(57)【要約】【課題】最近の半導体デバイスは、より大電力化の傾向があり、用いられる半導体装置用放熱基板の材料には、小さな熱膨張係数と、より高い熱伝導率をもつ材料が求められるようになった。こうした要求に対しては、上記のクラッド材における熱伝導率は不充分であり、熱膨張係数を小さくしたままで、よりＣｕ単体に近い熱伝導率をもつ材料が求められた。【解決手段】第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、前記第２の材料における熱膨張係数は前記第１の材料における熱膨張係数よりも小さく、前記第２の材料における熱伝導率は前記第１の材料における熱伝導率よりも低く、前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層が合計５層以上積層される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、
前記第２の材料における熱膨張係数は前記第１の材料における熱膨張係数よりも小さく、前記第２の材料における熱伝導率は前記第１の材料における熱伝導率よりも低く、
前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層が合計５層以上積層されたことを特徴とするクラッド材。
【請求項２】
前記クラッド材における前記第２の材料からなる層の占める体積比が１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のクラッド材。
【請求項３】
前記第１の材料が、銅、銀、銅を含む合金、銀を含む合金のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッド材。
【請求項４】
前記第２の材料が、モリブデン、タングステンのいずれかであることを特徴とする請求項１及至３のいずれかに記載のクラッド材。
【請求項５】
室温での熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１及至４のいずれかに記載のクラッド材。
【請求項６】
熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１及至５のいずれかに記載のクラッド材。
【請求項７】
前記第２の材料からなる層の厚さがすべて２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１及至６のいずれかに記載のクラッド材。
【請求項８】
第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とを交互に積層したクラッド材の製造方法であって、
前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層を積層した後に、印加圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することを特徴とするクラッド材の製造方法。
【請求項９】
前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気または真空中で行われることを特徴とする請求項８に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載のクラッド材を所定の形状に加工するクラッド材の成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いることを特徴とするクラッド材の成形方法。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載のクラッド材からなる放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置用の放熱基板用材料に関し、特に大電力で動作するＬＳＩ、ＩＣ、パワートランジスタを搭載する半導体装置用放熱基板の材料として用いられるクラッド材、その製造方法、その成型方法、及びこれを用いた放熱基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス、特に、大電力で動作するＬＳＩ、ＩＣ、パワートランジスタ等を搭載する半導体装置用放熱基板には、これらの半導体デバイスから発生する熱を効率よく拡散・放熱することが要求されている。そのため、これらの放熱基板には高い機械的強度と高い熱伝導率が要求される。一方、これらの放熱基板には、半導体チップを構成するシリコン、半導体パッケージを構成するアルミナ等のセラミックス材料、コバール材等、いずれも熱膨張係数が６×１０−６／Ｋ以下と小さい材料がろう付けされて使用される。このろう付けの温度は８５０℃程度であるため、反りのない状態でこれらをろう付けで接合した後に冷却する際に、これらのろう付けされた材料と比べて放熱基板は大きく収縮する。そのため、常温においてはこの放熱基板には熱歪みまたは反りが発生する。これを低減するために、この放熱基板の熱膨張係数は、上記のろう付けされる材料に近い、すなわち、その熱膨張係数が小さいということが要求される。
【０００３】
こうした要求を考慮して、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）などの単一材料、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等の複合金属が放熱基板の材料として用いられてきた。
【０００４】
これらの材料のうち、Ｃｕは３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と、高い熱伝導率を有しているが、その熱膨張係数が２０×１０−６/Ｋと大きい。
【０００５】
一方、ＭｏやＷは熱膨張係数は小さい（Ｍｏ：５×１０−６／Ｋ、Ｗ：４×１０−６／Ｋ）ものの、熱伝導率がそれぞれ１４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、１６７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と、Ｃｕと比べると低い。そのため、熱膨張係数が小さく熱伝導率が高い材料として、ＭｏやＷと、Ｃｕとを組み合わせた材料として、これらを積層構造としたクラッド材が使用されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、３層構造からなる放熱基板としてＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕクラッド材が示されている。ここではこの３層構造のクラッド材におけるＭｏの体積比を２０％から９９．６％の範囲で変化させることにより、熱伝導率と熱膨張係数を制御し、Ｍｏ単体よりも高い熱伝導率を、Ｃｕ単体よりも小さい熱膨張係数を得ている。また、特許文献２にはＣｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層構造のクラッド材の熱膨張係数とＣｕの体積比の関係が示されている。この構成のクラッド材においては、Ｍｏ層が１層の場合には、例えば熱膨張係数を１２×１０−６/Ｋ以下とするためには、熱伝導率が低いＭｏの使用量を全体の質量の２０％以上としなければならない。そのため、このクラッド材の厚さ方向における熱伝導率は、高々２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度にとどまる。
【特許文献１】特開平２−１０２５５１
【特許文献２】特開平６−２６８１１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近の半導体デバイスは、より大電力化の傾向があり、これを搭載する放熱基板の材料には、小さな熱膨張係数と、より高い熱伝導率をもつ材料が求められるようになった。こうした要求に対しては、上記のクラッド材における熱伝導率は不充分であり、熱膨張係数を小さくしたままで、よりＣｕ単体に近い熱伝導率をもつ材料が求められた。
【０００８】
また、上記のクラッド材においては、熱膨張係数を小さくするためには、Ｍｏ層の体積比を２０％以上とする必要があった。ＭｏはＣｕと比べて硬く、機械加工性の悪い材料であるため、Ｍｏの体積比が大きいクラッド材の機械加工性は悪くなり、量産性の良い成型法であるプレス打ち抜き法等を用いた成形が困難であった。そのため、この成形には高コストとなる他の成型法が必要であり、このクラッド材を用いた製品が高コストとなる原因となっていた。従って、高い熱伝導率、小さな熱膨張係数をもったクラッド材を低コストで得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記の問題点を解決した、クラッド材、その製造方法、およびその成形方法を提供し、これを用いた高い熱伝導率及び小さな熱膨張係数をもった放熱基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、前記第２の材料における熱膨張係数は前記第１の材料における熱膨張係数よりも小さく、前記第２の材料における熱伝導率は前記第１の材料における熱伝導率よりも低く、前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層が合計５層以上積層されたことを特徴とするクラッド材に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、前記クラッド材における前記第２の材料からなる層の占める体積比が１０％以下であることを特徴とする請求項１に記載のクラッド材に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記第１の材料が、銅、銀、銅を含む合金、銀を含む合金のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッド材に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記第２の材料が、モリブデン、タングステンのいずれかであることを特徴とする請求項１及至３のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、室温での熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１及至４のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１及至５のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、前記第２の材料からなる層の厚さがすべて２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１及至６のいずれかに記載のクラッド材に存する。
請求項８記載の発明の要旨は、第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とを交互に積層したクラッド材の製造方法であって、前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層を積層した後に、印加圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することを特徴とするクラッド材の製造方法に存する。
請求項９記載の発明の要旨は、前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気または真空中で行われることを特徴とする請求項８に記載のクラッド材の製造方法に存する。
請求項１０記載の発明の要旨は、請求項１〜７のいずれかに記載のクラッド材を所定の形状に加工するクラッド材の成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いることを特徴とするクラッド材の成形方法に存する。
請求項１１記載の発明の要旨は、請求項１〜７のいずれかに記載のクラッド材からなる放熱基板に存する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以上のように構成されているので、高い熱伝導率、小さい熱膨張係数をもつクラッド材を得ることができる。また、このクラッド材は、本発明の製造方法によって容易に製造できる。このクラッド材は機械加工性に優れているため、本発明の成形方法によって容易に成形することができ、これを用いて低コストで放熱性の優れた半導体装置用放熱基板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１３】
本発明のクラッド材は、第１の材料からなる層と第２の材料からなる層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、前記第２の材料における熱膨張係数は前記第１の材料における熱膨張係数よりも小さく、前記第２の材料における熱伝導率は前記第１の材料における熱伝導率よりも低く、前記第１の材料からなる層と前記第２の材料からなる層が合計５層以上積層されたことを特徴とする。
【００１４】
図１は、本発明のクラッド材の断面構造を示した断面図である。図において、１０は第１の材料からなる層、２０は第２の材料からなる層であり、これらが交互に積載されている。その総数は５層以上である（この図では５層としてある）。
【００１５】
第１の材料としては、熱伝導率が高い材料として、例えば、銅、銀、銅を含む合金、銀を含む合金のいずれかを用いることができる。
【００１６】
第２の材料としては、第１の材料よりも熱膨張係数が小さい材料として、例えば、モリブデン、タングステンのどちらかを用いることができる。
【００１７】
このクラッド材を用いた放熱基板においては、熱伝導率は、半導体チップ等はその表面に搭載されるため、図１における上下方向のものが重要である。また、放熱基板の反りの原因となる熱膨張は、図１における水平方向で発生するものであるため、熱膨張係数は、図１における水平方向のものが重要である。従って、以下では、熱伝導率、熱膨張係数はこれらの方向におけるものとする。ここで、熱伝導率はＪＩＳＲ１６５９−３で定義される量であり、熱膨張係数はＪＩＳＨ７４０４で定義される量である。
【００１８】
本発明のクラッド材の熱伝導率は、第１の材料からなる層の総膜厚（第１の材料からなる層の膜厚の合計）と、第２の材料からなる層の総膜厚（第２の材料からなる層の膜厚の合計）で決まる。すなわち、これらの総膜厚が同じであれば、層数あるいはその構成によらずに同じ熱伝導率となる。これは、各層における熱伝導は独立に生じ、他層の熱伝導に影響を与えることはないためである。
【００１９】
一方、本発明のクラッド材における熱膨張係数は、第１の材料からなる層の総膜厚と、第２の材料からなる層の総膜厚が同じであっても、その層数や、各層の膜厚によって変わる。これは、各層が熱膨張するに際して、その上下に存在する他層の影響を受けるためである。すなわち、より大きな熱膨張係数をもつ第１の材料からなる層が熱膨張するに際しては、これよりも熱膨張が小さく、その上下に存在する第２の材料からなる層の影響を受けるため、その熱膨張が抑制される方向に応力が発生する。その結果、クラッド材全体としての熱膨張係数を小さくすることができる。
【００２０】
このように、このクラッド材において、熱膨張係数を小さくするための役割を果たすのは、第２の材料からなる層である。第１の材料からなる層の総膜厚及び第２の材料からなる層の総膜厚が同じ場合であっても、各層の１層の膜厚が小さい場合、すなわち、これらの層数が多い場合に、特にこの効果は顕著となる。具体的には、この効果が大きくなるのは、このクラッド材における全層数は５層以上となる場合である。４層以下の場合には、この効果は小さくなる。
【００２１】
また、このクラッド材における最上層と最下層は、これに隣接する層は片側にしか存在しないため、熱膨張係数を小さくするという観点からは、これらの層には第２の材料を用いることが好ましい。ただし、これらの層は、直接ろう付けやめっきをされる層であるため、これらをより容易に行うことができる材料として、第１の材料となるＣｕを用いることもできる。
【００２２】
第２の材料からなる層は、第１の材料からなる層よりも小さな熱伝導率をもつため、第２の材料からなる層の総膜厚が大きくなると、このクラッド材の熱伝導率は小さくなる。そのため、熱膨張係数が大きくならない限りにおいて、第２の材料からなる層の総膜厚を小さくすることが好ましい。このためには、前記クラッド材における第２の材料からなる層の占める体積比を１０％以下とする。これよりも大きい場合には、熱膨張係数は小さくなるものの、熱伝導率が低下する。
【００２３】
例えば、第１の材料としては、銅（Ｃｕ）を好ましく用いることができ、第２の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）を好ましく用いることができる。これらの材料において、熱膨張係数はＣｕが２０×１０−６/Ｋ、Ｍｏが５×１０−６/Ｋであり、熱伝導率はＣｕが３９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、Ｍｏが１４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、以上の構成によって、熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下、または熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のクラッド材を得ることができる。
【００２４】
また、第２の材料からなる層の厚さはすべて２００μｍ以下であることが好ましい。これよりも厚い層が存在すると、後述するプレス打ち抜き法を用いたこのクラッド材の成型方法が適用できない。
【００２５】
以下に、このクラッド材において熱膨張係数が小さくなるメカニズムについて、実験結果をもとに述べる。
【００２６】
図２は、第１の材料としてＣｕ、第２の材料としてＭｏを用い、Ｃｕ（１００μｍ）／Ｍｏ（２０μｍ）／Ｃｕ（６００μｍ）／Ｍｏ（２０μｍ）／Ｃｕ（６００μｍ）／Ｍｏ（２０μｍ）／Ｃｕ（１００μｍ）の７層の構造のクラッド材における、温度と伸び量（２５℃における長さが２０．２ｍｍの試料の伸び量）の関係を測定した結果である。この例においては、２５℃から温度を８５０℃まで上昇させたときの伸びと、８５０℃から２５℃に温度を下降させたときの伸びを測定している。この８５０℃という温度は、放熱基板の接続に用いられる銀ろう付けの温度とほぼ等しい。参考のために、同じ長さのＣｕ単体からなる材料における伸び量と、同じ長さのＭｏ単体からなる材料における伸び量も同じグラフで示してある。このグラフにおける傾きが熱膨張係数に対応する。このクラッド材における伸び量は、Ｃｕ単体の場合とＭｏ単体の場合の中間となっているが、温度と伸び量の関係で特徴的なこととして、温度上昇時に６００℃以上で伸びが頭打ちになるということと、温度上昇時と下降時で異なる特性となることの２点がある。
【００２７】
まず、温度上昇時に６００℃以上で伸びが頭打ちになるという点については、Ｃｕの軟化温度が５００℃程度であるということに起因する。５００℃までは、このクラッド材の熱膨張の主因はＣｕ層の熱膨張であり、Ｍｏ層はＣｕ層の熱膨張に引きずられた形になり、Ｍｏ層には伸びの応力が加わる。これより温度が上昇してＣｕが軟化すると、Ｍｏ層に加わった応力は一気に緩和し、Ｍｏ単体であった場合の伸びに近づく。これ以上の温度では、伸びはほぼＭｏ層の熱膨張で決まる。このため、このクラッド材におけるＭｏ層の占める体積比は４．１１％しかないにもかかわらず、８５０℃の温度では、このクラッド材の伸びは、Ｃｕ単体の場合よりもＭｏ単体の場合に近い値となっている。
【００２８】
この特性が温度上昇時と下降時で異なるという点についても、下降時の始点（８５０℃）においてはＣｕ層が軟化しており、温度下降に伴う収縮はＭｏ層の熱収縮で決まるためである。Ｃｕ層が熱収縮において支配的となるのは、上記の軟化点以下の温度である。前記のように温度上昇時は直線的な特性を示さないが、温度下降時の特性はほぼ直線的となる。
【００２９】
なお、このクラッド材に対して、常温から８５０℃にわたり複数回の熱サイクルを加えてこの測定を行った場合においても、測定誤差の範囲内で同一の結果が得られ、再現性があることも確認された。
【００３０】
以上より、このクラッド材において温度が２５℃から８５０℃まで上昇した場合における伸び量、あるいは８５０℃から２５℃まで下降した場合における縮み量は、Ｍｏの体積比が小さいにもかかわらず、Ｍｏ単体の場合と近い値になっていることが確認された。
【００３１】
従って、この特性のクラッド材からなる放熱基板に、シリコン、アルミナ等の熱膨張係数の小さな材料を８５０℃でろう付けし、常温にした際には、放熱基板の反りは小さなものとなる。また、上記の通り、熱伝導率はＣｕ層の総膜厚及びＭｏ層の総膜厚で決まるが、このクラッド材においてはＭｏ層の占める割合は小さいため、その熱伝導率はＣｕのもつ大きな値に近いものとなる。すなわち、このクラッド材は、Ｍｏに近い熱膨張特性を持ち、Ｃｕに近い熱伝導率を持つ。なお、熱膨張係数は、図２におけるグラフの傾きから算出されるが、放熱基板の反りに関係してくるのは、温度下降時の特性である。このため、以下においては、このクラッド材における熱膨張係数は、この温度下降時の特性から算出した値を示している。
【００３２】
次に、このクラッド材を製造する方法について述べる。
【００３３】
このクラッド材は、第１の材料からなる層または第２の材料からなる層を、印加圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することによって製造される。この製造工程の一例を示したのが図３である。この例においては、所定の順序、膜厚構成で積層された積層体に対して、真空中で９５０℃の温度、１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を印加して接合が行われる。加圧は、ホットプレス機によって行われる。
【００３４】
この製造方法によれば、所定の膜厚にされた第１の材料からなる層または第２の材料からなる層を、高温で一方向（膜厚方向）に圧力を印加することにより積層する、いわゆるホットプレス法で形成する。このとき、雰囲気としては、特にＣｕを第１の材料として用いた場合には、Ｃｕは非常に酸化しやすい材料であるため、酸素が無い状態が好ましい。そのため、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気、または真空中で以上の工程を行うことが好ましい。
【００３５】
各層の表面にはその積層を容易にするためにめっき層を形成しておくことも可能であるが、めっき層は、熱伝導率を低下させる原因となるため、形成しないことが好ましい。ただし、このクラッド材を放熱基板として用いた場合において、この最上層と最下層に他の物質をろう付けやはんだ付けで接合する場合には、最上層及び最下層となる層には予めめっき層を形成しておくことにより、この接合を容易に行うことができるため、好ましい。
【００３６】
熱間一軸加工法による接合時の温度としては、８５０℃以上、１０００℃以下であることが好ましい。８５０℃よりも低い場合は、接合が不良となり、剥離を生ずる。１０００℃よりも高い場合は、特に第１の材料としてＣｕを用いた場合、Ｃｕが溶融する。
【００３７】
熱間一軸加工法による接合時の印加圧力としては、５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下であることが好ましい。５０ｋｇｆ／ｃｍ２よりも小さい場合には、接合が不良となり、剥離を生ずる。２００ｋｇｆ／ｃｍ２よりも大きい場合には、特に第１の材料としてＣｕを用いた場合、軟化したＣｕが加圧時に大きく伸びるため、所定の膜厚構成とすることが困難である。
【００３８】
次に、このクラッド材の成型方法について述べる。このクラッド材を成形するにあたっては、プレス打ち抜き加工法を用いてこれを容易に行うことができる。
【００３９】
本発明のクラッド材を用いて放熱基板を製造するためには、このクラッド材を所望の形状に成形する必要がある。第１の材料として用いられるＣｕやＡｇ及びこれらが含まれる合金は、熱伝導率が高く、熱膨張係数が大きな材料であると共に、機械的に柔らかく、非常に加工しやすい材料である。一方、第２の材料として用いられるＭｏやＷは、硬く、加工が困難な材料である。このため、例えば、容易にこの成形を行なう方法として知られるプレス打ち抜き法は、ＣｕやＡｇに対して適用できるが、ＭｏやＷに対しては適用できない。従って、これらを積層したクラッド材においては、第２の材料の占める体積比が小さいほど、加工がしやすくなる。これらを積層したクラッド材においても、第２の材料の占める体積比が１０％よりも大きい場合にはこれを適用することができない。また、第２の材料からなる層のうち、１層でもその厚さが２００μｍより大きくなると、これを適用することができない。
【００４０】
本発明のクラッド材においては、前記の通り、第２の材料の占める体積比を小さくして、高い熱伝導率及び小さな熱膨張係数を得ているため、第２の材料の体積比を小さく、例えばこれを１０％以下とすることができる。また、高い熱伝導率を得ながら、第２の材料からなる層の厚さをすべて２００μｍ以下とすることができるので、このクラッド材の機械的加工は容易である。このため、例えば、コストの安い成形方法であるプレス打ち抜き法を使用することが可能である。これにより、本発明のクラッド材を用いた放熱基板を低コストで得ることができる。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の実施例について、比較例と共に説明する。
【００４２】
本発明の実施例となる、ＣｕとＭｏの積層構造を、その層数及び各層の厚さを変えたクラッド材を実施例１〜１５として作成した。一方、比較例として、Ｃｕ／Ｍｏ／Ｃｕの３層構造の各層の厚さを変えたクラッド材を比較例１〜１５として作成した。これらの試料における熱膨張係数、熱伝導率を測定した。実施例、比較例共に、その製造方法は図３に示した方法で行った。熱膨張係数は、８５０℃から３０℃まで冷却する間の平均を、マックサイエンス（株）製のDilato Meterを用いて、ＪＩＳＨ７４０４に記載の方法によってアルゴン雰囲気で測定した。熱膨張係数測定に用いた各試料は２０ｍｍ（長さ）×３ｍｍ（幅）の大きさとした。熱伝導率は、真空理工（株）製レーザーフラッシュ測定装置によってＪＩＳＨ７８０１に規定される熱拡散率を求め、ＣｕとＭｏの体積割合から、比熱と密度の平均値を求め、ＪＩＳＲ１６５０−３に記載された方法より求めた。熱伝導率測定の各試料は直径１０ｍｍの大きさに製作したサンプルを切り出して測定した。通常の厚さは１ｍｍから3ｍｍの範囲で行うことにより、良好に測定することができた。これらの実施例及び比較例のＭｏの体積比率、熱膨張係数、クラッド材の膜厚、積層構造における各層の構成について示したのが表１である。ここで、各層の構成及び膜厚について、例えば「Cu(400)/((Mo(10)/Cu(200))*3)/Mo(10)/Cu(400)」とは、「Cu(400μｍ)/Mo(10μｍ)/Cu(200μｍ)/Mo(10μｍ)/Cu(200μｍ)/Mo(10μｍ)/Cu(200μｍ)/Mo(10μｍ)/Cu(400μｍ)の積層構造」を表す。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
どの実施例においても、Ｍｏ比率は１０％以下と小さいながらも、１０％のＭｏ比率をもつ比較例８と比べて、小さな熱膨張係数をもつ。表１の結果について、Ｍｏ比率と熱膨張係数の関係を示したのが図４である。本発明の実施例は、比較例と比べて、同じＭｏ比率では小さな熱膨張係数をもつ、あるいは、同じ熱膨張係数をより少ないＭｏ比率で得ることができる。
【００４５】
表１に示した試料について、Ｍｏ比率と熱伝導率の関係を示したのが図５である。Ｍｏ比率が１０％以下のところで、本発明の実施例と比較例の結果は重なっている。これより、Ｍｏ比率が同等であれば、熱伝導率は本発明の実施例と比較例においては同等であることが確認できる。すなわち、熱伝導率は、各層の構成にはよらず、５層以上の場合でも、３層以下の場合と同等に、Ｍｏ比率だけで決まる。また、熱膨張係数と熱伝導率の関係を示したのが図６である。本発明の実施例においては、比較例と比べて、高い熱伝導率と小さな熱膨張係数を実現することができる。特に本発明によれば、熱膨張係数を１４×１０−６／Ｋ以下としながら、室温での熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としたクラッド材を得ることができる。
【００４６】
実施例９と同構造のクラッド材からなる２４ｍｍ×１７．４ｍｍの大きさの放熱基板に対して、８５０℃で銀ろう付けを行うことにより、コバール製のフレームを接合した。これを常温に冷却した際のこの放熱基板の反りを、キーエンス（株）製のレーザー変位測定器ＴＫ−１１１とＬＴ−９８７により測定した結果、この放熱基板の対角における反り量は５μｍと小さなものであり、本発明の有効性が確認できた。
【００４７】
次に、本発明の製造方法の実施例について述べる。
【００４８】
図３に示した製造工程において、Ｃｕ／Ｍｏの積層体に対して熱間一軸加工法を行なうに際し、印加圧力と温度を変えて行い、その後で積層された層の剥離が発生したかどうかを調べた結果が表２である。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
表２において、○はその後の剥離試験で良好な接合強度が得られたことを示し、×は剥離が生じたことを示す。印加圧力が５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上２００ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下の場合に良好なクラッド材が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態におけるクラッド材の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるクラッド材において、温度と伸びの関係を加熱時及び冷却時に測定した結果を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるクラッド材の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例におけるＭｏ比率と熱膨張係数の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例及び比較例におけるＭｏ比率と熱伝導率の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例及び比較例における熱膨張係数と熱伝導率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  第１の材料からなる層
２０  第２の材料からなる層
【図１】
2007115731.tif 000005
【図２】
2007115731.tif 000006
【図３】
2007115731.tif 000007
【図４】
2007115731.tif 000008
【図５】
2007115731.tif 000009
【図６】
2007115731.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月7日(2006.8.7)
【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】
銅層とモリブデン層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、
前記銅層と前記モリブデン層が合計５層以上積層され、前記クラッド材における前記モリブデン層の占める体積比が２．７８〜１０％の範囲であり、前記モリブデン層の厚さがすべて２００μｍ以下であることを特徴とするクラッド材。
【請求項２】
室温での熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１に記載のクラッド材。
【請求項３】
熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッド材。
【請求項４】
銅層とモリブデン層とを交互に積層したクラッド材の製造方法であって、
前記クラッド材におけるモリブデン層の占める体積比が１０％以下の範囲であり、
前記銅層と前記モリブデン層を積層した後に、印加圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することを特徴とするクラッド材の製造方法。
【請求項５】
前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気または真空中で行われることを特徴とする請求項４に記載のクラッド材の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッド材を所定の形状に加工するクラッド材の成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いることを特徴とするクラッド材の成形方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッド材からなる放熱基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、銅層とモリブデン層とが交互に積層されてなるクラッド材であって、前記銅層と前記モリブデン層が合計５層以上積層され、前記クラッド材における前記モリブデン層の占める体積比が２．７８〜１０％の範囲であり、前記モリブデン層の厚さがすべて２００μｍ以下であることを特徴とするクラッド材に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、室温での熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１に記載のクラッド材に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、熱膨張係数が１４×１０−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のクラッド材に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、銅層とモリブデン層とを交互に積層したクラッド材の製造方法であって、前記クラッド材におけるモリブデン層の占める体積比が１０％以下の範囲であり、前記銅層と前記モリブデン層を積層した後に、印加圧力５０ｋｇｆ／ｃｍ２以上１５０ｋｇｆ／ｃｍ２以下、及び温度８５０℃以上１０００℃以下で熱間一軸加工法によって接合することを特徴とするクラッド材の製造方法に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記熱間一軸加工法による接合が、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、ヘリウム雰囲気または真空中で行われることを特徴とする請求項４に記載のクラッド材の製造方法に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッド材を所定の形状に加工するクラッド材の成形方法であって、プレス打ち抜き加工法を用いることを特徴とするクラッド材の成形方法に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッド材からなる放熱基板に存する。