(57)【要約】  基材の表面、裏面および外周面を被覆する、金属または合金からなる被覆層の厚みをできるだけ均一に、そして薄くし、かつ前記被覆層の表面に、安定してニッケルめっき処理等を施すことができるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの製造方法とを提供する。  ヒートスプレッダ１は、前記薄板により基材２の表面３および外周面５の一部を被覆する被覆層７、８の形状に成形した第１成形体９と、基材２の裏面４および外周面５の残部を被覆する被覆層１０、１１の形状に成形した第２成形体１２とを、前記金属等の融点未満の温度での焼成により外周面５において互いに接合し、かつ基材２と接合させて被覆層６を形成した。製造方法は、前記第１および第２成形体９，１２間に、基材２のもとになる材料の混合物２１を充填して、金属等の融点未満の温度で圧縮成形したのち、前記金属等の融点未満の温度で焼成する。
2010013383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状の基材と、前記基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダであって、
前記金属または合金からなる薄板により、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第１成形体と、前記薄板により、前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第２成形体とが、前記金属または合金の融点未満の温度での焼成により、前記外周面において互いに接合されるとともに前記基材と接合されて前記被覆層が形成されていることを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記第１成形体と第２成形体との間に前記基材のもとになる材料の粉末を充填し、前記金属または合金の融点未満の温度での圧縮成形および焼成によって前記基材が形成されるとともに、前記第１成形体、第２成形体、および基材が互いに接合されている請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記第１成形体および第２成形体のうち少なくとも一方の、前記基材の表面または裏面を被覆する被覆層となる領域に凹凸形状を設けることによって、前記基材の該当する領域に凹凸形状が形成されている請求項２に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記第１成形体と第２成形体との間にあらかじめ成形した基材を挟み、前記金属または合金の融点未満の温度での焼成によって、前記第１成形体、第２成形体、および基材が互いに接合されている請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記基材の外周面を被覆する被覆層のうち前記第１成形体と第２成形体との接合部を除く領域と、前記基材の表面および裏面を被覆する被覆層のうち前記基材の面方向と平行な領域とで、前記被覆層の厚みの誤差が±１０％以内である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
前記基材の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下で、かつ熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のヒートスプレッダ。
【請求項７】
前記基材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金と、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、およびケイ素からなる群より選ばれた少なくとも一種とを含む複合材料からなり、前記被覆層がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる請求項１ないし６のいずれか１項に記載のヒートスプレッダ。
【請求項８】
アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む複合材料からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダを製造する製造方法であって、
(a)  前記被覆層のもとになるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板を、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第１成形体を作製するとともに、前記薄板を前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第２成形体を作製する工程と、
(b)  前記基材の裏面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する上面を有する下型、および前記基材の外周面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する内周面を有するダイを用意し、前記下型とダイとを組み合わせて前記上面および内周面でキャビティを構成し、前記キャビティ内に前記第２成形体を嵌め合わせて前記複合材料を充填したのち前記第１成形体を重ね合わせる工程と、
(c)  前記基材の表面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する下面を有する上型を用意し、前記上型を前記キャビティ内に挿入して、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で、前記上型および下型のうちの一方または両方を相手側の方向に押し込むことによって、前記第１成形体、第２成形体、および複合材料を圧縮成形して圧縮成形体を作製する工程と、
(d)  前記圧縮成形体を、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で焼成する工程と、
を含むことを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子から熱を除去するために好適に用いられるヒートスプレッダと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動作時に大きな発熱を伴う素子においては、前記熱をできるだけ速やかに除去することが求められる。前記熱を速やかに除去しないと、素子自体が過熱して誤動作（熱暴走）したり、破損したり、あるいは動作の効率が低下したりするおそれがある。かかる素子としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、鉄道車両等において誘導モータを駆動させる際に直流から交流への電力変換を行うためのインバータ回路に組み込まれる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等のパワー半導体素子、プラズマディスプレイパネル等の画像表示素子、コンピュータのマイクロプロセッサユニット、あるいはレーザーダイオード等が挙げられる。【０００３】
近年、前記各種装置類のより一層の高性能化や高出力化の進展に伴って、前記素子を、一般的なケイ素（Ｓｉ）系、ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）系、インジウム−燐（ＩｎＰ）系の素子から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の素子へと移行することが検討されている。その場合、素子の動作可能温度を例えばＳｉ系の素子等の１２０℃前後から、ＳｉＣ系の素子等の２００℃前後まで引き上げることが可能となり、過熱による誤動作や破損、動作効率の低下等をこれまでよりも起こりにくくできると考えられている。【０００４】
しかし、これらの素子においてもできるだけ速やかに熱を除去する必要があることには変わりはない。前記熱を速やかに除去して素子の誤動作や破損、動作効率の低下等を防止する手段としては、例えば平板状のヒートスプレッダを用いるのが一般的である。すなわち前記素子を、前記平板状のヒートスプレッダの表面に直接に、あるいはセラミック基板等を介してはんだ接合等により搭載する。また前記ヒートスプレッダの裏面は、冷却器やヒートシンク、あるいは前記冷却器等への伝熱部材（以下これらを「冷却部材」と総称する場合がある）と接触させた状態でネジ止め等して固定する。そうすると素子で発生した熱を、前記ヒートスプレッダを介して速やかに冷却部材に熱伝導させて除去できる。【０００５】
従来は、前記ヒートスプレッダをアルミニウムや銅等の金属、もしくは合金によって一体に形成していた。
しかし近時、前記ヒートスプレッダをアルミニウム−セラミック複合材料等によって形成することが検討されている（例えば特許文献１ないし３参照）。前記アルミニウム−セラミック複合材料等の複合材料は、前記金属や合金と同等程度の熱伝導率を有する上、先に説明した各種材料からなる素子や、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等からなるセラミック基板等と熱膨張係数が近い。そのためヒートスプレッダを前記複合材料によって形成することで、前記素子やセラミック基板等との熱膨張係数の差をできるだけ小さくすることができる。したがって、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際に、熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするのを抑制できる。【０００６】
例えば前記アルミニウム−セラミック複合材料からなるヒートスプレッダは、
(i)  セラミック粉末と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とを混合した混合物を加熱することで前記アルミニウム等を溶融させて、前記セラミック粉末間に浸透させたのち冷却して一体化させる、
(ii)  前記セラミック粉末を、溶融させたアルミニウム等と混合したのち冷却して一体化させる、
(iii)  セラミック粉末を焼結して多孔質体（スケルトンまたはプリフォーム）を作製し、前記多孔質体の細孔中に、溶融させたアルミニウム等を含浸させたのち冷却して一体化させる、
等の工程を経て製造される。【０００７】
略平板状のヒートスプレッダの表面または裏面に、前記素子やセラミック基板等を、熱伝導の妨げになるボイド等を生じることなく良好にはんだ接合するためには、前記表面または裏面を、前記はんだに対する濡れ性、親和性に優れたニッケルめっき膜等で被覆するのが好ましい。しかし複合材料からなるヒートスプレッダの場合、前記複合材料を構成する各種の材料、例えばアルミニウムとセラミックとではめっきの条件が大きく異なるため、前記表面または裏面に直接に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。【０００８】
特許文献４ないし６には、複合材料からなる平板状の基材の表面および裏面に、前記複合材料に含まれるのと同じまたは異なる金属または合金からなる被覆層を積層したヒートスプレッダが記載されている。前記積層構造を有するヒートスプレッダは、素子やセラミック基板等との接続面である前記表面または裏面が単一の金属または合金からなる平滑な被覆層で覆われているため、前記被覆層上に安定で均一なニッケルめっき膜を形成できる。【０００９】
そのためニッケルめっき膜を形成した前記表面または裏面に、前記素子やセラミック基板等を、熱伝導の妨げになるボイド等を生じることなく良好にはんだ接合できる。また、被覆層を構成する金属または合金としてはんだに対する濡れ性、親和性に優れたものを選択してニッケルめっき膜を省略することもできる。
しかし、前記積層構造を有するヒートスプレッダは面方向の外周面（前記表面および裏面と交差する側面）において基材が露出しているため、前記基材に含まれるセラミック粉末等が、先に説明した(i)ないし(iii)等の工程を経て基材を形成する際や、あるいは形成した基材の表面および裏面に被覆層を積層する工程等において用いる金型や治具等を傷つけたり摩耗させたりしやすいという問題がある。これはセラミック粉末等が、前記金型や治具等を形成する金属材料よりも硬いためである。前記問題が生じるのを防止するために、例えば金型や治具等のうち、少なくとも基材と直接に接する面を超硬材料やダイヤモンド等で形成することが考えられる。しかし前記超硬材料等は、セラミック等と比べてさらに硬質の難加工材であるため、任意の立体形状を有する金型や治具等の表面を前記超硬材料等によって形成するのは困難であり、かかる対策は実現性に乏しい。【００１０】
特許文献３の実施例２（段落[００４３]〜[００４４]）には、前記(ii)の工程を経てアルミニウム−セラミック複合材料からなるヒートスプレッダを製造する際に、セラミック粉末をヒートスプレッダの表面、裏面、および外周面において極力露出させないように、前記セラミック粉末の量を調整すると共に熱処理の条件を調整することが記載されている。この方法によって製造されるヒートスプレッダは、前記各面において基本的にセラミック粉末が露出しない状態となるため、前記セラミック粉末が金型や治具等を傷つけたり摩耗させたりするのを抑制できる。【００１１】
しかし前記(ii)の工程を実施する際には、セラミックと共に基材を形成するアルミニウム等として、純アルミニウムではなく、前記純アルミニウムよりも溶融時の粘性が低く流動性に優れたアルミニウム合金、例えばアルミニウム−ケイ素合金等を用いる必要がある。そのため、ヒートスプレッダの各面にはケイ素等の結晶成分が析出しやすく、特に前記結晶成分が析出した表面や裏面には、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。【００１２】
特許文献３には、前記複合材料からなるヒートスプレッダの表面および裏面に、下記いずれかの処理を施すことが記載されている。
(iv)  ヒートスプレッダの表面および裏面にアルミニウム等を溶射する（段落[００４５]ないし[００４９]の実施例３、４）。
(v)  ヒートスプレッダの表面および裏面にアルミニウム箔を貼り付ける（段落[００５０]ないし[００５２]の実施例５）。
(vi)  ヒートスプレッダを製造する型内の、表面および裏面に対応する位置にアルミニウム箔をセットする（段落[００５３]ないし[００５４]の実施例６）。【００１３】
特に実施例４では、ヒートスプレッダとして、先に説明した実施例２で製造されたものを用いており、アルミニウム等を溶射した表面、および裏面だけでなく、前記処理をしていない外周面においても、セラミックの粉末は殆ど露出していないと考えられる。
しかし、(iv)の溶射によって基材の表面、および裏面に形成される層は、前記溶射時に発生するアルミニウムの酸化物を含んでおり、前記酸化物が層の外面に析出しやすい傾向がある。そのため、酸化物が析出した前記外面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。また、アルミニウム等を溶射する工程が増加する分、ヒートスプレッダの生産性が低下するという問題もある。同様に(v)のアルミニウム箔を貼り付ける方法では、前記工程が増加する分、ヒートスプレッダの生産性が低下するという問題がある。【００１４】
(vi)の型内にアルミニウム箔をセットする方法では、アルミニウム等の溶融物を型内に注入する際に、ごく薄いアルミニウム箔（実施例６では７μｍ）が前記溶融物と接触することで溶融して失われやすい。そのため、ヒートスプレッダの表面および裏面には、特許文献４ないし６に記載された被覆層のように、アルミニウム箔にのみ起源を有する連続した被覆層は形成されていない可能性が高い。【００１５】
すなわち前記アルミニウム箔は、単独で被覆層を形成するために機能するのではなく、製造されるヒートスプレッダの表面および裏面におけるアルミニウム等の存在比率を高めると共に、セラミックの粉末が前記表面および裏面に露出するのを妨げるために機能しつつ、型内に注入されたアルミニウム等の溶融物と渾然一体となって、前記表面および裏面に、セラミックの粉末の存在比率が小さい領域を形成すると考えられる。したがって前記表面および裏面には、依然として、特許文献３の実施例２の場合と同様に、注入したアルミニウム−ケイ素合金等に起因するケイ素等の結晶成分が析出しやすい傾向があり、前記結晶成分が析出した表面や裏面には、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。【００１６】
特許文献４の段落[００１５]ないし[００１９]には、前記アルミニウム箔に代えて、あらかじめヒートスプレッダの立体形状に成形した有底四角筒状の金属容器内にセラミック等の粉末を充填した後、前記金属容器内にアルミニウム等の溶融物を注入してヒートスプレッダを製造することが記載されている。この方法によれば、金属容器は所定の肉厚を有するため、例えば平板状のヒートスプレッダである場合は、前記表面および裏面だけでなく外周面にも、前記金属容器に起源を有する連続した被覆層を形成できる。【００１７】
しかしこの方法では、金属容器内に注入したアルミニウム等の溶融物と接触することで、前記金属容器の少なくとも内周面が溶融することが確認されている。そのため、金属容器の全体が溶融して前記アルミニウム箔と同様の問題を生じないようにするためには、前記金属容器の厚みを大きめに設定する必要がある。
ところが金属容器の厚みを大きく設定した場合には、基材と、ヒートスプレッダの表面または裏面に接合される素子やセラミック基板等との間に、前記金属容器に起源を有する厚みの大きい金属の層が、前記被覆層として介在することになる。そのため、基材を複合材料によって形成しているにも拘らず、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際には、前記被覆層を形成する金属と、素子やセラミック基板等との熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするおそれがある。また、前記のように金属容器の厚みを大きめに設定しなければならない分、ヒートスプレッダを小型化することが難しいため、特に近年の、前記ヒートスプレッダを含む機器類の小型化、省スペース化の要求に十分に対応できないという問題もある。【００１８】
特許文献７の段落[０００６]には、前記(iii)の多孔質体を、それよりも大きいキャビティを有する金型内に収容した状態で、溶融させたアルミニウム等を流し込んで多孔質体に含浸させると共に、前記多孔質体と金型との隙間にアルミニウム等を充填して被覆層を形成することが記載されている。しかしこの方法でも、前記アルミニウム等としては、純アルミニウムよりも溶融時の粘性が低く流動性に優れたアルミニウム−ケイ素合金等を用いる必要があり、かかる合金によって形成した前記層の外面にはケイ素等の結晶成分が析出しやすいため、前記結晶成分が析出した外面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。【００１９】
またこの方法では、型内での多孔質体の位置決めが容易でなく、位置ずれを生じやすい。位置ずれした多孔質体がヒートスプレッダの表面、裏面、または外周面において露出するのを防止するためには、前記隙間の寸法によって規定される被覆層の厚みを大きくしなければならない。そのため、やはり基材と、ヒートスプレッダの表面または裏面に接合される素子やセラミック基板等との間には、厚みの大きい被覆層が介在することになる。したがって基材を複合材料で形成しているにも拘らず、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際には、前記被覆層を形成するアルミニウム等と、素子やセラミック基板等との熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするおそれがある。【００２０】
また、前記のように被覆層の厚みを大きめに設定しなければならない分、ヒートスプレッダを小型化することが難しいため、特に近年の、前記ヒートスプレッダを含む機器類の小型化、省スペース化の要求に十分に対応できないという問題もある。さらに、ヒートスプレッダ内で多孔質体の位置がずれることによって、その周囲に形成される被覆層の厚みがばらついて、同一のヒートスプレッダの同一の面内で熱伝導の特性がばらついたり、前記方法で生産される複数のヒートスプレッダ間で熱伝導の特性がばらついたりするおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開昭６３−１９２８０１号公報
【特許文献２】特開平９−１５７７７３号公報
【特許文献３】特開２００４−９１８６２号公報
【特許文献４】特開２００２−２３５１２６号公報
【特許文献５】特開２００３−２５３３７１号公報
【特許文献６】ＷＯ２００６／０７７７５５Ａ１
【特許文献７】特開平９−１７４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、複合材料等からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面を被覆する、金属または合金からなる被覆層の厚みができるだけ均一で、かつ薄い上、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成できるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、略平板状の基材と、前記基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダであって、前記金属または合金からなる薄板により、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第１成形体と、前記薄板により、前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第２成形体とが、前記金属または合金の融点未満の温度での焼成により、前記外周面において互いに接合されるとともに前記基材と接合されて前記被覆層が形成されていることを特徴とする。【００２４】
本発明では、前記金属または合金からなる薄板によってあらかじめ被覆層の形状に成形された前記第１および第２成形体が、前記金属または合金の融点未満の温度での焼成によって両成形体の形状および組成を維持しながら、基材の外周面で互いに接合されるとともに、前記基材と接合されて被覆層が形成される。そのため前記被覆層は、前記第１および第２成形体のみを起源とし、しかも基材の表面、裏面、および外周面において互いに連続して形成される。また、特に素子やセラミック基板等の接続面として主に用いられるヒートスプレッダの表面および裏面の被覆層は、前記両成形体における厚みの精度を維持できる。しかも前記両成形体のもとになる薄板の厚みを極力薄くすることで、前記被覆層の厚みをできるだけ薄くすることもできる。【００２５】
また前記薄板を、ニッケルめっき膜を形成する妨げとなる成分を含まない金属または合金によって形成することで、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成することもできる。そのため本発明のヒートスプレッダによれば、前記素子やセラミック基板等との間での熱膨張係数の差に基づく先に説明した様々な問題が生じるのを防止しながら、前記各部の間での良好な熱伝導を確保することが可能となる。【００２６】
前記被覆層は、例えば前記第１成形体と第２成形体との間に前記基材のもとになる材料の粉末を充填した状態での圧縮成形および焼成により、または前記両成形体の間にあらかじめ成形した基材を挟んだ状態での焼成により、前記両成形体および基材を互いに接合して形成される。このうち前者では、前記第１成形体および第２成形体のうち少なくとも一方の、前記基材の表面または裏面を被覆する被覆層となる領域に凹凸形状を設けることにより、圧縮成形によって形成される前記基材の該当する領域に凹凸形状を形成でき、しかも前記凹凸形状を含む表面、裏面、および外周面を、成形体の厚みの精度を維持した連続した薄い被覆層で被覆できる。【００２７】
被覆層の厚みの誤差は、そのもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、前記基材の外周面を被覆する被覆層のうち、前記第１成形体と第２成形体との接合部を除く領域と、前記基材の表面および裏面を被覆する被覆層のうち、前記基材の面方向と平行な領域とで±１０％以内とすることが可能である。
基材としては、熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下で、かつ熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である種々の複合材料からなるものが挙げられる。かかる条件を満足する複合材料にて基材を形成することにより、前記素子やセラミック基板等との間での熱膨張係数の差に基づく先に説明した様々な問題が生じるのを防止しながら、前記素子で発生した熱をできるだけ速やかに除去できる。【００２８】
前記基材を形成する複合材料としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金と、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、およびケイ素からなる群より選ばれた少なくとも一種との混合物が挙げられる。また前記複合材料からなる基材の表面を被覆する被覆層を形成する金属または合金としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が挙げられる。前記複合材料と被覆層との組み合わせによれば、特に基材の熱膨張率や熱伝導率、被覆層の熱伝導率等を、前記範囲内でも、先に説明した各種装置類との組み合わせに適した任意の範囲に調整できる。また、前記被覆層の融点未満の温度での圧縮成形や焼成によって十分な強度を有する基材や被覆層を形成できる。【００２９】
前記材料を組み合わせたヒートスプレッダは、下記本発明の製造方法によって製造できる。すなわち本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む複合材料からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダを製造する製造方法であって、
(a)  前記被覆層のもとになるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板を、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第１成形体を作製するとともに、前記薄板を前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第２成形体を作製する工程と、
(b)  前記基材の裏面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する上面を有する下型、および前記基材の外周面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する内周面を有するダイを用意し、前記下型とダイとを組み合わせて前記上面および内周面でキャビティを構成し、前記キャビティ内に前記第２成形体を嵌め合わせて前記複合材料を充填したのち前記第１成形体を重ね合わせる工程と、
(c)  前記基材の表面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する下面を有する上型を用意し、前記上型を前記キャビティ内に挿入して、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で、前記上型および下型のうちの一方または両方を相手側の方向に押し込むことによって、前記第１成形体、第２成形体、および複合材料を圧縮成形して圧縮成形体を作製する工程と、
(d)  前記圧縮成形体を、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で焼成する工程と、
を含むことを特徴とする。【００３０】
なお本発明では、前記基材の表面、裏面および外周面の全面が、被覆層によって完全に覆われていなくてもよい。例えば基材の表面や裏面のうち素子やセラミック基板等がはんだ接合される領域以外の領域や、あるいは外周面の一部等に、被覆層が形成されずに基材が露出した箇所が１つまたは２つ以上あってもよい。前記露出箇所は、何らかの目印として意図的に設けてもよいし、自然発生的なものであってもよい。前記露出箇所は、前記はんだ接合を阻害しない程度の、またはヒートスプレッダの製造時に金型や治具等を殆ど摩耗させない程度の大きさであるのが好ましい。特に１つの露出箇所の面積が１ｍｍ２以下程度であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複合材料等からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面を被覆する、金属または合金からなる被覆層の厚みができるだけ均一で、かつ薄い上、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成できるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの製造方法とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の例のヒートスプレッダの内部構造を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】図５は、図１の例のヒートスプレッダを本発明の製造方法によって製造する一工程を示す断面図である。
【図６】図６は、図５の工程の次の工程を示す断面図である。
【図７】図７は、図６の工程の次の工程を示す断面図である。
【図８】図８は、図７の工程の次の工程を示す断面図である。
【図９】図９は、図８の工程の次の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施例１で製造したヒートスプレッダの切断面を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、図１０の光学顕微鏡写真において、被覆層の厚みを測定した位置を説明する図である。
【図１２】図１２は、実施例３で製造したヒートスプレッダの切断面の一部を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】図１３は、図１２の光学顕微鏡写真において、被覆層の厚みを測定した位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の一例を示す斜視図である。図２は、図１の例のヒートスプレッダの内部構造を示す拡大断面図である。両図を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３および裏面４がともに平面である矩形平板状に形成されている。前記基材２の表面３、裏面４、および矩形の４辺を構成し前記両面３、４と直交する４つの側面（外周面）５は、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層６で被覆されている。
【００３４】
前記被覆層６は、
(A)  前記金属または合金からなる薄板により、前記基材２の表面３を被覆する被覆層７、および外周面５のうち前記表面３と連続する領域を被覆し、前記被覆層７と連続する被覆層８の形状に成形された第１成形体９と、
(B)  前記薄板により、前記基材２の裏面４を被覆する被覆層１０、および前記外周面５のうち前記裏面４と連続する領域を被覆し、前記被覆層１０と連続する被覆層１１の形状に成形された第２成形体１２とを、
前記金属または合金の融点未満の温度での焼成により、前記基材２の外周面５において互いに接合するとともに前記基材２と接合させて形成される。それによって図１、図２に示すヒートスプレッダ１が製造される。
【００３５】
詳しくは、
(I)  前記第１および第２成形体９、１２間に、基材２のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度で、形成する基材２の厚み方向に圧縮成形して基材２を形成するか、または
(II)  前記第１および第２成形体９、１２間に、あらかじめ形成した基材２を挟んだのち、
さらに前記金属または合金の融点未満の温度で焼成して、前記両成形体９、１２を、外周面５の接合部１３において互いに接合するとともに基材２と接合することによって、前記基材２の表面３、裏面４および外周面５が互いに連続する被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１が製造される。
【００３６】
基材２の熱膨張係数は１５×１０−６／Ｋ以下であるのが好ましい。これによりＳｉ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＳｉＣ系、ＧａＮ系等の各種の半導体材料からなる素子や、あるいはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３ＮＯ４等の各種の材料からなるセラミック基板等と、基材２との熱膨張係数の差を小さくできる。そのため素子の動作による発熱と、停止後の冷却とを繰り返した際に、前記熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいは素子とヒートスプレッダ１との間のはんだ接合が破壊されたりするのを抑制できる。
【００３７】
また基材２の熱膨張係数は、例えばアルミニウム−セラミック複合材料等からなる基材２の場合、前記範囲内でも２×１０−６／Ｋ以上であるのが好ましい。前記複合材料からなる基材２の熱膨張係数は、セラミックの含有割合を増減させることで調整できる。しかし熱膨張係数を２×１０−６／Ｋ未満とするためにはセラミックの含有割合を過剰に多くしなければならず、相対的に結合材としてのアルミニウム等の含有割合が少なくなりすぎて、実質的に前記複合構造を有する基材２を形成するのが容易でなくなるためである。また基材２を形成できたとしても強度が不足して、十分に実用に供しえなくなるおそれがあるためである。他の材料からなる基材２についても、それぞれの材料に固有の事情に応じて熱膨張係数の下限を設定すればよい。
【００３８】
基材２の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましい。これにより、素子において発生した熱をできるだけ速やかに冷却部材に伝導して除去できるため、素子自体が過熱して誤動作したり破損したり、あるいは動作の効率が低下したりするのを防止できる。
前記条件を満足する基材２としては、例えば、
(1)  アルミニウム−セラミック複合材料、
(2)  銅−セラミック複合材料、
(3)  ケイ素−セラミック複合材料、
(4)  銅−タングステン複合材料、
(5)  銅−モリブデン複合材料、
(6)  タングステン、
(7)  モリブデン、
(8)  アルミニウム−ケイ素複合材料、および
(9)  銅−ダイヤモンド複合材料
からなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものが挙げられる。
【００３９】
このうち(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２としては、例えば下記のいずれかの形成方法によって形成したもの等が挙げられる。
(1-1)  アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とセラミック粉末との混合物を基材２の形状に圧縮成形したのち、例えば非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム等の融点未満の温度で焼成する。
【００４０】
(1-2)  前記(1-1)で得た成形体を、再度アルミニウム等の融点未満の温度に加熱しながら圧縮成形して複合構造の緻密化を図る。
(1-3)  基材２の形状に形成したセラミックからなる多孔質体中に、例えば真空炉中で、溶融させたアルミニウムまたはアルミニウム合金を含浸させる。
また前記(I)において、(1-1)の混合物を第１および第２成形体９、１２の間に充填して、前記両成形体９、１２と共に圧縮成形したり、かかる圧縮成形によって得た圧縮成形体を(1-2)においてさらに圧縮成形したりすると、基材２が形成されるのと同時に両成形体９、１２が一体化された圧縮成形体が得られる。
【００４１】
前記(1-1)(1-2)の方法において用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末としては、例えばアトマイズ法等によって作製した純アルミニウム粉末や、ケイ素（Ｓｉ）を１２質量％以下の割合で含有するアルミニウム−ケイ素合金の粉末等が挙げられる。また、日本工業規格ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６「アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条」において規定された合金番号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００等の純アルミニウム系の展延材、Ａ２０１４、Ａ３００４、Ａ５００５等のアルミニウム−マグネシウム合金系材料、あるいはＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａといった鋳造用アルミニウム系合金等の粉末も使用可能である。前記アルミニウム等の粉末は、平均粒径が３０μｍ以上、６０μｍ以下であるのが好ましい。これにより、基材２中でアルミニウム等とセラミックとをできるだけ細かくかつ均等に分布させて、両者の分布に偏りがない基材２を形成できる。
【００４２】
セラミック粉末としては、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる粉末が挙げられる。前記粒径範囲を有するアルミニウム等の粉末と組み合わせるセラミック粉末は、平均粒径が３０μｍ以上、６０μｍ以下であるのが好ましい。特に組み合わせるアルミニウム等の粉末と平均粒径が等しいのがさらに好ましい。これにより、アルミニウム等とセラミックとを基材２中でできるだけ細かくかつ均等に分布させて、両者の分布に偏りがない基材２を形成できる。
【００４３】
前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とセラミック粉末との配合割合は任意に設定できる。先に説明したようにアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２の熱膨張係数は、セラミックの含有割合を増減させることで調整可能である。そのため前記基材２の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下の任意の値となるように両粉末の配合割合を調整すればよい。
【００４４】
前記(1-3)の形成方法において用いるセラミックの多孔質体は、例えば前記セラミック粉末を樹脂等のバインダと混合した混合物を基材２の形状に成形したのち焼成して、バインダを除去すると共にセラミック粉末を焼結させる等して形成できる。
(2)の銅−セラミック複合材料からなる基材２としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて銅または銅合金を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして、例えば下記の形成方法によって形成したもの等が挙げられる。
【００４５】
(2-1)  銅または銅合金の粉末とセラミック粉末との混合物を基材２の形状に圧縮成形したのち、例えば非酸化性雰囲気中で、前記銅等の融点未満の温度で焼成する。
(2-2)  前記(2-1)で得た基材２を、再度銅等の融点未満の温度に加熱しながら圧縮成形して複合構造の緻密化を図る。
(2-3)  基材２の形状に形成したセラミックからなる多孔質体中に、例えば真空炉中で、溶融させた銅または銅合金を含浸させる。
【００４６】
このうち(2-1)(2-2)の形成方法において用いる銅または銅合金の粉末としては、例えばアトマイズ法等によって作製された純銅粉末や、日本工業規格ＪＩＳ  Ｈ３１００：２００６「銅及び銅合金の板並びに条」において規定された合金番号Ｃ１０２０「無酸素銅」、Ｃ１１００「タフピッチ銅」等の粉末が挙げられる。また(2-3)の形成方法において用いるセラミックの多孔質体は、先に説明したようにセラミック粉末を樹脂等のバインダと混合した混合物を基材２の形状に成形したのち焼成して、バインダを除去すると共にセラミック粉末を焼結させる等して形成できる。
【００４７】
(3)のケイ素−セラミック複合材料からなる基材２としても、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えてケイ素を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして形成したもの等が挙げられる。
(4)の銅−タングステン複合材料からなる基材２としては、例えば下記の形成方法によって形成したもの等が挙げられる。
【００４８】
(4-1)  銅または銅合金の粉末とタングステン粉末との混合物を基材２の形状に圧縮成形したのち、例えば還元性雰囲気中で、銅または銅合金の融点以上の温度で焼成する。
(4-2)  基材２の形状に形成したタングステンからなる多孔質体中に、例えば真空炉中で、溶融させた銅または銅合金を含浸させる。
前記(4-2)の形成方法において用いるタングステンの多孔質体は、例えばタングステン粉末を樹脂等のバインダと混合した混合物を基材２の形状に成形したのち焼成して、バインダを除去すると共にセラミック粉末を焼結させる等して形成できる。
【００４９】
(4-2)の形成方法については、例えば特開昭５９−２１０３２号公報に詳しい。
(5)の銅−モリブデン複合材料からなる基材２としては、タングステンに代えてモリブデンを用いること以外は前記(4)の銅−タングステン複合材料からなる基材２と同様にして形成したもの等が挙げられる。このうち(4-2)の形成方法と同様にして銅−モリブデン複合材料からなる基材２を形成する形成方法については、前記特開昭５９−２１０３２号公報に詳しい。
【００５０】
(6)のタングステン、および(7)のモリブデンからなる基材２としては、それぞれタングステンまたはモリブデンを基材２の形状に形成した板材等が挙げられる。(8)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなる基材２としては、例えばセラミック粉末に代えてケイ素粉末を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして形成したもの等が挙げられる。前記(I)において、(1-1)の混合物のうちセラミック粉末に代えてケイ素粉末を配合した混合物を第１および第２成形体９、１２の間に充填して、前記両成形体９、１２と共に圧縮成形したり、かかる圧縮成形によって得た圧縮成形体をさらに圧縮成形したりすると、基材２が形成されるのと同時に両成形体９、１２が一体化された圧縮成形体が得られる。(9)の銅−ダイヤモンド複合材料からなる基材２としては、例えば特開２００４−１７５６２６号公報に記載された形成方法によって形成されたもの等が挙げられる。
【００５１】
第１および第２成形体９、１２のもとになる金属または合金としては、先に説明したように安定で均一なニッケルめっき膜を形成する妨げとなる成分を含まない金属または合金が好ましい。また前記金属または合金には、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みをできるだけ均一に仕上げるための加工性や、前記薄板を成形して前記両成形体９、１２を形成する際の加工性等に優れる上、基材２と同等またはそれ以上の良好な熱伝導率を有することも求められる。中でも試験力４９．０３Ｎ（試験荷重５ｋｇｆ）でのビッカース硬さＨｖが２００以下の金属または合金、特にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金が好ましい。
【００５２】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板としては、合金番号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００等の純アルミニウム系の展延材や、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ等の鋳造用合金を圧延した板材等が挙げられる。また銅または銅合金の薄板としては、先に説明したＪＩＳ  Ｈ３１００：２００６において規定された合金番号Ｃ１０２０「無酸素銅」、Ｃ１１００「タフピッチ銅」等からなる板材等が挙げられる。
【００５３】
第１および第２成形体９、１２は、互いに同じ金属または合金によって形成してもよいし、互いに異なる金属または合金によって形成してもよい。前記薄板の厚みは任意に設定できる。しかし前記両成形体９、１２によって形成される被覆層６の厚みをできるだけ小さくして、熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、はんだ接合が破壊されたりするのを防止することや、ヒートスプレッダ１自体を極力小型化することを考慮すると、前記薄板の厚みは０．５ｍｍ以下であるのが好ましく、特に０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００５４】
前記図１、図２の例のヒートスプレッダ１のうち、例えば基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料、または(8)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、かつ被覆層６がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものは、例えば下記の工程を経て製造できる。
すなわち、前記被覆層６のもとになる第１および第２成形体９、１２の間に、基材２のもとになる前記(1-1)(8)で説明した混合物を充填した後、前記基材２のもとになる複合材料中に含まれるアルミニウム等、および両成形体９、１２を形成するアルミニウム等の融点未満の温度で、形成する基材２の厚み方向に圧縮成形したのち、前記アルミニウム等の融点未満の温度で焼成する。
【００５５】
前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。
また前記方法では、例えば第１および第２成形体９、１２のうちの少なくとも一方の、基材２の表面３または裏面４を被覆する被覆層７、１０となる領域に凹凸形状を設けることによって、前記基材２の該当する領域に凹凸形状が形成され、前記凹凸形状を含む表面３、裏面４、および外周面５のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造することもできる。
【００５６】
図３は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の他の例としての、前記凹凸形状を有するヒートスプレッダを示す断面図である。図３を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３が平面で、かつ裏面４が前記凹凸形状を有する凹凸面とされている。
すなわち裏面４は、外周面５と連続する一定幅の環状の領域４ａが、表面３と平行な平面とされている。裏面４の中央には、領域４ａよりも表面３の方向に凹入させた位置に、前記表面３と平行な平面４ｂが設けられている。領域４ａの内側で、かつ平面４ｂの周囲には、前記平面４ｂよりも表面３の方向に凹入させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｃが設けられている。領域４ａと領域４ｃとの間は、前記両領域４ａ、４ｃと直交する段差面４ｄによって繋がれている。また領域４ｃと平面４ｂとの間は連続する傾斜面４ｅによって繋がれている。外周面５は、表面３、裏面４の外縁を構成し、前記両面３、４と直交している。
【００５７】
前記ヒートスプレッダ１は、第２成形体１２として、基材２の裏面４を被覆する被覆層１０となる領域に図３に示す凹凸形状を設けたものを用いて、先に説明した工程を経ることによって製造できる。前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３と、段差面４ｄ、および傾斜面４ｅに対応する領域を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。言い換えれば、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域（被覆層７の全面、被覆層１０のうち領域４ａおよび平面４ｂに対応する領域）とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００５８】
図４は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態のさらに他の例としての、前記凹凸形状を有するヒートスプレッダを示す断面図である。図４を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３が平面で、かつ裏面４が前記凹凸形状を有する凹凸面とされている。
すなわち裏面４は、外周面５と連続する一定幅の環状の領域４ｆが、表面３と平行な平面とされている。裏面４の中央には、領域４ｆと同一平面となるように、表面３と平行な平面４ｇが設けられている。領域４ｆの内側には、前記領域４ｆよりも表面３の方向と反対方向に突出させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｈが設けられている。領域４ｈの内側で、かつ平面４ｇの周囲には、前記平面４ｇよりも表面３の方向に凹入させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｉが設けられている。領域４ｆと領域４ｈとの間、領域４ｈと領域４ｉとの間、および領域４ｉと平面４ｇとの間は、それぞれ連続する傾斜面４ｊ、４ｋ、４ｍによって繋がれている。外周面５は、表面３、裏面４の外縁を構成し、前記両面３、４と直交している。
【００５９】
前記ヒートスプレッダ１は、第２成形体１２として、基材２の裏面４を被覆する被覆層１０となる領域に図４に示す凹凸形状を設けたものを用いて、先に説明した工程を経ることによって製造できる。前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３と、傾斜面４ｊ、４ｋ、４ｍに対応する領域を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。言い換えれば、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域（被覆層７の全面、被覆層１０のうち領域４ｆ、４ｊ、４ｉおよび平面４ｇに対応する領域）とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００６０】
図示していないが、第１成形体９の、基材２の表面３を被覆する被覆層７となる領域に凹凸形状を設ければ、基材２の表面３の該当する領域に凹凸形状が形成され、かつ前記凹凸形状を含む平板の表面３および裏面４のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造できる。また両方の成形体９、１２の、被覆層７、１０となる領域にそれぞれ凹凸形状を設ければ、基材２の表面３および裏面４の該当する領域にそれぞれ凹凸形状が形成され、かつ前記凹凸形状を含む平板の表面３および裏面４のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造できる。
【００６１】
いずれの場合も、両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００６２】
図５ないし図９は、基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料、または(8)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、かつ被覆層６がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる矩形平板状のヒートスプレッダ１（図１、図２のもの）を、本発明の製造方法によって製造する各工程を示す断面図である。
これらの図を参照して、この例の製造方法では、まず前記アルミニウム等からなる薄板をあらかじめ成形して第１成形体９と第２成形体１２とを用意する。また基材２の裏面４を被覆する被覆層１０の表面形状に一致する上面１４を有する下型（下杵）１５と、前記基材２の表面３を被覆する被覆層７の表面形状に一致する下面１６を有する上型（上杵）１７と、前記基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１の表面形状に一致する内周面１８を有するダイ（臼）１９とを用意する。なお図では下型１５をダイ１９に挿入可能な形状としているが、前記下型としてダイ１９の下側の開口を塞ぐアンビルを用いて、構造を簡略化してもよい。
【００６３】
次に前記下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる複合材料、すなわちアルミニウム等の粉末と、セラミック、ケイ素等の粉末との混合物２１を充填する（図５、図６）。混合物の充填量は、前記混合物２１を構成するセラミックまたはケイ素の粉末の密度や粒径、アルミニウム等の粉末の粒径、前記両成分の配合割合、形成する基材２の密度等に応じて任意に設定できる。
【００６４】
次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入して図８、９中に黒矢印で示すように前記上型１７を、製造するヒートスプレッダ１の厚みになるまで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得る（図７ないし図９）。圧縮成形は、第１および第２成形体９、１２を溶融させないため、アルミニウム等の融点未満の温度で行なう必要があり、特に積極的に加熱をしない常温環境下で行なうのが好ましい。
【００６５】
圧縮成形時の圧力は９８ＭＰａ以上、６８６ＭＰａ以下に設定するのが好ましい。圧力が９８ＭＰａ未満では、圧縮成形体２２の強度が不足して、特に焼成のためにダイ１９から取り出す際や取り出した後の焼成工程等において型崩れしやすくなるおそれがある。また、圧力が６８６ＭＰａを超えても圧縮成形体２２の強度をそれ以上高める効果は得られない上、前記高圧の圧縮成形を行うために下型１５、上型１７およびダイ１９等の装置が大掛かりになりすぎるという問題もある。
【００６６】
次に前記圧縮成形体２２を、アルミニウム等の融点未満の温度で焼成すると、圧縮成形体２２のうち混合物２１が焼結されて基材２が形成される。それと共に前記第１および第２成形体９、１２が基材２の外周面５の接合部１３において互いに接合され、かつ前記両成形体９、１２が基材２と接合されることで、前記基材２の表面３、裏面４および面方向の外周面５を被覆する連続した被覆層６が形成されて図１、図２に示す平板状のヒートスプレッダ１が製造される。
【００６７】
圧縮成形体２２は、いわゆるホットプレス成形法により、図９の圧縮状態を維持しながら下型１５、上型１７およびダイ１９ごと図示しない加熱手段によって加熱して焼成してもよい。しかし前記下型１５、上型１７およびダイ１９は、先に説明したように圧縮成形時におよそ９８ＭＰａ以上という過大な圧力が加えられるため大掛かりであり、必然的に熱容量も大きい。そのためホットプレス成形法を採用した場合には、前記圧縮成形体２２を、前記下型１５、上型１７およびダイ１９ごと、焼成に要する時間（通常は０．５時間以上）の間、加熱し続けなければならないので、１つのヒートスプレッダ１を製造するのに要するエネルギーおよび時間が増大する。
【００６８】
そのため本発明では、圧縮成形によって得た圧縮成形体２２を、図示していないがダイ１９から取り出した後にそのままの状態で、あるいは型崩れを防止するための簡単な（熱容量の小さい）型枠に嵌め込む等した状態で焼成するのが好ましい。これにより焼成に要するエネルギーと時間とを削減でき、ヒートスプレッダ１の生産性を向上できる。
焼成の温度は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満であればよい。しかし基材２を形成するセラミック等の粉末とアルミニウム等の粉末とができるだけ良好に結合され、かつアルミニウム等からなる被覆層６が、前記基材２とできるだけ強固に一体化されたヒートスプレッダ１を、できるだけ効率よく製造するためには、焼成の温度は５５０℃以上、６５０℃以下であるのが好ましい。また同様の理由で、焼成の時間は０．５時間以上、２時間以下であるのが好ましい。
【００６９】
前記各工程を経て製造したヒートスプレッダ１は、先に(1-2)において説明したように、さらに加熱下で加圧（プレス）処理してもよい。具体的には、図９に示すように焼成後のヒートスプレッダ１を再びキャビティ２０内にセットし、下型１５と上型１７とで挟んで所定の温度に加熱しながら、前記上型１７を下型１５の方向に押し込んで加圧する。そうすると、焼成時に発生する変形（歪み等）や被覆層７、１０の凹凸等を矯正し、かつ基材２を高密度化して熱伝導率を向上させることができる。
【００７０】
前記加圧工程においては、前記変形や凹凸等をできるだけ良好に矯正して熱伝導率を向上することを考慮すると、加熱の温度（金型温度）は３００℃以上、６５０℃以下、加圧の圧力は２４５ＭＰａ以上、４９０ＭＰａ以下、加圧の時間は０．１秒以上、５秒以下であるのが好ましい。なおヒートスプレッダ１の変形や凹凸等を矯正すると共に基材２を高密度化するためには、前記加圧処理に代えて、例えば６２０℃程度での熱間鍛造等を採用しても良い。
【００７１】
例えば図３、図４に示すように基材２の裏面４側に凹凸形状が形成されたヒートスプレッダ１を、前記本発明の製造方法によって製造したり、必要に応じて加圧処理したりするためには、前記下型１５として、上面１４の、第２成形体１２の被覆層１０に対応する領域に、前記凹凸形状と一致する凹凸形状が形成されたものを用いればよい。前記凹凸形状に第２成形体１２の凹凸形状を嵌め合わせた状態で前記各工程を実施すれば、図３、図４に示すように基材２の裏面４側に凹凸形状が形成されたヒートスプレッダ１を製造できる。
【００７２】
基材２の表面３側に凹凸形状が形成される場合、両面３、４に凹凸形状が形成される場合も同様である。基材の表面３側に凹凸形状が形成される場合は、上型１７として、その下面１６に対応する凹凸形状が形成されたものを用いればよく、両面３、４に凹凸形状が形成される場合は、下型１５および上型１７として、それぞれの上面１４および下面１６に、対応する凹凸形状が形成されたものを用いればよい。
【００７３】
なお、基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料、または(8)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、被覆層６がアルミニウム等からなるヒートスプレッダ１は、以上で説明した製造方法の他に、例えば先に説明した(1-1)ないし(1-3)、(8)のいずれかの方法によってあらかじめ所定の立体形状に形成した基材２を用いて、下記の製造方法によって製造することもできる。すなわち基材２を、被覆層６のもとになる第１および第２成形体９、１２と組み合わせた状態で図９に示すキャビティ２０内に収容し、下型１５と上型１７とで挟んで、ネジ止めの締結力等を利用して所定の圧に加圧した状態で、アルミニウム等の融点以下、好ましくは５５０℃以上、６５０℃以下で焼成する。
【００７４】
そうすると第１および第２成形体９、１２が基材２の外周面５の接合部１３において互いに接合され、かつ前記両成形体９、１２が基材２と接合されることで、前記基材２の表面３、裏面４および面方向の外周面５を被覆する連続した被覆層６が形成されて、図１、図２に示す平板状のヒートスプレッダ１が製造される。かかるヒートスプレッダ１においても、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３等を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。
【００７５】
また前記以外の、他の材料の組み合わせからなるヒートスプレッダ１も、それぞれの材料の特性に応じた、任意の製造方法によって製造することができる。例えば基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなり、被覆層６が銅または銅合金からなるヒートスプレッダ１は、前記(1-1)ないし(1-3)のいずれかの方法によってあらかじめ所定の立体形状に形成した後、その全表面を銅めっきした基材２と、銅等からなる第１および第２成形体９、１２とを組み合わせて製造できる。
【００７６】
すなわち、前記組み合わせたものを図９に示すキャビティ２０内にセットすると共に銅等の融点以下、好ましくは３００℃以上、６００℃以下で焼成すると、前記両成形体９、１２が基材２の外周面５の接合部１３において互いに接合されると共に、前記基材２と両成形体９、１２とが、銅めっき層による銅拡散接合によって一体化されて被覆層６が形成されて、図１、図２に示す平板状のヒートスプレッダ１が製造される。かかるヒートスプレッダ１においても、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３等を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。
【００７７】
基材２が、先に説明した(2)ないし(9)のいずれかの材料からなり、被覆層６が銅または銅合金からなるヒートスプレッダ１も、前記と同様にして製造することができる。すなわち、(2)ないし(9)のいずれかの材料によってあらかじめ所定の立体形状に形成した後、その全表面を銅めっきした基材２と、銅または銅合金からなる第１および第２成形体９、１２とを組み合わせて図９に示すキャビティ２０内にセットすると共に、銅または銅合金の融点以下、好ましくは３００℃以上、６００℃以下で焼成すると、前記両成形体９、１２が基材２の外周面５の接合部１３において互いに接合されると共に、前記基材２と両成形体９、１２とが、銅めっき層による銅拡散接合によって一体化されて被覆層６が形成されて、図１、図２に示す平板状のヒートスプレッダ１が製造される。かかるヒートスプレッダ１においても、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３等を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。
【００７８】
本発明の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
【実施例】
【００７９】
〈実施例１〉
図１、図２に示す矩形平板状で横２５ｍｍ、縦２５ｍｍ、厚み２．０ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。
（基材２のもとになる混合物２１）
セラミックの粒子としての炭化ケイ素の粒子（平均粒径５０μｍ）７０質量部と、アルミニウムの粉末（平均粒径５０μｍ）３０質量部とを配合して調製した。【００８０】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横２５ｍｍ、縦２５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。【００８１】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する矩形平板状の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横２５ｍｍ、縦２５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。【００８２】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の平面形状と一致する矩形平面状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。【００８３】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（＝２．０ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。【００８４】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１を固定用の樹脂中に埋め込んで前記樹脂ごと厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真（図１０）を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察した。また図１１に示すように、前記図１０の光学顕微鏡写真中の、(1)〜(10)の１０箇所での被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、下記表１に示すように前記１０箇所での厚みがいずれも約０．３ｍｍで、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。【００８５】
【表１】
2010013383.tif 000003
【００８６】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１２×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１８２Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００８７】
〈実施例２〉
矩形平板状で、その下面側に図３に示す凹凸形状が形成された、横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍ、最大厚み３．０ｍｍ、最小厚み１．８ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、実施例１で調整したのと同じ混合物２１と、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。【００８８】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。【００８９】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する、図３の立体形状を有する平面形状が矩形の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は３．０ｍｍとした。【００９０】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の形状と一致する立体形状を有する矩形状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。【００９１】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（最大厚み＝３．０ｍｍ、最小厚み＝１．８ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。【００９２】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１について、実施例１と同様に厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察すると共に、被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。【００９３】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１１×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１７１Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００９４】
〈実施例３〉
矩形平板状で、その下面側に図４に示す凹凸形状が形成された、横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍ、最大厚み２．７ｍｍ、最小厚み１．４ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、実施例１で調整したのと同じ混合物２１と、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。【００９５】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。【００９６】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する、図４の立体形状を有する平面形状が矩形の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。【００９７】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の形状と一致する立体形状を有する矩形状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。【００９８】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（最大厚み＝２．７ｍｍ、最小厚み＝１．４ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。【００９９】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１を固定用の樹脂中に埋め込んで前記樹脂ごと厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真（図１２）を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察した。なお図１２は、ヒートスプレッダ１の面方向の半分のみを示している。【０１００】
また図１３に示すように、前記図１２の光学顕微鏡写真中の、(1)〜(10)の１０箇所での被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、下記表２に示すように前記１０箇所での厚みがいずれも約０．３ｍｍで、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。【０１０１】
【表２】
2010013383.tif 000004
【０１０２】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１１．０×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１７０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【符号の説明】
【０１０３】
１：ヒートスプレッダ、２：基材、３：表面、４：裏面、４ａ、４ｃ、４ｆ、４ｈ、４ｉ：領域、４ｂ、４ｇ：平面、４ｄ：段差面、４ｅ：傾斜面、４ｊ、４ｋ、４ｍ：傾斜面、５：外周面、６、７、８、１０、１１：被覆層、９、１２：成形体、１３：接合部、１４：上面、１５：下型、１６：下面、１７：上型、１８：内周面、１９：ダイ、２０：キャビティ、２１：混合物、２２：圧縮成形体
【図１】
2010013383.tif 000005
【図２】
2010013383.tif 000006
【図３】
2010013383.tif 000007
【図４】
2010013383.tif 000008
【図５】
2010013383.tif 000009
【図６】
2010013383.tif 000010
【図７】
2010013383.tif 000011
【図８】
2010013383.tif 000012
【図９】
2010013383.tif 000013
【図１１】
2010013383.tif 000014
【図１３】
2010013383.tif 000015
【図１０】
2010013383.tif 000016
【図１２】
2010013383.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月27日(2009.10.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平板状の基材と、前記基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダであって、
前記金属または合金からなる薄板により、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第１成形体と、前記薄板により、前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第２成形体との間に前記基材のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度での圧縮成形および焼成によって前記基材が形成され、かつ前記第１成形体と第２成形体とが前記外周面において互いに接合されるとともに前記基材と接合されて前記被覆層が形成されていることを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記第１成形体および第２成形体のうち少なくとも一方の、前記基材の表面または裏面を被覆する前記被覆層となる領域に凹凸形状を設けることによって、前記基材の該当する領域に凹凸形状が形成されている請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記基材の外周面を被覆する前記被覆層のうち前記第１成形体と第２成形体との接合部を除く領域と、前記基材の表面および裏面を被覆する前記被覆層のうち前記基材の面方向と平行な領域とで、前記被覆層の厚みの誤差が±１０％以内である請求項１または２に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記基材の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下で、かつ熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記基材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金と、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、およびケイ素からなる群より選ばれた少なくとも一種とを含む複合材料からなり、前記被覆層がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる請求項１ないし４のいずれか１項に記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む複合材料からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダを製造する製造方法であって、
(a)  前記被覆層のもとになるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板を、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第１成形体を作製するとともに、前記薄板を前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第２成形体を作製する工程と、
(b)  前記基材の裏面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する上面を有する下型、および前記基材の外周面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する内周面を有するダイを用意し、前記下型とダイとを組み合わせて前記上面および内周面でキャビティを構成し、前記キャビティ内に前記第２成形体を嵌め合わせて前記複合材料を充填したのち前記第１成形体を重ね合わせる工程と、
(c)  前記基材の表面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する下面を有する上型を用意し、前記上型を前記キャビティ内に挿入して、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で、前記上型および下型のうちの一方または両方を相手側の方向に押し込むことによって、前記第１成形体、第２成形体、および複合材料を圧縮成形して圧縮成形体を作製する工程と、
(d)  前記圧縮成形体を、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で焼成する工程と、
を含むことを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子から熱を除去するために好適に用いられるヒートスプレッダと、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動作時に大きな発熱を伴う素子においては、前記熱をできるだけ速やかに除去することが求められる。前記熱を速やかに除去しないと、素子自体が過熱して誤動作（熱暴走）したり、破損したり、あるいは動作の効率が低下したりするおそれがある。かかる素子としては、例えば電気自動車やハイブリッド自動車、鉄道車両等において誘導モータを駆動させる際に直流から交流への電力変換を行うためのインバータ回路に組み込まれる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等のパワー半導体素子、プラズマディスプレイパネル等の画像表示素子、コンピュータのマイクロプロセッサユニット、あるいはレーザーダイオード等が挙げられる。
【０００３】
近年、前記各種装置類のより一層の高性能化や高出力化の進展に伴って、前記素子を、一般的なケイ素（Ｓｉ）系、ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）系、インジウム−燐（ＩｎＰ）系の素子から、炭化ケイ素（ＳｉＣ）系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の素子へと移行することが検討されている。その場合、素子の動作可能温度を例えばＳｉ系の素子等の１２０℃前後から、ＳｉＣ系の素子等の２００℃前後まで引き上げることが可能となり、過熱による誤動作や破損、動作効率の低下等をこれまでよりも起こりにくくできると考えられている。
【０００４】
しかし、これらの素子においてもできるだけ速やかに熱を除去する必要があることには変わりはない。前記熱を速やかに除去して素子の誤動作や破損、動作効率の低下等を防止する手段としては、例えば平板状のヒートスプレッダを用いるのが一般的である。すなわち前記素子を、前記平板状のヒートスプレッダの表面に直接に、あるいはセラミック基板等を介してはんだ接合等により搭載する。また前記ヒートスプレッダの裏面は、冷却器やヒートシンク、あるいは前記冷却器等への伝熱部材（以下これらを「冷却部材」と総称する場合がある）と接触させた状態でネジ止め等して固定する。そうすると素子で発生した熱を、前記ヒートスプレッダを介して速やかに冷却部材に熱伝導させて除去できる。
【０００５】
従来は、前記ヒートスプレッダをアルミニウムや銅等の金属、もしくは合金によって一体に形成していた。
しかし近時、前記ヒートスプレッダをアルミニウム−セラミック複合材料等によって形成することが検討されている（例えば特許文献１ないし３参照）。前記アルミニウム−セラミック複合材料等の複合材料は、前記金属や合金と同等程度の熱伝導率を有する上、先に説明した各種材料からなる素子や、あるいは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等からなるセラミック基板等と熱膨張係数が近い。そのためヒートスプレッダを前記複合材料によって形成することで、前記素子やセラミック基板等との熱膨張係数の差をできるだけ小さくすることができる。したがって、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際に、熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするのを抑制できる。
【０００６】
例えば前記アルミニウム−セラミック複合材料からなるヒートスプレッダは、
(i)  セラミック粉末と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とを混合した混合物を加熱することで前記アルミニウム等を溶融させて、前記セラミック粉末間に浸透させたのち冷却して一体化させる、
(ii)  前記セラミック粉末を、溶融させたアルミニウム等と混合したのち冷却して一体化させる、
(iii)  セラミック粉末を焼結して多孔質体（スケルトンまたはプリフォーム）を作製し、前記多孔質体の細孔中に、溶融させたアルミニウム等を含浸させたのち冷却して一体化させる、
等の工程を経て製造される。
【０００７】
略平板状のヒートスプレッダの表面または裏面に、前記素子やセラミック基板等を、熱伝導の妨げになるボイド等を生じることなく良好にはんだ接合するためには、前記表面または裏面を、前記はんだに対する濡れ性、親和性に優れたニッケルめっき膜等で被覆するのが好ましい。しかし複合材料からなるヒートスプレッダの場合、前記複合材料を構成する各種の材料、例えばアルミニウムとセラミックとではめっきの条件が大きく異なるため、前記表面または裏面に直接に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。
【０００８】
特許文献４ないし６には、複合材料からなる平板状の基材の表面および裏面に、前記複合材料に含まれるのと同じまたは異なる金属または合金からなる被覆層を積層したヒートスプレッダが記載されている。前記積層構造を有するヒートスプレッダは、素子やセラミック基板等との接続面である前記表面または裏面が単一の金属または合金からなる平滑な被覆層で覆われているため、前記被覆層上に安定で均一なニッケルめっき膜を形成できる。
【０００９】
そのためニッケルめっき膜を形成した前記表面または裏面に、前記素子やセラミック基板等を、熱伝導の妨げになるボイド等を生じることなく良好にはんだ接合できる。また、被覆層を構成する金属または合金としてはんだに対する濡れ性、親和性に優れたものを選択してニッケルめっき膜を省略することもできる。
しかし、前記積層構造を有するヒートスプレッダは面方向の外周面（前記表面および裏面と交差する側面）において基材が露出しているため、前記基材に含まれるセラミック粉末等が、先に説明した(i)ないし(iii)等の工程を経て基材を形成する際や、あるいは形成した基材の表面および裏面に被覆層を積層する工程等において用いる金型や治具等を傷つけたり摩耗させたりしやすいという問題がある。これはセラミック粉末等が、前記金型や治具等を形成する金属材料よりも硬いためである。前記問題が生じるのを防止するために、例えば金型や治具等のうち、少なくとも基材と直接に接する面を超硬材料やダイヤモンド等で形成することが考えられる。しかし前記超硬材料等は、セラミック等と比べてさらに硬質の難加工材であるため、任意の立体形状を有する金型や治具等の表面を前記超硬材料等によって形成するのは困難であり、かかる対策は実現性に乏しい。
【００１０】
特許文献３の実施例２（段落[００４３]〜[００４４]）には、前記(ii)の工程を経てアルミニウム−セラミック複合材料からなるヒートスプレッダを製造する際に、セラミック粉末をヒートスプレッダの表面、裏面、および外周面において極力露出させないように、前記セラミック粉末の量を調整すると共に熱処理の条件を調整することが記載されている。この方法によって製造されるヒートスプレッダは、前記各面において基本的にセラミック粉末が露出しない状態となるため、前記セラミック粉末が金型や治具等を傷つけたり摩耗させたりするのを抑制できる。
【００１１】
しかし前記(ii)の工程を実施する際には、セラミックと共に基材を形成するアルミニウム等として、純アルミニウムではなく、前記純アルミニウムよりも溶融時の粘性が低く流動性に優れたアルミニウム合金、例えばアルミニウム−ケイ素合金等を用いる必要がある。そのため、ヒートスプレッダの各面にはケイ素等の結晶成分が析出しやすく、特に前記結晶成分が析出した表面や裏面には、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。
【００１２】
特許文献３には、前記複合材料からなるヒートスプレッダの表面および裏面に、下記いずれかの処理を施すことが記載されている。
(iv)  ヒートスプレッダの表面および裏面にアルミニウム等を溶射する（段落[００４５]ないし[００４９]の実施例３、４）。
(v)  ヒートスプレッダの表面および裏面にアルミニウム箔を貼り付ける（段落[００５０]ないし[００５２]の実施例５）。
(vi)  ヒートスプレッダを製造する型内の、表面および裏面に対応する位置にアルミニウム箔をセットする（段落[００５３]ないし[００５４]の実施例６）。
【００１３】
特に実施例４では、ヒートスプレッダとして、先に説明した実施例２で製造されたものを用いており、アルミニウム等を溶射した表面、および裏面だけでなく、前記処理をしていない外周面においても、セラミックの粉末は殆ど露出していないと考えられる。
しかし、(iv)の溶射によって基材の表面、および裏面に形成される層は、前記溶射時に発生するアルミニウムの酸化物を含んでおり、前記酸化物が層の外面に析出しやすい傾向がある。そのため、酸化物が析出した前記外面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。また、アルミニウム等を溶射する工程が増加する分、ヒートスプレッダの生産性が低下するという問題もある。同様に(v)のアルミニウム箔を貼り付ける方法では、前記工程が増加する分、ヒートスプレッダの生産性が低下するという問題がある。
【００１４】
(vi)の型内にアルミニウム箔をセットする方法では、アルミニウム等の溶融物を型内に注入する際に、ごく薄いアルミニウム箔（実施例６では７μｍ）が前記溶融物と接触することで溶融して失われやすい。そのため、ヒートスプレッダの表面および裏面には、特許文献４ないし６に記載された被覆層のように、アルミニウム箔にのみ起源を有する連続した被覆層は形成されていない可能性が高い。
【００１５】
すなわち前記アルミニウム箔は、単独で被覆層を形成するために機能するのではなく、製造されるヒートスプレッダの表面および裏面におけるアルミニウム等の存在比率を高めると共に、セラミックの粉末が前記表面および裏面に露出するのを妨げるために機能しつつ、型内に注入されたアルミニウム等の溶融物と渾然一体となって、前記表面および裏面に、セラミックの粉末の存在比率が小さい領域を形成すると考えられる。したがって前記表面および裏面には、依然として、特許文献３の実施例２の場合と同様に、注入したアルミニウム−ケイ素合金等に起因するケイ素等の結晶成分が析出しやすい傾向があり、前記結晶成分が析出した表面や裏面には、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。
【００１６】
特許文献４の段落[００１５]ないし[００１９]には、前記アルミニウム箔に代えて、あらかじめヒートスプレッダの立体形状に成形した有底四角筒状の金属容器内にセラミック等の粉末を充填した後、前記金属容器内にアルミニウム等の溶融物を注入してヒートスプレッダを製造することが記載されている。この方法によれば、金属容器は所定の肉厚を有するため、例えば平板状のヒートスプレッダである場合は、前記表面および裏面だけでなく外周面にも、前記金属容器に起源を有する連続した被覆層を形成できる。
【００１７】
しかしこの方法では、金属容器内に注入したアルミニウム等の溶融物と接触することで、前記金属容器の少なくとも内周面が溶融することが確認されている。そのため、金属容器の全体が溶融して前記アルミニウム箔と同様の問題を生じないようにするためには、前記金属容器の厚みを大きめに設定する必要がある。
ところが金属容器の厚みを大きく設定した場合には、基材と、ヒートスプレッダの表面または裏面に接合される素子やセラミック基板等との間に、前記金属容器に起源を有する厚みの大きい金属の層が、前記被覆層として介在することになる。そのため、基材を複合材料によって形成しているにも拘らず、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際には、前記被覆層を形成する金属と、素子やセラミック基板等との熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするおそれがある。また、前記のように金属容器の厚みを大きめに設定しなければならない分、ヒートスプレッダを小型化することが難しいため、特に近年の、前記ヒートスプレッダを含む機器類の小型化、省スペース化の要求に十分に対応できないという問題もある。
【００１８】
特許文献７の段落[０００６]には、前記(iii)の多孔質体を、それよりも大きいキャビティを有する金型内に収容した状態で、溶融させたアルミニウム等を流し込んで多孔質体に含浸させると共に、前記多孔質体と金型との隙間にアルミニウム等を充填して被覆層を形成することが記載されている。しかしこの方法でも、前記アルミニウム等としては、純アルミニウムよりも溶融時の粘性が低く流動性に優れたアルミニウム−ケイ素合金等を用いる必要があり、かかる合金によって形成した前記層の外面にはケイ素等の結晶成分が析出しやすいため、前記結晶成分が析出した外面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは困難である。
【００１９】
またこの方法では、型内での多孔質体の位置決めが容易でなく、位置ずれを生じやすい。位置ずれした多孔質体がヒートスプレッダの表面、裏面、または外周面において露出するのを防止するためには、前記隙間の寸法によって規定される被覆層の厚みを大きくしなければならない。そのため、やはり基材と、ヒートスプレッダの表面または裏面に接合される素子やセラミック基板等との間には、厚みの大きい被覆層が介在することになる。したがって基材を複合材料で形成しているにも拘らず、素子の動作による発熱と停止後の冷却とを繰り返した際には、前記被覆層を形成するアルミニウム等と、素子やセラミック基板等との熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいははんだ接合が破壊されたりするおそれがある。
【００２０】
また、前記のように被覆層の厚みを大きめに設定しなければならない分、ヒートスプレッダを小型化することが難しいため、特に近年の、前記ヒートスプレッダを含む機器類の小型化、省スペース化の要求に十分に対応できないという問題もある。さらに、ヒートスプレッダ内で多孔質体の位置がずれることによって、その周囲に形成される被覆層の厚みがばらついて、同一のヒートスプレッダの同一の面内で熱伝導の特性がばらついたり、前記方法で生産される複数のヒートスプレッダ間で熱伝導の特性がばらついたりするおそれもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開昭６３−１９２８０１号公報
【特許文献２】特開平９−１５７７７３号公報
【特許文献３】特開２００４−９１８６２号公報
【特許文献４】特開２００２−２３５１２６号公報
【特許文献５】特開２００３−２５３３７１号公報
【特許文献６】ＷＯ２００６／０７７７５５Ａ１
【特許文献７】特開平９−１７４２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、複合材料等からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面を被覆する、金属または合金からなる被覆層の厚みができるだけ均一で、かつ薄い上、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成できるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、略平板状の基材と、前記基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダであって、前記金属または合金からなる薄板により、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第１成形体と、前記薄板により、前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形された第２成形体との間に前記基材のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度での圧縮成形および焼成によって前記基材が形成され、かつ前記第１成形体と第２成形体とが前記外周面において互いに接合されるとともに前記基材と接合されて前記被覆層が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明では、前記金属または合金からなる薄板によってあらかじめ被覆層の形状に成形された前記第１および第２成形体間に基材のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度での圧縮成形および焼成によって前記基材が形成され、かつ前記両成形体が、その形状および組成を維持しながら、形成された基材の外周面で互いに接合されるとともに、前記基材と接合されて被覆層が形成される。そのため前記被覆層は、前記第１および第２成形体のみを起源とし、しかも基材の表面、裏面、および外周面において互いに連続して形成される。また、特に素子やセラミック基板等の接続面として主に用いられるヒートスプレッダの表面および裏面の被覆層は、前記両成形体における厚みの精度を維持できる。しかも前記両成形体のもとになる薄板の厚みを極力薄くすることで、前記被覆層の厚みをできるだけ薄くすることもできる。
【００２５】
また前記薄板を、ニッケルめっき膜を形成する妨げとなる成分を含まない金属または合金によって形成することで、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成することもできる。そのため本発明のヒートスプレッダによれば、前記素子やセラミック基板等との間での熱膨張係数の差に基づく先に説明した様々な問題が生じるのを防止しながら、前記各部の間での良好な熱伝導を確保することが可能となる。
【００２６】
また前記第１成形体および第２成形体のうち少なくとも一方の、前記基材の表面または裏面を被覆する被覆層となる領域に凹凸形状を設けることにより、圧縮成形によって形成される前記基材の該当する領域に凹凸形状を形成でき、しかも前記凹凸形状を含む表面、裏面、および外周面を、成形体の厚みの精度を維持した連続した薄い被覆層で被覆できる。
【００２７】
被覆層の厚みの誤差は、そのもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、前記基材の外周面を被覆する被覆層のうち、前記第１成形体と第２成形体との接合部を除く領域と、前記基材の表面および裏面を被覆する被覆層のうち、前記基材の面方向と平行な領域とで±１０％以内とすることが可能である。
基材としては、熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下で、かつ熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である種々の複合材料からなるものが挙げられる。かかる条件を満足する複合材料にて基材を形成することにより、前記素子やセラミック基板等との間での熱膨張係数の差に基づく先に説明した様々な問題が生じるのを防止しながら、前記素子で発生した熱をできるだけ速やかに除去できる。
【００２８】
前記基材を形成する複合材料としては、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金と、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、およびケイ素からなる群より選ばれた少なくとも一種との混合物が挙げられる。また前記複合材料からなる基材の表面を被覆する被覆層を形成する金属または合金としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が挙げられる。前記複合材料と被覆層との組み合わせによれば、特に基材の熱膨張率や熱伝導率、被覆層の熱伝導率等を、前記範囲内でも、先に説明した各種装置類との組み合わせに適した任意の範囲に調整できる。また、前記被覆層の融点未満の温度での圧縮成形や焼成によって十分な強度を有する基材や被覆層を形成できる。
【００２９】
前記材料を組み合わせたヒートスプレッダは、下記本発明の製造方法によって製造できる。すなわち本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む複合材料からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面が、いずれもアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり互いに連続する被覆層で被覆されたヒートスプレッダを製造する製造方法であって、
(a)  前記被覆層のもとになるアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板を、前記基材の表面、および外周面のうち前記表面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第１成形体を作製するとともに、前記薄板を前記基材の裏面、および前記外周面のうち前記裏面と連続する領域を被覆する被覆層の形状に成形して第２成形体を作製する工程と、
(b)  前記基材の裏面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する上面を有する下型、および前記基材の外周面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する内周面を有するダイを用意し、前記下型とダイとを組み合わせて前記上面および内周面でキャビティを構成し、前記キャビティ内に前記第２成形体を嵌め合わせて前記複合材料を充填したのち前記第１成形体を重ね合わせる工程と、
(c)  前記基材の表面を被覆する被覆層の表面形状に略一致する下面を有する上型を用意し、前記上型を前記キャビティ内に挿入して、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で、前記上型および下型のうちの一方または両方を相手側の方向に押し込むことによって、前記第１成形体、第２成形体、および複合材料を圧縮成形して圧縮成形体を作製する工程と、
(d)  前記圧縮成形体を、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満の温度で焼成する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００３０】
なお本発明では、前記基材の表面、裏面および外周面の全面が、被覆層によって完全に覆われていなくてもよい。例えば基材の表面や裏面のうち素子やセラミック基板等がはんだ接合される領域以外の領域や、あるいは外周面の一部等に、被覆層が形成されずに基材が露出した箇所が１つまたは２つ以上あってもよい。前記露出箇所は、何らかの目印として意図的に設けてもよいし、自然発生的なものであってもよい。前記露出箇所は、前記はんだ接合を阻害しない程度の、またはヒートスプレッダの製造時に金型や治具等を殆ど摩耗させない程度の大きさであるのが好ましい。特に１つの露出箇所の面積が１ｍｍ２以下程度であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、複合材料等からなる略平板状の基材の表面、裏面、および面方向の外周面を被覆する、金属または合金からなる被覆層の厚みができるだけ均一で、かつ薄い上、前記被覆層の表面に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成できるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダの製造方法とを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１の例のヒートスプレッダの内部構造を示す拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】図５は、図１の例のヒートスプレッダを本発明の製造方法によって製造する一工程を示す断面図である。
【図６】図６は、図５の工程の次の工程を示す断面図である。
【図７】図７は、図６の工程の次の工程を示す断面図である。
【図８】図８は、図７の工程の次の工程を示す断面図である。
【図９】図９は、図８の工程の次の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施例１で製造したヒートスプレッダの切断面を示す光学顕微鏡写真である。
【図１１】図１１は、図１０の光学顕微鏡写真において、被覆層の厚みを測定した位置を説明する図である。
【図１２】図１２は、実施例３で製造したヒートスプレッダの切断面の一部を示す光学顕微鏡写真である。
【図１３】図１３は、図１２の光学顕微鏡写真において、被覆層の厚みを測定した位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の一例を示す斜視図である。図２は、図１の例のヒートスプレッダの内部構造を示す拡大断面図である。両図を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３および裏面４がともに平面である矩形平板状に形成されている。前記基材２の表面３、裏面４、および矩形の４辺を構成し前記両面３、４と直交する４つの側面（外周面）５は、いずれも金属または合金からなり互いに連続する被覆層６で被覆されている。
【００３４】
前記ヒートスプレッダ１は、
(A)  前記金属または合金からなる薄板により、前記基材２の表面３を被覆する被覆層７、および外周面５のうち前記表面３と連続する領域を被覆し、前記被覆層７と連続する被覆層８の形状に成形された第１成形体９と、
(B)  前記薄板により、前記基材２の裏面４を被覆する被覆層１０、および前記外周面５のうち前記裏面４と連続する領域を被覆し、前記被覆層１０と連続する被覆層１１の形状に成形された第２成形体１２との間に
基材のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度で圧縮成形および焼成することによって形成される。それによって図１、図２に示すヒートスプレッダが製造される。
【００３５】
詳しくは、前記第１および第２成形体９、１２間に、基材２のもとになる材料の粉末を充填して、前記金属または合金の融点未満の温度で、形成する基材２の厚み方向に圧縮成形して基材２を形成したのち、さらに前記金属または合金の融点未満の温度で焼成して、前記両成形体９、１２を、外周面５の接合部１３において互いに接合するとともに基材２と接合することによって、前記基材２の表面３、裏面４および外周面５が互いに連続する被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１が製造される。
【００３６】
基材２の熱膨張係数は１５×１０−６／Ｋ以下であるのが好ましい。これによりＳｉ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系、ＳｉＣ系、ＧａＮ系等の各種の半導体材料からなる素子や、あるいはＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３ＮＯ４等の各種の材料からなるセラミック基板等と、基材２との熱膨張係数の差を小さくできる。そのため素子の動作による発熱と、停止後の冷却とを繰り返した際に、前記熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、あるいは素子とヒートスプレッダ１との間のはんだ接合が破壊されたりするのを抑制できる。
【００３７】
また基材２の熱膨張係数は、例えばアルミニウム−セラミック複合材料等からなる基材２の場合、前記範囲内でも２×１０−６／Ｋ以上であるのが好ましい。前記複合材料からなる基材２の熱膨張係数は、セラミックの含有割合を増減させることで調整できる。しかし熱膨張係数を２×１０−６／Ｋ未満とするためにはセラミックの含有割合を過剰に多くしなければならず、相対的に結合材としてのアルミニウム等の含有割合が少なくなりすぎて、実質的に前記複合構造を有する基材２を形成するのが容易でなくなるためである。また基材２を形成できたとしても強度が不足して、十分に実用に供しえなくなるおそれがあるためである。他の材料からなる基材２についても、それぞれの材料に固有の事情に応じて熱膨張係数の下限を設定すればよい。
【００３８】
基材２の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるのが好ましい。これにより、素子において発生した熱をできるだけ速やかに冷却部材に伝導して除去できるため、素子自体が過熱して誤動作したり破損したり、あるいは動作の効率が低下したりするのを防止できる。
前記条件を満足する基材２としては、例えば、
(1)  アルミニウム−セラミック複合材料、
(2)  銅−セラミック複合材料、
(3)  ケイ素−セラミック複合材料、および
(4)  アルミニウム−ケイ素複合材料
からなる群より選ばれた少なくとも一種からなるものが挙げられる。
【００３９】
このうち(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２としては、例えば下記のいずれかの形成方法によって形成したもの等が挙げられる。
(1-1)  アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とセラミック粉末との混合物を基材２の形状に圧縮成形したのち、例えば非酸化性雰囲気中で、前記アルミニウム等の融点未満の温度で焼成する。
【００４０】
(1-2)  前記(1-1)で得た成形体を、再度アルミニウム等の融点未満の温度に加熱しながら圧縮成形して複合構造の緻密化を図る。
具体的には、前記のように(1-1)の混合物を第１および第２成形体９、１２の間に充填して、前記両成形体９、１２と共に圧縮成形したり、かかる圧縮成形によって得た圧縮成形体を(1-2)においてさらに圧縮成形したりすると、基材２が形成されるのと同時に両成形体９、１２が一体化された圧縮成形体が得られる。
【００４１】
前記(1-1)(1-2)の方法において用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末としては、例えばアトマイズ法等によって作製した純アルミニウム粉末や、ケイ素（Ｓｉ）を１２質量％以下の割合で含有するアルミニウム−ケイ素合金の粉末等が挙げられる。また、日本工業規格ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６「アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条」において規定された合金番号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００等の純アルミニウム系の展延材、Ａ２０１４、Ａ３００４、Ａ５００５等のアルミニウム−マグネシウム合金系材料、あるいはＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａといった鋳造用アルミニウム系合金等の粉末も使用可能である。前記アルミニウム等の粉末は、平均粒径が３０μｍ以上、６０μｍ以下であるのが好ましい。これにより、基材２中でアルミニウム等とセラミックとをできるだけ細かくかつ均等に分布させて、両者の分布に偏りがない基材２を形成できる。
【００４２】
セラミック粉末としては、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックからなる粉末が挙げられる。前記粒径範囲を有するアルミニウム等の粉末と組み合わせるセラミック粉末は、平均粒径が３０μｍ以上、６０μｍ以下であるのが好ましい。特に組み合わせるアルミニウム等の粉末と平均粒径が等しいのがさらに好ましい。これにより、アルミニウム等とセラミックとを基材２中でできるだけ細かくかつ均等に分布させて、両者の分布に偏りがない基材２を形成できる。
【００４３】
前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とセラミック粉末との配合割合は任意に設定できる。先に説明したようにアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２の熱膨張係数は、セラミックの含有割合を増減させることで調整可能である。そのため前記基材２の熱膨張係数が１５×１０−６／Ｋ以下の任意の値となるように両粉末の配合割合を調整すればよい。
【００４４】
(2)の銅−セラミック複合材料からなる基材２としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えて銅または銅合金を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして、例えば下記の形成方法によって形成したもの等が挙げられる。
【００４５】
(2-1)  銅または銅合金の粉末とセラミック粉末との混合物を基材２の形状に圧縮成形したのち、例えば非酸化性雰囲気中で、前記銅等の融点未満の温度で焼成する。
(2-2)  前記(2-1)で得た基材２を、再度銅等の融点未満の温度に加熱しながら圧縮成形して複合構造の緻密化を図る。
【００４６】
このうち(2-1)(2-2)の形成方法において用いる銅または銅合金の粉末としては、例えばアトマイズ法等によって作製された純銅粉末や、日本工業規格ＪＩＳ  Ｈ３１００：２００６「銅及び銅合金の板並びに条」において規定された合金番号Ｃ１０２０「無酸素銅」、Ｃ１１００「タフピッチ銅」等の粉末が挙げられる。
【００４７】
(3)のケイ素−セラミック複合材料からなる基材２としても、アルミニウムまたはアルミニウム合金に代えてケイ素を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして形成したもの等が挙げられる。
【００４８】
(4)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなる基材２としては、例えばセラミック粉末に代えてケイ素粉末を用いること以外は前記(1)のアルミニウム−セラミック複合材料からなる基材２と同様にして形成したもの等が挙げられる。具体的には、(1-1)の混合物のうちセラミック粉末に代えてケイ素粉末を配合した混合物を第１および第２成形体９、１２の間に充填して、前記両成形体９、１２と共に圧縮成形したり、かかる圧縮成形によって得た圧縮成形体をさらに圧縮成形したりすると、基材２が形成されるのと同時に両成形体９、１２が一体化された圧縮成形体が得られる。
【００４９】
第１および第２成形体９、１２のもとになる金属または合金としては、先に説明したように安定で均一なニッケルめっき膜を形成する妨げとなる成分を含まない金属または合金が好ましい。また前記金属または合金には、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みをできるだけ均一に仕上げるための加工性や、前記薄板を成形して前記両成形体９、１２を形成する際の加工性等に優れる上、基材２と同等またはそれ以上の良好な熱伝導率を有することも求められる。中でも試験力４９．０３Ｎ（試験荷重５ｋｇｆ）でのビッカース硬さＨｖが２００以下の金属または合金、特にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金が好ましい。
【００５０】
アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板としては、合金番号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００等の純アルミニウム系の展延材や、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ等の鋳造用合金を圧延した板材等が挙げられる。また銅または銅合金の薄板としては、先に説明したＪＩＳ  Ｈ３１００：２００６において規定された合金番号Ｃ１０２０「無酸素銅」、Ｃ１１００「タフピッチ銅」等からなる板材等が挙げられる。
【００５１】
第１および第２成形体９、１２は、互いに同じ金属または合金によって形成してもよいし、互いに異なる金属または合金によって形成してもよい。前記薄板の厚みは任意に設定できる。しかし前記両成形体９、１２によって形成される被覆層６の厚みをできるだけ小さくして、熱膨張係数の違いに基づいて素子に過剰な応力が加わって前記素子自体が破損したり、はんだ接合が破壊されたりするのを防止することや、ヒートスプレッダ１自体を極力小型化することを考慮すると、前記薄板の厚みは０．５ｍｍ以下であるのが好ましく、特に０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００５２】
前記図１、図２の例のヒートスプレッダ１のうち、例えば基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料、または(4)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、かつ被覆層６がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものは、例えば下記の工程を経て製造できる。
すなわち、前記被覆層６のもとになる第１および第２成形体９、１２の間に、基材２のもとになる前記(1-1)(4)で説明した混合物を充填した後、前記基材２のもとになる複合材料中に含まれるアルミニウム等、および両成形体９、１２を形成するアルミニウム等の融点未満の温度で、形成する基材２の厚み方向に圧縮成形したのち、前記アルミニウム等の融点未満の温度で焼成する。
【００５３】
前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。
また前記方法では、例えば第１および第２成形体９、１２のうちの少なくとも一方の、基材２の表面３または裏面４を被覆する被覆層７、１０となる領域に凹凸形状を設けることによって、前記基材２の該当する領域に凹凸形状が形成され、前記凹凸形状を含む表面３、裏面４、および外周面５のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造することもできる。
【００５４】
図３は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態の他の例としての、前記凹凸形状を有するヒートスプレッダを示す断面図である。図３を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３が平面で、かつ裏面４が前記凹凸形状を有する凹凸面とされている。
すなわち裏面４は、外周面５と連続する一定幅の環状の領域４ａが、表面３と平行な平面とされている。裏面４の中央には、領域４ａよりも表面３の方向に凹入させた位置に、前記表面３と平行な平面４ｂが設けられている。領域４ａの内側で、かつ平面４ｂの周囲には、前記平面４ｂよりも表面３の方向に凹入させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｃが設けられている。領域４ａと領域４ｃとの間は、前記両領域４ａ、４ｃと直交する段差面４ｄによって繋がれている。また領域４ｃと平面４ｂとの間は連続する傾斜面４ｅによって繋がれている。外周面５は、表面３、裏面４の外縁を構成し、前記両面３、４と直交している。
【００５５】
前記ヒートスプレッダ１は、第２成形体１２として、基材２の裏面４を被覆する被覆層１０となる領域に図３に示す凹凸形状を設けたものを用いて、先に説明した工程を経ることによって製造できる。前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３と、段差面４ｄ、および傾斜面４ｅに対応する領域を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。言い換えれば、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域（被覆層７の全面、被覆層１０のうち領域４ａおよび平面４ｂに対応する領域）とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００５６】
図４は、本発明のヒートスプレッダの、実施の形態のさらに他の例としての、前記凹凸形状を有するヒートスプレッダを示す断面図である。図４を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、基材２を備えている。基材２は、表面３が平面で、かつ裏面４が前記凹凸形状を有する凹凸面とされている。
すなわち裏面４は、外周面５と連続する一定幅の環状の領域４ｆが、表面３と平行な平面とされている。裏面４の中央には、領域４ｆと同一平面となるように、表面３と平行な平面４ｇが設けられている。領域４ｆの内側には、前記領域４ｆよりも表面３の方向と反対方向に突出させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｈが設けられている。領域４ｈの内側で、かつ平面４ｇの周囲には、前記平面４ｇよりも表面３の方向に凹入させて、前記表面３と平行な一定幅の環状の領域４ｉが設けられている。領域４ｆと領域４ｈとの間、領域４ｈと領域４ｉとの間、および領域４ｉと平面４ｇとの間は、それぞれ連続する傾斜面４ｊ、４ｋ、４ｍによって繋がれている。外周面５は、表面３、裏面４の外縁を構成し、前記両面３、４と直交している。
【００５７】
前記ヒートスプレッダ１は、第２成形体１２として、基材２の裏面４を被覆する被覆層１０となる領域に図４に示す凹凸形状を設けたものを用いて、先に説明した工程を経ることによって製造できる。前記ヒートスプレッダ１においては、前記両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、接合部１３と、傾斜面４ｊ、４ｋ、４ｍに対応する領域を除く被覆層６の厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることが可能である。言い換えれば、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域（被覆層７の全面、被覆層１０のうち領域４ｆ、４ｊ、４ｉおよび平面４ｇに対応する領域）とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００５８】
図示していないが、第１成形体９の、基材２の表面３を被覆する被覆層７となる領域に凹凸形状を設ければ、基材２の表面３の該当する領域に凹凸形状が形成され、かつ前記凹凸形状を含む平板の表面３および裏面４のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造できる。また両方の成形体９、１２の、被覆層７、１０となる領域にそれぞれ凹凸形状を設ければ、基材２の表面３および裏面４の該当する領域にそれぞれ凹凸形状が形成され、かつ前記凹凸形状を含む平板の表面３および裏面４のほぼ全面が被覆層６で被覆されたヒートスプレッダ１を製造できる。
【００５９】
いずれの場合も、両成形体９、１２のもとになる薄板の厚みの精度を向上することにより、基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１のうち前記第１成形体９と第２成形体１２との接合部１３を除く領域と、前記基材２の表面３および裏面４を被覆する被覆層７、１０のうち前記基材２の面方向と平行な領域とで、その厚みの誤差を±１０％以内、特に±５％以内とすることができる。
【００６０】
図５ないし図９は、基材２が(1)のアルミニウム−セラミック複合材料、または(4)のアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、かつ被覆層６がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる矩形平板状のヒートスプレッダ１（図１、図２のもの）を、本発明の製造方法によって製造する各工程を示す断面図である。
これらの図を参照して、この例の製造方法では、まず前記アルミニウム等からなる薄板をあらかじめ成形して第１成形体９と第２成形体１２とを用意する。また基材２の裏面４を被覆する被覆層１０の表面形状に一致する上面１４を有する下型（下杵）１５と、前記基材２の表面３を被覆する被覆層７の表面形状に一致する下面１６を有する上型（上杵）１７と、前記基材２の外周面５を被覆する被覆層８、１１の表面形状に一致する内周面１８を有するダイ（臼）１９とを用意する。なお図では下型１５をダイ１９に挿入可能な形状としているが、前記下型としてダイ１９の下側の開口を塞ぐアンビルを用いて、構造を簡略化してもよい。
【００６１】
次に前記下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる複合材料、すなわちアルミニウム等の粉末と、セラミック、ケイ素等の粉末との混合物２１を充填する（図５、図６）。混合物の充填量は、前記混合物２１を構成するセラミックまたはケイ素の粉末の密度や粒径、アルミニウム等の粉末の粒径、前記両成分の配合割合、形成する基材２の密度等に応じて任意に設定できる。
【００６２】
次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入して図８、９中に黒矢印で示すように前記上型１７を、製造するヒートスプレッダ１の厚みになるまで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得る（図７ないし図９）。圧縮成形は、第１および第２成形体９、１２を溶融させないため、アルミニウム等の融点未満の温度で行なう必要があり、特に積極的に加熱をしない常温環境下で行なうのが好ましい。
【００６３】
圧縮成形時の圧力は９８ＭＰａ以上、６８６ＭＰａ以下に設定するのが好ましい。圧力が９８ＭＰａ未満では、圧縮成形体２２の強度が不足して、特に焼成のためにダイ１９から取り出す際や取り出した後の焼成工程等において型崩れしやすくなるおそれがある。また、圧力が６８６ＭＰａを超えても圧縮成形体２２の強度をそれ以上高める効果は得られない上、前記高圧の圧縮成形を行うために下型１５、上型１７およびダイ１９等の装置が大掛かりになりすぎるという問題もある。
【００６４】
次に前記圧縮成形体２２を、アルミニウム等の融点未満の温度で焼成すると、圧縮成形体２２のうち混合物２１が焼結されて基材２が形成される。それと共に前記第１および第２成形体９、１２が基材２の外周面５の接合部１３において互いに接合され、かつ前記両成形体９、１２が基材２と接合されることで、前記基材２の表面３、裏面４および面方向の外周面５を被覆する連続した被覆層６が形成されて図１、図２に示す平板状のヒートスプレッダ１が製造される。
【００６５】
圧縮成形体２２は、いわゆるホットプレス成形法により、図９の圧縮状態を維持しながら下型１５、上型１７およびダイ１９ごと図示しない加熱手段によって加熱して焼成してもよい。しかし前記下型１５、上型１７およびダイ１９は、先に説明したように圧縮成形時におよそ９８ＭＰａ以上という過大な圧力が加えられるため大掛かりであり、必然的に熱容量も大きい。そのためホットプレス成形法を採用した場合には、前記圧縮成形体２２を、前記下型１５、上型１７およびダイ１９ごと、焼成に要する時間（通常は０．５時間以上）の間、加熱し続けなければならないので、１つのヒートスプレッダ１を製造するのに要するエネルギーおよび時間が増大する。
【００６６】
そのため本発明では、圧縮成形によって得た圧縮成形体２２を、図示していないがダイ１９から取り出した後にそのままの状態で、あるいは型崩れを防止するための簡単な（熱容量の小さい）型枠に嵌め込む等した状態で焼成するのが好ましい。これにより焼成に要するエネルギーと時間とを削減でき、ヒートスプレッダ１の生産性を向上できる。
焼成の温度は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点未満であればよい。しかし基材２を形成するセラミック等の粉末とアルミニウム等の粉末とができるだけ良好に結合され、かつアルミニウム等からなる被覆層６が、前記基材２とできるだけ強固に一体化されたヒートスプレッダ１を、できるだけ効率よく製造するためには、焼成の温度は５５０℃以上、６５０℃以下であるのが好ましい。また同様の理由で、焼成の時間は０．５時間以上、２時間以下であるのが好ましい。
【００６７】
前記各工程を経て製造したヒートスプレッダ１は、先に(1-2)において説明したように、さらに加熱下で加圧（プレス）処理してもよい。具体的には、図９に示すように焼成後のヒートスプレッダ１を再びキャビティ２０内にセットし、下型１５と上型１７とで挟んで所定の温度に加熱しながら、前記上型１７を下型１５の方向に押し込んで加圧する。そうすると、焼成時に発生する変形（歪み等）や被覆層７、１０の凹凸等を矯正し、かつ基材２を高密度化して熱伝導率を向上させることができる。
【００６８】
前記加圧工程においては、前記変形や凹凸等をできるだけ良好に矯正して熱伝導率を向上することを考慮すると、加熱の温度（金型温度）は３００℃以上、６５０℃以下、加圧の圧力は２４５ＭＰａ以上、４９０ＭＰａ以下、加圧の時間は０．１秒以上、５秒以下であるのが好ましい。なおヒートスプレッダ１の変形や凹凸等を矯正すると共に基材２を高密度化するためには、前記加圧処理に代えて、例えば６２０℃程度での熱間鍛造等を採用しても良い。
【００６９】
例えば図３、図４に示すように基材２の裏面４側に凹凸形状が形成されたヒートスプレッダ１を、前記本発明の製造方法によって製造したり、必要に応じて加圧処理したりするためには、前記下型１５として、上面１４の、第２成形体１２の被覆層１０に対応する領域に、前記凹凸形状と一致する凹凸形状が形成されたものを用いればよい。前記凹凸形状に第２成形体１２の凹凸形状を嵌め合わせた状態で前記各工程を実施すれば、図３、図４に示すように基材２の裏面４側に凹凸形状が形成されたヒートスプレッダ１を製造できる。
【００７０】
基材２の表面３側に凹凸形状が形成される場合、両面３、４に凹凸形状が形成される場合も同様である。基材の表面３側に凹凸形状が形成される場合は、上型１７として、その下面１６に対応する凹凸形状が形成されたものを用いればよく、両面３、４に凹凸形状が形成される場合は、下型１５および上型１７として、それぞれの上面１４および下面１６に、対応する凹凸形状が形成されたものを用いればよい。
【００７１】
本発明の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
【実施例】
【００７２】
〈実施例１〉
図１、図２に示す矩形平板状で横２５ｍｍ、縦２５ｍｍ、厚み２．０ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。
（基材２のもとになる混合物２１）
セラミックの粒子としての炭化ケイ素の粒子（平均粒径５０μｍ）７０質量部と、アルミニウムの粉末（平均粒径５０μｍ）３０質量部とを配合して調製した。
【００７３】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横２５ｍｍ、縦２５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。
【００７４】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する矩形平板状の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横２５ｍｍ、縦２５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。
【００７５】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の平面形状と一致する矩形平面状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。
【００７６】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（＝２．０ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。
【００７７】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１を固定用の樹脂中に埋め込んで前記樹脂ごと厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真（図１０）を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察した。また図１１に示すように、前記図１０の光学顕微鏡写真中の、(1)〜(10)の１０箇所での被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、下記表１に示すように前記１０箇所での厚みがいずれも約０．３ｍｍで、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。
【００７８】
【表１】
2010013383.tif 000018
【００７９】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１２×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１８２Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８０】
〈実施例２〉
矩形平板状で、その下面側に図３に示す凹凸形状が形成された、横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍ、最大厚み３．０ｍｍ、最小厚み１．８ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、実施例１で調整したのと同じ混合物２１と、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。
【００８１】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。
【００８２】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する、図３の立体形状を有する平面形状が矩形の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は３．０ｍｍとした。
【００８３】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の形状と一致する立体形状を有する矩形状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。
【００８４】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（最大厚み＝３．０ｍｍ、最小厚み＝１．８ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。
【００８５】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１について、実施例１と同様に厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察すると共に、被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。
【００８６】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１１×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１７１Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【００８７】
〈実施例３〉
矩形平板状で、その下面側に図４に示す凹凸形状が形成された、横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍ、最大厚み２．７ｍｍ、最小厚み１．４ｍｍのヒートスプレッダ１を、図５ないし図９の製造方法によって製造することとして、実施例１で調整したのと同じ混合物２１と、下記の各種材料と、下型１５、上型１７、ダイ１９等とを用意した。
【００８８】
（第１成形体９）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の表面３を被覆する矩形平板状の被覆層７と、前記被覆層７の矩形の４辺を構成し前記表面３と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層８の形状に一体に形成された第１成形体９を作製した。前記第１成形体９の被覆層７の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層８の、被覆層７の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。
【００８９】
（第２成形体１２）
純アルミニウム系の展延材（合金番号Ａ１０５０）からなる厚み０．３ｍｍの薄板を成形して、基材２の裏面４を被覆する、図４の立体形状を有する平面形状が矩形の被覆層１０と、前記被覆層１０の矩形の４辺を構成し前記裏面４と交差する４つの外周面５を被覆する被覆層１１の形状に一体に形成された第２成形体１２を作製した。前記第２成形体１２の被覆層１０の外周寸法は、製造するヒートスプレッダ１の縦横寸法と一致する横４２．５ｍｍ、縦４２．５ｍｍとした。また被覆層１１の、被覆層１０の面方向と直交する高さ方向の寸法は１．５ｍｍとした。
【００９０】
（下型１５）
製造するヒートスプレッダ１の裏面４の形状と一致する立体形状を有する矩形状とされた上面１４を備えたステンレス鋼製の下型１５を用意した。
（上型１７）
製造するヒートスプレッダ１の表面３の平面形状と一致する矩形平面状とされた下面１６を備えたステンレス鋼製の上型１７を用意した。
【００９１】
（ダイ１９）
製造するヒートスプレッダ１の外周面５と一致する４面が矩形状に配置された内周面１８を備えたステンレス鋼製のダイ１９を用意した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
下型１５とダイ１９とを組み合わせてキャビティ２０を形成し、前記キャビティ２０内に第２成形体１２を嵌め合わせて、基材２のもとになる混合物２１を充填した。次に、充填した混合物２１の上に第１成形体９を重ね合わせた後、上型１７をキャビティ２０内に挿入し、前記上型１７を、常温環境下で製造するヒートスプレッダ１の厚み（最大厚み＝２．７ｍｍ、最小厚み＝１．４ｍｍ）になるまで、圧力５０ＭＰａで下型１５の方向に押し込んで圧縮成形体２２を得た後、前記圧縮成形体２２をダイ１９から取り出し、６５０℃で２時間焼成してヒートスプレッダ１を製造した。
【００９２】
（切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１を固定用の樹脂中に埋め込んで前記樹脂ごと厚み方向に切断し、その切断面の光学顕微鏡写真（図１２）を撮影して、基材２の表面３、裏面４および外周面５に形成された被覆層６の状態を観察した。なお図１２は、ヒートスプレッダ１の面方向の半分のみを示している。
【００９３】
また図１３に示すように、前記図１２の光学顕微鏡写真中の、(1)〜(10)の１０箇所での被覆層６の厚みを測定したところ、前記被覆層６は、下記表２に示すように前記１０箇所での厚みがいずれも約０．３ｍｍで、その全周に亘って厚みがほぼ均一であることが判った。
【００９４】
【表２】
2010013383.tif 000019
【００９５】
（熱膨張係数の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、面方向の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ１１．０×１０−６／Ｋであった。
（熱伝導率の測定）
前記ヒートスプレッダ１の、厚み方向の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法によって測定したところ１７０Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【符号の説明】
【００９６】
１：ヒートスプレッダ、２：基材、３：表面、４：裏面、４ａ、４ｃ、４ｆ、４ｈ、４ｉ：領域、４ｂ、４ｇ：平面、４ｄ：段差面、４ｅ：傾斜面、４ｊ、４ｋ、４ｍ：傾斜面、５：外周面、６、７、８、１０、１１：被覆層、９、１２：成形体、１３：接合部、１４：上面、１５：下型、１６：下面、１７：上型、１８：内周面、１９：ダイ、２０：キャビティ、２１：混合物、２２：圧縮成形体
【国際調査報告】
2010013383.tif 000020
2010013383.tif 000021