(57)【要約】【課題】  低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体を提供し、放熱体が温度サイクル下で使用されてもこの放熱体に反りが発生することを抑制する。【解決手段】  放熱体本体１７に、放熱体本体１７の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体１８が積層され、放熱体本体１７の表面側に設けられた発熱体３０の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされた放熱体１６であって、低熱膨張体１８に穿設された貫通孔１９内に、放熱体本体１７より熱伝導率の高い孔埋め材２１が配設され、放熱体本体１７と、低熱膨張材１８および孔埋め材２１とがろう付けされ接合されている。【選択図】  図１
2006019410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層され、前記放熱体本体の表面側に設けられた発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされた放熱体であって、
前記低熱膨張体に穿設された貫通孔内に、前記放熱体本体より熱伝導率の高い孔埋め材が配設され、
前記放熱体本体と、前記低熱膨張材および前記孔埋め材とがろう付けされ接合されていることを特徴とする放熱体。
【請求項２】
請求項１記載の放熱体において、
前記貫通孔は、前記低熱膨張体の表面のうち、前記発熱体と対応する領域における占有面積比が、該対応領域の周辺領域における占有面積比より小さくなるように形成されていることを特徴とする放熱体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放熱体において、
前記貫通孔の開口端部は、当該開口端から貫通方向に向うに従い漸次縮径されるとともに、径方向内方に向って凸とされた凸曲面部とされていることを特徴とする放熱体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の放熱体において、
前記低熱膨張体の表裏面に前記放熱体本体が配設された３層構造とされ、
これらの放熱体本体に前記孔埋め材がろう付けされ接合されていることを特徴とする放熱体。
【請求項５】
放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層され、前記放熱体本体の表面側に設けられた発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされた放熱体の製造方法であって、
前記低熱膨張体に穿設された貫通孔に、前記放熱体本体より熱伝導率の高い孔埋め材を配設する孔埋め工程と、
該孔埋め工程の後に、前記放熱体本体と、前記低熱膨張体および前記孔埋め材とをろう付けにより接合する接合工程とを有することを特徴とする放熱体の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の放熱体の製造方法において、
前記孔埋め工程は、予め形成された前記貫通孔の空間体積より大きい体積の孔埋め材を前記貫通孔に圧入することを特徴とする放熱体の製造方法。
【請求項７】
放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層された放熱体と、発熱体を備えた絶縁基板とを備え、
前記放熱体の一方の表面に前記絶縁基板が配設され、前記発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされたパワーモジュール用基板であって、
前記放熱体が請求項１から４のいずれかに記載の放熱体であることを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項８】
放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層された放熱体と、発熱体を備えた絶縁基板と、内部に冷媒が循環する構成とされた冷却シンク部とを備え、
前記放熱体の一方の表面に前記絶縁基板が配設されるとともに、他方の表面に前記冷却シンク部が配設され、
前記発熱体の熱を前記放熱体の一方の表面から他方の表面に伝導させ放散させる構成とされたパワーモジュールであって、
前記放熱体が請求項１から４のいずれかに記載の放熱体であることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発熱体の熱を外部へ放散させる構成とされた放熱体およびその製造方法に係り、特に、大電流、大電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュールに好適な放熱体およびその製造方法並びにパワーモジュール用基板およびパワーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の放熱体が用いられるパワーモジュールとしては、一般に、次のような構成が知られている。すなわち、絶縁基板の一方の表面側に発熱体としての半導体チップを備え、この絶縁基板の他方の表面側に放熱体を備え、半導体チップの熱を放熱体を介して外部へ放散させる構成である。このパワーモジュールの構成要素のうち、絶縁基板および半導体チップの熱膨張係数は、放熱体の熱膨張係数と比べて小さいため、発熱体によりこのパワーモジュールが温度サイクル下で使用された際に、絶縁基板の熱膨張係数と放熱体の熱膨張係数との差に起因して、これらの接合界面に剥離が発生する場合があった。
【０００３】
この問題を解決するための手段として、放熱体を、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ａｌ，Ａｌ合金等からなる高熱伝導体としての放熱体本体同士の間に、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金等からなる低熱膨張体を配設した積層構造が知られている（例えば特許文献１参照）。この放熱体の製造方法としては、低熱膨張体の表面に貫通孔を穿設しておき、この低熱膨張体の表裏面に放熱体本体を載置し、この状態でこれらを加圧加熱して、放熱体本体を塑性変形させて低熱膨張体の貫通孔内に流入させ、これにより、前記積層構造とされた放熱体を製造する方法が知られている。
【特許文献１】特開平９−１３６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記従来では、前記加圧加熱により、低熱膨張体の表裏面から放熱体本体を貫通孔内に流入させて放熱体を製造するため、製造された放熱体において、低熱膨張体の表裏面に各々配設された放熱体本体の厚さを略均一にすることが困難であるという問題があった。すなわち、低熱膨張体の表裏面にそれぞれ配設された放熱体本体の厚さをそれぞれの表面に沿った方向に対して均一にすることが困難であるとともに、それぞれの放熱体本体が前記貫通孔内へ流入する体積量を均一にすることが困難であるという問題があった。
【０００５】
したがって、この放熱体がパワーモジュールとして使用され温度サイクル下に置かれた際に、熱膨張により発生する変形応力が、それぞれの放熱体本体で異なることに起因して放熱体に反りが発生し易いという問題があった。この場合、放熱体と発熱体を有する絶縁基板側との接合界面に剥離が生じたり、また、放熱体の下面（絶縁基板側と反対側の表面）に冷却シンクが配設された構成では、放熱体と冷却シンクとの間に空隙が生じる場合があり、パワーモジュールに良好な放熱特性を具備させることが困難であるという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、温度サイクル下で使用されても反り発生を抑制することができるとともに、低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体およびその製造方法並びにパワーモジュール用基板およびパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層され、前記放熱体本体の表面側に設けられた発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされた放熱体であって、前記低熱膨張体に穿設された貫通孔内に、前記放熱体本体より熱伝導率の高い孔埋め材が配設され、前記放熱体本体と、前記低熱膨張材および前記孔埋め材とがろう付けされ接合されていることを特徴とし、前記放熱体本体としてはＣｒ−Ｚｒ−Ｃｕ系合金若しくはＮｉ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金が好ましく、前記低熱膨張体としてはＦｅ−Ｎｉ系合金が好ましく、前記孔埋め材としては純Ｃｕが好ましい。
【０００８】
この発明に係る放熱体によれば、放熱体本体と、前記低熱膨張材および前記孔埋め材とがろう付けされ接合されているので、この放熱体が低熱膨張体を有する構成であるにもかかわらず、この放熱体の熱伝導率の低下を抑制することができる。したがって、低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体が得られる。
特に、放熱体本体，低熱膨張体，および孔埋め材を前述した材料により形成すると、低熱膨張性および高熱伝導性を確実に具備させることができるとともに、放熱体の高強度化を図ることができ、したがって、放熱体より熱膨張係数の小さい発熱体側と放熱体とが接合された構成において、これが温度サイクル下で使用されても、放熱体に反りが発生することを抑制することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の放熱体において、前記貫通孔は、前記低熱膨張体の表面のうち、前記発熱体と対応する領域における占有面積比が、該対応領域の周辺領域における占有面積比より小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る放熱体によれば、放熱体の前記対応領域における曲げ剛性の低下が最小限に抑制され、発熱体からの熱により前記対応領域に反りが発生することを抑制することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の放熱体において、前記貫通孔の開口端部は、当該開口端から貫通方向に向うに従い漸次縮径されるとともに、径方向内方に向って凸とされた凸曲面部とされていることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る放熱体によれば、前記凸曲面部が応力緩和部として作用することになり、放熱体が温度サイクル下に置かれた状態において、孔埋め材の放熱体本体との接合部に応力集中が発生することを抑制することができる。したがって、前記接合部に亀裂が発生することを抑制することができるので、放熱体の高熱伝導性を長期にわたって維持することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載の放熱体において、前記低熱膨張体の表裏面に前記放熱体本体が配設された３層構造とされ、これらの放熱体本体に前記孔埋め材がろう付けされ接合されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る発明は、放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層され、前記放熱体本体の表面側に設けられた発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされた放熱体の製造方法であって、前記低熱膨張体に穿設された貫通孔に、前記放熱体本体より熱伝導率の高い孔埋め材を配設する孔埋め工程と、該孔埋め工程の後に、前記放熱体本体と、前記低熱膨張体および前記孔埋め材とをろう付けにより接合する接合工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
この発明に係る放熱体の製造方法によれば、孔埋め工程と接合工程とを各別に有するので、低熱膨張体の表裏面に各々配設された放熱体本体の厚さを略均一にすることが可能になり、放熱体の使用に際し、この放熱体に反りが発生することを抑制することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の放熱体の製造方法において、前記孔埋め工程は、予め形成された前記貫通孔の空間体積より大きい体積の孔埋め材を前記貫通孔に圧入することを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る放熱体の製造方法によれば、圧入により孔埋め材を貫通孔の内側の全域に行き渡らせることができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層された放熱体と、発熱体を備えた絶縁基板とを備え、前記放熱体の一方の表面に前記絶縁基板が配設され、前記発熱体の熱を積層方向に伝導させ放散させる構成とされたパワーモジュール用基板であって、前記放熱体が請求項１から４のいずれかに記載の放熱体であることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、放熱体本体に、該放熱体本体の熱膨張係数より低い熱膨張係数の低熱膨張体が積層された放熱体と、発熱体を備えた絶縁基板と、内部に冷媒が循環する構成とされた冷却シンク部とを備え、前記放熱体の一方の表面に前記絶縁基板が配設されるとともに、他方の表面に前記冷却シンク部が配設され、前記発熱体の熱を前記放熱体の一方の表面から他方の表面に伝導させ放散させる構成とされたパワーモジュールであって、前記放熱体が請求項１から４のいずれかに記載の放熱体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る放熱体によれば、この放熱体が低熱膨張体を有する構成であるにもかかわらず、この放熱体の熱伝導率の低下を抑制することができ、低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体が得られる。
また、この発明に係る放熱体の製造方法によれば、孔埋め工程と接合工程とを各別に有するので、低熱膨張体の表裏面に各々配設された放熱体本体の厚さを略均一にすることが可能になり、放熱体の使用に際し、この放熱体に反りが発生することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施形態に係る放熱体を適用したパワーモジュールを示す全体図である。
このパワーモジュールは、大別すると図１に示すように、パワーモジュール用基板１０と、冷却シンク部３１とを備えている。
パワーモジュール用基板１０は、例えばＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＣ等により形成された絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面に配設された回路層１２と、絶縁基板１１の下面に配設された金属層１３と、回路層１２の上面に配設された半導体チップ（発熱体）３０と、金属層１３の下面に配設された放熱体１６とを備えている。
【００２２】
回路層１２および金属層１３は、純Ａｌ，Ａｌ合金,純Ｃｕ,Ｃｕ合金等により形成され、はんだ付けまたはろう付け等により絶縁基板１１の上下面に積層接合され、半導体チップ３０は、はんだ１４を介して回路層１２の上面に接合されている。
そして、金属層１３の下面にはんだ１５により、あるいはろう付けや拡散接合等により放熱体１６が接合され、さらに、この放熱体１６に、取り付けねじ３３により冷却シンク部３１が取り付けられてパワーモジュールが構成されている。
【００２３】
なお、冷却シンク部３１の内部には、冷却液や冷却空気などの冷媒３２を供給および回収する図示しない冷媒循環手段と連結された流通孔３１ａが形成されており、この流通孔３１ａ内に供給された冷媒３２により、半導体チップ３０から放熱体１６に伝導された熱を回収し、この熱を回収した冷媒３２を前記冷媒循環手段が回収するとともに、新たな冷媒３２を供給し、以上を繰返すことにより、半導体チップ３０からの熱をパワーモジュールから放散させるようになっている。
【００２４】
放熱体１６は、熱伝導率が１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、引張強度が５００ＭＰａ以上とされた放熱体本体１７と、この放熱体本体１７の熱膨張係数より低い熱膨張係数の材質からなる低熱膨張体１８とを備え、放熱体本体１７同士の間に低熱膨張体１８が配設され、これらはろう付けにより接合されている。
【００２５】
低熱膨張体１８には、図２に示すように、平面視６角形状とされた貫通孔１９が複数穿設され、これらの貫通孔１９内に、放熱体本体１７より熱伝導率の高い（２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上）孔埋め材２１が配設されている。そして、これらの孔埋め材２１と放熱体本体１７とは、ろう付けにより互いが接合した状態となっており、熱伝導率の比較的高い放熱体本体１７および孔埋め材２１が積層方向に連続した構成となっている。これにより、放熱体１６が低熱膨張体１８を有すると、それだけ放熱体１６の熱伝導率が低下することになるが、この熱伝導率の低下を極力抑えることができるようになっている。
【００２６】
また、貫通孔１９は、図２に示すように、低熱膨張体１８の表面のうち、絶縁基板１１と対応する領域Ｘにおける占有面積比が、この対応領域Ｘの周辺領域Ｙにおける占有面積比より小さくされている。具体的には、絶縁基板１１，放熱体本体１７などの材質や大きさなどにより決定されるが、本実施形態においては、前記対応領域Ｘには、低熱膨張体１８の表面積の約３０％以上５０％以下を占有して貫通孔１９が形成され、前記周辺領域Ｙには、低熱膨張体１８の表面積の約４０％以上７０％以下を占有して貫通孔１９が形成されている。
【００２７】
このように、低熱膨張体１８の表面のうち、対応領域Ｘと周辺領域Ｙとで貫通孔１９の占有面積比を異ならせることにより、対応領域Ｘにおける曲げ剛性の低下を抑制できるとともに、放熱体１６全体の熱伝導率の低下を抑制することができるようになっている。
なお、貫通孔１９を平面視６角形状とすることにより、低熱膨張体１８の表面上で、各貫通孔１９同士の間隔を略一定とすることを容易に実現することができ、前記各領域Ｘ，Ｙごとで、低熱膨張体１８の表面に沿った方向において、熱伝導率の均一化を実現できるようになっている。
また、貫通孔１９の開口端部は、図３に示すように、この開口端から貫通方向に向うに従い漸次縮径されるとともに、径方向内方に向って凸とされた凸曲面部１９ａとされ、この凹曲面部１９ａの表面を含めた貫通孔１９の内側の略全域にわたって孔埋め材１９が配設された構成となっている。
【００２８】
なお、本実施形態においては、放熱体本体１７はＣｒ−Ｚｒ−Ｃｕ系合金若しくはＮｉ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金により形成されている。放熱体本体１７をこれらの合金材料により形成することによって、純Ａｌ等の純金属を採用した場合と比べて、高強度化を図ることが可能になり、放熱体１６使用時における温度サイクルによってクリープ変形することを抑制することができる。
また、低熱膨張体１８はＦｅ−Ｎｉ系合金により形成され、孔埋め材２１は純Ｃｕにより形成されている。低熱膨張体１８のＦｅ−Ｎｉ系合金としては特にインバー合金（熱膨張係数が約２．０×１０−６／℃以下）が好ましい。このインバー合金は、室温付近でほとんど熱膨張が生じない合金であって、Ｆｅが６４．６ｍｏｌ％で、Ｎｉが３５．４ｍｏｌ％の組成率となっている。ただし、Ｆｅ中には、それ以外の不可避不純物が含まれたものもインバー合金と呼ばれている。
さらに、放熱体本体１７と、低熱膨張体１８および孔埋め材２１とを接合するろう材として、本実施形態では、ＪＩＳ  Ｚ  ３２６１に規定されるＡｇ−Ｃｕ系のろう材を採用した。
【００２９】
このように、放熱体１６が低熱膨張体１８を有することにより、放熱体１６全体の熱膨張係数は放熱体本体１７の熱膨張係数より低くなり、放熱体１６の熱膨張係数と絶縁基板１１の熱膨張係数との差が可及的に近づくことになる。
【００３０】
低熱膨張体１８の厚さＡは、放熱体本体１７の厚さＢの０．３倍以上１．３倍以下とされている。これは、放熱体１６自体に低熱膨張体１８を設けると、それだけ熱伝導率が低下するため、この熱伝導率の低下を極力抑えるためであるとともに、この熱伝導率の低下を抑えるために、いたずらに低熱膨張体１８の厚さＡを薄くすると、放熱体１６自体の熱膨張係数に寄与する低熱膨張体１８の影響が小さくなり、放熱体１６の熱膨張係数が放熱体本体１７の熱膨張係数と略同一となることを回避するためである。
すなわち、低熱膨張体１８の厚さＡを放熱体本体の厚さＢの０．３倍以上１．３倍以下とすることにより、放熱体１６の熱膨張係数の低下,すなわち放熱体１６の反り発生抑制と、放熱体１６の熱伝導率の低下抑制との双方を図ることができる。
【００３１】
次に、以上のように構成された放熱体１６の製造方法について説明する。
まず、低熱膨張体１８のうち、対応領域Ｘと周辺領域Ｙとで占有面積比を異ならせて貫通孔１９を複数穿設するとともに、これらの各貫通孔１９の空間体積より大きい体積の孔埋め材１９を純Ｃｕにより形成する。この孔埋め材２１としては、例えば図４に示すようないわゆるリベット形状がある。
【００３２】
この孔埋め材２１を貫通孔１９に嵌合した状態で、低熱膨張体１８の厚さ方向に加圧することにより、孔埋め材２１を貫通孔１９内に圧入し、これにより、貫通孔１９の内部に孔埋め材２１が配設される。この際、孔埋め材２１は、貫通孔１９の空間体積より大きい体積で形成されているので、この孔埋め材２１の過大体積分は、貫通孔１９の径方向外方へ流動し、貫通孔１９の内周面と密に接するとともに、貫通孔１９の凸曲面部１９ａの表面上にも流動し、これにより、凹曲面部１９ａの表面を含めた貫通孔１９の内側の全域にわたって孔埋め材２１が行き渡ることになる。
【００３３】
その後、この低熱膨張体１８の表裏面の略全面に図示しないろう材または箔を載置し、さらに、このろう材または箔の表面に放熱体本体１７を載置した後に、加熱状態でこれらを積層方向に加圧することにより、ろう付けにより放熱体本体１７と、低熱膨張体１８および孔埋め材２１とを接合し、放熱体１６を形成する。
【００３４】
以上の製造方法における具体的な実施例を説明する。
７２Ａｇ−２８Ｃｕからなる厚さ約５０μｍのろう材と、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金からなる厚さ約１．０ｍｍ，幅約８０ｍｍ，長さ約２００ｍｍの放熱体本体１７と、Ｆｅ−３６Ｎｉ系合金からなる厚さ約１．０ｍｍ，幅約８０ｍｍ，長さ約２００ｍｍの低熱膨張体１８とを採用した。そして、低熱膨張体１８の表面に最外径約５．８ｍｍの貫通孔１９を、互いが約５．８ｍｍのピッチ間隔を有するように複数形成し、この貫通孔１９内に前述のように孔埋め材２１を配設する。
【００３５】
その後、この低熱膨張体１８と、ろう材と、放熱体本体１７とを前述のように積層した状態で、０．１ＭＰａ以上の圧力で積層方向に加圧し、この状態で、これらを減圧還元性雰囲気（Ｈ２、０．２〜０．４Ｔｏｒｒ）とされた接合炉内に置く。そして、接合炉内の温度を２０℃／分で約７６０℃まで昇温させた後に、この温度を約６０分間保持し、これにより、ろう材，放熱体本体１７，低熱膨張体１８，および孔埋め材２１の温度を均一にする。その後、さらに、２０℃／分で約８３０℃まで昇温させ、この温度を約２０分間保持し、これにより、ろう材を溶融させる。
【００３６】
そして、接合炉内から減圧還元性雰囲気を排出するとともに、真空雰囲気を吸入し、炉内温度を約２００℃まで除冷した後に、さらに、真空雰囲気を排出するとともに、Ｎ２ガスを吸入し、室温まで急冷する。
以上により、放熱体本体１７と、低熱膨張体１８および孔埋め材２１とが接合され、放熱体１６が得られる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態による放熱体１６によれば、放熱体本体１７と、低熱膨張材１８および孔埋め材２１とがろう付けされ接合されているので、この放熱体１６が低熱膨張体１８を有する構成であるにもかかわらず、この放熱体１６の熱伝導率の低下を抑制することができる。したがって、低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体１６が得られる。
【００３８】
特に、放熱体本体１７がＣｒ−Ｚｒ−Ｃｕ系合金若しくはＮｉ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金により形成され、低熱膨張体１８がＦｅ−Ｎｉ系合金により形成され、孔埋め材２１が純Ｃｕにより形成されているので、放熱体１６に低熱膨張性および高熱伝導性を確実に具備させることができるとともに、高強度化を図ることができ、したがって、放熱体１６より熱膨張係数の小さい絶縁基板１１側と放熱体１６とが接合された構成において、これが温度サイクル下で使用されても、放熱体１６に反りが発生することを抑制することができる。
【００３９】
また、貫通孔１９は、低熱膨張体１８の表面のうち、前記対応領域Ｘにおける占有面積比より前記周辺領域Ｙにおける占有面積比の方が大きくされているので、放熱体１６の前記対応領域Ｘにおける曲げ剛性の低下が最小限に抑制され、半導体チップ３０からの熱により前記対応領域Ｘに反りが発生することを抑制することができる。
【００４０】
さらに、貫通孔１９の開口部が凸曲面部１９ａとされているので、放熱体１６が温度サイクル下に置かれた際に、孔埋め材２１の放熱体本体１７との接合部に発生する応力集中が緩和されることになる。したがって、前記接合部に亀裂が発生することを抑制することができるので、放熱体１６の高熱伝導性を長期にわたって維持することができる。
【００４１】
また、本実施形態による放熱体１６の製造方法によれば、前述した孔埋め工程と接合工程とを各別に有するので、低熱膨張体１８の表裏面に各々配設された放熱体本体１７の厚さＡを略均一にすることが可能になり、放熱体１６の使用に際し、この放熱体１６に反りが発生することを抑制することができる。さらに、前記孔埋め工程は、予め形成された貫通孔１９の空間体積より大きい体積の孔埋め材２１を貫通孔１９に圧入するので、圧入により孔埋め材２１を貫通孔１９の内部の略全域に行き渡らせることができる。
【００４２】
なお、前述の実施形態では、放熱体本体１７に積層された低熱膨張体１８として、Ｆｅ―Ｎｉ系合金を用いた例を示したが、他の低熱膨張体、例えば高炭素鋼（Ｆｅ−Ｃ）、４２合金、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等で構成しても、同様の作用効果が得られる。
【００４３】
さらに、放熱体１６に冷却シンク部３１を配設した構成を示したが、この構成に限らず、コルゲートフィンを設けた構成としてもよい。すなわち、放熱体１６表面にろう材を介して接合された接合部と、接合部の一端に設けられ接合部と直交して立上がる立上がり部と、立上がり部の上端に設けられ接合部に平行且つ離間する方向に延びる平坦部と、平坦部の一端に設けられ平坦部に直交且つ放熱体１６に向かって折返る折返し部とを備えた突出部を、放熱体１６の沿面方向に沿って繰返し連続して設けた構成としてもよい。なお、この構成においては、立上がり部と平坦部と折返し部と放熱体１６表面とが空間を形成することになる。
【００４４】
また、前記実施形態においては、放熱体１６を半導体装置のパワーモジュールに適用したが、これに限定することなく、それ以外の発熱体や熱源に取り付けて使用しても良い。さらに、リベット形状の孔埋め材２１を圧入により貫通孔１９内に配設したが、粉末材料を貫通孔１９内に充填し、その後、この粉末材料を加圧加熱して焼結させるようにしてもよい。また、低熱膨張体１８の貫通孔１９の形状は、図２に示す６角形状に限らず、例えば円形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
低熱膨張性および高熱伝導性を兼ね備えた放熱体を提供し、放熱体が温度サイクル下で使用されてもこの放熱体に反りが発生することを抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の一実施形態に係る放熱体を適用したパワーモジュールを示す全体図である。
【図２】図１に示す低熱膨張体の平面図である。
【図３】図１に示す放熱体の拡大断面側面図である。
【図４】図１に示す放熱体を製造する製造工程において、孔埋め材を圧入する工程を示す拡大断面側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  パワーモジュール用基板
１１  絶縁基板
１６  放熱体
１７  放熱体本体
１８  低熱膨張体
１９  貫通孔
１９ａ  凸曲面部
２１  孔埋め材
３０  半導体チップ（発熱体）
Ｘ  対応領域
Ｙ  周辺領域
【図１】
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【図２】
2006019410.tif 000004
【図３】
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【図４】
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