(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層と、
前記金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、前記表面に露出しているダイヤモンド片と、
前記金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記セラミック層は、フィンを備えることを特徴とする、請求項１に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記ダイヤモンド片は、前記金属層の前記半導体チップに熱的に接続される側の面の半導体チップ接続領域で表面に露出しており、
前記セラミック層は、前記金属層の側面及び前記半導体チップに熱的に接続される側の面の前記半導体チップ接続領域以外の領域を覆い、側面及び前記半導体チップ接続領域以外の領域で表面に露出していることを特徴とする、請求項１又は２に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
半導体チップと、
前記半導体チップを実装するパッケージ基板と、
前記半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備え、
前記ヒートスプレッダは、
金属層と、
前記金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、前記表面に露出しているダイヤモンド片と、
前記金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記ダイヤモンド片は、前記金属層の前記半導体チップに熱的に接続される側の面の半導体チップ接続領域で表面に露出しており、
前記セラミック層は、前記金属層の側面及び前記半導体チップに熱的に接続される側の面の前記半導体チップ接続領域以外の領域を覆い、側面及び前記半導体チップ接続領域以外の領域で表面に露出していることを特徴とする、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
配線基板と、
前記配線基板上に実装され、半導体チップと、前記半導体チップを実装するパッケージ基板と、前記半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備える半導体装置と、
前記ヒートスプレッダに熱的に接続される放熱部材とを備え、
前記ヒートスプレッダは、
金属層と、
前記金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、前記表面に露出しているダイヤモンド片と、
前記金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とする電子装置。
【請求項７】
配線基板と、
前記配線基板上に実装され、半導体チップと、前記半導体チップを実装するパッケージ基板と、前記半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備える半導体装置とを備え、
前記ヒートスプレッダは、
金属層と、
前記金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、前記表面に露出しているダイヤモンド片と、
前記金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備え、
前記セラミック層は、フィンを備えることを特徴とする電子装置。
【請求項８】
前記ダイヤモンド片は、前記金属層の前記半導体チップに熱的に接続される側の面の半導体チップ接続領域で表面に露出しており、
前記セラミック層は、前記金属層の側面及び前記半導体チップに熱的に接続される側の面の前記半導体チップ接続領域以外の領域を覆い、側面及び前記半導体チップ接続領域以外の領域で表面に露出していることを特徴とする、請求項６又は７に記載の電子装置。
【請求項９】
少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に表面に露出するようにダイヤモンド片が設けられた金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出するように、エアロゾルデポジション法によってセラミック層を形成することを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１０】
前記金属層の前記半導体チップに熱的に接続される側の面の半導体チップ接続領域で前記ダイヤモンド片が表面に露出し、かつ、前記金属層の側面及び前記半導体チップに熱的に接続される側の面の前記半導体チップ接続領域以外の領域を覆い、側面及び前記半導体チップ接続領域以外の領域で表面に露出するように前記セラミック層を形成することを特徴とする、請求項９に記載の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、ヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばコンピュータなどの電子装置では、ヒートスプレッダ、ヒートシンク、冷却ファンなどを用いて、半導体チップからの熱を放熱させるようにしている。
例えば、電子装置に備えられる半導体装置は、半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダを備える。一般に、ヒートスプレッダは、例えば銅などの金属からなる。このほか、ヒートスプレッダを構成する金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだものもある。また、伝熱部材の表面にセラミック層を備えた絶縁伝熱構造体もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−６７９９１号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３９４２号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、銅などの金属からなるヒートスプレッダでは、十分な熱拡散効果が得られない。また、金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだヒートスプレッダでも、十分な熱拡散効果が得られない。また、伝熱部材の表面にセラミック層を備えた絶縁伝熱構造体では、十分な熱拡散効果が得られない。
そこで、十分な熱拡散効果が得られるヒートスプレッダを実現したい。また、十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果が得られるヒートスプレッダを実現したい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一の観点によれば、金属層と、金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片と、金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とするヒートスプレッダを提供する。
【０００９】
実施形態の他の観点によれば、半導体チップと、半導体チップを実装するパッケージ基板と、半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備え、ヒートスプレッダは、金属層と、金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片と、金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１０】
実施形態の他の観点によれば、配線基板と、配線基板上に実装され、半導体チップと、半導体チップを実装するパッケージ基板と、半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備える半導体装置と、ヒートスプレッダに熱的に接続される放熱部材とを備え、ヒートスプレッダは、金属層と、金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片と、金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備えることを特徴とする電子装置を提供する。
【００１１】
実施形態の他の観点によれば、配線基板と、配線基板上に実装され、半導体チップと、半導体チップを実装するパッケージ基板と、半導体チップの表面に熱的に接続されるヒートスプレッダとを備える半導体装置とを備え、ヒートスプレッダは、金属層と、金属層の少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片と、金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出しているセラミック層とを備え、セラミック層は、フィンを備えることを特徴とする電子装置を提供する。
【００１２】
実施形態の他の観点によれば、少なくとも半導体チップに熱的に接続される側の面上に表面に露出するようにダイヤモンド片が設けられた金属層の少なくとも側面を覆い、表面に露出するように、エアロゾルデポジション法によってセラミック層を形成することを特徴とするヒートスプレッダの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本ヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、十分な熱拡散効果が得られるという利点がある。また、本ヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果が得られるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）〜（Ｅ）は、第１実施形態にかかるヒートスプレッダの構成を示す模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は平面図、（Ｄ）は（Ａ）の符号Ｘで示す部分の拡大図、（Ｅ）は（Ｂ）の符号Ｙで示す部分の拡大図である。
【図２】第１実施形態にかかる半導体装置を含む電子装置の構成を示す模式的断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態にかかるヒートスプレッダの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態にかかるヒートスプレッダによる効果を説明するための図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｅ）は、第２実施形態にかかるヒートスプレッダの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の変形例にかかるヒートスプレッダの構成を示す模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は（Ａ）の符号Ｘで示す部分の拡大図である。
【図７】第２実施形態の変形例にかかるヒートスプレッダを備える半導体装置を含む電子装置の構成を示す模式的断面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｆ）は、第２実施形態の変形例にかかるヒートスプレッダの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３実施形態にかかるヒートスプレッダの構成を示す模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は部分的に示す平面図、（Ｄ）は（Ａ）の符号Ｘで示す部分の拡大図である。
【図１０】第３実施形態にかかるヒートスプレッダを備える半導体装置を含む電子装置の構成を示す模式的断面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｅ）は、第３実施形態にかかるヒートスプレッダの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【図１２】第３実施形態にかかるヒートスプレッダの製造方法において用いるエアロゾルデポジション装置を示す模式図である。
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第４実施形態にかかるヒートスプレッダの構成を示す模式図であって、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は底面図、（Ｃ）は部分的に示す平面図、（Ｄ）は（Ａ）の符号Ｘで示す部分の拡大図である。
【図１４】第４実施形態にかかるヒートスプレッダを備える半導体装置を含む電子装置の構成を示す模式的断面図である。
【図１５】（Ａ）〜（Ｆ）は、第４実施形態にかかるヒートスプレッダの製造方法を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態にかかる電子装置は、例えばコンピュータなどの電子装置である。なお、電子装置を電子機器ともいう。
本電子装置は、図２に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２と、半導体パッケージ２に熱的に接続されるヒートシンク３とを備える。
なお、配線基板１を、回路基板、回路配線基板又はプリント基板ともいう。また、半導体パッケージ２を、半導体モジュール又は半導体装置ともいう。また、ヒートシンク３を放熱部材ともいう。
【００１７】
ここで、半導体パッケージ２は、半導体チップ４と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板５と、半導体チップ４の表面に熱的に接続され、半導体チップ４が発生した熱を拡散させるヒートスプレッダ６とを備える。そして、ヒートスプレッダ６は、ヒートシンク３に熱的に接続されている。
なお、半導体チップ４を、半導体素子ともいう。また、ヒートシンク３及びヒートスプレッダ６は、半導体チップ４の発熱による温度上昇を抑制するために半導体チップ４からの熱を放熱させるものである。このため、ヒートシンク３及びヒートスプレッダ６を、放熱構造、放熱装置又は半導体チップ用放熱装置ともいう。
【００１８】
本実施形態では、半導体チップ４は、はんだバンプ７を介してパッケージ基板５に電気的に接続されてパッケージ基板５上に実装されている。また、パッケージ基板５はＢＧＡ（Ball Grid Array）を有するパッケージ基板である。つまり、半導体パッケージ２はＢＧＡパッケージである。そして、パッケージ基板５は、はんだバンプ８を介して配線基板１に電気的に接続されて配線基板１上に実装されている。
【００１９】
また、本実施形態では、半導体パッケージ２は、パッケージ基板５上に実装された半導体チップ４をヒートスプレッダ６で封止した半導体パッケージである。つまり、半導体チップの上側の表面とヒートスプレッダの下側の表面とは、例えばはんだによって熱的に接続されている。また、半導体チップ４の周囲のパッケージ基板５上に例えば接着剤によってスペーサ９が取り付けられ、このスペーサ９上に例えば接着剤によってヒートスプレッダ６が取り付けられている。
【００２０】
また、本実施形態では、電子装置は、配線基板１上に実装された半導体パッケージ２の外面にヒートシンク３を備える。つまり、半導体パッケージ２に含まれるヒートスプレッダ６上にヒートシンク３が熱的に接続されている。そして、ヒートシンク３は、例えばボルト１０によって配線基板１に固定されている。また、ヒートシンク３は、金属からなり、放熱フィン３Ａを備える。なお、図示しないファン（冷却ファン）などを設けて送風し、ヒートシンク３、特に、放熱フィン３Ａに風を当てるのが好ましい。なお、半導体パッケージ２に熱的に接続される放熱部材は、このような放熱フィン３Ａを備えるヒートシンク３に限られるものではない。
【００２１】
特に、本実施形態では、ヒートスプレッダ６は、図１（Ａ）〜図１（Ｅ）に示すように、金属層６Ａと、金属層６Ａの一の表面上に設けられ、表面（外表面）に露出しているダイヤモンド片６Ｂとを備える。ここでは、金属層６Ａの一の表面の全面にダイヤモンド片６Ｂが設けられている。そして、図２に示すように、ヒートスプレッダ６のダイヤモンド片６Ｂが露出している側の表面（底面）が、半導体チップ４の表面に熱的に接続されている。
【００２２】
このように、ヒートスプレッダ６の半導体チップ４に熱的に接続される側の表面の全面にダイヤモンド片６Ｂが露出している。また、ダイヤモンドは熱伝導率が極めて高い（１０００Ｗ／ｍ・℃）。これにより、ヒートスプレッダ６の半導体チップ４に熱的に接続される側の表面で面内方向の熱伝導率が極めて高くなるため、十分な熱拡散効果が得られることになる。さらに、ダイヤモンドは線膨張係数（熱膨張率）が低く（２．３ｐｐｍ／℃）、半導体チップ４を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料の線膨張係数（シリコン３ｐｐｍ／℃、ＧａＡｓ５．９ｐｐｍ／℃）との差が小さい。これにより、温度変化によって半導体チップ４とヒートスプレッダ６との接合部に発生する熱応力を小さくすることができる。
【００２３】
ここで、金属層６Ａは、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、タングステン、チタン、インバー、ニッケル、若しくは、それぞれの合金からなる。商業的、工業的には、金属層は、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム、又は、それぞれの合金、即ち、鉄系、銅系、ステンレス系、アルミニウム系、マグネシウム系の金属からなるものとするのが好ましい。特に、本実施形態の用途では、金属層は、銅、アルミニウム、又は、それぞれの合金、即ち、銅系又はアルミニウム系の金属からなるものとするのが好ましい。
【００２４】
なお、金属層６Ａは、これらの材料の中の一つの材料によって構成されていても良いし、これらの材料の中の複数の材料によって構成されていても良い。
本実施形態では、後述のように、Ｃｕ基板６Ｘ（金属板；導電性基板）の一の表面上にＮｉ膜６Ｙ（金属膜；導電膜）をめっきすることでダイヤモンド片６ＢをＮｉ膜６Ｙを介してＣｕ基板６Ｘに固着させてヒートスプレッダ６を製造する。このため、金属層６Ａは、Ｃｕ基板６Ｘ及びＮｉ膜６Ｙからなる。つまり、金属層６Ａを構成する金属板６Ｘは、金属膜をめっきすることができる金属材料からなり、金属層６Ａを構成する金属膜６Ｙは、金属板にめっきすることができる金属材料からなる。また、電気めっきによってヒートスプレッダを製造する場合は、金属層６Ａは導電性材料からなるものとなる。
【００２５】
このように、本実施形態では、金属層６Ａは、Ｃｕ基板６Ｘと、これと異なる材料であるＮｉ膜６Ｙとからなるため、ヒートスプレッダ６は、Ｃｕ及びＮｉの２つの異なる材料からなる金属層６Ａの一の表面上に、表面に露出しているダイヤモンド片６Ｂを備えるものとなる。なお、例えばＣｕ基板６Ｘにめっきする金属としてＮｉ膜に代えてＣｕ膜を用いる場合には、金属層６Ａは、Ｃｕ基板６Ｘと、これと同一の材料であるＣｕ膜とからなるため、ヒートスプレッダは、Ｃｕという１つの材料からなる金属層６Ａの一の表面上に、表面に露出しているダイヤモンド片６Ｂを備えるものとなる。
【００２６】
ダイヤモンド片６Ｂは、板状、箔状、鱗片状、顆粒状、又は、粉末状のダイヤモンドである。また、ダイヤモンド片６Ｂは、金属層６Ａの中に埋め込まれておらず、金属層６Ａの一の表面上、即ち、金属層６Ａの外表面の一面上にダイヤモンド層６ＢＸを形成しており、ダイヤモンド片６Ｂの一部は表面に露出している。つまり、ダイヤモンド片６Ｂは、金属層６Ａの内部に分散していない非分散のダイヤモンド片であって、金属層６Ａの一の表面上にダイヤモンド層６ＢＸを形成しており、その一部が表面に露出している。このため、ヒートスプレッダ６は、金属層６Ａと、金属層６Ａの一の表面上に設けられたダイヤモンド層６ＢＸを備える。つまり、ヒートスプレッダ６は、非分散のダイヤモンドと金属との複合材料、即ち、非分散ダイヤモンド−金属複合材料からなる。ここでは、金属層６Ａとダイヤモンド片６Ｂとからなるヒートスプレッダ６におけるダイヤモンド片６Ｂの割合は、３５Ｖｏｌ％以下であり、少量のダイヤモンドを用いて、十分な熱拡散効果を得ることができ、この結果、コストを抑えることが可能となる。
【００２７】
なお、電子装置や半導体パッケージ２の構成は、上述の実施形態のものに限られるものではなく、上述のヒートスプレッダ６を備えるものであれば良い。
次に、本実施形態のヒートスプレッダ６の製造方法について、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照しながら説明する。
ここでは、めっき法（ここでは電気めっき法）によってヒートスプレッダ６を製造する場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
まず、図３（Ａ）に示すように、導電性基板である銅基板６Ｘ（Ｃｕ基板；金属板）を配置する。ここでは、Ｃｕ基板６Ｘの周囲に絶縁性の型枠１１を設けている。なお、型枠１１は必要に応じて設ければ良い。
次に、Ｃｕ基板６Ｘの表面上にダイヤモンド片６Ｂを配置する。ここでは、型枠１１内のＣｕ基板６Ｘの表面上に所定量（例えば３５Ｖｏｌ％以下）のダイヤモンド片６Ｂを均一に敷きつめる。
【００２９】
そして、図３（Ｂ）に示すように、電気めっきによってＣｕ基板６Ｘの表面上にダイヤモンド片６Ｂを固着させる。ここでは、表面にダイヤモンド片６Ｂを敷きつめたＣｕ基板６Ｘを静かにニッケルめっき浴１２（金属めっき浴）に浸漬し、Ｃｕ基板６Ｘを陰極として電気めっきを施して、表面にダイヤモンド片６Ｂを敷きつめたＣｕ基板６Ｘの表面にニッケル（Ｎｉ）膜６Ｙ（金属膜）をめっきする。これにより、ダイヤモンド片６ＢをＮｉ膜６Ｙを介してＣｕ基板６Ｘの表面上に固着（電着）させる。
【００３０】
本実施形態では、まず、表面にダイヤモンド片６Ｂを敷きつめたＣｕ基板６Ｘをニッケルめっき浴１２に浸漬し、約２Ａ／ｄｍ２の電流密度で約２時間の電気めっきを行なって、Ｎｉをダイヤモンド片６Ｂの間隙に埋積させてダイヤモンド片６Ｂを固定する。その後、電流密度を約０．５〜約１Ａ／ｄｍ２とし、ダイヤモンド片６ＢをＮｉ膜６Ｙを介してＣｕ基板６Ｘの表面上に完全に固着（電着）させる。
【００３１】
その後、図３（Ｃ）に示すように、例えば研磨などの外形加工によって形状を整え、Ｃｕ基板６Ｘ及びＮｉ膜６Ｙからなる金属層６Ａと、この金属層６Ａの一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６Ｂとを備えるヒートスプレッダ６が完成する。なお、Ｎｉ膜６Ｙがダイヤモンド片６Ｂを覆ってしまっている場合は、研磨等によって取り除けば良い。
【００３２】
なお、ここでは、Ｃｕ基板６Ｘにめっきする金属としてＮｉを用いているが、これに限られるものではなく、例えばＣｕを用いることもできる。また、Ｃｕ基板６Ｘに代えてアルミニウム基板（Ａｌ基板；導電性基板）を用いる場合も、同様に、Ａｌ基板にめっきする金属としてＮｉ又はＣｕを用いることができる。
したがって、本実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、十分な熱拡散効果が得られるという利点がある。
【００３３】
例えば銅板からなるヒートスプレッダでは、熱伝導率が約３９８Ｗ／ｍ・℃程度であるのに対し、本ヒートスプレッダ６では、半導体チップ４に熱的に接続される側の表面全体に、約１０００Ｗ／ｍ・℃程度の極めて高い熱伝導率を有するダイヤモンド片６Ｂが露出している。このため、ヒートスプレッダ６の半導体チップ４に熱的に接続される側の表面で面内方向の熱伝導率が極めて高くなるため、十分な熱拡散効果が得られることになる。これに対し、従来のように、金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだヒートスプレッダでは、発熱体としての半導体チップから直接ダイヤモンドで伝熱させることができないため、十分な熱拡散効果が得られない。
【００３４】
実際に、本実施形態のヒートスプレッダ６を作製し、図４（Ａ）に示すように、基板１上に設けられた半導体チップ４の上に載せて温度分布を解析したところ、図４（Ｄ）に示すようになった。なお、ヒートスプレッダ６のサイズは、縦８０ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。また、半導体チップ４は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍのサイズで、５Ｗの発熱を有するものを用いた。
【００３５】
また、第１比較例として、銅板からなるヒートスプレッダを、基板１上に設けられた半導体チップ４の上に載せて温度分布を解析したところ、図４（Ｂ）に示すようになった。
さらに、第２比較例として、銅板の内部にダイヤモンド片を設けた（銅板と銅板との間にダイヤモンド片を設けた）ヒートスプレッダを、基板１上に設けられた半導体チップ４の上に載せて温度分布を解析したところ、図４（Ｃ）に示すようになった。
【００３６】
図４（Ｂ）〜図４（Ｄ）に示すように、本実施形態のヒートスプレッダ６を用いた場合、２つの比較例のヒートスプレッダを用いた場合と比較して、高温（ここでは６４℃）の領域の面積（図中、点線で囲まれた領域の面積）が狭くなり、十分な熱拡散効果が得られることが確認できた。
具体的には、銅板からなるヒートスプレッダを用いた場合の高温領域の面積に対する、本実施形態のヒートスプレッダ６を用いた場合の高温領域の面積の割合は、約５５％程度になった。つまり、本実施形態のヒートスプレッダ６のように、表面にダイヤモンド片を露出させ、半導体チップから直接ダイヤモンドに伝熱させることで、高温領域の面積を約４５％少なくすることができた。一方、銅板からなるヒートスプレッダを用いた場合の高温領域の面積に対する、銅板の内部にダイヤモンド片を設けたヒートスプレッダを用いた場合の高温領域の面積の割合は、約６８％程度であった。つまり、銅板の内部にダイヤモンド片を設けることで、高温領域の面積を約３２％少なくすることができた。このように、銅板の内部にダイヤモンド片を設けたヒートスプレッダと比較しても、表面にダイヤモンド片を露出させた本ヒートスプレッダ６では、高温領域の面積を約１３％少なくすることができ、十分な熱拡散効果が得られることが確認できた。
【００３７】
また、例えば銅板からなるヒートスプレッダでは、銅の線膨張係数（約１７ｐｐｍ／℃）と半導体チップを構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料の線膨張係数（シリコン約３ｐｐｍ／℃、ＧａＡｓ約５．９ｐｐｍ／℃）との差が大きい。このため、これらの接合部に大きな熱応力が発生する。これに対し、本ヒートスプレッダ６では、半導体チップ４に熱的に接続される側の表面全面にダイヤモンド片６Ｂが露出しており、ダイヤモンドと半導体チップ４を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料との間の線膨張係数の差が小さい。このため、これらの接合部に大きな熱応力が生じないようにすることができる。これにより、ヒートスプレッダ６と半導体チップ４との接合部（例えばはんだ）が剥がれてしまうのを防止することができる。つまり、本ヒートスプレッダ６は半導体チップ４との親和性が高い。
【００３８】
また、例えば金属板にダイヤモンド板をつけたヒートスプレッダでは、表面が割れたり、反りなどの変形が生じたりするのに対し、本ヒートスプレッダ６では、半導体チップに熱的に接続される側の表面全面にダイヤモンド片６Ｂを設けているため、これらを防止することができる。また、ヒートスプレッダ６を大型化することなく、即ち、ヒートスプレッダ６の重量を増加させることなく、半導体チップ４からの熱を面内方向に素早く拡散させることができ、例えば２００Ｗ級の発熱がある場合にも対応することが可能となる。また、非常に高価なダイヤモンド板を用いなくても良く、安価に製造することができるため、コストを低く抑えることができ、生産性も優れている。また、ダイヤモンド板を用いる場合、その大きさは例えば縦約１０ｍｍ×横約１０ｍｍ程度が限界であり、ヒートスプレッダが大型化した場合に対応することができないのに対し、本ヒートスプレッダ６のようにダイヤモンド片６Ｂを用いれば、これに対応することも可能である。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置について、図５を参照しながら説明する。
【００３９】
本実施形態のものは、上述の第１実施形態のものに対し、ヒートスプレッダの製造方法が異なる。つまり、上述の第１実施形態では、めっき法によってヒートスプレッダを製造するのに対し、本実施形態では、焼結法によってヒートスプレッダを製造する点が異なる。
本実施形態では、まず、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、Ｃｕ粉末６０ＡＸ（金属粉末）及びダイヤモンド片６０Ｂを、ダイヤモンド片６０Ｂ、Ｃｕ粉末６０ＡＸの順に配置する。ここでは、金型２０に、所定量（例えば３５Ｖｏｌ％以下）のダイヤモンド片６０Ｂを投入し、均一に敷きつめた後、Ｃｕ粉末６０ＡＸを投入し、均一に敷きつめる。
【００４０】
なお、ここでは、Ｃｕ粉末６０ＡＸ及びダイヤモンド片６０Ｂを、ダイヤモンド片６０Ｂ、Ｃｕ粉末６０ＡＸの順に配置しているが、これに限られるものではなく、逆に、Ｃｕ粉末６０ＡＸ、ダイヤモンド片６０Ｂの順に配置しても良い。
次に、図５（Ｃ）に示すように、Ｃｕ粉末６０ＡＸ及びダイヤモンド片６０Ｂを加圧成形して成形体６０Ｘとする。ここでは、成形プレスを用いて圧力約２ｔ／ｃｍ２で加圧成形して、Ｃｕ圧粉体６０ＡＹ及びダイヤモンド片６０Ｂからなる成形体６０Ｘを得る。
【００４１】
そして、図５（Ｄ）に示すように、成形体６０Ｘを焼成してＣｕ焼結体６０ＡＺ（金属焼結体）の表面上にダイヤモンド片６０Ｂを固着させる。ここでは、Ｃｕ圧粉体６０ＡＹ及びダイヤモンド片６０Ｂからなる成形体６０Ｘを電気（焼結）炉２１で焼成して、表面にダイヤモンド片６０Ｂが固着（密着）したＣｕ焼結体６０ＡＺを形成する。本実施形態では、例えば１気圧の水素・アルゴンなどで還元雰囲気とし、金属（ここではＣｕ）の焼結温度以上の温度（ここでは約７５０℃〜約８７５℃）に加熱して、表面にダイヤモンド片６０Ｂが固着したＣｕ焼結体６０ＡＺを形成する。この場合、Ｃｕ圧粉体６０ＡＹに含まれるＣｕ粉末６０ＡＸを焼結させてＣｕ焼結体６０ＡＺが形成される際に、ダイヤモンド片６０ＢがＣｕ焼結体６０ＡＺの表面上に固着することになる。
【００４２】
その後、冷却し、電気炉２１から取り出した後、例えば研磨などの外形加工によって形状を整え、Ｃｕ焼結体６０ＡＺからなる金属層６０Ａと、この金属層６０Ａの一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６０Ｂとを備えるヒートスプレッダ６０が完成する。なお、Ｃｕ焼結体６０ＡＺの一部がダイヤモンド片６０Ｂを覆ってしまっている場合は、研磨等によって取り除けば良い。
【００４３】
このように、本ヒートスプレッダ６０は、ダイヤモンド片６０Ｂと金属粉末６０ＡＸを順番に投入し、加圧成形するという簡素化した製造工程で、均質、かつ、安価に製造することができ、生産性も優れている。これに対し、金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだヒートスプレッダを焼結法によって製造する場合、最初に、ダイヤモンド粒子を金属粉末内に分散させるべく、ダイヤモンド粒子と金属粉末とを混合し、乾燥させる工程が必要となる。つまり、ダイヤモンド粒子と金属粉末とを混合し、乾燥させた後、ダイヤモンド粒子と金属粉末とを混合したものを金型に投入し、加圧成形することが必要となる。この場合、ダイヤモンド粒子の分散度合のばらつきを調整することも必要となる。
【００４４】
ところで、上述のように、焼結法によってヒートスプレッダ６０を製造する場合、金属層６０Ａを形成するのに用いる材料は、粉状にできる金属材料であれば良い。例えば、鉄、銅、アルミニウム、ステンレス、マグネシウム、タングステン、チタン、インバー、ニッケル、若しくは、それぞれの合金を用いれば良い。特に、本実施形態の用途では、銅、アルミニウム、又は、それぞれの合金、即ち、銅系又はアルミニウム系の金属を用いるのが好ましい。
【００４５】
なお、その他の詳細は、上述の第１実施形態と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、十分な熱拡散効果が得られるという利点がある。
【００４６】
なお、上述の実施形態では、金属層６０Ａの一の表面上にダイヤモンド片６０Ｂを設けたヒートスプレッダ６０を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、ダイヤモンド片は、金属層の少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出していれば良い。例えば図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、ダイヤモンド片６０Ｂは、金属層６０Ａの全ての表面上に設けられ、全ての表面に露出していても良い。これにより、さらに熱拡散効果を向上させることができる。このようなヒートスプレッダ６０を備える半導体パッケージ２を含む電子装置は、図７に示すようになる。なお、図７では、上述の第１実施形態のもの（図２参照）と同一のものには同一の符号を付している。
【００４７】
このように構成されるヒートスプレッダ６０は、以下のようにして製造することができる。
つまり、まず、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、Ｃｕ粉末６０ＡＸ（金属粉末）を配置するとともに、金属粉末６０ＡＸの周囲にダイヤモンド片６０Ｂを配置する。ここでは、図８（Ａ）に示すように、金型３０に、ダイヤモンド片６０Ｂを投入し、底面に均一に敷きつめた後、枠状の抜型３１（金型）を配置する。そして、抜型３１の外側、即ち、金型３０と抜型３１との間の隙間にダイヤモンド片６０Ｂを投入した後、図８（Ｂ）に示すように、抜型３１の内側にＣｕ粉末６０ＡＸを投入し、底面に敷きつめられたダイヤモンド片６０Ｂの上にＣｕ粉末６０ＡＸを均一に敷きつめる。その後、図８（Ｃ）に示すように、抜型３１を除去し、ダイヤモンド片６０Ｂを投入して、Ｃｕ粉末６０ＡＸの上にダイヤモンド片６０Ｂを均一に敷きつめる。
【００４８】
その後、上述の実施形態の場合と同様に、図８（Ｄ）〜図８（Ｆ）に示すように、Ｃｕ粉末６０ＡＸ及びダイヤモンド片６０Ｂを加圧成形して、Ｃｕ圧粉体６０ＡＹ及びダイヤモンド片６０Ｂからなる成形体６０Ｘとし、成形体６０Ｘを焼成してＣｕ焼結体６０ＡＺ（金属焼結体）の全ての表面上にダイヤモンド片６０Ｂを固着させる。このようにして、Ｃｕ焼結体６０ＡＺからなる金属層６０Ａと、この金属層６０Ａの全ての表面上に設けられ、全ての表面に露出しているダイヤモンド片６０Ｂとを備えるヒートスプレッダ６０を製造することができる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置について、図９〜図１２を参照しながら説明する。
【００４９】
本実施形態のものは、上述の第１、２実施形態及び変形例のものに対し、ヒートスプレッダ６００がさらにセラミック層６００Ｃを備える点、及び、エアロゾルデポジション法によってヒートスプレッダ６００を製造する点が異なる。
本実施形態では、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に示すように、ヒートスプレッダ６００は、上述の第１、２実施形態及び変形例のものと同様に、金属層６００Ａと、金属層６００Ａの少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６００Ｂとを備える。さらに、本ヒートスプレッダ６００は、ダイヤモンド片６００Ｂの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆うセラミック層６００Ｃを備える。つまり、ダイヤモンド片６００Ｂは、金属層６００Ａの中に埋め込まれておらず、金属層６００Ａの一の表面上にダイヤモンド層６００ＢＸを形成しているため、セラミック層６００Ｃは、ダイヤモンド層６００ＢＸの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆っている。
【００５０】
ここで、セラミック層６００Ｃの材料としては、特に限定されるわけではないが、例えばアルミナ，ジルコニア，窒化アルミニウム，コーディエライト，ムライト，チタニア，石英，フォレステライト，ウォラストナイト，アノーサイト，エンスタタイト，ジオプサイト，アケルマナイト，ゲーレナイト，スピネル，ガーネットなど、さらにはチタン酸マグネシウム，チタン酸カルシウム，チタン酸ストロンチウム，チタン酸バリウムなどのチタン酸塩を用いることができる。また、２種類以上のセラミック材料を用いても良い。例えば、アルミナとジルコニアの混合膜によって形成されたセラミック層６００Ｃであっても良い。
【００５１】
ここでは、金属層６００Ａの底面の全面、即ち、半導体チップ４に熱的に接続される側の表面の全面にダイヤモンド片６００Ｂが設けられている。また、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面を覆うようにセラミック層６００Ｃが設けられている。つまり、セラミック層６００Ｃは、ダイヤモンド片６００Ｂの表面の一部分、及び、金属層６００Ａの表面の一部分を覆うように設けられている。なお、半導体チップ接続領域６００Ｘは、半導体チップ４上に搭載される領域であるため、半導体チップ搭載領域ともいう。
【００５２】
つまり、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘでは、セラミック層６００Ｃは設けられておらず、ダイヤモンド片６００Ｂが表面に露出している。このため、ヒートスプレッダ６００の底面において表面に露出しているダイヤモンド片６００Ｂが半導体チップ４の表面に熱的に接続されることになる。そして、ヒートスプレッダ６００の底面の全面にダイヤモンド片６００Ｂが設けられており、面内方向の熱伝導率が極めて高くなるため、十分な熱拡散効果が得られることになる。さらに、ダイヤモンドは線膨張係数が低く、半導体チップ４を構成するシリコンやＧａＡｓなどの半導体材料の線膨張係数との差が小さいため、温度変化によって半導体チップ４とヒートスプレッダ６００との接合部に発生する熱応力を小さくすることもできる。
【００５３】
一方、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域では、金属層６００Ａの底面上にダイヤモンド片６００Ｂ、セラミック層６００Ｃが順に積層されており、セラミック層６００Ｃが表面に露出している。また、金属層６００Ａの４つの側面には、セラミック層６００Ｃが設けられており、セラミック層６００Ｃが表面に露出している。これに対し、金属層６００Ａの上面、即ち、ヒートシンク３に熱的に接続される側の表面には、セラミック層６００Ｃは設けられておらず、金属層６００Ａが表面に露出している。なお、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘにセラミック層６００Ｃを設けていないのは、セラミック層６００Ｃは熱伝導率が低いためである。
【００５４】
このように、半導体パッケージ２に含まれるヒートスプレッダ６００上にヒートシンク３が熱的に接続された状態で、ヒートスプレッダ６００の外気（空気）にさらされる表面がセラミック層６００Ｃで覆われるようにしている。これにより、セラミック層６００Ｃは高い熱放射性（熱放射率）を有するため、十分な熱放射効果が得られることになる。一方、ヒートシンク３に熱的に接続される側の表面にはセラミック層６００Ｃを設けていない。これは、セラミック層６００Ｃは金属層６００Ａよりも熱伝導率が低いため、ヒートシンク３への熱伝導効果が低下するのを防止するためである。なお、ヒートスプレッダ６００の外気にさらされる表面は、熱伝導に影響を与えない部分である。
【００５５】
つまり、上述のように、ヒートスプレッダ６００の底面に設けられたダイヤモンド片６００Ｂが半導体チップ４の表面に熱的に接続され、かつ、ヒートスプレッダ６００の外気にさらされる表面がセラミック層６００Ｃで覆われているため、十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果が得られることになる。上述の第１、２実施形態及び変形例のものと比較しても、熱放射効果を向上させることができる。これに対し、銅などの金属からなるヒートスプレッダ、金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだヒートスプレッダでは、十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果は得られない。また、伝熱部材の表面にセラミック層を備えた絶縁伝熱構造体では、十分な熱拡散効果が得られない。
【００５６】
なお、ここでは、ヒートスプレッダ６００の外気にさらされる表面として、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面にセラミック層６００Ｃを設けているが、これに限られるものではない。つまり、セラミック層６００Ｃは、ダイヤモンド片６００Ｂの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆うように設ければ良い。例えば、上述の第２実施形態の変形例のように、ダイヤモンド片６００Ｂを、金属層６００Ａの全ての表面上に設ける場合には、ダイヤモンド片６００Ｂの表面の一部分（例えば外気にさらされる表面）を覆うようにセラミック層６００Ｃを設ければ良い。また、例えば、ダイヤモンド片６００Ｂを、金属層６００Ａの一の表面上（例えば底面上）に設け、セラミック層６００Ｃを、金属層６００Ａの他の表面上（例えば４つの側面上）に設けるようにしても良い。この場合、セラミック層６００Ｃは、金属層６００Ａの表面の一部分を覆うように設けられることになる。
【００５７】
このようなヒートスプレッダ６００を備える半導体パッケージ２を含む電子装置は、図１０に示すようになる。なお、図１０では、上述の第１、２実施形態及び変形例のものと同一のものには同一の符号を付している。
次に、本実施形態のヒートスプレッダの製造方法について、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）を参照しながら説明する。
【００５８】
ここでは、常温衝撃固化現象によって成膜するエアロゾルデポジション法によってヒートスプレッダを製造する場合を例に挙げて説明する。
本ヒートスプレッダの製造方法では、ダイヤモンド片６００Ｂを配置し、エアロゾルデポジション法によって、金属層６００Ａ、セラミック層６００Ｃを順に形成する。
つまり、まず、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ダイヤモンド片６００Ｂを配置する。
【００５９】
ここでは、予め犠牲層４１が形成されている金型４０に、ダイヤモンド片６００Ｂを投入し、均一に敷きつめる。なお、犠牲層４１は、ダイヤモンド片６００Ｂを固定しておくものであり、剥離可能な両面粘着材やレジストなどを塗布することによって形成される。
次に、図１１（Ｃ）に示すように、ダイヤモンド片６００Ｂに固着するように、金属粒子６００ＡＸを常温衝撃固化成膜して金属層６００Ａを形成する。つまり、ダイヤモンド片６００Ｂに固着するように、エアロゾルデポジション法によって金属層６００Ａを形成する。これにより、一の表面上にダイヤモンド片６００Ｂが固着した金属層６００Ａが形成される。つまり、一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａが形成される。
【００６０】
ここでは、後述のエアロゾルデポジション装置４２のノズル４６を介して、気体に金属粒子６００ＡＸ（例えばＣｕ微粒子）を分散させたエアロゾルを、金型４０に均一に敷きつめられたダイヤモンド片６００Ｂに吹き付けて衝突させることによって、一の表面上にダイヤモンド片６００Ｂが固着した金属層６００Ａを形成する。
このようにして、金属粒子６００ＡＸを常温衝撃固化成膜して、ダイヤモンド片６００Ｂに金属層６００Ａを固着させて、ダイヤモンド・金属複合体（成形体）を形成する。
【００６１】
そして、図１１（Ｄ）に示すように、一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに固着するように、セラミック粒子６００ＣＸを常温衝撃固化成膜してセラミック層６００Ｃを形成する。つまり、一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに固着するように、エアロゾルデポジション法によってセラミック層６００Ｃを形成する。
【００６２】
ここでは、金型４０をとった後、セラミック層６００Ｃを形成したい領域のみが露出するように犠牲層４１（保護層）を形成する。本実施形態では、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面がセラミック層６００Ｃを形成したい領域であるため、金属層６００Ａの上面に犠牲層４１を形成する。そして、セラミック層６００Ｃを形成したい領域に、後述のエアロゾルデポジション装置４２のノズル４６を介して、気体にセラミック粒子６００ＣＸ（例えばアルミナ微粒子）を分散させたエアロゾルを吹き付けて衝突させることによって、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面にセラミック層６００Ｃを形成する。このようにエアロゾルデポジション法を用いる場合、セラミック層６００Ｃを形成したい領域のみに選択的にセラミック層６００Ｃを形成することができる。なお、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域に形成されている犠牲層４１は、エアロゾルを吹き付けて衝突させたときに除去される。また、エアロゾルデポジション法によってセラミック層６００Ｃを形成する場合、上述したセラミック層６００Ｃの材料のうち、熱放射性の観点から、例えばアルミナなどの粒径が約１０ｎｍ〜約１μｍのセラミック粒子（粉末）を用いるのが好ましい。より好ましくは約０．５μｍ以下の粒径を有するセラミック粒子を用いる。例えば昭和電工株式会社から製品名１６０ＳＧ−４として市販されているアルミナ粉末を用いることができる。
【００６３】
このようにして、金属粒子６００ＡＸ及びセラミック粒子６００ＣＸを常温衝撃固化成膜して、ダイヤモンド片６００Ｂに金属層６００Ａ及びセラミック層６００Ｃを固着させて、ダイヤモンド・金属・セラミック複合体（成形体）を形成する。つまり、ダイヤモンド・金属複合体の周囲にセラミック層６００Ｃを固着させてダイヤモンド・金属・セラミック複合体を形成する。
【００６４】
最後に、図１１（Ｅ）に示すように、犠牲層４１を剥離し、金型４０から取り出して、一の表面上にダイヤモンド片６００Ｂが固着した金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面にセラミック層６００Ｃが形成されたヒートスプレッダ６００が完成する。つまり、金属層６００Ａと、金属層６００Ａの少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６００Ｂと、ダイヤモンド片６００Ｂの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆うセラミック層６００Ｃとを備えるヒートスプレッダ６００が完成する。
【００６５】
このように、エアロゾルデポジション法を用いてヒートスプレッダ６００を製造する場合、常温プロセスで成膜を行なうだけで良いため、ヒートスプレッダ６００を安価に製造することが可能となり、また、生産性も優れている。これに対し、金属の中にダイヤモンド粒子を埋め込んだヒートスプレッダを焼結法によって製造する場合、ヒートスプレッダを製造するのに多くの工程を要することになる。つまり、最初に、ダイヤモンド粒子を金属粉末内に分散させるべく、ダイヤモンド粒子と金属粉末とを混合し、乾燥させる工程が必要となる。また、ダイヤモンド粒子と金属粉末とを混合したものを金型に投入し、加圧成形、焼成、加工する工程も必要となる。このため、製造コストが高くなってしまい、生産性も良くない。
【００６６】
次に、上述のようにしてエアロゾルデポジション法によって金属層６００Ａやセラミック層６００Ｃを形成する場合に用いるエアロゾルデポジション装置４２について、図１２を参照しながら説明する。
図１２に示すように、エアロゾルデポジション装置４２は、メカニカルブースタポンプ４７及び真空ポンプ４８によって真空排気される処理容器４３（真空チャンバ）を備え、この処理容器４３の中に、被処理体４９を保持するステージ４４が設けられている。そして、ステージ４４は、ステージ移動駆動部４５としてのＸ−Ｙステージ駆動機構、Ｚステージ駆動機構及びθステージ駆動機構によって、Ｘ−Ｙ−Ｚ―θ方向に移動させることができるようになっている。
【００６７】
また、処理容器４３の中には、ステージ４４上の被処理体４９に対向するようにノズル４６が設けられている。また、ノズル４６には、原料粉末（原料粒子）５０を収納した原料容器５１が接続されている。そして、例えば不活性ガスや高純度酸素などのキャリアガスを、高圧ガス源５２（ガスボンベ）から質量流量コントローラ５３（マスフローコントローラ）を介して、原料容器５１に供給することで、成膜材料となる原料粒子とキャリアガスとを含むエアロゾルが生成されるようになっている。このようにして生成されたエアロゾルを、ノズル４６から被処理体４９の表面にジェット流（エアロゾルジェット流）５４として吹き付けることで、原料粒子５０が被処理体４９の表面で衝撃固化し、エアロゾルデポジション膜（ＡＤ膜）が成膜されるようになっている。また、原料容器５１は、エアロゾルの発生を促進するため、振動台５５（振動機）上に保持されている。また、原料容器５１は、メカニカルブースタポンプ４７及び真空ポンプ４８に接続されており、エアロゾルデポジション膜の成膜に先立って減圧状態にされ、原料粉末５０から水分が除去されるようにしている。
【００６８】
例えば、原料粉末５０として金属原料粉末を原料容器５１に収納しておき、金属粒子６００ＡＸを含むエアロゾルが被処理体４９としての金型４０に敷きつめられたダイヤモンド片６００Ｂの表面に吹き付けられるようにすることで、表面にダイヤモンド片６００Ｂが固着した金属層６００Ａを形成することができる。また、例えば、原料粉末５０としてセラミック原料粉末を原料容器５１に収納しておき、セラミック粒子６００ＣＸを含むエアロゾルが被処理体４９としての金属層６００Ａの表面に吹き付けられるようにすることで、金属層６００Ａの表面にセラミック層６００Ｃを形成することができる。
【００６９】
なお、その他の詳細は、上述の第１、２実施形態及び変形例と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、上述の第１、２実施形態及び変形例の場合と同様に十分な熱拡散効果が得られるとともに、十分な熱放射効果が得られるという利点がある。これにより、放熱効果を向上させることができる。
【００７０】
実際に、本実施形態のヒートスプレッダ６００を作製し、上述の第１実施形態の場合と同様に、基板１上に設けられた半導体チップ４の上に載せて温度分布を解析したところ、銅からなるヒートスプレッダを用いた場合に約６３℃〜約６５℃であったヒートスプレッダの半導体チップ接続領域の表面温度が約４５℃〜約４７℃となり、約１８℃低減しており、十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果が得られることが確認できた。また、上述の第１、２実施形態及び変形例のヒートスプレッダを用いた場合に約４８℃〜約５０℃であったヒートスプレッダの半導体チップ接続領域の表面温度が約４５℃〜約４７℃となり、約３℃低減しており、上述の第１、２実施形態及び変形例のヒートスプレッダと比較して、十分な熱放射効果が得られることが確認できた。なお、ヒートスプレッダ６００の半導体チップ接続領域６００Ｘの表面温度は、ヒートシンク３を実装していない状態のヒートスプレッダ６００の半導体チップ接続領域６００Ｘの表面温度である。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、ヒートスプレッダ６００をエアロゾルデポジション法のみを用いて製造するようにしているが、これに限られるものではなく、少なくとも一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに、エアロゾルデポジション法によってセラミック層６００Ｃを形成するようにすれば良い。例えば、上述の第１、２実施形態及び変形例の製造方法（例えばめっき法や焼結法）によって製造されたヒートスプレッダに、エアロゾルデポジション法を用いてセラミック層を形成することで、ヒートスプレッダを製造するようにしても良い。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置について、図１３〜図１５を参照しながら説明する。
【００７２】
本実施形態のものは、上述の第３実施形態のものに対し、図１３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、セラミック層６００Ｃがフィン６００Ｄを備える点が異なる。
本実施形態のヒートスプレッダは、上述の第３実施形態の構成に加え、セラミック層６００Ｃがフィン６００Ｄを備える。つまり、本ヒートスプレッダ６００は、上述の第３実施形態のものと同様に、金属層６００Ａと、金属層６００Ａの少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６００Ｂと、ダイヤモンド片６００Ｂの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆うセラミック層６００Ｃとを備え、さらに、セラミック層６００Ｃがフィン６００Ｄを備える。ここで、セラミック層６００Ｃに備えられるフィン６００Ｄは放熱フィンとして機能する。つまり、本ヒートスプレッダ６００はヒートシンクとしての機能も有する。
【００７３】
ここでは、上述の第３実施形態の場合と同様に、金属層６００Ａの底面の全面、即ち、半導体チップ４に熱的に接続される側の表面の全面にダイヤモンド片６００Ｂが設けられている。また、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域及び金属層６００Ａの４つの側面を覆うようにセラミック層６００Ｃが設けられている。また、上述の第３実施形態の場合と異なり、金属層６００Ａの上面、即ち、半導体チップ４に熱的に接続される側と反対側の表面の全面に、フィン６００Ｄを備えるセラミック層６００Ｃが設けられている。つまり、金属層６００Ａの上面を覆うようにセラミック層６００Ｃが設けられており、さらに、このセラミック層６００Ｃから上方へ延びるようにセラミックからなるフィン６００Ｄが設けられており、セラミック層６００Ｃとフィン６００Ｄは一体形成されている。このように、セラミック層６００Ｃは、ダイヤモンド片６００Ｂの表面の一部分、及び、金属層６００Ａの表面の全体を覆うように設けられている。
【００７４】
この場合、金属層６００Ａの上面に設けられた、フィン６００Ｄを備えるセラミック層６００Ｃがヒートシンクとして機能するため、本実施形態では、電子装置は、ヒートシンク３を備えないものとなる。つまり、本実施形態の電子装置は、図１４に示すように、配線基板１と、配線基板１上に実装され、半導体チップ４と、半導体チップ４を実装するパッケージ基板５と、半導体チップ４の表面に熱的に接続される上述のヒートスプレッダ６００とを備える半導体パッケージ２とを備えるものとなる。なお、図１４では、上述の第１、２実施形態及び変形例のものと同一のものには同一の符号を付している。
【００７５】
次に、本実施形態のヒートスプレッダの製造方法について、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）を参照しながら説明する。
ここでは、常温衝撃固化現象によって成膜するエアロゾルデポジション法によってヒートスプレッダを製造する場合を例に挙げて説明する。
本ヒートスプレッダの製造方法では、上述の第３実施形態の場合と同様に、ダイヤモンド片６００Ｂを配置し、エアロゾルデポジション法によって、金属層６００Ａ、セラミック層６００Ｃ（フィン６００Ｄを含む）を順に形成する。
【００７６】
つまり、まず、上述の第３実施形態の場合と同様に、図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、予め犠牲層４１が形成されている金型４０に、ダイヤモンド片６００Ｂを投入し、均一に敷きつめた後、ダイヤモンド片６００Ｂに固着するように、エアロゾルデポジション法によって金属層６００Ａを形成する。
次に、図１５（Ｄ）に示すように、一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに固着するように、セラミック粒子６００ＣＸを常温衝撃固化成膜してセラミック層６００Ｃを形成する。つまり、一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに固着するように、エアロゾルデポジション法によってセラミック層６００Ｃを形成する。
【００７７】
ここでは、まず、金型４０をとった後、セラミック層６００Ｃを形成したい領域、即ち、金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域、金属層６００Ａの４つの側面、及び、金属層６００Ａの上面に、エアロゾルデポジション装置４２のノズル４６を介して、気体にセラミック粒子６００ＣＸ（例えばアルミナ微粒子）を分散させたエアロゾルを吹き付けて衝突させることによって、セラミック層６００Ｃを形成する。なお、金属層６００Ａの上面に形成されるセラミック層６００Ｃは、後述のフィン６００Ｄを形成する場合の下地層となる。
【００７８】
次いで、フィン６００Ｄを形成する領域に開口部を有するマスク５６として、例えばメタルマスクなどのスクリーンマスクを設け、このマスク５６を用いて、エアロゾルデポジション装置４２のノズル４６を介して、気体にセラミック粒子６００ＣＸ（例えばアルミナ微粒子）を分散させたエアロゾルを吹き付けて衝突させることによって、セラミックからなるフィン６００Ｄを形成する。これにより、金属層６００Ａの上面に形成されたセラミック層６００Ｃから上方へ延びるフィン６００Ｄが形成される。
【００７９】
最後に、犠牲層４１を剥離し、金型４０から取り出して、一の表面上にダイヤモンド片６００Ｂが固着した金属層６００Ａの底面の半導体チップ接続領域６００Ｘ以外の領域、金属層６００Ａの４つの側面、及び、金属層６００Ａの上面に、フィン６００Ｄを備えるセラミック層６００Ｃが形成されたヒートスプレッダ６００が完成する。つまり、金属層６００Ａと、金属層６００Ａの少なくとも一の表面上に設けられ、表面に露出しているダイヤモンド片６００Ｂと、ダイヤモンド片６００Ｂの表面及び金属層６００Ａの表面の少なくとも一部分を覆うセラミック層６００Ｃとを備え、セラミック層６００Ｃがフィン６００Ｄを備えるヒートスプレッダ６００が完成する。
【００８０】
なお、その他の詳細は、上述の第３実施形態と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかるヒートスプレッダ及びその製造方法、半導体装置、電子装置によれば、上述の第３実施形態の場合と同様に十分な熱拡散効果及び十分な熱放射効果が得られ、放熱効果を向上させることができるという利点がある。
【００８１】
特に、上述のように、ヒートスプレッダ６００のフィン６００Ｄを備えるセラミック層６００Ｃがヒートシンクとして機能するため、ヒートシンク３を別途設ける必要がない。このため、小型化を図ることができるとともに、ヒートスプレッダ６００とヒートシンクとの境界面での熱抵抗がなくなるため、さらに放熱効果を向上させることが可能となる。
なお、上述の実施形態では、金属層６００Ａの上面に、他の面と同様の厚さのセラミック層６００Ｃをフィン６００Ｄの下地層として形成した後、スクリーンマスク５６を用いてエアロゾルデポジション法によってフィン６００Ｄを形成するようにしているが、これに限られるものではない。例えば、エアロゾルデポジション法によって、金属層６００Ａの上面に、フィン６００Ｄの高さに相当する厚さのセラミック層６００Ｃを一様に形成した後、フィン６００Ｄを形成する領域以外の領域に開口部を有するマスクをパターニングし、このマスクを用いてエッチングすることによって、フィン６００Ｄを形成するようにしても良い。
【００８２】
また、上述の実施形態では、ヒートスプレッダ６００をエアロゾルデポジション法のみを用いて製造するようにしているが、これに限られるものではなく、少なくとも一の表面上に表面に露出するようにダイヤモンド片６００Ｂが設けられた金属層６００Ａに、エアロゾルデポジション法によってフィン６００Ｄを備えるセラミック層６００Ｃを形成するようにすれば良い。例えば、上述の第１、２実施形態及び変形例の製造方法（例えばめっき法や焼結法）によって製造されたヒートスプレッダに、エアロゾルデポジション法を用いてフィンを備えるセラミック層を形成することで、ヒートスプレッダを製造するようにしても良い。
［その他］
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  配線基板
２  半導体パッケージ（半導体装置）
３  ヒートシンク（放熱部材）
４  半導体チップ
５  パッケージ基板
６  ヒートスプレッダ
６Ａ  金属層
６Ｂ  ダイヤモンド片
６ＢＸ  ダイヤモンド層
６Ｘ  Ｃｕ基板（金属板）
６Ｙ  Ｎｉ膜（金属膜）
７、８  はんだバンプ
９  スペーサ
１０  ボルト
１１  型枠
１２  ニッケルめっき浴（金属めっき浴）
２０  金型
２１  電気炉
３０  金型
３１  抜型
４０  金型
４１  犠牲層
４２  エアロゾルデポジション装置
４３  処理容器
４４  ステージ
４５  ステージ移動駆動部
４６  ノズル
４７  メカニカルブースタポンプ
４８  真空ポンプ
４９  被処理体
５０  原料粉末（原料粒子）
５１  原料容器
５２  高圧ガス源
５３  質量流量コントローラ
５４  エアロゾルジェット流
５５  振動台
５６  マスク
６０  ヒートスプレッダ
６０Ａ  金属層
６０ＡＸ  Ｃｕ粉末（金属粉末）
６０ＡＹ  Ｃｕ圧粉体
６０ＡＺ  Ｃｕ焼結体（金属焼結体）
６０Ｂ  ダイヤモンド片
６０Ｘ  成形体
６００  ヒートスプレッダ
６００Ａ  金属層
６００ＡＸ  金属粒子
６００Ｂ  ダイヤモンド片
６００ＢＸ  ダイヤモンド層
６００Ｃ  セラミック層
６００ＣＸ  セラミック粒子
６００Ｘ  半導体チップ接続領域
６００Ｄ  フィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図４】
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【図１２】
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