(57)【要約】【課題】炭素を主成分とする安価で放熱の効率のよいＩＣパッケージ用放熱体を提供しようとする。【解決手段】粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体であり、粉末状の炭化物が焼結されて成る成形体、から成るパッケージ用放熱体であり、粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形物を乾留処理して成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項２】
粉末状の炭化物が焼結されて成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項３】
粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形物を乾留処理して成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項４】
前記バインダがセピオライトを含む請求項１に記載のＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項５】
前記炭化物が、黒鉛又は木炭である請求項１乃至４のいずれかに記載のＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項６】
前記炭化物の窒素吸着表面積が１０〜３００ｍ２／ｇである請求項１乃至５のいずれかに記載のＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項７】
前記炭化物の窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇを超えて４０００ｍ２／ｇ以下である請求項１乃至５のいずれかに記載のＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項８】
請求項６に記載のＩＣパッケージ用放熱体を構成する前記成形体の層と、請求項７に記載のＩＣパッケージ用放熱体を構成する前記成形体の層とから成る２層構造を有するＩＣパッケージ用放熱体。
【請求項９】
前記成形体が粉末状の金属を含有する請求項１乃至８のいずれかに記載のＩＣパッケージ用放熱体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ＩＣパッケージ用やその他の電子部品用の放熱体に関する。なかでも、ＣＰＵ機能を含むＬＳＩやＶＬＳＩのように大量に熱が発生するＩＣパッケージの熱を放出するための放熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ＩＣの高集積化に伴い高消費電力化が進み、ＩＣチップが発生する熱を散逸させることが重要になってきている。ＩＣチップが発熱し温度が上昇すると、動作特性が変化して動作速度が低下したり、ＩＣチップの寿命が短くなる等の不具合が生じるためである。
【０００３】
このようなＩＣチップの発熱の問題に対処するため、ＩＣパッケージ内に放熱板を備えたものがある。放熱板は封止用のモールド樹脂を介してＩＣチップの上面に接合され、ＩＣチップに対する放熱器としての役割を果たし、ＩＣチップから発生した熱を吸収してＩＣパッケージの外部に散逸させるものである（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、ヒートシンク基板のＩＣチップ搭載領域上にＩＣチップを接着した構成が開示されているこれらヒートシンクやヒートシンク基板はアルミニウムや銅等の金属より成るのが一般的である。しかし、金属は、高価な金等のほかは腐食しやすいという欠点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１６７６２９号公報（第１０頁、第１８図）
【特許文献２】
特開２００１−０５３２１２号公報（第４頁、第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この問題点に鑑み炭素を主成分とする安価で放熱の効率のよい腐食の少ないＩＣパッケージ用放熱体を提供しようとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体であることにある。
【０００７】
又、本発明の要旨とするところは、粉末状の炭化物を含む粉体を焼結して成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体であることにある。
【０００８】
更に、本発明の要旨とするところは、粉末状の炭化物を含む粉体と有機バインダとの混合物を乾留処理して成る成形体、から成るＩＣパッケージ用放熱体であることにある。
【０００９】
前記バインダは、セピオライトを含み得る。
【００１０】
前記炭化物は、黒鉛又は木炭であり得る。
【００１１】
前記ＩＣパッケージ用放熱体においては、前記炭化物の窒素吸着表面積が１０〜３００ｍ２／ｇであり得る。
【００１２】
前記ＩＣパッケージ用放熱体においては、前記炭化物の窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇを超えて４０００ｍ２／ｇ以下であり得る。
【００１３】
又、本発明の要旨とするところは、前記炭化物の窒素吸着表面積が１０〜３００ｍ２／ｇである前記ＩＣパッケージ用放熱体を構成する前記成形体の層と、前記炭化物の窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇを超えて４０００ｍ２／ｇ以下である前記ＩＣパッケージ用放熱体を構成する前記成形体の層とから成る２層構造を有するＩＣパッケージ用放熱体であることにある。
【００１４】
前記成形体は、粉末状の金属を含有し得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の一例を図１に示す。図１において、ＩＣパッケージ１０が、放熱体１５と、ＩＣチップ１２と、このＩＣチップ１２にワイヤ１３を介して結合されたリード１４と、これらを封止するモールド樹脂１６から構成される。放熱体１５は、ＩＣチップ１２にモールド樹脂１６を介して接着され、ＩＣチップ１２に対する放熱器としての役割を果たし、ＩＣチップ１２から発生した熱を吸収してＩＣパッケージ１０の外部に散逸させる。なお、放熱体１５とモールド樹脂１６とは銀粉入りのペースト状接着剤を介して接着されていることが熱の伝達にとって好ましい。
【００１６】
又、本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の他の一例を図２に示す。図２のＩＣパッケージ２０は、ＩＣチップ搭載領域３２を有するヒートシンク基板３４である放熱体３５；ＩＣチップ搭載領域３２に接着されたＩＣチップ４４；ＩＣチップ４４にワイヤ４６を介して電気的に結合される複数のリード２４
、ヒートシンク基板３４の一方面を部分的に被覆するポッティング樹脂４８から構成され、ポッティング樹脂４８は、前記ＩＣチップ搭載領域３２およびＩＣチップ４４を被覆している。
【００１７】
本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、粉末状の炭化物がバインダを介して結合されて成る成形体、から成る。バインダとしては、加圧成形時に炭化物同士を接着する水溶性有機物、樹脂エマルジョン接着剤、エポキシ系接着剤やフェノール系接着剤のような常温硬化性樹脂接着剤や熱硬化性樹脂接着剤が挙げられる。これらのバインダは、粉末状の炭化物に対して、固形分で１〜５重量％、より好ましくは１．５〜２．５重量％混合される。
【００１８】
このような成形体は、粉末状の炭化物とバインダとを好ましくは１０ｋｇ／ｃｍ２以上の加圧力で成形し、バインダの種類に応じて所定の温度に加熱して得ることが出来る。緻密な構造の成形体を得るためには、０．１ｔ／ｃｍ２以上の加圧力で成形することが好ましい。
【００１９】
フェノール系接着剤を用いる態様としては、例えば、分子内にメチロール基及び又はジメチレンエーテル基を有する強アルカリ性のフェノール樹脂水溶液を用いる態様が挙げられる。又、エステル系化合物を併用することが出来る。強アルカリ性のフェノール樹脂水溶液は具体的には、例えばフェノール類１モルに対しアルデヒド類を０．８〜６モルの割合で使用し、これらを触媒の存在下に０．５〜２４時間反応させた後、場合によっては濃度調整（例えば４０〜７０重量％）及びアルカリ金属水酸化物による硬化速度調整を施し、更には添加物、例えばγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン等のシランカツプリング剤、尿素等の防臭剤などを添加して製造される。
【００２０】
フェノール類としては、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール、ブチルフェノール、ノニルフェノール、フェニルフェノール、レゾルシン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ及びこれらフェノール類の精製残渣並びにこれらの混合物などが挙げられる。また、アルデヒド類としては、例えばホルマリン、パラホルムアルデヒド、ポリオキシメチレン、トリオキサン、グリオキザール、フルフラール及びこれらの混合物などが挙げられる。また、触媒としては、前記原料配合比のもとでメチロール基などを有する樹脂を生成できるものであれば特に限定されないが、一般的には例えばカリウム、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩及び炭酸水素塩などが用いられるが、特にアルカリ金属水酸化物が好ましい。また、必要に応じて例えばシュウ酸、塩化亜鉛、酢酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、カルシウム、バリウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、トリエチルアミンなども使用することができる。この場合には前記アルカリ金属水酸化物で樹脂の硬化速度や水溶化度を調節することが望ましい。また、触媒の使用量については特に限定されないが、一般的にはフェノール類１モルに対し０．０１〜２．０モルの割合で樹脂の製造時更には製造後に追加的に使用される。
【００２１】
本発明において用いられるエステル系化合物の好適例としては、γ−ブチロラクトン、γ−カプロラクトン、プロピオンラクトン等のオキシ酸環状エステル、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールジアセテート、ジアセチン、トリアセチン等の脂肪族エステル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の炭酸エステル及びこれらの混合物などが挙げられる。通常、これらはアルカリ性フェノール樹脂水溶液１００重量部に対し５〜４０重量部の範囲で使用されてもよい。
【００２２】
フェノール系接着剤としては、炭酸ガスで硬化する炭酸ガス硬化型のフェノール系樹脂を用いてもよい。
【００２３】
又、バインダとしては、成形体の加熱時に炭化物同士を接着する、熱溶融性樹脂の粉、ガラス粉、セピオライト、釉薬等が挙げられる。セピオライトをバインダとして用いる場合は、粉末状の炭化物に対して、２５〜３５重量％混合されることが、成形体の強度を確保するうえで好ましい。セピオライトの混合割合が３５重量％を超えて多くなると、成形体の熱伝導性が悪くなる。
【００２４】
更に、バインダとしては、水ガラスやコロイダルシリカを用いることが出来る。粉末状の炭化物と水ガラスやコロイダルシリカを混合して成形した後に、炭酸ガスを成形体の微孔のなかまで吹き込むことにより、成形体を数分間で固化できる。
【００２５】
あるいは、本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、粉末状の炭化物を含む粉体を焼結して成る成形体、から成る。更には、粉末状の炭化物を含む粉体と有機バインダとの混合物を乾留処理して成る成形体、から成る。
【００２６】
この粉末状の炭化物としては、黒鉛、木炭や竹炭の粉末、活性炭の粉末が挙げられる。
【００２７】
このような成形体は、粉末状の炭化物を含む粉体を好ましくは１００ｋｇ／ｃｍ２以上の加圧力で成形し次いで乾留処理して得ることが出来る。緻密な構造の成形体を得るためには、１ｔ／ｃｍ２以上の加圧力で成形することが好ましい。
【００２８】
成形体は、小麦粉を水と混ぜて練り、この練られたものを成形乾燥後乾留処理して炭化したものであってもよい。この場合、小麦粉を水と混ぜて練るときに、小麦粉１００重量部に対してグラニュー糖のような糖５〜１５重量部と、尿素５〜１５重量部と、ホウ素２〜５重量部とを添加して、この練られたものを成形乾燥後約８５０℃で炭化することがより好ましい。なお、乾留処理は、被処理物を酸素を絶った状態で加熱する処理である。
【００２９】
又、本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、粉末状の炭化物を含む粉体を成形型で加圧成形した後、得られた成形体を酸素を絶った状態で焼結することにより製造されてもよい。焼結の温度は、４００〜２０００℃であることが好ましい。２０００℃を越える更に高温であっても焼結が可能であるが、この場合は焼結のエネルギコストは大きくなる。このような成形体は、粉末状の炭化物を主体として含む粉体を好ましくは１ｔ／ｃｍ２以上の加圧力で成形し次いで乾留処理して得ることが出来る。緻密な構造の成形体を得るためには、１０／ｃｍ２以上の加圧力で成形することが好ましい。
【００３０】
上述の炭化物の窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇ以下である場合には、優れた熱伝導性を有する成形体（以下高密度成形体と称する）が得られる。この高密度成形体を用いて、熱伝導性に優れたＩＣパッケージ用放熱体が得られる。窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇ以下である炭化物としては窒素吸着表面積が１０〜３００ｍ２／ｇである黒鉛や、５００〜８００℃で炭化して得られた木炭等が挙げられる。更に、炭化物の純度が９９．８％以上では成形体の熱伝導率性が向上し、２２０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１という優れた熱伝導率を有する成形体が得られる。この値は、従来のアルミ製の放熱板の熱伝導率１５０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１に比較して極めて優れている。
【００３１】
上述の炭化物の窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇを超える場合には、優れた熱伝達性を有する成形体（以下多孔質成形体と称する）が得られる。この多孔質成形体を用いて、外気への放熱性に優れたＩＣパッケージ用放熱体が得られる。窒素吸着表面積が３００ｍ２／ｇを超える炭化物としては８５０℃以上で充分炭化して得られた木炭等が挙げられる。１２００℃以上で充分炭化して得られた木炭はさらに大きな吸着表面積例えば２０００ｍ２／ｇ程度の吸着表面積を有して好ましい。約１６００℃あるいは１６００℃以上で充分炭化して得られた木炭はさらに大きな吸着表面積例えば２０００〜４０００ｍ２／ｇ程度の吸着表面積を有して最も好ましい。但し、１７００℃を超える温度での炭化は、エネルギコストが過大となることがある。
【００３２】
図４に示す多孔質成形体から成る放熱体１５は、見かけ体積あたりの表面積が大きいので、冷却ファン１９により空冷すると、効率よく空冷される。図４において、矢印は空気の流れ方向、符号１８は空気の案内ダクトを示す。
【００３３】
本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、図３に示すように、多孔質成形体の層３０と、高密度成形体の層４０とから成る上下２層構造を有する放熱体５０であってもよい。この構成により、ＩＣチップからの熱が高密度成形体の層３０に効率よく伝達され、この伝達された熱が更に多孔質成形体の層４０に伝達されて効率よく空冷される。多孔質成形体の層３０と、高密度成形体の層４０との上下関係は、図３に示すものと逆であってもよく、放熱体の配置によって使い分ける。
【００３４】
２層構造を有する放熱体５０は、多孔質成形体と、高密度成形体を別々に製造して貼り合わせて作ってもよいが、多孔質成形体の前駆体と、高密度成形体の前駆体とを層状に重ねたものを、加圧成形して製造することが出来る。
【００３５】
更に、本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、板状の他に図５に示す放熱フィン１７を有する放熱体１５ａのように放熱面積を大きくして空中への放熱効果を増大させる各種の形状に成形して用いることが出来る。又、放熱体の下面側に突起１７ａを設けてポッティング樹脂４８との接着による結合力の向上を計ってもよい。
【００３６】
本発明のＩＣパッケージ用放熱体には、金属粉が１〜５０重量％含有されていてもよい。金属粉が含有されることにより本発明のＩＣパッケージ用放熱体は、更に熱伝導性や熱伝達性が向上する。
【００３７】
金属粉は、成形体の成形前に予め粉末状の炭化物を含む被成形物に混合させておく。金属粉を構成する金属としては、金、銀、銅、アルミ等が挙げられる。
【００３８】
又、本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体は、図６に示すように横方向に張り出す放熱フィン２３を有して放熱面積を大きくして空中への放熱効果を増大させる放熱体１５ｂであってもよい。
【００３９】
実施例１
通常の炭焼き工程で得られた木炭の粉（平均サイズ１００μｍ）を成形型に入れて２０００ｔ／ｃｍ２の型締め圧で加圧成形し、次いで無酸素状態で１６００℃４時間の焼結を行ない、厚さ５ｍｍの放熱板を得た。得られた放熱板を図１に示す態様で使用し、優れた放熱効果を確認した。
【００４０】
実施例２
通常の炭焼き工程で得られた木炭の粉（平均サイズ１００μｍ）１００重量部と、小麦粉と水とが１：１０の重量比で混合されてなる懸濁液２０重量部とを混練して混合物とし、この混合物を乾燥後成形型に入れて５ｔ／ｃｍ２の型締め圧で加圧成形し、次いで無酸素状態で３００℃８時間の焼結を行ない、厚さ１ｍｍの放熱板を得た。得られた放熱板を図１に示す態様で使用し、優れた放熱効果を確認した。
【００４１】
実施例３
通常の炭焼き工程で得られた木炭から成る木炭の粉（平均サイズ１００μｍ）１００重量部と、接着剤用フェノール樹脂５重量部と硬化剤０．５重量部を混練して混合物とし、この混合物を乾燥後成形型に入れて１ｔ／ｃｍ２の型締め圧で１００℃で加圧成形し、厚さ１ｍｍの放熱板を得た。得られた放熱板を図１に示す態様でファンとともに使用して、優れた放熱効果を確認した。
【００４２】
実施例４
通常の炭焼き工程で得られた木炭から成る木炭の粉（平均サイズ１００μｍ）１００重量部と、銀粉（平均サイズ１００μｍ）１０重量部と、接着剤用フェノール樹脂７重量部と硬化剤０．５重量部を混練して混合物とし、この混合物を乾燥後成形型に入れて１ｔ／ｃｍ２の型締め圧で１００℃で加圧成形し、厚さ１ｍｍの放熱板を得た。得られた放熱板を図１に示す態様でファンとともに使用して、実施例３で得られた放熱板よりさらに優れた放熱効果を確認した。
【００４３】
実施例５
窒素吸着表面積が１２６ｍ２／ｇの黒鉛（西村黒鉛株式会社製）１００重量部にフェノール系接着剤２重量部、硬化剤０．２重量部をまぜて成形型に入れて１０ｔ／ｃｍ２の型締め圧で１００℃で加圧成形し、厚さ５ｍｍの放熱板Ａを得た。又、ロータリーキルンを用いて１２００℃６時間で炭化処理して得た木炭を粉砕して木炭の粉（平均サイズ１００μｍ）とし、この木炭の粉１００重量部に、フェノール系接着剤２重量部、硬化剤０．２重量部をまぜて成形型に入れて１００ｔの型締め圧で１００℃で加圧成形し、厚さ５ｍｍの放熱板Ｂを得た。放熱板Ａを下層に、放熱板Ｂを上層にして２層構造の放熱板とし、図１に示す態様でファンとともに使用し、きわめて優れた放熱効果を確認した。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体により、炭素を主成分とする安価で放熱の効率のよい腐食の少ないＩＣパッケージ用放熱体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の他の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の構造を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の冷却ファンを用いた態様の一例を示す断面模式図である。
【図５】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の更に他の一例を示す断面模式図である。
【図６】本発明に係るＩＣパッケージ用放熱体の使用の態様の又更に他の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１０、２０：ＩＣパッケージ
１５、１５ａ、１５ｂ、３５：放熱体
１６：モールド樹脂
【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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