JP2001274301A - Heat radiation element for power device - Google Patents
Heat radiation element for power deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大電流のスイッチ
ングを実行する半導体装置からなるパワーデバイス用放
熱素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat radiating element for a power device comprising a semiconductor device which performs switching of a large current.
【０００２】[0002]
【従来の技術】モータ制御装置のスイッチング回路に使
用される半導体装置は、パワーデバイスと呼ばれる。そ
のパワーデバイスは、200〜600Ｗ、場合によっては、10
00Ｗを超える電力のスイッチングを実行し、電力に応じ
た熱を発生する。また、太陽光発電に使用される半導体
素子（ソーラセル）も、太陽光照射により温度が上昇す
る。特に集光レンズ等を使用して集光される方式のソー
ラセルは、温度上昇が著しい。2. Description of the Related Art A semiconductor device used for a switching circuit of a motor control device is called a power device. Its power device is 200-600W, sometimes 10
The switching of the power exceeding 00 W is executed to generate heat according to the power. In addition, the temperature of a semiconductor element (solar cell) used for photovoltaic power generation also rises due to irradiation with sunlight. In particular, the temperature of a solar cell in which light is condensed using a condensing lens or the like significantly increases.
【０００３】ソーラセルは、セラミック基板に接合され
る。ソーラセルは、セラミック基板上で外部端子（電
極）に接続する。セラミック基板には、ソーラセルの熱
を発散するため、ヒートスプレッダ及びヒートシンクが
設けられる。ここでは、セラミック基板と、ヒートスプ
レッダ及びヒートシンク等の放熱板からなる素子を、パ
ワーデバイス用放熱素子と呼ぶ。[0003] Solar cells are bonded to a ceramic substrate. The solar cells are connected to external terminals (electrodes) on a ceramic substrate. The ceramic substrate is provided with a heat spreader and a heat sink for dissipating the heat of the solar cell. Here, an element composed of a ceramic substrate and a heat radiating plate such as a heat spreader and a heat sink is referred to as a power device radiating element.
【０００４】図６は、従来のパワーデバイス用放熱素子
の構造を示す。図に示されたパワーデバイス用放熱素子
は、セラミック基板５２と、ヒートスプレッダ５３と、
ヒートシンク５４を備える。セラミック基板５２は、裏
面側に第１銅シート５２ａを、表面側に第２銅シート５
２ｂを備える。FIG. 6 shows a structure of a conventional heat dissipation element for a power device. The heat dissipation element for a power device shown in the figure includes a ceramic substrate 52, a heat spreader 53,
The heat sink 54 is provided. The ceramic substrate 52 has a first copper sheet 52a on the back side and a second copper sheet 5a on the front side.
2b.
【０００５】セラミック基板５２は、第１ろう材５５
（第２銅シート５２ｂ）を介してヒートスプレッダ５３
に接合する。ヒートスプレッダ５３は、接着剤５６を介
してヒートシンク５４に接続する。セラミック基板５２
の裏面側には、第２銅シート５２ａ（第２及び第３ろう
材５１ａ，５１ｂ）を介して第１及び第２ソーラセル５
０ａ，５０ｂが接合される。The ceramic substrate 52 includes a first brazing material 55
(Second copper sheet 52b) via heat spreader 53
To join. The heat spreader 53 is connected to the heat sink 54 via an adhesive 56. Ceramic substrate 52
Of the first and second solar cells 5 via a second copper sheet 52a (second and third brazing materials 51a and 51b).
0a and 50b are joined.
【０００６】ヒートスプレッダ５３は、第１及び第２ソ
ーラセル５０ａ，５０ｂの熱をすばやく吸収する、例え
ば厚さ0.2mmの熱伝導率の高い材質（金属又はセラミッ
ク）からなる。ヒートシンク５４は、熱容量の大きな材
質（金属又はセラミック）からなる。第１ろう材５２
は、例えばスズ−鉛共晶はんだからなる。第２及び第３
ろう材５１ａ，５１ｂは、例えば鉛系高温はんだからな
る。第２及び第３ろう材５１ａ，５１ｂは、第１ろう材
５２よりも溶融温度が高く設定される。接着剤５６は、
例えばシリコーン樹脂からなる。The heat spreader 53 is made of a material (metal or ceramic) having a thickness of, for example, 0.2 mm and having a high thermal conductivity, which quickly absorbs the heat of the first and second solar cells 50a, 50b. The heat sink 54 is made of a material having a large heat capacity (metal or ceramic). First brazing material 52
Is made of, for example, a tin-lead eutectic solder. Second and third
The brazing materials 51a and 51b are made of, for example, a lead-based high-temperature solder. The melting temperature of the second and third brazing materials 51 a and 51 b is set higher than that of the first brazing material 52. The adhesive 56
For example, it is made of a silicone resin.
【０００７】以上の構成のパワーデバイス用放熱素子
は、第１及び第２ソーラセル５０ａ，５０ｂの熱が、第
２及び第３ろう材５１ａ，５１ｂ、セラミック基板５
２、第１ろう材５５、ヒートスプレッダ５３、接着剤５
６、そしてヒートシンク５４を介して発散される。In the heat radiating element for a power device having the above-described structure, the heat of the first and second solar cells 50a and 50b is reduced by the second and third brazing materials 51a and 51b and the ceramic substrate 5.
2, first brazing material 55, heat spreader 53, adhesive 5
6, and radiated through the heat sink 54.
【０００８】ここで、図７を参照して、図６に示された
従来のパワーデバイス用放熱素子の製造工程について説
明する。図７は、従来のパワーデバイス用放熱素子に係
る製造工程を示す。まずはじめに、セラミック基板５２
に、第１及び第２ソーラセル５０ａ，５０ｂが第３及び
第４ろう材５１ａ，５１ｂ（第１銅シート５２ａ）を介
して接合される。その接合が完了すると、第１及び第２
ソーラセル５０ａ，５０ｂの結線が必要な場合、ワイヤ
ポンドが実行される（Ｓ１１）。その後、セラミック基
板５２に、ヒートスプレッダ５３がろう材５５（第２銅
シート５２ｂ）を介して接合される（Ｓ１２）。その接
合は、例えばスズ−鉛共晶はんだからなるろう材により
実行される。その後、ヒートスプレッダ５３に、ヒート
シンク５４が接着剤５６を介して接着される（Ｓ１
３）。その接着は、例えばシリコン樹脂からなる接着剤
により実行される。その後、セラミック基板５２に外部
端子（ターミナル）が接合される（Ｓ１４）。その接合
は、例えばスズ−鉛共晶はんだからなるろう材により実
行される。その後、接合の完了したパワーデバイス用放
熱素子（第１及び第２ソーラセル５０ａ，５０ｂ）が所
定のケースに装着及び接着される（Ｓ１５）。その後、
第１及び第２ソーラセル５０ａ，５０ｂとワイヤボンデ
ィング（図示されず）を保護する樹脂コートが実行され
る（Ｓ１６）。Here, with reference to FIG. 7, a description will be given of a manufacturing process of the conventional heat radiating element for a power device shown in FIG. FIG. 7 shows a manufacturing process for a conventional heat radiating element for a power device. First, the ceramic substrate 52
Then, the first and second solar cells 50a, 50b are joined via third and fourth brazing materials 51a, 51b (first copper sheet 52a). When the joining is completed, the first and second
When connection of the solar cells 50a and 50b is necessary, wire pond is executed (S11). Thereafter, the heat spreader 53 is joined to the ceramic substrate 52 via the brazing material 55 (the second copper sheet 52b) (S12). The joining is performed by a brazing material made of, for example, a tin-lead eutectic solder. Thereafter, the heat sink 54 is bonded to the heat spreader 53 via the adhesive 56 (S1).
3). The bonding is performed by, for example, an adhesive made of a silicone resin. Thereafter, an external terminal (terminal) is bonded to the ceramic substrate 52 (S14). The joining is performed by a brazing material made of, for example, a tin-lead eutectic solder. Then, the heat radiating elements (first and second solar cells 50a and 50b) for the power device having been joined are mounted and adhered to a predetermined case (S15). afterwards,
A resin coat for protecting the first and second solar cells 50a and 50b and wire bonding (not shown) is performed (S16).
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来のパワーデバイス
用放熱素子は、セラミック基板５２が、セラミック基板
５２よりも熱伝導率が低い軟ろう材による接合個所と、
更に熱伝導率が低い接着剤を介してヒートシンク５４に
熱結合される。In the conventional heat radiating element for a power device, the ceramic substrate 52 has a joint portion made of a soft brazing material having a lower thermal conductivity than the ceramic substrate 52;
Furthermore, it is thermally coupled to the heat sink 54 via an adhesive having a low thermal conductivity.
【００１０】熱源（第１及び第２ソーラセル５０ａ，５
０ｂ）の放熱特性は、その動作温度の影響に制約され
る。また、放熱性の良い個所と悪い個所が発生し、第１
ろう材部５５及びヒートスプレッダ５３上で熱分布が生
じ、その熱分布に応じて熱ストレスが発生する。Heat source (first and second solar cells 50a, 5a)
The heat radiation characteristic of 0b) is restricted by the influence of the operating temperature. In addition, there are places where heat radiation is good and places where heat radiation is poor.
Heat distribution occurs on the brazing material portion 55 and the heat spreader 53, and thermal stress is generated according to the heat distribution.
【００１１】第１ろう材５２ｂには、熱ストレスによる
亀裂が発生する恐れが生じる。第１ろう材５２ｂに亀裂
が生じると、セラミック基板５２とヒートスプレッダ５
３の熱結合が悪化する。その熱結合の悪化は、第１及び
第２ソーラセル５０ａ，５０ｂの熱破損を招く恐れがあ
る。The first brazing material 52b may be cracked by thermal stress. When a crack occurs in the first brazing material 52b, the ceramic substrate 52 and the heat spreader 5
The thermal bonding of No. 3 deteriorates. The deterioration of the thermal coupling may cause thermal damage to the first and second solar cells 50a and 50b.
【００１２】本発明は、熱ストレスの発生を抑制して半
導体素子の熱破損の発生を回避することができるパワー
デバイス用放熱素子を提供する。The present invention provides a heat radiating element for a power device capable of suppressing the occurrence of thermal stress and avoiding the occurrence of thermal damage to a semiconductor element.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）付きで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。Means for solving the problem are described as follows. The technical items appearing in the expression are appended with numbers, symbols, etc. in parentheses (). The numbers, symbols, etc. are technical items that constitute at least one embodiment or a plurality of examples of the embodiments or examples of the present invention, in particular, the embodiments or the examples. Corresponds to the reference numerals, reference symbols, and the like assigned to the technical matters expressed in the drawings corresponding to the above. Such reference numbers and reference symbols clarify the correspondence and bridging between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence / bridge does not mean that the technical matters described in the claims are interpreted as being limited to the technical matters of the embodiments or the examples.
【００１４】本発明によるパワーデバイス用放熱素子
は、裏面にパワーデバイス（２）が熱結合されるセラミ
ック基板（３）と、セラミック基板（３）の表面に接合
される放熱板（１）を備え、放熱板（１）は、パワーデ
バイス（２）の熱破壊を防止する熱容量を備える。A heat radiating element for a power device according to the present invention includes a ceramic substrate (3) to which a power device (2) is thermally coupled to a back surface, and a heat radiating plate (1) bonded to a surface of the ceramic substrate (3). The radiator plate (1) has a heat capacity for preventing thermal destruction of the power device (2).
【００１５】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子は、セラミック基板（３）の表面が、メタライズ部
を備え、放熱板（１）は、ろう材を介して表面のメタラ
イズ部に接合される。In a further heat dissipation element for a power device according to the present invention, the surface of the ceramic substrate (3) is provided with a metallized portion, and the heatsink (1) is joined to the metallized portion on the surface via a brazing material.
【００１６】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子は、放熱板（１）が、化学反応によりセラミック基
板（３）の表面に密着される。In a further heat radiating element for a power device according to the present invention, the heat radiating plate (1) is brought into close contact with the surface of the ceramic substrate (3) by a chemical reaction.
【００１７】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子は、放熱板（１）が、複数のフィン（２１）を備え
る。In a further radiating element for a power device according to the present invention, the radiating plate (1) includes a plurality of fins (21).
【００１８】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子は、放熱板（１）が、セラミック基板（３）の周面
を覆う突起部（１ａ）を備える。In a further radiating element for a power device according to the present invention, the radiating plate (1) includes a projection (1a) covering the peripheral surface of the ceramic substrate (3).
【００１９】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子は、セラミック基板（３）の周面と突起部（１ａ）
の間の空間に充填される充填材を備える。A further heat radiating element for a power device according to the present invention comprises a peripheral surface of a ceramic substrate (3) and a projection (1a).
And a filler filled in the space between the two.
【００２０】本発明によるパワーデバイス用放熱素子の
接合方法は、複数のフィン（２１）上に第１のろう材
（２２）が配置され、第１のろう材（２２）上に放熱板
本体（３４）が配置され、放熱板本体（３４）上に第２
のろう材（３２ｂ）が配置され、第２のろう材（３２
ｂ）上にセラミック基板（３３）が配置され、セラミッ
ク基板（３３）上に第３のろう材（３２ａ）が配置さ
れ、第３のろう材（３２ａ）上に導体プレート（３１）
が配置され、加熱雰囲気中で第１乃至第３のろう材（２
２，３２ｂ，３２ａ）による接合が一括処理される。In the method of joining a heat radiating element for a power device according to the present invention, a first brazing material (22) is arranged on a plurality of fins (21), and a radiating plate body (22) is placed on the first brazing material (22). 34) is arranged, and the second is disposed on the heat sink body (34).
Of the second brazing material (32b) is disposed.
b) A ceramic substrate (33) is disposed on the ceramic substrate (33), a third brazing material (32a) is disposed on the ceramic substrate (33), and a conductor plate (31) is disposed on the third brazing material (32a).
Are disposed, and the first to third brazing materials (2
2, 32b, 32a) are collectively processed.
【００２１】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子の接合方法は、放熱板本体（３４）が、セラミック
基板（３３）の周面を取り囲む突起部を備える。In a further bonding method of a heat radiating element for a power device according to the present invention, the heat radiating plate body (34) has a projection surrounding the peripheral surface of the ceramic substrate (33).
【００２２】本発明による更なるパワーデバイス用放熱
素子の接合方法は、放熱板本体（３４）が、セラミック
基板（３３）の周面を取り囲む突起部を備える。In a further method of joining a heat radiating element for a power device according to the present invention, the heat radiating plate body (34) has a projection surrounding the peripheral surface of the ceramic substrate (33).
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るパワーデバ
イス用放熱素子の構造を示す。図１（ａ）は、本発明に
係るパワーデバイス用放熱素子の側面を示し、同図
（ｂ）は、本発明に係るパワーデバイス用放熱素子の平
面を示す。FIG. 1 shows the structure of a heat radiating element for a power device according to the present invention. FIG. 1A shows a side view of a heat radiating element for a power device according to the present invention, and FIG. 1B shows a plan view of a heat radiating element for a power device according to the present invention.
【００２４】図には、放熱板（ヒートスプレッダ）１と
セラミック基板３からなるパワーデバイス用放熱素子
と、半導体素子（ソーラセル）２１と、二次光学レンズ
４と、第１及び第２外部端子（電極）５ａ，５ｂが示さ
れる。FIG. 1 shows a heat radiating element for a power device including a heat radiating plate (heat spreader) 1 and a ceramic substrate 3, a semiconductor element (solar cell) 21, a secondary optical lens 4, and first and second external terminals (electrodes). ) 5a and 5b are shown.
【００２５】放熱板１は、セラミック基板３の周面を覆
う突起部１ａを備える。その突起部１ａは、装着空間６
を形成する。セラミック基板３は、放熱板１と接着する
表面に第１ろう材を備える。セラミック基板３は、ソー
ラセル２と第１及び第２外部端子５ａ，５ｂが接合され
る裏面に第２ろう材を備える。The heat radiating plate 1 has a projection 1 a that covers the peripheral surface of the ceramic substrate 3. The projection 1a is attached to the mounting space 6
To form The ceramic substrate 3 includes a first brazing material on a surface to be bonded to the heat sink 1. The ceramic substrate 3 includes a second brazing material on the back surface where the solar cell 2 and the first and second external terminals 5a and 5b are joined.
【００２６】セラミック基板３は、第１ろう材を介して
放熱板１に接合される。ソーラセル２と第１及び第２外
部端子５ａ，５ｂは、第２ろう材を介してセラミック基
板３の裏面に接合される。二次光学レンズ４は、ソーラ
セル２の受光面上に配置される。The ceramic substrate 3 is joined to the heat sink 1 via a first brazing material. The solar cell 2 and the first and second external terminals 5a and 5b are joined to the back surface of the ceramic substrate 3 via a second brazing material. The secondary optical lens 4 is arranged on a light receiving surface of the solar cell 2.
【００２７】セラミック基板３は、例えば熱伝導率１０
０〜２００Ｗ／ｍＫの特性を備えるセラミック材料から
なる。第１ろう材は、例えば熱伝導率２５０〜３８０Ｗ
／ｍＫの特性を備える銀系又は銀銅系ろう材からなる。
第２ろう材は、例えば熱伝導率３０〜８０Ｗ／ｍＫの特
性を備えるスズ−鉛共晶若しくはスズ系、スズ−銀系、
そしてスズ−銀−銅系はんだからなる。放熱板１は、例
えば熱伝導率１５０〜４００Ｗ／ｍＫの特性を有する
銅、タングステン、モリブデン、銅／タングステン合
金、アルミ／炭化シリコン合金、そして銅／炭化シリコ
ン合金等の材料からなる。The ceramic substrate 3 has, for example, a thermal conductivity of 10
It is made of a ceramic material having characteristics of 0 to 200 W / mK. The first brazing material has a thermal conductivity of 250 to 380 W, for example.
/ MK made of a silver-based or silver-copper-based brazing material.
The second brazing material is, for example, a tin-lead eutectic or tin-based or tin-silver-based material having a thermal conductivity of 30 to 80 W / mK.
And it consists of tin-silver-copper solder. The heat sink 1 is made of a material having a thermal conductivity of, for example, 150 to 400 W / mK, such as copper, tungsten, molybdenum, a copper / tungsten alloy, an aluminum / silicon carbide alloy, and a copper / silicon carbide alloy.
【００２８】以上の構成のパワーデバイス用放熱素子
は、ソーラセル２の熱が、第２ろう材、セラミック基板
３、第１ろう材、放熱板（ヒートスプレッダ）１を介し
て発散される。ヒートスプレッダ１は、従来のヒートス
プレッダ５３よりも熱容量が大きくなるように、体積
（表面積）が拡張される。In the heat radiating element for a power device having the above structure, the heat of the solar cell 2 is radiated through the second brazing material, the ceramic substrate 3, the first brazing material, and the heat radiating plate (heat spreader) 1. The heat spreader 1 is expanded in volume (surface area) so that the heat capacity is larger than that of the conventional heat spreader 53.
【００２９】ここで、図２を参照して、図１に示された
本発明に係るパワーデバイス用放熱素子の製造工程につ
いて説明する。図２は、本発明に係るパワーデバイス用
放熱素子に係る製造工程を示す。本発明に係るヒートス
プレッダ１は、予めセラミック基板３に銀系又は銀銅系
ろう材を介して接合されている。そのヒートスプレッダ
１と接合されたセラミック基板３に、ソーラセル２が第
２ろう材を介して接合される。その接合は、鉛系高温は
んだからなるろう材により実行される。その接合が完了
すると、ソーラセル２の結線が必要な場合、ワイヤポン
ドが実行される（Ｓ１）。その後、セラミック基板３に
外部端子（ターミナル）が接合される（Ｓ２）。その接
合は、例えばスズ−鉛共晶はんだからなるろう材により
実行される。その後、接合の完了したパワーデバイス用
放熱素子（ソーラセル２）が所定のケースに装着及び接
着される（Ｓ３）。その後、二次光学ガラス４がソーラ
セル２に装着され、さらにソーラセル２とワイヤボンデ
ィング（図示されず）を保護する樹脂コートが実行され
る（Ｓ４）。その樹脂コートは、例えば、装着空間６へ
の樹脂充填を意味する。装着空間６に充填される樹脂
は、例えばシリコン又はエポキシ樹脂からなる。Here, with reference to FIG. 2, the manufacturing process of the heat radiating element for a power device according to the present invention shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows a manufacturing process of the heat radiating element for a power device according to the present invention. The heat spreader 1 according to the present invention is previously bonded to the ceramic substrate 3 via a silver-based or silver-copper-based brazing material. The solar cell 2 is joined to the ceramic substrate 3 joined to the heat spreader 1 via a second brazing material. The joining is performed by a brazing material made of a lead-based high-temperature solder. When the joining is completed, if the solar cell 2 needs to be connected, wire pond is executed (S1). Thereafter, an external terminal is bonded to the ceramic substrate 3 (S2). The joining is performed by a brazing material made of, for example, a tin-lead eutectic solder. Thereafter, the heat radiating element (solar cell 2) for the power device after the joining is mounted and adhered to a predetermined case (S3). Thereafter, the secondary optical glass 4 is mounted on the solar cell 2, and a resin coating for protecting the solar cell 2 and wire bonding (not shown) is performed (S4). The resin coat means, for example, filling the mounting space 6 with resin. The resin filled in the mounting space 6 is made of, for example, silicon or epoxy resin.
【００３０】以上の構成の本発明に係るパワーデバイス
用放熱素子は、ソーラセル２のほう熱経路に熱伝導率の
低い樹脂が介在されない。このため、ソーラセル２と放
熱板１の熱結合が良好な状態に保たれる。また、熱伝導
率の高いヒートスプレッダがヒートシンクとして使用さ
れるため、ヒートスプレッダとヒートシンクを組み合わ
せた放熱素子よりも高い放熱効率を得ることができる。In the heat radiating element for a power device according to the present invention having the above configuration, a resin having a low thermal conductivity is not interposed in the heating path of the solar cell 2. Therefore, the thermal coupling between the solar cell 2 and the heat sink 1 is maintained in a good state. Further, since a heat spreader having a high thermal conductivity is used as a heat sink, higher heat radiation efficiency can be obtained than a heat radiation element combining a heat spreader and a heat sink.
【００３１】図３は、本発明に係るパワーデバイス用放
熱素子の他の構造を示す。図には、放熱板１に代えて、
放熱板（ヒートスプレッダ）１１が示される。放熱板１
１は、突起部１１ａと複数のフィン１１ｂを備える。FIG. 3 shows another structure of the heat radiating element for a power device according to the present invention. In the figure, instead of the heat sink 1,
A radiator plate (heat spreader) 11 is shown. Heat sink 1
1 includes a projection 11a and a plurality of fins 11b.
【００３２】フィン１１ｂは、放熱板１１の表面積を拡
張する作用をもたらす。この構成のパワーデバイス用放
熱素子は、放熱板１と同じ体積からなる場合、放熱板１
よりも高い放熱効率を得ることができる。The fins 11b have the function of expanding the surface area of the heat radiating plate 11. When the heat radiating element for a power device having this configuration has the same volume as the heat radiating plate 1, the heat radiating plate 1
A higher heat radiation efficiency can be obtained.
【００３３】ここで、図４及び図５を参照して本発明に
係るフィンを備えるパワーデバイス用放熱素子の製造に
ついて説明する。図４は、本発明に係るフィンを備える
パワーデバイス用放熱素子の第１の説明図である。図５
は、本発明に係るフィンを備えるパワーデバイス用放熱
素子の第２の説明図である。Here, the manufacture of the heat radiating element for a power device having the fin according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a first explanatory view of a heat radiating element for a power device including the fin according to the present invention. FIG.
FIG. 3 is a second explanatory view of a heat radiating element for a power device including the fin according to the present invention.
【００３４】図４（ａ）は、フィン配列に係る説明図で
ある。図には、ろう付け治具２０とフィン材料２１が示
される。ろう付け治具２０は、フィン材料２１が挿入さ
れる挿入口（図示されず）を備える。フィン材料２１
は、その挿入口に挿入される。FIG. 4A is an explanatory diagram relating to the fin arrangement. In the figure, a brazing jig 20 and a fin material 21 are shown. The brazing jig 20 has an insertion opening (not shown) into which the fin material 21 is inserted. Fin material 21
Is inserted into the insertion slot.
【００３５】図４（ｂ）は、ろう材供給に係る説明図で
ある。図はろう付け治具２０の平面を示す図である。ろ
う付け治具２０には、フィン材料２１が挿入されてい
る。そのフィン材料２１の上面に、第１ろう材２２が載
置される。第１ろう材２２は、フィン材料２１の上面形
状に整合するシート状ろう材からなる。FIG. 4B is an explanatory diagram relating to brazing material supply. The figure is a diagram showing a plane of the brazing jig 20. A fin material 21 is inserted into the brazing jig 20. The first brazing material 22 is placed on the upper surface of the fin material 21. The first brazing material 22 is made of a sheet-like brazing material that matches the shape of the upper surface of the fin material 21.
【００３６】図５（ａ）は、セラミック基板に係る説明
図である。図には、フィン材料２１が挿入されたろう付
け治具２０が示される。フィン材料２１の上面には、第
１ろう材２２が載置されている。そのろう材２２上に
は、放熱板本体３４が載置される。放熱板本体３４上に
は、第１及び第２ろう材３２ａ，３２ｂを備えるセラミ
ック基板３３が載置される。第１ろう材３２ａ上には、
導体プレート３１が載置される。導体プレート３１上に
は、押圧部材２０ａが載置される。押圧部材２０ａは、
導体プレート３１、セラミック基板３３、そして放熱板
本体３４をフィン２１に向けて押圧する。FIG. 5A is an explanatory diagram relating to a ceramic substrate. The figure shows the brazing jig 20 into which the fin material 21 has been inserted. A first brazing material 22 is placed on the upper surface of the fin material 21. On the brazing material 22, a heat sink body 34 is placed. A ceramic substrate 33 including the first and second brazing materials 32a and 32b is mounted on the heat sink body. On the first brazing material 32a,
The conductor plate 31 is placed. The pressing member 20a is placed on the conductor plate 31. The pressing member 20a
The conductor plate 31, the ceramic substrate 33, and the heat sink body 34 are pressed toward the fins 21.
【００３７】上記押圧された状態で加熱が実行される
と、第１乃至第３ろう材２２，３２ａ，３２ｂが溶融
し、フィン２１と放熱板本３４、放熱板本体３４とセラ
ミック基板３３、セラミック基板３３と導体プレート３
１が結合される。なお、加熱は、500〜800℃で６０〜18
0分間加熱される。その加熱は、還元又は真空雰囲気状
態で実行される。これら温度及び時間は、ろう材の材質
に応じて変更される。When heating is performed in the pressed state, the first to third brazing materials 22, 32a and 32b are melted, and the fins 21 and the heat sink 34, the heat sink main body 34 and the ceramic substrate 33, the ceramic Substrate 33 and conductor plate 3
1 are combined. The heating is performed at 500 to 800 ° C for 60 to 18
Heat for 0 minutes. The heating is performed in a reducing or vacuum atmosphere. These temperatures and times are changed according to the material of the brazing material.
【００３８】セラミック基板３３に接合される導体プレ
ート３１は、0.2〜0.5mmの厚さを備える。放熱板本体３
４は、２〜７mmの厚さを備える。放熱板本体３４に突起
部が設けられる場合、その突起部は、１〜５mmの厚さ
（高さ）を備える。放熱板本体３４は、金属又は放熱性
の高いセラミックに金属を混ぜた材質からなる。フィン
２１は、加熱炉に応じて長さが変更され、コンベア炉の
場合は、例えば３０mm、バッチ炉の場合、例えば100mm
の長さが設定される。何れも、フィン２１を放熱板本体
３４にろう付けする場合の値である。コンベア炉が活用
される場合、フィンの長さを長くすると量産に適さなく
なる。大量生産が要求されない、少量生産又は試作生産
の場合、バッチ炉が使用される。フィン２１を放熱板本
体３４に接合する第１ろう材２２は、フィン２１に塗布
される形態でもよい。The conductor plate 31 joined to the ceramic substrate 33 has a thickness of 0.2 to 0.5 mm. Heat sink body 3
4 has a thickness of 2 to 7 mm. When a projection is provided on the heat sink body 34, the projection has a thickness (height) of 1 to 5 mm. The heat sink body 34 is made of a material obtained by mixing a metal with a metal or a ceramic having a high heat dissipation property. The length of the fins 21 is changed according to the heating furnace. For example, in the case of a conveyor furnace, the length is 30 mm, and in the case of a batch furnace, for example, 100 mm.
Is set. Both values are for the case where the fins 21 are brazed to the heat sink body 34. If a conveyor furnace is used, increasing the length of the fins makes it unsuitable for mass production. In the case of small-scale production or prototype production where mass production is not required, a batch furnace is used. The first brazing material 22 that joins the fin 21 to the heat sink body 34 may be in a form applied to the fin 21.
【００３９】ろう付け用治具２０が複数用意されると、
複数のパワーデバイス用放熱素子を一括製造することが
できる。When a plurality of brazing jigs 20 are prepared,
A plurality of heat dissipation elements for power devices can be manufactured at once.
【００４０】フィン２１へのろう材供給は、還元又は不
活性雰囲気中で滴下塗布され、そしてコンベア炉又はバ
ッチ炉による溶融加熱が実行されても良い。還元雰囲気
は、例えば水素２０〜100％、窒素０〜８０％の雰囲気
を意味する。不活性雰囲気は、例えば窒素100％の雰囲
気を意味する。The supply of the brazing material to the fins 21 may be applied dropwise in a reducing or inert atmosphere, and melting and heating may be performed by a conveyor furnace or a batch furnace. The reducing atmosphere means, for example, an atmosphere of 20 to 100% of hydrogen and 0 to 80% of nitrogen. The inert atmosphere means, for example, an atmosphere of 100% nitrogen.
【００４１】放熱板本体３４及びフィン２１は、粉末材
料のプレス加工及び焼結により成形されてもよい。その
場合、フィンの長さと幅の比率は、例えば１：１に設定
され、そして１〜５０mmの範囲で成形することができ
る。この場合、放熱板本体３４とフィン２１を接合する
ろう材が必要無い。また、フィン21の形状は、長方形型
に限られず、例えばピン型であってもよい。The heat sink body 34 and the fins 21 may be formed by pressing and sintering a powder material. In that case, the ratio between the length and the width of the fin is set, for example, to 1: 1 and can be formed in the range of 1 to 50 mm. In this case, there is no need for a brazing material for joining the heat sink body 34 and the fins 21. Further, the shape of the fin 21 is not limited to a rectangular shape, and may be, for example, a pin shape.
【００４２】放熱板本体３４とセラミック基板３３の接
合、放熱板本体３４とフィン２１の接合は、ろう材（は
んだ）の溶融に限らず、シリコン等の物質を介在させる
化学変化による結合であってもよい。The joining of the heat sink body 34 to the ceramic substrate 33 and the joining of the heat sink body 34 to the fins 21 are not limited to the melting of the brazing material (solder), but are due to a chemical change involving a substance such as silicon. Is also good.
【００４３】以上の構成のパワーデバイス用放熱素子
は、半導体素子の熱を速やかに放熱することができる。
このため、放熱不良による半導体素子の破損を回避する
ことができる。また、接合に使用されるろう材の種類の
削減及び一括接合を実行することができるため、材料お
よび製造コストを低減することができる。The heat radiating element for a power device having the above structure can quickly radiate the heat of the semiconductor element.
Therefore, damage to the semiconductor element due to poor heat radiation can be avoided. Further, since the number of types of brazing material used for joining can be reduced and the batch joining can be performed, the material and the manufacturing cost can be reduced.
【００４４】[0044]
【発明の効果】本発明によるパワーデバイス用放熱素子
は、半導体素子と放熱板の間の放熱経路に接着剤等の熱
伝導率の低い材料が介在しない、このため、半導体素子
と放熱板の熱結合を良好な状態に保つことができる。ま
た、半導体素子の放熱が良好なため、接合部に極度に不
均一な熱分布が生じず、接合部への熱ストレスが抑制さ
れる。この結果、熱ストレスによる接合部の破損さらに
は、半導体素子の破損を回避することができる。In the heat radiating element for a power device according to the present invention, a material having a low thermal conductivity such as an adhesive is not interposed in a heat radiating path between the semiconductor element and the heat radiating plate. It can be kept in good condition. In addition, since the semiconductor element has good heat radiation, extremely uneven heat distribution does not occur in the joint, and thermal stress on the joint is suppressed. As a result, it is possible to avoid damage to the joint due to thermal stress, and further to damage to the semiconductor element.
【図１】図は、本発明に係るパワーデバイス用放熱素子
の構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of a heat radiating element for a power device according to the present invention.
【図２】図は、本発明に係るワーデバイス用放熱素子の
製造工程を示すフォローチャートである。FIG. 2 is a follow chart showing a manufacturing process of a heat radiating element for a power device according to the present invention.
【図３】図は、本発明に係るパワーデバイス用放熱素子
の他の構造を示す図である。FIG. 3 is a view showing another structure of the heat dissipation element for a power device according to the present invention.
【図４】図は、本発明に係るフィンを備えるパワーデバ
イス用放熱素子の第１の説明図である。FIG. 4 is a first explanatory view of a heat radiating element for a power device provided with a fin according to the present invention.
【図５】図は、本発明に係るフィンを備えるパワーデバ
イス用放熱素子の第２の説明図である。FIG. 5 is a second explanatory view of a heat radiating element for a power device including the fin according to the present invention.
【図６】図は，従来のパワーデバイス用放熱素子の構造
図である。FIG. 6 is a structural diagram of a conventional heat radiating element for a power device.
【図７】図は、従来のパワーデバイス用放熱素子の製造
工程を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a manufacturing process of a conventional heat radiating element for a power device.
１：放熱板 １ａ：突起部 ２：半導体素子（ソーラセル） ３：セラミック基板 ４：二次光学レンズ ５ａ：第１外部端子 ５ｂ：第２外部端子 ６：装着空間 1: Heatsink 1a: Projection 2: Semiconductor element (solar cell) 3: Ceramic substrate 4: Secondary optical lens 5a: First external terminal 5b: Second external terminal 6: Mounting space
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB01 BB05 BB21 BB23 BC06 BC12 BC33 BD01 BD03 BD11 5F051 JA20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F036 AA01 BA23 BB01 BB05 BB21 BB23 BC06 BC12 BC33 BD01 BD03 BD11 5F051 JA20
Claims (10)
ミック基板と、 前記セラミック基板の表面に接合される放熱板を備え、 前記放熱板は、前記パワーデバイスの熱破壊を防止する
熱容量を備えるパワーデバイス用放熱素子。1. A power supply device comprising: a ceramic substrate to which a power device is thermally coupled on a back surface; and a radiator plate bonded to a surface of the ceramic substrate, wherein the radiator plate has a heat capacity to prevent thermal destruction of the power device. Heat dissipation element for device.
子において、 前記セラミック基板の前記表面は、メタライズ部を備
え、 前記放熱板は、ろう材を介して前記表面のメタライズ部
に接合されるパワーデバイス用放熱素子。2. The heat radiating element for a power device according to claim 1, wherein the surface of the ceramic substrate has a metallized portion, and the heat radiating plate is joined to the metallized portion on the surface via a brazing material. Heat dissipation element for power devices.
子において、 前記放熱板は、化学反応により前記セラミック基板の前
記表面に密着されるパワーデバイス用放熱素子。3. The heat radiating element for a power device according to claim 1, wherein the heat radiating plate is brought into close contact with the surface of the ceramic substrate by a chemical reaction.
ーデバイス用放熱素子において、 前記放熱板は、複数のフィンを備えるパワーデバイス用
放熱素子。4. The heat radiating element for a power device according to claim 1, wherein said heat radiating plate includes a plurality of fins.
ーデバイス用放熱素子において、 前記放熱板は、前記セラミック基板の周面を覆う突起部
を備えるパワーデバイス用放熱素子。5. The heat radiating element for a power device according to claim 1, wherein the heat radiating plate includes a projection covering a peripheral surface of the ceramic substrate.
ーデバイス用放熱素子において、 前記セラミック基板の周面と前記突起部の間の空間に充
填される充填材を備えるパワーデバイス用放熱素子。6. The heat radiating element for a power device according to claim 1, further comprising a filler filling a space between a peripheral surface of the ceramic substrate and the protrusion. Heat dissipation element.
れ、 前記第１のろう材上に放熱板本体が配置され、 前記放熱板本体上に第２のろう材が配置され、 前記第２のろう材上にセラミック基板が配置され、 前記セラミック基板上に第３のろう材が配置され、 前記第３のろう材上に導体プレートが配置され、 加熱雰囲気中で前記第１乃至第３のろう材による接合が
一括処理されるパワーデバイス用放熱素子の接合方法。7. A first brazing material is disposed on the plurality of fins, a radiator body is disposed on the first brazing material, a second brazing material is disposed on the radiating plate body, A ceramic substrate is disposed on the second brazing material; a third brazing material is disposed on the ceramic substrate; a conductor plate is disposed on the third brazing material; 3. A method for bonding a heat radiating element for a power device, wherein the bonding by the brazing material is collectively performed.
子の接合方法において、 前記放熱板本体は、前記セラミック基板の周面を取り囲
む突起部を備えるパワーデバイス用放熱素子の接合方
法。8. The method for bonding a heat radiating element for a power device according to claim 7, wherein the heat radiating plate main body includes a projection surrounding a peripheral surface of the ceramic substrate.
う材が配置され、 前記第１のろう材上にセラミック基板が配置され、 前記セラミック基板上に第２のろう材が配置され、 前記第２のろう材上に導体プレートが配置され、 加熱雰囲気中で前記第１及び第２のろう材による接合が
一括処理されるパワーデバイス用放熱素子の接合方法。9. A first brazing material is disposed on a heat sink having a plurality of fins, a ceramic substrate is disposed on the first brazing material, and a second brazing material is disposed on the ceramic substrate. A method of joining a heat radiating element for a power device, wherein a conductor plate is disposed on the second brazing material, and the joining by the first and second brazing materials is collectively performed in a heating atmosphere.
素子の接合方法において、 前記放熱板は、前記セラミック基板の周面を取り囲む突
起部を備えるパワーデバイス用放熱素子の接合方法。10. The method for bonding a heat radiating element for a power device according to claim 9, wherein the heat radiating plate includes a projection surrounding a peripheral surface of the ceramic substrate.
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|---|---|---|---|
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