(57)【要約】【課題】反りの発生に起因する信頼性の低下を抑制することができる電子部品用ケースの製造方法を提供する。【解決手段】冷却過程でケース本体と板状複合体２との熱膨張係数の差に起因して発生する反りと逆方向の反りが予め付与された板状複合体２を金型５内にセットし、ケース本体の材料である金属の溶湯６を金型５内に鋳込み、これを冷却する。この冷却過程において、ケース本体を構成する金属と板状複合体２を構成する金属基複合材料との熱膨張係数の差に起因して応力Ｆ２が作用し、ケース本体及び板状複合体２に反りが発生するが、板状複合体２には予め逆方向に反りが付与されているので、冷却後はケース本体及び板状複合体２の表面が平坦となる。【選択図】図８
2006140340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のケース本体に金属基複合材料からなる板状複合体を鋳包む電子部品用ケースの製造方法であって、
冷却過程でケース本体と板状複合体との熱膨張係数の差に起因して発生する反りと逆方向の反りを予め板状複合体に付与し、
この板状複合体と共に溶融金属を鋳込んでケース本体を成形することにより冷却後のケース表面を平坦化する
ことを特徴とする電子部品用ケースの製造方法。
【請求項２】
板状複合体に付与する前記逆方向の反りの量は、冷却過程でケース本体と板状複合体との熱膨張係数の差に起因して発生する反りの量と同等である請求項１に記載の電子部品用ケースの製造方法。
【請求項３】
板状複合体の前記逆方向の反りは、加熱状態で曲げ応力を加えることにより付与される請求項１または２に記載の電子部品用ケースの製造方法。
【請求項４】
前記逆方向の反りが付与された板状複合体を金型内にセットし、
溶融金属を金型内に鋳込む請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品用ケースの製造方法。
【請求項５】
金属製のケース本体に金属基複合材料からなる板状複合体が鋳包まれた電子部品用ケースであって、
板状複合体が平坦な表面と均一な厚さとを有することを特徴とする電子部品用ケース。
【請求項６】
前記板状複合体は、アルミニウム系金属をマトリクス相とし且つマトリクス相の金属より熱膨張係数の小さい材料を分散相とする複合材料からなる請求項５に記載の電子部品用ケース。
【請求項７】
前記板状複合体の分散相は、炭化ケイ素からなる請求項６に記載の電子部品用ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子部品用ケースの製造方法及びそのケースに係り、特に金属製のケース本体に金属基複合材料からなる板状複合体を鋳包んだ電子部品用ケースの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置にあっては、例えば、アルミニウムから形成された基板の表面上に絶縁層及び配線層を順次形成することにより回路基板を形成し、配線層の上にはんだを介して半導体素子が接合される。
基板は熱伝導率の優れたアルミニウムから形成されているため、半導体素子で発生した熱は配線層及び絶縁層を経て基板へ伝わった後、この基板から効率よく外部へ放散される。
【０００３】
ところで、半導体素子に使用されているＳｉ等の半導体材料と基板を形成するアルミニウムとでは、互いの熱膨張係数が大きく異なり、このため温度変化に対して回路基板と半導体素子との間に熱応力が発生することが知られている。熱応力が大きくなると、半導体素子に反りが発生したり、半導体素子を接合するはんだに亀裂を生じるおそれがある。
このため、例えば自動車等、温度差が激しい環境で使用される半導体装置にあっては、半導体素子と回路基板との間にヒートスプレッダ等の応力緩和材を組み付けることにより熱応力の緩和を図ることが行われている。
【０００４】
このような応力緩和材の組み付けは、半導体装置の部品点数を増加して複雑化するだけでなく、半導体装置全体の熱抵抗が増加するという問題を引き起こしてしまう。
そこで、例えば特許文献１には、多孔質セラミックス焼結体からなる板状成形体をセットした金型内にアルミニウム系金属の溶湯を加圧状態で注入することにより、多孔質セラミックス焼結体の気孔内にアルミニウム系金属を含浸させて熱膨張係数の低い複合構造を形成すると同時にアルミニウム系金属からケースを成形してセラミックス焼結体を鋳包み、ケースと一体化させる方法が提案されている。セラミックス焼結体とアルミニウム系金属との複合構造部分は低い熱膨張係数を有するため、この複合構造部分の上に半導体素子を搭載することによって半導体装置内の熱応力が緩和される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３３６４３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複合構造部分の熱膨張係数とその周辺のアルミニウム系金属部分との熱膨張係数との間に大きな差が存在するため、セラミックス焼結体を鋳包んでケースと一体化させると、冷却過程において複合構造部分に大きな反りが発生するおそれがある。このように複合構造部分に反りが生じると、その上に実装される半導体素子のはんだ付け不良や組み付け不良が発生して、半導体装置としての信頼性が損なわれることがある。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、反りの発生に起因する信頼性の低下を抑制することができる電子部品用ケースの製造方法を提供することを目的とする。
また、この発明はそのような電子部品用ケースを提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電子部品用ケースの製造方法は、金属製のケース本体に金属基複合材料からなる板状複合体を鋳包む電子部品用ケースの製造方法であって、まず、冷却過程でケース本体と板状複合体との熱膨張係数の差に起因して発生する反りと逆方向の反りを予め板状複合体に付与し、その後、この板状複合体と共に溶融金属を鋳込んでケース本体を成形することにより冷却後のケース表面を平坦化する方法である。
冷却過程で発生する反りと逆方向の反りを予め板状複合体に付与しているので、溶融金属を鋳込んだ後の冷却過程でケース本体と板状複合体との熱膨張係数の差に起因して熱変形しても冷却後のケース表面は平坦化される。
【０００８】
板状複合体に付与する前記逆方向の反りの量は、冷却過程でケース本体と板状複合体との熱膨張係数の差に起因して発生する反りの量と同等であることが好ましい。
また、板状複合体の前記逆方向の反りは、加熱状態で曲げ応力を加えることにより付与することができる。
具体的には、前記逆方向の反りが付与された板状複合体を金型内にセットし、その金型内に溶融金属を鋳込めばよい。
【０００９】
この発明に係る電子部品用ケースは、金属製のケース本体に金属基複合材料からなる板状複合体が鋳包まれた電子部品用ケースであって、板状複合体が平坦な表面と均一な厚さとを有するものである。
板状複合体が平坦な表面と均一な厚さとを有しているので、板状複合体の上に半導体素子を実装すれば、はんだ付け不良や組み付け不良の発生が抑制され、信頼性の高い半導体装置が実現される。
【００１０】
板状複合体を、アルミニウム系金属をマトリクス相とし且つマトリクス相の金属より熱膨張係数の小さい材料を分散相とする複合材料から形成することができる。さらに、板状複合体の分散相として、炭化ケイ素を用いることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、反りの発生に起因する信頼性の低下を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に発明の実施の形態に係る電子部品用ケースを示す。電子部品用ケースは、金属製のケース本体１と、ケース本体１に鋳包まれた板状複合体２とを有している。ケース本体１は、平板部３と、平板部３の裏面３ｂに突出形成された複数の平行な放熱フィン４とから構成されている。
図２に示されるように、板状複合体２は、平坦な表面２ａと均一な厚さを有しており、表面２ａがケース本体１の平板部３の表面３ａと同一平面を形成するように平板部３に埋設されている。
【００１３】
ケース本体１は、放熱性に優れたアルミニウム系金属から形成することができる。
一方、板状複合体２は、金属基複合材料からなるが、例えばアルミニウム系金属をマトリクス相とし且つマトリクス相の金属より熱膨張係数の小さい炭化ケイ素を分散相とする複合材料から形成することができる。
【００１４】
この板状複合体２の表面２ａ上に図示しない絶縁層及び配線層を順次形成し、配線層の上にはんだを介して半導体素子が接合される。ここで、板状複合体２の表面２ａは平坦に形成されているため、その上に形成される絶縁層及び配線層も平坦に形成することが容易であり、その結果、はんだ付け不良を発生することなく、半導体素子を良好に実装することができる。
【００１５】
また、板状複合体２は、炭化ケイ素等の熱膨張係数の小さい材料を分散相として備えているので、マトリクス相のアルミニウム系金属より半導体素子を構成するＳｉ等の半導体材料に近い小さな熱膨張係数を有している。このため、板状複合体２と半導体素子との間にヒートスプレッダ等の応力緩和材を組み付けなくても、温度変化に対してこれら板状複合体２と半導体素子との間に大きな熱応力が発生することを抑制することができる。従って、自動車等の温度差が激しい環境で用いても、半導体素子に反りが発生したり、はんだに亀裂が生じるおそれがなく、信頼性の高い半導体装置が実現される。また、マトリックス相のアルミニウム系金属により熱が外部へ効率よく放散される。
【００１６】
このような電子部品用ケースの製造方法について説明する。まず、平坦な板状複合体２を用いてケース本体１を鋳造した場合に電子部品用ケースのケース本体１と板状複合体２との熱膨張係数の差に起因して発生する反りの量を測定する。図３に示されるように、金型５内に平坦な板状複合体２をセットし、ケース本体１の材料である溶融金属、例えばアルミニウム系金属の溶湯６を金型５内に鋳込んだ後、これを冷却する。この冷却過程において、ケース本体１を構成するアルミニウム系金属と板状複合体２を構成する金属基複合材料との熱膨張係数の差に起因して応力Ｆ１が作用する。この応力Ｆ１により、冷却後のケース本体１及び板状複合体２には、図４に示されるような反りが発生する。
【００１７】
そこで、図５に示されるように、ケース本体１及び板状複合体２の表面上に測定点Ｐ１〜Ｐ１０を設定し、これら測定点Ｐ１〜Ｐ１０における変形量を測定する。例えば、平板部３の長さ３３０ｍｍ、幅１２０ｍｍ、厚さ６ｍｍ、各放熱フィン４の高さ３０ｍｍ、根元部の厚さ２．９ｍｍ、先端部の厚さ１．６ｍｍ、放熱フィン４の配列ピッチ１５ｍｍのアルミニウム製ケース本体１の表面に長さ１４０ｍｍ、幅８０ｍｍ、厚さ３ｍｍのアルミニウム／炭化ケイ素複合材料からなる板状複合体２を埋設し、温度５００℃から室温まで冷却した場合の測定結果を図６に示す。
【００１８】
ここで、複合材料からなる板状複合体２に曲げ応力を加えたときに板状複合体２に生じる塑性たわみ量は、図７に示されるように、板状複合体２のサイズに応じてそれぞれ曲げ応力に対し直線的に変化する。そこで、電子部品用ケースに実際に使用される板状複合体２に対して予め曲げ応力に対する塑性たわみ量の関係を測定しておき、塑性たわみ量が図６の測定結果で得られた板状複合体２の中心部の変形量となるような曲げ応力を平坦な板状複合体２に加えて塑性変形させる。なお、塑性変形させる際には、例えば温度２５０℃程度に加熱した状態で板状複合体２に曲げ応力を加えることが好ましい。
【００１９】
このようにして予め反りが付与された板状複合体２を、図８に示されるように、金型５内にセットする。このとき、溶湯６を鋳込んだ後の冷却過程においてケース本体１と板状複合体２との熱膨張係数の差に起因して発生する反りに対し、逆方向の反りとなる向きに板状複合体２をセットする。例えば、図４において平坦な板状複合体２が下方に凸となるように反ったので、図８では、上方に向かって凸となるように板状複合体２が金型５内にセットされる。
【００２０】
この状態で、ケース本体１の材料である、例えばアルミニウム系金属の溶湯６を金型５内に鋳込み、これを冷却する。この冷却過程において、ケース本体１を構成するアルミニウム系金属と板状複合体２を構成する金属基複合材料との熱膨張係数の差に起因して応力Ｆ２が作用する。この応力Ｆ２により、ケース本体１及び板状複合体２には反りが発生するが、板状複合体２には予め逆方向に反りが付与されているので、冷却後は図９に示されるように、ケース本体１及び板状複合体２の表面が平坦となる。
以上のようにして、図１及び２に示したように平坦な表面と均一な厚さとを有する板状複合体２がケース本体１に鋳包まれた電子部品用ケースが製造される。
また、ケース本体１の平板部３の厚さが、複合材料の厚さの倍以上となる場合に本発明を適応すると、熱膨張係数の差に起因する力が大きくなる為、効果的である。
【００２１】
なお、上述した実施の形態におけるケース本体１及び板状複合体２の材質、形状、大きさは単に一例を示したものであり、この発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
例えば、ケース本体１は、アルミニウム系金属に限らず銅等の他の金属から形成することもできる。
板状複合体２のマトリクス相は、アルミニウム系金属に限るものではなく、銅を用いることもできる。また、板状複合体２のマトリクス相は、ケース本体１を構成する金属と同じ金属でもよく、異なる金属でもよい。
板状複合体２の分散相は、炭化ケイ素に限られず、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、二ケイ化モリブデン、炭素の微粒子や繊維を用いることもできる。
ケース本体１は放熱フィン４を有する形状に限らない。放熱フィンがなくても良いし、冷却冷媒が通過するような通路を有する形状でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係る電子部品用ケースを示す断面図である。
【図２】実施の形態に係る電子部品用ケースを示す斜視図である。
【図３】平坦な板状複合体を用いて電子部品用ケースを鋳造する際の金型内の様子を示す断面図である。
【図４】平坦な板状複合体を用いて鋳造された電子部品用ケースの冷却後の形状を示す断面図である。
【図５】平坦な板状複合体を用いて鋳造された電子部品用ケースの変形量の測定点を示す平面図である。
【図６】平坦な板状複合体を用いて鋳造された電子部品用ケースの変形量の測定結果を示すグラフである。
【図７】板状複合体に曲げ応力を加えたときの応力と塑性たわみ量の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態に係る製造方法により予め反りが付与された板状複合体を用いて電子部品用ケースを鋳造する際の金型内の様子を示す断面図である。
【図９】実施の形態に係る製造方法により予め反りが付与された板状複合体を用いて鋳造された電子部品用ケースの冷却後の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  ケース本体、２  板状複合体、３  平板部、４  放熱フィン、５  金型、６  溶湯。
【図１】
2006140340.tif 000003
【図２】
2006140340.tif 000004
【図３】
2006140340.tif 000005
【図４】
2006140340.tif 000006
【図５】
2006140340.tif 000007
【図６】
2006140340.tif 000008
【図７】
2006140340.tif 000009
【図８】
2006140340.tif 000010
【図９】
2006140340.tif 000011