(57)【要約】  上下に対面配置した絶縁性の第１基板２１および第２基板２２と、第１基板２１と第２基板２２の間に挟んだ放熱部材４２と、上側に位置する第１基板２１の上面、および下側に位置する第２基板２２の下面のそれぞれに設けた回路部材４１とを有する積層型放熱基体１であって、第１基板２１と放熱部材４２との間、および第２基板２２と回路部材４１との間の、少なくとも一方に接合部材を介してなるとともに、この接合部材は、第１基板２１および／または第２基板２２側に活性金属を含む活性金属層３１，３２を、放熱部材４２および回路部材４１の少なくとも一方側に金属からなる結合層５１，５２を、それぞれ有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に対面配置した絶縁性の第１基板および第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に挟んだ放熱部材と、
上側に位置する前記第１基板の上面、および下側に位置する前記第２基板の下面のそれぞれに設けた回路部材と、を有する積層型放熱基体であって、
前記第１基板と前記放熱部材との間、および前記第２基板と前記回路部材との間の、少なくとも一方に接合部材を介してなるとともに、該接合部材は、前記第１基板および／または前記第２基板側に活性金属を含む活性金属層を、前記放熱部材および前記回路部材の少なくとも一方側に金属からなる結合層を、それぞれ有していることを特徴とする積層型放熱基体。
【請求項２】
前記第１基板および前記第２基板が窒化珪素を主成分とするセラミックスからなり、前記放熱部材、前記回路部材および前記結合層のそれぞれが銅を主成分とする材質からなることを特徴とする請求項１に記載の積層型放熱基体。
【請求項３】
前記回路部材は複数行，複数列に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型放熱基体。
【請求項４】
前記回路部材は奇数行，奇数列に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の積層型放熱基体。
【請求項５】
前記放熱部材の厚みは前記回路部材の厚みの１〜１０倍であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型放熱基体。
【請求項６】
平面透視した場合の前記放熱部材の端面が前記回路部材の端面より外側にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層型放熱基体。
【請求項７】
平面透視した場合の前記放熱部材の端面が前記第１基板または前記第２基板の端面より内側にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型放熱基体。
【請求項８】
前記放熱部材は中空部を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の積層型放熱基体。
【請求項９】
前記中空部の占める容積が放熱部材に対して２０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項８に記載の積層型放熱基体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の積層型放熱基体を囲む枠体を備え、該枠体に冷却用媒体を流入させるようになしたことを特徴とする放熱ユニット。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の積層型放熱基体の前記中空部に冷却管を挿入してなることを特徴とする放熱ユニット。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれかに記載の積層型放熱基体における前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【請求項１３】
請求項１０または１１に記載の放熱ユニットにおける前記回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）素子等の半導体素子、昇華型サーマルプリンターヘッド素子およびサーマルインクジェットプリンターヘッド素子等の電子部品が搭載され、これら電子部品の放熱効率を高める積層型放熱基体およびこれを用いた放熱ユニットに関する。さらに、これら積層型放熱基体および放熱ユニットに上記電子部品を搭載した電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワートランジスタモジュールおよびスイッチング電源モジュール等のパワーモジュールに代表される半導体装置等の電子装置の放熱基体として、セラミック基板の一方の主面上に回路部材として銅板を接合し、他方の主面に放熱性の良好な放熱部材として銅板を接合して構成された放熱基体が広く用いられている。この銅板には、セラミック基板と反対側に熱をさらに拡散させるためのヒートシンクが取り付けられる。【０００３】
最近では、このような放熱基体におけるセラミック基板として、電気絶縁性および熱伝導性に優れた窒化珪素基板が一般的に使用される（特許文献１〜３を参照）。【０００４】
例えば、図９に示す積層型放熱基体（多層窒化珪素回路基板）７１は、希土類元素を酸化物に換算して１．０〜１７．５質量％、不純物陽イオン元素としてのＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｎ，Ｂを合計で１．０質量％以下（検出限界としての０質量％を含む）含有する。また、熱伝導率が６０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上である、複数の高熱伝導性窒化珪素基板７２，７３と、この高熱伝導性窒化珪素基板７２，７３に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ等から選ばれた少なくとも１種の活性金属を含むろう材（以下、活性金属含有ろう材と記す）層７７を介して接合された金属板７４，７５，７６とを具備する。【０００５】
ここで、回路部材（金属板）７４の所定位置には、半導体素子７８が半田接合によって搭載されており、半導体素子７８と金属板７４の電極部とが、ボンディングワイヤ７９によって電気的に接続されている。【０００６】
高熱伝導性窒化珪素基板７２，７３に回路部材７４，放熱部材７６を接合する手法として活性金属法が用いられている。活性金属法は、図９に示すように、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの４族元素のような活性を有する金属を含むＡｇ−Ｃｕロウ材で形成された活性金属含有ろう材層７７を介して、回路部材７４，放熱部材７６を７８０〜９００℃に加熱して高熱伝導性窒化珪素基板７２，７３に接合する方法である。
【特許文献１】特開平１０−９３２４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１９８７５号公報
【特許文献３】特開２００４−３４３０３５号公報
【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、活性金属法を用いて高熱伝導性窒化珪素基板に回路部材および放熱部材を接合する場合、高温で加熱されるため、接合時に熱応力が発生し、冷却の過程で積層型放熱基体が反りやすい。【０００８】
現在、半導体素子の高集積化は急速に進行しており、半導体素子を搭載する積層型放熱基体に繰り返し与えられる熱応力に対して十分な耐久性および信頼性が望まれている。【０００９】
本発明は、反りが抑制されるとともに耐久性および信頼性を備えた積層型放熱基体およびこれを用いた放熱ユニット並びに電子装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の積層型放熱基体は、上下に対面配置した絶縁性の第１基板および第２基板と、第１基板と第２基板の間に挟んだ放熱部材と、上側に位置する第１基板の上面、および下側に位置する第２基板の下面のそれぞれに設けた回路部材と、を有する積層型放熱基体である。第１基板と前記放熱部材との間、および第２基板と前記回路部材との間の、少なくとも一方に接合部材を介している。接合部材は、第１基板および／または第２基板側に活性金属を含む活性金属層を、放熱部材および回路部材の少なくとも一方側に金属からなる結合層を、それぞれ有していることを特徴とする。【００１１】
また、本発明の放熱ユニットは、積層型放熱基体を囲む枠体を備え、該枠体に冷却用媒体を流入させるようになしたことを特徴とする。【００１２】
さらに、本発明の電子装置は、積層型放熱基体における回路部材の上に電子部品を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の積層型放熱基体によれば、活性金属層のみで放熱部材や回路部材を結合する場合に比べ、結合層を介して放熱部材や回路部材を結合することで、金属である結合層自体が接合工程における冷却時に変形しやすく、発生する熱応力を緩和することができる。【００１４】
また、本発明の放熱ユニットは、大型の冷却装置を必要とせずに効率的かつ安価に積層型放熱基体を冷却することができる。【００１５】
また、本発明の電子装置は、電子部品に蓄熱することがなく、放熱性の高い電子装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の積層型放熱基体の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図２】本発明の積層型放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図３】本発明の積層型放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図４】本発明の積層型放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、（ｃ）は同図（ｂ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図５】本発明の積層型放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）の正面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図６】本発明の放熱ユニットの一実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）の正面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図７】本発明の放熱ユニットの他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は上側に位置する第１基板の上面に配置された回路部材を平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）の正面図、（ｃ）は下側に位置する第２基板の下面に配置された回路部材を平面視したときの底面図である。
【図８】（ａ）は第１基板の上面に回路部材を１行、複数列あるいは複数行、１列に配置した本実施形態の積層型放熱基体１ａを構成する第１基板の反りを模式的に示す図であり、（ｂ）は第１基板の上面に回路部材を１行、複数列あるいは複数行、１列に配置した本実施形態の積層型放熱基体を構成する第１基板の反りを模式的に示す図である。
【図９】従来の積層型放熱基体の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１：積層型放熱基体
２１：第１基板
２２：第２基板
３１：第１活性金属層
３２：第２活性金属層
４１：回路部材
４２：放熱部材
５１：第１結合層
５２：第２結合層
６１：放熱ユニット
６２：枠体
６３：供給口
６４：排出口
６５：冷却管
６６：冷却手段
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。【００１９】
図１に示すように、本実施形態の積層型放熱基体１は、上下に対面配置した絶縁性の第１基板２１および第２基板２２と、第１基板２１と第２基板２２の間に挟んだ放熱部材４２と、上側に位置する第１基板２１の上面、および下側に位置する第２基板２２の下面のそれぞれの面に設けた回路部材４１とを有する。第１基板２１，第２基板２２と放熱部材４２との間、および第１基板２１，第２基板２２と回路部材４１との間の、少なくとも一方に接合部材を介してなる（図１の場合、第１基板２１，第２基板２２と放熱部材４２との間、および第１基板２１，第２基板２２と回路部材４１との間の両方に接合部材を介している）。さらに、第１基板２１，第２基板２２が窒化珪素を主成分とするセラミックスからなる。放熱部材４２が銅を主成分とする材質からなる。回路部材４１が銅を主成分とする材質からなる。接合部材が第１活性金属層３１，第２活性金属層３２および銅を主成分とする金属からなる第１結合層５１，第２結合層５２を有する。【００２０】
ここで、第１結合層５１，第２結合層５２は、後記するように銅を主成分（Ｃｕが７０質量％以上）とする金属が好適である。アルミニウムおよびアルミニウム合金、Ｃｕ−Ｍｏ（Ｃｕが１５質量％以上），Ｃｕ−Ｗ（Ｃｕが１１質量％以上）などのＭｏ，Ｗを主成分とする合金、または黄銅（Ｃｕが５７質量％以上）でもよい。また、回路部材４１も後記するように銅を主成分とする材質が好適であるが、アルミニウムおよびアルミニウム合金でもよい。さらに、放熱部材４２も後記するように銅を主成分とする材質が好適であるが、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ、アルミニウムおよびアルミニウム合金のような金属、Ａｌ−ＳｉＣ(金属―セラミックス含浸体)、Ｃｕ−ダイヤモンド焼結体等でもよい。【００２１】
このような積層型放熱基体１は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ），金属酸化膜形電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の半導体素子，昇華型サーマルプリンターヘッド素子，サーマルインクジェットプリンターヘッド素子等の電子部品の放熱を促進するために適用できる。【００２２】
積層型放熱基体１を構成する第１基板２１，第２基板２２は、窒化珪素質焼結体または窒化珪素単結晶からなる。窒化珪素は熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上と高く、放熱特性に優れる。第１基板２１，第２基板２２は、図１に示すＸ方向の長さが３０〜８０ｍｍであり、Ｙ方向の長さが１０〜８０ｍｍである。また、それぞれの基板の厚みは、熱抵抗を低くくし、耐久性を良好とするために、０．１３〜０．４ｍｍの厚みとするとよい。【００２３】
第１基板２１，第２基板２２は、基板それぞれの質量を１００質量％とした場合、窒化珪素は少なくとも８０質量％以上含有する。その他の添加成分として、酸化エルビウム，酸化マグネシウム，酸化珪素，酸化モリブデン，酸化アルミニウム等が含まれている。【００２４】
特に、放熱特性を向上させるには、添加成分は酸化アルミニウムのみとし、その含有量は０．３質量％以下とすることが好適である。【００２５】
また、第１基板２１，第２基板２２の機械的特性は、３点曲げ強度が７００ＭＰa以上、ヤング率が３００ＧＰａ以上、ビッカース硬度（Ｈｖ）が１３ＧＰａ以上である。さらに、破壊靱性（Ｋ１Ｃ）が５ＭＰａｍ１／２以上であることが好ましい。これらにより、積層型放熱基体１を構成した際に長期間の使用に供することができる。機械的特性が上述の範囲であることにより、信頼性を向上させることができる。特に耐クリープ性やヒートサイクルに対する耐久性を向上させることができる。【００２６】
なお、３点曲げ強度については、まず、積層型放熱基体１から第１活性金属層３１，第２活性金属層３２、第１結合層５１，第２結合層５２および回路部材４１，放熱部材４２をエッチングにより除去する。その後、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１−１９９５に準拠して測定すればよい。ただし、第１基板２１，第２基板２２の厚みが薄く、第１基板２１，第２基板２２より切り出した試験片の厚みを３ｍｍとすることができない場合、第１基板２１，第２基板２２の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価する。そして、その結果が上記数値を満足するものとする。【００２７】
また、ヤング率についても、まず、積層型放熱基体１から第１活性金属層３１，第２活性金属層３２、第１結合層５１，第２結合層５２および回路部材４１，放熱部材４２をエッチングにより除去する。しかる後に、ＪＩＳ  Ｒ  １６０２−１９９５で規定される圧子圧入法（ＩＦ法）に準拠して測定すればよい。ただし、第１基板２１，第２基板２２の厚みが薄く、第１基板２１，第２基板２２より切り出した試験片の厚みを４ｍｍとすることができない場合、第１基板２１，第２基板２２の厚みをそのまま試験片の厚みとして評価するものとし、その結果が上記数値を満足するものとする。【００２８】
ビッカース硬度（Ｈｖ）および破壊靱性（Ｋ１Ｃ）については、それぞれＪＩＳ  Ｒ  １６１０−２００３，ＪＩＳ  Ｒ  １６０７−１９９５に準拠して測定すればよい。【００２９】
また、電気的特性としては体積固有抵抗が、常温で１０１４Ω・ｃｍ以上、３００℃で１０１２Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。なぜなら、積層型放熱基体１の動作時に回路部材側から放熱部材側への電流のリークを抑制することができる。このため、電力損失を小さくすることができる。また、電子装置の誤動作を低減することができる。【００３０】
これら第１基板２１，第２基板２２の両主面上に形成される第１活性金属層３１，第２活性金属層３２は、例えば、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）などの活性金属や場合によっては錫（Ｓｎ）を含むＡｇ−Ｃｕ合金またはＡｕ−Ｃｕ合金からなる。例えば、第１活性金属層３１のＡ−Ａ線における１個当たりのＸ方向の長さは１２．４〜２４．４ｍｍ、Ｙ方向の長さは１６．４〜２０．４ｍｍ、厚みは１０〜２０μｍである。また、例えば、第２活性金属層３２のＡ−Ａ線における１個当たりのＸ方向の長さは１２．４〜２２．４ｍｍ、Ｙ方向の長さは１６．４〜２４．４ｍｍ、厚みは１０〜２０μｍである。【００３１】
第１活性金属層３１，第２活性金属層３２および回路部材４１，放熱部材４２との間に備えられた第１結合層５１，第２結合層５２は、銅を主成分とする。第１結合層５１，第２結合層５２の主成分である銅または銅合金の拡散作用により、３００〜５００℃の低温で、各主面に接合される回路部材４１，放熱部材４２を強固に接合することができる。また、第１結合層５１，第２結合層５２は変形しやすいため、小さい荷重で接合することができる。また、冷却時に発生する熱応力も第１結合層５１，第２結合層５２の変形で緩和することができる。このため、より厚みの大きな回路部材４１，放熱部材４２を接合しても反りの発生が抑制される。さらに、放熱特性に優れた積層型放熱基体１を得ることができ、ヒートシンクが不要である。【００３２】
また、第１結合層５１，第２結合層５２は、銅を主成分とするのが好適である。最適には、第１結合層５１，第２結合層５２に対して主成分である銅を９９．９６質量％以上含有すればよい。第１結合層５１，第２結合層５２は、第１活性金属層３１，第２活性金属層３２と、回路部材４１，放熱部材４２とを強固に結合する機能を有する無酸素銅，タフピッチ銅，りん脱酸銅等の銅を用いるのがよい。特に、無酸素銅のうち、銅の含有率が９９．９９５質量％以上の線形結晶無酸素銅、単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかを用いることが好ましい。なぜなら、銅の含有率が高いほど電気抵抗が低く、熱伝導率が高いため、回路特性（電子部品を発熱させず、電力損失を少なくする特性）および放熱特性が優れるからである。また、銅の含有率が高いほど、降伏応力が低く、高温下で塑性変形しやすくなるため、第１結合層５１，第２結合層５２と、回路部材４１，放熱部材４２の接合強度が高くなり、より信頼性が高くなるからである。【００３３】
特に、第１基板２１，第２基板２２と放熱部材４２との間、および第１基板２１，第２基板２２と回路部材４１との間の双方に接合部材を介してなることがより好適である。【００３４】
なお、第１活性金属層３１，第１結合層５１間、あるいは第２活性金属層３２，第２結合層５２間に中間層を挿入してもよい。第１基板２１，第２基板２２、第１活性金属層３１，第２活性金属層３２および第１結合層５１，第２結合層５２間の各熱膨張係数の差によって発生するひずみを緩和するには、中間層は容易に弾性変形したり塑性変形したりするものがよい。例えば、Ａｌ、Ｎｉもしくはこれらを含む合金またはこれらの金属を基体とする発泡金属もしくは金属線束からなることが好適である。また、接合工程における冷却時に発生する熱応力を緩和するには、中間層は熱膨張係数が銅より小さく窒化珪素より大きい成分、例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−ＷおよびＷＣ−Ｃｏの少なくともいずれか１種を含むことが好適である。【００３５】
回路部材４１は、１個当たりのＸ方向の長さは１０〜１７ｍｍ、Ｙ方向の長さは１０〜２０ｍｍ、厚みは回路を流れる電流の大きさや回路部材４１に搭載される半導体素子等の電子部品の発熱量に応じて０．５〜５ｍｍが選択される。また、放熱部材４２は発熱した電子部品により発生した熱を逃がす機能を有し、１個当たりのＸ方向の長さは１０〜１７ｍｍ、Ｙ方向の長さは１０〜２０ｍｍ、厚みは０．５〜５ｍｍである。【００３６】
回路部材４１，放熱部材４２は、銅または銅合金を主成分とするのが好適である。回路部材４１，放熱部材４２に対して銅または銅合金が９０質量％以上であるものが好適であり、無酸素銅，タフピッチ銅，りん脱酸銅等の銅を用いるのがよい。特に、無酸素銅のうち、銅の含有率が９９．９９５質量％以上の線形結晶無酸素銅、単結晶状高純度無酸素銅および真空溶解銅のいずれかを用いることが好ましい。【００３７】
また、回路部材４１は、複数行，複数列の行列状に配置されていることが好適である。なぜなら、行列状に配置することで、第１基板２１，第２基板２２の形状を正方形、あるいは正方形に近い長方形にすることができるため、積層型放熱基体１の反りを抑制することができるからである。【００３８】
上記と同様の理由により、放熱部材４２も複数行，複数列の行列状に配置されていることが好適である。【００３９】
次に、本発明の積層型放熱基体の種々の形態について、図２〜図５を用いて説明する。なお、図面における各符号は図１と同様の部材には同一符号を用いる。【００４０】
図２に示す積層型放熱基体１は、第１結合層５１が部分的に回路部材４１にわたって連続的に形成されたものである。この構成によれば、第１結合層５１が回路部材４１を接続する配線として作用するためワイヤーによる配線が不要となるからである。また、この構成によれば、第１結合層５１が厚い場合、半導体素子等の電子部品に大電流を流すことができるという点でも有利である。【００４１】
図３に示す積層型放熱基体１は、図２に示す積層型放熱基体と同様に、第１結合層５１が部分的に回路部材４１にわたって連続的に形成されている。図２に示す積層型放熱基体と異なる点は、第１結合層５１の厚みが回路部材４１が配置された領域、即ち回路部材配置領域Ｅより、回路部材４１の間の領域、即ち回路部材間領域Ｆより薄い点である。【００４２】
ここで、積層型放熱基体の反りについて図８を用いて説明する。図８（ａ）は第１基板２１ａの上面に回路部材を１行，複数列あるいは複数行，１列に配置した本実施形態の積層型放熱基体１ａを構成する第１基板２１ａの反りを模式的に示す図である。図８（ｂ）は第１基板２１ｂの上面に回路部材を１行，複数列あるいは複数行，１列に配置した本実施形態の積層型放熱基体１ｂを構成する第１基板２１ｂの反りを模式的に示す図である。回路部材４１を第１基板の上面に１行，複数列あるいは複数行，１列に配置した積層型放熱基体１ｂに比べ、回路部材４１を、複数行，複数列の行列状に配置した積層型放熱基体１ａは、第１基板２１ａの長手方向の長さを短くすることができる。このため、反りの曲率半径（Ｒ）が同じである場合、本実施形態の積層型放熱基体１ａにおける第１基板２１ａに発生する反り（Ｈ１）は、積層型放熱基体１ｂにおける第１基板２１ｂに発生する反り（Ｈ２）より小さくすることができる。【００４３】
また、放熱部材４２の厚みは、回路部材４１の厚みの１〜１０倍であることが好適である。放熱部材４２の厚みをこの範囲にすることで、積層型放熱基体１を小型にでき、電子部品より発熱した熱を十分に拡散することができる。さらに、強制的に冷却する機能を備えた部材を放熱部材４２に組み込むことができる。このため、効率よく熱を逃がすことができる。さらに、放熱部材４２は厚くなる。積層型放熱基体１の剛性が高くなり、積層型放熱基体１に熱履歴が加わってもその変形が拘束されるため、反りが抑制され、信頼性を向上させることができる。【００４４】
また、上側から平面透視した場合（厚み方向からみた場合）の放熱部材４２の端面の位置によって、放熱部材４２の拡散性や積層型放熱基体１の信頼性が異なる。平面透視した場合（厚み方向からみた場合）の放熱部材４２の端面が回路部材４１の端面より外側にあることが好適である。このようにすると、回路部材４１で拡散した熱を、放熱部材４２でさらに拡散できることから、放熱特性をより向上することができる。例えば、上側から平面透視した場合（厚み方向からみた場合）の放熱部材４２の端面は回路部材４１の端面より０．１〜２ｍｍ外側にあればよい。【００４５】
また、上側から平面透視した場合（厚み方向からみた場合）の放熱部材４２の端面が第１基板２１または第２基板２２の端面より内側にあることが好適である。このようにすると、放熱部材４２は、その大部分が拘束されるため、熱履歴が加わっても第２結合層５２および放熱部材４２間の界面に働く応力を小さくすることができる。これにより、信頼性を向上させることができる。例えば、上側から平面透視した場合（厚み方向からみた場合）の放熱部材４２の端面が第１基板２１または第２基板２２の端面より０．１〜５ｍｍ内側にある。【００４６】
特に、回路部材４１および放熱部材４２のビッカース硬度（Ｈｖ）は、いずれも０．５〜１．２ＧＰａとすることが好適である。【００４７】
なお、回路部材４１および放熱部材４２の体積は、３次元形状測定器を用いて測定することができる。あるいは倍率を２〜１０倍に設定して金属顕微鏡，画像計測器等を用いて測定することもできる。また、回路部材４１および放熱部材４２のビッカース硬度（Ｈｖ）は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４−２００３に準拠して測定すればよい。測定に用いる試験荷重は、回路部材４１，放熱部材４２の厚みに依存し、例えば１９６ｍＮ（ミリニュートン）とする。【００４８】
図４に示す積層型放熱基体は、第１基板２１，第２基板２２の両主面に接合される回路部材４１，放熱部材４２が３行３列に配置されてなるものである。この積層型放熱基体１は両主面に接合される回路部材４１，放熱部材４２が複数の奇数行、複数の奇数列の行列状に配置されたものの１種である。四角形状の第１基板２１，第２基板２２のそれぞれの４つの角部を結ぶ２本の対角線の交点上に放熱部材４１ｃ，回路部材４２ｃが存在し、この放熱部材４１ｃ，回路部材４２ｃが接合工程で発生する積層型放熱基体１の変形を拘束できる。このため、積層型放熱基体１の反りを十分に抑制することができる。【００４９】
図５に示す積層型放熱基体１は、放熱部材４２が中空部４２ａを備えているものであり、中空部４２ａは、例えば円柱状の空間である。放熱部材４２が中空部４２ａを備えていると、放熱部材４２全体の表面積が中空部４２aを備えていない放熱部材より増加するため、放熱特性をさらに向上させることができる。さらに、強制的に冷却する機能を備えた部材を中空部に組み込むことができる。これにより、電子部品より発熱した熱をさらに効率よく逃がすことができる。【００５０】
中空部４２ａの体積は放熱部材４２に対して２０体積％以上８０体積％以下であることが好適である。なぜなら、この範囲にすると、接合工程で挫屈変形や挫屈破壊のおそれを低減させることができるとともに、中空部４２ａの表面積が増加するので、放熱特性をさらに向上させることができるからである。【００５１】
また、第１結合層５１，第２結合層５２の硬度は、それぞれ回路部材４１，放熱部材４２との接合強度に影響を与える。本発明の積層型放熱基体１は、結合層５１，５２のビッカース硬度（Ｈｖ）が０．５ＧＰａ以下であることが好ましい。ビッカース硬度（Ｈｖ）をこの範囲とすることで、結合層５１，５２は容易に弾性変形して、回路部材４１，放熱部材４２との接合強度を高くすることができる。特に、ビッカース硬度（Ｈｖ）は０．２〜０．５ＧＰａであることがより好ましい。【００５２】
なお、第１結合層５１，第２結合層５２のビッカース硬度（Ｈｖ）は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４−２００３に準拠して測定すればよい。測定に用いる試験荷重は、第１結合層５１，第２結合層５２の厚みに依存し、例えば９８ｍＮあるいは１９６ｍＮとする。【００５３】
図６に示す放熱ユニット６１は、第１基板２１の上面，第２基板２２の下面および第１基板２１，第２基板２２の各側面と接する積層型放熱基体１を囲む銅，銅合金，アルミニウム，アルミニウム合金および樹脂等のうちいずれか１種以上からなる枠体６２を備えている。また、放熱ユニット６１は、水，クーラント水，油，液体窒素または液体アルゴン等の冷却用媒体を、枠体６２に差し込むようにして備えられた前記した金属または樹脂からなるパイプ状の供給口６３より枠体６２内に流入させてなる。この冷却用媒体は基板２１，２２に挟まれた空間に充満することによって冷却することができる。冷却に用いられた冷却用媒体は、枠体６２に備えられた前記金属または樹脂からなるパイプ状の排出口６４より排出される。放熱ユニット６１をこのような構造にすると、大型の冷却装置を必要とせずに効率的かつ安価に積層型放熱基体１を冷却することができる。【００５４】
なお、図６に示す放熱ユニット６１は、枠体６２が第１基板２１の上面、第２基板２２の下面および第１基板２１，第２基板２２の各側面と接するものである。枠体６２が第１基板２１の上面または第２基板２２の下面の少なくともいずれかと接するものであってもよい。【００５５】
図７に示す放熱ユニット６１は、中空部４２ａにヒートパイプ等の例えば、銅，銅合金，アルミニウムおよびアルミニウム合金のいずれかからなる冷却管６５を挿入し、この冷却管６５にラジエター等の冷却手段６６を接続してなるものである。【００５６】
放熱ユニット６１をこのような構造にすると、大型の冷却装置を必要とせずに効率的かつ安価に積層型放熱基体を冷却することができる。【００５７】
本発明の電子装置は、上述したように放熱特性の高い積層型放熱基体１または放熱ユニット６１を構成する回路部材４１上に電子部品を搭載したことから、作動中、電子部品に蓄熱することがなく、放熱性の高い電子装置とすることができる。【００５８】
次に、本発明の積層型放熱基体の製造方法について説明する。【００５９】
本発明の積層型放熱基体１は、まず、長さ３０〜８０ｍｍ、幅１０〜８０ｍｍ、厚み０．１３〜０．４ｍｍの窒化珪素質焼結体からなる第１基板２１，第２基板２２の両主面上に、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ）などの活性金属や場合によっては錫（Ｓｎ）を含むＡｇ−Ｃｕ合金またはＡｕ−Ｃｕ合金のペーストを、スクリーン印刷，ロールコーター法，刷毛塗り等で塗布し、このペースト上に銅が主成分であって、厚みが０．１〜０．６μｍである銅箔を積層した後、８００〜９００℃で加熱溶融して、第１活性金属層３１，第２活性金属層３２および銅を主成分とする第１結合層５１，第２結合層５２を形成する。【００６０】
次に、第１結合層５１，第２結合層５２がそれぞれ回路部材４１，放熱部材４２と接する面を研磨する。その後、水素、窒素およびネオン、アルゴン等の不活性ガスのいずれかから選ばれる雰囲気中、３００〜５００℃に加熱する。そして、３０ＭＰａ以上の圧力で、第１結合層５１，第２結合層５２と接合する面が平坦な回路部材４１，放熱部材４２を、例えば３行２列または３行３列の行列状に配置して、接合して積層型放熱基体１を得る。そして、銅や銅合金が酸化しない温度（５０℃）まで加圧したまま冷却する。この温度に到達した後、加圧を終了し、積層型放熱基体１を取り出す。回路部材４１の具体的な回路の形成方法としては、予めプレス加工やエッチング加工によりパターニングして回路を形成した銅板を用いる。または接合後に、エッチング，レーザー等によりパターニングする。【００６１】
また、第１結合層５１を複数の回路部材４１にわたって形成し、且つ、その厚みが回路部材配置領域Ｅに比べ回路部材間領域Ｆで薄くするには、上述に示した方法で作製した後、回路部材間領域Ｆの第１結合層５１以外の部分にマスキングを施す。その後、エッチング、レーザー等を用いて、回路部材間領域Ｆの第１結合層５１が薄くなるように加工し、その後マスキングを除去して、積層型放熱基体１を得ることができる。【００６２】
以上のことから、銅直接接合法，高融点金属メタライズ法，活性金属法等のいずれか１種で接合した場合より、接合によって回路部材４１，放熱部材４２に生じる反りは小さくなるので、回路部材４１および放熱部材４２の厚みを大きくすることができる。回路部材４１，放熱部材４２が厚い積層型放熱基体１は、放熱特性を高くすることができ、場合によってはヒートシンクの取り付けも不要にすることができる。【００６３】
また、積層型放熱基体１における回路部材に半導体素子等の電子部品を接続することで、半導体装置等の電子装置を使用しているときにも電子部品に蓄熱することを有効に抑制することができる。【００６４】
以上、本発明の積層型放熱基体１は、上述の通り放熱特性が良好であるため、昇華型サーマルプリンターヘッド用基板，面型発熱ヒーター支持基板，サーマルインクジェットプリンターヘッドのヒーター支持基板等にも適用させることができる。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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