JP5697394B2 - Base integrated substrate with fin and base integrated substrate device with fin - Google Patents

Base integrated substrate with fin and base integrated substrate device with fin Download PDF

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、回路用金属板が実装された絶縁基板に冷却用のフィンを接合したフィン付ベース一体型基板と、それに水冷ジャケットが取り付けられたフィン付ベース一体型基板装置に関する。   The present invention relates to a fin-integrated base integrated substrate in which a cooling fin is joined to an insulating substrate on which a circuit metal plate is mounted, and a fin-integrated base integrated substrate device to which a water cooling jacket is attached.

例えば電気自動車、電車、工作機械等の大電流を制御するために使用されている従来のパワーモジュールでは、回路用金属板が実装された絶縁基板に冷却用のフィンを接合したフィン付ベース一体型基板装置が用いられている。このフィン付ベース一体型基板装置では、ベース板と呼ばれている金属板または複合材板の一方の面に金属−セラミックスからなる絶縁基板が直接接合され、この絶縁基板上の金属回路板に半導体チップ等の回路用金属板が半田付けにより固定されている。また、ベース板には絶縁基板を接合させる面と反対側の面に、複数の放熱フィンが形成されており、更に、それら放熱フィンを囲む水冷ジャケットが取り付けられている(例えば特許文献1、2参照)。   For example, in a conventional power module used to control a large current of an electric vehicle, a train, a machine tool, etc., a fin-integrated base type in which a cooling fin is joined to an insulating substrate on which a circuit metal plate is mounted. A substrate device is used. In this fin-integrated base integrated substrate device, an insulating substrate made of metal-ceramics is directly bonded to one surface of a metal plate or a composite plate called a base plate, and a semiconductor is connected to the metal circuit plate on the insulating substrate. A circuit metal plate such as a chip is fixed by soldering. The base plate is formed with a plurality of heat radiation fins on the surface opposite to the surface to which the insulating substrate is bonded, and a water cooling jacket is attached to surround the heat radiation fins (for example, Patent Documents 1 and 2). reference).

特開2007−294891号公報JP 2007-294891 A 特開2008−218938号公報JP 2008-2188938 A

フィン付ベース一体型基板装置では、放熱フィンによる放熱性能を高めるために放熱フィンの表面積をなるべく多くすることが望ましい。一方で、放熱フィンに冷却水の水圧がかかったときのベース板の変形を防ぐために、ベース板の強度が要求される。特に特許文献1、2に記載の溶湯接合法により作製されたフィン付ベース一体型基板およびフィン付ベース一体型基板装置において、このような放熱性能と強度を両立させるのは困難である。なぜなら、溶湯接合法によって作製されたフィン一体型基板のフィン付ベース板は、溶融した金属が凝固したいわゆる鋳造品のため、たとえば引張強度が100MPaに満たないほど小さいためである。   In the fin-integrated base integrated substrate device, it is desirable to increase the surface area of the heat radiation fin as much as possible in order to enhance the heat radiation performance of the heat radiation fin. On the other hand, the strength of the base plate is required in order to prevent the base plate from being deformed when cooling water is applied to the radiating fin. In particular, in the fin-integrated base-integrated substrate and the fin-integrated base-integrated substrate device manufactured by the molten metal bonding method described in Patent Documents 1 and 2, it is difficult to achieve both the heat radiation performance and the strength. This is because the fin-equipped base plate of the fin-integrated substrate manufactured by the molten metal bonding method is a so-called cast product in which the molten metal is solidified, so that the tensile strength is less than 100 MPa, for example.

本発明は、かかる要求に鑑みてなされたものであり、フィン付ベース一体型基板装置における放熱フィンの放熱性能と強度を両立させることを目的とする。   The present invention has been made in view of such a demand, and an object of the present invention is to achieve both the heat radiation performance and strength of the heat radiation fin in the fin-integrated base integrated substrate device.

前記の目的を達成するため、本発明によれば、回路用金属板が実装された絶縁基板を接合させた冷却用のフィン付ベース一体型基板であって、絶縁基板を接合させた面と反対側の面に、複数の板状の第1放熱フィンと、前記第1放熱フィンよりも短い板状の第2放熱フィンが互いに隙間をあけて平行に取り付けられ、互いに隣接する前記第1放熱フィン同士の間には、前記第1放熱フィンと平行に配置された前記第2放熱フィンが並べて配置され、前記第2放熱フィンが複数あり、互いに隣接する前記第1放熱フィン同士の間には、前記第1放熱フィンと平行に配置された複数の第2放熱フィンを並列に並べて形成された第2放熱フィン列が複数列配置され、前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士の間には、前記第1放熱フィンと交差する方向に延びる、前記第2放熱フィンが存在しない通路部が形成され、前記第1放熱フィンには、前記通路部と対抗する位置に孔が設けられていることを特徴とする、フィン付ベース一体型基板が提供される。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, there is provided a fin-integrated base board for cooling with an insulating substrate on which a metal plate for circuit is mounted, which is opposite to the surface on which the insulating substrate is bonded. A plurality of plate-like first radiating fins and plate-like second radiating fins shorter than the first radiating fins are attached in parallel to each other with a gap between them, and the first radiating fins adjacent to each other Between them, the second radiation fins arranged in parallel with the first radiation fins are arranged side by side, there are a plurality of the second radiation fins, and between the first radiation fins adjacent to each other, A plurality of second radiating fin rows formed by arranging a plurality of second radiating fins arranged in parallel with the first radiating fins are arranged in parallel, and the second radiating fins are adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiating fins. Heat radiation fin rows A passage portion that does not have the second heat dissipation fin and extends in a direction intersecting the first heat dissipation fin is formed therebetween, and a hole is provided in the first heat dissipation fin at a position facing the passage portion. A fin-integrated base-integrated substrate is provided.

前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士において、前記第2放熱フィンが同一直線上にあっても良い。あるいは、前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士において、前記第2放熱フィンが同一直線上になくても良い。 In the second radiation fin rows adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiation fins, the second radiation fins may be on the same straight line. Alternatively, in the second radiating fin rows adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiating fins, the second radiating fins may not be on the same straight line.

また、本発明によれば、これらフィン付ベース一体型基板に、前記第1放熱フィンと前記第2放熱フィンを囲む水冷ジャケットが取り付けられた、フィン付ベース一体型基板装置が提供される。   Further, according to the present invention, there is provided a fin-integrated base-integrated substrate apparatus in which a water-cooling jacket surrounding the first and second radiating fins is attached to the fin-integrated base-integrated substrate.

本発明によれば、放熱性能と強度を両立させたフィン付ベース一体型基板装置を得ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the base integrated board apparatus with a fin which made heat dissipation performance and intensity | strength compatible can be obtained.

本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板装置の平面図である。1 is a plan view of a fin-integrated base integrated substrate apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板装置の正面図である。1 is a front view of a fin-integrated base integrated substrate apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板装置の底面図である。It is a bottom view of the base integrated board apparatus with a fin concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板装置の側面図である。1 is a side view of a fin-equipped base integrated substrate apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板の底面図である。It is a bottom view of the base integrated board with fin concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板の正面図である。It is a front view of the base integrated board with fin concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板の側面図である。It is a side view of the base integrated board with fin concerning embodiment of this invention. 第1放熱フィンに孔を設けた本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板の底面図である。It is a bottom view of the base integrated substrate with fin concerning embodiment of this invention which provided the hole in the 1st radiation fin. 図8のフィン付ベース一体型基板の正面図である。FIG. 9 is a front view of the fin-integrated base integrated substrate of FIG. 8. 第2放熱フィンが同一直線上にない本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板の底面図である。FIG. 6 is a bottom view of a fin-integrated base integrated substrate according to an embodiment of the present invention in which second radiating fins are not on the same straight line. 図10のフィン付ベース一体型基板の正面図である。It is a front view of the base-integrated board | substrate with a fin of FIG.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1〜4に示すように、フィン付ベース一体型基板装置1は、フィン付ベース一体型基板2の下面に水冷ジャケット17を取り付けた構成である。フィン付ベース一体型基板2は、第1放熱フィン15と第2放熱フィン16が取り付けられたベース板10の上面に、例えばセラミックスなどからなる複数の絶縁基板11を接合し、更に、各絶縁基板11の上面に、回路用金属板12を接合した構成である。即ち、第1放熱フィン15と第2放熱フィン16が取り付けられたベース板10の上面に、絶縁基板11および回路用金属板12が接合されたものがフィン付ベース一体型基板2である。   As shown in FIGS. 1 to 4, the fin-integrated base integrated substrate apparatus 1 has a configuration in which a water cooling jacket 17 is attached to the lower surface of the fin-integrated base integrated substrate 2. The fin-integrated base substrate 2 is formed by bonding a plurality of insulating substrates 11 made of ceramics or the like to the upper surface of the base plate 10 to which the first radiating fins 15 and the second radiating fins 16 are attached. 11, the circuit metal plate 12 is joined to the upper surface. That is, the fin-integrated base board 2 is obtained by joining the insulating substrate 11 and the circuit metal plate 12 to the upper surface of the base plate 10 to which the first and second heat radiating fins 15 and 16 are attached.

ベース板10の下面には、放熱効率を高めるための複数の第1放熱フィン15と第2放熱フィン16が取り付けられている。また、フィン付ベース一体型基板2の下面(ベース板10の下面)には、これら第1放熱フィン15および第2放熱フィン16を囲む水冷ジャケット17が取り付けられている。   A plurality of first radiating fins 15 and second radiating fins 16 are attached to the lower surface of the base plate 10 in order to increase the radiating efficiency. Further, a water cooling jacket 17 surrounding these first and second radiation fins 15 and 16 is attached to the lower surface of the fin-integrated base integrated substrate 2 (the lower surface of the base plate 10).

水冷ジャケット17の上面には、フィン付ベース一体型基板2の下面(ベース板10の下面)との間に形成される空間部18が設けられており、ベース板10の下面に設けられた第1放熱フィン15および第2放熱フィン16は、この空間部18の内部に収納されている。水冷ジャケット17の両側面には、冷却水を空間部18に流通させるための注水口19と排水口20が設けられている。   On the upper surface of the water cooling jacket 17, there is provided a space portion 18 formed between the lower surface of the fin-integrated base integrated substrate 2 (the lower surface of the base plate 10). The first radiating fins 15 and the second radiating fins 16 are accommodated in the space 18. On both sides of the water cooling jacket 17, a water inlet 19 and a water outlet 20 are provided for circulating the cooling water to the space 18.

図5〜7に示すように、例えばベース板10の下面の厚さT=5mmである。また、第1放熱フィン15および第2放熱フィン16はいずれも例えば厚さt=1.8mm、高さh=5mmの略長方形の板状であり、第1放熱フィン15および第2放熱フィン16はベース板10の下面(絶縁基板11および回路用金属板12が接合されている面の反対側の面)に対して垂直に取り付けられている。また、各第1放熱フィン15および第2放熱フィン16は長手方向が同じ方向であり、いずれも水冷ジャケット17の注水口19と排水口20を結ぶ方向と平行に配置されている。なお、第1の放熱フィン15および第2の放熱フィン16は溶湯接合法で作製されるため、フィン(第1の放熱フィン15および第2の放熱フィン16)を鋳型から離型させるために、フィンの頂部からベース板10に向かってテーパーをもって広がっている。その角度はベース板10の下面に垂直である方向に対して約2°である。前記テーパーは鋳型との離型性およびフィン間隔を密にできるといった観点から、2°〜10°であることが好ましい。また、このときフィンとフィンのピッチは2.7mmである。(フィンとフィンの間隔が約0.9mm。)   As shown in FIGS. 5 to 7, for example, the thickness T of the lower surface of the base plate 10 is 5 mm. Further, each of the first and second radiating fins 15 and 16 has a substantially rectangular plate shape with a thickness t = 1.8 mm and a height h = 5 mm, for example. Is attached perpendicularly to the lower surface of the base plate 10 (the surface opposite to the surface where the insulating substrate 11 and the circuit metal plate 12 are joined). The first radiating fins 15 and the second radiating fins 16 have the same longitudinal direction, and both are arranged in parallel to the direction connecting the water inlet 19 and the drain outlet 20 of the water cooling jacket 17. In addition, since the 1st radiation fin 15 and the 2nd radiation fin 16 are produced by the molten metal joining method, in order to release a fin (the 1st radiation fin 15 and the 2nd radiation fin 16) from a casting_mold | template, Tapering from the top of the fin toward the base plate 10. The angle is about 2 ° with respect to the direction perpendicular to the lower surface of the base plate 10. The taper is preferably 2 ° to 10 ° from the viewpoint that the mold releasability and the fin interval can be made dense. At this time, the pitch between the fins is 2.7 mm. (The distance between the fins is about 0.9 mm.)

また、第1放熱フィン15および第2放熱フィン16は、互いに等しい隙間をあけて設けられており、第1放熱フィン15と第2放熱フィン16の間、および、第2放熱フィン16同士の間に、いずれも例えばs=0.9mmの隙間が形成されている。また、いずれの隙間も、水冷ジャケット17の注水口19と排水口20を結ぶ方向と平行に形成されている。   Moreover, the 1st radiation fin 15 and the 2nd radiation fin 16 are provided with the mutually equal gap | interval, between the 1st radiation fin 15 and the 2nd radiation fin 16, and between the 2nd radiation fins 16 mutually. In any case, for example, a gap of s = 0.9 mm is formed. Each gap is formed in parallel with the direction connecting the water inlet 19 and the drain 20 of the water cooling jacket 17.

第1放熱フィン15は、水冷ジャケット17とフィン付ベース一体型基板2の下面(ベース板10の下面)の間に形成された空間部18のほぼ全長にわたる長さを有しており、例えば第1放熱フィン15の長手方向の長さL1=111mmに設定されている。これに対して第2放熱フィン16の長さL2は第1放熱フィン15の長さL1よりも相当に短く、例えば第2放熱フィン16の長手方向の長さL2=16mmに設定されている。   The first heat radiating fin 15 has a length over almost the entire length of the space 18 formed between the water cooling jacket 17 and the lower surface of the fin-integrated base integrated substrate 2 (the lower surface of the base plate 10). The length L1 of the heat dissipating fin 15 in the longitudinal direction is set to 111 mm. On the other hand, the length L2 of the second radiating fin 16 is considerably shorter than the length L1 of the first radiating fin 15, and is set to, for example, the length L2 of the second radiating fin 16 in the longitudinal direction = 16 mm.

ベース板10の下面に例えば7枚の第1放熱フィン15が等間隔で平行に取り付けられており、互いに隣接する第1放熱フィン15同士の間には、例えば幅l=9mmの隙間25が形成されている。各隙間25には、例えば3枚の第2放熱フィン16を並列に並べて形成された第2放熱フィン列26が、例えば6列ずつ配置されている。   For example, seven first radiating fins 15 are attached to the lower surface of the base plate 10 in parallel at equal intervals, and a gap 25 having a width l = 9 mm, for example, is formed between the first radiating fins 15 adjacent to each other. Has been. In each gap 25, for example, six rows of second radiating fin rows 26 formed by, for example, arranging three second radiating fins 16 in parallel are arranged.

各第2放熱フィン列26は、例えば3枚の第2放熱フィン16をs=0.9mmの隙間をあけて互いに平行に並列に配置した構成であり、また、各第2放熱フィン列26の最外部にある第2放熱フィン16と第1放熱フィン15同士の間にもs=0.9mmの隙間が設けられている。   Each of the second radiating fin rows 26 has, for example, a configuration in which three second radiating fins 16 are arranged in parallel with each other with a gap of s = 0.9 mm. A gap of s = 0.9 mm is also provided between the second radiating fins 16 and the first radiating fins 15 located at the outermost part.

各第2放熱フィン列26は、第1放熱フィン15同士の間において、第1放熱フィン15の長手方向に例えば6列設けられている。また、第1放熱フィン15の長手方向において互いに隣接する第2放熱フィン列26同士の間には、第1放熱フィン15の長手方向と交差(直交)する方向に延びる通路部27が形成されている。この通路部27は、第2放熱フィン16の端部同士の間に形成される空間であり、通路部27は、第2放熱フィン16が存在しない領域となっている。通路部27の距離Mは、例えばM=3mmに設定されている。   For example, six rows of the second radiation fin rows 26 are provided in the longitudinal direction of the first radiation fins 15 between the first radiation fins 15. A passage portion 27 extending in a direction intersecting (orthogonal to) the longitudinal direction of the first radiation fins 15 is formed between the second radiation fin rows 26 adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiation fins 15. Yes. The passage portion 27 is a space formed between the end portions of the second radiation fins 16, and the passage portion 27 is a region where the second radiation fins 16 do not exist. The distance M of the passage portion 27 is set to M = 3 mm, for example.

また、ベース板10および第1放熱フィン15、第2放熱フィン16は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金などといった熱伝導性に優れた材料からなる。ベース板10の下面において、第1放熱フィン15および第2放熱フィン16は、溶湯接合法(鋳造)で形成されている。   Further, the base plate 10, the first radiating fins 15, and the second radiating fins 16 are made of a material having excellent thermal conductivity such as aluminum or an aluminum alloy. On the lower surface of the base plate 10, the first radiating fins 15 and the second radiating fins 16 are formed by a molten metal joining method (casting).

以上のように構成される本発明の実施の形態にかかるフィン付ベース一体型基板装置1によれば、注水口19と排水口20を通じて水冷ジャケット17内の空間部18に冷却水を流すことにより、第1放熱フィン15および第2放熱フィン16によって良好な放熱を行うことができ、絶縁基板11上に実装された回路用金属板12の発熱負荷を処理して、発熱による動作不良を回避できる。この場合、特に第1放熱フィン15よりも短い第2放熱フィン16を多数設けていることにより、放熱面積を大きくすることができ、高い放熱能力を得ることができる。   According to the fin-integrated base integrated substrate apparatus 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above, the cooling water is caused to flow into the space 18 in the water cooling jacket 17 through the water inlet 19 and the water outlet 20. The first heat radiating fins 15 and the second heat radiating fins 16 can perform good heat radiation, and can handle the heat generation load of the circuit metal plate 12 mounted on the insulating substrate 11 to avoid malfunction due to heat generation. . In this case, by providing a large number of the second heat radiation fins 16 that are shorter than the first heat radiation fins 15 in particular, the heat radiation area can be increased and a high heat radiation capacity can be obtained.

また一方、フィン付ベース一体型基板2の下面(ベース板10の下面)には適当な間隔で複数(7枚)の長手方向に対して長い第1放熱フィン15が取り付けられているので、フィン付ベース一体型基板装置1の長手方向、すなわち冷却水の通水方向(注水口19と排水口20を結ぶ方向)においては、第1放熱フィン15のリブ効果によってフィン付ベース一体型基板10の曲げ強度を向上させることができる。第1放熱フィン15は空間部18のほぼ全長にわたる長さ、或いはフィン付ベース一体型基板2に接合された絶縁基板11が複数ある場合はそれらにまたがって形成されるのが好ましい。   On the other hand, a plurality of (seven) first heat dissipating fins 15 in the longitudinal direction are attached to the lower surface of the fin-integrated base integrated substrate 2 (the lower surface of the base plate 10) at appropriate intervals. In the longitudinal direction of the base integrated substrate device 1, that is, the direction in which the cooling water flows (direction in which the water injection port 19 and the drain port 20 are connected), the rib effect of the first heat radiation fin 15 causes the fin integrated base substrate 10. The bending strength can be improved. The first radiating fins 15 are preferably formed over the entire length of the space 18, or when there are a plurality of insulating substrates 11 bonded to the fin-integrated base integrated substrate 2.

その結果、放熱性能と強度を両立させたフィン付ベース一体型基板装置1を得ることができるようになる。   As a result, it is possible to obtain the fin-integrated base integrated substrate apparatus 1 that achieves both heat dissipation performance and strength.

図8、9に示すように、第1放熱フィン15には、例えば直径3mm程度の孔30を設けても良い。このように第1放熱フィン15に孔30を設ければ、第1放熱フィン15の表面積が増えることにより、放熱性能を向上させることができる。また、孔30をあけることで軽量化も図れる。更に、孔30を通じて第1放熱フィン15を貫通する方向に冷却水を流すことができ、空間部18内に乱流を作り出すことによって、冷却効率を向上させることができる。   As shown in FIGS. 8 and 9, the first heat dissipating fin 15 may be provided with a hole 30 having a diameter of about 3 mm, for example. If the holes 30 are provided in the first heat radiating fins 15 in this manner, the heat radiating performance can be improved by increasing the surface area of the first heat radiating fins 15. Moreover, weight reduction can be achieved by opening the hole 30. Further, the cooling water can flow in the direction penetrating the first radiation fins 15 through the holes 30, and the cooling efficiency can be improved by creating a turbulent flow in the space 18.

なお、孔30は第1放熱フィン15の横方向(第1放熱フィン15に垂直方向)からドリルで貫通させて容易に形成することができる。この場合、第2放熱フィン16が存在しない通路部27に対向する位置に孔30を配置すれば、ドリルで孔30を貫通させる際に第2放熱フィン16を破損する心配がない。   The hole 30 can be easily formed by penetrating from the lateral direction of the first radiating fin 15 (perpendicular to the first radiating fin 15) with a drill. In this case, if the hole 30 is arranged at a position facing the passage portion 27 where the second heat dissipating fin 16 does not exist, there is no fear of damaging the second heat dissipating fin 16 when the hole 30 is penetrated by a drill.

なお、図5〜7に示したフィン付ベース一体型基板2および図8、9に示したフィン付ベース一体型基板2では、いずれの場合も第1放熱フィン15の長手方向において互いに隣接する第2放熱フィン列27同士において、第2放熱フィン16が同一直線上にある例を示した。しかし、第2放熱フィン16は同一直線上になくても良い。   5 to 7 and the fin-integrated base integrated substrate 2 illustrated in FIGS. 8 and 9, the first heat dissipating fins 15 are adjacent to each other in the longitudinal direction. In the two radiating fin rows 27, the second radiating fins 16 are on the same straight line. However, the second radiating fins 16 may not be on the same straight line.

図10、11に示したフィン付ベース一体型基板2では、第1放熱フィン15の長手方向において互いに隣接する第2放熱フィン列27同士において、第2放熱フィン16が同一直線上になく、オフセットした関係になっている。第1放熱フィン15には通路部27に対向する位置に屈曲部31が設けられており、オフセットされた第2放熱フィン16との隙間はいずれもs=0.9mmに保たれている。また、図10、11に示したフィン付ベース一体型基板2と同様に、第1放熱フィン15には、通路部27に対向する位置に孔30が設けられている。なお、屈曲部31は鋳造、金型プレスあるいは、鍛造などで形成することができる。   In the fin-integrated base-integrated substrate 2 shown in FIGS. 10 and 11, the second radiating fins 16 are not on the same straight line in the second radiating fin rows 27 adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiating fins 15. It has become a relationship. The first radiating fin 15 is provided with a bent portion 31 at a position facing the passage portion 27, and the gap between the offset second radiating fin 16 is kept at s = 0.9 mm. Similarly to the fin-integrated base integrated substrate 2 shown in FIGS. 10 and 11, the first heat radiating fin 15 is provided with a hole 30 at a position facing the passage portion 27. The bent portion 31 can be formed by casting, die pressing, forging, or the like.

このように、第1放熱フィン15の長手方向において第2放熱フィン16をオフセットさせて配置することにより、空間部18内に容易に乱流を作り出すことができ、冷却効率を更に向上させることができる。   Thus, by arranging the second heat radiation fins 16 so as to be offset in the longitudinal direction of the first heat radiation fins 15, it is possible to easily create turbulent flow in the space portion 18 and further improve the cooling efficiency. it can.

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although an example of embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the form of illustration. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.

例えば、上記の実施の形態では、所定の厚さ、高さ、長さの第1の放熱フィンと第2の放熱フィンとしたが、これらのサイズが変更されても構わない。   For example, in the above embodiment, the first radiating fin and the second radiating fin having a predetermined thickness, height, and length are used. However, these sizes may be changed.

本願発明のフィン付ベース一体型基板は、例えば溶湯接合法によって作製される。これは絶縁基板11(セラミックス基板)を収容する空洞部が内部に形成されるとともに、この空洞部の両側にそれぞれベース板10に対応する形状の空洞部と金属回路板12に対応する形状の空洞部が形成された鋳型に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの溶湯を注入して固化させる方法(所謂溶湯接合法)によって製造することができる。前記絶縁基板11(セラミックス基板)は市販のアルミナ基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板が使用される。アルミニウム合金は例えばSi、Mg、B、Ti等をアルミニウムに添加したものが用いられる。   The fin-integrated base-integrated substrate of the present invention is produced by, for example, a molten metal bonding method. In this structure, a cavity for accommodating the insulating substrate 11 (ceramic substrate) is formed inside, and a cavity having a shape corresponding to the base plate 10 and a cavity corresponding to the metal circuit board 12 are formed on both sides of the cavity. It can be manufactured by a method in which a molten metal such as aluminum or an aluminum alloy is poured into a mold in which the portion is formed and solidified (so-called molten metal bonding method). As the insulating substrate 11 (ceramic substrate), a commercially available alumina substrate, aluminum nitride substrate, or silicon nitride substrate is used. As the aluminum alloy, for example, a material obtained by adding Si, Mg, B, Ti or the like to aluminum is used.

特にアルミニウムまたはアルミニウム合金を溶湯接合法によりセラミックス基板(例えばAlN基板、アルミナ基板)とベース板を接合すると、ベース板の強度は非常に低く、引張強度で100MPa以下、さらには80MPa以下、40MPa以下でしかない。本願発明によるとこのような低強度のベース板であっても、第1の放熱フィンを長くし、第2の放熱フィンの長さを短く、断続的にすることで、フィン付ベース一体型基板として優れた放熱性と十分な強度を得ることができる。また、材料(引張)強度の低いベース板とすることで、耐熱衝撃性などの特性に対してフィン付ベース一体型基板およびフィン付ベース一体型基板装置の信頼性が確保される。   In particular, when a ceramic substrate (for example, an AlN substrate or an alumina substrate) and a base plate are bonded to each other by a molten metal bonding method using aluminum or an aluminum alloy, the strength of the base plate is very low, and the tensile strength is 100 MPa or less, further 80 MPa or less, 40 MPa or less. There is only. According to the present invention, even if such a low-strength base plate is used, the first heat dissipating fin is lengthened and the length of the second heat dissipating fin is shortened and intermittently provided. Excellent heat dissipation and sufficient strength can be obtained. Further, by using a base plate having a low material (tensile) strength, the reliability of the fin-integrated base integrated substrate and the fin-integrated base integrated substrate device is ensured with respect to characteristics such as thermal shock resistance.

なお、水冷ジャケットは特に溶湯接合法(鋳造)で作製する必要はなく、プレスや機械加工など適切な加工法で作成すればよい。また、水冷ジャケットとフィン付ベース一体型基板の取り付けは、ろう接、ねじ止めなどで行い、冷却液が漏れなければよい。   The water-cooled jacket is not particularly required to be produced by the molten metal joining method (casting), and may be produced by an appropriate processing method such as pressing or machining. Further, the water-cooling jacket and the fin-integrated base integrated substrate may be attached by brazing or screwing so that the coolant does not leak.

本発明は、大電流を制御するために使用されるパワーモジュールに有用である。   The present invention is useful for a power module used to control a large current.

1 フィン付ベース一体型基板装置
2 フィン付ベース一体型基板
10 ベース板
11 絶縁基板
12 回路用金属板
15 第1放熱フィン
16 第2放熱フィン
17 水冷ジャケット
18 空間部
19 注水口
20 排水口
25 隙間
26 第2放熱フィン列
27 通路部
30 孔
31 屈曲部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base integrated board apparatus with fin 2 Base integrated board 10 with fin 10 Base board 11 Insulating board 12 Metal plate for circuit 15 1st radiation fin 16 2nd radiation fin 17 Water cooling jacket 18 Space part 19 Water inlet 20 Drain outlet 25 Crevice 26 2nd radiation fin row 27 passage part 30 hole 31 bent part

Claims (4)

回路用金属板が実装された絶縁基板を接合させた冷却用のフィン付ベース一体型基板であって、
絶縁基板を接合させた面と反対側の面に、複数の板状の第1放熱フィンと、前記第1放熱フィンよりも短い板状の第2放熱フィンが互いに隙間をあけて平行に取り付けられ、
互いに隣接する前記第1放熱フィン同士の間には、前記第1放熱フィンと平行に配置された前記第2放熱フィンが並べて配置され
前記第2放熱フィンが複数あり、互いに隣接する前記第1放熱フィン同士の間には、前記第1放熱フィンと平行に配置された複数の第2放熱フィンを並列に並べて形成された第2放熱フィン列が複数列配置され、
前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士の間には、前記第1放熱フィンと交差する方向に延びる、前記第2放熱フィンが存在しない通路部が形成され、
前記第1放熱フィンには、前記通路部と対抗する位置に孔が設けられていることを特徴とする、フィン付ベース一体型基板。
A base integrated substrate with fins for cooling, in which an insulating substrate on which a metal plate for circuit is mounted is joined,
A plurality of plate-like first radiating fins and a plate-like second radiating fin shorter than the first radiating fin are attached in parallel to each other on a surface opposite to the surface to which the insulating substrate is bonded. ,
Between the first radiating fins adjacent to each other, the second radiating fins arranged in parallel with the first radiating fins are arranged side by side ,
There are a plurality of the second heat radiation fins, and a second heat radiation formed by arranging a plurality of second heat radiation fins arranged in parallel between the first heat radiation fins adjacent to each other. Multiple rows of fins are arranged,
Between the second radiating fin rows adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiating fin, a passage portion is formed that extends in a direction intersecting the first radiating fin and does not have the second radiating fin,
A fin-integrated base-integrated substrate, wherein the first heat dissipating fin is provided with a hole at a position facing the passage portion.
前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士において、前記第2放熱フィンが同一直線上にあることを特徴とする、請求項1に記載のフィン付ベース一体型基板。  2. The fin-integrated base-integrated substrate according to claim 1, wherein the second radiation fins are collinear in the second radiation fin rows adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiation fins. . 前記第1放熱フィンの長手方向において互いに隣接する前記第2放熱フィン列同士において、前記第2放熱フィンが同一直線上にないことを特徴とする、請求項1に記載のフィン付ベース一体型基板。  2. The fin-integrated base-integrated substrate according to claim 1, wherein the second radiation fins are not collinear in the second radiation fin rows adjacent to each other in the longitudinal direction of the first radiation fins. . 請求項1〜3のいずれかに記載のフィン付ベース一体型基板に、前記第1放熱フィンと前記第2放熱フィンを囲む水冷ジャケットが取り付けられた、フィン付ベース一体型基板装置。  A base-integrated substrate apparatus with fins, wherein a water-cooling jacket surrounding the first radiating fins and the second radiating fins is attached to the base-integrated substrate with fins according to claim 1.
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