(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素周期表上のＶＩ族元素から選ばれた第１の金属と，Ｉ族から選ばれた第２の金属とを含む複合材料によって形成された板材をプレス加工する方法において，所定形状の底部と，該底部から直立，隆起し，前記底部に対して外周に額縁凸状に位置する部分と，該凸状部分の外側に，該凸状部分の上端面より下位に位置する外周平坦部とを有する雌型を使用すると共に，製造される成形品の底部より充分広い平坦な雄型を使用して，前記板材を加工することを特徴とするプレス加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のプレス加工方法において，前記第１の金属がモリブデン及びタングステンのいずれか一方であり，前記第２の金属が銅であることを特徴とするプレス加工方法。
【請求項３】
互いに対向する雌型と雄型とを備え，前記雌型は，対向面側に所定形状の底部と，該底部から直立，隆起し，前記底部に対して外周に額縁凸状に位置する部分と，該凸状部分の外側に，該凸状部分の上端面より下位に位置する外周平坦部とを有し，前記雄型は，対向面側に製造される成形品の底部より充分広い平坦な押圧面を有することを特徴とするプレス装置。
【請求項４】
請求項３記載のプレス装置において，前記雌型は，前記額縁凸状部分の上端面幅が，製造される成形品の底部外径寸法より２０〜５０μｍ広く，かつ該雌型の底部のコーナーに塑性流動を助ける，最外周部で最大段差３０μｍのテーパー部を有することを特徴とするプレス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はプレス加工方法，プレス装置，及びこれらによって製造されるプレス加工品に関し，特にプレス加工品として半導体装置のヒートスラグを製造するのに適したプレス方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近，この種の半導体装置におけるヒートスラグ等の部品は，電気伝導度を有すると共に，熱伝導性及び機械的強度にも優れたものが要求される傾向にある。更に，半導体装置における素子の超緻密化と共に，半導体素子の周辺部品であるヒートシンク，例えば，高熱伝導性板体からなるヒートスプレッダー，高熱伝導性板体に段部を有するヒートスラグ等の部品に対しても，高精度化が要求されている。また，これら半導体装置が大量に生産され，かつ，大量に使用されるため，周辺部品に対するコストダウンの要求は極めて強くなっている。
【０００３】
従来，種々のヒートスラグが提案されているが，精度の点，及び，コストの点において，ユーザーの要求に応え得るものは見当らないのが，実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば，軟らかい材料（例えば，純銅，純アルミニウム）は，安価にかつ大量に製作することができるが，機械的強度の点で，難点が多く，周辺部品に対する今後のユーザーの要求には充分応えられないと考えられる。
【０００５】
一方，通常，ヒートシンクとして使用される硬質材料（例えば，モリブデン或いはタングステンの複合材料）によって，ヒートスラグ等を構成し，機械的強度に対する要求を達成することも考えられる。しかしながら，これら硬質材料を使用した場合，プレス加工だけで，ヒートスラグのように，底部から突出した隆起部を有する部品を製作することは困難であり，切削加工を行う必要がある。切削加工は，部品一つ一つを加工する必要があるため，プレス加工に比較して手間がかかり，量産に適していない加工である。したがって，切削加工を使用した場合，部品を量産することが難しくなり，かつ，加工コストの低減をも困難にしている。
【０００６】
そこで，本発明の一技術的課題は，硬質材料を安価かつ高精度で加工し，ヒートスラグ等の部品を量産することができるプレス方法を提供することにある。
【０００７】
また，本発明の他の技術的課題は，硬質材料をプレス加工するのに適したプレス装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば，元素周期表上のＶＩ族元素から選ばれた第１の金属と，Ｉ族から選ばれた第２の金属とを含む複合材料によって形成された板材をプレス加工する方法において，所定形状の底部と，該底部から直立，隆起し，前記底部に対して外周に額縁凸状に位置する部分と，該凸状部分の外側に，該凸状部分の上端面より下位に位置する外周平坦部とを有する雌型を使用すると共に，製造される成形品の底部より充分広い平坦な雄型を使用して，前記板材を加工するプレス加工方法が得られる。
【００１１】
さらに，本発明によれば，互いに対向する雌型と雄型とを備え，前記雌型は，対向面側に所定形状の底部と，該底部から直立，隆起し，前記底部に対して外周に額縁凸状に位置する部分と，該凸状部分の外側に，該凸状部分の上端面より下位に位置する外周平坦部とを有し，前記雄型は，対向面側に製造される成形品の底部より充分広い平坦な押圧面を有することを特徴とするプレス装置が得られる。
【００１２】
【作用】
本発明では，硬質材料の板材をプレス加工のみによって，量産性に富み，しかも，安価かつ高精度でプレス加工品を形成できる。ここで，硬質材料としては，銅−モリブデン，又は銅−タングステンの複合材を使用できる。
【００１３】
【実施例】
以下，本発明の実施例について，図面を参照して説明する。
【００１４】
（第１実施例）
図１は本発明の一実施例に係るプレス加工方法を実施するための金型の構成を示す断面図である。図１を参照して，雌型は，ヒートスラグの所望される形状の隆起をうながすところの，平坦部４を有する中ゴマ３と，隆起の精度及び所望される形状の底部の精度を出すための，上端平坦部５ａを有する，支え板５と，さらに又支え板５の変形防止及び雌型全体の剛性を保持するための外壁支え板８から成る。前記中ゴマ３はスプリング等内蔵させた弾性部７により押圧完了後，所望形状品を雌型の外へ排出できる機構と，プレス圧力が加わり，中ゴマ３が下方に動くとき，所望される形状の隆起を過度に誘発しないためのストッパー９とをあわせもっている。外壁支え板８は，上端平坦部５ａよりも下方に位置する外周平坦部６を備えている。
【００１５】
一方，雄型は，上端平坦部５ａの外径Ｆより充分広い面積を有する平坦部１が押圧面及び，雌型との所望クリアランス，この場合は下死点を高精度に調整できる駆動軸２に固定されたもので，下死点に近ずくにつれて，雄型押下スピードを遅延させる事ができる図示しない機構，例えばアマダ製トルクパックを有する。
【００１６】
図２は図１の雌型の上端部の部分拡大断面図である。図２に示すように，支え板５の上端平坦部５ａは，中ゴマ３側に外径方向に最大３０μｍとなるような段差を有する。
【００１７】
図３は，図１及び図２に示す金型で成形されたヒートスラグを示す図であり，（ａ）は平面図，（ｂ）は側面断面図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように，ヒートスラグが寸法で言えばＡ＝２４．０ｍｍ，Ｂ＝１６．５ｍｍ，Ｃ＝０．７０ｍｍ，Ｄ＝１．２ｍｍを有している。このヒートスラグの素板は１．２ｍｍの板材で，□１９〜２２ｍｍを用いている。製作されるヒートスラグは，銅−モリブデンの複合材あるいは銅−タングステンの複合材の板によって形成されており，銅を重量比で４０％含む，モリブデン粉末を混合，焼結，圧延し，さらに２４．３ｍｍ角の正方形に打抜きプレスによって得られている。
【００１８】
また，図３に示すヒートスラグの作製に際して，図１の金型としてＦ＝２４．２ｍｍ，Ｇ＝３．７５ｍｍとし雄型の平坦部１は□８０ｍｍのものを用いた。その操作は，まず，素板を雌型のほぼ中央に置き，（この時，素板はＦより小さい寸法）雄型の平坦部１の下死点は，雌型の支え板５の上端平坦部５ａとのスキ間を０．５０ｍｍに調整し，およそ総圧７０トン〜１５０トンで押圧した。このプレス加工により板材の中央部は雌型の平坦部４に押出されると共に，支え板５の内壁いっぱいに塑性流動され，かつ支え板５の上端平坦部５ａと雄型のクリアランスが０．５ｍｍに至る事により，雄型と雌型の密着した部分で，横から見ると図３（ｂ）の転倒した形である部分からはみだした素板の残部は，外壁支え板８と雄型平坦部１の間に不定形に連なる状態となる。
【００１９】
この後，内径□２４．０の刃付雄型と，外径□１６．５ｍｍの溝付き雌型とを合せもつ打ち抜き金型により前記プレス加工したものの外径を□２４．０ｍｍにプレス切断加工した。Ｄ＝１．２０ｍｍで底部と隆起の始まる境１３にクラックなく，良好な図３の形が得られた。
【００２０】
この時の隆起した部分１０の平坦度（面ソリ測定により□Ｂのｘ方向，ｙ方向の厚さ方向の寸法差）は７／１０００，所定底部１２の厚さバラツキ±１／１００，底部と隆起部の段差Ｃ＝０．７０ｍｍ，そのバラツキ±１５／１０００であった。又底部裏のソリ（裏ヒケ）は１０μｍ以下であった。この様にして得られたヒートスラグはＨＶ２１０の硬度，９．１×１０−６／℃の熱膨張係数，２３４Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有しており，半導体パッケージ用ヒートスラグとして使用できる事が判明した。純銅やアルミニウムと異なる事の証として引張り強度，ヤング率それぞれは６２ｋｇｆ／ｍｍ２  ，２０，５００ｋｇｆ／ｍｍ２  である事をここに示す。
【００２１】
また，上記した銅−モリブデン複合材あるいは銅−タングステン複合材の場合，板厚が０．６〜３．０ｍｍの範囲で板厚の６０％の段差（例えばＤ＝１．２ｍｍの場合，Ｃ＝０．７２ｍｍ）までプレス加工できた。
【００２２】
また，この範囲で，図３におけるＣ，Ｄ−Ｃはそれぞれ±１５／１０００の精度の得られる事が判った。
【００２３】
一方，押圧を全圧で２００トン（実用上利用し易いパワーの限界値）までにした場合，Ａ≦５０以内の範囲において塑性流動が全体に対し５０ｖｏｌ．％未満のとき先の各部位の精度の保たれる事も判った。この例の場合，参考として，（２４×２４×０．７−１６．５×１６．５×０．７）×１００／（２４×２４×６．５＋１６．５×１６．５×０．５）〜５０ｖｏｌ．％が得られている。
【００２４】
（第２実施例）
次に，第２の実施例として銅を重量比で５０％含む，銅−モリブデン複合材の板で，それぞれ所定の重量比に調整された粉体を混合，焼結，圧延して，４８．６ｍｍ角の正方形に打抜きプレスにより得た。
【００２５】
この時，雌型の支え板５は上端平坦部５ａに対し，内周壁を押圧方向に０．５度の逆テーパーを施した。
【００２６】
図３の形状で寸法結果を示すと，Ａ＝４８．１ｍｍ，Ｂ＝１８．０ｍｍ，Ｃ＝０．３０ｍｍ，Ｄ＝１．８０ｍｍでＣ，Ｄ−Ｃのバラツキは±１５／１０００以内であった。雌型支え板の外径は４８．７ｍｍとした。塑性流動は２５ｖｏｌ．％であった。
【００２７】
このようにして得られたヒートスラグはＨＶ＝１９１の硬度，１１．０×１０−６／℃の熱膨張係数，２５３Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有しており半導体パッケージ用ヒートスラグとして使用できることが判明した。
【００２８】
（第３実施例）
第３の実施例として，銅−タングステン複合材よりの板材を示すが，この場合重量比で２０％の銅と，焼結助剤として銅の重量比で１％の鉄と残部をタングステンからなる粉末を混合，焼結して真密度比９９．２％の板材を得た。
【００２９】
この場合の雌型支え板５の外径は３２．１５ｍｍで中ゴマ３の四コーナーに，図４（ａ）及び（ｂ）に示すように，ｈ＝２５μｍ，Ｉ＝１ｍｍの塑性流動を助けるテーパー３ａを施した。このテーパー３ａは平面図においては２等辺三角形を呈している。そして，この中ゴマ３を用いたときの塑性流動は１２％であった。第３実施例によると，Ａ＝３１．７５ｍｍ，Ｂ＝３０．４８ｍｍ，Ｃ＝０．９０ｍｍ，Ｄ＝１．５ｍｍでＣ，Ｄ−Ｃバラツキは±１５／１０００内のものが得られた。
【００３０】
このようにして得られたヒートスラグはＨＶ＝２６０の硬度，９．８×１０−６／℃の熱膨張係数，１５２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有しており半導体パッケージ用ヒートスラグとして使用できる事が判明した。
【００３１】
一方，金型の簡素化と，所定形状の底部の精度を有することを目的とした下記の比較例のものは，本発明の実施例のレベルに達しなかった。
【００３２】
（第１比較例）
第１比較例を最初の実施例と比較しながら述べる。図５は第１比較例に係るヒートスラグを製造するための金型を示す図である。図５に示すように，所望の直立隆起した部分に素材を塑性流動させるのは第１実施例と同様であるが，第１比較例に係るものは，金型の簡素化のため，支え板が設けられていない。□Ｂの部分について中ゴマ方式としても良い。雄型２０を押圧しプレス加工すると，素材の剛性に合せプレス圧を上げれば段差Ｃは概ね確保されるものの，ヒートスラグの底部１２の形状が整わなかった。所謂Ｄ−Ｃのバラツキが極めて大きく０．４ｍｍに満たぬ所が多発（所定は０．５ｍｍ）するばかりか，底部の外周にしだいに肉厚（Ｄ−Ｃ）が薄くなってしまう事が判った。
【００３３】
中ゴマ方式を２段階で形成したり，雄型２０の下死点を調整しても，図３の１１面のヘコミ（裏ヒケ）等とのバランスがとれず実用上コントロールできぬ事と判明した。この場合，裏ヒケが３０μｍを越えた場合，他部の寸法明細の結果をまたずして不良とした。
【００３４】
（第２比較例）
図６は，第２比較例に係るヒートスラグを製造する金型の構成を示す断面図である。第２の比較例として，図６に示すように，支え板３３を具備させ，さらに又，底部最外周の板厚の確保の為に，雄型も内壁径を□Ａとしたものを嵌合する金型でプレス加工した。（底部精度向上）段差Ｃも確保され，裏ヒケもないが，素板の一部が雄型内壁３４にあたると，型抜けが悪くなり，しかも又隆起部分１０の平坦が保たれない。即ちこの場合，塑性流動が□Ｂいっぱいには広がらず，隆起部分１０の外周では所定厚みの０．２〜０．３ｍｍ以上不足する部分が発生し使途に耐えない事が判った。
【００３５】
以上の実施例の説明により，図３に示される半導体装置のヒートスラグをプレス加工により製造するには，本発明の方法，装置が適しており，銅−モリブデン又は銅−タングステンの複合材の材料を用いる場合底部，その底部から隆起した部分の高い寸法精度を有し，ソリ，ヘコミ等の変形も少なく，用いる素材の量も無駄なくできる事が判った全てがプレス加工であり，安価で工業的規模の生産に極めて有利と言える。
【００３６】
【発明の効果】
以上，説明したように，本発明では，硬質材料を安価かつ高精度で加工し，ヒートスラグ等の部品を量産することができるプレス方法を提供することができる。
【００３７】
また，本発明では，硬質材料をプレス加工するのに適したプレス装置を提供することができる。
【００３８】
さらに，本発明では，プレス加工のみで製作されたヒートスラグ等のプレス部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るプレス加工方法を実施するための金型の構成を示す断面図である。
【図２】図１の雌型の上端部の部分拡大断面図である。
【図３】図１及び図２に示す金型で成形されたヒートスラグを示す図で，（ａ）は平面図，（ｂ）は断面図である。
【図４】本発明の第３実施例に係るプレス加工方法を実施するための金型の中ゴマを示す図であり，（ａ）は平面図，（ｂ）は正面図である。
【図５】第１比較例に係るヒートスラグを製造する金型の構成を示す断面図である。
【図６】第２比較例に係るヒートスラグを製造する金型の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１    平坦部
２    駆動軸
３    中ゴマ
３ａ  テーパー
４    平坦部
５    支え板
５ａ  上端平坦部
６    外周平坦部
７    弾性部
８    外壁支え板
９    ストッパー
１０  隆起部分
１２  底部
１３  境
２０  雄型
３３  支え板
３４  雄型内壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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