JP2002289995A - 金属基板およびその製造方法 - Google Patents
金属基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱性に優れた金属絶縁基板を実現するため
の金属基板と、そのような基板を作製する簡便な製造方
法を提供すること。 【解決手段】 金属絶縁基板を構成する金属基板が、金
属絶縁基板の上に実装される電子部品からの発熱を移動
させる伝熱媒体が充填された空間を有する。
の金属基板と、そのような基板を作製する簡便な製造方
法を提供すること。 【解決手段】 金属絶縁基板を構成する金属基板が、金
属絶縁基板の上に実装される電子部品からの発熱を移動
させる伝熱媒体が充填された空間を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大電流容量のパワ
ー半導体デバイスに適用する金属絶縁基板に関し、特
に、金属絶縁基板に用いる金属基板に関する。
ー半導体デバイスに適用する金属絶縁基板に関し、特
に、金属絶縁基板に用いる金属基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、大電流容量のパワー半導
体デバイスでは、回路基板に半導体素子、およびその他
の電子部品を実装した構成を有する。そして、このパワ
ー半導体デバイスの回路基板には、通常の絶縁基板に比
べて高い放熱性を示す金属絶縁基板が多用されている。
図１は、従来の代表的な金属絶縁基板の構造を示す側面
断面図である。図１に示すように、金属絶縁基板１は、
銅板またはアルミニウム板などの金属板１ａの上に絶縁
層１ｂ、および銅箔からなる回路パターン１ｃを積層す
ることにより形成される。なお、図中、符号２は銅箔パ
ターン１ｃの上に実装された半導体素子などの電子部品
である。
体デバイスでは、回路基板に半導体素子、およびその他
の電子部品を実装した構成を有する。そして、このパワ
ー半導体デバイスの回路基板には、通常の絶縁基板に比
べて高い放熱性を示す金属絶縁基板が多用されている。
図１は、従来の代表的な金属絶縁基板の構造を示す側面
断面図である。図１に示すように、金属絶縁基板１は、
銅板またはアルミニウム板などの金属板１ａの上に絶縁
層１ｂ、および銅箔からなる回路パターン１ｃを積層す
ることにより形成される。なお、図中、符号２は銅箔パ
ターン１ｃの上に実装された半導体素子などの電子部品
である。
【０００３】図１に示すように、電子部品２により発生
した熱は、その大半が電子部品２をマウントした配線パ
ターン１ｃに伝熱した後、さらに絶縁層１ｂ、金属板１
ａを伝熱経路として、金属板１ａに伝熱結合したヒート
シンクなどの放熱部材３に移動し放熱する。パワー半導
体デバイスの電流容量の増大に伴い、金属絶縁基板１に
は、より高い放熱性が要求されるようになっている。
した熱は、その大半が電子部品２をマウントした配線パ
ターン１ｃに伝熱した後、さらに絶縁層１ｂ、金属板１
ａを伝熱経路として、金属板１ａに伝熱結合したヒート
シンクなどの放熱部材３に移動し放熱する。パワー半導
体デバイスの電流容量の増大に伴い、金属絶縁基板１に
は、より高い放熱性が要求されるようになっている。
【０００４】しかし、従来までの金属絶縁基板を用いて
パワー半導体デバイスを構成すると、チップの発熱によ
り、チップを配置した部分の基板温度が他の部分に比べ
て極端に上昇してしまう。その結果、金属絶縁基板に大
きな熱歪みが発生し、パワーサイクルによってチップ下
のハンダ部分の破壊、剥離が生じる。また、金属絶縁基
板にチップを密に配置すると、お互いの発熱によりチッ
プ温度が上昇し、チップの保証温度範囲を超えてしまう
場合がある。そのため、電子部品を実装する基板の放熱
対策として、熱移動量を増大させるため、伝熱媒体を充
填させた伝熱経路を埋め込んだ金属板を、金属絶縁基板
に積層させた構造が従来から検討されている。
パワー半導体デバイスを構成すると、チップの発熱によ
り、チップを配置した部分の基板温度が他の部分に比べ
て極端に上昇してしまう。その結果、金属絶縁基板に大
きな熱歪みが発生し、パワーサイクルによってチップ下
のハンダ部分の破壊、剥離が生じる。また、金属絶縁基
板にチップを密に配置すると、お互いの発熱によりチッ
プ温度が上昇し、チップの保証温度範囲を超えてしまう
場合がある。そのため、電子部品を実装する基板の放熱
対策として、熱移動量を増大させるため、伝熱媒体を充
填させた伝熱経路を埋め込んだ金属板を、金属絶縁基板
に積層させた構造が従来から検討されている。
【０００５】例えば、特開平５−１２１８４６号公報、
特開平６−３４２９９２号公報では、プリント配線基板
と、伝熱媒体で充填された伝熱経路とを組み合わせた構
造を開示している。しかし、これらの構造は、いずれも
プリント回路基板を基にして、伝熱媒体で充填された伝
熱経路を有する金属板をプリント配線基板の絶縁層に埋
め込んであったり、伝熱媒体を封止した長穴を作製した
金属板をプリント配線基板で挟み込んだものである。そ
のため、これらの構造では、伝熱媒体を封止した長穴を
形成するための金属板やプリント配線板に接着するため
の接着剤層を介して伝熱するため、伝熱媒体を封止した
長穴までの熱伝導が悪く放熱性が低かった。また、伝熱
媒体を封止した長穴自身の厚さにより基板全体が厚くな
り、電子機器の薄膜化に対して問題があった。
特開平６−３４２９９２号公報では、プリント配線基板
と、伝熱媒体で充填された伝熱経路とを組み合わせた構
造を開示している。しかし、これらの構造は、いずれも
プリント回路基板を基にして、伝熱媒体で充填された伝
熱経路を有する金属板をプリント配線基板の絶縁層に埋
め込んであったり、伝熱媒体を封止した長穴を作製した
金属板をプリント配線基板で挟み込んだものである。そ
のため、これらの構造では、伝熱媒体を封止した長穴を
形成するための金属板やプリント配線板に接着するため
の接着剤層を介して伝熱するため、伝熱媒体を封止した
長穴までの熱伝導が悪く放熱性が低かった。また、伝熱
媒体を封止した長穴自身の厚さにより基板全体が厚くな
り、電子機器の薄膜化に対して問題があった。
【０００６】特開２０００−１３８４５号公報では、伝
熱媒体を封止した長穴内蔵プリント配線基板を開示して
いる。開示された長穴内蔵プリント配線基板は、多層か
らなるプリント配線基板の基板内層でグラウンドを構成
する金属層に伝熱媒体を封止した長穴を一体化して形成
した構造を有する。しかし、プリント配線基板が多層構
造であるため伝熱媒体を封止した長穴までの熱伝導が悪
く、また、伝熱媒体を封止した長穴の形成が困難であっ
た。
熱媒体を封止した長穴内蔵プリント配線基板を開示して
いる。開示された長穴内蔵プリント配線基板は、多層か
らなるプリント配線基板の基板内層でグラウンドを構成
する金属層に伝熱媒体を封止した長穴を一体化して形成
した構造を有する。しかし、プリント配線基板が多層構
造であるため伝熱媒体を封止した長穴までの熱伝導が悪
く、また、伝熱媒体を封止した長穴の形成が困難であっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の金属絶縁基板は、伝熱経路と金属基板とが別に構成さ
れるか、または多層構造として構成されるため、電子部
品からの熱伝導が悪く、放熱性が低いという解決すべき
課題がある。また、近年の半導体デバイスの小型化、特
に薄型化の要求により、基板のサイドに放熱部材を構成
する構造が求められている。そのため、熱歪みを少なく
する放熱性に優れた金属絶縁基板とともに、そのような
基板を作製する簡便な製造方法が求められている。
の金属絶縁基板は、伝熱経路と金属基板とが別に構成さ
れるか、または多層構造として構成されるため、電子部
品からの熱伝導が悪く、放熱性が低いという解決すべき
課題がある。また、近年の半導体デバイスの小型化、特
に薄型化の要求により、基板のサイドに放熱部材を構成
する構造が求められている。そのため、熱歪みを少なく
する放熱性に優れた金属絶縁基板とともに、そのような
基板を作製する簡便な製造方法が求められている。
【０００８】したがって、本発明の目的は、放熱性に優
れた金属絶縁基板、特に金属絶縁基板用の金属基板およ
びその製造方法を提供することである。
れた金属絶縁基板、特に金属絶縁基板用の金属基板およ
びその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述の課題
を解決するために鋭意検討を行った結果、金属の押し出
し成形によって得られた、内部に空間を有する金属板を
用いることにより放熱性に優れた新規な金属基板、さら
に金属絶縁基板を完成するに至った。すなわち、本発明
にもとづく金属基板は、金属基板と、該金属基板の上に
積層された絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性
材料からなる配線パターンとを少なくとも有し、その表
面に上記配線パターンにより機能する電子部品を搭載さ
せる金属絶縁基板用の金属基板に向けたものであり、該
金属基板が、上記電子部品の発熱を移動させる伝熱媒体
が充填された空間を有することを特徴とする。
を解決するために鋭意検討を行った結果、金属の押し出
し成形によって得られた、内部に空間を有する金属板を
用いることにより放熱性に優れた新規な金属基板、さら
に金属絶縁基板を完成するに至った。すなわち、本発明
にもとづく金属基板は、金属基板と、該金属基板の上に
積層された絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性
材料からなる配線パターンとを少なくとも有し、その表
面に上記配線パターンにより機能する電子部品を搭載さ
せる金属絶縁基板用の金属基板に向けたものであり、該
金属基板が、上記電子部品の発熱を移動させる伝熱媒体
が充填された空間を有することを特徴とする。
【００１０】ここで、上記伝熱媒体が充填された空間
が、上記金属基板の表面に平行な方向に延びる互いに独
立な複数の長穴から構成されていることが好ましい。
が、上記金属基板の表面に平行な方向に延びる互いに独
立な複数の長穴から構成されていることが好ましい。
【００１１】また、上記伝熱媒体が充填された空間が、
上記金属基板の表面に平行な方向に延びる連続した流路
であることが好ましい。
上記金属基板の表面に平行な方向に延びる連続した流路
であることが好ましい。
【００１２】また、上記金属基板には、空間中の伝熱媒
体により移動される熱を外部に放出するための放熱部材
が取り付けられていることが好ましい。
体により移動される熱を外部に放出するための放熱部材
が取り付けられていることが好ましい。
【００１３】また、上記伝熱媒体が充填された空間が、
上記放熱部材の内部にまで連通していることが好まし
い。
上記放熱部材の内部にまで連通していることが好まし
い。
【００１４】さらに、上記放熱部材が、上部に立ち上が
るように両端が折り曲げられた金属基板の側面部に取り
付けられていることが好ましい。
るように両端が折り曲げられた金属基板の側面部に取り
付けられていることが好ましい。
【００１５】本発明にもとづく金属絶縁基板用の金属基
板の製造方法は、金属基板と、該金属基板の上に積層さ
れた絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性材料か
らなる配線パターンとを少なくとも有し、その表面に形
成した配線パターンに接続される電子部品を搭載させる
とともに、該電子部品からの発熱を容易に移動させるこ
とのできる金属絶縁基板用の金属基板に向けた方法であ
り、金属の押し出し成形によって、押し出し方向に延在
する少なくとも１つの空間を有する金属基板を形成する
工程と、上記空間に伝熱媒体を充填する工程と、上記伝
熱媒体が充填された空間を密閉する工程とを有すること
を特徴とする。
板の製造方法は、金属基板と、該金属基板の上に積層さ
れた絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性材料か
らなる配線パターンとを少なくとも有し、その表面に形
成した配線パターンに接続される電子部品を搭載させる
とともに、該電子部品からの発熱を容易に移動させるこ
とのできる金属絶縁基板用の金属基板に向けた方法であ
り、金属の押し出し成形によって、押し出し方向に延在
する少なくとも１つの空間を有する金属基板を形成する
工程と、上記空間に伝熱媒体を充填する工程と、上記伝
熱媒体が充填された空間を密閉する工程とを有すること
を特徴とする。
【００１６】ここで、上記金属基板の内部に延在し、か
つ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空
間に対応する少なくとも１つのくぼみを有する封止部材
を用いて密閉することが好ましい。
つ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空
間に対応する少なくとも１つのくぼみを有する封止部材
を用いて密閉することが好ましい。
【００１７】また、上記金属基板の内部に延在し、かつ
伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間が複数であ
り、該複数の空間を、該空間同士を連通させる少なくと
も１つの流路を有する封止部材を用いて密閉することが
好ましい。
伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間が複数であ
り、該複数の空間を、該空間同士を連通させる少なくと
も１つの流路を有する封止部材を用いて密閉することが
好ましい。
【００１８】また、上記電子部品からの発熱を外部に逃
すための放熱部材を、上記金属基板の少なくとも一部に
固定する工程をさらに有することが好ましい。
すための放熱部材を、上記金属基板の少なくとも一部に
固定する工程をさらに有することが好ましい。
【００１９】また、上記放熱部材は、該放熱部材の内部
に延在し、かつ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの
空間を有することが好ましい。
に延在し、かつ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの
空間を有することが好ましい。
【００２０】さらに、上記金属基板の内部に延在し、か
つ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空
間と上記放熱部材の内部に延在する少なくとも１つの空
間とを連通させる流路を有する封止部材を用いて密閉す
ることが好ましい。
つ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空
間と上記放熱部材の内部に延在する少なくとも１つの空
間とを連通させる流路を有する封止部材を用いて密閉す
ることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
にもとづく金属絶縁基板用の金属基板について説明す
る。図２は、本発明にもとづく金属基板の構造を示す模
式的断面図である。図２に示すように、本発明にもとづ
く金属基板１０は、金属基板１０と、該金属基板１０の
上に積層された絶縁層２０と、該絶縁層２０の上に設け
られた導電性材料からなる配線パターン３０とを少なく
とも有し、その表面に前記配線パターン３０により機能
する電子部品４０を搭載させる金属絶縁基板用の金属基
板であって、金属基板１０が、前記電子部品４０の発熱
を移動させる伝熱媒体１１が充填された空間１２を有す
ることを特徴とする。このように金属基板１０に該基板
と一体化された空間１２が存在することによって、電子
部品４０からの発熱を効率的に放熱することが可能とな
る。
にもとづく金属絶縁基板用の金属基板について説明す
る。図２は、本発明にもとづく金属基板の構造を示す模
式的断面図である。図２に示すように、本発明にもとづ
く金属基板１０は、金属基板１０と、該金属基板１０の
上に積層された絶縁層２０と、該絶縁層２０の上に設け
られた導電性材料からなる配線パターン３０とを少なく
とも有し、その表面に前記配線パターン３０により機能
する電子部品４０を搭載させる金属絶縁基板用の金属基
板であって、金属基板１０が、前記電子部品４０の発熱
を移動させる伝熱媒体１１が充填された空間１２を有す
ることを特徴とする。このように金属基板１０に該基板
と一体化された空間１２が存在することによって、電子
部品４０からの発熱を効率的に放熱することが可能とな
る。
【００２２】金属基板１０の内部に形成され、伝熱媒体
１１が充填される空間１２は、特に限定されるものでは
ないが、放熱効率の見地から、金属基板１０の内部に広
範囲に広がり、かつ複数に区切られていることが好まし
い。例えば、金属基板１０の表面に対して平行方向に延
び、かつ並列される複数の長穴から空間１２を形成する
ことができる。本発明にもとづく金属基板に適当である
内部に空間を有する金属基板は、アルミニウム、銅など
の金属を押し出し成形することにより容易に得られる。
金属の押し出し成形によって金属基板の内部に形成され
る少なくとも１つの空間は、伝熱媒体によって充填さ
れ、封止部材によって密閉されることにより伝熱経路と
なる。
１１が充填される空間１２は、特に限定されるものでは
ないが、放熱効率の見地から、金属基板１０の内部に広
範囲に広がり、かつ複数に区切られていることが好まし
い。例えば、金属基板１０の表面に対して平行方向に延
び、かつ並列される複数の長穴から空間１２を形成する
ことができる。本発明にもとづく金属基板に適当である
内部に空間を有する金属基板は、アルミニウム、銅など
の金属を押し出し成形することにより容易に得られる。
金属の押し出し成形によって金属基板の内部に形成され
る少なくとも１つの空間は、伝熱媒体によって充填さ
れ、封止部材によって密閉されることにより伝熱経路と
なる。
【００２３】ところで、金属の押し出し成形によって金
属基板の内部に形成される少なくとも１つの空間は、押
し出し方向に対して平行に金属基板を貫通している。そ
のため、金属基板内を貫通する空間を密閉するために用
いる封止部材の形状を適宜変更することにより、様々な
伝熱経路を形成することが可能である。
属基板の内部に形成される少なくとも１つの空間は、押
し出し方向に対して平行に金属基板を貫通している。そ
のため、金属基板内を貫通する空間を密閉するために用
いる封止部材の形状を適宜変更することにより、様々な
伝熱経路を形成することが可能である。
【００２４】以下、図面を参照しながら、金属基板内に
形成される空間について例示する。
形成される空間について例示する。
【００２５】図３は、本発明にもとづく金属基板の一例
を示す平面図である。また、図４は図３のＡ−Ａ’断面
図、図５は図３のＢ−Ｂ’断面図である。これらの図か
ら分かるように、金属基板１０内に形成された空間１２
は、金属基板の表面に平行な方向に延びる互いに独立な
複数の長穴から構成されている。この独立な複数の長穴
は、金属基板を貫通する複数の空間と、該複数の空間に
１対１で対応するくぼみ１３ａが形成された封止部材１
３とによって構成されている。
を示す平面図である。また、図４は図３のＡ−Ａ’断面
図、図５は図３のＢ−Ｂ’断面図である。これらの図か
ら分かるように、金属基板１０内に形成された空間１２
は、金属基板の表面に平行な方向に延びる互いに独立な
複数の長穴から構成されている。この独立な複数の長穴
は、金属基板を貫通する複数の空間と、該複数の空間に
１対１で対応するくぼみ１３ａが形成された封止部材１
３とによって構成されている。
【００２６】図６は、本発明にもとづく金属基板の一例
を示す平面図である。また、図７は図６のＣ−Ｃ’断面
図、図８は図６のＤ−Ｄ’断面図、図９は図６のＥ−
Ｅ’断面図、図１０は図６のＦ−Ｆ’断面図、図１１は
図６のＧ−Ｇ’断面図である。これらの図から分かるよ
うに、金属基板１０の内部に形成された空間１２は、金
属基板１０の表面に平行な方向に延びる連続した流路か
ら構成されている。この連続した流路は、金属基板１０
を貫通する複数の空間と、該複数の空間のうち隣接する
空間同士を連通させる流路１４ａを有する封止部材１４
と、隣接する空間同士を連通させる流路１５ａおよびこ
の流路１５ａの端部に連通する穴１５ｂを有する封止部
材１５と、さらにそれぞれの穴１５ｂ同士を連通させる
流路１６ａを有する封止部材１６とから構成されてい
る。
を示す平面図である。また、図７は図６のＣ−Ｃ’断面
図、図８は図６のＤ−Ｄ’断面図、図９は図６のＥ−
Ｅ’断面図、図１０は図６のＦ−Ｆ’断面図、図１１は
図６のＧ−Ｇ’断面図である。これらの図から分かるよ
うに、金属基板１０の内部に形成された空間１２は、金
属基板１０の表面に平行な方向に延びる連続した流路か
ら構成されている。この連続した流路は、金属基板１０
を貫通する複数の空間と、該複数の空間のうち隣接する
空間同士を連通させる流路１４ａを有する封止部材１４
と、隣接する空間同士を連通させる流路１５ａおよびこ
の流路１５ａの端部に連通する穴１５ｂを有する封止部
材１５と、さらにそれぞれの穴１５ｂ同士を連通させる
流路１６ａを有する封止部材１６とから構成されてい
る。
【００２７】本発明にもとづく金属基板は、金属板の内
部に金属板と一体化された空間が存在するため優れた放
熱性を有するが、必要に応じて金属基板の少なくとも一
部に放熱部材を取り付けてもよい。放熱部材を取り付け
ることにより、金属基板内の空間に充填された伝熱媒体
によって移動される熱をさらに効率良く外部に放出する
ことが可能となる。放熱部材の一例として、複数のフィ
ンを有するヒートシンクが挙げられる。しかし、放熱部
材は、ヒートシンクに限定されるものではなく、外部に
熱を効率良く逃すことのできるいかなる部材であっても
よい。本発明の好ましい実施形態では、放熱部材は内部
に伝熱媒体が充填された空間を有する。このような放熱
部材内の空間は、金属基板内の空間と同様にして容易に
形成することができる。すなわち、放熱部材内の空間
は、放熱部材の材料を押し出し成形することにより放熱
部材内に貫通する少なくとも１つの空間を形成し、該空
間に伝熱媒体を充填させた後に封止部材によって密閉す
ることによって形成することができる。
部に金属板と一体化された空間が存在するため優れた放
熱性を有するが、必要に応じて金属基板の少なくとも一
部に放熱部材を取り付けてもよい。放熱部材を取り付け
ることにより、金属基板内の空間に充填された伝熱媒体
によって移動される熱をさらに効率良く外部に放出する
ことが可能となる。放熱部材の一例として、複数のフィ
ンを有するヒートシンクが挙げられる。しかし、放熱部
材は、ヒートシンクに限定されるものではなく、外部に
熱を効率良く逃すことのできるいかなる部材であっても
よい。本発明の好ましい実施形態では、放熱部材は内部
に伝熱媒体が充填された空間を有する。このような放熱
部材内の空間は、金属基板内の空間と同様にして容易に
形成することができる。すなわち、放熱部材内の空間
は、放熱部材の材料を押し出し成形することにより放熱
部材内に貫通する少なくとも１つの空間を形成し、該空
間に伝熱媒体を充填させた後に封止部材によって密閉す
ることによって形成することができる。
【００２８】本発明にもとづく金属基板の好ましい実施
形態では、金属基板内の空間は放熱部材の内部にまで連
通している。金属基板内の空間が放熱部材と連通するこ
とで、金属絶縁基板の上に搭載される電子部品からの発
熱は放熱部材まで良好に放熱され、金属絶縁基板の放熱
特性をより向上させることが可能となる。金属基板内の
空間と放熱部材内の空間とを連通させる流路を有する封
止部材を用いることにより、それぞれの空間を容易に連
通させることができる。このような実施形態について、
以下、図面を参照しながら例示する。
形態では、金属基板内の空間は放熱部材の内部にまで連
通している。金属基板内の空間が放熱部材と連通するこ
とで、金属絶縁基板の上に搭載される電子部品からの発
熱は放熱部材まで良好に放熱され、金属絶縁基板の放熱
特性をより向上させることが可能となる。金属基板内の
空間と放熱部材内の空間とを連通させる流路を有する封
止部材を用いることにより、それぞれの空間を容易に連
通させることができる。このような実施形態について、
以下、図面を参照しながら例示する。
【００２９】図１２は、金属基板の内部に形成される空
間が放熱部材にまで拡張された金属基板の一例を示す模
式的断面図である。図１２から分かるように、金属基板
１０を貫通する空間は、貫通する空間の一方に設けられ
た、空間に対応するくぼみを有する封止部材と、空間の
他方に設けられた、金属基板１０内の空間１２ａと放熱
部材５０内の空間１２ｂとを基板の下面で連通させる流
路を有する封止部材とによって連通され、かつ密閉され
ている。
間が放熱部材にまで拡張された金属基板の一例を示す模
式的断面図である。図１２から分かるように、金属基板
１０を貫通する空間は、貫通する空間の一方に設けられ
た、空間に対応するくぼみを有する封止部材と、空間の
他方に設けられた、金属基板１０内の空間１２ａと放熱
部材５０内の空間１２ｂとを基板の下面で連通させる流
路を有する封止部材とによって連通され、かつ密閉され
ている。
【００３０】図１３は、金属基板の内部に形成される空
間を放熱部材にまで拡張した金属基板の別の形態を例示
する斜視図である。図１４は図１３のＨ−Ｈ’断面図で
ある。図１４から明らかなように、金属基板１０を貫通
する空間は、この貫通する空間の両端に設けられた金属
基板内の空間１２ａと放熱部材５０内の空間１２ｂとを
側面で連通させる流路１７ａを有する封止部材１７によ
って連通され、かつ密閉されている。
間を放熱部材にまで拡張した金属基板の別の形態を例示
する斜視図である。図１４は図１３のＨ−Ｈ’断面図で
ある。図１４から明らかなように、金属基板１０を貫通
する空間は、この貫通する空間の両端に設けられた金属
基板内の空間１２ａと放熱部材５０内の空間１２ｂとを
側面で連通させる流路１７ａを有する封止部材１７によ
って連通され、かつ密閉されている。
【００３１】一般に、放熱部材は金属基板の背面に設け
られるが、本発明にもとづく金属基板は、金属基板内に
伝熱経路となる空間が広範囲にわたって形成されている
ため、放熱部材を基板の側面に設置しても良好な放熱を
達成することが可能となる。また、本発明にもとづく金
属基板は、金属板の内部に放熱媒体が充填された空間が
金属板と一体化されているため、金属板の内部に空間を
維持しながら容易に加工することも可能である。図１５
は、側面に放熱部材が設置された金属基板の一例を示す
模式的断面図である。図１５に示した金属基板１０は、
金属基板１０の両端が上部に向かって折り曲げられ、該
折り曲げ部分にそれぞれ放熱部材５０が設置されてい
る。このように金属基板を構成することにより、放熱部
材を金属基板の背面に設けた場合と比較してモジュール
全体の厚さを薄くすることが可能となる。また、図１５
から分かるように、折り曲げられた部分にも連続した空
間１２が形成されているため、良好な放熱を達成するこ
とが可能となる。したがって、本発明にもとづく金属基
板によれば、モジュール全体を薄型化できるだけでな
く、放熱部材５０への伝熱が良好に達成されるため放熱
特性をさらに向上させることが可能となる。
られるが、本発明にもとづく金属基板は、金属基板内に
伝熱経路となる空間が広範囲にわたって形成されている
ため、放熱部材を基板の側面に設置しても良好な放熱を
達成することが可能となる。また、本発明にもとづく金
属基板は、金属板の内部に放熱媒体が充填された空間が
金属板と一体化されているため、金属板の内部に空間を
維持しながら容易に加工することも可能である。図１５
は、側面に放熱部材が設置された金属基板の一例を示す
模式的断面図である。図１５に示した金属基板１０は、
金属基板１０の両端が上部に向かって折り曲げられ、該
折り曲げ部分にそれぞれ放熱部材５０が設置されてい
る。このように金属基板を構成することにより、放熱部
材を金属基板の背面に設けた場合と比較してモジュール
全体の厚さを薄くすることが可能となる。また、図１５
から分かるように、折り曲げられた部分にも連続した空
間１２が形成されているため、良好な放熱を達成するこ
とが可能となる。したがって、本発明にもとづく金属基
板によれば、モジュール全体を薄型化できるだけでな
く、放熱部材５０への伝熱が良好に達成されるため放熱
特性をさらに向上させることが可能となる。
【００３２】本発明にもとづく金属基板は、伝熱経路と
なる伝熱媒体が充填された空間が金属基板内に一体化さ
れていることを除き、当業界で公知の技術を用いて構成
することができる。本発明にもとづく金属基板を用いて
構成される金属絶縁基板の一例として図２を参照された
い。図２に示したように、本発明にもとづく金属基板１
０の上に、少なくとも絶縁層２０、配線パターン３０を
慣用の方法を用いて順次設けることにより放熱性に優れ
た金属絶縁基板を形成することが可能である。
なる伝熱媒体が充填された空間が金属基板内に一体化さ
れていることを除き、当業界で公知の技術を用いて構成
することができる。本発明にもとづく金属基板を用いて
構成される金属絶縁基板の一例として図２を参照された
い。図２に示したように、本発明にもとづく金属基板１
０の上に、少なくとも絶縁層２０、配線パターン３０を
慣用の方法を用いて順次設けることにより放熱性に優れ
た金属絶縁基板を形成することが可能である。
【００３３】金属基板の材料としては、特に限定される
ものではないが、加工性、伝熱性に優れたアルミニウム
または銅が好ましい。
ものではないが、加工性、伝熱性に優れたアルミニウム
または銅が好ましい。
【００３４】また、絶縁層の材料としては、特に限定さ
れるものではないが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂な
どの電気絶縁性の高分子樹脂が挙げられる。絶縁層の熱
伝導を向上させるために、電気絶縁性のセラミックスフ
ィラーなどを樹脂中に添加してもよい。フィラーは、特
に限定されるものではないが、アルミナ、窒化ホウ素、
窒化アルミニウム、またはそれらの混合物などが適当で
ある。本発明の好ましい実施形態では、エポキシ樹脂ま
たはポリイミド樹脂とセラミックスフィラーとを組み合
わせて絶縁層を形成する。そのことにより、電気絶縁
性、放熱特性をかねそろえた金属絶縁基板を達成するこ
とができる。さらに、配線パターンは、銅箔などの導電
性材料を用いて形成する。
れるものではないが、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂な
どの電気絶縁性の高分子樹脂が挙げられる。絶縁層の熱
伝導を向上させるために、電気絶縁性のセラミックスフ
ィラーなどを樹脂中に添加してもよい。フィラーは、特
に限定されるものではないが、アルミナ、窒化ホウ素、
窒化アルミニウム、またはそれらの混合物などが適当で
ある。本発明の好ましい実施形態では、エポキシ樹脂ま
たはポリイミド樹脂とセラミックスフィラーとを組み合
わせて絶縁層を形成する。そのことにより、電気絶縁
性、放熱特性をかねそろえた金属絶縁基板を達成するこ
とができる。さらに、配線パターンは、銅箔などの導電
性材料を用いて形成する。
【００３５】以上説明したように、本発明にもとづく金
属基板を用いて金属絶縁基板を構成することにより電子
部品からの発熱を良好に放熱することが可能となる。そ
の結果、熱による基板の歪み、および電子部品の温度上
昇を著しく改善することが可能となる。また、本発明に
もとづく金属基板を用いることで、モジュール全体の小
型化および薄型化を達成することが可能となる。
属基板を用いて金属絶縁基板を構成することにより電子
部品からの発熱を良好に放熱することが可能となる。そ
の結果、熱による基板の歪み、および電子部品の温度上
昇を著しく改善することが可能となる。また、本発明に
もとづく金属基板を用いることで、モジュール全体の小
型化および薄型化を達成することが可能となる。
【００３６】次に、本発明にもとづく金属絶縁基板用の
金属基板の製造方法について説明する。本発明にもとづ
く金属基板の製造方法は、金属基板と、該金属基板の上
に積層された絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電
性材料からなる配線パターンとを少なくとも有し、その
表面に形成した配線パターンに接続される電子部品を搭
載させるとともに、該電子部品からの発熱を容易に移動
させることのできる金属絶縁基板用の金属基板に向けた
ものであり、金属の押し出し成形によって、押し出し方
向に延在する少なくとも１つの空間を有する金属板を形
成する工程と、前記空間に伝熱媒体を充填する工程と、
前記伝熱媒体が充填された空間を密閉する工程とを有す
ることを特徴とする。
金属基板の製造方法について説明する。本発明にもとづ
く金属基板の製造方法は、金属基板と、該金属基板の上
に積層された絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電
性材料からなる配線パターンとを少なくとも有し、その
表面に形成した配線パターンに接続される電子部品を搭
載させるとともに、該電子部品からの発熱を容易に移動
させることのできる金属絶縁基板用の金属基板に向けた
ものであり、金属の押し出し成形によって、押し出し方
向に延在する少なくとも１つの空間を有する金属板を形
成する工程と、前記空間に伝熱媒体を充填する工程と、
前記伝熱媒体が充填された空間を密閉する工程とを有す
ることを特徴とする。
【００３７】先に説明したように、金属の押し出し成形
によって金属基板の内部に形成される少なくとも１つの
空間は、金属基板を基板表面に対して平行に貫通してい
る。そのため、貫通した空間の両端を密閉するために、
空間の封止部材を設ける必要がある。封止部材に、空間
に対応するくぼみ、または空間同士を連通させる流路を
設けることにより、金属基板内に伝熱経路となる様々な
空間を形成することができる。本発明の製造方法によっ
て作製された金属基板のいくつかの例として、先に説明
した図３、６を参照されたい。例えば、図３の金属基板
に用いられた封止部材１３は、金属基板を貫通する複数
の空間に１対１で対応するくぼみ（図中、参照符号１３
ａ）が形成されている。また、図６の金属基板に用いら
れた封止部材は、例えば、図８に示すように金属基板を
貫通する複数の空間のうち隣接する空間同士を連通させ
る流路１４ａが形成されている。このような封止部材を
適宜組み合わせることによって様々な伝熱経路となる密
閉空間を形成することが可能となる。
によって金属基板の内部に形成される少なくとも１つの
空間は、金属基板を基板表面に対して平行に貫通してい
る。そのため、貫通した空間の両端を密閉するために、
空間の封止部材を設ける必要がある。封止部材に、空間
に対応するくぼみ、または空間同士を連通させる流路を
設けることにより、金属基板内に伝熱経路となる様々な
空間を形成することができる。本発明の製造方法によっ
て作製された金属基板のいくつかの例として、先に説明
した図３、６を参照されたい。例えば、図３の金属基板
に用いられた封止部材１３は、金属基板を貫通する複数
の空間に１対１で対応するくぼみ（図中、参照符号１３
ａ）が形成されている。また、図６の金属基板に用いら
れた封止部材は、例えば、図８に示すように金属基板を
貫通する複数の空間のうち隣接する空間同士を連通させ
る流路１４ａが形成されている。このような封止部材を
適宜組み合わせることによって様々な伝熱経路となる密
閉空間を形成することが可能となる。
【００３８】本発明の製造方法によれば、既に説明した
ように内部に伝熱媒体が充填された少なくとも１つの空
間を有する放熱部材を金属基板の少なくとも一部に設
け、そのような放熱部材内の空間と、金属基板内の空間
とを連通させる流路を有する封止部材を用いることが好
ましい。かかる封止部材を用いて空間同士を連結、かつ
密閉することにより放熱性をさらに向上させた金属基板
を提供することが可能となる。金属基板内の空間と、放
熱部材内の空間とを連通、かつ密閉する封止部材を用い
て作製された金属基板の一例として図１２および図１４
を参照されたい。このような放熱部材５０の内部まで連
通する空間１２の形成について、以下、図１４を参照し
ながら簡単に説明する。先ず、放熱部材５０の上に、配
線を施した金属基板１０を積層し、ねじ止め（図示して
いない）して固定する。次いで減圧しながらそれぞれの
空間１２ａおよび１２ｂに伝熱媒体１１を注入し、さら
に、伝熱媒体１１が注入されたそれぞれの空間の端部に
連結流路１７ａを有する封止部材１７をはめてエポキシ
樹脂などの接着剤で固定する。
ように内部に伝熱媒体が充填された少なくとも１つの空
間を有する放熱部材を金属基板の少なくとも一部に設
け、そのような放熱部材内の空間と、金属基板内の空間
とを連通させる流路を有する封止部材を用いることが好
ましい。かかる封止部材を用いて空間同士を連結、かつ
密閉することにより放熱性をさらに向上させた金属基板
を提供することが可能となる。金属基板内の空間と、放
熱部材内の空間とを連通、かつ密閉する封止部材を用い
て作製された金属基板の一例として図１２および図１４
を参照されたい。このような放熱部材５０の内部まで連
通する空間１２の形成について、以下、図１４を参照し
ながら簡単に説明する。先ず、放熱部材５０の上に、配
線を施した金属基板１０を積層し、ねじ止め（図示して
いない）して固定する。次いで減圧しながらそれぞれの
空間１２ａおよび１２ｂに伝熱媒体１１を注入し、さら
に、伝熱媒体１１が注入されたそれぞれの空間の端部に
連結流路１７ａを有する封止部材１７をはめてエポキシ
樹脂などの接着剤で固定する。
【００３９】以上、押し出し成形によって形成された金
属基板内に延在する空間を密閉するために用いる封止部
材の形状を例示した。しかし、封止部材の形状は、封止
部材内部に金属基板内の空間に対応するくぼみ、または
空間同士を連通させる流路を有することを除き、特に限
定されるものではない。封止部材の材質としては、エポ
キシ樹脂、シリコーンなどの樹脂、またはゴム、金属な
どが挙げられる。しかし、これらに限定されるものでは
なく、気密性に優れた材質であればよい。
属基板内に延在する空間を密閉するために用いる封止部
材の形状を例示した。しかし、封止部材の形状は、封止
部材内部に金属基板内の空間に対応するくぼみ、または
空間同士を連通させる流路を有することを除き、特に限
定されるものではない。封止部材の材質としては、エポ
キシ樹脂、シリコーンなどの樹脂、またはゴム、金属な
どが挙げられる。しかし、これらに限定されるものでは
なく、気密性に優れた材質であればよい。
【００４０】本発明にもとづく金属基板内の熱伝達は、
金属基板の空間に充填された媒体の蒸発および凝縮によ
りなされる。したがって、ヒートパイプの技術分野で慣
用に使用されるいかなる媒体であってもよい。例えば、
住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）な
どのフッ素系不活性液体が挙げられるが、充填時の減圧
度を変えることでアルコールや水を適用することもでき
る。
金属基板の空間に充填された媒体の蒸発および凝縮によ
りなされる。したがって、ヒートパイプの技術分野で慣
用に使用されるいかなる媒体であってもよい。例えば、
住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）な
どのフッ素系不活性液体が挙げられるが、充填時の減圧
度を変えることでアルコールや水を適用することもでき
る。
【００４１】上述の方法にもとづいて作製された金属基
板を金属絶縁基板のベース基板として使用することによ
り、電子部品からの発熱を効率良く放出することができ
る。このような金属絶縁基板は、上述の方法によって製
造される金属基板の上に、絶縁層、配線パターンを当業
者に周知の技術を用いて順次設けることにより製造可能
である。以下、本発明にもとづく金属基板とあわせて金
属絶縁基板の製造方法について簡単に説明する。図１６
は金属絶縁基板の製造方法の一例を示すフローチャート
である。図１６に示したように、アルミニウムなどの金
属を押し出し成形することにより、内部に貫通した少な
くとも１つの空間を有する金属基板を形成する。次い
で、別工程において絶縁層となるプリプレグシートを製
造し、得られたプリプレグシートと、配線パターンとな
る銅箔とを金属基板の上に順次積層した後、加熱プレス
することにより絶縁層を硬化させる。次いで、銅箔をエ
ッチングすることにより配線パターンを形成する。次い
で、上述の加工を施した金属基板の内部に形成された少
なくとも１つの空間に伝熱媒体を充填した後、封止部材
によって空間を密閉する。この製造方法では、金属基板
を製造する途中で（空間を密閉する前に）金属基板に絶
縁層、配線パターンを設けたが、金属基板内の空間を密
閉した後に種々の加工を施すことも可能である。そのた
め、押し出し成形によって形成された空間に、確実に伝
熱媒体が充填され、さらに伝熱媒体が充填された空間を
確実に密閉できる範囲において、上述の製造方法を適宜
変更することが可能である。
板を金属絶縁基板のベース基板として使用することによ
り、電子部品からの発熱を効率良く放出することができ
る。このような金属絶縁基板は、上述の方法によって製
造される金属基板の上に、絶縁層、配線パターンを当業
者に周知の技術を用いて順次設けることにより製造可能
である。以下、本発明にもとづく金属基板とあわせて金
属絶縁基板の製造方法について簡単に説明する。図１６
は金属絶縁基板の製造方法の一例を示すフローチャート
である。図１６に示したように、アルミニウムなどの金
属を押し出し成形することにより、内部に貫通した少な
くとも１つの空間を有する金属基板を形成する。次い
で、別工程において絶縁層となるプリプレグシートを製
造し、得られたプリプレグシートと、配線パターンとな
る銅箔とを金属基板の上に順次積層した後、加熱プレス
することにより絶縁層を硬化させる。次いで、銅箔をエ
ッチングすることにより配線パターンを形成する。次い
で、上述の加工を施した金属基板の内部に形成された少
なくとも１つの空間に伝熱媒体を充填した後、封止部材
によって空間を密閉する。この製造方法では、金属基板
を製造する途中で（空間を密閉する前に）金属基板に絶
縁層、配線パターンを設けたが、金属基板内の空間を密
閉した後に種々の加工を施すことも可能である。そのた
め、押し出し成形によって形成された空間に、確実に伝
熱媒体が充填され、さらに伝熱媒体が充填された空間を
確実に密閉できる範囲において、上述の製造方法を適宜
変更することが可能である。
【００４２】以上説明したように、本発明にもとづく金
属基板の製造方法によれば、放熱特性に優れ、小型化お
よび薄型化を実現し得る金属基板を低コストで製造する
ことができる。
属基板の製造方法によれば、放熱特性に優れ、小型化お
よび薄型化を実現し得る金属基板を低コストで製造する
ことができる。
【００４３】以下、本発明にもとづく金属基板およびそ
の製造方法について、実施例により詳細に述べるが、こ
れらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言う
までもない。
の製造方法について、実施例により詳細に述べるが、こ
れらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を
逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言う
までもない。
【００４４】（実施例１）本実施例は、図３に示した金
属基板の実施態様に関する。
属基板の実施態様に関する。
【００４５】まず、所定量のエポキシ樹脂と、酸化ケイ
素フィラーと、溶剤とをそれぞれ秤量し、混練機で混合
した。次に、得られた混合物をドクターブレード法によ
りシート状に成形し、乾燥させることにより、絶縁層と
なる厚さ１８０μｍのプリプレグシートを作製した。
素フィラーと、溶剤とをそれぞれ秤量し、混練機で混合
した。次に、得られた混合物をドクターブレード法によ
りシート状に成形し、乾燥させることにより、絶縁層と
なる厚さ１８０μｍのプリプレグシートを作製した。
【００４６】別の工程で、アルミニウムを押し出し成形
することにより、内部にφ１ｍｍの空間を有する、外形
１００×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板を作製
した。次いで、得られたアルミニウム基板にアルマイト
処理を施し、アルミニウム表面を粗化させた。
することにより、内部にφ１ｍｍの空間を有する、外形
１００×８０ｍｍ、厚さ２ｍｍのアルミニウム板を作製
した。次いで、得られたアルミニウム基板にアルマイト
処理を施し、アルミニウム表面を粗化させた。
【００４７】上述のようにして得られたアルミニウム基
板の上に、先に作製したプリプレグシート、さらに市販
の３５μｍ厚さの片面電解銅箔を順次積層し、加熱プレ
ス成形を行った。加熱プレス成形機を用い、加圧力４Ｍ
Ｐａ、温度１８０℃で３０分保持し、絶縁層を硬化させ
た。硬化後の絶縁層の厚さは１５０μｍであった。次い
で絶縁層の上に設けられた銅箔を所定のパターンにエッ
チングすることにより配線パターンを形成した。なお、
封止部材は、エポキシ樹脂を成形金型に流し込んだ後に
硬化させることにより作製した。
板の上に、先に作製したプリプレグシート、さらに市販
の３５μｍ厚さの片面電解銅箔を順次積層し、加熱プレ
ス成形を行った。加熱プレス成形機を用い、加圧力４Ｍ
Ｐａ、温度１８０℃で３０分保持し、絶縁層を硬化させ
た。硬化後の絶縁層の厚さは１５０μｍであった。次い
で絶縁層の上に設けられた銅箔を所定のパターンにエッ
チングすることにより配線パターンを形成した。なお、
封止部材は、エポキシ樹脂を成形金型に流し込んだ後に
硬化させることにより作製した。
【００４８】最後に、減圧しながら空間に伝熱媒体とし
て住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）
を注入し、さらに空間の端部に図３中、参照符号１３で
示される形状のエポキシ製の封止部材を接着剤で固定す
ることにより、金属基板内に伝熱経路となる伝熱媒体が
充填された空間を形成した。
て住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）
を注入し、さらに空間の端部に図３中、参照符号１３で
示される形状のエポキシ製の封止部材を接着剤で固定す
ることにより、金属基板内に伝熱経路となる伝熱媒体が
充填された空間を形成した。
【００４９】上述のようにして得られた金属絶縁基板の
放熱性を評価するために、図１７に示すように半導体素
子を実装した。図１７に示すように、金属絶縁基板の中
心に１ｍｍ厚さの銅からなるヒートスプレッタ６０をハ
ンダ付けし、その上に半導体素子４０としてダイオード
チップを６個並べてハンダ付けした。さらに、金属絶縁
基板の背面（すなわち、アルミニウム基板の下面）に、
高さ１５０ｍｍのアルミニウム製ヒートシンクを取り付
けて、簡易モジュールを作製した。作製されたモジュー
ルの概略を図１８に示す。次いで、実際に半導体素子に
１０００回繰り返し電圧を印加するパワーサイクル試験
を行い、ハンダ部の破壊、剥離、基板の破壊などを確認
した。また、半導体素子に電圧を印加し、基板の温度分
布を熱電対で測定した。測定箇所は、図１７のように基
板中心のＡ、素子脇のヒートスプレッダ上のＢ、基板中
心Ａから２０ｍｍ離れた所のＣ、同様に４０ｍｍ離れた
所のＤ、３０ｍｍずれて２０ｍｍ離れた所のＥ、３０ｍ
ｍずれて４０ｍｍ離れた所のＦである。試験結果を表１
に示す。
放熱性を評価するために、図１７に示すように半導体素
子を実装した。図１７に示すように、金属絶縁基板の中
心に１ｍｍ厚さの銅からなるヒートスプレッタ６０をハ
ンダ付けし、その上に半導体素子４０としてダイオード
チップを６個並べてハンダ付けした。さらに、金属絶縁
基板の背面（すなわち、アルミニウム基板の下面）に、
高さ１５０ｍｍのアルミニウム製ヒートシンクを取り付
けて、簡易モジュールを作製した。作製されたモジュー
ルの概略を図１８に示す。次いで、実際に半導体素子に
１０００回繰り返し電圧を印加するパワーサイクル試験
を行い、ハンダ部の破壊、剥離、基板の破壊などを確認
した。また、半導体素子に電圧を印加し、基板の温度分
布を熱電対で測定した。測定箇所は、図１７のように基
板中心のＡ、素子脇のヒートスプレッダ上のＢ、基板中
心Ａから２０ｍｍ離れた所のＣ、同様に４０ｍｍ離れた
所のＤ、３０ｍｍずれて２０ｍｍ離れた所のＥ、３０ｍ
ｍずれて４０ｍｍ離れた所のＦである。試験結果を表１
に示す。
【００５０】（実施例２）本実施例は、図６に示される
金属基板の実施態様に関する。
金属基板の実施態様に関する。
【００５１】伝熱媒体が充填される空間を密閉するため
に用いる封止部材の形状が異なること以外は、実施例１
と同様の手順で金属絶縁基板を作製した。すなわち、押
し出し成形によってアルミニウム基板内部に形成され、
住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）が
注入される空間の端部に、図８、９および１０に示した
形状を有するエポキシ製の封止部材を設けてエポキシ系
接着剤で固定した。
に用いる封止部材の形状が異なること以外は、実施例１
と同様の手順で金属絶縁基板を作製した。すなわち、押
し出し成形によってアルミニウム基板内部に形成され、
住友スリーエム株式会社製のフロリナート（商品名）が
注入される空間の端部に、図８、９および１０に示した
形状を有するエポキシ製の封止部材を設けてエポキシ系
接着剤で固定した。
【００５２】上述のようにして得られた金属絶縁基板の
放熱性を評価するために、実施例１と同様にして簡易モ
ジュールを作製してパワーサイクル試験を行った。試験
結果を表１に示す。
放熱性を評価するために、実施例１と同様にして簡易モ
ジュールを作製してパワーサイクル試験を行った。試験
結果を表１に示す。
【００５３】（比較例１）通常の金属基板の作製方法に
より、基板内に伝熱媒体が充填された空間を持たない通
常のアルミニウム基板を作製した。得られたアルミニウ
ム基板の上に、実施例１と同様に絶縁層と、配線パター
ンとを形成し、通常の金属絶縁基板を作製した。
より、基板内に伝熱媒体が充填された空間を持たない通
常のアルミニウム基板を作製した。得られたアルミニウ
ム基板の上に、実施例１と同様に絶縁層と、配線パター
ンとを形成し、通常の金属絶縁基板を作製した。
【００５４】上述のようにして得られた金属絶縁基板の
放熱性を評価するために、実施例１と同様にして簡易モ
ジュールを作製してパワーサイクル試験を行った。試験
結果を表１に示す。
放熱性を評価するために、実施例１と同様にして簡易モ
ジュールを作製してパワーサイクル試験を行った。試験
結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】※１）パワーサイクル試験は、電圧印加３
分、印加なし３分を1000回繰り返して実施した。 ※２）各温度は、周囲温度25℃で熱電対による実測値で
あり、電圧印加の10分後に測定したものである。
分、印加なし３分を1000回繰り返して実施した。 ※２）各温度は、周囲温度25℃で熱電対による実測値で
あり、電圧印加の10分後に測定したものである。
【００５７】表１から明らかなように、実施例１および
２で作製された内部に伝熱媒体が充填された空間を有す
る金属基板を用いて構成された簡易モジュールは、比較
例１で作製された通常の金属基板を用いたモジュールと
比較して、熱の広がりが大きいことが分かる。実施例１
のモジュールでは、半導体素子付近であるＢ地点（図１
７を参照）の局所的な温度の上昇が著しく抑えられてい
る。これにより、半導体素子の加熱を防ぐことができ
る。実施例２のモジュールでは、ＥおよびＦ地点でも大
きな温度の上昇が見られ、２次元的な熱の広がりが増し
たことが分かる。このように、基板内に形成される空間
を図６に示されるような流路とすることにより半導体素
子付近のＢ地点の局所的な温度の上昇をさらに抑えるこ
とができた。
２で作製された内部に伝熱媒体が充填された空間を有す
る金属基板を用いて構成された簡易モジュールは、比較
例１で作製された通常の金属基板を用いたモジュールと
比較して、熱の広がりが大きいことが分かる。実施例１
のモジュールでは、半導体素子付近であるＢ地点（図１
７を参照）の局所的な温度の上昇が著しく抑えられてい
る。これにより、半導体素子の加熱を防ぐことができ
る。実施例２のモジュールでは、ＥおよびＦ地点でも大
きな温度の上昇が見られ、２次元的な熱の広がりが増し
たことが分かる。このように、基板内に形成される空間
を図６に示されるような流路とすることにより半導体素
子付近のＢ地点の局所的な温度の上昇をさらに抑えるこ
とができた。
【００５８】（実施例３）本実施例は、金属基板内の空
間が放熱部材の内部まで連通する実施態様に関する。
間が放熱部材の内部まで連通する実施態様に関する。
【００５９】最初に、アルミニウムの押し出し成形によ
り内部に空間を有するヒートシンクを作製した。このヒ
ートシンク上に、銅箔のエッチングまで実施例１と同様
にして加工を施すことにより得られた金属絶縁基板を積
層し、ねじ止めして固定した。次いで、減圧しながらそ
れぞれの空間内に住友スリーエム株式会社製のフロリナ
ート（商品名）を注入した後、ヒートシンクと金属絶縁
基板の端部に、それぞれの空間同士を連通する流路を有
する図１４中、参照符号１７で示されるようなエポキシ
製封止部材をはめてエポキシ系接着剤で固定した。な
お、封止部材は、エポキシ樹脂を成形金型に流し込んだ
後に硬化することによって作製した。
り内部に空間を有するヒートシンクを作製した。このヒ
ートシンク上に、銅箔のエッチングまで実施例１と同様
にして加工を施すことにより得られた金属絶縁基板を積
層し、ねじ止めして固定した。次いで、減圧しながらそ
れぞれの空間内に住友スリーエム株式会社製のフロリナ
ート（商品名）を注入した後、ヒートシンクと金属絶縁
基板の端部に、それぞれの空間同士を連通する流路を有
する図１４中、参照符号１７で示されるようなエポキシ
製封止部材をはめてエポキシ系接着剤で固定した。な
お、封止部材は、エポキシ樹脂を成形金型に流し込んだ
後に硬化することによって作製した。
【００６０】このようにして得られたヒートシンクの内
部まで空間が広がる金属絶縁基板の上に、実施例１と同
様にして６個の半導体素子の実装を行うことにより簡易
モジュールを作製した（図１４を参照）。半導体素子の
配列は、図１７を参照されたい。このモジュールについ
て実施例１と同様にしてパワーサイクル試験を行った。
試験結果を表２に示す。
部まで空間が広がる金属絶縁基板の上に、実施例１と同
様にして６個の半導体素子の実装を行うことにより簡易
モジュールを作製した（図１４を参照）。半導体素子の
配列は、図１７を参照されたい。このモジュールについ
て実施例１と同様にしてパワーサイクル試験を行った。
試験結果を表２に示す。
【００６１】（実施例４）本実施例は、本発明にもどつ
く金属基板を用いて構成される基板側面にヒートシンク
を備えた金属絶縁基板に関する。
く金属基板を用いて構成される基板側面にヒートシンク
を備えた金属絶縁基板に関する。
【００６２】実施例１と同様にして伝熱媒体が充填され
た空間を基板内に有する金属基板を形成した。その際、
金属基板は、基板の端部を折り曲げることを考慮して通
常の大きさよりも長めに作製した。次に、この折り曲げ
分を考慮して作製した金属絶縁基板の上に、実施例１と
同様にして６個の半導体素子を実装した。半導体素子の
配列は図１７を参照されたい。次いで、金属絶縁基板の
両端部を上部方向に９０°に折り曲げ、折り曲げた部分
にヒートシンクをねじ止めで固定した。このようにし
て、金属基板の両サイドにヒートシンクを設けた簡易モ
ジュールを作製した（図１５を参照）。このモジュール
について実施例１と同様にしてパワーサイクル試験を行
った。試験結果を表２に示す。
た空間を基板内に有する金属基板を形成した。その際、
金属基板は、基板の端部を折り曲げることを考慮して通
常の大きさよりも長めに作製した。次に、この折り曲げ
分を考慮して作製した金属絶縁基板の上に、実施例１と
同様にして６個の半導体素子を実装した。半導体素子の
配列は図１７を参照されたい。次いで、金属絶縁基板の
両端部を上部方向に９０°に折り曲げ、折り曲げた部分
にヒートシンクをねじ止めで固定した。このようにし
て、金属基板の両サイドにヒートシンクを設けた簡易モ
ジュールを作製した（図１５を参照）。このモジュール
について実施例１と同様にしてパワーサイクル試験を行
った。試験結果を表２に示す。
【００６３】
【表２】
【００６４】※１）パワーサイクル試験は、電圧印加３
分、印加なし３分を1000回繰り返して実施した。 ※２）各温度は、周囲温度25℃で熱電対による実測値で
あり、電圧印加の10分後に測定したものである。
分、印加なし３分を1000回繰り返して実施した。 ※２）各温度は、周囲温度25℃で熱電対による実測値で
あり、電圧印加の10分後に測定したものである。
【００６５】表２から分かるように、実施例３および４
で作製されたモジュールは、いずれもパワーサイクル試
験によってハンダ部や基板に破壊を生じることはなかっ
た。なお、表２には、参考として実施例１で先に示した
簡易モジュールの試験結果もあわせて示してある。
で作製されたモジュールは、いずれもパワーサイクル試
験によってハンダ部や基板に破壊を生じることはなかっ
た。なお、表２には、参考として実施例１で先に示した
簡易モジュールの試験結果もあわせて示してある。
【００６６】実施例１で作製されたモジュールのＢ地点
（図１７を参照）の温度は１１８℃であるのに対し、実
施例４で作製されたモジュールのＢ地点の温度は９８℃
であり、２０℃低くなった。このことから、金属基板の
空間をヒートシンクの内部まで連通させることによっ
て、放熱性をさらに改善できることが分かった。
（図１７を参照）の温度は１１８℃であるのに対し、実
施例４で作製されたモジュールのＢ地点の温度は９８℃
であり、２０℃低くなった。このことから、金属基板の
空間をヒートシンクの内部まで連通させることによっ
て、放熱性をさらに改善できることが分かった。
【００６７】金属基板の両端を折り曲げ、その両サイド
にヒートシンクを設けて構成した実施例４で作製された
モジュールのＢ地点の温度は１１６℃であった。このこ
とから、放熱部材を金属基板の側面に設けた場合であっ
ても金属基板の背面にヒートシンクを固定した実施例１
のモジュールに匹敵する放熱特性を達成可能なことが分
かった。また、実施例１および４のモジュールの厚さは
１６０ｍｍであるのに対し、実施例４のモジュールの厚
さは４０ｍｍであり、格段に薄い。このように背面にヒ
ートシンクを有するモジュールとほぼ同じ放熱性能を持
つモジュールを１／４の厚さで作製することができた。
にヒートシンクを設けて構成した実施例４で作製された
モジュールのＢ地点の温度は１１６℃であった。このこ
とから、放熱部材を金属基板の側面に設けた場合であっ
ても金属基板の背面にヒートシンクを固定した実施例１
のモジュールに匹敵する放熱特性を達成可能なことが分
かった。また、実施例１および４のモジュールの厚さは
１６０ｍｍであるのに対し、実施例４のモジュールの厚
さは４０ｍｍであり、格段に薄い。このように背面にヒ
ートシンクを有するモジュールとほぼ同じ放熱性能を持
つモジュールを１／４の厚さで作製することができた。
【００６８】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明にもとづく
金属基板を用いて金属絶縁基板を構成することによっ
て、従来の金属絶縁基板と比べて放熱性に優れ、熱によ
る歪みが小さく、さらにチップ温度の上昇を抑えること
が可能となる。また、本発明にもとづく金属基板の製造
方法によれば、伝熱経路となる金属基板内の空間は、押
し出し成形によって基板と一体化して容易に製造するこ
とができる。そのため、製造コストの面でも十分に実用
に供し得る金属基板を提供することが可能となる。
金属基板を用いて金属絶縁基板を構成することによっ
て、従来の金属絶縁基板と比べて放熱性に優れ、熱によ
る歪みが小さく、さらにチップ温度の上昇を抑えること
が可能となる。また、本発明にもとづく金属基板の製造
方法によれば、伝熱経路となる金属基板内の空間は、押
し出し成形によって基板と一体化して容易に製造するこ
とができる。そのため、製造コストの面でも十分に実用
に供し得る金属基板を提供することが可能となる。
【図１】従来の金属絶縁基板の構造を示す側面断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明にもとづく金属基板を用いて構成される
金属絶縁基板を模式的に示す側面断面図である。
金属絶縁基板を模式的に示す側面断面図である。
【図３】本発明にもとづく金属基板の一例を示す平面図
である。
である。
【図４】図３のＡ−Ａ’線断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図６】本発明にもとづく金属基板の一例を示す平面図
である。
である。
【図７】図６のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図８】図６のＤ−Ｄ’線断面図である。
【図９】図６のＥ−Ｅ’線断面図である。
【図１０】図６のＦ−Ｆ’線断面図である。
【図１１】図６のＧ−Ｇ’線断面図である。
【図１２】本発明にもとづく金属基板を用いて構成され
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
【図１３】本発明にもとづく金属基板を用いて構成され
るモジュールの一例を示す斜視図である。
るモジュールの一例を示す斜視図である。
【図１４】図１３のＨ−Ｈ’線断面図である。
【図１５】本発明にもとづく金属基板を用いて構成され
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
【図１６】本発明にもとづく金属基板の製造方法の一例
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図１７】パワーサイクル試験に用いるモジュールにお
ける半導体素子の配置と温度測定地点を示す模式図であ
る。
ける半導体素子の配置と温度測定地点を示す模式図であ
る。
【図１８】本発明にもとづく金属基板を用いて構成され
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
るモジュールの一例を示す側面断面図である。
１０ 金属基板 １１ 伝熱媒体 １２ 金属基板内に形成される空間 １３、１４、１５、１６、１７ 封止部材 １３ａ 封止部材内に形成されたくぼみ １４ａ、１５ａ、１６ａ 連通流路 １５ｂ 連通穴 ２０ 絶縁層 ３０ 配線パターン ４０ 電子部品 ５０ 放熱部材 ６０ ヒートスプレッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｃ 23/46 Ｂ (72)発明者 澤野 理一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E315 AA03 BB03 BB14 CC16 DD19 GG01 5E322 AA01 AA07 AB06 EA11 FA01 5E338 AA16 AA18 BB71 CC01 CD11 EE02 5F036 AA01 BA01 BA24 BD01
Claims (12)
- 【請求項１】 金属基板と、該金属基板の上に積層され
た絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性材料から
なる配線パターンとを少なくとも有し、その表面に前記
配線パターンにより機能する電子部品を搭載させる金属
絶縁基板用の金属基板であって、該金属基板が、前記電
子部品の発熱を移動させる伝熱媒体が充填された空間を
有することを特徴とする金属基板。 - 【請求項２】 前記伝熱媒体が充填された空間が、前記
金属基板の表面に平行な方向に延びる互いに独立な複数
の長穴から構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の金属基板。 - 【請求項３】 前記伝熱媒体が充填された空間が、前記
金属基板の表面に平行な方向に延びる連続した流路であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の金属基
板。 - 【請求項４】 前記金属基板には、空間中の伝熱媒体に
より移動される熱を外部に放出するための放熱部材が取
り付けられていることを特徴とする請求項１から３のい
ずれかに記載の金属基板。 - 【請求項５】 前記伝熱媒体が充填された空間が、前記
放熱部材の内部にまで連通していることを特徴とする請
求項４に記載の金属基板。 - 【請求項６】 前記放熱部材が、上部に立ち上がるよう
に両端が折り曲げられた金属基板の側面部に取り付けら
れていることを特徴とする請求項４または５に記載の金
属基板。 - 【請求項７】 金属基板と、該金属基板の上に積層され
た絶縁層と、該絶縁層の上に設けられた導電性材料から
なる配線パターンとを少なくとも有し、その表面に形成
した配線パターンに接続される電子部品を搭載させると
ともに、該電子部品からの発熱を容易に移動させること
のできる金属絶縁基板用の金属基板の製造方法であっ
て、 金属の押し出し成形によって、押し出し方向に延在する
少なくとも１つの空間を有する金属基板を形成する工程
と、 前記空間に伝熱媒体を充填する工程と、 前記伝熱媒体が充填された空間を密閉する工程とを有す
ることを特徴とする金属基板の製造方法。 - 【請求項８】 前記金属基板の内部に延在し、かつ伝熱
媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空間に対
応する少なくとも１つのくぼみを有する封止部材を用い
て密閉することを特徴とする請求項７に記載の金属基板
の製造方法。 - 【請求項９】 前記金属基板の内部に延在し、かつ伝熱
媒体が充填される少なくとも１つの空間が複数であり、
該複数の空間を、該空間同士を連通させる少なくとも１
つの流路を有する封止部材を用いて密閉することを特徴
とする請求項７または８に記載の金属基板の製造方法。 - 【請求項１０】 前記電子部品からの発熱を外部に逃す
ための放熱部材を、前記金属基板の少なくとも一部に固
定する工程をさらに有することを特徴とする請求項７か
ら９のいずれかに記載の金属基板の製造方法。 - 【請求項１１】 前記放熱部材は、該放熱部材の内部に
延在し、かつ伝熱媒体が充填される少なくとも１つの空
間を有することを特徴とする請求項１０に記載の金属基
板の製造方法。 - 【請求項１２】 前記金属基板の内部に延在し、かつ伝
熱媒体が充填される少なくとも１つの空間を、該空間と
前記放熱部材の内部に延在する少なくとも１つの空間と
を連通させる流路を有する封止部材を用いて密閉するこ
とを特徴とする請求項１１に記載の金属基板の製造方
法。
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