JP5829695B2 - ヒートシンクおよびこのヒートシンクを備えた電子部品装置 - Google Patents

Description

本発明は、発熱部材に生じる熱を放熱するためのヒートシンクおよびこのヒートシンクを備えた電子部品装置に関する。

近年、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）素子，金属酸化膜型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）素子，発光ダイオード（ＬＥＤ）素子，フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ）素子，ジャイアント・トランジスタ（ＧＴＲ）素子等の各種電子部品が回路基板上に搭載された電子部品装置が用いられている。

このような電子部品を搭載する回路基板は、例えば、絶縁性のセラミック焼結体からなる支持基板の一方の主面に銅を主成分とする回路部材が、他方の主面に、複数のフィンを備えるヒートシンクである放熱部材が接合されている。

このようなヒートシンクとして、例えば、特許文献１では、平面形状のフィンを備える放熱構造体が例示され、泥漿を石膏型に流し込み、乾燥した後、石膏型から乾燥体を取り出し、乾式フライスによって最終形状に仕上げることが記載されている。

国際公開第2000／076940号パンフレット

特許文献１に記載された放熱構造体は、放熱構造体の外寸が石膏型の大きさによって決まるため、設計の自由度が低いという問題があった。

それゆえ本発明は、設計の自由度が高いヒートシンクおよびこのヒートシンクを備えた電子部品装置を提供することを目的とするものである。

本発明のヒートシンクは、複数の第１の板状体と、該第１の板状体の間に配置され、少
なくとも前記第１の板状体よりも高さの低い第２の板状体とが積層されており、前記第１の板状体と前記第２の板状体とで形成された空間が、流体が流れるための流路とされており、前記第２の板状体の前記流路に面する面の表面粗さ（Ｒａ)が、前記第１の板状体の
前記流路に面する面の表面粗さ（Ｒａ）よりも粗いことを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品装置は、上記構成のヒートシンクに、電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。

本発明のヒートシンクによれば、複数の第１の板状体と、該第１の板状体の間に配置され、少なくとも前記第１の板状体よりも高さの低い第２の板状体とが積層されており、前記第１の板状体と前記第２の板状体とで形成された空間が、流体が流れるための流路とされており、前記第２の板状体の前記流路に面する面の表面粗さ（Ｒａ)が、前記第１の板
状体の前記流路に面する面の表面粗さ（Ｒａ）よりも粗いことから、設計の自由度を高くすることができる。

また、本発明の電子部品装置によれば、本発明のヒートシンクに、電子部品を搭載してなることから、放熱を繰り返してもマイクロクラックが進展しにくいので、信頼性を向上することができる。

本実施形態のヒートシンクの一例を示す斜視図である。 図１に示すヒートシンクのＡ−Ａ’線における拡大断面図である。 本実施形態のヒートシンクの他の例を示す拡大断面図である。 本実施形態のヒートシンクの他の例であって、第１の板状体におけるうねり状態を示す模式図である。 図１に示すヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。 図１に示すヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）はＢ−Ｂ’線における拡大断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線における拡大断面図である。 図１（ａ）と同様の箇所におけるヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）はＢ−Ｂ’線における拡大断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線における拡大断面図である。 図１（ａ）と同様の箇所におけるヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）はＢ−Ｂ’線における拡大断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線における拡大断面図である。 本実施形態の電子部品装置の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明のヒートシンクの実施の形態の例を説明する。

図１は本実施形態のヒートシンクの一例を示す斜視図であり、図２は図１に示すヒートシンクのＡ−Ａ’線における拡大断面図である。

図１，図２に示すように、本実施形態のヒートシンク10は、複数の第１の板状体１と、第１の板状体１の間に配置され、少なくとも第１の板状体１よりも高さの低い第２の板状体２とが積層されており、第１の板状体１と第２の板状体２とで形成された空間が、流体が流れるための流路21とされている。

なお、図１，図２に示すヒートシンク10においては、下面20が発熱部材等が載置される面となる。また、Ａ−Ａ’線は、第１の板状体１のＸ方向の長さにおける中間点に引かれた線であり、Ｂ−Ｂ’線は、いずれも第１の板状体１のＺ方向の長さにおける中間点に引かれた線である。

図１，図２に示すように、本実施形態のヒートシンク10は、複数の第１の板状体１と、第１の板状体１の間に配置され、少なくとも第１の板状体１よりも高さの低い第２の板状体２とが積層されてなることから、必要とするヒートシンクのサイズに合わせて、各々の板状体１，２の外辺寸法および厚みを調整することで、ヒートシンクの外形サイズ，第１の板状体１の厚みおよび流路21の幅（言い換えれば、第２の板状体２の厚み）等において、設計の自由度を高くすることができる。尚、図１，図２では第１の板状体１の間に第２の板状体２が１枚配置されている構成となっているが、さらに流路の幅を広くしたい場合には第２の板状体２を複数枚積層してもよい。

ここで、図１に示す例のヒートシンク10を構成する第１の板状体１のＸ方向，Ｙ方向およびＺ方向の各寸法は、特に制限はないが、例えば、Ｘ方向が15ｍｍ以上80ｍｍ以下、Ｙ方向が0.3ｍｍ以上３ｍｍ以下、Ｚ方向が10ｍｍ以上67.5ｍｍ以下である。また、第１の板状体１は、主にフィンと下面20とを構成するものである。

また、第２の板状体２のＸ方向，Ｙ方向およびＺ方向の各寸法は、例えば、Ｘ方向が15ｍｍ以上80ｍｍ以下、Ｙ方向が0.3ｍｍ以上２ｍｍ以下、Ｚ方向が１ｍｍ以上15ｍｍ以下である。但し、第２の板状体２は、第１の板状体１よりもＺ方向の長さが短くなるように設定する。また、第２の板状体２は、主に第１の板状体１（フィン）と組み合わせて流路21を形成するとともに、下面20を構成するものである。

なお、第１の板状体１の長さ方向（Ｘ方向）における端と、第２の板状体２の第１の板状体１の長さ方向に沿った端とは、流体の圧力が均一にかかるように同じ位置となるように配置されていることが好ましい。さらに、Ｚ方向における第１の板状体１および第２の板状体２との一端（下端）は、発熱部材等が載置される面となることから、同じ位置となるように配置されていることが好ましい。なお、発熱部材等が載置される面は、発熱部材等が載置され易いようにその面を研磨しておくことが好ましい。

また、本実施形態のヒートシンク10は、第２の板状体２の流路21に面する面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）が、第１の板状体１の流路21に面する面１ｄの算術平均粗さ（Ｒａ）よりも粗いことが好ましい。この様な構成にすることによって、発熱部材等が搭載される面に近いところで流体の乱流が発生しやすくなり、ヒートシンク10と流体との熱交換の頻度を高くでき放熱特性を向上することができる。ここで、第２の板状体２の流路21に面する面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）は３μｍ以上10μｍ以下、第１の板状体１の流路21に面する面１ｄの算術平均粗さ（Ｒａ）は0.5μｍ以上２μｍ以下であることが好ましい。

なお、第２の板状体２の流路21に面する面２ａおよび第１の板状体１の流路21に面する面１ｄにおける算術平均粗さ（Ｒａ）は、ヒートシンク10から適当な大きさにサンプルを切り出した後、接触型もしくは非接触型粗さ測定器を用いて、ＪＩＳ Ｂ0601−2001に基づいて測定すれば良い。

また、本実施形態のヒートシンク10における複数の流路21は、他の流路21と比較して、流路21の容積が異なる流路21を有していることが好適である。容積が異なる流路21が存在することによって、流体がヒートシンク10の流路21に入る際に、各流路21の入口で速度勾配が生じることによって乱流が発生しやすくなり、この乱流が発した状態のままで流体が流路21に入りやすくなる。それにより、ヒートシンク10と流体との熱交換の頻度が高くなり、放熱特性をさらに向上させることができる。

図３は、本実施形態のヒートシンクの他の例を示す拡大断面図であり、図４は本実施形態のヒートシンクの他の例であって、第１の板状体におけるうねり状態を示す模式図である。

図３および図４に示すように、本実施形態のヒートシンク11は、複数の第１の板状体１が反りまたはうねりを有していることが好適である。第１の板状体１が反りまたはうねりを有していると、第１の板状体１の間の流路21を流れる流体に乱流が生じやすくなる。それにより、ヒートシンク11と流体との熱交換の頻度が高くなり、放熱特性を向上させることができる。なおここで言う反りとは、第１の板状体１が高さ方向に全体的に反っている状態を言う。

図４に示す第１の板状体１のうねりは、例えば、湾曲度Ｗ_ａｖとして表すことができ、湾曲度Ｗ_ａｖは、1.5以上３以下であることが好適である。湾曲度Ｗ_ａｖがこの範囲であれば、流体に乱流が生じやすくなり、かつうねりを有することよって発生する残留応力が大きくなりすぎることを抑制でき、第１の板状体が破損することを抑制できる。それにより強度を維持しつつもヒートシンク11と流体との熱交換の頻度が高くなり、放熱特性をさらに向上させることができる。

なお、本実施形態における湾曲度Ｗ_ａｖとは、中点Ａ−Ａ’線での断面における、第１の板状体１の両側の面のうち、湾曲が小さい方の面の下端１_Ｕと上端１_Ｌとを結ぶ直線の長さＬに対する長線からの最大のずれ幅Ｗの百分率であり、式（１）のように表すことができる。
Ｗ_ａｖ＝Ｗ／Ｌ×100・・・（１）

図５は、図１に示すヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。

図５に示す例のヒートシンク12は、第１の板状体１に、隣接する流路21につながる貫通孔１ｅが設けられている。このような構成にすることによって、隣接する第１の板状体１の間に設けられた流路21に流れた流体が、貫通孔１ｅを通ることによって乱流が生じやすくなるので、ヒートシンク12と流体との熱交換の頻度を高くでき、さらに放熱特性を向上させることができる。あわせて、流路21に流れた流体が、貫通孔１ｅを通って隣接する流路21に流れることで、ヒートシンク12の温度を均一に近づけることができ、ヒートシンク12と発熱部材等との接合強度が低下することを抑制できる。

なお、貫通孔１ｅの大きさはヒートシンク12の強度に問題がなく、かつ第１の板状体１の流路21に面する面１ｄの表面積が減少しない範囲で、できるだけ大きくすることが好ましく、その個数は１つの第１の板状体１に対して３個以上10個以下であることが好ましい。この範囲であれば、ヒートシンク12の強度を維持しつつ、第１の板状体１の表面積を大きく減らすことなく、流体に乱流が生じる場所が多くなり、さらに熱交換効率を向上することができるほか、ヒートシンク12の温度をより均一に近づけることができる。なお、貫通孔１ｅの形状は、略円形状、多角形状、星形状などどのような形状でも構わない。

また、貫通孔１は、流体の入口側（Ｘ方向の一端側）に多く設けることが好ましい。それにより、入口側で乱流が発生した状態で流体が流路21内を進むため、ヒートシンクと流体との熱交換効率をさらに向上することができる。図５（ｂ）においては、流体入口側（図５（ｂ）における右側）に貫通孔１を多く設けている例を示している。

図６，７は、図１に示すヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）はＢ−Ｂ’線における拡大断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線における拡大断面図である。

図６に示す例のヒートシンク13は、第１の板状体１の隣り合う主面が、凹部１ａを有し、図７に示す例のヒートシンク14は、第１の板状体１の隣り合う主面が、凸部１ｂを有している。

図６，７に示すように、本実施形態のヒートシンク13，14は、第１の板状体１の隣り合う流路21に面する面において、少なくとも一方の面が、凹部１ａおよび凸部１ｂのうち少なくとも一方を有することが好適である。このような構成であるときには、乱流の生じる頻度が高くなり、しかも表面積を増やすことができることから、さらに放熱特性を向上させることができる。図６，７に示す例のヒートシンク13,14は、第１の板状体１の一方の面にそれぞれ凹部１ａのみ、凸部１ｂのみを有するヒートシンクであるが、凹部１ａおよび凸部１ｂが混在するものであってもよく、凹部１ａや凸部１ｂの各個数は適宜設定することができる。さらには、第１の板状体１の両方の面に、凹部１ａや凸部１ｂを設けることもできる。

また、凹部１ａおよび凸部１ｂは、流体の入口側（Ｘ方向の一端側）に多く設けることが好ましい。それにより、入口側で乱流が発生した状態で流体が流路21内を進むため、ヒートシンクと流体との熱交換効率をさらに向上することができる。

なお、凹部１ａの深さおよび凸部１ｂの高さは、第１の板状体１の強度や流体の圧力損失を考慮すれば、第１の板状体１の厚みに対して、0.2倍〜0.3倍であることが好ましい。

ここで、本実施形態のヒートシンクを構成する第１の板状体１は、例えば、ダイヤモンド，アルミニウム，銅，膨張黒鉛，ガラス，樹脂またはセラミックスからなり、特に、セラミックスからなることが好適である。

ここで、セラミックスの材質としては、アルミナ，ジルコニア，炭素繊維強化炭素複合材，窒化珪素，炭化珪素，窒化アルミニウム，炭化硼素，窒化硼素，コージェライトまたはこれらの複合物を用いることができる。

特に、発熱部材が、ガリウム−アルミニウム−砒素（ＧａＡｌＡｓ）またはインジウム−ガリウム−砒素−リン（ＩｎＧａＡｓＰ）等からなる光通信用の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子である場合、これらの化合物の線膨張係数は５×10^−６／Ｋ程度であり、セラミックスの線膨張係数と近いことから、ＬＥＤ素子をヒートシンクに搭載しても、ＬＥＤ素子に発熱による歪みが生じにくくなり、ヒートシンクとＬＥＤ素子との接合部においてクラックが生じにくくなる。

特にセラミックの材質の中でも、炭化珪素，窒化アルミニウム，窒化硼素または炭素繊維強化炭素複合材を用いることが好適である。炭化珪素，窒化アルミニウムおよび窒化硼素は、線膨張係数が3.7×10^−６／Ｋ以上６×10^−６／Ｋ以下であることから、ＬＥＤ素子を構成する化合物の線膨張係数により近くなり、発熱による歪みやクラックがさらに生じにくくなる。

なお、炭素繊維強化炭素複合材とは、粉末状炭素、内部が空洞である微細炭素繊維および熱硬化性樹脂を媒体中に分散または溶解させて得られる含浸用液を、炭素繊維に含浸させた後、一方向に炭素繊維が配列するように成形し、硬化させ、焼成することによって得られる複合材であり、炭素繊維の配列する方向における熱膨張係数を3.7×10^−６／Ｋ以上６×10^−６／Ｋ以下とすることができる。

さらに、放熱特性を向上させるために、第１の板状体１を形成する材料よりも熱伝導率の高い粒子および繊維の少なくともいずれかを含んでいることが好適であり、熱伝導率の高い繊維としては、ナノカーボンファイバーが特に好適である。

なお、本実施形態のヒートシンクを構成する第２の板状体２は、第１の板状体１を構成する材料と同じ材料により形成されることが好適である。

図８は、図１（ａ）と同様の箇所におけるヒートシンクのさらに他の例を示す図であり、（ａ）はＢ−Ｂ’線における拡大断面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線における拡大断面図である。

図８に示す例のヒートシンク15は、第１の板状体１の隣り合う流路21に面する面のうち、少なくとも一方の主面に粒状体１ｃが接合しており、粒状体１ｃが凸部をなしている。このような構成であるときには、流路21を流れる流体に乱流が生じやすくなるほか、第１の板状体１の表面積を増やすことができる。それにより、ヒートシンク15と流体との熱交換の頻度が高くでき、さらに放熱特性を向上させることができる。第１の板状体１の少なくとも一方の主面に接合する粒状体１ｃは、セラミックスからなる場合には、珪素を含むものが好ましく、具体的には、珪素，炭化珪素，窒化珪素，炭窒化珪素，酸化珪素およびサイアロンの少なくともいずれかであることが好ましい。なお、これらの成分は薄膜Ｘ線回折法または透過電子顕微鏡法を用いて同定することができる。

また、粒状体１ｃは、任意の断面において、例えば、主面に沿った幅が10μｍ以上48μｍ以下であり、高さが16μｍ以上52μｍ以下である。このような粒状体１ｃの幅および高さは、光学顕微鏡を用い、倍率を100倍以上500倍以下として求めることができる。なお、凸部１ｃは、複数の粒状体１ｃが集まって一体化したものが、第１の板状体１の主面に接合したものでもよい。

図９は、本実施形態の電子部品装置の一例を示す概略断面図である。

図９に示す例の電子部品装置20は、発熱部材である電子部品３と、電子部品３を搭載する回路部材４と、回路部材４を一方主面（表面）側で支持する電気絶縁性の支持基板５と、電子部品３および回路部材４を収容する筐体（パッケージ）６と、支持基板５の他方主面（裏面）側に配置されるヒートシンク10とを備えてなる。回路部材４は、例えば、２列に配置され、ろう材によって、支持基板５に接合されている。なお、ヒートシンクは、上述のヒートシンク11,12,13,14,15のいずれを用いることもできる。

本実施形態の電子部品装置20は、本実施形態の放熱特性が高いヒートシンク10に、電子部品３が搭載されている。それにより電子部品３から発せられる熱を、効率良く放熱することで、電子部品３が高熱となることを抑制でき、電子部品３の寿命を延ばすことができることから信頼性を向上することができる。

特に、電子部品装置20としては、ＰＣＵなどの半導体モジュールや、高出力ＬＥＤ前照灯の半導体装置、直流高電圧電源装置およびスイッチング装置など作動時に高熱を発する装置として用いることが有用である。

次に、本実施形態のヒートシンクの製造方法の一例について説明する。

炭化珪素からなるヒートシンクを得る場合には、まず、平均粒径（Ｄ_５０）が0.5μｍ以上２μｍ以下である炭化珪素粉末に炭化硼素粉末およびリグニンカルボン酸塩の粉末を加え、ボールミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル等のミルで混合，粉砕して混合粉末を得る。

ここで、炭化硼素粉末およびリグニンカルボン酸塩の粉末のそれぞれの含有量は、炭化珪素粉末100質量％に対して、例えば、0.12質量％以上1.4質量％以下、１質量％以上3.4質量％以下とすることが好ましい。

そして、この混合粉末を、バインダ，分散剤，可塑剤および滑剤等とともに有機溶剤中で混合してスラリーを得る。

なお、有機溶剤としては、トルエン，エタノール，メタノール，メチルエチルケトン，トリクロロエチレンおよびメチルイソブチルケトンの少なくともいずれか１種を用いることが好ましい。

また、バインダとしては、ポリエチレングリコール，メチルセルロース，ポリエチレングリコール，ポリビニルアルコール，ポリビニルブチラール，メタクリル酸メチル，メタクリル酸エチル，メタクリル酸ブチル，メタクリル酸イソブチル，メタクリル酸シクロヘキシル，メタクリル酸オクチル，スチレン，塩化ビニルおよび酢酸ビニルの少なくともいずれか１種を用いることが好ましく、特にはこれらの中でもポリビニルブチラールまたはメタクリル酸イソブチルを用いることが好ましい。

また、バインダの添加量は、混合粉末100質量％に対して４質量％８質量％以下とすることが好ましい。バインダの添加量が混合粉末100質量％に対して４質量％以上８質量％以下であれば、成形体の強度や可撓性が良好で、また、バインダの脱脂を容易にすることができる。

また、窒化アルミニウムからなるヒートシンクを得る場合には、まず、気体吸着ＢＥＴ法による比表面積が2.0ｍ^２／ｇ以上3.0ｍ^２／ｇ以下であり、50ＭＰａの圧力下における一軸加圧成形密度が1.65ｇ／ｃｍ^３以上1.80ｇ／ｃｍ^３以下である、平均粒径（Ｄ_５０）が、例えば、１μｍ以上２μｍ以下の窒化アルミニウム粉末に、アルカリ土類金属酸化物の粉末および希土類元素酸化物の粉末を加え、ボールミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル等のミルで混合，粉砕して混合粉末を得る。

ここで、アルカリ土類金属酸化物の粉末および希土類元素酸化物の粉末の含有量の合計は、窒化アルミニウム粉末100質量％に対して、例えば、１質量％以上10質量％以下とすることが好ましい。

そして、スラリーは、上述した炭化珪素からなるヒートシンクを得る場合と同じ方法によって得られる。

また、窒化硼素からなるヒートシンクを得る場合には、まず、原料粉末としてＢＮ粉末と、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末とＡｌ粉末と、Ｖ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗの金属、炭化物、窒化物のうち少なくとも一種の粉末、あるいは、これらに加えＮｉ，Ｃｏ，ＣｏＯ，Ｃｏ_３Ｏ_４のうち少なくとも一種の粉末を準備し、これらを特定の組成を秤量し、例えば超硬合金製のボールミルで混合，粉砕し混合粉末を得る。

ここで、混合粉末を100質量％とした場合、ＢＮ粉末を80質量％以上95質量％以下とし、その他粉末を合計で５質量％以下20質量％以下とすることが好ましい。

そして、スラリーは、上述した炭化珪素からなるヒートシンクを得る場合と同じ方法によって得られる。

次に、これらのスラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを形成し、金型による打ち抜加工またはレーザー光による切断加工によって所定形状とする。また、ヒートシンク15のような貫通孔を設ける場合も同様の方法で加工すれば良い。

また、焼成前のセラミックグリーンシートの端面以外にマスクをした後にブラスト加工を行なうことによって、第２の板状体２の流路に面する面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を第１の板状体１の流路に面する面１ｄの算術平均粗さ（Ｒａ）よりも粗くすることができ、ブラスト加工における砥粒サイズや出力を変更することによって、所望の粗さを得ることができる。

そして、セラミックグリーンシートは、必要に応じて、窒素雰囲気中、10〜40時間で昇温し、450〜650℃で２〜10時間保持した後、自然冷却して脱脂して、脱脂体とする。

そして、隣り合う第１の板状体１となるセラミックグリーンシートの間に、両側の流路に面する面に密着液が塗布された第２の板状体２となるセラミックグリーンシートと、密着液が塗布されていない第２の板状体２となるグリーンシートと同形状のグリーンシートをスペーサとして、それぞれ配置し、平板状の加圧具を介して0.05ＭＰａ以上0.5ＭＰａ以下の加圧を加え、その後に、約50〜70℃で約10〜15時間乾燥させる。そして、乾燥させた後、スペーサとして用いたセラミックグリーンシートを抜く。なお、密着液はセラミックグリーンシートを作製するときに用いたバインダと同じバインダを用いることができる。なお、上記配置では、セラミックグリーンシートを用いる例を示したが、セラミックグリーンシートに替えて脱脂体を用いてもよい。

このとき、第２の板状体２を異なる高さとするほか、第２の板状体２の厚みや枚数を変更することによって、流路の容積を変更することが可能である。

そして、セラミックグリーンシートが炭化珪素からなる場合には、例えば、不活性ガスの雰囲気中または真空雰囲気中で、1800〜2200℃の温度範囲で10分〜10時間保持した後、2200〜2350℃の温度範囲で10分〜20時間保持することによって、相対密度が90％以上のセラミック焼結体とすることができる。

なお、不活性ガスについては特に限定されるものではないが、2000℃以上で保持する場合には炭化珪素の分解が生じるので、アルゴンまたはヘリウムを用いることが好適である。

また、セラミックグリーンシートが窒化アルミニウムからなる場合には、例えば、窒素雰囲気中または窒素および水素の混合雰囲気中で、焼成温度が1500〜1900℃の範囲で５時間〜20時間保持することによって、相対密度が90％以上のセラミック焼結体とすることができる。

また、セラミックグリーンシートが窒化硼素からなる場合には、例えば、不活性雰囲気中で、圧力が４〜６ＧＰａ、焼成温度が1300〜1800℃の範囲で10分間〜30分間保持することによって、相対密度が90％以上のセラミック焼結体とすることができる。

また、炭素繊維強化炭素複合材からなるヒートシンクを得る場合には、例えば、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系などの繊維や樹脂を、フェノール樹脂溶液やフラン樹脂溶液などの媒体中に分散または溶解させて混合し溶液を得る。

ここで、溶液の濃度としては、上記溶液100質量％に対して、10質量％以上70質量％以下とすることが好ましい。

そして、得られた溶液から炭素繊維強化炭素複合材でシートを作製する場合は、所望の形状にした金型に流し込み、加熱温度を50〜300℃、保持時間を20分間〜５時間で加熱処理させることで熱硬化して得ることができる。なお、必要に応じて、金型には、第１の板状体となるシートに、凹部、凸部、貫通孔等が形成される様に突起や窪みを設けておけばよい。また、得られた焼成前のシートの端面以外にマスクをした後にブラスト加工を行なうことによって、第２の板状体２の流路に面する面２ａの算術平均粗さ（Ｒａ）を第１の板状体１の流路に面する面１ｄの算術平均粗さ（Ｒａ）よりも粗くすることができ、ブラスト加工における砥粒サイズや出力を変更することによって、所望の粗さを得ることができる。

そして、得られたシート同士を接合させるために例えば、シートの間にエポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂に炭素粉末（グラファイトパウダー）を介在させた後、不活性雰囲気中で、最高温度600〜1000℃に設定し30〜50時間かけて最高温度に到達するようにし、炭化処理をすることによって、炭素繊維強化炭素複合材からなるヒートシンクを得ることができる。

なお、第２の板状体２を異なる高さとするほか、第２の板状体２の厚みや枚数を変更することによって、流路の容積を変更することが可能である。

なお、第１の板状体１の主面に珪素を含む複数の粒状体１ｃを接合して凸部を有するヒートシンク14を得るには、セラミックグリーンシートの主面に珪素を含む顆粒または敷粉等の多数の粉粒体を載置し適宜積層したのち焼成すればよい。載置する方法は、篩い等を用いて振り掛ける、または粉粒体に溶媒等を加えてスラリーとし、刷毛やローラ等を用いて塗布してもよい。なお、粉粒体を構成する粉末は、例えば、炭化珪素または炭窒化珪素の粉末と、添加成分としてのグラファイトの粉末および炭化硼素（Ｂ_４Ｃ）の粉末である。あるいは、粉粒体を構成する粉末は、珪素の粉末，窒化珪素の粉末，酸化珪素の粉末およびサイアロンの粉末の少なくともいずれかと、添加成分としての酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）の粉末の少なくともいずれかならびに希土類元素の酸化物の粉末である。ここで、セラミックグリーンシートの主面に載置する顆粒とは、例えば上記粉末を混合し粉砕してスラリーとし、噴霧乾燥機で乾燥させたものであり、敷粉とは、上記粉末を用いて焼成した焼結体を粉砕したもの等である。

また、焼成の温度および時間は、積層体のサイズや体積に応じて適宜設定すればよい。

なお、反りを有する第１の板状体１を得るには、発熱部材等が載置される下面20が棚板側になるように載置して焼成すればよい。

また、うねりを有する第１の板状体１とするためには、焼成の温度を高くし、焼成の時間を長くすればよく、セラミックグリーンシートが炭化珪素からなる場合には、2250〜2350℃の温度範囲で10時間〜20時間保持すればよい。また、セラミックグリーンシートが窒化アルミニウムからなる場合には、焼成温度が1700〜1900℃の範囲で10時間〜20時間保持すればよい。また、セラミックグリーンシートが窒化硼素からなる場合には、圧力が5.5〜６ＧＰａ、焼成温度が1500〜1800℃の範囲で20分間〜30分間保持すればよい。また、セラミックグリーンシートが炭素繊維強化炭素複合材からなる場合には、最高温度900〜1000℃に設定し30〜35時間かけて最高温度に到達するようにすればよい。

ちなみに、反りを有するとともに、その一部がうねりを有する第１の板状体１を得るには、上記のうねりを得る条件にて、発熱部材が載置される下面20が棚板側になるように載置して焼成すればよい。

上述した方法で得られたセラミック焼結体は、必要に応じて、セラミック焼結体の外辺を研削加工等で削除することにより、図１，２，３，５，６，７，８に示すようなヒートシンク10，11，12，13，14，15とすることができる。

なお、上述においては、セラミックグリーンシートはドクターブレード法を用いて成形する場合を示したが、炭化珪素からなるヒートシンクを得るにあたり、セラミックグリーンシートを乾式加圧成形法または粉末圧延法を用いて成形する場合には、まず、平均粒径（Ｄ_５０）が0.5μｍ以上２μｍ以下である炭化珪素粉末に水，分散剤，炭化硼素粉末，リグニンカルボン酸塩の粉末を加え、ボールミル，回転ミル，振動ミル，ビーズミル等のミルで混合，粉砕し、スラリー化する。このスラリーにメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース類やその変成品、糖類、澱粉類、デキストリンやこれらの各種変成品、ポリビニルアルコール等の水溶性各種合成樹脂や酢酸ビニル等の合成樹脂エマルジョン、リグニンスルホン酸ソーダ，アラビアゴム，カゼイン，アルギン酸塩，グルコマンナン，グリセリン，ソルビタン脂肪酸エステル等を添加，混合した後、噴霧乾燥すればよい。

ここで、炭化硼素粉末，リグニンカルボン酸塩の粉末のそれぞれの含有量は、炭化珪素粉末100質量％に対して、例えば、0.12質量％以上1.4質量％以下、１質量％以上3.4質量％以下とすることが好ましい。

また、噴霧乾燥の前にＡＳＴＭ Ｅ11−61に記載されている粒度番号が200のメッシュまたはこのメッシュより細かいメッシュの篩いに通すことによって、粗大な不純物やゴミを除去し、さらに磁力を用いた除鉄機で除鉄するなどの方法で、鉄およびその化合物を除去することが好適である。

得られたセラミックス顆粒は、乾式加圧成形法または粉末圧延法を用いて成形することにより、相対密度が45％以上70％以下のセラミックグリーンシートとすることができる。

ここで、第１の板状体１の隣り合う流路に面する面のうち少なくとも一方の面が、凹部および凸部のうち少なくとも一方を有するヒートシンク12,13を得る場合には、そのような形状が得られる成形型を用い、乾式加圧成形法によりセラミックグリーンシートに形状を加工したものを用いればよい。

そして、金型による打ち抜き加工またはレーザー光による切断加工を用いて所定形状とした後は、上述した製造方法と同じ方法でヒートシンクを得ることができる。

この様な製造方法で作製したヒートシンクは、各々の板状体１，２を積層してなる構造とすることによって、ヒートシンク10を作製するまでに廃棄する原料を少なくできる。また、フライス等の後加工の必要がないことから後加工による各々の板状体１，２の破損やクラックが内在しにくくなる。

また、上述した製造方法により得られた各ヒートシンクを、回路部材４を介して電子部品３を搭載する支持基板５の裏面にシリコングリス等の接合剤を用いて接合することで、本実施形態の電子部品装置20とすることができる。

１：第１の板状体
１ａ：凹部
１ｂ：凸部
１ｃ：粒状体
１ｄ：表面
１ｅ：貫通孔
２：第２の板状体
２ａ：表面
３：電子部品
４：回路部材
５：支持基板
６：筐体（パッケージ）
10，11，12，13，14，15：ヒートシンク
20：電子部品装置

Claims (7)

1. 複数の第１の板状体と、該第１の板状体の間に配置され、少なくとも前記第１の板状体よりも高さの低い第２の板状体とが積層されており、前記第１の板状体と前記第２の板状体とで形成された空間が、流体が流れるための流路とされており、前記第２の板状体の前記流路に面する面の表面粗さ（Ｒａ)が、前記第１の板状体の前記流路に面する面の表面
   粗さ（Ｒａ）よりも粗いことを特徴とするヒートシンク。
2. 前記第１の板状体が、反りまたはうねりを有していることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記第１の板状体に、前記流路につながる貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記第１の板状体の隣り合う前記流路に面する面のうち、少なくとも一方の面に、凹部および凸部のうち少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒートシンク。
5. 前記第１の板状体の隣り合う前記流路に面する面のうち、少なくとも一方の面に複数の粒状体が接合されており、該粒状体がそれぞれ前記凸部をなしていることを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
6. 前記第１の板状体および前記第２の板状体が、セラミックスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒートシンク。
7. 回路基板と、該回路基板に接合された請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヒートシンクと、回路基板に搭載された電子部品とを有することを特徴とする電子部品装置。

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