(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンまたはモリブデンからなる多孔質体と、前記多孔質体に含浸されているとともに前記タングステンまたはモリブデンより熱伝導性の高い金属材料からなる含浸材とを含んでおり、上下方向に設けられた複数の貫通孔を有している複合部材と、
前記複合部材の前記複数の貫通孔に設けられており、前記金属材料からなる複数のビアと、
前記金属材料からなり、前記複合部材の上面または下面に設けられているとともに、メッキによって前記複数のビアと一体的に形成された金属層と、を備えている熱伝導部品と、
前記熱伝導部品に接合されたセラミック基体と、を備えた実装基体であって、
断面視して前記セラミック基体と重なる箇所に、前記複数のビアの一部が配置されていることを特徴とする実装基体。
【請求項２】
前記金属材料が銅であることを特徴とする請求項１記載の実装基体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された実装基体と、
前記実装基体の前記熱伝導部品の上に搭載された電子素子と、
を備えた電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導部品を有する電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子装置として、例えばセラミック基体に熱伝導部品が接合されたものがあった。熱伝導部品は、例えば複数種類の金属からなる複合部材の上面および下面に金属板が接合されたものがあった。金属板は、例えば熱圧着によって複合部材に接合されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０６８９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の熱伝導部品は、複合部材と金属板との間に接合界面が存在するため、この接合界面における熱伝導特性に関して課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの態様によれば、熱伝導部品は、複合部材と、複数のビアと、金属層とを
含んでいる。複合部材は、タングステンまたはモリブデンからなる多孔質体と、多孔質体に含浸されているとともにタングステンまたはモリブデンより熱伝導性の高い金属材料からなる含浸材とを含んでいる。複合部材は、上下方向に設けられた複数の貫通孔を有している。複数のビアは、複合部材の複数の貫通孔に設けられており、上記金属材料からなる。金属層は、上記金属材料からなり、複合部材の上面または下面に設けられているとともに、メッキによって複数のビアと一体的に形成されている。さらに、熱伝導部品に接合されたセラミック基体と、を備え、断面視してセラミック基体と重なる箇所に、複数のビアの一部が配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様によれば、熱伝導部品は、複合部材の上面または下面に設けられているとともに、メッキによって複数のビアと一体的に形成された金属層を含んでいることにより、熱伝導特性に関して向上されている。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、熱伝導部品は、金属層と複数のビアとの間、および、金属層と含浸材との間に設けられているとともに、金属層、複数のビアおよび含浸材と一体的に形成された合金層を含んでいることにより、熱伝導特性に関して向上されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における電子装置を示す透視斜視図である。
【図２】図１に示された電子装置の縦断面図を示している。
【図３】図１に示された熱伝導部品１を示す透視斜視図である。
【図４】図３に示された熱伝導部品１の分解斜視図である。
【図５】図２に示された電子装置における熱伝導を示す模式図である。
【図６】熱伝導部品１の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における電子装置を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における電子装置を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における電子装置を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態における電子装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のいくつかの実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１および図２に示されているように、本発明の第１の実施形態における電子装置は、熱伝導部品１と、熱伝導部品１に接合されたセラミック基体２と、熱伝導部品１の上に搭載された電子素子３と、セラミック基体２の上に設けられたカバー部材４と、電子素子３の上方に設けられた透光性部材５とを含んでいる。熱伝導部品１およびセラミック基体２によって、実装基体が構成されている。図１において、電子装置は、仮想のｘｙｚ空間におけるｘｙ平面に実装されている。上方向とは、仮想のｚ軸の正方向のことをいう。本実施形態における電子装置は、例えば、集光型の太陽電池装置である。図１において、熱伝導部品１および電子素子３は、セラミック基体２およびカバー部材４を部分的に透過した状態で示されている。
【００１２】
図３に示されているように、熱伝導部品１は、複合部材１１と、複数のビア１２と、複数の金属層１３とを含んでいる。“熱伝導部品”とは、少なくとも一方向の熱伝導経路を有する部品のことをいう。本実施形態の熱伝導部品１は、少なくともビア１２による上下方向の熱伝導経路を有している。図３において、複合部材１１および金属層１３の一部が、透視された状態で点線によって示されている。
【００１３】
複合部材１１は、上下方向に設けられた複数の貫通孔を有している。上下方向とは、仮想のｚ軸方向のことをいう。複合部材１１は、タングステンまたはモリブデンからなる多孔質体と、多孔質体に含浸された含浸材とを含んでいる。含浸材は、タングステンまたはモリブデンより熱伝導性の高い金属材料からなる。タングステンの熱伝導率は、１７４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、モリブデンの熱伝導率は、１３８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。含浸材は、例えば銅からなる。銅の熱伝導率は、３９８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。多孔質体は、例えば、平均粒径が５μｍから４０μｍのタングステン粉末またはモリブデン粉末を加圧成形し、これを１３００℃から１６００℃までの雰囲気中で焼結することで得られる。複合部材１１は、例えば、水素雰囲気下において、約１２００℃で多孔質体に銅を含む含浸材を含浸させることにより得られる。
【００１４】
複数のビア１２は、含浸材と同じ金属材料からなるとともに、複合部材１１の複数の貫通孔に設けられている。複数のビア１２は、多孔質体に含浸材を含浸させる際に形成される。複数のビア１２は、例えば、銅からなる。複数のビア１２の材料は、純銅に限られるものではなく、熱伝導性が良好であるとともに、複合部材１１と十分な接合強度が得られるものであれば、銅を主成分とする銅合金であっても構わない。
【００１５】
複数の金属層１３は、第１の金属層１３１と、第２の金属層１３２とを含んでいる。第１の金属層１３１は、複合部材１１の上面に形成されている。以下、第１の金属層１３１を、上部金属層１３１という。第２の金属層１３２は、複合部材１１の下面に形成されている。以下、第２の金属層１３２を、下部金属層１３２という。上部金属層１３１および下部金属層１３２は、メッキ法によって、複数のビア１２と一体的に形成されている。“一体的に形成される”とは、上部金属層１３１および下部金属層１３２が複数のビア１２と連続的に形成されることをいい、例えば、熱圧着などの接合方法によって形成される接合界面がないように構造体が形成されることをいう。
【００１６】
上部金属層１３１および下部金属層１３２は、含浸材と同じ金属材料からなる。上部金属層１３１および下部金属層１３２は、例えば、銅からなる。
【００１７】
上部金属層１３１および下部金属層１３２は、メッキ法によって、多孔質体に含浸された金属部分と一体的に形成されている。図４に示されているように、例えば、上部金属層１３１は、上部金属層１３１が分解された状態において、複合部材１１の上面において外部に露出されている複数の金属部分１１３と一体的に形成されている。“一体的に形成される”とは、例えば、上部金属層１３１が金属部分１１３と連続的に形成されることをいい、例えば、熱圧着などの接合方法によって形成されるような接合界面がないように構造体が形成されることをいう。
【００１８】
上部金属層１３１および下部金属層１３２が例えば銅からなる場合、金属材料は、純銅に限られるものではなく、熱伝導性が良好であるとともに、複合部材１１と十分な接合強度が得られるものであれば、銅を主成分とする銅合金であっても構わない。
【００１９】
再び図１および図２を参照して、セラミック基体２は、例えば、ロウ材または樹脂接合材などによって熱伝導部品１に接合されている。セラミック基体２は、セラミック構造体２１と、電気的経路２２とを含んでいる。
【００２０】
セラミック構造体２１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック質焼結体などからなる。電気的経路２２は、導体パターンまたはビア導体を含んでいる。電気的経路２２は、タングステンまたはモリブデンなどの高融点金属からなる。電気的経路２２は、ニッケルおよび金などの耐食性に優れるメッキ層を含んでいてもよい。
【００２１】
電子素子３は、熱伝導部品１の上に搭載されている。“熱伝導部品１の上に搭載される”とは、ロウ材または樹脂接合材によって熱伝導部品１に接合されている構造を含むものである。電子素子３は、例えば半導体素子である。例示的な半導体素子は、集光型太陽電池用の光電変換素子である。電子素子３は、電気的経路２２に電気的に接続されている。
【００２２】
カバー部材４は、例えば、ロウ材または樹脂接合材によってセラミック基体２に固定されている。カバー部材４は、例えば、金属材料を含んでいる。
【００２３】
透光性部材５は、カバー部材４に接合されているとともに、電子素子３の直上に設けられている。部材５の“透光性”とは、例えば本実施形態における電子装置が集光型太陽電池である場合、太陽光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。透光性部材５は、例えば、実質的にガラス材料からなる。透光性部材５は、例えば、プリズムレンズである。
【００２４】
図５に示されているように、本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１および下部金属層１３２が、ビア１２と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１からビア１２への熱伝導およびビア１２から下部金属層１３２への熱伝導に関して改善されている。図５において、熱の伝導がブロック矢印によって示されている。
【００２５】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１および下部金属層１３２が、複合体１１を構成している多孔質体の銅部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、複合部材１１と上部金属層１３１との接合強度、および、複合部材１１と下部金属層１３２との接合強度に関して向上されている。従って、本実施形態における電子装置は、熱伝導経路に関して改善されている。
【００２６】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１および下部金属層１３２が、多孔質体に含浸された金属部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１から複合部材１１への熱伝導および複合部材１１から下部金属層１３２への熱伝導に関して改善されている。
【００２７】
本実施形態の電子装置において、熱伝導部品１は、メッキによって複数のビア１２と一体的に形成された上部金属層１３１および下部金属層１３２を有していることにより、例えば、セラミック基体２との接合のための加熱処理における応力による変形が低減されている。従って、本実施形態の電子装置は、信頼性に関して向上されている。
【００２８】
図６を参照して、熱伝導部品１の製造方法について説明する。
【００２９】
工程６０１は、複数の貫通孔１１２を有する多孔質体１１１を準備することである。複数の貫通孔１１２は、多孔質体１１１において上下方向に形成されている。
【００３０】
工程６０２は、含浸材を多孔質体１１１に含浸させることである。工程６０２において、複数のビア１２が、多孔質体１１１の複数の貫通孔１１２内に形成される。複合部材１１は、工程６０２によって得られる。
【００３１】
工程６０３は、複合部材１１の上面および下面に上部金属層１３１および下部金属層１３２をメッキ法によって形成することである。上部金属層１３１および下部金属層１３２は、メッキ法によって形成されることにより、複合部材１１の複数のビア１２と一体的に形成される。メッキ法の例は、電界メッキ法である。図６の工程６０３において、複合部材１１および上部金属層１３１が、透過された状態で、点線によって示されている。
【００３２】
工程６０２と工程６０３の間に、工程６０２にて得られた複合部材１１に内在する応力を開放するための加熱工程と、この加熱工程により応力の開放の結果として生じた変形を研削および研磨などの機械加工により低減させる工程を付加することが好ましい。
【００３３】
（第２の実施形態）
図７を参照して、本発明の第２の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置において第１の実施形態における電子装置と異なる点は、熱伝導部品１の構造である。その他の構成は、第１の実施形態における電子装置の構成と同様である。
【００３４】
熱伝導部品１は、複合部材１１の上面に形成された上部金属層１３１を有している。上部金属層１３１は、複数のビア１２と一体的に形成されている。複合部材１１の下面は、外部に露出されている。
【００３５】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１が、ビア１２と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１からビア１２への熱伝導に関して改善されている。図７において、熱の伝導がブロック矢印によって示されている。
【００３６】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１が、多孔質体に含浸された金属部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１から複合部材１１への熱伝導に関して改善されている。
【００３７】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１が、複合体１１を構成している多孔質体に含浸されている金属部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、複合部材１１と上部金属層１３１との接合強度に関して向上されている。従って、本実施形態における電子装置は、熱伝導経路に関して改善されている。
【００３８】
（第３の実施形態）
図８を参照して、本発明の第３の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置において第１の実施形態における電子装置と異なる点は、熱伝導部品１の構造である。その他の構成は、第１の実施形態における電子装置の構成と同様である。
【００３９】
熱伝導部品１は、複合部材１１の下面に形成された下部金属層１３２を有している。下部金属層１３２は、複数のビア１２と一体的に形成されている。複合部材１１の上面は、セラミック基体２に接合されている。
【００４０】
本実施形態の電子装置において、下部金属層１３２が、ビア１２と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、ビア１２から下部金属層１３２への熱伝導に関して改善されている。図８において、熱の伝導がブロック矢印によって示されている。
【００４１】
本実施形態の電子装置において、下部金属層１３２が、多孔質体に含浸された金属部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、複合部材１１から下部金属層１３２への熱伝導に関して改善されている。
【００４２】
本実施形態の電子装置において、下部金属層１３２が、複合体１１を構成している多孔質体に含浸された金属部分と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、複合部材１１と下部金属層１３２との接合強度に関して向上されている。従って、本実施形態における電子装置は、熱伝導経路に関して改善されている。
【００４３】
（第４の実施形態）
図９を参照して、本発明の第４の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置において第１の実施形態における電子装置と異なる点は、電子素子３の実装構造である。その他の構成は、第１の実施形態における電子装置の構成と同様である。
【００４４】
電子素子３は、サブマウント基板６を介して熱伝導部品１の上に実装されている。サブマウント基板６は、例えばロウ材または樹脂接合部材によって、熱伝導部品１に接合されている。サブマウント基板６は、導体パターンを有している。電子素子３は、例えばロウ材または樹脂接合部材によってサブマウント基板６に接合されているとともに、サブマウント基板６の導体パターンに電気的に接続されている。
【００４５】
本実施形態の電子装置において、上部金属層１３１および下部金属層１３２が、ビア１２と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１からビア１２への熱伝導およびビア１２から下部金属層１３２への熱伝導に関して改善されている。
【００４６】
（第５の実施形態）
図１０を参照して、本発明の第５の実施形態における電子装置について説明する。本実施形態における電子装置において第１の実施形態における電子装置と異なる点は、熱伝導部品１である。その他の構成は、第１の実施形態における電子装置の構成と同様である。
【００４７】
熱伝導部品１は、複合部材１１と、複数のビア１２と、金属層１３と、合金層１４１，１４２とを含んでいる。
【００４８】
複合部材１１は、タングステンまたはモリブデンからなる多孔質体と、多孔質体に含浸されているとともにタングステンまたはモリブデンより熱伝導性の高い第１の金属材料からなる含浸材１１３とを含んでいる。図１０において、含浸材１１３は、部分拡大図において模式的に示されている。複合部材１１は、上下方向に設けられた複数の貫通孔を有している。
【００４９】
複数のビア１２は、複合部材１１の複数の貫通孔に設けられており、含浸材１１３と同じ第１の金属材料からなる。
【００５０】
第１の金属材料は、例えば銀である。銀の熱伝導率は、４２９Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。タングステンの熱伝導率は、１７４Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、モリブデンの熱伝導率は、１３８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。
【００５１】
金属層１３は、タングステンまたはモリブデンより熱伝導性の高い第２の金属材料からなるとともに、複合部材１１の上面または下面に設けられている。
【００５２】
合金層１４１および１４２は、第１の金属材料および第２の金属材料からなるとともに、金属層１３と複数のビア１２との間、および、金属層１３と含浸材１１３との間に設けられている。合金層１４１および１４２は、金属層１３、複数のビア１２および含浸材１１３と一体的に形成されている。合金層１４１および１４２は、複合部材１１の上面および下面に金属層１３を形成した後に、複合部材１１および金属層１３に加熱処理を施すことにより形成される。
【００５３】
第２の金属材料は、例えば銅である。銅の熱伝導率は、３９８Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１である。第１の金属材料が銀であるとともに、第２の金属材料が銅である場合、合金層１４１および１４２は、銀−銅合金からなる。
【００５４】
本実施形態の電子装置において、合金層１４１および１４２が、金属層１３および複数のビア１２と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１から複数のビア１２への熱伝導特性、および、複数のビア１２から下部金属層１３２への熱伝導特性に関して向上されている。
【００５５】
本実施形態の電子装置において、合金層１４１および１４２が、金属層１３および含浸材１１３と一体的に形成されていることにより、本実施形態における電子装置は、上部金属層１３１から複合部材１１への熱伝導特性、および、複合部材１１から下部金属層１３２への熱伝導特性に関して向上されている。
【００５６】
本実施形態の電子装置において、層１４１および層１４２が、第１の金属材料および第２の金属材料を含む合金からなることにより、本実施形態における電子装置は、単に第１の金属材料からなる層と第２の金属材料からなる層とが接している構造に比べて、熱伝導特性に関して向上されている。
【符号の説明】
【００５７】
１  熱伝導部品
１１  複合部材
１２  ビア
１３  銅層
２  セラミック基体
３  電子素子
４  カバー部材
５  透光性部材
【図１】
0005388819.tif 000002
【図２】
0005388819.tif 000003
【図３】
0005388819.tif 000004
【図４】
0005388819.tif 000005
【図５】
0005388819.tif 000006
【図６】
0005388819.tif 000007
【図７】
0005388819.tif 000008
【図８】
0005388819.tif 000009
【図９】
0005388819.tif 000010
【図１０】
0005388819.tif 000011