(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス製の板状部と、
前記板状部の前記熱源側に配置される面に設けられた窒化アルミニウムセラミックス板とを備え、
前記窒化アルミニウムセラミックス板は、熱源側に配置される面及びその反対側の面の両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面を備え、かつ、前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記反対側の面に設けられた前記平坦面と前記板状部の前記平坦面とが直接接触した状態で、前記板状部に接合されている熱放射部材。
【請求項２】
前記板状部は、反りが２００μｍ以下であり、かつ前記板状部の前記平坦面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下である請求項１に記載の熱放射部材。
【請求項３】
前記板状部の前記反りが１５０μｍ以下である請求項２に記載の熱放射部材。
【請求項４】
前記板状部の前記平坦面の前記算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下である請求項２又は３に記載の熱放射部材。
【請求項５】
前記窒化アルミニウムセラミックス板は、反りが２００μｍ以下であり、かつ前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記平坦面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項６】
前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記反りが１５０μｍ以下である請求項５に記載の熱放射部材。
【請求項７】
前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記平坦面の前記算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下である請求項５又は６に記載の熱放射部材。
【請求項８】
前記板状部と前記窒化アルミニウムセラミックス板とを接合する固定部材を備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項９】
前記板状部及び前記窒化アルミニウムセラミックス板は、いずれも厚さが１０ｍｍ以下の平板状である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項１０】
前記窒化アルミニウムセラミックス板における前記板状部と接合される前記平坦面とは反対側の前記平坦面に、回路が設けられている請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項１１】
前記板状部を構成するアルミナセラミックス板を備える請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項１２】
前記板状部における前記熱源側に配置される面側に設けられた、前記熱源を取り囲むことが可能なアルミナセラミックス製のフレーム部を備えることでケース状に形成された請求項１〜１０のいずれか１項に記載の熱放射部材。
【請求項１３】
前記板状部と前記フレーム部とは、別体で形成された部材であり、
前記フレーム部は、前記板状部の前記平坦面に直接接触して接合されている請求項１２に記載の熱放射部材。
【請求項１４】
前記板状部と前記フレーム部とは、一体成形物である請求項１２に記載の熱放射部材。
【請求項１５】
アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス製の板状部と、
前記板状部における前記熱源側に配置される面側に設けられた、前記熱源を取り囲むことが可能なアルミナセラミックス製のフレーム部と、を備えることでケース状に形成されており、
前記板状部と前記フレーム部とが一体成形物である、熱放射部材。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載の熱放射部材と、
前記熱放射部材における前記板状部の前記平坦面側に配置されたパワー半導体素子と、
を備えるパワー半導体モジュール。
【請求項１７】
請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のケース状の熱放射部材と、
前記ケース状の熱放射部材における前記フレーム部の内周側に搭載されたＬＥＤ素子と、を備えるＬＥＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱放射部材、並びに熱放射部材を備えるパワー半導体モジュール及びＬＥＤパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機器や電子機器の高性能化及び小型化に伴い、半導体素子などの電子部品は高集積化かつ高密度化される傾向にある。電子部品が高集積化及び高密度化されると、一般に、消費電力が増大して発熱量が増加する。電子部品内部で発生した熱は、電子部品の劣化や誤作動などの不具合を引き起こす場合があることから、電子部品には、熱対策としてヒートシンクなどの熱対策部材が用いられている。
【０００３】
例えば、本出願人は、特許文献１にて、アルミナの含有量が９５．０重量％以上で、０．９３〜０．９８の熱放射率及び３０〜６０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する、陶磁器熱放射性固体物を提案している。また、本出願人は、特許文献２にて、アルミナの含有量が９９．５質量％以上であることなどの特徴を持つアルミナの焼結体である熱放射部材用セラミックスを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９８７０３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／１５２３６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体素子の中でも、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子やパワー半導体素子は、発熱量が比較的大きいといえることから、これらを搭載する基板及び機器などに対して、優れた放熱性を有する熱対策部材が必要である。
【０００６】
そして、ＬＥＤ素子を備える照明機器や、太陽光発電装置、自動車（ハイブリット車・電気自動車）、電車、送電システム、生産設備、及び家庭用電化製品などの電力の制御及び供給に利用されるパワー半導体素子を備える産業機器は、発熱量の増大から、さらに高性能な熱放射部材が望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、放熱性能にさらに優れた熱放射部材を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス製の板状部を備える熱放射部材を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱性能にさらに優れた熱放射部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る熱放射部材の構成を説明するための図であり、その熱放射部材の側面を表す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る熱放射部材の構成を説明するための図であり、一例の固定部材を備える熱放射部材の断面を表す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る熱放射部材の構成を説明するための図であり、別の一例の固定部材を備える熱放射部材の側面を表す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るケース状の熱放射部材の概略構成を表す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】本発明の別の一実施形態に係るケース状の熱放射部材の概略構成を表す、図５に対応する断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの一構成例の側面を表す模式図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの別の一構成例の側面を表す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールのさらに別の一構成例の側面を表す模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージの一構成例を表す、図５に対応する断面図である。
【図１１】実施例において、放熱性の評価に用いたヒータ表面温度の測定方法を表す概念図である。
【図１２Ａ】反りの測定方法を説明するための概略図であり、０設定を行う状態を表す図である。
【図１２Ｂ】反りの測定方法を説明するための概略図であり、定盤の表面から最も高い位置にある被測定物の反り部分の表面までの距離（高さ）を測定する状態を表す図である。
【図１２Ｃ】反りの測定方法を説明するための概略図であり、定盤の表面から定盤の表面に接している被測定物の部分の表面までの距離（高さ）を測定する状態を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
本発明の一実施形態の熱放射部材は、アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス製の板状部を備える。板状部は、熱放射部材において板状の部分を構成するものである。板状部は、例えば、アルミナセラミックス板で構成することができる他、板状の部分から立ち上がった屈曲部又は壁部などを有する形状、並びにケース状などの立体的形状に形成されたアルミナセラミックス材における一部分である板状の部分で構成することもできる。以下では、板状部を構成するアルミナセラミックス板を備える熱放射部材を例に挙げて、本実施形態の熱放射部材を説明する。
【００１３】
＜熱放射部材＞
［アルミナセラミックス板］
本発明者らは、放熱性能にさらに優れたアルミナセラミックス板について鋭意検討していたところ、アルミナセラミックス板における熱源側に配置される面と、それが接触する部材（被接触部材）との間に空隙が存在すると、熱が伝わり難くなることに着目した。そして、本発明者らは、アルミナセラミックス板における熱源側に配置される面と被接触部材との間に可能な限り空隙を生じさせないことが重要であると考えた。そこで、本発明者らは、アルミナセラミックス板の少なくとも熱源側に配置される面を、曲線状の研磨痕を有する平坦面とすることによって、アルミナセラミックス板における熱源側に配置される面と被接触部材との間に空隙が生じ難くなり、放熱性能にさらに優れた熱放射部材が得られることを見出した。さらに、本発明者らの検討の結果、アルミナセラミックス板の熱源側に配置される面に、曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されている場合は、当該面に直線状の研磨痕を有する平坦面が形成されている場合に比べて、前述の空隙が格段に生じ難いことが分かった。
【００１４】
すなわち、本発明の一実施形態に係る熱放射部材は、アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス板（アルミナセラミックス製の板状部）を備える。
【００１５】
本実施形態の熱放射部材では、アルミナセラミックス板が、熱放射部材として単独で用いられてもよく、他の部材と組み合わせられた熱放射部材として用いられてもよい。好適な他の部材としては、例えば、アルミナセラミックス板の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する板状部材（以下、「高熱伝導性板状部材」と記載することがある。）を挙げることができる。高熱伝導性板状部材としては、例えば銅板、アルミニウム板、及び窒化アルミニウムセラミックス板などを挙げることができる。また、好適な他の部材としては、アルミナセラミックスで枠状に形成された部材（アルミナセラミックス製のフレーム部材）を挙げることもできる。
【００１６】
本実施形態の熱放射部材が使用される際には、アルミナセラミックス板の平坦面が、熱源（発熱体）に直接接触してもよい。また、アルミナセラミックス板は、その平坦面が、後述する窒化アルミニウムセラミックス板（以下、「ＡｌＮセラミックス板」と記すことがある。）などの、アルミナセラミックス板の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導性板状部材に接触し、この高熱伝導性板状部材を介して熱源に設けられてもよい。さらに、アルミナセラミックス板の平坦面は、その外周側の部分においてアルミナセラミックス製のフレーム部材に直接接触してもよく、そのフレーム部材の内周側において熱源（発熱体）又は高熱伝導性板状部材に直接接触してもよい。したがって、前述の被接触部材としては、熱源の他、例えば、前述の高熱伝導性板状部材、及びアルミナセラミックス製のフレーム部材などが挙げられる。
【００１７】
本実施形態の熱放射部材が備える板状部を構成するアルミナセラミックス板は、アルミナの含有量が９９．０質量％以上であるため、アルミナセラミックスの中では比較的高い熱伝導率及び熱放射率を有することができる。そして、このアルミナセラミックス板の少なくとも熱源側に配置される面には、曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているため、その平坦面により、アルミナセラミックス板は熱源側で被接触部材（熱源やＡｌＮセラミックス板など）と良好に密着することができる。これにより、熱源側からの熱がアルミナセラミックス板に効率良く伝わり、かつ、アルミナセラミックス板の高い熱放射性能により、熱を赤外線に変換して表面から放出することができる。したがって、本実施形態の熱放射部材は、放熱性能にさらに優れたものとなる。
【００１８】
アルミナセラミックス板の少なくとも熱源側に配置される面に形成された、曲線状の研磨痕を有する平坦面は、アルミナセラミックス板の表面を回転研磨法により研磨することによって得ることができる。この観点から、曲線状の研磨痕を有する平坦面は、回転研磨痕を有する平坦面ともいえる。この回転研磨法による研磨の度合を調整することで、アルミナセラミックス板の表面について、後述する算術平均粗さＲａ及び反りを調整することが可能である。また、曲線状の研磨痕を有する平坦面は、アルミナセラミックス板の熱源側に配置される面において、少なくとも被接触部材と接触する部分に設けられていればよく、一部の面に設けられていてもよいが、全面に設けられていることが好ましい。
【００１９】
なお、本実施形態の熱放射部材では、アルミナセラミックス板の熱源側に配置される面とは反対側の面にも、曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されていてもよい。アルミナセラミックス板は、両面に前述の平坦面を有する平板状のほか、熱源側に配置される面とは反対側の面に凹凸や曲面を有する形状であってもよいが、両面に平坦面を有する平板状であることが好ましい。アルミナセラミックス板の平面視形状は、特に限定されず、好適には熱源に対応した形状とすることができ、例えば、円形状、矩形状などを挙げることができる。
【００２０】
本発明者らは、アルミナセラミックス板の熱源側に配置される面と被接触部材との間に、大きな空隙が生じないように、後述する特定の反りを有するアルミナセラミックス板とし、かつアルミナセラミックス板における曲線状の研磨痕を有する平坦面を、後述する特定の表面粗さを有する平坦面とすることによって、熱源の熱対策部材としてさらに有効な熱放射部材が得られることを見出した。
【００２１】
すなわち、アルミナセラミックス板（板状部）は、反りが２００μｍ以下であり、かつ熱源側に配置される平坦面（以下、単に「アルミナセラミックス板の平坦面」と記すことがある。）の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものであることが好ましい。これにより、前述の熱放射性の効果をより高めることが可能となり、熱源に対する熱対策部材としてより有効となる。アルミナセラミックス板の反りが２００μｍを超える場合又はアルミナセラミックス板の平坦面のＲａが１．０μｍを超える場合、アルミナセラミックス板の平坦面と、被接触部材（熱源やＡｌＮセラミックス板など）との間に空隙が生じやすく、熱の伝導に損失を生じる場合があり、それに伴って放射率も低くなる場合がある。
【００２２】
本明細書において、「反り」は、定盤に被測定物（アルミナセラミックス板など）を置き、マイクロメーターを用いて測定することができる。具体的には、被測定物において定盤面から最も高い位置にある部分の表面までの距離（高さ）と、定盤面から定盤面に接している部分の表面までの距離（高さ）とをマイクロメーターで測定し、それらの差から求めることができる。また、本明細書において、平坦面の「算術平均粗さＲａ」は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３の規定に準じて測定される算術平均粗さＲａである。算術平均粗さＲａは、例えば、表面粗さ測定機や画像測定機によって測定することができる。なお、本明細書において、反り及び算術平均粗さＲａは小さい程、平坦面の平坦度合いが高まるため、反り及びＲａの下限は特に限定されるものではないが、製造上、反りは１μｍ以上であってよく、Ｒａは０．０１μｍ以上であってよい。
【００２３】
アルミナセラミックス板（板状部）の反りは、１５０μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。アルミナセラミックス板の反りが１５０μｍ以下であることにより、アルミナセラミックス板が被接触部材に密着し易く、アルミナセラミックス板の平坦面と被接触部材との間に空隙が生じ難い。そのため、熱放射性の効果をさらに高めることが可能となり、熱源に対する熱対策部材としてさらに有効な熱放射部材とすることが可能となる。
【００２４】
アルミナセラミックス板（板状部）の平坦面の算術平均粗さＲａは、０．６μｍ以下であることがより好ましく、０．４μｍ以下であることがさらに好ましい。アルミナセラミックス板の平坦面の算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下であることによっても、アルミナセラミックス板が非接触部材に密着し易く、アルミナセラミックス板の平坦面と被接触部材との間に空隙が生じ難い。そのため、熱放射性の効果をさらに高めることが可能となり、熱源に対する熱対策部材としてさらに有効な熱放射部材とすることが可能となる。
【００２５】
アルミナセラミックス板の平坦面と被接触部材とをより密着させ、それらの間に空隙を生じ難くする観点から、アルミナセラミックス板は、反りが１００μｍ以下であり、かつ平坦面の算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下のものであることがさらに好ましい。
【００２６】
アルミナセラミックス板の厚さは、熱源から発生する熱を赤外線に変換して表面から放出する観点、及び強度の観点から、０．５〜１０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．５〜８ｍｍ、さらに好ましくは１〜６ｍｍである。アルミナセラミックス板の厚さは、０．５ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましく、２ｍｍ以上がさらに好ましい。また、アルミナセラミックス板の厚さは、１０ｍｍ以下が好ましく、８ｍｍ以下がより好ましく、６ｍｍ以下がさらに好ましい。
【００２７】
本実施形態の熱放射部材には、市販のアルミナセラミックス板を利用することもできる。熱放射部材に好適に用いることができるアルミナセラミックス板の特性及び製法についてさらに詳述する。
【００２８】
アルミナセラミックス板は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の含有量が９９．０質量％以上である、高純度のアルミナ焼結体である。アルミナセラミックス板におけるアルミナの含有量は、高い熱伝導率及び熱放射率を有する観点から、好ましくは９９．５質量％以上、より好ましくは９９．７質量％以上である。アルミナセラミックス板の組成において、アルミナ以外の残部は、焼結助剤又は不可避的不純物に由来する物質である。アルミナセラミックス板には、アルミナ以外の残部として、焼結助剤に由来する元素の１種又は２種以上が含有されていてもよい。焼結助剤としては、Ｍｇ（ＯＨ）2、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、Ｎａ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3、及びＣａＯなどを挙げることができる。前記残部の合計は、好ましくは１．０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下、さらに好ましくは０．３質量％以下である。
【００２９】
アルミナセラミックス板は、高い熱伝導率及び熱放射率を有する観点、並びに高い機械的強度を有する観点から、粒径が１〜１０μｍの結晶粒を有するものが好ましく、結晶粒径の平均値は、２〜７μｍであることが好ましい。また、このような結晶粒を３０×２０μｍの面積中に３０〜５５個の範囲で含有するアルミナセラミックス板が好ましい。本明細書において、結晶粒径及び結晶粒の数は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察から確認することができる。
【００３０】
上述のような結晶状態のアルミナセラミックス板は緻密な構造であることから好適である。アルミナセラミックス板の密度は、３．８ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、より好ましくは３．９３ｇ／ｃｍ3以上、さらに好ましくは３．９６ｇ／ｃｍ3以上である。本明細書において、密度の値は、アルキメデス法により算出される値である。
【００３１】
前述の好適なアルミナ含有量、結晶粒、及び密度を有するアルミナセラミックス板とすることで、２５℃での熱伝導率が３３Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１００℃での熱放射率が０．９０以上のアルミナセラミックス板とすることができる。このような高い熱伝導率及び熱放射率を有するアルミナセラミックス板は、アルミナセラミックス板の製造に使用されるアルミナ粉末原料、添加される焼結助剤、及び焼成温度などを調整することによって得られる。アルミナセラミックス板の２５℃での熱伝導率は、より好ましくは３６Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、１００℃での熱放射率は、より好ましくは０．９５以上である。本明細書において、熱伝導率の値は、ＪＩＳ  Ｒ  １６１１：２０１０で規定される、レーザーフラッシュ法による熱伝導率測定から求められる値である。また、本明細書において、熱放射率の値は、加熱板法により、発熱体表面の温度上昇の測定から求められる値である。
【００３２】
前述の好適なアルミナ含有量、結晶粒、及び密度を有することで、機械的強度に優れたアルミナセラミックス板とすることができる。そのような機械的強度に優れるアルミナセラミックス板として、具体的には、温度２５℃での曲げ強さが３００〜５００ＭＰａの範囲にあるアルミナセラミックス板が好ましい。本明細書において、曲げ強さの値は、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１：２００８で規定される三点曲げ試験により求められる値である。
【００３３】
アルミナセラミックス板は、優れた絶縁性を有することが好ましい。具体的には、アルミナセラミックス板の温度２５℃での体積固有抵抗は、１．０×１０14Ω・ｃｍより大きいことが好ましい。本明細書において、体積固有抵抗値は、絶縁抵抗計を用いて測定される値である。
【００３４】
（アルミナセラミックス板の製造方法）
前述の好適なアルミナセラミックス板は、アルミナを含有する板状成形体を加熱し、所定の焼成温度で焼成して焼結体を得る焼成工程と、焼成工程で得られたアルミナ焼結体（アルミナ焼結板）の表面を研磨する研磨工程を含む製造方法によって製造することができる。この製造方法では、焼成工程の前に、アルミナを含有する原料を加圧成形して板状成形体を得る成形工程を含むことが好ましく、成形工程の前に、アルミナ粉末を含有する原料粉末を顆粒状にする顆粒化工程を含むことがより好ましい。また、成形工程では、アルミナ顆粒を含む原料を加圧成形することが好ましく、顆粒化工程で得られたアルミナ顆粒を含む原料を用いることができる。
【００３５】
顆粒化工程及び成形工程では、アルミナ含有量が９９．０質量％以上、好ましくは９９．５質量％以上、より好ましくは９９．７質量％以上である、アルミナ粉末又はアルミナ顆粒を好適に用いることができる。また、顆粒化工程では、平均粒子径が０．２〜１μｍであるアルミナ粉末を原料粉末として好適に用いることができる。平均粒子径は、レーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により測定される値である。アルミナ粉末としては、一般に入手可能な公知のものを用いることができ、例えば、バイヤー法によって得られるα−アルミナ粉末、ゾル−ゲル法によって得られるアルミナ粉末などを用いることができる。また、原料に、前述した焼結助剤を添加することが好ましい。
【００３６】
顆粒化工程では、原料粉末として用いる前述のアルミナ粉末を５０〜１００μｍの顆粒状にすることが好ましい。顆粒化の方法は特に限定されないが、例えば、アルミナ粉末に後述するような有機質結合剤を添加してスラリー化した後、噴霧、乾燥させることで、粒子径が５０〜１００μｍの成形用の顆粒を容易に得ることができる。このようにして得られる顆粒は、球状のものとなる。また、顆粒化することで、微粒子からなるアルミナ粉末原料のハンドリング性を向上させることができるので、製造上も有利である。
【００３７】
成形工程における加圧成形の好適な方法としては、金型を用いて所定の成形圧力を加えて成形体を作製する方法（乾式金型成形）を挙げることができる。成形圧力は、成形体の密度が２．４０ｇ／ｃｍ3以上の緻密な成形体が得られるように、１，０００ｋｇ／ｃｍ2以上であることが好ましく、また、成形体に割れや破損が生じないように、２，５００ｋｇ／ｃｍ2以下であることが好ましい。なお、成形体の密度は、成形体の質量と、成形体の測定寸法から求めた体積から算出される。また、成形体を作製する方法は、乾式金型成形に限らず、例えば、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）、ホットプレス（ＨＰ）、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）、射出成形、鋳込成形、押出成形、及びドクターブレード法（テープ成形）などを用いてもよい。
【００３８】
前述した顆粒化工程や成形工程で使用可能な有機質結合剤としては、従来、セラミックスの製造において使用されているものをいずれも用いることができる。具体的には、焼成工程において、成形体の加熱時に溶融して適度な粘性を示し、焼成して焼結体とした後に残留しないような特性を有する有機化合物を使用することができる。このような有機化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエステル、アクリル樹脂、セルロース誘導体、ポリエーテルなどを挙げることができる。アルミナセラミックス板の製造において有機質結合剤が用いられる場合、成形体から有機質結合剤を除去する脱脂工程を含むことが好ましい。
【００３９】
焼成工程では、成形工程で得られた成形体を大気雰囲気中（酸化雰囲気中）で加熱して、所定の焼成温度で焼成することができる。焼成温度は、熱放射性に優れるアルミナセラミックス板を得るために、１，４８０〜１，６００℃であることが好ましく、１，５００〜１，６００℃であることがより好ましい。前記焼成温度における焼成時間は、０．５〜４時間程度が好ましく、１〜２時間程度がより好ましい。また、焼成工程における焼成を、空気を流通させたバッチ式の炉内で行うことが好ましい。さらに、焼成工程後に、焼成温度に至るまでの昇温速度に対して、１．３〜２．０倍の速度で焼成物を急冷して焼結体を得る冷却工程を有することが好ましい。
【００４０】
さらに、アルミナセラミックス板の製造方法において、焼成工程の後、焼成工程で得られたアルミナ焼結体（アルミナセラミックス板）の表面を研磨する研磨工程を含むことが好ましい。この研磨工程では、アルミナ焼結体の少なくとも接合面となる片面を研磨すればよく、両面を研磨してもよい。研磨方法としては、回転研磨がより好ましい。アルミナ焼結体の表面を回転研磨することにより、前述した曲線状の研磨痕を有する平坦面を備えるアルミナセラミックス板を得ることができる。
【００４１】
［窒化アルミニウムセラミックス板を備える熱放射部材］
本発明の一実施形態の熱放射部材は、前述の板状部の熱源側に配置される面に設けられた窒化アルミニウムセラミックス板をさらに備えることが好ましい。この窒化アルミニウムセラミックス板は、両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面を備え、窒化アルミニウムセラミックス板の平坦面とアルミナセラミックス板の平坦面とが直接接触した状態で、アルミナセラミックス板に接合されている。
【００４２】
ＡｌＮセラミックス板を備える熱放射部材の一態様例として、図１に示すような、平板状の板状部としてのアルミナセラミックス板２０及び平板状のＡｌＮセラミックス板３０を備える熱放射部材１０を挙げて、熱放射部材の構成をさらに説明する。なお、図面において、各図で共通する構成部については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
【００４３】
図１に示す熱放射部材１０は、熱源５０側に配置される面２０ａに曲線状の研磨痕を有する平坦面２０ａが形成された前述のアルミナセラミックス板２０と、そのアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａに設けられたＡｌＮセラミックス板３０とを備える。ＡｌＮセラミックス板３０の両面３０ａ、３０ｂには曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されており、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とは、互いの平坦面２０ａ、３０ａが直接接触した状態で接合されている。アルミナセラミックス板２０の熱源５０側に配置される面２０ａとは反対側の面２０ｂも、全面が平坦面２０ｂであり、この平坦面２０ｂが曲線状の研磨痕を有する平坦面であってもよい。
【００４４】
ＡｌＮセラミックス板３０は、平板状であり、両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面（以下、単に「ＡｌＮセラミックス板の平坦面」と記すことがある。）３０ａ、３０ｂを備える。ＡｌＮセラミックス板３０は、両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面３０ａ、３０ｂを備えるため、アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａ及びＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａが互いに干渉され、これらの接合面の密着性をさらに高めることが可能となり、また、熱源（発熱体）５０に対しても良好に密着することができる。ＡｌＮセラミックス板３０の両面に形成された曲線状の研磨痕を有する平坦面３０ａ、３０ｂも、アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａと同様、ＡｌＮセラミックス板の両面を回転研磨法により研磨することによって得ることができる。
【００４５】
ＡｌＮセラミックス板３０の平面視形状は、特に限定されず、好適には熱源に対応した形状とすることができ、例えば、円形状、矩形状などを挙げることができる。ＡｌＮセラミックス板３０の外形寸法は、アルミナセラミックス板２０の外形寸法と同一でもよく、異なっていてもよい。
【００４６】
アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０を備える熱放射部材１０では、ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａと、アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとが、接着剤などを介さず、直接接触している。そのため、熱源（発熱体）５０に、ＡｌＮセラミックス板３０側を接触させて熱放射部材１０を設けると、熱源５０から発生する熱を、ＡｌＮセラミックス板２０の高熱伝導性に起因して迅速にアルミナセラミックス板２０に伝達させることが可能となる。そして、アルミナセラミックス板２０は、ＡｌＮセラミックス板３０によって伝達されてきた熱を吸収し、アルミナセラミックス板２０の高い熱放射性能により、熱を赤外線に変換して表面から放出することができる。このように、熱源５０側に配置されるＡｌＮセラミックス板３０による熱伝導、及びそのＡｌＮセラミックス板３０上に配置されるアルミナセラミックス板２０による放射という、２種の熱の伝わり方を組み合わせることによって、熱源５０からの熱を効果的に放出することができる。この熱放射部材１０では、上述のような熱移動による放熱の作用を断絶することなく、継続的に行うことが可能となる。このような作用及び効果から、熱放射部材１０では、熱源５０側に、ＡｌＮセラミックス板３０を配置することが好ましい。
【００４７】
（固定部材）
図２及び図３に示すように、熱放射部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とを接合する固定部材４０（４１、４２）を備えることができる。アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとが直接接触した状態で、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とが固定部材４０により接合されていることで、両セラミックス板２０、３０をそれらの平坦面２０ａ、３０ａでより密着させることが可能となる。
【００４８】
固定部材４０の種類は特に限定されず、図２及び図３に表されるような形態のものにも限られない。好適な固定部材４０としては、例えば、ネジ、ボルト、ナット、ビス、ピン、ワッシャー、アルミニウム箔テープ、接着テープ、及びバネなどを挙げることができる。固定部材４０は、１種又は２種以上が用いられてもよい。アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとをより密着させて接合する観点から、固定部材４０は、アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０に圧をかけて接合するものであることが好ましい。この場合、一つの固定部材４０による面圧は、例えば、０．８Ｎ／ｍｍ2以上であることが好ましく、１．０〜１．２Ｎ／ｍｍ2であることがより好ましい。
【００４９】
図２に示すように、固定部材４１として、ネジ、ボルト、ナット、ビス、及びピンなどが用いられる場合、アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０は、それぞれ固定部材４１が挿通可能な貫通孔２０ｃ、３０ｃを備えていることが好ましい。また、図示しないが、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とを接合する固定部材４１に、熱放射部材１０Ａを取り付ける対象部材への固定を併用させてもよい。さらに、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とを接合する固定部材４１とは別の固定部材を用いて熱放射部材１０Ａを対象部材に取り付けてもよい。固定部材４１とは別の固定部材についても、固定部材４０と同様、上記に例示したものを用いることができる。
【００５０】
図３に示すように、固定部材４２として、アルミニウム箔テープや接着テープなどのテープ状固定部材４２が用いられる場合、テープ状固定部材４２は、アルミナセラミックス板２０の熱源側とは反対側の面２０ｂからＡｌＮセラミックス板３０の熱源側の表面３０ｂにかけて、熱放射部材１０の側面に回り込んで設けられていることが好ましい。
【００５１】
固定部材４０を設ける位置は、熱放射部材１０を適用する熱源と熱放射部材１０（ＡｌＮセラミックス板３０）との接触面を確保する観点から、アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０の端側（外周縁側）であることが好ましい。また、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０との接合に使用される固定部材４０の数は特に限定されない。アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０の形状に応じて、それらを安定して接合できるだけの個数の固定部材４０を用いることができる。例えば、アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０が矩形平板状である場合、平面視矩形状の４つの角に対応する部位に４つの固定部材４０を設けることができる。
【００５２】
アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとの間、及びＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ｂと熱源（発熱体）５０との間に、前述の空隙を生じ難くするために、ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａ、３０ｂについても、特定の反り及び表面粗さを有することが好ましい。
【００５３】
ＡｌＮセラミックス板３０は、反りが２００μｍ以下であり、かつ平坦面３０ａ、３０ｂの算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものであることが好ましい。これにより、ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａ、並びにＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ｂと熱源５０がより良好に密着することができる。そして、熱源５０から発生する熱を効率良くアルミナセラミックス板２０に伝えることが可能となる。
【００５４】
ＡｌＮセラミックス板３０の反りは、１５０μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。ＡｌＮセラミックス板３０の反りが１５０μｍ以下であることにより、ＡｌＮセラミックス板３０は、アルミナセラミックス板２０及び熱源５０の両方にさらに密着し易く、それらとの間に空隙が生じ難い。そのため、熱放射部材１０の放熱性能をさらに高めることが可能となり、熱源５０に対する熱対策部材としてさらに有効な熱放射部材１０とすることが可能となる。
【００５５】
ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａ、３０ｂの算術平均粗さＲａは、０．６μｍ以下であることがより好ましく、０．４μｍ以下であることがさらに好ましい。ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａ、３０ｂの算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下であることによっても、アルミナセラミックス板２０及び熱源５０の両方にさらに密着し易く、それらとの間に空隙が生じ難い。そのため、熱放射部材１０の放熱性能をさらに高めることが可能となり、熱源５０に対する熱対策部材としてさらに有効な熱放射部材１０とすることが可能となる。
【００５６】
ＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとをより良好に密着させ、それぞれの平坦面間に空隙を生じ難くする観点から、ＡｌＮセラミックス板３０は、反りが１００μｍ以下であり、かつ平坦面３０ａの算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下のものであることがさらに好ましい。
【００５７】
ＡｌＮセラミックス板３０は、熱源５０から発生する熱をアルミナセラミックス板２０に効率よく伝えるために、その厚さは、１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８ｍｍ以下、さらに好ましくは６ｍｍ以下である。一方、ＡｌＮセラミックス板３０の厚さは、強度の観点から、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上である。ＡｌＮセラミックス板３０の厚さ及びアルミナセラミックス板２０の厚さの合計は、１５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１２ｍｍ以下である。
【００５８】
本実施形態の熱放射部材１０には、市販のＡｌＮセラミックス板３０を利用することもできる。熱放射部材１０に好適に用いることができるＡｌＮセラミックス板３０の特性及び製法についてさらに詳述する。
【００５９】
ＡｌＮセラミックス板３０は、窒化アルミニウムの焼結体である。ＡｌＮセラミックス板３０の窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」と記すことがある。）の含有量は９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましい。ＡｌＮセラミックス板３０の組成において、ＡｌＮ以外の残部は、焼結助剤（希土類元素の酸化物及びアルカリ土類金属の酸化物など）又は不可避的不純物に由来する元素であり、主にＯ及びＹなどである。前記残部の合計は、好ましくは１０質量％以下、より好ましくは５質量％以下である。
【００６０】
ＡｌＮセラミックス板３０は、緻密な構造を有するものが好ましいことから、ＡｌＮセラミックス板３０の密度は、３．２ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましく、より好ましくは３．３ｇ／ｃｍ3以上である。
【００６１】
ＡｌＮセラミックス板３０としては、熱源５０から発生する熱を迅速にアルミナセラミックス板２０に分散伝達できるように、温度２５℃での熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であるＡｌＮセラミックス板３０が好ましい。ＡｌＮセラミックス板３０の温度２５℃での熱伝導率は、より好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
【００６２】
ＡｌＮセラミックス板３０は、温度２５℃での曲げ強さが３００〜６００ＭＰａの範囲にあるものが機械的強度の観点から好ましい。ＡｌＮセラミックス板３０は、後述する用途においては、優れた絶縁性を有するものが好ましいことから、ＡｌＮセラミックス板３０の温度２５℃での体積固有抵抗は、１．０×１０13Ω・ｃｍより大きいことが好ましい。
【００６３】
（ＡｌＮセラミックス板の製造方法）
ＡｌＮセラミックス板３０の製造方法は特に限定されない。例えば、ＡｌＮを含有する板状成形体を加熱し、所定の焼成温度で焼成して焼結体を得る焼成工程と、焼成工程で得られたＡｌＮ焼結体（ＡｌＮ焼結板）の表面を研磨する研磨工程を含む製造方法によってＡｌＮセラミックス板を製造することができる。この製造方法では、焼成工程の前に、ＡｌＮを含有する原料を加圧成形して板状成形体を得る成形工程を含むことが好ましい。
【００６４】
成形工程では、ＡｌＮを含有する原料として、ＡｌＮ含有量が好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上である、ＡｌＮ粉末又はＡｌＮ顆粒を好適に用いることができる。また、ＡｌＮを含有する原料に、焼結助剤、及び後述する有機質結合剤を添加することが好ましい。ＡｌＮ板の製造で用い得る焼結助剤としては、主にＹ2Ｏ3などの希土類元素酸化物が使用され、そのほか、アルカリ土類金属酸化物、フッ化物、及びホウ化物などを挙げることができる。
【００６５】
成形工程における加圧成形の好適な方法として、金型を用いて所定の成形圧力を加えて成形体を作製する方法（乾式金型成形）、冷間静水圧成形（ＣＩＰ）、ホットプレス（ＨＰ）、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）、及び射出成形などを用いることができる。有機質結合剤が用いられる場合、成形工程後、ＡｌＮを含有する板状成形体から有機質結合剤を除去する脱脂工程を行うことが好ましい。脱脂工程では、例えば、脱脂炉にて３００〜７００℃の範囲で板状成形体を加熱し、有機質結合剤を除去することが好ましい。
【００６６】
焼成工程において、ＡｌＮを含有する板状成形体を焼成する際の焼成温度は、例えば１，５００〜２，１００℃、焼成時間は、例えば１〜５０時間程度が好ましく、焼成は、窒素雰囲気などの非酸化性雰囲気の焼成炉で行われることが好ましい。
【００６７】
焼成工程の後、焼成工程で得られたＡｌＮ焼結板の両面を回転研磨法にて研磨する研磨工程を含むことが好ましい。ＡｌＮ焼結板の両面を回転研磨することにより、両面に前述した曲線状の研磨痕を有する平坦面を備えるＡｌＮセラミックス板を得ることができる。
【００６８】
［ケース状の熱放射部材］
本発明の一実施形態の熱放射部材では、前述の板状部における熱源側に配置される面側に、熱源を取り囲むことが可能なアルミナセラミックス製のフレーム部を設けることができる。この熱放射部材は、板状部における熱源側に配置される面に設けられたフレーム部を備えることで、ケース状に形成される。このケース状の熱放射部材では、板状部とフレーム部とは、別体で形成された部材（すなわち、それぞれ、アルミナセラミックス板とフレーム部材）とすることができる。その構成の一態様例として、図４及び図５に示すようなアルミナセラミックス板２０及びアルミナセラミックス製のフレーム部材７０を備える熱放射部材１５を挙げて、本実施形態のケース状の熱放射部材の構成を説明する。図４は、本発明の一実施形態に係るケース状の熱放射部材１５の概略構成を表す平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。
【００６９】
図４及び図５に示す熱放射部材１５は、熱源５０側に配置される面２０ａに曲線状の研磨痕を有する平坦面２０ａが形成された板状部としてのアルミナセラミックス板２０を備える。また、熱放射部材１５は、アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａにおける外周側の部分に設けられたアルミナセラミックス製のフレーム部材７０を備える。このフレーム部材７０を備えることで、熱放射部材１５はケース状に形成されている。このケース状の熱放射部材１５では、フレーム部材７０の開口７０ａの内周側、すなわち、ケース状の内部において、半導体素子などの熱源５０を配置することができる。
【００７０】
フレーム部材７０は、アルミナセラミックス板２０における熱源５０側に配置される面２０ａ側に設けられていれば、アルミナセラミックス板２０における熱源５０側に配置される面（平坦面）２０ａに直接設けられていなくてもよい。例えば、図示しないが、ケース状の熱放射部材１５は、アルミナセラミックス板２０における熱源５０側に配置される面（平坦面）２０ａにＡｌＮセラミックス板などの前述の高熱伝導性板状部材を備えることができる。この場合、フレーム部材７０は高熱伝導性板状部材を介して設けられてもよい。また、例えば、アルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａにおける外周側部分に設けられたフレーム部材７０の開口７０ａの内周側に前述の高熱伝導性板状部材が設けられてもよい。この場合、フレーム部材７０の厚さ（高さ）は、高熱伝導性板状部材の厚さ（高さ）よりも大きいことで、熱放射部材１５はケース状に形成される。
【００７１】
フレーム部材７０の材質としてのアルミナセラミックスは、アルミナセラミックス板２０の説明で述べたものと同様であることが好ましく、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の含有量が９９．０質量％以上であることが好ましい。また、フレーム部材７０の厚さ（高さ）は、フレーム部材７０がアルミナセラミックス板２０などと共にケース状の熱放射部材１５を構成できれば特に限定されないが、例えば、２〜１５ｍｍ程度とすることができる。
【００７２】
さらに、フレーム部材７０は、アルミナセラミックス板２０の製造方法の説明で述べた成形工程や焼成工程などを含む製造方法にて製造することができる。例えば、アルミナ粉末を含有する原料粉末（好ましくは顆粒化した粉末）、及びフレーム形状に成形可能な金型を用いたプレス成形によって、フレーム状の成形体を得た後、その成形体を焼成することなどでフレーム部材７０を製造することができる。フレーム部材７０の製造工程において、研磨工程が行われていてもよい。フレーム部材７０は、少なくともアルミナセラミックス板２０側に配置される面７０ｂに、アルミナセラミックス板２０と同様、前述の曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されていることが好ましい。
【００７３】
ここで、例えばＬＥＤパッケージなどの半導体パッケージでは、従来から、ケース内にＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）などの半導体素子、及び透明樹脂などの封止剤が収容された構成がとられていることがある。そのような半導体パッケージでは、ケース内に封止剤が充填されるため、ケース内に半導体素子（熱源）からの熱が蓄積しやすい。半導体パッケージに用いられるケースとして熱放射部材１５を用いれば、アルミナセラミックス板２０により、半導体素子（熱源５０）の下方向への放熱が期待できるだけでなく、フレーム部材７０により、ケース内の熱を横方向に放出することも期待できる。したがって、本実施形態のケース状の熱放射部材は、半導体パッケージ用としてより好適であり、ＬＥＤパッケージ用としてさらに好適である。
【００７４】
本実施形態のケース状の熱放射部材では、フレーム部は、板状部の平坦面に直接接触して接合されていることが好ましい。この構成によって、フレーム部に伝わった熱がフレーム部から板状部に伝わり易くなり、より効率よく放熱することが可能となる。図５に示すケース状の熱放射部材１５では、アルミナセラミックス板２０及びフレーム部材７０にそれぞれ設けられた孔部２０ｃ、７０ｃに挿通したネジ（より好ましくはインサートナット）などの固定部材４１によって、フレーム部材７０とアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとが直接接触した状態で接合されている。フレーム部材７０とアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとが前述のテープ状固定部材によって直接接触した状態で接合されていてもよい。
【００７５】
さらに、本実施形態のケース状の熱放射部材は、半導体素子などの熱源を備える機器（例えば基板及び筐体など）に取り付けるための取付部を備えることが好ましい。図４及び図５に示す熱放射部材１５では、アルミナセラミックス板２０がフレーム部材７０の平面視外形よりも大きく形成されており、そのアルミナセラミックス板２０におけるフレーム部材７０の外周側となる位置に、取付部としての取付孔２０ｄが設けられている。なお、アルミナセラミックス板２０とフレーム部材７０とは、それらの平面視においてほぼ同じ外形であってもよい。
【００７６】
ケース状の熱放射部材１５は、それぞれ別体で形成されたアルミナセラミックス板２０と、アルミナセラミックス製のフレーム部材７０とを備える。そのため、ケース状の熱放射部材を製造するにあたり、そのケースの内側底面となる板状部の面に、前述の曲線状の研磨痕を有する平坦面２０ａを形成し易いという利点もある。
【００７７】
一方、本実施形態のケース状の熱放射部材では、板状部とフレーム部とを一体成形物としてもよい。その構成の一態様例として、例えば図６に示すようなケース状の熱放射部材１６を挙げることができる。ケース状の熱放射部材１６は、ケースの底面を構成する板状部２５とケースの側面を構成するフレーム部２６とが一体に成形されているものである。板状部とフレーム部とが一体成形物であるケース状の熱放射部材では、板状部とフレーム部とが一体成形されているため、前述の固定部材を用いる必要がないことから、部品点数を少なくでき、かつ、熱放射部材の製造において、別途、板状部とフレーム部とを接合する工程がないという利点がある。なお、板状部２５とフレーム部２６とが一体成形されたケース状の熱放射部材１６においても、板状部２５における熱源５０側に配置される面２５ａに曲線状の研磨痕を有する平坦面２５ａが形成されている。また、このケース状の熱放射部材１６も、板状部２５及びフレーム部２６を有するケース形状に成形可能な金型を用いること以外は、前述のアルミナセラミックス板の製造方法と同様に製造することができる。
【００７８】
（熱放射部材キット）
アルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０を備える熱放射部材１０や、アルミナセラミックス板２０及びフレーム部材７０を備える熱放射部材１５については、使用時において、熱放射部材１０、１５を組み立てるためのキットの形態として流通させることもできる。ＡｌＮセラミックス板が用いられる熱放射部材キットは、前述のアルミナセラミックス板と、アルミナセラミックス板の熱源側に配置される面に設けられる窒化アルミニウムセラミックス板とを含む。この熱放射部材キットにおける窒化アルミニウムセラミックス板は、両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面を備え、かつ窒化アルミニウムセラミックス板の平坦面とアルミナセラミックス板の平坦面とが直接接触した状態で、アルミナセラミックス板に接合されるものである。フレーム部材が用いられる熱放射部材キットは、前述のアルミナセラミックス板と、アルミナセラミックス板における熱源側に配置される面側に設けられるアルミナセラミックス製のフレーム部材とを含む。これらの熱放射部材キットは、さらに前述の固定部材を含んでいてもよい。
【００７９】
以上詳述した本発明の実施形態に係る熱放射部材は、アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス板を備えるため、熱源側で被接触部材（熱源やＡｌＮセラミックス板など）と良好に密着することができる。これにより、熱源側からの熱がアルミナセラミックス板に効率良く伝わり、かつ、アルミナセラミックス板の高い熱放射性能により、熱を赤外線に変換して表面から放出することができる。よって、本発明の実施形態に係る熱放射部材は、優れた放熱性能を有する。
【００８０】
また、アルミナセラミックス板２０の熱源５０側に配置される面２０ａにＡｌＮセラミックス板３０が設けられた熱放射部材１０は、熱源５０側に配置されるＡｌＮセラミックス板３０の平坦面３０ａとアルミナセラミックス板２０の平坦面２０ａとが、接着剤などを介さず、直接接触して接合されている。そのため、熱源５０にＡｌＮセラミックス板３０を接触させて熱放射部材１０を配置すると、熱源５０から発生する熱を効果的に放射することができる。より詳しくは、熱源５０から発生する熱が、ＡｌＮセラミックス板３０の高熱伝導性に起因して迅速にＡｌＮセラミックス板３０及びアルミナセラミックス板２０に伝導され、アルミナセラミックス板２０は、その高い熱放射性能に起因して、熱を赤外線に変換して表面から放出することができる。
【００８１】
さらに、上述のケース状の熱放射部材１５、１６では、フレーム部材７０（フレーム部２６）の内周側に配置される半導体素子（より好適にはＬＥＤ素子）などの熱源５０から生じる熱をケース外へ放出し易い。具体的には、熱源（半導体素子などの部品）５０が作動時に発熱した際に、熱源５０から生じた熱をアルミナセラミックス板２０（板状部２５）がその熱伝導性で吸収し、かつ、アルミナセラミックス板２０（板状部２５）の高い放射率を利用して（赤外線放射による放熱原理を利用して）放熱することが可能となる。また、ケース内の熱をアルミナセラミックス板２０（板状部２５）及びフレーム部材７０（フレーム部２６）がそれらの熱伝導性で吸収し、かつそれらの高い放射率でケース外へ放出することができる。そのため、ケース状の熱放射部材１５、１６におけるフレーム部材７０（フレーム部２６）の内周側に配置された半導体素子などの部品の安定作動を確保しつつ、製品寿命の改善にも寄与することができる。
【００８２】
上述の通り、熱放射部材は、熱源からの熱を素早く放出することができるため、熱源として、発熱する可能性のある部材（発熱体）、例えばパワー半導体素子、ＬＥＤ素子、及びそれらが設置される回路基板、並びに太陽電池モジュールの発電セルなどの熱対策部材として有用である。熱放射部材が太陽電池モジュールの発電セルの熱対策部材として利用される場合、発電セルの裏面に熱放射部材を設けることができる。また、熱放射部材がパワー半導体素子を備えるモジュールやＬＥＤ素子を備えるモジュールの熱対策部材として利用される場合、パワー半導体素子やＬＥＤ素子などの熱源（発熱体）にＡｌＮセラミックス板又はアルミナセラミックス板が接触するように配置されてもよく（後述する図７及び図１０参照）、パワー半導体素子やＬＥＤ素子などの発熱体を備える回路基板にその回路基板側からＡｌＮセラミックス板又はアルミナセラミックス板が接触するように配置されてもよい（後述する図８参照）。
【００８３】
熱放射部材を熱放射性の回路基板として構成することもできる（後述する図９参照）。熱放射性の回路基板としては、例えば、窒化アルミニウムセラミックス板におけるアルミナセラミックス板と接合される平坦面とは反対側の表面に、回路が設けられている熱放射部材が好ましい。この場合、ＡｌＮセラミックス板に設けられた回路にパワー半導体素子やＬＥＤ素子などの各種半導体素子を設けたモジュールとすることができる。
【００８４】
回路は、ＡｌＮセラミックス板の表面に、ＰＶＤ（物理気相成長法）やＣＶＤ（化学的気相成長法）などで銀、ニッケル、若しくは銅などの導電性金属を薄膜形成すること、又は前記導電性金属を粒子として含有するインクを印刷することなどにより、形成することができる。回路を形成するＡｌＮセラミックス板の表面が、アルミナセラミックス板との接合面と同様に平坦面であれば、薄膜形成や印刷により回路を容易に形成することができる。さらに、回路を形成するＡｌＮセラミックス板の表面が、前述した好適な接合面（平坦面）と同様に、前述した特定の算術平均粗さＲａ及び反りを有する平坦面とすれば、さらに容易に回路を形成することができ、複雑なパターンの回路を形成することも可能である。
【００８５】
以上述べたように、本発明の実施形態に係る熱放射部材は、次のような構成をとることができる。
［１］アルミナの含有量が９９．０質量％以上であり、かつ少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されているアルミナセラミックス製の板状部を備える熱放射部材。
［２］前記板状部は、反りが２００μｍ以下であり、かつ前記平坦面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下である前記［１］に記載の熱放射部材。
［３］前記板状部の前記反りが１５０μｍ以下である前記［２］に記載の熱放射部材。
［４］前記板状部の前記平坦面の前記算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下である前記［２］又は［３］に記載の熱放射部材。
［５］前記板状部の前記熱源側に配置される面に設けられた窒化アルミニウムセラミックス板を備え、前記窒化アルミニウムセラミックス板は、両面に曲線状の研磨痕を有する平坦面を備え、かつ、前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記平坦面と前記板状部の前記平坦面とが直接接触した状態で、前記板状部に接合されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱放射部材。
［６］前記窒化アルミニウムセラミックス板は、反りが２００μｍ以下であり、かつ前記平坦面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以下のものである、前記［５］に記載の熱放射部材。
［７］前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記反りが１５０μｍ以下である前記［６］に記載の熱放射部材。
［８］前記窒化アルミニウムセラミックス板の前記平坦面の前記算術平均粗さＲａが０．６μｍ以下である前記［６］又は［７］に記載の熱放射部材。
［９］前記板状部と前記窒化アルミニウムセラミックス板とを接合する固定部材を備える前記［５］〜［８］のいずれかに記載の熱放射部材。
［１０］前記板状部及び前記窒化アルミニウムセラミックス板は、いずれも厚さが１０ｍｍ以下の平板状である前記［５］〜［９］のいずれかに記載の熱放射部材。
［１１］前記窒化アルミニウムセラミックス板における前記板状部と接合される前記平坦面とは反対側の平坦面に、回路が設けられている前記［５］〜［１０］のいずれかに記載の熱放射部材。
［１２］前記板状部を構成するアルミナセラミックス板を備える前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の熱放射部材。
［１３］前記板状部における前記熱源側に配置される面側に設けられた、前記熱源を取り囲むことが可能なアルミナセラミックス製のフレーム部を備えることでケース状に形成された前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の熱放射部材。
［１４］前記板状部と前記フレーム部とは、別体で形成された部材であり、前記フレーム部は、前記板状部の前記平坦面に直接接触して接合されている前記［１３］に記載の熱放射部材。
［１５］前記板状部と前記フレーム部とは、一体成形物である前記［１３］に記載の熱放射部材。
【００８６】
＜パワー半導体モジュール＞
次に、本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールについて説明する。本実施形態のパワー半導体モジュールは、前述の熱放射部材と、その熱放射部材におけるアルミナセラミックス板の平坦面側に配置されたパワー半導体素子と、を備える。前述のアルミナセラミックス板２０及びＡｌＮセラミックス板３０を備える熱放射部材１０を用いたパワー半導体モジュール１００の構成例を図７〜９に示す。なお、パワー半導体モジュール１００に使用される熱放射部材１０は、アルミナセラミックス板２０の熱源（パワー半導体素子）５１側に配置される面２０ａにＡｌＮセラミックス板３０が設けられていなくてもよい。この場合、アルミナセラミックス板２０の熱源５１側に配置される面２０ａに直接熱源（パワー半導体素子や回路基板など）が配置されてもよく、回路が形成されてもよい。
【００８７】
図７に示すように、パワー半導体モジュール１００Ａは、回路基板６０と、回路基板６０上に設けられたパワー半導体素子５１と、パワー半導体素子５１上にＡｌＮセラミックス板３０側が配置されて設けられた熱放射部材１０とを備える構成をとることができる。このパワー半導体モジュール１００Ａでは、パワー半導体素子（熱源）５１から発生する熱を、ＡｌＮセラミックス板３０の高い熱伝導性能によってＡｌＮセラミックス板３０及びアルミナセラミックス板２０に迅速に伝え、かつアルミナセラミックス板２０の高い熱放射性能によって赤外線に変換して、表面から放出することができる。
【００８８】
また、図８に示すように、パワー半導体モジュール１００Ｂは、回路基板６０と、回路基板６０上に設けられたパワー半導体素子５１と、回路基板６０におけるパワー半導体素子５１が設けられた面とは反対の面側に、ＡｌＮセラミックス板３０側が配置されて設けられた熱放射部材１０とを備える構成をとることができる。さらに、図９に示すように、パワー半導体モジュール１００Ｃは、ＡｌＮセラミックス板３０におけるアルミナセラミックス板２０と接合される平坦面３０ａとは反対側の表面３０ｂに、回路６１が設けられた熱放射部材（熱放射性回路基板）１１を用いることができる。この場合、パワー半導体モジュール１００Ｃは、熱放射性回路基板１１と、熱放射性回路基板１１の回路６１上に設けられたパワー半導体素子５１とを備える構成をとることができる。これらのパワー半導体モジュール１００Ｂ、１００Ｃでは、パワー半導体素子（熱源）５１から発生する熱を、回路基板６０又は回路６１側から放出することが可能となる。
【００８９】
なお、図７〜９に示すパワー半導体モジュール１００において、アルミナセラミックス板２０とＡｌＮセラミックス板３０とは、前述した固定部材で接合されていてもよい。
【００９０】
＜ＬＥＤパッケージ＞
次に、本発明の一実施形態に係るＬＥＤパッケージについて説明する。本実施形態のＬＥＤパッケージは、前述のケース状の熱放射部材と、そのケース状の熱放射部材におけるフレーム部の内周側に搭載されたＬＥＤ素子と、を備える。本実施形態のＬＥＤパッケージの一態様例として、前述のアルミナセラミックス板２０及びアルミナセラミックス製のフレーム部材７０を備えたケース状の熱放射部材１５を用いたＬＥＤパッケージ１５０の概略構成を図１０に示す。図１０に示すように、ＬＥＤパッケージ１５０は、前述のケース状の熱放射部材１５と、その熱放射部材１５におけるアルミナセラミックス製のフレーム部材（フレーム部）７０の開口７０ａの内周側に搭載されたＬＥＤ素子５５とを備える。
【００９１】
熱放射部材１５におけるアルミナセラミックス板（板状部）２０におけるＬＥＤ素子（熱源）５５側に配置される面２０ａには、曲線状の研磨痕を有する平坦面２０ａが形成されている。アルミナセラミックス板２０における平坦面２０ａには、ＬＥＤ素子５５が直接接触した状態で接合され、かつ、そのＬＥＤ素子５５を取り囲むように、フレーム部材７０が直接接触した状態で接合されていることが好ましい。アルミナセラミックス板２０とフレーム部材７０とで形成されるケースの内部には、ＬＥＤ素子５５が搭載されている。
【００９２】
また、従来の表面実装型のＬＥＤパッケージで一般的に見られるように、ケース内には、封止剤５６を充填することができる。封止剤５６としては、例えば、エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂などの透明樹脂を用いることができる。例えば、白色ＬＥＤパッケージとする場合、ＬＥＤ素子５５として青色ＬＥＤ素子を用い、封止剤５６には、蛍光体を含有させておくことができる。ケース状の熱放射部材１５における底部を構成するアルミナセラミックス板２０には、ＬＥＤ素子５５とワイヤ５７などで導電接続する電極（不図示）を設けておくことができる。
【００９３】
本実施形態のＬＥＤパッケージ１５０は、前述のケース状の熱放射部材１５を備えるため、熱放射部材１５におけるフレーム部材７０の内周側に配置されたＬＥＤ素子５５から生じる熱をケース外（フレーム部材７０の外方）へ放出し易い。具体的には、熱源であるＬＥＤ素子５５が作動時に発熱した際の熱をアルミナセラミックス板２０がその熱伝導性で吸収し、かつ、その高い放射率により放熱することが可能となる。また、ケース内の熱をアルミナセラミックス板２０及びフレーム部材７０がそれらの熱伝導性で吸収し、かつそれらの高い放射率でケース外へ放出することができ、ケース内での熱の蓄積を抑制することができる。そのため、ＬＥＤ素子の安定作動を確保しつつ、製品寿命の改善にも寄与することができる。
【００９４】
なお、本実施形態のＬＥＤパッケージでは、板状部とフレーム部とが一体成形されたケース状の熱放射部材（例えば図６参照）を用いることもできる。板状部とフレーム部と一体成形物であるケース状の熱放射部材を用いたＬＥＤパッケージの場合にも、アルミナセラミックス板２０及びフレーム部材７０を備えたケース状の熱放射部材１５を用いたＬＥＤパッケージ１５０の場合と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００９５】
次に、実施例及び比較例を挙げて、前述の一実施形態に係る熱放射部材をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００９６】
［使用材料］
アルミナセラミックス板として、アルミナの含有量が９９．５質量％以上であるアルミナセラミックス板（西村陶業株式会社製の商品名「Ｎ−９Ｈ」）を用いた。このアルミナセラミックス板の密度は３．９３ｇ／ｃｍ3、曲げ強さは３４０ＭＰａ、熱伝導率は３９Ｗ／ｍ・Ｋ、熱放射率は０．９７、体積固有抵抗値は１．０×１０16Ω・ｃｍ超であった。
ＡｌＮセラミックス板として、窒化アルミニウムの含有量が９９．５質量％以上である窒化アルミニウムセラミックス板（西村陶業株式会社製）を用いた。このＡｌＮセラミックス板の密度は３．３ｇ／ｃｍ3、曲げ強さは３５０ＭＰａ、熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋ、熱放射率は０．９３、体積固有抵抗値は１．０×１０13Ω・ｃｍ超であった。
使用したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの密度、曲げ強さ、熱伝導率、熱放射率、体積固有抵抗は、以下に示す方法にしたがって測定したものである。
【００９７】
（密度）
アルキメデス法により密度を求めた。具体的には、試料の大きさを直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状とし、１００℃で２時間乾燥後の乾燥質量（Ｗ１）と水中での質量（Ｗ２）をそれぞれ測定して、密度＝（Ｗ１）／（Ｗ１−Ｗ２）により求めた。
【００９８】
（曲げ強さ）
縦４ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ３ｍｍの試料を用いて、曲げ強さ試験機により、ＪＩＳ  Ｒ  １６０１：２００８の規定に準拠して、温度２５℃での曲げ強さを測定した。
【００９９】
（熱伝導率）
ＪＩＳ  Ｒ  １６１１：２０１０の規定に準拠して、レーザーフラッシュ法による熱伝導率測定装置を用いて熱伝導率を測定した。測定用試料には、直径１０ｍｍ、厚さ３ｍｍの大きさの鏡面仕上げしたものを用いた。そして試料の密度を上記アルキメデス法により測定後、測定装置を用いて比熱、熱拡散率を測定し、次式により、温度２５℃での熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）を算出した。
熱伝導率＝（密度）・（比熱）・（熱拡散率）
【０１００】
（熱放射率）
加熱板法を用いて、発熱体表面の温度上昇を測定することにより、１００℃での熱放射率を測定した（測定機；温度計ＨＦＴ−４０−安立計器（株））。すなわち、マイカヒータを発熱体として用い、印加電圧を調整してその表面（上面）温度を一定に維持した後、当該発熱体表面に測定対象板（ＡｌＮセラミックス板又はアルミナセラミックス板）を密着させ、測定対象板が密着していない部分の発熱体表面温度を測定することにより行った。
【０１０１】
（体積固有抵抗）
絶縁抵抗計を用いて温度２５℃での体積固有抵抗を測定した。測定用試料として、縦、横、高さがそれぞれ１０ｍｍの立方体形状の試料を用い、該試料の対向する２面に銀電極を設け、絶縁抵抗計で測定した。
【０１０２】
［実施例１］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機（ダイヤモンド砥粒２〜４μｍ、回転数５０〜１５０ｒｐｍ；これらは以下の回転研磨機も同じである。）を用いて、反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍの範囲となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１０３】
［実施例２］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて、反りが１００〜２００μｍの範囲、かつ算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１０４】
［実施例３］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。
また、上記商品のＡｌＮセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法に製造されたＡｌＮセラミックス板を用いた。このＡｌＮセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。
上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
上述のように加工したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれ平面視における四隅の同じ位置に、ボール盤を用いて、ビスを挿通するための貫通孔を設けた。図１１に示すように、アルミナセラミックス板２１の平坦面２１ａとＡｌＮセラミックス板３１の平坦面３１ａとを重ね合わせ、各貫通孔２１ｃ、３１ｃにＭ３ビス４３を挿通して０．８Ｎ／ｍｍ2で固定し、アルミナセラミックス板２１とＡｌＮセラミックス板３１とが接合された熱放射部材１２を作製した。
【０１０５】
［実施例４］
アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を変更した以外は、実施例３と同様にして、熱放射部材を作製した。実施例４では、アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に、反りが１００〜２００μｍの範囲、かつ算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
【０１０６】
［実施例５］
アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に対する回転研磨の条件を変更した以外は、実施例３と同様にして、熱放射部材を作製した。実施例５では、アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に、反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍの範囲となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
【０１０７】
［比較例１］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造された、表面が研磨処理されていないアルミナセラミックス板を単独で熱放射部材として用いた。
【０１０８】
［比較例２］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、平面研削盤（株式会社タイセイ製）を用いて、研磨速度０．３〜２５ｍ／分、研磨時間３０分の条件で直線状に研磨処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、直線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１０９】
［比較例３］
上記商品のＡｌＮセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法に製造された、表面が研磨処理されていないＡｌＮセラミックス板を単独で熱放射部材として用いた。
【０１１０】
［実施例６］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて、反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１１１】
［実施例７］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて、反りが１００〜２００μｍの範囲、かつ算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍ以下となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１１２】
［実施例８］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、回転研磨機を用いて、反りが１００μｍ以下、かつ算術平均粗さＲａが０．５〜１．０μｍの範囲となるように研磨時間及び回転数を調整しながら回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板の反り、及び熱源側に配置される平坦面のＲａを後述する測定方法によって測定した。上述のように加工したアルミナセラミックス板を熱放射部材として用いた。
【０１１３】
［実施例９］
上記商品のアルミナセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたアルミナセラミックス板を用いた。このアルミナセラミックス板の両面に、実施例３で使用したアルミナセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件で回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。
また、上記商品のＡｌＮセラミックス板として、横１００ｍｍ、縦１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの寸法に製造されたＡｌＮセラミックス板を用い、この両面に、実施例３で使用したＡｌＮセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件で回転研磨の処理を施し、平坦面を形成した。
上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
上述のように加工したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれ平面視における四隅の同じ位置に、ボール盤を用いて、ビスを挿通するための貫通孔を設けた。図１１に示すように、アルミナセラミックス板２１の平坦面２１ａとＡｌＮセラミックス板３１の平坦面３１ａとを重ね合わせ、各貫通孔２１ｃ、３１ｃにＭ３ビス４３を挿通して０．８Ｎ／ｍｍ2で固定し、アルミナセラミックス板２１とＡｌＮセラミックス板３１とが接合された熱放射部材１２を作製した。
【０１１４】
［実施例１０］
アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を変更した以外は、実施例９と同様にして、熱放射部材を作製した。実施例１０では、アルミナセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を、実施例４で使用したアルミナセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件とし、ＡｌＮセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を、実施例４で使用したＡｌＮセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件とした。
上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
【０１１５】
［実施例１１］
アルミナセラミックス板の両面及びＡｌＮセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を変更した以外は、実施例９と同様にして、熱放射部材を作製した。実施例１１では、アルミナセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を、実施例５で使用したアルミナセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件とし、ＡｌＮセラミックス板の両面に対する研磨処理の条件を、実施例５で使用したＡｌＮセラミックス板に施した研磨処理と同様の条件とした。
上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの両面を光学顕微鏡で観察したところ、曲線状の研磨痕を有することが確認された。さらに、上記の研磨処理を施したアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反り及びＲａを後述する測定方法によって測定した。
【０１１６】
（算術平均粗さＲａ及び反りの測定）
各例で用いたアルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの接合面となる表面の算術平均粗さＲａ及び反りを次のように測定した。その結果を表１〜表３に示す。
（算術平均粗さＲａ）
ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３の規定に準拠して、表面粗度計（株式会社東京精密製）を用いて、算術平均粗さＲａを測定した。
（反り）
定盤及びマイクロメーター（株式会社ニコン製、商品名「デジマイクロ  ＭＦＣ−５０１」）を用いて反りを測定した。まず、図１２Ａに示すように、定盤４の表面にマイクロメーター５の測定部（先端）５ａを当て、０設定を行った。次いで、図１２Ｂに示すように、被測定物（各アルミナセラミックス板、各ＡｌＮセラミックス板）６を、反りのある面を下にして（膨らみのある面を上にして）定盤４に置き、定盤４の表面から最も高い位置にある被測定物６の部分の表面までの距離（高さ）ｈ1を測定した。また、図１２Ｃに示すように、定盤４の表面から定盤４の表面に接している被測定物６の部分（被測定物の端部）の表面までの距離（高さ）ｈ2を測定した。そして、反り＝ｈ1−ｈ2から、反りを算出した。
【０１１７】
（放熱性の評価）
上記の各例の熱放射部材について、次に示す方法にしたがって、加熱時のヒータ表面温度を測定し、それぞれの熱放射特性（放熱性）を評価した。
ヒータ（熱源）として、横及び縦が各５０ｍｍ、厚さが４ｍｍの平板状で、表面がＳＵＳ製であって内部にマイカヒータが内蔵されているものを用いた。図１１に示すように、実施例３〜５及び９〜１１の熱放射部材１２については、ＡｌＮセラミックス板３１の上側（アルミナセラミックス板２１が設けられた面３１ａとは反対側）の表面３１ｂの中央位置に、ヒータ５２を載せて、ＡｌＮセラミックス板３１の表面３１ｂとヒータ５２とを密着させた。
また、実施例１、２及び６〜８、並びに比較例１及び２では、アルミナセラミックス板の表面の中央位置にヒータを載せて密着させ、比較例３では、ＡｌＮセラミックス板の表面の中央位置にヒータを載せて密着させた。
ヒータ５２の表面（側面）に温度センサ２（Ｋ種熱電対、安立計器株式会社製、モデルＨＦＴ−４０）を取り付けて、所定の投入電力（１Ｗ、４Ｗ、８Ｗ、１４Ｗ、１９．５Ｗ）でヒータ５２に通電し、通電３０分経過後のヒータ表面温度を測定した。表１〜表３に、投入電力をそれぞれ１Ｗ、４Ｗ、８Ｗ、１４Ｗ、１９．５Ｗとしたときのヒータ表面温度を示した。温度測定は、図１１に示したように、ＪＥＤＥＣの規格に準拠した測定用のアクリル樹脂製の箱１（横３１０ｍｍ、縦３１０ｍｍ、高さ３１０ｍｍ）内において、支持具３を用いて熱放射部材の下面（アルミナセラミックス板の熱源側とは反対側の表面２１ｂ）を箱１の底面から５０ｍｍ離した高さにセットし、同じアクリル樹脂の蓋で密閉して行った。なお、ヒータ通電後１分おきに温度測定を行った。投入電力によって多少の違いはあったが、いずれの場合も約２０分経過後は温度変化がみられなくなり恒温になったため、３０分後の温度を測定温度とした。また、比較のため、熱放射部材を用いずにヒータ単独の場合について、上記と同様にして通電３０分経過後のヒータ表面温度を測定した。その測定結果を表１〜表３に「熱源のみ」として示した。
【０１１８】
0006710083.tif 000002
【０１１９】
0006710083.tif 000003
【０１２０】
0006710083.tif 000004
【０１２１】
以上の結果、実施例１、２、及び６〜８の熱放射部材は、表面を研磨処理していないアルミナセラミックス板を単独で使用した場合（比較例１）、表面を直線状に研磨処理したアルミナセラミックス板を単独で使用した場合（比較例２）、及びＡｌＮセラミックス板を単独で使用した場合（比較例３）に比べて、優れた放熱性能を有することが確認された。また、実施例３〜５の熱放射部材は同じ寸法のアルミナセラミックス板を使用した実施例１及び２の熱放射部材に比べて、実施例９〜１１は同じ寸法のアルミナセラミックス板を使用した実施例６〜８の熱放射部材に比べて、さらに優れた放熱性能を有することが確認された。よって、少なくとも熱源側に配置される面に曲線状の研磨痕を有する平坦面が形成されたアルミナセラミックス板は、熱放射部材として極めて有効であることが確認された。
【０１２２】
アルミナセラミックス板の平坦面とＡｌＮセラミックス板の平坦面とが直接接触した状態で、アルミナセラミックス板とＡｌＮセラミックス板とが接合された熱放射部材（実施例３〜５及び９〜１１）は、熱源の温度上昇をより抑えることができ、さらに優れた放熱性能を有することが確認された。特に、アルミナセラミックス板及びＡｌＮセラミックス板のそれぞれの反りが１００μｍ以下である場合（実施例３、５、９、及び１１）、より優れた放熱性能を有することが確認され、なおかつ、それぞれの平坦面のＲａが０．１μｍ以下である場合（実施例３及び９）、さらに優れた放熱性能を有することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本技術に係る熱放射部材は、例えば、ＬＥＤ素子を備える照明機器や、太陽光発電装置、自動車（ハイブリット車・電気自動車）、電車、送電システム、太陽光発電、生産設備、及び家庭用電化製品などの電力の制御及び供給に利用されるパワー半導体素子を備える産業機器などにおける熱対策部材として利用し得る。
【符号の説明】
【０１２４】
１０、１１、１２：熱放射部材
１５、１６：ケース状の熱放射部材
２０、２１：アルミナセラミックス板
２５：アルミナセラミックス製の板状部
２６：アルミナセラミックス製のフレーム部
３０、３１：窒化アルミニウムセラミックス板
４０：固定部材
５０：熱源
５１：パワー半導体素子
５５：ＬＥＤ素子
６０：回路基板
６１：回路
７０：フレーム部材
１００：パワー半導体モジュール
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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