(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置と、
前記半導体装置が取り付けられた取付面を有し且つ該取付面の反対側へ延びるフィンが形成されたヒートシンクとを備え、
前記ヒートシンクは、Ｘｖｏｌ％の銅（Ｃｕ）と（１００−Ｘ）ｖｏｌ％の第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）とが配合された複合材からなり、
前記ヒートシンクにおける前記第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の含有率：（１００−Ｘ）ｖｏｌ％は、前記取付面から前記フィンの先端に向けて段階的に減少していることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
半導体装置と、
前記半導体装置が取り付けられた取付面を有し且つ該取付面の反対側へ延びるフィンが形成されたヒートシンクとを備え、
前記ヒートシンクは、Ｘｖｏｌ％の銅（Ｃｕ）と（１００−Ｘ）ｖｏｌ％の第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）とが配合された複合材からなり、
前記ヒートシンクにおける前記第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の含有率：（１００−Ｘ）ｖｏｌ％は、前記取付面から前記フィンの先端に向けて段階的に増加していることを特徴とする電子装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクの前記取付面側は銅（Ｃｕ）で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記ヒートシンクに形成された前記フィンの幅が０．５〜１．２ｍｍの範囲にあり、又は該フィンの高さ／該フィンの該幅の比率が５以上であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンクを備えた電子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子は高集積化、高速化が図られており発熱量が増加する傾向にある。この熱が半導体素子に蓄積されると、半導体素子が誤動作するという問題があった。そこで、従来より半導体素子から発生する熱を外部に逃がすためにヒートシンクなどの放熱体を用いていた。
【０００３】
材質としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ等があり、用途により使用される材質は異なってくる。低コストや加工性の面から選択すると一般的にＣｕ、Ａｌなどが考えられるが、高放熱性も兼ね備えている材質となるとＣｕが多く使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
材質にＣｕを用いるとヒートシンクと搭載部材（半導体素子や封止樹脂、基板など）との線膨張係数の差が問題となる。
【０００５】
すなわち、線膨張係数を比較すると、半導体素子の材質であるシリコンやガリウム砒素は２．６×１０−６／℃、５．７×１０−６／℃、樹脂封止型半導体装置に用いられる封止樹脂は、１０〜２５×１０−６／℃、セラミック基板等の材料であるアルミナが７×１０−６／℃であるのに対して、ヒートシンクの材料である銅が１７×１０−６／℃であり、半導体素子の発熱によりこの線膨張係数の差に起因する半導体素子や樹脂封止型半導体装置などとヒートシンクとの接合部にひずみが発生し、その結果クラックや剥離などが起こる。従って、Ｃｕよりも線膨張係数の小さな材質を使用することが望まれていた。
【０００６】
また、Ｃｕをヒートシンクに用いた場合の加工限界は、フィンの厚さをａ、高さをｂとしたときにａは１．２ｍｍ、アスペクト比ｂ／ａは３〜５と言われており、今後の半導体素子の高集積化や高速化を考えた場合、そのアスペクト比では十分な放熱性を確保することは難しく、 高アスペクト比のヒートシンクを加工する方法を検討する必要があった。
【０００７】
特開平５−７４９９２号公報には、Ａｌに珪素を含有させて珪素の含有率を放熱部から搭載部へ段階的に増加させたＡｌ合金を用いることでヒートシンクの加工性を向上させる技術が開示される。
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術では、Ａｌの熱伝導率が２４０Ｗ／ｍＫなので砒素を含有することによって熱伝導率が低下し、十分な放熱性を確保することが難しい。
【０００９】
本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決することにあり、低線膨張係数で高放熱性を兼ね備えた加工性の良いヒートシンクを備えた電子装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
我々は、銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材について研究・開発を進めてきた。その代表的な配合比における線膨張係数と熱伝導率を表１に示す。
【００１１】
【表１】
0003861543.tif 000002
【００１２】
表からも分かるように、銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材は、Ｃｕに比べて線膨張係数を低く、かつ図３に示す形状のヒートシンクを形成できるほど加工性を改善できるものである。なお、図３においては、フィン７の幅は１ｍｍであり、ピッチは２ｍｍ、フィン高さは２５ｍｍのものであり、従来のヒートシンクの加工限界を超えたアスペクト比を改善したものである。ヒートシンクに使用した組成は、銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材から２種類の組成を用いた。
【００１３】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものであり、銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材を用いることで、低線膨張係数で高放熱性を兼ね備えた加工性の良いヒートシンクを実現するものである。
【００１４】
すなわち、本発明は、上記目的を達成するために、半導体装置と、該半導体装置に取り付けられたヒートシンクとを備え、該ヒートシンクの材質が銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材からなるものである。
【００１５】
また、前記ヒートシンクは、半導体装置との取付面側からフィン先端に向かって銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の配合比を段階的に変えて第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の含有率を高くなるように構成されているものである。
【００１６】
また、前記ヒートシンクは、半導体装置との取付面側からフィン先端に向かって銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の配合比を段階的に変えて第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の含有率を低くなるように構成されているものである。
【００１７】
また、前記ヒートシンクは、半導体装置との取付面側が銅（Ｃｕ）、フィン側が銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材で構成され、該フィンは銅（Ｃｕ）と第一酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）の複合材で構成されているものである。
【００１８】
また、前記ヒートシンクの有するフィン幅が０．５〜１．２ｍｍ、あるいはフィン高さ／フィン幅の比率が５以上であるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例に係るヒートシンクを半導体装置に設置した時の断面図である。
【００２０】
図において、封止樹脂１の中には半導体素子２が内蔵され、半導体素子２は、バンプ３を介してリード４と電気的に接続されている。また、半導体素子２の裏面には熱を放熱させるためのヒートシンク５が接着剤(図示せず)を介して搭載されており、ヒートシンク５は搭載部材(半導体素子や封止樹脂等)と接続される搭載部６と熱を放散させるフィン７から構成されている。
【００２１】
表２は、第１の実施例に係るヒートシンクの組成とその物性値を示す。
【００２２】
【表２】
0003861543.tif 000003
【００２３】
ヒートシンク５をＡ、Ｂ、Ｃ部とした時に搭載部６側からＣｕ２Ｏの含有量を段階的に減少した配合比で構成されている。Ａ部の材質は、半導体素子の熱膨張係数に近い値になるような配合比にした。これにより温度変化による接続部に生じるひずみが低減でき剥離やクラックが低減できる。Ｃ部の材質は、熱伝導率が大きくするためにＣｕ２Ｏの含有量を少なくした。Ｂ部は、Ａ、Ｃ部のＣｕ２Ｏの含有量の中間になるように設定した。
【００２４】
本実施例によれば、半導体素子２とヒートシンク５の搭載部６との線膨張係数の差が小さいので接続部に生じるひずみが低減でき、剥離やクラックが低減できる効果がある。また、搭載部６からフィン７に向かってＣｕ２Ｏの含有量を段階的に変えていくことでヒートシンクの製造段階で発生するクラックを防止することができる効果がある。さらに、Ｃ部のヴィッカース硬度が３００以下であることからフィンの機械加工性を向上できる効果がある。
【００２５】
表３は、本発明の第２の実施例に係るヒートシンクの組成とその物性値を示す。
【００２６】
【表３】
0003861543.tif 000004
【００２７】
ヒートシンク５をＡ、Ｂ、Ｃ部とした時に搭載部６側からＣｕ２Ｏの含有量を段階的に減少させる配合比で構成されている。Ａ部の材質は、半導体素子の熱膨張係数に近い値になるような配合比にした。これにより温度変化による接続部に生じるひずみが低減でき剥離やクラックが低減できる。Ｃ部の材質は、熱伝導率が大きくするためにＣｕだけにした。Ｂ部は、Ａ、Ｃ部のＣｕ２Ｏの含有量の中間になるように設定した。
【００２８】
本実施例によれば、半導体素子２とヒートシンク５の搭載部６との線膨張係数の差が小さいので接続部に生じるひずみが低減でき、剥離やクラックが低減できる効果がある。また、搭載部６からフィン７に向かってＣｕ２Ｏの含有量を段階的に変えていくことでヒートシンクの製造段階で発生するクラックを防止することができる効果がある。さらに、第１の実施例に比べてヒートシンク５のＣ部にＣｕを用いているので熱伝導率が高くなる。よって同等の放熱性を確保するのにフィン７の数を削減でき加工コストを下げる効果がある。
【００２９】
図２に本発明の第３の実施例に係るヒートシンクを半導体装置に設置した時の断面図である。封止樹脂１の中には半導体素子２が内蔵され、半導体素子２は、ワイヤ８を介してリード４と電気的に接続され、半導体素子２とリード４の間には固定と絶縁のためにテープ９が設置されている。また、封止樹脂１の上面には熱を放熱させるためのヒートシンク５が接着剤(図示せず)を介して搭載されており、搭載部材(半導体素子や封止樹脂等)と接続される搭載部６と熱を放散させるフィン７から構成されている。
【００３０】
表４は、第３の実施例に係るヒートシンクの組成とその物性値を示す。
【００３１】
【表４】
0003861543.tif 000005
【００３２】
ヒートシンク５をＡ、Ｂ、Ｃ部とした時に搭載部６側からＣｕ２Ｏの含有量を段階的に増加させる配合比で構成されている。Ａ部の材質は、熱伝導性が良い値になるようにＣｕだけで構成した。これにより半導体素子２で発生した熱をフィン７に効率よく伝えることができる。Ｃ部の材質は、加工性を向上させるためにＣｕ２Ｏの含有量を多くした。Ｂ部は、Ａ、Ｃ部のＣｕ２Ｏの含有量の中間になるように設定した。
【００３３】
本実施例によれば、ヒートシンク５のＡ部がＣｕなので半導体素子２で発生した熱をフィン７に効率よく伝えることができ高放熱性を得ることができる効果がある。また、封止樹脂１とヒートシンク５の搭載部６との線膨張係数の差が小さいので接続部に生じるひずみが低減でき、剥離やクラックが低減できる効果がある。さらに、搭載部６からフィン７に向かってＣｕ２Ｏの含有量を段階的に変えていくことでヒートシンクの製造段階で発生するクラックを防止することができる効果がある。
【００３４】
本発明では、３つの実施例で説明したが、搭載する材質、発熱量、対策する項目によりＣｕ２Ｏの含有量を変えたり、フィン形状を変えて最適化を図るのは言うまでもない。また、ヒートシンクを搭載する半導体装置は、図示したものに限らず、ＢＧＡやＣＳＰやその他一般的な構造のもでも良いことは言うまでもない。
【００３５】
以上のように、搭載部材（半導体素子や封止樹脂）とヒートシンクの搭載部との線膨張係数の差を小さくすることで接続部に生じるひずみが低減でき、剥離やクラックが低減できる効果がある。また、搭載部からフィンに向かってＣｕ２Ｏの含有量を段階的に変えていくことで線膨張係数の差を小さくすることでヒートシンクの製造段階で発生するクラックを防止することができる効果がある。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、低線膨張係数で高放熱性を兼ね備えた加工性の良いヒートシンクを備えた電子装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のヒートシンクを半導体装置に設置したときの断面図。
【図２】本発明の実施例３のヒートシンクを半導体装置に設置したときの断面図
【図３】加工性の検討に用いたヒートシンクの形状
【符号の説明】
１  封止樹脂
２  半導体素子
５  ヒートシンク
６  搭載部
７  フィン
【図１】
0003861543.tif 000006
【図２】
0003861543.tif 000007
【図３】
0003861543.tif 000008