JP2004064050A - モジュール構造体とそれに好適な回路基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化、小スペース化、さらには、高い放熱性を実現するために好適なモジュール構造体を提供する。
【解決手段】表面に回路を有し裏面に金属板を有する回路基板と、前記金属板に相対して設けられる放熱部材とからなるモジュール構造体であって、前記回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが閉空間を形成し、前記回路基板の電子部品が搭載される回路部分の回路基板裏面又は裏面上の金属板が前記閉空間に曝されるように配置され、更に、放熱部材自体及び／又は放熱部材と回路基板との接合部に形成された、前記閉空間に通じる流体出入口を設けているモジュール構造体。
【選択図】 図２
【解決手段】表面に回路を有し裏面に金属板を有する回路基板と、前記金属板に相対して設けられる放熱部材とからなるモジュール構造体であって、前記回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが閉空間を形成し、前記回路基板の電子部品が搭載される回路部分の回路基板裏面又は裏面上の金属板が前記閉空間に曝されるように配置され、更に、放熱部材自体及び／又は放熱部材と回路基板との接合部に形成された、前記閉空間に通じる流体出入口を設けているモジュール構造体。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱性電子部品を搭載したモジュールに関し、ことに発熱性電子部品の冷却効率を向上させたモジュール構造体とそれに好適な金属ベース回路基板及びセラミックス回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高発熱性電子部品を実装する回路基板として、金属板上に無機フィラ−を充填したエポキシ樹脂等からなる絶縁層を設け、該絶縁層上に回路を設けた金属ベース回路基板や窒化アルミニウムからなるセラミック板に回路を設け、他の面に金属板を設けたセラミックス回路基板が用いられている。
【０００３】
これらの回路基板に、半導体素子等の電子部品を実装し、電源や信号を伝送するための電極などを組み合わせてモジュールとして構成し、放熱部材と共に、電子機器や電力制御機器などに用いられている。
【０００４】
一方、車載用電子機器や電力制御機器について、その小型化、省スペ−ス化と共に、電子機器をエンジンル−ム内に設置することも要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、放熱性に優れるモジュールが必要とされる。このような用途に対して、放熱性に優れる前記金属ベ−ス回路基板やセラミックス回路基板が注目されている。
【０００５】
これらの回路基板の回路には各種の電子部品が半田や導電樹脂などを介して接合されている。さらに、セラミック回路基板の場合は、半田を介して、銅などの金属、又は、それらを含む各種合金、又は、各種金属とセラミックスで構成される金属基複合体などからなるベース板と接合される場合が多い。金属ベ−ス回路基板はベース板を含んでいる。これらに、電極などを組み合わせてモジュールを構成し、放熱フィンなどの放熱部材との密着性をあげるため、グリースを介して接合し、使用されている。
【０００６】
セラミックス回路基板とベース板は、広い範囲をはんだ接合するため、各部材の熱膨張差からくるひずみを受け易く、実使用下における温度上昇／温度下降の繰り返しを受けて、この部分の半田にクラックが発生することがあり、その結果、熱の伝導経路が遮断され、高発熱性電子部品の放熱が充分に行われずに、電子部品の温度上昇が起こり、熱的劣化が生じ、機能が停止してしまう、或いは電気的信頼性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、車載用電子機器や電力制御機器の小型化、省スペ−ス化を進めていくと、発熱密度が高くなり、より高い放熱性が求められるようになるため、小型化、小スペース化、高い放熱性を実現するためのモジュール構造体や回路基板等が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化、小スペース化、さらには、高い放熱性を実現するために好適なモジュール構造体並びにそれに好適な金属ベース回路基板並びにセラミックス回路基板を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、いろいろなモジュールについて、回路基板の構成、放熱面の構造、冷却方法について、さらに、各構成部材や組み上げ工程などのばらつき要因などについて検討した。更に、前記結果をもとに、各種構成についての有限要素法を用いた熱解析をも実施した。熱解析結果、並びにいろいろな実験結果とを総合した結果、放熱性の高いモジュール構造体を見出し、本発明に至ったものである。
【００１０】
さらに、本発明者はいろいろなモジュール構造体について実験的に検討し、特に、モジュール構造体の構成や冷却条件を種々変更し、モジュール構造体の回路上に接合したトランジスタの温度上昇を測定することで、トランジスタの温度上昇の小さいモジュール構造体を得て、本発明に至ったものである。
【００１１】
即ち、本発明は、表面に電子部品を搭載する回路を有し、裏面に金属板を有する回路基板と、前記金属板に相対して設けられ、前記電子部品からの熱を放散するための放熱部材とからなるモジュール構造体であって、前記回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが閉空間を形成し、前記回路基板の電子部品が搭載される回路部分の回路基板裏面又は裏面上の金属板が前記閉空間に曝されるように配置され、更に、放熱部材自体及び／又は放熱部材と回路基板との接合部に形成された、前記閉空間に通じる流体出入口を設けていることを特徴とするモジュール構造体である。
【００１２】
また、本発明は、電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする前記のモジュール構造体である。
【００１３】
さらに、本発明は、回路基板が、金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板であることを特徴とする前記のモジュール構造体である。
【００１４】
さらに、また、本発明は、回路基板が、セラミック基板の一主面上に回路を有し、他の一主面（裏面）上に金属板が設けられていることを特徴とする前記のモジュール構造体であり、裏面の金属板がセラミック基板に接合層を介して接合されていることを特徴とするモジュール構造体でもあり、セラミック基板が、窒化アルミニウムからなることを特徴とするモジュール構造体でもある。
【００１５】
そして、本発明は、回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが、放熱シートを介して閉空間を形成していることを特徴とするモジュール構造体である。
【００１６】
そして、さらに、本発明は、金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けた金属ベース回路基板であって、前記回路の電子部品が搭載される部分に対する金属板裏面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている突起がことを特徴とする金属ベース回路基板である。
【００１７】
そして、さらに、また、本発明は、窒化アルミニウムからなるセラミック基板の一主面上に電子部品を搭載する回路を有し、他の一主面（裏面）上に金属板を設けてなるセラミック回路基板であって、前記裏面上の金属板表面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で突起が設けられていることを特徴とするセラミックス回路基板である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図をもって、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１、図２に、本発明のモジュール構造体の一例となる断面図を示す。本発明のモジュール構造体は、金属板５の一主面上に熱伝導性の電気絶縁体４を介して回路３が設けてなる回路基板の回路の所望部分に接合材２を介して発熱性電子部品１を搭載し、前記電子部品からの熱を放散するための放熱部材７が金属板に相対して設けられた構造を有している。さらに、回路基板の金属板５の裏面と放熱部材７とが閉空間を形成しており、特に、回路基板の電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面が前記閉空間に曝されるように配置されていることが重要である。また、前記閉空間に放熱部材自体に形成された流体流入口８、流体流出口９を設けている。冷却のための流体としては、空気のような気体でも水やエチレングリコールなどを含む液体でも構わないが、流速が速い（例えば、１０ｃｍ／秒以上の流速の）噴流を用いて、冷却効率を高めることが重要である。噴流は、流体を冷却対象に衝突させる流れのことで、冷却効率を高めることができる。噴流は、流体流出部に圧損を与えることにより実現できる。
【００２０】
前記閉空間に設けてある流体流入口までの流体の導入については、図１に示すように放熱部材中に流路を設けても構わないし、図２に示すように直接に流体が噴流となるように流体流入口８となっていても構わない。
【００２１】
また、前記回路基板は、熱伝導性の電気絶縁体４が無機フィラーを含む樹脂からなる金属ベース回路基板でも、熱伝導性の電気絶縁体４がセラミックスからなるセラミックス回路基板でも構わない。
【００２２】
図２には、電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面に突起が形成されているのを示している。放熱用の金属板５の回路の電子部品が搭載される部分に対する裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、高さ、縦、横、間隔を０．１〜１ｍｍにすることで、加工性を上げることができる。
【００２３】
これらの突起は、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長することができ、突起は裏面全面に渡っていても構わないし、裏面の一部であっても構わないが、電子部品が搭載される部分の裏面には突起が形成されていることが重要である。
前記突起の熱放散効果は、流体が噴流状に供給され、前記突起に近傍で流速が速く保たれるとき、極めてよく発揮される。
【００２４】
図３は、回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが、放熱シートを介して閉空間を形成している例を示してある。放熱シートを介在させることにより、流体の密封が確保されやすくなる利点が得られる。
【００２５】
尚、図示しないが、電子部品が搭載される回路部分に対応する金属板５の閉空間に曝される部分には、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、熱放散を助長すると共に、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍに揃えることで、加工性をも向上させてある。
【００２６】
また、本発明において、複数個の発熱性電子部品が搭載されていてももちろん構わない。このような場合は、各発熱性電子部品に流体の噴流が当該電子部品が搭載される回路に相対する金属板の裏面になるべく直接にあてるように、複数の流体流入口を設けることもできる。
【００２７】
本発明において、発熱性電子部品を回路に固定する接合材としては、鉛−錫はんだや鉛を含まない銀銅錫はんだや各種の導電性樹脂が用いられる。
【００２８】
接合材が導電樹脂の場合、エポキシ或いはアクリル等の樹脂に、金、銀、銅などの金属或いは黒鉛などの導電性材料を１種類含むものであっても、これら金属或いは黒鉛などの導電性材料を２種類以上含むものであっても構わない。
【００２９】
尚、本発明のモジュール構造体は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等からなる各種樹脂ケース等に取り付けられる場合もあれば、エポキシ樹脂やシリコーンゲルやシリコーン樹脂等に包埋される場合もある。
【００３０】
次に、本発明の金属ベース回路基板は、金属板上に絶縁層を有し、前記絶縁層上に回路が設けられた構造を有し、前記のモジュール構造体を構成するのに好適である。本発明において、回路が単一の金属箔で構成されているものであっても、２つ以上の複数の金属層を積層したクラッド箔から構成されているものでも構わない。さらに、本発明において、絶縁層は１層以上の単位絶縁層から構成され、単位絶縁層が一層であっても、複数の単位絶縁層から構成されていても構わない。
【００３１】
絶縁層は、金属ベース回路基板の熱放散性を高く維持するために、いろいろな無機充填剤を含有することが好ましい。また、絶縁層が多層構造を有する場合には、樹脂の種類、無機充填剤の種類、樹脂への添加剤等の種類、或いはそれらの量的割合を変更した少なくとも２種類以上の単位絶縁層で構成されている。例えば、単位絶縁層が３層以上で構成されている場合、いずれの単位絶縁層が異なる組成であっても、また隣り合う単位絶縁層が異なる組成で、隣り合わない単位絶縁層が同一組成であっても構わない。
【００３２】
絶縁層に用いられる樹脂としては、耐熱性、電気絶縁性に優れた樹脂であればどのようなものであっても良いが、耐熱性や寸法安定性の点から熱硬化性樹脂が好ましく、更に熱硬化性樹脂の中では、常温または加熱下で比較的低粘度で取扱い易く、硬化後に耐熱性や電気絶縁性や接着性等に優れるエポキシ樹脂が好ましい。
【００３３】
エポキシ樹脂としてはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの硬化した時に可撓性を有しなくなるエポキシ樹脂やダイマー酸エポキシ樹脂などの硬化してなお可撓性を有するエポキシ樹脂が使用できる。またアクリルゴムなどで予め変性したエポキシ樹脂も使用できる。硬化剤についてはフェノール樹脂などの可撓性を有しない硬化剤や脂肪族系炭化水素のジアミンなどの可撓性を有する硬化剤が使用でき、これらの硬化剤とエポキシ樹脂を組み合わせてよい。また、硬化促進剤を必要に応じて使用してもよいし、前記硬化剤、硬化促進剤以外にポリイミド樹脂、フェノキシ樹脂などの樹脂成分や、レベリング剤、消泡剤、分散剤等を使用してもよい。
【００３４】
絶縁層に用いられる無機充填剤としては、電気絶縁性が良好で、しかも高熱伝導率のものが用いられ、このようなものとして酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等があげられ、これらの単独でも複数を組み合わせても用いることができる。特に、酸化アルミニウムは粒子形状が球状で高充填可能なものが安価に、容易に入手できるという理由から好ましく、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いという理由から好ましく、更に、窒化ホウ素は誘電率が低いという理由で好ましい。
【００３５】
前記無機充填剤の添加量は絶縁層をなす樹脂組成物中４０〜７５体積％が好ましい。４０体積％未満では放熱性の効果が低下し実用上用途が制限されることがあるし、７５体積％を超えると樹脂中への分散が難しくなるし、また接着性の低下やボイド残存による耐電圧の低下をきたすためである。
【００３６】
絶縁層全体の厚みは１０〜５００μｍ程度あれば充分であるが、２０〜２００μｍとするときは金属ベース回路基板を生産性高く製造できるという利点も有することから好ましい。
【００３７】
回路を構成する金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、金、銀、モリブデン、チタニウムのいずれか、これらの金属を２種類以上含む合金、或いは前記金属又は合金を使用したクラッド箔等を用いることができる。尚、前記金属箔の製造方法は電解法でも圧延法で作製したものでもよく、また、金属箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわない。尚、絶縁層との接着性の点から、前記金属箔の絶縁層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００３８】
本発明で用いられる金属板は、アルミニウム、鉄、銅およびそれらの合金、もしくはこれらのクラッド材等からなり、その厚みは特に規定するものではないが、熱放散性に富みしかも経済的であることから、厚み０．５〜５．０ｍｍのアルミニウムが一般的に選択される。
【００３９】
本発明のおいて、金属板について、前記回路の電子部品が搭載される部分に対する裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、電子部品からの放熱性を助長する機能を有するが、同時に、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍに揃えることで、加工性が向上され、安価な金属ベース回路基板、モジュール構造体を提供する。
【００４０】
前記突起について、気体及び／又は液体に触れることで前記電子部品からの熱の放散を助長することができるが、好ましくは、前記気体及び／又は液体が相当の速度をもって、即ち噴流としてあたるとき前記効果が著しくなる。尚、突起は裏面全面に渡っていても構わないし、裏面の一部であっても構わないが、電子部品が搭載される部分の裏面には突起が形成されていることが重要である。
【００４１】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、無機充填剤を含有する樹脂に適宜硬化剤等の添加剤を添加した絶縁材料を複数準備し、金属板及び／又は金属箔上に１層又は多層塗布しながら、必要に応じて加熱処理等を施して、硬化させ、その後金属箔よりエッチング等により回路形成する方法、或いは予め絶縁材料からなるシ−トを作製しておき、前記シートを介して金属板や金属箔を張り合わせた後エッチング等により回路形成する方法等の従来公知の方法で得ることができる。
【００４２】
また、金属板裏面の突起は、あらかじめ放電加工やエッチング等の方法で形成しておくこともできるし、金属ベース回路基板の作製中或いは後に放電加工やレーザー加工或いはメッキやエッチング等により形成することもできる。
【００４３】
本発明のセラミック回路基板は、窒化アルミニウムからなるセラミック基板の一主面に電子部品を搭載する回路を形成してあり、他の一主面（裏面）に金属板を有する構造をしており、前記のモジュール構造体に好適である。
【００４４】
セラミックス基板としては、得られる回路基板の熱放散性を良好とするために、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上のものが適しており、更に、セラミックス基板の曲げ強さについては、回路基板の強さに影響することから、３５０ＭＰａ以上のものが好ましい。前記の事情から、好ましいセラミックス基板としては、窒化アルミニウムが挙げられる。
【００４５】
上記セラミックス基板の厚みについては、要求される回路基板の放熱特性、機械的性質、電気特性等により異なるが、通常０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が採用される。本発明においても、これら通常の厚さのものが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
本発明に用いられる回路、回路用金属板及び放熱用金属板については、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属や前記金属を主成分とする合金、或いは前記金属或いは合金の接合したもの等が用いられ、その厚みは０．１〜３．０ｍｍが一般的である。尚、本発明においては金属回路と放熱用金属板とが同一である必要はないので、材質、厚さ、形状等の点で異なっていても構わない。
【００４７】
前記回路、回路用金属板及び放熱用金属板は、セラミックス基板と接合層を介して接合されているのが一般的であるが、本発明の場合、該接合層はろう材ペーストを用いて形成されたものであっても、セラミックスと金属との共晶層により形成されたものであっても構わない。ろう材ペーストとしては、例えば回路（回路用金属板）又は放熱用金属板の材質が銅である場合には銅若しくは銅と銀を含むろう材であり、更に窒化物セラミックス基板の場合には、チタンなどの活性金属を含んだろう材が好ましく用いられる。
【００４８】
一方、共晶層を形成せしめる場合には、例えばセラミックス基板にアルミナを用い金属板に銅を用いるときには銅の酸化物が共晶層として選択される。
【００４９】
また、放熱用金属板の電子部品が搭載される回路部分に対する裏面には、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍにすることで、加工性を上げることができる。
【００５０】
これらの突起の機能並びに効果については、金属ベース回路基板に関して説明した通りである。
【００５１】
本発明のセラミックス回路基板の製法については、以下、フルエッチング法での製法を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
まず、セラミックス基板の両面に、例えば、銅と銀とを含むろう材ペーストを塗布し、次に、前記ろう材ペーストを覆うに充分な広さの放熱用金属板を置き、その上に前記セラミックス基板を置き、更に、回路用金属板を置き、荷重を負荷した状態で熱処理を行い金属板とセラミックス基板とを接合する。
【００５３】
前記荷重をかける方法については、上記操作において、金属とセラミックス基板との接合が行われれば良いので、治具を加熱と荷重に耐え得る材質とする方法、或いはホットプレスのように油圧或いは機械的な圧力をかける方法等のいずれの方法でも良い。しかし、前者の方法に於いて、治具が高密度で重しを兼ねることができるタングステンやモリブデン等の高融点金属で作成する方法が、荷重負荷に特別の装置を必要としないので安価に回路基板を製造できることから好ましい方法である。
【００５４】
上記操作で得た、両面に金属板が接合したセラミックス基板（以下接合体という）について、金属板上にエッチングレジストを用いて回路パターンを印刷し、レジスト回路パターンを形成する。
【００５５】
次いで、エッチング処理して、パターン外の不要な金属やろう材等を除去した後、エッチングレジストを除去して、金属回路を有する回路基板とする。更に、金属回路の酸化と腐食を防止する等の目的で、必要に応じてニッケルメッキ等を行い金属回路上に保護膜を形成する。
【００５６】
金属板裏面の突起は、あらかじめ放電加工やエッチング等の方法で形成しておくこともできるし、金属ベース回路基板の作製中或いは後に放電加工やレーザー加工或いはメッキやエッチング等により形成することもできる。
【００５７】
【実施例】
以下に実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
【００５８】
〔実施例１〕
大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍで厚さ４．０ｍｍのアルミニウム板の片面に周囲６ｍｍを残して、放電加工により、高さ０．５ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍの突起を０．５ｍｍの間隔で形成した。
【００５９】
前記アルミニウム板の裏面（前記片面と反対に面）上に、酸化アルミニウムを７０体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物を用いて、硬化後の厚さが１００μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６０】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００６１】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミ合金製平板の底面の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部と繋がるように、凹み部の底面側に直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付けて、放熱部材とした。
【００６２】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００６３】
〔実施例２〕
大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍで厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物を用いて、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６４】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００６５】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００６６】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００６７】
〔実施例３〕
４．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板片面に周囲６ｍｍを残して、放電加工により、高さ０．５ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍの突起を０．５ｍｍの間隔で形成した。
【００６８】
前記アルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６９】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００７０】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７１】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００７２】
〔実施例４〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．３２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面に、チタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これらを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００７３】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００７４】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７５】
前記セラミック回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側に、３０ｍｍ×３０ｍｍの穴の開いた４０ｍｍ×４０ｍｍの放熱シートを介して取り付け、モジュール構造体とした。
【００７６】
〔実施例５〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これらを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００７７】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。
【００７８】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７９】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００８０】
〔実施例６〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００８１】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた。次に、放熱用銅板面に０．５ｍｍ間隔のメッシュパターンを印刷後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。放熱用銅板面の突起は、高さ０．０５ｍｍ〜０．２２ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍで０．５ｍｍの間隔で形成されていた。
【００８２】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００８３】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００８４】
〔比較例１〕
３．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、酸化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００８５】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００８６】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００８７】
前記金属ベース回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした。
【００８８】
〔比較例２〕
３．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６８体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００８９】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００９０】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００９１】
前記金属ベース回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした。
【００９２】
〔比較例３〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００９３】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。
【００９４】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００９５】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした
【００９６】
【表１】
【００９７】
これらの回路基板について熱抵抗評価試験を実施した。熱抵抗評価試験は、各モジュール構造体の放熱部材中央部のアルミパイプから水を入れ、側面のアルミパイプから水を取り出しながら、ＴＯ２２０トランジスタに通電することにより行った。熱抵抗の値は、ＴＯ２２０の温度上昇を通電電力で除して決めた。各モジュールについて熱抵抗を５回測定し平均を求め、結果を表１に示した。比較例１〜３の熱抵抗は、０．４５℃／Ｗ以上であるのに対し、実施例１〜６の熱抵抗は、何れの場合も、０．４℃／Ｗ以下であり、本発明のものが高い放熱性を有し、優れていることが明瞭である。
【００９８】
【発明の効果】
実施例、比較例で明らかなように、本発明のモジュール構造体、及び、金属ベース回路基板、及びセラミックス回路基板は、回路上に搭載された発熱性電子部品から発生する熱を効率よく放散するため、例えば、自動車等のエンジンルームのように、環境温度が高く厳しい場合にも高い放熱性を有し、半導体電子部品の性能を充分に発揮させるため、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモジュール構造体の一例を示す断面図。
【図２】本発明のモジュール構造体の他の一例及び本発明の金属ベース回路基板又はセラミックス回路基板の一例を示す断面図。
【図３】本発明のモジュール構造体の更に他の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 発熱性電子部品
２ 接合材
３ 回路
４ 熱伝導性絶縁体
５ 金属板
６ 放熱シート
７ 放熱部材
８ 冷却流体流入口
９ 冷却流体流出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱性電子部品を搭載したモジュールに関し、ことに発熱性電子部品の冷却効率を向上させたモジュール構造体とそれに好適な金属ベース回路基板及びセラミックス回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高発熱性電子部品を実装する回路基板として、金属板上に無機フィラ−を充填したエポキシ樹脂等からなる絶縁層を設け、該絶縁層上に回路を設けた金属ベース回路基板や窒化アルミニウムからなるセラミック板に回路を設け、他の面に金属板を設けたセラミックス回路基板が用いられている。
【０００３】
これらの回路基板に、半導体素子等の電子部品を実装し、電源や信号を伝送するための電極などを組み合わせてモジュールとして構成し、放熱部材と共に、電子機器や電力制御機器などに用いられている。
【０００４】
一方、車載用電子機器や電力制御機器について、その小型化、省スペ−ス化と共に、電子機器をエンジンル−ム内に設置することも要望されている。エンジンル−ム内は温度が高く、温度変化が大きいなど過酷な環境であり、放熱性に優れるモジュールが必要とされる。このような用途に対して、放熱性に優れる前記金属ベ−ス回路基板やセラミックス回路基板が注目されている。
【０００５】
これらの回路基板の回路には各種の電子部品が半田や導電樹脂などを介して接合されている。さらに、セラミック回路基板の場合は、半田を介して、銅などの金属、又は、それらを含む各種合金、又は、各種金属とセラミックスで構成される金属基複合体などからなるベース板と接合される場合が多い。金属ベ−ス回路基板はベース板を含んでいる。これらに、電極などを組み合わせてモジュールを構成し、放熱フィンなどの放熱部材との密着性をあげるため、グリースを介して接合し、使用されている。
【０００６】
セラミックス回路基板とベース板は、広い範囲をはんだ接合するため、各部材の熱膨張差からくるひずみを受け易く、実使用下における温度上昇／温度下降の繰り返しを受けて、この部分の半田にクラックが発生することがあり、その結果、熱の伝導経路が遮断され、高発熱性電子部品の放熱が充分に行われずに、電子部品の温度上昇が起こり、熱的劣化が生じ、機能が停止してしまう、或いは電気的信頼性が低下するという問題が発生する。
【０００７】
また、車載用電子機器や電力制御機器の小型化、省スペ−ス化を進めていくと、発熱密度が高くなり、より高い放熱性が求められるようになるため、小型化、小スペース化、高い放熱性を実現するためのモジュール構造体や回路基板等が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、小型化、小スペース化、さらには、高い放熱性を実現するために好適なモジュール構造体並びにそれに好適な金属ベース回路基板並びにセラミックス回路基板を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、いろいろなモジュールについて、回路基板の構成、放熱面の構造、冷却方法について、さらに、各構成部材や組み上げ工程などのばらつき要因などについて検討した。更に、前記結果をもとに、各種構成についての有限要素法を用いた熱解析をも実施した。熱解析結果、並びにいろいろな実験結果とを総合した結果、放熱性の高いモジュール構造体を見出し、本発明に至ったものである。
【００１０】
さらに、本発明者はいろいろなモジュール構造体について実験的に検討し、特に、モジュール構造体の構成や冷却条件を種々変更し、モジュール構造体の回路上に接合したトランジスタの温度上昇を測定することで、トランジスタの温度上昇の小さいモジュール構造体を得て、本発明に至ったものである。
【００１１】
即ち、本発明は、表面に電子部品を搭載する回路を有し、裏面に金属板を有する回路基板と、前記金属板に相対して設けられ、前記電子部品からの熱を放散するための放熱部材とからなるモジュール構造体であって、前記回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが閉空間を形成し、前記回路基板の電子部品が搭載される回路部分の回路基板裏面又は裏面上の金属板が前記閉空間に曝されるように配置され、更に、放熱部材自体及び／又は放熱部材と回路基板との接合部に形成された、前記閉空間に通じる流体出入口を設けていることを特徴とするモジュール構造体である。
【００１２】
また、本発明は、電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする前記のモジュール構造体である。
【００１３】
さらに、本発明は、回路基板が、金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板であることを特徴とする前記のモジュール構造体である。
【００１４】
さらに、また、本発明は、回路基板が、セラミック基板の一主面上に回路を有し、他の一主面（裏面）上に金属板が設けられていることを特徴とする前記のモジュール構造体であり、裏面の金属板がセラミック基板に接合層を介して接合されていることを特徴とするモジュール構造体でもあり、セラミック基板が、窒化アルミニウムからなることを特徴とするモジュール構造体でもある。
【００１５】
そして、本発明は、回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが、放熱シートを介して閉空間を形成していることを特徴とするモジュール構造体である。
【００１６】
そして、さらに、本発明は、金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けた金属ベース回路基板であって、前記回路の電子部品が搭載される部分に対する金属板裏面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている突起がことを特徴とする金属ベース回路基板である。
【００１７】
そして、さらに、また、本発明は、窒化アルミニウムからなるセラミック基板の一主面上に電子部品を搭載する回路を有し、他の一主面（裏面）上に金属板を設けてなるセラミック回路基板であって、前記裏面上の金属板表面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で突起が設けられていることを特徴とするセラミックス回路基板である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図をもって、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１、図２に、本発明のモジュール構造体の一例となる断面図を示す。本発明のモジュール構造体は、金属板５の一主面上に熱伝導性の電気絶縁体４を介して回路３が設けてなる回路基板の回路の所望部分に接合材２を介して発熱性電子部品１を搭載し、前記電子部品からの熱を放散するための放熱部材７が金属板に相対して設けられた構造を有している。さらに、回路基板の金属板５の裏面と放熱部材７とが閉空間を形成しており、特に、回路基板の電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面が前記閉空間に曝されるように配置されていることが重要である。また、前記閉空間に放熱部材自体に形成された流体流入口８、流体流出口９を設けている。冷却のための流体としては、空気のような気体でも水やエチレングリコールなどを含む液体でも構わないが、流速が速い（例えば、１０ｃｍ／秒以上の流速の）噴流を用いて、冷却効率を高めることが重要である。噴流は、流体を冷却対象に衝突させる流れのことで、冷却効率を高めることができる。噴流は、流体流出部に圧損を与えることにより実現できる。
【００２０】
前記閉空間に設けてある流体流入口までの流体の導入については、図１に示すように放熱部材中に流路を設けても構わないし、図２に示すように直接に流体が噴流となるように流体流入口８となっていても構わない。
【００２１】
また、前記回路基板は、熱伝導性の電気絶縁体４が無機フィラーを含む樹脂からなる金属ベース回路基板でも、熱伝導性の電気絶縁体４がセラミックスからなるセラミックス回路基板でも構わない。
【００２２】
図２には、電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面に突起が形成されているのを示している。放熱用の金属板５の回路の電子部品が搭載される部分に対する裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、高さ、縦、横、間隔を０．１〜１ｍｍにすることで、加工性を上げることができる。
【００２３】
これらの突起は、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長することができ、突起は裏面全面に渡っていても構わないし、裏面の一部であっても構わないが、電子部品が搭載される部分の裏面には突起が形成されていることが重要である。
前記突起の熱放散効果は、流体が噴流状に供給され、前記突起に近傍で流速が速く保たれるとき、極めてよく発揮される。
【００２４】
図３は、回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが、放熱シートを介して閉空間を形成している例を示してある。放熱シートを介在させることにより、流体の密封が確保されやすくなる利点が得られる。
【００２５】
尚、図示しないが、電子部品が搭載される回路部分に対応する金属板５の閉空間に曝される部分には、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、熱放散を助長すると共に、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍに揃えることで、加工性をも向上させてある。
【００２６】
また、本発明において、複数個の発熱性電子部品が搭載されていてももちろん構わない。このような場合は、各発熱性電子部品に流体の噴流が当該電子部品が搭載される回路に相対する金属板の裏面になるべく直接にあてるように、複数の流体流入口を設けることもできる。
【００２７】
本発明において、発熱性電子部品を回路に固定する接合材としては、鉛−錫はんだや鉛を含まない銀銅錫はんだや各種の導電性樹脂が用いられる。
【００２８】
接合材が導電樹脂の場合、エポキシ或いはアクリル等の樹脂に、金、銀、銅などの金属或いは黒鉛などの導電性材料を１種類含むものであっても、これら金属或いは黒鉛などの導電性材料を２種類以上含むものであっても構わない。
【００２９】
尚、本発明のモジュール構造体は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等からなる各種樹脂ケース等に取り付けられる場合もあれば、エポキシ樹脂やシリコーンゲルやシリコーン樹脂等に包埋される場合もある。
【００３０】
次に、本発明の金属ベース回路基板は、金属板上に絶縁層を有し、前記絶縁層上に回路が設けられた構造を有し、前記のモジュール構造体を構成するのに好適である。本発明において、回路が単一の金属箔で構成されているものであっても、２つ以上の複数の金属層を積層したクラッド箔から構成されているものでも構わない。さらに、本発明において、絶縁層は１層以上の単位絶縁層から構成され、単位絶縁層が一層であっても、複数の単位絶縁層から構成されていても構わない。
【００３１】
絶縁層は、金属ベース回路基板の熱放散性を高く維持するために、いろいろな無機充填剤を含有することが好ましい。また、絶縁層が多層構造を有する場合には、樹脂の種類、無機充填剤の種類、樹脂への添加剤等の種類、或いはそれらの量的割合を変更した少なくとも２種類以上の単位絶縁層で構成されている。例えば、単位絶縁層が３層以上で構成されている場合、いずれの単位絶縁層が異なる組成であっても、また隣り合う単位絶縁層が異なる組成で、隣り合わない単位絶縁層が同一組成であっても構わない。
【００３２】
絶縁層に用いられる樹脂としては、耐熱性、電気絶縁性に優れた樹脂であればどのようなものであっても良いが、耐熱性や寸法安定性の点から熱硬化性樹脂が好ましく、更に熱硬化性樹脂の中では、常温または加熱下で比較的低粘度で取扱い易く、硬化後に耐熱性や電気絶縁性や接着性等に優れるエポキシ樹脂が好ましい。
【００３３】
エポキシ樹脂としてはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの硬化した時に可撓性を有しなくなるエポキシ樹脂やダイマー酸エポキシ樹脂などの硬化してなお可撓性を有するエポキシ樹脂が使用できる。またアクリルゴムなどで予め変性したエポキシ樹脂も使用できる。硬化剤についてはフェノール樹脂などの可撓性を有しない硬化剤や脂肪族系炭化水素のジアミンなどの可撓性を有する硬化剤が使用でき、これらの硬化剤とエポキシ樹脂を組み合わせてよい。また、硬化促進剤を必要に応じて使用してもよいし、前記硬化剤、硬化促進剤以外にポリイミド樹脂、フェノキシ樹脂などの樹脂成分や、レベリング剤、消泡剤、分散剤等を使用してもよい。
【００３４】
絶縁層に用いられる無機充填剤としては、電気絶縁性が良好で、しかも高熱伝導率のものが用いられ、このようなものとして酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等があげられ、これらの単独でも複数を組み合わせても用いることができる。特に、酸化アルミニウムは粒子形状が球状で高充填可能なものが安価に、容易に入手できるという理由から好ましく、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いという理由から好ましく、更に、窒化ホウ素は誘電率が低いという理由で好ましい。
【００３５】
前記無機充填剤の添加量は絶縁層をなす樹脂組成物中４０〜７５体積％が好ましい。４０体積％未満では放熱性の効果が低下し実用上用途が制限されることがあるし、７５体積％を超えると樹脂中への分散が難しくなるし、また接着性の低下やボイド残存による耐電圧の低下をきたすためである。
【００３６】
絶縁層全体の厚みは１０〜５００μｍ程度あれば充分であるが、２０〜２００μｍとするときは金属ベース回路基板を生産性高く製造できるという利点も有することから好ましい。
【００３７】
回路を構成する金属箔としては、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、錫、金、銀、モリブデン、チタニウムのいずれか、これらの金属を２種類以上含む合金、或いは前記金属又は合金を使用したクラッド箔等を用いることができる。尚、前記金属箔の製造方法は電解法でも圧延法で作製したものでもよく、また、金属箔上にはＮｉメッキ、Ｎｉ−Ａｕメッキ、半田メッキなどの金属メッキがほどこされていてもかまわない。尚、絶縁層との接着性の点から、前記金属箔の絶縁層に接する側の表面はエッチングやメッキ等により予め粗化処理されていることが一層好ましい。
【００３８】
本発明で用いられる金属板は、アルミニウム、鉄、銅およびそれらの合金、もしくはこれらのクラッド材等からなり、その厚みは特に規定するものではないが、熱放散性に富みしかも経済的であることから、厚み０．５〜５．０ｍｍのアルミニウムが一般的に選択される。
【００３９】
本発明のおいて、金属板について、前記回路の電子部品が搭載される部分に対する裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、電子部品からの放熱性を助長する機能を有するが、同時に、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍに揃えることで、加工性が向上され、安価な金属ベース回路基板、モジュール構造体を提供する。
【００４０】
前記突起について、気体及び／又は液体に触れることで前記電子部品からの熱の放散を助長することができるが、好ましくは、前記気体及び／又は液体が相当の速度をもって、即ち噴流としてあたるとき前記効果が著しくなる。尚、突起は裏面全面に渡っていても構わないし、裏面の一部であっても構わないが、電子部品が搭載される部分の裏面には突起が形成されていることが重要である。
【００４１】
尚、本発明の金属ベース回路基板の製造方法に関しては、無機充填剤を含有する樹脂に適宜硬化剤等の添加剤を添加した絶縁材料を複数準備し、金属板及び／又は金属箔上に１層又は多層塗布しながら、必要に応じて加熱処理等を施して、硬化させ、その後金属箔よりエッチング等により回路形成する方法、或いは予め絶縁材料からなるシ−トを作製しておき、前記シートを介して金属板や金属箔を張り合わせた後エッチング等により回路形成する方法等の従来公知の方法で得ることができる。
【００４２】
また、金属板裏面の突起は、あらかじめ放電加工やエッチング等の方法で形成しておくこともできるし、金属ベース回路基板の作製中或いは後に放電加工やレーザー加工或いはメッキやエッチング等により形成することもできる。
【００４３】
本発明のセラミック回路基板は、窒化アルミニウムからなるセラミック基板の一主面に電子部品を搭載する回路を形成してあり、他の一主面（裏面）に金属板を有する構造をしており、前記のモジュール構造体に好適である。
【００４４】
セラミックス基板としては、得られる回路基板の熱放散性を良好とするために、熱伝導率が６０Ｗ／ｍＫ以上のものが適しており、更に、セラミックス基板の曲げ強さについては、回路基板の強さに影響することから、３５０ＭＰａ以上のものが好ましい。前記の事情から、好ましいセラミックス基板としては、窒化アルミニウムが挙げられる。
【００４５】
上記セラミックス基板の厚みについては、要求される回路基板の放熱特性、機械的性質、電気特性等により異なるが、通常０．２ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が採用される。本発明においても、これら通常の厚さのものが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００４６】
本発明に用いられる回路、回路用金属板及び放熱用金属板については、銅、ニッケル、アルミニウム、モリブデン、タングステン等の金属や前記金属を主成分とする合金、或いは前記金属或いは合金の接合したもの等が用いられ、その厚みは０．１〜３．０ｍｍが一般的である。尚、本発明においては金属回路と放熱用金属板とが同一である必要はないので、材質、厚さ、形状等の点で異なっていても構わない。
【００４７】
前記回路、回路用金属板及び放熱用金属板は、セラミックス基板と接合層を介して接合されているのが一般的であるが、本発明の場合、該接合層はろう材ペーストを用いて形成されたものであっても、セラミックスと金属との共晶層により形成されたものであっても構わない。ろう材ペーストとしては、例えば回路（回路用金属板）又は放熱用金属板の材質が銅である場合には銅若しくは銅と銀を含むろう材であり、更に窒化物セラミックス基板の場合には、チタンなどの活性金属を含んだろう材が好ましく用いられる。
【００４８】
一方、共晶層を形成せしめる場合には、例えばセラミックス基板にアルミナを用い金属板に銅を用いるときには銅の酸化物が共晶層として選択される。
【００４９】
また、放熱用金属板の電子部品が搭載される回路部分に対する裏面には、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている。これらの突起は、高さ、縦、横、間隔を０．１〜０．５ｍｍにすることで、加工性を上げることができる。
【００５０】
これらの突起の機能並びに効果については、金属ベース回路基板に関して説明した通りである。
【００５１】
本発明のセラミックス回路基板の製法については、以下、フルエッチング法での製法を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
まず、セラミックス基板の両面に、例えば、銅と銀とを含むろう材ペーストを塗布し、次に、前記ろう材ペーストを覆うに充分な広さの放熱用金属板を置き、その上に前記セラミックス基板を置き、更に、回路用金属板を置き、荷重を負荷した状態で熱処理を行い金属板とセラミックス基板とを接合する。
【００５３】
前記荷重をかける方法については、上記操作において、金属とセラミックス基板との接合が行われれば良いので、治具を加熱と荷重に耐え得る材質とする方法、或いはホットプレスのように油圧或いは機械的な圧力をかける方法等のいずれの方法でも良い。しかし、前者の方法に於いて、治具が高密度で重しを兼ねることができるタングステンやモリブデン等の高融点金属で作成する方法が、荷重負荷に特別の装置を必要としないので安価に回路基板を製造できることから好ましい方法である。
【００５４】
上記操作で得た、両面に金属板が接合したセラミックス基板（以下接合体という）について、金属板上にエッチングレジストを用いて回路パターンを印刷し、レジスト回路パターンを形成する。
【００５５】
次いで、エッチング処理して、パターン外の不要な金属やろう材等を除去した後、エッチングレジストを除去して、金属回路を有する回路基板とする。更に、金属回路の酸化と腐食を防止する等の目的で、必要に応じてニッケルメッキ等を行い金属回路上に保護膜を形成する。
【００５６】
金属板裏面の突起は、あらかじめ放電加工やエッチング等の方法で形成しておくこともできるし、金属ベース回路基板の作製中或いは後に放電加工やレーザー加工或いはメッキやエッチング等により形成することもできる。
【００５７】
【実施例】
以下に実施例に基づいて、本発明を更に詳細に説明する。
【００５８】
〔実施例１〕
大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍで厚さ４．０ｍｍのアルミニウム板の片面に周囲６ｍｍを残して、放電加工により、高さ０．５ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍの突起を０．５ｍｍの間隔で形成した。
【００５９】
前記アルミニウム板の裏面（前記片面と反対に面）上に、酸化アルミニウムを７０体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物を用いて、硬化後の厚さが１００μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６０】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００６１】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミ合金製平板の底面の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部と繋がるように、凹み部の底面側に直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付けて、放熱部材とした。
【００６２】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００６３】
〔実施例２〕
大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍで厚さ３．０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物を用いて、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６４】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００６５】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００６６】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００６７】
〔実施例３〕
４．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板片面に周囲６ｍｍを残して、放電加工により、高さ０．５ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍの突起を０．５ｍｍの間隔で形成した。
【００６８】
前記アルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００６９】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００７０】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７１】
前記金属ベース基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００７２】
〔実施例４〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．３２ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面に、チタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これらを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００７３】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミック回路基板とした。
【００７４】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７５】
前記セラミック回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側に、３０ｍｍ×３０ｍｍの穴の開いた４０ｍｍ×４０ｍｍの放熱シートを介して取り付け、モジュール構造体とした。
【００７６】
〔実施例５〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これらを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００７７】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。
【００７８】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００７９】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００８０】
〔実施例６〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００８１】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた。次に、放熱用銅板面に０．５ｍｍ間隔のメッシュパターンを印刷後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。放熱用銅板面の突起は、高さ０．０５ｍｍ〜０．２２ｍｍ、縦０．５ｍｍ、横０．５ｍｍで０．５ｍｍの間隔で形成されていた。
【００８２】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径５ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、放熱部材とした。
【００８３】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の開口部に取り付け、モジュール構造体とした。
【００８４】
〔比較例１〕
３．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、酸化アルミニウムを６５体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００８５】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００８６】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００８７】
前記金属ベース回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした。
【００８８】
〔比較例２〕
３．０ｍｍの厚さの４０ｍｍ×４０ｍｍのアルミニウム板の裏面上に、窒化アルミニウムを６８体積％含有するビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（油化シェルエポキシ（株）製）からなる樹脂組成物により、硬化後の厚さが１７０μｍの絶縁層を形成し、４２３Ｋで１５分加熱して半硬化させた。
【００８９】
更に、半硬化した樹脂組成物の上に、厚さ３００μｍの銅箔をプレス積層した後、４２３Ｋで５時間の条件で樹脂組成物を更に硬化させ、次に、銅箔をエッチングしてパッド部を有する所望の回路を形成し、金属ベース回路基板とした。
【００９０】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００９１】
前記金属ベース回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした。
【００９２】
〔比較例３〕
サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．６３５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体の両面にチタンを活性金属として含む銀−銅系のろう材ペーストをスクリーン印刷法により塗布し乾燥した後、厚み０．３ｍｍの金属回路用銅板と厚み０．３ｍｍの放熱用銅板を配置した。これを真空中８３０℃（１１０３Ｋ）で３０分間熱処理を行い窒化アルミニウム基板と銅板の接合体を得た。
【００９３】
次に、前記接合体の銅板上に紫外線硬化型エッチングレジストをスクリーン印刷法により回路パターンに印刷し硬化させた後、塩化第２鉄溶液でパターン外の不要な銅を除去した。次いで、フッ化水素アンモニウムと過酸化水素を含む水溶液に入れ、銅回路パターン間の不要ろう材を除去した後、レジストを除去した。更に、無電解ニッケルメッキにより銅回路に選択的にニッケル保護膜を形成させ、セラミックス回路基板とした。
【００９４】
外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×２４ｍｍのアルミニウム合金製の平板の中央部に３０ｍｍ×３０ｍｍの凹み部を開け、凹み部の底面に凹み部と繋がるように直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを、凹み部の側面に直径１０ｍｍのアルミニウム製パイプを取り付け、さらに、外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板を前記凹み部を開けたアルミニウム合金製の平板の上に、凹み部を覆うように重ねて固定し、放熱部材とした。
【００９５】
前記セラミックス回路基板の回路に、ＴＯ２２０トランジスタをはんだ付けし、前記放熱部材の中央部アルミパイプを取り付けた反対側で、凹み部を覆うように固定した外寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍのアルミニウム合金製の平板の上に、グリースを塗布して取り付け、モジュール構造体とした
【００９６】
【表１】
これらの回路基板について熱抵抗評価試験を実施した。熱抵抗評価試験は、各モジュール構造体の放熱部材中央部のアルミパイプから水を入れ、側面のアルミパイプから水を取り出しながら、ＴＯ２２０トランジスタに通電することにより行った。熱抵抗の値は、ＴＯ２２０の温度上昇を通電電力で除して決めた。各モジュールについて熱抵抗を５回測定し平均を求め、結果を表１に示した。比較例１〜３の熱抵抗は、０．４５℃／Ｗ以上であるのに対し、実施例１〜６の熱抵抗は、何れの場合も、０．４℃／Ｗ以下であり、本発明のものが高い放熱性を有し、優れていることが明瞭である。
【００９８】
【発明の効果】
実施例、比較例で明らかなように、本発明のモジュール構造体、及び、金属ベース回路基板、及びセラミックス回路基板は、回路上に搭載された発熱性電子部品から発生する熱を効率よく放散するため、例えば、自動車等のエンジンルームのように、環境温度が高く厳しい場合にも高い放熱性を有し、半導体電子部品の性能を充分に発揮させるため、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモジュール構造体の一例を示す断面図。
【図２】本発明のモジュール構造体の他の一例及び本発明の金属ベース回路基板又はセラミックス回路基板の一例を示す断面図。
【図３】本発明のモジュール構造体の更に他の一例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 発熱性電子部品
２ 接合材
３ 回路
４ 熱伝導性絶縁体
５ 金属板
６ 放熱シート
７ 放熱部材
８ 冷却流体流入口
９ 冷却流体流出口
Claims (9)
- 表面に電子部品を搭載する回路を有し、裏面に金属板を有する回路基板と、前記金属板に相対して設けられ、前記電子部品からの熱を放散するための放熱部材とからなるモジュール構造体であって、前記回路基板の裏面又は裏面上の金属板と前記放熱部材とが閉空間を形成し、前記回路基板の電子部品が搭載される回路部分の回路基板裏面又は裏面上の金属板が前記閉空間に曝されるように配置され、更に、放熱部材自体及び／又は放熱部材と回路基板との接合部に形成された、前記閉空間に通じる流体出入口を設けていることを特徴とするモジュール構造体。
- 電子部品が搭載される回路部分に相対する金属板の裏面に、高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１記載のモジュール構造体。
- 回路基板が、金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けてなる金属ベース回路基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモジュール構造体。
- 回路基板が、セラミック基板の一主面上に回路を有し、他の一主面上に金属板が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のモジュール構造体。
- 裏面の金属板がセラミック基板に接合層を介して接合されていることを特徴とする請求項４記載のモジュール構造体。
- セラミック基板が、窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項５記載のモジュール構造体。
- 回路基板の裏面金属板と前記放熱部材とが、放熱シートを介して閉空間を形成していることを特徴とする請求項１、請求項４、請求項５又は請求項６記載のモジュール構造体。
- 金属板の一主面上に絶縁層を介して回路を設けた金属ベース回路基板であって、前記回路の電子部品が搭載される部分に相対する金属板裏面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で設けられている突起がことを特徴とする金属ベース回路基板。
- 窒化アルミニウムからなるセラミック基板の一主面上に電子部品を搭載する回路を有し、他の一主面上に金属板を設けてなるセラミック回路基板であって、前記裏面上の金属板表面に、気体及び／又は液体を当てることで前記電子部品からの熱の放散を助長するための高さ０．０１〜１ｍｍ、縦０．０１〜１ｍｍ、横０．０１〜１ｍｍの突起が、０．０１〜２ｍｍの間隔で突起が設けられていることを特徴とするセラミックス回路基板。
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