JP2002064169A

JP2002064169A - 放熱構造体

Info

Publication number: JP2002064169A
Application number: JP2000249822A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ibukiyama; 正浩伊吹山; Isao Sugimoto; 勲杉本; Manabu Uto; 学宇都; Morikazu Sakawa; 盛一坂輪
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高い信頼性と長期の熱放散性を維持することの
出来るパワーモジュール用の放熱構造体を提供する。【解決手段】ヒートシンク１上に、金属板（Ａ）４、セ
ラミックス基板３、更に、発熱性電気部品８を搭載でき
るように回路形成されている金属板（Ｂ）５を順次設け
た構造を有し、金属板（Ａ）４が、２００ＭＰａ以下の
引っ張り強度と２０％以上の伸びを有する金属からなる
ことを特徴とする放熱構造体であり、好ましくは、金属
板（Ａ）４が０．１〜２．０ｍｍの厚みを有し、また、
金属板（Ａ）４が、金属板（Ｂ）５からなる回路上に搭
載される発熱性電気部品８の外形よりも１ｍｍ以上大き
く、更に、金属板（Ａ）４の大きさがセラミック基板３
の外形を基準として−２．０ｍｍ以上大きいことを特徴
とする前記の放熱構造体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートシンク上に
金属板を介して、発熱性電気部品を搭載する回路を有す
るセラミックス回路基板を積層した、或いは両面に金属
板からなる回路を有するセラミックス回路基板を配置し
た構造を有する放熱構造体に関し、ことに電源用途向け
のパワーモジュール等に好適に用いられる放熱構造体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の半導
体素子を使用したパワーモジュールでは、それらの半導
体素子等で発生する熱を外へ逃がして、半導体素子の温
度が所定の温度以上に上がらないようにするため、酸化
アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス回路基板
を、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属からな
るヒートシンクに半田付けしてなる放熱構造体を使用す
るのが一般的であった。

【０００３】しかし、電鉄用やハイブリッドカーを含む
電気自動車用パワーモジュールに関しては、より高い熱
の放散性と信頼性が要求されており、前記のセラミック
回路基板と金属製ヒートシンクを半田付けした放熱構造
体は、使用条件によっては、セラミックス基板の割れ
や、半田層のクラックが発生することが知られており、
熱の放散性と信頼性に問題が生ずる場合があった。

【０００４】セラミックス基板に発生するクラックは絶
縁不良の原因となるし、半田に発生するクラックは熱放
散性を悪化させ、その結果半導体素子の温度が上昇して
動作不能となる。このような現象が発生しない、長期に
渡って信頼性の高いパワーモジュールを実現する放熱構
造体が強く求められている。

【０００５】セラミックス基板に生じるクラックを防止
するために、応力緩和性に優れるアルミニウム（Ａｌ）
金属を回路用金属として用いることや、セラミックス回
路基板とヒートシンクとの間の半田層に発生する応力を
低減させるため、セラミックス基板に近い熱膨張率を持
つＡｌ−ＳｉＣ複合材や銅−モリブデン複合材等の材料
をヒートシンクとして用いることが検討されている。

【０００６】アルミニウム回路付セラミックス基板と複
合材からなるヒートシンクとを組み合わせて使用したパ
ワーモジュールは、高信頼性を有し、電鉄車両やハイブ
リッドカーなどに好適なものであるが、高価であること
が大きな欠点となっており、用途拡大の足かせになって
いる。Ａｌ−ＳｉＣや銅−モリブデン等の複合材は、従
来の金属製ヒートシンクに比べて特殊な方法によって製
造せざるを得ない上に、加工工程や表面処理工程のコス
トが高く、金属製ヒートシンクの数倍と高価になってし
まうからである。

【０００７】しかし、前述したとおりに、安価な金属製
ヒートシンクを用いたパワーモジュールに関しては、組
み立て工程や実使用条件下で受ける熱応力によって、半
田層にクラック（以下、半田クラックという）が発生し
たり、あるいは半田の劣化が生ずることが知られてい
る。

【０００８】この問題に対して、セラミック回路基板と
ヒートシンクとの接合に半田を使用すること自体が信頼
性低下の原因となるとの考えから、半田に代えてロウ材
を用いて、ヒートシンクとセラミック回路基板とを直接
に接合する構造を採用することで信頼性の向上を期待す
る検討もされている（特開平９−９７８６５号公報、特
開平１０−２７０５９６号公報参照）。

【０００９】しかしながら、本発明者らが前記の構造の
放熱構造体について検討したところ、通常の半田付けで
構成した放熱構造体よりも、実使用の初期における熱抵
抗が大きい場合があることやヒートサイクルを長期に渡
って被ると熱抵抗が増大することがある等の問題点があ
ることを見出した。

【００１０】本発明者は、この問題点についていろいろ
検討を行ったところ、ヒートシンク下面（セラミック回
路基板が接合してある面と反対側の面）の反りや放熱構
造体の固定方法に由来する場合と、セラミックス回路基
板の回路上に半導体等の発熱性電気部品を搭載するとき
に、前記回路と発熱性電気部品との接合に用いる半田に
クラックが発生している場合とが有ることを見出した。

【００１１】ヒートシンクの反りは、ヒートシンクとセ
ラミック基板の熱膨張差に起因している。即ち、金属製
ヒートシンク、例えば銅（熱膨張率は１７ｐｐｍ／℃）
を用いる場合、その熱膨張率はセラミック基板の熱膨張
率（４〜５ｐｐｍ／℃）よりはるかに大きいため、６０
０℃〜９００℃付近で接合した後に室温付近まで冷却す
るとヒートシンクとセラミックス回路基板の接合体が大
きく反る。そして、その反りはヒートシンク下面が凹と
なるため、前記接合体を更に放熱ブロックに接合しよう
とすると、放熱ブロックとヒートシンク下面との間に隙
間が発生し、仮に前記隙間に放熱グリースが存在して
も、熱伝導性が悪くなり、パワーモジュールを構成して
いる半導体素子等の電子部品の温度が上昇することにな
る。

【００１２】ヒートシンクの反りを、下に凸で、かつ適
当な範囲にするために、曲率を付けた治具に挟みながら
接合するとよいが、このようにしてヒートシンクに下に
凸の反りを付けても、放熱構造体の放熱ブロックへの固
定方法やヒートサイクル条件によっては、ヒートシンク
下面が充分に放熱ブロックに圧接されなくなる場合があ
る。

【００１３】また、従来構造の放熱構造体を長期にわた
るヒートサイクルにさらすと、セラミックス基板とヒー
トシンクとの熱膨張差に起因して反りが繰り返し発生す
ることにより、ヒートシンクと放熱ブロック間で、放熱
グリースの偏りや空気層の形成が起こる場合がある。前
記のセラミックス回路基板とヒートシンクとが直接に接
合した放熱構造体の場合には、セラミック回路基板とヒ
ートシンクの間に応力緩和層として働く半田層が存在し
ないので、従来の半田付けした放熱構造体よりも、ヒー
トサイクル時の反りの繰り返し変化が大きくなる傾向を
示し、前記のグリースの偏りや空気層形成が起きやすく
なる。

【００１４】加えて、セラミック回路基板とヒートシン
クとが直接に接合されても、半導体素子等の発熱性電気
部品は依然としてセラミック回路基板上の回路に半田付
けされる。そのため、セラミック回路基板とヒートシン
クとが応力緩和の働きを持つ半田層を介さずに直接接合
されたことにより、基板に加わる応力が従来のパワーモ
ジュールの場合に比べて大きくなり、セラミック回路基
板と半導体素子の間の半田層に加わる応力もまた大きく
なるため、半田クラックがより発生し易くなる。

【００１５】これらの問題発生は、モジュール中の半導
体素子等の電気部品や回路から発生する熱の放散性を悪
化させ、半導体素子の温度を上昇させることになり、半
導体素子の誤動作を生じたり寿命を短くする等の現象を
引き起こすので、実用上好ましくない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の事情
に鑑みてなされたものであり、パワーモジュールに用い
る放熱構造とその信頼性との関係を明らかにし、高い信
頼性と長期の熱放散性を維持することの出来る放熱構造
体を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記事情
に鑑みて鋭意検討を行い、セラミック回路基板と金属製
ヒートシンクとの組み合わせについて、いろいろな放熱
構造体を試作し、その信頼性を評価することにより、特
定の構造を有する放熱構造体が、半田クラック、基板割
れが発生しがたく、長期間に渡って熱放散性に優れるこ
とを見出し、本発明に至ったものである。

【００１８】即ち、本発明は、ヒートシンク上に、金属
板（Ａ）、セラミックス基板、更に、発熱性電気部品を
搭載できるように回路形成されている金属板（Ｂ）を順
次設けた構造を有する放熱構造体であって、金属板
（Ａ）が、２００ＭＰａ以下の引っ張り強度と２０％以
上の伸びを有する金属からなることを特徴とする放熱構
造体である。

【００１９】また、本発明は、金属板（Ａ）が０．１〜
２．０ｍｍの厚みを有することを特徴とする前記の放熱
構造体であり、金属板（Ａ）が、金属板（Ｂ）からなる
回路上に搭載される発熱性電気部品の外形よりも１ｍｍ
以上大きいことを特徴とする前記の放熱構造体であり、
更に好ましくは、金属板（Ａ）の大きさが、セラミック
基板の外形を基準として、−２．０ｍｍ以上大きいこと
を特徴とする前記の放熱構造体である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明に用いられるセラミック基
板は、必要とされる絶縁特性や熱伝導率や機械強度など
の特性を満たしていればどの様なものでも構わないが、
高熱伝導率を有するセラミクスである窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）、或いは高い強度と比較的高い熱伝導率を兼
ね備えた窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）がより好適である。

【００２１】セラミック基板の片面に設けられ、発熱性
電気部品をその一部に搭載される回路となる金属板
（Ｂ）としては、良導電性の金属であれば何でもかまわ
ないが、安価で熱伝導率が高い銅やアルミニウムが好ま
しく用いられる。また、前記銅やアルミニウムとして
は、電気伝導率が高く、応力発生に対して塑性変形能が
高い、高純度のものが好ましい。

【００２２】本発明に於いて、セラミック基板のヒート
シンク側にヒートシンクと接するように設けられた金属
板（Ａ）は、２００ＭＰａ以下の引っ張り強度と２０％
以上の伸びを有する金属、好ましくは、１５０ＭＰａ以
下の引っ張り強度と３０％以上の伸びを有する金属から
選ばれる。この理由は定かでないが、本発明者が実験的
検討の結果得た知見に基づくもので、前記要件を満足す
るときに本発明の目的を達成することができる。

【００２３】前記金属板（Ａ）の例としては、アルミニ
ウム、スズ、鉛、亜鉛、バナジウム、イットリウム、カ
ドミウム、カルシウム、インジウム、白金、パラジウ
ム、銀、金、それらの合金等を用いることが出来る。中
でも、入手しやすさ、安価な点から、アルミニウム、亜
鉛、スズおよびそれらの合金等を用いると良い。また、
アルミニウム合金の中では、純度９９％以上の高純度ア
ルミニウム、ＪＩＳ呼称３００３、８０１１等が特に好
ましく用いられる。

【００２４】金属や合金の引っ張り強度や伸びは、組成
や熱処理、加工状態によって著しく異なるが、重要なの
は、放熱構造体の形における引っ張り強度と伸びであ
る。放熱構造体の製造工程では接合等の熱処理がなされ
ており、接合前の特性とは異なっているので注意が必要
である。

【００２５】ヒートシンクに接する側の金属板（Ａ）の
厚みは、０．１〜２．０ｍｍとすることが好ましい。更
に好ましくは、０．２５〜１．５ｍｍの範囲がよい。
０．１ｍｍより薄いと、金属板（Ａ）による応力の緩和
作用が期待できず、高信頼性を確保することが出来ない
場合がある。また、２．０ｍｍ以上の厚みになると、セ
ラミック基板より金属板は熱膨張率が大きいので、その
影響が半田クラックやヒートシンクの反り変化などに現
れ、信頼性を確保できないことがある。

【００２６】本発明のヒートシンクとしては、銅やアル
ミニウム等の金属や、Ａｌ−ＳｉＣや銅−モリブデン等
の複合材等が用いられる。金属製ヒートシンクを用いた
場合でも本発明の放熱構造体を用いれば、高い信頼性と
低熱抵抗を実現できる。銅やアルミニウム、またはそれ
らを主成分とする合金などは、複合材より安く、熱伝導
率が高いので、好ましく用いられる。また、複合材を用
いると、より一層の高信頼性を確保できる。

【００２７】一般にヒートシンク表面はニッケルメッキ
膜で覆われていることが多いが、使用環境で腐食等の問
題が起きなければ必ずしも必要がない。また、ロウ付け
前にヒートシンクにメッキが必要かどうかは、採用する
製造方法によっても異なる。

【００２８】本発明の放熱構造体は、従来公知の方法を
適用して得ることが出来るが、後述する方法を用いる
と、再現性良くまた生産性高く製造できる。ここで、ヒ
ートシンクとそれに接する金属板（Ａ）の接合には、ロ
ウ材を用いても用いなくてもよいが、従来から用いられ
ている半田を用いた放熱構造体は、本発明に含まれな
い。

【００２９】即ち、所望の形状の凹面とそれに対向する
凸面とを一対とする型の前記凹凸面間に、一主面上に回
路となる金属板（Ｂ）を設け、それと反対面に所望の金
属板（Ａ）を設けたセラミック回路基板と、ロウ材を介
して、又は介することなく、ヒートシンクを配置して、
治具に固定し、ロウ材の一部を溶融するように或いは所
望の金属板（Ａ）とヒートシンクとの表面を反応させな
がら、加熱して、セラミック回路基板とヒートシンクと
を接合し、本発明の放熱構造体を得る。また、セラミッ
ク回路基板上の金属板（Ｂ）からなる回路の表面には、
必要に応じて、電気メッキまたは無電解メッキ等により
半田付け可能なニッケル層等を形成する。

【００３０】本発明における接合、ことにヒートシンク
と金属板（Ａ）との接合に関しては、被接合物の材質、
即ちヒートシンクとセラミックス回路基板に設けられた
金属板（Ａ）の材質の組み合わせに応じて、ロウ材を適
宜選択してロウ付けしたり、場合によってはロウ材を用
いず固相拡散接合により接合することができる。

【００３１】例えば、アルミニウム板とアルミニウム製
ヒートシンクを接合する場合には、マグネシウムと、銅
とゲルマニウムとケイ素とからなる群から選ばれる少な
くとも１種以上の元素とを含有するアルミニウム合金、
或いは亜鉛を含むアルミニウム合金が、接合用ロウ材と
して好ましく用いられる。比較的純度の高いアルミニウ
ム金属同士を接合するには、ＪＩＳ呼称２０１７アルミ
ニウム合金を用いるとよい。純度の低いアルミニウム同
士を接合するには、融点の低いＪＩＳ呼称４００５等の
ロウ材を用いるとよい。Ａｌ−ＳｉＣ複合体と金属板を
接合するには、ＪＩＳ呼称７０７５材等の固相線が更に
低い合金を用いるのが好ましい。また、銅とアルミニウ
ムを接合するには、ロウ材を使用しなくても銅板とアル
ミニウム板を重ね合わせて、銅とアルミニウムの共晶温
度付近に加熱することにより接合出来るし、マグネシウ
ムや亜鉛等を含む融点の低いロウ材を用いて接合する事
もできる。特に融点の低い金属を接合する場合、固相拡
散接合は有用である。

【００３２】セラミックス基板と金属板（Ａ）或いは金
属板（Ｂ）との接合に関しては、金属板の材質によって
接合に用いるロウ材や接合方法を選択する必要がある。
例えば、金属板（Ａ）、金属板（Ｂ）ともにアルミニウ
ムを用いる場合は、マグネシウムと、銅とゲルマニウム
とケイ素からなる群から選ばれる少なくとも一種以上の
元素とを含有するアルミニウム合金を用いるとよい。特
にＪＩＳ呼称２０１７の箔を、金属板とセラミック基板
の間に挿入し、圧力をかけながら６００℃以上に加熱す
ると、信頼性の高い接合が可能である。金属板としてア
ルミニウムより融点の低い金属を用いる場合は、適宜、
低融点ロウ材を用いたり、超音波やプラズマ処理等の表
面反応促進手段を併用して接合することが望ましい。

【００３３】本発明の放熱構造体は、金属板をあらかじ
め接合して得たセラミック回路基板とヒートシンクとを
接合して得ることが出来るが、金属板とセラミック基板
とヒートシンクとを一回で接合して作製することもでき
る。例えば、ヒートシンクとして銅を用いる場合は、ア
ルミニウム板／２０１７箔／セラミック基板／２０１７
箔／アルミニウム板／２０１７箔／ヒートシンクの順に
積層し、６２０℃に加熱する事により、一回の接合で本
発明の放熱構造体を作成することが出来る。また、ヒー
トシンクとしてＡｌ−ＳｉＣ複合材を用いる場合は、ア
ルミニウム板／Ａｌ−Ｇｅ系合金箔／セラミック基板／
Ａｌ−Ｇｅ系合金箔／アルミニウム板／Ａｌ−Ｇｅ系合
金箔／ヒートシンクの順に積層し、５５０℃付近に加熱
すると、一回の接合で本発明の放熱構造体を作成するこ
とが出来る。

【００３４】本発明の放熱構造体は、セラミック回路基
板上の特定の位置に発熱性電気部品を搭載して使用する
ことが好ましく、セラミックス回路基板上の発熱性電気
部品を搭載する回路部分上に更にモリブデンやタングス
テンの薄板をロウ付けし、該薄板上に発熱性電気部品を
接合すると、一層信頼性が向上する。モリブデンをロウ
付けするには、市販のニッケルメッキされたモリブデン
板を購入し、前記のアルミニウムとアルミニウムとをロ
ウ付けするときと同様の手法を用いて接合すればよい。

【００３５】本発明の放熱構造体は、ヒートシンクに接
する金属板（Ａ）の大きさが、該セラミックス回路基板
の表面回路上に搭載する発熱性電気部品の外形寸法より
も１ｍｍ以上大きいことが好ましい。更に長期の信頼性
を必要とする場合は、２．０ｍｍ以上大きいことが望ま
しい。この要件を満たすとき、後述の通りに、発熱性電
気部品からの熱放散が確実に保たれ易くなり、本発明の
目的を一層確実に達成できるからである。

【００３６】半導体素子等の発熱性電気部品で発生した
熱の大部分は、セラミック基板やヒートシンクを通じて
外部に逃げていく。その時、熱を放散する面積を十分大
きく取ることが熱の放散性を確保するために重要であ
る。特に、ヒートシンクとセラミック回路基板が半田を
介さずに接合された場合、前述したように、熱発生によ
り生じた温度差が原因となる部分的な反りの発生を促す
ので、セラミック基板裏面の熱放散のための接触面積を
十分確保するために、ヒートシンクと接する金属板の大
きさを発熱素子の外周より１ｍｍ以上大きく取る必要が
ある。

【００３７】また、ヒートシンクに接する側の金属板
（Ａ）の大きさは、セラミック基板の外形を基準とし
て、−２．０ｍｍ以上大きくすることが好ましい。この
理由は、金属板（Ａ）がセラミック基板より小さすぎる
と、発熱性電気部品からの熱の放散性の確保が難しくな
り、発熱性電気部品の配置に制限が生じたり、接合後の
ニッケルメッキ工程でセラミック基板とヒートシンクの
間のすきまにメッキ液が残りやすく不都合が生じる、等
の欠点が生じることがあるためである。尚、金属板
（Ａ）の大きさは、セラミックス基板の外形を基準とし
て、＋４．０ｍｍ以上大きくないことが好ましく、その
理由は金属板（Ａ）が大きすぎるとその外周部に集中す
る応力により金属板の不規則な変形が起きたり、ヒート
シンクとの接合不良が起きやすいからである。最も好ま
しくは、セラミック基板の外形を基準として−１．０〜
＋１．０ｍｍである。

【００３８】放熱構造体の熱放散特性に関して、構成材
料のヒートシンクとセラミックス回路基板間の接触面積
を充分に大きくとることは、実使用条件下でその初期か
ら熱抵抗を下げるためにも重要であるが、同時に長期的
な熱放散性の確保、従って信頼性の観点からも非常に重
要なファクターである。後者については、例えば、−４
０℃〜１２５℃のヒートサイクルを長期間継続すること
によって、その傾向をとらえることが出来る。

【００３９】本発明の放熱構造体において、金属板
（Ａ）とヒートシンクとの接合層を、金属板（Ａ）より
大きくすることで、放熱構造体全体の信頼性や熱放散性
を確保することができるので、好ましい。接合層を金属
板（Ａ）より大きくするには、接合に用いるロウ材の寸
法を金属板（Ａ）より大きくし、十分ロウ材が反応する
ように接合時に温度と時間をかければよい。また、ロウ
材を用いないで接合する場合には、充分な温度と時間を
かけて接合することにより、接合層は実際に接している
面積より大きくなる傾向がある。

【００４０】ここで、接合層とは、被接合物同士をロウ
材を介して、または介さずに、治具に取り付けて接合処
理を行う場合、被接合物同士、またはどちらかの被接合
物とロウ材とが反応または合金化して出来た層のことを
いう。この接合層の存在が信頼性によい影響を与える理
由は定かでないが、本発明者は、金属表面（または界
面）に出来たこの接合層が、放熱構造体に生じる熱応力
を遮断するためではないかと考えている。

【００４１】

【実施例】〔実施例１〕セラミック基板として、レーザ
ーフラッシュ法で測定した熱伝導率が６５Ｗ／ｍＫ、３
点曲げ強さの平均値が７２０ＭＰａの窒化ケイ素基板
（寸法４５×３０×０．６３５ｍｍ）を用意した。ま
た、金属板（Ｂ）用に寸法が４２×２７×０．４ｍｍ、
金属板（Ａ）用に寸法が４５×３０×０．５ｍｍの、純
度が９９．９９％のアルミニウム板を用意した。前記窒
化ケイ素基板の表裏両面に、ＪＩＳ呼称２０１７アルミ
ニウム合金箔を介して前記アルミニウム板を重ねて、治
具にセットし、加圧しながら、真空中で、アルミニウム
板と窒化ケイ素板とを接合した。接合後、アルミニウム
板表面の所望部分にエッチングレジストをスクリーン印
刷して、エッチング処理することにより回路パターンを
形成し、セラミック回路基板を作製した。

【００４２】次に、ヒートシンクとして、７０×１１０
×３ｍｍで４つの取り付け用ネジ穴を有する無酸素銅板
に、厚み１０μｍのＮｉメッキを全表面に施したものを
用意した。そして、前記セラミック回路基板２枚と前記
銅製ヒートシンクとの間に、ＪＩＳ呼称２０１７アルミ
ニウム合金箔を置き、各部が表１、図１、図２に示され
た所定の寸法になるように配置して黒鉛治具にセットし
た。黒鉛治具は、凹面を有する板と凸面を有する板を一
対として、前記凹凸面がスパン５０ｍｍで１００μｍの
ものを用いた。黒鉛治具で加圧しながら６１０℃×４ｍ
ｉｎの加熱条件で接合して、放熱構造体を得た。

【００４３】放熱構造体の放熱性の評価のために、得ら
れた放熱構造体の全面に無電解ニッケルメッキを施した
後、回路基板の所定の位置に１０ｍｍ角のシリコン素子
を半田付けし、放熱構造体の底面にアルミニウム製放熱
ユニットをシリコーングリースを介して、四つのネジで
締め付けた。このネジで締め付けた状態の放熱構造体
を、−４０℃〜１２５℃のヒートサイクル試験を行い、
所定のサイクル数毎に熱抵抗の変化を調べた。

【００４４】熱抵抗は、放熱ユニットを水冷し、シリコ
ン素子の厚さ方向に定電流を流しながら、シリコン素子
の温度とアルミニウム製放熱ユニットの温度を測定する
ことにより求めた。表１には、熱抵抗が初期値の１２０
％に達したときのヒートサイクル試験のサイクル数を示
した。

【００４５】

【表１】

【００４６】〔実施例２〜６〕ヒートシンク側のアルミ
ニウム板の厚さを表１に示す寸法にした以外は実施例１
と同様にして放熱構造体を作製した。実施例１と同様に
評価し、その結果を表１に示した。

【００４７】〔実施例７〜９〕ヒートシンク側のアルミ
ニウム板の寸法が、表１の値になるようにエッチングし
たこと以外は実施例１と同様にして放熱構造体を作製し
た。実施例１と同様に評価し、その結果を表１に示し
た。

【００４８】〔実施例１０〕回路側の金属板を無酸素銅
板（寸法４２×２７×０．３ｍｍ）に換え、窒化珪素板
と該無酸素銅板の接合を、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ロウ材を
用いて行い、エッチングして回路化したセラミック回路
基板を作成した。該セラミック基板とニッケルメッキを
施した無酸素銅板の間に、３０μｍ厚のＪＩＳ呼称４０
０４材を両側にクラッドしたＪＩＳ呼称３００３材（寸
法４７×３２×０．６ｍｍ）を介して積層し、６０５℃
×１０分加熱して放熱構造体を得た。実施例１と同様に
評価し、その結果を表１に示した。

【００４９】〔実施例１１〜１３〕ヒートシンクに接す
る金属板とヒートシンクを表２の材料に換え、接合条件
を表２の条件に変えたこと以外は実施例１と同様にして
放熱構造体を作成した。実施例１と同様に評価し、その
結果を表２に示した。

【００５０】

【表２】

【００５１】〔実施例１４〜１７〕セラミック基板の両
側の金属板を無酸素銅とし、その内、ヒートシンク側の
無酸素銅の厚さを０．１ｍｍとし、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系
ロウ材を用いて接合したセラミック回路基板を準備し
た。このセラミック回路基板と表２に示す材質のヒート
シンクの間に表２に示す材料の板（金属板（Ａ））を挟
み、表２の接合条件で接合し放熱構造体を作成した。実
施例１と同様に評価し、その結果を表２に示した。

【００５２】〔比較例１〕セラミック基板の両側に接合
する金属板を無酸素銅板にした以外は実施例１と同様に
して放熱構造体を作製した。ヒートサイクル試験を行っ
て熱抵抗が初期値の１２０％になった回数を表１に示し
た。

【００５３】〔比較例２〕セラミック回路基板と無酸素
銅板の接合に共晶半田を用いた以外は実施例１と同様に
して放熱構造体を作成した。ヒートサイクル試験を行っ
て熱抵抗が初期値の１２０％になった回数を表１に示し
た。

【００５４】

【発明の効果】本発明の放熱構造体は、高い信頼性と高
い熱放散性を有する特徴があり、特に長期間のヒートサ
イクルを経た後にも、高い放熱性を維持する特徴があ
る。高信頼性と高い放熱性能の両方が求められる電力制
御用のパワーモジュールに好適に用いられる、安価で高
性能の放熱構造体であり、産業上有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例、比較例に係る放熱構造体の各部寸法を
示す平面図。

【図２】実施例、比較例に係る放熱構造体の各部寸法を
示す断面図。

【符号の説明】

１ヒートシンク２セラミック回路基板３セラミック基板４金属板（Ａ）５金属板（Ｂ）６接合層７半田８半導体素子９ネジ穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂輪盛一東京都町田市旭町３丁目５番１号電気化学工業株式会社中央研究所内Ｆターム(参考） 5E322 AA11 AB01 EA10 5F036 AA01 BB01 BC06 BD01 BD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒートシンク上に、金属板（Ａ）、セラミ
ックス基板、更に、発熱性電気部品を搭載できるように
回路形成されている金属板（Ｂ）を順次設けた構造を有
する放熱構造体であって、金属板（Ａ）が、２００ＭＰ
ａ以下の引っ張り強度と２０％以上の伸びを有する金属
からなることを特徴とする放熱構造体。
【請求項２】金属板（Ａ）が０．１〜２．０ｍｍの厚み
を有することを特徴とする請求項１記載の放熱構造体。
【請求項３】金属板（Ａ）が、金属板（Ｂ）からなる回
路上に搭載される発熱性電気部品の外形よりも１ｍｍ以
上大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
放熱構造体。
【請求項４】金属板（Ａ）の大きさが、セラミック基板
の外形を基準として、−２．０ｍｍ以上大きいことを特
徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の放熱構
造体。