(57)【要約】【課題】熱放散を目的とした低熱膨張基板において、基板の厚さ方向における熱伝導性が良好な放熱板及び放熱板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る放熱板１は、表面にディンプル１６ｃを有するコア１６と、表面に接合し、ディンプル内を充填する伝熱板２２とを備え、コア１６は、伝熱板２２より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、伝熱板２２は、コア１６より高い熱伝導率を有する材料からなる。【選択図】図３
2011066250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にディンプルを有するコアと、
前記表面に接合し、前記ディンプル内を充填する伝熱板と
を備え、
前記コアは、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、
前記伝熱板は、前記コアより高い熱伝導率を有する材料からなる放熱板。
【請求項２】
前記コアは、インバー材からなり、
前記放熱板は、銅若しくは銅合金、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなる請求項１に記載の放熱板。
【請求項３】
前記コアの裏面に接合する伝熱板を更に備え、
前記コアは、前記裏面にディンプルを更に有する請求項２に記載の放熱板。
【請求項４】
前記表面のディンプル及び前記裏面のディンプルの少なくとも一部は、前記コアを貫通する空孔を介して接続され、
前記表面に接合する伝熱板及び前記裏面に接合する伝熱板は、前記表面のディンプル、前記裏面のディンプル、及び前記空孔を充填する請求項３に記載の放熱板。
【請求項５】
前記空孔は、平面視にて、前記ディンプルが前記表面に占める面積の半分以下の面積を占める請求項４に記載の放熱板。
【請求項６】
表面にディンプルを有する複数のコアと、
前記表面に接合し、前記ディンプル内を充填する複数の伝熱板と
を備え、
前記コアは、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、
前記伝熱板は、前記コアより高い熱伝導率を有する材料からなり、
前記コアと前記放熱板とが交互に接合する放熱板。
【請求項７】
表面にディンプルを有するコアと、前記表面に接合する伝熱板とを準備する工程であって、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなる前記コアと、前記コアより高い熱伝導率を有する材料からなる前記伝熱板とを準備する材料準備工程と、
前記コアの表面に前記伝熱板を圧延クラッド法で接合する接合工程と
を備える放熱板の製造方法。
【請求項８】
前記材料準備工程は、複数の前記コアと複数の前記伝熱板とを準備し、
前記接合工程は、前記コアと前記伝熱板とを交互に配置して接合する請求項７に記載の放熱板の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の放熱板を複数、準備する放熱板準備工程と、
複数の前記放熱板を積層し、一の放熱板と前記一の放熱板に接する他の放熱板との界面を冷間圧接、拡散接合、高温はんだ、又は低温ロウ材により接合することにより放熱板を作製する接合工程と
を備える放熱板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱板及び放熱板の製造方法に関する。特に、本発明は、半導体素子を実装可能な放熱板及び放熱板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子には、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の線膨張係数が低い材料を用いて形成されているものがある。例えば、Ｓｉの線膨張係数は、約４×１０−６（１／Ｋ）である。一方、ヒートシンク、ヒートスプレッダ等の放熱部材を構成する材料である純銅、純アルミニウム等の線膨張係数は、約２０×１０−６（１／Ｋ）である。したがって、放熱部材を純銅又は純アルミニウムから形成した場合、放熱部材にはんだ、ロウ材を介して搭載した半導体素子（例えば、半導体チップ）が発熱すると、放熱部材の線膨張係数と半導体チップの線膨張係数との線膨張係数差に基づいて熱応力が生じる。そして、生じた熱応力により、半導体チップと放熱部材との間のはんだ、ロウ材による接合部分で半導体チップが剥離する場合がある。
【０００３】
このような剥離を防止すべく、ヒートシンク等を焼結金属（例えば、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、Ｃｕ−Ｗ等）、銅（Ｃｕ）／Ｉｎｖａｒ合金／ＣｕからなるＣＩＣ材、セラミックス（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等）等から形成することが検討されてきた。なお、Ｉｎｖａｒ合金とは、Ｆｅ−３６ｍａｓｓ％Ｎｉ合金である。
【０００４】
そして、近年、半導体チップとヒートシンク等との線膨張係数を整合させるだけでなく、熱放散性を高めることを目的として、熱伝導性に優れると共に、軽量、かつ低価格な放熱板が求められている。しかしながら、例えば、上記ＣＩＣ材等のクラッド材は、厚さ方向における熱伝導性に難点がある。したがって、ＣＩＣ材等のクラッド材を活用することを目的として、斯かる難点を改善する提案がなされている。
【０００５】
例えば、被放熱体の熱を放熱させる放熱体において、放熱体本体に当該放熱体本体の熱膨張係数より低い材質からなる低熱膨張材を積層して構成され、当該低熱膨張材にはこれを貫通する孔が穿設されている放熱体が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、アルミニミウムを３００℃以上４５０℃未満に、インバーを３００℃未満に加熱して、アルミニウム／インバー／アルミニウム組立材を構成し、圧下率１５％以上の圧延を行い、次いで後熱処理を行うアルミニウム／インバー／アルミニウムクラッド材の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。更に、線膨張率が８×１０−６／℃以下の金属板から形成されたエキスパンドメタルにより熱膨張を抑制し、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属で熱伝導率を確保するように、両者を板状に複合した複合材が知られている。（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
特許文献１に記載の放熱体は、放熱体と被放熱体との熱膨張係数差に関わらず、反りを低減できると共に、熱伝導率の低下を抑制できる。また、特許文献２に記載のクラッド材の製造方法は、実質上、アルミニウムとインバーとの剥離がない程度の接合を実現することができる。更に、特許文献３に記載の複合材は、金網を使用した場合に比較して良好な熱伝導率を有すると共に強度的に優れ、半導体装置等の電子部品を搭載するための放熱用基板材として好適な複合材の製造コストを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１５２９７０号公報
【特許文献２】特開平０５−０００３８６号公報
【特許文献３】特開２００３−１５２１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載の放熱体は、線膨張係数が低い材料を穿孔することから、材料の歩留りという観点から好ましくなく、また、ホットプレスを用いて放熱体と被放熱体とを接合する場合、作業能率が低下すると共に、製造コストが高くなる。また、特許文献２に記載のクラッド材の製造方法は、インバーからなる層を破り、断続的にインバーを挟む材料同士を接合したとしても、クラッド材の厚さ方向における熱伝導率を向上させることは困難である。
【０００９】
更に、特許文献３に記載の複合材は、エキスパンドメタルを用いており、エキスパンドメタルはＪＩＳ−Ｇ３３５１において規定されているように、一般的には、板厚に対する孔のサイズが１０〜１００倍と大きいので、板厚に対してサイズの小さな孔を有する多孔板の製造が困難である。しかも、エキスパンドメタルにクラッド圧延を施すと、孔のサイズが２倍以上に増加するので、エキスパンドメタルを用いて作製した複合材を放熱板に適用した場合に、当該放熱板の平面方向において放熱特性にばらつきが生じる。また、エキスパンドメタルの孔のサイズが大きいことからコアの断面比率（すなわち、Ｉｎｖａｒ比）を大きくすることができないので熱膨張の小さな複合材を提供することが困難である。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、熱放散を目的とした低熱膨張基板において、基板の厚さ方向における熱伝導性が良好な放熱板及び放熱板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、上記目的を達成するため、表面にディンプルを有するコアと、表面に接合し、ディンプル内を充填する伝熱板とを備え、コアは、伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、伝熱板は、コアより高い熱伝導率を有する材料からなる放熱板が提供される。
【００１２】
（２）また、上記放熱板は、コアは、インバー材からなり、放熱板は、銅若しくは銅合金、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金からなることが好ましい。
【００１３】
（３）また、上記放熱板は、コアの裏面に接合する伝熱板を更に備え、コアは、裏面にディンプルを更に有することが好ましい。
【００１４】
（４）また、上記放熱板は、表面のディンプル及び裏面のディンプルの少なくとも一部は、コアを貫通する空孔を介して接続され、表面に接合する伝熱板及び裏面に接合する伝熱板は、表面のディンプル、裏面のディンプル、及び空孔を充填することができる。
【００１５】
（５）また、上記放熱板は、空孔は、平面視にて、ディンプルが表面に占める面積の半分以下の面積を占めることが好ましい。
【００１６】
（６）また、本発明は上記目的を達成するため、表面にディンプルを有する複数のコアと、表面に接合し、ディンプル内を充填する複数の伝熱板とを備え、コアは、伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、伝熱板は、コアより高い熱伝導率を有する材料からなり、コアと放熱板とが交互に接合する放熱板が提供される。
【００１７】
（７）また、本発明は上記目的を達成するため、表面にディンプルを有するコアと、表面に接合する伝熱板とを準備する工程であって、伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなるコアと、コアより高い熱伝導率を有する材料からなる伝熱板とを準備する材料準備工程と、コアの表面に伝熱板を圧延クラッド法で接合する接合工程とを備える放熱板の製造方法が提供される。
【００１８】
（８）また、上記放熱板の製造方法は、材料準備工程は、複数のコアと複数の伝熱板とを準備し、接合工程は、コアと伝熱板とを交互に配置して接合することができる。
【００１９】
（９）また、本発明は上記目的を達成するため、上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の放熱板を複数、準備する放熱板準備工程と、複数の放熱板を積層し、一の放熱板と一の放熱板に接する他の放熱板との界面を冷間圧接、拡散接合、高温はんだ、又は低温ロウ材により接合することにより放熱板を作製する接合工程とを備える放熱板の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る放熱板及び放熱板の製造方法によれば、熱放散を目的とした低熱膨張基板において、基板の厚さ方向における熱伝導性が良好な放熱板及び放熱板の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係るコアの断面図である。
【図２】図１の（ａ）に示すコアの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る放熱板の平面図、及び断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態に係るディンプルの製造方法を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態に係る放熱板の製造方法の図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態の変形例に係る放熱板の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態の変形例に係る放熱板の製造方法を示す図である。
【図６】ディンプルの外観形状の写真である。
【図７】実施例に係る放熱板を作製する際のコアと伝熱板との配置を示す図である。
【図８】実施例に係る放熱板及び比較例に係る放熱板それぞれにおける厚さ方向の熱伝導率、熱膨張係数の比較結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［実施の形態の要約］
表面にディンプルを有するコアと、前記表面に接合する伝熱板とを備える放熱板において前記コアは、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、前記伝熱板は、前記ディンプル内を充填すると共に、前記コアより高い熱伝導率を有する材料からなる放熱板が提供される。
【００２３】
また、表面にディンプルを有するコアと、前記表面に接合する伝熱板とを備える放熱板の製造方法において、表面にディンプルを有するコアと、前記表面に接合し、前記ディンプル内を充填する伝熱板とを準備する工程であって、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなる前記コアと、前記コアより高い熱伝導率を有する材料からなる前記伝熱板とを準備する材料準備工程と、前記コアの表面に前記伝熱板を冷温間圧延クラッド法で接合する接合工程とを備える放熱板の製造方法が提供される。
【００２４】
［実施の形態］
図１の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態に係るコアの断面の概要を示し、図２は、図１の（ａ）に示すコアの斜視図を一例として示す。
【００２５】
（コアについて）
本実施の形態に係るコア１０、コア１２、コア１４、コア１６は、後述する伝熱板２０、伝熱板２２を構成する材料の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料、すなわち、低熱膨張材から形成される。具体的に、コア１０等は、Ｉｎｖａｒ材（インバー材）から形成される。例えば、Ｉｎｖａｒ材は、Ｆｅ−３６．５Ｎｉ材、Ｆｅ−３２Ｎｉ−５ＣｏからなるＳｕｐｅｒ  Ｉｎｖａｒ材、Ｆｅ−５４Ｃｏ−９．５Ｃｒ等を用いることができる。
【００２６】
また、コア１０、コア１２、コア１４、コア１６はそれぞれ、凹状の複数のディンプルを有して形成される。各ディンプルは当該ディンプルが形成されているコアの板厚よりも、薄い肉厚を有して形成されることになる。なお、本実施の形態に係るコアは、コアの板厚よりも薄い厚さの複数の薄肉部（すなわち、本実施の形態に係るディンプルに相当）を有すると共に、薄肉部のピッチが所定のピッチ以下であれば、ディンプルの形状は、凹状（すなわち、コアを貫通する孔を有さない形態）、孔状（すなわち、「コアを貫通する孔を有する形態）等に限られない。
【００２７】
コア１０乃至コア１６の形態には以下のような形態を挙げることができる。まず、図１（ａ）及び図２に示すコア１０は、表面１０ａに複数のディンプル１０ｃを有しており、裏面１０ｂは略平面である。すなわち、コア１０は、一方の面にのみ凹状の複数のディンプル１０ｃを有する（以下、図１（ａ）のようなコア１０を「片面ディンプルコア」ということがある）。
【００２８】
また、図１（ｂ）に示すコア１２は、表面１２ａに複数のディンプル１２ｃを有すると共に、裏面１２ｂにも複数のディンプル１２ｄを有する。ただし、表面１２ａに形成されるディンプル１２ｃと裏面１２ｂに形成されるディンプル１２ｄとはコア１２を構成する材料により隔離されている。すなわち、コア１２においてディンプル１２ｃとディンプル１２ｄとは、各々隔たれた状態に保たれる（以下、図１（ｂ）のようなコア１２を「両面ディンプルコア」ということがある）。
【００２９】
また、図１（ｃ）に示すコア１４は、表面１４ａに複数のディンプル１４ｃを有すると共に、各ディンプル１４ｃの底部に空孔１４ｄを有する。すなわち、コア１４において各ディンプル１４ｃは、コア１４の断面を観察した場合に、表面１４ａから裏面１４ｂに向けて徐々に開口の幅が狭まるように形成され、表面１４ａにおける開口幅より狭い幅の開口が裏面１４ｂに形成される（以下、図１（ｃ）のようなコア１４を「片面ディンプル孔付コア」ということがある）。
【００３０】
更に、図１（ｄ）に示すコア１６は、表面１６ａに複数のディンプル１６ｃを有すると共に、裏面１６ｂにも複数のディンプル１６ｄを有する。更に、コア１６においては、表面１６ａに設けられるディンプル１６ｃと裏面１６ｂに設けられるディンプル１６ｄとが、それぞれの底部近傍において空孔１６ｅを介して接続されている（以下、図１（ｄ）のようなコア１６を「両面ディンプル孔付コア」ということがある）。すなわち、ディンプル１６ｃとディンプル１６ｄとは、コア１６を貫通する空孔１６ｅを介して接続されている。なお、コアに設けるディンプルに空孔を設ける場合、当該空孔は、平面視にて、ディンプルがコアの表面に占める面積の半分以下の面積を占めることが好ましい。
【００３１】
なお、図２に示すようにコア１０のディンプル１０ｃの平面視における形状（以下、単に、「ディンプル板面形状」という）は、略三角形状である。ディンプル板面形状としては、三角形状に限られず、円形、楕円形等の円弧を有する形状、四角形、六角形、八角形等の多角形状等の形状にすることもできる。なお、ディンプル板面形状は、製造の容易さの観点からは三角形状にすることが好ましい。また、例えば、上述した片面ディンプルコアにおいては、複数のディンプル１０ｃのすべてが、コア１０の表面１０ａから所定の深さを有する凹状に形成されるが、複数のディンプル１０ｃのうち一部のディンプル１０ｃにコア１０を貫通する開口を形成することもでき、両面ディンプルコアにおいても同様である。
【００３２】
（放熱板について）
図３は、本発明の実施の形態に係る放熱板の平面の概要、及び断面の概要を示す。
【００３３】
本実施の形態においては、一例として、両面ディンプル孔付コアであるコア１６を用いて作製される放熱板１について説明する。コア１０、コア１２、及びコア１４を用いて作製される放熱板については、コアの形状が異なる点を除き放熱板１と略同一の構成、機能を備えるので、説明は省略する。
【００３４】
本実施の形態に係る放熱板１は、表面１６ａにディンプル１６ｃを有すると共に、裏面１６ｂにディンプル１６ｄを有するコア１６と、裏面１６ｂに接合すると共にディンプル１６ｄ内を充填する伝熱板２０、及び表面１６ａに接合すると共にディンプル１６ｃ内を充填する伝熱板２２とを備える。そして、コア１６は、伝熱板２０及び伝熱板２２より小さい熱膨張係数を有する材料から形成され、伝熱板２０及び伝熱板２２は、コア１６より高い熱伝導率を有する材料から形成される。
【００３５】
具体的に、放熱板１は、図３の平面図に示すＡ−Ａ線において切断した断面図に示すように、コア１６の表面１６ａに伝熱板２２が、裏面１６ｂに伝熱板２０が接合される。更に、伝熱板２０を構成する材料がディンプル１６ｄ内に流入すると共に、伝熱板２２を構成する材料がディンプル１６ｃ内に流入する。伝熱板２０を構成する材料は、ディンプル１６ｄ内の表面に接合する。同様に、伝熱板２２を構成する材料は、ディンプル１６ｃ内の表面に接合する。また、ディンプル１６ｃ及びディンプル１６ｄに流入した伝熱板２２及び伝熱板２０を構成する材料同士は、空孔１６ｅを介して互いに接合する。これにより、ディンプル１６ｃ及びディンプル１６ｄにはいずれも、伝熱板２０及び伝熱板２２を構成する材料が充填されることになる。
【００３６】
このように、図１（ｄ）に示すディンプル１６ｃ及び１６ｄが形成された両面ディンプル孔付コアであるコア１６を用い、コア１６の上下面からそれぞれ伝熱板２０及び２２を圧接して放熱板１を形成することにより、ディンプル１６ｃ及び１６ｄと伝熱板２０及び２２との接合面積を増加させ接合強度を強くすることができると共に、放熱板２０とコア１６との接合強度、及び放熱板２２とコア１６との接合強度を等しくすることができる。また、図１（ｂ）に示す両面ディンプルコアを用いても同様の効果が得られる。
【００３７】
また、例えば、放熱板に大きさが数ミリ程度の半導体素子を搭載する場合に、ディンプルのピッチが所定値以上の場合を想定すると、半導体素子の放熱板への搭載場所によっては半導体素子において発生した熱を適切に放熱することができない場合がある。したがって、本実施の形態においては、放熱板１の厚さ方向における伝熱特性を放熱板１の部分によらず略同一に維持することを目的として、複数のディンプル１６ｃ、複数のディンプル１６ｄはそれぞれ、長手方向及び幅方向において、例えば、１ｍｍ以下のピッチ、好ましくは０．７ｍｍ以下のピッチであって、ピッチが略均一になるように形成される。
【００３８】
（伝熱板について）
ここで、伝熱板２０及び伝熱板２２はそれぞれ、コア１６を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料から形成される。例えば、伝熱板２０及び伝熱板２２はそれぞれ、銅若しくは銅合金、又はアルミニウム若しくはアルミニウム合金から形成することができる。例えば、本実施の形態に係る放熱板を作製する場合に、クラッド圧延を容易に実施することを目的とする場合、伝熱板２０及び伝熱板２２はアルミニウムから形成することが好ましい。なお、伝熱板２０を構成する材料と伝熱板２２を構成する材料とは同一にすることができ、互いに異なるようにすることもできる。
【００３９】
（放熱板１の製造方法）
図４Ａは、本発明の実施の形態に係るディンプルの製造方法の一例を示し、図４Ｂは、本発明の実施の形態に係る放熱板の製造方法の一例を示す。
【００４０】
まず、表面にディンプルを有するコアを準備する（コア準備工程）。具体的には、図４Ａに示すように、所定の形状を有するディンプル形成部材をコアに押し付けて、コアの表面を塑性変形させることによりディンプルを形成する。例えば、図４Ａの（ａ）に示すように、球形状の先端を有するディンプル形成部材１００を、コア１０の表面に押し付けることによりディンプル１０ｃをコア１０の表面に形成する。また、図４Ａの（ｂ）に示すように、三角錐状の先端を有するディンプル形成部材１１０をコア１０の表面に押し付けることによりディンプル１０ｃをコア１０の表面に形成することもできる。ディンプル１０ｃのサイズは、一例として、ディンプル１０ｃの外接円を想定した場合、当該外接円の直径が１ｍｍ以下になるサイズである。コアを塑性変形させる手法を用いることにより、ディンプル形成の生産性、歩留りの向上を図ることができる。
【００４１】
また、放熱板の放熱特性を確保することを目的として、コア表面におけるディンプルの占める割合、すなわち、コア表面の面積に対してディンプルが形成されている領域の面積の割合（以下、「ディンプル占有率」ということがある）は、例えば、２０％以上８０％以下の範囲内、若しくは３０％以下にすることが好ましい。
【００４２】
上記のようにして形成したコア（例えば、両面ディンプル孔付コア）と、コアの表面及び裏面に接合させる伝熱板（例えば、銅からなる伝熱板）とを準備する（材料準備工程）。具体的には、ディンプルが形成された長尺状のコアを巻いたディンプル付コアコイル５０と、長尺状の伝熱板を巻いたシートコイル６０を準備する。シートコイル６０は、表面用と裏面用との２種類を準備する。
【００４３】
続いて、図４Ｂに示すようにディンプル付コアコイル５０から引き出されるコアが、シートコイル６０から引き出される伝熱板の間に位置するように、ディンプル付コアコイル５０とシートコイル６０とを配置する。そして、ディンプル付コアコイル５０から引き出したコアとシートコイル６０から引き出した伝熱板とをクラッド圧延ロール７０を用いて冷間あるいは温間のクラッド圧延、すなわち、冷温間圧延クラッド法にて圧接接合する。ここで、製造コストの低減、高精度品の製造を目的とする場合、冷間クラッド圧延法を用いることが好ましい。冷間クラッド圧延法によれば、冷間、大気中で異種金属を接合できる。なお、冷間クラッド圧延法の加工度、リダクションは、４０％以上６０％以下程度に設定することができる。
【００４４】
なお、クラッド圧延における接合は、異種金属同士の場合に接合しやすい。すなわち、銅と銅、アルミニウムとアルミニウム等の場合に比べ、銅／Ｉｎｖａｒ材／銅、アルミニウム／Ｉｎｖａｒ材／アルミニウム、又は銅／Ｉｎｖａｒ材／アルミニウム等の場合の方が、低いリダクションで接合することができ、かつ、接合性も良好になる。したがって、クラッド圧延による接合の接合強度を向上させる場合、接合させる材料は互いに異なる材料であることが好ましい。
【００４５】
本実施の形態において、クラッド圧延による接合は、一例として、トータルで５０％以上７５％以下の範囲のリダクションを加える。この場合、伝熱板を構成する材料（例えば、銅材）がディンプル内に流入して、伝熱板とコアとが接合する。例えば、コアをＩｎｖａｒ材から形成して、伝熱板を銅材から形成する場合、銅とＩｎｖａｒ材とが接合する。なお、この接合は異種金属間の接合であるので、同種金属間の接合に比べて接合強度が高い。また、本実施の形態においては、空孔１６ｅを介して伝熱板同士が接合する。例えば、伝熱板を銅材から形成する場合、銅同士が接合する。この接合は同種金属間の接合であるので、異種金属間の接合に比べて接合強度が低い。以上の工程により、図３に示したような放熱板１が得られる。
【００４６】
なお、ディンプルのサイズは材料（例えば、銅）のリダクションとしては小さめであるが、変形が大きいことから当該材料の新生面が生じるので、伝熱板とコアとを適切に接合できる。更に、コアと伝熱板とを接合した後（すなわち、クラッド圧延を実施した後）、接合部分に６００℃以上８００℃以下の温度で拡散熱処理を施すことにより、当該接合をより強固にすることができる。
【００４７】
（実施の形態の効果）
従来の銅／Ｉｎｖａｒ材／銅クラッド材（ＣＩＣ材）においては熱伝導性の悪いＩｎｖａｒ材がＣＩＣ材の平面方向において略均一の厚さを有していることに比べて、本実施の形態に係る放熱板１は、平面方向において薄肉部分を所定のピッチで有しているコアを備えている。そして、本実施の形態に係る放熱板１は、当該コアの上下に高熱伝導性の伝熱板をクラッドした構造を備えているので、低熱膨張基板を実現できると共に、厚さ方向の熱伝導性を従来よりも向上させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態に係る放熱板１は、コアと伝熱板とをクラッド圧延により接合させることにより製造する。すなわち、本実施の形態においては、圧延時の変形が大きくなるクラッド圧延により放熱板１を製造するので、コアと伝熱板との接合を良好にすることができる。
【００４９】
また、本実施の形態に係る放熱板１は、コアをＩｎｖａｒ材から形成できると共に、伝熱板をＣｕ若しくはＡｌから形成することができるので、ＣｕとＭｏ、若しくはＣｕとＷとを用いて放熱板を作製する従来の手法に比べて、コストを低減させることができる。なお、本実施の形態に係る放熱板１は、例えば、パワーモジュール等に適用することができ、また、低熱膨張と高い放熱性とを要求する用途に適用できる。更に、本実施の形態に係る放熱板１は、上記構成を備えることにより、Ｉｎｖａｒ材からなるエキスパンドメタルと銅材とを用いた放熱板（すなわち、銅材／Ｉｎｖａｒ材からなるエキスパンドメタル／銅材の構成を備える放熱板）よりも強度を高くすることができ、板厚方向の熱伝導性もより良好にすることができる。
【００５０】
ここで、例えば、コアにエキスパンドメタルを用いる場合、すなわち、「銅からなる伝熱板／Ｉｎｖａｒ材から形成されエキスパンドメタルからなるコア／アルミニウムからなる伝熱板」という構成を備える放熱板においては、エキスパンドメタルの孔部において銅とアルミニウムとが接合する。銅とアルミニウムとの接合は、比較的低温で伝熱抵抗が大きく、機械的に脆い銅−アルミニウム化合物が生じてしまうので、当該放熱板に焼鈍熱処理を施すことができない。また、エキスパンドメタルの孔部の大きさは比較的大きいので、伝熱板とコアとの接合に対して、伝熱板同士の接合の部分の割合が大きくなってしまう。一方、本実施の形態に係る放熱板１は、銅からなる伝熱板／Ｉｎｖａｒ材からなるコア／アルミニウムからなる伝熱板という構成を備えることができる。そして、本実施の形態に係るコアのうち、片面ディンプルコア及び両面ディンプルコアにおいては、コアの表面に接合される伝熱板を構成する材料と、コアの裏面に接合される伝熱板を構成する材料とは、ディンプルにおいて接触が妨げられる。また、片面ディンプル孔付コア及び両面ディンプル孔付コアにおいては、コアの表面に接合される伝熱板を構成する材料と、コアの裏面に接合される伝熱板を構成する材料とは、ディンプルに設けられ、ディンプルのサイズよりも小さいサイズの空孔を介して弱く接合するので、焼鈍熱処理を施すことができる。これにより、本実施の形態に係る放熱板においては、コアと伝熱板との良好な接着性、放熱板の良好な延性、放熱板の板圧方向の良好な熱伝導特性を実現することができる。
【００５１】
［実施の形態の変形例］
図５Ａは、本発明の実施の形態の変形例に係る放熱板の断面の概要を示し、図５Ｂは、本発明の実施の形態の変形例に係る放熱板の製造方法の概要を示す。
【００５２】
実施の形態の変形例に係る放熱板２は、複数のコア１６と複数の伝熱板（例えば、伝熱板２０、伝熱板２２、伝熱板２４、及び伝熱板２６）とを交互に積層された後、クラッド圧延が施されることによりコア１６と伝熱板とが接合した構成を備える点を除き、実施の形態に係る放熱板１と同様の機能、構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態の変形例に係る放熱板２は、図５Ａに示すように、３層のコア１６を備えると共に、コア１６の間、表面、及び裏面に伝熱板を備える。すなわち、放熱板２は、伝熱板２０と、伝熱板２０上に接合するコア１６（ただし、最下層のコア１６）と、最下層のコア１６上に接合する伝熱板２６と、伝熱板２６上に接合するコア１６（ただし、中間層のコア１６）と、中間層のコア１６上に接合する伝熱板２４と、伝熱板２４上に接合するコア１６（ただし、最上層のコア１６）と、最上層のコア１６上に接合する伝熱板２２とを備える。
【００５４】
放熱板２は、図５Ｂに示すように製造する。すなわち、複数のコアそれぞれ用のディンプル付コアコイル５０と、複数の伝熱板それぞれ用のシートコイル６０とを準備する。そして、実施の形態に係る放熱板１と同様にして、各ディンプル付コアコイル５０から引き出したコアと各シートコイル６０から引き出した伝熱板とを交互に配置して、クラッド圧延ロール７０を用いて冷間あるいは温間のクラッド圧延にて１回の圧延により圧接接合する。
【００５５】
クラッド圧延において製造できる板厚は、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度であるので、実施の形態の変形例に係る放熱板２のように、多層構造のクラッド圧延を実施することにより、当該厚さよりも厚い厚さを有する放熱板を作製することができる。
【００５６】
なお、本実施の形態に係るコアと、当該コアの上下に設けられる伝熱板とを備える複数枚の放熱板を準備して、複数の放熱板を積層する際に、一の放熱板と当該一の放熱板に接する他の放熱板との界面を、冷間圧接、拡散接合、高温はんだ、又は低温ロウ材により接合する（接合工程）ことにより多層積層構造体である放熱板を作製することもできる。
【００５７】
（実施例及び比較例）
実施例１においては、放熱板が備えるコアをＩｎｖａｒ材としてのＦｅ−３６Ｎｉから形成した。そして、コアの表面及び裏面に塑性加工を施してディンプルを形成した。具体的に、実施例１においては、幅３０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＩｎｖａｒ材に、一の方向において０．５ｍｍのピッチであると共に当該一の方向に垂直な方向において０．３５ｍｍのピッチでＩｎｖａｒ材の両面からディンプルを形成することにより、両面ディンプルコアを作製した。
【００５８】
図６は、ディンプルの外観形状の写真を示す。
【００５９】
図６（ａ）を参照すると、実施例１に係る両面ディンプルコアにおいては、空孔は形成されずに、ディンプルが所定のピッチでコアの表面に形成されていた。また、図６（ｂ）を参照すると、実施例３に係る両面ディンプル孔付コアにおいては、ディンプルが所定のピッチでコアの表面に形成されていると共に、ディンプルの底肉厚の薄い箇所に、空孔の存在を確認することができた。
【００６０】
図７は、実施例に係る放熱板を作製する際のコアと伝熱板との配置の概要を示す。
【００６１】
実施例１において用いたコアは、上記のとおり、両面ディンプルコアであるが、図７は、図示内容を分かりやすくするため、コア８０の表面８０ａにのみディンプル８０ｃを示す。
【００６２】
実施例１においては、まず、コア８０の上下に高熱伝導材としての銅シートからなる伝熱板９０を配置した。すなわち、２枚の伝熱板９０の間にコア８０を配置した。この場合において、作製される放熱板におけるコアの断面比率（以下、「Ｉｎｖａｒ比」という）が所定の値になるように、伝熱板９０である銅シートの厚さを設定した。
【００６３】
次に、２枚の伝熱板９０の間にコア８０を配置した状態でクラッド圧延を冷間にて連続的に実施した。クラッド圧延は、Ｉｎｖａｒ材からなるコア８０と銅からなる伝熱板９０との界面に金属間化合物が発生しない条件で実施した。更に、クラッド圧延後、８００℃程度の温度で拡散熱処理を実施することにより、コア８０と伝熱板９０との接合状態を改善して、実施例１に係る放熱板を作製した。なお、クラッド圧延は６０％程度の加工度に設定して、コア８０の表面８０ａに形成されたディンプル８０ｃ、及び裏面８０ｂに形成されたディンプルの内部に伝熱板９０を構成する材料である銅を充填させた。これにより、表面８０ａのディンプル８０ｃ及び裏面８０ｂのディンプルそれぞれの表面と、伝熱板９０との接合を確保した。なお、実施例１に係る放熱板の用途等に応じて、作製した放熱板に圧延を更に施して所望の厚さにすることもできる。
【００６４】
実施例２においても実施例１と同様のＩｎｖａｒ材を用い、コアの表面及び裏面に塑性加工を施してディンプルを形成し、更に、このディンプルの底部において一凹み毎に空孔有り・無しが周期的に繰り返すように形成された両面ディンプル一部孔付コアを作製した。また、実施例３においても実施例１と同様のＩｎｖａｒ材を用い、コアの表面及び裏面に塑性加工を施してディンプルを形成し、更に、このディンプルの底肉厚の薄い箇所すべてに空孔を形成して両面ディンプル孔付コアを作製した。そして、これら実施例２及び実施例３に係るコアを用いて実施例１と同様の方法で放熱板を作製した。
【００６５】
具体的なコア８０の板厚、ディンプルのピッチ等の寸法と、コア８０と２枚の伝熱板９０から作製した放熱板の寸法、熱膨張係数、厚さ方向の熱伝導率等を表１に示す。表１には、実施例１、実施例２、実施例３、及び比較例１〜３についてまとめて示す。
【００６６】
【表１】
2011066250.tif 000003
【００６７】
表１には、エキスパンドメタルをコアに用いた放熱板を比較例１として、ディンプルを設けずに均一の厚さを有するコアを用いたＣＩＣクラッド材である放熱板を比較例２及び比較例３として示す。なお、Ｉｎｖａｒ比は、３０％程度のＩｎｖａｒ比である形態（実施例２、比較例３）と、５０％程度のＩｎｖａｒ比である形態（実施例１、比較例２）とを比較した。
【００６８】
図８は、実施例に係る放熱板及び比較例に係る放熱板それぞれにおける厚さ方向の熱伝導率、熱膨張係数の比較結果を示す。
【００６９】
比較例２に係る放熱板の場合、熱膨張係数は０．８４×１０−５／℃ｍであり、比較例３に係る放熱板の場合、１．１×１０−５／℃ｍであって、熱膨張係数は十分に小さい値であった。また、比較例２に係る放熱板の面内方向における熱伝導率は２００Ｗ／℃ｍであり、比較例３においては２６０Ｗ／℃ｍであった。しかしながら、厚さ方向の熱伝導率は、比較例２において２１Ｗ／℃ｍであり、比較例３において３１Ｗ／℃ｍであり、面内方向における熱伝導率に比べて一桁小さい値であった。
【００７０】
一方、実施例１〜３に係る放熱板の熱膨張係数は、ＣＩＣクラッド材、すなわち、比較例２に係る放熱板と同程度であり、十分に小さい値であった。一方、実施例１においては、厚さ方向の熱伝導率が１９５Ｗ／℃ｍであり、実施例２においては２３８Ｗ／℃ｍであり、実施例３においては２５０Ｗ／℃ｍであって、ＣＩＣクラッド材の面内方向における熱伝導率に近い値であることが示された。
【００７１】
また、比較例１に係る放熱板は、コアにＩｎｖａｒ材からなるエキスパンドメタルを用いて作製した。エキスパンドメタルとしては市場で入手可能なエキスパンドメタルを用い、ピッチサイズが最小サイズのエキスパンドメタルを用いた。しかしながら、クラッド圧延前における孔のピッチが実施例１及び実施例２に比べて倍以上と大きく、例えば、放熱板に大きさが数ミリ程度の半導体素子を搭載する場合に、半導体素子の放熱板への搭載場所によっては半導体素子において発生した熱を適切に放熱することができない場合がある。
【００７２】
また、比較例１に係る放熱板においてはＩｎｖａｒ比を大きくすることができず、１５％程度であった。したがって、比較例１に係る放熱板の厚さ方向の熱伝導率は銅材と同程度の値であったものの、Ｉｎｖａｒ比が小さいことから熱膨張係数が大きすぎ、放熱板としての使用に堪えないものであった。また、コアにエキスパンドメタルを用いる場合、エキスパンドメタルの開口率がそもそも大きいので、クラッド圧延を施した後において孔のピッチを低減することができず、結果として、上記と同様に、エキスパンドメタルを用いた比較例１に係る放熱板に半導体素子を搭載した場合に、半導体素子から適切に熱を放熱できない場合がある。
【００７３】
実施例１〜３に係る放熱板においては、特に、０．５ｍｍ以下の肉厚の薄いディンプルをコアに形成することができ、コアと伝熱板との接合性が良好であることから、比較例２及び３に係るＣＩＣ材に比べて、厚さ方向の熱伝導性を向上させることができる。
【００７４】
また、実施例１に係る放熱板は、全面にわたってＩｎｖａｒ材と銅シートとの異種金属間接合になるので優れた接合強度が得られ、実施例３に係る放熱板は、全てのディンプルの底肉厚の薄い箇所に設けられた空孔部において上下面に配置された高熱伝導材同士が接合するので優れた厚さ方向の熱伝導率が得られる。更に、実施例２に係る放熱板は、実施例１及び実施例３に係る放熱板の双方の長所を取り込んでおり、優れた接合強度と優れた厚さ方向の熱伝導率とが得られた。したがって、実施例１〜３に係る放熱板は、ＣＩＣ材と同様に優れた接合強度及び小さな熱膨張係数を有すると共に、エキスパンドメタルを使用した放熱板と同様に優れた厚さ方向の熱伝導性を有する。
【００７５】
なお、表１に示すように、実施例１〜３に係る放熱板は、板厚が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度である。したがって、より厚い放熱板を作製する場合には、例えば、複数のコアと複数の伝熱板とを準備して、コアと伝熱板とを交互に複数回積層した状態でクラッド圧延（多層クラッド圧延）を施すことにより、厚い放熱板を作製することができる。又は、実施例１に係る放熱板を複数枚準備して、一の放熱板と一の放熱板に接する他の放熱板との界面を冷間圧接、拡散接合、高温はんだ、又は低温ロウ材により接合することにより、厚い放熱板を作製することもできる。
【００７６】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【００７７】
１  放熱板
２  多層放熱板
１０、１２、１４、１６  コア
１０ａ、１２ａ、１４ａ、１６ａ  表面
１０ｂ、１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ  裏面
１０ｃ、１２ｃ、１４ｃ、１６ｃ、１６ｄ  ディンプル
１４ｄ、１６ｅ  空孔
２０、２２、２４、２６  伝熱板
５０  ディンプル付コアコイル
６０  シートコイル
７０  クラッド圧延ロール
８０  コア
８０ａ  表面
８０ｂ  裏面
８０ｃ  ディンプル
９０  伝熱板
１００、１１０  ディンプル形成部材
【図１】
2011066250.tif 000004
【図２】
2011066250.tif 000005
【図３】
2011066250.tif 000006
【図４Ａ】
2011066250.tif 000007
【図４Ｂ】
2011066250.tif 000008
【図５Ａ】
2011066250.tif 000009
【図５Ｂ】
2011066250.tif 000010
【図７】
2011066250.tif 000011
【図８】
2011066250.tif 000012
【図６】
2011066250.tif 000013