電子部品用放熱器及びその製造方法
【課題】熱膨張率の相違に起因して応力（熱応力）が発生し、異種材間の接続層など、機械強度に劣る部分にその応力が集中し、半導体モジュールが損傷するのを防止するために、熱応力の発生を抑制しつつ電子部品の熱を放熱させる。
【解決手段】電子部品用放熱器１００は、冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層１０と、第１のセラミックス層１０に積層され、電子部品２００が載置される載置面を有する第２のセラミックス層２０と、を備える。
【解決手段】電子部品用放熱器１００は、冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層１０と、第１のセラミックス層１０に積層され、電子部品２００が載置される載置面を有する第２のセラミックス層２０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の放熱に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低電力損失や高密度実装を可能とするＳｉＣ（炭化ケイ素）を基材とする半導体素子等の使用により半導体モジュールの発熱量が増大していることから、熱伝導性に優れた金属製の放熱器を用いた半導体モジュールの放熱が行われている。金属製の冷却器（例えば、金属板）が用いられる場合には、冷却器と半導体素子との間の絶縁性を確保するために、セラミックス等を材料とする絶縁性部材（例えば、セラミックス基板）が冷却器と半導体素子との間に介在される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３５６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、互いに異なる材料で形成された冷却器（例えば金属）と絶縁性部材（例えばセラミックス）とが接着して配置される場合、熱膨張率の相違に起因して応力（熱応力）が発生し、異種材間の接続層など、機械強度に劣る部分にその応力が集中し、半導体モジュールが損傷するおそれがあった。
【０００５】
このような問題は、半導体素子に限らず、電子管といった能動部品や、抵抗器やコンデンサといった受動部品など、任意の電子部品から発せられる熱を、冷却器を用いて放熱する場合に起こり得る。しかしながら、従来は、熱応力による電子部品や放熱器の損傷を抑制可能な放熱技術に関しては、十分な工夫がなされていないのが実情であった。
【０００６】
本発明は、熱応力の発生を抑制しつつ電子部品の熱を放熱させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］電子部品用放熱器であって、
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、
前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、
を備える、電子部品用放熱器。
【０００９】
適用例１の電子部品用放熱器によると、第１セラミックス層１０と第２のセラミックス層とは、いずれも同じ基材（セラミックス）により形成されているので、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１のセラミックス層は、気孔を有するので、気孔に冷却媒体を流通させることにより、電子部品の熱を放熱させることができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、さらに、前記冷却媒体を流通させる冷却媒体主流路を有する、電子部品用放熱器。
【００１１】
このような構成により、冷却媒体主流路を利用して、第１のセラミックス層の気孔に冷却媒体を供給することができるので、電子部品の熱を効率的に放熱させることができる。また、冷却媒体主流路を利用して第１のセラミックス層に冷却媒体を供給するので、例えば、第１のセラミックス層の端面から冷却媒体を供給する構成に比べて、第１のセラミックス層における温度分布の発生を抑制できる。したがって、かかる温度分布に起因する第１のセラミックス層の損傷を抑制できる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層と接する当接面と、前記当接面に接し、前記冷却媒体主流路における前記冷却媒体の供給口が形成された側面と、を有し、
前記冷却媒体主流路の表面積は、前記側面の表面積よりも大きい、電子部品用放熱器。
【００１３】
このような構成により、冷却媒体主流路と接する気孔の合計表面積を、側面と接する気孔の合計表面積よりも大きくすることができる。したがって、第１のセラミックス層に対して側面から冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、ほぼ一様に未加熱の冷却媒体を供給することができ、放熱性を向上させることができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有さない、電子部品用放熱器。
【００１５】
このような構成により、第１のセラミック層から第２のセラミックス層に冷却媒体が導入されることを抑制できる。したがって、電子部品と冷却媒体との接触を抑制でき、電子部品の損傷や短絡を抑制できる。
【００１６】
［適用例５］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有し、
前記第１のセラミックス層の比表面積は、前記第２のセラミックス層の比表面積に比べて大きく、
前記第１のセラミック層におけるセラミックス充填率は、前記第２のセラミックス層におけるセラミックス充填率に比べて小さい、電子部品用放熱器。
【００１７】
このような構成により、第２のセラミックス層における冷却媒体の流通量を低減させることができるので、冷却媒体と電子部品との接触に起因する電子部品の損傷を抑制できる。また、第２のセラミックス等は気孔を有するので、放熱性を更に向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層とは、一体成形されている、電子部品用放熱器。
【００１９】
このような構成により、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との界面における応力の発生を抑制できる。
【００２０】
［適用例７］ 冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、を有する電子部品用放熱器の製造方法であって、
（ａ）造孔用部材を含むセラミックスグリーンシート用の第１のスラリーと、前記造孔用部材を含まないセラミックスグリーンシート用の第２のスラリーと、を用意する工程と、
（ｂ）前記第１のスラリーを用いて前記第１のセラミックス層用の第１のセラミックスグリーンシートを生成し、前記第２のスラリーを用いて前記第２のセラミックス層用の第２のセラミックスグリーンシートを生成する工程と、
（ｃ）前記第１のセラミックスグリーンシートと前記第２のセラミックスグリーンシートとを、積層して熱圧着することにより、セラミックスグリーン積層体を生成する工程と、
（ｄ）前記セラミックスグリーン積層体を加熱することにより、前記セラミックス積層体から前記造孔用部材を除去して前記気孔を形成する工程と、
を備える、電子部品用放熱器の製造方法。
【００２１】
適用例７の製造方法によると、電子部品が載置される第２のセラミックス層と、第１セラミックス層１０とを、いずれも同じ基材により形成することができるので、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１のセラミックス層に気孔を形成することができるので、かかる気孔を利用して第１のセラミックス層に冷却媒体を供給し、電子部品の熱を放熱させることができる。加えて、気孔の形成方法として、造孔用部材を含む第１のスラリーから第１のセラミックスグリーンシートを生成し、加熱することにより造孔用部材を除去して気孔を形成する方法を採用するので、気孔を容易に形成することができる。
【００２２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例としての放熱器の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す放熱器の断面を示す断面図である。
【図３】本実施例の放熱器の製造処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【図５】第３実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【図６】第４実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施例としての放熱器の概略構成を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す放熱器の断面を示す断面図である。放熱器１００は、電子部品２００と熱的に接続された場合に、電子部品２００から発せられた熱を或る面で吸収して他の面から放出する。放熱器１００は、第１セラミックス層１０と、第２セラミックス層２０とを備え、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層された２層構造を有する。なお、図２では、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の積層方向に沿った断面（図１に示すＡ−Ａ断面）を表わしている。
【００２５】
第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０は、いずれもセラミックス材料により一体成形されている。セラミックス材料としては、例えば、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などを採用し得る。なお、本実施例において、「一体成形」とは、セラミックス材料とは異なる他の材料の層が介在せずに第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層され、かつ、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の界面の近傍において接着剤（金属ロウ材や有機系接着剤）が含浸した領域が存在せずに第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層されていることを意味する。
【００２６】
第１セラミックス層１０は、電子部品２００の熱を冷却媒体に放出する役割を果たす。図１に示すように、第１セラミックス層１０は、直方体の外観形状を有し、内部に冷却媒体主流路２５を備えている。冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０を貫通する円筒状の貫通孔として形成されている。冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０において、第１側面Ｓｆ１に冷却媒体供給口２８を有し、また、第１側面Ｓｆ１と対向する第２側面Ｓｆ２に冷却媒体排出口２９を有する。第１側面Ｓｆ１および第２側面Ｓｆ２は、いずれも、第１セラミックス層１０において第２セラミックス層２０と接する面Ｓａに対して接している。本実施例では、冷却媒体主流路２５は、面Ｓａと平行に（すなわち、積層方向と直交する方向に沿って）配置されている。
【００２７】
冷却媒体主流路２５は、冷却媒体供給口２８および冷却媒体排出口２９において図示しない冷却媒体供給機構（例えば、管路とポンプとラジエータ等からなる機構）と接続されており、冷却媒体供給機構から冷却媒体を供給される。本実施例では、冷却媒体として純水を用いるものとするが、純水に代えて、クーラント等の液体や、空気や窒素ガス等の気体など、任意の媒体を採用することができる。
【００２８】
図２に示すように、第１セラミックス層１０は、多数の細孔（気孔）１５を備えている。細孔１５は、第１セラミックス層１０の内部および表面に一様に形成されている。後述する製造方法からも理解できるように、細孔１５は、セラミックス材料由来の（自然に生じた）孔ではなく、人為的に形成された孔である。細孔１５の多くは、隣接する細孔１５と連通している。また、冷却媒体主流路２５の表面に接して配置されている細孔１５は、冷却媒体主流路２５と連通している。したがって、図２に示すように、冷却媒体供給口２８から供給される冷却媒体は、冷却媒体主流路２５の表面から細孔１５を通って第１セラミックス層１０の内部全体に供給される。また、第１セラミックス層１０の内部に供給された冷却媒体は、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０から熱を奪って冷却媒体主流路２５に戻り、冷却媒体排出口２９から排出される。
【００２９】
ここで、冷却媒体主流路２５の表面（冷却媒体の流通面）の面積は、第１側面Ｓｆ１の面積よりも大きく構成されている。このような構成とすることにより、冷却媒体主流路２５の表面に接する細孔１５の合計表面積を、第１側面Ｓｆ１に接する細孔１５の合計表面積よりも大きくすることができる。したがって、第１側面Ｓｆ１全体から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、より多くの冷却媒体を第１セラミックス層１０に供給することができる。
【００３０】
第２セラミックス層２０は、電子部品２００と第１セラミックス層１０との間の熱伝導を実現すると共に、第１セラミックス層１０内の冷却媒体が電子部品２００に接触することを抑制する。図１に示すように、第２セラミックス層２０は、六面体の外観形状を有している。第２セラミックス層２０は、第１セラミックス層１０（面Ｓａ）と接する面Ｓｂに対向して配置されている面Ｓｆ１０において、電子部品２００を実装し得る。なお、電子部品２００としては、電力用半導体素子（パワーデバイス）や制御用半導体素子といった能動部品や、抵抗器やコンデンサといった受動部品など、任意の電子部品が該当する。第２セラミックス層２０は、第１セラミックス層１０と異なり細孔（人工的に形成された孔）を有しておらず、緻密に形成されている。換言すると、第１セラミックス層１０の比表面積（冷却媒体主流路２５を除く他の部分の比表面積）は、第２セラミックス層２０の比表面積よりも大きく、かつ第１セラミック層１０におけるセラミックス充填率が、第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さく構成されている。したがって、第２セラミックス層２０を第１セラミックス層１０と電子部品２００との間に介在させることにより、第１セラミックス層１０内部に供給された冷却媒体が、電子部品２００に接触することを抑制することができる。
【００３１】
前述のセラミックス充填率とは、気孔を有していないセラミックス部材と比較した場合の単位体積あたりの重量比を意味する。第１セラミックス層１０におけるセラミックス充填率は第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さいので、放熱器１００では、第１セラミックス層１０の冷却媒体主流路２５側から第２セラミックス層２０における面Ｓｆ１０（電子部品２００を実装し得る面）側に向かって、セラミックス充填率が大きくなるように構成されている。なお、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の比表面積は、例えば、窒素ガス吸着法（ＢＥＴ法）により測定することができる。
【００３２】
上述した第１セラミックス層１０は、請求項における第１のセラミックス層に相当する。また、第２セラミックス層２０は請求項における第２のセラミックス層に、面Ｓｆ１０は請求項における載置面に、面Ｓａは請求項における当接面に、第１側面Ｓｆ１は請求項における側面に、細孔１５は請求項における気孔に、それぞれ相当する。
【００３３】
Ａ２．冷却器の製造方法
図３は、本実施例の放熱器の製造処理の手順を示すフローチャートである。セラミックス材料と有機バインダーと溶媒と造孔用部材とを含むスラリー（以下、「第１スラリー」と呼ぶ）と、セラミックス材料と有機バインダーと溶媒とを含み、造孔用部材を含まないスラリー（以下、「第２スラリー」と呼ぶ）とを生成する（ステップＳ１０５）。造孔用部材は、前述の細孔１５を形成するための部材であり、本実施例では、炭素を材料とする粒子（カーボンボール）を採用する。後述するように、放熱器の製造過程において造孔用部材が焼失されることにより、造孔用部材の占めていた領域が細孔１５として形成される。なお、第１スラリーおよび第２スラリーの製造手順としては、まず第２スラリーを生成し、次に第２スラリーを所定量ずつ二分して一方のスラリーに造孔用部材を混ぜることで、第１スラリーを生成する手順を採用することができる。
【００３４】
前述のステップＳ１０５で生成された第１スラリーおよび第２スラリーを、それぞれ、ドクターブレード法によるキャスティングにて、シート状に成型し（ステップＳ１１０）、各シートを定型に打ち抜くことで、各シートから焼成前のセラミックス生シート（グリーンシート）を複数生成する（ステップＳ１１５）。なお、第１スラリーを基材として成型されたシートから生成されたグリーンシートを第１グリーンシートと呼び、第２スラリーを基材として成型されたシートから生成されたグリーンシートを第２グリーンシートと呼ぶ。各第１グリーンシートには造孔用部材が含まれており、各第２グリーンシートには造孔用部材が含まれていない。
【００３５】
第１グリーンシートおよび第２グリーンシートをそれぞれ所定数だけ積層し、さらに、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とを積層し、所定の圧力を加えて熱圧着させる（ステップＳ１２０）。このとき、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体との間は、グリーンシートに含まれる有機バインダーにより結着しているが、焼成により除去されシート層間は一体化するため、最終成型体においては他の部材や接着剤などが介在しない。したがって、ステップＳ１２０の処理により、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とは一体成形される。なお、後述のステップＳ１３０を経て、第１グリーンシートの積層体は前述の第１セラミックス層１０に、第２グリーンシートの積層体は前述の第２セラミックス層２０に、それぞれ成形される。ステップＳ１２０では、第１グリーンシートの積層体に含まれる造孔用部材が焼失される温度（例えば、５００℃）よりも低い温度、かつ、グリーンシートに含まれる有機バインダーの結着力が発揮される温度（例えば、８０℃）となるように、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とを加熱、圧着する。
【００３６】
ステップＳ１２０により熱圧着された第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とのうち、第１グリーンシートの積層体に相当する部分を、ドリルやレーザ照射等によって積層方向と直交する方向（積層面に沿った方向）に掘削することにより、冷却媒体主流路２５を形成する（ステップＳ１２５）。
【００３７】
冷却媒体主流路２５が形成された積層体（第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とが一体成形された積層体）を所定の温度で加熱することにより、放熱器１００を得る（ステップＳ１３０）。具体的には、まず、比較的低温（例えば、２５０〜３００℃）となるように加熱して有機バインダーを除去（脱脂）し、次に、中程度の温度（例えば、５００〜６００℃）となるように加熱して造孔用部材を除去し、最後に比較的高温（例えば、１２００〜１３００℃）となるように加熱して焼成させる方法を採用することができる。このステップＳ１３０を実行することにより、第１グリーンシートの積層体に相当する部分に存在していた造孔用部材が焼失され、細孔１５が形成される。このとき、冷却媒体主流路２５に接して配置されていた造孔用部材が焼失されることにより、冷却媒体主流路２５と細孔１５とが連通される。なお、かかる工程からも理解できるように、第１セラミックス層１０に形成される孔のうち、造孔用部材を用いて人為的に形成される孔（細孔１５）が、請求項における気孔に相当する。
【００３８】
以上の構成および製造方法を有する第１実施例の放熱器１００では、電子部品２００が実装される第２セラミックス層２０と、放熱を行う第１セラミックス層１０とは、いずれも同じセラミックス材料を基材としているため、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１セラミックス層１０に冷却媒体主流路２５と多数の細孔１５とが形成され、冷却媒体主流路２５に冷却媒体が供給され得るので、電子部品２００から発せられた熱を、冷却媒体主流路２５および細孔１５に供給される冷却媒体に吸収させ、第１セラミックス層１０の外部へと放出させることができる。したがって、電子部品２００の熱を効率的に放出させることができる。
【００３９】
また、冷却媒体主流路２５を、第１セラミックス層１０の貫通孔として形成するので、冷却媒体主流路２５を容易に形成することができると共に、第１セラミックス層１０の内部にほぼ一様に冷却媒体を供給することができる。したがって、第１セラミックス層１０内に温度分布が生じることを抑制でき、温度分布に起因する第１セラミックス層１０の損傷を抑制できる。また、冷却媒体主流路２５の表面積を、第１セラミックス層１０の第１側面Ｓｆ１の表面積よりも大きく構成しているので、第１側面Ｓｆ１全体から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、より多くの冷却媒体を第１セラミックス層１０の内部に供給することができる。
【００４０】
また、第２セラミックス層２０を、細孔１５を有さない緻密な構造としているので、第１セラミックス層１０に供給された冷却媒体が電子部品２００に接触することを抑制できる。したがって、冷却媒体と電子部品２００との接触に起因する電子部品２００の損傷や短絡を抑制できる。
【００４１】
また、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とを一体成形するので、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間に他の部材が介在する構成に比べて、熱応力の発生を抑制できる。また、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とを、接着剤を用いずに熱圧着して接合しているので、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０において接着剤が含浸した領域が存在しないようにすることができる。このようにすることで、接着剤が含浸した領域と他の領域との間において、熱膨張率の相違に起因する熱応力の発生を抑制できる。
【００４２】
また、細孔１５の形成方法として、造孔用部材を含むスラリーを基材として複数のグリーンシートを生成し、かかるグリーンシートの積層体から造孔用部材を焼失させて細孔を形成する方法を採用するので、細孔１５を容易に形成することができる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図４では、図２と同様に、第２実施例の放熱器１００ａの積層方向に沿った断面を表わしている。第２実施例の放熱器１００ａは、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間に第３セラミックス層３０を備えている点において、図１，２に示す第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００４４】
図４に示す第３セラミックス層３０は、第１セラミックス層１０と同様に、多数の細孔１５を備えている。第３セラミックス層３０の比表面積は、第１セラミックス層１０の比表面積（冷却媒体主流路２５を除く他の部分の比表面積）よりも小さく、第２セラミックス層２０の比表面積よりも大きく、かつ、第３セラミックス層３０における単位体積あたりの細孔１５の体積は、第１セラミックス層１０における冷却媒体主流路２５を除く他の部分における単位体積あたりの細孔１５の体積に比べて少ない。換言すると、第３セラミックス層３０におけるセラミックス充填率は、第１セラミックス層１０における冷却媒体主流路２５を除く他の部分におけるセラミックス充填率に比べて大きく、かつ、第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さい。
【００４５】
このような第３セラミックス層３０を有する放熱器１００ａは、例えば、以下のようにして製造することができる。図３に示すステップＳ１０５において、第１スラリーに比べて造孔用部材の混入量を減らして第３スラリーを生成する。ステップＳ１１０において、かかる第３スラリーを用いてシートを成型し、ステップＳ１１５において、第３セラミックス層３０を形成することとなるグリーンシート（以下、「第３グリーンシート」と呼ぶ）を複数生成する。ステップＳ１２０において、所定数の第３グリーンシートを積層し、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体との間に第３グリーンシートの積層体を配置して熱圧着する。その後、上述したステップＳ１２５，Ｓ１３０を実行することにより、放熱器１００ａを得ることができる。
【００４６】
以上の構成を有する第２実施例の放熱器１００ａは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。なお、第２実施例においては、第３セラミックス層３０は請求項における第１のセラミックス層に相当し、第２セラミックス層２０は請求項における第２のセラミックス層に相当する。
【００４７】
Ｃ．第３実施例：
図５は、第３実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図５では、図２，４と同様に、第３実施例の放熱器１００ｂの積層方向に沿った断面を表わしている。第３実施例の放熱器１００ｂは、冷却媒体主流路２５ａの配置位置において、第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００４８】
第１実施例の放熱器１００では、冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０において第２セラミックス層２０と接する面Ｓａと平行に配置されていた。これに対して、第２実施例の放熱器１００ｂでは、図５に示すように、冷却媒体主流路２５ａは、面Ｓａと交わる方向に沿って延びて配置されている。具体的には、冷却媒体供給口２８は、冷却媒体排出口２９に比べて、積層方向に沿って下方（第２セラミックス層２０から離れる方向）に位置している。このような構成を有する放熱器１００ｂは、図３におけるステップＳ１２５において、第１グリーンシートの積層体に相当する部分を、積層面と交わる方向に掘削することで、製造することができる。
【００４９】
以上の構成を有する第３実施例の放熱器１００ｂは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図６は、第４実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図６では、図２，４，５と異なり、第４実施例の放熱器１００ｃの積層方向と直交する方向（各層の積層面と平行する方向）に沿った断面を表わしている。また、図６では、第４実施例の冷却媒体主流路２５ｂを含む断面を表わしている。第４実施例の放熱器１００ｃは、冷却媒体主流路２５ｂの形状において、第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００５１】
第４実施例の冷却媒体主流路２５ｂの冷却媒体供給口２８ａおよび冷却媒体排出口２９ａは、いずれも第３側面Ｓｆ３に形成されている。第３側面Ｓｆ３は、第１側面Ｓｆ１と第２側面Ｓｆ２と面Ｓａとに接している。図６に示すように、冷却媒体主流路２５ｂは、第１セラミックス層１０の内部で折り返す形状（Ｕ字形状）を有している。このような構成を有する放熱器１００ｃは、図３におけるステップＳ１２５において、第１実施例のように掘削加工することに代えて、第１グリーンシートのうち、冷却媒体主流路２５ｂが形成される位置に対応する複数のグリーンシートに、予め冷却媒体主流路２５ｂを形成するための溝や孔を設けておき、これらのグリーンシートを積層することにより、冷却媒体主流路２５ｂを形成することができる。
【００５２】
なお、第４実施例においても、第１〜３実施例と同様に、冷却媒体主流路２５ｂの表面（冷却媒体の流通面）の面積は、第３側面Ｓｆ３の面積よりも大きく構成されている。このような構成とする理由は、第１〜３実施例において、冷却媒体主流路２５，２５ａの表面の面積を、第１側面Ｓｆ１の面積よりも大きく構成しているのと同じ理由である。
【００５３】
以上の構成を有する第４実施例の放熱器１００ｃは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。なお、上述した第１〜４実施例からも理解できるように、第１セラミックス層１０において任意の方向に配置され、また、任意の形状を有する冷却媒体主流路を、本発明の冷却媒体主流路として採用することができる。
【００５４】
Ｅ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
Ｅ１．変形例１：
各実施例では、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂは、連続する１本の流路として形成されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、連続する複数本の流路として形成することもできる。また、流路の途中で分岐・合流する支流路を有する１本又は複数本の流路として形成することもできる。このような構成により、放熱効率を向上させることができる。
【００５６】
また、各実施例では、放熱器１００，１００ａ〜１００ｃは、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを備えていたが、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを省略することもできる。このような構成においても、例えば、第１セラミックス層１０の第１側面Ｓｆ１から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）ことができる。
【００５７】
Ｅ２．変形例２：
各実施例では、造孔用部材として、カーボン微粒子を採用していたが、カーボン微粒子に代えて、グリーンシートの焼成温度（例えば、１２００〜１３００℃）よりも低い温度で除去され得る任意の部材を採用することができる。具体的には、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）や、ブチルメタクリレート（ＢＭＡ）といった、熱分解性有機高分子化合物を用いることができる。
【００５８】
Ｅ３．変形例３：
各実施例では、第２セラミックス層２０は、細孔１５を全く備えていなかったが、これに代えて、極小数だけ細孔１５を備える構成を採用することもできる。また、第２実施例では、第３スラリーへの造孔用部材の混入量を、第１スラリーへの造孔用部材の混入量よりも減らすことにより、第３セラミックス層３０の比表面積を、第１セラミックス層１０に比べて比表面積を小さく（セラミックス充填率を大きく）していたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、平均粒子径が異なる造孔用部材の第１および第３スラリーへの混入量（重量）を調整することにより第１および第３セラミックス層の比表面積（およびセラミックス充填率）を制御することができる。
【００５９】
Ｅ４．変形例４：
各実施例では、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂの表面（冷却媒体の流通面）の面積は、冷却媒体供給口２８，２８ａを有する面（第１側面Ｓｆ１又は第３側面Ｓｆ３）の面積よりも大きく構成されていたが、これに代えて、冷却媒体供給口２８，２８ａを有する面（第１側面Ｓｆ１又は第３側面Ｓｆ３）の面積以下とすることもできる。このような構成においても、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを設けない構成に比べて、第１セラミックス層１０における温度分布の発生を抑制でき、かかる温度分布に起因する放熱器１００，１００ａ〜１００ｃの劣化を抑制できる。
【００６０】
Ｅ５．変形例５：
各実施例では、冷却媒体主流路２５を形成した（ステップＳ１２５）後に、加熱による脱脂，造孔用部材除去および焼成を行っていたが（ステップＳ１３０）、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１２０の後に、加熱による脱脂，造孔用部材除去および焼成を行い、続いて、冷却媒体主流路２５を形成することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…放熱器
１０…第１セラミックス層
１５…細孔
２０…第２セラミックス層
２５，２５ａ，２５ｂ…冷却媒体主流路
２８，２８ａ…冷却媒体供給口
２９，２９ａ…冷却媒体排出口
３０…第３セラミックス層
２００…電子部品
Ｓｆ１…第１側面
Ｓｆ２…第２側面
Ｓｆ３…第３側面
Ｓｆ１０，Ｓａ，Ｓｂ…面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の放熱に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低電力損失や高密度実装を可能とするＳｉＣ（炭化ケイ素）を基材とする半導体素子等の使用により半導体モジュールの発熱量が増大していることから、熱伝導性に優れた金属製の放熱器を用いた半導体モジュールの放熱が行われている。金属製の冷却器（例えば、金属板）が用いられる場合には、冷却器と半導体素子との間の絶縁性を確保するために、セラミックス等を材料とする絶縁性部材（例えば、セラミックス基板）が冷却器と半導体素子との間に介在される（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３３５６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、互いに異なる材料で形成された冷却器（例えば金属）と絶縁性部材（例えばセラミックス）とが接着して配置される場合、熱膨張率の相違に起因して応力（熱応力）が発生し、異種材間の接続層など、機械強度に劣る部分にその応力が集中し、半導体モジュールが損傷するおそれがあった。
【０００５】
このような問題は、半導体素子に限らず、電子管といった能動部品や、抵抗器やコンデンサといった受動部品など、任意の電子部品から発せられる熱を、冷却器を用いて放熱する場合に起こり得る。しかしながら、従来は、熱応力による電子部品や放熱器の損傷を抑制可能な放熱技術に関しては、十分な工夫がなされていないのが実情であった。
【０００６】
本発明は、熱応力の発生を抑制しつつ電子部品の熱を放熱させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］電子部品用放熱器であって、
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、
前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、
を備える、電子部品用放熱器。
【０００９】
適用例１の電子部品用放熱器によると、第１セラミックス層１０と第２のセラミックス層とは、いずれも同じ基材（セラミックス）により形成されているので、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１のセラミックス層は、気孔を有するので、気孔に冷却媒体を流通させることにより、電子部品の熱を放熱させることができる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、さらに、前記冷却媒体を流通させる冷却媒体主流路を有する、電子部品用放熱器。
【００１１】
このような構成により、冷却媒体主流路を利用して、第１のセラミックス層の気孔に冷却媒体を供給することができるので、電子部品の熱を効率的に放熱させることができる。また、冷却媒体主流路を利用して第１のセラミックス層に冷却媒体を供給するので、例えば、第１のセラミックス層の端面から冷却媒体を供給する構成に比べて、第１のセラミックス層における温度分布の発生を抑制できる。したがって、かかる温度分布に起因する第１のセラミックス層の損傷を抑制できる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層と接する当接面と、前記当接面に接し、前記冷却媒体主流路における前記冷却媒体の供給口が形成された側面と、を有し、
前記冷却媒体主流路の表面積は、前記側面の表面積よりも大きい、電子部品用放熱器。
【００１３】
このような構成により、冷却媒体主流路と接する気孔の合計表面積を、側面と接する気孔の合計表面積よりも大きくすることができる。したがって、第１のセラミックス層に対して側面から冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、ほぼ一様に未加熱の冷却媒体を供給することができ、放熱性を向上させることができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有さない、電子部品用放熱器。
【００１５】
このような構成により、第１のセラミック層から第２のセラミックス層に冷却媒体が導入されることを抑制できる。したがって、電子部品と冷却媒体との接触を抑制でき、電子部品の損傷や短絡を抑制できる。
【００１６】
［適用例５］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有し、
前記第１のセラミックス層の比表面積は、前記第２のセラミックス層の比表面積に比べて大きく、
前記第１のセラミック層におけるセラミックス充填率は、前記第２のセラミックス層におけるセラミックス充填率に比べて小さい、電子部品用放熱器。
【００１７】
このような構成により、第２のセラミックス層における冷却媒体の流通量を低減させることができるので、冷却媒体と電子部品との接触に起因する電子部品の損傷を抑制できる。また、第２のセラミックス等は気孔を有するので、放熱性を更に向上させることができる。
【００１８】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層とは、一体成形されている、電子部品用放熱器。
【００１９】
このような構成により、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との界面における応力の発生を抑制できる。
【００２０】
［適用例７］ 冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、を有する電子部品用放熱器の製造方法であって、
（ａ）造孔用部材を含むセラミックスグリーンシート用の第１のスラリーと、前記造孔用部材を含まないセラミックスグリーンシート用の第２のスラリーと、を用意する工程と、
（ｂ）前記第１のスラリーを用いて前記第１のセラミックス層用の第１のセラミックスグリーンシートを生成し、前記第２のスラリーを用いて前記第２のセラミックス層用の第２のセラミックスグリーンシートを生成する工程と、
（ｃ）前記第１のセラミックスグリーンシートと前記第２のセラミックスグリーンシートとを、積層して熱圧着することにより、セラミックスグリーン積層体を生成する工程と、
（ｄ）前記セラミックスグリーン積層体を加熱することにより、前記セラミックス積層体から前記造孔用部材を除去して前記気孔を形成する工程と、
を備える、電子部品用放熱器の製造方法。
【００２１】
適用例７の製造方法によると、電子部品が載置される第２のセラミックス層と、第１セラミックス層１０とを、いずれも同じ基材により形成することができるので、第１のセラミックス層と第２のセラミックス層との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１のセラミックス層に気孔を形成することができるので、かかる気孔を利用して第１のセラミックス層に冷却媒体を供給し、電子部品の熱を放熱させることができる。加えて、気孔の形成方法として、造孔用部材を含む第１のスラリーから第１のセラミックスグリーンシートを生成し、加熱することにより造孔用部材を除去して気孔を形成する方法を採用するので、気孔を容易に形成することができる。
【００２２】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例としての放熱器の概略構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す放熱器の断面を示す断面図である。
【図３】本実施例の放熱器の製造処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【図５】第３実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【図６】第４実施例の放熱器の断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の一実施例としての放熱器の概略構成を示す外観斜視図である。図２は、図１に示す放熱器の断面を示す断面図である。放熱器１００は、電子部品２００と熱的に接続された場合に、電子部品２００から発せられた熱を或る面で吸収して他の面から放出する。放熱器１００は、第１セラミックス層１０と、第２セラミックス層２０とを備え、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層された２層構造を有する。なお、図２では、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の積層方向に沿った断面（図１に示すＡ−Ａ断面）を表わしている。
【００２５】
第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０は、いずれもセラミックス材料により一体成形されている。セラミックス材料としては、例えば、酸化アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）などを採用し得る。なお、本実施例において、「一体成形」とは、セラミックス材料とは異なる他の材料の層が介在せずに第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層され、かつ、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の界面の近傍において接着剤（金属ロウ材や有機系接着剤）が含浸した領域が存在せずに第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とが積層されていることを意味する。
【００２６】
第１セラミックス層１０は、電子部品２００の熱を冷却媒体に放出する役割を果たす。図１に示すように、第１セラミックス層１０は、直方体の外観形状を有し、内部に冷却媒体主流路２５を備えている。冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０を貫通する円筒状の貫通孔として形成されている。冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０において、第１側面Ｓｆ１に冷却媒体供給口２８を有し、また、第１側面Ｓｆ１と対向する第２側面Ｓｆ２に冷却媒体排出口２９を有する。第１側面Ｓｆ１および第２側面Ｓｆ２は、いずれも、第１セラミックス層１０において第２セラミックス層２０と接する面Ｓａに対して接している。本実施例では、冷却媒体主流路２５は、面Ｓａと平行に（すなわち、積層方向と直交する方向に沿って）配置されている。
【００２７】
冷却媒体主流路２５は、冷却媒体供給口２８および冷却媒体排出口２９において図示しない冷却媒体供給機構（例えば、管路とポンプとラジエータ等からなる機構）と接続されており、冷却媒体供給機構から冷却媒体を供給される。本実施例では、冷却媒体として純水を用いるものとするが、純水に代えて、クーラント等の液体や、空気や窒素ガス等の気体など、任意の媒体を採用することができる。
【００２８】
図２に示すように、第１セラミックス層１０は、多数の細孔（気孔）１５を備えている。細孔１５は、第１セラミックス層１０の内部および表面に一様に形成されている。後述する製造方法からも理解できるように、細孔１５は、セラミックス材料由来の（自然に生じた）孔ではなく、人為的に形成された孔である。細孔１５の多くは、隣接する細孔１５と連通している。また、冷却媒体主流路２５の表面に接して配置されている細孔１５は、冷却媒体主流路２５と連通している。したがって、図２に示すように、冷却媒体供給口２８から供給される冷却媒体は、冷却媒体主流路２５の表面から細孔１５を通って第１セラミックス層１０の内部全体に供給される。また、第１セラミックス層１０の内部に供給された冷却媒体は、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０から熱を奪って冷却媒体主流路２５に戻り、冷却媒体排出口２９から排出される。
【００２９】
ここで、冷却媒体主流路２５の表面（冷却媒体の流通面）の面積は、第１側面Ｓｆ１の面積よりも大きく構成されている。このような構成とすることにより、冷却媒体主流路２５の表面に接する細孔１５の合計表面積を、第１側面Ｓｆ１に接する細孔１５の合計表面積よりも大きくすることができる。したがって、第１側面Ｓｆ１全体から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、より多くの冷却媒体を第１セラミックス層１０に供給することができる。
【００３０】
第２セラミックス層２０は、電子部品２００と第１セラミックス層１０との間の熱伝導を実現すると共に、第１セラミックス層１０内の冷却媒体が電子部品２００に接触することを抑制する。図１に示すように、第２セラミックス層２０は、六面体の外観形状を有している。第２セラミックス層２０は、第１セラミックス層１０（面Ｓａ）と接する面Ｓｂに対向して配置されている面Ｓｆ１０において、電子部品２００を実装し得る。なお、電子部品２００としては、電力用半導体素子（パワーデバイス）や制御用半導体素子といった能動部品や、抵抗器やコンデンサといった受動部品など、任意の電子部品が該当する。第２セラミックス層２０は、第１セラミックス層１０と異なり細孔（人工的に形成された孔）を有しておらず、緻密に形成されている。換言すると、第１セラミックス層１０の比表面積（冷却媒体主流路２５を除く他の部分の比表面積）は、第２セラミックス層２０の比表面積よりも大きく、かつ第１セラミック層１０におけるセラミックス充填率が、第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さく構成されている。したがって、第２セラミックス層２０を第１セラミックス層１０と電子部品２００との間に介在させることにより、第１セラミックス層１０内部に供給された冷却媒体が、電子部品２００に接触することを抑制することができる。
【００３１】
前述のセラミックス充填率とは、気孔を有していないセラミックス部材と比較した場合の単位体積あたりの重量比を意味する。第１セラミックス層１０におけるセラミックス充填率は第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さいので、放熱器１００では、第１セラミックス層１０の冷却媒体主流路２５側から第２セラミックス層２０における面Ｓｆ１０（電子部品２００を実装し得る面）側に向かって、セラミックス充填率が大きくなるように構成されている。なお、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０の比表面積は、例えば、窒素ガス吸着法（ＢＥＴ法）により測定することができる。
【００３２】
上述した第１セラミックス層１０は、請求項における第１のセラミックス層に相当する。また、第２セラミックス層２０は請求項における第２のセラミックス層に、面Ｓｆ１０は請求項における載置面に、面Ｓａは請求項における当接面に、第１側面Ｓｆ１は請求項における側面に、細孔１５は請求項における気孔に、それぞれ相当する。
【００３３】
Ａ２．冷却器の製造方法
図３は、本実施例の放熱器の製造処理の手順を示すフローチャートである。セラミックス材料と有機バインダーと溶媒と造孔用部材とを含むスラリー（以下、「第１スラリー」と呼ぶ）と、セラミックス材料と有機バインダーと溶媒とを含み、造孔用部材を含まないスラリー（以下、「第２スラリー」と呼ぶ）とを生成する（ステップＳ１０５）。造孔用部材は、前述の細孔１５を形成するための部材であり、本実施例では、炭素を材料とする粒子（カーボンボール）を採用する。後述するように、放熱器の製造過程において造孔用部材が焼失されることにより、造孔用部材の占めていた領域が細孔１５として形成される。なお、第１スラリーおよび第２スラリーの製造手順としては、まず第２スラリーを生成し、次に第２スラリーを所定量ずつ二分して一方のスラリーに造孔用部材を混ぜることで、第１スラリーを生成する手順を採用することができる。
【００３４】
前述のステップＳ１０５で生成された第１スラリーおよび第２スラリーを、それぞれ、ドクターブレード法によるキャスティングにて、シート状に成型し（ステップＳ１１０）、各シートを定型に打ち抜くことで、各シートから焼成前のセラミックス生シート（グリーンシート）を複数生成する（ステップＳ１１５）。なお、第１スラリーを基材として成型されたシートから生成されたグリーンシートを第１グリーンシートと呼び、第２スラリーを基材として成型されたシートから生成されたグリーンシートを第２グリーンシートと呼ぶ。各第１グリーンシートには造孔用部材が含まれており、各第２グリーンシートには造孔用部材が含まれていない。
【００３５】
第１グリーンシートおよび第２グリーンシートをそれぞれ所定数だけ積層し、さらに、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とを積層し、所定の圧力を加えて熱圧着させる（ステップＳ１２０）。このとき、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体との間は、グリーンシートに含まれる有機バインダーにより結着しているが、焼成により除去されシート層間は一体化するため、最終成型体においては他の部材や接着剤などが介在しない。したがって、ステップＳ１２０の処理により、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とは一体成形される。なお、後述のステップＳ１３０を経て、第１グリーンシートの積層体は前述の第１セラミックス層１０に、第２グリーンシートの積層体は前述の第２セラミックス層２０に、それぞれ成形される。ステップＳ１２０では、第１グリーンシートの積層体に含まれる造孔用部材が焼失される温度（例えば、５００℃）よりも低い温度、かつ、グリーンシートに含まれる有機バインダーの結着力が発揮される温度（例えば、８０℃）となるように、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とを加熱、圧着する。
【００３６】
ステップＳ１２０により熱圧着された第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とのうち、第１グリーンシートの積層体に相当する部分を、ドリルやレーザ照射等によって積層方向と直交する方向（積層面に沿った方向）に掘削することにより、冷却媒体主流路２５を形成する（ステップＳ１２５）。
【００３７】
冷却媒体主流路２５が形成された積層体（第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体とが一体成形された積層体）を所定の温度で加熱することにより、放熱器１００を得る（ステップＳ１３０）。具体的には、まず、比較的低温（例えば、２５０〜３００℃）となるように加熱して有機バインダーを除去（脱脂）し、次に、中程度の温度（例えば、５００〜６００℃）となるように加熱して造孔用部材を除去し、最後に比較的高温（例えば、１２００〜１３００℃）となるように加熱して焼成させる方法を採用することができる。このステップＳ１３０を実行することにより、第１グリーンシートの積層体に相当する部分に存在していた造孔用部材が焼失され、細孔１５が形成される。このとき、冷却媒体主流路２５に接して配置されていた造孔用部材が焼失されることにより、冷却媒体主流路２５と細孔１５とが連通される。なお、かかる工程からも理解できるように、第１セラミックス層１０に形成される孔のうち、造孔用部材を用いて人為的に形成される孔（細孔１５）が、請求項における気孔に相当する。
【００３８】
以上の構成および製造方法を有する第１実施例の放熱器１００では、電子部品２００が実装される第２セラミックス層２０と、放熱を行う第１セラミックス層１０とは、いずれも同じセラミックス材料を基材としているため、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間における熱応力の発生を抑制することができる。加えて、第１セラミックス層１０に冷却媒体主流路２５と多数の細孔１５とが形成され、冷却媒体主流路２５に冷却媒体が供給され得るので、電子部品２００から発せられた熱を、冷却媒体主流路２５および細孔１５に供給される冷却媒体に吸収させ、第１セラミックス層１０の外部へと放出させることができる。したがって、電子部品２００の熱を効率的に放出させることができる。
【００３９】
また、冷却媒体主流路２５を、第１セラミックス層１０の貫通孔として形成するので、冷却媒体主流路２５を容易に形成することができると共に、第１セラミックス層１０の内部にほぼ一様に冷却媒体を供給することができる。したがって、第１セラミックス層１０内に温度分布が生じることを抑制でき、温度分布に起因する第１セラミックス層１０の損傷を抑制できる。また、冷却媒体主流路２５の表面積を、第１セラミックス層１０の第１側面Ｓｆ１の表面積よりも大きく構成しているので、第１側面Ｓｆ１全体から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）構成に比べて、より多くの冷却媒体を第１セラミックス層１０の内部に供給することができる。
【００４０】
また、第２セラミックス層２０を、細孔１５を有さない緻密な構造としているので、第１セラミックス層１０に供給された冷却媒体が電子部品２００に接触することを抑制できる。したがって、冷却媒体と電子部品２００との接触に起因する電子部品２００の損傷や短絡を抑制できる。
【００４１】
また、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とを一体成形するので、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間に他の部材が介在する構成に比べて、熱応力の発生を抑制できる。また、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０とを、接着剤を用いずに熱圧着して接合しているので、第１セラミックス層１０および第２セラミックス層２０において接着剤が含浸した領域が存在しないようにすることができる。このようにすることで、接着剤が含浸した領域と他の領域との間において、熱膨張率の相違に起因する熱応力の発生を抑制できる。
【００４２】
また、細孔１５の形成方法として、造孔用部材を含むスラリーを基材として複数のグリーンシートを生成し、かかるグリーンシートの積層体から造孔用部材を焼失させて細孔を形成する方法を採用するので、細孔１５を容易に形成することができる。
【００４３】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図４では、図２と同様に、第２実施例の放熱器１００ａの積層方向に沿った断面を表わしている。第２実施例の放熱器１００ａは、第１セラミックス層１０と第２セラミックス層２０との間に第３セラミックス層３０を備えている点において、図１，２に示す第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００４４】
図４に示す第３セラミックス層３０は、第１セラミックス層１０と同様に、多数の細孔１５を備えている。第３セラミックス層３０の比表面積は、第１セラミックス層１０の比表面積（冷却媒体主流路２５を除く他の部分の比表面積）よりも小さく、第２セラミックス層２０の比表面積よりも大きく、かつ、第３セラミックス層３０における単位体積あたりの細孔１５の体積は、第１セラミックス層１０における冷却媒体主流路２５を除く他の部分における単位体積あたりの細孔１５の体積に比べて少ない。換言すると、第３セラミックス層３０におけるセラミックス充填率は、第１セラミックス層１０における冷却媒体主流路２５を除く他の部分におけるセラミックス充填率に比べて大きく、かつ、第２セラミックス層２０におけるセラミックス充填率に比べて小さい。
【００４５】
このような第３セラミックス層３０を有する放熱器１００ａは、例えば、以下のようにして製造することができる。図３に示すステップＳ１０５において、第１スラリーに比べて造孔用部材の混入量を減らして第３スラリーを生成する。ステップＳ１１０において、かかる第３スラリーを用いてシートを成型し、ステップＳ１１５において、第３セラミックス層３０を形成することとなるグリーンシート（以下、「第３グリーンシート」と呼ぶ）を複数生成する。ステップＳ１２０において、所定数の第３グリーンシートを積層し、第１グリーンシートの積層体と第２グリーンシートの積層体との間に第３グリーンシートの積層体を配置して熱圧着する。その後、上述したステップＳ１２５，Ｓ１３０を実行することにより、放熱器１００ａを得ることができる。
【００４６】
以上の構成を有する第２実施例の放熱器１００ａは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。なお、第２実施例においては、第３セラミックス層３０は請求項における第１のセラミックス層に相当し、第２セラミックス層２０は請求項における第２のセラミックス層に相当する。
【００４７】
Ｃ．第３実施例：
図５は、第３実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図５では、図２，４と同様に、第３実施例の放熱器１００ｂの積層方向に沿った断面を表わしている。第３実施例の放熱器１００ｂは、冷却媒体主流路２５ａの配置位置において、第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００４８】
第１実施例の放熱器１００では、冷却媒体主流路２５は、第１セラミックス層１０において第２セラミックス層２０と接する面Ｓａと平行に配置されていた。これに対して、第２実施例の放熱器１００ｂでは、図５に示すように、冷却媒体主流路２５ａは、面Ｓａと交わる方向に沿って延びて配置されている。具体的には、冷却媒体供給口２８は、冷却媒体排出口２９に比べて、積層方向に沿って下方（第２セラミックス層２０から離れる方向）に位置している。このような構成を有する放熱器１００ｂは、図３におけるステップＳ１２５において、第１グリーンシートの積層体に相当する部分を、積層面と交わる方向に掘削することで、製造することができる。
【００４９】
以上の構成を有する第３実施例の放熱器１００ｂは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。
【００５０】
Ｄ．第４実施例：
図６は、第４実施例の放熱器の断面を示す断面図である。図６では、図２，４，５と異なり、第４実施例の放熱器１００ｃの積層方向と直交する方向（各層の積層面と平行する方向）に沿った断面を表わしている。また、図６では、第４実施例の冷却媒体主流路２５ｂを含む断面を表わしている。第４実施例の放熱器１００ｃは、冷却媒体主流路２５ｂの形状において、第１実施例の放熱器１００と異なり、他の構成は、放熱器１００と同じである。
【００５１】
第４実施例の冷却媒体主流路２５ｂの冷却媒体供給口２８ａおよび冷却媒体排出口２９ａは、いずれも第３側面Ｓｆ３に形成されている。第３側面Ｓｆ３は、第１側面Ｓｆ１と第２側面Ｓｆ２と面Ｓａとに接している。図６に示すように、冷却媒体主流路２５ｂは、第１セラミックス層１０の内部で折り返す形状（Ｕ字形状）を有している。このような構成を有する放熱器１００ｃは、図３におけるステップＳ１２５において、第１実施例のように掘削加工することに代えて、第１グリーンシートのうち、冷却媒体主流路２５ｂが形成される位置に対応する複数のグリーンシートに、予め冷却媒体主流路２５ｂを形成するための溝や孔を設けておき、これらのグリーンシートを積層することにより、冷却媒体主流路２５ｂを形成することができる。
【００５２】
なお、第４実施例においても、第１〜３実施例と同様に、冷却媒体主流路２５ｂの表面（冷却媒体の流通面）の面積は、第３側面Ｓｆ３の面積よりも大きく構成されている。このような構成とする理由は、第１〜３実施例において、冷却媒体主流路２５，２５ａの表面の面積を、第１側面Ｓｆ１の面積よりも大きく構成しているのと同じ理由である。
【００５３】
以上の構成を有する第４実施例の放熱器１００ｃは、第１実施例の放熱器１００と同じ効果を有する。なお、上述した第１〜４実施例からも理解できるように、第１セラミックス層１０において任意の方向に配置され、また、任意の形状を有する冷却媒体主流路を、本発明の冷却媒体主流路として採用することができる。
【００５４】
Ｅ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５５】
Ｅ１．変形例１：
各実施例では、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂは、連続する１本の流路として形成されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、連続する複数本の流路として形成することもできる。また、流路の途中で分岐・合流する支流路を有する１本又は複数本の流路として形成することもできる。このような構成により、放熱効率を向上させることができる。
【００５６】
また、各実施例では、放熱器１００，１００ａ〜１００ｃは、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを備えていたが、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを省略することもできる。このような構成においても、例えば、第１セラミックス層１０の第１側面Ｓｆ１から第１セラミックス層１０の内部に冷却媒体を供給する（浸透させる）ことができる。
【００５７】
Ｅ２．変形例２：
各実施例では、造孔用部材として、カーボン微粒子を採用していたが、カーボン微粒子に代えて、グリーンシートの焼成温度（例えば、１２００〜１３００℃）よりも低い温度で除去され得る任意の部材を採用することができる。具体的には、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）や、ブチルメタクリレート（ＢＭＡ）といった、熱分解性有機高分子化合物を用いることができる。
【００５８】
Ｅ３．変形例３：
各実施例では、第２セラミックス層２０は、細孔１５を全く備えていなかったが、これに代えて、極小数だけ細孔１５を備える構成を採用することもできる。また、第２実施例では、第３スラリーへの造孔用部材の混入量を、第１スラリーへの造孔用部材の混入量よりも減らすことにより、第３セラミックス層３０の比表面積を、第１セラミックス層１０に比べて比表面積を小さく（セラミックス充填率を大きく）していたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、平均粒子径が異なる造孔用部材の第１および第３スラリーへの混入量（重量）を調整することにより第１および第３セラミックス層の比表面積（およびセラミックス充填率）を制御することができる。
【００５９】
Ｅ４．変形例４：
各実施例では、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂの表面（冷却媒体の流通面）の面積は、冷却媒体供給口２８，２８ａを有する面（第１側面Ｓｆ１又は第３側面Ｓｆ３）の面積よりも大きく構成されていたが、これに代えて、冷却媒体供給口２８，２８ａを有する面（第１側面Ｓｆ１又は第３側面Ｓｆ３）の面積以下とすることもできる。このような構成においても、冷却媒体主流路２５，２５ａ，２５ｂを設けない構成に比べて、第１セラミックス層１０における温度分布の発生を抑制でき、かかる温度分布に起因する放熱器１００，１００ａ〜１００ｃの劣化を抑制できる。
【００６０】
Ｅ５．変形例５：
各実施例では、冷却媒体主流路２５を形成した（ステップＳ１２５）後に、加熱による脱脂，造孔用部材除去および焼成を行っていたが（ステップＳ１３０）、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１２０の後に、加熱による脱脂，造孔用部材除去および焼成を行い、続いて、冷却媒体主流路２５を形成することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…放熱器
１０…第１セラミックス層
１５…細孔
２０…第２セラミックス層
２５，２５ａ，２５ｂ…冷却媒体主流路
２８，２８ａ…冷却媒体供給口
２９，２９ａ…冷却媒体排出口
３０…第３セラミックス層
２００…電子部品
Ｓｆ１…第１側面
Ｓｆ２…第２側面
Ｓｆ３…第３側面
Ｓｆ１０，Ｓａ，Ｓｂ…面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品用放熱器であって、
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、
前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、
を備える、電子部品用放熱器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、さらに、前記冷却媒体を流通させる冷却媒体主流路を有する、電子部品用放熱器。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層と接する当接面と、前記当接面に接し、前記冷却媒体主流路における前記冷却媒体の供給口が形成された側面と、を有し、
前記冷却媒体主流路の表面積は、前記側面の表面積よりも大きい、電子部品用放熱器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有さない、電子部品用放熱器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有し、
前記第１のセラミックス層の比表面積は、前記第２のセラミックス層の比表面積に比べて大きく、
前記第１のセラミック層におけるセラミックス充填率は、前記第２のセラミックス層におけるセラミックス充填率に比べて小さい、電子部品用放熱器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層とは、一体成形されている、電子部品用放熱器。
【請求項７】
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、を有する電子部品用放熱器の製造方法であって、
（ａ）造孔用部材を含むセラミックスグリーンシート用の第１のスラリーと、前記造孔用部材を含まないセラミックスグリーンシート用の第２のスラリーと、を用意する工程と、
（ｂ）前記第１のスラリーを用いて前記第１のセラミックス層用の第１のセラミックスグリーンシートを生成し、前記第２のスラリーを用いて前記第２のセラミックス層用の第２のセラミックスグリーンシートを生成する工程と、
（ｃ）前記第１のセラミックスグリーンシートと前記第２のセラミックスグリーンシートとを、積層して熱圧着することにより、セラミックスグリーン積層体を生成する工程と、
（ｄ）前記セラミックスグリーン積層体を加熱することにより、前記セラミックス積層体から前記造孔用部材を除去して前記気孔を形成する工程と、
を備える、電子部品用放熱器の製造方法。
【請求項１】
電子部品用放熱器であって、
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、
前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、
を備える、電子部品用放熱器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、さらに、前記冷却媒体を流通させる冷却媒体主流路を有する、電子部品用放熱器。
【請求項３】
請求項２に記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層は、前記第２のセラミックス層と接する当接面と、前記当接面に接し、前記冷却媒体主流路における前記冷却媒体の供給口が形成された側面と、を有し、
前記冷却媒体主流路の表面積は、前記側面の表面積よりも大きい、電子部品用放熱器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有さない、電子部品用放熱器。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第２のセラミックス層は、前記冷却媒体を流通させるための気孔を有し、
前記第１のセラミックス層の比表面積は、前記第２のセラミックス層の比表面積に比べて大きく、
前記第１のセラミック層におけるセラミックス充填率は、前記第２のセラミックス層におけるセラミックス充填率に比べて小さい、電子部品用放熱器。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電子部品用放熱器において、
前記第１のセラミックス層と前記第２のセラミックス層とは、一体成形されている、電子部品用放熱器。
【請求項７】
冷却媒体を流通させるための気孔を有する第１のセラミックス層と、前記第１のセラミックス層に積層され、電子部品が載置される載置面を有する第２のセラミックス層と、を有する電子部品用放熱器の製造方法であって、
（ａ）造孔用部材を含むセラミックスグリーンシート用の第１のスラリーと、前記造孔用部材を含まないセラミックスグリーンシート用の第２のスラリーと、を用意する工程と、
（ｂ）前記第１のスラリーを用いて前記第１のセラミックス層用の第１のセラミックスグリーンシートを生成し、前記第２のスラリーを用いて前記第２のセラミックス層用の第２のセラミックスグリーンシートを生成する工程と、
（ｃ）前記第１のセラミックスグリーンシートと前記第２のセラミックスグリーンシートとを、積層して熱圧着することにより、セラミックスグリーン積層体を生成する工程と、
（ｄ）前記セラミックスグリーン積層体を加熱することにより、前記セラミックス積層体から前記造孔用部材を除去して前記気孔を形成する工程と、
を備える、電子部品用放熱器の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６２２７２（Ｐ２０１３−６２２７２Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９７９０３（Ｐ２０１１−１９７９０３）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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