(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク材と、電子回路チップが実装される熱伝導層とを有し、前記ヒートシンク材に冷却フィンが取り付けられる電子回路用部材において、
前記熱伝導層は、
銅で構成され、前記電子回路チップが実装される電極と、
絶縁基板として機能する層と、
銅で構成された中間層と、
前記電極と前記絶縁基板として機能する層との間に介在され、活性元素を含む第１接合材と、
前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間に介在され、活性元素を含む第２接合材と、
前記中間層と前記ヒートシンク材との間に介在され、活性元素を含む第３接合材とを有し、
前記ヒートシンク材のうち、前記冷却フィンが取り付けられる面が外方に向かって凸形状とされていることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項２】
請求項１記載の電子回路用部材において、
前記絶縁基板として機能する層、前記接合材及び前記ヒートシンク材の熱膨張率が、３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋであることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電子回路用部材において、
前記第１接合材〜第３接合材は、それぞれ活性元素を含む硬ろう材であることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子回路用部材において、
前記活性元素は、周期律表第２Ａ族、第３Ａ族、第４Ａ族、第５Ａ族、第３Ｂ族又は第４Ｂ族のいずれかに属する元素の少なくとも１つであることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子回路用部材において、
前記ヒートシンク材は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｅ2Ｃ、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つを構成材料とすることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項６】
請求項５記載の電子回路用部材において、
前記ヒートシンク材は、ＳｉＣ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されていることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項７】
請求項５記載の電子回路用部材において、
前記ヒートシンク材は、Ｃ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されていることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電子回路用部材において、
前記絶縁基板として機能する層は、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層であることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項９】
請求項１記載の電子回路用部材において、
前記ヒートシンク材の凸形状の突出量が前記ヒートシンク材の最大長に対して１／２００〜１／２００００であることを特徴とする電子回路用部材。
【請求項１０】
銅で構成され、電子回路チップが実装される電極と、絶縁基板として機能する層との間に活性元素を含む第１接合材を介在させ、前記絶縁基板として機能する層とヒートシンク材との間に銅で構成された中間層を介在させ、前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間に活性元素を含む第２接合材を介在させ、前記中間層と前記ヒートシンク材との間に活性元素を含む第３接合材を介在させて、これらの部材を接合する接合工程と、
前記部材を接合した後に、熱処理を行う熱処理工程とを有することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記接合工程は、加圧を伴って行うことを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記加圧力は０．２ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下であることを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記絶縁基板として機能する層、前記第１接合材〜第３接合材並びにヒートシンク材として、それぞれ熱膨張率が、３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋのものを使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記接合材として、活性元素を含む硬ろう材を使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記活性元素として、周期律表第２Ａ族、第３Ａ族、第４Ａ族、第５Ａ族、第３Ｂ族又は第４Ｂ族のいずれかに属する元素の少なくとも１つを使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記ヒートシンク材として、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｅ2Ｃ、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つを構成材料とするものを使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記ヒートシンク材として、ＳｉＣ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されているものを使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記ヒートシンク材として、Ｃ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されているものを使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の電子回路用部材の製造方法において、
前記絶縁基板として機能する層として、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層を使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
【請求項２０】
ヒートシンク材と、熱伝導層と、前記ヒートシンク材上に前記熱伝導層を介して実装された電子回路チップとを有し、前記ヒートシンク材に冷却フィンが取り付けられる電子部品において、
前記熱伝導層は、
銅で構成され、前記電子回路チップが実装される電極と、
絶縁基板として機能する層と、
銅で構成された中間層と、
前記電極と前記絶縁基板として機能する層との間に介在され、活性元素を含む第１接合材と、
前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間に介在され、活性元素を含む第２接合材と、
前記中間層と前記ヒートシンク材との間に介在され、活性元素を含む第３接合材とを有し、
前記ヒートシンク材のうち、前記冷却フィンが取り付けられる面が外方に向かって凸形状とされていることを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体等で構成された電子回路チップを冷却するために使用される電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体装置にとって熱は大敵であり、内部温度が最大許容接合温度を越えないようにしなければならない。また、パワートランジスタや半導体整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電力が大きいため、半導体装置のケース（パッケージ）やリードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出しきれず、装置の内部温度が上昇して熱破壊を引き起こすおそれがある。
【０００３】
この現象は、ＣＰＵを搭載した半導体装置においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重要な事項となってきている。
【０００４】
前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計においては、半導体装置のケース（パッケージ）に放熱面積の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設計や実装設計が行われている。
【０００５】
前記ヒートシンク用の材料としては、一般に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が使用されている。
【０００６】
近時、ＣＰＵやメモリ等の半導体装置においては、低消費電力を目的とした低電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面積の拡大化に伴って半導体装置自体が大型化する傾向にある。半導体装置が大型化すると、半導体基体（シリコンやＧａＡｓ等の半導体素子並びにＡｌＮ又はＳｉ3Ｎ4等の絶縁基板を含む）とヒートシンクとの熱膨張の差によって生じる応力が大きくなり、半導体装置の剥離現象や機械的破壊、半導体素子の誤動作等が生じるおそれがある。
【０００７】
これを防止するためには、半導体装置の低電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。半導体装置の低電力駆動は、現在、電源電圧として、従来から用いられてきたＴＴＬレベル（５Ｖ）を脱して、３．３Ｖ以下のレベルが実用化されている。
【０００８】
一方、ヒートシンクの構成材料としては、単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシリコンやＧａＡｓと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。
【０００９】
ヒートシンク材の改善に関しては、多種多様の報告があり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用した例や、Ｃｕ（銅）−Ｗ（タングステン）を用いた例などがある。また、Ｃｕ−Ｗは、Ｗの低熱膨張性とＣｕの高熱伝導性を兼ね備えた複合材料である。
【００１０】
その他の例としては、ＳｉＣを主成分とするセラミック基材に金属Ｃｕを２０〜４０体積％の割合で含有させたもの（従来例１：特許文献１参照）や、無機物質からなる粉末焼結多孔質体にＣｕを５〜３０ｗｔ％含浸させたもの（従来例２：特許文献２参照）などが提案されている。しかしながら、これらのヒートシンク材は、特性、加工性、価格等のバランスにおいて市場要求を必ずしも充足しているとは言い難い。
【００１１】
ここで、熱対策を施した従来の電子部品１００を図１５を参照しながら説明する。この電子部品１００は、ヒートシンク材１０２上に熱伝導層１０４及び下地層１０６を介してＩＣチップ１０８が実装されて構成されている。熱伝導層１０４は、ヒートシンク材１０２を被覆するように形成されたＮｉめっき層１１０上に、Ｃｕ又はＡｌによる下部電極層１１２、絶縁層（ＡｌＮ層）１１４及びＣｕ又はＡｌによる上部電極層１１６からなる積層体１１８が接合されて構成されている。Ｎｉめっき層１１０と積層体１１８との接合は、半田層１２０で行うようにしているが、この場合、積層体１１８と半田層１２０との間には、下部電極層１１２の半田層１２０に対する濡れ性を良好とするために、Ｎｉ層１２２を介在させるようにしている。
【００１２】
積層体１１８上には半田層１２４を介してＩＣチップ１０８が実装されている。この場合も、積層体１１８と半田層１２４との間には、上部電極層１１６の半田層１２４に対する濡れ性を良好にするためにＮｉ層１２６を介在させ、ＩＣチップ１０８と半田層１２４との間に、該ＩＣチップ１０８の半田層１２４に対する濡れ性を良好にするためにＮｉ層１２８を介在させるようにしている。
【００１３】
また、他の従来例に係る電子部品２００（例えば特開平１１−３０７６９６号公報参照）は、図１６に示すように、半導体チップで発生する熱を放熱するための金属ベース板２０２と、半導体チップ２０４を金属ベース板２０２から絶縁するためのセラミック板２０６と、該セラミック板２０６の上面にロウ材２０８を介して設けられた上部電極２１０と、セラミック板２０６の下面にロウ材２１２を介して設けられた下部電極２１４と、金属ベース板２０２とセラミック板２０６との間隔を広げるための金属スペーサ２１６と、金属ベース板２０２に金属スペーサ２１６を固着するためのロウ材２１８と、上部電極２１０上に半導体チップ２０４を固着するための半田層２２０と、金属スペーサ２１６上に下部電極２１４を固着するための半田層２２２とを有して構成されている。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２７９５６９号公報
【特許文献２】特開昭５９−２２８７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述の図１５に示す従来の電子部品１００においては、ヒートシンク材１０２にＮｉめっき層１１０を形成する第１の工程と、ＩＣチップ１０８の下面にＮｉ層１２８を形成する第２の工程と、絶縁層１１４の両面にそれぞれＡｌによる上部電極層１１６及び下部電極層１１２を形成して積層体１１８を作製する第３及び第４の工程と、上部電極層１１６の端面及び下部電極層１１２の端面にそれぞれＮｉ層１２６及び１２２を形成する第５及び第６の工程と、積層体１１８をヒートシンク材１０２のＮｉめっき層１１０上に半田層１２０を介して接合する第７の工程と、積層体１１８上にＩＣチップ１０８を半田層１２４を介して接合する第８の工程の少なくとも８つの工程が必要であり、製造工程が煩雑であるという問題がある。これは、結果として最終製品でのコストの増大を招くこととなる。
【００１６】
また、積層する部材の数が多いため、小型化を考慮すると半田層１２０の厚みを薄くすることが考えられるが（例えば数百μｍ）、半田層１２０自体の放熱性が悪いことと、放熱性の妨げとなる接合界面（異種材料による接合界面）が多いことから、ＩＣチップ１０８からの発熱を効率よくヒートシンク材１０２に導くことができないという不都合が生じるおそれがある。
【００１７】
更に、半田層１２０による接合であるため、熱サイクルや熱衝撃にさらされた際に、耐久特性が劣化するおそれもある。即ち、熱サイクルもしくは熱衝撃を受けた際に、（１）絶縁基板に反り、（２）電極の剥離、（３）絶縁基板へのクラック、（４）半田付け部へのクラック等が発生し、半導体素子の動作不良をもたらすこととなる。この点は、図１６に示す他の従来例に係る電子部品２００においても同様である。
【００１８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、製造工程を大幅に低減することができ、製造コストの低廉化を有効に図ることができ、しかも熱的信頼性を向上させることができる電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る電子回路用部材は、ヒートシンク材と、電子回路チップが実装される熱伝導層とを有し、前記ヒートシンク材に冷却フィンが取り付けられる電子回路用部材において、前記熱伝導層は、銅で構成され、前記電子回路チップが実装される電極と、絶縁基板として機能する層（便宜的に絶縁基板と記す）と、銅で構成された中間層と、前記電極と前記絶縁基板との間に介在され、活性元素を含む第１接合材と、前記絶縁基板と前記中間層との間に介在され、活性元素を含む第２接合材と、前記中間層と前記ヒートシンク材との間に介在され、活性元素を含む第３接合材とを有し、前記ヒートシンク材のうち、前記冷却フィンが取り付けられる面が外方に向かって凸形状とされていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、接合材に含まれる活性金属によって、絶縁基板と接合材とが強固に接合されると共に、ヒートシンク材と接合材とが強固に接合され、結果的に絶縁基板とヒートシンク材とが強固に接合されることとなる。
【００２１】
また、接合材に含まれる活性金属によって、絶縁基板と中間層とが強固に接合されると共に、中間層とヒートシンク材とが強固に接合され、結果的に絶縁基板とヒートシンク材とが強固に接合されることとなる。
【００２２】
しかも、中間層の存在により、熱衝撃時における絶縁基板とヒートシンク材との間の熱膨張差を緩和することができ、該電子回路用部材全体の接合性を向上させることができる。即ち、前記中間層によって電子回路用部材の耐熱衝撃性を向上させることができる。
【００２３】
そして、本発明においては、前記絶縁基板として機能する層、前記接合材、ヒートシンク材及び中間層の熱膨張率を３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋとすることが好ましい。また、中間層は、熱衝撃時に発生する応力を緩和できるように３×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋの熱膨張率をもつこと、もしくは、熱膨張により発生する応力が少なくなるよう低ヤング率で低耐力の材料であることが好ましい。このことから、中間層として銅を用いることができる。
【００２４】
これにより、この電子回路用部材に例えばＩＣチップが実装されて電子部品とされ、該電子部品の使用に伴ってＩＣチップの温度が上昇しても、ヒートシンク材と絶縁基板との剥離は生じない。
【００２５】
特に、前記接合材として、活性元素を含む硬ろう材を用いることが好ましい。この場合、接合後の接合材の平均厚みは、５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下、更に望ましくは５μｍ以下である。この厚みは加圧によって制御可能である。半田層を用いた場合と比して、放熱性に優れるため、上述のＩＣチップからの発熱が効率よくヒートシンク材に伝達され、電子部品に対する熱設計を容易に行うことができる。また、熱サイクルや熱衝撃等にさらされた場合でも絶縁基板にクラック等は生じず、熱的信頼性の向上を図ることができる。
【００２６】
即ち、半田付けを用いた場合、熱サイクルもしくは熱衝撃を受けた際に、（１）絶縁基板に反り、（２）電極の剥離、（３）絶縁基板へのクラック、（４）半田付け部へのクラック等が発生し、半導体素子の動作不良をもたらすが、本発明においては、上記一連の不具合を生じず、信頼性の高い電子回路用部材並びに電子部品を提供することができる。
【００２７】
前記活性元素としては、周期律表第２Ａ族、第３Ａ族、第４Ａ族、第５Ａ族、第３Ｂ族又は第４Ｂ族のいずれかに属する元素の少なくとも１つを用いることができる。
【００２８】
前記ヒートシンク材としては、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｅ2Ｃ、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つを構成材料とするものを使用することができる。
【００２９】
特に、前記ヒートシンク材として、ＳｉＣ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されたものや、Ｃ（カーボン）母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されたものを用いることにより、低熱膨張率、高熱伝導率を達成させることができ、絶縁基板との熱膨張率の不整合を大きく低減して、ほとんど整合させることが可能となり、これにより、接合時の絶縁基板への残留応力の発生が抑制され、大面積での接合処理が可能となる。
【００３０】
前記絶縁基板として機能する層としては、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層を用いることができる。これにより、熱膨張率がＩＣチップとほぼ同じで、しかも、熱伝導率の高い絶縁基板を構成することができる。
【００３１】
また、前記ヒートシンク材のうち、冷却フィンが取り付けられる面を外方に向かって凸形状とすることが好ましい。但し、ヒートシンク材と冷却ファンとの間には、グリースが用いられるため、通常は平面に近い形状であっても使用できることはもちろんである。
【００３２】
そして、冷却フィンが取り付けられる面を外方に向かって凸形状とする場合は、前記ヒートシンク材の凸形状の突出量が前記ヒートシンク材の最大長に対して１／２００〜１／２００００であることが好ましい。これにより、ヒートシンク材に冷却フィンを例えばネジ止め等によって固定する場合に、ヒートシンク材と冷却フィンとの固定作業が容易になると共に、これらの部材の密着性を上げることができ、放熱性を高めることができる。
【００３３】
次に、本発明に係る電子回路用部材の製造方法は、銅で構成され、電子回路チップが実装される電極と、絶縁基板として機能する層との間に活性元素を含む第１接合材を介在させ、前記絶縁基板として機能する層とヒートシンク材との間に銅で構成された中間層を介在させ、前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間に活性元素を含む第２接合材を介在させ、前記中間層と前記ヒートシンク材との間に活性元素を含む第３接合材を介在させて、これらの部材を接合する接合工程と、前記部材を接合した後に、熱処理を行う熱処理工程とを有することを特徴とする。これにより、製造工程を大幅に低減することができ、製造コストの低廉化を有効に図ることができ、しかも熱的信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、前記接合工程は、前記ヒートシンク材と前記層との接合時に、加圧を行うようにしてもよい。この加圧力は０．２ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下であることが好ましい。ヒートシンク材への絶縁基板として機能する層の接合、あるいは絶縁基板として機能する層と中間層との接合及び該中間層とヒートシンク材との接合が強固になるからである。
【００３５】
前記絶縁基板として機能する層、前記接合材、ヒートシンク材及び中間層として、それぞれ熱膨張率が、３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋのものを使用することが好ましい。また、中間層は、熱衝撃時に発生する応力を緩和できるように３×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋの熱膨張率をもつこと、もしくは、熱膨張により発生する応力が少なくなるよう低ヤング率で低耐力の材料であることが好ましい。このことから、中間層として例えば銅を用いることができる。
【００３６】
また、前記接合材として、活性元素を含む硬ろう材を使用することが好ましい。この場合、前記加圧によって、ろう材の厚みを制御することが可能となり、従来の数百μｍ厚の半田層と比較して、放熱性に優れた良好な接合体が得られる。
【００３７】
そして、前記活性元素として、周期律表第２Ａ族、第３Ａ族、第４Ａ族、第５Ａ族、第３Ｂ族又は第４Ｂ族のいずれかに属する元素の少なくとも１つを使用することが好ましい。
【００３８】
また、前記ヒートシンク材として、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｅ2Ｃ、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つを構成材料とするものを使用することが好ましい。
【００３９】
特に、前記ヒートシンク材として、ＳｉＣ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されているものや、Ｃ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸された複合材料で構成されているものを使用することが好ましい。また、前記絶縁基板として機能する層として、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層を使用することが好ましい。
【００４０】
次に、本発明に係る電子部品は、ヒートシンク材と、熱伝導層と、前記ヒートシンク材上に前記熱伝導層を介して実装された電子回路チップとを有し、前記ヒートシンク材に冷却フィンが取り付けられる電子部品において、前記熱伝導層は、銅で構成され、前記電子回路チップが実装される電極と、絶縁基板として機能する層と、銅で構成された中間層と、前記電極と前記絶縁基板として機能する層との間に介在され、活性元素を含む第１接合材と、前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間に介在され、活性元素を含む第２接合材と、前記中間層と前記ヒートシンク材との間に介在され、活性元素を含む第３接合材とを有し、前記ヒートシンク材のうち、前記冷却フィンが取り付けられる面が外方に向かって凸形状とされていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明に係る電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品の実施の形態例を図１〜図１４を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａは、図１に示すように、第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａに下地層１４を介してＩＣチップ１６が実装され、更に、電子回路用部材１２Ａの下面に冷却フィン１８が固定されて構成されている。
【００４３】
そして、第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａは、図２に示すように、ヒートシンク材２０上に熱伝導層２２を有して構成されている。
【００４４】
熱伝導層２２は、少なくとも絶縁基板として機能する層（以下、便宜的に絶縁基板２４と記す）と前記ヒートシンク材２０との間に活性元素を含む第１の接合材２６が介在されて構成されている。
【００４５】
この第１の実施の形態では、前記熱伝導層２２は、前記第１の接合材２６及び絶縁基板２４と、該絶縁基板２４上に形成された第２の接合材２８と、該第２の接合材２８上に形成されたＣｕ又はＡｌからなる電極３０とから構成されている。
【００４６】
ここで、絶縁基板２４は、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層を用いることができる。絶縁基板２４としてＡｌＮ層を用いた場合、該ＡｌＮ層の熱膨張率は、ＡｌとＮのモル組成比に依存して変化するが、概ね３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋの範囲内である。従って、ヒートシンク材２０の熱膨張率は、３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋであることが好ましい。例えば、絶縁基板（ＡｌＮ層）２４の熱膨張率が３．０×１０-6／Ｋであり、かつヒートシンク材２０の熱膨張率が１．０×１０-5／Ｋを超える熱膨張率を有するものである場合には、電子部品１０Ａが使用されることに伴って該電子部品１０Ａの温度が上昇した際、ヒートシンク材２０と絶縁基板２４とが互いに剥離するおそれがあるからである。
【００４７】
絶縁基板２４におけるＡｌとＮとのモル組成比は、Ａｌ：Ｎ＝０．８：１．２〜１．２：０．８であることが好ましい。この場合、絶縁基板２４は、確実に３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋの熱膨張率と１５０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を示すからである。
【００４８】
また、ヒートシンク材２０の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。１５０Ｗ／ｍＫ未満であると、電子部品１０Ａが使用されることに伴ってＩＣチップ１６が発した熱を電子部品１０Ａの外部へと伝達させる速度が遅くなるので、該電子部品１０Ａの温度を一定に保持する効果に乏しくなるからである。
【００４９】
ヒートシンク材２０の構成材料は、熱伝導率や熱膨張率が上記した範囲内となるようなものであれば特に限定されないが、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＢｅＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｂｅ2Ｃ、Ｃ、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｓｉからなる群から選択された少なくとも１つを好適な例として挙げることができる。即ち、ヒートシンク材２０は、これらの中から選定された単体または２つ以上からなる複合材から構成することができる。複合材としては、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０Ａ（図３参照）やＣ／Ｃｕ複合材２０Ｂ（図４参照）を例示することができる。
【００５０】
ＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０Ａは、図３に示すように、ＳｉＣで構成された多孔質焼結体４０の開気孔４２内に溶融したＣｕ又はＣｕ合金４４を含浸し、次いで、このＣｕ又はＣｕ合金４４を固化することにより得られる。
【００５１】
Ｃ／Ｃｕ複合材２０Ｂは、図４に示すように、カーボン又はその同素体を予備焼成してネットワーク化することによって得られる多孔質焼結体５０の開気孔５２内に溶融したＣｕ又はＣｕ合金５４を含浸し、次いで、このＣｕ又はＣｕ合金５４を固化することにより得られるものであって、例えば特願２０００−８０８３３号に示される部材である。
【００５２】
ヒートシンク材２０が上述した複合材料や合金からなる場合、熱膨張率や熱伝導率は、構成成分の組成比を設定することにより、上記した範囲内（熱膨張率３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋ：、熱伝導率：１５０Ｗ／ｍＫ以上）に制御することができる。
【００５３】
第１及び第２の接合材２６及び２８は、活性元素を含む硬ろう材であることが好ましい。この場合、活性元素は、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｂｅ等の周期律表第２Ａ族、Ｃｅ等の第３Ａ族、Ｔｉ、Ｚｒ等の第４Ａ族、又は、Ｎｂ等の第５Ａ族、Ｂ、Ｓｉ等の第３Ｂ族、第４Ｂ族に属する元素の少なくとも１つを使用することができる。第１の実施の形態では、前記第１及び第２の接合材２６及び２８として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉの硬ろう材又はＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉの硬ろう材を使用した。この場合、活性元素はＴｉである。
【００５４】
一方、下地層１４は、図１に示すように、前記熱伝導層２２上に形成された半田層６０と、ＩＣチップ１６の半田層６０に対する濡れ性を良好にするためのＮｉ層６２とを有して構成されている。
【００５５】
そして、第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａを使用する場合は、ヒートシンク材２０の下面に、例えばＡｌやＣｕで構成された冷却フィン１８が例えばネジ止め（図示せず）によって固定される。特に、第１の実施の形態では、図２に示すように、ヒートシンク材２０のうち、前記冷却フィン１８が取り付けられる面（下面）２０ａが外方に向かって凸形状とされている。
【００５６】
具体的には、後述するように、熱伝導層２２を形成した段階で、熱処理を行うことで電極３０の熱収縮が進み、これにより、熱伝導層２２が形成されたヒートシンク材２０の下面２０ａが外方に向かって凸となるように反り、結果的に、ヒートシンク材２０の下面２０ａが外方に向かって凸形状となる。この場合、反り量は、ヒートシンク材２０の最大長に対して１／２００〜１／２００００であることが好ましい。この範囲外であると、冷却フィン１８の締め付けの密着性が悪くなり、放熱性の面で不具合が生じたり、部材の破損等の問題が生じるからである。
【００５７】
次に、第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａ及び電子部品１０Ａの製造方法について図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら説明する。
【００５８】
第１の実施の形態に係る製造方法は、まず、図５Ａに示すセッティング工程において、ヒートシンク材２０上に、第１の接合材２６、絶縁基板２４、第２の接合材２８及び電極３０の順に載置（セッティング）する。このセッティングは、例えば大気中で行われる。
【００５９】
次に、図５Ｂに示す接合工程において、前記第１の接合材２６、絶縁基板２４、第２の接合材２８及び電極３０がセッティングされたヒートシンク材２０を治具７０上に固定し、例えば１．０×１０-5Ｔｏｒｒ以下の真空中にて、上方から加圧を行いながら、昇温・降温を行って接合する。この接合処理によって、図２に示すように、電極３０、絶縁基板２４及びヒートシンク材２０が一体化された接合体、即ち、電子回路用部材１２Ａが得られる。
【００６０】
前記接合工程での加圧は、０．２ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下の力で加圧することが好ましい。この場合、接合後の第１及び第２の接合材２６及び２８の平均厚みは、５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下、更に望ましくは５μｍ以下である。この厚みは前記加圧によって制御可能である。
【００６１】
前記接合時に行われる昇温・降温処理によって、熱膨張率の違いから、上層の電極３０の熱収縮が他の構成膜よりも進行し、これにより、図２に示すように、全体（熱伝導層２２とヒートシンク材２０）がヒートシンク材２０の下面２０ａ側を凸とするように反ることとなる。この反りは、ヒートシンク材２０としてＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０ＡやＣ／Ｃｕ複合材２０Ｂを用いた場合に顕著となる。反り量は、上述したように、ヒートシンク材２０の最大長に対して１／２００〜１／２００００である。
【００６２】
なお、ヒートシンク材２０として、純ＣｕやＣｕ合金を用いた場合は、上述とは反対にヒートシンク材２０の下面２０ａ側が凹となるように反ることとなる。この場合、図１に示すような冷却フィン１８を取り付けることが困難になることから、ヒートシンク材２０の下面２０ａを平坦化するための加工（後加工）が必要になり、製造工程の増大を引き起こすという不都合がある。従って、ヒートシンク材２０としては、上述したように、ＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０ＡやＣ／Ｃｕ複合材２０Ｂを用いることが好ましい。
【００６３】
第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａが作製された後は、通常の工程が行われる。即ち、まず、電極３０の表面に回路パターンを形成する。具体的には、電極３０の全面に回路形成用のレジストを印刷し、該レジストに対してエッチングしない部分のみ選択的に硬化した後、非硬化部分を除去し、露出した銅を塩化第２銅水溶液でエッチングして、電極３０の表面に回路パターンを形成する。
【００６４】
その後、回路間のロウ材を除くために、酸性フッ化アンモニウム水溶液にて洗浄し、更に、数回水洗した。その後、金属部の表面に保護層としてＮｉ−Ｐめっきを施して、保護層付きの回路パターンを形成した。
【００６５】
次いで、電極３０の回路パターン上にＩＣチップ１６を接合した。第１の実施の形態では、市販の例えばシリコン系ＩＧＢＴ（パワー半導体素子）を低温半田により接合した。更に、図示しないが、ワイヤボンディングにより、ＩＣチップ１６の端子に金属ワイヤを電気的に接続すると共に、電極３０の回路パターンにも同様に金属ワイヤを接続した。
【００６６】
その後、このＩＣチップ１６が接合された電子回路用部材１２Ａをパッケージ内に収容し、該パッケージの内部に、市販のポッティング用シリコーンゲルを注入し、硬化して、前記電子回路用部材１２Ａの電気的絶縁性を高め、更に、機械的信頼性を確保すべく封止して、第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａ、この場合は、パワー半導体装置を作製した。
【００６７】
このように、第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａ、その製造方法並びに電子部品１０Ａにおいては、絶縁基板２４とヒートシンク材２０とを活性元素を含む第１の接合材２６で接合するようにしたので、第１の接合材２６に含まれる活性金属によって、絶縁基板２４と第１の接合材２６とが強固に接合されると共に、ヒートシンク材２０と第１の接合材２６とが強固に接合され、結果的に絶縁基板２４とヒートシンク材２０とが強固に接合されることとなる。
【００６８】
従って、ヒートシンク材２０と絶縁基板２４との間に、Ｎｉめっき層、半田層、Ｎｉ層及び下部電極層を介在させる必要がなくなり、上述の第１の接合材２６のみでよい。従って、本実施の形態においては、製造工程を大幅に低減することができ、製造コストの低廉化を有効に図ることができる。
【００６９】
そして、第１の実施の形態においては、絶縁基板２４、第１の接合材２６及びヒートシンク材２０の熱膨張率を３．０×１０-6〜１．０×１０-5／Ｋとしたので、この電子回路用部材１２Ａに例えばＩＣチップ１６が実装されて本実施の形態に係る電子部品１０Ａとされ、該電子部品１０Ａの使用に伴ってＩＣチップ１６の温度が上昇しても、ヒートシンク材２０と絶縁基板２４との剥離は生じなくなり、信頼性を向上させることができる。
【００７０】
特に、第１の実施の形態では、第１の接合材２６として、活性元素を含む硬ろう材を用いるようにしたので、半田層を用いた場合と比して、放熱性に優れるため、上述のＩＣチップ１６からの発熱が効率よくヒートシンク材２０に伝達され、電子部品１０Ａに対する熱設計を容易に行うことができる。また、熱サイクルや熱衝撃等にさらされた場合でも絶縁基板２４にクラック等は生じにくくなり、熱的信頼性の向上を図ることができる。
【００７１】
即ち、従来のように半田付けを用いた場合、熱サイクルもしくは熱衝撃を受けた際に、（１）絶縁基板２４に反り、（２）電極３０の剥離、（３）絶縁基板２４へのクラック、（４）半田付け部へのクラックが発生し、半導体素子の動作不良をもたらすが、本実施の形態においては、上記一連の不具合が生じることがなく、信頼性の高い電子回路用部材１２Ａ並びに電子部品１０Ａを提供することができる。
【００７２】
また、前記ヒートシンク材２０として、ＳｉＣ母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸されたＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０Ａで構成されたものや、Ｃ（カーボン）母材にＣｕ又はＣｕ合金が含浸されたＣ／Ｃｕ複合材２０Ｂで構成されたものを用いるようにしたので、低熱膨張率、高熱伝導率を達成させることができ、絶縁基板２４との熱膨張率の不整合を大きく低減して、ほとんど整合させることが可能となり、これにより、接合時の絶縁基板２４への残留応力の発生が抑制され、大面積での接合処理が可能となる。
【００７３】
例えば、Ｃ／Ｃｕ複合材２０Ｂでは、上述した特願２０００−８０８３３号に示されるように、材料物性の１つであるヤング率が極端に低いため、接合後、残留応力が生じにくい。これにより、絶縁基板２４へのクラックや絶縁基板２４の剥離が生じにくくなる。
【００７４】
また、絶縁基板２４として、ＡｌＮ層又はＳｉ3Ｎ4層を用いるようにしたので、熱膨張率がＩＣチップ１６とほぼ同じで、しかも、熱伝導率の高い絶縁基板２４を構成することができる。
【００７５】
また、ヒートシンク材２０のうち、冷却フィン１８が取り付けられる面２０ａを外方に向かって凸形状としたので、ヒートシンク材２０に冷却フィン１８を例えばネジ止め等によって固定する場合に、ヒートシンク材２０と冷却フィン１８との固定作業が容易になると共に、これらの部材の密着性を上げることができ、放熱性を高めることができる。
【００７６】
次に、２つの実験例（第１及び第２の実験例）について図６〜図９を参照しながら説明する。ここで、第１及び第２の実験例では、実施例１〜８と比較例１及び２について試験したものであり、これら実施例１〜８と比較例１及び２の構成上の違いは図６に示す。
【００７７】
即ち、実施例１は、絶縁基板２４として、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫであって、縦×横が４０×５０ｍｍで、厚みが０．６３５ｍｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）製絶縁基板を用い、電極３０として、縦×横が３５×４５ｍｍで、厚みが０．３０ｍｍのＣｕ（純銅）製の電極を用い、ヒートシンク材２０として、縦×横が５０×８０ｍｍで、厚みが３．０ｍｍのＣ／Ｃｕ複合材を用いた。
【００７８】
そして、絶縁基板２４とヒートシンク材２０との間、並びに電極３０と絶縁基板２４との間に、第１及び第２の接合材２６及び３０である市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉロウ材（Ａｇ−３５．２５Ｃｕ−１．７５Ｔｉ）の板厚５０μｍのシートを載置した。次いで、０．００１３３Ｐａの真空下、所定の温度（８５０℃）で１０分間保持した後、除冷して接合体（電子回路用部材１２Ａ）を作製した。
【００７９】
なお、電子回路用部材１２Ａには、昇温及び降温時の間、１ＭＰａの加圧を負荷した。電子回路用部材１２Ａは、ヒートシンク材２０と絶縁基板２４との間、並びに電極３０と絶縁基板２４との間に、それぞれ最終的に約５μｍ以下の厚みを有するロウ材（第１及び第２の接合材２６及び２８）が介在した形となっていた。
【００８０】
実施例２は、上述の実施例１とほぼ同じ構成を有するが、絶縁基板２４とヒートシンク材２０との間、並びに電極３０と絶縁基板２４との間に、第１及び第２の接合材２６及び２８である市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉロウ材（Ａｇ−２７．２５Ｃｕ−１２．５Ｉｎ−１．２５Ｔｉ）の板厚５０μｍのシートを載置して作製されている点で異なる。
【００８１】
実施例３及び４は、それぞれ上述の実施例１及び２とほぼ同じ構成を有するが、ヒートシンク材２０としてＳｉＣ／Ｃｕ複合材２０Ａを用いた点で異なる。
【００８２】
実施例５〜８は、それぞれ上述の実施例１〜４とほぼ同じ構成を有するが、絶縁基板２４として、熱伝導率が約９０Ｗ／ｍＫであって、縦×横が４０×５０ｍｍで、厚みが０．３０ｍｍのＳｉ3Ｎ4（窒化珪素）製の絶縁基板を用いた点で異なる。
【００８３】
比較例１は、図１１に示す他の従来例に係る電子部品２００とほぼ同様の構成を有し、セラミック板２０６として、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫであって、縦×横が４０×５０ｍｍで、厚みが０．６３５ｍｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）製絶縁基板の両面に、縦×横が３５×４５ｍｍで、厚みが０．３０ｍｍのＣｕ（純銅）による上部電極２１０及び下部電極２１４が接合された銅張り絶縁基板を用い、ヒートシンク材（金属ベース板）２０２として、縦×横が５０×８０ｍｍで、厚みが３．０ｍｍのＣｕ製ヒートシンクを用いた。上部電極２１０の回路パターンには、表面保護のためＮｉ−Ｐめっきが施されている。そして、ヒートシンク材２０２に前記表面保護を施した銅張り絶縁基板を半田付けして接合体（電子回路用部材）とした。
【００８４】
比較例２は、本実施の形態とほぼ同様の構成を有し、絶縁基板２４として、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫであって、縦×横が４０×５０ｍｍで、厚みが０．６３５ｍｍのＡｌＮ（窒化アルミニウム）製の絶縁基板を用い、電極３０として、縦×横が３５×４５ｍｍで、厚みが０．３０ｍｍのＣｕ（純銅）製の電極を用い、ヒートシンク材２０として、縦×横が５０×８０ｍｍで、厚みが３．０ｍｍのＣｕ製ヒートシンクを用いた。
【００８５】
そして、絶縁基板２４とヒートシンク材２０との間、並びに電極３０と絶縁基板２４との間に、第１及び第２の接合材２６及び２８である市販のＡｇ−Ｃｕ−Ｉｎ−Ｔｉロウ材（Ａｇ−２７．２５Ｃｕ−１２．５Ｉｎ−１．２５Ｔｉ）の板厚５０μｍのシートを載置した。次いで、０．００１３３Ｐａの真空下、７３０℃で１０分間保持した後、除冷して接合体（電子回路用部材１２Ａ）を作製した。なお、電子回路用部材１２Ａには、昇温及び降温時の間、１ＭＰａの加圧を負荷した。
【００８６】
第１の実験例は、実施例１〜８と比較例１及び２についての熱抵抗をみたものである。まず、図９に示す熱抵抗測定装置８０を作製した。この熱抵抗測定装置８０は、電子回路用部材１２Ａの上部（正確には電極３０の上部）にヒータ８２を半田を介して接着し、電子回路用部材１２Ａの下面（正確にはヒートシンク材２０の下面２０ａ）に対して冷却水を循環させるための冷却装置８４を設けたものである。冷却装置８４には、ポンプ付きウォーターバス８６と流量計８８が備えられている。
【００８７】
そして、ヒータ８２を１０Ｗで発熱させ、冷却装置８４において、水温２４℃、流量２リットル／分で冷却水を循環させ、このときのヒータ面の温度と、ヒートシンク材２０と冷却水との界面の温度を測定し、各実施例及び比較例の熱抵抗を計算した。熱抵抗は、比較例１の場合を１とした相対評価を行った。
【００８８】
第１の実験例の実験結果を図７に示す。この図７から、実施例１〜６は、熱抵抗がそれぞれ１以下であって、比較例１よりも低い値になっている。これは、ヒータ面と界面（ヒートシンク材２０と冷却水との界面）との温度差が小さいことを示し、比較例１よりも冷却効果が優れていることがわかる。
【００８９】
実施例７及び８の熱抵抗については、比較例１とほぼ同じ値となっているが、耐熱衝撃特性が良好である点で、総合的に比較例１よりも冷却効果が優れた放熱積層部材を得ることが可能となる。
【００９０】
次に、第２の実験例は、実施例１１〜１３と比較例１及び２について、電子回路用部材１２Ａの反りの状態、即ち、冷却フィン１８が取り付けられる面が外側に対して、どのように反っているかを見たものである。
【００９１】
実施例１１〜１３は、それぞれ上述した実施例２の構造とほぼ同じ構成を有する。そして、実施例１１は実施例２と全く同じ構成を有し、実施例１２は実施例２の構成に対してヒートシンク材２０の熱膨張率を６．２ｐｐｍ／Ｋとしたもの、実施例１３は実施例２の構成に対してヒートシンク材２０の熱膨張率を８．４ｐｐｍ／Ｋとしたものである。
【００９２】
実験結果を図８に示す。図８において反り量は、ヒートシンク材２０の最大長さを１００ｍｍとした場合での反り量を示す。
【００９３】
この実験結果から、比較例１は、ほとんど反りがなく、比較例２は反対に凹状に反っていることがわかる。実施例１１〜１３は、いずれも凸状に反っており、好ましい形態になっている。この際、ヒートシンク材２０の熱膨張率を制御し、放熱積層部材として任意の反り量を得ることが可能となる。
【００９４】
次に、第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂについて図１０〜図１４を参照しながら説明する。
【００９５】
この第２の実施の形態に係る電子部品１０Ｂは、図１０に示すように、上述した第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａとほぼ同じ構成を有するが、電子回路用部材１２Ｂの構成が一部異なる。具体的には、熱伝導層２２は、絶縁基板２４とヒートシンク材２０との間に中間層９０が介在され、更に、絶縁基板２４と中間層９０との間に活性元素を含む第３の接合材９２が介在され、前記中間層９０とヒートシンク材２０との間に活性元素を含む第４の接合材９４が介在されて構成されている。なお、図１０の例では、ヒートシンク材２０の下面に金属層９６を形成するようにしている。
【００９６】
ここで、電極３０の寸法、特に最低厚さは、流れる電流の電流密度により決定され、最大厚さは、接合後の耐熱衝撃性もしくは電子部品１０Ｂ全体の反り量の制御目標により決まる。好ましい範囲は、０．１〜１．０ｍｍである。この例では、０．３ｍｍとしている。また、絶縁基板２４としてＡｌＮを用いた場合は、０．５ｍｍも採用することができる。
【００９７】
一方、絶縁基板２４の寸法のうち、最低厚さは、電極３０を流れる電流の絶縁性を確保できる厚さが選ばれるが、電子部品１０Ｂ全体では、最も脆い材料であるため、実際上は、強度により最低厚さが決定される。つまり、熱衝撃性に耐え得る厚みであることが好ましい。
【００９８】
絶縁基板２４の最大厚さは、熱抵抗の値（厚いほど熱抵抗が悪化する）で決まる。厚い方が強度的には有利であるが、回路としての熱伝導が悪くなる可能性がある。従って、絶縁基板２４の好ましい厚みの範囲は、０．１〜１．０ｍｍが好ましい。なお、絶縁基板２４としてＡｌＮを用いた場合、最大厚さは０．６３５ｍｍ程度がより好ましい。
【００９９】
中間層９０は、熱衝撃時における絶縁基板２４とヒートシンク材２０の間の熱膨張差を緩和し、電子部品１０Ｂ全体の接合性を向上させ、しかも、耐熱衝撃性の向上をも図ることができる。
【０１００】
好ましい厚みは、０．０５〜１．０ｍｍである。応力の緩和だけであれば、厚みが薄くても効果（応力の緩和）があるが、中間層９０の体積を電極３０とほぼ同じ体積に設定すれば、絶縁基板２４の上下でのバランスがよくなる。
【０１０１】
また、中間層９０を金属層とした場合、その厚みが増すと、電子部品１０Ｂ全体としての熱伝導は向上するため、そのかねあいで中間層９０の厚さを決定することが好ましい。
【０１０２】
従って、中間層９０の材料としては、熱伝導の高い銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金が挙げられるが、応力の緩和の効果は、アルミニウムを１とすると、銅は７〜８、銀は５〜６程度であるため、その比率により厚さを考慮することが好ましい。
【０１０３】
また、熱伝導は、アルミニウムが２３０Ｗ／ｍＫ、銅は３９０Ｗ／ｍＫ、銀は４１５Ｗ／ｍＫ程度であり、この中では銀が最もよいが、製造コストと接合材９２及び９４との温度とのかねあいで選ぶことが好ましい。この第２の実施の形態では、中間層９０の材料として、アルミニウムや銅を選択した。
【０１０４】
中間層９０は、上述したように、熱膨張差で発生する応力の緩和のほか、熱の放射性の向上という機能もある。
【０１０５】
ヒートシンク材２０は、冷却フィン１８に固定するための強度を有し、電極３０上のＩＣチップ１６で発生した熱の伝達性により、寸法が決定される。通常は、３ｍｍ程度であるが、ヒートシンク材２０を直接水冷したり、ヒートシンク材２０自体にフィンの形状を持たせて空冷するなどの手法が考えられるため、ヒートシンク材２０の厚みは、好ましくは、１〜３０ｍｍである。
【０１０６】
ヒートシンク材２０の下面に形成される金属層９６は、ヒートシンク材２０に固定される冷却フィン１８との相性によって材料を選定することが好ましい。もちろん、ヒートシンク材２０を直接水冷したり、ヒートシンク材２０自体にフィンの形状を持たせる場合においては、それに応じた厚みや形状などが考えられる。
【０１０７】
第３及び第４の接合材９２及び９４については、上述した第１の実施の形態に係る電子部品１０Ａにて用いた第１及び第２の接合材２６及び２８と同じであるため、ここではその重複説明を省略する。
【０１０８】
次に、第２の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ｂ及び電子部品１０Ｂの製造方法について図１１Ａ及び図１１Ｂを参照しながら説明する。
【０１０９】
第２の実施の形態に係る製造方法は、まず、図１１Ａに示すセッティング工程において、ヒートシンク材２０上に、第４の接合材９４、中間層９０、第３の接合材９２、絶縁基板２４、第２の接合材２８及び電極３０の順に載置（セッティング）する。このセッティングは、例えば大気中で行われる。
【０１１０】
次に、図１１Ｂに示す接合工程において、前記第４の接合材９４、中間層９０、第３の接合材９２、絶縁基板２４、第２の接合材２８及び電極３０がセッティングされたヒートシンク材２０を治具７０上に固定し、例えば１．０×１０-5Ｔｏｒｒ以下の真空中にて、上方から加圧を行いながら、昇温・降温を行って接合する。この接合処理によって、図１０に示すように、電極３０、絶縁基板２４及びヒートシンク材２０が一体化された接合体、即ち、電子回路用部材１２Ｂが得られる。
【０１１１】
前記接合工程での加圧は、０．２ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下の力で加圧することが好ましい。この場合、接合後の第３及び第４の接合材９２及び９４の平均厚みは、５０μｍ以下、望ましくは１０μｍ以下、更に望ましくは５μｍ以下である。この厚みは前記加圧によって制御可能である。
【０１１２】
その後の処理は、上述した第１の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ａ及び電子部品１０Ａの製造方法と同様であるため、ここでは、その重複説明を省略する。
【０１１３】
この第２の実施の形態に係る電子回路用部材１２Ｂ、その製造方法並びに電子部品１０Ｂにおいては、絶縁基板２４と中間層９０との間に活性元素を含む第３の接合材９２を介在させ、前記中間層９０とヒートシンク材２０との間に活性元素を含む第４の接合材９４を介在させるようにしたので、第３及び第４の接合材９２及び９４に含まれる活性金属によって、絶縁基板２４と中間層９０とが強固に接合されると共に、中間層９０とヒートシンク材２０とが強固に接合される。
【０１１４】
しかも、中間層９０の存在により、熱衝撃時における絶縁基板２４とヒートシンク材２０との間の熱膨張差を緩和することができ、該電子回路用部材１２Ｂ全体の接合性を向上させることができる。即ち、前記中間層９０によって電子回路用部材１２Ｂの耐熱衝撃性を向上させることができる。
【０１１５】
ここで、３つの実験例（便宜的に第３〜第５の実験例と記す）を示す。まず、第３の実験例は、図１２及び図１３に示すように、実施例２１〜２５について、中間層９０を介在させることによる熱伝導率の向上の度合いを見たものである。
【０１１６】
実施例２１は、絶縁基板２４として、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫのＡｌＮを用い、実施例２２〜２５は、それぞれ絶縁基板２４として、熱伝導率が３０、４０、６０、９０Ｗ／ｍＫのＳｉ3Ｎ4を用いた例を示す。実験結果を図１２及び図１３に示す。なお、中間層９０は、いずれも熱伝導率が３９０Ｗ／ｍＫのＣｕを用いた。また、図１２では、絶縁基板２４の材質としてのＳｉ3Ｎ4を単に「ＳＮ」と表示してある。
【０１１７】
図１３において、棒グラフは絶縁基板２４の熱伝導率を示し、折れ線グラフは接合体（電子回路用部材１２Ｂ）の理論熱伝導率をプロットしたものである。
【０１１８】
これらの図１２及び図１３から、中間層９０を介在させることにより、接合体としたときの熱伝導率が大幅に向上していることがわかり、特に、実施例２２〜２５においては、絶縁基板２４の熱伝導率の３〜６倍の向上を示している。
【０１１９】
次に、第４の実験例は、中間層９０を介在させた場合とさせない場合、並びに接合時の圧力による接合体（電子回路用部材）の反り量を測定したものである。この実験結果を図１４に示す。
【０１２０】
この図１４から、中間層９０がある方が反り量が少なく、加圧力が小さい方が反り量が少ないことがわかり、また、中間層９０の厚さが薄い方が反り量が少なくなっていることがわかる。
【０１２１】
中間層９０として金属層を用いた場合は、上述したように、その厚みが増すと、電子部品１０Ｂ全体としての熱伝導は向上するが、厚みが薄い方が全体の反り量が少なくなるため、これらの点を考慮して中間層９０の寸法を決定することが好ましいことがわかる。
【０１２２】
第５の実験例は、実施例５１〜５３についての耐熱衝撃特性を試験したものである。実施例５１は、絶縁基板２４としてＳｉ3Ｎ4を用い、中間層９０を介在させた構成を有し、実施例５２は、絶縁基板２４としてＡｌＮを用い、中間層９０を介在させた構成を有し、実施例５３は、絶縁基板２４としてＳｉ3Ｎ4を用い、中間層９０を介在させない構成を有する。
【０１２３】
そして、この耐熱衝撃試験については、耐熱衝撃試験装置（タバイエスペック製：ＴＳＡ−７１Ｓ）を用いて行った。この耐熱衝撃試験装置は、試料設置エリア、高温エリア及び低温エリアの３領域に分けられており、試料室に通じるダンパ（温度シャッタの役目）が開閉して外気導入をすることによって、試料室内を低温・常温・高温へと瞬時に変化させる構造を有している。
【０１２４】
試験は、室温にて５分間保持後に−６５℃まで降温し、−６５℃にて１５分間保持した後、室温まで昇温し、室温にて５分間保持後に１５０℃まで昇温を行い、１５０℃にて１５分間保持した後に室温まで降温を行い、この一連の操作を１サイクルとした。
【０１２５】
各試料毎に５個用意し、そのうち１個でも、絶縁基板にクラックが発生するか、あるいは放熱板の接合部での剥離が生じた時点でのサイクル数をもって、各試料の耐熱衝撃特性を評価した。
【０１２６】
なお、上記の耐熱衝撃試験後での絶縁基板２４側へのクラックの有無の判定に関しては、超音波探傷試験装置（日立製：ＡＴ７５００）にて評価を行った。
【０１２７】
この第５の実験例の結果、実施例５１の耐熱衝撃特性は１０００サイクル以上であり、実施例５２は２００サイクル以下であり、実施例５３は５００回前後であった。
【０１２８】
従って、絶縁基板２４としてＳｉ3Ｎ4を用い、更に中間層９０を介在させることにより、熱衝撃性が向上していることがわかる。
【０１２９】
なお、この発明に係る電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】本実施の形態に係る電子部品の構成を示す縦断面図である。
【図２】本実施の形態に係る電子回路用部材と冷却フィンを示す断面図である。
【図３】ヒートシンク材の構成材料の一例であるＳｉＣ／Ｃｕ複合材を示す拡大図である。
【図４】ヒートシンク材の構成材料の他の例であるＣ／Ｃｕ複合材を示す拡大図である。
【図５】図５Ａはセッティング工程を示す説明図であり、図５Ｂは接合工程を示す説明図である。
【図６】実施例１〜８並びに比較例１及び２の構成を示す表図である。
【図７】第１及び第２の実験例の実験結果を示す表図である。
【図８】第３の実験例の実験結果を示す表図である。
【図９】熱抵抗測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る電子部品の構成を示す縦断面図である。
【図１１】図１１Ａはセッティング工程を示す説明図であり、図１１Ｂは接合工程を示す説明図である。
【図１２】第３の実験例での結果を示す表図である。
【図１３】第３の実験例での結果を示すグラフである。
【図１４】第４の実験例での結果を示す表図である。
【図１５】従来例に係る電子部品を示す縦断面図である。
【図１６】他の従来例に係る電子部品を示す縦断面図である。
【図１】
0004015023.tif 000002
【図２】
0004015023.tif 000003
【図３】
0004015023.tif 000004
【図４】
0004015023.tif 000005
【図５Ａ】
0004015023.tif 000006
【図５Ｂ】
0004015023.tif 000007
【図６】
0004015023.tif 000008
【図７】
0004015023.tif 000009
【図８】
0004015023.tif 000010
【図９】
0004015023.tif 000011
【図１０】
0004015023.tif 000012
【図１１Ａ】
0004015023.tif 000013
【図１１Ｂ】
0004015023.tif 000014
【図１２】
0004015023.tif 000015
【図１３】
0004015023.tif 000016
【図１４】
0004015023.tif 000017
【図１５】
0004015023.tif 000018
【図１６】
0004015023.tif 000019