| 【発明の名称】 |
低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】▲冬▼ 慶平
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日立電線株式会社内
【氏名】古徳 浩一
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日立電線株式会社内
【氏名】井郷 康之
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日立電線株式会社内
【氏名】鈴村 隆志
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日立電線株式会社内
【氏名】中川 和彦
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号 日立電線株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】低熱膨張高熱伝導性複合材を高効率のもとに製造することのできるコスト的に有利な製造方法を提供する。
【解決手段】低熱膨張性の無機化合物粉と高熱伝導性の金属粉の混合体を圧延加工によってシート状に成型した後、熱処理して焼結する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】低熱膨張性の無機化合物粉と高熱伝導性の金属粉の混合体に成型加工を施すことによってシート状に成型し、得られたシートに焼結のための熱処理を施す低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法において、前記成型加工は、圧延によって行われることを特徴とする低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法。
【請求項２】前記圧延のステップは、前記低熱膨張性の無機化合物粉として酸化銅粉を含み、前記高熱伝導性の金属粉として銅粉を含む前記混合体を対象に行われることを特徴とする請求項１項記載の低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法。
【請求項３】前記圧延のステップは、１５〜６０体積％の前記酸化銅を含む前記混合体を対象に行われることを特徴とする請求項２項記載の低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法。
【請求項４】前記熱処理のステップは、６００〜１０３０℃の加熱温度のもとに行われることを特徴とする請求項２項記載の低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法。
【請求項５】前記熱処理のステップは、不活性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気下において行われることを特徴とする請求項１項記載の低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法に関し、特に、低熱膨張高熱伝導性複合材を高効率のもとに製造することのできるコスト的に有利な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】中央演算装置等の半導体装置においては、半導体チップの高容量化および高速化に伴い発熱量が増大する傾向にある。このため、発熱に起因する半導体チップの特性劣化を防止して長寿化を図る意味から、半導体装置に放熱材を取り付け、半導体装置からの熱を放熱材より放出することによって、半導体装置およびその周辺領域での温度上昇を抑制することが行われている。
【０００３】通常、これには、銅の放熱材が使用されている。銅の放熱材は、３９３Ｗ／（ｍ・Ｋ）という高い熱伝導率を有しているため、熱を効率よく吸収して放熱できる特質を有するとともに、低価格に調達できる利点を有していることから、プラスティックスパッケージ等のＬＳＩ用放熱材として広く活用されている。
【０００４】しかし、銅を構成材とした放熱材によると、１６．７×１０-6／Ｋという高い熱膨張係数を有するため、これを発熱量の大きな、たとえば、オン・オフ機能を有する電力エネルギー変換や制御系の半導体装置に適用することは難しく、従って、このような用途には、熱膨張係数の小さなＡｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等の複合材、あるいはＭｏやＷ等の単一材が構成材として使用されているが、これらは、いずれも、高価格という欠点を有している。
【０００５】低価格であり、従って、経済的に有利な銅の特質を活かし、かつ、高熱膨張性の問題を解決し得た放熱材として、無機化合物粉と銅等の金属粉の混合体をシート状に成型し、これを焼結した複合材が提案されている。無機化合物の低い熱膨張性と金属の優れた熱伝導性とを組み合わせたもので、特性およびコストの両面において優れた放熱材として注目されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のこのタイプの複合材によると、混合粉からのシートへの成型がプレス加工によって行われるため、成型作業が間歇的となって効率が悪く、従って、折角の銅等を構成材とする低コスト性が、成型効率の低さによって減殺されてしまい、充分な経済的利益を得られない実情にある。
【０００７】従って、本発明の目的は、低熱膨張高熱伝導性複合材を高効率のもとに製造することのできるコスト的に有利な製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を達成するため、低熱膨張性の無機化合物粉と高熱伝導性の金属粉の混合体に成型加工を施すことによってシート状に成型し、得られたシートに焼結のための熱処理を施す低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法において、前記成型加工は、圧延によって行われることを特徴とする低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法を提供するものである。
【０００９】本発明における低熱膨張性の無機化合物粉としては、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ニッケルあるいは酸化アルミニウム等の金属酸化物の粉末が好適な例としてあげられ、一方、高熱伝導性の金属粉としては、銅、アルミニウムあるいはこれらの合金等の粉末を挙げることができる。
【００１０】なかでも、銅と、第１酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）あるいは第２酸化銅（ＣｕＯ）との組み合わせが好ましく、この組み合わせを採用するときには、得られる複合材に対して特に優れた低熱膨張性と高熱伝導性とを付与することができる。
【００１１】なお、上記した酸化銅のうち、第２酸化銅は、成型後の熱処理中におけるＣｕＯ＋Ｃｕ→Ｃｕ２Ｏの反応によって第１酸化銅に変化して安定化するので、いずれの酸化銅を原料として使用する場合にも、得られる複合材の構成成分は同じとなる。
【００１２】また、金属粉として酸化銅を選択するときの、銅粉との混合体に占める割合としては、下限においては、放熱材に適した低熱膨張性を確保するため、そして、上限においては、圧延時の成型性、および成型より得られる焼結前のグリーンシートの強度確保のため、体積比で１５〜６０％の範囲内に設定することが好ましい。なお、同じ理由に基づく、より好ましい酸化銅の混合比としては、２５〜５０体積％に設定することができる。
【００１３】成型後に行われる焼結のための熱処理温度としては、６００〜１０３０℃の範囲内が好ましい。６００℃を下廻る温度の設定は、熱処理後の強度および密度が低くなるとともに、所望の低熱膨張性を得にくくする傾向があり、一方、１０３０℃を超えて設定すると、得られた複合材における酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）が凝集し、熱膨張率が増大するようになる。なお、同じ理由による、より好ましい熱処理温度は、８５０〜１０２０℃である。
【００１４】熱処理を行う雰囲気としては、グリーンシート中での酸化銅の還元あるいは銅の酸化を防いで所望の低熱膨張性と高伝熱性を有する複合材を得る意味から、不活性ガスあるいは真空が好ましく、なかでも、ＡｒあるいはＮ２ガス雰囲気中での熱処理が特に好ましい。
【００１５】なお、本発明の実施に際しては、混合粉にバインダーを添加し、これによって圧延されたグリーンシートの機械的強度を増やし、グリーンシートの取り扱い性を向上させるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明による低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法の実施の形態を説明する。表１は、本発明の実施例の内容と実施結果をまとめたものである。なお、表１において、熱膨張率は、ＴＭＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓ）装置を用いて測定し、熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定した。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【実施例１〜６】平均粒径３７μｍの電解銅粉と粒径３０μｍ以下の第１酸化銅を表１に示された実施例１〜６の比率のもとに混合し、それぞれ５０００ｇずつの混合物とした後、これらを、スチールボールを入れた乾式ボールミル内で１０時間攪拌することにより、各例ごとの混合体を調合した。
【００１９】次に、一対のロールを材料供給ホッパーの下方に水平方向に配置した構成を有し、２００ｍｍのロール径、０．１〜３ｍｍのロールギャップ調整代および６０ｒｐｍの回転数を有した圧延機のホッパーより各混合体を供給し、これにより所定の厚さと幅のグリーンシートを圧延した後、得られたグリーシートをＡｒ雰囲気内で表示された温度に加熱することによって、それぞれ所定の低熱膨張高熱伝導性複合材を製造した。
【００２０】
【実施例７〜１２】平均粒径が９３μｍの電解銅粉と粒径が５μｍ以下の第１酸化銅を使用し、さらに、圧延したグリーンシートの厚さと幅、および熱処理温度とその際の雰囲気を表示された条件にそれぞれ設定するとともに、他を実施例１〜６と同一条件に設定することにより、それぞれ所定の低熱膨張高熱伝導性複合材を製造した。
【００２１】表１によれば、得られた各複合材とも、この種複合材本来の特質である低水準の熱膨張率と高水準の熱伝導率を備えており、優れた放熱材の構成が可能なことを示している。しかも、これらの複合材においては、連続作業の可能な圧延加工に基づいてグリーンシートが製造されるため、シート成型が高効率下に行われることになり、従って、従来のこの種複合材におけるコスト上の問題を効果的に解決することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による低熱膨張高熱伝導性複合材の製造方法によれば、低熱膨張性の無機化合物粉と高熱伝導性の金属粉の混合体の成型加工を圧延によって行うため、高効率のもとに作業を遂行することができ、従って、低コストの低熱膨張高熱伝導性複合材を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１２０
【氏名又は名称】日立電線株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区大手町一丁目６番１号
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| 【出願日】 |
平成１４年１月２２日（２００２．１．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１５２６
【弁理士】
【氏名又は名称】平田 忠雄
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２１３３０５（Ｐ２００３−２１３３０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年７月３０日（２００３．７．３０） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１３０２７（Ｐ２００２−１３０２７） |
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