JP2010219215A - 放熱構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】素子の動作による発熱に伴って、放熱基板に反りが生じたり、長期間の使用によってシールが破られたりするおそれがなく、しかも、素子からの発熱を、より効率よく除去することができるため、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子の放熱用として好適に使用される、新規な放熱構造体を提供する。
【解決手段】素子１１を搭載する素子搭載面２を有する放熱基板５と、前記放熱基板５を冷却するための冷媒の流路を形成する流路部材９とを、両者間の開口の幅Ｗ_１を２〜５ｍｍに設定した状態で、素子搭載面２の平面形状よりも小さい通孔１９を有する、厚み０．１〜１．０ｍｍ、弾性率７０〜２００ＧＰａの板材からなる応力緩和部材１０を介して互いに固定すると共に、前記開口を閉じた放熱構造体１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子の放熱用として好適に使用される、新規な放熱構造体に関するものである。

電気自動車やハイブリッド自動車等において、誘導モータを駆動させる際に、直流から交流への電力変換を行うためのインバータ回路等に用いる、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等のパワー半導体素子や、あるいは、プラズマディスプレイパネル等の画像表示素子、コンピュータ用のマイクロプロセッサユニット、レーザーダイオード等の、動作時に大きな発熱を伴う素子においては、前記熱を、できるだけ速やかに除去することが求められる。動作によって発生した熱を除去しないと、素子自身が過熱して、誤動作を引き起こしたり、破損したりするおそれがあるためである。そこで、これらの素子を搭載する基板としては、熱を除去するための放熱構造を備えたもの（「放熱構造体」とする）が、好適に採用される。

前記放熱構造体としては、従来、特許文献１の段落[０００２]以下の従来の技術の欄、および添付図面のうち図４に記載された構造を有するもの等が、一般的に用いられる。前記図４の例の放熱構造体は、例えば、ＣｕやＡｌ等の金属からなり、熱伝導率が１００〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度という、高い熱伝導率を有する放熱基板の片面（素子搭載面）に、絶縁基板を介して、素子を、ハンダやロウ材を用いて接合して固定すると共に、前記放熱基板の反対面を、隙間を埋めて密着性を高めるために、シリコングリース等を介して、同様にＣｕやＡｌ等の金属からなり、内部に水等の冷媒の流路を有する流路部材の表面に密着させた状態で、前記両者を、ネジ止めにより固定して構成されている。

ところが、前記構造を有する放熱構造体は、放熱基板と流路部材との間での熱伝導が不十分であるため、先に説明した各種の素子の、近年における、さらなる高性能化や高出力化の進展に伴う発熱量の増大に対して、十分に対応できなくなりつつあるという問題がある。すなわち、前記放熱構造体においては、放熱基板と流路部材との間に介在させたシリコングリース等の熱伝導率が、先に説明した放熱基板の熱伝導率よりも２桁以上、小さい１Ｗ／ｍ・Ｋ程度（特許文献１の段落[０００６]参照）、高くても数Ｗ／ｍ・Ｋ程度でしかないため、素子からの熱を効率よく除去できないのである。

また、前記放熱構造体においては、放熱基板と流路部材とを、例えば、矩形状の放熱基板の四隅等において、先に説明したように、ネジ止めによって固定しているだけであるため、特許文献１の図５に見るように、放熱基板に反りが生じている場合には、前記放熱基板を、その反対面の全面に亘って、流路部材に対して、良好に密着させることができない。そのため、前記従来の技術では、反りのない放熱基板や流路部材を製造するために、高い加工精度が要求され、放熱構造体の生産性が低いという問題もある。

また、近時、先に説明した高性能化や高出力化の進展に伴って、半導体素子を、現在、用いられているＳｉ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系から、ＳｉＣ系、ＧａＮ系へと移行することが検討されている。その場合素子の動作温度を、Ｓｉ系の素子等の１２０℃前後から、ＳｉＣ系の素子等の２００℃前後に上昇させることが可能となる。また、前記ＳｉＣ系の素子等と組み合わせて用いる絶縁基板としては、熱伝導率が金属よりも高い上、その熱膨張係数が、前記ＳｉＣ系の素子等と近い、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等からなるセラミック基板が挙げられ、また、放熱基板としては、熱伝導率が金属よりも高い上、その熱膨張係数が、やはり前記ＳｉＣ系の素子等と近い、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料、Ｃｕ−Ｗ複合材料、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料等の複合材料からなるものが挙げられる。

ところが、流路部材は、絶縁基板や放熱基板に比べて著しく大きい上、実際には、放熱構造体を組み込む他の部材の構造等に合わせて、単なる平板状でなく、形状が複雑な部分を有する場合が多いことから、従来どおり、安価で、かつ加工が容易なＣｕやＡｌ等の金属によって形成するのが一般的であり、前記従来の放熱構造体を、これらの材料からなる各部を組み合わせて構成した場合には、素子の動作による発熱に伴う、特に、放熱基板と流路部材との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて、前記動作時に、放熱基板に反りを生じて両者の密着が損なわれ、隙間を生じて、前記両者間での熱伝導が著しく低下するという新たな問題を生じる。

さらに、放熱基板に反りを生じることによって、前記放熱基板と絶縁基板との間の、もしくは絶縁基板と素子との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れることで、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板の反りに伴って素子に応力が加えられて、前記素子の動作の信頼性が低下したり、素子が破損したりするおそれもある。
特許文献２には、流路部材の、冷媒の流路を構成する壁面の一部を、ＣｕやＡｌ等の金属からなる金属箔で形成して、前記金属箔の、流路側と反対側の面に、素子を、ハンダまたはロウ材を介して、あるいは前記金属箔の溶融によって直接に、接合した放熱構造体が記載されている。前記放熱構造体によれば、素子を、シリコングリース等に比べて熱伝導率の高い、前記ハンダ、ロウ材、そして薄い金属箔を介して、冷媒によって、良好に冷却できるため、素子からの発熱を、従来のものに比べて、より効率よく除去することができる。

しかし、前記放熱構造体においては、素子と金属箔とを、前記素子の、片側の面の全面に亘って、先に説明したようにハンダまたはロウ材を介して、あるいは直接に、強固に接合しているため、前記素子の動作による発熱に伴う、金属箔との熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて、前記動作時に、素子が反りを生じたりしやすい上、前記反りによって応力が加えられて、素子の動作の信頼性が低下したり、前記素子が破損したりしやすいという問題がある。

特許文献３には、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料、Ｃｕ−ＳｉＣ複合材料等の、高い熱伝導率を有する材料からなる放熱基板の片面（素子搭載面）に、絶縁基板を介して、素子を、ハンダやロウ材を用いて接合して固定すると共に、前記素子搭載面を外部に露出させた状態で、放熱基板を収容するための凹部を備えた流路部材の、前記凹部内に、前記放熱基板を収容して、前記凹部と放熱基板との間の空隙を冷媒の流路とし、なおかつ、前記放熱基板と流路部材との間を、ゴムやプラスチック等からなる、Ｏリングや厚いのり接合等によってシールすることで、空隙を外部から遮断した放熱構造体が記載されている。前記放熱構造体によれば、放熱基板を、流路内を流れる冷媒と直接に接触させて冷却できるため、前記放熱基板に搭載される素子からの発熱を、効率よく除去することができる。

また、放熱基板と流路部材とを、前記Ｏリング等によってシールすることで、それぞれ別個に膨張、収縮が可能な状態を維持しながら、冷媒が外部に漏れるのを防止しているため、両者の熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて、素子の動作時に、放熱基板に反りが生じるおそれもない。そのため、放熱基板に反りを生じることによって、前記放熱基板と絶縁基板との間の、もしくは絶縁基板と素子との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れることで、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板の反りに伴って素子に応力が加えられて、前記素子の動作の信頼性が低下したり、素子が破損したりするのを防止することもできる。

しかし、前記Ｏリング等を形成するゴムやプラスチックの耐熱温度は、通常は、およそ２００℃未満であるため、特に、先に説明した動作温度の高い素子と組み合わせて、長期間に亘って、高温下で連続して使用した際に、Ｏリング等が劣化しやすく、劣化によってシールが破られたりしやすいという新たな問題がある。素子からの発熱の影響を低減するため、前記Ｏリング等によるシールの位置を、放熱基板の面方向において、できるだけ、素子から遠い位置に設定することも検討されるが、このことは、特に近年における、先に説明した各種機器類の小型化に伴う、放熱構造体自体の小型化の要求に反することになり、現実的でない。

特開２００３−１０１２７７号公報 特開２００５−１１６５７８号公報 特開平１１−１２１６９１号公報

本発明の目的は、素子の動作による発熱に伴って、放熱基板に反りが生じたり、長期間の使用によってシールが破られたりするおそれがなく、しかも、素子からの発熱を、より効率よく除去することができるため、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子の放熱用として好適に使用される、新規な放熱構造体を提供することにある。

本発明は、一面が素子搭載面とされ、他の面が、冷媒との接触によって冷却される冷却面とされた、熱膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下である放熱基板と、
前記放熱基板を、前記冷却面との間に冷媒の流路となる空隙を設けた非接触の状態で受容するための凹部と、前記凹部を囲む平面部とを有する流路部材とが、
前記受容状態で、応力緩和部材を介して互いに固定され、かつ、前記空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口が閉じられた放熱構造体であって、
前記受容状態での、前記開口の幅が２〜５ｍｍに設定されていると共に、
前記応力緩和部材が、前記凹部の、平面部の面方向における平面形状よりも大きい外形と、前記素子搭載面の平面形状よりも小さい通孔とを有する、厚み０．１〜１．０ｍｍ、弾性率７０〜２００ＧＰａの、金属またはその化合物からなる板材によって形成されており、
前記応力緩和部材の、通孔の周縁の領域が、全周に亘って、ハンダまたはロウ材を介して、前記素子搭載面の周縁部、または放熱基板の、前記素子搭載面と反対側に設けられた接合面に接合されると共に、前記応力緩和部材が、ハンダまたはロウ材を介して、前記平面部、または流路部材の、前記平面部と反対側に設けられた接合面に、凹部を囲む全周に亘って接合されることで、放熱基板と流路部材とが互いに固定され、かつ、開口が閉じられていることを特徴とする。

前記本発明の放熱構造体によれば、前記のように熱膨張係数が大きく異なる放熱基板と流路部材とを、厚み０．１〜１．０ｍｍ、弾性率７０〜２００ＧＰａという、応力が加わった際に弾性変形しやすい板材からなる応力緩和部材を介して、互いに固定すると共に、前記放熱基板と流路部材との間の空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口の幅を、前記応力緩和部材の弾性変形を妨げない２〜５ｍｍの範囲に設定しているため、素子の動作による発熱に伴う、放熱基板と流路部材との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差を、前記応力緩和部材の弾性変形によって吸収して、放熱基板、および流路部材に、前記寸法変化量の差に応じて加わる応力を、これまでよりも緩和することができる。

そのため、放熱基板に反りを生じることによって、前記放熱基板と絶縁基板との間の、もしくは絶縁基板と素子との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れることで、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板の反りに伴って素子に応力が加えられて、前記素子の動作の信頼性が低下したり、素子が破損したりするのを防止することができる。また、前記応力緩和部材は、ゴムやプラスチック等に比べて耐熱温度が著しく高い、金属やその化合物等の無機物によって形成されており、しかも、前記応力緩和部材は、放熱基板および流路部材に対して、やはりゴムやプラスチック等に比べて耐熱温度が著しく高い、ハンダまたはロウ材を介して接合されることで、放熱基板と流路部材との間の開口が閉じられる、つまりシールされているため、前記シールが、長期間の使用によって破られるおそれもない。

しかも、本発明の放熱構造体においては、放熱基板の冷却面に、水等の冷媒を、直接に接触させて冷却できるため、前記放熱基板の素子搭載面に直接に、あるいは絶縁基板を介して搭載される素子からの発熱を、より効率よく除去することもできる。なお、本発明において、応力緩和部材の厚みが０．１〜１．０ｍｍ、弾性率が７０〜２００ＧＰａに限定されるのは、厚みが前記範囲未満であるか、または弾性率が前記範囲未満では、流路内に供給される水等の冷媒の圧力等によって、応力緩和部材が、必要以上に変形しやすくなるためである。そして、前記必要以上の変形によって、例えば、流路の少なくとも一部が塞がれることで、冷媒の供給が不十分となって、素子の過熱による信頼性の低下や破損が生じたり、素子が、他の部材と接触して短絡したりするためである。

一方、応力緩和部材の厚みが前記範囲を超えるか、または弾性率が前記範囲を超える場合には、前記応力緩和部材が弾性変形しにくくなるため、先に説明した応力緩和効果、すなわち、素子の動作による発熱に伴う、放熱基板と流路部材との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差を、応力緩和部材の弾性変形によって吸収して、放熱基板、および流路部材に、前記寸法変化量の差に応じて加わる応力を、これまでよりも緩和する効果が得られなくなるためである。

また、本発明において、空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口の幅が２〜５ｍｍに限定されるのも、同様の理由による。すなわち、開口の幅が前記範囲を超える場合には、たとえ、応力緩和部材の厚みと弾性率が前記範囲内であっても、流路内に供給される冷媒の圧力等によって、応力緩和部材が、必要以上に変形しやすくなって、前記変形により、例えば、流路の少なくとも一部が塞がれることで、冷媒の供給が不十分となって、素子の過熱による信頼性の低下や破損が生じたり、素子が、他の部材と接触して短絡したりするためである。

また、開口の幅が前記範囲未満では、たとえ、応力緩和部材の厚みと弾性率が前記範囲内であっても、応力緩和部材が弾性変形しにくくなって、前記応力緩和効果が得られなくなるためである。なお、応力緩和部材を、素子の動作による発熱に伴って応力が加えられた際に、より一層、弾性変形しやすくすると共に、流路内に供給される冷媒の圧力等によって必要以上に変形しにくくすることを考慮すると、応力緩和部材の厚みは、前記範囲内でも０．２〜０．５ｍｍであるのが好ましく、弾性率は、前記範囲内でも７０〜１２０ＧＰａであるのが好ましい。また、開口の幅は、前記範囲内でも２〜３ｍｍであるのが好ましい。

また、放熱基板と応力緩和部材との間の接合面積を規定する、応力緩和部材の通孔の、前記応力緩和部材の面方向における面積は、素子搭載面の面積の５０〜９０％であるのが好ましい。前記範囲より、通孔の面積の割合が小さい場合には、相対的に、放熱基板と応力緩和部材との間の接合面積が大きくなるため、素子の動作による発熱に伴う、前記放熱基板と応力緩和部材との間での、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて発生する応力によって、放熱基板が反りを生じやすくなる。

そして、放熱基板が反ることで、先に説明したように、放熱基板と絶縁基板との間の、もしくは絶縁基板と素子との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れて、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板の反りに伴って素子に応力が加えられて、前記素子の動作の信頼性が低下したり、素子が破損したりしやすくなるおそれがある。また、前記範囲より、通孔の面積の割合が大きい場合には、相対的に、放熱基板と応力緩和部材との間の接合面積が小さくなるため、素子の動作による発熱に伴う、前記放熱基板と応力緩和部材との間での、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて発生する応力によって、前記両者間の接合が外れる、つまり、放熱基板と流路部材との間の、応力緩和部材によるシールが破られやすくなるおそれがある。

応力緩和部材としては、前記弾性率の範囲を満足する、任意の、金属またはその化合物からなるものが使用可能であるが、加工性や、材料の入手のしやすさ等を考慮すると、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、またはステンレス鋼からなる板材であるのが好ましい。また、先に説明した応力緩和効果を、より一層、良好に発揮させることを考慮すると、前記応力緩和部材は、平板状であるよりも、応力が加わった際に撓み変形しやすい、放熱基板の素子搭載面の周縁部、または前記素子搭載面と背向する接合面に接合される、通孔の周縁の領域を、流路部材の平面部、または前記平面部と背向する接合面に接合される領域よりも、凹部の深さ方向に凹入させた凹形状、または前記深さ方向と反対方向に突出させた凸形状に形成されているのが好ましい。

また、同様の理由で、応力緩和部材は、空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口に対応する位置に、前記応力緩和部材を形成する板材を、前記板材の厚み方向に湾曲させた湾曲部を備えているのが好ましい。また、応力緩和部材による応力緩和効果は、先に説明した、熱膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下である放熱基板を、前記熱膨張係数が１７×１０^−６／Ｋ以上である流路部材と組み合わせた際に、特に効果的に発揮させることができる。

本発明によれば、素子の動作による発熱に伴って、放熱基板に反りが生じたり、長期間の使用によってシールが破られたりするおそれがなく、しかも、素子からの発熱を、より効率よく除去することができるため、特にパワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子の放熱用として好適に使用される、新規な放熱構造体を提供することができる。

本発明の放熱構造体の、実施の形態の一例における、要部を拡大して示す断面図である。 前記例の放熱構造体の、図１に示す要部の平面図である。 本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。 本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。 応力緩和部材の変形例を拡大した断面図である。 応力緩和部材の、他の変形例を拡大した断面図である。 本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。 本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。 本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。

図１は、本発明の放熱構造体の、実施の形態の一例における、要部を拡大して示す断面図である。図２は、前記例の放熱構造体の、図１に示す要部の平面図である。図３、図４は、それぞれ、本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。図５、図６は、それぞれ、応力緩和部材の変形例を拡大した断面図である。

図１、図２を参照して、この例の放熱構造体１は、図１において上側の一面が素子搭載面２とされ、他の面が、冷媒との接触によって冷却される冷却面３、４とされた放熱基板５と、前記放熱基板５を、両図に示すように、前記冷却面３との間に冷媒の流路となる空隙６、冷却面４との間に、前記空隙６に連通する、冷媒の流路となる空隙７を設けた非接触の状態で受容するための凹部８を有する流路部材９と、前記放熱基板５と流路部材９とを、前記受容状態で互いに固定するための、平板状の応力緩和部材１０とを備えている。

前記各部のうち、放熱基板５は、この例では、図２に示すように、平面形状が矩形状で、かつ、図１に示すように、厚みＴ_１が一定の平板状に形成されており、前記平板の、図１において上側の面が、パワー半導体素子等の、動作時に大きな発熱を伴う素子１１を、絶縁基板１２を介して、あるいは、図示していないが直接に、搭載するための前記素子搭載面２とされていると共に、図１において下側の面が前記冷却面３、平板の各側面が、それぞれ前記冷却面４とされている。

なお、放熱基板５は、例えば、図３に示すように、素子搭載面の反対面である冷却面３に、前記冷却面３から、図において下方に突出した複数の板状の、互いに平行なフィン１３を設けた立体形状に形成しても良い。これにより、前記冷却面３における、冷媒との接触面積を増加させて、放熱基板５による、素子１１の冷却効率を向上させることができる。なおフィン形状は、図の板状の他、円柱状、円錐状、円錐台状の集合体、またはそれらの組み合わせとすることもできる。

前記放熱基板５は、熱膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下である必要がある。熱膨張係数が前記範囲を超える場合には、素子搭載面２上に搭載される素子１１の動作による発熱に伴う、前記素子１１や絶縁基板１２との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて、放熱基板５に反りを生じることによって、前記放熱基板５と絶縁基板１２との間の、あるいは絶縁基板１２と素子１１との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れることで、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板５の反りに伴って素子１１に応力が加えられて、前記素子１１の動作の信頼性が低下したり、素子１１が破損したりするためである。

なお、放熱基板５の熱膨張係数は、先に説明した、Ｓｉ系、ＳｉＣ系、ＧａＮ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系等の素子１１、および絶縁基板１２としての、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等からなるセラミック基板と組み合わせる場合に、熱膨張係数の差をできるだけ小さくして、前記熱膨張係数の違いによる問題が発生するのを、より一層、確実に防止することを考慮すると、前記範囲内でも３〜８×１０^−６／Ｋであるのが好ましい。前記熱膨張係数の範囲を満足する放熱基板としては、Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料、Ｃｕ−Ｗ複合材料、Ｃｕ−Ｍｏ複合材料等の複合材料からなるものが挙げられ、特にＳｉ系、ＳｉＣ系の素子１１と組み合わせる放熱基板５としては、熱膨張係数がほぼ等しいＳｉ−ＳｉＣ系複合材料（熱膨張係数：３×１０^−６／Ｋ）からなるものが好ましい。

前記Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料からなる放熱基板５としては、例えば、反応焼結法によって作製されるものや、ＳｉＣ系セラミックスからなる三次元網目状構造体の空隙に、加熱して溶融させたＳｉの融液を含浸させた後、冷却してＳｉを固化させる、いわゆる溶浸法と呼ばれる方法によって作製される複合体等が挙げられ、特に後者の、溶浸法によって作製される複合体が、好適に使用される。

前記溶浸法によって作製される、Ｓｉ−ＳｉＣ系複合材料からなる放熱基板５の大きさ、および形状は、三次元網目状構造体の大きさと形状によって規定され、前記三次元網目状構造体は、例えばＳｉＣ粉末を含むセラミックス粉末と、有機バインダとの混合物を、所定の大きさと形状に成形したものを焼成して、有機バインダを除去すると共に、セラミックス粉末を焼結することで、比較的、容易に形成することができる。そのため、溶浸法によれば、先に説明した図１の平板状や、図３の、多数のフィン１３を備えた立体形状等の任意の形状と、そして任意の大きさとを有する放熱基板５を、容易に製造できるという利点がある。

例えば、図３に示す、多数のフィン１３を備えた立体形状を有する放熱基板５は、先に説明したように、まず、ＳｉＣ粉末を含むセラミックス粉末と、有機バインダとの混合物を、前記立体形状に成形したものを、真空炉等を用いて焼成して、有機バインダを除去すると共に、セラミックス粉末を焼結することで、前記立体形状を有する三次元網目状構造体を作製し、次いで、前記三次元網目状構造体に、例えば真空炉中で、Ｓｉの融液を含浸させた後、冷却して固化させ、さらに必要に応じて、余分に付着したＳｉを除去したり、素子搭載面２等を研磨したりして製造することができる。

放熱基板５の大きさは、素子搭載面２に搭載する素子１１の大きさや、放熱構造体１の全体の大きさ等に応じて、任意の範囲に設定することができるが、前記放熱基板５の、面方向の面積は、例えば、前記放熱基板５の素子搭載面２に搭載する素子１１の、図２に示す面方向の面積（素子搭載面２に複数の素子が搭載される場合は、それら複数の素子の面積の和）の３〜１０倍程度であるのが好ましい。また、放熱基板５の厚み（放熱基板５がフィン１３を有する場合は、前記フィン１３を含む厚み）は、素子１１の、前記面方向の最大長（素子搭載面２に複数の素子が搭載される場合は、それら複数の素子の最大長の最大値）の０．１〜１．０倍であるのが好ましい。

例えば、平面形状が矩形で、かつ縦横の寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍである素子１１を、前記素子搭載面２に１０個、搭載する場合、前記素子１１の面積の和は４０００ｍｍ^２であるので、放熱基板５の、面方向の面積は１２０００〜４００００ｍｍ^２であるのが好ましい。また、素子の面方向の最大長は、対角線の２８．３ｍｍであるので、放熱基板５の厚みは２．８３〜２８．３ｍｍであるのが好ましい。なお、素子１１の面積（素子搭載面２に複数の素子が搭載される場合は、それら複数の素子の面積の和）は、通常、５０〜５０００ｍｍ^２であるのが好ましい。

また、放熱基板５が、図３に示すように、多数のフィン１３を備えた立体形状を有する場合には、同図中に示すように、前記フィン１３を含む厚みＴ_１が、前記範囲内であるのが好ましい。前記放熱基板５の表面のうち、少なくとも素子搭載面２には、応力緩和部材１０や絶縁基板１２との、ハンダやロウ材による接合を容易にするために、前記ハンダやロウ材に対する濡れ性のよい、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属またはその化合物を、電気めっき等によって被覆してもよい。

放熱基板５と共に放熱構造体１を構成する流路部材９は、この例では、前記放熱基板５を受容する凹部８のもとになる通孔を有すると共に、図１に示すように、厚みＴ_２が一定の平板状で、かつ、図１において上側の面が、前記凹部８を囲む平面部１４とされた第一流路部材１５と、前記第一流路部材１５の、図１において下側の面１６に積層されて通孔を閉じることで、凹部８を形成するための第二流路部材１７とを、例えばハンダやロウ材を介して接合して一体化することで構成される。なお、流路部材９は、２つの部材を接合して構成するのでなく、あらかじめ、一体に形成することもできる。また、前記第一流路部材１５と第二流路部材１７とは、ガスケットやＯリングを介してシールしながら、機械的に締結してもよい。

流路部材９を構成する第一流路部材１５と第二流路部材１７とは、任意の材料によって形成することができる。ただし、先に説明したように、前記流路部材９が絶縁基板１２や放熱基板５に比べて著しく大きい上、実際には、放熱構造体１を組み込む他の部材の構造等に合わせて、単なる平板状でなく、形状が複雑な部分を有する場合が多いことから、熱膨張係数が大きいものの、安価で、かつ加工が容易である材料、特に、ＣｕやＡｌ等の、熱膨張係数が１７×１０^−６／Ｋ以上の材料によって形成するのが好ましい。

その場合であっても、本発明によれば、熱膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下である放熱基板５と組み合わせた際に、応力緩和部材１０による応力緩和効果によって、放熱基板５に反りが生じたり、シールが破られたりするのを防止しながら、素子１１からの発熱を、より効率よく除去することができる。なお、前記第一流路部材１５と第二流路部材１７とは、素子１１の動作による発熱によって反りが生じるのを防止することを考慮すると、熱膨張係数が、前記範囲内でも、互いに近似した材料によって形成するのが好ましく、同じ材料で形成して、熱膨張係数を、両者間で等しくするのがさらに好ましい。

前記第一流路部材１５の表面のうち、少なくとも平面部１４や下側の面１６には、応力緩和部材１０や第二流路部材１７との、ハンダやロウ材による接合を容易にするために、前記ハンダやロウ材に対する濡れ性のよい、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属またはその化合物を、電気めっき等によって被覆してもよい。第二流路部材１７の表面のうち、少なくとも、前記第一流路部材１５の下側の面１６と接合される、図１において上側の面１８についても同様である。前記上側の面１８に、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属またはその化合物を、電気めっき等によって被覆してもよい。

第一流路部材１５に形成される、凹部８となる通孔の、板の面方向の平面形状は、この例の場合、図２に示すように、凹部８内に受容する放熱基板５の平面形状が矩形であることから、前記放熱基板５の矩形の縦横方向の寸法に、それぞれ、寸法Ｗ_１の２倍を加えた縦横方向の寸法を有する矩形状に形成するのが好ましい。これにより、放熱基板５を、前記矩形の周囲の全周に亘って、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口の幅Ｗ_１を確保した受容状態で、凹部８内に受容させることができる。

前記幅Ｗ_１は２〜５ｍｍである必要がある。この理由は、先に説明したとおりである。すなわち、開口の幅Ｗ_１が前記範囲を超える場合には、たとえ、応力緩和部材１０の厚みと弾性率が、先に説明した範囲内であっても、流路を構成する空隙６、７内に供給される冷媒の圧力等によって、応力緩和部材１０が、必要以上に変形しやすくなって、前記変形により、例えば、前記空隙６、７の少なくとも一部が塞がれることで、冷媒の供給が不十分となって、素子１１の過熱による信頼性の低下や破損が生じたり、素子１１が、例えば放熱構造体１の近傍に配設された他の部材と接触して短絡したりする。

また、開口の幅Ｗ_１が前記範囲未満では、たとえ、応力緩和部材１０の厚みと弾性率が、先に説明した範囲内であっても、前記応力緩和部材１０が弾性変形しにくくなって、応力緩和効果が得られなくなる。なお、応力緩和部材１０を、素子１１の動作による発熱に伴って応力が加えられた際に、より一層、弾性変形しやすくすると共に、空隙６、７内に供給される冷媒の圧力等によって必要以上に変形しにくくすることを考慮すると、開口の幅Ｗ_１は、前記範囲内でも２〜３ｍｍであるのが好ましい。

なお、開口の幅Ｗ_１は、図の例のように、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口を規定する、放熱基板５の外周辺、および流路部材９の、凹部８を区画する内周辺が、いずれも矩形の各辺を構成する直線状で、かつ、互いに平行である場合には、両直線間の最短寸法をもって示すこととする。これは、例えば、矩形を構成する各辺において、前記幅Ｗ_１が３ｍｍ以内であっても、矩形の角の部分では、角と角との間の距離が、前記範囲を超える場合があるものの、少なくとも前記幅Ｗ_１が３ｍｍ以内であれば、先に説明した、応力緩和部材１０を、冷媒の圧力等によって必要以上に変形しにくくする効果を得ることができるためである。また、前記放熱基板５の外周辺、および流路部材９の、凹部８を区画する内周辺が、いずれも曲線で繋がれている場合には、曲線上の各点での最短距離を幅Ｗ_１として、前記幅Ｗ_１が３ｍｍ以内であれば、同様の効果を得ることができる。

この例では、応力緩和部材１０が平板状であって、図１に示す受容状態において、放熱基板５の素子搭載面２と、流路部材９の平面部１４とが同一平面に配設されるため、前記流路部材９を構成する第一流路部材１５の、凹部８の深さを規定する厚みＴ_２は、放熱基板５の冷却面３との間に空隙６を設ける必要上、前記放熱基板５の厚みＴ_１よりも大きい（Ｔ_１＜Ｔ_２）ことが求められる。

前記厚みＴ_２を、厚みＴ_１に対して、どの程度まで大きくするかは、特に限定されないが、前記図１の、フィン１３を有しない放熱基板５の場合は、空隙６の間隔を十分に確保して、良好な冷却性能を維持しながら、放熱構造体１の小型化の要求にも対応することを考慮すると、前記空隙６の、放熱基板５の厚み方向の寸法を規定する、両厚みＴ_１、Ｔ_２の差Ｔ_２−Ｔ_１が０．１〜５ｍｍ、特に０．５〜２ｍｍとなるように、前記第一流路部材１５の厚みＴ_２を設定するのが好ましい。

また、図３に示すように、フィン１３を有する放熱基板５の場合は、各フィン１３と、その間の隙間によって、良好な冷却性能を維持できることから、放熱構造体１の小型化の要求に対応することを考慮して、両厚みＴ_１、Ｔ_２の差Ｔ_２−Ｔ_１が０ｍｍを超えて２．０ｍｍ以下、特に０ｍｍを超えて０．５ｍｍ以下となるように、前記第一流路部材１５の厚みＴ_２を設定するのが好ましい。

応力緩和部材１０は、この例では、図２に示すように、流路部材９の凹部８の、平面部１４の面方向における平面形状よりも大きい矩形状の外形と、放熱基板５の素子搭載面２の平面形状よりも小さい矩形状の通孔１９とを有する平板状に形成される。前記応力緩和部材１０の厚みＴ_３は０．１〜１．０ｍｍ、弾性率は７０〜２００ＧＰａである必要がある。これらの理由は、先に説明したとおりである。すなわち、厚みＴ_３が前記範囲未満であるか、または弾性率が前記範囲未満では、流路を構成する空隙６、７内に供給される冷媒の圧力等によって、応力緩和部材１０が、必要以上に変形しやすくなって、前記変形により、例えば、前記空隙６、７の少なくとも一部が塞がれることで、冷媒の供給が不十分となって、素子１１の過熱による信頼性の低下や破損が生じたり、素子１１が、例えば放熱構造体１の近傍に配設された他の部材と接触して短絡したりする。

一方、厚みＴ_３が前記範囲を超えるか、または弾性率が前記範囲を超える場合には、応力緩和部材１０が弾性変形しにくくなって、応力緩和効果が得られなくなる。なお、応力緩和部材１０を、素子１１の動作による発熱に伴って応力が加えられた際に、より一層、弾性変形しやすくすると共に、空隙６、７内に供給される冷媒の圧力等によって必要以上に変形しにくくすることを考慮すると、その厚みは、前記範囲内でも０．２〜０．５ｍｍであるのが好ましく、弾性率は、前記範囲内でも７０〜１２０ＧＰａであるのが好ましい。前記弾性率の範囲を満足する応力緩和部材１０を形成する板材としては、任意の金属またはその化合物からなるものが挙げられるが、加工性や、材料の入手のしやすさ等を考慮すると、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、またはステンレス鋼からなる板材が好ましい。

通孔１９の、板の面方向の平面形状は、この例の場合、図２に示すように、放熱基板５の、素子搭載面２の平面形状が矩形であることから、前記通孔１９の周縁の領域を、全周に亘って、ハンダまたはロウ材を介して、前記素子搭載面２の周縁部に、ほぼ一定幅で接合させるために、前記素子搭載面２と略相似の矩形状に形成するのが好ましい。また、前記接合の幅、ひいては放熱基板５と応力緩和部材１０との間の接合面積を規定する、前記通孔１９の、板の面方向における面積は、素子搭載面２の面積の５０〜９０％、特に８５〜９０％であるのが好ましい。

前記範囲より、通孔１９の面積の割合が小さい場合には、相対的に、前記接合の幅が広く、接合面積が大きくなるため、素子１１の動作による発熱に伴う、放熱基板５と応力緩和部材１０との間での、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて発生する応力によって、放熱基板５が反りを生じやすくなる。そして、放熱基板５が反ることで、放熱基板５と絶縁基板１２との間の、もしくは絶縁基板１２と素子１１との間の、ハンダまたはロウ材を介した接合が外れて、前記各部間での熱伝導が著しく低下したり、放熱基板５の反りに伴って素子１１に応力が加えられて、前記素子１１の動作の信頼性が低下したり、素子１１が破損したりしやすくなるおそれがある。

また、前記範囲より、通孔１９の面積の割合が大きい場合には、相対的に、前記接合の幅が狭く、接合面積が小さくなるため、素子１１の動作による発熱に伴う、放熱基板５と応力緩和部材１０との間での、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差に基づいて発生する応力によって、前記両者間の接合が外れる、つまり、放熱基板５と流路部材９との間の、応力緩和部材１０によるシールが破られやすくなるおそれがある。

応力緩和部材１０の外形および寸法は、前記応力緩和部材１０を、ハンダまたはロウ材を介して、流路部材９の平面部１４に、凹部８を囲む全周に亘って接合させて、前記流路部材９と放熱基板５との間を、より一層、確実にシールできるのであれば、図に示した矩形状には限定されず、例えば流路部材９の平面部１４の平面形状等に合わせて、適宜、変更することができる。

また、応力緩和部材１０は、図の例の平板状には限定されず、例えば図４に示すように、放熱基板５の素子搭載面２の周縁部に接合される、通孔１９の周縁の領域２０を、流路部材９の平面部１４に接合される領域２１よりも、凹部８の深さ方向と反対方向（図において上方）に突出させた凸形状に形成してもよい。これにより、応力緩和部材１０を、平板状のときよりも、応力が加わった際に撓み変形しやすくして、前記応力緩和部材１０による応力緩和効果を、より一層、良好に発揮させることができる。また、図示していないが、前記領域２０を、領域２１よりも、凹部８の深さ方向に凹入させた凹形状に形成しても、同様の効果を得ることができる。

応力緩和部材１０は、前記と同様の理由で、すなわち、平板状のときよりも、応力が加わった際に撓み変形しやすくして、その応力緩和効果を、より一層、良好に発揮させるため、図５、図６に示すように、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口に対応する位置に、前記応力緩和部材１０を形成する板材を、前記板材の厚み方向に湾曲させた湾曲部２２を備えていてもよい。前記湾曲部２２は、図５に示すように、凹部８の深さ方向に凹入させて形成してもよいし、図６に示すように、前記深さ方向と反対方向に突出させて形成してもよい。湾曲部２２は、前記開口の全周に亘って、連続した環状に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。

応力緩和部材１０の表面のうち、少なくとも、下面には、放熱基板５や流路部材９との、ハンダやロウ材による接合を容易にするために、前記ハンダやロウ材に対する濡れ性のよい、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ等の金属またはその化合物を、電気めっき等によって被覆してもよい。
前記各部を接合して放熱構造体１を組み立てると共に、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、素子１１を、絶縁基板１２上に搭載した状態で、あるいは直接に搭載するためには、例えば、下記の手順等を採用することができる。
(1) 放熱基板５と流路部材９と応力緩和部材１０とを、例えば治具等を用いて、図１、図２に示すように組み立てると共に、ハンダまたはロウ材を介して接合して、放熱構造体１を構成した（組立工程）後、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、素子１１を、絶縁基板１２上に、ハンダまたはロウ材を介して搭載した状態で、あるいは直接に、ハンダまたはロウ材を介して接合して搭載する（実装工程）。
(2) 放熱基板５と流路部材９と応力緩和部材１０と絶縁基板１２とを、治具等を用いて、図１、図２に示すように組み立てると共に、ハンダまたはロウ材を介して接合して、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した（組立工程）後、前記絶縁基板１２の上に、素子１１を、ハンダまたはロウ材を介して接合して搭載する（実装工程）。

前記各工程のうち、実装工程以外の工程、すなわち組立工程や、あるいは(1)の手順のうち、素子１１を絶縁基板１２上に搭載する工程で使用するハンダまたはロウ材としては、前記実装工程で用いるハンダまたはロウ材よりも融点の高いものを用いるのが好ましい。これにより、(1)の手順の実装工程において、素子１１を、絶縁基板１２上に搭載した状態で、あるいは直接に、素子搭載面２に搭載する際や、(2)の手順の実装工程において、前記素子１１を、素子搭載面２に接合した絶縁基板１２上に搭載する際の熱によって、先の工程で接合に使用したハンダまたはロウ材が溶融して、組み立てた放熱構造体１がばらばらになったり、位置がずれたり、応力緩和部材１０による、空隙７の開口のシールが破られたりするのを防止することができる。

前記融点の高いハンダまたはロウ材としては、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｇｅ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、またはＳｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系のハンダまたはロウ材が挙げられる。また、実装工程で用いる融点の低いハンダまたはロウ材としては、前記いずれかの系で、組成を違えて融点を低くしたハンダまたはロウ材や、Ｐｂ−Ｓｎ系等のハンダまたはロウ材が挙げられる。

なお、流路部材９が、先に説明したように、第一流路部材１５と第二流路部材１７とを接合して構成される場合には、前記接合を、組立工程において同時に行ってもよいし、組立工程に先立って行ってもよい。また、絶縁基板１２としては、先に説明したように、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４等のセラミックからなり、搭載する素子１１の、電極の構造等に合わせて、その片面または両面に、Ａｌ、Ｃｕ等の金属からなる電極を形成したものを用いることができる。

図７〜図９は、それぞれ、本発明の放熱構造体の、実施の形態の他の例における、要部を拡大して示す断面図である。まず、図７の例は、第一流路部材１５の凹部８の、平面部１４から一定の深さの位置から、図において下の領域の開口面積を、放熱基板５との間の開口を規定する、前記位置から上の領域の開口面積より大きくすることで、両領域間に、凹部を囲む全周に亘って、平面部１４と背向する段差面２３を形成して、前記段差面２３を、応力緩和部材１０をハンダまたはロウ材を介して接合するための接合面とした点が、先の各図の例と相違している。

また、図７の例は、前記構成の相違に対応して、応力緩和部材１０を、放熱基板５の素子搭載面２の周縁部に接合される、通孔１９の周縁の領域２０が、前記段差面２３に接合される領域２１よりも、凹部８の深さ方向と反対方向に突出した凸形状に形成すると共に、前記領域２１の、図において上面を、前記段差面２３との接合面とした点も、先の各図の例と相違している。その他の箇所は、先の各図の例と同一であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

次に、図８の例は、放熱基板５の、厚み方向の下方の一定の位置から、図において下の領域の平面形状を、前記位置から上の領域の平面形状より小さくすることで、両領域間に、前記放熱基板５の外周の全周に亘って、素子搭載面２と背向する段差面２４を形成して、前記段差面２４を、応力緩和部材１０の、通孔１９の周縁の領域２０をハンダまたはロウ材を介して接合するための接合面とした点が、先の各図の例と相違している。

また、図８の例は、前記構成の相違に対応して、応力緩和部材１０を、放熱基板５の素子搭載面２の周縁部に接合される、通孔１９の周縁の領域２０が、前記段差面２３に接合される領域２１よりも、凹部８の深さ方向に凹入した凹形状に形成すると共に、前記領域２０の、図において上面を、前記段差面２４との接合面とした点も、先の各図の例と相違している。その他の箇所は、先の各図の例と同一であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

さらに図９の例は、図７の例の第一流路部材１５と、図８の例の放熱基板５と、平板状の応力緩和部材１０とを組み合わせると共に、前記応力緩和部材１０の、図において上面を、第一流路部材１５の段差面２３、および放熱基板５の段差面２４との接合面とした点が、先の各図の例と相違している。その他の箇所は、先の各図の例と同一であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。これらの図の構造を採用しても、開口の幅Ｗ_１を２〜５ｍｍに設定すると共に、応力緩和部材１０の厚みを０．１〜１．０ｍｍ、弾性率を７０〜２００ＧＰａに規定することによって、先の各図の例と同様の効果を奏することができる。

《実施例１》
（放熱基板）
平均粒径５０μｍのＳｉＣ粉末と、平均粒径１０μｍのＳｉＣ粉末とを、重量比で７：３の割合で混合した混合物に、有機バインダと水とを加えて泥しょう（スラリー）を調製し、前記泥しょうを用いて、泥しょう鋳込み法によって、図２に示すように、素子搭載面２となる片面の平面形状が矩形状で、かつ、図３に示すように、冷却面３となる反対面から、複数の、互いに平行なフィン１３が突出された立体形状を有する成形体を形成した。

次に、前記成形体を、真空炉中で、２０００℃に加熱して有機バインダを除去すると共に、セラミックス粉末を焼結させて、前記立体形状を有する三次元網目状構造体を作製した。次に、前記三次元網目状構造体の上に、Ｓｉの平板を載置した状態で、真空炉中で、１５００℃に加熱してＳｉを溶融させて、その融液を、三次元網目状構造体に含浸させた後、冷却して固化させ、次いで、余分に付着したＳｉを除去すると共に、素子搭載面２を研磨して、熱膨張係数が３×１０^−６／ＫであるＳｉ−ＳｉＣ系複合材料からなり、素子搭載面２の縦横寸法が縦６０ｍｍ×横８０ｍｍ、厚みＴ_１が７ｍｍ（フィン１３の高さ４ｍｍ、板厚３ｍｍ）である放熱基板５を作製した。作製した放熱基板５の全面には、Ｎｉを、電気めっきによって被覆した。

（流路部材）
流路部材９としては、凹部８となる通孔の、平面部１４の面方向の平面形状が矩形状で、かつ、縦横寸法が縦６６ｍｍ×横８６ｍｍであると共に、全体の寸法が縦８５ｍｍ×横１８０ｍｍ、厚みＴ_２が７．５ｍｍである、矩形平板状の第一流路部材１５と、全体の寸法が縦８５ｍｍ×横１８０ｍｍで、かつ厚みが１２ｍｍである、矩形平板状の第二流路部材１７とを、ともに、熱膨張係数が２３×１０^−６／ＫであるＡｌによって形成すると共に、それぞれの流路部材１５、１７の全面に、Ｎｉを、電気めっきによって被覆したものを用意した。図２、図３に示す受容状態での、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口の幅Ｗ_１は、矩形の各辺において３ｍｍであった。

（応力緩和部材）
応力緩和部材１０としては、弾性率が７２ＧＰａであるＡｌ合金（Ａ７０７５Ｐ−Ｔ６２、ＪＩＳ Ｈ４０００準拠）からなり、通孔１９の、板の面方向の平面形状が矩形状で、かつ、縦横寸法が縦５５ｍｍ×横７５ｍｍ、前記通孔１９の面積が、放熱基板５の素子搭載面２の面積の８６％であると共に、図５に示すように、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口に対応する位置に、その全周に亘って、凹部８の深さ方向に凹入させて、前記応力緩和部材１０を形成する板材を、前記板材の厚み方向に湾曲させて湾曲部２２を形成した、全体の寸法が縦８５ｍｍ×横１１５ｍｍ、厚みＴ_３が０．３ｍｍである板材の全面に、Ｎｉを、電気めっきによって被覆したものを用意した。

（絶縁基板）
絶縁基板１２としては、平面形状が矩形状で、かつ縦横寸法が縦２０ｍｍ×横５０ｍｍ、厚みが０．６ｍｍである、ＡｌＮ製のセラミック基板の両面に、所定形状のＡｌ層を形成した後、前記Ａｌ層の全面に、Ｎｉを、無電解めっきによって被覆したものを用意した。

（放熱構造体）
前記放熱基板５と流路部材９と応力緩和部材１０と絶縁基板１２とを、治具等を用いて、図２、図３に示すように組み立てると共に、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のハンダ〔接合温度：３２０℃、ニホンハンダ(株)製のＰＦ３０５〕を介して接合して、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した。

《実施例２〜４、比較例１、２》
応力緩和部材１０として、弾性率が６６ＧＰａである純Ａｌ（比較例１）、７０ＧＰａであるＡｌ合金（Ａ３００３Ｐ−Ｏ、ＪＩＳ Ｈ４０００準拠、実施例２）、１１５ＧＰａである無酸素Ｃｕ（Ｃ１０２０Ｐ−Ｏ、ＪＩＳ Ｈ３１００準拠、実施例３）、２００ＧＰａであるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、実施例４）、および２２０ＧＰａであるＮｉ（ＮＷ２２００、ＪＩＳ Ｈ４５５１に規定の冷間圧延材のうち硬質のもの、比較例２）からなる、同形状で、かつ同寸法の板材の全面に、Ｎｉを、電気めっきによって被覆したものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した。

《実施例５〜８、比較例３、４》
応力緩和部材１０のもとになる、弾性率が７２ＧＰａであるＡｌ合金（Ａ７０７５Ｐ−Ｔ６２、ＪＩＳ Ｈ４０００準拠）からなる板材の厚みを０．０８ｍｍ（比較例３）、０．１ｍｍ（実施例５）、０．２ｍｍ（実施例６）、０．５ｍｍ（実施例７）、１．０ｍｍ（実施例８）、および１．２ｍｍ（比較例４）としたこと以外は実施例１と同様にして、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した。

《実施例９、１０、比較例５、６》
第一流路部材１５の、凹部８となる通孔の縦横寸法を調整して、図２、図３に示す受容状態での、空隙７の、素子搭載面２と平面部１４との間での開口の幅Ｗ_１を、矩形の各辺において１ｍｍ（比較例５）、２ｍｍ（実施例９）、５ｍｍ（実施例１０）および７ｍｍ（比較例６）としたこと以外は実施例１と同様にして、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した。

《実施例１１》
応力緩和部材１０として、弾性率が７２ＧＰａであるＡｌ合金からなり、湾曲部２２を有しない平板状としたこと以外は同形状で、かつ同寸法の板材の全面に、Ｎｉを、電気めっきによって被覆したものを用いたこと以外は実施例１と同様にして、放熱構造体１を構成し、かつ、前記放熱構造体１の、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した。

《荷重変形試験》
実施例、比較例で製造した、放熱基板５の素子搭載面２に、絶縁基板１２を接合した放熱構造体１を、前記素子搭載面２が水平となるように保持した状態で、前記絶縁基板１２の上に１０ｋｇの錘を載せた際の、素子搭載面２の、厚み方向の沈下量を測定して、下記の基準で、応力緩和部材１０の耐変形性を評価した。

◎：沈下量は０．３ｍｍ未満であった。耐変形性きわめて良好。
○：沈下量は０．３ｍｍ以上、０．５ｍｍ未満であった。耐変形性良好。
×：沈下量は０．５ｍｍ以上であった。耐変形性不良。
《冷熱試験》
荷重変形試験の結果が◎または○であった放熱構造体１に対して、−４０℃×１０分間の冷却と、＋１２０℃×１０分間の加熱とを１サイクルとして、前記サイクルを複数回、繰り返す液相冷熱試験を実施し、１０００サイクルが終了した時点、および３０００サイクルが終了した時点で、それぞれ応力緩和部材１０の表面を倍率２０倍の実体顕微鏡を用いて観察して、下記の基準で、応力緩和部材１０の耐冷熱サイクル性を評価した。

◎：クラックやしわは発生していなかった。耐冷熱サイクル性きわめて良好。
○：しわは発生していたがクラックは発生していなかった。耐冷熱サイクル性良好。
×：クラックが発生していた。耐冷熱サイクル性不良。
以上の結果を表１に示す。

表より、応力緩和部材１０の弾性率が７０ＧＰａ未満であった比較例１、厚みが０．１ｍｍ未満であった比較例３、および開口の幅Ｗ_１が５ｍｍを超えていた比較例６の放熱構造体１は、いずれも、耐変形性が不良であり、流路内に供給される水等の冷媒の圧力等によって、応力緩和部材１０が、必要以上に変形しやすくなるという問題を有していることが判った。また、応力緩和部材１０の弾性率が２００ＧＰａを超えていた比較例２、厚みが１．０ｍｍを超えていた比較例４、および開口の幅Ｗ_１が２ｍｍ未満であった比較例５の放熱構造体１は、いずれも、３０００サイクルの冷熱サイクルを繰り返すことで、応力緩和部材１０にクラックが発生して耐冷熱サイクル性が不良になったことから、放熱基板５と流路部材９との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差を吸収して、前記放熱基板５、および流路部材９に、前記寸法変化量の差に応じて加わる応力を緩和する効果が得られないことが判った。

これに対し、各実施例の放熱構造体１は、いずれも、耐熱変形性が良好ないしきわめて良好であったことから、流路内に供給される水等の冷媒の圧力等によって、応力緩和部材１０が、必要以上に変形しないことが判った。また、各実施例の放熱構造体１は、いずれも、３０００サイクルの冷熱サイクルを繰り返しても、応力緩和部材１０にクラックが発生せず、耐冷熱サイクル性が良好ないしきわめて良好であったことから、放熱基板５と流路部材９との、熱膨張係数の違いによる膨張、収縮時の寸法変化量の差を吸収して、前記放熱基板５、および流路部材９に、前記寸法変化量の差に応じて加わる応力を緩和する効果に優れることも判った。

また、各実施例を比較した結果から、応力緩和部材１０の厚みは０．２〜０．５ｍｍ、弾性率は７０〜１２０ＧＰａ、開口の幅Ｗ_１は２〜３ｍｍであるのが好ましいことも判った。さらに、応力緩和部材１０に湾曲部２２を設けることで、平板状のときよりも、応力が加わった際に撓み変形しやすくして、その応力緩和効果を、より一層、良好に発揮させることができることも判った。

１ 放熱構造体
２ 素子搭載面
３ 冷却面
４ 冷却面
５ 放熱基板
６ 空隙
７ 空隙
８ 凹部
９ 流路部材
１０ 応力緩和部材
１１ 素子
１２ 絶縁基板
１３ フィン
１４ 平面部
１５ 第一流路部材
１６ 面
１７ 第二流路部材
１８ 面
１９ 通孔
２０ 領域
２１ 領域
２２ 湾曲部
２３ 段差面
２４ 段差面
Ｗ_１ 開口の幅

Claims (9)

1. 一面が素子搭載面とされ、他の面が、冷媒との接触によって冷却される冷却面とされた、熱膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下である放熱基板と、
   前記放熱基板を、前記冷却面との間に冷媒の流路となる空隙を設けた非接触の状態で受容するための凹部と、前記凹部を囲む平面部とを有する流路部材とが、
   前記受容状態で、応力緩和部材を介して互いに固定され、かつ、前記空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口が閉じられた放熱構造体であって、
   前記受容状態での、前記開口の幅が２〜５ｍｍに設定されていると共に、
   前記応力緩和部材が、前記凹部の、平面部の面方向における平面形状よりも大きい外形と、前記素子搭載面の平面形状よりも小さい通孔とを有する、厚み０．１〜１．０ｍｍ、弾性率７０〜２００ＧＰａの、金属またはその化合物からなる板材によって形成されており、
   前記応力緩和部材の、通孔の周縁の領域が、全周に亘って、ハンダまたはロウ材を介して、前記素子搭載面の周縁部、または放熱基板に、前記素子搭載面と背向させて設けられた接合面に接合されると共に、前記応力緩和部材が、ハンダまたはロウ材を介して、前記平面部、または流路部材に、前記平面部と背向させて設けられた接合面に、凹部を囲む全周に亘って接合されることで、放熱基板と流路部材とが互いに固定され、かつ、開口が閉じられていることを特徴とする放熱構造体。
2. 応力緩和部材の通孔の、前記応力緩和部材の面方向における面積が、素子搭載面の面積の５０〜９０％であることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
3. 応力緩和部材の厚みが０．２〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
4. 応力緩和部材の弾性率が７０〜１２０ＧＰａであることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
5. 応力緩和部材が、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、またはステンレス鋼からなる板材であることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
6. 応力緩和部材が、放熱基板の素子搭載面の周縁部、または前記素子搭載面と背向する接合面に接合される、通孔の周縁の領域を、流路部材の平面部、または前記平面部と背向する接合面に接合される領域よりも、凹部の深さ方向に凹入させた凹形状、または前記深さ方向と反対方向に突出させた凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
7. 応力緩和部材が、空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口に対応する位置に、前記応力緩和部材を形成する板材を、前記板材の厚み方向に湾曲させた湾曲部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
8. 空隙の、素子搭載面と平面部との間での開口の幅が２〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。
9. 流路部材の熱膨張係数が１７×１０^−６／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造体。

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