JP2003013168A - 高熱伝導性材料及びその製造方法 - Google Patents
高熱伝導性材料及びその製造方法Info
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Abstract
くすることのできる高熱伝導性材料を提供し、その製造
方法をも提供すること。 【解決手段】 強化材である炭化タングステンを20〜
70体積%含み、残部が銅からなり、かつ160W/m
K以上の熱伝導率を有し、10×10-6/℃以下の熱膨
張係数を有することとした高熱伝導性材料。炭化タング
ステン粉末で20〜70体積%の粉末充填率を有するプ
リフォームを形成し、そのプリフォームに溶融した銅を
不活性ガス雰囲気中で非加圧で浸透させることにより作
製することとした前記高熱伝導性材料の製造方法。
Description
びその製造方法に関し、特にICパッケージや多層配線
基板などに供するヒートシンク材等の放熱体に用いられ
る高熱伝導性材料及びその製造方法に関する。
高速化されているため発熱が増加しており、それがため
に、半導体内の回路に誤動作を発生させたり、ひいては
半導体回路自身を破壊させたりしている。そのため、高
集積半導体を収納するパッケージの熱放散が必要とされ
ている。
来、絶縁基板として熱伝導率が約20W/mK程度の熱
伝導率の低いアルミナセラミックスからなる材料が用い
られているので、熱放散を高めるためにヒートシンクが
備えられたパッケージが使用されている。
てアルミナセラミックスとの熱膨張係数を一致させると
いう観点から、その含有割合を変えることにより熱膨張
係数を一致させることのでき得る銅とSiCとの複合材
料からなるヒートシンクが提案されている。
料では、複合化はできるものの、SiCが銅に対して濡
れ性が悪いためにSiCと銅との密着性が悪く、それが
ためにSiCによる銅の拘束が十分に働かないで銅の膨
張を抑えることができず、複合化した複合材料の熱膨張
係数が思ったより小さくならないという問題があった。
みなされたものであって、その目的は、高い熱伝導性を
維持しつつ、熱膨張係数を低くすることのできる高熱伝
導性材料を提供し、その製造方法をも提供することにあ
る。
を達成するため鋭意研究した結果、SiCと銅との複合
材料の代わりに炭化タングステン(WC)と銅との複合
材料とすれば、高い熱伝導性を維持しつつ、熱膨張係数
の低い高熱伝導性材料が得られるとの知見を得て本発明
を完成するに至った。
ングステンを20〜70体積%含み、残部が銅からな
り、かつ160W/mK以上の熱伝導率を有し、10×
10-6/℃以下の熱膨張係数を有することを特徴とする
高熱伝導性材料(請求項1)とし、(2) 炭化タング
ステン粉末で20〜70体積%の粉末充填率を有するプ
リフォームを形成し、そのプリフォームに溶融した銅を
不活性ガス雰囲気中で非加圧で浸透させることにより、
160W/mK以上の熱伝導率を有し、10×10-6/
℃以下の熱膨張係数を有する炭化タングステンと銅との
複合材料からなる高熱伝導性材料を作製することを特徴
とする高熱伝導性材料の製造方法(請求項2)とするこ
とを要旨とする。以下さらに詳細に説明する。
材料としては、強化材である炭化タングステンを20〜
70体積%含み、残部が銅からなり、かつ160W/m
K以上の熱伝導率を有し、10×10-6/℃以下の熱膨
張係数を有することとする高熱伝導性材料とした(請求
項1)。
良い炭化タングステンとすることにより、炭化タングス
テンと銅との密着性が良くなり、それがために炭化タン
グステンによる銅の拘束が十分に働いて銅の膨張を抑え
ることができ、複合化した複合材料の熱膨張係数を期待
通り小さくすることができるものとしたものである。
率としては、20〜70体積%とした。炭化タングステ
ンの含有率が20体積%より低いと、熱膨張係数が大き
くなって低い熱膨張係数が得られず、70体積%より高
いと、高い熱伝導率が得られない。その銅と炭化タング
ステンとの割合で複合化された材料の熱伝導率は、16
0W/mK以上の高い熱伝導率が得られ、10×10-6
/℃以下の低い熱膨張係数が得られる。
先ず炭化タングステン粉末で20〜70体積%の粉末充
填率を有するプリフォームを形成し、そのプリフォーム
に溶融した銅を不活性ガス雰囲気中で非加圧で浸透させ
ることとする製造方法とした(請求項2)。
法としては、慣用の方法が用いられ、例えば、炭化タン
グステン粉末と銅粉末とを混合し、成形し、焼成して作
製する粉末冶金法、炭化タングステン粉末でプリフォー
ムを形成し、そのプリフォームに溶融した銅を加圧して
浸透させ作製する高圧鋳造法、あるいはそのプリフォー
ムに溶融した銅を非加圧で浸透させ作製する非加圧浸透
法などがある。
行わなくても溶融した銅を浸透できるという特徴がある
ので、高価で大掛かりな装置を必要とせず、容易で安価
に作製できるという特徴があり、しかも炭化タングステ
ンは銅に対する濡れ角が30°以下とSiCに比べて濡
れ性がはるかに良いので、SiCの場合には難しかった
この非加圧浸透法で簡単に安価に作製できるので、本発
明が特に好ましいものとなる。
と、ここでは先の非加圧浸透法で製造する方法を述べる
ので、先ず炭化タングステン粉末を用意し、それに複合
化させる銅のインゴットも用意する。
0体積%の粉末充填率を有するプリフォームを形成す
る。プリフォームの形成方法はプレス法でもよいし、鋳
込み法でもよく、プリフォームを形成できる方法であれ
ばどんな方法でもよい。
ゴットを接触させ、それを不活性ガス雰囲気中、例えば
アルゴンガス雰囲気中で所定温度で熱処理し、溶融した
銅を非加圧でプリフォーム中に浸透させ、それを冷却し
て炭化タングステンと銅との複合材料からなる高熱伝導
性材料を作製する。
ば、高い熱伝導性を維持しつつ、熱膨張係数の低い高熱
伝導性材料が得られる。
挙げ、本発明をより詳細に説明する。
平均粒径100μm)100重量部にコロイダルシリカ
液(常磐電気社製、FJ294)を3重量部加え、これ
にさらにイオン交換水を30重量部加え混合してスラリ
ーを調整した。
成形体を成形した後、その成形体を1000℃の温度で
焼成して50体積%の粉末充填率を有するプリフォーム
を形成した。得られたプリフォームに銅(平野商店扱
い、純度99.9%)のインゴットを接触させ、それを
アルゴンガス雰囲気中で1200℃の温度で加熱処理
し、溶融した銅をプリフォーム中に非加圧で浸透させ、
冷却して炭化タングステンと銅との複合材料からなる高
熱伝導性材料を作製した。
を切り出し、その試験片の熱膨張係数をJIS R16
18に準拠して求めた(測定機器:理学電気社製、TM
A8410)。また、得られた高熱伝導性材料からφ1
0×2mmの試験片を切り出し、その試験片の熱伝導率
をレーザーフラッシュ法で測定した(測定機器:理学電
気社製、LF/TCM−FA8510B)。それらの結
果を表1に示す。
圧を増加して炭化タングステン粉末の充填率を60体積
%とするプリフォームを形成した他は実施例1と同様に
高熱伝導性材料を作製し、評価した。その結果も表1に
示す。
炭化タングステン粉末に銅粉末(昭和化学社製、平均粒
径5μm)を加えて混合した粉末で炭化タングステン粉
末の充填率が15体積%のプリフォームを形成した他は
実施例1と同様に高熱伝導性材料を作製し、評価した。
その結果も表1に示す。
炭化タングステン粉末に銅粉末(昭和化学社製、平均粒
径5μm)を加えて混合した粉末をφ20mmの金型に
充填し、それをプレスして成形した成形体をアルゴンガ
ス雰囲気中で1150℃の温度で燒結して炭化タングス
テンの含有率が85体積%の高熱伝導性材料を作製し、
それを実施例1と同様に評価した。その結果も表1に示
す。
炭化タングステン粉末の代わりにSiC粉末(信濃電気
精錬社製、平均粒径15μm)を用いた他は実施例2と
同様に高熱伝導性材料を作製し、評価した。その結果も
表1に示す。
も本発明で規定した160W/mK以上の熱伝導率を有
する高熱伝導性材料が得られ、また10×10-6/℃以
下の熱膨張係数を有する高熱伝導性材料が得られた。こ
のことは、本発明の高熱伝導性材料であれば、高い熱伝
導性を維持しつつ、熱膨張係数を低くすることのできる
高熱伝導性材料とすることができることを示している。
テンの含有率が少な過ぎたので、高い熱伝導率が得られ
るものの、熱膨張係数が本発明の規定した値より大きく
なってしまっていた。また、比較例2では、炭化タング
ステンの含有率が多過ぎたので、低い熱膨張係数が得ら
れるものの、熱伝導率が本発明の規定した値より小さく
なってしまっていた。さらに、比較例3では、SiCに
よる拘束の働きが十分でないため、熱伝導率は本発明の
規定した値より大きくなるものの、熱膨張係数が本発明
の規定した値より大きくなってしまっていた。
あれば、高い熱伝導性を維持しつつ、熱膨張係数を低く
することのできる高熱伝導性材料とすることができるよ
うになった。このことにより、熱放散のより良好なヒー
トシンク材等の放熱体に用いられる高熱伝導性材料を提
供できるようになった。さらに、非加圧浸透法で作製で
きるので、複雑な形状のヒートシンク材等であっても、
簡単にしかも安価に作製できるようになった。
Claims (2)
- 【請求項1】 強化材である炭化タングステンを20〜
70体積%含み、残部が銅からなり、かつ160W/m
K以上の熱伝導率を有し、10×10-6/℃以下の熱膨
張係数を有することを特徴とする高熱伝導性材料。 - 【請求項2】 炭化タングステン粉末で20〜70体積
%の粉末充填率を有するプリフォームを形成し、そのプ
リフォームに溶融した銅を不活性ガス雰囲気中で非加圧
で浸透させることにより、160W/mK以上の熱伝導
率を有し、10×10-6/℃以下の熱膨張係数を有する
炭化タングステンと銅との複合材料からなる高熱伝導性
材料を作製することを特徴とする高熱伝導性材料の製造
方法。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100733107B1 (ko) * | 2006-06-09 | 2007-06-28 | 안헌상 | 케이크용 장식용품 |
CN100443624C (zh) * | 2007-02-14 | 2008-12-17 | 西安建筑科技大学 | 活性炭碳化物丝网铜基复合材料的制备工艺 |
CN117602909A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-02-27 | 湖南瑞砂环境科技有限公司 | 一种基于钨尾矿的地暖专用水泥砂浆及其制备方法 |
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JPH09111312A (ja) * | 1995-10-13 | 1997-04-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合合金部材の製造方法 |
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2001
- 2001-06-27 JP JP2001194585A patent/JP4850357B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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