(57)【要約】【課題】ＴＩＭとの密着性の向上を実現できる放熱板の製造方法を提供する。【解決手段】銅製のリッド表面にニッケルメッキを生成した後に、リッドに付着したメッキ浴を温水で洗い流し、リッドに付着した水分をエアブローによって吹き飛ばす。その後、６０℃以上８０℃未満の温度で１分以上３分未満の時間といった条件でリッドの乾燥を行なう。【選択図】図１
2008066512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと熱伝導性材料を介して接合される放熱板の製造方法において、
銅製の放熱板本体にニッケルメッキを形成し、該ニッケルメッキ形成後の前記放熱板本体を水洗する工程と、
前記放熱板本体に気体を吹き付けた後に同放熱板本体を乾燥する工程、若しくは、前記放熱板本体を乾燥させた後に同放熱板本体表面の酸化膜を除去する工程とを備える
ことを特徴とする放熱板の製造方法。
【請求項２】
前記放熱板本体の水洗を温水で行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項３】
前記放熱板本体に気体を吹き付けた後に同放熱板本体を６０℃以上８０℃未満の温度で乾燥する
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項４】
前記放熱板本体に気体を吹き付けた後に同放熱板本体を１分以上３分未満の時間で乾燥する
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【請求項５】
反応性イオンエッチング処理によって前記放熱板本体の表面に形成された酸化膜を除去する
ことを特徴とする請求項１に記載の放熱板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱板の製造方法に関する。詳しくは、半導体チップと熱伝導性材料を介して接合される放熱板の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージとしては、半導体チップの下面に設けられた複数の入出力端子の各々が配線基板の上面に設けられた複数のパッドの各々にはんだまたは導電性接着材によって接続された、いわゆるフリップチップ接続構造のものが知られている。
ここで、一般に、半導体チップには誤動作や信頼性の低下等を防ぐために、最大ジャンクション温度（Ｔｊｍａｘ）が設定されている。つまり、半導体チップの表面温度がＴｊｍａｘを超えると、その半導体チップが誤動作を起こしたり信頼性が低下したりする可能性があるため、半導体パッケージを構成する場合には、半導体チップの表面温度がＴｊｍａｘを超えないようにする必要がある。
【０００３】
このことから、図３で示す様に、配線基板１０１上に半導体チップ１０２がフリップチップ実装された半導体パッケージにおいて、半導体チップで発生した熱を周囲（外部）に放出すべく、半導体チップにＴＩＭ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｍｅｔａｌ）１０３を介して高熱伝導性部材（例えば、銅）からなる断面逆凹状のリッド１０４を接合している（例えば、特許文献１〜特許文献３参照。）。
【０００４】
ここで、半導体チップの放熱を目的としてリットが接合されていることから、リッドを構成する材料には熱伝導が良好であることが求められる。また、リッドは断面逆凹状に加工しなければならず、加えて近年の半導体パッケージの小型化に伴ってリッドの小型化も進んでいるために、リッドを構成する材料には加工が容易であることも求められる。更に、当然のこととして経済性も求められる。こうした要求を満足するために、一般には銅製のリッドが用いられているのであるが、銅は容易に腐食してしまうために、リッドを保護すべくその表面には保護膜として機能するニッケルメッキが形成されている。
即ち、熱伝導性、加工性及び経済性等の観点からリッドは銅によって構成されると共に、リッドの腐食を抑制すべくその表面にはニッケルメッキが形成されているのである。
【０００５】
ところで、その表面にニッケルメッキが形成された銅製のリッドを製造する場合（従来のリッドの製造方法）は、先ず、ニッケルイオンが含まれているメッキ浴中に、陰極として処理対象物である銅製のリッドを、陽極としてニッケル電極をそれぞれ浸し、両極間に電流を流すことで、メッキ浴中のニッケルイオンを陰極へと移動させ、リッド表面で電子を交換してニッケルを還元析出することでニッケルメッキ層を生成する（図４（ａ）参照。）。
【０００６】
次に、リッドをメッキ浴から取り出して、リッドに付着したメッキ浴を洗い流した後（図４（ｂ）参照。）、概ね８０℃〜９０℃で２０分〜３０分程度乾燥処理（図４（ｃ）参照。）を行なうことで、その表面にニッケルメッキが形成された銅製のリッドを得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１４８５９２号公報
【特許文献２】特許第３０７０５７９号明細書
【特許文献３】特開２００１−２６７４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の放熱板の製造方法で得られた放熱板ではＴＩＭとの密着性が悪く、放熱板とＴＩＭとの間に空気層が形成されることによって半導体パッケージの放熱性が低下してしまう。即ち、ＴＩＭと比較すると空気層は熱伝導率が低いために、放熱板とＴＩＭとの間に空気層が形成されることで半導体チップから放熱板への放熱性が低下してしまい、結果として半導体パッケージの放熱性が低下してしまうのである。
【０００９】
なお、ＴＩＭを高価なＰＣＭＡ（Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｌｌｏｙ）とし、リッドにＰＣＭＡと相性の良い金メッキを施すといった技術が提案されているものの（例えば、Ｉｎｔｅｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ２００５．Ｖｏｌ．９  Ｉｓｓｕｅ１参照。）、かかる方法はコストの面で大きな課題を残しており、必ずしも妥当な解決方法とは言い切れない。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、ＴＩＭとの密着性の向上を実現できる放熱板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明に係る放熱板の製造方法では、半導体チップと熱伝導性材料を介して接合される放熱板の製造方法において、銅製の放熱板本体にニッケルメッキを形成し、該ニッケルメッキ形成後の前記放熱板本体を水洗する工程と、前記放熱板本体に気体を吹き付けた後に同放熱板本体を乾燥する工程、若しくは、前記放熱板本体を乾燥させた後に同放熱板本体表面の酸化膜を除去する工程とを備える。
【００１２】
ここで、放熱板本体に気体を吹き付けることで、放熱板本体に付着した水分を吹き飛ばすことができ、その後に行なう放熱板本体の乾燥時の環境湿度が下がるために、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）の生成を抑制することができる。そして、Ｎｉ（ＯＨ）２の生成を抑制することで放熱板と熱伝導性材料との密着性が向上することとなる。
以下、この点について詳細に説明を行なう。
【００１３】
先ず、半導体チップからの放熱が充分に行なわれている半導体パッケージの放熱板表面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析法）によって解析すると、図５（ａ）で示す様に、Ｎｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉのピークが観測できた。即ち、半導体チップからの放熱が充分に行なわれている半導体パッケージの放熱板表面にはＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在していることが分かった。一方、半導体チップの放熱が充分に行なわれていない半導体パッケージの放熱板表面をＸＰＳによって解析すると、図５（ｂ）で示す様に、Ｎｉ（ＯＨ）２のピークと僅かなＮｉのピークが観測できるものの、ＮｉＯのピークは観測できなかった。
即ち、半導体チップの放熱が充分に行なわれていない半導体パッケージの放熱板表面にはＮｉ（ＯＨ）２が多量に存在する一方、Ｎｉはわずかしか存在せず、ＮｉＯは殆ど存在していないことが分かった。このことから、本発明者らは放熱板の表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に存在する場合には、放熱板と熱伝導性材料との熱伝導が充分に行なわれていない、換言すると、放熱板と熱伝導性材料の密着性が悪化しているとの知見を得た。
【００１４】
なお、超音波（反射波）を用いて界面の接合状態を非破壊で観察することができる汎用の超音波探傷装置（ＳＡＴ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）による放熱板と熱伝導性材料の界面の解析結果を図７（図７（ａ）は半導体チップからの放熱が充分に行なわれている半導体パッケージのＳＡＴ評価、図７（ｂ）は半導体チップからの放熱が充分に行なわれていない半導体パッケージのＳＡＴ評価を示す。また、図７についてはフルカラー写真を参考図面１として提出する。）に示す。
ここで図７からも、放熱板の表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に存在する場合には、放熱板と熱伝導性材料の密着性が悪化していることが分かる。
【００１５】
また、ニッケルメッキ形成後の放熱板本体を水洗した後に、高湿環境下で乾燥させた場合にはＮｉ（ＯＨ）２が多量に生成されることが知られている。
従って、放熱板本体の乾燥を行なう前に放熱板本体に気体を吹き付けて、放熱板本体に付着した水分を吹き飛ばすことで、放熱板本体の乾燥時の湿度が下がり、Ｎｉ（ＯＨ）２の発生を抑制でき、上記した様に、放熱板と熱伝導性材料の密着性の向上が実現するのである。
【００１６】
なお、表面張力４３ｍＮ／ｍの濡れ試験薬を用いて濡れ性評価を行なったところ、Ｎｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在している放熱板表面の濡れ性は良好である（図８（ａ）参照。また、図８についてはフルカラー写真を参考図面２として提出する。）のに対して、Ｎｉ（ＯＨ）２が多量に存在し、わずかにＮｉが存在している放熱板表面の濡れ性は悪かった（図８（ｂ）参照。）。このことからも、放熱板表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に存在することによって、放熱板と熱伝導性材料との密着性を悪化させることが分かる。
【００１７】
また、放熱板本体を乾燥させた後に同放熱板本体の表面に形成された酸化膜を除去することで、放熱板と熱伝導性材料との密着性が向上することとなる。
即ち、ニッケルメッキ形成後の放熱板本体を水洗した後に、高湿環境下で乾燥させた場合にはＮｉ（ＯＨ）２が多量に生成されることは上述の通りであり、水洗した後に（放熱板本体に気体を吹き付けて放熱板本体に付着した水分を吹き飛ばすことなく）乾燥すると、高湿環境下での乾燥ということとなり、Ｎｉ（ＯＨ）２を多量に生成してしまう。そこで、生成された酸化膜を除去することで、換言すると、高湿環境下で生成されたＮｉ（ＯＨ）２を除去してニッケルメッキを露出させた上で通常環境下でニッケルメッキを酸化させることで放熱板表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉを存在させることができ、放熱板と熱伝導性材料との密着性が向上することとなるのである。
【００１８】
なお、図６（ａ）は水洗した後に（放熱板本体に気体を吹き付けて放熱板本体に付着した水分を吹き飛ばすことなく）乾燥した場合における放熱板表面のＸＰＳ解析結果であり、図６（ｂ）は生成された酸化膜を除去（具体的には、アルゴンプラズマアッシングでＮｉ（ＯＨ）２を除去）した上で通常環境でニッケルメッキを酸化させた放熱板表面のＸＰＳ解析結果であるが、図６（ａ）では放熱板表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に存在する一方、Ｎｉはわずかしか存在せず、ＮｉＯは全く存在していないのに対して、図６（ｂ）では放熱板表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在していることが分かる。
即ち、高湿環境下で生成されたＮｉ（ＯＨ）２を除去してニッケルメッキを露出した上で通常環境下でニッケルメッキを酸化することで、放熱板表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが生成されることが分かる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した放熱板の製造方法では、放熱板表面のＮｉ（ＯＨ）２の生成を抑制することができ、放熱板と熱伝導性材料との密着性が上がり、高放熱半導体パッケージが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用したリッド（放熱板の一例）の製造方法の一例を説明するための模式図であり、本実施例では、図３に示した様に、配線基板上に半導体チップがフリップチップ実装された半導体パッケージに用いられるリッドであり、半導体チップで発生した熱を周囲（外部）に放出すべく、半導体チップにＴＩＭ（熱伝導性材料の一例）を介して接続されるリッドの製造方法について説明を行なう。
【００２１】
本発明を適用したリッドの製造方法では、従来のリッドの製造方法と同様に、先ず、ニッケルイオンが含まれているメッキ浴中に、陰極として処理対象物である銅製のリッドを、陽極としてニッケル電極をそれぞれ浸し、両極間に電流を流すことで、メッキ浴中のニッケルイオンを陰極へと移動させ、リッド表面で電子を交換してニッケルを還元析出することでニッケルメッキ層を生成する（図１（ａ）参照。）。
【００２２】
次に、リッドをメッキ浴から取り出して、リッドに付着したメッキ浴を温水で洗い流した後（図１（ｂ）参照。）、リッドに付着した水分をエアブローによって吹き飛ばす（図１（ｃ）参照。）。
【００２３】
ここで、リッドに付着したメッキ浴を温水で洗い流しているのは、リッドの洗浄を温水で行なうことにより洗浄時にリッドが温められ、リッドに付着した水分をエアブローによってより効率的に吹き飛ばすことができるからである。なお、エアブローによって充分に水分を吹き飛ばすことができるのであれば、必ずしもリッドの洗浄を温水で行なう必要は無い。
【００２４】
続いて、６０℃以上８０℃未満の温度で１分以上３分未満の時間といった条件でリッドの乾燥を行なう（図１（ｄ）参照。）ことで、その表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在している銅製のリッドを得ることができる。
【００２５】
ここで、乾燥時の温度を６０℃以上としているのは、６０℃未満の温度の場合にはリッド表面の水分を充分に取り除くことができないことに起因して、リッド表面に多量にＮｉ（ＯＨ）２が生成されてしまうからである。また、乾燥時の温度を８０℃未満としているのは、８０℃以上の温度の場合には空気中に含まれる水分量が多くなってしまい、即ち、高湿状態の乾燥ということになってしまい、リッド表面に多量にＮｉ（ＯＨ）２が生成されてしまうからである。
【００２６】
更に、乾燥時間を１分以上としたのは、１分未満の場合にはリッド表面の水分を充分に取り除くことができないことに起因して、リッド表面に多量のＮｉ（ＯＨ）２が生成されてしまうからである。なお、乾燥時間を３分未満としたのは、３分以上の乾燥を行なったとしてもリッドの乾燥の度合いが変わらないからである。
【００２７】
上記した本発明を適用したリッドの製造方法では、リッドの乾燥前にエアブローによってリッドに付着している水分を吹き飛ばしており、乾燥雰囲気が高湿状態となることを回避することができるために、リッドの表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に生成されることがなく、ＴＩＭとの密着性が高いリッドを得ることができる。
【００２８】
図２は本発明を適用したリッドの製造方法の他の一例を説明するための模式図であり、本発明を適用したリッドの製造方法では、上記した本発明を適用したリッドの製造方法の一例と同様に、先ず、ニッケルイオンが含まれているメッキ浴中に、陰極として処理対象物である銅製のリッドを、陽極としてニッケル電極をそれぞれ浸し、両極間に電流を流すことで、メッキ浴中のニッケルイオンを陰極へと移動させ、リッド表面で電子を交換してニッケルを還元析出することでニッケルメッキ層を生成する（図２（ａ）参照。）。
【００２９】
次に、リッドをメッキ浴から取り出して、リッドに付着したメッキ浴を水で洗い流した後（図２（ｂ）参照。）、概ね８０℃〜９０℃の温度で２０分〜３０分程度の時間といった条件でリッドの乾燥を行なう（図２（ｃ）参照。）ことで、その表面に多量のＮｉ（ＯＨ）２が生成されたリッドを得ることができる。
【００３０】
ここで、本実施例ではリッドを水で洗い流したままの状態で乾燥を行なっているために、換言すると、高湿環境下での乾燥を行なっているために、リッドの表面に多量のＮｉ（ＯＨ）２が生成されるのである。
【００３１】
続いて、アルゴンプラズマアッシング（ＲＩＥ：反応性イオンエッチング処理）によって、リッド表面に形成されたＮｉ（ＯＨ）２の除去（図２（ｄ）参照。）を行うことで、その表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在している銅製のリッドを得ることができる。
【００３２】
ここで、Ｎｉ（ＯＨ）２をアルゴンプラズマアッシングによって除去することで、リッドの表面が改質できるのは、ＲＩＥ処理後には反応室内に大気や窒素ガスが充満されることとなり、Ｎｉ（ＯＨ）２が除去されて露出しているニッケルメッキ層が酸化されることとなるのであるが、酸化環境は通常環境であるために（高湿環境ではないために）、その表面にＮｉ（ＯＨ）２、ＮｉＯ及びＮｉが存在している銅製のリッドを得ることができるのである。
【００３３】
上記した本発明を適用したリッドの製造方法では、一度生成されたＮｉ（ＯＨ）２を除去してリッドの表面改質を行っているために、リッドの表面にＮｉ（ＯＨ）２が多量に生成されることがなく、ＴＩＭとの密着性が高いリッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用したリッドの製造方法の一例を説明するための模式図である。
【図２】本発明を適用したリッドの製造方法の他の一例を説明するための模式図である。
【図３】半導体パッケージを説明するための模式図である。
【図４】従来のリッドの製造方法を説明するための模式図である。
【図５】放熱板表面のＸＰＳ解析結果（１）である。
【図６】放熱板表面のＸＰＳ解析結果（２）である。
【図７】ＳＡＴによる放熱板と熱伝導性材料の界面の解析結果である。
【図８】放熱板表面の濡れ性を説明するための図である。
【図１】
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【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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