JP2000022055A - 炭素繊維複合放熱板 - Google Patents
炭素繊維複合放熱板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱膨張率が小さく、低コストで、かつ表面に
平行な方向への熱伝導性（ヒートスプレッダー性）に優
れ、特に、半導体素子の大きさに較べて放熱板の面積を
広く取れる箇所に使用するのに適した炭素繊維複合放熱
板を提供する。 【解決手段】 炭素繊維６が表面に平行にかつ一方向に
配列して複合された炭素繊維複合板２に厚さ１００μｍ
以下の金属部材層４が金属下地層３を介して被覆されて
いる。 【効果】 表面に平行な方向への熱伝導性が良好なため
半導体素子の大きさに較べて広い面積の放熱板として用
いて熱放散効率に優れる。また炭素繊維は熱膨張率が半
導体素子なみに小さいため半導体素子の剥がれや性能不
良が起き難い。また金属部材層の被覆により気密性や封
止性が改善される。金属部材層の厚さを１００μｍ以下
に薄く規定するため金属部材層の半導体素子に及ぼす影
響が小さく半導体素子の剥がれなどが起き難い。
平行な方向への熱伝導性（ヒートスプレッダー性）に優
れ、特に、半導体素子の大きさに較べて放熱板の面積を
広く取れる箇所に使用するのに適した炭素繊維複合放熱
板を提供する。 【解決手段】 炭素繊維６が表面に平行にかつ一方向に
配列して複合された炭素繊維複合板２に厚さ１００μｍ
以下の金属部材層４が金属下地層３を介して被覆されて
いる。 【効果】 表面に平行な方向への熱伝導性が良好なため
半導体素子の大きさに較べて広い面積の放熱板として用
いて熱放散効率に優れる。また炭素繊維は熱膨張率が半
導体素子なみに小さいため半導体素子の剥がれや性能不
良が起き難い。また金属部材層の被覆により気密性や封
止性が改善される。金属部材層の厚さを１００μｍ以下
に薄く規定するため金属部材層の半導体素子に及ぼす影
響が小さく半導体素子の剥がれなどが起き難い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピューターの
集積回路（ＭＰＵ、ＣＰＵ、ＤＲＡＭなど）やパワート
ランジスタに使用される半導体素子などの発熱を放散す
るための炭素繊維複合放熱板に関する。
集積回路（ＭＰＵ、ＣＰＵ、ＤＲＡＭなど）やパワート
ランジスタに使用される半導体素子などの発熱を放散す
るための炭素繊維複合放熱板に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピューターの高性能化、特に
高速化が著しい。前記高速化は、半導体集積回路の高周
波数化により実現されたが、それに伴って半導体素子な
どの発熱量が増大し、その熱放散が重要課題になってい
る。半導体素子の熱放散は、例えば、図３に示すよう
に、半導体パッケージ８の外周の一部を放熱板１で構成
し、放熱板１の内面に半導体素子10を接着剤で接合して
行われている。図３で、９は半導体素子10と回路基板11
を電気接続するボンディングワイヤ、12はセラミック封
止体、13は入出力端子である。
高速化が著しい。前記高速化は、半導体集積回路の高周
波数化により実現されたが、それに伴って半導体素子な
どの発熱量が増大し、その熱放散が重要課題になってい
る。半導体素子の熱放散は、例えば、図３に示すよう
に、半導体パッケージ８の外周の一部を放熱板１で構成
し、放熱板１の内面に半導体素子10を接着剤で接合して
行われている。図３で、９は半導体素子10と回路基板11
を電気接続するボンディングワイヤ、12はセラミック封
止体、13は入出力端子である。
【０００３】前記放熱板に、銅やアルミの金属板を用い
ると、前記金属板は熱膨張率が大きいため熱膨張率が小
さい半導体素子（シリコン素子など）との間に熱応力が
生じて、半導体素子が剥がれたり、性能不良を起こした
りする。一方、熱膨張率が小さい材料として、銅／タン
グステン複合材、金属被覆ＣＢＮ焼結体、窒化アルミニ
ウム、ダイヤモンドなどがあるが、いずれも高価であ
る。このうち銅／タングステン複合材は一部で実用され
ているが、重いうえ、放熱性が不十分といった問題があ
る。このようなことから、炭素母板の厚さ方向に高熱伝
導性の炭素繊維を配列して複合し、さらに表面に金属部
材層を被覆して気密性を持たせた放熱板が提案された。
ると、前記金属板は熱膨張率が大きいため熱膨張率が小
さい半導体素子（シリコン素子など）との間に熱応力が
生じて、半導体素子が剥がれたり、性能不良を起こした
りする。一方、熱膨張率が小さい材料として、銅／タン
グステン複合材、金属被覆ＣＢＮ焼結体、窒化アルミニ
ウム、ダイヤモンドなどがあるが、いずれも高価であ
る。このうち銅／タングステン複合材は一部で実用され
ているが、重いうえ、放熱性が不十分といった問題があ
る。このようなことから、炭素母板の厚さ方向に高熱伝
導性の炭素繊維を配列して複合し、さらに表面に金属部
材層を被覆して気密性を持たせた放熱板が提案された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記放熱板は
熱放散性が厚さ方向には優れるが、表面に平行な方向に
劣り、そのため半導体素子の大きさに較べて放熱板の面
積が広いときに熱放散効率が悪く、その用途は放熱板の
面積を広く取れない箇所に限られる。また炭素繊維が厚
さ方向に配列しているため表面に平行な方向に割れが生
じ易いという問題がある。本発明は、熱膨張率が小さ
く、低コストで、かつ表面に平行な方向への熱伝導性
（ヒートスプレッダー性）に優れ、特に、半導体素子の
大きさに較べて放熱板の面積を広く取れる箇所に使用す
るのに適した炭素繊維複合放熱板の提供を目的とする。
熱放散性が厚さ方向には優れるが、表面に平行な方向に
劣り、そのため半導体素子の大きさに較べて放熱板の面
積が広いときに熱放散効率が悪く、その用途は放熱板の
面積を広く取れない箇所に限られる。また炭素繊維が厚
さ方向に配列しているため表面に平行な方向に割れが生
じ易いという問題がある。本発明は、熱膨張率が小さ
く、低コストで、かつ表面に平行な方向への熱伝導性
（ヒートスプレッダー性）に優れ、特に、半導体素子の
大きさに較べて放熱板の面積を広く取れる箇所に使用す
るのに適した炭素繊維複合放熱板の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
炭素繊維が表面（即ち、厚さ方向に垂直な面）に平行に
かつ一方向に配列して複合された炭素繊維複合板に厚さ
１００μｍ以下の金属部材層が金属下地層を介して被覆
されていることを特徴とする炭素繊維複合放熱板であ
る。
炭素繊維が表面（即ち、厚さ方向に垂直な面）に平行に
かつ一方向に配列して複合された炭素繊維複合板に厚さ
１００μｍ以下の金属部材層が金属下地層を介して被覆
されていることを特徴とする炭素繊維複合放熱板であ
る。
【０００６】請求項２記載の発明は、炭素繊維複合板の
全面に金属部材層が金属下地層を介して被覆されている
ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維複合放熱板で
ある。
全面に金属部材層が金属下地層を介して被覆されている
ことを特徴とする請求項１記載の炭素繊維複合放熱板で
ある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図を参照して具体
的に説明する。図１は本発明の放熱板の第１の実施形態
を示す縦断面図である。本発明の放熱板１は、炭素繊維
複合板２の表面に金属下地層３および金属部材層４が順
に被覆されたものであり、前記炭素繊維複合板２は母材
５に炭素繊維６が複合板２の表面（半導体素子の接合
面）に平行にかつ１方向に配列して複合されたものであ
る。厚さは０．５〜４ｍｍ程度である。
的に説明する。図１は本発明の放熱板の第１の実施形態
を示す縦断面図である。本発明の放熱板１は、炭素繊維
複合板２の表面に金属下地層３および金属部材層４が順
に被覆されたものであり、前記炭素繊維複合板２は母材
５に炭素繊維６が複合板２の表面（半導体素子の接合
面）に平行にかつ１方向に配列して複合されたものであ
る。厚さは０．５〜４ｍｍ程度である。
【０００８】前記母材には、炭素、シリコンカーバイト
などのセラミックス、金属シリコン、Ａｌ、Ａｌ合金な
ど種々のものが用いられるが、特に、炭素は薄板に切削
加工するまでの加工費が安く望ましい。
などのセラミックス、金属シリコン、Ａｌ、Ａｌ合金な
ど種々のものが用いられるが、特に、炭素は薄板に切削
加工するまでの加工費が安く望ましい。
【０００９】前記母材に複合する炭素繊維は長さ方向に
おいて高熱伝導性のため、前記複合板の表面に平行な方
向（炭素繊維の配列方向）の熱伝導率は、銀、銅、アル
ミニウムなどの金属材料より大きくできる。例えば、液
晶ピッチを原料とし３０００℃で熱処理したピッチ系炭
素繊維は長さ方向の熱伝導率が１０００Ｗ／ｍ・ｋ以上
あり、この炭素繊維を１方向に６０体積％複合した複合
板の炭素繊維配列方向の熱伝導率は母材の種類に関係な
く５００Ｗ／ｍ・ｋ以上になる。
おいて高熱伝導性のため、前記複合板の表面に平行な方
向（炭素繊維の配列方向）の熱伝導率は、銀、銅、アル
ミニウムなどの金属材料より大きくできる。例えば、液
晶ピッチを原料とし３０００℃で熱処理したピッチ系炭
素繊維は長さ方向の熱伝導率が１０００Ｗ／ｍ・ｋ以上
あり、この炭素繊維を１方向に６０体積％複合した複合
板の炭素繊維配列方向の熱伝導率は母材の種類に関係な
く５００Ｗ／ｍ・ｋ以上になる。
【００１０】本発明において、金属下地層は複合板と金
属部材層を接合する作用を果たす。この金属下地層には
銀ろう、Ｎｉろう、銅ろうなどの金属ろうが使用され
る。前記金属ろうは、複合板の母材が炭素の場合にも良
好に密着し、特にＡｇ−Ｔｉ系合金の活性ろうは密着性
に優れる。前記活性ろう（溶融温度８００℃以下）は、
例えば、複合板上にＴｉを蒸着し、その上にＡｇを蒸着
し、その後熱処理することにより形成される。 前記活
性ろうはＴｉが酸化し易いため真空中またはアルゴンガ
ス中などの非酸化性雰囲気でろう付けする。Ｎｉろうや
銅ろう（いずれも溶融温度８００℃以上）は水素雰囲気
でろう付けできるため連続処理が可能である。
属部材層を接合する作用を果たす。この金属下地層には
銀ろう、Ｎｉろう、銅ろうなどの金属ろうが使用され
る。前記金属ろうは、複合板の母材が炭素の場合にも良
好に密着し、特にＡｇ−Ｔｉ系合金の活性ろうは密着性
に優れる。前記活性ろう（溶融温度８００℃以下）は、
例えば、複合板上にＴｉを蒸着し、その上にＡｇを蒸着
し、その後熱処理することにより形成される。 前記活
性ろうはＴｉが酸化し易いため真空中またはアルゴンガ
ス中などの非酸化性雰囲気でろう付けする。Ｎｉろうや
銅ろう（いずれも溶融温度８００℃以上）は水素雰囲気
でろう付けできるため連続処理が可能である。
【００１１】本発明において、金属部材層は、半導体パ
ッケージを組立てるときや使用中に複合板が破損した
り、反ったりするのを防止し、また母材が炭素の場合
は、厚さ方向に貫通する微細孔を封止し、剥離炭素粉に
よる汚染を防止し、加熱冷却が繰り返されたときのガス
の吸着を防止する作用がある。前記金属部材層は、通
常、炭素繊維複合板の全面に被覆する。少なくとも表裏
両面に被覆する。そうしないと母材と金属部材層の熱膨
張率差から反りが生じる。また被覆にあたっては、反り
防止のため、金属部材は複合板の表裏両面に同時に被覆
すること、表裏両面に同種の金属部材層を被覆すること
が望ましい。
ッケージを組立てるときや使用中に複合板が破損した
り、反ったりするのを防止し、また母材が炭素の場合
は、厚さ方向に貫通する微細孔を封止し、剥離炭素粉に
よる汚染を防止し、加熱冷却が繰り返されたときのガス
の吸着を防止する作用がある。前記金属部材層は、通
常、炭素繊維複合板の全面に被覆する。少なくとも表裏
両面に被覆する。そうしないと母材と金属部材層の熱膨
張率差から反りが生じる。また被覆にあたっては、反り
防止のため、金属部材は複合板の表裏両面に同時に被覆
すること、表裏両面に同種の金属部材層を被覆すること
が望ましい。
【００１２】金属部材層には、金属下地層との濡れ性が
良く、金属下地層より溶融温度が高く、かつ熱伝導性に
優れる材料、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｔｉ系合金、銅、モリ
ブデン、ステンレス、ニッケル合金、クロム合金、コバ
ール、４２アロイなどの箔、板、放熱フィンなどが適用
される。このうち、接合性の点からは、Ａｇ、Ａｇ−Ｔ
ｉ系合金が望ましく、熱膨張率の点からはモリブデン、
コバール、４２アロイなどが望ましい。前記金属部材層
は熱膨張率や弾性率が大きいため、あまり厚いと温度変
化時に半導体素子やセラミックス封止材などとの接合部
分が熱応力により剥離することがある。このため本発明
では、金属部材層の厚さは１００μｍ以下に規定する。
特には６０μｍ以下が望ましい。なお、下限は、その効
果を得るために５μｍ以上が望ましい。炭素繊維複合板
は、０．８ｍｍより薄くすることが困難で、放熱板全体
の厚さを薄くする場合は金属部材層もできるだけ薄く形
成する必要がある。
良く、金属下地層より溶融温度が高く、かつ熱伝導性に
優れる材料、例えばＡｇ、Ａｇ−Ｔｉ系合金、銅、モリ
ブデン、ステンレス、ニッケル合金、クロム合金、コバ
ール、４２アロイなどの箔、板、放熱フィンなどが適用
される。このうち、接合性の点からは、Ａｇ、Ａｇ−Ｔ
ｉ系合金が望ましく、熱膨張率の点からはモリブデン、
コバール、４２アロイなどが望ましい。前記金属部材層
は熱膨張率や弾性率が大きいため、あまり厚いと温度変
化時に半導体素子やセラミックス封止材などとの接合部
分が熱応力により剥離することがある。このため本発明
では、金属部材層の厚さは１００μｍ以下に規定する。
特には６０μｍ以下が望ましい。なお、下限は、その効
果を得るために５μｍ以上が望ましい。炭素繊維複合板
は、０．８ｍｍより薄くすることが困難で、放熱板全体
の厚さを薄くする場合は金属部材層もできるだけ薄く形
成する必要がある。
【００１３】本発明の放熱板は、高熱伝導性の炭素繊維
を表面に平行に配列したものなので、表面に平行な方向
への熱伝導性に優れ半導体素子の発熱が良好に放散さ
れ、また表面方向の弾性率が小さいため半導体素子に歪
みが生じ難い。また下地層に高温ろう（溶融温度８００
℃以上）を用いれば、セラミック封止材などとの接合に
高温半田が使用できる。例えば、金属下地層にＮｉろう
またはＣｕろうを用いれば、セラミック封止材との接合
に銀ろうが使用できる。この場合、銀ろうは電気抵抗が
低いため大電流の流れるパワートランジスタにも使用で
きる。
を表面に平行に配列したものなので、表面に平行な方向
への熱伝導性に優れ半導体素子の発熱が良好に放散さ
れ、また表面方向の弾性率が小さいため半導体素子に歪
みが生じ難い。また下地層に高温ろう（溶融温度８００
℃以上）を用いれば、セラミック封止材などとの接合に
高温半田が使用できる。例えば、金属下地層にＮｉろう
またはＣｕろうを用いれば、セラミック封止材との接合
に銀ろうが使用できる。この場合、銀ろうは電気抵抗が
低いため大電流の流れるパワートランジスタにも使用で
きる。
【００１４】本発明にて用いる炭素繊維複合板は次のよ
うにして製造される。母材が炭素の場合は、一方向に配
列した炭素繊維の束に、固体のピッチ或いはコークスな
どの微粉体を分散した熱硬化性樹脂溶液（フェノール樹
脂をフルフリルアルコールに溶かしたものなど）を含浸
させ、次いで溶媒を乾燥除去して炭素母材前駆体に炭素
繊維が一方向に配列したシート状物（プリプレグ）を作
り、このシート状物を炭素繊維が一方向に向くように多
数枚積層し、この積層体を加圧下で加熱して熱硬化性樹
脂を硬化させ、次いで不活性雰囲気中で高温焼成してフ
ェノール樹脂と、ピッチ或いはコークスの微粉体を炭素
化して炭素−炭素繊維複合ブロックを作り、これを炭素
繊維の配列方向に平行に板状に切出して作製される。こ
の方法によれば、１回の焼成炭化処理で、十分緻密な組
織の母材が得られる。再含浸、再焼成のような緻密化処
理が不要になる。また母材がＡｌの場合は、一方向に配
列した炭素繊維の束を無機バインダーにより固着し、こ
れを乾燥させてプリフォームとし、このプリフォームを
予熱し、これにＡｌ溶湯を加圧含浸させてＡｌ−炭素繊
維複合ブロックを作り、これを炭素繊維の配列方向に平
行に板状に切出して作製される。
うにして製造される。母材が炭素の場合は、一方向に配
列した炭素繊維の束に、固体のピッチ或いはコークスな
どの微粉体を分散した熱硬化性樹脂溶液（フェノール樹
脂をフルフリルアルコールに溶かしたものなど）を含浸
させ、次いで溶媒を乾燥除去して炭素母材前駆体に炭素
繊維が一方向に配列したシート状物（プリプレグ）を作
り、このシート状物を炭素繊維が一方向に向くように多
数枚積層し、この積層体を加圧下で加熱して熱硬化性樹
脂を硬化させ、次いで不活性雰囲気中で高温焼成してフ
ェノール樹脂と、ピッチ或いはコークスの微粉体を炭素
化して炭素−炭素繊維複合ブロックを作り、これを炭素
繊維の配列方向に平行に板状に切出して作製される。こ
の方法によれば、１回の焼成炭化処理で、十分緻密な組
織の母材が得られる。再含浸、再焼成のような緻密化処
理が不要になる。また母材がＡｌの場合は、一方向に配
列した炭素繊維の束を無機バインダーにより固着し、こ
れを乾燥させてプリフォームとし、このプリフォームを
予熱し、これにＡｌ溶湯を加圧含浸させてＡｌ−炭素繊
維複合ブロックを作り、これを炭素繊維の配列方向に平
行に板状に切出して作製される。
【００１５】前記複合板に金属部材層を被覆して放熱板
とする方法には、例えば、図２イに示すように炭素繊維
複合板２の全面に金属下地層（Ａｇ−Ｔｉ層など）３を
めっきし、次いで、図２ロに示すように２枚の金属部材
層４（Ｎｉ箔など）をそれぞれ上下からホットプレスの
型７を押圧し密着させて被覆する方法が挙げられる。
とする方法には、例えば、図２イに示すように炭素繊維
複合板２の全面に金属下地層（Ａｇ−Ｔｉ層など）３を
めっきし、次いで、図２ロに示すように２枚の金属部材
層４（Ｎｉ箔など）をそれぞれ上下からホットプレスの
型７を押圧し密着させて被覆する方法が挙げられる。
【００１６】
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）炭素／炭素繊維複合ブロックを段落００１
４に記載した方法により作製し、これをマルチワイヤソ
ーを用いて炭素繊維配列方向に平行に切断して複合板
(25.4mm角、厚さ1.0mm)を得、この複合板の全面にＮｉ
−Ｐ合金（金属下地層）を３０μｍ厚さにめっきし、そ
の上に厚さ３５μｍの銅箔（金属部材層）を重ね、これ
を水素連続焼鈍炉中で９５０℃に加熱（無加圧）して図
１に示したのと同じ構造の放熱板を製造した。前記複合
板の物性を表１に示す。
る。 （実施例１）炭素／炭素繊維複合ブロックを段落００１
４に記載した方法により作製し、これをマルチワイヤソ
ーを用いて炭素繊維配列方向に平行に切断して複合板
(25.4mm角、厚さ1.0mm)を得、この複合板の全面にＮｉ
−Ｐ合金（金属下地層）を３０μｍ厚さにめっきし、そ
の上に厚さ３５μｍの銅箔（金属部材層）を重ね、これ
を水素連続焼鈍炉中で９５０℃に加熱（無加圧）して図
１に示したのと同じ構造の放熱板を製造した。前記複合
板の物性を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】（実施例２）実施例１で用いたのと同じ複
合板の全面にＴｉ−Ａｇ合金（金属下地層）を１０μｍ
厚さに蒸着し、その上に厚さ３５μｍのＮｉ箔（金属部
材層）を８５０℃、５ＭＰａの条件で真空ホットプレス
（図２イ、ロ参照）により被覆して放熱板を製造した。
合板の全面にＴｉ−Ａｇ合金（金属下地層）を１０μｍ
厚さに蒸着し、その上に厚さ３５μｍのＮｉ箔（金属部
材層）を８５０℃、５ＭＰａの条件で真空ホットプレス
（図２イ、ロ参照）により被覆して放熱板を製造した。
【００１９】（比較例１）炭素／炭素繊維複合ブロック
から複合板を炭素繊維配列方向に直角に切断した他は実
施例１と同じ方法により放熱板を製造した。
から複合板を炭素繊維配列方向に直角に切断した他は実
施例１と同じ方法により放熱板を製造した。
【００２０】（比較例２）実施例１で用いたのと同じ複
合板の両面に厚さ３５μｍの銅箔をエポキシ系樹脂接着
剤（約４０μｍ厚さ）で張り合わせ、５０ｋｇ／ｃｍ2
の圧力を付与しつつ１５０℃にて２時間保持し接合して
放熱板を製造した。
合板の両面に厚さ３５μｍの銅箔をエポキシ系樹脂接着
剤（約４０μｍ厚さ）で張り合わせ、５０ｋｇ／ｃｍ2
の圧力を付与しつつ１５０℃にて２時間保持し接合して
放熱板を製造した。
【００２１】実施例１、２、比較例１、２で得られた各
々の放熱板について、断面を観察したが、いずれも各層
が良好に接合されていることが確認された。
々の放熱板について、断面を観察したが、いずれも各層
が良好に接合されていることが確認された。
【００２２】実施例１、２、比較例１、２で得られた各
放熱板（厚さ約１ｍｍ）の片面に厚さ０．５ｍｍのシリ
コン板を、他面に厚さ１ｍｍのアルミナ板をそれぞれ半
田接合して試験片とし、これを１５０℃に加熱したとき
に生じる接続部の熱歪率を各放熱板の両側について測定
した。前記半田には錫６０％、鉛４０％の半田を用い
た。また、各試験片の耐熱温度を測定した。結果を表２
に示す。表２には、各放熱板の熱伝導率、電気抵抗、熱
膨張率、弾性率などの物性を併記した。また従来の放熱
板の測定結果および物性も併記した。
放熱板（厚さ約１ｍｍ）の片面に厚さ０．５ｍｍのシリ
コン板を、他面に厚さ１ｍｍのアルミナ板をそれぞれ半
田接合して試験片とし、これを１５０℃に加熱したとき
に生じる接続部の熱歪率を各放熱板の両側について測定
した。前記半田には錫６０％、鉛４０％の半田を用い
た。また、各試験片の耐熱温度を測定した。結果を表２
に示す。表２には、各放熱板の熱伝導率、電気抵抗、熱
膨張率、弾性率などの物性を併記した。また従来の放熱
板の測定結果および物性も併記した。
【００２３】
【表２】 （注）※No.1は実施例１、No.2は実施例２、No.3は比較例１、No.4は比較例２、 No.5〜8 の材種は備考欄に記載、No.9は銅／タングステン板。
【００２４】表２より明らかなように、本発明例品は、
表面に平行な方向の熱伝導率が高く、半導体素子の大き
さに対して広い面積を取れる箇所に使用する場合に有利
であり、また熱膨張率および弾性率が低いため接合部の
熱歪率が小さく、また耐熱温度が高く、放熱板に適する
ものであった。これに対し、比較例品は放熱板として要
求される特性のいずれかが劣り、かつ、銀板、タングス
テン板、銅／タングステン板は高価であり実用性に欠け
るものである。
表面に平行な方向の熱伝導率が高く、半導体素子の大き
さに対して広い面積を取れる箇所に使用する場合に有利
であり、また熱膨張率および弾性率が低いため接合部の
熱歪率が小さく、また耐熱温度が高く、放熱板に適する
ものであった。これに対し、比較例品は放熱板として要
求される特性のいずれかが劣り、かつ、銀板、タングス
テン板、銅／タングステン板は高価であり実用性に欠け
るものである。
【００２５】次に、前記試験片について０℃と１５０℃
の温度間で熱サイクル試験を１０００回繰り返したが、
本発明例ではシリコン板やアルミナ板の剥離や破損など
は全く認められなかった。これに対し、比較例１では炭
素母材に割れが発生し、また比較例２では放熱板の厚さ
方向の電気抵抗が１０ｍΩと大きくなりパワーデバイス
などの用途には適用できないものであった。またシリコ
ン板を高温半田（３５０℃）で接合したときは、前記接
着剤は黒く変色し、融けだして銅箔が剥離した。
の温度間で熱サイクル試験を１０００回繰り返したが、
本発明例ではシリコン板やアルミナ板の剥離や破損など
は全く認められなかった。これに対し、比較例１では炭
素母材に割れが発生し、また比較例２では放熱板の厚さ
方向の電気抵抗が１０ｍΩと大きくなりパワーデバイス
などの用途には適用できないものであった。またシリコ
ン板を高温半田（３５０℃）で接合したときは、前記接
着剤は黒く変色し、融けだして銅箔が剥離した。
【００２６】次に、実施例１の放熱板の炭素繊維配列方
向に直交する側面Ｓの金属部材層と金属下地層を除去し
た放熱板Ａを用意し、この放熱板と実施例１で製造した
放熱板Ｂの内面に半導体素子を接合し、これらの放熱板
を用いて図３に示す半導体パッケージをそれぞれ組立
て、これらを３日間大気中に放置したのち、各々のボン
ディング性を調査した。放熱板Ｂ（実施例１）では良好
にボンディングできたが、放熱板Ａでは、実用上問題な
い程度であるが、ボンディング性が若干低下し、また側
面Ｓ近傍の金属部材層に僅かながら変色が認められた。
前記ボンディング性の低下は金属部材層の部分的欠如に
よる歪みの発生によるものと考えられる。
向に直交する側面Ｓの金属部材層と金属下地層を除去し
た放熱板Ａを用意し、この放熱板と実施例１で製造した
放熱板Ｂの内面に半導体素子を接合し、これらの放熱板
を用いて図３に示す半導体パッケージをそれぞれ組立
て、これらを３日間大気中に放置したのち、各々のボン
ディング性を調査した。放熱板Ｂ（実施例１）では良好
にボンディングできたが、放熱板Ａでは、実用上問題な
い程度であるが、ボンディング性が若干低下し、また側
面Ｓ近傍の金属部材層に僅かながら変色が認められた。
前記ボンディング性の低下は金属部材層の部分的欠如に
よる歪みの発生によるものと考えられる。
【００２７】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の放熱板
は、高熱伝導性の炭素繊維が表面に平行にかつ一方向に
配列し複合した複合板に金属部材層が金属下地層を介し
て被覆されたもので、表面に平行な方向への熱伝導性が
良好なため半導体素子の大きさに較べて広い面積の放熱
板として用いて熱放散効率に優れる。また炭素繊維は熱
膨張率が半導体素子なみに小さいため半導体素子の剥が
れや性能不良が起き難い。また金属部材層の被覆により
気密性や封止性が改善される。金属部材層の厚さを１０
０μｍ以下に薄く規定するため金属部材層の半導体素子
に及ぼす影響が小さく半導体素子の剥がれなどが起き難
い。金属部材層を放熱板の全面に被覆することによりボ
ンディング性などが向上する。依って、工業上顕著な効
果を奏する。
は、高熱伝導性の炭素繊維が表面に平行にかつ一方向に
配列し複合した複合板に金属部材層が金属下地層を介し
て被覆されたもので、表面に平行な方向への熱伝導性が
良好なため半導体素子の大きさに較べて広い面積の放熱
板として用いて熱放散効率に優れる。また炭素繊維は熱
膨張率が半導体素子なみに小さいため半導体素子の剥が
れや性能不良が起き難い。また金属部材層の被覆により
気密性や封止性が改善される。金属部材層の厚さを１０
０μｍ以下に薄く規定するため金属部材層の半導体素子
に及ぼす影響が小さく半導体素子の剥がれなどが起き難
い。金属部材層を放熱板の全面に被覆することによりボ
ンディング性などが向上する。依って、工業上顕著な効
果を奏する。
【図１】本発明の放熱板の実施形態を示す縦断面図であ
る。
る。
【図２】イ、ロは本発明の放熱板の製造方法の実施形態
を示す工程説明図である。
を示す工程説明図である。
【図３】放熱板が具備された半導体パッケージの説明図
である。
である。
１ 放熱板 ２ 複合板 ３ 金属下地層 ４ 金属部材層 ５ 複合板の母材 ６ 炭素繊維 ７ ホットプレスの型 ８ 半導体パッケージ ９ 半導体素子 10 セラミック封止体 11 ボンディングワイヤ 12 入出力端子 13 回路基板
Claims (2)
- 【請求項１】 炭素繊維が表面に平行にかつ一方向に配
列して複合された炭素繊維複合板に厚さ１００μｍ以下
の金属部材層が金属下地層を介して被覆されていること
を特徴とする炭素繊維複合放熱板。 - 【請求項２】 炭素繊維複合板の全面に金属部材層が金
属下地層を介して被覆されていることを特徴とする請求
項１記載の炭素繊維複合放熱板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19151698A JP2000022055A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 炭素繊維複合放熱板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19151698A JP2000022055A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 炭素繊維複合放熱板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000022055A true JP2000022055A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16275963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19151698A Pending JP2000022055A (ja) | 1998-07-07 | 1998-07-07 | 炭素繊維複合放熱板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000022055A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000043186A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-15 | Nippon Steel Corp | 熱良導複合材料 |
| JP2004526305A (ja) * | 2001-01-19 | 2004-08-26 | シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド | マイクロエレクトロニクスにおけるダイヤモンドイド含有材料 |
| JP2008112893A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Hitachi Metals Ltd | 高熱伝導複合材料の製造方法 |
| WO2010013383A1 (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 株式会社アライドマテリアル | ヒートスプレッダおよびその製造方法 |
| DE102013108808B4 (de) * | 2012-08-22 | 2016-01-07 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoff/Metall-Verbundstoffs und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterelementanordnung |
| JP2017117868A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 昭和電工株式会社 | 絶縁基板の製造方法及び絶縁基板 |
| JP2020113758A (ja) * | 2019-01-10 | 2020-07-27 | 株式会社アカネ | 放熱体及びパワー半導体用放熱体 |
-
1998
- 1998-07-07 JP JP19151698A patent/JP2000022055A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000043186A (ja) * | 1998-07-31 | 2000-02-15 | Nippon Steel Corp | 熱良導複合材料 |
| JP2004526305A (ja) * | 2001-01-19 | 2004-08-26 | シェブロン ユー．エス．エー． インコーポレイテッド | マイクロエレクトロニクスにおけるダイヤモンドイド含有材料 |
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| WO2010013383A1 (ja) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | 株式会社アライドマテリアル | ヒートスプレッダおよびその製造方法 |
| JP4435868B1 (ja) * | 2008-07-30 | 2010-03-24 | 株式会社アライドマテリアル | ヒートスプレッダおよびその製造方法 |
| DE102013108808B4 (de) * | 2012-08-22 | 2016-01-07 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoff/Metall-Verbundstoffs und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterelementanordnung |
| US10017870B2 (en) | 2012-08-22 | 2018-07-10 | Infineon Technologies Ag | Method for fabricating a heat sink, and heat sink |
| JP2017117868A (ja) * | 2015-12-22 | 2017-06-29 | 昭和電工株式会社 | 絶縁基板の製造方法及び絶縁基板 |
| JP2020113758A (ja) * | 2019-01-10 | 2020-07-27 | 株式会社アカネ | 放熱体及びパワー半導体用放熱体 |
| JP7296122B2 (ja) | 2019-01-10 | 2023-06-22 | 株式会社アカネ | 放熱体及びパワー半導体用放熱体 |
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