JP4055596B2

JP4055596B2 - 複合材

Info

Publication number: JP4055596B2
Application number: JP2003028480A
Authority: JP
Inventors: 功平田口
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-02-05
Also published as: JP2004241567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発熱する半導体装置等に使用される複合材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばパワーＩＣやパワーモジュールパッケージなどのように発熱量が大きい半導体装置において、金属製の放熱板とセラミックス絶縁層とを、はんだ（融点が４５０℃未満の溶加材）によって接合することが行なわれている。
【０００３】
はんだによって放熱板とセラミックス絶縁層とを接合した場合、接合後の冷却過程で放熱板とセラミックス絶縁層との間に生じる熱膨張率差による熱歪を、はんだの延性によって緩和することができる。このため、接合後の反りを小さくすることができるという利点がある。しかしながら、はんだは柔らかい故に、接合部の機械的強度が小さいという問題があった。
【０００４】
この明細書で言う反りは、図８に示すように、セラミックス絶縁層１の長手方向の両端を結ぶ線分Ｌに対するセラミックス絶縁層１の高低変化を測定し、その最高値と最低値の差（高低差のうちの最大値）を反りとする。セラミックス絶縁層１の反りを直接測定することが難しい場合には、電気回路部２あるいは放熱板３の反りを測定することによって、セラミックス絶縁層１の反りの大きさを評価してもよい。
【０００５】
はんだよりも融点が高いろう材（融点が４５０℃以上の溶加材）を用いることにより、接合部の機械的強度を高めることも可能である。（例えば下記特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１４４２３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
溶加材の種類に関係なく、複合材は全般的に熱膨張差に起因する反りや強度低下の問題があった。ろう付けによって複合材の強度等を改善することが可能であるが、その場合でも、ろう材ははんだに比べて延性が小さいため、例えば放熱板とセラミックス絶縁層をろう付けした場合、ろう付け後の冷却過程で生じる放熱板とセラミックス絶縁層との熱膨張率差によって、許容値を超える反りが発生するという問題がある。
【０００８】
許容値以上の反りが生じると、例えば半導体装置を実装する際などに位置精度を維持することができないばかりか、セラミックス絶縁層などが破壊することもある。このため反りは小さいことが望まれる。
【０００９】
従って本発明の目的は、反りを抑制することのできる複合材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の観点に基く本発明の複合材は、金属または金属を含む複合材料からなる放熱板と、Ａｌ系セラミックスからなり前記放熱板に接合されたセラミックス絶縁層と、Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に接合された導電性の電気回路部と、を具備し、前記放熱板は、Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層側に位置する第１の層と、前記セラミックス絶縁層とは反対側に位置しかつ前記第１の層に接合された第２の層とを有し、前記第１の層が前記第２の層よりも熱膨張率の大きな金属からなり、前記第１の層と前記セラミックス絶縁層とがＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ合金のろう材によって接合され、前記電気回路部と前記セラミックス絶縁層とが前記ろう材によって接合され、前記それぞれの接合部にＡｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が存在することを特徴とする複合材である。
【００１１】
前記放熱板は３層以上であってもよい。また、１枚の放熱板上に複数のセラミックス絶縁層が配置されていてもよい。
【００１２】
第２の観点に基く本発明の複合材は、金属または金属を含む複合材料からなる放熱板と、Ａｌ系セラミックスからなり前記放熱板にＡｌ系金属からなるインサート層を介して接合されたセラミックス絶縁層と、Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に接合された導電性の電気回路部と、を具備し、前記放熱板は、Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層側に位置する第１の層と、前記セラミックス絶縁層とは反対側に位置しかつ前記第１の層に接合された第２の層とを有し、前記第１の層が前記第２の層よりも熱膨張率の大きな金属からなり、前記電気回路部と前記セラミックス絶縁層との接合部および前記セラミックス絶縁層と前記インサート層との接合部がそれぞれＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ合金の第１のろう材によってろう付けされ、これら接合部にＡｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が存在し、前記インサート層と前記第１の層とが前記第１のろう材よりも低い温度でろう付けされる第２のろう材によってろう付けされたことを特徴とする複合材である。
【００１３】
前記放熱板は３層以上であってもよい。また、１枚の放熱板上に複数のセラミックス絶縁層が配置されていてもよい。
【００１４】
また、前記第１の層と第２の層との接合面において、これら第１および第２の層の少なくとも一方に、該接合面の面方向に沿う溝が形成されていてもよい。
【００１５】
前記放熱板は、放熱性を高める上で熱伝導度が高いことが望ましい。このため放熱板は、金属あるいは金属を含有する複合材料からなる。例えば、アルミニウム、銅、もしくはそれらの合金からなる。また、Ｃｕ−Ｍｏ，Ｃｕ−Ｗ，Ａｌ−ＳｉＣ等から構成されていてもよい。
【００１６】
前記電気回路部は、導電性があり電気伝導度が高いことが望ましい。このため電気回路部は、金属あるいは金属層を含有する複合材料からなる。例えば、銀、銀合金、金、金合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、もしくはこれらの金属を含有する複合材料からなる。
【００１７】
前記セラミックス絶縁層は、酸化物系、窒化物系などのセラミックス材料からなるものである。例えば、Ｍｇ−Ｏ系，Ｓｉ−Ｎ系，Ａｌ系セラミックスの例としてＡｌ−Ｏ系，Ａｌ−Ｎ系，あるいはこれらの系を含有する複合系である。一例として、ＭｇＯ（マグネシア），Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素），Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ），ＡｌＮ（窒化アルミニウム）などである。
【００１８】
前記放熱板とセラミックス層の接合部、およびセラミックス層と電気回路部の接合部に用いるろう材としては、例えばＳｉ−Ｇｅ−Ｍｇを含有するＡｌろうが適している。このようなろう材を用いることで接合界面にＧｅの濃化相を形成すれば、空隙が少なく、強固で良好な接合部を得ることができる。Ｍｇの濃化相が形成されていると、さらに強固な接合部が得られる。
【００１９】
インサート層は、熱伝導度の高い前記放熱板に例示した材料が好ましい。例えばアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。この明細書で言うＡｌ系金属とは、純粋なアルミニウムとアルミニウム合金とを含む概念である。
【００２０】
複合材を構成する部材の成形方法は、金属、セラミックス材料等の一般的な成形方法を利用できる。例えば、溶融、凝固の後、圧延により板形状に成形する方法、粉末を焼結することにより、板形状に成形する方法等がある。また、めっき、蒸着、スパッタリング、溶射、スプレー法などの方法で成形し、同時に接合を行なう等の方法を用いてもよい。
【００２１】
複合材を構成する部材間の接合方法は、いずれの方法でもよいが、熱伝導性の高い接合であることが望ましい。例えば、はんだ付け、ろう付けなどの溶加材を用いる方法、熱伝導性の高い接着剤や接着シートを用いる方法、めっきなどの方法によって部材を形成すると同時に接合を行なう方法、拡散接合等の加圧接着法などがよい。施工の容易さと高強度の点から特にろう付け法を用いるのがよい。放熱板の第１の層と第２の層の接合方法は、本発明の効果を高める上で、特に強度の高い接合が望まれることから、拡散接合等の加圧接着法が望ましい。
【００２２】
前記放熱板の厚さは前記電気回路部の厚さの２倍以上が望ましい。放熱板の厚さが電気回路部の厚さの２倍以上（放熱板／電気回路部の厚みの比が２以上）であると、放熱性が高くなるが、反りが大きくなる。放熱板と電気回路部の厚さが同等であれば、反りを小さくすることが可能である。
【００２３】
すなわち、前記セラミックス絶縁層の両面に同じ厚さの金属層（放熱板と電気回路部）が固着している場合、セラミックス絶縁層の板厚の中心軸に対して板厚方向の構成が対称形状となるので、反りが抑制される。言い換えると、セラミックス絶縁層の板厚の中心軸に対して板厚方向の対称性（厚みのバランス）が崩れると、ろう付け後の反りが大きくなる。放熱板の厚さが電気回路部の厚さの２倍以上の放熱性が良好な複合材において、反りの発生を抑制する上で本発明の効果が顕著に現れるようになる。
【００２４】
また、前記電気回路部の厚さが５０μｍ以上、さらには１００μｍ以上で本発明の効果が顕著に現れる。使用電流が大きいと、前記電気回路部の厚さを大きくしなければならない。電流が大きくなれば、例えばパワーＩＣ等のように発熱量が大きくなり、放熱性がさらに重要となる。
【００２５】
従来のように電気回路部の厚さが５０μｍ未満程度の場合には、発熱量が小さいため放熱性はそれほど重要でなかったが、使用電流が増加してくると、放熱のための格別な工夫が必要になり、本発明の構成とそれによる効果が有効に発揮される。電気回路部の厚さが１００μｍ以上になると反りが顕著になるため、本発明による効果がさらに発揮される。
【００２６】
放熱板の厚さは、軽量化と低コスト化の観点から１０ｍｍ以下であることが望まれる。しかしながら放熱板を薄くすると反りが大きくなることから、従来は放熱板の厚さを１０ｍｍ以下にすることが困難であった。しかし本発明によって反りが抑制されるため、放熱板の厚さを１０ｍｍ以下にすることが可能となった。
【００２７】
前記セラミックス絶縁層の面積が１００ｍｍ^２以上（１０ｍｍ×１０ｍｍ角）で反り抑制効果が大きい。４００ｍｍ^２以上でさらに効果が大きくなり、９００ｍｍ^２以上でさらなる反り抑制効果が得られる。電気回路部の使用電流が大きくなると、半導体装置も大きなサイズが必要となる。サイズが大きくなると、反りも大きくなるため、本発明の効果がさらに発揮される。
【００２８】
前記放熱板の面積は、セラミックス絶縁層と同等以上（放熱板面積／セラミックス絶縁層面積≧０．８）で反り抑制効果がある。特に、放熱板の面積がセラミックス絶縁層の面積の２倍以上（放熱板面積／セラミックス絶縁層面積≧２）にすることにより、大きな反り抑制効果が得られる。
【００２９】
前記インサート層の厚さは、電気回路部の厚さと同等程度において本発明の効果が大きい。例えば、０．１＜（インサート層の厚さ／電気回路部の厚さ）＜２の範囲が望ましい。インサート層の厚さがこの範囲を外れると、反り抑制の効果が少ない。
【００３０】
前記インサート層の面積は、セラミックス絶縁層と同等以上（インサート層の面積／セラミックス絶縁層の面積≧０．５）で反り抑制効果がある。インサート層の面積がこの範囲よりも小さいと放熱性が低下する。インサート層の面積がセラミックス絶縁層の２倍以下（インサート層の面積／セラミックス絶縁層の面積≦２）とするのがよい。インサート層の面積がセラミックス絶縁層の２倍を超えると、反りが大きくなる。
【００３１】
本発明の製造方法は、放熱板と、前記放熱板に直接またはインサート層を介してろう付けされたセラミックス絶縁層と、前記セラミックス絶縁層の前記放熱板とは反対側の面にろう付けされた導電性の電気回路部と、を具備する複合材、の製造方法であって、前記放熱板と前記電気回路部を前記セラミックス絶縁層にろう付けしたのち、前記放熱板の厚みを減らす加工を行なうことによって該放熱板を所定厚さにする加工工程と、を具備している。
【００３２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１に示す複合材１０Ａは、放熱板１１と、セラミックス絶縁層１２と、インサート層１３と、電気回路部１４とを具備している。電気回路部１４は金属等の導電性材料からなり、例えばパワーＩＣ等の回路部品が実装される。電気回路部１４は、セラミックス絶縁層１２の放熱板１１とは反対側の面にろう付けされている。放熱板１１の厚さは電気回路部１４の厚さの２倍以上である。
【００３３】
放熱板１１は、６０ｍｍ×６０ｍｍ角で厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製の第１の層１１ａと、６０ｍｍ×６０ｍｍ角で厚さ３〜５ｍｍの銅製の第２の層１１ｂとからなる。第１の層１１ａと第２の層１１ｂとをホットプレスにより加圧しながら真空中で加熱し、５４０℃で１時間保持し、第１の層１１ａと第２の層１１ｂとを拡散接合によって結合させている。この結合は、温間あるいは冷間ロールで連続的に加圧しながら行なってもよい。
【００３４】
セラミックス絶縁層１２は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．６５３ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の焼結体からなり、焼結助剤として、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）を０．５wt％含んでいる。
【００３５】
インサート層１３は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（純度９９．６％）からなる。
電気回路部１４は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（純度９９．６％）からなる。
【００３６】
第１のろう付け工程において、セラミックス絶縁層１２とインサート層１３との間にろう材１５（図２に示す）をセットし、かつ、セラミックス絶縁層１２と電気回路部１４との間にろう材１５をセットする。ろう材１５は、いずれもＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ組成の厚さ０．１ｍｍの箔である。ろう材１５の組成の一例は、Ｇｅが２５wt％、Ｓｉが８wt％、Ｍｇが１wt％、残部がＡｌである。
【００３７】
そののち、電気回路部１４の上に０．３ｋｇのタングステン錘を乗せ、真空炉中で加熱し、６００℃で１時間保持し、冷却することにより、セラミックス絶縁層１２とインサート層１３と電気回路部１４をろう付けした。
【００３８】
第１のろう付け工程後に行なわれる第２のろう付け工程では、放熱板１１とインサート層１３との間に前記ろう材１６をセットし、電気回路部１４の上に０．３ｋｇのタングステン錘を乗せ、真空炉中で加熱し、５００℃で１時間保持したのち冷却した。
【００３９】
第１のろう材１５の組成の一例は、Ｇｅ：２５wt％，Ｓｉ：８wt％，Ｍｇ：１wt％である。第２のろう材１６の組成の一例は、Ｇｅ：４５wt％，Ｓｉ：６wt％，Ｍｇ：１wt％である。
【００４０】
このようなろう材を用いることで、接合界面にＧｅの濃化相を形成すれば、空隙が少なく、強固で良好な接合部を得ることができる。Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が形成されていると、さらに強固な接合部が得られる。
【００４１】
Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇからなる反応相は、濃化相の最大厚さが１００μｍ以下、さらには２０μｍ以下とすることが望ましい。反応相の最大厚さが１００μｍを越えると、反応相が破壊しやすくなり、強度が低下することがある。ここで最大厚さが１００μｍ以下とは、接合界面近傍（接合界面より５００μｍの範囲）に存在するＧｅ濃化相の、接合界面に垂直な方向の長さの最大値である。
【００４２】
この発明で用いるろう材は、Ｇｅを含んでいることが望ましいが、拡散によって、母材あるいは接合相手部材から、接合部にＧｅが供給されるようにしてもよい。ろう材にＭｇが含まれていればさらに望ましい。例えば重量比で５〜５０％のＧｅと、０．５〜５％のＭｇが含有され、残部の主たる成分がＡｌであるろう材が望ましい。また重量比で４〜１０％のＳｉと、５〜５０％のＧｅと、０．５〜５％のＭｇが含有され、残部の主たる成分がＡｌであるろう材も望ましい。ろう材は、箔、フレーク、粉末など適宜の形状から選択できる。また、めっきやスプレー等の方法でろう材を設置してもよい。
【００４３】
この実施形態では、厚さ５ｍｍの放熱板１１を用いた場合に、複合材１０Ａの反りを１００μｍ未満にすることができた。厚さ３ｍｍの放熱板１１を用いた場合の複合材１０Ａの反りは１００μｍ〜１５０μｍであった。厚さ１ｍｍの放熱板１１を用いた場合の複合材１０Ａの反りは１５０μｍ以上であった。
【００４４】
第１の層１１ａの厚さは、１０μｍ以上、さらには放熱板１１の全体厚さの１％〜５０％以下が良い。この範囲を外れると、反りを小さくする効果が十分ではなくなる。
【００４５】
なお、第１の層１１ａにアルミニウム以外の金属を用いてもよいし、第２の層１１ｂに銅以外の金属を用いてもよい。要するに第１の層１１ａに、第２の層１１ｂよりも熱膨張率が大きく、さらには第２の層１１ｂよりも硬さが小さい金属を用いればよい。反りの許容値によってはインサート層１３を省略できる場合もある。
【００４６】
（実施形態２）
図３に示す複合材１０Ｂは、実施形態１と同様の複合材からなる放熱板１１と、セラミックス絶縁層１２と、インサート層１３と、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製の電気回路部１４を備えている。放熱板１１は、６０ｍｍ角で厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板からなる第１の層１１ａと、６０ｍｍ角で厚さ３〜５ｍｍの銅板からなる第２の層１１ｂとからなる。
【００４７】
第１の層１１ａと第２の層１１ｂとの接合面において、第２の層１１ｂに複数の溝２０が該接合面の面方向に形成されている。溝２０の幅と深さの一例は、それぞれ２ｍｍである。これらの溝２０は、冷却用の冷媒を流通させるために使用することができる。
【００４８】
溝２０を形成したことにより、ろう付け後の冷却過程において、熱膨張差が溝２０によって緩和されることになり、反りを小さくすることができた。この複合材１０Ｂのろう付け後の反りは１００μｍ未満であった。なお、第１の層１１ａに溝２０を形成してもよい。
【００４９】
（実施形態３）
図４に示す複合材１０Ｃの放熱板１１は、アルミニウムとセラミックス粒子によって構成されている。セラミックス粒子の一例はＳｉＣ（炭化珪素）である。このセラミックス粒子を焼結したのち、セラミックス粒子間に溶融アルミニウムを注入し、アルミニウムを凝固させることにより、アルミニウムとセラミックスとの複合材からなる放熱板１１を製造した。それ以外の構成は実施形態１と同様である。
【００５０】
この複合材１０Ｃは、厚さ１０ｍｍの放熱板１１を用いた場合の反りを１００μｍ未満にすることができた。厚さ５ｍｍの放熱板１１を用いた場合の反りは、１００μｍ〜１５０μｍであった。厚さ３ｍｍの放熱板１１を用いた場合の反りは１５０μｍ以上であった。
【００５１】
なお、溶融アルミニウム中にセラミックス粒子を分散混合させたのちに凝固させ、圧延成形することにより、アルミニウムとセラミックスとからなる放熱板１１を製造してもよい。
【００５２】
このような複合材を用いることにより、単なるアルミニウム材に比べて反りを小さくすることができる。
【００５３】
（実施形態４）
図５に示す複合材１０Ｄにおいて、放熱板１１に、厚さ５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍのアルミニウム板（ＪＩＳ合金番号１０５０相当）を用いた。
セラミックス絶縁層１２は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．６５３ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の焼結体からなり、焼結助剤として、Ｙ_２Ｏ_３（イットリア）を０．５wt％含んでいる。
【００５４】
電気回路部１４は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（純度９９．６％）からなる。
【００５５】
図６に示すように、放熱板１１とセラミックス絶縁層１２との間にろう材１５を設け、かつ、セラミックス絶縁層１２と電気回路部１４との間にろう材１５を設けた。ろう材１５は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ組成の厚さ０．１ｍｍの箔である。
【００５６】
そののち、電気回路部１４の上に０．３ｋｇのタングステン錘を乗せ、真空炉中で加熱し、６００℃で１時間保持したのち冷却した。
【００５７】
この実施形態では、厚さが１０ｍｍと１５ｍｍの放熱板１１を用いた場合に、複合材１０Ｄの反りを１００μｍ未満にすることができた。しかし厚さ５ｍｍの放熱板１１を用いた場合には、ろう付け後の反りが１５０μｍ以上となった。
【００５８】
そこで、厚さ１０ｍｍの放熱板１１にセラミックス絶縁層１２と電気回路部１４をろう付けしたのちに、図５に２点鎖線Ｐで示すように放熱板１１を切断することにより、放熱板１１の厚さを５ｍｍにした。すなわちセラミックス絶縁層１２を設けた面の反対側から放熱板１１の厚みを減らす加工を行なった。このように、ろう付け後に放熱板１１を厚さを減らす加工を行なった場合の反りの増加は２０％以下であり、結果として加工後の反りを１００μｍ未満にすることができた。
【００５９】
機械加工後の反りを抑制できる理由ははっきりしないが、板厚の大きな放熱板１１がろう付け後に冷却される過程で接合部付近に塑性変形を生じ、残留応力が減少したことにより、放熱板１１の厚さを減らす加工を行なっても反りが少なくてすんだものと考えられる。放熱板１１の厚さを減じる機械加工は、例えば切断、研削、研磨などである。
【００６０】
従来は放熱板１１の厚さが１０ｍｍ未満で反りを１００μｍ未満にするには、ホットプレスによって大きな荷重を付加した状態でろう付けを行なう必要があったが、加熱・加圧設備が大掛かりとなり、実用化が困難であった。前述の製造方法によれば加圧荷重が小さくてすむため、一般的なろう付け炉を用いることにより、厚さが１０ｍｍ未満の放熱板１１でも反りを１００μｍ未満にすることが可能となった。
【００６１】
（実施形態５）
図７に示す複合材１０Ｅにおいて、放熱板１１は、６０ｍｍ×６０ｍｍ角、厚さ５〜１５ｍｍのアルミニウム板（ＪＩＳ合金番号１０５０相当）からなる。
セラミックス絶縁層１２は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．６５３ｍｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の焼結体からなり、焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３を０．５wt％含む。
【００６２】
インサート層１３は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（純度９９．６％）である。
電気回路部１４は、３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（純度９９．６％）である。
【００６３】
第１のろう付け工程において、セラミックス絶縁層１２とインサート層１３との間、およびセラミックス絶縁層１２と電気回路部１４との間に、実施形態１で述べた第１のろう材１５をセットする。ろう材は、いずれもＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ組成の厚さ０．１ｍｍの箔である。
【００６４】
ろう材の組成の一例は、Ｇｅが２５wt％、Ｓｉが８wt％、Ｍｇが１wt％、残部がＡｌである。このようなろう材を用いることで、接合界面にＧｅの濃化相を形成すれば、空隙が少なく、強固で良好な接合部を得ることができる。Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が形成されていると、さらに強固な接合部が得られる。
【００６５】
そののち、電気回路部１４の上に０．３ｋｇのタングステン錘を乗せ、真空炉中で加熱し、６００℃で１時間保持し、冷却することにより、セラミックス絶縁層１２とインサート層１３と電気回路部１４をろう付けした。
【００６６】
第２のろう付け工程では、放熱板１１とインサート層１３との間に、実施形態１で述べた第２のろう材１６をセットし、電気回路部１４の上に０．３ｋｇのタングステン錘を乗せ、真空炉中で加熱し、５００℃で１時間保持したのち冷却した。
【００６７】
この複合材１０Ｅでは、放熱板１１の厚さが１０ｍｍの場合に、反りを１００μｍ未満にすることができた。また、放熱板１１の厚さが５ｍｍの場合の反りは１００μｍ〜１５０μｍ、放熱板１１の厚さが３ｍｍの場合の反りは１５０μｍ以上であった。
【００６８】
この実施形態においても、例えば厚さ１０ｍｍの放熱板１１をろう付けしたのち放熱板１１を厚さ５ｍｍに加工する（例えば図７に２点鎖線Ｐで示す位置で切断する）ことにより、加工後の反りを１００μｍ未満にすることができた。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、セラミックス絶縁層に放熱板と電気回路部が接合された複合材において、熱膨張差によって生じる反りを小さくすることができる。本発明は熱歪に起因する反り等の不具合を抑制する上で効果があり、特にろう付けによる接合部を有する複合材に大きな効果を発揮できる。
【００７０】
請求項２に記載した発明によれば、セラミックス絶縁層と放熱板とがインサート層を介して接合された複合材において、熱膨張差によって生じる反りを小さくすることができる。
【００７１】
請求項３に記載した発明によれば、放熱板を構成する第１および第２の層の少なくとも一方に溝を形成することにより、熱膨張差によって生じる反りを小さくすることができる。
【００７２】
請求項１，２に記載した接合部は、Ａｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が存在することによって、接合部の強度がきわめて高くなり、接合後の熱応力に十分耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る複合材を模式的に示す側面図。
【図２】図１に示された複合材をろう付けする前の状態を示す側面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る複合材を模式的に示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る複合材を模式的に示す断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る複合材を模式的に示す断面図。
【図６】図５に示された複合材をろう付けする前の状態を示す側面図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る複合材を模式的に示す断面図。
【図８】複合材の反りを模式的に示す側面図。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ…複合材
１１…放熱板
１１ａ…第１の層
１１ｂ…第２の層
１２…セラミックス絶縁層
１３…インサート層
１４…電気回路部
１５…ろう材

Claims

金属または金属を含む複合材料からなる放熱板と、
Ａｌ系セラミックスからなり前記放熱板に接合されたセラミックス絶縁層と、
Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に接合された導電性の電気回路部と、を具備し、
前記放熱板は、
Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層側に位置する第１の層と、
前記セラミックス絶縁層とは反対側に位置しかつ前記第１の層に接合された第２の層とを有し、
前記第１の層が前記第２の層よりも熱膨張率の大きな金属からなり、前記第１の層と前記セラミックス絶縁層とがＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ合金のろう材によって接合され、前記電気回路部と前記セラミックス絶縁層とが前記ろう材によって接合され、前記それぞれの接合部にＡｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が存在することを特徴とする複合材。
金属または金属を含む複合材料からなる放熱板と、
Ａｌ系セラミックスからなり前記放熱板にＡｌ系金属からなるインサート層を介して接合されたセラミックス絶縁層と、
Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層の前記放熱板とは反対側の面に接合された導電性の電気回路部と、
を具備し、
前記放熱板は、
Ａｌ系金属からなり前記セラミックス絶縁層側に位置する第１の層と、
前記セラミックス絶縁層とは反対側に位置しかつ前記第１の層に接合された第２の層とを有し、
前記第１の層が前記第２の層よりも熱膨張率の大きな金属からなり、前記電気回路部と前記セラミックス絶縁層との接合部および前記セラミックス絶縁層と前記インサート層との接合部がそれぞれＡｌ−Ｓｉ−Ｇｅ−Ｍｇ合金の第１のろう材によってろう付けされ、これら接合部にＡｌ−Ｇｅ−Ｍｇの反応相が存在し、前記インサート層と前記第１の層とが前記第１のろう材よりも低い温度でろう付けされる第２のろう材によってろう付けされたことを特徴とする複合材。
前記第１の層と第２の層との接合面において、これら第１および第２の層の少なくとも一方に、該接合面の面方向に沿う溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材。