(57)【要約】  セラミックスからなる支持基板２１の少なくとも１つの主面に、支持基板側２１より、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する第１金属層３１，３２、炭素を主成分とする熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２が順次積層されてなる放熱特性に優れた放熱基体１を提供する。また、前記放熱基体１における第１主面側の第２金属層５１上に電子部品を搭載した電子装置を提供する。
2010087432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる支持基板の少なくとも１つの主面に、前記支持基板側より、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する第１金属層、炭素を主成分とする熱伝導層および第２金属層が順次積層されてなることを特徴とする放熱基体。
【請求項２】
前記第１金属層が銅を主成分とし、かつ前記第２金属層が銀または銅を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項３】
前記第１金属層が銀を主成分とし、かつ前記第２金属層が銅またはアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項４】
前記第１金属層が銀または銅を主成分とし、かつ前記第２金属層がタングステンまたはモリブデンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項５】
前記第１金属層がインジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項６】
前記第１金属層が銀または銅を主成分とし、インジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項７】
前記熱伝導層と前記第１金属層との間および前記熱伝導層と前記第２金属層との間の少なくともいずれか一方に中間層が形成されてなり、前記中間層は、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分であることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項８】
前記熱伝導層の側面は、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項９】
前記熱伝導層および前記第２金属層のそれぞれの側面は、金，銅，アルミニウム，錫および亜鉛から選択される１種以上の金属元素からなる被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１０】
前記第２金属層の厚みは、前記熱伝導層の厚みの３０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１１】
前記第１金属層および前記熱伝導層は、その外側の各側面が前記支持基板の側面より内側にあることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１２】
前記支持基板の第１主面および該第１主面の背面側にある第２主面のそれぞれに、前記支持基板の側から前記第１金属層，前記熱伝導層および前記第２金属層が順次積層された、前記第１主面側に複数の電子部品を搭載するための放熱基体であって、前記第１主面側に配置された前記熱伝導層は前記電子部品と電気的に個別に結合されるべく複数に分離されてなり、前記第２主面側に配置された前記熱伝導層は、平面透視した投影面積が前記第１主面側に配置された前記熱伝導層の投影面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１３】
前記第２主面側に配置された前記熱伝導層は単一層からなることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１４】
前記第１主面側に配置された前記熱伝導層の側面または前記第２主面側に配置された前記熱伝導層の側面における少なくとも一部は、前記支持基板に向かって外側に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１５】
前記第１主面側に配置された前記熱伝導層の側面または前記第２主面側に配置された前記熱伝導層の側面の少なくとも一部は、前記支持基板の側で外側に広がる段差を有していることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１６】
前記支持基板は、窒化珪素，窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の放熱基体。
【請求項１７】
請求項１に記載の放熱基体における前記第１主面側の前記第２金属層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、放熱基体およびこの放熱基体に電子部品が搭載された電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子，ペルチェ素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品が放熱基体の回路部材上に搭載された電子装置が用いられている。
最近では、このような電子部品を搭載する回路部材を設けてなる放熱基体としては、特許文献１，２にそれぞれ開示されているセラミック回路基板およびセラミックス−金属接合体のように、電気絶縁性を有するとともに熱伝導性，機械的強度に優れたセラミック基板に、電気抵抗値が小さく、熱伝導率が高い銅またはアルミニウムといった金属を直接接合するかまたはろう材を用いて接合した放熱基体が一般的に使用されている。
図１７は、特許文献１で提案されているセラミック回路基板の一例を示す断面図である。このセラミック回路基板８０は、絶縁材となるセラミック基板８１の両表面に導体層としての銅板８２，８３を接触配置し、加熱することによって発生する銅と酸素との共晶化合物を接合剤として接合して形成したメタライズ基板８４の導体層である銅板８２に半田層８５を介して半導体素子８６を一体に接合する一方、半導体素子８６を接合した側とは反対側のメタライズ基板８４の導体層である銅板８３の表面を熱伝導性接着剤８７により放熱板８８を一体に接合したものである。また、半導体素子８６は、銅板８２と半導体素子８６の端子とを、Ａｌ製リード線８９を使用してワイヤボンディングされている。
また、特許文献２では、窒化物系セラミック部材と、Ｔｉ，ＺｒおよびＮｂから選ばれた少なくとも１種の活性金属を含むＡｇ−Ｃｕ系ろう材層を介して、窒化物系セラミック部材に接合された金属部材とを具備するセラミックス−金属接合体において、窒化物系セラミック部材側の接合界面には、活性金属が偏析した層が連続して存在するセラミックス−金属接合体が提案されている。【０００３】
しかしながら、特許文献１で提案されている放熱基体であるセラミック回路基板８０は、セラミック基板８１と、銅板８２，８３とを１０６５℃以上１０８３℃以下の高温で接合して得られる。このため、接合できる銅板８２，８３の厚みは限定され、近年のように高集積化された半導体素子に対しては、十分な放熱特性を備えているとはいえなかった。さらに、銅板８２，８３の外周縁部では、セラミック基板８１を拘束する力が大きいため、セラミック回路基板８０全体が大きく反るおそれがある。
また、特許文献２で提案されているセラミックス−金属接合体は、Ａｇ−Ｃｕ共晶温度（７８０℃）以上に加熱された状態で、金属部材が活性金属を含むろう材層を介して窒化物系セラミック部材に一体に接合される。このため、金属部材を厚くすると、窒化物系セラミック部材および金属部材の各線膨張係数の差により、窒化物系セラミック部材に大きな引張応力が発生し、窒化物系セラミック部材に大きな反りが発生することが考えられる。【０００４】
【特許文献１】特開平５−９０４４４号公報
【特許文献２】特開平５−１４８０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述のような課題を解決するためのものであって、放熱特性が良好であるとともに、放熱基体全体を厚くしてもセラミックスからなる支持基板に大きな反りが発生しにくい放熱基体およびこれを用いた電子装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係る放熱基体は、セラミックスからなる支持基板の少なくとも１つの主面に、前記支持基板側より、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する第１金属層、炭素を主成分とする熱伝導層および第２金属層が順次積層されてなることを特徴とする。
また、本発明の一形態に係る電子装置は、放熱基体における前記第１主面側の前記第２金属層上に電子部品を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一形態に係る放熱基体によれば、支持基板および熱伝導層の線膨張係数の差を小さくすることができるので、支持基板に発生する反りが小さくなる。また、支持基板に発生する反りが小さくなると、支持基板の両主面に厚い熱伝導層を備えることができ、放熱特性を高くすることができる。また、電子部品は作動中に発熱するので、これを冷却するためのヒートシンクを通常取り付けるが、このようなヒートシンクを不要にすることも可能である。
さらに、本発明の一形態に係る電子装置によれば、電子部品作動中にも、放熱基体の放熱特性が高いので電子部品に蓄熱することを抑制することができ、好適な電子装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の放熱基体の一実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】黒鉛の好適な結晶構造を示す模式図である。
【図３】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【図５】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＤ−Ｄ線における断面図である。
【図６】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＥ−Ｅ線における断面図である。
【図７】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＦ−Ｆ線における断面図である。
【図８】本発明の放熱基体の他の実施形態を説明する図であり、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＧ−Ｇ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図９】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＨ−Ｈ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１０】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１１】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＪ−Ｊ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１２】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＫ−Ｋ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１３】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＬ−Ｌ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１４】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＭ−Ｍ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１５】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＮ−Ｎ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１６】本発明の放熱基体の他の実施形態を示し、（ａ）は支持基板の第１主面側から平面視したときの平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＰ−Ｐ線における断面図、（ｃ）は支持基板の第２主面側から平面視したときの底面図である。
【図１７】従来の放熱基体の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図面における各符号は同様の部材には同一符号を用いる。
【００１０】
＜第１形態＞
図１に示すように、本実施形態の放熱基体１は、セラミックスからなる支持基板２１の両主面に、支持基板２１側よりそれぞれ第１金属層３１，３２、炭素を主成分とする熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２が順次積層されてなる。なお、上記積層構造は支持基板２１の少なくとも１つの主面においてあればよい。また、第１金属層３１，３２は、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有するものであればよい。これにより、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを第１金属層３１，３２を介して強固に接合できる。また、第１金属層３１，３２は、より好適には銀または銅を主成分（以下、ある層における「主成分」とは、その層を構成する全成分１００質量％に対して、５０質量％以上である成分をいう。）とする。
さらに、第１金属層３１，３２の主成分が銅であれば、第２金属層５１，５２は主成分が銀または銅であることが好ましく、第１金属層３１，３２の主成分が銀であれば、第２金属層５１，５２は主成分が銅またはアルミニウムであることが好ましい。
第２金属層５１，５２は、銀，銅またはアルミニウムを主成分とすることで、銀，銅，アルミニウムともにその熱伝導率が高いので、放熱基体１の放熱特性をより高くすることができる。
また、第２金属層５１，５２は、第１金属層３１，３２の主成分が銀または銅であれば、タングステンまたはモリブデンを主成分としてもよい。第２金属層５１，５２の主成分が、タングステンまたはモリブデンであれば、タングステン，モリブデンともにその線膨張係数は、支持基板２１を構成するセラミックスおよび熱伝導層４１，４２を構成する炭素の各線膨張係数との差が小さいので、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品（図示しない）が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって支持基板２１に残る残留応力は小さくなり、支持基板２１に生じる反りをより小さくすることができるので、信頼性が容易に損なわれない。
第１金属層３１，３２は、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金とすることが好適である。その理由は、この合金が支持基板２１と熱伝導層４１，４２との間において、加圧された状態で７８０℃以上９００℃以下の高温に加熱されて溶融することによって、支持基板２１および熱伝導層４１，４２の各接合側の主面の凹凸に追従しやすくなり、その後冷却されることにより、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを強固に接合することができるからである。
さらに、第１金属層３１，３２はインジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素を含有することが好適である。その理由は、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合する場合、前記金属元素が含有されることにより、前記金属元素は融点が低いので、第１金属層３１，３２となるペースト状ろう材が支持基板２１および熱伝導層４１，４２の各接合側の主面の凹凸にさらに追従しやすくなるため、第１金属層３１，３２内に残る空隙が少なくなり、放熱基体１の放熱特性が向上するからである。
特に、第１金属層３１，３２は、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金で、例えば、銀が４５質量％以上５８質量％以下、銅が４０質量％以上５０質量％以下、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素が合計で１．５質量％以上６．０質量％以下、インジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素が合計で１質量％以上５質量％以下含まれており、その厚みはそれぞれ１０μｍ以上３０μｍ以下とすることが好適である。
ここで、支持基板２１は、例えば、窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化ベリリウムおよび酸化ジルコニウムのうち少なくともいずれか１種を主成分とするセラミックスからなる。特に、支持基板２１は、例えば、Ｘ方向の長さが２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、厚みは用途によって異なるが、耐久性および絶縁耐圧が高く、熱抵抗が抑制されたものにするには、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることが好適である。
なお、上記セラミックスにおける主成分とは、このセラミックスを構成する全成分１００質量％に対して、５０質量％以上である成分をいう。そして、支持基板２１，第１金属層３１，３２および第２金属層５１，５２については、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）発光分光分析法により、また、熱伝導層４１，４２の主成分については、炭素分析法により求めることができる。
ここで、支持基板２１を構成するセラミックスの４０〜４００℃における線膨張係数は、例えば、２．６×１０-6／℃以上７．２×１０-6／℃以下である。熱伝導層４１，４２の主成分である炭素の４０〜４００℃における線膨張係数は、例えば、１．１×１０-6／℃以上６．５×１０-6／℃以下である。
このように、本発明の放熱基体１の構成によれば、支持基板２１および熱伝導層４１，４２を高温に曝しても、支持基板２１を構成するセラミックスの線膨張係数と、熱伝導層４１，４２の主成分である炭素の線膨張係数との差は小さいので、放熱基体１に発生する熱応力を小さくすることができる。その結果、放熱基体１に残る残留応力が小さくなり、反りの小さな放熱基体１とすることができる。併せて、熱伝導層４１，４２の各厚みを０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下と厚くすることができるため、放熱特性の優れた放熱基体１とすることができ、場合によっては放熱基体１上に搭載される電子部品等を冷却するためのヒートシンク（図示しない）を取り付けなくても済む。また、ヒートシンクを取り付けるのに通常用いられていたシリコーン樹脂も不要となるので、シリコーン樹脂による熱抵抗が発生せず、放熱基体１の放熱特性を向上させることができる。
また、第１金属層３１，３２の各側面は、熱伝導層４１，４２の側面に対して、外側に位置していることが好適である。第１金属層３１，３２の各側面がこの位置にあれば、支持基板２１にかかる応力が分散され、耐久性の高い放熱基体１とすることができる。特に、第１金属層３１，３２の各側面は、熱伝導層４１，４２の側面に対して、１５０μｍ以内で外側に位置していることが好適である。
熱伝導層４１，４２は、例えば、Ｘ方向の長さが５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、厚みは電子部品に流れる電流の大きさや、電子部品の発熱量等によって決められ、０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であるものが望ましい。この熱伝導層４１，４２を構成する炭素は、例えば、カーボンナノチューブ，カーボンファイバ，グラフェン，黒鉛，非晶質炭素，炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）およびダイヤモンドのいずれかであることが好適である。
ここで、熱伝導層４１，４２を構成する炭素として黒鉛を選んだ場合について説明する。黒鉛の結晶構造は、黒鉛の結晶粒子内の気孔に影響を与える。黒鉛の結晶構造が、図２に示すように、炭素層面が整然とした配向を示す構造である場合、黒鉛の結晶粒子内の気孔が減少するため、熱伝導層４１，４２の圧縮強度を高くすることができる。
本実施形態の放熱基体１を構成する熱伝導層４１，４２を構成する炭素が黒鉛である場合には、この黒鉛はＸ線回折法を用いた測定による（００２）面からの半値幅を０．３°以下（０°を除く）とすることが好適である。また、黒鉛の結晶構造は図２に示す構造となり、さらに圧縮強度を始めとする機械的特性、例えば曲げ強度，ヤング率，硬度等を高くすることができる。
特に、黒鉛の結晶構造は、２Ｈグラファイトと呼ばれる六方晶系の結晶構造であることがより好適である。また、熱伝導層４１，４２は炭素を骨材とし、金属、例えば銅またはアルミニウムを含浸させた複合材であってもよい。
第２金属層５１，５２は、例えば、Ｘ方向の長さが５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、厚みは電子部品に流れる電流により異なるが、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
なお、上記寸法の測定は画像計測、接触式計測および非接触式レーザー変位計測等から選択されるいずれかの方法で行なえばよい。
【００１１】
以下、本発明の他の形態を説明するが、第１形態と同様の構成については、詳細な説明を省略している。
＜第２形態＞
放熱基体１は、図３に示すように、熱伝導層４１，４２と第２金属層５１，５２との間に中間層６１，６２が形成されてなるものであってもよい。中間層６１，６２は、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分であることが好適である。中間層６１，６２がこれらの金属元素を主成分とする場合、これらの金属元素は炭素，銀，銅，アルミニウム，タングステンおよびモリブデンに対する密着性が高いので、熱伝導層４１，４２と第２金属層５１，５２との接合強度を上げることができ、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって第２金属層５１，５２が剥離しにくくなるため、信頼性を高くすることができる。中間層６１，６２の各厚みは０．１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好適である。
また、図示しないが、放熱基体１は、熱伝導層４１，４２と第１金属層３１，３２との間に中間層が形成されてなるものであってもよい。この中間層も上述した中間層６１，６２と同様、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分であることが好適である。
この中間層がこれらの金属元素を主成分とする場合、これらの金属元素は炭素，銀および銅に対する密着性が高いので、熱伝導層４１，４２と第１金属層３１，３２との接合強度を上げることができ、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって熱伝導層４１，４２が剥離しにくくなるため、信頼性を高くすることができる。この中間層の各厚みは０．１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好適である。
なお、各中間層６１，６２および熱伝導層４１，４２と第１金属層３１，３２との間に形成される中間層をそれぞれ構成する成分は、蛍光Ｘ線分析法またはＩＣＰ発光分光分析法により求めることができ、第２金属層５１，５２を形成する主成分の金属元素の含有量は、９９．９質量％以上であることがより好適である。
放熱基体１は、熱伝導層４１，４２が炭素質焼結体からなり、この炭素質焼結体は相対密度が８０％以上であることが好適である。この場合、熱伝導層４１，４２として高い強度と高い熱伝導性とを兼ね備えることができる。
【００１２】
＜第３形態＞
図４に示す放熱基体１は、熱伝導層４１，４２の各側面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２が形成されている放熱基体１である。
【００１３】
＜第４形態＞
また、図５に示す放熱基体１は、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各側面に、金，銅，アルミニウム，錫，亜鉛から選択される少なくとも１種の金属元素からなる被覆層７１，７２が形成されている放熱基体１である。なお、前記金属元素は、相互拡散することによって合金を形成していてもよい。
【００１４】
第３形態および第４形態の放熱基体１では、空気中の水分が熱伝導層４１，４２に吸収されにくく、空気中の水分が熱伝導層４１，４２に吸収されたとしてもその蒸発は被覆層７１，７２により抑制されるので、第１金属層３１，３２および第２金属層５１，５２が腐食しにくくなり、信頼性を向上させることができる。なお、被覆層７１，７２の各厚みは２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好適である。
【００１５】
＜第５形態＞
図６に示す放熱基体１は、第２金属層５１，５２の各厚みが、熱伝導層４１，４２の各厚みの３０％以下である放熱基体１である。この放熱基体１の場合、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各線膨張係数の差により接合工程で生じる熱応力が小さくなるため、第２金属層５１，５２の各厚みが、熱伝導層４１，４２の各厚みの３０％より大きい放熱基体１よりも支持基板２１に生じる反りは小さくなり、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって信頼性が容易に損なわれない。
【００１６】
＜第６形態＞
図７に示す放熱基体１では、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２の外側の各側面が支持基板２１の側面より内側にある放熱基体１である。この放熱基体１の場合、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各側面が第１金属層３１，３２，熱伝導層４１，４２および支持基板２１の各側面が同一面上にある場合よりも熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各側面は強く拘束されているので、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２は、変形しにくくなる。その結果、電子部品の動作中に生じた熱によっても、支持基板２１に生じる応力は抑制されるため、放熱基体１は、信頼性が高くなる。
【００１７】
＜第７形態＞
図８に示す放熱基体１は、支持基板２１の第１主面および第１主面の背面側にある第２主面のそれぞれに、支持基板２１の側から第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２が順次積層され、第１主面側に複数の電子部品を搭載するための放熱基体１である。第１主面側に配置された熱伝導層４１は電子部品と電気的に個別に結合されるべく複数に分離されてなり、第２主面側に配置された熱伝導層４２は、平面透視した投影面積が第１主面側に配置された熱伝導層４１の投影面積より大きい。
【００１８】
＜第８形態＞
図９に示す放熱基体１は、支持基板２１の第１主面および第２主面のそれぞれに、支持基板２１の側から第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２、中間層６１，６２および第２金属層５１，５２が順次積層され、第１主面側に複数の電子部品を搭載するための放熱基体１である。第１主面側に配置された熱伝導層４１は電子部品と電気的に個別に結合されるべく複数に分離されてなり、第２主面側に配置された熱伝導層４２は、平面透視した投影面積が第１主面側に配置された熱伝導層４１の投影面積より大きい。
第７形態および第８形態の放熱基体１では、第２主面側に配置された熱伝導層４２は、平面透視した投影面積が第１主面側に配置された熱伝導層４１の投影面積より大きいので、第１主面側に搭載された電子部品から発生した熱は効率よく拡散し、放熱されるため、放熱特性を高くすることができる。
【００１９】
＜第９形態＞
図１０に示す放熱基体１は、支持基板２１の第１主面および第２主面のそれぞれに、支持基板２１の側から第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２が順次積層され、第１主面側に複数の電子部品を搭載するための放熱基体１である。第１主面側に配置された熱伝導層４１は電子部品と電気的に個別に結合されるべく複数に分離されてなり、第２主面側に配置された熱伝導層４２は単一層からなる。
【００２０】
＜第１０形態＞
図１１に示す放熱基体１は、図１０に示す放熱基体１の熱伝導層４１と第２金属層５１および熱伝導層４２と第２金属層５２との間に、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分である中間層６１，６２が形成されている。また、図示しないが、図１１に示す放熱基体１の熱伝導層４１と第１金属層３１との間にクロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分である中間層が形成されていてもよく、熱伝導層４１と第１金属層３１との間および熱伝導層４１と第２金属層５１との間、熱伝導層４２と第１金属層３２との間および熱伝導層４２と第２金属層５２との間の両方に中間層が形成されていることがより好適である。
第１０形態の放熱基体１のように、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分である中間層６１，６２が熱伝導層４１と第２金属層５１との間および熱伝導層４２と第２金属層５２との間に形成されていることが好適である。このようにすると、電子部品の動作中に生じた熱によって第２金属層５１，５２が剥離しにくくなるため、信頼性をより高くすることができる。
【００２１】
＜第１１形態＞
図１２に示す放熱基体１は、図１０に示す放熱基体１の熱伝導層４１，４２の側面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２が形成されている。
また、図１３に示す放熱基体１は、図１１に示す放熱基体１の熱伝導層４１，４２の側面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２が形成されている。
第１１形態の放熱基体１では、熱伝導層４１，４２の側面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２が形成されているので、空気中の水分が熱伝導層４１，４２に吸収されにくい。
【００２２】
＜第１２形態＞
図１４に示す放熱基体１は、図１１に示す放熱基体１の熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２のそれぞれの側面に、金，銅，アルミニウム，錫および亜鉛から選択される１種以上の金属元素からなる被覆層７１，７２が形成されている。なお、前記金属元素は、相互拡散することによって合金を形成していてもよい。
第１２形態の放熱基体１では、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２のそれぞれの側面に、金，銅，アルミニウム，錫，亜鉛から選ばれる少なくとも１種の金属元素からなる被覆層７１，７２が形成されているので、空気中の水分は第２金属層５１，５２側からも浸入しにくくなるので、前記水分は熱伝導層４１，４２にさらに吸収されにくくなる。また、第１１形態および第１２形態の放熱基体１では、空気中の水分が熱伝導層４１，４２に吸収されたとしてもその蒸発は被覆層７１，７２により抑制されるので、第１金属層３１，３２および第２金属層５１，５２が腐食しにくくなり、信頼性を向上させることができる。
なお、被覆層７１，７２の各厚みは２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好適である。
【００２３】
第９形態から第１２形態の放熱基体１では、第２主面側に配置された熱伝導層４２は単一層からなるので、熱伝導層４２は第１主面側に配置された熱伝導層４１より大きくすることができる。これにより、第１主面側に搭載された電子部品から発生した熱は効率よく拡散し、放熱されるため、放熱基体１は放熱特性を高くすることができる。
【００２４】
＜第１３形態＞
図１５に示す放熱基体１は、基本的な構成は図１１に示す放熱基体１と同様であるが、第１主面側に配置された熱伝導層４１の側面または第２主面側に配置された熱伝導層４２の側面における少なくとも一部は、支持基板２１に向かって外側に傾斜している。支持基板２１に向かって外側に傾斜していることにより、支持基板２１に対する熱伝導層４１，４２の接合面積を大きくすることができ、第１主面側から第２主面側に熱の授受がより速やかに進みやすくなるので、信頼性が高くなる。
【００２５】
＜第１４形態＞
図１６に示す放熱基体１は、基本的な構成は図１１に示す放熱基体１と同様であるが、第１主面側に配置された熱伝導層４１の側面または第２主面側に配置された熱伝導層４２の側面における少なくとも一部は、支持基板２１の側で外側に広がる段差を有している。支持基板２１の側で外側に広がる段差を有していることにより、支持基板２１に対する熱伝導層４１，４２の接合面積を大きくすることができ、第１主面側から第２主面側に熱の授受がより速やかに進みやすくなるので、信頼性が高くなる。
なお、第１形態から第１３形態において、支持基板２１は、例えば、窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化ベリリウムまたは酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなることは、先に述べた通りであるが、特に、支持基板２１が窒化珪素，窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる場合には、いずれの成分も熱伝導率が高く、機械的特性が優れているので、放熱特性および信頼性を高くすることができる。
【００２６】
＜電子装置＞
また、本実施形態の電子装置は、上述した第１形態から第１４形態において、放熱特性の高い放熱基体１における第２金属層５１上に電子部品を搭載したことから、放熱特性の高い電子装置とすることができる。
本実施形態の放熱基体１は、上述の通り放熱特性が高いため、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子，ペルチェ素子等の半導体素子，昇華型サーマルプリンタヘッド素子，サーマルインクジェットプリンタヘッド素子等の各種電子部品で発生した熱を長期間に亘って放熱効率をほとんど低下させずに用いることができる。
【００２７】
＜放熱基体の製造方法＞
次に、本発明の放熱基体の製造方法の一例について説明する。
本発明の放熱基体１は、まず、例えば、Ｘ方向の長さが２０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、厚みが０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化ベリリウムまたは酸化ジルコニウムを主成分とするセラミックスからなる支持基板２１とする。このような支持基板２１の両主面上に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選ばれる１種以上の金属元素と、必要に応じてインジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素とを含有する銀または銅を主成分とするペースト状ろう材を、スクリーン印刷，ロールコーター法および刷毛塗り等から選択されるいずれかの方法を用いて、第１金属層３１，３２の各厚みが１０μｍ以上３０μｍ以下になるように塗布する。なお、支持基板２１は後の工程で切断することによって、複数の放熱基体１が作製可能な大きさのものであってもよい。
次に、Ｘ方向の長さが５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下、Ｙ方向の長さが５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、厚みが０．５ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下の相対密度が、例えば８０％以上の炭素質焼結体からなる熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側に上記ペースト状ろう材を介して配置し、加圧した状態で、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中、８００〜９００℃の間の温度で加熱した後に冷却することにより、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とが接合され、支持基板２１と熱伝導層４１，４２との間には、第１金属層３１，３２が形成される。
ここで、熱伝導層４１と第１金属層３１との間、熱伝導層４２と第１金属層３２との間に中間層（図示しない）を形成する場合には、第１金属層３１，３２の各主面に無電解めっき法，電解めっき法，スパッタリング法，化学気相蒸着法（ＣＶＤ法(Chemical Vapor Deposition法)）および化学気相反応法（ＣＶＲ法(Chemical Vapor Reaction法)）等から選択されるいずれかの方法によりクロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分である中間層６１，６２を形成すればよい。
なお、熱伝導層４１，４２の側面の少なくとも一部が支持基板２１に向かって外側に傾斜している、あるいは支持基板２１の側で外側に広がる段差を有している放熱基体１を得るには、予めそのような形状の熱伝導層４１，４２を用いればよい。
そして、熱伝導層４１，４２および第１金属層３１，３２が所定の形状になるように、ミリング加工，ダイシング加工，ブラスト加工，ホーニング加工，エッチング加工，レーザー加工，超音波加工および放電加工等から選択されるいずれかの方法を用いて、パターニングする。
ここで、熱伝導層４１，４２の側面に、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２を形成する場合には、パターニングされた熱伝導層４１，４２の側面にチタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する、銀および銅を主成分とするペースト状ろう材，錫を主成分とするペースト状ろう材，アルミニウム−珪素系のペースト状ろう材，アルミニウム合金のペースト状ろう材および銀のペースト状ろう材等のいずれかを塗布して、加熱した後、ミリング加工，ダイシング加工，ブラスト加工，ホーニング加工，エッチング加工，レーザー加工，超音波加工および放電加工等から選択されるいずれかの方法を用いて、パターニングして被覆層７１，７２の各厚みを例えば２０μｍ以上２００μｍ以下にすればよい。なお、加熱する温度は、第１金属層３１，３２を形成した温度より低い温度にすればよい。
また、熱伝導層４１と第２金属層５１との間、熱伝導層４２と第２金属層５２との間に中間層６１，６２を形成する場合には、熱伝導層４１，４２の各主面に無電解めっき法，電解めっき法，スパッタリング法，化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）および化学気相反応法（ＣＶＲ法）等から選択されるいずれかの方法によりクロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分である中間層６１，６２を形成すればよい。
そして、熱伝導層４１，４２上に、また、中間層６１，６２が形成されている場合には中間層６１，６２上に、銀，銅，アルミニウム，タングステンまたはモリブデンを主成分とする第２金属層５１，５２を無電解めっき法，スパッタリング法，電気鋳造法および溶射法等から選択されるいずれかの方法により形成する。
ここで、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２のそれぞれの側面に金，銅，アルミニウム，錫および亜鉛から選択される１種以上の金属元素からなる被覆層７１，７２を形成する場合には、無電解めっき法または電解めっき法を用いて形成すればよい。
そして、必要に応じて、レーザー加工，ダイシング加工および超音波加工等から選択されるいずれかの方法を用いて、支持基板２１を切断することで、所定のサイズにすればよい。
最後に、支持基板２１に固着したり付着したりした余分な金属元素を、必要に応じてブラスト加工，ホーニング加工で除去した後、超音波を用いて洗浄することで本発明の放熱基体１を得ることができる。
以上のようにして得られた放熱基体１は、支持基板２１および熱伝導層４１，４２の線膨張係数の差を小さくすることができるので、接合工程で発生する熱応力が小さくなるため、支持基板２１に発生する反りが小さくなる。また、支持基板２１の両主面に熱伝導層４１，４２を備え、その熱伝導層４１，４２を厚くした放熱基体１は、放熱特性が高くなるので、場合によっては電子部品を冷却するためのヒートシンクを取り付けなくても済むようにすることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。【００２９】
〔実施例１〕
本発明の実施例１を図１２，１３に示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図１２，１３に示す放熱基体１をそれぞれ複数得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、第１金属層３１，３２が表１〜４に示す添加成分を含み、表１〜４に示す主成分のペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、相対密度が９０％の炭素質焼結体からなり、各厚みｔ4が表１〜４に示される熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペーストろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
そして、熱伝導層４１，４２および第１金属層３１，３２が図１２，１３に示す形状になるように放電加工により、パターニングした。
次に、このパターニングされた熱伝導層４１，４２および第１金属層３１，３２の各側面にアルミニウムおよび珪素からなり、その含有量がそれぞれ８８質量％，１２質量％であるペースト状のろう材を塗布して、６００℃で加熱した。
そして、試料Ｎｏ．４〜１８，２３，２８〜４２，４７，５２〜６６，７１，７６〜９０，９５については、無電解めっき法にて、表１〜４に示す成分の含有量が９９質量％である中間層６１，６２をそれぞれ表１〜４に示す厚みｔ6で形成した。
ここで、試料Ｎｏ．１〜３，１９〜２２，２４〜２７，４３〜４６，４８〜５１，６７〜７０，７２〜７５，９０〜９３，９５については、熱伝導層４１，４２上に、また、試料Ｎｏ．４〜１８，２３，２８〜４２，４７，５２〜６６，７１，７６〜９０，９５については、中間層６１，６２上に、表１〜４に示す成分を主成分とする第２金属層５１，５２を溶射法により形成した。そして、熱伝導層４１，４２の側面は、被覆層７１，７２が形成されるように放電加工を用いて、パターニングした後、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、図１２，１３に示す放熱基体１である試料Ｎｏ．１〜９５を得た。なお、熱伝導層４１の一方の各主面の合計面積および熱伝導層４２の一方の主面の面積は、表１〜４に示す通りである。
また、比較例として、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍのセラミック基板８１の両主面上に、チタンを含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、セラミック基板８１の両主面に、銅板８２を２行３列で，また銅板８３を単独で接触配置した状態で、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、１０７０℃に加熱することにより、セラミック基板８１と各銅板８２，８３とを接合した。そして、レーザー加工により、セラミック基板８１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2であるセラミック基板８１に銅板８２，８３を接合した、図１７に示す放熱基体８０の一部である試料Ｎｏ．９７，９８を形成した。
なお、銅板８２の一方の各主面の合計面積および銅板８３の一方の主面の面積は、表４に示す通りであって、いずれも酸素を０．１質量％含むタフピッチ電解銅からなるものを用いた。
次に、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１（ＩＳＯ  ４２８７−１９９７）に準拠して触針式の表面粗さ計を用い、支持基板２１およびセラミック基板８１の長手方向の最大高さＲzを測定し、この測定値を反りとした。この測定値を表１〜４に示す。なお、測定長さ、カットオフ値、触針の先端半径および触針の走査速度はそれぞれ５５ｍｍ，Ｒ＋Ｗ，２μｍ，１ｍｍ／秒とし、測定した反りの値を表１〜４に示した。この反りの値の前に−（マイナス）の符号が付されている試料は、第２主面側に向かって凹状に反りが発生していることを示し、反りの値の前に符号が付されていない試料は、第２主面側に向かって凸状に反りが発生していることを示す。
また、第２金属層５１および銅板８２の各主面に単位面積当たり４０Ｗ／ｍ2の熱量を与えたものとみなしたシミュレーションを行ない、各試料の熱抵抗を推定した。その推定値を表１〜４に示す。
また、各試料のヒートサイクル試験を行ない、支持基板２１およびセラミック基板８１に生じるクラックの有無を３０００サイクル以降１００サイクル経過する毎に、蛍光探傷法を用いて、光学顕微鏡で倍率を２０倍として確認した。ここで、室温から−４５℃に降温して１５分保持してから、昇温して１２５℃で１５分保持した後、室温まで降温するというサイクルを１サイクルとした。クラックが支持基板２１およびセラミック基板８１に始めて確認されたサイクル数を表１〜４に示す。
また、上記ヒートサイクル試験とは別に、第２金属層５１の引きはがし強さをＪＩＳ  Ｃ  ６４８１−１９９６に準拠して測定することにより、熱伝導層４１と第２金属層５１との接合強度を評価した。なお、引きはがし強さを測定する前にエッチングにより、被覆層７１を除去し、熱伝導層４１および第２金属層５１の各幅を１０ｍｍにした。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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表１〜４に示す通り、比較例である試料Ｎｏ．９７，９８は、反りが第２主面側に向かって凸状であり、その絶対値が大きいことがわかった。
一方、本発明の試料Ｎｏ．１〜９６は、セラミックスからなる支持基板２１の各主面に、支持基板２１側より、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する第１金属層３１，３２、炭素を主成分とする熱伝導層４１，４２および銅を主成分とする第２金属層５１，５２が順次積層されてなることから、支持基板２１および熱伝導層４１，４２の線膨張係数の差を小さくすることができるので、反りが第２主面側に向かって凹状であり、その絶対値も小さいことがわかった。
特に、第２金属層５１，５２の主成分が異なる試料Ｎｏ．５〜７を比べると、試料Ｎｏ．５，６は、第１金属層３１，３２が銀または銅を主成分とし、かつ第２金属層５１，５２が銅またはアルミニウムを主成分とすることから、銅，アルミニウムともにその熱伝導率が高いので、熱抵抗が低く、第２金属層５１，５２が銅およびアルミニウムを主成分としない試料Ｎｏ．７よりも放熱特性に優れていることがわかった。
また、第２金属層５１，５２の主成分が異なる試料Ｎｏ．８〜１０を比べると、試料Ｎｏ．８，９は第１金属層３１，３２が銀または銅を主成分とし、かつ第２金属層５１，５２がタングステンまたはモリブデンを主成分とすることから、タングステン，モリブデンともにその線膨張係数は、セラミックスおよび炭素の各線膨張係数との差が小さいので、第２金属層５１，５２がタングステンおよびモリブデンを主成分としない試料Ｎｏ．１０よりも支持基板２１に生じる反りが小さく、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって信頼性が容易に損なわれないことがわかった。
また、試料Ｎｏ．２，１１，１３〜１７を比べると、試料Ｎｏ．１１，１３〜１７は熱伝導層４１，４２と第２金属層５１，５２との間に中間層６１，６２が形成されてなり、中間層６１，６２は、クロム，マンガン，鉄，コバルトおよびニッケルから選択される１種以上の金属元素が主成分であることから、これらの金属元素は炭素，銀および銅に対する密着性が高いので、中間層６１が形成されていない試料Ｎｏ．２よりも第２金属層５１の引きはがし強さが大きく、熱伝導層４１と第２金属層５１との接合強度が高いことがわかった。同様の理由から、試料Ｎｏ．１１，１３〜１７は、熱伝導層４２と第２金属層５２との接合強度も高いと言える。
また、試料Ｎｏ．１９〜２１を比べると、試料Ｎｏ．２０，２１は、第２金属層５１の厚みが、熱伝導層４１の厚みの３０％以下であることから、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各線膨張係数の差により接合工程で生じる熱応力が小さくなるため、第２金属層５１の各厚みが、熱伝導層４１の各厚みの３０％より大きい試料Ｎｏ．１９よりも支持基板２１に生じる反りは小さくなり、第２金属層５１，５２のいずれかに半導体素子等の電子部品が搭載され、この電子部品の動作中に生じた熱によって信頼性が容易に損なわれないことがわかった。【００３０】
〔実施例２〕
以下、本発明の実施例２を図１０に示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図１０に示す放熱基体１を得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、表５に示す金属元素を含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
なお、このペースト状ろう材は後述する加熱後に、第１金属層３１，３２を形成するものであり、第１金属層３１，３２における金属元素およびその含有量は表５に示す通りである。
次に、相対密度が９０％の炭素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ２ｍｍである熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペースト状ろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
そして、熱伝導層４１，４２および第１金属層３１，３２が図１０に示す形状になるように放電加工により、パターニングした後、銅を主成分とする第２金属層５１，５２を溶射法により形成した。
そして、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、図１０に示す放熱基体１である試料Ｎｏ．９９〜１０２を得た。
なお、熱伝導層４２の主面の面積は、試料Ｎｏ．９９〜１０２とも２．５×１０3ｍｍ2である。
そして、超音波探傷法により支持基板２１と第１金属層３１，３２との間に生じている空隙を平面視した面積Ｓvを測定し、空隙が全くない状態の面積、すなわち熱伝導層４１，４２の支持基板２１に接合している主面を合わせた面積Ｓoに対する比率（＝Ｓv／Ｓo×１００）を求め、空隙率とした。ここで、超音波探傷法の測定条件は、探傷周波数を５０ＭＨｚ，ゲインを３０ｄＢ、スキャンピッチを１００μｍとした。
【表５】
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表５に示す通り、試料Ｎｏ．１００〜１０２は、第１金属層３１，３２がインジウムおよび錫から選択される１種以上の金属元素を含有することから、前記金属元素は第１金属層３１，３２を構成する他の金属元素よりも融点が低く、接合における濡れ性がより良好になるため、空隙率が試料Ｎｏ．９９よりも低く、信頼性が高いことがわかった。【００３１】
〔実施例３〕
以下、本発明の実施例３を図１１，１３，１４にそれぞれ示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図１１，１３，１４に示す放熱基体１を得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、チタンおよびインジウムを含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、相対密度が９５％の炭素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ２ｍｍである熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペースト状ろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
そして、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２が図１１，１３，１４に示す形状になるように放電加工により、パターニングした。
次に、試料Ｎｏ．１０４〜１０８については、このパターニングされた第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２の各側面に表６に示す金属元素を含有する銀−銅系合金からなるペースト状ろう材を塗布して、８００℃で加熱することにより被覆層７１，７２を形成した。試料Ｎｏ．１０３は被覆層７１，７２を形成していない。そして、試料Ｎｏ．１０３〜１０８の熱伝導部材４１，４２上に、無電解めっき法にて、ニッケルを主成分とするそれぞれの厚みが１５μｍの中間層６１，６２を形成した後、中間層６１，６２上に、溶射法により銅を主成分とする第２金属層５１，５２を形成した。
また、試料Ｎｏ．１０９〜１１４については、無電解めっき法にて、ニッケルを主成分とするそれぞれの厚みが１５μｍの中間層６１，６２を形成した後、中間層６１，６２上に、溶射法により銅を主成分とする第２金属層５１，５２を形成した。そして、第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各側面に表７に示す金属元素からなる被覆層７１，７２を無電解めっき法によって形成した。
そして、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、図１１（試料Ｎｏ．１０３），図１３（試料Ｎｏ．１０４〜１０８），図１４（試料Ｎｏ．１０９〜１１４）に示す放熱基体１を得た。
そして、１１０℃±５℃の恒温器内で各試料を乾燥させてから、デシケーターで放冷し、各試料の質量を測定した。得られた測定値を乾燥質量Ｗ1とした。
乾燥質量Ｗ1を測定した後、各試料を煮沸槽の水面下に沈め、３時間煮沸し、室温まで放冷した。各試料を水中から取り出し、湿ったガーゼで手早く表面をぬぐい水滴を除去した後、各試料の質量を測定した。得られた測定値を飽水質量Ｗ2とした。
そして、以下の式（１）を用いて水分吸収率（Ｗ．Ａ）を算出し、算出した値を表６，７に示した。
Ｗ．Ａ＝（Ｗ2―Ｗ1）／Ｗ1×１００  （％）・・・（１）
【表６】
2010087432.tif 000008
【表７】
2010087432.tif 000009
表６，７に示す通り、試料Ｎｏ．１０４〜１０８は、チタン，ジルコニウム，ハフニウムおよびニオブから選択される１種以上の金属元素を含有する銀−銅系合金からなる被覆層７１，７２が熱伝導層４１，４２の側面に形成されていることから、被覆層７１，７２が形成されていない試料Ｎｏ．１０２よりも水分吸収率（Ｗ．Ａ）が低く、空気中の水分が吸収されにくいといえる。
さらに、試料Ｎｏ．１０９〜１１４は、金，銅，アルミニウム，錫および亜鉛から選択される１種以上の金属元素からなる被覆層７１，７２が熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２のそれぞれの側面に形成されていることから、試料Ｎｏ．１０４〜１０８よりも水分吸収率（Ｗ．Ａ）が低く、空気中の水分がさらに吸収されにくいといえる。【００３２】
〔実施例４〕
以下、本発明の実施例４を図８，９にそれぞれ示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図８．９に示す放熱基体１を得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、チタンおよびインジウムを含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、相対密度が９０％の炭素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ２ｍｍである熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペーストろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
ここで、試料Ｎｏ．１１７については、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した後、無電解めっき法にて、ニッケルの含有量が９９質量％であって、それぞれの厚みが１５μｍの中間層６１，６２を形成した。
そして、試料Ｎｏ．１１５，１１６については、熱伝導層４１，４２上に、試料Ｎｏ．１１７については、中間層６１，６２上に銅を主成分とする第２金属層５１，５２を溶射法により形成した。
そして、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、それぞれ図８，９に示す放熱基体１である試料Ｎｏ．１１５〜１１７を得た。
なお、試料Ｎｏ．１１５は、基本形状は図８に示す形状と同じであるが、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２の外側の各側面が支持基板２１の側面と同一線上にある放熱基体１である。
そして、実施例１で示したヒートサイクル試験を行ない、実施例１で示した方法で、支持基板２１に始めて確認されたクラックのサイクル数を調べた。そのサイクル数を表８に示す。
【表８】
2010087432.tif 000010
表８に示す通り、試料Ｎｏ．１１６，１１７は、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２の外側の各側面が支持基板２１の側面より内側にあることから、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２の外側の各側面が支持基板２１の側面と同一線上にある試料Ｎｏ．１１５よりも熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２の各側面は強く拘束されているので、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２は、変形しにくく、電子部品の動作中に生じた熱によっても、支持基板２１に生じる応力は抑制されているため、クラックが生じにくく、信頼性が高いことがわかった。【００３３】
〔実施例５〕
以下、本発明の実施例５を図８，１０にそれぞれ示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図８，１０に示す放熱基体１を得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、チタンおよびインジウムを含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、相対密度が９０％の炭素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ２ｍｍである熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペーストろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
そして、試料Ｎｏ．１１８，１１９については、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２が図８に示す形状になるように、また、試料Ｎｏ．１２０については、第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２が図１０に示す形状になるようにそれぞれ放電加工により、パターニングした後、銅を主成分とする第２金属層５１，５２を溶射法により形成した。
そして、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、それぞれ図８，１０に示す放熱基体１である試料Ｎｏ．１１８〜１２０を得た。
なお、試料Ｎｏ．１１８は、基本形状は図８に示す形状と同じであるが、第２主面側に配置された熱伝導層４２は、平面透視した投影面積が第１主面側に配置された熱伝導層４１の投影面積と等しい放熱基体１である。
そして、第２金属層５１の各主面に単位面積当たり５．２×１０5Ｗ／ｍ2の熱量を与えたものとみなしたシミュレーションを行ない、各試料の熱抵抗を推定した。その推定値を表９に示す。
【表９】
2010087432.tif 000011
表９に示す通り、試料Ｎｏ．１２０，１２１は、第２主面側に配置された熱伝導層４２の平面透視した投影面積が第１主面側に配置された熱伝導層４１の投影面積より大きいことから、熱抵抗が熱伝導層４２の平面透視した投影面積が熱伝導層４１の投影面積と等しい試料Ｎｏ．１１９よりも小さく、第１主面側に電子部品を搭載し、この電子部品から発生した熱は効率よく拡散し、放熱されることが推測され、放熱特性が高いといえる。
特に、試料Ｎｏ．１２１は、第２主面側に配置された熱伝導層４２が、単一層からなり、第１主面側に配置された熱伝導層４１より大きく形成されているので，より放熱特性が高いことがわかった。【００３４】
〔実施例６〕
以下、本発明の実施例６を図１３，１５，１６にそれぞれ示す放熱基体１を用いて説明する。
まず、図１３，１５，１６に示す放熱基体１を得るために、窒化珪素を主成分とする厚みが０．３２ｍｍの支持基板２１の両主面上に、チタンおよびインジウムを含む銀−銅系合金からなるペースト状ろう材をスクリーン印刷法で塗布した。
次に、相対密度が９０％の炭素質焼結体からなり、厚みがそれぞれ２ｍｍである熱伝導層４１，４２を支持基板２１の両側にペーストろう材を介して配置し、到達真空度が１０-2Ｐａ以下の真空雰囲気中で、８５０℃に加熱することにより各厚みが１０μｍの第１金属層３１，３２を形成し、支持基板２１と熱伝導層４１，４２とを接合した。
そして、第１金属層３１，３２および熱伝導層４１，４２が図１３，１５，１６に示す形状になるように放電加工により、パターニングした。
そして、無電解めっき法にて、ニッケルの含有量が９９質量％であって、それぞれの厚みが１５μｍの中間層６１，６２を形成した後、中間層６１，６２上に、溶射法により銅を主成分とする第２金属層５１，５２を形成した。
そして、パターニングされた第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２の各側面に、銅からなる被覆層７１，７２を無電解めっき法を用いて形成した。
そして、レーザー加工により、支持基板２１を切断して、各主面の面積が２．７×１０3ｍｍ2である支持基板２１の両主面に第１金属層３１，３２、熱伝導層４１，４２および第２金属層５１，５２を積層した、それぞれ図１３，１５，１６に示す放熱基体１である試料Ｎｏ．１２１〜１２３を得た。
そして、実施例１で示したヒートサイクル試験を行ない、実施例１で示した方法で、支持基板２１に初めてクラックが確認された時のサイクル数を調べた。そのサイクル数を表１０に示す。
【表１０】
2010087432.tif 000012
表１０に示す通り、試料Ｎｏ．１２２は、第１主面側に配置された熱伝導層４１の側面または第２主面側に配置された熱伝導層４２の側面における少なくとも一部は、支持基板２１に向かって外側に傾斜していることから、第１主面側から第２主面側に熱の授受がより速やかに進みやすくなるので、熱伝導層４１，４２の側面が支持基板２１に対して外側に傾斜していない試料Ｎｏ．１２１よりも支持基板２１にクラックが生じにくく、信頼性が高いことがわかった。
また、試料Ｎｏ．１２３は、第１主面側に配置された熱伝導層４１の側面または第２主面側に配置された熱伝導層４２の側面における少なくとも一部が、支持基板２１の側で外側に広がる段差を有していることから、第１主面側から第２主面側に熱の授受がより速やかに進みやすくなるので、熱伝導層４１，４２の側面が支持基板２１外側に広がる段差のない試料Ｎｏ．１２１よりも支持基板２１にクラックが生じにくく、信頼性が高いことがわかった。【００３５】
〔実施例７〕
窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化アルミニウム，酸化ベリリウムまたは酸化ジルコニウムをそれぞれ主成分とするセラミックスからなる支持基板２１の試料Ｎｏ．１２４〜１２８を作製し、ＪＩＳ  Ｒ  １６１１−１９９７およびＪＩＳ  Ｒ  １６０１−２００８（ＩＳＯ  １７５６５：２００３（ＭＯＤ））に準拠して、それぞれ各試料の熱伝導率および３点曲げ強度を測定した。これらの測定値を表１１に示す。
【表１１】
2010087432.tif 000013
表１１に示す通り、試料Ｎｏ．１２４〜１２６は，支持基板２１がそれぞれ窒化珪素，窒化アルミニウム，酸化アルミニウムを主成分とセラミックスからなることから，熱伝導率が３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、３点曲げ強度が３１０ＭＰａ以上であり、放熱基体１の支持基板２１に求められる熱的，機械的特性を満足していることがわかった。
【符号の説明】
【００３６】
１：放熱基体
２１：支持基板
３１，３２：第１金属層
４１，４２：熱伝導層
５１，５２：第２金属層
６１，６２：中間層
７１，７２：被覆層
【図１】
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【図２】
2010087432.tif 000015
【図３】
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【図４】
2010087432.tif 000017
【図５】
2010087432.tif 000018
【図６】
2010087432.tif 000019
【図７】
2010087432.tif 000020
【図８】
2010087432.tif 000021
【図９】
2010087432.tif 000022
【図１０】
2010087432.tif 000023
【図１１】
2010087432.tif 000024
【図１２】
2010087432.tif 000025
【図１３】
2010087432.tif 000026
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010087432.tif 000029
【図１７】
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【国際調査報告】
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