JP7322626B2 - 冷却装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ等の発熱性素子を冷却する冷却装置の製造方法、及び冷却装置の製造装置に関する。

なお、本発明に係る冷却装置の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、冷却装置の構成を理解し易くするため、冷却装置における発熱性素子が搭載される側を冷却装置の上側、及び、その反対側を冷却装置の下側と定義する。

また本明細書では、文中に特に明示する場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられ、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。

発熱性素子として例えばパワー半導体チップを備えるパワーモジュールは、パワー半導体チップを冷却する冷却装置をパワーモジュール基板として一般に具備している。

冷却装置は、パワー半導体チップが上面に搭載される配線層と、パワー半導体チップの熱を放散する放熱部材（例：ヒートシンク）とを備えており、さらに、配線層と放熱部材との間に配置された絶縁層を備えている。絶縁層は、配線層と放熱部材を電気的に絶縁するための層である。絶縁層としてはセラミック基板又は絶縁樹脂シートが広く用いられている。

セラミック基板は、絶縁樹脂シートと比べて熱伝導性に優れているが、剛性が高い。そのため、セラミック基板を絶縁層として備えた冷却装置では、長期間に亘る冷熱負荷や半導体チップの高温動作時にセラミック基板の内部に発生する熱応力によりセラミック基板にクラックが発生する懸念がある。さらに、冷却装置の製造過程において高温焼結を行わなければならない場合がある。

絶縁樹脂シートは柔軟性を有している。そのため、絶縁樹脂シートを絶縁層として備えた冷却装置では、上述した冷熱負荷や上述した熱応力が絶縁樹脂シートで緩和されるため、パワーモジュールの信頼性が高められる。さらに、この冷却装置ではその製造過程において高温焼結を行う必要がないという利点がある。

特開２０１１－１４６４７１号公報（特許文献１）は、上述のような絶縁樹脂シートを備えた冷却装置の製造方法を開示している。この冷却装置では、絶縁樹脂シートは、絶縁樹脂シートの下層を形成する第１絶縁樹脂シートと、絶縁樹脂シートの上層を形成する第２絶縁樹脂シートとから構成されている。

特開２０１１－１４６４７１号公報

上記公報の冷却装置の製造方法では、まず第１絶縁樹脂シートを放熱部材としての冷却器に熱圧着により接着し、次いで、第１絶縁樹脂シートと配線層としての放熱ブロックとの間に第２絶縁樹脂シートを介在させ、そして第２絶縁樹脂シートを第１絶縁樹脂シートに熱圧着により接着するとともに、第２絶縁樹脂シートに放熱ブロックを熱圧着により接着している。

したがって、この冷却装置の製造方法では、絶縁樹脂シート（第１及び第２絶縁樹脂シート）を放熱部材（冷却器）と配線層（放熱ブロック）とに接着するために複数回の接着工程が行われる。そのため、冷却装置の製造工程数が多かった。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、製造工程数の削減を図りうる冷却装置の製造方法、及び冷却装置の製造装置を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

１） 放熱部材と前記放熱部材の上面に配置された絶縁樹脂シートと前記絶縁樹脂シートの上面に配置され且つ前記絶縁樹脂シートの前記上面よりも狭い大きさを有する配線層とを備えた第１積層体における前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを接着一体化する工程を含み、
前記接着一体化する工程では、前記絶縁樹脂シートの前記上面の露出部と前記配線層の上面とを流体で前記放熱部材に対して同時に押圧することにより、前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを同時に接着一体化する、冷却装置の製造方法。

２） 前記第１積層体はワーク室内に配置され、
前記流体は、前記ワーク室に対して上側に隔壁を介して隣接する流体室内に充填されるものであり、
前記接着一体化する工程では、前記ワーク室内の雰囲気圧力と前記流体室内に充填された前記流体の圧力との間の圧力差によって前記隔壁を前記絶縁樹脂シートと前記配線層とからなる第２積層体の上面の凹凸形状に追従するように変形させた状態で、前記流体室内に充填された前記流体で前記隔壁を介して前記絶縁樹脂シートの前記露出部と前記配線層の前記上面とを前記放熱部材に対して同時に押圧する前項１記載の冷却装置の製造方法。

３） 前記隔壁は樹脂フィルムで形成されている前項２記載の冷却装置の製造方法。

４） 前記隔壁は金属箔で形成されている前項２記載の冷却装置の製造方法。

５） 前記隔壁は前記第２積層体に対して離型性を有している前項２～４のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。

６） 前記ワーク室内の雰囲気はガスであり、
前記隔壁は、真空引き手段を備えた真空チャック機構によって前記ワーク室を包囲する周側壁上に吸着固定され、
前記ワーク室内の前記雰囲気圧力は、前記真空引き手段により減少される前項２～５のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。

７） 前記隔壁は、前記ワーク室を包囲する周側壁上と前記流体室を包囲する周側壁上とのうち少なくとも一方にシール用グリスを介して配置される前項２～６のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。

８） 放熱部材と前記放熱部材の上面に配置された絶縁樹脂シートと前記絶縁樹脂シートの上面に配置され且つ前記絶縁樹脂シートの前記上面よりも狭い大きさを有する配線層とを備えた第１積層体における前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを積層状に接着一体化する接着装置を具備し、
前記接着装置は、前記第１積層体が配置されるワーク室と、前記ワーク室に対して上側に隔壁を介して隣接するとともに流体が充填される流体室と、前記ワーク室内の雰囲気圧力と前記流体室内の前記流体の圧力との間に前記流体室内の前記流体の圧力が前記ワーク室内の前記雰囲気圧力よりも高くなるように圧力差を発生させる圧力差発生手段と、を備え、
前記隔壁は、前記圧力差によって、前記ワーク室内に配置された前記第１積層体における前記絶縁樹脂シートと前記配線層とからなる第２積層体の上面の凹凸形状に追従するように変形可能である冷却装置の製造装置。

本発明は以下の効果を奏する。

前項１では、放熱部材と絶縁樹脂シートと配線層とを同時に接着一体化するので、冷却装置の製造工程数の削減を図ることができる。

さらに、絶縁樹脂シートの上面の露出部と配線層の上面とを流体で同時に押圧するので、押圧力が絶縁樹脂シートの上面の露出部略全体と配線層の上面略全体とに均一に且つ同時に加わる。これにより、放熱部材と絶縁樹脂シートとの接着面、及び絶縁樹脂シートと配線層との接着面に接着不良（接着ムラ、未接着部など）が発生するのを抑制することができ、冷却装置の信頼性が向上する。

前項２では、ワーク室内の雰囲気圧力と流体室内に充填された流体の圧力との間の圧力差によって隔壁を第２積層体（絶縁樹脂シート及び配線層）の上面の凹凸形状に追従するように変形させた状態で、流体室内の流体で隔壁を介して絶縁樹脂シートの露出部と配線層の上面とを放熱部材に対して同時に押圧するので、前項１の効果を確実に奏し得る。

前項３では、隔壁は樹脂フィルムで形成されているので第２積層体の上面の凹凸形状に対して高い追従性を有している。したがって、前項１又は２の効果を確実に奏し得る。

前項４では、隔壁は金属箔で形成されているので、隔壁が樹脂フィルムで形成されているものよりも高い耐熱性を有している。そのため、放熱部材と絶縁樹脂シートと配線層との接着が加熱条件下で行われる場合（例えば、当該接着が熱圧着により行われる場合）でも、当該接着を確実に良好に行うことができる。

前項５では、隔壁が第２積層体に対して離型性を有しているので、隔壁の第２積層体との接着を抑制することができる。

前項６では、隔壁が真空チャック機構によりワーク室の周側壁上に吸着固定されるので、隔壁の周側壁上への固定作業を容易に行うことができる。しかも、ワーク室内の雰囲気圧力が真空チャック機構の真空引き手段により減少されるので、上述した圧力差も発生させることができる。

前項７では、隔壁が所定の周側壁上にシール用グリスを介して配置されるので、隔壁と所定の周側壁との間を確実に封止することができる。

前項８では、少なくとも前項２記載の冷却装置の製造方法に好適に用いることができる冷却装置の製造装置を提供できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る冷却装置の概略斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る冷却装置の製造装置におけるワーク室型を、そのワーク室内に第１積層体（放熱部材、絶縁樹脂シート及び配線層）を配置した状態で示す概略斜視図である。 図３は、図２中のＡ－Ａ線の概略断面図である。 図４は、同ワーク室型の周側壁上に隔壁を配置した状態の概略斜視図である。 図５は、同ワーク室型の周側壁上に同隔壁を介して流体室型を配置した状態を示す、図２中Ａ－Ａ線に対応する概略断面図である。 図６は、同隔壁を第２積層体（絶縁樹脂シート及び配線層）の上面の凹凸形状に追従するように変形させた状態を示す、図２中Ａ－Ａ線に対応する概略断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の製造装置を示す、図５に対応する概略断面図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る冷却装置の製造装置におけるワーク室型の周側壁上に隔壁を配置した状態の概略斜視図である。

次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る冷却装置３５は、半導体チップ（例：パワー半導体チップ）等の発熱性素子（図示せず）を冷却するものであり、具体的には例えばパワーモジュール基板として用いられるものである。

この冷却装置３５は、放熱部材３１と、放熱部材３１の上面３１ａに配置された絶縁樹脂シート３２と、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに配置された少なくとも一つの配線層３３とを積層状に備えている。本第１実施形態では、配線層３３の数は複数であり、具体的には４個である。

放熱部材３１は、板状の金属（例：アルミニウム、銅）製のものであり、具体的にはヒートシンク、放熱板などである。

ただし本発明では、放熱部材３１はヒートシンク又は放熱板であることに限定されるものではなく、その他に例えば、冷却液（例：冷却水）が流通する孔又は溝からなる冷却液流通路を有するものであってもよい。

放熱部材３１の上面３１ａは平坦状に形成されており、その平面視形状は例えば略四角形状である。

絶縁樹脂シート３２は、配線層３３と放熱部材３１とを電気的に絶縁するためのものであり、高い電気絶縁性を有している。絶縁樹脂シート３２の材料は限定されるものではなく、具体的には熱硬化性樹脂（例：エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂）、熱可塑性樹脂（例：ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリウレタン樹脂）などであり、本第１実施形態では熱硬化性樹脂である。さらに、絶縁樹脂シート３２中には高電気絶縁性及び高熱伝導性を有するフィラー（例：窒化ホウ素粒子、アルミナ粒子）が含有されていてもよい。

絶縁樹脂シート３２の厚さは限定されるものではなく、通常３０μｍ～２００μｍである。

絶縁樹脂シート３２の平面視形状は限定されるものではなく、本第１実施形態では放熱部材３１の上面３１ａの平面視形状に対応する略四角形状である。さらに、絶縁樹脂シート３２（詳述すると絶縁樹脂シート３２の下面）は放熱部材３１の上面３１ａよりも若干狭い大きさを有している。

各配線層３３は、その平坦状の上面３３ａに上述した発熱性素子がはんだ層（図示せず）を介して接合されて搭載されるものである。なお、発熱性素子が配線層３３の上面３３ａに接合される際には、配線層３３の上面３３ａのはんだ付け性を高めることなどを目的としてニッケルめっき層などのニッケル層が配線層３３の上面３３ａに形成される場合がある。

各配線層３３は電気伝導性を有するものであり、その材料はアルミニウム、銅、金属－炭素粒子複合材（例：アルミニウム－炭素粒子複合材）などである。

各配線層３３の厚さは限定されるものではなく、通常０．３ｍｍ～３ｍｍである。

各配線層３３の平面視形状は限定されるものではなく、本第１実施形態では略四角形状である。さらに、各配線層３３（詳述すると各配線層３３の下面）は絶縁樹脂シート３２の上面３２ａよりも狭い大きさを有している。

そして、冷却装置３５では、放熱部材３１の上面３１ａに絶縁樹脂シート３２が熱圧着により接着されており、さらに、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに各配線層３３が熱圧着により接着されており、その結果、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と各配線層３３とが積層状に接着一体化されている。

ここで本発明では、放熱部材３１の上面３１ａに絶縁樹脂シート３２が熱圧着により接着されることに限定されるものではなく、その他に例えば接着剤により接着されていてもよい。これと同じく、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに各配線層３３が熱圧着により接着されていることに限定されるものではなく、その他に例えば接着剤により接着されていてもよい。

放熱部材３１の上面３１ａに絶縁樹脂シート３２が接着された状態において、絶縁樹脂シート３２（詳述すると絶縁樹脂シート３２の下面）の外周縁は放熱部材３１の上面３１ａの外周縁よりも若干内側に位置している。

絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに各配線層３３が接着された状態において、各配線層３３（詳述すると各配線層３３の下面）の外周縁は絶縁樹脂シート３２の上面３２ａの外周縁よりも内側に位置しており、更に、各配線層３３は互いに離間している。

したがって、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａは、各配線層３３が接着されていない領域、即ち各配線層３３（詳述すると各配線層３３の下面）で隠蔽されていない領域からなる露出部３２ｂを有している。

本第１実施形態の冷却装置３５では、各配線層３３の上面３３ａに搭載された発熱性素子の熱は、発熱性素子から配線層３３、絶縁樹脂シート３２及び放熱部材３１に順次伝導し、放熱部材３１から放散される。その結果、発熱性素子が冷却される。

次に、本第１実施形態の冷却装置３５の製造装置１Ａについて図２～６を参照して以下に説明する。

図２～５に示すように、冷却装置３５の製造装置１Ａは、放熱部材３１と放熱部材３１の上面３１ａに配置された絶縁樹脂シート３２と、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに配置された各配線層３３とを積層状に接着一体化する接着装置２を具備している。

ここで、図２及び３に示すように、放熱部材３１と放熱部材３１の上面３１ａに配置された絶縁樹脂シート３２と絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに配置された各配線層３３とを備えた積層体３０、すなわち放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と各配線層３３とが接着一体化される前の積層体３０を、説明の便宜上「第１積層体３０」という。また、第１積層体３０における放熱部材３１の上面３１ａよりも上側に配置された積層体、すなわち絶縁樹脂シート３２と各配線層３３とからなる積層体３４を、説明の便宜上「第２積層体３４」という。したがって、第２積層体３４の上面３４ａは、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａの露出部３２ｂと各配線層３３の上面３３ａと各配線層３３の側面３３ｂとからなる。

接着装置２は、図５に示すように、第１積層体３０が配置されるワーク室３を形成するワーク室型４と、ワーク室３に対して上側に隔壁１５を介して隣接する流体室１０を形成する流体室型１１と、ワーク室３内の雰囲気圧力と流体室１０内に充填された流体の圧力との間に圧力差を発生させる圧力差発生手段２５と、を備えている。圧力差発生手段２５は、詳述すると、流体室１０内の流体の圧力がワーク室３内の雰囲気圧力よりも高くなるように圧力差を発生させるものである。

ワーク室型４は、金属製のものであり、ワーク室３の下側に配置された底壁６と、底壁６の外周部に上方突出状に一体に設けられるとともにワーク室３を包囲する周側壁５とを備えており、周側壁５の内側（即ちワーク室３）が上方に開口している。周側壁５の平面視形状は、図２に示すように略口字状（略四角枠状）である。

流体室型１１は、流体室１０内に流体が充填される金属製のものであり、流体室１０の上側に配置された天壁１３と、天壁１３の外周部に下方突出状に一体に設けられるとともに流体室１０を包囲する周側壁１２とを備えており、周側壁１２の内側（即ち流体室１０）が下方に開口している。周側壁１２の形状及び大きさはワーク室型４の周側壁５と概ね同じである。

本第１実施形態では、ワーク室３内の雰囲気はガスであり、詳述すると空気であり、また流体室１０内に充填される流体もガスであり、詳述すると空気である。

ここで本発明では、ワーク室３内の雰囲気は空気であることに限定されるものではなく、その他に、不活性ガス（例：窒素ガス、アルゴンガス）等であってもよいし、液体であってもよく、液体である場合は水やシリコーン油等の沸点の高い液体であることが好ましい。これと同様に、流体室１０内に充填される流体は空気であることに限定されるものではなく、その他に、不活性ガス（例：窒素ガス、アルゴンガス）等であってもよいし、液体であってもよく、液体である場合は水やシリコーン油等の沸点の高い液体であることが好ましい。

図３及び４に示すように、接着装置２は、ワーク室型４の周側壁５の上面からなる固定面５ａに隔壁１５の外周部１５ａを吸着固定するための真空チャック機構２０を備えている。

真空チャック機構２０は、ワーク室型４の周側壁５の内部に形成されるとともに互いに連通した複数の流体吸出し通路としての吸気通路２２を備えている。各吸気通路２２は二つの流体吸出し口としての吸気口２２ａ、２２ｂを有するものであり、一方は、周側壁５の固定面５ａに開口した真空チャック用第１吸気口２２ａであり、他方は、周側壁５におけるワーク室３に向いた側面５ｂ（即ち周側壁５の内側面５ｂ）に開口した真空引き用第２吸気口２２ｂである。

図２に示すように、各第１吸気口２２ａは、周側壁５の固定面５ａに周側壁５の周方向に互いに離間して配設されている。各第２吸気口２２ｂは、周側壁５の内側面５ｂに周側壁５の周方向に互いに離間して配設されている。

さらに、真空チャック機構２０は、真空引き手段としての真空ポンプ２１を備えている。また、圧力差発生手段２５は、ワーク室３内の雰囲気圧力を減少させるためにこの真空ポンプ２１を備えている。したがって、この真空ポンプ２１は、真空チャック機構２０と圧力差発生手段２５とに共通して用いられている。

図３に示すように、真空ポンプ２１は吸気通路２２に接続されており、真空ポンプ２１を動作させることにより、その吸引力が吸気通路２２の第１吸気口２２ａ及び第２吸気口２２ｂにそれぞれ伝わるように構成されている。そして、ワーク室３内の雰囲気流体（空気）は第２吸気口２２ｂから吸い出されてその雰囲気圧力が減少する。その結果、ワーク室３内の雰囲気圧力と流体室１０内に充填された流体（空気）の圧力との間に、流体室１０内の流体の圧力がワーク室３内の雰囲気圧力よりも高くなるように圧力差が発生する。

隔壁１５は、図５に示すように、ワーク室型４のワーク室３と流体室型１１の流体室１０とを仕切るものであり、図６に示すように、真空ポンプ２１の動作により発生する圧力差によって、ワーク室３内に配置された第１積層体３０における第２積層体３４（絶縁樹脂シート３２及び配線層３３）の上述した上面３４ａの凹凸形状に追従するように変形しうるものである。

具体的には、隔壁１５は、柔軟なフィルム状乃至箔状のものであり、詳述すると樹脂フィルム又は金属箔で形成されている。

樹脂フィルムの材料は限定されるものではなく、具体的には熱可塑性樹脂（例：ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、熱硬化性樹脂（例：ポリイミド樹脂）などである。樹脂フィルムの厚さは限定されるものではなく、通常１μｍ～３０μｍである。

金属箔の材料は限定されるものではなく、具体的にはアルミニウム、銅、ニッケル、銀、金、チタン、ステンレス鋼などである。金属箔の厚さは限定されるものではなく、通常０．１μｍ～１００μｍである。

隔壁１５の大きさは、隔壁１５でワーク室３の上方全体を覆い且つ隔壁１５の外周部１５ａをワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に載置しうる大きさに設定されている。

次に、冷却装置３５の製造方法について以下に説明する。

図２及び３に示すように、流体中（本第１実施形態では大気中）において、接着装置２のワーク室型４の底壁６上に第１積層体３０（放熱部材３１、絶縁樹脂シート３２及び配線層３３）を載置することにより、第１積層体３０をワーク室３内に配置する。このときの第１積層体３０の配線層３３の上面３３ａの高さ位置は、ワーク室型４の周側壁５の固定面５ａの高さ位置と略同じであり、また放熱部材３１は下方向に押圧されても動かないように底壁６上に位置固定状に載置されている。

次いで、図４に示すように、隔壁１５がワーク室型４のワーク室３の上方全体を覆うように隔壁１５の外周部１５ａをワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に載置する。

そして、図５に示すように、ワーク室型４の上側から流体室型１１の周側壁１２をワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に、流体室型１１の周側壁１２の下面１２ａとワーク室型４の周側壁５の固定面５ａとの間で隔壁１５の外周部１５ａを挟着するように載置する。これにより、流体室型１１の流体室１０がワーク室型４のワーク室３に対して上側に隔壁１５を介して隣接するように配置されるとともに、ワーク室３内の雰囲気が空気となり、また流体室１０内に流体としての空気が充填された状態になり、更に、隔壁１５の外周部１５ａが位置ずれしないように固定される。

次いで、真空ポンプ２１を動作させるとともに、接着装置２に備えられた図示しない加熱手段（例：ヒーター）によって第１積層体３０を加熱する。

真空ポンプ２１の動作により、隔壁１５の外周部１５ａがワーク室型４の周側壁５の固定面５ａに第１吸気口２２ａで吸着固定されるとともに、ワーク室３内の雰囲気流体（空気）が第２吸気口２２ｂから吸い出されてその雰囲気圧力が減少する。これにより、ワーク室３内の雰囲気圧力と流体室１０内の流体の圧力との間に、流体室１０内の流体（空気）の圧力がワーク室３内の雰囲気圧力よりも高くなるように圧力差が発生する。

すると、この圧力差によって、図６に示すように隔壁１５が第２積層体３４（絶縁樹脂シート３２及び配線層３３）の上面３４ａの凹凸形状（詳述すると本第１実施形態では第１積層体３０における放熱部材３１の上面３１ａと当該上面３１ａよりも上側の部分とからなる凹凸形状）に追従するように変形するとともに、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａの露出部３２ｂ全体と各配線層３３の上面３３ａ全体とが流体室１０内の流体で当該変形した隔壁１５を介して放熱部材３１に対して同時に押圧される。この状態で第１積層体３０が上述した加熱手段により加熱され、そして所定時間経過後に第１積層体３０への加熱が停止されて第１積層体３０が冷却される。

これにより、放熱部材３１の上面３１ａに絶縁樹脂シート３２が熱圧着により接着されると同時に、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａに各配線層３３が熱圧着により接着される。その結果、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と各配線層３３とが積層状に一体化されて、上述した冷却装置３５が得られる。

第１積層体３０の加熱温度は限定されるものではなく、絶縁樹脂シート３２の材料の種類などに応じて設定されるものであり、例えば、絶縁樹脂シート３２の材料が熱硬化性樹脂である場合、加熱温度は通常１００℃～２５０℃に設定される。

上述した圧力差は限定されるものではなく、絶縁樹脂シート３２の材料の種類などに応じて設定されるものであり、通常０．１ＭＰａ～１０ＭＰａに設定される。

上記第１実施形態の冷却装置３５の製造方法によれば、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３とを同時に接着一体化するので、冷却装置３５の製造工程数の削減を図ることができる。

さらに、絶縁樹脂シート３２の上面３２ａの露出部３２ｂと各配線層３３の上面３３ａとを流体（空気）で同時に押圧するので、押圧力が絶縁樹脂シート３２の上面３２ａの露出部３２ｂ略全体と各配線層３３の上面３３ａ略全体とに均一に且つ同時に加わる。これにより、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２との接着面、及び絶縁樹脂シート３２と各配線層３３との接着面に接着不良（接着ムラ、未接着部など）が発生するのを抑制することができる。したがって、冷却装置３５は高い信頼性を有している。

隔壁１５が樹脂フィルムで形成されている場合は、隔壁１５は第２積層体３４の上面３４ａの凹凸形状に対して高い追従性を有しており、そのため隔壁１５を凹凸形状に確実に追従させることができる。しかも、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３とを接着する時の熱で隔壁１５が加熱されることにより、隔壁１５が凹凸形状に追従するように変形し易くなるので、上述した接着不良の発生を確実に抑制することができる。

隔壁１５が金属箔で形成されている場合は、隔壁１５が樹脂フィルムで形成されているものよりも高い耐熱性を有しており、そのため放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３との接着が上記第１実施形態のように加熱条件下で行われる場合（すなわち、当該接着が熱圧着により行われる場合）でも、当該接着を確実に良好に行うことができる。

また、隔壁１５は第２積層体３４に対して離型性を有していることが好ましい。この場合、隔壁１５の第２積層体３４との接着を抑制することができる。そのような隔壁として、具体的にはポリテトラフルオロエチレン、シクロオレフィンポリマー、ポリ塩化ビニル等からなる群より選択される少なくとも一種からなる隔壁が好適に用いられ、また、隔壁１５における少なくとも第２積層体３４との接触部に、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、窒化ホウ素粒子、グラファイト粒子等を離型成分として含む離型剤を付着させてもよい。

ここで、上記第１実施形態では、流体室型１１の周側壁１２をワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に載置した後で真空ポンプ２１を動作させているが、本発明では、その他に例えば、真空ポンプ２１を動作させた後で流体室型１１の周側壁１２をワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に載置してもよい。この場合、隔壁１５の外周部１５ａがワーク室型４の周側壁５の固定面５ａに吸着固定されるので、隔壁１５の外周部１５ａを周側壁５の固定面５ａに固定する作業を容易に行うことができる。しかも、ワーク室３内の雰囲気圧力が真空ポンプ２１により減少されるので、圧力差も発生させることができる。

また、上記第１実施形態では、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３とを熱圧着により接着するため、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３との接着は加熱条件下で行われている。さらに本発明では、その他に例えば、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３とを熱圧着ではなく接着剤により接着してもよい。この場合、第１積層体３０における放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２との間、及び絶縁樹脂シート３２と各配線層３３との間とにそれぞれ接着剤を介在させておき、放熱部材３１と絶縁樹脂シート３２と配線層３３との接着を非加熱条件下（例えば略室温下）で行う。ただし、本発明では当該接着を非加熱条件下で行うことに限定されるものではなく、加熱条件下で行ってもよい。

図７は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の製造装置１Ｂを説明する図である。この図において、上記第１実施形態の冷却装置の製造装置１Ａの要素と同じ作用をする要素には同一の符号が付されている。本第２実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明する。

本第２実施形態の冷却装置の製造装置１Ｂは、圧力差発生手段２５として真空ポンプ２１だけではなく更に流体加圧手段としてのガス加圧ポンプ２６を備えている。

すなわち、流体室型１１（詳述すると流体室型１１の天壁１３）には流体供給通路としての給気通路２７がその流体供給口としての給気口２７ａを流体室１０に臨ませて形成されている。この給気通路２７にガス加圧ポンプ２６が接続されている。

そして、ガス加圧ポンプ２６を動作させることにより、流体室１０内に流体（空気）が給気通路２７を通過して給気口２７ａから供給充填されて流体室１０内の流体の圧力が増加する。また、真空ポンプ２１を動作させることにより、ワーク室型４のワーク室３の雰囲気圧力が減少する。

したがって、この製造装置１Ｂによれば、ガス加圧ポンプ２６と真空ポンプ２１とによって圧力差を発生させることができる。

上記第２実施形態では、圧力差発生手段２５は真空ポンプ２１とガス加圧ポンプ２６を備えているが、ガス加圧ポンプ２６だけで圧力差を発生させうる場合は、圧力差発生手段２５は必ずしも真空ポンプ２１を備えていなくてもよい。すなわち、圧力差発生手段２５は真空ポンプ２１とガス加圧ポンプ２６とのうち少なくとも一方を備えていればよい。

図８は、本発明の第３実施形態に係る冷却装置の製造装置１Ｃを説明する図である。この図において、上記第１実施形態の冷却装置の製造装置１Ａの要素と同じ作用をする要素には同一の符号が付されている。本第３実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明する。

本第３実施形態では、隔壁１５の外周部１５ａの上下両表面にはそれぞれシール用グリス１７（ドットハッチングで示す）が隔壁１５の外周部１５ａの周方向に連続して層状に塗布されて付着している。そして、隔壁１５がワーク室型４のワーク室３の上方全体を覆うように隔壁１５の外周部１５ａがワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に載置されている。これにより、隔壁１５の外周部１５ａがワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上にグリス１７を介して配置されている。

さらに、図示していないが流体室型（１１、図５参照）の周側壁（１２、図５参照）がワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ上に、流体室型１１の周側壁１２の下面１２ａとワーク室型４の周側壁５の固定面５ａとの間で隔壁１５の外周部１５ａを挟着するように載置される。これにより、隔壁１５の外周部１５ａが流体室型１１の周側壁１２の下面１２ａ上にグリス１７を介して配置される。

この製造装置１Ｃによれば、隔壁１５の外周部１５ａの上下両表面にそれぞれシール用グリス１７が付着しているので、隔壁１５の外周部１５ａの上下両表面、ワーク室型４の周側壁５の固定面５ａ、及び流体室型１１の周側壁１２の下面１２ａにそれぞれ微細な凹凸が形成されている場合でも、隔壁１５とワーク室型４の周側壁５との間、及び隔壁１５と流体室型１１の周側壁１２との間をそれぞれ確実に封止することができる。

上記第３実施形態では、シール用グリス１７は、隔壁１５の外周部１５ａの上下両表面にそれぞれ付着しているが、本発明では、その他に例えばワーク室型４の周側壁５の固定面５ａに付着していてもよいし、流体室型１１の周側壁１２の下面１２ａに付着していてもよい。

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、半導体チップ等の発熱性素子を冷却する冷却装置の製造方法、及び冷却装置の製造装置に利用可能である。

１Ａ～１Ｃ：冷却装置の製造装置 ２：接着装置
３：ワーク室 ４：ワーク室型
５：ワーク室型の周側壁 １０：流体室
１１：流体室型 １２：流体室型の周側壁
１５：隔壁 １７：シール用グリス
２０：真空チャック機構 ２１：真空ポンプ
２５：圧力差発生手段 ２６：ガス加圧ポンプ
３０：第１積層体 ３１：放熱部材
３２：絶縁樹脂シート ３３：配線層
３４：第２積層体 ３４ａ：第２積層体の上面
３５：冷却装置

Claims (8)

1. 放熱部材と前記放熱部材の上面に配置された絶縁樹脂シートと前記絶縁樹脂シートの上面に配置され且つ前記絶縁樹脂シートの前記上面よりも狭い大きさを有する配線層とを備えた第１積層体における前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを接着一体化する工程を含み、
   前記接着一体化する工程では、柔軟なフィルム乃至箔を前記絶縁樹脂シートと前記配線層とからなる第２積層体の上面の凹凸形状に追従するように変形させた状態で、前記柔軟なフィルム乃至箔を介して前記絶縁樹脂シートの前記上面の露出部と前記配線層の上面とを流体で前記放熱部材に対して同時に押圧することにより、前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを同時に接着一体化する、冷却装置の製造方法。
2. 前記第１積層体はワーク室内に配置され、
   前記流体は、前記ワーク室に対して上側に前記柔軟なフィルム乃至箔からなる隔壁を介して隣接する流体室内に充填されるものであり、
   前記接着一体化する工程では、前記ワーク室内の雰囲気圧力と前記流体室内に充填された前記流体の圧力との間の圧力差によって前記隔壁を前記第２積層体の前記上面の凹凸形状に追従するように変形させた状態で、前記流体室内に充填された前記流体で前記隔壁を介して前記絶縁樹脂シートの前記露出部と前記配線層の前記上面とを前記放熱部材に対して同時に押圧する請求項１記載の冷却装置の製造方法。
3. 前記隔壁は樹脂フィルムで形成されている請求項２記載の冷却装置の製造方法。
4. 前記隔壁は金属箔で形成されている請求項２記載の冷却装置の製造方法。
5. 前記隔壁は前記第２積層体に対して離型性を有している請求項２～４のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。
6. 前記ワーク室内の雰囲気はガスであり、
   前記隔壁は、真空引き手段を備えた真空チャック機構によって前記ワーク室を包囲する周側壁上に吸着固定され、
   前記ワーク室内の前記雰囲気圧力は、前記真空引き手段により減少される請求項２～５のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。
7. 前記隔壁は、前記ワーク室を包囲する周側壁上と前記流体室を包囲する周側壁上とのうち少なくとも一方にシール用グリスを介して配置される請求項２～６のいずれかに記載の冷却装置の製造方法。
8. 放熱部材と前記放熱部材の上面に配置された絶縁樹脂シートと前記絶縁樹脂シートの上面に配置され且つ前記絶縁樹脂シートの前記上面よりも狭い大きさを有する配線層とを備えた第１積層体における前記放熱部材と前記絶縁樹脂シートと前記配線層とを積層状に接着一体化する接着装置を具備し、
   前記接着装置は、前記第１積層体が配置されるワーク室と、前記ワーク室に対して上側に隔壁を介して隣接するとともに流体が充填される流体室と、前記ワーク室内の雰囲気圧力と前記流体室内の前記流体の圧力との間に前記流体室内の前記流体の圧力が前記ワーク室内の前記雰囲気圧力よりも高くなるように圧力差を発生させる圧力差発生手段と、を備え、
   前記隔壁は、前記圧力差によって、前記ワーク室内に配置された前記第１積層体における前記絶縁樹脂シートと前記配線層とからなる第２積層体の上面の凹凸形状に追従するように変形可能である冷却装置の製造装置。

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