(57)【要約】【課題】絶縁基板及び放熱体の双方の熱膨張係数差があっても、これに拘わることなく反りを低減できると共に、熱伝導率が低下することを抑制できる放熱体並びにこの放熱体を用いたパワーモジュール用基板及びパワーモジュール並びに放熱体の製造方法を提供すること。【解決手段】被放熱体の熱を放熱させる放熱体１６であって、放熱体本体１７と，放熱体本体１７の熱膨張係数より低い材質からなる低熱膨張材１８とを備え、放熱体本体１７は、板状体１７ａ，及び鋳造体１７ｂを少なくとも備えた積層体をなし、かつ板状体１７ａが放熱体本体１７の各最外層に各々配設された構成をなし、低熱膨張材１８はＳｉ粒子の集合体からなり、かつ板状体１７ａ同士の間にＳｉ粒子同士の間隙を介して鋳造体１７ｂにより鋳包まれて配設されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被放熱体の熱を放熱させる放熱体であって、
放熱体本体と，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とを備え、
前記放熱体本体は、板状体，及び鋳造体を少なくとも備えた積層体をなし、かつ前記板状体が前記放熱体本体の各最外層に各々配設された構成をなし、
前記低熱膨張材はＳｉ粒子の集合体からなり、かつ前記板状体同士の間にＳｉ粒子同士の間隙を介して前記鋳造体により鋳包まれて配設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、
前記板状体及び鋳造体が、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金からなることを特徴とする放熱体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の放熱体において、
前記板状体が純Ｃｕ又はＣｕ合金からなり、前記鋳造体が純Ａｌ又はＡｌ合金からな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、
前記板状体が圧延材であることを特徴とする放熱体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の放熱体において、
前記各板状体の厚さは、放熱体において、被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より小さいとき、被放熱体側の板状体の厚さを放熱体側の板状体の厚さより厚く形成する一方、
被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より大きいとき、被放熱体側の板状体の厚さを放熱体側の板状体の厚さより薄く形成することを特徴とする放熱体。
【請求項６】
絶縁基板と，該絶縁基板の一方の面側に設けられた放熱体とを備えたパワーモジュール用基板であって、
前記放熱体は、請求項１から５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７】
請求項６記載のパワーモジュール用基板において、
前記絶縁基板の前記一方の面に金属層を、他方の面に回路層を各々備え、前記金属層及び前記回路層は、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ，又はＣｕ合金からなることを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項８】
請求項６又は７に記載のパワーモジュール用基板の前記絶縁基板の他方の面側に、チップを搭載してなることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項９】
被放熱体の熱を放熱させる放熱体の製造方法であって、
板状体同士の間にＳｉ粒子を配し、前記板状体と前記Ｓｉ粒子の集合体とを備えた積層体を形成した後、
前記各板状体により前記Ｓｉ粒子の集合体を狭持した状態で、前記板状体同士の間に溶湯を注入し、前記Ｓｉ粒子の集合体を鋳包むことを特徴とする放熱体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被放熱体の熱を放熱させる放熱体並びにこの放熱体を用いたパワーモジュール用基板及びパワーモジュール並びに放熱体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置としてのパワーモジュールは、一般に、半導体チップがパワーモジュール用基板に搭載され、半導体チップの熱がパワーモジュール用基板に伝導されることから、パワーモジュール用基板に伝わる熱を放熱する必要がある。
このような被放熱体としてのパワーモジュール用基板は、セラミックス材料からなる絶縁基板（セラミックス基板）に金属薄板が直接積層され、この金属薄板に可塑性多孔質金属層を介し、ヒートシンクからなる放熱体が積層接着される（例えば、特許文献１参照）。可塑性多孔質金属層は、気孔率２０〜５０％のＣｕの多孔質焼結体であって、絶縁基板が、これに搭載されている半導体チップからの熱を受けたとき、その熱変形を吸収する応力緩和層をなす構成であり、これにより、絶縁基板及び放熱体の反りや割れを防止でき、放熱体が良好な放熱作用を果たすこともできるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３３５６５２号公報（第４−１２頁、図１〜図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来では、被放熱体としてのパワーモジュール用基板に設けられた可塑性多孔質金属層が、絶縁基板や放熱体の熱変形を吸収するので、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数が異なっても、絶縁基板，放熱体に反りや割れが起こるのを防止できるようにしているものの、絶縁基板と放熱体との間に可塑性多孔質金属層が介在しているので、その分だけ熱抵抗が上昇して熱伝導率が低下してしまい、そのため、放熱体の放熱効果が悪くなっていた。
【０００５】
一般に、放熱体は、被放熱体との間で互いに熱膨張係数の異なる材質で構成する場合、両者の熱膨張係数の差による反りを防止するために、両者の熱膨張係数を合わせることが容易に考えられる。この場合、熱膨張係数の低い方（被放熱体）に合わせることになるが、そうすると、反りを低減できる反面、その分だけ熱伝導率が低下して放熱効果の低下をきたしてしまい、反り対策と良好な放熱効果との双方を兼ね備えたものの要請に応えることができない問題があった。
【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、その目的は、被放熱体と間で熱膨張係数差があっても、これに拘わることなく反りを低減することができるとともに、熱伝導率が低下することも抑制することができる放熱体並びにこの放熱体を用いたパワーモジュール用基板及びパワーモジュール並びに放熱体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、被放熱体の熱を放熱させる放熱体であって、放熱体本体と，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とを備え、前記放熱体本体は、板状体，及び鋳造体を少なくとも備えた積層体をなし、かつ前記板状体が前記放熱体本体の各最外層に各々配設された構成をなし、前記低熱膨張材はＳｉ粒子の集合体からなり、かつ前記板状体同士の間にＳｉ粒子同士の間隙を介して前記鋳造体により鋳包まれて配設されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る放熱体によれば、前記低熱膨張材としてＳｉ粒子の集合体が配設されているので、放熱体に低熱膨張材を備えた構成においても熱伝導率の低下が最小限に抑制されるとともに、放熱体全体の熱膨張係数が確実に低下する。すなわち、Ｓｉは、熱伝導率がおよそ１５０Ｗ／ｍ・Ｋのいわゆる高熱伝導材であるとともに、熱膨張係数がおよそ２．２×１０−６／℃のいわゆる低熱膨張材であるため、Ｓｉ粒子集合体が放熱体内部に埋設されることにより、この放熱体の熱伝導率の低下が抑制されるとともに、熱膨張係数が可及的に低下することになる。従って、被放熱体と放熱体とをはんだ等によって接合した際、放熱体に被放熱体に向かう反りが発生することを確実に抑制するとともに、このような構成においても放熱体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することになる。また、板状体が放熱体本体の各最外層に配設されているので、放熱体の被放熱体との当接面が平滑面となり、放熱体と被放熱体とが良好に密着することになるため、被放熱体からの熱が放熱体に良好に伝導されることになる。さらに、低熱膨張材がＳｉ粒子の集合体からなるので、前記鋳造体を形成する際に、鋳造体となる溶湯がＳｉ粒子集合体の全体に浸透する，すなわちＳｉ粒子同士の間の間隙が鋳造体により充密されることになる。従って、被放熱体からの熱は放熱体の内部に滞ることなく良好に低温側へ向かって伝導することになる。
以上により、放熱体の熱膨張係数を可及的に小さくでき、放熱体の前記反りの発生を抑制することができるとともに、このような構成においても放熱体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することができるようになる。
【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、前記板状体及び鋳造体が、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金からなることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る放熱体によれば、板状体及び鋳造体が、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金から形成されているので、放熱性に優れた放熱体を容易且つ確実に形成することができるようになる。すなわち、鋳造体が純Ａｌ又はＡｌ合金により形成された場合では、良好な湯流れを実現する等，鋳造性に優れた材料であるため鋳造欠陥の発生が抑制され、従って、放熱体全体の熱伝導率の低下が最小限に抑制される。一方、鋳造体が純Ｃｕ又はＣｕ合金により形成された場合では、熱伝導率が大きい材料であるため放熱性に優れた放熱体を提供できるようになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１記載の放熱体において、前記板状体が純Ｃｕ又はＣｕ合金からなり、前記鋳造体が純Ａｌ又はＡｌ合金からなることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る放熱体によれば、板状体が純Ｃｕ又はＣｕ合金からなり、鋳造体が純Ａｌ又はＡｌ合金からなるので、被放熱体側の熱膨張係数，発熱量等に応じて、放熱体全体の熱膨張係数，及び熱伝導率の調整を容易になすことができるようになる。従って、放熱体と被放熱体とをはんだ接合する際，及び放熱体と被放熱体とを接合した状態で使用する際に放熱体に反りが発生することが確実に抑制される。また、純Ａｌ又はＡｌ合金は、鋳造性に優れているため鋳造欠陥の発生が抑制され、従って、放熱体全体の熱伝導率の低下が最小限に抑制される。
【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、前記板状体が圧延材であることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る放熱体によれば、板状体が圧延材であるため、板状体に内在する空孔等の内部欠陥の含有が最小限に抑制され、放熱体の熱伝導率の低下が抑制される。すなわち、放熱体本体全体が例えば，鋳造体である場合、巣を始めとする内部欠陥が発生する場合があり、この内部欠陥が放熱体内部における熱の伝導を阻害することになるため、放熱体全体の熱伝導率の低下を招くことがある。しかしながら、前述したように板状体が圧延材の場合、前記内部欠陥が形成される場合が少ないため、前記熱伝導率の低下が最小限に抑制される。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかに記載の放熱体において、前記各板状体の厚さは、放熱体において、被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より小さいとき、被放熱体側の板状体の厚さを放熱体側の板状体の厚さより厚く形成する一方、被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より大きいとき、被放熱体側の板状体の厚さを放熱体側の板状体の厚さより薄く形成することを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る放熱体によれば、各板状体の厚さが前述のように設定されているので、鋳造体を形成する際に放熱体に発生した反りと、この放熱体と被放熱体とをはんだ接合した際に放熱体に発生しようとする反りとが互いに相殺し合い、結果として放熱体と被放熱体との双方が平坦となる。従って、被放熱体と放熱体との密着性が確保されることになるため、被放熱体の熱を放熱体に確実に伝導できるようになる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、絶縁基板と，該絶縁基板の一方の面側に設けられた放熱体とを備えたパワーモジュール用基板であって、前記放熱体は、請求項１から５のいずれかに記載の放熱体であることを特徴とする。
【００１８】
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、放熱体が請求項１から５のいずれかに記載の放熱体であるので、この放熱体の熱膨張係数を可及的に小さくでき、放熱体の前記反りの発生を抑制することができるとともに、このような構成においても放熱体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することができるため、反り発生抑制効果と熱伝導率の低下抑制効果との双方を有するパワーモジュール用基板を提供できるようになる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項６記載のパワーモジュール用基板において、前記絶縁基板の前記一方の面に金属層を、他方の面に回路層を各々備え、前記金属層及び前記回路層は、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ，又はＣｕ合金からなることを特徴とする。
【００２０】
この発明に係るパワーモジュール用基板によれば、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数の差に拘わることなく、両者の反りを可及的に抑えつつ良好な熱伝導率を有するパワーモジュール用基板が確実に得られる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載のパワーモジュール用基板の前記絶縁基板の他方の面側に、チップを搭載してなることを特徴とする。
【００２２】
この発明に係るパワーモジュールによれば、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数の差に拘わることなく、両者の反りを可及的に抑えつつ良好な熱伝導率を有するパワーモジュールが得られる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、被放熱体の熱を放熱させる放熱体の製造方法であって、板状体同士の間にＳｉ粒子を配し、前記板状体と前記Ｓｉ粒子の集合体とを備えた積層体を形成した後、前記各板状体により前記Ｓｉ粒子の集合体を狭持した状態で、前記板状体同士の間に溶湯を注入し、前記Ｓｉ粒子の集合体を鋳包むことを特徴とする。
【００２４】
この発明に係る放熱体の製造方法によれば、前記低熱膨張材を放熱体本体に鋳包む際に予め、板状体により低熱膨張材としてのＳｉ粒子の集合体を狭持しておき、この状態でＳｉ粒子集合体に溶湯を注入しＳｉ粒子集合体を放熱体本体に鋳包むため、低熱膨張材が高精度に形成，及び位置決めされる。すなわち、Ｓｉ粒子集合体に溶湯を注入してこの集合体を放熱体本体に鋳包む際に、Ｓｉ粒子集合体に作用する溶湯の注入圧により、前記集合体が型崩れする，或いは放熱体本体に対する配設位置がずれる等し易いが、溶湯注入時にＳｉ粒子集合体を狭持しておき、この状態で溶湯を注入するため、前記注入圧によるＳｉ粒子集合体の型崩れ等の発生が抑制されることになる。これにより、熱膨張係数，熱伝導率等の特性を安定させて放熱体を形成することができ、量産品質を確保することができるようになる。
また、放熱体と，この放熱体の熱膨張係数と異なる熱膨張係数の被放熱体とをはんだ接合した際に放熱体に発生する反りと略同等且つ反対方向の反りが、低熱膨張材を鋳包む際に放熱体に生じるように、板状体の厚さを各別に異ならせる設定を容易に行うことができるようになる。このように板状体の厚さを各別に設定することにより、低熱膨張材を鋳包む際に放熱体に発生した反りと、この放熱体と被放熱体とをはんだ接合した際に放熱体に発生しようとする反りとが互いに相殺し合い、結果として放熱体と被放熱体との双方が平坦となり、被放熱体と放熱体とを良好に密着させることができるようになるため、被放熱体の熱を放熱体に確実に伝導できるようになる。
さらに、低熱膨張材としてＳｉ粒子の集合体としたので、Ｓｉ粒子同士の間に溶湯が良好に浸透するため、形成された放熱体においては、鋳造体が放熱体の厚さ方向及び沿面方向の双方に連続することになる。従って、放熱体自体の熱伝導率の低下抑制をより確実に図ることができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
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パワーモジュール用基板を適用したパワーモジュールを示す全体図である。
本実施形態のパワーモジュールＰにおいて、パワーモジュール用基板１０は、大別すると図１に示すように、絶縁基板１１と，放熱体１６とを備える。
絶縁基板１１は、例えばＡｌＮ，Ａｌ２Ｏ３，Ｓｉ３Ｎ４，ＳｉＣ等により所望の大きさに形成され、絶縁基板１１の上面に回路層１２が，下面に金属層１３がそれぞれ積層接合される。回路層１２及び金属層１３は、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ，Ｃｕ合金等により形成され、はんだ付け又はろう付け等により絶縁基板１１上下面に積層接合されている。
【００２６】
絶縁基板１１上面に設けられた回路層１２上面に、はんだ１４によって半導体チップ３０が搭載される一方、絶縁基板１１下面に設けられた金属層１３の下面に、はんだ１５によって或いはろう付けや拡散接合等によって放熱体１６が接合され、更に、この放熱体１６下面に冷却シンク部３１が設けられている。このように構成されたパワーモジュールＰにおいては、絶縁基板１１側から放熱体１６に伝導された熱が、冷却シンク部３１内の冷却液（或いは冷却空気）３２により外部に放熱される構成となっている。尚、放熱体１６は、冷却シンク部３１に取付ねじ３３によって密着した状態で取付けられている。
【００２７】
ここで、放熱体１６は放熱体本体１７と，放熱体本体１７の熱膨張係数より低い材質からなる低熱膨張材１８とを備えている。
放熱体本体１７は、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金のいずれかからなる，板状体１７ａ及び鋳造体１７ｂを備えた積層体をなし、且つ板状体１７ａが放熱体本体１７の各最外層，すなわち絶縁基板１１側，及び冷却シンク部３１側に各々配設された構成となっている。ここで、板状体１７ａは圧延材により形成されている。
【００２８】
一方、低熱膨張材１８は、Ｓｉ粒子の集合体からなり、かつ板状体１７ａ同士の間にＳｉ粒子同士の間隙を介して鋳造体１７ｂにより鋳包まれて配設されている。すなわち、鋳造体１７ｂはＳｉ粒子同士の間隙に充密するように配されるとともに、Ｓｉ粒子の集合体の厚さ方向及び沿面方向に連続して配設され、さらに各板状体１７ａの低熱膨張材１８側の表面と接合した構成となっている。
【００２９】
ここで、放熱体本体１７は、前述したように、純Ａｌ若しくはＡｌ合金，好ましくは純度９９．５％以上のＡｌ合金、又は純Ｃｕ若しくはＣｕ合金，好ましくは純度９９．９％以上の高純度Ｃｕのような変形抵抗が小さく，且つ熱伝導性の良好な材質，いわゆる高熱伝導材によって形成されている。高熱伝導材としては、熱伝導率が例えば、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上，好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである。
【００３０】
一方、低熱膨張材１８であるＳｉ粒子の集合体は、放熱体本体１７の熱膨張係数より低い熱膨張係数，およそ２．２×１０−６／℃の材質からなっており、鋳造体１７ｂに鋳包む，すなわち放熱体本体１７の内部に埋設することで、放熱体１６全体の熱膨張係数と絶縁基板１１の熱膨張係数との差を可及的に近づける構成となっている。また、このＳｉ粒子集合体は、熱伝導率がおよそ１５０Ｗ／ｍ・Ｋであり、放熱体本体１７の熱伝導率と同等となっており、互いに異種材料である放熱体本体１７と低熱膨張材１８とが積層されたことによる放熱体１６全体の熱伝導率の低下を最小限に抑制できる構成となっている。
以上のように構成されたパワーモジュールＰにおいては、絶縁基板１１側の熱膨張係数が放熱体１６側の熱膨張係数より小さくなっており、この場合、絶縁基板１１側の板状体１７ａの厚さが冷却シンク部３１側の板状体１７ａの厚さより厚く形成されている。
【００３１】
以上のように構成された放熱体１６を形成する製造方法について説明する。
まず、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金のいずれかからなる圧延材の板状体１７ａ同士の間に、板状体１７ａ表面の略全面に亘って所定の厚さになるようにＳｉ粒子を配した後、各板状体１７ａにより低熱膨張材１８であるＳｉ粒子集合体を狭持する。そして、この状態で低熱膨張材１８側面側から純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金のいずれかからなる溶湯を注入する。この際、溶湯はＳｉ粒子同士の間隙を縫って、低熱膨張材１８の厚さ方向及び沿面方向に流れ、さらに、Ｓｉ粒子集合体を狭持している各板状体１７ａの低熱膨張材１８との当接面にまで至る。そして、この溶湯を冷却硬化することで、放熱体１６の最外層を構成する各板状体１７ａ同士を接合するとともに，低熱膨張材１８を鋳包む鋳造体１７ｂが形成され、放熱体１６が形成される。
【００３２】
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１６が、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材１８を備えているので、放熱体１６全体としての熱膨張係数を確実に下げることができ、絶縁基板１１と放熱体１６全体との熱膨張係数の差を可及的に小さくすることができる。
【００３３】
このため、絶縁基板１１と放熱体１６とをはんだ１５（若しくはろう付けや拡散接合等）によって接合した場合、放熱体１６に絶縁基板１１に向かう反りが発生することを確実に抑制することができる。これにより、放熱体１６を冷却シンク部３１に取り付けても、冷却シンク部３１と放熱体１６との間に間隙が発生することを防止することができ、放熱体１６から冷却シンク部３１へ高効率に熱を伝導することができる。従って、パワーモジュールＰ全体としての熱伝導率の低下を抑制することができ、結果として、半導体チップ３０の温度上昇をも抑制することができる。
【００３４】
また、低熱膨張材１８としてＳｉ粒子の集合体が配設されているので、放熱体１６が低熱膨張材１８を備えた構成においても熱伝導率の低下を最小限に抑制することができるとともに、放熱体１６全体の熱膨張係数を確実に低下することができる。すなわち、Ｓｉは、熱伝導率がおよそ１５０Ｗ／ｍ・Ｋのいわゆる高熱伝導材であるとともに、熱膨張係数がおよそ２．２×１０−６／℃のいわゆる低熱膨張材であるため、Ｓｉ粒子集合体を放熱体１６内に埋設することにより、この放熱体１６の熱膨張係数を可及的に低下することができるとともに、熱伝導率の低下を抑制することができる。
【００３５】
また、低熱膨張材１８がＳｉ粒子の集合体からなるので、鋳造体１７ｂを形成する際に、鋳造体１７ｂとなる溶湯がＳｉ粒子集合体の全体に確実に浸透し、Ｓｉ粒子同士の間の間隙に鋳造体１７ｂを充密させて配することができる。従って、絶縁基板１１からの熱が放熱体１６内部に滞ることなく良好に冷却シンク部３１側へ伝導することになるため、放熱体１６の熱膨張係数の低下と，熱伝導率の低下抑制との双方を図ることができる。
【００３６】
また、板状体１７ａ及び鋳造体１７ｂが、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金のいずれかから形成されているので、放熱性の優れた放熱体１６を備えたパワーモジュール用基板１０を容易且つ確実に形成することができる。すなわち、鋳造体１７ｂが純Ａｌ又はＡｌ合金により形成された場合では、良好な湯流れを実現する等，鋳造性に優れた材料であるため鋳造欠陥の発生が抑制され、従って、放熱体１６全体の熱伝導率の低下が最小限に抑制される。一方、鋳造体１７ｂが純Ｃｕ又はＣｕ合金により形成された場合では、熱伝導率が大きい材料であるため放熱性に優れた放熱体１６を有するパワーモジュール用基板１０を確実に提供できるようになる。
【００３７】
ここで、絶縁基板１１側の板状体１７ａの厚さを冷却シンク部３１側の板状体１７ａの厚さより厚く形成しているので、鋳造体１７ｂを形成する際、放熱体１６には、絶縁基板１１へ向かう反りが発生することになる。また、この放熱体１６を絶縁基板１１と接合する際、絶縁基板１１の熱膨張係数は放熱体１６の熱膨張係数より小さいので、放熱体１６には、絶縁基板１１へ向かう方向に反りが発生しようとする。この際、放熱体１６には、鋳造体１７ｂを形成した際に絶縁基板１１から遠ざかる方向に反りが生じているので、これらの各反りが互いに相殺し合うことになり、結果として放熱体１６と絶縁基板１１との双方を平坦とすることができ、これらを良好に互いに密着させることができる。
すなわち、放熱体１６と，この放熱体１６の熱膨張係数と異なる熱膨張係数の絶縁基板１１とをはんだ接合した際に放熱体１６に発生する反りと略同等且つ反対方向の反りが、低熱膨張材１８を鋳造体１７ｂに鋳包む際に放熱体１６全体に生じるように、板状体１７ａの厚さを絶縁基板１１側と冷却シンク部３１側とで各別に異ならせる設定を容易になすことができるようになり、放熱体１６と絶縁基板１１とを良好に密着させることができ、絶縁基板１１の熱を放熱体１６に確実に伝導させる構成を容易に形成することができる。
【００３８】
また、低熱膨張材１８を放熱体本体１７に鋳包む際に予め、板状体１７ａにより低熱膨張材１８としてのＳｉ粒子集合体を狭持しておき、この状態でＳｉ粒子集合体の側面側から溶湯を注入するため、低熱膨張材１８を高精度に形成することができるとともに、放熱体１６の厚み方向，及び沿面方向に対する低熱膨張材１８の配設位置を高精度に位置決めすることができる。すなわち、低熱膨張材１８を放熱体本体１７に鋳包む際に、低熱膨張材１８に作用する溶湯の注入圧により、低熱膨張材１８の放熱体本体１７に対する配設位置がずれる，Ｓｉ粒子集合体が型崩れする等し易いことになるが、この際、低熱膨張材１８は板状体１７ａにより狭持されているので、前記注入圧による低熱膨張材１８の前記位置ずれ，型崩れ等の発生を抑制することができる。従って、熱膨張係数，熱伝導率等の特性を安定させてパワーモジュール用基板１０を形成することができ、量産品質の確保を図ることができる。
【００３９】
さらに、形成された放熱体１６の最外層が圧延材の板状体１７ａとなるので、絶縁基板１１が載置される放熱体本体１７表面が平滑面となり、これにより、放熱体１６と絶縁基板１１との各当接面を互いに一様に密着させることができ、絶縁基板１１の熱を放熱体１６に確実に伝導することができる。
【００４０】
また、板状体１７ａが圧延材であるため、板状体１７ａに内在する空孔等の内部欠陥の含有を最小限に抑制することができ、放熱体１６の熱伝導率の低下を抑制することができる。すなわち、放熱体本体１７全体が例えば，鋳造体である場合、巣を始めとする内部欠陥が発生し易いが、この場合、放熱体１６内部を熱が伝導する際、前記内部欠陥が熱伝導を阻害することになるため、放熱体１６全体の熱伝導率の低下を招くことになる。しかしながら、前述したように板状体１７ａが圧延材の場合、前記内部欠陥が発生する場合が少ないため、前記熱伝導率の低下を最小限に抑制することができる。
【００４１】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、放熱体１６表面に冷却シンク部３１を設けた構成を示したが、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。
【００４２】
また、放熱体１６が取り付けられるパワーモジュール用基板１１として、放熱体１６側の面に金属層１３が設けられた例を示したが、金属層１３を設けず絶縁基板１１をろう材を介して放熱体１６に直接接合しても、同様の作用効果が得られる。
【００４３】
さらに、絶縁基板１１側の板状体１７ａにおいて、絶縁基板１１側の表面を平坦面としたが、この表面において、絶縁基板１１が接合される領域を、絶縁基板１１側へ凸とする台座部を形成してもよい。この場合、板状体１７ａは圧延材ではなく鋳造により形成してもよい。また、各板状体１７ａの低熱膨張材１８側の表面において、任意の領域を凹ませて形成してもよく、さらに、波形の凹凸形状を付与する等してもよく、平坦面に限らない。
【００４４】
さらにまた、放熱体本体１７が、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金のいずれかからなる板状体１７ａ及び鋳造体１７ｂを備えた構成を示したが、板状体１７ａを純Ｃｕ又はＣｕ合金とし、鋳造体１７ｂを純Ａｌ又はＡｌ合金としてもよい。この場合においても、前述と同様の作用効果を奏することができる。さらに、板状体１７ａと鋳造体１７ｂとを各々異なる材料で形成することにより、絶縁基板１１側の熱膨張係数，及び発熱量等に応じて、放熱体１６全体の熱膨張係数，及び熱伝導率等の調整を容易になすことができるようになる。従って、前述した放熱体１６の反り発生抑制効果をより確実に実現できることになる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、絶縁基板と放熱体とをはんだ等によって接合した際、放熱体に絶縁基板に向かう反りが発生することを確実に抑制するとともに、このような構成においても放熱体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することができる。また、板状体が放熱体本体の各最外層に配設されているので、放熱体の絶縁基板との当接面が平滑面となり、放熱体と絶縁基板とが良好に密着することになるため、絶縁基板からの熱を放熱体に良好に伝導することができる。さらに、Ｓｉ粒子同士の間の間隙に鋳造体が充密して配されることになるため、絶縁基板からの熱が放熱体の内部に滞ることなく良好に低温側へ向かって伝導することになる。以上により、放熱体の熱膨張率の低下と、熱伝導率の低下抑制との双方が図られることになる。
【００４６】
請求項２に係る発明によれば、板状体及び鋳造体が、純Ａｌ，Ａｌ合金，純Ｃｕ又はＣｕ合金から形成されているので、放熱性の優れた放熱体を容易且つ確実に形成することができるようになる。
【００４７】
請求項３に係る発明に係る発明によれば、放熱体と絶縁基板とをはんだ接合する際，及び放熱体と絶縁基板とを接合した状態で使用する際に放熱体に反りが発生することを確実に抑制することができる。また、純Ａｌ又はＡｌ合金は、鋳造性に優れているため鋳造欠陥の発生が抑制され、従って、放熱体全体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することができる。
【００４８】
請求項４に係る発明によれば、板状体が圧延材により形成されているので、板状体に内在する，空孔等の内部欠陥の含有を最小限に抑制でき、放熱体の熱伝導率の低下を抑制できる。
【００４９】
請求項５に係る発明によれば、鋳造体を形成する際に放熱体に発生した反りと、この放熱体と被放熱体とをはんだ接合した際に放熱体に発生しようとする反りとが互いに相殺し合い、結果として放熱体と被放熱体との双方が平坦となる。従って、被放熱体と放熱体との密着性が確保されることになるため、被放熱体の熱を放熱体に確実に伝導することができる。
【００５０】
請求項６に係る発明によれば、この放熱体の熱膨張係数を可及的に小さくでき、放熱体の前記反りの発生を抑制することができるとともに、このような構成においても放熱体の熱伝導率の低下を最小限に抑制することができるため、反り発生抑制効果と熱伝導率の低下抑制効果との双方を有するパワーモジュール用基板を提供することができる。
【００５１】
請求項７に係る発明によれば、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数の差に拘わることなく、両者の反りを可及的に抑えつつ良好な熱伝導率を有するパワーモジュール用基板が確実に得られる。
【００５２】
請求項８に係る発明によれば、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数の差に拘わることなく、両者の反りを可及的に抑えつつ良好な熱伝導率を有するパワーモジュールが得られる。
【００５３】
請求項９に係る発明によれば、低熱膨張材を高精度に形成することができるとともに、その配設位置を高精度に位置決めすることができ、熱膨張係数，熱伝導率等の特性を安定させてパワーモジュール用基板を形成することができるため、量産品質を確保することができる。また、絶縁基板が載置される放熱体表面を平滑面とすることを容易且つ確実に実現することができ、放熱体と絶縁基板とを互いに一様に密着させることができるため、絶縁基板からの熱を放熱体に確実に伝導することができる。さらに、放熱体と，この放熱体の熱膨張係数と異なる熱膨張係数の絶縁基板とをはんだ接合した際に放熱体に発生する反りと略同等且つ反対方向の反りが、低熱膨張材を鋳包む際に放熱体に生じるように、板状体の厚さを各別に異ならせて設定することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【符号の説明】
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
１７ａ  板状体
１７ｂ  鋳造体
１８  低熱膨張材（Ｓｉ粒子集合体）
３０  半導体チップ（チップ）
Ｐ  パワーモジュール
【図１】
2004266003.tif 000003