JP6189015B2 - 放熱装置および放熱装置の製造方法 - Google Patents

放熱装置および放熱装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、放熱装置および放熱装置の製造方法に関するものである。
ヒートシンクと絶縁基板の間に応力緩和部材を介在させた構造が知られている（例えば、特許文献１）。応力緩和部材を介在させることにより熱サイクルに対する強度が改善される。
特に、特許文献１に開示の半導体モジュールにおいては、セラミックス基板の半導体素子搭載面となる表面側に表金属板を接合するとともに裏面側に裏金属板を接合し、裏金属板に放熱装置を接合している。セラミックス基板は窒化アルミニウムからなり、表金属板及び裏金属板はアルミニウムからなる。応力緩和部材としての裏金属板には、放熱装置との接合面に接合領域と非接合領域を形成し、接合領域の面積を接合面の全体の面積に対して６５％〜８５％の範囲としている。
これによれば、セラミックス基板と放熱装置とを接合するための裏金属板に非接合領域を形成したことにより、セラミックス基板、裏金属板及び放熱装置との線熱膨張係数の相違に起因して熱応力が発生した場合でも接合領域の熱応力が分散され、その結果、応力が緩和される。このため、反りやクラックの発生が防止され、放熱性能が維持される。そして、非接合領域を形成する場合には、接合領域の面積を接合面の全体の面積に対して６５％〜８５％の範囲とすることにより、熱応力の緩和と放熱性能の双方のバランスを加味し、熱応力を好適に緩和しつつ、優れた放熱性能を得ることができる。
特開２００７−１７３４０５号公報
ところで、応力緩和部材をロウ付けする際に、ロウ材箔を使用する場合、応力緩和部材において設けた貫通孔にロウ材が入り込んで応力の緩和効果の減少が懸念される。
本発明の目的は、応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材をロウ付けすることができる放熱装置および放熱装置の製造方法を提供することにある。
請求項１に記載の発明では、絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に接続され、半導体素子を接合可能な金属層と、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、前記絶縁基板の裏面に接続される応力緩和部材と、前記応力緩和部材の裏面に接続される冷却器と、を有する放熱装置であって、前記応力緩和部材は、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなり、前記絶縁基板と前記金属層とは第一のロウ材で接続され、前記絶縁基板と前記応力緩和部材とは第二のロウ材で接続され、前記応力緩和部材と前記冷却器とは第三のロウ材で接続され、前記第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有することを要旨とする。
請求項１に記載の発明によれば、第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有するので、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和部材の貫通孔にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材をロウ付けすることができる。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の放熱装置において、前記冷却器における前記応力緩和部材が接続される部位とは異なる部位に位置する第２の絶縁基板と、前記第２の絶縁基板の表面に接続され、半導体素子を接合可能な第２の金属層と、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、前記第２の絶縁基板の裏面に接続されるとともに前記冷却器に接続される第２の応力緩和部材と、を有し、前記第２の応力緩和部材は、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなり、前記第２の絶縁基板と前記第２の金属層とは第四のロウ材で接続され、前記第２の絶縁基板と前記第２の応力緩和部材とは第五のロウ材で接続され、前記第２の応力緩和部材と前記冷却器とは第六のロウ材で接続され、前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有することを要旨とする。
請求項２に記載の発明によれば、第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有するので、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和空間にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、第２の応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく第２の応力緩和部材をロウ付けすることができる。
請求項３に記載の発明では、絶縁基板の表面に第一のロウ材を介して金属層を配置し、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる応力緩和部材の表面と前記絶縁基板の裏面との間に第二のロウ材を、また、前記応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第三のロウ材を、前記第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに前記貫通孔の開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置する配置工程と、前記第一のロウ材を溶かして前記絶縁基板と前記金属層とを接続し、前記第二のロウ材を溶かして前記応力緩和部材と前記絶縁基板とを接続し、前記第三のロウ材を溶かして前記応力緩和部材と前記冷却器とを接続する接続工程と、を有することを要旨とする。
請求項３に記載の発明によれば、配置工程において、絶縁基板の表面に第一のロウ材を介して金属層が配置され、表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる応力緩和部材の表面と絶縁基板の裏面との間に第二のロウ材が、また、応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第三のロウ材が、第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに貫通孔の開口部の縁が応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置される。
そして、接続工程において、第一のロウ材が溶かされて絶縁基板と金属層とが接続され、第二のロウ材が溶かされて応力緩和部材と絶縁基板とが接続され、第三のロウ材が溶かされ応力緩和部材と冷却器とが接続される。
このようにして、応力緩和部材の表面と絶縁基板の裏面との間に第二のロウ材が、また、応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第三のロウ材が、第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに貫通孔の開口部の縁が応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置されるので、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和部材の貫通孔にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材をロウ付けすることができる。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の放熱装置の製造方法において、前記配置工程は、更に、第２の絶縁基板の表面に第四のロウ材を介して第２の金属層を配置し、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる第２の応力緩和部材の表面と前記第２の絶縁基板の裏面との間に第五のロウ材を、また、前記第２の応力緩和部材の裏面と前記冷却器との間に第六のロウ材を、前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が前記第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔の開口部の縁が前記第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置し、前記接続工程は、更に、前記第四のロウ材を溶かして前記第２の絶縁基板と前記第２の金属層とを接続し、前記第五のロウ材を溶かして前記第２の応力緩和部材と前記第２の絶縁基板とを接続し、前記第六のロウ材を溶かして前記第２の応力緩和部材と前記冷却器とを接続することを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、配置工程において、第２の絶縁基板の表面に第四のロウ材を介して第２の金属層が配置され、表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる第２の応力緩和部材の表面と第２の絶縁基板の裏面との間に第五のロウ材が、また、第２の応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第六のロウ材が、第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔の開口部の縁が第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置される。
そして、接続工程において、第四のロウ材が溶かされて第２の絶縁基板と第２の金属層とが接続され、第五のロウ材が溶かされて第２の応力緩和部材と第２の絶縁基板とが接続され、第六のロウ材が溶かされ第２の応力緩和部材と冷却器とが接続される。
このようにして、第２の応力緩和部材の表面と第２の絶縁基板の裏面との間に第五のロウ材が、また、第２の応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第六のロウ材が、第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに貫通孔の開口部の縁が第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置されるので、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する第２の応力緩和部材の貫通孔にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、第２の応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく第２の応力緩和部材をロウ付けすることができる。
本発明によれば、応力緩和部材の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材をロウ付けすることができる。
実施形態における半導体モジュールの縦断面図。 半導体モジュールの分解断面図。 （ａ）は応力緩和部材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での応力緩和部材の縦断面図。 （ａ）はロウ材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線でのロウ材の縦断面図。 半導体モジュールの製造工程を説明するための縦断面図。 応力緩和部材とロウ材との界面での要部拡大図。 別例の応力緩和部材とロウ材との界面での要部拡大図。 別例の半導体モジュールの縦断面図。 別例の応力緩和部材とロウ材との界面での要部拡大図。 比較のための半導体モジュールの分解断面図。 （ａ）は比較のための応力緩和部材とロウ材の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ），（ｂ）は応力緩和部材の一部拡大図。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１，２に示すように、半導体モジュール１０は、発熱する半導体素子４０を冷却する放熱装置１１を備えている。放熱装置１１は、半導体素子４０としてのパワーデバイス（ＩＧＢＴ等）を冷却するのに好適に用いられる。詳しくは、電力変換装置が電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などに搭載され、この電力変換装置に用いられるパワーデバイス（ＩＧＢＴ等）を放熱装置１１により冷却する場合に好適である。放熱装置１１は、絶縁基板２０と、金属層３０と、応力緩和部材５０と、冷却器（ヒートシンク）６０と、を有する。金属層３０は、半導体素子４０を接合可能である。
絶縁基板２０はセラミック板にて構成されている。金属層３０はアルミニウム層にて構成され、純度が９９．９９ｗｔ％（４Ｎ）のアルミニウムからなる。金属層３０は、絶縁基板２０の表面（上面）に接続されている。
半導体素子４０は、パワーデバイスのチップである。半導体素子４０は、金属層３０の表面（上面）にはんだ接続されている。金属層３０には半導体素子４０の電極が接続され、金属層３０は電極の配線層となっている。
応力緩和部材５０は板材よりなり、絶縁基板２０の裏面（下面）に接続されている。応力緩和部材５０は、純度が９９．９９ｗｔ％（４Ｎ）のアルミニウムからなる。
また、冷却器６０は、扁平なアルミ製容器６１と、波状の薄い板材よりなる仕切り板６２を備えている。アルミ製容器６１内に仕切り板６２が配置されている。そして、アルミ製容器６１内に冷却流体が通過するようになっている。冷却器６０は、応力緩和部材５０の裏面（下面）に接続されている。
絶縁基板２０と金属層３０とは第一のロウ材（アルミニウムロウ材）７０で接続されている。絶縁基板２０と応力緩和部材５０とは第二のロウ材（アルミニウムロウ材）８０で接続されている。応力緩和部材５０と冷却器６０とは第三のロウ材（アルミニウムロウ材）９０で接続されている。第一のロウ材７０、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０はロウ材箔であって、厚さは数１０μｍ程度、例えば５０μｍ以下である。
図３に示すように、応力緩和部材５０には断面が円形の貫通孔５１が多数形成され、応力緩和部材５０は、表面（上面）および裏面（下面）に開口する応力緩和空間を有している。つまり、応力緩和空間は、表裏方向に貫通する貫通孔５１である。
図４に示すように、第二のロウ材８０は断面が円形の貫通孔８１を有し、貫通孔８１は、開口部の縁が応力緩和部材５０の貫通孔（応力緩和空間）５１における上側の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔５１の上側の開口部と重なっている。詳しくは、図６に示すように、応力緩和部材５０の貫通孔５１の中心と第二のロウ材８０の貫通孔８１の中心とが一致した状態で重なっているとともに、第二のロウ材８０における貫通孔８１の径φ２を、応力緩和部材５０の貫通孔５１の径φ１に対し、所定値ΔＬだけ大きな径（＝φ１＋２・ΔＬ）としている。
同様に、第三のロウ材９０は、断面が円形の貫通孔９１を有し、貫通孔９１は、開口部の縁が応力緩和部材５０の貫通孔（応力緩和空間）５１における下側の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔５１の下側の開口部と重なっている。詳しくは、応力緩和部材５０の貫通孔５１の中心と第三のロウ材９０の貫通孔９１の中心とが一致した状態で重なっているとともに、第三のロウ材９０における貫通孔９１の径φ３を、応力緩和部材５０の貫通孔５１の径φ１に対し、所定値ΔＬだけ大きな径（＝φ１＋２・ΔＬ）としている。
次に、半導体モジュール１０（放熱装置１１）の作用を説明する。
半導体素子４０は駆動に伴い発熱する。半導体素子４０の発する熱は絶縁基板２０および応力緩和部材５０を介して冷却器６０に伝達される。そして、冷却器６０のアルミ製容器６１内を流れる冷却流体に逃がされる（放熱される）。
また、半導体モジュール１０の使用環境温度が変化したときに絶縁基板２０、冷却器６０の熱膨張係数の差に起因して熱応力が発生する。この熱サイクルの応力が、貫通孔５１を有する応力緩和部材５０により緩和され、強度が改善される。
次に、半導体モジュール１０（放熱装置１１）の製造方法について説明する。
まず、図５に示すように、絶縁基板２０の表面に第一のロウ材７０を介して金属層３０を配置する。また、表面および裏面に開口する応力緩和空間としての貫通孔５１を有し、純度が４Ｎのアルミニウムからなる応力緩和部材５０の表面と絶縁基板２０の裏面との間に、貫通孔８１を有する第二のロウ材８０を配置する。さらに、応力緩和部材５０の裏面と冷却器６０との間に、貫通孔９１を有する第三のロウ材９０を配置する。
このとき、図６に示すように、応力緩和部材５０の貫通孔５１の中心と第二のロウ材８０の貫通孔８１の中心とが一致した状態で重なっているとともに、第二のロウ材８０における貫通孔８１のサイズとして、応力緩和部材５０の貫通孔５１よりも大きな貫通孔８１を形成している。同様に、応力緩和部材５０の貫通孔５１の中心と第三のロウ材９０の貫通孔９１の中心とが一致した状態で重なっているとともに、第三のロウ材９０における貫通孔９１のサイズとして、応力緩和部材５０の貫通孔５１よりも大きな貫通孔９１を形成している。この際、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０に形成した貫通孔８１，９１が応力緩和部材５０の貫通孔５１の開口部と重なるとともに貫通孔８１，９１の開口部の縁が貫通孔５１の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置する。
また、これら積層体は、台の上に置かれるとともに、上から押さえプレートにて押圧される。そして、この状態で、６００℃程度の温度環境下において、第一のロウ材７０を溶かして絶縁基板２０と金属層３０とを接続し、第二のロウ材８０を溶かして応力緩和部材５０と絶縁基板２０とを接続し、第三のロウ材９０を溶かして応力緩和部材５０を冷却器６０とを接続する。
このようにして、放熱装置１１が製造される。
引き続き、図１に示すように、金属層３０の表面に半導体素子４０をはんだで接続する。
このようにして製造された半導体モジュール１０（放熱装置１１）は、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０が一様な形状ではなく応力緩和部材５０の貫通孔５１よりも大きな貫通孔８１，９１を設けている。これにより応力緩和部材５０の貫通孔５１にロウ材が入り込むことを抑制して緩衝効果の低下を抑制することができる。
次に、効果について詳しく説明する。
図１０に示すように、応力緩和部材５０をロウ付けする際に、ロウ材箔２００，２１０を使用する場合を考える。このとき、図１１に示すように、ロウ材箔２００，２１０は一様である。
図１２（ａ）に示すように、ロウ付け前の状態から、ロウ付けにより、図１２（ｂ）に示すように、応力緩和部材５０において設けた貫通孔５１にロウ材が入り込んでロウ材２２０が貫通孔５１を狭くしてしまう。これにより、応力の緩和効果が減少してしまう。
本実施形態においては、図６に示したように、第二のロウ材８０と第三のロウ材９０には、表裏方向から見たとき貫通孔５１よりも大きな貫通孔８１，９１が設けられている。これにより、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和空間としての貫通孔５１にロウ材が入り込みにくくできる。その結果、応力緩和部材５０の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材５０をロウ付けすることができる。
以上のごとく本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）放熱装置１１の構成として、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０は、開口部の縁が応力緩和部材５０の貫通孔５１の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔５１の開口部と重なる貫通孔８１，９１を有する。これにより、応力緩和部材５０の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材５０をロウ付けすることができる。
特に、応力緩和部材として２Ｎ−アルミニウムの板を用いる場合において、表面にロウ材が形成されたクラッド材を用いることはできるが、応力緩和部材として４Ｎ−アルミニウムの板を用いる場合において、アルミニウム板の表面にロウ材が形成されたクラッド材を用いることはできない。つまり、２Ｎ−アルミニウムの板とロウ材とは共に硬く、２Ｎ−アルミニウムの板とロウ材を重ねた状態で圧延してクラッド材を構成することができる。しかしながら、２Ｎ−アルミニウムの板に比べ４Ｎ−アルミニウムの板は柔らかく、ロウ材とは伸び率が大きく異なるため、４Ｎ−アルミニウムの板とロウ材を重ねた状態で圧延しても接合状態が保持できない。
本実施形態ではクラッド材を用いないで、４Ｎ−アルミニウム板とは別にロウ材を用意し、重ねて配置することによりロウ付けを実現することができる。
（２）応力緩和部材５０と絶縁基板２０との間に配する第二のロウ材８０については、絶縁基板２０はロウ材の濡れ性が悪いので、溶融したロウ材は応力緩和部材５０の貫通孔５１に入り込みやすい。この場合、第二のロウ材８０に貫通孔８１を設けて応力緩和部材５０の貫通孔５１へのロウ材の入り込みを防止することは有用である。
（３）応力緩和部材５０と冷却器６０との間に配する第三のロウ材９０については、溶融したロウ材は毛細管現象（表面張力）により応力緩和部材５０の貫通孔５１に入り込みやすい。この場合、第三のロウ材９０に貫通孔９１を設けて応力緩和部材５０の貫通孔５１へのロウ材の入り込みを防止することは有用である。
（４）放熱装置１１の製造方法として、配置工程と、接続工程とを有する。配置工程では、絶縁基板２０の表面に第一のロウ材７０を介して金属層３０を配置する。また、貫通孔５１を有し、純度が９９．９９ｗｔ％のアルミニウムからなる応力緩和部材５０の表面と絶縁基板２０の裏面との間に第二のロウ材８０を、また、応力緩和部材５０の裏面と冷却器６０との間に第三のロウ材９０を配置する。このとき、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０に形成した貫通孔８１，９１が応力緩和部材５０の貫通孔５１の開口部と重なるとともに貫通孔８１，９１の開口部の縁が貫通孔５１の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置する。そして、接続工程では、第一のロウ材７０を溶かして絶縁基板２０と金属層３０とを接続し、第二のロウ材８０を溶かして応力緩和部材５０と絶縁基板２０とを接続し、第三のロウ材９０を溶かして応力緩和部材５０と冷却器６０とを接続する。
よって、応力緩和部材５０の表面と絶縁基板２０の裏面との間に第二のロウ材８０が、また、応力緩和部材５０の裏面と冷却器６０との間に第三のロウ材９０が配置される。この際、第二のロウ材８０および第三のロウ材９０に形成した貫通孔８１，９１が応力緩和空間としての貫通孔５１の開口部と重なるとともに貫通孔８１，９１の開口部の縁が貫通孔５１の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置される。よって、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和空間としての貫通孔５１にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、応力緩和部材５０の応力緩和効果を損ねることなく応力緩和部材５０をロウ付けすることができる。
（５）貫通孔５１内に入ろうとする接合に寄与しない余剰ロウ材量を減らすことができるので、ロウ材の無駄を減らすことができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図１等では応力緩和部材５０と絶縁基板２０との間に配する第二のロウ材８０および応力緩和部材５０と冷却器６０との間に配する第三のロウ材９０について貫通孔８１，９１を形成した。これに代わり、応力緩和部材５０と絶縁基板２０との間に配する第二のロウ材８０についてのみ貫通孔８１を形成してもよい。あるいは、応力緩和部材５０と冷却器６０との間に配する第三のロウ材９０についてのみ貫通孔９１を形成してもよい。
要は、第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が応力緩和空間の開口部の縁よりも外側に位置する状態で応力緩和空間の開口部と重なる貫通孔を有していればよい。
よって、放熱装置１１の製造方法における配置工程では、応力緩和部材の表面と絶縁基板の裏面との間に第二のロウ材を、また、応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第三のロウ材を配置する。この際、第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が応力緩和空間の開口部と重なるとともに貫通孔の開口部の縁が応力緩和空間の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置すればよい。
・図７に示すように、応力緩和部材５０の貫通孔５１の開口部において、ロウ材の溜まり部（ロウ溜まり）８５を形成してもよい。このとき、第二のロウ材８０における貫通孔８１の径φ５は、応力緩和部材５０のロウの溜まり部８５の径φ１０以下であるとともに応力緩和部材５０の貫通孔５１の径φ１よりも大きな値にするとよい。
・同様に、応力緩和部材５０の貫通孔５１における第三のロウ材９０側の開口部に適用してもよい。つまり、応力緩和部材５０における第三のロウ材９０側の開口部において、ロウ材の溜まり部（ロウ溜まり）を形成してもよく、このとき、第三のロウ材９０における貫通孔９１の径は、応力緩和部材５０のロウの溜まり部の径以下であるとともに応力緩和部材５０の貫通孔５１の径φ１よりも大きな値にするとよい。
・図８に示すように、放熱装置の構成として、更に絶縁基板（第２の絶縁基板）１００と第２の金属層１１０と応力緩和部材（第２の応力緩和部材）１３０を有する構成としてもよい。即ち、冷却器６０の上面に加えて、冷却器６０の下面にも、絶縁基板（第２の絶縁基板）１００、第２の金属層１１０、応力緩和部材（第２の応力緩和部材）１３０等の積層体を配置した構成としてもよい。第２の金属層１１０は、発熱する半導体素子（第２の半導体素子）１２０を接合可能である。つまり、冷却器６０における応力緩和部材５０が接続される部位とは異なる部位である下面に第２の絶縁基板１００が位置している。
図８において第２の絶縁基板１００の表面（下面）に第２の金属層１１０が接続されている。第２の金属層１１０の表面（下面）に第２の半導体素子１２０がはんだ接続されている。第２の応力緩和部材１３０は、表面および裏面に開口する応力緩和空間としての貫通孔１３１を有し、第２の絶縁基板１００の裏面（上面）に接続されるとともに冷却器６０に接続されている。第２の応力緩和部材１３０は、純度が９９．９９ｗｔ％（４Ｎ）のアルミニウムからなる。第２の絶縁基板１００と第２の金属層１１０とは第四のロウ材１４０で接続され、第２の絶縁基板１００と第２の応力緩和部材１３０とは第五のロウ材１５０で接続され、第２の応力緩和部材１３０と冷却器６０とは第六のロウ材１６０で接続されている。第五のロウ材１５０および第六のロウ材１６０は、開口部の縁が貫通孔（応力緩和空間）１３１の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔１３１の開口部と重なる貫通孔１５１，１６１を有する。第２の応力緩和部材１３０の貫通孔１３１の中心と貫通孔１５１，１６１の中心とが一致した状態で重なっているとともに、貫通孔１５１，１６１は、貫通孔１３１の開口部よりも大きくなっている。
よって、ロウ付けの際に表面および裏面に開口する応力緩和空間としての貫通孔１３１にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、第２の応力緩和部材１３０の応力緩和効果を損ねることなく第２の応力緩和部材１３０をロウ付けすることができる。
この場合も、第五のロウ材１５０にのみ、開口部の縁が貫通孔（応力緩和空間）１３１の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔１３１の開口部と重なる貫通孔１５１を有していてもよい。あるいは、第六のロウ材１６０にのみ、開口部の縁が貫通孔（応力緩和空間）１３１の開口部の縁よりも外側に位置する状態で貫通孔１３１の開口部と重なる貫通孔１６１を有していてもよい。要は、第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が応力緩和空間の開口部の縁よりも外側に位置する状態で応力緩和空間の開口部と重なる貫通孔を有していればよい。
放熱装置の製造方法については、配置工程は、更に、第２の絶縁基板１００の表面に第四のロウ材１４０を介して第２の金属層１１０を配置する。第２の応力緩和部材１３０は、表面および裏面の少なくとも一方に開口する応力緩和空間（貫通孔１３１）を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる。また、配置工程では、第２の応力緩和部材１３０の表面と第２の絶縁基板１００の裏面との間に第五のロウ材１５０を、また、第２の応力緩和部材１３０の裏面と冷却器６０との間に第六のロウ材１６０を配置する。このとき、第五のロウ材１５０および第六のロウ材１６０の少なくとも一方に形成した貫通孔（１５１，１６１）が第２の応力緩和部材１３０の応力緩和空間（貫通孔１３１）の開口部と重なるとともに貫通孔（１５１，１６１）の開口部の縁が応力緩和空間（貫通孔１３１）の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置する。また、接続工程は、更に、第四のロウ材１４０を溶かして第２の絶縁基板１００と第２の金属層１１０とを接続し、第五のロウ材１５０を溶かして第２の応力緩和部材１３０と第２の絶縁基板１００とを接続し、第六のロウ材１６０を溶かして第２の応力緩和部材１３０と冷却器６０とを接続する。
このようにして、第２の応力緩和部材１３０の表面と第２の絶縁基板１００の裏面との間に第五のロウ材１５０が、また、第２の応力緩和部材１３０の裏面と冷却器６０との間に第六のロウ材１６０が配置される。このとき、第五のロウ材１５０および第六のロウ材１６０の少なくとも一方に形成した貫通孔（１５１，１６１）が応力緩和空間（貫通孔１３１）の開口部と重なるとともに貫通孔（１５１，１６１）の開口部の縁が応力緩和空間（貫通孔１３１）の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置される。これにより、ロウ付けの際に表面および裏面の少なくとも一方に開口する応力緩和空間にロウ材が入り込みにくくできる。これにより、第２の応力緩和部材１３０の応力緩和効果を損ねることなく第２の応力緩和部材１３０をロウ付けすることができる。
・応力緩和部材５０，１３０は、純度が９９．９９９ｗｔ％（５Ｎ）のアルミニウム、９９．９９９９ｗｔ％（６Ｎ）のアルミニウム等でもよい。要は、応力緩和部材は、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなっていればよい。
・応力緩和部材５０，１３０に応力緩和空間として貫通孔５１，１３１に設けたが、図９に示すように、応力緩和部材５０に応力緩和空間として凹部５２に設けた場合に適用しても、あるいは、応力緩和部材１３０に図９と同様に凹部（５２）に設けた場合に適用してもよい。要は、応力緩和部材（５０，１３０）は、表面および裏面の少なくとも一方に開口する応力緩和空間を有していればよい。
・応力緩和部材５０は、アルミニウム以外の材質、例えば銅でもよい。
１０…半導体モジュール、１１…放熱装置、２０…絶縁基板、３０…金属層、４０…半導体素子、５０…応力緩和部材、５１…貫通孔、５２…凹部、６０…冷却器、７０…第一のロウ材、８０…第二のロウ材、８１…貫通孔、９０…第三のロウ材、９１…貫通孔、１００…第２の絶縁基板、１１０…第２の金属層、１２０…半導体素子、１３０…第２の応力緩和部材、１３１…貫通孔、１４０…第四のロウ材、１５０…第五のロウ材、１５１…貫通孔、１６０…第六のロウ材、１６１…貫通孔。

Claims (4)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板の表面に接続され、半導体素子を接合可能な金属層と、
    表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、前記絶縁基板の裏面に接続される応力緩和部材と、
    前記応力緩和部材の裏面に接続される冷却器と、
    を有する放熱装置であって、
    前記応力緩和部材は、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなり、
    前記絶縁基板と前記金属層とは第一のロウ材で接続され、前記絶縁基板と前記応力緩和部材とは第二のロウ材で接続され、前記応力緩和部材と前記冷却器とは第三のロウ材で接続され、
    前記第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有することを特徴とする放熱装置。
  2. 前記冷却器における前記応力緩和部材が接続される部位とは異なる部位に位置する第２の絶縁基板と、
    前記第２の絶縁基板の表面に接続され、半導体素子を接合可能な第２の金属層と、
    表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、前記第２の絶縁基板の裏面に接続されるとともに前記冷却器に接続される第２の応力緩和部材と、を有し、
    前記第２の応力緩和部材は、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなり、
    前記第２の絶縁基板と前記第２の金属層とは第四のロウ材で接続され、前記第２の絶縁基板と前記第２の応力緩和部材とは第五のロウ材で接続され、前記第２の応力緩和部材と前記冷却器とは第六のロウ材で接続され、
    前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方は、開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置する状態で前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なる貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
  3. 絶縁基板の表面に第一のロウ材を介して金属層を配置し、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる応力緩和部材の表面と前記絶縁基板の裏面との間に第二のロウ材を、また、前記応力緩和部材の裏面と冷却器との間に第三のロウ材を、前記第二のロウ材および第三のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに前記貫通孔の開口部の縁が前記応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置する配置工程と、
    前記第一のロウ材を溶かして前記絶縁基板と前記金属層とを接続し、前記第二のロウ材を溶かして前記応力緩和部材と前記絶縁基板とを接続し、前記第三のロウ材を溶かして前記応力緩和部材と前記冷却器とを接続する接続工程と、を有することを特徴とする放熱装置の製造方法。
  4. 前記配置工程は、更に、第２の絶縁基板の表面に第四のロウ材を介して第２の金属層を配置し、表裏方向に貫通して表面および裏面に開口する貫通孔を有し、純度が９９．９９ｗｔ％以上のアルミニウムからなる第２の応力緩和部材の表面と前記第２の絶縁基板の裏面との間に第五のロウ材を、また、前記第２の応力緩和部材の裏面と前記冷却器との間に第六のロウ材を、前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔が前記第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部と重なるとともに前記第五のロウ材および第六のロウ材の少なくとも一方に形成した貫通孔の開口部の縁が前記第２の応力緩和部材の貫通孔の開口部の縁よりも外側に位置するようにして配置し、
    前記接続工程は、更に、前記第四のロウ材を溶かして前記第２の絶縁基板と前記第２の金属層とを接続し、前記第五のロウ材を溶かして前記第２の応力緩和部材と前記第２の絶縁基板とを接続し、前記第六のロウ材を溶かして前記第２の応力緩和部材と前記冷却器とを接続することを特徴とする請求項３に記載の放熱装置の製造方法。
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