JPH05109947A

JPH05109947A - 熱伝導材料とその製造方法

Info

Publication number: JPH05109947A
Application number: JP29249591A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Nakamura; 恭之中村; Makoto Kawakami; 川上　　誠
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1991-10-12
Filing date: 1991-10-12
Publication date: 1993-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】小さな孔を多数個穿孔したコバール板１の下
面に再結晶温度以上に加熱した銅板３を圧接機１２で圧
接し、さらに上面に別の銅板６を圧接機１３で圧接する
ことにより、小さな圧下率で高い接合強度を得て、予め
選定したコバール板１表面上の銅露出面４（貫通孔）と
の表面積比を変動させることなく、所定の熱膨張係数及
び熱伝導率を得る。

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、厚み方向に多数の貫通孔を設けた
低熱膨張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加
熱した高熱膨張金属板を圧接した２層材、あるいはさら
に低熱膨張金属板の他面に高熱膨張金属板を圧接した３
層材を直接あるいは適宜高熱膨張金属板を介在させて圧
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。

【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、厚み方向に
多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温また
は再結晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板が圧接され
た後、他面にも高熱膨張金属板が圧接されたことを特徴
とする熱伝導材料である。

【００１４】また、この発明は、厚み方向に多数の貫通
孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温または再結晶温
度以上に加熱した高熱膨張金属板を圧接して前記貫通孔
から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出させて一
体化した後、低熱膨張金属板の他面に高熱膨張金属板を
圧接し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、厚み方向に多数の貫通
孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温または再結晶温
度以上に加熱した高熱膨張金属板を圧接して前記貫通孔
から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出させて一
体化した２層材を、常温または再結晶温度以上に加熱し
た高熱膨張金属板の両面に低熱膨張金属板側を当接させ
て圧接したことを特徴とする熱伝導材料並びにその製造
方法である。

【００１６】また、この発明は、厚み方向に多数の貫通
孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温または再結晶温
度以上に加熱した高熱膨張金属板を圧接して前記貫通孔
から高熱膨張金属を低熱膨張金属板表面に露出させて一
体化した後、低熱膨張金属板の他面に高熱膨張金属板を
圧接した３層材同士を、冷間または高熱膨張金属板の再
結晶温度以上に加熱して、直接あるいは常温または再結
晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板を介在させて圧接
したことを特徴とする熱伝導材料並びにその製造方法で
ある。

【００１７】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ｔ
₂ 、及び高熱膨張金属箔層の厚みｔ₃ が、ｔ₁ ＝１ｔ₂ 〜５ｔ₂ 、ｔ₃ ≦１／１０ｔ₂ ｔ₁＋ｔ₂＝０．１〜３０ｍｍ、ｔ₃＝２〜１００μｍを満足することが好ましい。

【００１８】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、厚み方向に多数の貫通孔を設けて片面または両面に
高熱膨張金属箔を圧接した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、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。

【００１９】

【作用】この発明による熱伝導材料は、厚み方向に多数
の貫通孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温または再
結晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板を圧接した２層
材同士を高熱膨張金属板を介在させて圧接するか、ある
いは前記２層材の低熱膨張金属板面に高熱膨張金属板を
圧接した３層材をそのまま用いるか、さらに３層材同士
を直接あるいは適宜高熱膨張金属板を介在させて圧接し
た５層材構成であることを特徴とし、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。

【００２０】また、この発明は製造法的には厚み方向に
多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板の片面に高熱膨張
金属板を圧接して２層材を出発素材として、高熱膨張金
属板や前記３層材を組み合せて圧接積層するため、得ら
れた熱伝導材料の外表面層の高熱膨張金属表面が均質で
すぐれた性状を有し、かつ低熱膨張金属との密着強度に
すぐれている。さらにこの発明による熱伝導材料は、基
本的に３層で構成されるため、欠陥発生率が少なく、ま
た製造工程が簡単で生産性よく安価に提供できる。

【００２１】この発明による熱伝導材料は、厚み方向に
多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板の一方面に、高熱
膨張金属板を圧接する際に、特に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、またさらに前記２層
材、３層材同士の圧接に際して低熱膨張金属板に圧接し
た高熱膨張金属材料同士あるいは貫通孔から露出した高
熱膨張金属と介在させる高熱膨張金属板とで圧接される
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。詳述すると、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低熱膨張金属他方表面に露
出して貫通孔内に空気溜まりなどの隙間を発生させるこ
となく、後に低熱膨張金属板の他面に圧接する高熱膨張
金属板と上記の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、厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱
膨張金属板に加熱高熱膨張金属板を圧接した２層材同士
の圧接、または２層材の低熱膨張金属板に高熱膨張金属
板を圧接する際、さらに得られた３層材同士の直接また
は高熱膨張金属板を介在させての圧接の際、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、高熱膨張
金属同士の拡散一体化が可能で圧接強度が極めてすぐれ
ている。さらに、高熱膨張金属の流動性がよく貫通孔へ
の回り込みが良好となり、後に圧接する最外層の高熱膨
張金属板厚みを高熱膨張金属材料をめっきした場合と同
程度まで薄くすることができる。

【００２２】この発明による熱伝導材料は、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。

【００２３】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、Ｃ
ｕ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、３０〜５０ｗ
ｔ％Ｎｉを含有するＮｉ−Ｆｅ系合金、２５〜３５ｗ
ｔ％Ｎｉ、４〜２０ｗｔ％Ｃｏを含有するＮｉ−Ｃ
ｏ−Ｆｅ系合金、Ｗなどを用いることができる。最外層
の高熱膨張金属板には、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。

【００２４】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
ｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。

【００２５】また、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０．５ｍ
ｍ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、圧延率は全て冷間の場合は６０％程度必要であ
り、高熱膨張金属板を加熱する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。

【００２６】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３層材
の例であり、厚み方向に多数の貫通孔２を有するコバー
ル板１の両面に銅板３が圧接された構成からなる。

【００２７】低熱膨張金属のコバール板１には板厚み方
向に同一寸法の貫通孔２が形成されて、コバール板１の
一方面に圧接した高熱膨張金属の銅板３の銅材が貫通孔
２を嵌入してコバール板１の他面に銅露出面４を形成
し、同面に圧接した銅板６と拡散一体化している。ま
た、ここでは板厚み方向に同一寸法の貫通孔２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。

【００２８】この３層材において、コバール板１の両面
に圧接される銅板３，６の各々の厚み及び銅露出面４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ができる。さら
に、この３層材をそのまま利用する場合に銅板３の最外
層に、用途やさらに被着する薄膜層材質を考慮してＣ
ｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などを選定でき、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。

【００２９】上述の銅板とコバール板の３層材熱伝導材
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１をコイルから巻き戻して、プレス機
１０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たのち、ルーパー装置にて所要
長さがストックされ、さらにコバール板１の下面にコイ
ルから巻き戻されて再結晶温度以上に加熱炉１１にて加
熱した銅板３を圧接機１２で圧接して２層材５を得る。
さらに、２層材５のコバール板１の上面にコイルから巻
き戻された別の銅板６を圧接機１３で圧接することによ
り、コバール板１の両面に銅板３，６を圧接した３層材
７を得る。なお、コバール板１は先にプレス機１０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
して網目状となした後焼鈍し、さらに表面処理を施して
コイルに巻き取っておくことができる。また、２層材５
への別の銅板６の圧接に際して、銅板６を再結晶温度以
上に加熱しておくことにより、銅材の拡散一体化が得ら
れる。

【００３０】銅板とコバール板の３層材熱伝導材料は、
貫通孔を有するコバール板１への銅板３の圧接に際し
て、銅板３を再結晶温度以上に加熱すれば、小さな圧下
力で銅板３がコバール板１の貫通孔２内に嵌入してコバ
ール板１の他表面に露出し、高い圧接強度が得られ、コ
バール板１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１表面における銅露出面４とコバール
板１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。

【００３１】また、この３層材７は、上述の如く製造工
程が簡単で、欠陥発生率が極めて少なく、このまま基板
やリードフレームなどに利用するほか、図３のＢに示す
如く、３層材７同士をそのままあるいは銅板３，６を再
結晶温度以上に加熱して圧接することにより、銅板とコ
バール板の５層材熱伝導材料を得ることができる。ま
た、３層材７同士の間に銅板などの常温または再結晶温
度以上に加熱した高熱膨張金属板を介在させて圧接する
ことにより５層材熱伝導材料を得ることができる。

【００３２】さらに、コバール板１の一方面に銅板３を
圧接して、他面に銅露出面４を有する図１の工程で最初
に得た２層材５を用いて、図３のＡに示す如く、コバー
ル板１の銅露出面４同士を常温または再結晶温度以上に
加熱した高熱膨張金属板８を介在させて圧接することに
より、銅板とコバール板の５層材熱伝導材料を得ること
ができる。なお、上記の２層材５を得るのに、圧接時に
銅板３を再結晶温度以上に加熱したが、常温で圧接して
得た後に低温焼鈍を施し、さらに常温または再結晶温度
以上に加熱した高熱膨張金属板８を介在させて圧接する
こともできる。

【００３３】前述の３層材７と同様のように、得られた
多層材熱伝導材料は、２層材５または３層材７のコバー
ル板１、銅板３，６、介在させる高熱膨張金属板８の各
々の厚み及び銅露出面４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。

【００３４】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。

【００３５】

【実施例】板厚０．２５ｍｍ、板幅５０ｍｍのコバー
ル板（２９Ｎｉ−１６Ｃｏ−Ｆｅ合金）に、孔径１．０
ｍｍ、圧延方向孔間隔２．０ｍｍ、幅方向孔間隔２．０
ｍｍで多数の穿孔を施し、９００℃で焼鈍してワイヤ
ーブラッシングした後コイルに巻き取った。なお、コバ
ール板の３０〜２００°Ｃにおける平均熱膨張係数は
５．２×１０^-6／°Ｃであった。

【００３６】ワイヤーブラッシングした後、Ｎ₂雰囲気
で９５０℃に加熱した板厚０．５ｍｍ、板幅５０ｍｍの
Ｃｕ板を、前記コイルから巻き戻したコバール板に重ね
て、Ｎ₂雰囲気中の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、銅箔表面の所要位置に銅板が
部分的に露出して一体化した板厚０．３ｍｍの２層材
を得た。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２．０ｍ
ｍ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。

【００３７】さらに、Ｃｕ露出面側に板厚０．０５ｍ
ｍ、板幅５０ｍｍのＣｕ箔を圧接して、表層に２０μｍ
のＣｕ層を有し、板厚み０．３ｍｍの３層材を得た。圧
延率は１５％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２３０ｗ／ｍ
・Ｋ、及び各主面における熱膨張係数は８×１０^-6／℃
であった。

【００３８】得られた３層の熱伝導材料を１０００℃、
５分間、水素雰囲気焼鈍後、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。

【００３９】前記３層の熱伝導材料の２枚の間にＮ₂雰
囲気で９５０℃に加熱した板厚０．２５ｍｍ、板幅５
０ｍｍのＣｕ板を介在させて、同雰囲気中で圧接積層し
て全体厚み０．８ｍｍの放熱基板となした。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。

【００４０】

【発明の効果】この発明による熱伝導材料は、厚み方向
に多数の貫通孔を設けた低熱膨張金属板の片面に常温ま
たは再結晶温度以上に加熱した高熱膨張金属板を圧接し
た２層材同士を高熱膨張金属板を介在させて圧接する
か、あるいは前記２層材の低熱膨張金属板面に高熱膨張
金属板を圧接した３層材をそのまま用いるか、さらに３
層材同士を直接あるいは適宜高熱膨張金属板を介在させ
て圧接することにより、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。

【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】Ａ，Ｂともにこの発明による多層熱伝導材料の
構成と工程を示す縦断説明図である。

【符号の説明】

１コバール板２貫通孔３，６銅板４銅露出面５２層材７３層材８高熱膨張金属板１０プレス機１１加熱装置１２，１３圧接ロール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板が圧接された後、他面にも高熱膨張金属
板が圧接されたことを特徴とする熱伝導材料。
【請求項２】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板を圧接した２層材同士の低熱膨張金属板
側が、常温または再結晶温度以上に加熱した高熱膨張金
属板を介在させて圧接一体化されたことを特徴とする熱
伝導材料。
【請求項３】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板を圧接し他面に高熱膨張金属板を圧接し
た３層材同士が、直接あるいは常温または再結晶温度以
上に加熱した高熱膨張金属板を介在させて圧接一体化さ
れたことを特徴とする熱伝導材料。
【請求項４】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板を圧接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て一体化した後、低熱
膨張金属板の他面に高熱膨張金属板を圧接したことを特
徴とする熱伝導材料の製造方法。
【請求項５】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板を圧接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て一体化した２層材
を、常温または再結晶温度以上に加熱した高熱膨張金属
板の両面に低熱膨張金属板側を当接させて圧接したこと
を特徴とする熱伝導材料の製造方法。
【請求項６】厚み方向に多数の貫通孔を設けた低熱膨
張金属板の片面に常温または再結晶温度以上に加熱した
高熱膨張金属板を圧接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て一体化した後、低熱
膨張金属板の他面に高熱膨張金属板を圧接した３層材同
士を、冷間または高熱膨張金属板の再結晶温度以上に加
熱して、直接あるいは常温または再結晶温度以上に加熱
した高熱膨張金属板を介在させて圧接したことを特徴と
する熱伝導材料の製造方法。