(57)【要約】【課題】優れた放熱性能を有するヒートシンク、半導体モジュール及び、ヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】この発明のヒートシンク１は、銅又は銅合金からなる金属板２と、前記金属板２の表面上に設けられ、銅又は銅合金からなるフィン部分３と、前記金属板２の表面とフィン部分３との間に介在し、フィン部分３を前記金属板２に接合する金属接合層４ａとを有してなるものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅又は銅合金からなる金属板と、前記金属板の表面上に設けられ、銅又は銅合金からなるフィン部分と、前記金属板の表面とフィン部分との間に介在し、フィン部分を前記金属板に接合する金属接合層とを有してなるヒートシンク。
【請求項２】
前記金属接合層が、前記金属板側に向けて末広がりになる形状を有してなる請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
複数個のフィン部分と、前記金属板の表面と各フィン部分との間に介在し、各フィン部分を前記金属板に接合する金属接合層とを有してなる、請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記金属板の厚み方向の断面にて、各フィン部分を前記金属板に接合する各金属接合層が、少なくとも前記金属板から最も離れた位置で、互いに間隔をおいて配置されてなる請求項３に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記金属接合層が銅を含有してなる請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記金属接合層が焼結体からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記金属接合層は、空隙を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記金属接合層の空隙率が、０．５未満である請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記金属接合層が炭素を含有してなる請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記フィン部分が、前記金属板の表面に立てた状態で設けられた柱状を有してなる請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のヒートシンクを有してなる半導体モジュール。
【請求項１２】
ヒートシンクを製造する方法であって、
銅又は銅合金からなる金属板、銅又は銅合金からなるフィン部分、ならびに、金属粉ペーストを用意し、前記金属板の表面及び／又は前記フィン部分の端面に、金属粉ペーストを塗布するペースト塗布工程と、前記金属板の表面上に、前記金属粉ペーストを介してフィン部分を配置するフィン配置工程と、前記金属板の表面とフィン部分との間に介在する金属粉ペーストを加熱して焼結させる加熱工程とを含む、ヒートシンクの製造方法。
【請求項１３】
前記ペースト塗布工程で、複数個のフィン部分を用意し、前記加熱工程で、前記金属板の表面と各フィン部分との間に介在する金属粉ペーストを加熱して焼結させる、請求項１２に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１４】
ペースト塗布工程にて、前記金属板の表面及び前記フィン部分の端面のうち、前記金属板の表面における、フィン配置工程でフィン部分を配置するフィン配置領域のみに、金属粉ペーストを塗布する、請求項１２又は１３に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１５】
ペースト塗布工程にて、前記金属板の表面及び前記フィン部分の端面のうち、フィン部分の端面に、金属粉ペーストを塗布する、請求項１２又は１３に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１６】
前記金属粉ペーストが、銅又は銅合金からなる銅含有粉末を含み、前記銅含有粉末の平均粒径Ｄ５０が１．０μｍ未満であり、
加熱工程で、前記金属粉ペーストを４００℃以上の温度に加熱する、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、金属板の表面上にフィン部分を設けてなるヒートシンク、半導体モジュール及び、ヒートシンクの製造方法に関するものであり、特に、優れた放熱性能を実現することのできる技術を提案するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートシンクには、熱交換効率を上げることを目的として、伝熱面積を広げるための種々の形状のフィン部分を、金属板の表面上に設けたものがある。
このようなフィン部分を有するヒートシンクはアルミニウム製のものが多く、一般に、押出成形により、アルミニウム製の金属板とフィン部分とを一体に形成した後、必要に応じて、板状等のフィン部分に所定の加工を施すことで製造される。
【０００３】
なお、この種のヒートシンクの製造に関する技術としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、「基板上に間隔を開けて垂直に立設した複数のフィンを有するアルミ押出形材のフィンに、押出し方向に直交する横方向に切れ目を基板に食い込むように形成して各フィンを押出方向に複数列に分断し、同列の複数のフィンを高さ方向の一定の範囲に亘って同時に囲む加工型をフィン先端側から嵌め、加工型を押出方向に直交する横方向に一定距離だけ移動させることで、フィンの根元から加工型までの間の部分のみを斜めに曲げることを特徴とするアルミ押出形材製ヒートシンクのフィン加工方法」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２２５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで近年は、機電一体型等の車載用その他の半導体モジュール等で、そこに用いるヒートシンクの放熱性能を大きく高めることが要求されている。この要求を満たすには、ヒートシンクの材質を、アルミニウムよりも放熱性に優れる銅もしくは銅合金に変更することが有効であると考えられる。
【０００６】
しかるに、銅もしくは銅合金は、アルミニウムに比して加工性に劣る。それ故に、押出成形により、銅もしくは銅合金からなる金属板及びフィン部分を有するヒートシンクを一体に形成することは困難である。したがって、これまでは、金属板及びフィン部分を有するヒートシンクを銅もしくは銅合金製として放熱性能の向上を図ることは、容易には実現し得なかった。
【０００７】
この発明は、このような問題を解決することを課題とするものであり、その目的は、優れた放熱性能を有するヒートシンク、半導体モジュール及び、ヒートシンクの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のヒートシンクは、銅又は銅合金からなる金属板と、前記金属板の表面上に設けられ、銅又は銅合金からなるフィン部分と、前記金属板の表面とフィン部分との間に介在し、フィン部分を前記金属板に接合する金属接合層とを有してなるものである。
【０００９】
この発明のヒートシンクでは、前記金属接合層が、前記金属板側に向けて末広がりになる形状を有することが好ましい。
また、この発明のヒートシンクは、複数個のフィン部分と、前記金属板の表面と各フィン部分との間に介在し、各フィン部分を前記金属板に接合する金属接合層とを有することが好ましい。この場合、前記金属板の厚み方向の断面にて、各フィン部分を前記金属板に接合する各金属接合層が、少なくとも前記金属板から最も離れた位置で、互いに間隔をおいて配置されていることが好ましい。
【００１０】
この発明のヒートシンクでは、前記金属接合層が銅を含有すること、前記金属接合層が焼結体からなること、前記金属接合層が空隙を含むこと、前記金属接合層が炭素を含有することがそれぞれ好適である。
前記金属接合層が空隙を含む場合、前記金属接合層の空隙率は、０．５未満であることが好ましい。
【００１１】
なお、この発明のヒートシンクでは、前記フィン部分が、前記金属板の表面に立てた状態で設けられた柱状を有することが好ましい。
【００１２】
この発明の半導体モジュールは、上述したいずれかのヒートシンクを有するものである。
【００１３】
この発明のヒートシンクの製造方法は、銅又は銅合金からなる金属板、銅又は銅合金からなるフィン部分、ならびに、金属粉ペーストを用意し、前記金属板の表面及び／又は前記フィン部分の端面に、金属粉ペーストを塗布するペースト塗布工程と、前記金属板の表面上に、前記金属粉ペーストを介してフィン部分を配置するフィン配置工程と、前記金属板の表面とフィン部分との間に介在する金属粉ペーストを加熱して焼結させる加熱工程とを含むものである。
【００１４】
この発明のヒートシンクの製造方法では、前記ペースト塗布工程で、複数個のフィン部分を用意し、前記加熱工程で、前記金属板の表面と各フィン部分との間に介在する金属粉ペーストを加熱して焼結させることが好適である。
【００１５】
この発明のヒートシンクの製造方法では、ペースト塗布工程にて、前記金属板の表面及び前記フィン部分の端面のうち、前記金属板の表面における、フィン配置工程でフィン部分を配置するフィン配置領域のみに、金属粉ペーストを塗布することができる。
あるいは、ペースト塗布工程にて、前記金属板の表面及び前記フィン部分の端面のうち、フィン部分の端面に、金属粉ペーストを塗布することができる。
【００１６】
この発明のヒートシンクの製造方法では、前記金属粉ペーストが、銅又は銅合金からなる銅含有粉末を含み、前記銅含有粉末の平均粒径Ｄ５０が１．０μｍ未満であり、加熱工程で、前記金属粉ペーストを４００℃以上の温度に加熱することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ヒートシンクが、金属板の表面とフィン部分との間に介在して各フィン部分を金属板に接合する金属接合層を有することにより、金属板及びフィン部分を銅もしくは銅合金製とすることができ、これにより優れた放熱性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。
【図２】他の実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。
【図３】図１のヒートシンクを製造する際のペースト塗布工程及びフィン配置工程を示す側面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う、金属板の厚み方向の断面図である。
【図５】図４の部分拡大断面図である。
【図６】ヒートシンクが有する金属接合層の変形例ならびに、金属板及び金属接合層の変形例を示す拡大断面図である。
【図７】一例としての金属接合層の断面のＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照しながら、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
（ヒートシンクの概要）
図１に例示するヒートシンク１は、平板その他の板状をなす金属板２と、該ヒートシンク１を設ける図示しない半導体モジュールの半導体チップ等の発熱による熱を放散するため、伝熱面積が増大するように、金属板２の表面上に設けられたフィン部分３とを有するものである。
なおここで、図示の金属板２は、平面輪郭形状がほぼ正方形状をなす平板状としているが、長方形状もしくはその他の多角形状等の様々な平面輪郭形状を有するもの、屈曲ないし湾曲部分を含むもの等といったような種々の板状とすることができる。
【００２０】
またここで、このヒートシンク１では、金属板２の表面に対して実質的に垂直に立てた状態で設けられた柱状、より具体的には円柱状の一個以上のフィン部分３を、互いに所定の間隔をおいて配置している。このような柱状のフィン部分３は、冷却水等の冷却媒体が複数個のフィン部分３の間を通過して循環することから、放熱性に優れている。
但し、フィン部分は表面積が大きくなる形状であれば、これに限定されない。たとえば、図２に示すところでは、複数個の薄肉直方体の平板状のフィン部分３ａを、金属板２の表面上にて、互いに等間隔で平行に並べて配置している。平板を湾曲させた形状のフィン部分もある。また図示は省略するが、一又は複数の羽根を有する一個のフィン部材としてもよい。
ここでは、主として、図１に示すフィン部分３を例として説明する。
【００２１】
ここにおいて、ヒートシンク１が有する金属板２及びフィン部分３は、銅又は銅合金からなるものとする。これにより、アルミニウム製のものに比して、優れた放熱性能を発揮することができる。その結果として、放熱性能に対する要求が厳しい機電一体型等の車載用その他の半導体モジュール等で、ヒートシンク１を好適に用いることができる。
金属板２及びフィン部分３を構成する銅又は銅合金としては、具体的には、無酸素銅、タフピッチ銅、高純度銅又は、錫含有銅やジルコニウム含有銅、銀含有銅、クロム含有銅等を挙げることができる。なかでも、無酸素銅は、高温で水素脆性が起こらないという観点から特に好ましい。
【００２２】
しかるに、銅又は銅合金はアルミニウムよりも加工性に劣るものであることから、押出成形等により、金属板及びフィン部分を一体に形成することは困難である。また銅又は銅合金の鋳塊等を削り出して、金属板及びフィン部分を形成することは、生産性及び材料歩留まりが著しく低い。
そこで、この実施形態の製造方法では、金属粉ペーストを用いて、金属板２とフィン部分３とを接合することとする。このことによれば、所要の強度で金属板２とフィン部分３とを接合できるとともに、優れた放熱性能を有するヒートシンク１を比較的容易に製造することができる。
【００２３】
（製造方法）
このようなヒートシンク１の製造方法を詳説すると、はじめに、銅又は銅合金からなる金属板２、銅又は銅合金からなる一個以上、たとえば複数個のフィン部分３、ならびに、金属粉ペーストを用意する。
このうち、金属板２及びフィン部分３については、各々が比較的単純な形状であることから、それらをそれぞれ、たとえば、プレス加工や、引抜き加工及び線材切断加工、切削加工、ヘッダー加工等により容易に作製することができる。
【００２４】
金属粉ペーストとしては、特に制約はなく公知のものを使用することができるが、低温で焼結可能であるものであれば、ヒートシンク１の製造がさらに容易になる。金属粉ペーストは、たとえば、金属粉、溶媒およびバインダー樹脂を含み、場合によってはさらに添加剤を含むことがある。これらの溶媒、バインダー樹脂及び添加剤は、焼結によって、できる限り除去され得る化合物を使用することが好ましい。
【００２５】
金属粉ペーストに含まれる金属粉は、放熱性およびコストの観点から、銅又は銅合金からなる銅含有粉末を含むことが好適である。金属板２及びフィン部分３と同様に銅又は銅合金からなる銅含有粉末を含む金属粉ペーストを用いて、ヒートシンク１を製造することにより、金属板２とフィン部分３との間の後述する金属接合層での熱伝導の変化を小さく抑えることができて、放熱性能の更なる向上を実現することができる。
銅含有粉末としては、たとえば、純ＣｕやＣｕ−Ａｇ合金からなる粉末、ＣｕからなりＡｇで被覆された粉末等を挙げることができる。また、これらの粉末は、所定のカップリング剤で表面処理されていてもよい。
【００２６】
金属粉ペーストに含まれる金属粉の平均粒径Ｄ５０は、１．０μｍ未満とすることが好ましい。これにより、金属板２とフィン部分３との間の金属接合層の空隙率を小さくすることができて、放熱性能を大きく高めることができる。金属粉の平均粒径Ｄ５０は、たとえば０．１μｍ〜０．９μｍ、好ましくは０．２μｍ〜０．６μｍとすることができる。金属粉の平均粒径Ｄ５０は、一例として、レーザ回折法により得られる粒度分布（体積基準）から求めることができるメジアン径として測定する。
なお、金属粉の形状は特に問わないが、たとえば、球状もしくは回転楕円体状または、これらが扁平となった形状、あるいは、これらの形状が混合されたものとすることができる。
【００２７】
金属粉ペーストに含まれる溶媒としては、金属粉ペーストに用いるものとして公知のものを使用することができる。このような溶媒には、たとえば、α−テルピネオール、プチルカルピトール等がある。また、バインダー樹脂としては、金属粉ペーストに用いるものとして公知のものを使用することができる。バインダー樹脂は、所定の加熱温度で分解するものであることが好適であり、例えばセルロース系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のバインダー樹脂を挙げることができる。このようなバインダー樹脂のさらに具体例としては、ポリビニールプチラール樹脂、エチルセルロースを挙げることができる。
【００２８】
上述したような金属粉ペーストを用いて、ペースト塗布工程を行う。
ペースト塗布工程では、金属粉ペースト４を、図３（ａ）に示すように金属板２の表面に塗布するか、又は、図３（ｂ）に示すようにフィン部分３の端面に塗布するか、あるいは、図示は省略するが、金属板２の表面及びフィン部分３の端面の両方に塗布する。金属粉ペースト４を用いることにより、所定の領域に比較的均一に金属粉を存在させることが
できるので、放熱性能の向上、所要の接合強度の確保を実現することができる。
【００２９】
なお、金属粉ペースト４は高価なものである場合が多いので、その使用量は必要最小限とすることが、コスト増大抑制の観点から望ましい。それ故に、金属粉ペースト４を金属板２の表面に塗布する場合は、金属粉ペースト４を、金属板２の表面全体に塗布することも可能であるが、金属板２の表面で、後述のフィン配置工程にてフィン部分３を配置するフィン配置領域のみに塗布するほうが好適である。このことは、たとえば、金属板２の表面のフィン配置領域のみを露出させるように、メッシュないしマスクとしてのシートを、金属板２の表面上に配置した状態で、金属粉ペースト４の塗布を行うこと等により実現可能である。
【００３０】
金属粉ペースト４は、金属板２の表面及び／又はフィン部分３の端面上に、最大厚みが、好ましくは０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍになるように塗布する。より好ましくは、最大厚みが０．１５ｍｍ以下になるように塗布する。金属粉ペースト４の塗布厚みが薄すぎると、金属板２とフィン部分３との接合強度が不足する懸念があり、この一方で、塗布厚みが厚すぎると、製品としてのヒートシンク１で、ひび割れが発生するおそれがある他、多量の金属粉ペースト４の使用によってコストの増大を招くという不都合がある。
【００３１】
柱状等のフィン部分３で当該フィン部分３の端面に金属粉ペースト４を塗布する場合、図示しない揺動式振込機もしくは自動整列機等にフィン部分３を投入し、複数個のフィン部分３を、その揺動式振込機等の振込冶具内で所定の配置態様に整列させ、振込冶具からフィン部分３の端面を露出させた状態で、当該塗布を行うことができる。
【００３２】
次いで、フィン配置工程を行う。フィン配置工程では、図３に矢印で示すように、金属粉ペーストを塗布した金属板２の表面及び／又はフィン部分３の端面を互いに接近させて、金属板２の表面上の所定位置に、金属粉ペースト４を介して複数個のフィン部分３を配置する。
【００３３】
このような金属板２の表面上への複数個のフィン部分３の配置は、先述の振込冶具の嵌合穴に複数個のフィン部分３が嵌り込んで整列した状態で、当該フィン部分３を振込冶具とともに、金属板２の表面に接近させて行うことが、作業性向上の点で有利である。
【００３４】
そしてその後は、加熱工程を行う。より詳細には、この加熱工程では、たとえば、複数個のフィン部分３の端面を、所定の加圧力の作用下で金属板２の表面に押し付けた状態で、それらの端面と表面との間に介在する金属粉ペースト４を加熱することにより、金属粉ペーストの溶媒等を気化させて除去するとともに、複数個の各フィン部分３と金属板２との間で金属粉を焼結させる。揺動式振込機等を用いた場合は、複数個のフィン部分３を保持するその振込冶具ごと加熱することができる。
【００３５】
金属粉ペースト４は、２００℃以上、さらに４００℃以上の温度に加熱することが好ましい。たとえば、Ｄ５０が０．４μｍ程度の所定の小さな粒径の銅含有粉末等の金属粉では、たとえば４００℃以上、より好ましくは６００℃以上、さらに好ましくは８００℃以上に加熱する。このような高温で加熱することにより、金属粉ペースト４が、空隙率の小さく密な金属接合層となり、それによってさらに優れた放熱性能を得ることができる。
一方、加熱温度が高すぎると、それに耐え得る設備の使用等が必要になって、製造の容易さが損なわれる懸念がある。それ故に、金属粉ペーストの加熱温度は、好ましくは２００℃〜９００℃とする。
他方、加熱温度が低すぎるとバインダー樹脂が十分に分解されず、金属接合層におけるバインダー樹脂由来成分の割合が増えることに起因して、ヒートシンク１の放熱性が悪化し得る。また、加熱温度が低すぎると、金属粉間の焼結が十分に進行せず、空隙率が高くなることに起因して、ヒートシンク１の放熱性が悪化し得る。
【００３６】
なお加熱工程は、用いるペースト組成に応じて、二段階以上の加熱過程を含むことができる。これにより、ペーストの厚みを均一化できるという利点がある。一例として、Ｄ５０が０．４μｍ程度の銅含有粉末を用いる場合は、加熱工程は三段階の加熱工程を含むことができる。係る場合、一段目の加熱過程は、主として金属粉ペーストの溶媒等の除去を目的として行うものであり、１００℃〜１５０℃で０．０５時間〜０．５時間にわたって加熱することができる。二段目の加熱過程は、バインダー樹脂の脱離を目的として行うものであり、３５０℃〜４５０℃で０．２５時間〜１．５時間にわたって加熱することができる。三段目の加熱工程は、金属粉の焼結を目的として行うものであり、５５０〜９００℃で、０．２５時間〜１．５時間にわたって加熱することができる。
【００３７】
加熱時には、各フィン部分３を金属板２に対して、たとえば０ＭＰａ〜１．５ＭＰａ、好ましくは０ＭＰａ〜１．０ＭＰａで加圧することができる。これにより、金属接合層における空隙の割合を低減せしめ、ヒートシンク１の放熱性の向上、およびフィン部分３を金属板２の表面上に強固に接合することができる。なお、この加圧力が大きすぎると、銅を含むフィン部分３が変形することが懸念される。加圧力は０ＭＰａとすること、つまり加圧しないことも可能である。
また金属粉ペースト４が、表面酸化物が不安定であるＡｇ等の金属を含む場合、加熱は大気雰囲気下で行うことができるが、表面酸化物が安定であるＣｕ等の金属を含む場合は、不活性ガス雰囲気又は還元ガス雰囲気下で加熱することが好ましい。また、還元ガス雰囲気下（例えば、２〜５％の水素を含む窒素ガス）で加熱することで、金属粉の焼結を促進させる、つまり、焼結体における空隙率を低減し得る。
【００３８】
但し、ここでは種々の金属粉ペースト４を使用することができ、その使用する金属粉ペースト４に応じて適宜、適切な温度及び時間等の条件を設定することができる。
【００３９】
（ヒートシンク）
上述したような加熱工程を経ることにより、金属板２とフィン部分３との間の金属粉ペーストは、図４及び５に断面図で示すように、金属接合層４ａとなる。そして、一般には金属粉ペーストに含まれていた金属粉の焼結体からなる該金属接合層４ａは、金属板２とフィン部分３とを所要の強度で接合するべく機能する。
したがって、この実施形態のヒートシンク１は、先に述べた金属板２及び一個以上のフィン部分３の他、さらに、金属板２の表面とフィン部分３との間に介在し、フィン部分３を金属板２に接合する金属接合層４ａを有するものである。
【００４０】
金属接合層４ａは、銅を含有することが好ましい。これにより、金属板２及びフィン部分３と同様に銅を含むことから、金属接合層４ａでの材質の相違による熱伝導の変化を抑制することができ、放熱性能をより有効に高めることができる。また、銅はマイグレーションの影響が少ないので、使用に伴う放熱性能の低下を抑制することができる。金属粉ペーストに銅含有粉末が含まれる場合は通常、金属接合層４ａは銅を含有するものになる。
【００４１】
金属接合層４ａは、金属粉が焼結されて溶融時に連結されたことによって網目構造になって空隙を含むことがある。但し、金属接合層４ａの空隙率は、０．５未満であることが好ましい。金属接合層４ａの空隙率が低いと、金属接合層４ａの密度が高いことになるので、放熱性能がより一層高まる。この観点から、金属接合層４ａの空隙率は、０．１未満であることが一層好ましい。
【００４２】
金属接合層４ａは、金属粉ペーストに含まれていたバインダー樹脂等の成分が残留したことにより、炭素を含有することがある。炭素は、金属接合層４ａの上記空隙中に残留し得る。
図７は、金属接合層４ａの断面のＳＥＭ画像の一例である。図７に示されるように、金属接合層４ａの大部分は焼成された銅（色が薄い灰色部分）であって、その一部に空隙を含む。より具体的には、図７の二点破線部に示される部分（色が濃い黒色部分）が、炭素が残留していない空隙部に対応し、一点破線部に示される部分（銅よりも濃く、炭素が残留していない空隙部よりも薄い部分）が、炭素が残留している空隙部に対応する。金属接合層４ａの空隙部（一点破線部に示される部分）に炭素が残留していることは、例えばＥＰＭＡを用いた成分分析を行うことにより、確認できる。
【００４３】
金属接合層４ａの空隙率は、金属接合層４ａを金属板２の厚み方向に沿って切断した断面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察し、金属接合層４ａ中の空隙である黒色領域（炭素が残留している空隙を含む）の面積と、金属で充填されている灰色領域の面積の総和に占める、空隙である黒色領域の面積の割合として算出する。
【００４４】
金属接合層４ａにより接合された金属板２とフィン部分３は、その接合強度が、１ＭＰａ〜２０ＭＰａ、さらに２ＭＰａ〜１５ＭＰａであることが好ましい。例えば、ヒートシンク１が水冷式である場合（フィン部分３の少なくとも一部が水に浸される場合）は、その水圧に耐えるために、金属板２とフィン部分３との接合強度が５ＭＰａ以上であることが好ましい。接合強度は、フィン部分３の中央部のシェア強度として測定する。
以下に、シェア強度の測定条件の一例を示す。
装置：精密荷重測定器
掃引速度：５ｍｍ／ｍｉｎ
ツール押して位置：金属板２のフィン部分３と接合される面を基準として、フィン部分３の高さ４ｍｍの位置
【００４５】
金属接合層４ａの厚みＴｃは、金属板２の厚み方向に沿って測って、好ましくは０．０１ｍｍ〜０．１５ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。金属接合層４ａの厚みＴｃが薄すぎると、金属板２とフィン部分３とを十分強固に接合できないことが懸念される。一方、金属接合層４ａの厚みＴｃが厚すぎると、放熱性の低下及びひび割れが生じ得る。
【００４６】
なお、ヒートシンク１は、上述した製造時の加熱工程にてフィン部分３を所定の加圧力で金属板２に向けて押し付けたことに起因して、図５に例示するように、金属接合層４ａが、金属板２側に向けて末広がりになる形状を有することがある。図５では、円柱状のフィン部分３を金属板２に接合するこの金属接合層４ａは、その直径が、円柱状のフィン部分３側から金属板２側に向かうに従って次第に大きくなる形状を有するものとなっている。言い換えれば、金属接合層４ａは、金属板２から離れるに従って横断面積が減少して先細りになるテーパ形状である。
【００４７】
金属接合層４ａの末広がり形状は、図５に示すような、金属板２の厚み方向の断面で直線状になるものに限らず、図６（ａ）に示すような、同様の断面にて内側に括れた曲線状で末広がりになる形状の金属接合層１４ａとなる場合もある。
あるいは、加熱工程での加圧により、図６（ｂ）に示すように、フィン部分３の端面を含む先端部が金属接合層２４ａに埋まり込み、フィン部分３の先端部の周囲を取り囲む金属接合層２４ａになることもある。
【００４８】
金属接合層４ａ、１４ａ、２４ａは、金属板２の厚み方向の断面にて、少なくとも金属板２から最も離れた位置Ｐａ（図５及び６に破線で示す。）で、互いに間隔Ｄｃをおいて配置されていることが好ましい。これは、先述したペースト塗布工程で、フィン部分３と金属板２との間にのみ金属粉ペーストを介在させたことによるものであり、これにより高価な金属粉ペーストの使用量を減らすことができて製造コストを低減することができる。
図５並びに図６（ａ）及び（ｂ）に示す金属接合層４ａ、１４ａ、２４ａは、金属板２から最も離れた位置Ｐａだけでなく、隣り合うもの同士がその全体にわたって離隔しており、各々が独立したものになっている。一方、図６（ｃ）に示す金属接合層３４ａでは、隣り合うもの同士が、金属板２から最も離れた位置Ｐａでは互いに間隔Ｄｃをおいているが、金属板２に近接する位置では互いに接触して一体化している。
【００４９】
また、図６（ｄ）に示すように、フィン配置領域に予め凹部１３を設けた金属板１２を用いた場合、その凹部１３内で、該凹部１３に若干挿入されたフィン部分３と、金属板１２との間に、金属接合層４４ａが介在するとともに、フィン部分３の先端部の周囲で、金属接合層４４ａが金属板１２側に向けて末広がりになる形状となることがある。
【００５０】
（半導体モジュール）
上述したヒートシンク１は、たとえば、半導体チップを取り付けた絶縁基板の裏側に配置されて、半導体モジュールの一部をなすものとすることができ、この場合、水冷等により半導体チップを冷却するために用いられる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ヒートシンク
２、１２  金属板
３、３ａ  フィン部分
４  金属粉ペースト
４ａ、１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ  金属接合層
１３  凹部
Ｔｃ  金属接合層の厚み
Ｐａ  金属板から最も離れた位置
Ｄｃ  金属板から最も離れた位置での金属接合層間の間隔
【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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【図７】
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