(57)【要約】【課題】熱伝導部品とセラミック基体との熱膨張率差による電子装置全体の変形を低減させること。【解決手段】素子搭載用部品１は、複合部材１１および金属部材１２を含んでいる。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。金属部材１２は、複合部材１１に接合されているとともに、複合部材１１よりセラミックスに近い熱膨張係数を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基体に接合される素子搭載用部品であって、
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前記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と、
前記複合部材に接合されているとともに、前記複合部材よりセラミックスに近い熱膨張係数を有する金属部材と、
を備えている素子搭載用部品。
【請求項２】
前記金属部材が、前記複合部材を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１記載の素子搭載用部品。
【請求項３】
前記複合部材の上面または下面に設けられており、前記金属材料からなる金属層をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の素子搭載用部品。
【請求項４】
前記金属材料が銅であることを特徴とする請求項３記載の素子搭載用部品。
【請求項５】
前記金属材料からなり、前記多孔質体において上下方向に設けられた複数の貫通孔に形成された複数のビアをさらに備えていることを特徴とする請求項３記載の素子搭載用部品。
【請求項６】
前記金属層が、メッキによって前記複数のビアと一体的に形成されていることを特徴とする請求項５記載の素子搭載用部品。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の素子搭載用部品と、
前記素子搭載用部品の前記金属部材に接合されたセラミック基体と、
を備えた実装基体。
【請求項８】
請求項７に記載の実装基体と、
前記実装基体の前記熱伝導部品の上に実装された電子素子と、
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、金属製の素子搭載用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、セラミック基体に金属製の素子搭載用部品が接合されたものがあった。素子搭載用部品は、例えば、タングステンまたはモリブデンからなる多孔質体に銅が含浸された構造を有するものであった。
【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】
従来の素子搭載用部品を、例えばセラミック基体などに接合する場合に、素子搭載用部品とセラミック基体との熱膨張率差によって、信頼性に関して課題を有する場合があった。
【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、素子搭載用部品は、複合部材および金属部材を含んでいる。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た含浸材とを含んでいる。含浸材は、モリブデンまたはタングステンより熱伝導性の高い金属材料からなる。金属部材は、複合部材に接合されているとともに、複合部材よりセラミックスに近い熱膨張係数を有している。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一つの態様によれば、素子搭載用部品は、複合部材および金属部材を含んでいる。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た銅含浸材とを含んでいる。含浸材は、モリブデンまたはタングステンより熱伝導性の高い金属材料からなる。金属部材は、複合部材に接合されているとともに、複合部材よりセラミックスに近い熱膨張係数を有している。素子搭載用部品は、このような構成を含んでいることにより、例えば、セラミック基体に接合される場合にも、セラミック基体との熱膨張係数差による変形に関して低減されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一つ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である。
【図３】図１に示された素子搭載用部品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１１を示す分解斜視図である。
【図５】図２に示された電子装置における熱伝導および応力を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【０００９】
図１および図２に示されているように、本発明の一つの実施形態における電子装置は、素子搭載用部品１と、素子搭載用部品１に接合されたセラミック基体２と、素子搭載用部品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。素子搭載用部品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。
【００１０】
素子搭載用部品１は、熱伝導部品１１と、熱伝導部品１１に接合された金属部材１２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。
【００１１】
図２および図３に示されているように、熱伝導部品１１は、複合部材１１１と、複数のビア１１２と、複数の金属層１１３とを含んでいる。図４において、金属部材１２、複合部材１１１および金属層１１３の一部が、透視された状態で点線によって示されている。
【００１２】
複合部材１１１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１１１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１１１は、例えば、水素雰囲気下において、約１２００℃で多孔質体に銅からなる含浸材を含浸させることにより得られる。
【００１３】
複数のビア１１２は、含浸材と同じ金属材料からなるとともに、複合部材１１１の複数の貫通孔に設けられている。複数のビア１１２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１１２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１１１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。
【００１４】
複数の金属層１１３は、第１の金属層１１４と、第２の金属層１１５とを含んでいる。第１の金属層１１４は、複合部材１１１の上面に形成されている。以下、第１の金属層１１４を、上部金属層１１４という。第２の金属層１１５は、複合部材１１１の下面に形成されている。以下、第２の金属層１１５を、下部金属層１１５という。上部金属層１１４および下部金属層１１５は、メッキ法によって、複数のビア１１２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１１４および下部金属層１１５が複数のビア１１２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。
【００１５】
上部金属層１１４および下部金属層１１５は、メッキ法によって、複合部材１１１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。図４に示されているように、例えば、上部金属層１１４は、上部金属層１１４が分解された状態において、複合部材１１１の上面において外部に露出されている複数の金属部分１１６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１１４が金属部分１１６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】
上部銅層金属層１１４および下部銅層金属層１１５が例えば銅からなる場合、上部金属層１１４および下部金属層１１５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１１１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。
【００１７】
再び図２および図３を参照して、金属部材１２は、熱伝導部品１１を囲むように設けられているとともに、セラミックスの熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有するものである。金属部材１２の熱膨張係数は、熱伝導部品１１よりセラミックスの熱膨張係数に近い。金属部材１２は、４×１０−６Ｋ−１から８×１０−６Ｋ−１までの範囲に含まれる熱膨張係数を有することが好ましい。セラミックスの熱膨張係数は、例えば酸化アルミニウム質焼結体であれば、約７．１×１０−６Ｋ−１であり、例えば、窒化アルミニウム質焼結体であれば約４．６×１０−６Ｋ−１であり、例えばムライト質焼結体であれば約３．３×１０−６Ｋ−１である。熱伝導部品１１の熱膨張係数は、例えば、６．５×１０−６Ｋ−１から１２．１×１０−６Ｋ−１までの範囲に含まれる。
【００１８】
金属部材１２の第１の材料例は、鉄−ニッケル合金である。鉄−ニッケル合金において、ニッケルの含有量は、３０重量％〜４５重量％であることが好ましい。金属部材１２が、例えば、ニッケルの含有率が４２重量％の４２アロイであれば、約８×１０−６Ｋ−１の膨張係数を有する。
【００１９】
金属部材１２の第２の材料例は、鉄−ニッケル−コバルト合金である。鉄−ニッケル−コバルト合金において、ニッケルの含有量は、２８重量％〜４４重量％であり、コバルトの含有量は、１８重量％〜４重量％であることが好ましい。
【００２０】
金属部材１２は、例えば、接合材または溶接などによって複合部材１１１に接合されている。例示的な接合材は、ロウ材または半田である。
【００２１】
セラミック基体２は、例えばロウ材または樹脂接合部材によって、素子搭載用部品１の金属部材１２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。
【００２２】
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、窒化アルミニウム質焼結体またはムライト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。
【００２３】
電子素子３は、素子搭載用部品の熱伝導部品１１の上に搭載されている。“熱伝導部品１１の上に搭載”とは、ロウ材または樹脂接合部材によって熱伝導部品１１に接合されている構造、または、サブマウント基板を介して熱伝導部品１１に固定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またはパワー系トランジスタである。
【００２４】
図５を参照して、本実施形態の電子装置における熱伝導について説明する。電子素子３によって発生された熱は、熱伝導部品１１によって下方へ伝導される。図５において、熱の伝導がブロック矢印によって模式的に示されている。さらに詳細に説明すると、図５における拡大図に示されているように、電子素子３によって発生された熱は、上部金属層１１４によって水平方向へ伝導される。熱は、上部金属層１１４から複数のビア１１２または複合部材１１１へ伝導される。熱は、複数のビア１１２または複合部材１１１から下部金属層１１５へ伝導される。熱は、下部金属層１１５において水平方向へ伝導される。
【００２５】
図５を参照して、本実施形態の電子装置における応力について説明する。実装基体の設計において、接合部に発生する応力の大きさを決定づける因子は接合部の長さと、接合部を構成する材料の熱膨張差であり、発生応力に影響する接合部の長さの観点からは、熱伝導部材１１と接合される電子素子３の対角長さは、電子素子３の外周部を囲むように配置されるセラミック基体２の対角長さと比較して、小さいことから、高発熱性の電子素子３を搭載する熱伝導部材１１は素子部分で発生する熱処理を優先し、熱膨張係数については、電子素子３の機能に影響を与えない程度の膨張係数差とし、発熱の伴わないセラミック基体２と接合する金属部材１２は熱膨張係数がセラミックス基体２に近い熱膨張係数を有していることにより熱膨張差による応力を小さくすることができる。
【００２６】
本発明の素子搭載部品を構成する熱伝導部材１１は、例えば熱伝導部材１１１を構成する多孔質体と含浸材との比率により熱伝導率と熱膨張係数を操作可能であること、金属部材１２についても材質の選択により熱膨張係数の選択が可能である。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る。
【００２７】
金属部材１２および複合部材１１１は、各々、互いの接合部分において薄く形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  素子搭載用部品
１１  熱伝導部品
１１１  複合部材
１１２  ビア
１１３  金属層
１２  合金部材
２  セラミック基体
３  電子素子
【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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