(57)【要約】  この発明は、基材の位置を、外観から直感的に把握できるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダを、基材の位置ずれを防止しながら少ない工程で製造できる製造方法とを提供する。  ヒートスプレッダ１は、平板状の基材２の、面方向の外周が金属または合金からなる枠体３、表面４および裏面５が金属または合金からなる被覆層６、７で覆われた平板状をなし、表面１１および裏面１２のうちの少なくとも一方に、面方向において内部の基材２の外縁に沿う溝１３、１４を有する。製造方法は、枠体３と、前記枠体３の環内に嵌め合わされて被覆層６、７となる薄板２２、２６とで囲まれた領域に基材２のもとになる混合物２５を充填するか、または基材２を嵌め合わせて圧縮成形した後、金属または合金の融点以下で焼成する。
2009098865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基材と、
金属または合金からなり基材の面方向の外周を囲んで前記基材と一体化された環状の枠体と、
前記枠体と同じまたは異なる金属または合金からなり基材の表面および裏面に被覆された薄板状の被覆層と、
を含む平板状のヒートスプレッダであって、
前記被覆層と枠体とで構成されるヒートスプレッダの表面および裏面のうち少なくとも一方は、前記表面または裏面の面方向において内部の基材の外縁に沿う溝を有することを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
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に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
基材が、
(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１種からなる請求項１または２に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
枠体および被覆層が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金からなる請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
厚みが１ｍｍ以上である請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
溝の幅が０．０２ｍｍ以上で、かつ深さが０．０１ｍｍ以上である請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項７】
基材がアルミニウム−セラミック複合材料、またはアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、枠体および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つに記載のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、
ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうちの一方を被覆する被覆層となる薄板とをセットするか、または前記枠体と薄板とを一体化した形状を有する成形体をセットする工程と、
セットした前記枠体または成形体上に、枠体と同じ平面形状を有する環状の治具をセットする工程と、
前記薄板と枠体と治具、または成形体と治具とで囲まれた領域に、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、またはアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とケイ素粉末との混合物を充填する工程と、
前記混合物上に、枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうち他方を被覆する被覆層となる薄板を重ねた状態で、ヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形して圧縮成形体を得る工程と、
前記圧縮成形体をアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下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。
【請求項８】
圧縮成形体をプレス型から取り出した後に焼成する請求項７に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項９】
薄板の厚みが０．０５ｍｍ以上である請求項７または８に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１０】
枠体と薄板の嵌め合い部のクリアランスが０．０５ｍｍ以上である請求項７ないし９のいずれか１つに記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１１】
圧縮成形時の圧力が９８ＭＰａ以上、６８６ＭＰａ以下である請求項７ないし１０のいずれか１つに記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１２】
枠体および被覆層が銅または銅合金からなる、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、
基材を作製する工程と、
前記基材の表面を銅めっきする工程と、
ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、
(a)  前記基材と、基材を囲む環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面および裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる２枚の薄板とをセットするか、または
(b)  前記基材と、前記枠体と一方の薄板とを一体化した形状を有する成形体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面または裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる他方の薄板とをセットする工程と、
前記各部をヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形しながら銅または銅合金の融点以下の温度で熱処理する工程と、
を含むことを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１３】
薄板の厚みが０．０５ｍｍ以上である請求項１２に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１４】
枠体と薄板の嵌め合い部のクリアランスが０．０５ｍｍ以上である請求項１２または１３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、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の熱除去用として好適に使用さ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。発生した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、破損したりするおそれがあるためである。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用い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や、プラズマディスプレイパネル等の画像表示素子、コンピュータ用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、現在、一般的に用いられているケイ素（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等をこれまでよりも起こりにくくできるものと考えられている。【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。素子からの熱を速やかに除去して誤動作や破損を防止するためには、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一方の面に直接に、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他方の面を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）の表面と接触させた状態でネジ止め等して固定する。そうすると素子からの熱を、前記ヒートシンク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、前記ヒートスプレッダとしては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たものが用いられてきた。しかし近時、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と熱膨張係数が近い上、金属や合金と同等程度の熱伝導率を有するアルミニウム−セラミック複合材料等からなるヒートスプレッダを用い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）。これは、素子やセラミック基板とヒートスプレッダとの熱膨張係数をできるだけ近づけることによって、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はんだ接合が破壊されたりするのを抑制できると考えられるためである。【０００６】
ところが前記複合材料の多くは非常に硬質の難加工材であって、所定の平面形状に切り出したり、所定の位置に位置決めのための止まり穴や座ぐり、あるいはネジ止めのためのネジ穴等を形成したりするために、高価なダイヤモンド工具等の超硬工具を用いなければならないという問題がある。また、複合材料の加工には金属や合金の加工に比べて手間と時間がかかるという問題もある。さらに、前記複合材料は金属や合金に比べて脆いため加工時に割れたりかけたりしやすいという問題もある。【０００７】
また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、ヒートスプレッダの表面を、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間、例えば金属や合金とセラミックとではめっきの条件が大きく異なるため、複合材料からなるヒートスプレッダの表面に直接に、安定で均一なニッケルめっき膜を形成するのは難しいという問題もある。【０００８】
そこで前記特許文献３や、あるいは特許文献４ないし６において、複合材料からなる薄板状の基材の表面および裏面に、前記複合材料を形成す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積層構造を有するヒートスプレッダが提案されている。
前記積層構造を有するヒートスプレッダは、素子の搭載面である基材の表面または裏面が、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。そのためニッケルめっき膜を形成した表面に、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用いてニッケルめっき膜を省略することもできる。【０００９】
しかし、前記被覆層で挟まれた基材を構成する複合材料が難加工材であることには変わりはない。そのため、依然としてネジ穴等を形成する加工に手間と時間とがかかる上、加工時に割れや欠け等が生じやすいという問題は解消されない。そこで、前記基材の面方向の外周を囲んで金属または合金からなる枠体を設け、ネジ穴等は前記枠体の部分に形成するようにしたヒートスプレッダが提案されている（特許文献７参照）。【００１０】
前記構成によれば、ネジ穴等は通常の工具等を使用してできるだけ少ない工数で、短時間で加工できる上、加工時に複合材料からなる基材に割れや欠けが発生するのを抑制できるという利点がある。
【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２００３−２０４０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記構造を有するヒートスプレッダは、例えば特許文献７に記載の方法で製造される。
すなわち複合材料を圧縮成形等して、基材のもとになるセラミック製の多孔質体（プリフォーム）を作製する。また、所定のヒートスプレッダの立体形状を有するキャビティを備えた注型用の金型を用意し、先に作製した多孔質体を前記キャビティ内にセットする。この際、多孔質体の周囲には、キャビティの内壁面との間に枠体および被覆層の厚み分の空間を設けておく。次いでこの状態で、融点以上に加熱して溶融させた金属または合金を前記キャビティ内に流し込む。そうすると、流し込んだ金属または合金が多孔質体に含浸されて複合材料からなる基材が形成される。それと共に、前記基材の周囲の空間に金属または合金が充填されて枠体および被覆層が基材と一体に形成されて、ヒートスプレッダが製造される。【００１２】
ところが、前記多孔質体からなる基材をヒートスプレッダ中で正確に位置決めするのは難しい。キャビティ内に金属または合金を流し込む際に前記多孔質体がずれたりして、基材が、特にヒートスプレッダの面方向におよそ２ｍｍないし３ｍｍ程度ずれるのはよくあることである。しかも製造されたヒートスプレッダにおいては、前記のように基材の全面が金属または合金からなる被覆層と枠体とで覆われており、外観から基材の位置を把握することができない。そのため、下記のような問題を生じるおそれがある。
(1)  枠体のうち加工を要する領域に位置ずれした基材がはみ出して加工の妨げとなる。
(2)  ヒートスプレッダの表面または裏面の、位置ずれして基材が存在しない領域（金属または合金のみからなる領域）に、素子やセラミック基板等がはみ出した状態ではんだ接合されてしまい、両者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はんだ接合が破壊されたりする。【００１３】
これらの問題が生じるのを防止するためには、前記位置ずれを考慮して枠体や基材を大きめに設計しなければならない。しかしその場合にはヒートスプレッダが大型化してしまうため、特に近年の、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がある。
例えば超音波検査等によって基材の位置を特定する作業を製造されたヒートスプレッダの全数に対して行えば、基材の位置を正確に把握できる。しかし検査の工程が増える分だけ製造に手間がかかり、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】
本発明の目的は、基材の位置を外観から直感的に把握できる新規なヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダを、基材が大きく位置ずれするのを防止しながらできるだけ少ない工程で製造するため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】
【００１５】
本発明は、平板状の基材と、金属または合金からなり基材の面方向の外周を囲んで前記基材と一体化された環状の枠体と、前記枠体と同じまたは異なる金属または合金からなり基材の表面および裏面に被覆された薄板状の被覆層とを含む平板状のヒートスプレッダであって、前記被覆層と枠体とで構成されるヒートスプレッダの表面および裏面のうち少なくとも一方は、前記表面または裏面の面方向において内部の基材の外縁に沿う溝を有することを特徴とするヒートスプレッダである。【００１６】
本発明によれば、被覆層と枠体とで構成されるヒートスプレッダの表面および裏面のうちの少なくとも一方に設けられた、内部の基材の外縁に沿う溝によって、前記基材の位置を外観から目視によって直感的に把握しながら、ネジ穴等を形成する加工をしたり、素子やセラミック基板等をはんだ接合したりできる。そのため基材の位置ずれを考慮して枠体や基材を大きめに設計する必要がなくなり、前記枠体や基材の大きさを必要最小限にとどめてヒートスプレッダを含む機器類の小型化、省スペース化に寄与できる。【００１７】
基材としては、先に説明した各種の素子やセラミック基板等との熱膨張係数の違いに基づく種々の問題が生じるのを防止しつつ、素子からの熱をできるだけ速やかに除去するために、好ましくは熱膨張係数が１５×１０-6／Ｋ以下で、かつ熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である種々の材料からなるものがいずれも使用可能である。
前記基材としては、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１種からなるものが挙げられる。【００１８】
枠体および被覆層を形成する金属または合金としては、ネジ穴等を形成する加工をする際の加工性に優れる上、基材と同等またはそれ以上の良好な熱伝導率を有する種々の金属または合金がいずれも使用可能である。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、特にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金等が好ましい。枠体と被覆層とは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。【００１９】
ヒートスプレッダの、素子やセラミック基板等をはんだ接合する側の面と、その反対面である冷却部材と接する面との間の距離、すなわちヒートスプレッダの全体の厚みは１ｍｍ以上であるのが好ましい。これにより、前記ヒートスプレッダの厚み方向および厚み方向と交差する面方向に素子からの熱をできるだけ効率よく伝えることができる。
またヒートスプレッダの厚みは、前記範囲内でも１０ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、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、および軽量化に寄与できる。【００２０】
溝は、内部に埋設された基材の位置を外観から直感的に把握できるのであれば、連続していてもよいし断続的に形成されていても構わない。ただし、溝を目視によって視認しやすくするためには、前記溝の幅は０．０２ｍｍ以上、深さは０．０１ｍｍ以上であるのが好ましい。なお溝の幅は、前記範囲内でも０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、基材の位置決めの精度を高めることができる。また深さは、前記範囲内でも０．２ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、ヒートスプレッダの面方向の熱伝導が阻害されるのを防止できる。【００２１】
本発明は、基材がアルミニウム−セラミック複合材料、またはアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、枠体および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前記本発明のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうちの一方を被覆する被覆層となる薄板とをセットするか、または前記枠体と薄板とを一体化した形状を有する成形体をセットする工程と、セットした前記枠体または成形体上に、枠体と同じ平面形状を有する環状の治具をセットする工程と、前記薄板と枠体と治具、または成形体と治具とで囲まれた領域に、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、またはアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とケイ素粉末との混合物を充填する工程と、前記混合物上に、枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうち他方を被覆する被覆層となる薄板を重ねた状態で、ヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形して圧縮成形体を得る工程と、前記圧縮成形体をアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下の温度で焼成する工程とを含むことを特徴とする。【００２２】
前記本発明の製造方法によれば、焼成工程において、圧縮成形体のうち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、またはアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とケイ素粉末との混合物を焼結させて基材を形成すると共に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる枠体および薄板を前記基材と一体化させて枠体と被覆層とを形成できる。【００２３】
またその際に、前記焼成の温度をアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融して大きく流動しない融点以下の温度に設定することで、前記枠体と薄板との嵌め合い部に設定されるクリアランスに基づいて両者の境界線上、すなわち基材の外縁に沿う位置に正確に溝を形成できる。そのため前記溝を有するヒートスプレッダを、できるだけ少ない工程で効率よく製造できる。【００２４】
しかも前記製造方法によれば、あらかじめプレス型内にセットされた所定の寸法および形状を有する枠体の環内で、後から充填され圧縮成形された前記混合物を融点以下の温度で焼結させることによって基材が形成されるため、前記基材がヒートスプレッダ内において大きく位置ずれするおそれもない。
前記本発明の製造方法においては、圧縮成形体をプレス型から取り出した後に焼成するのが好ましい。かかる構成によれば、前記プレス型から取り出した圧縮成形体をそのままで、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できるため、焼成に要するエネルギーと時間とを削減できる。【００２５】
前記製造方法において、被覆層のもとになる薄板の厚みは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。厚みが０．０５ｍｍ未満では、先に説明したメカニズムに基づいて、目視によって十分に視認できる大きさの溝を形成できないおそれがある。なお薄板の厚みは、前記範囲内でも１ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される被覆層の厚みをできるだけ小さくして、前記被覆層を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金と、素子やセラミック基板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、はんだ接合が破壊されたりするのを防止できる。【００２６】
また枠体と薄板の嵌め合い部のクリアランスは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。クリアランスが０．０５ｍｍ未満では、先に説明したメカニズムに基づいて、目視によって十分に視認できる大きさの溝を形成できないおそれがある。なおクリアランスは、前記範囲内でも０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される溝が大きくなりすぎて前記溝による基材の位置合わせの精度が低下するのを防止できる。【００２７】
また前記製造方法においては、圧縮成形時の圧力を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の強度が不足して、特に焼成のためにプレス型から取り出す際や、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を超えてもそれ以上圧縮成形体の強度を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プレス型等の装置が大掛かりになりすぎるという問題もある。【００２８】
本発明は、枠体および被覆層が銅または銅合金からなる前記本発明のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、基材を作製する工程と、前記基材の表面を銅めっきする工程と、ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、
(a)  前記基材と、基材を囲む環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面および裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる２枚の薄板とをセットするか、または
(b)  前記基材と、前記枠体と一方の薄板とを一体化した形状を有する成形体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面または裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる他方の薄板とをセットする工程と、
前記各部をヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形しながら銅または銅合金の融点以下の温度で熱処理する工程とを含むことを特徴とする。【００２９】
前記本発明の製造方法によれば、圧縮成形しながら熱処理する工程において銅または銅合金からなる枠体および薄板を基材と一体化させて枠体と被覆層とを形成できる。またその際に、前記熱処理の温度を銅または銅合金が溶融して大きく流動しない融点以下の温度に設定することで、前記枠体と薄板との嵌め合い部に設定されるクリアランスに基づいて両者の境界線上、すなわち基材の外縁に沿う位置に正確に溝を形成できる。そのため前記溝を有するヒートスプレッダを、できるだけ少ない工程で効率よく製造できる。【００３０】
しかも前記製造方法によれば、あらかじめプレス型内にセットされた所定の寸法および形状を有する枠体の環内に基材を嵌め合わせてヒートスプレッダが製造されるため、前記基材がヒートスプレッダ内において大きく位置ずれするおそれもない。
前記本発明の製造方法においても、被覆層のもとになる薄板の厚みは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。厚みが０．０５ｍｍ未満では、先に説明したメカニズムに基づいて、目視によって十分に視認できる大きさの溝を形成できないおそれがある。なお薄板の厚みは、前記範囲内でも１ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される被覆層の厚みをできるだけ小さくして、前記被覆層を形成する銅または銅合金と、素子やセラミック基板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、はんだ接合が破壊されたりするのを防止できる。【００３１】
また枠体と薄板の嵌め合い部のクリアランスは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。クリアランスが０．０５ｍｍ未満では、先に説明したメカニズムに基づいて、目視によって十分に視認できる大きさの溝を形成できないおそれがある。なおクリアランスは、前記範囲内でも０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される溝が大きくなりすぎて前記溝による基材の位置合わせの精度が低下するのを防止できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、基材の位置を外観から直感的に把握できる新規なヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダを、基材が大きく位置ずれするのを防止しながらできるだけ少ない工程で製造するための製造方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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一部切欠平面図である。
【図２】図２は、図１の例のヒートスプレッダの一部切欠側面図である。
【図３】図３は、図２の一部を拡大した断面図である。
【図４】図４は、図１の例のヒートスプレッダの斜視図である。
【図５】図５は、本発明のヒートスプレッダの製造方法の一例の一工程を示す断面図である。
【図６】図６は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図７】図７は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図８】図８は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図９】図９は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明のヒートスプレッダの製造方法の他の例の一工程を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のヒートスプレッダの製造方法のさらに他の例の一工程を示す断面図である。
【図１２】図１２は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図１３】図１３は、前記例の次の工程を示す断面図である。
【図１４】図１４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１５】図１５は、実施例３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。
【符号の説明】
【００３４】
１     ヒートスプレッダ
２     基材
２ａ   外縁
３     枠体
４     表面
５     裏面
６、７ 被覆層
８     ネジ穴
９     切欠
１０   膨出部
１１   表面
１２   裏面
１３、１４    溝
１３ａ、１４ａ       最深点
１５   底面
１６   下パンチ
１７   側面（外周面）
１８   内周面
１９   ダイ
２０   プレス型
２１   領域
２２、２６    薄板
２３   治具
２４   領域
２５   混合物
２６   薄板
２７   当接面
２８   上パンチ
２９   圧縮成形体
３０   成形体
３１   当接面
３２   上パンチ
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〈ヒートスプレッダ〉
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一部切欠平面図である。図２は、図１の例のヒートスプレッダの一部切欠側面図である。図３は、図２の一部を拡大した断面図である。図４は、図１の例のヒートスプレッダの斜視図である。
これらの図を参照して、この例のヒートスプレッダ１は、全体が矩形平板状の基材２と、前記基材２の面方向の外周を囲んで基材２と一体化された環状の枠体３と、前記基材２の表面４および裏面５に被覆された薄板状の被覆層６、７とを含んでいる。【００３６】
基材２は、長辺側のそれぞれ３箇所にネジ穴８を避けるための半円状の切欠９を備えている。また枠体３は、前記切欠９に対応する長辺側のそれぞれ３箇所に前記ネジ穴８を有する半円状の膨出部１０を備えている。枠体３は、切欠９を膨出部１０によって埋めた状態で基材２と一体化されている。枠体３は金属または合金からなり、被覆層６、７は前記枠体３と同じまたは異なる金属または合金からなる。【００３７】
枠体３と被覆層６、７とで構成されるヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２は、それぞれ前記両面１１、１２の面方向において内部の基材２の外縁２ａに沿う溝１３、１４を有している。
図３を参照して、本発明において溝１３、１４が内部の基材２の外縁２ａに「沿う」とは、前記外縁２ａと、前記溝１３、１４の幅方向の断面中の最深点１３ａ、１４ａとの間の面方向のずれＧ1が±１ｍｍ以内、特に±０．５ｍｍ以内である状態を指すこととする。【００３８】
この例のヒートスプレッダ１によれば、前記両面１１、１２がぞれぞれ溝１３、１４を有することによって、内部の基材２の位置を外観から目視によって直感的に把握しながら、ネジ穴８等を形成する加工をしたり、素子やセラミック基板等をはんだ接合したりできる。したがって基材２の位置ずれを考慮して枠体３や基材２を大きめに設計する必要がなくなり、前記枠体３や基材２の大きさを必要最小限にとどめて、ヒートスプレッダ１を含む機器類の小型化、省スペース化に寄与することが可能となる。【００３９】
溝１３、１４は、前記基材２の位置を外観から直感的に把握できるのであれば、連続していてもよいし断続的に形成されていても構わない。ただし溝１３、１４を目視によってできるだけ視認しやすくするためには、前記溝１３、１４の幅は０．０２ｍｍ以上、深さは０．０１ｍｍ以上であるのが好ましい。また溝１３、１４の幅は、基材２の位置決めの精度を高めるためには０．５ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であるのが好ましく、深さは、ヒートスプレッダ１の面方向の熱伝導が阻害されるのを防止するためには０．２ｍｍ以下、特に０．１ｍｍ以下であるのが好ましい。【００４０】
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系等の素子や、あるいはＡｌＮ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4等のセラミック基板等と、ヒートスプレッダ１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、はんだ接合が破壊されたりするのを抑制できる。【００４１】
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、ケイ素−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可能である。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が設定される。【００４２】
また基材２の熱膨張係数は、ヒートスプレッダ１と組み合わせる素子、セラミック基板、および冷却部材等の熱膨張係数との兼ね合いによって、前記範囲内で任意に設定できる。例えば素子として、熱膨張係数が３×１０-6／ＫであるＳｉ系またはＳｉＣ系の素子を用いると共に、冷却部材として熱膨張係数が１７×１０-6／Ｋ以上、２４×１０-6／Ｋ以下程度のものを用いる場合は、基材２の熱膨張係数を例えば６．５×１０-6／Ｋ以上、１５×１０-6／Ｋ以下に設定する。そうすると、前記各部間での熱膨張係数の差をいずれも小さくして、先に説明した種々の問題が発生するのを抑制できる。【００４３】
またヒートスプレッダ１は通常、先に説明したようにネジ止め等によって冷却部材に固定される。そのため前記ヒートスプレッダ１と冷却部材との間には何らかの応力緩和機構（ネジ穴を長穴にする等）を設けて熱膨張係数の差に基づく応力を緩和することとし、基材２の熱膨張係数を、ヒートスプレッダ１にはんだ接合される素子やセラミック基板との熱膨張係数の差ができるだけ小さくなるように、できれば一致するように調整してもよい。例えば素子として前記Ｓｉ系またはＳｉＣ系の素子を用いる場合に、基材２の熱膨張係数を、前記素子と同じ３×１０-6／Ｋ前後に設定できる。【００４４】
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するのを確実に防止できる。
前記熱膨張係数および熱伝導率の範囲を満足する基材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１種からなるものが挙げられる。【００４５】
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、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下の温度で焼成する。【００４６】
(1-2)  前記(1-1)で得た基材２を、再度アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下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（プリフォーム）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。
なお、後述する本発明の製造方法によってヒートスプレッダ１を製造するのと同時に、前記ヒートスプレッダ１内に形成される基材２は(1-1)(1-2)の方法によって形成したものに相当する。【００４７】
前記(1-1)(1-2)の方法において使用す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され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等も使用可能である。【００４８】
前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末は、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中でアルミニウムまたはアルミニウム合金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。
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またはアルミニウム合金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またはアルミニウム合金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、基材２中でアルミニウムまたはアルミニウム合金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。【００４９】
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。また前記(1-3)の形成方法において使用す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。【００５０】
(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(1)のアルミニウム−セラミック複合材料と同様にして、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。
(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、銅または銅合金の融点以下の温度で焼成する。【００５１】
(2-2)  前記(2-1)で得た基材２を、再度銅または銅合金の融点以下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。
このうち(2-1)(2-2)の形成方法において使用す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使用す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。【００５２】
(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と同様にして形成したもの等が挙げられる。
また(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。【００５３】
(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、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使用す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。(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。【００５４】
また(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(4)の銅−タングステン複合材料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。
(6)のタングステンからなる基材２としては、前記タングステンを任意の形成方法によって基材２の形状に形成したものが挙げられる。また(7)のモリブデンからなる基材２としては、前記モリブデンを任意の形成方法によって基材２の形状に形成したものが挙げられる。【００５５】
(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(1)のアルミニウム−セラミック複合材料と同様にして形成したもの等が挙げられる。後述する本発明の製造方法によってヒートスプレッダ１を製造するのと同時に、前記ヒートスプレッダ１内に形成される基材２は、前記ケイ素粉末を用いて(1-1)(1-2)の方法と同様にして形成したものに相当する。さらに(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したもの等が挙げられる。【００５６】
枠体３および被覆層６、７を形成する金属または合金としては、ネジ穴８等を加工する際の加工性に優れる上、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種々の金属または合金がいずれも使用可能である。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、特にアルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金等が挙げられる。枠体３と被覆層６、７とは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。【００５７】
例えば枠体３をアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成する場合、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金としては、前出のＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６において規定された合金番号Ａ１０５０、Ａ２０１４、Ａ３００４、Ａ５００５等が好ましい。これらのアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる枠体３は、図１ないし図４に示す膨出部１０等を有する所定の立体形状に形成するための加工性や、製造したヒートスプレッダ１の膨出部１０にネジ穴８を形成するための加工性等に優れている。【００５８】
一方、被覆層６、７をアルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成する場合、前記アルミニウムまたはアルミニウム合金としては、合金番号Ａ１０５０、Ａ１０７０、Ａ１１００等の純アルミニウム系の展延材や、ＡＣ３Ａ、ＡＣ４Ａ等の鋳造用合金が好ましい。これらのアルミニウムまたはアルミニウム合金は、被覆層６、７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等に優れている。【００５９】
また枠体３、被覆層６、７をいずれも銅または銅合金によって形成する場合、前記銅または銅合金としては、それぞれ前出の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」等が好ましい。これらの銅または銅合金は、先に説明した、枠体３を所定の立体形状に形成するための加工性や、製造したヒートスプレッダ１の膨出部１０にネジ穴８を形成するための加工性、あるいは被覆層６、７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等に優れている。【００６０】
〈ヒートスプレッダの製造方法（その１）〉
本発明のヒートスプレッダ１のうち基材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、かつ枠体３および被覆層６、７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るものは、以下に説明する本発明の製造方法によって製造できる。図５ないし図９は、前記製造方法の一例の各工程を示す断面図である。【００６１】
図１ないし図５を参照して、この例の製造方法においては、まず製造するヒートスプレッダ１の裏面１２の平面形状と一致する平面形状とされた底面１５を有する下パンチ１６と、前記底面１５を囲む、ヒートスプレッダ１の側面１７の形状と一致する形状とされた内周面１８を有するダイ１９とを含むプレス型２０を用意する。なお図の例では下パンチ１６とダイ１９とを別体に形成しているが、簡略化のために両者を一体に形成したり、下パンチ１６に代えてダイ１９の下側の開口をアンビルで塞いだりしても構わない。【００６２】
次に前記プレス型２０の、前記底面１５と内周面１８とで囲まれた領域２１内に、環状の枠体３と、前記枠体３の環内に嵌め合わされて基材２の裏面５を被覆する被覆層７となる薄板２２とをセットする。
次に図６、図７を参照して、先にセットした枠体３上に、前記枠体３と同じ平面形状を有する環状の治具２３をセットし、前記薄板２２と枠体３と治具２３とで囲まれた領域２４内に、基材２のもとになるアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末と、セラミック粉末またはケイ素粉末との混合物２５を充填する。そして前記混合物２５上に、基材２の表面４を被覆する被覆層６となる薄板２６を重ねる。混合物２５の充填量は、前記混合物２５を構成するセラミック粉末、ケイ素粉末の密度や粒径、アルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末の粒径、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。【００６３】
次に図８、図９を参照して、混合物２５上に重ねた薄板２６上に、当接面２７の平面形状が前記薄板２６の平面形状と一致する形状とされた上パンチ２８を当接させ、前記上パンチ２８を下パンチ１６の方向に押し込んで厚み方向に圧縮成形して圧縮成形体２９を得た後、前記圧縮成形体２９をアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下の温度で焼成する。そうすると前記圧縮成形体２９のうち混合物２５が焼結されて基材２が形成される。また枠体３が基材２と一体化されると共に、薄板２２、２６が基材２と一体化されて被覆層６、７が形成されて、図１ないし図４に示すヒートスプレッダ１が製造される。【００６４】
圧縮成形体２９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プレス型２０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。しかしプレス型２０は、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全体が大きく、必然的に熱容量も大きい。そのため前記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２９を、熱容量の大きいプレス型２０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。【００６５】
そのため本発明では、例えば常温下で圧縮成形した圧縮成形体２９を、図示していないがプレス型２０から取り出した後にそのままで、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て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以下であればよい。しかし基材２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末と、セラミック粉末またはケイ素粉末とができるだけ良好に結合され、かつ枠体３および薄板２２、２６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。【００６６】
また圧縮成形時の圧力は９８ＭＰａ以上、６８６ＭＰａ以下であるのが好ましい。圧力が９８ＭＰａ未満では圧縮成形体２９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、それ以上の、圧縮成形体２９の強度を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のプレス型２０が大掛かりになりすぎるという問題もある。【００６７】
図１ないし図４の例のヒートスプレッダ１を製造する場合、枠体３としては、外周面１７がダイ１９の内周面１８に沿い、かつ内周面が基材２の外縁に沿う略矩形の環状をなすと共に、前記内周の複数箇所（この例では長辺側のそれぞれ３箇所、計６箇所）から面方向の内方に向けて膨出部１０が突設されたものが用いられる。前記枠体３は、先に説明したアルミニウムまたはアルミニウム合金によって全体が一体に形成される。【００６８】
また薄板２２、２６としては、枠体３の環内の平面形状と一致する平面形状を有する平板状をなし、前記枠体３に嵌め合わされるものが用いられる。すなわち薄板２２、２６としては、外周が前記枠体３の環の内周面、すなわち基材２の平面形状の外縁に沿う略矩形の平板状で、かつ前記外周のうち膨出部１０に対応する６箇所に、前記膨出部１０の平面形状と一致する平面形状を有する切欠が設けられたものが用いられる。前記薄板２２、２６はそれぞれ、先に説明したアルミニウムまたはアルミニウム合金によって一体に形成される。【００６９】
前記枠体３の内周と薄板２２、２６の外周との間の嵌め合い部には所定のクリアランスが設定される。これにより前記クリアランスに基づいて、前記各工程を経て製造されるヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２のうち枠体３と薄板２２、２６との間の境界線上、すなわち基材２の外縁に沿う位置に正確に溝１３、１４が形成される。また、あらかじめ領域２１内にセットした所定の寸法および形状を有する枠体３の環内で、後から充填した混合物２５を前記アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下の温度で焼結させて基材２が形成されるため、前記基材２が、製造されるヒートスプレッダ１内において大きく位置ずれするのも防止できる。【００７０】
薄板２２、２６の厚みは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。これにより、前記メカニズムによってヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２に、目視によって十分に視認できる大きさの溝１３、１４を形成できる。また薄板２２、２６の厚みは、前記範囲内でも１ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される被覆層６、７の厚みをできるだけ小さくして、前記被覆層６、７を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金と、素子やセラミック基板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、はんだ接合が破壊されたりするのを防止できる。【００７１】
また枠体３の内周と、薄板２２、２６の外周との間の嵌め合い部のクリアランスは０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。クリアランスが０．０５ｍｍ以下では、前記メカニズムによってヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２に、目視によって十分に視認できる大きさの溝１３、１４を形成できないおそれがある。また０．５ｍｍを超える場合には、形成される溝１３、１４が大きくなりすぎて、前記溝１３、１４による、基材２の位置合わせの精度が低下するおそれがある。【００７２】
また基材２の外周を全周に亘って枠体３で確実に囲むためや、あるいは基材２の面方向の面積によって規定される素子の搭載面の面積の、ヒートスプレッダ１の同方向の面積中に占める割合で表される面積率をできるだけ向上するためには、前記枠体３の面方向の厚み（外周面１７と内周面との間の距離）は１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であるのが好ましい。【００７３】
前記各工程を経て形成されたヒートスプレッダ１を、さらに加熱下で加圧してもよい。これにより、焼成時に発生する変形（歪み等）や表面１１および裏面１２に発生する凹凸等を矯正し、かつ基材２を高密度化して熱伝導率を向上できる。
具体的には、焼成後のヒートスプレッダ１を再び図５に示すプレス型２０の領域２１内にセットし、今度は治具２３をセットせずに、前記ヒートスプレッダ１上に当接面の平面形状がヒートスプレッダ１の表面１１の平面形状と一致する形状とされた上パンチを当接させる。そして所定の温度に加熱しながら前記上パンチを下パンチ１６の方向に押し込んで厚み方向に加圧すると、ヒートスプレッダ１の変形や表面１１、裏面１２の凹凸等を矯正すると共に基材２を高密度化して熱伝導率を向上できる。【００７４】
前記加圧工程においては、溝１３、１４を目視によって視認しやすい状態に維持しながら前記変形や凹凸等をできるだけ良好に矯正し、かつ熱伝導率を向上するために、加熱温度（金型温度）は３００℃以上、６５０℃以下、加圧の圧力は２４５ＭＰａ以上、４９０ＭＰａ以下、加圧時間は０．１秒以上、５秒以下であるのが好ましい。またヒートスプレッダ１の変形や表面１１、裏面１２の凹凸等を矯正すると共に基材２を高密度化させるためには、前記加圧処理に代えて例えば熱間鍛造等の処理を採用しても構わない。【００７５】
図１０は、本発明の製造方法の他の例の一工程を示す断面図である。図１０を参照して、この例ではプレス型２０の領域２１内に、枠体３と薄板２２に代えて、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記枠体３と薄板２２とを一体化した形状を有する成形体３０をセットする点が、先の例と相違している。その後の工程は先の例と同様に実施される。前記製造方法では、前記成形体３０のうち枠体３に相当する部分と、前記部分の環内に嵌め合わされる、基材２の表面４側の被覆層６を構成する薄板２６との嵌め合い部に設定されるクリアランスに基づき、先のメカニズムによって、ヒートスプレッダ１の表面１１に溝１３が形成される。【００７６】
〈ヒートスプレッダの製造方法（その２）〉
本発明のヒートスプレッダ１のうち基材２が前記(1)〜(9)のいずれかの材料からなり、かつ枠体３および被覆層６、７がいずれも銅または銅合金からなるものは、以下に説明する本発明の製造方法によって製造できる。図１１ないし図１３は、前記製造方法の一例の各工程を示す断面図である。【００７７】
図１ないし図４、図１１を参照して、この例の製造方法においては、まず製造するヒートスプレッダ１の裏面１２の平面形状と一致する平面形状とされた底面１５を有する下パンチ１６と、前記底面１５を囲む、ヒートスプレッダ１の側面１７の形状と一致する形状とされた内周面１８を有するダイ１９とを含むプレス型２０を用意する。なお図の例では下パンチ１６とダイ１９とを別体に形成しているが、簡略化のために両者を一体に形成したり、下パンチ１６に代えてダイ１９の下側の開口をアンビルで塞いだりしても構わない。またプレス型２０を構成する各部の位置関係は、図とは上下逆であってもよい。【００７８】
次に図１２を参照して、前記プレス型２０の、前記底面１５と内周面１８とで囲まれた領域２１内に、あらかじめ所定の立体形状に形成した基材２と、前記基材２を囲む環状の枠体３と、前記枠体３との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材２の表面４および裏面５に重ねられた状態で枠体３に嵌め合わされて被覆層６、７となる２枚の薄板２２、２６とをセットする。【００７９】
このうち基材２としては、前記(1)〜(9)のいずれかの材料からなり、先に説明した任意の製造方法によってあらかじめ所定の形状に形成したものを用いることができる。基材２は、表面の全面をあらかじめ銅めっき膜で被覆しておく。これにより、表面に銅以外の材料が露出するのを防いで、前記プレス型２０内でプレスしながら銅または銅合金の融点以下の温度で熱処理した際に、前記基材２を、銅または銅合金からなる枠体３、および薄板２２、２６と良好に一体化させることができる。【００８０】
基材２、枠体３、および薄板２２、２６は、あらかじめ領域２１外で図の状態に組み立てたものを領域２１内にセットしてもよいし、領域２１内で図の状態に組み立ててもよい。
次に図１３を参照して、領域２１内にセットした枠体３および薄板２６上に、当接面３１の平面形状がヒートスプレッダ１の表面１１の平面形状と一致する形状とされた上パンチ３２を当接させ、前記上パンチ３２を下パンチ１６の方向に押し込んで厚み方向にプレスしながら銅または銅合金の融点以下の温度で熱処理する。そうすると枠体３が基材２と一体化されると共に、薄板２２、２６が基材２と一体化されて被覆層６、７が形成されて、図１ないし図４に示すヒートスプレッダ１が製造される。【００８１】
熱処理の温度は銅または銅合金の融点以下であればよい。しかし枠体３および薄板２２、２６が基材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、熱処理の温度は３００℃以上、６００℃以下であるのが好ましい。また、同様の理由で熱処理の時間は０．５時間以上、２時間以下であるのが好ましい。
また圧縮成形時の圧力は４９ＭＰａ以上、１９６ＭＰａ以下であるのが好ましい。圧力が４９ＭＰａ未満では、枠体３および薄板２２、２６が基材２と強固に一体化されたヒートスプレッダ１を製造できないおそれがある。また圧力が１９６ＭＰａを超えても、それ以上の、枠体３および薄板２２、２６を基材２と強固に一体化する効果は得られない上、前記高圧の圧縮成形を行うためのプレス型２０が大掛かりになりすぎるという問題もある。【００８２】
図１ないし図４の例のヒートスプレッダ１を製造する場合、枠体３としては、外周面１７がダイ１９の内周面１８に沿い、かつ内周面が基材２の外縁に沿う略矩形の環状をなすと共に、前記内周の複数箇所（この例では長辺側のそれぞれ３箇所、計６箇所）から面方向の内方に向けて膨出部１０が突設されたものが用いられる。前記枠体３は、先に説明した銅または銅合金によって全体が一体に形成される。【００８３】
また薄板２２、２６としては、枠体３の環内の平面形状と一致する平面形状を有する平板状をなし、前記枠体３に嵌め合わされるものが用いられる。すなわち薄板２２、２６としては、外周が前記枠体３の環の内周面、すなわち基材２の平面形状の外縁に沿う略矩形の平板状で、かつ前記外周のうち膨出部１０に対応する６箇所に、前記膨出部１０の平面形状と一致する平面形状を有する切欠が設けられたものが用いられる。前記薄板２２、２６はそれぞれ、先に説明した銅または銅合金によって一体に形成される。【００８４】
前記枠体３の内周と薄板２２、２６の外周との間の嵌め合い部には所定のクリアランスが設定される。これにより前記クリアランスに基づいて、前記各工程を経て製造されるヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２のうち枠体３と薄板２２、２６との間の境界線上、すなわち基材２の外縁に沿う位置に正確に溝１３、１４が形成される。また、あらかじめ領域２１内にセットした所定の寸法および形状を有する枠体３の環内に基材２を嵌め合わせてヒートスプレッダ１が製造されるため、前記基材２がヒートスプレッダ１内において大きく位置ずれするのも防止できる。【００８５】
薄板２２、２６の厚みは０．０５ｍｍ以上であるのが好ましい。これにより、前記メカニズムによってヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２に、目視によって十分に視認できる大きさの溝１３、１４を形成できる。また薄板２２、２６の厚みは、前記範囲内でも１ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、形成される被覆層６、７の厚みをできるだけ小さくして、前記被覆層６、７を形成する銅または銅合金と、素子やセラミック基板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、はんだ接合が破壊されたりするのを防止できる。【００８６】
また枠体３の内周と、薄板２２、２６の外周との間の嵌め合い部のクリアランスは０．０５ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であるのが好ましい。クリアランスが０．０５ｍｍ以下では、前記メカニズムによってヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２に、目視によって十分に視認できる大きさの溝１３、１４を形成できないおそれがある。また０．５ｍｍを超える場合には、形成される溝１３、１４が大きくなりすぎて、前記溝１３、１４による、基材２の位置合わせの精度が低下するおそれがある。【００８７】
また基材２の外周を全周に亘って枠体３で確実に囲むためや、あるいは基材２の面方向の面積によって規定される素子の搭載面の面積の、ヒートスプレッダ１の同方向の面積中に占める割合で表される面積率をできるだけ向上するためには、前記枠体３の面方向の厚み（外周面１７と内周面との間の距離）は１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下、特に５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下であるのが好ましい。【００８８】
なお図示していないが、枠体３と一方の薄板とを一体化した形状を有する成形体を用い、前記成形体と基材２と他方の薄板とを領域２１内にセットして圧縮成形してもよい。この場合、前記成形体のうち枠体３に相当する部分と、前記部分の環内に嵌め合わされる薄板との嵌め合い部のクリアランスに基づき、先のメカニズムによって、ヒートスプレッダ１の表面１１または裏面１２のうちの一方に溝が形成される。【００８９】
〈ヒートスプレッダの製造方法（その他）〉
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、枠体３および被覆層６、７がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるヒートスプレッダ１は、先に説明した図５ないし図９もしくは図１０の製造方法だけでなく、後から説明した図１１ないし図１３の製造方法によっても製造できる。【００９０】
すなわち図１１、図１２を参照して、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基材２を、枠体３、薄板２２、２６と共にプレス型２０の領域２１内にセットする。
次に図１３を参照して、領域２１内にセットした枠体３および薄板２６上に上パンチ３２を当接させ、前記上パンチ３２を下パンチ１６の方向に押し込んで厚み方向にプレスしながらアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下、好ましくは５５０℃以上、６５０℃以下で熱処理する。【００９１】
そうすると枠体３が基材２と一体化されると共に、薄板２２、２６が基材２と一体化されて被覆層６、７が形成されて、図１ないし図４に示すヒートスプレッダ１が製造される。また枠体３と薄板２２、２６との間の嵌め合い部に設定されるクリアランスに基づき、先に説明したメカニズムにより、ヒートスプレッダ１の表面１１および裏面１２のうち枠体３と薄板２２、２６との間の境界線上、すなわち基材２の外縁に沿う位置に正確に溝１３、１４が形成される。【００９２】
なお、かかる製造方法においても、枠体３と一方の薄板とに代えて両者を一体に形成した成形体を用いてもよいことはいうまでもない。この場合、前記成形体のうち枠体３に相当する部分と他方の薄板との嵌め合い部に設定されるクリアランスに基づき、先のメカニズムにより、ヒートスプレッダ１の表面１１または裏面１２のうちの一方に溝が形成される。【００９３】
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、７がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、枠体３が銅または銅合金からなるヒートスプレッダ１は、例えば基材２と薄板２２、２６との積層体を作製し、その側面を銅めっき膜で被覆したのち、銅または銅合金からなる枠体３と組み合わせたものをプレス型２０の領域２１内にセットして圧縮成形すると共に、銅または銅合金の融点以下、好ましくは３００℃以上、６００℃以下で熱処理して製造される。【００９４】
前記基材２と薄板２２、２６との積層体は、基材２のもとになる先に説明した混合物２５と前記薄板２２、２６とを所定のプレス型中で圧縮成形した後、アルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下、好ましくは５５０℃以上、６５０℃以下で焼成して形成できる。また(1-1)ないし(1-3)の方法で形成した基材２と薄板２２、２６とを積層して、前記温度で焼成して積層体を形成してもよい。【００９５】
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ない。例えば、図の例のヒートスプレッダ１は平板状で、その表面１１および裏面１２の両方に、素子やセラミック基板をはんだ接合等するための目印となる溝１３、１４を有していたが、先に説明した成形体３０等を用いることで、例えばその表面１１にのみ溝１３を形成して裏面１２の溝１４は省略することもできる。また溝１４を省略した裏面１２を構成する被覆層７を、前記裏面１２から厚み方向に突出する多数のフィン、もしくはピンと一体形成して、本発明のヒートスプレッダ１をヒートシンクの一部として利用することも可能である。その他、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】
【００９６】
〈実施例１〉
図１ないし図４に示す略矩形の平板状で、横１８０ｍｍ×縦９０ｍｍ×厚み３．０ｍｍ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、およびプレス型２０等を用意した。
（基材２のもとになる混合物２５）
セラミック粉末としての炭化ケイ素粉末（平均粒径５０μｍ）６５質量部と、アルミニウム粉末（平均粒径５０μｍ）３５質量部とを配合して混合物２５を調製した。【００９７】
（枠体３）
厚みがヒートスプレッダ１の厚みと一致する３．０ｍｍ、外周がヒートスプレッダ１の平面形状の外周に一致する横１８０ｍｍ×縦９０ｍｍの矩形状、内周が基材２の平面形状の外縁に沿う横１６０ｍｍ×縦７０ｍｍの矩形状で、かつ、前記内周のうち矩形の長辺側のそれぞれ３箇所から面方向の内方に向けて、ネジ穴８を形成するための膨出部１０が突出された略矩形の環状の枠体３を、アルミニウムによって一体に形成した。【００９８】
（被覆層６、７のもとになる薄板２２、２６）
平面形状が前記枠体３の内縁に沿う略矩形の平板状とされ、その外周から面方向の内方に向けて膨出部１０の平面形状と一致する平面形状を有する切欠が設けられた薄板２２、２６を、アルミニウムによって一体に形成した。薄板２２、２６の厚みは０．３ｍｍ、枠体３とのクリアランスは０．１５ｍｍに設定した。【００９９】
（プレス型２０）
製造するヒートスプレッダ１の裏面１２の平面形状と一致する平面形状とされた底面１５を有する下パンチ１６と、前記底面１５を囲む、ヒートスプレッダ１の側面１７の形状と一致する形状とされた内周面１８を有するダイ１９とを、それぞれステンレス鋼によって別体に形成した。【０１００】
（治具２３）
枠体３と同じ平面形状を有する環状の治具２３をステンレス鋼によって形成した。
（上パンチ２８）
当接面２７の平面形状が薄板２６の平面形状と一致する形状とされた上パンチ２８をステンレス鋼によって形成した。【０１０１】
（ヒートスプレッダ１の製造）
プレス型２０の、前記底面１５と内周面１８とで囲まれた領域２１内に、環状の枠体３と、前記枠体３の環内に嵌め合わされて、基材２の裏面５を被覆する被覆層７となる薄板２２とをセットすると共に、前記枠体３上に環状の治具２３をセットした状態で、前記薄板２２と枠体３と治具２３とで囲まれた領域２４内に７５ｇの混合物２５を充填した後、前記混合物２５上に薄板２６を重ねた。【０１０２】
次に、前記薄板２６上に上パンチ２８の当接面２７を当接させた状態で、前記上パンチ２８を下パンチ１６の方向に、ヒートスプレッダ１の厚み、すなわち枠体３の厚み（＝３．０ｍｍ）になるまで、圧力４９０ＭＰａで押し込んで厚み方向に圧縮成形することで圧縮成形体２９を得た後、前記圧縮成形体２９をプレス型２０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。【０１０３】
次に前記ヒートスプレッダ１を、あらかじめ４００℃に加熱したプレス型２０の領域２１内に再びセットし、今度は治具２３をセットせずに、前記ヒートスプレッダ１上に当接面の平面形状がヒートスプレッダ１の表面１１の平面形状と一致する形状とされた上パンチを当接させた。そして上パンチを下パンチ１６の方向に押し込んで圧力２９４ＭＰａ、加圧時間２秒間の条件で加圧処理をしてヒートスプレッダ１の変形や表面１１、裏面１２の凹凸等を矯正すると共に基材２を高密度化して熱伝導率を向上させた。【０１０４】
（外観および切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１の外観を観察したところ、その表面１１および裏面１２にそれぞれ、図１ないし図３に示すように溝１３、１４が観察された。そこで溝１３、１４を跨ぐようにヒートスプレッダ１を切断し、切断面の光学顕微鏡写真を撮影して観察したところ、図１４に示すように、溝１３（溝１４も同様であった）は内部の基材２〔多数の粒子（セラミック粉末）の集合体として写されている〕の外縁に沿って形成されていることが確認された。また写真から、基材２の外縁２ａと溝１３の幅方向の断面中の最深点１３ａとの間の面方向のずれＧ1を測定したところ０．２３ｍｍであった。さらに超音波検査によって基材２の位置を確認した結果からも、溝１３、１４は内部の基材２の外縁に沿って形成されていることが確認された。【０１０５】
またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ８．５×１０-6／Ｋであった。またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域と、裏面１２のうち溝１４で囲まれた領域との間の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で測定したところ１８５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（加工試験）
前記ヒートスプレッダ１の膨出部１０に、通常の切削工具を用いてネジ穴８を形成する加工をしたところ、基材２に触れて切削工具が破損したりせずに短時間で所定のネジ穴８を形成することができた。【０１０６】
〈実施例２〉
実施例１で使用したのと同形状、同寸法の枠体３と薄板２２とをアルミニウムによって一体に形成した形状を有する成形体３０を用意した。そして前記成形体３０を実施例１で使用したのと同じ薄板２６、混合物２５、プレス型２０、治具２３、および上パンチ２８と組み合わせたこと以外は実施例１と同様にしてヒートスプレッダ１を製造した。【０１０７】
（外観および切断面の観察）
前記ヒートスプレッダ１の外観を観察したところ、その表面１１のみに、図１ないし図３に示すように溝１３が観察された。そこで溝１３を跨ぐようにヒートスプレッダ１を切断し、切断面の光学顕微鏡写真を撮影して観察したところ、図１１と同様に溝１３は内部の基材２の外縁に沿って形成されていることが確認された。また写真から、基材２の外縁２ａと溝１３の幅方向の断面中の最深点１３ａとの間の面方向のずれＧ1を測定したところ０．３４ｍｍであった。さらに超音波検査によって基材２の位置を確認した結果からも、溝１３は内部の基材２の外縁に沿って形成されていることが確認された。【０１０８】
またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ９．１×１０-6／Ｋであった。またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域と、裏面１２のうち中央部分との間の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で測定したところ１９５Ｗ／ｍ・Ｋであった。
（加工試験）
前記ヒートスプレッダ１の膨出部１０に、通常の切削工具を用いてネジ穴８を形成する加工をしたところ、基材２に触れて切削工具が破損したりせずに短時間で所定のネジ穴８を形成することができた。【０１０９】
〈比較例１〉
平均粒径５０μｍの炭化ケイ素粉末７０質量部と、平均粒径１０μｍの炭化ケイ素粉末３０質量部とを樹脂等のバインダと混合した混合物を成形したのち焼成して、横１５９．７ｍｍ×縦６９．７ｍｍ×厚み２．４ｍｍの矩形平板状で、かつその矩形の長辺側のそれぞれ３箇所から面方向の内方に向けてネジ穴８を形成するための膨出部１０に対応する切欠９を有する多孔質体を用意した。【０１１０】
そして前記多孔質体を注型用の金型の、前記枠体の立体形状と一致する横１８０ｍｍ×縦９０ｍｍ×深さ３．０ｍｍのキャビティ内にセットした状態で、融点以上に加熱して溶融させたアルミニウム合金を流し込んで多孔質体に含浸させると共に、その周囲に枠体および被覆層を一体に形成した後、金型から取り出してヒートスプレッダ１を得た。
前記ヒートスプレッダ１の外観を観察したところ、その表面１１および裏面１２はいずれも平滑で溝１３、１４は観察されず、外観から内部の基材２の位置を特定することはできなかった。そこで超音波検査によって基材２の位置を確認したところ、前記基材２が正規の位置からヒートスプレッダ１の面方向に３ｍｍ程度ずれていることが確認された。【０１１１】
ずれを防止するため、前記多孔質体を実施例１で使用したのと同じ枠体３の環内に嵌め合わせた状態でキャビティ内にセットし、前記キャビティ内に融点以上に加熱して溶融させたアルミニウム合金を流し込んで多孔質体に含浸させ、被覆層を形成すると共に枠体と一体化させた後、金型から取り出してヒートスプレッダ１を得た。そして、超音波検査によって基材２の位置を確認したところ、前記基材２には位置ずれは見られなくなったが、その表面１１および裏面１２はいずれも平滑で溝１３、１４は観察されず、外観から内部の基材２の位置を特定することはできなかった。【０１１２】
〈実施例３〉
略矩形の平板状で、横５０ｍｍ×縦５０ｍｍ×厚み１．５ｍｍのヒートスプレッダ１を、図１１ないし図１３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、およびプレス型２０等を用意した。
（基材２）
銅−モリブデン複合材料からなり、横１０ｍｍ×縦１０ｍｍ×厚み０．５ｍｍの略矩形の平板を、前記(4-2)の方法においてタングステンに代えてモリブデンを用いて形成した。銅とモリブデンの比率は質量比で３０／７０とした。次いで前記平板の表面の全面を銅めっき膜で被覆して基材２を形成した。【０１１３】
（枠体３）
厚みが１．４ｍｍ、外周がヒートスプレッダ１の平面形状の外周に一致する横５０ｍｍ×縦５０ｍｍの矩形状、内周が基材２の平面形状の外縁に沿う横１０ｍｍ×縦１０ｍｍの矩形状である環状の枠体３を銅によって一体に形成した。
（被覆層６、７のもとになる薄板２２、２６）
平面形状が前記枠体の内縁に沿う矩形の平板状とされた薄板２２、２６を銅によって一体に形成した。薄板２２、２６の厚みは０．５ｍｍ、枠体３とのクリアランスは０．１ｍｍに設定した。【０１１４】
（プレス型２０）
製造するヒートスプレッダ１の裏面１２の平面形状と一致する平面形状とされた底面１５を有する下パンチ１６と、前記底面１５を囲む、ヒートスプレッダ１の側面１７の形状と一致する形状とされた内周面１８を有するダイ１９とを、それぞれステンレス鋼に世って別体に形成した。【０１１５】
（上パンチ３２）
当接面３１の平面形状がヒートスプレッダ１の表面１１の平面形状と一致する形状とされた上パンチ３２をステンレス鋼によって形成した。
（ヒートスプレッダ１の製造）
プレス型２０の、前記底面１５と内周面１８とで囲まれた領域２１内に、基材２と、前記基材２を囲む環状の枠体３と、前記基材２の表面４および裏面５に重ねられた状態で枠体３に嵌め合わされた２枚の薄板２２、２６とをセットした。【０１１６】
次に、前記枠体３および薄板２６上にパンチ３２の当接面３１を当接させた状態で、前記上パンチ３２を下パンチ１６の方向に圧力１１８ＭＰａで押し込んで厚み方向に圧縮成形しながら、プレス型２０ごと真空炉中で４００℃に加熱した。そして真空炉の加熱を停止して炉内温度が室温まで低下した時点でプレス型２０を取り出し、次いで前記プレス型２０からヒートスプレッダ１を取り出した。【０１１７】
（外観および切断面の観察）
前記ヒートスプレッダの外観を観察したところ、その表面１１および裏面１２にそれぞれ溝１３、１４が観察された。そこで溝１３、１４を跨ぐようにヒートスプレッダ１を切断し、切断面の光学顕微鏡写真を撮影して観察したところ、図１５に示すように、溝１３（溝１４も同様であった）は内部の基材２〔図の左下に縦横の線（基材２と薄板２２（２６）、枠体３との境界線）で区画された矩形状の領域〕の外縁に沿って形成されていることが確認された。また写真から、基材２の外縁２ａと溝１３の幅方向の断面中の最深点１３ａとの間の面方向のずれＧ1を測定したところ０．２１ｍｍであった。さらに超音波検査によって基材２の位置を確認した結果からも、溝１３、１４は内部の基材２の外縁に沿って形成されていることが確認された。【０１１８】
またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域の熱膨張係数を、示差熱膨張計を用いて測定したところ９．７×１０-6／Ｋであった。またヒートスプレッダ１の表面１１のうち溝１３で囲まれた領域と、裏面１２のうち溝１４で囲まれた領域との間の熱伝導率を、レーザーフラッシュ法で測定したところ２３６Ｗ／ｍ・Ｋであった。
【図１】
2009098865.tif 000003
【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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【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月7日(2009.8.7)
【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】
平板状の基材と、
金属または合金からなり基材の面方向の外周を囲んで前記基材と一体化された環状の枠体と、
前記枠体と同じまたは異なる金属または合金からなり基材の表面および裏面に被覆された薄板状の被覆層と、
を含む平板状のヒートスプレッダであって、
前記被覆層と枠体とで構成されるヒートスプレッダの表面および裏面のうち少なくとも一方は、前記表面または裏面の面方向において内部の基材の外縁に沿う溝を有することを特徴とするヒートスプレッダ。
【請求項２】
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に記載のヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記基材が、
(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１種からなる請求項１または２に記載のヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記枠体および前記被覆層が、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、または銅合金からなる請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダの表面と裏面との間の距離である全体の厚みが１ｍｍ以上である請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項６】
前記溝の幅が０．０２ｍｍ以上で、かつ深さが０．０１ｍｍ以上である請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートスプレッダ。
【請求項７】
基材がアルミニウム−セラミック複合材料、またはアルミニウム−ケイ素複合材料からなり、枠体および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つに記載のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、
ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうちの一方を被覆する被覆層となる薄板とをセットするか、または前記枠体と薄板とを一体化した形状を有する成形体をセットする工程と、
セットした前記枠体または成形体上に、枠体と同じ平面形状を有する環状の治具をセットする工程と、
前記薄板と枠体と治具、または成形体と治具とで囲まれた領域に、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、またはアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末とケイ素粉末との混合物を充填する工程と、
前記混合物上に、枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記枠体に嵌め合わされて基材の表面または裏面のうち他方を被覆する被覆層となる薄板を重ねた状態で、ヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形して圧縮成形体を得る工程と、
前記圧縮成形体をアルミニウムまたはアルミニウム合金の融点以下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。
【請求項８】
前記圧縮成形体を前記プレス型から取り出した後に焼成する請求項７に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項９】
前記薄板の厚みが０．０５ｍｍ以上である請求項７または８に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１０】
前記枠体と前記薄板の嵌め合い部のクリアランスが０．０５ｍｍ以上である請求項７ないし９のいずれか１つに記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１１】
前記圧縮成形時の圧力が９８ＭＰａ以上、６８６ＭＰａ以下である請求項７ないし１０のいずれか１つに記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１２】
枠体および被覆層が銅または銅合金からなる、請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートスプレッダを製造するための製造方法であって、
基材を作製する工程と、
前記基材の表面を銅めっきする工程と、
ヒートスプレッダの平面形状と一致する平面形状とされた底面を有する下パンチと、前記底面を囲む、ヒートスプレッダの側面の形状と一致する形状とされた内周面を有するダイとを含むプレス型の前記底面と内周面とで囲まれた領域に、
(a)  前記基材と、基材を囲む環状の枠体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面および裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる２枚の薄板とをセットするか、または
(b)  前記基材と、前記枠体と一方の薄板とを一体化した形状を有する成形体と、前記枠体との嵌め合い部に所定のクリアランスを有し、前記基材の表面または裏面に重ねられた状態で枠体に嵌め合わされて被覆層となる他方の薄板とをセットする工程と、
前記各部をヒートスプレッダの厚み方向に圧縮成形しながら銅または銅合金の融点以下の温度で熱処理する工程と、
を含むことを特徴とするヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１３】
前記薄板の厚みが０．０５ｍｍ以上である請求項１２に記載のヒートスプレッダの製造方法。
【請求項１４】
前記枠体と前記薄板の嵌め合い部のクリアランスが０．０５ｍｍ以上である請求項１２または１３に記載の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】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
ヒートスプレッダの前記表面および裏面の２面のうち、素子やセラミック基板等をはんだ接合する側の面と、その反対面である冷却部材と接する面との間の距離、すなわちヒートスプレッダの全体の厚みは１ｍｍ以上であるのが好ましい。これにより、前記ヒートスプレッダの厚み方向および厚み方向と交差する面方向に素子からの熱をできるだけ効率よく伝えることができる。
またヒートスプレッダの厚みは、前記範囲内でも１０ｍｍ以下であるのが好ましい。これにより、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、および軽量化に寄与できる。
【国際調査報告】
2009098865.tif 000018
2009098865.tif 000019