(57)【要約】【課題】セラミックからなる絶縁層と、アルミニウムからなる回路層および応力緩和層とがろう付された放熱装置において、セラミックとアルミニウムとの線膨張係数差に起因する応力の影響を低減する。【解決手段】セラミックからなる絶縁層11の一方の面側にアルミニウムからなる回路層12がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、他方の面側にアルミニウムからなる応力緩和層13がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、さらに前記応力緩和層13がヒートシンク20にろう付された放熱装置1であって、前記絶縁層11と回路層12との間の残存ろう材層30、および絶縁層11と応力緩和層13との間の残存ろう材層31のうちの少なくとも一方は、層の厚み方向に対して垂直な断面において、中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上であり、かつ端部のＳｉ粒子の面積率が中央部よりも高い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる絶縁層の一方の面側に電子素子を搭載するアルミニウムからなる回路層がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、他方の面側にアルミニウムからなる応力緩和層がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、さらに前記応力緩和層がヒートシンクにろう付された放熱装置であって、
前記絶縁層と回路層との間の残存ろう材層、および絶縁層と応力緩和層との間の残存ろう材層のうちの少なくとも一方は、層の厚み方向に対して垂直な断面において、中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上であり、かつ端部のＳｉ粒子の面積率が中央部よりも高いことを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、端部のＳｉ粒子の面積率が５％以上である請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、中央部と端部のＳｉ粒子の面積率の差が３％以上である請求項１または２に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、Ｓｉ粒子の平均粒子径が０．２〜５０μｍである請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
【請求項５】
前記回路層および前記応力緩和層のうちの少なくとも一方は、層厚が端部よりも中央部で厚く形成されている請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
【請求項６】
アルミニウムからなる回路層、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、セラミックからなる絶縁層、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、アルミニウムからなる応力緩和層、ろう材、ヒートシンクの順に重ねて仮組みし、この仮組体を積層方向に加圧して仮止めし、仮止めした仮組体をろう付加熱の温度プロファイルにおいて５８０〜６２０℃に１〜３０分保持することにより、前記回路層、絶縁層、応力緩和層およびヒートシンクをろう付することを特徴とする放熱装置の製造方法。
【請求項７】
前記ろう付加熱後の冷却過程において、５８０℃から５６０℃までを１０℃／分以上の冷却速度で冷却する請求項６に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項８】
前記仮組体の仮止めの加圧力を端部よりも中央部で大きくする請求項６または７に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項９】
前記回路層および応力緩和層のうちの少なくとも一方は、層厚が端部よりも中央部で厚く形成されている請求項６〜８のうちのいずれか１項に記載の放熱装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子素子を搭載する回路基板とヒートシンクとを一体化した放熱装置に関する。
【０００２】
本明細書および特許請求の範囲の記載において、「アルミニウム」の語は、特に明示している場合を除いてアルミニウムおよびその合金の両者を含む意味で用いられる。
【背景技術】
【０００３】
電子素子が発生する熱を放散させる方法として、電子素子を搭載する回路基板をヒートシンクにろう付してこれらを一体化した放熱装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された放熱装置は、セラミックからなる絶縁層の一方の面にアルミニウム回路層を積層し、他方の面にアルミニウム製応力緩和層を介して金属製ヒートシンクを積層し、各層をろう付することによって一体化したものである。このような積層構造の放熱装置は、各層間にろう材を挟んで放熱装置を仮組みし、仮組体を加熱することによって各層が一括してろう付される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５３０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
セラミックとアルミニウムの異種材料のろう付は金属同士のろう付よりも難しいことに加え、セラミックとアルミニウムの線膨張係数の差に起因して接合界面に応力が発生し、セラミックと金属の両方が応力の影響を受けることになる。このため、放熱装置の冷熱サイクルにおいてセラミックとアルミニウムとの剥がれ、セラミックの割れ、アルミニウムの低サイクル疲労特性の低下が発生し、ひいては放熱装置の寿命が短くなる可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した技術背景に鑑み、セラミックとアルミニウムとの接合界面に発生する応力による影響を軽減できる放熱装置およびその関連技術の提供を目的とする。
【０００８】
即ち、本発明は下記［１］〜［９］に記載の構成を有する。
【０００９】
［１］セラミックからなる絶縁層の一方の面側に電子素子を搭載するアルミニウムからなる回路層がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、他方の面側にアルミニウムからなる応力緩和層がＡｌ−Ｓｉ系ろう材でろう付され、さらに前記応力緩和層がヒートシンクにろう付された放熱装置であって、
前記絶縁層と回路層との間の残存ろう材層、および絶縁層と応力緩和層との間の残存ろう材層のうちの少なくとも一方は、層の厚み方向に対して垂直な断面において、中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上であり、かつ端部のＳｉ粒子の面積率が中央部よりも高いことを特徴とする放熱装置。
【００１０】
［２］前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、端部のＳｉ粒子の面積率が５％以上である前項１に記載の放熱装置。
【００１１】
［３］前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、中央部と端部のＳｉ粒子の面積率の差が３％以上である前項１または２に記載の放熱装置。
【００１２】
［４］前記中央部のＳｉ粒子の面積率が３％以上である残存ろう材層において、Ｓｉ粒子の平均粒子径が０．２〜５０μｍである前項１〜３のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
【００１３】
［５］前記回路層および前記応力緩和層のうちの少なくとも一方は、層厚が端部よりも中央部で厚く形成されている前項１〜４のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
【００１４】
［６］アルミニウムからなる回路層、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、セラミックからなる絶縁層、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、アルミニウムからなる応力緩和層、ろう材、ヒートシンクの順に重ねて仮組みし、この仮組体を積層方向に加圧して仮止めし、仮止めした仮組体をろう付加熱の温度プロファイルにおいて５８０〜６２０℃に１〜３０分保持することにより、前記回路層、絶縁層、応力緩和層およびヒートシンクをろう付することを特徴とする放熱装置の製造方法。
【００１５】
［７］前記ろう付加熱後の冷却過程において、５８０℃から５６０℃までを１０℃／分以上の冷却速度で冷却する前項６に記載の放熱装置の製造方法。
【００１６】
［８］前記仮組体の仮止めの加圧力を端部よりも中央部で大きくする前項６または７に記載の放熱装置の製造方法。
【００１７】
［９］前記回路層および応力緩和層のうちの少なくとも一方は、層厚が端部よりも中央部で厚く形成されている前項６〜８のうちのいずれか１項に記載の放熱装置の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
上記［１］に記載の放熱装置によれば、セラミックからなる絶縁層とアルミニウムからなる回路層との間の残存ろう材層、および前記絶縁層とアルミニウムからなる応力緩和層との間の残存ろう材層のうちの少なとも一方は、線膨張係数がセラミックとアルミニウムの中間であるＳｉ粒子が３％以上の面積率で析出しているため、セラミック−アルミニウム間の線膨張係数の急激な変化が緩和される。曲げ変形においては中央部よりも端部で線膨張係数差に起因する応力の影響が大きくなるが、端部のＳｉ粒子の面積率が中央部よりも高いので端部における応力が十分に緩和される。また、中央部はセラミックに作用する曲げ応力が大きくなるが、中央部のＳｉ粒子の面積率が端部よりも低いことはセラミックの割れを抑制できる点でも有利である。
【００１９】
上記［２］［３］［４］［５］に記載の各放熱装置によれば、セラミックとアルミニウムとの線膨張係数差に起因する応力の影響を緩和する効果が大きい。
【００２０】
上記［６］［７］［８］［９］に記載の各放熱装置の製造方法によれば、セラミックからなる絶縁層とアルミニウムからなる回路層との間の残存ろう材層、および前記絶縁層とアルミニウムからなる応力緩和層との間の残存ろう材層のうちの少なとも一方において、Ｓｉ粒子の面積率を中央部で３％以上とし、かつ端部のＳｉ粒子の面積率を中央部よりも高く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる放熱装置の断面図である。
【図２】図１の放熱装置における回路基板の曲げ変形を示す断面図である。
【図３Ａ】絶縁層と回路層との間の残存ろう材層において、中央部と端部の区分を示す説明図である。
【図３Ｂ】絶縁層と応力緩和層との間の残存ろう材層において、中央部と端部の区分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態にかかる放熱装置（1）は、図１に示すように、セラミックからなる絶縁層（11）の一方の面側に電子素子（14）を搭載するアルミニウムからなる回路層（12）が積層され、他方の面側にアルミニウムからなる応力緩和層（13）を介してヒートシンク（20）が積層され、各層（12）（11）（13）およびヒートシンク（20）がろう付されてこれらが一体に接合されている。前記回路層（12）および絶縁層（11）が回路基板（10）を構成し、回路基板（10）とヒートシンク（20）とが応力緩和層（13）を介して熱的に結合され、回路層（12）に搭載された電子素子（14）が発する熱はヒートシンク（20）に排熱される。
【００２３】
前記放熱装置（1）は、回路層（12）、絶縁層（11）、応力緩和層（13）およびヒートシンク（20）をそれぞれの部材間にろう材を配置して仮組みし、仮組体を加熱して一括ろう付し、その後に電子素子（14）をはんだ付したものである。前記絶縁層（11）と回路層（12）との接合、および絶縁層（11）と応力緩和層（13）との接合にはＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）（16）が用いられ、ろう付後はそれぞれの接合界面に残存ろう材層（30）（31）が形成される。本実施形態は前記残存ろう材層（30）（31）におけるＳｉ粒子の面積率を規定することによって接合界面に発生する応力の影響を緩和する。
【００２４】
前記放熱装置（1）における各層の好ましい材料は以下のとおりである。
【００２５】
前記絶縁層（11）を構成するセラミックとしては、熱伝導性、強度および線膨張係数を考慮して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を例示できる。
【００２６】
前記回路層（12）を構成するアルミニウムとしては、導電性が高くかつ絶縁層（11）とろう付またははんだ付が可能な金属を用いるものとし、特に高純度アルミニウムを推奨できる。
【００２７】
前記応力緩和層（13）は、剛性の高いセラミック製の絶縁層（11）とヒートシンク（20）との接合界面に発生する熱応力を緩和するための層であるから、軟質のアルミニウム金属を用いることが好ましく、特に高純度アルミニウムが好ましい。また、図示例の応力緩和層（13）のように、応力吸収空間として複数の円形貫通穴（13a）を有するパンチングメタルを用いることも好ましい。
【００２８】
前記ヒートシンク（20）を構成する金属は、軽量性、強度維持、成形性、耐食性に優れた材料を用いることが好ましく、これらの特性を有するものとしてＡｌ−Ｍｎ系合金やＡｌ−Ｆｅ系合金等のアルミニウム合金を推奨できる。ヒートシンク（20）は応力緩和層（13）側の外面がフラットであれば応力緩和層（13）と広い面積でろう付して高い放熱性能が得られるので、応力緩和層（13）側の面以外の外部形状や内部形状は問わない。図示例のヒートシンク（20）は膨出部を有する上板（21）と平板からなる底板（22）とを組み合わせて形成される冷媒室（23）にインナーフィン（24）をはめ込んで接合したものである。ヒートシンクの他の形状として、平板、平板の他方の面にフィンをろう付したヒートシンク、中空部を有する形材で構成したチューブ型ヒートシンク等を例示できる。
【００２９】
前記絶縁層（11）と回路層（12）、絶縁層（11）と応力緩和層（13）とを接合するろう材としてＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）（16）を用いる。Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材における好ましいＳｉ濃度は６〜１２質量％である。また、ろう付方法はフラックスろう付でも真空ろう付でも良く、真空ろう付の場合はＭｇ濃度が０．５〜２質量％のＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金を推奨でき、フラックスろう付の場合はＭｇ濃度が０．１質量％以下のろう材を使用することが好ましい。いずれのろう材においても残部はＡｌおよび不可避不純物である。また、ろう付性を高めるために、これらのろう材にＢｉおよびＳｒのうちの少なくとも１種を添加することが好ましい。これらの元素を添加する場合、Ａｌ−Ｓｉ系合金中のＢｉ濃度が０．０３〜０．３質量％、Ｓｒ濃度が０．００５〜０．２質量％となるように添加することが好ましい。各元素の濃度の下限値未満ではろう付性向上効果が得られず、上限値を超える多量添加は不経済である。各元素の特に好ましい濃度は、Ｂｉ：０．０５〜０．２５質量％、Ｓｒ：０．０１〜０．１質量％である。
【００３０】
また、前記応力緩和層（13）とヒートシンク（20）とを接合するろう材は限定されないが、他の層間を接合するＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）（16）と同等のろう材を推奨できる。
【００３１】
Ｓｉは線膨張係数がセラミックよりも高くアルミニウムより低い。セラミックからなる絶縁層（11）とアルミニウムからなる回路層（12）または応力緩和層（13)との接合界面に存在する残存ろう材層（30）（31）において、セラミックとアルミニウムの中間の線膨張係数を有するＳｉを析出させてＳｉ粒子として存在させることにより、セラミック−アルミニウム間の線膨張係数の急激な変化を緩和し、セラミックおよびアルミニウムに発生する応力の影響を緩和する。線膨張係数に関して、Ｓｉ粒子はセラミックとアルミニウムの間の仲立ちをする傾斜材料である。
【００３２】
ヒートシンク（20）にろう付された回路基板（10）は、図２に参照されるように、中央部がヒートシンク（20）の反対側に突出する曲げ変形を起こす。このような曲げ変形では、セラミックとアルミニウムとの線膨張係数差に起因する応力は両者のずれが大きくなる端部で大きくなる。一方、セラミックに作用する曲げ応力は中央部において大きく端部において小さい。このような状況下にあって、線膨張係数の傾斜材料であるＳｉ粒子は中央部よりも端部に多く存在することが好ましい。また、曲げ応力が大きくなる中央部において、セラミックに接触しているＳｉ粒子はセラミックの割れに起点となるおそれがあるので、セラミックの割れに対してもＳｉ粒子が中央部において少なく端部において多く存在している状態が望ましい。
【００３３】
以下に、本実施形態における用語を定義する。
【００３４】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、残存ろう材層（30）（31）は実線で示した絶縁層（11）と一点鎖線で示した回路層（12）または応力緩和層（13）とが重なる領域、即ち一点鎖線で囲まれて網点で示された領域である。その残存ろう材層（30）（31）の、厚み方向に対して垂直な断面の中央部（Ａ）とは、絶縁層（11）と回路層（12）または応力緩和層（13）とが重なる領域の面積に対して１／２倍の面積を有し、かつ回路層（12）または応力緩和層（13）の外周輪郭形状に対して相似形状の中央領域とし、破線で囲まれた領域である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、中央部（Ａ）は斜線で示された領域である。端部（Ｂ）とは中央部（Ａ）以外の領域であり、破線の外側の領域である。また、図１および図３Ｂに示されるように、応力緩和層（13）が応力吸収空間（13a）を有する場合は、応力吸収空間（13a）に面して絶縁層（11）が応力緩和層（13）に接合されていない領域は残存ろう材層（31）から除外され、中央部（Ａ）および端部（Ｂ）のどちらにも含まれない。
【００３５】
Ｓｉ粒子とは、Ｓｉ単体の粒子、共晶Ｓｉ粒子、Ｓｉを含む金属間化合物の粒子である。Ｓｉを含む金属間化合物としては、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物、Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物、ＳｉおよびＳｒを含む金属間化合物、Ｓｉ、ＳｒおよびＢｉを含む金属間化合物などが挙げられる。
【００３６】
中央部（Ａ）におけるＳｉ粒子の面積率とは、残存ろう材層（30）（31）を層の厚み方向に対して垂直な面で切断した断面の中央部（Ａ）において、１００倍に拡大した１０視野を観察して各視野におけるＳｉ粒子の占有面積を測定し、１０視野におけるＳｉ粒子の面積率の平均値を算出したものである。同様に、端部（Ｂ）におけるＳｉ粒子の面積率とは、前記断面の端部（Ｂ）において、１００倍に拡大した１０視野を観察して各視野におけるＳｉ粒子の占有面積を測定し、１０視野におけるＳｉ粒子の面積率の平均値を算出したものである。
【００３７】
Ｓｉ粒子の平均粒子径は、中央部（Ａ）の１０視野および端部（Ｂ）の１０視野の合計２０視野で測定したＳｉ粒子の粒子径の平均値である。
【００３８】
本実施形態において、残存ろう材層（30）（31）の中央部（Ａ）におけるＳｉ粒子の面積率は３％以上とする。３％未満ではセラミックとアルミニウムとの線膨張係数差の緩和効果が少ない。また、中央部（Ａ）はセラミックに作用する曲げ応力が大きくなるので、中央部（Ａ）のＳｉ粒子の面積率が過大になるとＳｉ粒子が割れの起点になるおそれがある。このため、中央部（Ａ）におけるＳｉ粒子の面積率は２０％以下であることが好ましい。
【００３９】
一方、残存ろう材層（30）（31）の端部（Ｂ）におけるＳｉ粒子の面積率は線膨張率差に起因する応力の影響を十分に緩和するために中央部（Ａ）よりも高いことが必要である。端部（Ｂ）におけるＳｉ粒子の面積率は５％以上であることが好ましく、１０％以上であればなお好ましい。また、上述したように中央部（Ａ）はセラミックに作用する曲げ応力が大きくなるが、中央部（Ａ）のＳｉ粒子の面積率が端部（Ｂ）よりも低いことはセラミックの割れを抑制できる点でも有利である。
【００４０】
また、中央部（Ａ）と端部（Ｂ）との面積率の差は限定されないが、３％以上の差があることが好ましい。中央部（Ａ）と端部（Ｂ）との面積率の差が５％以上であればなお好ましい。
【００４１】
また、Ｓｉ粒子の粒子径は限定されないが、平均粒子径が０．２〜５０μｍの範囲であることが好ましい。Ｓｉ粒子の平均粒子径が０．２μｍ未満では線膨張係数差に起因する応力を緩和する効果が少ない。また、平均粒子径が５０μｍを超えるとＳｉ粒子が破断し易いので、やはり応力を緩和する効果が少なくなる。特に好ましいＳｉ粒子の平均粒子径は０．２〜３０μｍである。
【００４２】
残存ろう材層（30）（31）は絶縁層（11）の両面に存在し、少なくとも一方の残存ろう材層（30）（31）が上述したＳｉ粒子の面積率の条件を満たせば線膨張係数差に起因する応力を緩和する効果が得られので、一方のみがＳｉ粒子の面積率の条件を満たす場合も本発明に含まれる。一方のみがＳｉ粒子の面積率の条件を満たす場合は、大きい曲げ応力が加わりかつ線膨張係数差に起因する応力の大きい回路層（12）側の残存ろう材層（30）において前記条件を満たしていることが好ましい。
【００４３】
残存ろう材層（30）（31）において、Ｓｉ粒子の面積率が中央部（Ａ）で３％以上でありかつ中央部（Ａ）よりも端部（Ｂ）が高い、という本実施形態の規定状態を形成する方法として、仮組体のろう付加熱の温度プロファイルにおいて、５８０〜６２０℃の範囲に１〜３０分保持する方法を推奨できる。ろう付加熱の温度条件が前記範囲を逸脱すると、中央部（Ａ）においても３％以上の面積率でＳｉ粒子を析出させることが困難である。ろう付の温度プロファイルにおいて、特に好ましい温度範囲は５８５〜６１５℃であり、特に好ましい保持時間は３〜２５分である。また、前記仮組体はろう付中のずれを防止するために治具等で抑えて仮止めした状態でろう付加熱するが、仮組体を抑えることによって積層方向に加圧力が付与されるので、この加圧力によってＳｉ粒子は端部（Ｂ）側に押しやられる。Ｓｉ粒子が端部（Ｂ）側に押しやられた状態でろう材が凝固すると、Ｓｉ粒子の面積率が中央部（Ａ）よりも端部（Ｂ）において高い残存ろう材層が形成される。
【００４４】
また、Ｓｉ粒子を本実施形態の規定状態に形成するには、上記のろう付温度および保持時間に加えて、ろう付後の冷却条件を制御し、あるいはろう付時に仮組体の仮止めの加圧力を制御することが好ましい。
【００４５】
前者の冷却条件としては、ろう付加熱後の冷却過程において５８０℃から５６０℃までの範囲を１０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却することが好ましい。１０℃／ｍｉｎ以上で急速に冷却することにより、微細にＳｉ粒子が分散することに対して特に効果がある。特に好ましい冷却速度は２０℃／ｍｉｎ以上である。
【００４６】
後者の仮組体の加圧力の制御は中央部（Ａ）と端部（Ｂ）とでＳｉ粒子の面積率に差をつけることに効果がある。上述したように、仮組体は治具で抑えて仮止めした状態でろう付加熱するが、このとき中央部（Ａ）に付与する加圧力を端部（Ｂ）よりも大きくするとＳｉ粒子の中央部から端部への移動が促される。加圧力に差をつける場合、端部（Ｂ）に付与する加圧力を１００％としたとき中央部（Ａ）に付与する加圧力を１１０〜３００％とすることが好ましく、特に１２０〜２５０％の範囲が好ましい。
【００４７】
中央部（Ａ）と端部（Ｂ）に付与する加圧力に差をつける方法として、付与する荷重に差をつける他、回路層（12）または応力緩和層（13）の厚みを端部（Ｂ）よりも中央部（Ａ）で厚く端部（Ｂ）で薄くしても良い。層厚に差をつけることによって、絶縁層（11）と回路層（12）または応力緩和層（13）との表面間距離が中央部（Ａ）で狭くなるので端部（Ｂ）よりも中央部（Ａ）に付与される加圧力が大きくなる。層厚の差は限定されないが、好ましい層厚の差は、端部の層厚を１００％としたとき中央部の層厚が１０１〜１１０％であることが好ましい。また、中央部と端部の層厚は段差をつけずに傾斜状（連続的）に変化させることが好ましい。
【実施例】
【００４８】
図１に示す放熱装置（1）を仮組し、ろう材およびろう付条件を変えてろう付試験を行った。
【００４９】
［放熱装置の構成部材］
放熱装置（1）の仮組体は、各例で共通の回路層（12）、絶縁層（11）、応力緩和層（13）およびヒートシンク（20）と、各例で異なるろう材とからなる。
【００５０】
前記回路層（12）は９９．９９％以上の高純度アルミニウムからなる２８．３ｍｍ×２８．３ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの平板である。
【００５１】
前記絶縁層（11）は窒化アルミニウムからなる３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの平板である。
【００５２】
前記応力緩和層（13）は、９９．９９％以上の高純度アルミニウムからなり、２８．３ｍｍ×２８．３ｍｍ×厚さ１．０ｍｍの平板に直径２ｍｍの１３個の貫通穴（13a）を穿設したパンチングメタルである。
【００５３】
前記ヒートシンク（20）の上板（21）および底板（22）の材料は、Ａ３００３からなる心材にＡｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｍｇ合金からなるろう材をクラッドした片面ブレージングシートである。前記ブレージングシートの厚さは１．０ｍｍであり、ろう材のクラッド率は５％である。上板（21）は前記ブレージングシートにプレス加工で平面視５０ｍｍ×５０ｍｍの膨出部を形成し、膨出部の開口周縁を接合用継ぎ手部としたものである。底板（22）は前記ブレージングシートを上板（21）の接合用継ぎ手部の寸法に合わせて切断した平板である。インナーフィン（24）は厚さ０．３ｍｍのＡ１１００からなるベア材をコルゲート形に曲成したものである。前記ヒートシンク（20）は前記上板（21）および底板（22）をろう材側の面同士を対向させ、冷媒室（23）内にインナーフィン（24）を装填して組み立てたものである。
【００５４】
前記絶縁層（11）と回路層（12）とを接合するＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）、および絶縁層（11）と応力緩和層（13）とを接合するＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材（16）の化学組成は共通であり、表１に示した濃度のＳｉを含有し、他の成分としてＭｇ：１質量％、Ｂｉ：０．１質量％を含有し、残部が不可避不純物およびＡｌからなる。前記Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）（16）は厚さ２０μｍのろう材箔を用いた。また、前記ヒートシンク（20）と応力緩和層（13）とを接合するろう材（17）として、各例共通でＳｉ：１０質量％、Ｍｇ：１質量％を含有し、残部が不可避不純物およびＡｌからなるＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材を用いた。
【００５５】
［放熱装置のろう付］
回路層（12）、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（15）、絶縁層（11）、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（16）、応力緩和層（13）、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材（17）、ヒートシンク（20）をこの記載順に重ねて放熱装置（1）を仮組した。
【００５６】
前記仮組体は仮止めのために積層方向に荷重をかける際に、比較例および実施例５は中央部（Ａ）と端部（Ｂ）とで均等に１ｃｍ２当たり１ｋｇｆの加圧力を付与し、実施例１〜４、６は中央部（Ａ）に１ｃｍ２当たり１ｋｇｆの加圧力を付与し、端部（Ｂ）に１ｃｍ２当たり０．６ｋｇｆの加圧力を付与して、中央部（Ａ）に対して高い荷重を付与する偏荷重とした。
【００５７】
上述の荷重を付与した仮組体を真空中で加熱してろう付した。このろう付の温度プロファイルにおいて、ろう付温度および保持時間は表１に示すとおりである。また、ろう付後の冷却過程において、５８０℃から５６０℃までの温度域を表１に示す冷却速度で冷却した。
【００５８】
［ろう付品の評価］
実施例１〜６および比較例で製作した放熱装置（1）の絶縁層（11）と回路層（12）との間の残存ろう材層（30）および絶縁層（11）と応力緩和層（12）との間の残存ろう材層（31）について、本実施形態で定義した方法により、Ｓｉ粒子の平均粒子径、中央部および端部のＳｉ粒子の面積率を調べた。これらの調査結果を表１に示す。
【００５９】
また、作製した放熱装置（1）について、冷熱サイクル試験の前後に絶縁層（11）の両面の接合面積を超音波探傷装置を用いて調査した。冷熱サイクル試験は、１２５℃の加熱とその後の−４０℃への冷却を１サイクルとし、この冷熱を２０００サイクル行った。そして、試験前の接合面積に対する試験後の接合面積の割合を接合率（％）として、剥がれの度合いを下記の基準で評価した。これらの評価結果を表１に示す。
【００６０】
○：接合率が９５％以上（剥がれた面積が５％未満）
△：接合率が８５％以上９５％未満（剥がれた面積が５％以上１５％未満）
×：接合率が８５％未満（剥がれた面積が１５％以上）
【００６１】
【表１】
2015115333.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、残存ろう材層におけるＳｉ粒子の面積率が中央部よりも端部で高いものは、冷熱サイクルにおいてセラミックとアルミニウムとの接合界面の剥がれが少ないことを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、セラミックからなる絶縁層とアルミニウムからなる回路層とがろう付され、さらにアルミニウムからなる応力緩和層を介してヒートシンクがろう付された放熱装置の製造に利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
1…放熱装置
11…絶縁層
12…回路層
13…応力緩和層
13a…貫通穴（応力吸収空間）
15、16…Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材
20…ヒートシンク
30、31…残存ろう材層
Ａ…中央部
Ｂ…端部
【図１】
2015115333.tif 000004
【図２】
2015115333.tif 000005
【図３Ａ】
2015115333.tif 000006
【図３Ｂ】
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