(57)【要約】【課題】空洞構造を有する空洞構造形成体、および空洞構造形成体に用いられる空洞構造形成材、および空洞構造形成材に用いられる積層材、ならびに空洞構造形成体を用いた部品の提供。【解決手段】２つの以上の異なるエッチング選択性を有する材料層を積層した積層材２０に、複数のエッチング加工を施して窪みを形成させて空洞構造形成材１２を製造し、空洞構造形成材１２に積層材２０を積層して空洞構造を形成させて空洞構造形成体１０を製造する。この空洞構造形成体１０を用いてマイクロヒートパイプとして利用して熱拡散板などの部品とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層した積層材にエッチング加工を施すことにより、空洞構造を形成しうる窪みを設けた空洞構造形成材を製造し、空洞構造形成材に他の空洞構造形成材または平板材を積層することにより空洞構造を形成していることを特徴とする空洞構造形成体。
【請求項２】
前記空洞構造形成体の少なくとも一部の空洞構造に、異形の空洞構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の空洞構造形成体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空洞構造形成体に用いられ、空洞構造を形成しうる窪みを設けていることを特徴とする空洞構造形成材。
【請求項４】
請求項３に記載の空洞構造形成材に用いられ、異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層していることを特徴とする積層材。
【請求項５】
前記積層材が、ＳＵＳとＡｇ、ＳＵＳとＮｉ、ＣｕとＮｉ、ＣｕとＡｇ、ＣｕとＡｌ、ＣｕとＳｎの少なくともいずれかからなる組合せの接合面を有していることを特徴とする請求項４に記載の積層材。
【請求項６】
請求項１または２に記載の前記空洞構造形成体を用いていることを特徴とする部品。
【請求項７】
前記部品を、ヒートパイプ、プリント配線板、ＩＣパッケージ、インターポーザ、ＭＥＭＳ用途のいずれかに適用していることを特徴とする請求項６に記載の部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面または内部に空隙、空孔または空洞を有する空洞構造形成体と、空洞構造形成体の製造に用いる空洞構造形成材と、空洞構造形成材に用いられ異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層している積層材と、空洞構造形成体を用いた部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の発達に伴い電子基板などに搭載される電子部品の搭載密度が高くなり、半導体素子サイズと同程度の大きさを有するパッケージなどの使用や、半導体素子のベアチップ実装など高密度化を図る実装方法が進められてきている。そのような中で半導体素子を素子自体の発熱から如何にして守るかということが問題になってきており、排熱の手段などがしきりに議論されている。このような問題に呼応して各種ヒートパイプなど熱拡散技術の提案がされてきている。特許文献１には、内部に中空部を有し、ヒートパイプなどに適用できる中空積層体に関する技術が開示されており、特許文献２には、エッチングストップ層を利用した加工性能の向上に関する技術が開示されており、さらに特許文献３には、過剰な熱や圧力を加えることなく金属板同士を接合する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２２１３９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１１８０２６号公報
【特許文献３】特開平１−２２４１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、表面または内部に空隙、空孔または空洞を有する空洞構造形成体と、空洞構造形成体の製造に用いる空洞構造形成材と、空洞構造形成材に用いられ異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層している積層材と、ヒートパイプなどにも適用が可能な空洞構造形成体を用いた部品を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題に対する第１の解決手段として本発明の空洞構造形成体は、異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層した積層材にエッチング加工を施すことにより、空洞構造を形成しうる窪みを設けた空洞構造形成材を製造し、空洞構造形成材に他の空洞構造形成材または平板材を積層することにより空洞構造を形成している構成としてた。また前記空洞構造形成体の少なくとも一部の空洞構造に、異形の空洞構造を有している構成とした。
【０００５】
前記課題に対する第２の解決手段として本発明の空洞構造形成材は、前記の空洞構造形成体に用いられ、空洞構造を形成しうる窪みを設けている構成とした。
【０００６】
前記課題に対する第３の解決手段として本発明の積層材は、前記の空洞構造形成材に用いられ、異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層している構成とした。またＳＵＳとＡｇ、ＳＵＳとＮｉ、ＣｕとＮｉ、ＣｕとＡｇ、ＣｕとＡｌ、ＣｕとＳｎの少なくともいずれかからなる組合せの接合面の一つのを有している構成とした。
【０００７】
前記課題に対する第４の解決手段として本発明の部品は、前記の空洞構造形成体を用いている構成とした。またヒートパイプ、プリント配線板、ＩＣパッケージ、インターポーザ、ＭＥＭＳ用途のいずれかに適用している構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、以下に説明するように、本発明の空洞構造形成体は表面または内部に空隙、空孔または空洞を有するものであり、本発明の空洞構造形成材は空洞構造形成体の製造に用いるものであり、本発明の積層材は空洞構造形成材に用いられ異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層しているものであり、本発明の部品は空洞構造形成体を用いたものである。このため熱伝導や熱拡散などに用いられるヒートパイプや、排熱や放熱などを目的としたプリント配線板、ＩＣパッケージ、インターポーザ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージまたはチップスケールパッケージ）やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などのＩＣパッケージや、各種のＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）用途などにも応用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の積層材の一実施形態を示す概略断面図であり、２つの異なるエッチング選択性材料層２３とエッチング選択性材料層２４とを積層した例を示している。異なるエッチング選択性材料層の組合せとしては、例えば、エッチング選択性材料層２３はＡｇであり、エッチング選択性材料層２４はＳＵＳである。図２は、本発明の積層材の他の一実施形態を示す概略断面図であり、エッチング選択性材料層２３の両側をエッチング選択性材料層２４で挟んだ構造の例を示している。なお積層材の層数は、これ以上であってもよい。図３は、本発明の空洞構造形成材の一実施形態を示す概略断面図であり、積層材の少なくとも一面にエッチング加工を施して窪みを設けた例を示している。図４は、本発明の空洞構造形成体の一実施形態を示す概略断面図であり、空洞構造形成材の窪みを他の空洞構造形成材や板材で塞いだ例を示している。図５は、本発明の部品の一実施例を示す概略平面図であり、空洞構造形成体を用いた例を示している。
【００１０】
エッチング選択性の材料層としては、空洞構造形成材を製造可能な素材で、２種以上のエッチング選択性材料層を組合せを用いた際にエッチング選択性を発揮しうる材料であれば特にその種類は限定されず、空洞構造形成体の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などのうち、組合せによってエッチング選択性を活用できるものである。なおエッチング選択性材料層は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層したものであってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。またエッチング選択性を活用できる材料の組合せとしては、例えば、ＳＵＳとＡｇ、ＣｕとＡｇ、ＣｕとＮｉ、ＣｕとＡｌ、ＣｕとＳｎなどの組合せがある。エッチング選択性を活用できる材料の組合せは、２種の組合せに限られず、３種以上の組合せであってもよい。
【００１１】
常温で固体である金属とは、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏなどである。これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金には、例えば、ＪＩＳに規定の合金なども含むことができ、合金鋼やステンレス鋼の他にも、Ｃｕ系合金では、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄銅、アルミニウム青銅、白銅など、Ａｌ系合金では、１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系など、Ｎｉ系合金では、常炭素ニッケル、低炭素ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−銅−アルミニウム−チタン合金、ニッケル−モリブデン合金、ニッケル−モリブデン−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金、ニッケル−クロム−モリブデン−鉄合金などがある。また金属間化合物などの合金層も含むことができる。これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体とは、例えば、クラッド材、メッキ材、蒸着膜材などであり、層数に制限は特にない。
【００１２】
エッチング選択性の活用の一実施形態を説明する。図２に示すような材料層２３の両側を材料層２４で挟んだ３層構成の積層材において、説明の便宜上、上方のエッチング選択性材料層２４を２４ｕと、下方を２４ｄと区別し表記することとする。即ち、上方から２４ｕ−２３−２４ｄの３層構造である。この積層材のエッチング選択性材料層２４ｄにエッチング加工の影響を及ぼすことなく、エッチング選択性材料層２４ｕにのみ窪みを形成させるには、エッチング選択性材料層２３をエッチングストップ層として機能させることにより達成することができる。即ち、エッチング選択性材料層２４ｕにエッチング加工を施す際には、エッチング選択性材料層２３でエッチング加工が進行しないようにエッチングの反応を停止させることによって、エッチング選択性材料層２４ｄにエッチング加工の影響が及ばないようにすることができる。これにより積層材に精度のよいエッチング加工を施すことが可能となる。例えば、ＳＵＳとＡｇの組合せの場合であれば、エッチング選択性材料層２４ｕ、２４ｄをＳＵＳとし、エッチング選択性材料層２３をＡｇとし、エッチング液を塩化第二鉄液とすることにより達成することができる。
【００１３】
エッチング選択性材料層の厚みは、空洞構造形成材を製造可能であれば特に限定はされず、空洞構造形成体の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、０．１〜１０００μｍである。０．１μｍ未満では充分なエッチングストップ層としての機能を保持することが難しくなり、１０００μｍを超えると空洞構造形成材としての製造が難しくなる。好ましくは、５〜５０μｍである。またエッチング選択性材料層の少なくとも一方をエッチングストップ層として用いる場合には、比較的薄い層であってもよい。
【００１４】
図１に示す積層材２０の製造について、活性化接合法を用いた製造方法について説明する。図６に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール６２に設置された材料層２３の接合予定面側を、活性化処理装置７０で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設置されたエッチング選択性材料層２４の接合予定面側を、活性化処理装置８０で活性化処理する。
【００１５】
活性化処理は、以下のようにして実施する。すなわち、真空槽５２内に装填されたエッチング選択性材料層２３およびエッチング選択性材料層２４をそれぞれアース接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０−３Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極Ａと接触したエッチング選択性材料層２３およびエッチング選択性材料層２４のそれぞれの接合予定面側の面積が、実効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタエッチング処理する。不活性ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどやこれらを含む混合体を適用することができる。好ましくはアルゴンである。なお不活性ガス圧力が１×１０−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満では安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電力の供給系が複雑となり好ましくない。また効率よくエッチングするためには電極Ａと接触したエッチング選択性材料層２３およびエッチング選択性材料層２４のそれぞれの面積を実効的に電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的１／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能となる。
【００１６】
その後、活性化処理されたエッチング選択性材料層２３とエッチング選択性材料層２４を積層接合する。積層接合は、エッチング選択性材料層２３およびエッチング選択性材料層２４の接合予定面側が対向するようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０で冷間圧接を施すことによって達成される。この際の積層接合は低温度で可能であり、エッチング選択性材料層２３およびエッチング選択性材料層２４ならびに接合部に組織変化や合金層の形成などといった悪影響を軽減または排除することが可能である。Ｔをエッチング選択性材料層２３、２４の温度（℃）とするとき、０℃＜Ｔ＜３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃以上では組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくない。また圧延率Ｒ（％）は、０．０１％≦Ｒ≦３０％であることが好ましい。０．０１％未満では充分な接合強度が得られず、３０％を超えると変形が大きくなり加工上好ましくない。より好ましくは、０．１％≦Ｒ≦３％である。さらに好ましくは、１％＜Ｒ≦３％である。
【００１７】
このように積層接合することにより、所要の層厚みを有する２層構造の積層材２０を形成することができ、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要により所定の大きさに切り出して、図１に示すような積層材２０を製造することができる。またこのようにして製造された積層材２０に、必要により残留応力の除去または低減などのために問題が生じない範囲で熱処理を施してもよいし、さらに半田めっきなどの膜材などを積層してもよい。また上記活性化処理工程と積層接合工程の間にスッパタリング工程を入れて、エッチング選択性材料層２３、２４の一方または双方にそれらと同種または異種のスパッタリング層を形成してもよい。
【００１８】
図２に示す３層の積層材２２は、上記説明においてエッチング選択性材料層２３の代わりに積層材２０を用いることにより製造することができる。また４層以上のより多層の積層材は、上記説明においてエッチング選択性材料層２３および／またはエッチング選択性材料層２４の一方または双方を２層以上の積層材を用いることにより製造することができる。なお図３に示されている空洞構造形成材には４層の積層材用いられている。
【００１９】
積層材の製造にはバッチ処理を用いることも可能である。すなわち真空槽内に予め所定の大きさに切り出された２種もしくはそれ以上の異なるエッチング選択性の材料層をそれぞれ複数装填して、活性化処理装置に搬送して垂直または水平など適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、さらに材料層を保持する装置が圧接装置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持したまま圧接し、材料層を保持する装置が圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置に搬送して圧接を行うことにより達成することができる。なお活性化処理は、材料層を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で行うことも可能である。
【００２０】
図３に示す空洞構造形成材は、４層の積層材の一方の面からエッチング加工を施して窪みを設けることにより製造することができる。例えば、この４層の積層材が、２種の異なるエッチング選択性材料層を用いて、交互に積層されている場合には、図２に示す３層の積層材にさらにエッチング選択性材料層２３を積層した構造になっている。上述の表記に習って記述すると、エッチング選択性材料層２３ｕ−エッチング選択性材料層２４ｕ−エッチング選択性材料層２３ｄ−エッチング選択性材料層２４ｄと表すことができる。エッチング選択性材料層２３ｕとエッチング選択性材料層２３ｄは同種であり、同様にエッチング選択性材料層２４ｕとエッチング選択性材料層２４ｄも同種である。エッチング加工は、上部のエッチング選択性材料層２３ｕとエッチング選択性材料層２４ｕの部分に施し、エッチング選択性材料層２３ｄを露出させる開口を設けるように行われることになる。この際のエッチング加工は２段階で行われ、一段目のエッチング加工でエッチング選択性材料層２３ｕの厚みの全てとエッチング選択性材料層２４ｕの厚みの途中までを開口させ、２段目でエッチング選択性材料層２４ｕの残りの厚さをエッチング加工により除去して、エッチング選択性材料層２３ｄを露出させることができる。この場合に、エッチング選択性材料層２３ｄはエッチングストップ層として機能させることにより、精度良くエッチング加工を行うことが可能である。例えば、エッチング選択性材料層２３ｕとエッチング選択性材料層２３ｄにＡｇ、エッチング選択性材料層２４ｕとエッチング選択性材料層２４ｄにＳＵＳを用いた場合には、Ａｇ−ＳＵＳ−Ａｇ−ＳＵＳの４層構造となる。この場合には、一段目のエッチング加工で使用するエッチング液に硝酸第二鉄液を用い、二段目のエッチング加工で使用するエッチング液には塩化第二鉄液を用いることなどにより、空洞構造形成材を製造することができる。エッチング加工は、空洞構造が異形となるように行ってもよく、径（半径、直径、長径、短径など）が異なった場合でもよいし、形状（矩形、楕円形など）が異なった場合でもよい。また一段目のエッチング加工でエッチング選択性材料層２３ｕのみを除去し、二段目のエッチング加工でエッチング選択性材料層２４ｕのみを除去することによっても空洞構造形成材を製造することができる。
【００２１】
図４に示す空洞構造形成体は、図３に示す空洞構造形成材に、図１に示す積層材を、材料層２４の面が対抗するようにして接合することなどにより製造することができる。この際の接合は、上記の活性化接合法を用いることもできるし、加熱圧接の方法などを利用することも可能である。また、ろう材や樹脂などの接着層を設けて接合することも可能である。例えば、上述の図１に示す積層材にＳｎなどの低融点金属や低融点合金を被覆して、加熱圧接や拡散接合を行ってもよい。
【００２２】
本発明の部品は、空洞構造形成体を用いたものであり、細径空洞を有する平板型マイクロヒートパイプとして熱拡散板などに利用することができる。またマイクロヒートパイプは、プリント配線板の配線部分などとして用いることも可能である。配線内部に細径空洞のマイクロヒートパイプを形成してプリント板の放熱性を高めることができる。さらに細径空洞を導波路や導光路として利用することも可能であり、流体などの流路としても利用できる。例えば、図４に示す空洞構造形成体１０をプリント板の導体部として樹脂などの絶縁物質上に固定して、空洞構造形成体の空洞部をそのまま残して配線部を形成するようにエッチング加工を施すことなどにより製造することができる。
【実施例】
【００２３】
以下に、実施例を図面に基づいて説明する。エッチング選択性材料層２４として厚み５０μｍのＳＵＳ３０４箔を用い、エッチング選択性材料層２３として厚み１０μｍのＡｇ箔を用いて、積層材製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング法によりそれぞれ活性化処理し、圧延ユニット６０で圧接して積層接合して積層材２０を製造した。同様にして積層材２０のＡｇ側にエッチング選択性材料層２４として厚み１５μｍのＳＵＳ３０４箔を活性化接合により積層して積層材２２を製造した。さらに積層材２２のＳＵＳ３０４側にエッチング選択性材料層２３として厚み１０μｍのＡｇ箔を積層して４層の積層材を製造した。この４層の積層材に２段エッチング加工を施して空洞構造形成材１２を製造し、空洞を塞ぐように積層材２０のＡｇ面にＳｎをめっきにより１μｍ積層したものを用いて、Ｓｎ面と積層材２２のＡｇ面が対向するようにして加熱圧接により接合して空洞構造形成体１０を製造した。この空洞構造形成体１０をマイクロヒートパイプとして利用し熱拡散板などの部品とした。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の空洞構造形成体は表面または内部に空隙、空孔または空洞を有するものであり、本発明の空洞構造形成材は空洞構造形成体の製造に用いるものであり、本発明の積層材は空洞構造形成材に用いられ異なるエッチング選択性を有する複数の材料を積層しているものであり、本発明の部品は空洞構造形成体を用いたものである。このため熱伝導や熱拡散などに用いられるヒートパイプや、排熱や放熱などを目的としたプリント配線板、ＩＣパッケージ、インターポーザ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージまたはチップスケールパッケージ）やＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）などのＩＣパッケージや、各種のＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）用途などにも応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の空洞構造形成体に用いる積層材の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の空洞構造形成体に用いる積層材の他の一実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の空洞構造形成体に用いる空洞構造形成材の一実施例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の空洞構造形成体の一実施例を示す概略断面図である。
【図５】積層材の製造に用いる装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０    空洞構造形成体
１２    空洞構造形成材
１４    部品
２０    積層材
２２    積層材
２３    エッチング選択性材料層
２４    エッチング選択性材料層
５０    積層材製造装置
５２    真空槽
５４    真空ポンプ
６０    圧接ユニット
６２    巻き戻しリール
６４    巻き戻しリール
６６    巻き取りロール
７０    活性化処理装置
７２    電極ロール
７４    電極
８０    活性化処理装置
８２    電極ロール
８４    電極
Ａ      電極Ａ
Ｂ      電極Ｂ
【図１】
2006159797.tif 000003
【図２】
2006159797.tif 000004
【図３】
2006159797.tif 000005
【図４】
2006159797.tif 000006
【図５】
2006159797.tif 000007