JP2000049264A - パワー電子回路装置の製造方法 - Google Patents
パワー電子回路装置の製造方法Info
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- JP2000049264A JP2000049264A JP21670498A JP21670498A JP2000049264A JP 2000049264 A JP2000049264 A JP 2000049264A JP 21670498 A JP21670498 A JP 21670498A JP 21670498 A JP21670498 A JP 21670498A JP 2000049264 A JP2000049264 A JP 2000049264A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】両基板間の接合寿命の低下、並びに、製造ぶど
まりや製造コストの増大を抑止しつつ、優れた放熱性能
を有するパワー電子回路装置の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】冷却基板１はチップ接合用の絶縁基板２
ａ、２ｂおよび金属冷却フィン４に半田リフロー炉によ
り同時にはんだ付けされる。 したがって、半田付け工
程は一回で済み、かつ、この時、絶縁基板２ａ、２ｂ、
冷却基板１および冷却フィン４をバインドしたりするな
どしてそれらの相互相対移動規制のための作業も一回で
済み、簡単な製造工程で優れた放熱性能を有するパワー
電子回路装置を製造することができる。また、冷却基板
と冷却フィンとが別体であるので冷却基板として絶縁基
板との熱膨張率差が小さい素材を適宜選択することがで
き、両基板間の半田層の寿命を向上することができる。
まりや製造コストの増大を抑止しつつ、優れた放熱性能
を有するパワー電子回路装置の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】冷却基板１はチップ接合用の絶縁基板２
ａ、２ｂおよび金属冷却フィン４に半田リフロー炉によ
り同時にはんだ付けされる。 したがって、半田付け工
程は一回で済み、かつ、この時、絶縁基板２ａ、２ｂ、
冷却基板１および冷却フィン４をバインドしたりするな
どしてそれらの相互相対移動規制のための作業も一回で
済み、簡単な製造工程で優れた放熱性能を有するパワー
電子回路装置を製造することができる。また、冷却基板
と冷却フィンとが別体であるので冷却基板として絶縁基
板との熱膨張率差が小さい素材を適宜選択することがで
き、両基板間の半田層の寿命を向上することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー電子回路装
置の製造方法に関する。
置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力用半導体チップが接合される電気絶
縁性の絶縁基板を冷却基板にねじによる締結又は半田付
けやろう付けで接合したパワー電子回路装置において、
冷却基板の反絶縁基板側の面に冷却フィンを設けたもの
が知られている。冷却フィンは、特開平３−２５９６２
号公報に示されるように冷却基板自身にアルミなどの良
熱伝導性の金属を素材として一体成形されるのが最も簡
単である。
縁性の絶縁基板を冷却基板にねじによる締結又は半田付
けやろう付けで接合したパワー電子回路装置において、
冷却基板の反絶縁基板側の面に冷却フィンを設けたもの
が知られている。冷却フィンは、特開平３−２５９６２
号公報に示されるように冷却基板自身にアルミなどの良
熱伝導性の金属を素材として一体成形されるのが最も簡
単である。
【０００３】しかし、冷却基板としてアルミなどの良熱
伝導性金属を用い、両基板を半田付けする場合には両基
板間の熱膨張率差により両者間の半田寿命が減少するの
で、冷却基板に絶縁基板と熱膨張率がより近似するＡｌ
ＳｉＣや銅モリブデンなどの複合基板を用いるようにな
ってきている。ただし、このような複合基板は加工上の
問題などから平板とするのが一般的であるので、この複
合基板の冷却のためにその反絶縁基板面に冷却フィンを
あらかじめ溶接しておくことが提案されている。このよ
うな溶接による冷却基板と冷却フィンとの接合は、その
後の両基板の接合により低温の半田付けを用いる場合、
冷却基板と冷却フィンとの接合が熱的影響を受けないと
いう利点がある。
伝導性金属を用い、両基板を半田付けする場合には両基
板間の熱膨張率差により両者間の半田寿命が減少するの
で、冷却基板に絶縁基板と熱膨張率がより近似するＡｌ
ＳｉＣや銅モリブデンなどの複合基板を用いるようにな
ってきている。ただし、このような複合基板は加工上の
問題などから平板とするのが一般的であるので、この複
合基板の冷却のためにその反絶縁基板面に冷却フィンを
あらかじめ溶接しておくことが提案されている。このよ
うな溶接による冷却基板と冷却フィンとの接合は、その
後の両基板の接合により低温の半田付けを用いる場合、
冷却基板と冷却フィンとの接合が熱的影響を受けないと
いう利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな冷却フィンの溶接は、溶接時の高温による冷却基板
の熱変形や製造コストの面で実用上、問題が大きかっ
た。そこで、冷却フィンを冷却基板により低温の半田付
けで接合することも考えられるが、この場合、その後に
実施する両基板の半田付け時に冷却フィンと冷却基板と
のあいだの半田付け部が再溶融し、冷却フィンが冷却基
板からずれたり、剥離したりする可能性が生じるので、
実用上、問題が大きかった。
うな冷却フィンの溶接は、溶接時の高温による冷却基板
の熱変形や製造コストの面で実用上、問題が大きかっ
た。そこで、冷却フィンを冷却基板により低温の半田付
けで接合することも考えられるが、この場合、その後に
実施する両基板の半田付け時に冷却フィンと冷却基板と
のあいだの半田付け部が再溶融し、冷却フィンが冷却基
板からずれたり、剥離したりする可能性が生じるので、
実用上、問題が大きかった。
【０００５】また、冷却フィンと冷却基板とをねじなど
で締結したり、接着したりすることは伝熱抵抗は大き
く、実用上、問題が大きかった。本発明は上記問題点に
鑑みなされたものであり、両基板間の接合寿命の低下、
並びに、製造ぶどまりや製造コストの増大を抑止しつ
つ、優れた放熱性能を有するパワー電子回路装置の製造
方法を提供することを、その特徴としている。
で締結したり、接着したりすることは伝熱抵抗は大き
く、実用上、問題が大きかった。本発明は上記問題点に
鑑みなされたものであり、両基板間の接合寿命の低下、
並びに、製造ぶどまりや製造コストの増大を抑止しつ
つ、優れた放熱性能を有するパワー電子回路装置の製造
方法を提供することを、その特徴としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成によ
れば、冷却基板はチップ接合用の絶縁基板、および、金
属冷却フィンに、半田リフロー炉により同時にはんだ付
けされる。したがって、半田付け工程は一回で済み、か
つ、この時、絶縁基板、冷却基板および冷却フィンをバ
インドしたりするなどしてそれらの相互相対移動規制の
ための作業も一回で済み、簡単な製造工程で優れた放熱
性能を有するパワー電子回路装置を製造することができ
る。また、冷却基板と冷却フィンとが別体であるので冷
却基板として絶縁基板との熱膨張率差が小さい素材を適
宜選択することができ、両基板間の半田層の寿命を向上
することができる。なお、この場合、冷却基板の熱膨張
率が絶縁基板のそれに近づく文だけ冷却基板と冷却フィ
ンとの間の熱膨張率差は増大し、両者間の半田付け寿命
が問題となるが、絶縁基板と冷却基板との間の半田接合
に比較して、冷却基板と冷却フィンとの間のそれにかか
る温度差や熱ストレスは小さく、重大な問題となること
はない。
れば、冷却基板はチップ接合用の絶縁基板、および、金
属冷却フィンに、半田リフロー炉により同時にはんだ付
けされる。したがって、半田付け工程は一回で済み、か
つ、この時、絶縁基板、冷却基板および冷却フィンをバ
インドしたりするなどしてそれらの相互相対移動規制の
ための作業も一回で済み、簡単な製造工程で優れた放熱
性能を有するパワー電子回路装置を製造することができ
る。また、冷却基板と冷却フィンとが別体であるので冷
却基板として絶縁基板との熱膨張率差が小さい素材を適
宜選択することができ、両基板間の半田層の寿命を向上
することができる。なお、この場合、冷却基板の熱膨張
率が絶縁基板のそれに近づく文だけ冷却基板と冷却フィ
ンとの間の熱膨張率差は増大し、両者間の半田付け寿命
が問題となるが、絶縁基板と冷却基板との間の半田接合
に比較して、冷却基板と冷却フィンとの間のそれにかか
る温度差や熱ストレスは小さく、重大な問題となること
はない。
【０００７】また、この金属冷却フィンの半田付けは、
従来用いられていた半導体チップと絶縁基板との、又
は、絶縁基板と冷却基板との半田付けのためのリフロー
工程をそのまま利用することができ、製造は容易であ
る。請求項２記載の構成によれば請求項１記載のパワー
電子回路装置の製造方法において更に、金属冷却フィン
側の半田層の溶融を前記絶縁基板側の前記半田層の溶融
と同時またはそれ以前に行う。
従来用いられていた半導体チップと絶縁基板との、又
は、絶縁基板と冷却基板との半田付けのためのリフロー
工程をそのまま利用することができ、製造は容易であ
る。請求項２記載の構成によれば請求項１記載のパワー
電子回路装置の製造方法において更に、金属冷却フィン
側の半田層の溶融を前記絶縁基板側の前記半田層の溶融
と同時またはそれ以前に行う。
【０００８】このようにすれば、この半田リフロー工程
において、金属冷却フィンの半田付けのために絶縁基板
や半導体チップをいたずらに長時間、高温に保持するこ
とがなく、それらの特性劣化を防止することができる。
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載のパワ
ー電子回路装置の製造方法において更に、金属冷却フィ
ンの熱容量を絶縁基板の熱容量より小さくする。
において、金属冷却フィンの半田付けのために絶縁基板
や半導体チップをいたずらに長時間、高温に保持するこ
とがなく、それらの特性劣化を防止することができる。
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載のパワ
ー電子回路装置の製造方法において更に、金属冷却フィ
ンの熱容量を絶縁基板の熱容量より小さくする。
【０００９】このようにすれば、簡単にリフロー炉で冷
却フィン側の半田の早期溶融を実現することができる。
請求項４記載の構成によれば請求項２又は３記載のパワ
ー電子回路装置の製造方法において更に、冷却基板は両
面にニッケルメッキされている。このようにすれば、冷
却基板と絶縁基板および金属冷却フィンとの半田付け性
が向上する。なお、このニッケルメッキは、はんだ融液
槽への冷却基板の浸漬により一工程にて実施することが
できる。
却フィン側の半田の早期溶融を実現することができる。
請求項４記載の構成によれば請求項２又は３記載のパワ
ー電子回路装置の製造方法において更に、冷却基板は両
面にニッケルメッキされている。このようにすれば、冷
却基板と絶縁基板および金属冷却フィンとの半田付け性
が向上する。なお、このニッケルメッキは、はんだ融液
槽への冷却基板の浸漬により一工程にて実施することが
できる。
【００１０】
【発明を実施するための態様】以下、本発明の好適な態
様を以下の実施例に基づいて説明する。
様を以下の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
【実施例１】本発明のパワー電子回路装置の製造方法の
一実施例を図１〜図４を参照して以下に説明する。図１
はその分解斜視図、図２はチップ側からみた斜視図、図
３は冷却フィン側からみた斜視図、図４は製造工程を示
すフロー図である。このパワー電子回路装置は、冷却基
板１、絶縁基板２ａ、２ｂ、電力用半導体チップ３ａ〜
３ｈおよび冷却フィン４をその主要構成要素としてい
る。
一実施例を図１〜図４を参照して以下に説明する。図１
はその分解斜視図、図２はチップ側からみた斜視図、図
３は冷却フィン側からみた斜視図、図４は製造工程を示
すフロー図である。このパワー電子回路装置は、冷却基
板１、絶縁基板２ａ、２ｂ、電力用半導体チップ３ａ〜
３ｈおよび冷却フィン４をその主要構成要素としてい
る。
【００１２】冷却基板１は、絶縁基板２ａ、２ｂと熱膨
張率がより近似するＡｌＳｉＣや銅モリブデンなどを素
材とする良熱伝導性の平板からなり、その全表面はあら
かじめニッケルめっきされている。絶縁基板２ａ、２ｂ
は、ＡｌＮなどからなる電気絶縁性の平板からなり、そ
の表面に電力用半導体チップ３ａ〜３ｈが半田付けなど
で接合されている。
張率がより近似するＡｌＳｉＣや銅モリブデンなどを素
材とする良熱伝導性の平板からなり、その全表面はあら
かじめニッケルめっきされている。絶縁基板２ａ、２ｂ
は、ＡｌＮなどからなる電気絶縁性の平板からなり、そ
の表面に電力用半導体チップ３ａ〜３ｈが半田付けなど
で接合されている。
【００１３】電力用半導体チップ３ａ〜３ｈは、ＩＧＢ
Ｔやダイオードからなる。冷却フィン４は、アルミ板に
プレス加工により網目状スリットを形成し、その全表面
はあらかじめニッケルめっきされている。５ａ、５ｂ、
５ｃは半田シートである。図４を参照してこの装置の製
造工程を説明する。
Ｔやダイオードからなる。冷却フィン４は、アルミ板に
プレス加工により網目状スリットを形成し、その全表面
はあらかじめニッケルめっきされている。５ａ、５ｂ、
５ｃは半田シートである。図４を参照してこの装置の製
造工程を説明する。
【００１４】まず、冷却フィン４を固定し、その上に半
田シート５ｃ、冷却基板１、半田シート５ａ、５ｂ、絶
縁基板２ａ、２ｂを順番に位置合わせして搭載し、それ
らの相互位置ずれを防ぐために金属テープなどでバイン
ドする。なお、絶縁基板２ａ、２ｂ上には電力用半導体
チップ３ａ〜３ｈがあらかじめ実装されている。次にこ
のアセンブリを、半田リフロー炉に入れて半田シート５
ａ、５ｂ、５ｃをリフローして冷却フィン４および絶縁
基板２ａ、２ｂを冷却基板１に半田付けし、リフロー炉
からとり出した製品を洗浄して完成させる。
田シート５ｃ、冷却基板１、半田シート５ａ、５ｂ、絶
縁基板２ａ、２ｂを順番に位置合わせして搭載し、それ
らの相互位置ずれを防ぐために金属テープなどでバイン
ドする。なお、絶縁基板２ａ、２ｂ上には電力用半導体
チップ３ａ〜３ｈがあらかじめ実装されている。次にこ
のアセンブリを、半田リフロー炉に入れて半田シート５
ａ、５ｂ、５ｃをリフローして冷却フィン４および絶縁
基板２ａ、２ｂを冷却基板１に半田付けし、リフロー炉
からとり出した製品を洗浄して完成させる。
【００１５】なお、半田シート５ａ、５ｂ、５ｃは、ク
リーム半田、半田ペーストをたとえば印刷法などで塗布
してもよい。この実施例では、冷却フィン４側の半田シ
ート５ｃは絶縁基板２ａ、２ｂ側の半田シート５ａ、５
ｂと同時かまたはそれよりも早く溶融するようにする。
これにより、絶縁基板２ａ、２ｂを冷却基板１に半田付
けする従来の製造工程、製造装置をまったく変更するこ
となく、冷却フィン４を冷却基板１に接合することが可
能となる。たとえば、冷却フィン４の熱容量を絶縁基板
２ａ、２ｂのそれと等しいか又はそれより小さく設定す
る。このようにすれば、リフロー炉内において、冷却フ
ィン４側の半田シート５ｃは絶縁基板２ａ、２ｂ側の半
田シート５ａ、５ｂと同時かまたはそれよりも早く溶融
させることができる。冷却フィン４の熱伝導率は絶縁基
板２ａ、２ｂのそれより大きく、かつ、冷却フィン４の
表面積が絶縁基板２ａ、２ｂのそれよりも大きいので、
冷却フィン４の熱容量は多少は絶縁基板２ａ、２ｂのそ
れよりも大きくても半田シート５ｃは半田シート５ａ、
５ｂより早く溶融する。
リーム半田、半田ペーストをたとえば印刷法などで塗布
してもよい。この実施例では、冷却フィン４側の半田シ
ート５ｃは絶縁基板２ａ、２ｂ側の半田シート５ａ、５
ｂと同時かまたはそれよりも早く溶融するようにする。
これにより、絶縁基板２ａ、２ｂを冷却基板１に半田付
けする従来の製造工程、製造装置をまったく変更するこ
となく、冷却フィン４を冷却基板１に接合することが可
能となる。たとえば、冷却フィン４の熱容量を絶縁基板
２ａ、２ｂのそれと等しいか又はそれより小さく設定す
る。このようにすれば、リフロー炉内において、冷却フ
ィン４側の半田シート５ｃは絶縁基板２ａ、２ｂ側の半
田シート５ａ、５ｂと同時かまたはそれよりも早く溶融
させることができる。冷却フィン４の熱伝導率は絶縁基
板２ａ、２ｂのそれより大きく、かつ、冷却フィン４の
表面積が絶縁基板２ａ、２ｂのそれよりも大きいので、
冷却フィン４の熱容量は多少は絶縁基板２ａ、２ｂのそ
れよりも大きくても半田シート５ｃは半田シート５ａ、
５ｂより早く溶融する。
【００１６】（変形態様）冷却フィン４はアルミプレス
成形品を用いているが、銅や黄銅などでもよく、加工法
も鋳造、切削、押し出し加工など種々の方法を採用でき
ることはもちろんである。冷却基板１も同じく銅や黄銅
などを用いてもよい。
成形品を用いているが、銅や黄銅などでもよく、加工法
も鋳造、切削、押し出し加工など種々の方法を採用でき
ることはもちろんである。冷却基板１も同じく銅や黄銅
などを用いてもよい。
【００１７】
【実施例２】他の実施例を図５、図６を参照して説明す
る。図５はこのパワー電子回路装置の側面図である。こ
の実施例は、冷却フィン４の構造を変更した点だけが実
施例１と異なっている。
る。図５はこのパワー電子回路装置の側面図である。こ
の実施例は、冷却フィン４の構造を変更した点だけが実
施例１と異なっている。
【００１８】すなわち、この実施例では、冷却フィン４
は３段に重ねられた部分冷却フィン４ａ、４ｂ、４ｃか
らなり、半田シート５ｃと同一形状の半田シート５ｄ、
５ｅをこれら部分冷却フィン４ａ、４ｂ、４ｃの間に挟
んで、リフロー炉に入れ、他の半田シート５ａ、５ｂ、
５ｃと同一工程で溶融させたものである。このようにす
れば、一体品としては加工が困難な複雑な形状を有し、
放熱効果に優れる冷却フィンをなんら工程増加なしに得
ることができる。
は３段に重ねられた部分冷却フィン４ａ、４ｂ、４ｃか
らなり、半田シート５ｃと同一形状の半田シート５ｄ、
５ｅをこれら部分冷却フィン４ａ、４ｂ、４ｃの間に挟
んで、リフロー炉に入れ、他の半田シート５ａ、５ｂ、
５ｃと同一工程で溶融させたものである。このようにす
れば、一体品としては加工が困難な複雑な形状を有し、
放熱効果に優れる冷却フィンをなんら工程増加なしに得
ることができる。
【図１】 実施例１のパワー電子回路装置の分解斜視図
である。
である。
【図２】 図１のパワー電子回路装置のチップ側からみ
た斜視図である。
た斜視図である。
【図３】 図１に示すパワー電子回路装置の冷却フィン
側からみた斜視図である。
側からみた斜視図である。
【図４】 図１に示すパワー電子回路装置の製造工程を
示すフロー図である。
示すフロー図である。
【図５】 実施例２のパワー電子回路装置の分解斜視図
である。
である。
【図６】 図５に示すパワー電子回路装置の製造工程を
示すフロー図である。
示すフロー図である。
１は冷却基板、２ａ、２ｂは絶縁基板、３ａ〜３ｈは電
力用半導体チップ、４は冷却フィン（金属冷却フィ
ン）、５ａ〜５ｃは半田シート（半田層）
力用半導体チップ、４は冷却フィン（金属冷却フィ
ン）、５ａ〜５ｃは半田シート（半田層）
Claims (4)
- 【請求項１】電力用半導体チップが表面に接合される電
気絶縁性の絶縁基板の裏面に半田層を介して前記絶縁基
板に近い熱膨張率を有する良熱伝導性の冷却基板を密着
させ、 前記冷却基板の反絶縁基板側の面に半田層を介して前記
冷却基板より更に良熱伝導性の金属冷却フィンを密着さ
せ、 前記絶縁基板、冷却基板および金属冷却フィンを同一の
半田リフロー工程で接合することを特徴とするパワー電
子回路装置の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載のパワー電子回路装置の製造
方法において、 前記金属冷却フィン側の前記半田層の溶融を前記絶縁基
板側の前記半田層の溶融と同時またはそれ以前に行うこ
とを特徴とするパワー電子回路装置の製造方法。 - 【請求項３】請求項２記載のパワー電子回路装置の製造
方法において、 前記金属冷却フィンの熱容量を、前記絶縁基板の熱容量
より小さくすることを特徴とするパワー電子回路装置の
製造方法。 - 【請求項４】請求項２又は３記載のパワー電子回路装置
の製造方法において、 前記冷却基板は、両面にニッケルメッキされていること
を特徴とするパワー電子回路装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21670498A JP3865179B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | パワー電子回路装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21670498A JP3865179B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | パワー電子回路装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000049264A true JP2000049264A (ja) | 2000-02-18 |
| JP3865179B2 JP3865179B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=16692622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21670498A Expired - Fee Related JP3865179B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | パワー電子回路装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3865179B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010034033A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-12 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | 受動ヒートシンクとこの受動ヒートシンクを使用した発光ダイオード照明装置 |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP21670498A patent/JP3865179B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010034033A (ja) * | 2008-07-24 | 2010-02-12 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | 受動ヒートシンクとこの受動ヒートシンクを使用した発光ダイオード照明装置 |
| US8113697B2 (en) | 2008-07-24 | 2012-02-14 | Advanced Optoelectronic Technology, Inc. | Passive heat sink and light emitting diode lighting device using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3865179B2 (ja) | 2007-01-10 |
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