の放熱部品装着図にしたがって、半導体パッケージ実装工程について説明する。図１２は、半導体パッケージ実装工程を示すフローチャートである。図１２に示すように、Ｓ５０は、基板１０に半導体素子２０を実装する工程である。ここでは、基板１０上に半導体素子２０を配置した後、公知の方法で接着固定する。

次に、Ｓ５２は、Ｓ４６の処理により放熱部品製造工程で得られた放熱部品を半導体素子２０に接着する。具体的には、例えば図１１（Ｃ）に示すように、Ｓ４６において、放熱フィン５０、ＴＩＭ３０Ａ、放熱板４０を装着したＴＩＭ３０Ｂの下面と、Ｓ５０で基板上に実装した半導体素子２０の上面を合わせて、接着する。

これにより、上記図３に示した半導体パッケージが完成する。なお、上記順序は、適宜変更することができる。例えば、放熱板４０を装着したＴＩＭ３０Ｂの下面を、半導体素子２０の上面に接着した後、放熱板４０の上面にＴＩＭ３０Ａの下面を装着し、ＴＩＭ３０Ａの上面に、放熱フィン５０を装着してもよい。

上述した方法により製造された放熱板４０又は放熱フィン５０は、放熱板４０又は放熱フィン５０に設けられた凸形状６０が高熱伝導性物質３２と物理的に接触するため、高熱伝導の経路が確保され、放熱板４０又は放熱フィン５０と高熱伝導性物質３２との間の接触熱抵抗が低くなり、熱伝導性が高くなる。したがって半導体素子２０から発する熱を外部に放出する放熱性を良くすることが可能となる。

また、このように放熱板４０又は放熱フィン５０に凸形状６０を設けることにより、放熱板４０又は放熱フィン５０とＴＩＭ３０との間の接触面積が増加する。これにより、放熱板４０又は放熱フィン５０とＴＩＭ３０との熱伝導性がさらに高くなるため、放熱性をさらに良くすることができる。

（半導体パッケージ放熱用部品の製造方法の変形例１）
ここで、上記Ｓ２２及びＳ３２の工程でプレス加工によって形成した放熱板４０と放熱フィン５０の凸形状６０は、エッチングにより形成することもできる。エッチングの方法は公知の方法とするが、有機酸系マイクロエッチング剤を使用すると良い。

（半導体パッケージ放熱用部品の製造方法の変形例２）
上記Ｓ２２及びＳ３２工程でプレス加工によって形成した、放熱板４０と放熱フィン５０の凸形状６０は、めっきにより形成することもできる。図１３は、めっきにより形成された凸形状を有する粗面化された膜を示す図である。

図１３に示すように、めっきにより粗面化された粗面化膜７０は、針状の凸形状７２を有し、凸形状７２の先端部７４は、鋭利な形状となっている。粗面化膜７０を形成するめっきの方法は、電解めっきでも無電解めっきでも良い。

なお、凸形状７２の先端部７４は、上記製造方法のＳ４２〜Ｓ４６の工程において、放熱板４０と放熱フィン５０をそれぞれＴＩＭ３０Ａ、Ｂに向けて加圧するときに、先端部７４がＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に、突き刺すように鋭く形成する。

また、放熱板４０又は放熱フィン５０に粗面化膜７０を形成した後、Ｓ４２〜Ｓ４６においてＴＩＭ３０に加圧するときの圧力は、凸形状７２の先端部７４が、低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に突き刺さる程度とする。なお、Ｓ４２〜Ｓ４６における圧力は、凸形状７２の硬度、先端部７４の鋭利さ、放熱板４０又は放熱フィン５０上の凸形状７２の密度、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１の厚さ及び硬さ等により適宜変更する。

図１４は、図１３に示す放熱板又は放熱フィンとＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１４に示すように、上述しためっきにより放熱板４０又は放熱フィン５０に形成された粗面化膜７０上の凸形状７２の先端部７４は、ＴＩＭ３０の低熱伝導物質層３１を突き破り、高熱伝導性物質３２に突き刺している。

したがって、上述した方法により製造された放熱板４０又は放熱フィン５０は、放熱板４０又は放熱フィン５０に設けられた凸形状７２が高熱伝導性物質３２と物理的に接触するため、高熱伝導の経路が確保され、放熱板４０又は放熱フィン５０と高熱伝導性物質３２との間の接触熱抵抗が低くなり、熱伝導性が高くなる。これにより、半導体素子２０から発する熱を外部に放出する放熱性を良くすることが可能となる。

また、上述した方法により放熱板４０又は放熱フィン５０に凸形状７２を設けることにより、放熱板４０又は放熱フィン５０とＴＩＭ３０との間の接触面積が増加する。これにより、放熱板４０又は放熱フィン５０とＴＩＭ３０との熱伝導性がさらに高くなるため、放熱性をさらに良くすることができる。

（半導体パッケージ放熱用部品の変形例３）
図１５は、図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、粒形の高熱伝導性物質を含有したＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１５に示す放熱板４０又は放熱フィン５０には、凸形状７２を有する粗面化膜７０が形成されている。また、凸形状７２の先端部７４は、ＴＩＭ３０の樹脂バインダー等の低熱伝導物質層３１を突き破り、粒形の高熱伝導性物質３２である、例えば金属フィラー、グラファイト等のうち少なくとも１つからなる成形物に突き刺している。

（半導体パッケージ放熱用部品の変形例４）
図１６は、図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、線形の高熱伝導性物質を含有したＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１６に示す放熱板４０又は放熱フィン５０には、凸形状７２を有する粗面化膜７０が形成されている。また、凸形状７２の先端部７４は、ＴＩＭ３０の樹脂バインダー等の低熱伝導物質層３１を突き破り、線形の高熱伝導性物質３２である、例えば、カーボンナノチューブ等に突き刺している。なお、図１５及び図１６に示す凸形状７２は、図６又は図８に示す凸形状６０としても良い。

図１５、及び図１６に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０には、凸形状７２を有する粗面化膜７０が形成され、凸形状７２の先端部７４は、樹脂バインダーを多く含む低熱伝導物質層３１を貫通している。これにより、凸形状７２の先端部７４が、ＴＩＭ３０内部の、例えば金属フィラー、グラファイト、カーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質３２に接触する確率を上げることができる。また、凸形状７２の先端部７４と、ＴＩＭ３０内の高熱伝導性物質３２とが物理的に接触することにより、高熱伝導の経路が確保でき、ＴＩＭ３０と、放熱板４０又は放熱フィン５０との接触熱抵抗を減らすことが可能となる。

更に、放熱板４０又は放熱フィン５０の表面積を増すことで、ＴＩＭ３０と放熱板４０又は放熱フィン５０との接触面積が増えるため、熱伝導をより効率良く行うことが可能となる。

（半導体パッケージ放熱用部品の変形例５）
図１７は、樹脂シート内に金属やカーボン等のピラーを貫通させたＴＩＭを示す図である。図１７に示すように、ＴＩＭ３５は、樹脂シート３７内に金属やカーボン等のピラーである高熱伝導性物質３９を貫通させたシートである。

図１７の拡大図に示すように、樹脂シート３７と高熱伝導性物質３９の水平面における高さを比較すると、樹脂シート３７の樹脂面に対して、金属ピラーである高熱伝導性物質３９の方が窪んで、わずかに低くなっている。このため、例えば従来の放熱板を使用した場合に、放熱板とＴＩＭ３５との接触面には空気層ができて、接触熱抵抗が上がり、熱伝導性を低くしていた。

図１８は、図６に示す放熱板又は放熱フィンと、図１７に示すＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１８に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０におけるＴＩＭ３５との接触面は凸形状６０の領域を有している。したがって、放熱板４０又は放熱フィン５０は、凸形状６０の鋭い形状をした先端部６２が、ＴＩＭ３５における樹脂シート３７と高熱伝導性物質３９を突き刺している。

これにより、ＴＩＭ３５の高熱伝導性物質３９が樹脂シート３７よりも低くなっていたとしても、放熱板４０又は放熱フィン５０の凸形状６０の先端部６２は、高熱伝導性物質３９と物理的に接触するため、高熱伝導の経路が確保できる。また、放熱板４０又は放熱フィン５０の凸形状６０により、高熱伝導性物質３９との間の接触面積が増加し、熱伝導をより効率良く行うことが可能となる。よって半導体素子２０から発する熱を外部に放出する放熱性能を良くすることが可能となる。

（半導体パッケージ放熱用部品の変形例６）
図１９は、カーボンナノチューブを熱伝導方向に配列させ樹脂で成形してシート状にしたＴＩＭと、従来の放熱板との接触面を拡大した断面図である。図１９に示すように、放熱板４００の表面の形状の起伏は、カーボンナノチューブのような線状の長さにバラツキのある高熱伝導性物質３２に対して小さい。そのため、長さの短いカーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質３２が放熱板４００の表面に到達できず、放熱板４００の表面と、高熱伝導性物質３２との間に空間６００が生じている。

したがって、放熱板４００の表面と、高熱伝導性物質３２との間の熱抵抗が大きくなり熱伝導性が低くなるため、放熱性が良くなかった。

図２０は、図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、図１９に示すＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図２０に示すように、放熱板４０又は放熱フィン５０の凹凸加工表面に凸形状７２を有する粗面化膜７０が形成されている。なお、凸形状７２は、図６又は図８に示す凸形状６０としても良い。

図２０に示すように、凸形状７２の先端部７４は、ＴＩＭ３０の内部又はＴＩＭ３０の表面にある、例えば金属フィラーやカーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質３２に突き刺している。

したがって、凸形状７２の先端部７４が、ＴＩＭ３０の内部又はＴＩＭ３０の表面にある、例えば金属フィラーやカーボンナノチューブ等の高熱伝導性物質３２に接触する確率を上げることができ、熱伝導性を向上させることが可能となる。

また、放熱板４０又は放熱フィン５０の表面積を増すことで、ＴＩＭ３０と放熱板４０又は放熱フィン５０との接触面積が増えるため、熱伝導をより効率良く行うことが可能となる。

上述したように、本発明によれば、熱伝導性が高く放熱性の良い半導体パッケージ放熱用部品を提供することを可能とする。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は、上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能なものである。

半導体パッケージに従来の放熱部品を装着した例を示す断面図である。高熱伝導性物質を含有した熱伝導部材と従来の放熱部品との接触面を示す断面図である。本実施形態に係る放熱板及び放熱フィンを半導体パッケージに装着した断面図である。低熱伝導物質層と高熱伝導性物質からなるＴＩＭの断面図である。放熱板又は放熱フィンとＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。放熱板又は放熱フィンのＴＩＭと接する面を拡大した断面図である。放熱板又は放熱フィンのＴＩＭと接する面を拡大した平面図である。図６に示す放熱板又は放熱フィンの変形例を示す断面図である。図６に示す放熱板又は放熱フィンの変形例を示す斜視図である。半導体パッケージ放熱用部品の製造工程を示すフローチャートである。半導体パッケージ放熱用部品装着工程を示す図である。半導体パッケージ実装工程を示すフローチャートである。めっきにより形成された凸形状を有する粗面化された膜を示す図である。図１３に示す放熱板又は放熱フィンとＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、粒形の高熱伝導性物質を含有したＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、線形の高熱伝導性物質を含有したＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。樹脂シート内に金属やカーボン等のピラーを貫通させたＴＩＭを示す図である。図６に示す放熱板又は放熱フィンと、図１７に示すＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。カーボンナノチューブを熱伝導方向に配列させ樹脂で成形してシート状にしたＴＩＭと、従来の放熱板との接触面を拡大した断面図である。図１３に示す放熱板又は放熱フィンと、図１９に示すＴＩＭとの接触面を拡大した断面図である。

１０，１００基板
２０，２００半導体素子
３０，３５，３００ＴＩＭ（熱伝導部材）
３１，３７，３０１低熱伝導物質層
３２、３９，３０２高熱伝導性物質
４０，４００放熱板（ヒートシンク）
５０，５００放熱フィン
６０，７２凸形状
７０粗面化膜
６２，７４先端部

Claims

半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、
前記凸形状の先端部は、前記高熱伝導性物質に突き刺しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品。
半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、
前記熱伝導部材の当該半導体パッケージ放熱用部品と接する面は、低熱伝導物質層を有し、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記低熱伝導物質層と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、
前記凸形状の先端部は、前記低熱伝導物質層を突き破り、前記高熱伝導性物質に突き刺しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品。
半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品であって、
前記熱伝導部材は、熱伝導方向に配列させたカーボンナノチューブを有し、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面は、針状又は刃状の凸形状の領域を有し、
前記凸形状の先端部は、前記高熱伝導性物質に突き刺していることを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品。
半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、プレス加工又はマイクロエッチングにより、針状又は刃状の凸形状の領域を形成する工程と、
前記針状又は刃状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法。
半導体パッケージ上に配置され、高熱伝導性物質を含有した樹脂を主成分とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、粗面化された表面を形成するめっきにより、針状の凸形状を有する粗面化された膜を形成する工程と、
前記針状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法。
半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、プレス加工又はマイクロエッチングにより、針状又は刃状の凸形状の領域を形成する工程と、
前記針状又は刃状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法。
半導体パッケージ上に配置され、半導体パッケージ放熱用の高熱伝導性物質を有した熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法であって、
当該半導体パッケージ放熱用部品の前記熱伝導部材と接する面に、粗面化された表面を形成するめっきにより、針状の凸形状を有する粗面化された膜を形成する工程と、
前記針状の凸形状の先端部を、加圧により、前記高熱伝導性物質に突き刺す工程を有しており、
前記高熱伝導性物質は、金属フィラー、カーボンフィラー、グラファイト、及びカーボンナノチューブのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする熱伝導部材を有する半導体パッケージ放熱用部品の製造方法。