(57)【要約】【課題】空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合することが可能な半導体装置用ヒートスプレッダを提供する。【解決手段】半導体装置用ヒートスプレッダ１は、板状部材１１の一方表面の上に接合された複数の柱状部材１２と、板状部材１１と柱状部材１２との間に形成された接合層１５とを備える。板状部材１１はアルミニウム１１１からなるマトリクスとマトリクス中に分散した炭化ケイ素粒子１１２を含む複合材料からなる。柱状部材１２はアルミニウムを含む材料からなる。板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は３０％以上、炭化ケイ素粒子１１２の実効最大長さが、接合界面１４を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方表面と、この一方表面と反対側の他方表面とを有する板状部材と、
前記板状部材の少なくとも一方表面の上に接合された複数の柱状部材と、
前記板状部材と前記柱状部材との間に形成された接合層とを備え、
前記板状部材の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以上１６×１０−６／Ｋ以下、前記板状部材の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、
前記板状部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるマトリクスと、このマトリクス中に分散した分散材とを含む複合材料からなり、
前記柱状部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなり、
前記接合層は、前記板状部材との境界に接合界面を有し、
前記複数の柱状部材が接合される前記板状部材の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、３０％以上であり、
前記分散材の実効最大長さが、前記接合界面を前記板状部材の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である、半導体装置用ヒートスプレッダ。
【請求項２】
前記板状部材の材料は、前記柱状部材の材料よりも電気的に貴である、請求項１に記載の半導体装置用ヒートスプレッダ。
【請求項３】
前記板状部材を形成するマトリクスにおけるアルミニウムの含有量は、前記柱状部材を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料におけるアルミニウムの含有量よりも高い、請求項２に記載の半導体装置用ヒートスプレッダ。
【請求項４】
前記板状部材の出発材料は、粉末材である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体装置用ヒートスプレッダ。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置用ヒートスプレッダを備えた半導体装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には半導体装置用ヒートスプレッダに関し、特定的にはプラスチックパッケージを備えたシステムデバイスに用いられるヒートスプレッダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、システムデバイスは、たとえば、ガラス繊維と樹脂を複合化した材料からなる基板からなるパッケージ、いわゆるプラスチックパッケージを備えたものが増えている。このようなプラスチックパッケージを備えたシステムデバイスにおいても、その高性能化に伴って放熱性能の向上が求められている。
【０００３】
このような技術的背景から、システムデバイスの剛性と放熱性を確保するためにヒートスプレッダを採用することが試みられ、そのヒートスプレッダの材料として銅板が用いられる場合が多い。
【０００４】
ところで、放熱部材において材質に起因する熱伝導率等の物性値が限定される場合、放熱性を高めるために、放熱面積を拡大することが有効であり、一般にフィンやピンといった形状が放熱面に採用されることはよく知られている。アルミニウムまたはアルミニウム合金と炭化ケイ素粒子の複合材料からなる放熱部材にも、フィンやピンを放熱面に形成することが試みられている。
【０００５】
たとえば、特開平１０−３３５５３８号公報（特許文献１）には、プラスチックパッケージ本体に接合される基板材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を用いることが記載されている。この公報には、上記のアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料からなる基板に、一般に表面を陽極酸化処理したアルミニウムフィンを接合する場合があることが記載されている。たとえば、プラスチックパッケージ本体に接合される基板に、シリコーン樹脂等を介してアルミニウムフィンが接合される例が示されている。
【０００６】
また、ピン形フィンを備えたヒートシンクや板型ヒートパイプを製造するために複数のピン形フィンをアルミニウム材またはアルミニウム合金材の上にスタッド溶接で接合することは、たとえば、特許第３６９２４３７号公報（特許文献２）、特開２００５−１２１３４５号公報（特許文献３）で提案されている。
【特許文献１】特開平１０−３３５５３８号公報
【特許文献２】特許第３６９２４３７号公報
【特許文献３】特開２００５−１２１３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、ヒートスプレッダの材料として、アルミニウム‐炭化ケイ素複合材料からなる基板に複数のピン形フィンをスタッド溶接で接合することが考えられる。しかしながら、上記の基板に複数のピン形フィンをスタッド溶接で接合しようと試みても、ヒートスプレッダの材料として実用的な接合強度を有する構造体を得ることは困難であった。特に、ヒートスプレッダを空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合することは困難であった。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合することが可能な半導体装置用ヒートスプレッダを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った半導体装置用ヒートスプレッダは、一方表面と、この一方表面と反対側の他方表面とを有する板状部材と、この板状部材の少なくとも一方表面の上に接合された複数の柱状部材と、板状部材と柱状部材との間に形成された接合層とを備える。板状部材の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以上１６×１０−６／Ｋ以下、板状部材の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。板状部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるマトリクスと、このマトリクス中に分散した分散材とを含む複合材料からなる。柱状部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなる。接合層は、板状部材との境界に接合界面を有する。複数の柱状部材が接合される板状部材の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、３０％以上である。分散材の実効最大長さが、接合界面を板状部材の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である。
【００１０】
ここで、分散材の実効最大長さは、板状部材の断面において、少なくとも１０個以上の分散材が観察される視野を１０個選択し、その選択された１０個の視野の各々にて観察される１０個以上の分散材のうち、最大長さ（１個の分散材の長さ、幅、外径等の外形寸法のうち、最大の長さのもの）が大きい順に５個の分散材を選択し、１０個の視野の各々においてその選択された５個の分散材の最大長さを測定することによって得られた５０個の最大長さの測定値の平均をいう。
【００１１】
このように構成された本発明の半導体装置用ヒートスプレッダにおいては、半導体装置の発熱を効果的に放散することができるだけの高い熱伝導性と、搭載される半導体装置の温度変化による熱応力破壊を防ぐためにプラスチックパッケージ本体の材料に近い熱膨張特性とを兼ね備えるとともに、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなる柱状部材は上記の限定された面積割合でアルミニウムが存在する一方表面で板状部材に接合され、かつ、分散材が接合界面の大きさに対して限定された大きさ、すなわち、限定された実効最大長さを有するので、空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に本発明の半導体装置用ヒートスプレッダを組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合されている。
【００１２】
この発明の半導体装置用ヒートスプレッダにおいて、板状部材の材料は、柱状部材の材料よりも電気的に貴であることが好ましい。このようにすることにより、柱状部材は、板状部材よりも優先的に腐食を生じさせるので、腐食に対して長期的な信頼性を向上させることができる。
【００１３】
この場合、板状部材を形成するマトリクスにおけるアルミニウムの含有量は、柱状部材を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料におけるアルミニウムの含有量よりも高いことが好ましい。このようにすることにより、柱状部材は、板状部材よりも優先的に腐食を生じさせるので、腐食に対して長期的な信頼性を向上させることができる。
【００１４】
この発明の半導体装置用ヒートスプレッダにおいて、板状部材の出発材料は、粉末材であることが好ましい。
【００１５】
この発明に従った半導体装置用部材は、上記のいずれかの特徴を少なくとも有する半導体装置用ヒートスプレッダを備える。
【発明の効果】
【００１６】
以上のようにこの発明によれば、空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合された半導体装置用ヒートスプレッダを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合することが可能な半導体装置用ヒートスプレッダとその製造方法について、発明者は鋭意検討した結果、ピン形フィンである柱状部材が接合される板状部材の一方表面にアルミニウムが存在する面積割合が柱状部材の接合強度に影響を及ぼすことがわかった。このような知見に基づいて本発明はなされたものである。
【００１８】
まず、本発明の半導体装置用ヒートスプレッダの前提となる構成について説明する。
【００１９】
図１は、この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダの概略的な断面を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、半導体装置用ヒートスプレッダ１は、一方表面と、この一方表面と反対側の他方表面とを有する板状部材１１と、この板状部材１１の少なくとも一方表面の上に接合された、たとえば、多数本のピン形フィンである、複数の柱状部材１２と、板状部材１１と柱状部材１２との間に形成された接合層とを備える。板状部材の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以上１６×１０−６／Ｋ以下、板状部材の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。板状部材１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるマトリクスと、このマトリクス中に分散した、粒子、繊維等の分散材とを含む複合材料からなる。複合材料としては、たとえば、アルミニウム‐炭化ケイ素粒子複合材料、アルミニウム‐アルミナ粒子複合材料、アルミニウム‐炭素繊維複合材料等が挙げられる。柱状部材１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなる。接合層は、板状部材１１との境界に接合界面を有する。複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、３０％以上である。分散材の実効最大長さが、接合界面を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である。アルミニウムの面積割合と分散材の実効最大長さについては後述する。
【００２１】
上述のように構成されたヒートスプレッダ１では、柱状部材１２が接合されていない側の板状部材１１の表面上に接触するプラスチックパッケージ本体の材質を考慮して、板状部材１１の線熱膨張係数の下限値は、１２×１０−６／Ｋとする。一般に、最大の熱応力は、はんだ付け時に生じ、現在の主流である鉛フリーはんだの融点と室温の差は、約２００〜２５０℃である。板状部材１１の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋより小さい場合、半導体チップをはんだ付け後、プラスチックパッケージ本体に引張残留応力が残ることとなり、信頼性の点から好ましくない。板状部材１１の線膨張係数の上限値は、一般的な半導体装置の発熱を放散するためには、銅と同等の線膨張係数である１６×１０−６／Ｋ以下でよい。
【００２２】
板状部材１１の熱伝導率については、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上は最低限必要で、これ以下の熱伝導特性では、プラスチックパッケージ本体に接触するヒートスプレッダの材料として採用することが難しい。板状部材１１の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに望ましい。
【００２３】
板状部材１１を形成する具体的な複合材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリクスとしてそのマトリクスに炭化ケイ素粒子が分散している複合材料を用いることが望ましい。炭化ケイ素粒子は、研削剤等に使用されるため、アチソン法等で大量に生産され、製造コストが他の複合材料用添加剤に比較して低い。また、この材料は、炭化ケイ素粒子の添加量に応じて線膨張係数を調整して設計することができる。すなわち、アルミニウムをマトリクスとする場合、炭化ケイ素粒子の添加量が２０質量％であれば、線膨張係数は約１６×１０−６／Ｋ、４０質量％であれば約１４×１０−６／Ｋ、６０質量％であれば約９×１０−６／Ｋ、８０質量％であれば約６×１０−６／Ｋである。このことから、本発明のヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を用いる場合、板状部材１１の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以上１６×１０−６／Ｋ以下であることを満たすためには、炭化ケイ素粒子の添加量は、約２０〜５０質量％の範囲内である。
【００２４】
なお、炭化ケイ素粒子に加えて、例えば炭素繊維等の添加剤を加えることによって、上述の板状部材１１の線膨張係数を調整することができるが、これらの改良も本質的に本発明の範囲に含まれる。
【００２５】
ところで、上述したように、たとえば、特許第３６９２４３７号公報（特許文献２）、特開２００５−１２１３４５号公報（特許文献３）で提案されているように、スタッド溶接により、アルミニウムまたはアルミニウム合金の平板とアルミニウムまたはアルミニウム合金のピン形フィンとを接合することができることは知られている。本発明のヒートスプレッダ１において板状部材１１が実質的にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板と同一と考えられる場合は公知の技術である。
【００２６】
板状部材１１に接合される柱状部材１２の形状に特に制約はなく、円筒、円錐、多角柱、多角錐、または、これらの任意の組み合わせを採用することができる。しかしながら、柱状部材１２の接合による冷却効果を得るためには、柱状部材１２の高さは、少なくとも接合部分の面積に対して等価な円の直径以上であることが望ましい。ただし、柱状部材１２の高さを、接合部分の面積に対して等価な円の直径の４倍より大きくしても柱状部材１２の接合による効果は飽和する。また、柱状部材１２の直径は、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であるのが好ましい。柱状部材１２の直径が２ｍｍより小さい場合、柱状部材１２の剛性が低く、ヒートスプレッダ１を空気で冷却するときに送風ファンを用いた場合等の振動に耐えられない。柱状部材１２の直径が８ｍｍより大きい場合、かえってヒートスプレッダ１全体による冷却効率が低下する。
【００２７】
柱状部材１２の間隔に関しても考慮が必要であるが、これは使用される条件により異なり、限定することが難しい。これは、ヒートスプレッダ１の板状部材１１の平面全体に半導体装置を搭載するのではないので、板状部材の平面全体において柱状部材１２の間隔を限定するのは困難であるからである。
【００２８】
次に、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合を３０％以上にする理由について説明する。
【００２９】
本発明のヒートスプレッダ１において柱状部材１２はスタッド溶接によって板状部材１１に接合される。スタッド溶接の方式は、いくつか提案されているが、基本的にはアーク溶接の一種で、通電による発熱で主としてスタッドの下部の小さな突起部（直径約０．５ｍｍ×長さ約０．７ｍｍ）を溶解させて、スタッドと別の材料を接合する方法である。本発明では、スタッド溶接法のうち、ギャップ方式が採用される。本発明のヒートスプレッダ１においては、スタッドが柱状部材１２に相当し、スタッド溶接法によって柱状部材１２を板状部材１１に接合する。
【００３０】
発明者は、スタッド溶接法では、溶解部分の体積が小さいこと、また、スタッドとその接合相手の部材とは、ともに所望の雰囲気温度、例えば、室温に保つことができることから、材質の熱膨張係数の差の影響を受けにくいことに着目し、ヒートスプレッダにおける柱状部材の接合にスタッド溶接法を採用することを検討した。
【００３１】
上述したように、スタッド溶接により、アルミニウムまたはアルミニウム合金の平板とアルミニウムまたはアルミニウム合金のスタッドとしてのピン形フィンとを接合することができることは公知である。しかしながら、上述したように、アルミニウム‐炭化ケイ素複合材料等の複合材料からなる基板に複数のピン形フィンをスタッド溶接で接合しようと試みても、ヒートスプレッダの材料として実用的な接合強度を有する構造体を得ることは困難である。特に、ヒートスプレッダを空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合することは困難である。これは、複合材料を構成する粒子、繊維等の分散材が板状部材の表面に存在するため、冷却のための空気等による横方向からの力が加えられることにより、柱状部材としてのピン形フィンの接合部直下の板状部材内で容易に割れが発生し、柱状部材が板状部材の内部で引きちぎられたように、あるいは引き抜かれたように、板状部材から分離してしまうためである。このような現象を防止するために、発明者は、スタッド溶接の種々の条件を検討した。
【００３２】
その結果、本発明のヒートスプレッダにおいて、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合が３０％以上となる条件であれば、空気冷却において空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材１２が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材１１の一方表面に接合された状態を保持することが判明した。複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は５０％以上であるのが好ましい。この面積割合が５０％以上であれば、送風ファン等を用いて強制的に風によってヒートスプレッダが空気冷却される場合において、空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材１２が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材１１の一方表面に接合された状態を保持することができる。
【００３３】
また、本発明のヒートスプレッダにおいて、板状部材１１の材料として、炭化ケイ素粒子、炭素繊維等の粒子や繊維の形態の分散材を含む複合材料を用いる場合、その分散材の大きさに留意する必要がある。極端な例を挙げれば、分散材が大きく、柱状部材の接合界面に分散材が占める割合が極端に大きくなるような場合には、十分な接合強度が得られないことは容易に推測できる。分散材が小さくなれば、柱状部材を板状部材に接合できるはずである。
【００３４】
発明者が種々検討した結果、空気冷却において空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材に接合された状態を保持するのに十分な接合強度を得るためには、分散材の実効最大長さが、接合界面を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下でなければならない。
【００３５】
ここで、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合に関して説明する。
【００３６】
図２の下部はこの発明の一つの実施の形態に従ったヒートスプレッダにおいて柱状部材の接合部を示す概略的な部分断面図、図２の上部は図２の下部に示す柱状部材の接合界面を板状部材の一方表面へ投影した平面を示す平面図である。
【００３７】
図２の下部に示すように、柱状部材１２は、板状部材１１の表面上に接合されている。この実施の形態では、板状部材１１は、一例として、マトリクスとしてのアルミニウムまたはアルミニウム合金１１１と、このアルミニウムまたはアルミニウム合金の中に分散した多数の炭化ケイ素粒子１１２とからなるアルミニウム−炭化ケイ素複合材料からなる。板状部材１１と柱状部材１２との間には、アルミニウムの柱状晶からなる接合層１５が形成されている。接合層１５は、スタッド溶接によって柱状部材１２の一部が溶融した後、凝固した部分である。接合層１５は、板状部材１１との境界に接合界面１４を有する。接合界面１４のうち、接合界面部１４１はアルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４２は炭化ケイ素粒子１１２が接合界面１４内に存在する部分である。また、接合界面部１４１は、柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する部分に相当し、接合界面部１４２は、柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内に炭化ケイ素粒子１１２が存在する部分に相当する。
【００３８】
接合界面１４を板状部材１１の一方表面への投影平面に換算した領域は、ほぼ円形状の平面として、図２の上部に示されている。図２の上部には、接合界面部１４１を板状部材１１の一方表面への投影平面に換算した領域は右下がりのハッチングが施された領域として示され、接合界面部１４２を板状部材１１の一方表面への投影平面に換算した領域は黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸）として示されている。したがって、アルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する面積割合として、板状部材１１の一方表面への投影平面に換算した面積割合は、図２の上部において、右下がりのハッチングが施された領域と黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸）の合計面積（最大円の面積）に対する右下がりのハッチングが施された領域の面積の割合である。いいかえれば、アルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する面積割合は、接合界面１４全体の面積から、炭化ケイ素粒子１１２が接合界面１４内に露出して存在する接合界面部１４２の面積を差し引いた面積が接合界面１４全体の面積に占める割合、すなわち、接合界面１４全体の面積から、炭化ケイ素粒子１１２が接合界面１４内に露出して存在する接合界面部１４２の面積を差し引いた面積（接合界面部１４１の面積）を接合界面１４全体の面積で除した値（％）である。
【００３９】
本発明では、アルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する面積割合は、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合に相当するものとして評価する。ここで、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウムが存在する面積割合は、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）全体の面積から、炭化ケイ素粒子１１２が板状部材１１の一方表面（観察している領域）内に露出して存在する面積を差し引いた面積を板状部材１１の一方表面全体の面積で除した値（％）である。
【００４０】
具体的には、３％フッ酸水溶液等の適切な食刻液により、図２の下部に相当する断面の組織を見ると、スタッド溶接時に溶融した後凝固した部分が接合層１５として柱状晶の領域が認められ、この柱状晶域と板状部材１１との間の境界線として接合界面１４がわかる。アルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する面積割合は、この境界線としての接合界面１４に露出している炭化ケイ素粒子１１２の面積の総和から、接合界面１４に露出しているアルミニウム１１１の面積を求め、この面積を接合界面１４全体の面積で除することにより、算出することができる。本発明では、この面積割合は、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察対象の領域）に露出している炭化ケイ素粒子１１２の面積の総和から、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察対象の領域）に露出しているアルミニウム１１１の面積を求め、この面積を板状部材１１の一方表面（観察対象の領域）全体の面積で除することにより、算出することによって評価する。
【００４１】
なお、粒子、繊維等の形態で分散材が均一に分散している複合材料からなる板状部材では、以下の方法で測定したアルミニウムの面積割合が、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウムが存在する面積割合とほぼ一致する。
【００４２】
まず、板状部材１１を形成する複合材料を研磨し、その研磨された断面を、光学顕微鏡を用いて、たとえば、２５倍、５０倍、１００倍、２００倍、５００倍のうち、適切な倍率で観察し、視野内に少なくとも１０個以上の分散材、たとえば、炭化ケイ素粒子１１２が観察される視野を１０個選択し、その選択された１０個の撮影されたデジタル画像（たとえば、３８４０ピクセル×３０７２ピクセル）を得る。得られた各視野のデジタル画像を画像処理することにより、観察対象の視野の全面積から、分散材が占める面積を除外した残部の面積を算出して、アルミニウムが占める面積を算出する。この算出されたアルミニウムの占める面積を観察対象の視野の全面積で除することによって、各視野においてアルミニウムが存在する面積割合（％）を求める。１０個の視野で求められたアルミニウムが存在する面積割合（％）を平均することによって、その研磨された断面においてアルミニウムが存在する面積割合を求める。この最終的に求められたアルミニウムの面積割合を、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウムが存在する面積割合として評価する。
【００４３】
また、本発明では、分散材の実効最大長さ、たとえば、炭化ケイ素粒子１１２の実効最大長さは、接合界面１４を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円、すなわち、図２の上部に示す最大円の直径の１０％以下である。
【００４４】
ここで、分散材の実効最大長さは、板状部材１１の断面において、少なくとも１０個の分散材、たとえば、炭化ケイ素粒子１１２が観察される視野を１０個選択し、その選択された１０個の視野の各々にて観察される１０個以上の分散材のうち、最大長さ（１個の分散材の長さ、幅、外径等の外形寸法のうち、最大の長さのもの）が大きい順に５個の分散材を選択し、１０個の視野の各々においてその選択された５個の分散材の最大長さを測定することによって得られた５０個の最大長さの測定値の平均をいう。
【００４５】
具体的には、分散材の実効最大長さを以下の方法で算出する。まず、板状部材１１を形成する複合材料を研磨し、その研磨された断面を、光学顕微鏡を用いて、たとえば、２５倍、５０倍、１００倍、２００倍、５００倍のうち、適切な倍率で観察し、視野内に少なくとも１０個以上の分散材、たとえば、炭化ケイ素粒子１１２が観察される視野を１０個選択し、その選択された１０個の撮影されたデジタル画像（たとえば、３８４０ピクセル×３０７２ピクセル）を得る。各視野において観察される１０個以上の分散材のうち、最大長さ（１個の分散材の長さ、幅、外径等の外形寸法のうち、最大の長さのもの）が大きい順に５個の分散材を選択し、１０個の視野の各々においてその選択された５個の分散材の最大長さを測定することによって５０個の最大長さの測定値を得る。得られた５０個の最大長さの測定値を平均する。この最終的に得られた最大長さの測定値の平均値を分散材の実効最大長さとして評価する。
【００４６】
図３は、この発明の参考形態として、ヒートスプレッダにおいて柱状部材の接合界面を板状部材の一方表面へ投影した平面を示す平面図である。
【００４７】
図３に示すように、接合界面１４のうち、右下がりのハッチングが施された領域はアルミニウムが接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４２は炭化ケイ素粒子１１２が接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４３は炭素繊維が接合界面１４内に存在する部分である。接合界面１４を板状部材の一方表面への投影平面に換算した領域は、ほぼ円形状の平面として、図３に示されている。接合界面部１４２と１４３を板状部材の一方表面への投影平面に換算した領域は黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸と黒太線）として示されている。したがって、アルミニウムが接合界面１４内に存在する面積割合として、板状部材の一方表面への投影平面に換算した面積割合は、図３において、右下がりのハッチングが施された領域と黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸と黒太線）の合計面積（最大円の面積）に対する右下がりのハッチングが施された領域の面積の割合である。
【００４８】
ここで、図３に示されるＳは、接合層の外に存在し、接合界面１４に接触している炭素繊維１４３の長さを示す。この参考の実施形態では、板状部材を構成する複合材料に繊維が含まれる場合、この長さＳが、接合界面１４を板状部材の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である。
【００４９】
このように、板状部材を構成する複合材料に繊維が含まれる場合、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなる柱状部材は上記の限定された面積割合でアルミニウムが存在する一方表面で板状部材に接合され、かつ、分散材としての繊維が接合界面の大きさに対して限定された大きさ、すなわち、限定された長さＳを有することによって、空気で冷却する半導体装置用熱放散構造に本発明の半導体装置用ヒートスプレッダを組み込んでも、多数のピン形フィンが容易に破断することがないように接合されることが可能な場合がある。
【００５０】
なお、柱状部材１２の接合に際して、板状部材１１に厚みが十数μｍ以下のニッケルめっき等の金属めっきが施されていてもよい。
【００５１】
本発明のヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の材料としての複合材料は、粉末法、溶製法のいずれで製造されたものを用いてもよい。しかし、たとえば、複合材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を採用する場合、一般に、溶製法では、溶融材料と炭化ケイ素粒子との反応抑制の観点から、マトリクスを構成するアルミニウム合金の材料としてケイ素を約７質量％以上含むアルミニウム合金の溶湯を使用する。一方、粉末法では、このような制約がないため、マトリクスを構成するアルミニウムとして純度の高いものを用いることができる。高い熱伝導率の板状部材１１を構成する観点から、粉末法で製造された複合材料を用いるのが有利である。また、後述の食刻性の観点からも、粉末法で製造された複合材料を用いるのが有利である。
【００５２】
ところで、板状部材１１が粉末法によって製造された複合材料、たとえば、マトリクスとしてのアルミニウムまたはアルミニウム合金と、このアルミニウムまたはアルミニウム合金の中に分散した多数の炭化ケイ素粒子とからなるアルミニウム−炭化ケイ素複合材料からなる場合、板状部材１１の内部にボイド等を有する。スタッド溶接時に、柱状部材１２を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融する際に余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金がスパッタとして柱状部材１２の周囲等に形成されるが、この余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は毛細管浸透現象により板状部材１１内のボイドが存在する箇所へ浸透することによって、上記のスパッタの形成を低減する効果がある。このため、板状部材１１として粉末法による複合材料を用いた場合には、スパッタの形成量を低減することは、良好な外観を得ることができるだけでなく、スパッタの耐食に関する信頼性の点、すなわち、スパッタの遊離等を低減することによる耐食性の向上の点、さらにはスパッタの遊離等による短絡事故等の危険も低減することによる信頼性の向上の点からも有利である。
【００５３】
次に、本発明のヒートスプレッダの耐食性について説明する。本発明のヒートスプレッダは、腐食に対する信頼性を高めるためには、まず、板状部材１１の材料は、柱状部材１２の材料よりも電気的に貴であるのが好ましい。この場合、板状部材１１を形成するマトリクスにおけるアルミニウムの含有量は、柱状部材１２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料におけるアルミニウムの含有量よりも高いことが好ましい。
【００５４】
以下、これらの特徴について説明する。
【００５５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる柱状部材１２の材質を、マトリクスがアルミニウムまたはアルミニウム合金である板状部材１１よりも電気的に卑とすれば、腐食に対する長期信頼性を向上することができる。たとえば、自動車の排気ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物のような腐食性ガスを含む環境下においても長期信頼性を向上することができる。これは、板状部材１１を構成する複合材料において、マトリクスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金と分散材との界面が腐食または薬品による食刻されやすいためである。柱状部材１２の材質を電気的に卑とすることによって、板状部材１１を構成する複合材料の食刻されやすい性質を緩和することができる。
【００５６】
ここで電気的に卑に関して定義する。２種類のアルミニウムまたはアルミニウム合金を、狭義には使用環境下の雰囲気に接触させた際、優先的に腐食が生じる方を他方に対して卑とし、広義には、加速試験等で、適切な腐食液（例えば５％塩化ナトリウム水溶液等)を選択し、腐食液に接触させて浸漬させた際、優先的に腐食が生じる方を他方に対して卑とする。
【００５７】
柱状部材１２の材料が板状部材１１のマトリクスを形成する材料よりも電気的に卑であることの具体例としては、板状部材１１のマトリクスを形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金におけるアルミニウムの含有量（アルミニウム純度）は、柱状部材１２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金におけるアルミニウムの含有量よりも高いことが好ましい。板状部材１１のマトリクスを形成する材料がＪＩＳの合金番号（国際アルミニウム合金名）Ａ１０７０（アルミニウム純度９９．７０質量％以上）のアルミニウム合金であれば、柱状部材１２の材料には、板状部材１１のマトリクスを形成する材料より純度の低いＪＩＳの合金番号Ａ１０５０（アルミニウム純度９９．５０質量％以上）のアルミニウム合金等を使用すればよい。また、板状部材１１のマトリクスを形成する材料がＪＩＳの合金番号（国際アルミニウム合金名）Ａ５００５のアルミニウム合金であれば、柱状部材１３の材料には、板状部材１１のマトリクスを形成する材料より純度の低いＪＩＳの合金番号Ａ５０５２のアルミニウム合金等を使用すればよい。
【００５８】
さらに、柱状部材１２の一部の材質が、柱状部材１２の他の部分と板状部材１１のマトリクスを形成する材料よりも電気的に卑であるようにしてもよい。たとえば、柱状部材１２として、外径が８ｍｍ、内径が６ｍｍのＪＩＳの合金番号Ａ１０５０のアルミニウム合金からなるパイプと、外径が５ｍｍのＪＩＳの合金番号Ａ５００５のアルミニウム合金からなる丸棒を伸線ダイスを用いてパイプ嵌合して作製した複合材料を、外径が４ｍｍになるまで伸線し、その後、旋盤により加工したもの、すなわち、複合柱状部材を用いてもよい。
【００５９】
図４は、この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダを用いた半導体装置用熱放散構造を概略的に示す図である。
【００６０】
図４に示すように、システムデバイスユニット１００は、プラスチックパッケージ本体として、ガラス繊維とエポキシ樹脂とが複合された材料からなる基板５を備えている。開口部が形成された基板５の一方表面には、エポキシ樹脂接着剤４を介在させて、半導体装置（チップ）３が固着されて搭載されている。また、半導体装置３からの配線６が基板５を介して外部に延びるように配置されている。半導体装置３の反対側の表面には、はんだ層２を介在させて、この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダ１が接合されている。ヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の中央部には凹みが形成されており、この凹部に半導体装置３がはんだ層２を介在させて接合されている。なお、はんだ層の接合性を確保するために、半導体装置３を接合する側の表面で、ヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の凹部の表面にはニッケルめっきが施されている。ピン形フィンである多数の柱状部材１２が接合された側のヒートスプレッダ１の表面は、外気としての空気に曝されている。多数の柱状部材１２を有するヒートスプレッダ１は、半導体装置３における局部的な発熱を外気に伝える役目を果たす。
【００６１】
以上、説明したように、本発明によれば、プラスチックパッケージを備えたシステムデバイスに好適なヒートスプレッダを提供することができる。また、本発明のヒートスプレッダをパワーエレクトロニクス用の回路基板に用いることもできる。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
大平洋ランダム株式会社製の純度が９９．４％、平均粒径が１００μｍの炭化ケイ素粉末と、東洋アルミニウム株式会社製のＪＩＳの合金番号Ａ１０７０のアルミニウム合金粉末と、助剤とを混合し、炭化ケイ素粒子の体積含有率が、０％、１０％、２０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％の混合粉末をヒートスプレッダ１の板状部材１１の出発材料として準備した。
【００６３】
これらの混合粉末をプレスで約１００トンの圧力を加えて成形し、４０ｍｍ×４０ｍｍ×２ｍｍの大きさの圧粉体を作製した。
【００６４】
この圧粉体を窒素雰囲気中にて温度６５０℃で４時間加熱することにより焼結して、アルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を作製した。さらに、厚みが１．５ｍｍになるまでアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料の両面を平面研削機にて研削した。このようにして、図１に示すように、ヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１を作製した。
【００６５】
日本スタッドウェルディング株式会社製のスタッド溶接機、型番ＮＳＷ  ＣＤ９とＸＹステージを組合せて用いて、板状部材１１の試料の片面中央に柱状部材１２を接合した。具体的には、柱状部材１２としてＪＩＳの合金番号Ａ１０５０のアルミニウム合金製の直径２．５ｍｍ×長さ８ｍｍのピンを用いて、５ｍｍ間隔で正方形状に７列×７列に配置して、スタッド溶接によって４９本のピンを接合した。スタッド溶接の条件は、電圧５０Ｖ、加圧力４０Ｎ、初期ギャップ１．８ｍｍであった。このようにしてヒートスプレッダ１の試料を作製した。
【００６６】
作製したヒートスプレッダ１の各試料について、ヒートスプレッダ１における柱状部材１２としてのピンの接合強さと、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合との関係を調査した。
【００６７】
ピンの接合強さを評価するために、ヒートスプレッダ１の各試料において板状部材１１を固定し、ペンチで任意の２０本のピンを掴んで折り曲げ試験を実施した。このとき、ペンチに与えられた力は、最大２ｋｇｆ・ｍのトルクであった。
【００６８】
折り曲げ試験においてピンがどの程度の曲げ加工で破断するかを分類した結果、破断するパターンとしては、（Ｔｙｐｅ．１）１回以上の曲げ加工に耐えるもの、（Ｔｙｐｅ．２）１回の曲げ加工で破断するが、破断する際の最大トルクが０．３ｋｇｆ・ｍ以上であるもの、（Ｔｙｐｅ．３）１回の曲げ加工で破断するが、破断する際の最大トルクが０．３ｋｇｆ・ｍより小さいものに分けることができた。このように分類された、任意の２０本のピンについての折り曲げ試験の結果を表１にて「破断態様」として示す。
【００６９】
複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、上述した方法で測定した。その測定結果を表１にて「Ａｌの面積割合」として示す。
【００７０】
表１にその結果を示す。
【００７１】
【表１】
2009010136.tif 000003
【００７２】
表１から、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合（Ａｌの面積割合）が３０％よりも小さくなると、ピンはＴｙｐｅ．３の破断を示したため、実用強度がないとした。さらに、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合（Ａｌの面積割合）が５０％未満では、ある程度の力に耐えるが、比較的小さな曲げ力（０．３ｋｇｆ・ｍ以上）で破断した。複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合（Ａｌの面積割合）が５０％以上では、十分な接合強度を示した。Ｔｙｐｅ．２以上の接合強度、すなわち、Ｔｙｐｅ．３の破断態様が認められない程度の接合強度があれば、静的な環境下で使用されるシステムデバイスに適用することができる。さらに、Ｔｙｐｅ．２以上の接合強度があれば、強制風によって冷却される環境下で使用されるシステムデバイスに適用することができる。
【００７３】
また、表１における試料Ｎｏ．４とＮｏ．５は、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合（Ａｌの面積割合）が３０％以上であるが、分散材として炭化ケイ素粒子を用いた場合には線膨張係数が本発明の範囲外になるので参考例にした。
【００７４】
なお、表１における熱伝導率は、レーザフラッシュ法（アルバック理工株式会社製  ＴＣ−７０００）で測定した温度２３℃における値を示し、線膨張係数は、マックスサイエンス社製  ＤＴＭ５０００で測定した温度３０℃〜１２０℃の間での傾きで示す。
【００７５】
試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．３を作製する際に、スタッド溶接の条件において電圧を５０Ｖから６５Ｖに変化させたところ、ピンの溶解する範囲が大きくなり、スパッタの発生が多くなった。また、スパッタの発生が多くなると、隣接するピンを接合する際にスパッタがアーク発生の起点となるので、接合を安定して行うことができなくなった。なお、スタッド溶接の条件において電圧を３０Ｖ以下にした場合は、接合に必要な溶融エネルギーを十
分得られなかった。スタッド溶接の条件において加圧力は、溶接を安定して行うために３５〜６０Ｎの範囲内であるのが適正であった。加圧力が上記の範囲よりも低くても、高くても、スタッド溶接においてアークの発生が安定しなかった。スタッド溶接の条件において初期ギャップに関しても、同様に最適な範囲は、０．５〜５ｍｍであった。初期ギャップが低くても、高くても、スタッド溶接においてアークの発生が安定しなかった。このようにスタッド溶接の条件によって、接合状態が変化するが、良好な接合を維持するためには、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合を３０％以上、好ましくは５０％以上にする必要がある。
【００７６】
（実施例２）
実施例１のＮｏ．１の試料を作製する際に、その板状部材１１の出発材料として炭化ケイ素粒子の体積含有率の５％分だけ、それぞれ、平均粒径が６０μｍ、１２０μｍ、１８０μｍ、２２０μｍ、２４０μｍ、３６０μｍ、４００μｍ、５５０μｍの炭化ケイ素粒子に置き換えるとともに、圧粉体のときの板厚を３．２ｍｍ、最終的に得られた板状部材１１の厚みを３ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして、ヒートスプレッダ１の各試料を作製した。
【００７７】
上述した方法で、各試料で用いられた板状部材における分散材の実効最大長さ、すなわち、炭化ケイ素粒子１１２の実効最大長さを測定したところ、実効最大長さは、実施例１のＮｏ．１の試料では約１８０μｍ、平均粒径が６０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約１８０μｍ、平均粒径が１２０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約２５０μｍ、平均粒径が２２０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約２８０μｍ、平均粒径が２４０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約３５０μｍ、平均粒径が３６０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約４８０μｍ、平均粒径が４００μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約５９０μｍ、平均粒径が５５０μｍの炭化ケイ素粒子を混合した試料では約６６０μｍであった。
【００７８】
得られたヒートスプレッダ１の各試料について、ヒートスプレッダ１における柱状部材１２としてのピンの接合強さを調査した。
【００７９】
この結果、板状部材１１の出発材料として平均粒径が２２０μｍ以上の炭化ケイ素粒子を混合した試料では、Ｔｙｐｅ．３の破断態様が認められた。このような破断態様は、破断面を観察すると、実効最大長さが２５０μｍより大きい粗大な炭化ケイ素粒子が接合界面に存在する場合、特に、その炭化ケイ素粒子が完全に接合界面内に含まれず、接合層の外で露出している場合に生じることがわかった。この現象は、直径が２．５ｍｍのピンに代えて、直径が６ｍｍのピンを板状部材１１に接合した場合にも、炭化ケイ素粒子１１２の実効最大長さが６００μｍよりも大きくなると、同様に生じた。
【００８０】
このことから、Ｔｙｐｅ．３の破断態様を防ぐためには、分散材としての炭化ケイ素粒子の実効最大長さを、接合界面を板状部材の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下まで小さくしなければならないことが判明した。
【００８１】
また、実施例１のＮｏ．２の試料を作製する際に、その板状部材１１の出発材料として炭化ケイ素粒子の体積含有率の１％分だけ、三菱化学産資株式会社製の炭素繊維（商品名ダイアリード  チョップドファイバー（繊維の直径１１μｍ×長さ６ｍｍ）に置き換えた場合にも、同様に、Ｔｙｐｅ．３の破断態様が現れた。このように、粒子に比べて、アスペクト比の大きな繊維を分散材として含む複合材料を板状部材１１の材料に用いる場合、上記の分散材の実効最大長さの条件を厳密に適用するのは適切ではない場合がある。この場合、アルミニウムと未着の分散材が接合界面内に含まれず、接合層の外で露出しているときに、Ｔｙｐｅ．３の破断態様で柱状部材が引きちぎられ、あるいは引き抜かれるという現象が生じることが判明した。したがって、分散材が繊維の場合、上記の分散材の実効最大長さの条件を厳密に満足しなくても、接合層の外に存在し、接合界面に接触している繊維の長さが、接合界面を板状部材の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下という条件を満たせば、Ｔｙｐｅ．３の破断態様で柱状部材が引きちぎられ、あるいは引き抜かれるという現象が生じるのを防止することができる場合がある。
【００８２】
（実施例３）
大平洋ランダム株式会社製の純度が９９．５％、平均粒径が１００μｍの炭化ケイ素粉末を用いて、空隙率が３０％の炭化ケイ素粒子からなる骨格を形成した後、溶湯鍛造機にて３トン／ｃｍ２の圧力で、炭化ケイ素粒子の骨格中へ温度７５０℃に加熱したＪＩＳの合金番号ＡＣ３Ａの鋳造用アルミニウム合金を浸透させて、凝固させることによって、５ｍｍ×４５ｍｍ×４５ｍｍの大きさの一つのアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料をヒートスプレッダ１の板状部材１１の材料として作製した。
【００８３】
このアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を実施例１の試料に相当する寸法になるまで機械加工した。その後、実施例１と同様にしてスタッド溶接によってピンを接合した。
【００８４】
その結果、得られた試料は、実施例１のＮｏ．５の試料と比較すると、ピンの接合強度に関しては、破断態様が全てＴｙｐｅ．２であり、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋと低く、線膨張係数がほぼ同じであった。なお、ピンを接合した後のスパッタの発生量は、実施例１で採用した粉末法によって作製したアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を板状部材１１に用いた場合に比べて、多くなっていた。これらの現象は、粉末法による板状部材１１を用いた試料では、板状部材１１の内部に空隙が存在するため、スタッド溶接時に、接合される柱状部材１２としてのピンを形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融し、余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が毛細管浸透により板状部材１１の内部に吸収されることによって、接合強度が向上するものと推定される。
【００８５】
（実施例４）
温度６５０℃で溶解したＪＩＳのＡＣ４Ｃの鋳造用アルミニウム合金に、真空雰囲気下で、大平洋ランダム株式会社製の純度が９９．５％、平均粒径が６０μｍの炭化ケイ素粉末を、その体積割合が２０％になるように加え、撹拌複合した。複合後、雰囲気を大気に戻し、凝固させることによって、１０ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの大きさの鋳物を得た。
【００８６】
１回あたりの加工率を約２０％として、この鋳物を、その厚みが１．５ｍｍになるまで、温度４５０℃で熱間圧延加工した後、打ち抜き加工することにより、１．５ｍｍ×４０ｍｍ×４０ｍｍの大きさの一つのアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料をヒートスプレッダ１の板状部材１１の材料として作製した。
【００８７】
その後、実施例１と同様にしてスタッド溶接によってピンを接合した。
【００８８】
その結果、得られた試料は、実施例１のＮｏ．１の試料と比較すると、ピンの接合強度に関しては、破断態様がＴｙｐｅ．２の比率が増加し、熱伝導率が１２Ｗ／ｍ・Ｋと低く、線膨張係数がほぼ同じであった。なお、ピンを接合した後のスパッタの発生量は、実施例１で採用した粉末法によって作製したアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料を板状部材１１に用いた場合に比べて、多くなっていた。これらの現象は、粉末法による板状部材１１を用いた試料では、板状部材１１の内部に空隙が存在するため、スタッド溶接時に、接合される柱状部材１２としてのピンを形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融し、余剰の溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金が毛細管浸透により板状部材１１の内部に吸収されることによって、接合強度が向上するものと推定される。
【００８９】
（実施例５）
実施例１にて作製されたヒートスプレッダ１の試料Ｎｏ．１〜７において、柱状部材１２としてのピンが接合されたアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料からなる板状部材１１の表面と反対側の表面の中央部に、エッチング法によって、深さ０．７５ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍの凹みを形成した後、全面に約８μｍの厚みでニッケルめっきを施した。
【００９０】
一方、図４に示すように、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの大きさのガラス繊維とエポキシ樹脂とが複合された材料からなる基板５上に、２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍの大きさで６０Ｗの熱量で熱を発生させる半導体装置（チップ）３を、エポキシ樹脂接着剤４で接合した。基板５の上に搭載された半導体装置３を、上記で加工されたヒートスプレッダ１の各試料の凹部に、はんだ層２を介在させて接合した。このとき用いたはんだ材料は、錫（Ｓｎ）‐銀（Ａｇ）３質量−銅（Ｃｕ）０．５質量％（融点２００℃）であった。このようにして、図４に示されるようなシステムデバイスユニット１００の各試料を作製した。
【００９１】
作製されたシステムデバイスユニット１００の各試料を図５に示すように配置して、雰囲気温度２３℃、風速３ｍｍ／ｍｉｎの強制風の環境下で負荷試験を実施した。図５において、システムデバイスユニット１００は、断熱材２００を介在させて風洞３００の内壁面の上に配置した。風洞３００の内部でファン４００を回転させることにより、システムデバイスユニット１００に対して矢印Ｆで示す方向に強制風を吹き付けた。システムデバイスユニット１００は配線６を通じて制御回路に接続されている。
【００９２】
上記で作製された本発明のシステムデバイスユニット１００に対して比較するために、従来のヒートシンクを用いて作製された参考例としてのシステムデバイスユニット５００を図６に示すように作製した。まず、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１．５ｍｍの大きさの純銅板８に深さ０．７５ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍの凹みを形成した後、全面に約８μｍの厚みでニッケルめっきを施した。
【００９３】
一方、図６に示すように、４０ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍの大きさのガラス繊維とエポキシ樹脂とが複合された材料からなる基板５上に、２５ｍｍ×２５ｍｍ×０．５ｍｍの大きさで６０Ｗの熱量で熱を発生させる半導体装置（チップ）３を、エポキシ樹脂接着剤４で接合した。基板５の上に搭載された半導体装置３を、上記で加工された純銅板８の凹に、はんだ層２を介在させて接合した。このとき用いたはんだ材料は、錫（Ｓｎ）‐銀（Ａｇ）３質量−銅（Ｃｕ）０．５質量％（融点２００℃）であった。この接合された純銅板８の反対側の表面に、さらに、実施例１で作製されたヒートスプレッダ１の試料と同等の形状に切削加工によって加工された従来のヒートシンク１０（材質：ＪＩＳの合金番号Ａ１０５０のアルミニウム合金）を、住友スリーエム株式会社製の熱伝導性接着剤７（商品名：スコッチウェルドＥＷ２０７０（熱伝導率：１．６Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いて、その厚みが０．１μｍ以下となるようにして接着した。このようにして、従来のヒートシンクを用いて作製された参考例としての図６に示されるようなシステムデバイスユニット５００を作製した。
【００９４】
作製されたシステムデバイスユニット５００も上記と同様に図５に示すように配置して負荷試験を実施した。
【００９５】
負荷試験では、図６に示される参考例のシステムデバイスユニット５００を基準とし、半導体装置３への通電時間を増して、負荷を高めていき、参考例のシステムデバイスユニット５００が熱暴走した際のシステムデバイスユニット１００の各試料（実施例１にて作製されたヒートスプレッダ１の試料Ｎ０．１〜７を用いたもの）の動作状況を判別した。
【００９６】
また、熱伝導率の影響を明らかにするために、実施例１の試料Ｎｏ．１のヒートスプレッダにおいて、板状部材の材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料のマトリクスに、それぞれ、マグネシウムを４質量％、８質量％添加したものを用いて作製したヒートスプレッダの試料Ｎｏ．１ａ、Ｎｏ．１ｂを適用したシステムデバイスユニット１００についても負荷試験を行って評価した。
【００９７】
さらに、実施例１の試料Ｎｏ．４、Ｎｏ．５のヒートスプレッダの試料に代えて、最外層にＮｏ．４、Ｎｏ．５の試料と同じアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料からなる２枚の板状部材を用いて、これらの板状部材の間に、ＪＩＳの合金番号Ａ１０５０のアルミニウム合金からなる板を挟んでサンドイッチ構造にして試料Ｎｏ．４ａとＮｏ．５ａのヒートスプレッダを作製した。この試料Ｎｏ．４ａとＮｏ．５ａのヒートスプレッダを適用して、上記と同様にしてシステムデバイスユニット１００を作製して負荷試験を行った。
【００９８】
以上の負荷試験の結果を表２に示す。表２の「デバイス試験」の欄において、○は正常に動作したことを示し、×はデバイスが熱暴走または破損したことを示す。なお、複数のピンが接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、上述した方法で測定した。その測定結果も表２にて「Ａｌの面積割合」として示す。
【００９９】
【表２】
2009010136.tif 000004
【０１００】
表２の試料Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７においては、板状部材１１の線膨張係数が１２×１０−６〜１６×１０−６／Ｋの範囲内ではないので、負荷試験にて熱膨張差によってデバイスに破損を生じた。
【０１０１】
これに対して、表２に示すように、試料Ｎｏ．４ａとＮｏ．５ａのヒートスプレッダでは線膨張係数を１２×１０−６〜１６×１０−６／Ｋの範囲内にすることができるので、デバイスに破損を生じることがなく、正常に動作した。
【０１０２】
また、板状部材の材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料のマトリクスにマグネシウムを８質量％添加したものを用いて作製した、線膨張係数が１２×１０−６〜１６×１０−６／Ｋの範囲内である試料Ｎｏ．１ｂのヒートスプレッダを適用したシステムデバイスユニットでは、ヒートスプレッダの熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満になるので、デバイスが熱暴走した。一方、板状部材の材料としてアルミニウム‐炭化ケイ素複合材料のマトリクスにマグネシウムを４質量％添加したものを用いて作製した、線膨張係数が１２×１０−６〜１６×１０−６／Ｋの範囲内である試料Ｎｏ．１ａのヒートスプレッダを適用したシステムデバイスユニットでは、ヒートスプレッダの熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を示し、デバイスは正常に動作した。
【０１０３】
なお、上記のシステムデバイスユニットにおいて、表１の試料Ｎｏ．８のヒートスプレッダを適用したシステムデバイスユニットでは、図５に示す負荷試験において風速を１０ｍ／ｍｉｎとし、電気的には無負荷で４０００時間経過させた後に、ピンの接合強度を調査したところ、負荷試験前のヒートスプレッダにてＴｙｐｅ．３の破断態様を含む破断を生じたので、ピンの脱落が認められた。
【０１０４】
（実施例６）
ヒートスプレッダ１における柱状部材１２としてのピンの形状による影響に関して調査した。
【０１０５】
実施例１と同様の方法で試料を作製する際に、ピンの長さ以外の構成を試料Ｎｏ．２と同じにし、ピンの長さの影響に関しては、直径２．５ｍｍのピンの長さを、１．５ｍｍ、２．５ｍｍ、５ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ、１２．５ｍｍと変化させたものを作製した。
【０１０６】
一方、ピンの直径の影響に関しては、実施例１と同様の方法で試料を作製する際に、ピンの構成以外の構成を試料Ｎｏ．２と同じにし、ピンの間隔を、直径３ｍｍのピンを使用したときのピン間の近接間隔である３ｍｍを維持するようにして、直径１．６ｍｍ×長さ６．４ｍｍ、直径２ｍｍ×長さ８ｍｍ、直径５ｍｍ×長さ２４ｍｍ、直径８ｍｍ×長さ３２ｍｍ、直径１０ｍｍ×長さ４０ｍｍの各ピンを正方形状に配列して形成した試料を作製した。
【０１０７】
基本的に実施例５と同じように図４と図５に示すようにシステムデバイスユニット１の試験装置にて負荷試験を実施した。半導体装置(チップ)３上に熱電対を設置し、図６に示す参考例のシステムデバイスユニット５００にて負荷を与えた場合の半導体装置３の温度と、上記の各試料のヒートスプレッダ１を採用したシステムデバイスユニット１００にて同様の負荷を与えた場合の半導体装置３の温度を比較することによって評価した。
【０１０８】
ピンの長さに関しては、システムデバイスユニット１００にてヒートスプレッダ１のピンの長さを長くすると半導体装置３の温度の低下が認められた。しかし、さらに、ピンの長さをピンの直径の４倍よりも長くしても、ピンの長さがピンの直径の４倍のときの半導体装置３の温度と差異がなかった。参考例のシステムデバイスユニット５００における半導体装置３の温度と、システムデバイスユニット１００にてヒートスプレッダ１のピンの長さがピンの直径の４倍のときの半導体装置３の温度の中間に相当する半導体装置３の温度は、ピンの長さがピンの直径に相当する際に得られた。
【０１０９】
ピンの直径に関しては、総じて、その直径が小さい方が、参考例のシステムデバイスユニット５００における半導体装置３の温度よりも低下した。そして、直径が１０ｍｍのピンが接合されたヒートスプレッダ１の試料を適用したシステムデバイスユニット１００では、参考例のシステムデバイスユニット５００よりも半導体装置３の温度が低下しなかった。一方、直径が１．６ｍｍのピンが接合されたヒートスプレッダ１の試料を適用したシステムデバイスユニット１００では、負荷試験後、ピンが欠落した。これは、振動疲労によりピンが脱落したものと考えられる。なお、このような現象は、直径が２ｍｍのピンが接合されたヒートスプレッダ１の試料を適用したシステムデバイスユニット１００の負荷試験では生じなかった。
【０１１０】
（実施例７）
実施例１の試料Ｎｏ．１のヒートスプレッダ１における柱状部材１２としてのピンの材質と、板状部材１１を形成するマトリクスの材質を変えて、食刻性を調査した。ピンとマトリクスの材質として準備した材料は、ＪＩＳの合金番号Ａ１０７０（アルミニウム純度９９．７０質量％以上）、Ａ１０５０（アルミニウム純度９９．５０質量％以上）、Ａ１１００（アルミニウム純度９９．００質量％以上）、Ａ３００４である。食刻性を調査するために用いた腐食液は、５％ＮａＣｌ水溶液（温度２０℃）である。
【０１１１】
事前に行った腐食液へのアルミニウム板の接触浸漬調査の結果によれば、上記のアルミニウム合金は、Ａ３００４、Ａ１１００、Ａ１０５０、Ａ１０７０の順に電気的に卑であった。
【０１１２】
ヒートスプレッダ１の食刻性の調査の結果、ピンの材質をマトリクスの材質よりも卑とすることによって、板状部材１１においてアルミニウムまたはアルミニウム合金と炭化ケイ素粒子との界面における腐食の発生を緩和することができることが判明した。
【０１１３】
また、ピンの材質をマトリクスの材質よりも卑とすることによって、ヒートスプレッダ１の板状部材１１の表面にニッケルめっきを施す前に、前処理として、２０％水酸化ナトリウム水溶液を用いて温度４０℃で１分間のアルカリ洗浄と、１０％硝酸水溶液を用いて温度２０℃で１分間の酸洗浄を行う際に、アルミニウムまたはアルミニウム合金と炭化ケイ素粒子との界面の食刻による板状部材１１の粗面化を抑制することができ、高品位なめっきが可能であった。
【０１１４】
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダの概略的な断面を示す図である。
【図２】この発明の一つの実施の形態に従ったヒートスプレッダにおいて柱状部材の接合部を示す概略的な部分断面図（下図）、下部に示す柱状部材の接合界面を板状部材の一方表面へ投影した平面を示す平面図（上図）である。
【図３】この発明の参考形態として、ヒートスプレッダにおいて柱状部材の接合界面を板状部材の一方表面へ投影した平面を示す平面図である。
【図４】この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダを用いた半導体装置用熱放散構造を概略的に示す図である。
【図５】ヒートスプレッダを用いた半導体装置用熱放散構造の負荷試験を実施するための概略的な構成を示す図である。
【図６】従来のヒートシンクを用いた半導体装置用熱放散構造を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１：ヒートスプレッダ、１１：板状部材、１２：柱状部材、１１１：アルミニウム、１１２：炭化ケイ素粒子。
【図１】
2009010136.tif 000005
【図２】
2009010136.tif 000006
【図３】
2009010136.tif 000007
【図４】
2009010136.tif 000008
【図５】
2009010136.tif 000009
【図６】
2009010136.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月24日(2008.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１に示すように、半導体装置用ヒートスプレッダ１は、一方表面と、この一方表面と反対側の他方表面とを有する板状部材１１と、この板状部材１１の少なくとも一方表面の上に接合された、たとえば、多数本のピン形フィンである、複数の柱状部材１２と、板状部材１１と柱状部材１２との間に形成された接合層とを備える。板状部材１１の線膨張係数が１２×１０−６／Ｋ以上１６×１０−６／Ｋ以下、板状部材１１の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。板状部材１１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるマトリクスと、このマトリクス中に分散した、粒子、繊維等の分散材とを含む複合材料からなる。複合材料としては、たとえば、アルミニウム‐炭化ケイ素粒子複合材料、アルミニウム‐アルミナ粒子複合材料、アルミニウム‐炭素繊維複合材料等が挙げられる。柱状部材１２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料からなる。接合層は、板状部材１１との境界に接合界面を有する。複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は、３０％以上である。分散材の実効最大長さが、接合界面を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下である。アルミニウムの面積割合と分散材の実効最大長さについては後述する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
板状部材１１の熱伝導率については、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上は最低限必要で、これ以下の熱伝導特性では、プラスチックパッケージ本体に接触するヒートスプレッダ１の材料として採用することが難しい。板状部材１１の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに望ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
その結果、本発明のヒートスプレッダ１において、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合が３０％以上となる条件であれば、空気冷却において空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材１２が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材１１の一方表面に接合された状態を保持することが判明した。複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウムが存在する面積割合は５０％以上であるのが好ましい。この面積割合が５０％以上であれば、送風ファン等を用いて強制的に風によってヒートスプレッダ１が空気冷却される場合において、空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材１２が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材１１の一方表面に接合された状態を保持することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、本発明のヒートスプレッダ１において、板状部材１１の材料として、炭化ケイ素粒子、炭素繊維等の粒子や繊維の形態の分散材を含む複合材料を用いる場合、その分散材の大きさに留意する必要がある。極端な例を挙げれば、分散材が大きく、柱状部材１２の接合界面に分散材が占める割合が極端に大きくなるような場合には、十分な接合強度が得られないことは容易に推測できる。分散材が小さくなれば、柱状部材１２を板状部材１１に接合できるはずである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
発明者が種々検討した結果、空気冷却において空気によって横方向から力が加えられても、柱状部材１２が引きちぎられず、あるいは引き抜かれずに、変形するだけで、板状部材１１に接合された状態を保持するのに十分な接合強度を得るためには、分散材の実効最大長さが、接合界面を板状部材１１の一方表面に投影したときに得られる投影平面の面積に対して等価な円の直径の１０％以下でなければならない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
図２の下部に示すように、柱状部材１２は、板状部材１１の表面上に接合されている。この実施の形態では、板状部材１１は、一例として、マトリクスとしてのアルミニウムまたはアルミニウム合金１１１と、このアルミニウムまたはアルミニウム合金１１１（以下、アルミニウム１１１と称する）の中に分散した多数の炭化ケイ素粒子１１２とからなるアルミニウム−炭化ケイ素複合材料からなる。板状部材１１と柱状部材１２との間には、アルミニウムの柱状晶からなる接合層１５が形成されている。接合層１５は、スタッド溶接によって柱状部材１２の一部が溶融した後、凝固した部分である。接合層１５は、板状部材１１との境界に接合界面１４を有する。接合界面１４のうち、接合界面部１４１はアルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４２は炭化ケイ素粒子１１２が接合界面１４内に存在する部分である。また、接合界面部１４１は、柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウム１１１が存在する部分に相当し、接合界面部１４２は、柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内に炭化ケイ素粒子１１２が存在する部分に相当する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
本発明では、アルミニウム１１１が接合界面１４内に存在する面積割合は、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面内にアルミニウム１１１が存在する面積割合に相当するものとして評価する。ここで、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウム１１１が存在する面積割合は、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）全体の面積から、炭化ケイ素粒子１１２が板状部材１１の一方表面（観察している領域）内に露出して存在する面積を差し引いた面積を板状部材１１の一方表面全体の面積で除した値（％）である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
なお、粒子、繊維等の形態で分散材が均一に分散している複合材料からなる板状部材１１では、以下の方法で測定したアルミニウム１１１の面積割合が、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウム１１１が存在する面積割合とほぼ一致する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
まず、板状部材１１を形成する複合材料を研磨し、その研磨された断面を、光学顕微鏡を用いて、たとえば、２５倍、５０倍、１００倍、２００倍、５００倍のうち、適切な倍率で観察し、視野内に少なくとも１０個以上の分散材、たとえば、炭化ケイ素粒子１１２が観察される視野を１０個選択し、その選択された１０個の撮影されたデジタル画像（たとえば、３８４０ピクセル×３０７２ピクセル）を得る。得られた各視野のデジタル画像を画像処理することにより、観察対象の視野の全面積から、分散材が占める面積を除外した残部の面積を算出して、アルミニウム１１１が占める面積を算出する。この算出されたアルミニウム１１１の占める面積を観察対象の視野の全面積で除することによって、各視野においてアルミニウム１１１が存在する面積割合（％）を求める。１０個の視野で求められたアルミニウム１１１が存在する面積割合（％）を平均することによって、その研磨された断面においてアルミニウム１１１が存在する面積割合を求める。この最終的に求められたアルミニウム１１１の面積割合を、複数の柱状部材１２が接合される板状部材１１の一方表面（観察している領域）内にアルミニウム１１１が存在する面積割合として評価する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
図３に示すように、接合界面１４のうち、右下がりのハッチングが施された領域はアルミニウムが接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４２は炭化ケイ素粒子１１２（図２）が接合界面１４内に存在する部分であり、接合界面部１４３は炭素繊維が接合界面１４内に存在する部分である。接合界面１４を板状部材の一方表面への投影平面に換算した領域は、ほぼ円形状の平面として、図３に示されている。接合界面部１４２と１４３を板状部材の一方表面への投影平面に換算した領域は黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸と黒太線）として示されている。したがって、アルミニウムが接合界面１４内に存在する面積割合として、板状部材の一方表面への投影平面に換算した面積割合は、図３において、右下がりのハッチングが施された領域と黒で塗りつぶした領域（複数の黒丸と黒太線）の合計面積（最大円の面積）に対する右下がりのハッチングが施された領域の面積の割合である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
次に、本発明のヒートスプレッダの耐食性について説明する。本発明のヒートスプレッダ１は、腐食に対する信頼性を高めるためには、まず、板状部材１１の材料は、柱状部材１２の材料よりも電気的に貴であるのが好ましい。この場合、板状部材１１を形成するマトリクスにおけるアルミニウムの含有量は、柱状部材１２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む材料におけるアルミニウムの含有量よりも高いことが好ましい。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる柱状部材１２の材質を、マトリクスがアルミニウムまたはアルミニウム合金である板状部材１１よりも電気的に卑とすれば、腐食に対する長期信頼性を向上することができる。たとえば、自動車の排気ガスに含まれる硫黄酸化物や窒素酸化物のような腐食性ガスを含む環境下においても長期信頼性を向上することができる。これは、板状部材１１を構成する複合材料において、マトリクスであるアルミニウムまたはアルミニウム合金と分散材との界面が腐食または薬品により食刻されやすいためである。柱状部材１２の材質を電気的に卑とすることによって、板状部材１１を構成する複合材料の食刻されやすい性質を緩和することができる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
柱状部材１２の材料が板状部材１１のマトリクスを形成する材料よりも電気的に卑であることの具体例としては、板状部材１１のマトリクスを形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金におけるアルミニウムの含有量（アルミニウム純度）は、柱状部材１２を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合金におけるアルミニウムの含有量よりも高いことが好ましい。板状部材１１のマトリクスを形成する材料がＪＩＳの合金番号（国際アルミニウム合金名）Ａ１０７０（アルミニウム純度９９．７０質量％以上）のアルミニウム合金であれば、柱状部材１２の材料には、板状部材１１のマトリクスを形成する材料より純度の低いＪＩＳの合金番号Ａ１０５０（アルミニウム純度９９．５０質量％以上）のアルミニウム合金等を使用すればよい。また、板状部材１１のマトリクスを形成する材料がＪＩＳの合金番号（国際アルミニウム合金名）Ａ５００５のアルミニウム合金であれば、柱状部材１２の材料には、板状部材１１のマトリクスを形成する材料より純度の低いＪＩＳの合金番号Ａ５０５２のアルミニウム合金等を使用すればよい。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図４に示すように、システムデバイスユニット１００は、プラスチックパッケージ本体として、ガラス繊維とエポキシ樹脂とが複合された材料からなる基板５を備えている。開口部が形成された基板５の一方表面には、エポキシ樹脂接着剤４を介在させて、半導体装置（チップ）３が固着されて搭載されている。また、半導体装置３からの配線６が基板５を介して外部に延びるように配置されている。半導体装置３の反対側の表面には、はんだ層２を介在させて、この発明の一つの実施の形態としてのヒートスプレッダ１が接合されている。ヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の中央部には凹みが形成されており、この凹部に半導体装置３がはんだ層２を介在させて接合されている。なお、はんだ層２の接合性を確保するために、半導体装置３を接合する側の表面で、ヒートスプレッダ１を構成する板状部材１１の凹部の表面にはニッケルめっきが施されている。ピン形フィンである多数の柱状部材１２が接合された側のヒートスプレッダ１の表面は、外気としての空気に曝されている。多数の柱状部材１２を有するヒートスプレッダ１は、半導体装置３における局部的な発熱を外気に伝える役目を果たす。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０７】
基本的に実施例５と同じように図４と図５に示すようにシステムデバイスユニット１００の試験装置にて負荷試験を実施した。半導体装置(チップ)３上に熱電対を設置し、図６に示す参考例のシステムデバイスユニット５００にて負荷を与えた場合の半導体装置３の温度と、上記の各試料のヒートスプレッダ１を採用したシステムデバイスユニット１００にて同様の負荷を与えた場合の半導体装置３の温度を比較することによって評価した。