JP2015037162A - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属とセラミックス間の様にろう付性に難易差のある複数の接合部を有する放熱装置のろう付において、余剰ろう材による弊害を増大させることなく良好にろう付する技術を提供する。
【解決手段】絶縁層１１の一方の面側に電子素子１４を搭載する回路層１２が積層され、他方の面側にアルミニウム層１３を介してヒートシンク２０が積層されて、これらが一体化された放熱装置１であって、前記絶縁層１１とアルミニウム層１３とが第１ろう材４１によって接合され、前記アルミニウム層１３とヒートシンク２０とが第２ろう材４２によって接合され、前記第１ろう材４１の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材４２の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たしている。また、０．５＜Ｙ−Ｘ＜３０の関係をも満たしている。前記第１ろう材の固相線温度Ｘが５００〜５６５℃であり、第２ろう材の固相線温度Ｙが５２０〜５７７℃である放熱装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子素子を搭載する回路基板とヒートシンクとを一体化した放熱装置に関する。

本明細書および特許請求の範囲の記載において、「アルミニウム」の語はアルミニウムおよびその合金の両者を含む意味で用いられる。

電子素子が発生する熱を放散させる方法として、電子素子を搭載する回路基板をヒートシンクにろう付してこれらを一体化した放熱装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された放熱装置は、セラミックからなる絶縁層の一方の面に回路層を積層し、他方の面にアルミニウム層を介して金属製ヒートシンクを積層し、各層をろう付することによって一体化したものである。このような積層構造の放熱装置は、各層間にろう材を挟んで放熱装置を仮組みし、仮組体を加熱することによって各層が一括してろう付される。

特開２００４−１５３０７５号公報

一般に、セラミックと金属のろう付は金属同士のろう付よりも難しく、接合されにくい。

前記放熱装置は、セラミック製絶縁層とアルミニウム層、アルミニウム層と金属製ヒートシンクというろう付性に難易差のある接合部を有しているため、仮組体を一括ろう付すると接合されにくい絶縁層とアルミニウム層との間のろう材がヒートシンク側に流れる傾向があり、ろう材が不足することがある。

絶縁層−アルミニウム層間のろう材不足を解消するためにろう材量を増やすと、これらの接合界面でろう材による侵食が増大するおそれがある。ヒートシンク側への流出量も増えるので、流出したろう材によるヒートシンクへの侵食が発生するおそれがある。また、アルミニウム層は絶縁層とヒートシンクとの間の応力緩和層であり応力吸収力の大きいパンチングメタルを使用することがあるが、パンチングメタルを用いた放熱装置では流出したろう材で穴が塞がることがある。パンチングメタルの穴がろう材で塞がると応力吸収力が低下する。このように、絶縁層とアルミニウム層のろう付性をろう材量を増やすことによって改善しようとすると、余剰ろう材による弊害も増大することになる。

本発明は上述した技術背景に鑑みて、ろう付性に難易差のある複数の接合部を有する放熱装置のろう付において、余剰ろう材による弊害を増大させることなく良好にろう付する技術の提供を目的とする。

即ち、本発明は下記［１］〜［９］に記載の構成を有する。

［１］絶縁層の一方の面側に電子素子を搭載する回路層が積層され、他方の面側にアルミニウム層を介してヒートシンクが積層されて、これらが一体化された放熱装置であって、
前記絶縁層とアルミニウム層とが第１ろう材によって接合され、前記アルミニウム層とヒートシンクとが第２ろう材によって接合され、
前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たしていることを特徴とする放熱装置。

［２］前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とが０．５＜Ｙ−Ｘ＜３０の関係を満たしている前項１に記載の放熱装置。

［３］前記第１ろう材の固相線温度Ｘが５００〜５６５℃であり、第２ろう材の固相線温度Ｙが５２０〜５７７℃である前項１または２に記載の放熱装置。

［４］前記第１ろう材は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である前項１〜３のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。

［５］前記第２ろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である前項１〜４のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。

［６］前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材中のＺｎ濃度が１．５〜２０質量％である前項４または５に記載の放熱装置。

［７］前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材中のＣｕ濃度が０．３〜１５質量％である前項４または５に記載の放熱装置。

［８］絶縁層、第１ろう材、アルミニウム層、第２ろう材、ヒートシンクの順に重ねて仮組みし、この仮組体を加熱して絶縁層、アルミニウム層およびヒートシンクをろう付する放熱装置の製造方法であって、
前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たし、
前記ろう付の温度プロファイルにおいて、前記仮組体を第１ろう材の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材の固相線温度Ｙ℃未満の中間温度域に保持することを特徴とする放熱装置の製造方法。

［９］前記中間温度域の保持時間は０．５〜１０分である前項８に記載の放熱装置の製造方法。

［１］に記載の発明は、接合され難い絶縁層とアルミニウム層とを接合する第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と、接合され易いアルミニウム層とヒートシンクとを接合する第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たしている。Ｘ＜Ｙなる関係により、ろう付過程初期においては第１ろう材が先に溶融し、第２ろう材の固相線温度Ｙ℃に達するまでは第１ろう材のみが溶融しているので、接合界面からはみ出した第１ろう材がアルミニウム層の側面で第２ろう材と繋がることはない。第２ろう材は第１ろう材と繋がらない限り第１ろう材の流出を促すことはないので、第１ろう材は接合界面から失われることなく絶縁層とアルミニウム層との接合に費やされる。ろう付過程が進行して第２ろう材の固相線温度Ｙ℃に達すると第２ろう材も溶融しはじめ、溶融の進んだ第１ろう材がヒートシンク側に流れ、あるいは第１ろう材と第２ろう材と繋がるが、その時点では絶縁層とアルミニウム層との接合に必要な量のろう材が接合界面に保持されているのでろう材不足となることはない。

このようにろう付性に難易差のある２つの接合部が共に良好に接合されるので、流出を見越した過剰量のろう材を供給する必要がなく、余剰ろう材による侵食を抑えることができる。また、アルミニウム層に貫通孔を設けた場合は貫通孔が余剰ろう材で塞がることがなく、応力吸収力が低下することもない。

［２］に記載の発明によれば、厳密なろう付の温度管理を要せず、上述した効果を得ることができる。

［３］［４］［５］［６］［７］に記載の各発明によれば、絶縁層、アルミニウム層、ヒートシンクの材料に鑑みてろう付性に難易差のある２つの接合部を良好に接合できる。

［８］に記載の発明によれば、ろう付の温度プロファイルにおいて、仮組体が第１ろう材の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材の固相線温度Ｙ℃未満の中間温度域に保持されることによって、第１ろう材が第２ろう材よりも先に溶融し、絶縁層とアルミニウム層との接合がアルミニウム層とヒートシンクとの接合に先んじて進むので、第２ろう材が第１ろう材流出を促すことがない。このため、第１ろう材は接合界面から失われることなく絶縁層とアルミニウム層との接合に費やされる。ろう付過程が進行して第２ろう材の固相線温度Ｙ℃に達すると第２ろう材も溶融しはじめ、溶融の進んだ第１ろう材がヒートシンク側に流れ、あるいは第１ろう材と第２ろう材と繋がるが、その時点では絶縁層とアルミニウム層との接合に必要な量のろう材が接合界面に保持されているのでろう材不足となることはない。

［９］に記載の発明によれば、第１ろう材による絶縁層とアルミニウム層との接合を十分に進行させた後に第２ろう材を溶融させることができる。

本発明にかかる放熱装置の一実施形態の断面図である。

［放熱装置の構成］
図１は本発明の放熱装置の一実施形態を、構成部材が積層する方向で切断した断面で示している。

放熱装置（1）は、絶縁層（11）の一方の面側に電子素子（14）を搭載する回路層（12）が積層され、他方の面側にはアルミニウム層（13）を介してヒートシンク（20）が積層され、これらが一体に接合されている。前記回路層（12）および絶縁層（11）とヒートシンク(13)とはアルミニウム層（13）を介して熱的に結合され、回路層（12）に搭載された電子素子（14）が発する熱はヒートシンク（20）に排熱される。

前記放熱装置（1）は、回路層（12）、絶縁層（11）、アルミニウム層（13）およびヒートシンク（20）をそれぞれの部材間にろう材を配置して仮組みし、仮組体を一括ろう付し、その後に電子素子（14）をはんだ付したものである。以下の説明において、前記絶縁層（11）とアルミニウム層（13）との接合部を第１接合部（31）、前記アルミニウム層（13）とヒートシンク（20）との接合部を第２接合部（32）、前記絶縁層（11）と回路層（12）との接合部を第３接合部（33）と略称し、第１接合部（31）、第２接合部（32）および第３接合部（33）を接合するためのろう材をそれぞれ第１ろう材（41）、第２ろう材（42）および第３ろう材（43）と称する。

前記放熱装置（1）を構成する各層の好ましい材料は以下のとおりである。

前記絶縁層（11）を構成する材料としては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ジルコニウム等のセラミックを例示できる。これらのセラミックは電気絶縁性が優れていることはもとより、熱伝導性が良く放熱性が優れている点で推奨できる。

前記回路層（12）を構成する金属としては、導電性が高くかつ絶縁層（11）とろう付またははんだ付が可能な金属を用いるものとし、特に高純度アルミニウムを推奨できる。

前記アルミニウム層（13）は、剛性の高いセラミック製の絶縁層（11）とヒートシンク（20）との接合界面に発生する熱応力を緩和するための層であるから、軟質の金属を用いることが好ましく、特に高純度アルミニウムが好ましい。また、図示例のアルミニウム層（13）のように、応力吸収空間として複数の円形貫通穴（13a）を有するパンチングメタルを用いることも好ましい。

前記ヒートシンク（20）を構成する金属は、軽量性、強度維持、成形性、耐食性に優れた材料を用いることが好ましく、これらの特性を有するものとしてＡｌ−Ｍｎ系合金やＡｌ−Ｆｅ系合金等のアルミニウム合金を推奨できる。ヒートシンク（20）はアルミニウム層（13）側の外面がフラットであればアルミニウム層（20）と広い面積でろう付して高い放熱性能が得られるので、アルミニウム層（20）側の面以外の外部形状や内部形状は問わない。図示例のヒートシンク（20）は膨出部を有する上板（21）と平板からなる底板（22）とを組み合わせて形成される冷媒室（23）にインナーフィン（24）をはめ込んで接合したものである。ヒートシンクの他の形状として、平板、平板の他方の面にフィンをろう付したヒートシンク、中空部を有する形材で構成したチューブ型ヒートシンク等を例示できる。

［放熱装置のろう付］
本発明は上述した３つのろう材のうちの第１ろう材（41）および第２ろう材（42）の固相線温度に関して規定する。

第１接合部（31）と第２接合部（32）はアルミニウム層（13）の両面に位置し、これらはアルミニウム層（13）によって隔てられており、その隔たりはアルミニウム層（13）の厚み分である。アルミニウム層（13）の側面は平坦であるから、接合界面からはみ出した溶融ろう材は妨げられることなくアルミニウム層（13）の側面を伝うことができる状態である。また、接合界面から貫通穴（13a）にはみ出した溶融ろう材も貫通穴（13a）の壁面を伝うことができる状態である。

第１接合部（31）はセラミックと金属の異種材料の接合であるから、金属同士の第２接合部（32）よりも接合されにくく接合に時間がかかる。このため、第１接合部（31）と第２接合部（32）に同じろう材を用いた場合、ろう付過程において、溶融した第２ろう材（41）は接合に費やされて接合界面に保持されているが、溶融した第１ろう材（41）は接合界面における保持力が第２ろう材（42）よりも弱いために接合界面から流出し易い、という状態にある時期がある。ろう付過程の初期にこのような状態になると、第1ろう材（41）が接合に費やされることなく接合界面からアルミニウム層（13）の側面および貫通穴（13a）に流出し易くなる。また、このとき、第２ろう材（42）がアルミニウム層（13）の側面および貫通穴（13a）にはみ出していると、はみ出した第２ろう材（42）と第１ろう材（41）とがアルミニウム層（13）の側面上および貫通穴（13a）の壁面上で繋がることがある。しかも、第２接合部（32）の接合界面からはみ出す第２ろう材（42）の量が多いほど、第２ろう材（42）はアルミニウム層（13）の側面を第１接合部（31）側に伝い流れる量が増えて第1接合部（31）に近づき、第２ろう材（42）が第1ろう材（41）を迎えに行くことになって第１ろう材（41）と繋がり易くなる。両方の溶融ろう材が繋がってろう材の道すじが形成されると、接合界面での保持力の弱い第１ろう材（41）は第２ろう材（42）が呼び水となって接合界面からの流出が促され、第１ろう材（41）が単独で流出するよりも多量のろう材が接合界面から流出する。その結果、第１接合部（31）はろう材が不足して接合不良となる。

本発明は、ろう付過程初期において第２ろう材（42）を第１ろう材（41）流出の呼び水にしないために、第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たすことを要件とする。

ろう付の温度プロファイルにおいて、仮組体の実体温度はろう付の設定温度に到達するまで昇温する。この温度プロファイルにおいて、固相線温度の低い第１ろう材（41）が先に溶融し、接合されにくい第１接合部（31）の接合が第２接合部（32）よりも早い時期に始まる。第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃に達するまでは第１ろう材（31）のみが溶融して第２ろう材（42）は溶融していないので、第１接合部（31）の接合界面から第１ろう材（41）がアルミニウム層（13）の側面にはみ出したとしても、側面上で第２ろう材（42）と繋がることはない。第２ろう材（42）は第１ろう材（41）と繋がらない限り第１ろう材（41）流出の呼び水になることはないので、第１ろう材（41）は接合界面から失われることなく接合に費やされる。ろう付過程が進行して第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃に達すると第２ろう材（42）も溶融しはじめる。第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃以上の温度域では、先に溶融が始まって溶融の進んだ第１ろう材（41）が第２接合部（32）側に流れ、あるいは第１ろう材（41）が接合界面からアルミニウム層（13）の側面にはみ出した第２ろう材（42）と繋がることもあるが、その時点では第１接合部（31）の接合に必要な量のろう材が接合界面に保持されているのでろう材不足となることはない。しかも、第２ろう材（42）の溶融が遅れることで第２ろう材（42）のアルミニウム層（13）の側面へのはみ出し量が少ないことも、第１ろう材（41）と繋がり難くなる要因である。また、第２接合部（32）はもとよりろう付性が良く、しかも第２接合部（32）側に流れた第１ろう材（41）が第２接合部（32）の接合界面に入り込んで接合に供されるので、第２接合部（32）に十分な量のろう材が供給されて良好にろう付される。

図示例のアルミニウム層（13）は応力吸収空間として貫通穴（13a）を有しており、貫通穴（13a）の壁面においても側面と同様の現象が起こる。即ち、第１ろう材の（41）の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃未満の温度域においては第２ろう材（42）よる呼び水作用を防いで第１接合部（31）の接合界面に接合に要する第１ろう材（41）を保持し、ろう付過程が進行すると第２接合部（32）に貫通穴（13a）を通じて第１ろう材（41）が供給される。

上述したように、ろう付の温度プロファイルにおいて、第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ（℃）未満の温度域は第１ろう材（41）のみが溶融している中間温度域である。前記中間温度域では、第１接合部（31）は第２接合部（32）に先んじて接合が進み、かつ第２ろう材（42）が第１ろう材（41）流出の呼び水になることがない。即ち、第２ろう材（42）が溶融し始める前に、第１ろう材（41）が接合界面から流れ出してもろう材不足が起きない状態になるまで第１接合部（31）の接合を進行させれば、第１接合部（31）および第２接合部（32）の両方を良好に接合させることができる。

本発明によれば、接合され難い第１接合部（31）はろう付過程初期の段階で接合界面に第１ろう材（41）が保持されるので良好にろう付される。第２接合部（31）はもとより接合され易い上に、ろう付過程の進行に伴って第１ろう材（41）が供給されるので良好にろう付される。このようにろう付性に難易差のある２つの接合部が共に良好に接合される。また、第１接合部（31）に流出を見越した過剰量のろう材を供給する必要がないので、余剰ろう材による侵食を抑えることができる。また、アルミニウム層（13）の貫通孔（13a）が余剰ろう材で塞がることがなく、応力吸収力が低下することもない。

前記第３接合部（33）は絶縁層（11）と回路層（12）は異種材料の接合であり、第１接合部（31）と同様に接合され難い接合部である。しかし、回路層（12）の短絡を防止するために絶縁層（11）の寸法は回路層（12）よりも大きく設定されているので、第３接合部（33）は大きい絶縁層（11）によって第１接合部（31）および第２接合部（32）との間の連絡が完全に断ち切られている。このため、第３接合部（33）の接合に時間がかかったとしても第３ろう材（43）が接合界面から失われることなない。従って、第３ろう材（43）を第１ろう材（41）および第２ろう材（42）の固相線温度との関係に基づいて設定する必要はなく、第３ろう材（43）は絶縁層（11）と回路層（12）とのろう付性のみを考慮して選定すれば良い。また、本発明は絶縁層（11）と回路層（12）の接合方法をろう付に限定するものではなく、はんだ付によって接合する場合も本発明に含まれる。

［ろう材およびろう付条件］
上述したように、前記第２ろう材（42）を第１ろう材（41）の呼び水にしないための条件は、ろう付の温度プロファイルにおいて前記第１ろう材（41）は溶融し始めているが第２ろう材（42）は溶融していない状態が存在することである。従って、本発明において第１ろう材（41）および第２ろう材（42）の条件は固相線温度がＸ＜Ｙの関係を満たしていることである。Ｘ＜Ｙの関係を満たしている限り、ろう材の組成や形態は限定されない。

ろう付の温度プロファイルにおいて、第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃未満の温度域は第１ろう材（41）のみが溶融し始めている中間温度域である。前記中間温度域では、第１接合部（31）は第２接合部（32）に先んじて接合が進み、かつ第２ろう材（42）が第１ろう材（41）流出の呼び水になることがない。即ち、第２ろう材（42）が溶融し始める前に、第１ろう材（41）が接合界面から流れ出してもろう材不足が起きない状態になるまで第１接合部（31）の接合を進行させれば、第１接合部（31）および第２接合部（32）の両方を良好に接合させることができる。かかる観点より、好ましいろう材およびろう付の条件は以下のとおりである。

前記第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃とは、０．５＜Ｙ−Ｘ＜３０の関係を満たしていることが好ましい。固相線温度差（Ｙ−Ｘ）が０．５℃以下では、第２ろう材（42）が溶融し始める前に第１接合部（31）の接合を十分に進行させるには仮組体を狭い温度範囲の保持しなければならない。このため、厳密なろう付の温度管理が必要となるので好ましくない。一方、固相線温度差（Ｙ−Ｘ）が３０℃以上になると、第２ろう材（42）を溶融させた際に、第１ろう材（41）が溶融し過ぎ、エロージョンとなるので好ましくない。特に好ましい固相線温度の関係は０．５＜Ｙ−Ｘ＜２０である。

また、上述した絶縁層（11）、アルミニウム層（13）、ヒートシンク（20）の材料に鑑みて、第１ろう材（41）の固相線温度Ｘが５００〜５６５℃であり、第２ろう材（42）の固相線温度Ｙが５２０〜５７７℃であることが好ましい。さらに好ましい第１ろう材（41）の固相線温度Ｘは５１０〜５６５℃であり、さらに好ましい第２ろう材（42）の固相線温度Ｙは５３０〜５７７℃である。

上述した固相線温度の条件を満たす第１ろう材（41）および第２ろう材（42）として、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材あるいはＡｌ−Ｓｉ系合金に融点降下のためにＺｎおよび／またはＣｕを添加したＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材を例示できる。これらのろう材のうちで、固相線温度の低い第１ろう材（41）として好ましいろう材は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である。また、固相線温度の高い第２ろう材（421）として好ましいろう材はＡｌ−Ｓｉ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である。

また、前記ろう材中のＳｉ濃度、Ｚｎ濃度、Ｃｕ濃度は限定されず、所期する固相線温度が得られるように適宜設定することができる。前記ろう材中の好ましいＳｉ濃度は８〜１４質量％であり、特に好ましいＳｉ濃度は９〜１２質量％である。また、好ましいＺｎ濃度は１．５〜２０質量％であり、好ましいＣｕ濃度は０．３〜１５質量％である。ただし、Ｚｎ濃度およびＣｕ濃度が高くなると加工性が低下するので、ろう材箔に加工する場合は、Ｚｎ濃度を１０質量％以下、Ｃｕ濃度を５質量％以下とすることが好ましい。また、真空ろう付には上記組成にＭｇを添加したろう材を用いることが好ましい。また、ろう材の流動性を高めるために、上記組成にＢｉまたはＳｒを添加したろう材を使用することも好ましい。

また、固相線温度が５００℃、５２０℃、５６５℃、５７７℃のろう材例として下記の組成を例示できる。

固相線温度５００℃：Ａｌ−１０質量％Ｓｉ−１５質量％Ｃｕ−２０質量％Ｚｎ合金
固相線温度５２０℃：Ａｌ−１０質量％Ｓｉ−１０質量％Ｃｕ−１５質量％Ｚｎ合金
固相線温度５６５℃：Ａｌ−１０質量％Ｓｉ−８質量％Ｃｕ合金、Ａｌ−１０質量％Ｓｉ−６質量％Ｚｎ合金
固相線温度５７７℃：Ａｌ−１０質量％Ｓｉ合金
前記第１ろう材（41）および第２ろう材（42）の形態は何ら限定されす、ろう材箔やろう材粉末として接合部に配置しても良いし、アルミニウム層（13）をブレージングシートで構成しても良い。

前記ろう付の温度プロファイルにおいて、前記中間温度域、即ち第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃未満の温度域内の保持時間は０．５〜１０分であることが好ましい。０．５分未満では第１接合部（31）の接合が十分進んでおらず、第１接合部（31）の接合が不十分な段階で第２ろう材（42）の溶融が始まると第１ろう材（31）が流出するおそれがある。一方、１０分保持すれば第１接合部（31）の進行が十分に進むので、１０分を超えて長く保持してもさらなるろう付性の向上に寄与しない。必要以上に長い保持時間はろう付時間を長引かせることになる。特に好ましい保持時間は１〜８分である。前記保持時間中はＸ℃以上でＹ℃未満であれば良いので、この温度範囲内の一定の温度に固定して保持しても良いし、温度範囲を超えないように昇温しながら保持しても良い。

図１に示す放熱装置（1）をろう材を変えて仮組し、ろう付試験を行った。

［放熱装置の構成部材とろう材］
放熱装置（1）の仮組体は、各例で共通の回路層（12）、絶縁層（11）、アルミニウム層（13）およびヒートシンク（20）と、各例で異なるろう材とからなる。

前記回路層（12）は９９．９９％以上の高純度アルミニウムからなる２８．３ｍｍ×２８．３ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの平板である。

前記絶縁層（11）は窒化アルミニウムからなる３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍの平板である。

前記アルミニウム層（13）は、９９．９９％以上の高純度アルミニウムからなり、２８．３ｍｍ×２８．３ｍｍ×厚さ１．６ｍｍの平板に直径２ｍｍの１３個の貫通穴（13a）を穿設したパンチングメタルである。

前記ヒートシンク（20）の上板（21）および底板（22）の材料は、Ａ３００３からなる心材にＡｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｚｎ合金からなるろう材をクラッドした片面ブレージングシートである。前記ブレージングシートの厚さは１．０ｍｍであり、ろう材のクラッド率は５％である。上板（21）は前記ブレージングシートにプレス加工で平面視５０ｍｍ×５０ｍｍの膨出部を形成し、膨出部の開口周縁を接合用継ぎ手部としたものである。底板（22）は前記ブレージングシートを上板（21）の接合用継ぎ手部の寸法に合わせて切断した平板である。インナーフィン（24）は厚さ０．３ｍｍのＡ１１００からなるベア材をコルゲート形に曲成したものである。前記ヒートシンク（20）は前記上板（21）および底板（22）をろう材側の面同士を対向させ、冷媒室（23）内にインナーフィン（24）を装填して組み立てたものである。

前記絶縁層（11）とアルミニウム層（13）とを接合する第１ろう材（41）、およびアルミニウム層（13）とヒートシンク（20）とを接合する第２ろう材（42）として、表１に示す組成で厚さ２０μｍのろう材箔を用いた。前記第１ろう材（41）および第２ろう材（42）の固相線温度Ｘ、Ｙおよび固相線温度差Ｙ−Ｘは表１に示すとおりである。また、前記絶縁層（11）と回路層（12）とを接合する第３ろう材（33）は各例で共通であり、厚さが４０μｍのＡｌ−１０質量％Ｓｉ−１質量％Ｍｇ合金ろう材箔を用いた。

［ろう付試験］
回路層（12）、第３ろう材（43）、絶縁層（11）、第１ろう材（41）、アルミニウム層（13）、第１ろう材（42）、ヒートシンク（20）をこの記載順に重ねて放熱装置（1）を仮組し、真空中で６００℃×２０分加熱して一括ろう付した。このろう付の温度プロファイルにおいて、仮組体の実体温度が室温から６００℃まで昇温するのに５０分を要し、６００℃に達した後の２０分を６００℃に保持した。前記ろう付の温度プロファイルにおいて、実体温度が第１ろう材（41）の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材（42）の固相線温度Ｙ℃未満の中間温度域に保持された時間は表１に示す時間であった。

ろう付した放熱装置（1）について、絶縁層（11）とアルミニウム層（13）の第１接合部（31）、およびアルミニウム層（13）とヒートシンク（20）の第２接合部（32）の接合状態を超音波探傷して接合面積率を調べ、下記の基準で評価した。

○：接合面積率が９５％以上
△：接合面積率が８５％以上９５％未満
×：接合面積率が８５％未満

また、第１接合部（31）および第２接合部（32）を観察してろう材の余剰の度合い（エロ−ジョン）調べ、下記の基準で評価した。
○：エロ−ジョンが殆ど見られない
×：エロ−ジョンが激しい
これらの評価結果を表１に併せて示す。

表１に示すように、ろう材の固相線温度に基づいてろう材を選定することにより、ろう付性に難易差のある放熱装置を良好にろう付できることを確認した。

本発明は、絶縁層とヒートシンクとをアルミニウム層を介して積層し、これらを一括ろう付して一体化した放熱装置の製造に利用できる。

1…放熱装置
11…絶縁層
12…回路層
13…アルミニウム層
14…電子素子
20…ヒートシンク
41…第１ろう材
42…第２ろう材
43…第３ろう材

Claims (9)

1. 絶縁層の一方の面側に電子素子を搭載する回路層が積層され、他方の面側にアルミニウム層を介してヒートシンクが積層されて、これらが一体化された放熱装置であって、
   前記絶縁層とアルミニウム層とが第１ろう材によって接合され、前記アルミニウム層とヒートシンクとが第２ろう材によって接合され、
   前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たしていることを特徴とする放熱装置。
2. 前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とが０．５＜Ｙ−Ｘ＜３０の関係を満たしている請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記第１ろう材の固相線温度Ｘが５００〜５６５℃であり、第２ろう材の固相線温度Ｙが５２０〜５７７℃である請求項１または２に記載の放熱装置。
4. 前記第１ろう材は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
5. 前記第２ろう材は、Ａｌ−Ｓｉ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材の群から選ばれる１種である請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の放熱装置。
6. 前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材中のＺｎ濃度が１．５〜２０質量％である請求項４または５に記載の放熱装置。
7. 前記Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金ろう材およびＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系合金ろう材中のＣｕ濃度が０．３〜１５質量％である請求項４または５に記載の放熱装置。
8. 絶縁層、第１ろう材、アルミニウム層、第２ろう材、ヒートシンクの順に重ねて仮組みし、この仮組体を加熱して絶縁層、アルミニウム層およびヒートシンクをろう付する放熱装置の製造方法であって、
   前記第１ろう材の固相線温度Ｘ℃と第２ろう材の固相線温度Ｙ℃とがＸ＜Ｙの関係を満たし、
   前記ろう付の温度プロファイルにおいて、前記仮組体を第１ろう材の固相線温度Ｘ℃以上で第２ろう材の固相線温度Ｙ℃未満の中間温度域に保持することを特徴とする放熱装置の製造方法。
9. 前記中間温度域の保持時間は０．５〜１０分である請求項８に記載の放熱装置の製造方法。

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