(57)【要約】【課題】電子装置の放熱装置において、放熱装置と発熱源との接合部分の熱疲労によるクラック発生を防止する。【解決手段】放熱装置１は、放熱フィンなどの放熱部１１２を設けた放熱部材１１を有し、放熱部材１１の放熱部１１２の反対側の面に導熱部１１１を形成して、セラミック本体１２を接続する。放熱装置１の導熱部１１１はセラミック本体１２を介して発熱源と接合することにより、両者は熱膨張係数がほぼ等しいため、熱疲労を解消できる。放熱部材１１とセラミック本体１２とは半田接合などにより直接接合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部材を備える放熱装置であって、
前記放熱部材は、発熱源に対する導熱部を有し、前記放熱部材の前記導熱部と反対側の面は、放熱部を有し、前記導熱部には発熱源に直接接するセラミック本体が接続されることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記放熱部材は、放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ又はウォータブロックであることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記セラミック本体の材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記放熱部材と前記セラミック本体との接合は、軟質はんだ接合、硬質はんだ接合、拡散接合、超音波溶接又は銅直接接合（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ：ＤＢＣ）によって接合されることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項５】
放熱部及び放熱部の反対面に発熱源に対する導熱部を設けた放熱部材、及び発熱源に直接接してその熱を伝導するセラミック本体を準備するステップと、
前記放熱部材と前記セラミック本体とを接合するステップと、を含むことを特徴とする放熱装置の製造方法。
【請求項６】
前記放熱部材と前記セラミック本体との接合は、軟質はんだ接合、硬質はんだ接合又は超音波溶接によって行われることを特徴とする請求項５に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項７】
前記放熱部材と前記セラミック本体との接合は、拡散接合によって行われることを特徴とする請求項５に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項８】
前記セラミック本体の材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする請求項５に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項９】
前記放熱部材と前記セラミック本体との接合は、銅直接接合（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ：ＤＢＣ）によって行われることを特徴とする請求項５に記載の放熱装置の製造方法。
【請求項１０】
前記放熱部材は、放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ又はウォータブロックであることを特徴とする請求項５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、放熱装置及びその製造方法に関し、特に、放熱部材とセラミック材料からなる部材とが直接接合されて構成されることにより、放熱装置と発熱源との接合部分に、熱疲労（ｔｈｅｒｍａｌ  ｆａｔｉｇｕｅ）によってクラック（ｃｒａｃｋ）が発生する問題を解決することができる放熱装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術の進歩に伴い、集積回路の体積は、徐々に縮小されている。また、集積回路がさらに多くのデータを処理できるようにするために、集積回路には、従来より数倍以上の数の演算素子が積載されるようになっている。しかし、集積回路内の演算素子の数が増加することにより、演算素子が動作するときに発生する熱も多くなる。ＣＰＵを例に挙げると、最大稼動中のＣＰＵから発生する熱は、ＣＰＵ全体を焼損させるのに十分な熱量である。従って、集積回路の放熱装置は、非常に重要である。
【０００３】
電子装置中のＣＰＵユニット及びチップは、発熱源であるため、動作するとき、熱が発生する。ＣＰＵユニット及びチップの外部パッケージは、主に、セラミック材料からなる。セラミック材料は、熱膨張係数が低く、絶縁物質である上、熱膨張係数がチップに近いため、パッケージ材料及び半導体材料として大量に使用されている。
【０００４】
放熱装置は、一般に、アルミニウム材料及び銅材料が放熱構造の材料とされる。また、ファン、ヒートパイプなどの放熱部材が組み合わされることにより、放熱効果が増強される。しかし、ファン及びヒートパイプを採用することにより、放熱装置全体の信頼性が低下してしまう。
【０００５】
一般に、放熱装置は、全体の構造が簡素であるほど、信頼性が高くなる。また、銅の放熱能力よりも優れた材料を放熱構造の材料とすることにより、熱伝導率を直接改善することができる。
【０００６】
また、放熱装置と発熱源との間の熱応力の問題は、製品の信頼性に関わるもう１つの問題である。発熱源（例えば、ＣＰＵ内のチップ）の熱膨張係数は低いため、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）などの熱膨張係数が低いセラミック材料によってチップをパッケージすることにより、製品の信頼性を高めている。
【０００７】
また、例えば、ＬＥＤの放熱に関し、アルミニウム材料及び銅材料の熱膨張係数は、サファイヤ（ｓａｐｐｈｉｒｅ）よりも遥かに高い。そのため、高輝度ＬＥＤを長期間使用した場合、熱疲労により、アルミニウム材料及び銅材料とサファイヤとの接合部分にクラックが発生し、接合面の熱抵抗が上昇してしまう問題が発生しやすい。放熱境界面の熱抵抗が上昇した場合、高輝度ＬＥＤ製品に熱が蓄積することにより、ＬＥＤチップが損傷し、発光体が損壊する虞がある。
【０００８】
従って、発熱源外部のセラミック材料と金属材料からなる放熱装置との接合部分に、熱膨張係数の相違によって発生する熱疲労により、クラックが発生する問題の早急な解決が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−９５９４４号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３５５９号公報
【特許文献１】特表２００５−５１０３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主な目的は、放熱装置と発熱源との接合部分に、熱疲労によってクラックが発生する問題を解決することができる放熱装置を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、放熱装置と発熱源との接合部分に、熱疲労によってクラックが発生する問題を解決することができる放熱装置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】
上述の課題を解決するために、本発明の放熱装置は、放熱部材を具える。
【００１２】
放熱部材は、半導体装置などの発熱源に対する導熱部を有する。放熱部材の導熱部と反対側の面は、放熱フィンなどの放熱部を有する。導熱部には、発熱源に直接接合して熱を伝導するセラミック本体が接続される。
【００１３】
放熱部材は、フィンを具えた放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ又はウォータブロックである。
【００１４】
セラミック本体の材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。
【００１５】
上述の課題を解決するために、本発明の放熱装置の製造方法は、以下のステップを含む。
【００１６】
放熱フィンなどの放熱部及びその反対側の面に半導体装置などの発熱源に相対する導熱部を形成した放熱部材及び発熱源に直接接合されて熱を伝導するセラミック本体を準備する。
【００１７】
放熱部材とセラミック本体とを接合する。
【００１８】
放熱部材とセラミック本体との接合は、軟質はんだ接合、硬質はんだ接合、拡散接合、超音波溶接又は銅直接接合（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ：ＤＢＣ）によって行われる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の放熱装置は、セラミック本体と放熱部材とが直接接合されて構成される。使用される際、セラミック本体と発熱源外部のセラミック外表面とが接合されることにより、放熱装置と発熱源との接合部分に、熱膨張係数の相違によって発生する熱疲労により、クラックが発生する問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態による放熱装置を示す側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態による放熱装置を示す斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態による放熱装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の第４実施形態による放熱装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の目的、特徴および効果を示す実施形態を図面に沿って詳細に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１〜図３を参照する。図１は、本発明の第１実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による放熱装置を示す側面図である。図１〜図３に示すように、本発明の第１実施形態による放熱装置１は、放熱部材１１を具える。
【００２３】
放熱部材１１は、導熱部１１１を有する。放熱部材１１の導熱部１１１と反対側の側面は、放熱部１１２を有する。導熱部１１１には、セラミック本体１２が接続される。本実施形態中、放熱部材１１は、放熱器である。また、セラミック本体１２の材料は、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムである。
【００２４】
（第２実施形態）
図４及び図５を参照する。図４は、本発明の第２実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。図５は、本発明の第２実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図４及び図５に示すように、本発明の第２実施形態による放熱装置は、第１実施形態による放熱装置と一部構造及び接続関係が同一であるため、同一部分は、ここでは繰り返して述べない。本発明の第２実施形態による放熱装置は、放熱部材１１が板型ヒートパイプである点が第１実施形態と異なる。セラミック本体１２は、放熱部材１１の導熱部１１１に接合される。
【００２５】
（第３実施形態）
図６を参照する。図６は、本発明の第３実施形態による放熱装置を示す断面図である。図６に示すように、本発明の第３実施形態による放熱装置は、第１実施形態による放熱装置と一部構造及び接続関係が同一であるため、同一部分は、ここでは繰り返して述べない。本発明の第３実施形態による放熱装置は、放熱部材１１がヒートパイプである点が第１実施形態と異なる。セラミック本体１２には、放熱部材１１の導熱部１１１が接合される。
【００２６】
（第４実施形態）
図７及び図８を参照する。図７は、本発明の第４実施形態による放熱装置を示す分解斜視図である。図８は、本発明の第４実施形態による放熱装置を示す斜視図である。図７及び図８に示すように、本発明の第４実施形態による放熱装置は、第１実施形態による放熱装置と一部構造及び接続関係が同一であるため、同一部分は、ここでは繰り返して述べない。本発明の第４実施形態による放熱装置は、放熱部材１１がウォータブロックである点が第１実施形態と異なる。セラミック本体１２は、放熱部材１１の導熱部１１１に接合される。
【００２７】
図９を参照する。図９は、本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法を示すフロー図である。図１〜図８を合わせて参照する。本発明の一実施形態による放熱装置の製造方法は、以下のステップからなる。
【００２８】
Ｓ１：放熱部材及びセラミック本体を準備する。
【００２９】
Ｓ１において、放熱部材１１及びセラミック本体１２を準備する。放熱部材１１は、放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ又はウォータブロックである。セラミック本体１２の材料は、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムである。
【００３０】
Ｓ２：放熱部材とセラミック本体とを接合する。
【００３１】
Ｓ２において、放熱部材１１の導熱部１１１とセラミック本体１２とを接合する。放熱部材１１とセラミック本体１２との接合は、軟質はんだ接合、硬質はんだ接合、拡散接合、超音波溶接又は銅直接接合によって行われる。
【００３２】
本発明の放熱装置は、放熱部材１１（例えば、放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ、ウォータブロックなど）と発熱源との間にセラミック本体１２が接合されて構成される。セラミック本体１２の熱膨張係数は、発熱源の外部に封止されたセラミックパッケージの熱膨張係数に近いため、放熱装置１１と発熱源との接合部分に、熱膨張係数の相違によって発生する熱疲労により、クラックが発生する問題を解決することができ、放熱部材の適用範囲を広げることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  放熱装置
１１  放熱部材
１１１  導熱部
１１２  放熱部
１２  セラミック本体
【図１】
2013055218.tif 000003
【図２】
2013055218.tif 000004
【図３】
2013055218.tif 000005
【図４】
2013055218.tif 000006
【図５】
2013055218.tif 000007
【図６】
2013055218.tif 000008
【図７】
2013055218.tif 000009
【図８】
2013055218.tif 000010
【図９】
2013055218.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月21日(2012.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部材を備える放熱装置であって、
前記放熱部材は、発熱源に対する導熱部を有し、前記放熱部材の前記導熱部と反対側の面は、放熱部を有し、前記導熱部には発熱源に直接接するセラミック本体が接続されることを特徴とする放熱装置。
【請求項２】
前記放熱部材は、放熱器、板型ヒートパイプ、ヒートパイプ又はウォータブロックであることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記セラミック本体の材料は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）であることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記放熱部材と前記セラミック本体との接合は、軟質はんだ接合、硬質はんだ接合、拡散接合、超音波溶接又は銅直接接合（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ：ＤＢＣ）によって接合されることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。