JP2006245479A - Device for cooling electronic component - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for cooling an electronic component whose cooling capability is improved by improving the degree of contact between a cooling block and a heatsink. <P>SOLUTION: The device is composed of a power module having one or more insulating substrates on which heat generating electronic components are mounted, the heatsink 11 which is fitted to it and the cooling block 2 on which the heatsink 11 is placed for forced cooling of the electronic components. Each of the insulating substrates is composed of a ceramic substrate 8 and a plate of aluminum bonded to the substrate 8 on the side of the electronic components. The area of the plate of aluminum is equal to or smaller than that of the substrate 8. The heatsink 11 is made of aluminum. Also, the area of the heatsink 11 is larger than that of the ceramic substrates 8. When the thickness of the ceramic substrate 8 bonded to the insulating substrate is expressed as d1, the thickness of the plate of aluminum bonded to the substrate 8 on the side of the electronic components is expressed as d2 and the thickness of the heatsink 11 positioned on the side of the cooling block 2 of the ceramic substrate 8 is expressed as d3, the following inequality is satisfied: d1<d3<d2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ハイブリッド自動車等に用いられるインバータ装置等の発熱性の電子部品を冷却液で強制的に冷却するための冷却装置に関するものである。   The present invention relates to a cooling device for forcibly cooling an exothermic electronic component such as an inverter device used in a hybrid vehicle or the like with a coolant.

ハイブリッド自動車においては、バッテリからの直流電力を走行用モータ等へ給電するためにインバータ装置が用いられている。
上記インバータ装置は、ＩＧＢＴ、またはＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を搭載しているが、これらの素子は、大電流を制御するため、消費電力が大きく、多くの熱を発生する。
この発熱は、効率よく逃がさないと、部品の寿命が短くなり、また、破壊に至るおそれがあるため、放熱および温度上昇の抑制が容易な構造が要求されている。 In a hybrid vehicle, an inverter device is used to supply DC power from a battery to a traveling motor or the like.
The inverter device includes semiconductor switching elements such as IGBTs or FETs. These elements control a large current, and thus consume a large amount of power and generate a lot of heat.
If this heat generation is not escaped efficiently, the life of the parts will be shortened, and there is a risk of destruction, so a structure that can easily suppress heat dissipation and temperature rise is required.

従来、上記の半導体スイッチング素子からの発熱を冷却液で強制的に液冷し、温度上昇を抑制する、いわゆる液冷方式の冷却構造体を採用したものが提供されている。
図１は、このような従来の液冷方式を採用したインバータ装置の一例を示す斜視図である。
パワーモジュール１は、冷却ブロック２の載置面３上にシリコングリースを塗布して実装され、パワーモジュール１の四隅に設けられた穴位置にボルト４を通して、冷却ブロック２にネジ締め固定されている。パワーモジュール１の下面と冷却ブロック載置面３との間にはシリコングリースが塗布され、両者の密着性を高め、熱抵抗を低減させている。
また、冷却ブロック２の内部には、アルミニウムにより成形した冷却用のフィン５が挿入されており、冷却ブロック２の両側面からアルミニウム板材で密封し、冷却液循環用の冷液管６ａ、６ｂとともにろう付けして液密性を確保している。
図２は、図１のインバータ装置の断面図を示したものである。
パワーモジュール１は、半導体スイッチング素子７を搭載した絶縁基板を金属製の放熱板９にはんだ付けし、その素子の周囲を取り囲むハウジング１２を放熱板９に取り付けて構成される。
絶縁基板は、セラミック基材８（例えば、窒化アルミニウムや窒化珪素）等の絶縁材料の両面に、銅やアルミニウム等の金属層１０、１１を設けて構成されており、上面側の金属層１０には回路パターンが形成され、半導体スイッチング素子７がはんだ付けして接合されるとともに、下面側の金属層１１は、放熱板９にはんだ付け接合されている。
例えば、セラミック基材として、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムを用いた場合、窒化アルミニウムの両面に接合されるアルミニウム厚さは、窒化アルミニウムよりも薄い厚さを設定し、０．４ｍｍｔで使用されている。また、放熱板９は、熱容量を大きく設定してヒートスプレッダとしての効果を持たせるため２〜３ｍｍｔに設定して使用される。
ハウジング１２には、外部接続端子１３が一体成形され、半導体スイッチング素子７は、絶縁基板８の金属電極と外部接続端子１３とにアルミワイヤ１４でボンディング接続されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been provided a so-called liquid cooling type cooling structure in which heat generated from the semiconductor switching element is forcibly cooled with a cooling liquid to suppress a temperature rise.
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an inverter device employing such a conventional liquid cooling system.
The power module 1 is mounted on the mounting surface 3 of the cooling block 2 by applying silicon grease, and is screwed and fixed to the cooling block 2 through bolts 4 in the hole positions provided at the four corners of the power module 1. . Silicon grease is applied between the lower surface of the power module 1 and the cooling block mounting surface 3 to improve the adhesion between them and reduce the thermal resistance.
Also, cooling fins 5 formed of aluminum are inserted into the cooling block 2 and sealed from both side surfaces of the cooling block 2 with aluminum plates, together with cooling liquid pipes 6a and 6b for cooling liquid circulation. It is brazed to ensure liquid-tightness.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inverter device of FIG.
The power module 1 is configured by soldering an insulating substrate on which a semiconductor switching element 7 is mounted to a metal heat sink 9 and attaching a housing 12 surrounding the element to the heat sink 9.
The insulating substrate is configured by providing metal layers 10 and 11 such as copper and aluminum on both surfaces of an insulating material such as a ceramic base material 8 (for example, aluminum nitride or silicon nitride). A circuit pattern is formed, the semiconductor switching element 7 is soldered and joined, and the metal layer 11 on the lower surface side is soldered and joined to the heat sink 9.
For example, when 0.635 mm thick aluminum nitride is used as the ceramic substrate, the aluminum thickness bonded to both sides of the aluminum nitride is set to be thinner than aluminum nitride and used at 0.4 mmt. ing. Moreover, the heat sink 9 is set to 2 to 3 mmt and used in order to have a large heat capacity and have an effect as a heat spreader.
An external connection terminal 13 is formed integrally with the housing 12, and the semiconductor switching element 7 is bonded to the metal electrode of the insulating substrate 8 and the external connection terminal 13 with an aluminum wire 14.

パワーモジュールに組み込まれる半導体スイッチング素子が、数十Ａを超える大容量のチップである場合は、通電時の発熱が顕著となり、半導体チップと絶縁基板、あるいは放熱板との熱膨張係数の違いによって接合界面に応力が生じ、クラック等で破壊するおそれがある。
従って、絶縁基板、および放熱板は半導体チップとほぼ等しいか、それに近い熱膨張係数のものが選定される。例えば、半導体チップの構成材料であるシリコンの熱膨張係数は３．６ｐｐｍ／℃であるため、絶縁基板としては、熱膨張係数が５ｐｐｍ／℃のＤＢＡ基板が選定される。また、放熱板としては、熱膨張係数が７〜８ｐｐｍ／℃のＡｌ−ＳｉＣ複合板、Ｃｕ−Ｍｏ複合板、カーボン複合板等が使用できる。 When the semiconductor switching element incorporated in the power module is a large-capacity chip exceeding several tens of A, heat generation during energization becomes significant, and bonding is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the insulating substrate or the heat sink. Stress may be generated at the interface, and there is a risk of destruction due to cracks or the like.
Therefore, the insulating substrate and the heat radiating plate are selected so as to have a coefficient of thermal expansion substantially equal to or close to that of the semiconductor chip. For example, since the thermal expansion coefficient of silicon, which is a constituent material of the semiconductor chip, is 3.6 ppm / ° C., a DBA substrate having a thermal expansion coefficient of 5 ppm / ° C. is selected as the insulating substrate. Moreover, as a heat sink, an Al-SiC composite board, a Cu-Mo composite board, a carbon composite board, etc. with a thermal expansion coefficient of 7-8 ppm / degrees C can be used.

また、他の電子部品冷却装置の例として、冷却ブロックに開口部を設けて、パワーモジュールの放熱板を嵌合して一体化した構造とし、冷却ブロック内部を循環する冷却媒体で放熱板の下面を直接冷却した構造が提案されている。
上記の冷却装置の構造例として、開口部を有するヒートシンクにゴムシートやＯリング、パッキン等の弾性体を挟んで、発熱性の電子部品が実装された放熱板を直接、嵌合してネジ止め固定した構造の冷却構造が提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
特開平９−１２１５５７号公報 特開平９−２０７５８３号公報 特開２００１−２０３４８７号公報 As another example of the electronic component cooling device, the cooling block is provided with an opening, and the power module heat sink is fitted and integrated, and the lower surface of the heat sink is formed by a cooling medium circulating in the cooling block. A structure in which is directly cooled is proposed.
As an example of the structure of the above cooling device, a heat sink having an exothermic electronic component is directly fitted and screwed by sandwiching an elastic body such as a rubber sheet, an O-ring, and packing between a heat sink having an opening. A cooling structure having a fixed structure has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
JP-A-9-121557 JP-A-9-207583 JP 2001-203487 A

また、他の電子部品冷却装置の例として、中空構造を有する冷却ブロックに、発熱性の電子部品を実装した絶縁基板を直接実装して冷却する構造が提案されている（例えば特許文献４参照）。
特開２００１−７７２６０号公報 As another example of an electronic component cooling device, a structure in which an insulating substrate on which a heat-generating electronic component is mounted is directly mounted on a cooling block having a hollow structure and cooled (see, for example, Patent Document 4). .
JP 2001-77260 A

また、他の電子部品冷却装置の例として、図４に示すように、放熱板９に当接する冷却ブロック２との間に、接合時に発生する反りを矯正するための当接面積より小さい反り補正板１９が接合され、上記反り補正板１９が、該反り補正板１９の厚さと同等以上の深さを有する放熱板９の凹部に接合されるパワーモジュールが提案されている（例えば特許文献５参照）。
特開２００４−２３５３８７号公報 Further, as another example of the electronic component cooling device, as shown in FIG. 4, the warp correction smaller than the contact area for correcting the warp generated at the time of joining with the cooling block 2 in contact with the heat sink 9. A power module has been proposed in which a plate 19 is joined and the warp correction plate 19 is joined to a recess of a heat sink 9 having a depth equal to or greater than the thickness of the warp correction plate 19 (see, for example, Patent Document 5). ).
JP 2004-235387 A

しかし、上記の電子部品冷却装置にあっては、１）放熱板９の凹部の寸法に高精度が求められ、加工が難しいこと、２）反り補正板１９が余分に必要となり、材料費、組立費用がかかること、３）放熱板９の面方向への熱拡散が反り補正板１９によって阻害されるため、冷却ブロック２への放熱性が低下すること等の問題があった。   However, in the electronic component cooling apparatus described above, 1) high accuracy is required for the size of the recess of the heat radiating plate 9, and processing is difficult, and 2) an extra warp correction plate 19 is required, which leads to material costs and assembly. 3) There is a problem that heat diffusion in the surface direction of the heat radiating plate 9 is hindered by the warp correction plate 19 and heat dissipation to the cooling block 2 is reduced.

また、他の電子部品冷却装置の例として、セラミック基材の両面に電極板を貼り付けるとともに、下面側の電極板をセラミック基材よりも大きく設定して、冷却溶媒で直接または間接に冷却する構造が提案されている（例えば特許文献６参照）。
特開２００２−３１５３５８号公報 As another example of the electronic component cooling device, the electrode plates are attached to both surfaces of the ceramic substrate, and the lower electrode plate is set to be larger than the ceramic substrate and is cooled directly or indirectly with a cooling solvent. A structure has been proposed (see, for example, Patent Document 6).
JP 2002-315358 A

上記の電子部品冷却装置において、半導体スイッチング素子を搭載した絶縁基板を金属製の放熱板にはんだ付けし、さらに放熱板の下面と冷却ブロックの載置面との間にシリコングリースを塗布した構造のインバータ装置においては、シリコングリースの熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋと、放熱板や絶縁基板と比較して２桁以上小さく、シリコングリース界面における熱抵抗が大きくなるため高い放熱性能が期待できない。
さらに、放熱板９とその上に実装される発熱性の電子部品との熱膨張係数が異なり、はんだ付け後に常温まで冷却される際に、図３に示すように凸反りが生じた場合、パワーモジュールの四隅をネジ締めしても、放熱板の中央部は冷却ブロックに密着しないため、放熱板９を介して冷却ブロック２に熱が伝達されず、異常に温度上昇してしまうこととなる。
従って、半導体スイッチング素子、および絶縁基板が実装された状態での放熱板と冷却ブロックの載置面上の平面精度に非常に高い精度が要求され、加工の手間やコスト増大を招くこととなる。 In the above electronic component cooling device, the insulating substrate on which the semiconductor switching element is mounted is soldered to a metal heat sink, and silicon grease is applied between the lower surface of the heat sink and the mounting surface of the cooling block. In the inverter device, the thermal conductivity of silicon grease is 1 W / m · K, which is two orders of magnitude smaller than that of a heat sink or an insulating substrate, and the thermal resistance at the silicon grease interface increases, so high heat dissipation performance cannot be expected.
Furthermore, when the thermal expansion coefficient differs between the heat sink 9 and the exothermic electronic component mounted thereon, and when a convex warp occurs as shown in FIG. Even if the four corners of the module are screwed, the central portion of the heat sink is not in close contact with the cooling block, so heat is not transferred to the cooling block 2 via the heat sink 9 and the temperature rises abnormally.
Therefore, very high accuracy is required for the planar accuracy on the mounting surface of the heat sink and the cooling block in a state where the semiconductor switching element and the insulating substrate are mounted, which causes a labor and cost increase.

さらに、上記従来の冷却構造のうち、開口部を有するヒートシンクにゴムシートやＯリング、パッキン等の弾性体を挟んで、発熱素子が実装された放熱板を直接、嵌合してネジ止め固定した冷却構造では、ヒートシンクと放熱板との嵌合部の液密性を保つことが非常に重要となり、冷却液の液漏れを発生させない注意が必要となる。
例えば、放熱板として使用されている、Ａｌ−ＳｉＣ複合板およびＣｕ−Ｍｏ複合板では、熱膨張係数が７〜８ｐｐｍ／℃であるのに対し、開口部を有するヒートシンクとして使用される金属材料は、低コストで加工性に富むアルミニウムで、熱膨張係数が２４ｐｐｍ／℃で、一桁大きい。 Furthermore, among the above-described conventional cooling structures, an elastic body such as a rubber sheet, an O-ring, or a packing is sandwiched between a heat sink having an opening, and a heat sink on which a heating element is mounted is directly fitted and fixed with screws. In the cooling structure, it is very important to maintain the liquid tightness of the fitting portion between the heat sink and the heat sink, and care must be taken not to cause leakage of the cooling liquid.
For example, in an Al—SiC composite plate and a Cu—Mo composite plate used as a heat sink, the thermal expansion coefficient is 7 to 8 ppm / ° C., whereas the metal material used as a heat sink having an opening is It is a low-cost, highly workable aluminum with a thermal expansion coefficient of 24 ppm / ° C., an order of magnitude higher.

今、３０〜５０ｋＷクラスの車載用インバータ装置に搭載されるパワーモジュールを想定したとき、パワーモジュールベース板の長辺側寸法は約２０ｃｍとなる。車載用途のインバータ装置等で要求される環境温度−４０〜＋８５℃においては、ΔＴ＝１２５℃の温度変化に対応する必要があり、Ａｌ−ＳｉＣ複合板、およびＣｕ−Ｍｏ複合板等の放熱板では、パワーモジュール長辺側寸法２０ｃｍに対して０．２ｍｍの寸法変化となるのに対し、アルミニウムにおいては、０．６ｍｍの寸法変化を発生させることとなる。
従って、放熱板とアルミニウム間の熱膨張差が０．４ｍｍも発生することになり、これがヒートシンクと放熱板との嵌合部に挟み込まれたゴムシート等にストレスを与える。 Now, assuming a power module mounted on an in-vehicle inverter device of 30 to 50 kW class, the long side dimension of the power module base plate is about 20 cm. It is necessary to cope with a temperature change of ΔT = 125 ° C. at an environmental temperature of −40 to + 85 ° C. required for an inverter device for in-vehicle use, etc., and a heat sink such as an Al—SiC composite plate and a Cu—Mo composite plate Then, while the dimensional change is 0.2 mm with respect to the power module long side dimension of 20 cm, the dimensional change of 0.6 mm is generated in aluminum.
Accordingly, a thermal expansion difference of 0.4 mm between the heat sink and the aluminum is generated, which gives stress to the rubber sheet or the like sandwiched between the fitting portions of the heat sink and the heat sink.

さらに、温度環境が厳しい車載用途においては、ヒートシンクと放熱板との界面に存在するゴムシートやＯリング、パッキン等の弾性体にも、これらストレスが熱履歴となって加わり、長期間の使用によって密着性がさらに劣化するという問題も懸念される。   Furthermore, in automotive applications where the temperature environment is severe, these stresses are also applied to the elastic body such as rubber sheets, O-rings, packings, etc. that exist at the interface between the heat sink and the heat sink, resulting in long-term use. There is also a concern that the adhesiveness is further deteriorated.

また、上記従来の冷却構造のうち、セラミック基材の下面側電極板の面積を該セラミック基材よりも大きく設定して、冷却媒体で直接または間接冷却する構造については、下面側電極板の面積をセラミック基材よりも大きく設定したために、セラミック基材と上面側電極板の接合界面に生ずる内部応力よりも、セラミック基材と下面側電極板の接合界面に生ずる内部応力の方が強くなるために凸状のそりを生じることになる。   Of the conventional cooling structures described above, the area of the lower surface side electrode plate for the structure in which the area of the lower surface side electrode plate of the ceramic base material is set larger than that of the ceramic base material and is directly or indirectly cooled by the cooling medium. Is set to be larger than the ceramic base material, the internal stress generated at the bonding interface between the ceramic base material and the lower surface side electrode plate is stronger than the internal stress generated at the bonding interface between the ceramic base material and the upper surface side electrode plate. Will produce a convex warp.

ろう付け時に凸状のそりが発生するメカニズムを、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。図５（ａ）は常温状態（Ｔａ＝２５℃）における部材構成図であり、セラミック基材８の上面側に、該セラミック基材８と略同一の大きさを有する電極板１０を配置し、下面側に該セラミック基材８よりも大きな面積を有する電極板１１を配置している。電極板１０、１１のセラミック基材８との接合面側には、あらかじめ、ろう材が塗布されている。   A mechanism for generating a convex warp during brazing will be described with reference to FIGS. 5 (a), 5 (b), and 5 (c). FIG. 5A is a member configuration diagram in a normal temperature state (Ta = 25 ° C.), and an electrode plate 10 having substantially the same size as the ceramic substrate 8 is disposed on the upper surface side of the ceramic substrate 8. An electrode plate 11 having an area larger than that of the ceramic substrate 8 is disposed on the lower surface side. A brazing material is applied in advance to the joint surface side of the electrode plates 10 and 11 with the ceramic substrate 8.

図５（ｂ）は、真空中、約６４５℃の温度条件でろう付けする際の各部材の熱膨張を示す図である。
セラミック基材８は、例えば熱膨張係数３．７ｐｐｍ／℃の窒化アルミニウムであり、その両面に接合される電極板１０、１１は、例えば熱膨張係数２３ｐｐｍ／℃のアルミニウムである。
ろう付けを行う約６４５℃の温度条件では、アルミニウムが窒化アルミニウムより大きな熱膨張係数を有するため、電極板１０、１１は、セラミック基材８よりも大きく膨張している。（この際、電極板１０、１１には、膨張する向きに応力が発生している。） FIG.5 (b) is a figure which shows the thermal expansion of each member at the time of brazing on the temperature conditions of about 645 degreeC in a vacuum.
The ceramic substrate 8 is, for example, aluminum nitride having a thermal expansion coefficient of 3.7 ppm / ° C., and the electrode plates 10 and 11 bonded to both surfaces thereof are, for example, aluminum having a thermal expansion coefficient of 23 ppm / ° C.
Under the temperature condition of about 645 ° C. in which brazing is performed, since aluminum has a larger thermal expansion coefficient than aluminum nitride, the electrode plates 10 and 11 are expanded more than the ceramic substrate 8. (At this time, stress is generated in the electrode plates 10 and 11 in the direction of expansion.)

溶融したろう材は、真空炉内の温度が降下するに伴い、約６００℃で硬化し、セラミック基材８の両面に電極板１０、１１が接合される。そして、約６００℃付近から常温まで温度が降下する過程で、電極板１０、１１の収縮が起こる（図（ｃ））。この際、セラミック基材８の両面に接合される電極板１０、１１の形状が略同一である場合は、接合界面における内部応力がセラミック基材１０の両面でほぼ同じとなり、常温に戻った後のそりは発生しない。
しかし、下面側に接合される電極板１１のみがセラミック基材８よりも大きい場合、電極板１１におけるセラミック基材８が接続されていない周囲部の収縮力が大きくなり、図５（ｃ）のとおり、セラミック基材８の上面側電極板１０との接合界面における内部応力よりも、下面側電極板１１の接合界面における内部応力の方が大きくなり、凸状のそりが発生することとなる。 The molten brazing material is cured at about 600 ° C. as the temperature in the vacuum furnace decreases, and the electrode plates 10 and 11 are bonded to both surfaces of the ceramic substrate 8. Then, the electrode plates 10 and 11 contract in the process of decreasing the temperature from about 600 ° C. to room temperature (FIG. (C)). At this time, when the shapes of the electrode plates 10 and 11 bonded to both surfaces of the ceramic substrate 8 are substantially the same, the internal stress at the bonding interface is approximately the same on both surfaces of the ceramic substrate 10 and after returning to room temperature. No sled occurs.
However, when only the electrode plate 11 bonded to the lower surface side is larger than the ceramic substrate 8, the contraction force of the peripheral portion of the electrode plate 11 to which the ceramic substrate 8 is not connected becomes large, as shown in FIG. As described above, the internal stress at the bonding interface of the lower surface side electrode plate 11 becomes larger than the internal stress at the bonding interface with the upper surface side electrode plate 10 of the ceramic substrate 8, and a convex warp is generated.

ろう付け温度（約６００℃）から常温（２５℃）まで温度が降下した場合、温度降下（ΔＴ＝５７５℃）によって放熱板（アルミニウム）と窒化アルミニウムの接合界面に生ずる内部応力は非常に大きくなり、顕著なそりを発生する。これは、使用温度範囲（−４０〜＋８５℃）におけるΔＴ＝１２５℃の約４．６倍に相当し、制作時におけるそりを是正しない限り、図３に示すように、放熱板と冷却ブロック間に隙間が生じて熱が伝達されない状況に陥り、実使用で障害を発生する。   When the temperature drops from the brazing temperature (about 600 ° C) to room temperature (25 ° C), the internal stress generated at the junction interface between the heat sink (aluminum) and aluminum nitride becomes very large due to the temperature drop (ΔT = 575 ° C). To produce a noticeable sled. This is equivalent to approximately 4.6 times ΔT = 125 ° C in the operating temperature range (-40 to + 85 ° C). Unless warping during production is corrected, as shown in Fig. 3, there is a gap between the heat sink and the cooling block. This creates a gap in the case where heat is not transferred and causes a failure in actual use.

一例として、縦７０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムに対して、上面側に縦６８ｍｍ、横４８ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板、下面側に縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板をろう付けした場合、下面側電極板の長辺側両端に対して中央が約１ｍｍ内ぞりを生ずる結果となった。   As an example, for aluminum nitride having a length of 70 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 0.635 mm, an aluminum plate having a length of 68 mm, a width of 48 mm, and a thickness of 1 mm on the upper surface side, and a length of 200 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 1 mm on the lower surface side. In the case of brazing the aluminum plate, the center produced about 1 mm of inner side against both ends of the long side of the lower electrode plate.

上記のような問題があったため、セラミックを基材とする絶縁板と、アルミニウムからなる放熱板との間で、熱膨張係数の差によるそりを発生させることなく、半導体スイッチング素子から発生した熱を速やかに放熱することができる構造が求められていた。   Due to the above problems, heat generated from the semiconductor switching element can be generated without causing warpage due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating plate made of ceramic and the heat sink made of aluminum. There has been a demand for a structure that can quickly dissipate heat.

本発明は、上記課題を解決するものであって、発熱性の電子部品が実装された１枚以上の絶縁基板を有するパワーモジュールと、該パワーモジュールに取り付けられる放熱板と、該放熱板を載置して上記電子部品を強制冷却する冷却ブロックとで構成される電子部品冷却装置において、
上記絶縁基板が、セラミックからなる基材と、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムとからなり、該アルミニウムの面積がセラミック基材の面積と同一か、または小さい面積であり、
放熱板がアルミニウムからなり、かつ該放熱板がセラミック基材の面積よりも大きい面積を有し、上記絶縁基板に接合されるセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、セラミック基材の冷却ブロック側に位置する放熱板の厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ３＜ｄ２なる厚さ設定をしたことを特徴とする電子部品冷却装置である。 The present invention solves the above-described problem, and includes a power module having one or more insulating substrates on which heat-generating electronic components are mounted, a heat sink attached to the power module, and the heat sink. In an electronic component cooling device configured with a cooling block that forcibly cools the electronic component by placing
The insulating substrate is made of a base material made of ceramic and plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the base material, and the area of the aluminum is the same as or smaller than the area of the ceramic base material. ,
The radiator plate is made of aluminum, and the radiator plate has an area larger than the area of the ceramic substrate. The thickness of the ceramic substrate to be bonded to the insulating substrate is bonded to the electronic component side of the substrate. The thickness of d1 <d3 <d2 is set, where d2 is the thickness of the formed aluminum plate and d3 is the thickness of the heat sink located on the cooling block side of the ceramic substrate. This is a component cooling device.

また、発熱性の電子部品が実装された１枚以上の絶縁基板を有するパワーモジュールと、該パワーモジュールに取り付けられるフィン付放熱板と、該放熱板のフィン部に嵌合する冷却ブロックとで構成され、上記フィンを冷却ブロックの流路内に露出して、冷却媒体を流して強制冷却する電子部品冷却装置において、
上記絶縁基板が、セラミックからなる基材と、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムとからなり、該アルミニウムの面積がセラミック基材の面積と同一か、または小さい面積であり、
上記フィン付放熱板がアルミニウムからなり、かつ、該フィン付放熱板がセラミック基材よりも大きな面積を有し、上記絶縁基板に接合されるセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、上記放熱板のフィンを除いたアルミニウムの厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ２、かつ、ｄ１＜ｄ３なる厚さ設定をし、
上記フィンの高さｄ４が４ｍｍ以上で、ｄ４＞ｄ３であることを特徴とする電子部品冷却装置である。 A power module having one or more insulating substrates on which heat-generating electronic components are mounted; a heat sink with fins attached to the power module; and a cooling block fitted to the fin portion of the heat sink In the electronic component cooling apparatus for exposing the fins in the flow path of the cooling block and forcibly cooling by flowing a cooling medium,
The insulating substrate is made of a base material made of ceramic and plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the base material, and the area of the aluminum is the same as or smaller than the area of the ceramic base material. ,
The finned heat sink is made of aluminum, the finned heat sink has a larger area than the ceramic base material, and the thickness of the ceramic base material bonded to the insulating substrate is d1, and the electronic material of the base material When the thickness of the plate-like aluminum bonded to the component side is d2, and the thickness of the aluminum excluding the fins of the heat sink is d3, the thickness is set such that d1 <d2 and d1 <d3,
The electronic component cooling device is characterized in that a height d4 of the fin is 4 mm or more and d4> d3.

さらに、上記のセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、上記放熱板のフィンを除いたアルミニウムの厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ２≒ｄ３なる厚さ設定をすることを特徴とする電子部品冷却装置である。   Furthermore, the thickness of the ceramic substrate is d1, the thickness of the plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the substrate is d2, and the thickness of the aluminum excluding the fins of the heat sink is d3. In this case, the electronic component cooling apparatus is characterized in that the thickness is set such that d1 <d2≈d3.

そして、上記のフィン付放熱板と冷却ブロックとの嵌合部に、Ｏリングまたは平パッキンを介在させたことを特徴とする電子部品冷却装置である。   The electronic component cooling apparatus is characterized in that an O-ring or a flat packing is interposed in a fitting portion between the finned heat sink and the cooling block.

また、上記のフィン付放熱板と冷却ブロックとを一体化したことを特徴とする電子部品冷却装置である。   The electronic component cooling apparatus is characterized in that the finned heat sink and the cooling block are integrated.

さらに、上記のセラミック基材が窒化アルミニウムまたは窒化珪素からなることを特徴とする電子部品冷却装置である。   Furthermore, the electronic component cooling device is characterized in that the ceramic substrate is made of aluminum nitride or silicon nitride.

そして、上記のアルミニウムに替えて、銅を使用したことを特徴とする電子部品冷却装置である。   And it is replaced with said aluminum, It is an electronic component cooling device characterized by using copper.

セラミックを基材とし、該基材の電子部品側に接合されたアルミニウムの厚さｄ２を、冷却ブロック側に接合されるアルミニウム厚さｄ３よりも大きく設定し、該基材上面側のアルミニウムはセラミック基材と同一またはより小さな面積を有する回路パターンを構成して、発熱性の電子部品を実装し、該基材下面側のアルミニウムはセラミック基材より大きな面積を有し、発熱性の電子部品の放熱板として利用する。   The thickness d2 of aluminum joined to the electronic component side of the base material is set to be larger than the aluminum thickness d3 joined to the cooling block side, and the aluminum on the upper surface side of the base material is ceramic. A circuit pattern having the same or smaller area as that of the base material is configured to mount the heat generating electronic component, and the aluminum on the lower surface side of the base material has a larger area than the ceramic base material, Use as a heat sink.

これにより、基材となるセラミックの剛性を利用してアルミニウムとの界面に発生する熱応力を保持するとともに、基材の電子部品側に接合されたアルミニウムの厚さｄ２を、基材の冷却ブロック側に接合されるアルミニウムの厚さｄ３よりも大きく設定することで、基材とその両側に接合されるアルミニウムにおける接合界面応力を略同一に設定することが可能となり、セラミックとアルミニウムとの熱膨張係数差によるそりを抑制することができ、発熱性の電子部品と絶縁基板、および絶縁基板とアルミニウム放熱板との界面にストレスを生ずることなく、信頼性の高い電子部品を提供することができる。   Thus, the thermal stress generated at the interface with the aluminum is maintained by utilizing the rigidity of the ceramic serving as the base material, and the thickness d2 of the aluminum bonded to the electronic component side of the base material is reduced to the cooling block of the base material. By setting the thickness to be larger than the thickness d3 of the aluminum bonded to the side, it becomes possible to set the bonding interface stress between the base material and the aluminum bonded to both sides thereof to be substantially the same, and the thermal expansion between the ceramic and the aluminum Warpage due to the coefficient difference can be suppressed, and a highly reliable electronic component can be provided without causing stress at the interface between the heat-generating electronic component and the insulating substrate and between the insulating substrate and the aluminum heat sink.

さらに、冷却ブロック側に接合されるアルミニウムの厚さｄ３をセラミックス基材の厚さｄ１よりも厚くすることで、アルミニウム放熱板を冷却ブロックに接合する際の機械的強度を高めることができる。   Furthermore, the mechanical strength at the time of joining an aluminum heat sink to a cooling block can be raised by making thickness d3 of aluminum joined to the cooling block side thicker than thickness d1 of a ceramic base material.

また、セラミックを基材とし、該基材の上面側に基材と同一か、より小さな面積を有するアルミニウム回路パターンを構成して、発熱性の電子部品を実装し、該基材下面側には、セラミック基材よりも大きな面積を有する放熱フィン付アルミニウム冷却ブロックを接合するとともに、該放熱フィンを流路内に露出させて、冷却媒体で直接冷却して利用する。
この際、セラミック基材の両面に接合されるアルミニウムの厚さを、該基材よりも厚く設定することで、冷却ブロックに接合する際の機械的強度を高めるとともに、冷却ブロックに高さ４ｍｍ以上の放熱フィンを設けることで、セラミックス基材の両面にアルミニウムを接合することによって、界面に生じる応力バランスをとることが可能となり、複合モジュールのそりを抑制することができる。 Also, using ceramic as a base material, an aluminum circuit pattern having the same or smaller area as the base material is formed on the upper surface side of the base material, and heat-generating electronic components are mounted. In addition to joining an aluminum cooling block with a radiation fin having a larger area than the ceramic substrate, the radiation fin is exposed in the flow path and directly cooled with a cooling medium.
At this time, by setting the thickness of aluminum bonded to both surfaces of the ceramic base material to be thicker than that of the base material, the mechanical strength at the time of bonding to the cooling block is increased, and the height of the cooling block is 4 mm or more. By providing aluminum radiating fins, it is possible to balance the stress generated at the interface by bonding aluminum to both surfaces of the ceramic substrate, and to suppress warping of the composite module.

さらに、放熱フィン付アルミニウム冷却ブロックを使用した場合に、フィンの曲げ抗力でそりを抑制することが可能となり、アルミニウム放熱板１１の厚さｄ３と、アルミニウム回路パターンの厚さｄ２の関係をｄ２≒ｄ３としても、フィン高さを４ｍｍ以上に設定すれば、複合モジュールのそりを抑制することができる。   Further, when an aluminum cooling block with a heat radiating fin is used, warping can be suppressed by the bending resistance of the fin, and the relationship between the thickness d3 of the aluminum heat radiating plate 11 and the thickness d2 of the aluminum circuit pattern is d2≈ Even if d3 is set, the warpage of the composite module can be suppressed if the fin height is set to 4 mm or more.

また、パワーモジュール放熱板と冷却ブロックの材質にアルミニウムを使用しており、放熱板と冷却ブロック間に挟み込むＯリングまたは平パッキンにストレスを与えることがないため、長期間使用しても、密着性が劣化することがない。   In addition, the power module heat sink and cooling block are made of aluminum and do not give stress to the O-ring or flat packing sandwiched between the heat sink and cooling block. Will not deteriorate.

以下、本発明による実施例について、図面を参照して説明する。
［実施例１］冷却ブロック載置面にシリコングリース塗布（図６）
図６は、本発明の実施例による電子部品冷却装置の斜視図であり、セラミック基材８の上面側にアルミニウム回路パターン１０、下面側にアルミニウム放熱板１１を一体化した状態で、アルミニウム回路パターン１０に半導体スイッチング素子７を実装し、図１と同様、半導体周囲を取り囲むハウジングをアルミニウム放熱板１１に取り付けて、パワーモジュールとした状態で冷却ブロック２に実装して使用される。ここでは、内部構造をより明確にするためにハウジング部を省略して記載した。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1] Applying silicone grease to the cooling block mounting surface (Fig. 6)
FIG. 6 is a perspective view of an electronic component cooling device according to an embodiment of the present invention, in which an aluminum circuit pattern 10 is integrated with an aluminum circuit pattern 10 on the upper surface side of the ceramic substrate 8 and an aluminum heat sink 11 on the lower surface side. The semiconductor switching element 7 is mounted on 10, and the housing surrounding the semiconductor is attached to the aluminum heat radiating plate 11 in the same manner as in FIG. Here, in order to clarify the internal structure, the housing portion is omitted.

アルミニウム放熱板１１の上面側には、３枚のセラミックス基材８が実装されており、各セラミック基材上には、該基材と同一か、またはより小さな面積を有するアルミニウム回路パターン１０が接合されている。
アルミニウム放熱板１１とアルミニウム回路パターン１０の接合面側には、あらかじめＡｌ−Ｓｉ系合金等のろう材がクラッド加工してあり、セラミック基材８を挟んだ状態で、真空ろう付けして接合されている。
そして、先に３つの部材を接合したろう材よりも低い融点のはんだを用いて、アルミニウム回路パターン１０に半導体スイッチング素子７をはんだ付けにて実装する。さらに、アルミニウム放熱板１１と冷却ブロック２の載置面３との間に、シリコングリースを塗布し、これらにより両者間の密着性を高めた上でアルミニウム放熱板１１が冷却ブロック２にボルト４でネジ止め固定される。 Three ceramic base materials 8 are mounted on the upper surface side of the aluminum heat radiation plate 11, and an aluminum circuit pattern 10 having the same or smaller area as the base material is bonded onto each ceramic base material. Has been.
A brazing material such as an Al-Si alloy is clad in advance on the joining surface side of the aluminum heat sink 11 and the aluminum circuit pattern 10, and is joined by vacuum brazing with the ceramic substrate 8 sandwiched therebetween. ing.
Then, the semiconductor switching element 7 is mounted on the aluminum circuit pattern 10 by soldering using a solder having a melting point lower than that of the brazing material to which the three members are previously bonded. Further, silicon grease is applied between the aluminum heat radiating plate 11 and the mounting surface 3 of the cooling block 2 to improve the adhesion between them, and then the aluminum heat radiating plate 11 is attached to the cooling block 2 with bolts 4. It is fixed with screws.

さらに、冷却ブロック２の一方の冷液管６ａからクーラントや純水等の冷却液を供給して冷却ブロック内の流路を循環させたのち、他方の液冷管６ｂから排出させることで、パワーモジュール内の半導体スイッチング素子７で発生する熱が、アルミニウム回路パターン１０、セラミック基材８、アルミニウム放熱板１１、シリコングリースを通じて冷却ブロックに伝わり、冷却ブロック内を流れる冷却液により、パワーモジュールが強制冷却される。   Further, a coolant such as coolant or pure water is supplied from one cold liquid pipe 6a of the cooling block 2 and circulated through the flow path in the cooling block, and then discharged from the other liquid cold pipe 6b. Heat generated by the semiconductor switching element 7 in the module is transmitted to the cooling block through the aluminum circuit pattern 10, the ceramic base 8, the aluminum heat sink 11, and silicon grease, and the power module is forcibly cooled by the coolant flowing in the cooling block. Is done.

図７（ａ）は、上記電子部品冷却装置に使用されるセラミック基材８とアルミニウム回路パターン１０、アルミニウム放熱板１１を一体化する際の構成図であり、図７（ｂ）はその断面図である。（以下、これら３つの部材を接合した構造を「セラミック複合放熱板」と称する。）
セラミック複合放熱板は、アルミニウム回路パターン１０、セラミック基材８、アルミニウム放熱板１１の順に接合した構造をとる。アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２は、アルミニウム放熱板１１の厚さｄ３よりも大きく設定している。 FIG. 7A is a configuration diagram when the ceramic substrate 8 used in the electronic component cooling apparatus, the aluminum circuit pattern 10, and the aluminum heat sink 11 are integrated, and FIG. 7B is a cross-sectional view thereof. It is. (Hereinafter, a structure in which these three members are joined is referred to as a “ceramic composite heat sink”.)
The ceramic composite heat sink has a structure in which an aluminum circuit pattern 10, a ceramic substrate 8, and an aluminum heat sink 11 are joined in this order. The thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 is set to be larger than the thickness d3 of the aluminum radiator plate 11.

図７（ａ）に記載のとおり、セラミック基材８の下面側に接合されるアルミニウム放熱板１１が、上面側に接合されるアルミニウム回路パターン１０よりも大きい場合、アルミニウム放熱板１１のセラミック基材が接合されていない周囲部の分だけ、アルミニウム放熱板１１側の収縮力が大きくなることから、凸状のそりを発生することとなる。
そこで、上面側のアルミニウム回路パターンの厚さを下面側のアルミニウム放熱板１１よりも厚く設定し、セラミック基材と、アルミニウム回路パターン間の接合界面側における収縮力を増すことにより、セラミック基材の両面に接合されたアルミニウム板との接合界面側応力バランスを取り、セラミック複合放熱板のそりを抑制することができる。
また、アルミニウム放熱板１１は、冷却ブロック３にネジ締め固定するために、機械的強度を確保する必要があり、０．８〜２．０ｍｍ（望ましくは１．０〜１．６ｍｍ）厚さに設定する。
従って、セラミック基材の厚さｄ１＜アルミニウム放熱板の厚さｄ２となる。
接合されるセラミック基材は、剛性とともに熱伝導率が高く、放熱性能の高い窒化アルミニウム（０．６３５ｍｍｔ）が最適であり、アルミニウム回路パターンは接合時のそりを抑制するために、０．８〜２．０ｍｍ（望ましくは１．０〜１．６ｍｍ）で、アルミニウム放熱板１１よりも厚く設定して、接合界面の応力バランスをとる。
従って、セラミック基材の厚さｄ１＜アルミニウム放熱板の厚さｄ２＜アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ３となる。 As shown in FIG. 7A, when the aluminum heat sink 11 bonded to the lower surface side of the ceramic substrate 8 is larger than the aluminum circuit pattern 10 bonded to the upper surface side, the ceramic substrate of the aluminum heat sink 11 Since the contraction force on the side of the aluminum heat sink 11 is increased by the amount of the peripheral portion where no is bonded, a convex warp is generated.
Therefore, the thickness of the aluminum circuit pattern on the upper surface side is set to be thicker than that of the aluminum heat sink 11 on the lower surface side, and the shrinkage force on the bonding interface side between the ceramic substrate and the aluminum circuit pattern is increased. It is possible to balance the stress at the joint interface with the aluminum plates joined to both surfaces, and to suppress warping of the ceramic composite heat sink.
Moreover, in order to fix the aluminum heat sink 11 to the cooling block 3 by screwing, it is necessary to ensure mechanical strength, and the thickness is 0.8 to 2.0 mm (preferably 1.0 to 1.6 mm). Set.
Therefore, the thickness d1 of the ceramic substrate <the thickness d2 of the aluminum heat sink.
As the ceramic base material to be joined, aluminum nitride (0.635 mmt) having high rigidity and high thermal conductivity and high heat radiation performance is optimal, and the aluminum circuit pattern is 0.8 to suppress warpage during joining. It is set to 2.0 mm (preferably 1.0 to 1.6 mm) and thicker than the aluminum heat sink 11 to balance the stress at the bonding interface.
Therefore, the thickness d1 of the ceramic substrate <the thickness d2 of the aluminum heat sink <the thickness d3 of the aluminum circuit pattern 10.

アルミニウム回路パターン１０とアルミニウム放熱板１１の厚さがどの程度まで許容されるかは、接合されるセラミック基材８の曲げ強度に依存することとなる。
すなわち、アルミニウム回路パターン１０とアルミニウム放熱板１１の設定厚さにおいて、温度変化時に接合界面に生じる内部応力が、セラミック基材８が耐えうる曲げ強度の許容範囲内に収まる必要があり、使用温度範囲内で生じる接合界面応力によってセラミック基材との界面にクラックを発生しない範囲で厚さを設定することとなる。
一例として、縦７０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムに対して、上面側に縦６８ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのアルミニウム板、下面側に縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのアルミニウム板をろう付けした場合、そり量はほぼゼロとなった。 The extent to which the thickness of the aluminum circuit pattern 10 and the aluminum heat sink 11 is allowed depends on the bending strength of the ceramic substrate 8 to be joined.
That is, in the set thickness of the aluminum circuit pattern 10 and the aluminum heat sink 11, the internal stress generated at the bonding interface when the temperature changes needs to be within the allowable range of bending strength that the ceramic substrate 8 can withstand, and the operating temperature range. The thickness is set within a range in which cracks are not generated at the interface with the ceramic base material due to the bonding interface stress generated inside.
As an example, for aluminum nitride having a length of 70 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 0.635 mm, an aluminum plate having a length of 68 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 1.3 mm on the upper surface side, and a length of 200 mm, a width of 100 mm, and a thickness on the lower surface side. When a 1.0 mm aluminum plate was brazed, the amount of warpage was almost zero.

［実施例２］放熱板にフィンを一体成形し、冷却媒体で直接冷却（図８、９）
実施例２では、冷却ブロックに載置面を設けず、パワーモジュールを固着させた放熱板にフィンを一体成形したものを蓋として冷却ブロックに取り付け、直接冷却することにより、シリコングリースにおける熱抵抗を除去し、さらに積極的に放熱性を高めた構造について説明する。 [Embodiment 2] Fins are integrally formed on a heat sink and directly cooled with a cooling medium (FIGS. 8 and 9)
In Example 2, the cooling block is not provided with a mounting surface, and a heat sink with a power module fixed thereto is integrally formed with fins and attached to the cooling block as a lid. The structure that has been removed and further improved in heat dissipation will be described.

図８は、本発明の実施例による電子部品冷却装置の斜視図であり、セラミック基材８の上面側にアルミニウム回路パターン１０、下面側にアルミニウム放熱板１１を接合し、さらにアルミニウム放熱板１１の下面側に放熱フィン５を一体化した状態で、アルミニウム回路パターン１０に半導体スイッチング素子７を実装している。
放熱フィン５は、アルミニウム放熱板１１上に実装されるセラミック基材の直下付近に一体成形されている。放熱フィンをアルミニウム放熱板に一体成形する方法は、押し出し成形、鋳造、切削加工などが用いられる。また、冷却ブロック２は、冷却液の流路を規定する形として、アルミニウム放熱板１１に一体化されたフィン形状と合致する形で、断面凹状をしたＵ字形の通液路が形成されている。
そして、冷却ブロック２の周囲部１７にＯリング１８、または平パッキンを挟み、Ｕ字形通液路側に、アルミニウム放熱板１１のフィン側を嵌合させ、ボルト４を用いてパワーモジュールのアルミニウム放熱板１１の四隅を、冷却ブロック２にネジ締め固定することで液密を確保している。ただし、この場合、ネジ締めの間隔をできるだけ短くとり、Ｏリング、または平パッキンに充分な圧力を加えて信頼性を確保する必要がある。
そして、冷却ブロック２の一方の冷液管６ａからクーラントや純水等の冷却液を供給して冷却ブロック内の流路を循環させた後、他方の液冷管６ｂから排出させることで、パワーモジュール内の半導体スイッチング素子７で発生する熱を、アルミニウム回路パターン１０、セラミック基材８、アルミニウム放熱板１１、放熱フィン５を通じて冷却ブロック内を流れる冷却液で吸収して排熱させ、パワーモジュールが強制冷却される。 FIG. 8 is a perspective view of an electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, in which an aluminum circuit pattern 10 is joined to the upper surface side of the ceramic substrate 8, an aluminum heat sink 11 is joined to the lower surface side, and the aluminum heat sink 11 The semiconductor switching element 7 is mounted on the aluminum circuit pattern 10 with the radiation fins 5 integrated on the lower surface side.
The heat radiating fins 5 are integrally formed in the vicinity immediately below the ceramic base material mounted on the aluminum heat radiating plate 11. Extrusion molding, casting, cutting, or the like is used as a method for integrally forming the heat radiation fins on the aluminum heat radiation plate. Further, the cooling block 2 has a U-shaped liquid passage having a concave cross section in a shape matching the fin shape integrated with the aluminum heat radiating plate 11 as a shape defining the flow path of the cooling liquid. .
Then, an O-ring 18 or a flat packing is sandwiched between the peripheral portion 17 of the cooling block 2, the fin side of the aluminum heat sink 11 is fitted to the U-shaped liquid passage side, and the aluminum heat sink of the power module using the bolt 4. The four corners of 11 are secured to the cooling block 2 with screws to secure liquid tightness. However, in this case, it is necessary to secure the reliability by making the screw tightening interval as short as possible and applying sufficient pressure to the O-ring or the flat packing.
Then, a coolant such as coolant or pure water is supplied from one cold liquid pipe 6a of the cooling block 2 and circulated through the flow path in the cooling block, and then discharged from the other liquid cold pipe 6b. The heat generated in the semiconductor switching element 7 in the module is absorbed by the coolant flowing in the cooling block through the aluminum circuit pattern 10, the ceramic base 8, the aluminum heat sink 11, and the heat radiating fin 5 to be exhausted. Forced cooling.

図９（ａ）は、上記電子部品冷却装置に使用されるセラミック複合放熱板について、セラミック基材８とアルミニウム回路パターン１０、アルミニウム放熱板１１を一体化する際の構成図であり、図９（ｂ）はその断面図である。
セラミック複合放熱板は、アルミニウム回路パターン１０、セラミック基材８、アルミニウム放熱板１１の順に接合した構造をとる。
アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２とアルミニウム冷却ブロック１１の厚さｄ３は略同一厚さとし、放熱フィン５は、厚さ０．８ｍｍ、ピッチ間隔１．８ｍｍのストレートフィンを用いている。
アルミニウム放熱板１１とアルミニウム回路パターン１０のセラミック基材との接合面側は、あらかじめＡｌ−Ｓｉ系合金等のろう材がクラッド加工してあり、セラミック基材８を挟んだ状態で、真空ろう付けして接合されている。
アルミニウム放熱板１１は、冷却ブロック３にネジ締め固定するために、機械的強度を確保する必要があり、０．８〜２．０ｍｍ（望ましくは、１．０〜１．６ｍｍ）厚さに設定する。接合されるセラミック基材は、実施例１と同様に０．６３５ｍｍｔの窒化アルミニウムを使用している。 FIG. 9A is a configuration diagram when the ceramic base 8, the aluminum circuit pattern 10, and the aluminum heat sink 11 are integrated with respect to the ceramic composite heat sink used in the electronic component cooling apparatus. b) is a sectional view thereof.
The ceramic composite heat sink has a structure in which an aluminum circuit pattern 10, a ceramic substrate 8, and an aluminum heat sink 11 are joined in this order.
The thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 and the thickness d3 of the aluminum cooling block 11 are substantially the same, and the radiating fins 5 are straight fins having a thickness of 0.8 mm and a pitch interval of 1.8 mm.
The brazing material such as an Al-Si alloy is clad in advance on the joining surface side of the aluminum heat sink 11 and the ceramic substrate of the aluminum circuit pattern 10, and vacuum brazing with the ceramic substrate 8 sandwiched therebetween. Are joined together.
In order to fix the aluminum heat sink 11 to the cooling block 3 with screws, it is necessary to ensure mechanical strength, and the thickness is set to 0.8 to 2.0 mm (preferably 1.0 to 1.6 mm). To do. The ceramic base material to be joined is made of 0.635 mmt aluminum nitride as in the first embodiment.

図１０は、図９（ａ）に記載した電子部品冷却装置について、側面Ａ方向から見た図である。セラミック基材１０の上面側アルミニウム回路パターン１０、および下面側のアルミニウム冷却ブロック１１には、ろう付け接合時において６００℃から常温まで温度が降下する過程で発生した内部収縮応力が存在している。
下面側のアルミニウム冷却ブロック１６は、上面側アルミニウム回路パターン１０よりも大きな面積を有しており、より大きな収縮応力が内在するために、凸ぞりを発生しやすい環境にあるが、放熱フィン５の面内における曲げ抗力が内部収縮応力を打ち消す向きに働くため、長手方向にそりを発生することなく、平面性を確保することができる。 FIG. 10 is a view of the electronic component cooling apparatus illustrated in FIG. 9A as viewed from the side surface A direction. The upper surface side aluminum circuit pattern 10 and the lower surface side aluminum cooling block 11 of the ceramic substrate 10 have internal shrinkage stress generated in the process of temperature drop from 600 ° C. to room temperature during brazing joining.
The aluminum cooling block 16 on the lower surface side has a larger area than the aluminum circuit pattern 10 on the upper surface side, and has a larger shrinkage stress. Since the in-plane bending drag acts in a direction to cancel the internal contraction stress, flatness can be ensured without causing warpage in the longitudinal direction.

図７の実施例１ではアルミニウム放熱板１１の厚さｄ３に対してアルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２を大きくして、セラミック基材８との接合界面応力のバランスを取っていたが、図９に示すフィン付きアルミニウム放熱板を使用した場合には、必ずしもｄ２＞ｄ３とする必要はない。ｄ２＝ｄ３としても、フィンの高さを４ｍｍ以上に設定して、フィン面内の曲げ抗力を確保すれば、セラミック複合放熱板にそりを発生することはない。
ただし、アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２をセラミック基材８の厚さｄ１よりも薄く設定してしまうと、アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２＜セラミックス基材８の厚さｄ１＜アルミニウム放熱板１１の厚さｄ３となってしまい、ヒートサイクル負荷が生じた際にアルミニウム回路パターン１０とセラミック基材８の接合界面に過度のストレスが熱履歴となって加わり、クラックを発生するおそれがある。従って、アルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２は、０．６３５〜２ｍｍとして、セラミック基材８の厚さｄ１よりも大きく設定する必要がある。 In Example 1 of FIG. 7, the thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 was increased with respect to the thickness d3 of the aluminum heat sink 11 to balance the bonding interface stress with the ceramic substrate 8. When the finned aluminum heat sink shown in FIG. 2 is used, it is not always necessary to satisfy d2> d3. Even if d2 = d3, if the height of the fin is set to 4 mm or more and the bending resistance in the fin surface is ensured, the ceramic composite heat sink will not be warped.
However, if the thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 is set to be thinner than the thickness d1 of the ceramic substrate 8, the thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 <the thickness d1 of the ceramic substrate 8 <the aluminum heat sink 11 When the heat cycle load is generated, excessive stress is applied to the bonding interface between the aluminum circuit pattern 10 and the ceramic substrate 8 as a thermal history, and cracks may occur. Therefore, it is necessary to set the thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 to be larger than the thickness d1 of the ceramic substrate 8 as 0.635 to 2 mm.

一例として、縦７０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍの窒化アルミニウムに対して、上面側に縦６８ｍｍ、横４８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのアルミニウム板、下面側に縦２０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム板に厚さ０．８ｍｍ、高さ６ｍｍのフィンをフィンピッチ１．８ｍｍで一体成形したものをろう付けした場合、そり量はほぼゼロになった。
また、上面側に接合するアルミニウム板の厚さを０．８ｍｍとしたものを製作したが、同様にそりを発生しなかった。さらに、もとの状態に対してフィン高さ３ｍｍのものを製作したところ、下面側アルミニウム板の長辺側両端に対して中央が約０．４ｍｍ内ぞりを生ずる結果となった。 As an example, for aluminum nitride having a length of 70 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 0.635 mm, an aluminum plate having a length of 68 mm, a width of 48 mm, and a thickness of 0.8 mm on the upper surface side, a length of 20 mm, a width of 10 mm, and a thickness on the lower surface side. When a 1 mm aluminum plate was integrally brazed with a fin with a thickness of 0.8 mm and a height of 6 mm with a fin pitch of 1.8 mm, the amount of warpage was almost zero.
Moreover, although the thing which made the thickness of the aluminum plate joined to an upper surface side 0.8mm was manufactured, the curvature did not generate | occur | produce similarly. Furthermore, when a fin having a height of 3 mm was manufactured with respect to the original state, the inner side produced about 0.4 mm of inner center against both ends of the long side of the lower surface side aluminum plate.

ここで、放熱フィン部は、図１１（ａ）に示すように放熱フィンを所定間隔で並列配置したストレートフィンを用いてもよいし、さらに図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように放熱フィンを所定間隔で千鳥状に配置したオフセットフィンを用いてもよい。
オフセットフィンの場合には、ストレートフィンの場合より、冷却媒体がフィン端部にあたって乱流を生じやすくなり、放熱フィンから冷却媒体への熱伝達係数を大きくして、放熱能力を増すことができる。
各放熱フィンの厚さは薄すぎると面方向の曲げ抗力が小さくなり、厚すぎると放熱面積が少なくなって放熱能力が低下することから、０．６ｍｍ〜１ｍｍの厚さ範囲で設定することが望ましい。 Here, as the radiating fin portion, straight fins in which radiating fins are arranged in parallel at a predetermined interval as shown in FIG. 11A may be used, and further, as shown in FIGS. You may use the offset fin which has arrange | positioned the fin at zigzag form at predetermined intervals.
In the case of offset fins, the cooling medium is more likely to generate turbulent flow at the fin ends than in the case of straight fins, and the heat transfer coefficient from the heat radiation fins to the cooling medium can be increased to increase the heat radiation capability.
If the thickness of each radiating fin is too thin, the bending resistance in the surface direction will be small, and if it is too thick, the heat radiating area will be reduced and the heat radiating capacity will be reduced, so it can be set in the thickness range of 0.6 mm to 1 mm desirable.

図８に示す電子部品冷却装置において、半導体スイッチング素子と冷却液間には、セラミック複合放熱板しかなく、実施例１のシリコングリースは存在しない。さらに、放熱板と冷却フィンが一体化されているため、実施例１で放熱板と冷却フィン間に存在した冷却ブロックの載置面部が除去されており、この間での熱抵抗が低減されている。
特に、シリコングリースが存在しないことによる熱抵抗の低減効果は非常に大きく、例えば縦３０ｍｍ、横３０ｍｍの絶縁基板上に実装された半導体スイッチング素子部から３００Ｗの発熱を直下に放熱した場合、シリコングリース部の熱抵抗によるΔＴを約１６℃近くも低減することができる。
さらに、放熱板のわずかなそりによって、放熱板と冷却ブロック載置面との密着性が低下するということもなく、放熱能力を安定して発揮させることができる。
また、パワーモジュール放熱板と冷却ブロックに同材質のアルミニウムを使用しており、放熱板と冷却ブロック間に挟み込むＯリング、もしくは平パッキンにストレスを与えることがないため、長期間の使用によって密着性が劣化することがない。 In the electronic component cooling apparatus shown in FIG. 8, there is only a ceramic composite heat sink between the semiconductor switching element and the coolant, and the silicon grease of Example 1 does not exist. Furthermore, since the heat radiating plate and the cooling fin are integrated, the mounting surface portion of the cooling block existing between the heat radiating plate and the cooling fin in Example 1 is removed, and the thermal resistance therebetween is reduced. .
In particular, the effect of reducing thermal resistance due to the absence of silicon grease is very large. For example, when 300 W of heat is radiated directly from a semiconductor switching element portion mounted on an insulating substrate 30 mm long and 30 mm wide, silicon grease ΔT due to the thermal resistance of the portion can be reduced by about 16 ° C.
Furthermore, the slight heat sink of the heat sink does not reduce the adhesion between the heat sink and the cooling block mounting surface, and the heat dissipation capability can be stably exhibited.
In addition, the power module heat sink and cooling block are made of the same aluminum material, so there is no stress on the O-ring or flat packing sandwiched between the heat sink and cooling block. Will not deteriorate.

［実施例３］内部にフィン構造、冷却液路を備えたアルミニウム放熱板使用（図１２、１３）
実施例２では、フィン付きのアルミニウム放熱板を冷却ブロックに嵌合して一体化した例を示したが、実施例３では、フィン付き放熱板と冷却ブロックを一体化し、内部にフィン構造を有して冷却液路を備える密閉構造のアルミニウム冷却ブロック載置面上に、セラミック基材を実装した構造について説明する。
図１２は、本発明の実施例による電子部品冷却装置の斜視図であり、冷却媒体の入口、出口部を除いて密閉構造を有するアルミニウム冷却ブロック２の上面側にセラミック基材８、アルミニウム回路パターン１０を一体化した状態で、アルミニウム回路パターン１０に半導体スイッチング素子７を実装している。 [Example 3] Use of aluminum heat sink with fin structure and cooling liquid path inside (Figs. 12 and 13)
In Example 2, an example in which an aluminum heat sink with fins was fitted and integrated with a cooling block was shown, but in Example 3, a heat sink with fins and a cooling block were integrated, and a fin structure was provided inside. The structure in which the ceramic base material is mounted on the aluminum cooling block mounting surface having a sealed structure including the cooling liquid passage will be described.
FIG. 12 is a perspective view of an electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a ceramic substrate 8 and an aluminum circuit pattern are formed on the upper surface side of an aluminum cooling block 2 having a sealed structure except for an inlet and an outlet of a cooling medium. In a state where 10 is integrated, the semiconductor switching element 7 is mounted on the aluminum circuit pattern 10.

図１３（ａ）は、上記電子部品冷却装置に使用される、セラミック基材８とアルミニウム回路パターン１０、アルミニウム冷却ブロック２を一体化する際の構成図であり、図１３（ｂ）はその断面図である。
本構成図において、アルミニウム回路パターン１０、セラミック基材８、アルミニウム冷却ブロック２の順に接合した構造をとる。
アルミニウム冷却ブロック２の内部は、厚さ０．８ｍｍ、ピッチ間隔１．８ｍｍのフィンが、アルミニウム冷却ブロック載置面の内面側に一体成形されている。
アルミニウム冷却ブロックのフィンを除いた厚さｄ３とアルミニウム回路パターン１０の厚さｄ２は略同一厚さとなるように設定されている。ｄ３は４ｍｍ以上（好ましくは、６〜８ｍｍｔ）に設定して、フィン面における曲げ抗力を確保する。 FIG. 13A is a configuration diagram when the ceramic substrate 8, the aluminum circuit pattern 10, and the aluminum cooling block 2 are integrated in the electronic component cooling apparatus, and FIG. 13B is a cross-sectional view thereof. FIG.
In this configuration diagram, a structure in which an aluminum circuit pattern 10, a ceramic substrate 8, and an aluminum cooling block 2 are joined in this order is employed.
Inside the aluminum cooling block 2, fins having a thickness of 0.8 mm and a pitch interval of 1.8 mm are integrally formed on the inner surface side of the aluminum cooling block mounting surface.
The thickness d3 excluding the fins of the aluminum cooling block and the thickness d2 of the aluminum circuit pattern 10 are set to be substantially the same. d3 is set to 4 mm or more (preferably 6 to 8 mmt) to ensure the bending resistance on the fin surface.

図１２、１３に示すとおり、アルミニウム冷却ブロックが、冷却媒体の入口、出口部を除いて密閉構造を取り、内部にフィン構造を有して冷却媒体の流路を備えることにより、Ｏリングや平パッキンなどを使って、電子部品冷却装置の冷却媒体の液密性を確保する必要がなくなる。
さらに、アルミニウム冷却ブロックの四方向に壁面を有することにより、放熱フィンと同様に、４方向に有する壁面内での曲げ抗力を確保することができ、そりを抑制する効果を得ることができる。 As shown in FIGS. 12 and 13, the aluminum cooling block has a sealed structure except for the inlet and outlet portions of the cooling medium, has a fin structure inside, and has a cooling medium flow path. It is no longer necessary to secure the liquid tightness of the cooling medium of the electronic component cooling device by using packing or the like.
Furthermore, by having the wall surfaces in the four directions of the aluminum cooling block, it is possible to ensure bending resistance within the wall surfaces in the four directions, as in the case of the heat radiating fins, and to obtain the effect of suppressing warpage.

図８、１２に示す電子部品冷却装置においては、金属板を金型で断面凹状にプレスした後、中央に冷却液路を形成するしきり板をろう付けしてＵ字形の通液路を形成した冷却ブロックを用いていたが、図１４に示すようにインバータ筐体１７の冷却液循環路に中空口を設け、アルミニウム放熱板１１のフィン側と嵌合させて、周囲部１５にＯリング１６または平パッキンを挟んでネジ締め固定し、液密に一体化させることで冷却液流路用の液路を形成する構造も可能である。
インバータ筐体のサイズが大きい場合は、筐体の熱容量が大きく、ろう付けに必要な電力が大きくなるとともに、炉内で１度に処理できる量が少なくなり、量産性が低下してしまうため、上記Ｏリング若しくは平パッキンによる液密確保の方が実用的である。 In the electronic component cooling apparatus shown in FIGS. 8 and 12, after pressing a metal plate into a concave shape with a metal mold, a U-shaped liquid passage is formed by brazing a squeezing plate that forms a cooling liquid passage at the center. Although the cooling block was used, as shown in FIG. 14, a hollow port is provided in the coolant circulation path of the inverter housing 17, and is fitted to the fin side of the aluminum heat radiating plate 11. A structure is also possible in which a liquid path for the coolant flow path is formed by screwing and fixing with a flat packing and liquid-tight integration.
When the size of the inverter housing is large, the heat capacity of the housing is large, the power required for brazing increases, the amount that can be processed at once in the furnace decreases, and the mass productivity decreases. It is more practical to ensure liquid tightness with the O-ring or flat packing.

上記の絶縁基板の基材として使用されるセラミックとして、熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋと大きく、機械的強度が３８０ＭＰａと強い材料である窒化アルミニウムを使用することができる。
また、熱伝導率が８５Ｗ／ｍ・Ｋと窒化アルミニウムの約半分であるが、機械的強度が７００ＭＰａ以上ある窒化珪素を用いる場合、窒化アルミニウムの約半分の厚さで使用することにより、窒化アルミニウムとほぼ同等の放熱能力を持たせることが可能である。
さらに、熱伝導率、曲げ強度ともに前者より劣るが、安価なアルミナ基板を用いることも可能である。 As the ceramic used as the base material of the insulating substrate, aluminum nitride, which is a material having a high thermal conductivity of 170 W / m · K and a mechanical strength of 380 MPa, can be used.
In addition, when silicon nitride having a thermal conductivity of 85 W / m · K, which is about half that of aluminum nitride, but having a mechanical strength of 700 MPa or more, aluminum nitride is used by using it at a thickness about half that of aluminum nitride. It is possible to have almost the same heat dissipation capability.
Furthermore, although both thermal conductivity and bending strength are inferior to the former, it is possible to use an inexpensive alumina substrate.

また、上記のアルミニウムに替えて銅を使用することもできる。銅はアルミニウムと比較し、１７ｐｐｍ／℃と熱膨張係数は小さいが、変形抵抗が大きいため、セラミック基材の両面に銅を接合した時の熱応力を吸収しきれず、セラミック基材との界面にクラックを生じるおそれがある。
従って、セラミック基材の面積を１〜２ｃｍ２程度と小さく設定するか、あるいはセラミック基材の面積が大きくなる場合には、耐ヒートサイクル性が緩い条件（例えば、−４０〜＋１２５℃の温度条件において各３０分、５０回程度）に設定できる用途に限定されてしまうが、アルミニウムに比べて１．７倍程度、熱伝導率がよいことから、より放熱性の高い冷却装置を作製することが可能となる。 Moreover, it can replace with said aluminum and can also use copper. Copper has a low coefficient of thermal expansion of 17 ppm / ° C compared to aluminum, but its deformation resistance is large. Therefore, it cannot absorb the thermal stress when copper is bonded to both sides of the ceramic substrate, and at the interface with the ceramic substrate. May cause cracks.
Accordingly, when the area of the ceramic substrate is set to be as small as about 1 to 2 cm 2 or the area of the ceramic substrate is increased, the heat cycle resistance is loose (for example, the temperature condition of −40 to + 125 ° C.). However, it is possible to produce a cooling device with higher heat dissipation because it has a thermal conductivity of about 1.7 times that of aluminum. It becomes possible.

従来の電子部品冷却装置の斜視図である。It is a perspective view of the conventional electronic component cooling device. 図１の電子部品冷却装置の断面図である。It is sectional drawing of the electronic component cooling device of FIG. 従来構造の問題点の１つを説明するための図である。It is a figure for demonstrating one of the problems of a conventional structure. 他の従来の電子部品冷却装置の断面図である。It is sectional drawing of the other conventional electronic component cooling device. セラミック基材の電子部品側に板状のアルミニウム、冷却ブロック側に放熱板をろう付けしてセラミック複合基板に構成する時の凸状のそりが発生するメカニズムを示す図であり、（ａ）は常温状態、（ｂ）は高温真空中での状態、（ｃ）は高温から常温まで温度が降下する時の状態を示す図である。It is a figure which shows the mechanism in which convex warpage generate | occur | produces when brazing a plate-shaped aluminum to the electronic component side of a ceramic base material, and a heat sink to the cooling block side, and comprising in a ceramic composite substrate, (a) It is a normal temperature state, (b) is a state in a high temperature vacuum, (c) is a figure which shows a state when temperature falls from high temperature to normal temperature. 本発明の実施例による、電子部品冷却装置の斜視図である。1 is a perspective view of an electronic component cooling device according to an embodiment of the present invention. 図６のセラミック複合基板の組立工程を示す図であり、（ａ）は組立時の状態、（ｂ）は組立時の接合界面応力を示す図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating an assembling process of the ceramic composite substrate of FIG. 6, in which FIG. 本発明の他の実施例による、電子部品冷却装置の斜視図である。It is a perspective view of an electronic component cooling device according to another embodiment of the present invention. 図８の実施例による、電子部品冷却装置の組立工程を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。It is a figure which shows the assembly process of the electronic component cooling device by the Example of FIG. 8, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing. 図９（ａ）に記載した電子部品冷却装置について、側面Ａ方向から見た図である。It is the figure seen from the side A direction about the electronic component cooling device described in FIG. 本発明の実施例による、放熱フィンを示す図であり、（ａ）はストレートフィン、（ｂ）、（ｃ）はオフセットフィンを示す斜視図である。It is a figure which shows the radiation fin by the Example of this invention, (a) is a straight fin, (b), (c) is a perspective view which shows an offset fin. 本発明の他の実施例による、電子部品冷却装置の斜視図である。It is a perspective view of an electronic component cooling device according to another embodiment of the present invention. 図１２に示す電子部品冷却装置の組立工程を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。It is a figure which shows the assembly process of the electronic component cooling device shown in FIG. 12, (a) is a perspective view, (b) is sectional drawing. 本発明の他の実施例による、電子部品冷却装置の断面図である。It is sectional drawing of the electronic component cooling device by other Examples of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ パワーモジュール
２ 冷却ブロック
３ 冷却ブロック載置面
４ ボルト
５ 放熱フィン
６ａ、６ｂ 冷液管
７ 半導体スイッチング素子
８ セラミック基材
９ 放熱板
１０ アルミニウム回路パターン
１１ アルミニウム放熱板
１２ ハウジング
１３ 外部接続端子
１４ アルミワイヤ
１５ 冷却ブロック周囲部
１６ Ｏリング
１７ インバータ筐体
１９ 反り補正板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power module 2 Cooling block 3 Cooling block mounting surface 4 Bolt 5 Radiation fin 6a, 6b Cold liquid pipe 7 Semiconductor switching element 8 Ceramic base material 9 Heat sink 10 Aluminum circuit pattern 11 Aluminum heat sink 12 Housing 13 External connection terminal 14 Aluminum Wire 15 Cooling block peripheral portion 16 O-ring 17 Inverter housing 19 Warpage correction plate

Claims (7)

発熱性の電子部品が実装された１枚以上の絶縁基板を有するパワーモジュールと、該パワーモジュールに取り付けられる放熱板と、該放熱板を載置して上記電子部品を強制冷却する冷却ブロックとで構成される電子部品冷却装置において、
上記絶縁基板が、セラミックからなる基材と、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムとからなり、該アルミニウムの面積がセラミック基材の面積と同一か、または小さい面積であり、
放熱板がアルミニウムからなり、かつ、該放熱板がセラミック基材の面積よりも大きい面積を有し、上記絶縁基板に接合されるセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、セラミック基材の冷却ブロック側に位置する放熱板の厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ３＜ｄ２なる厚さ設定をしたことを特徴とする電子部品冷却装置。 A power module having one or more insulating substrates on which heat-generating electronic components are mounted, a heat sink attached to the power module, and a cooling block for forcibly cooling the electronic components by placing the heat sink In the configured electronic component cooling device,
The insulating substrate is made of a base material made of ceramic and plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the base material, and the area of the aluminum is the same as or smaller than the area of the ceramic base material. ,
The heat radiating plate is made of aluminum, and the heat radiating plate has an area larger than the area of the ceramic base material. The thickness of the ceramic base material joined to the insulating substrate is d1, the electronic component side of the base material When the thickness of the joined plate-like aluminum is d2, and the thickness of the heat radiating plate located on the cooling block side of the ceramic substrate is d3, the thickness is set such that d1 <d3 <d2. Electronic component cooling device. 発熱性の電子部品が実装された１枚以上の絶縁基板を有するパワーモジュールと、該パワーモジュールに取り付けられるフィン付放熱板と、該放熱板のフィン部に嵌合する冷却ブロックとで構成され、上記フィンを冷却ブロックの流路内に露出して、冷却媒体を流して強制冷却する電子部品冷却装置において、
上記絶縁基板が、セラミックからなる基材と、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムとからなり、該アルミニウムの面積がセラミック基材の面積と同一か、または小さい面積であり、
フィン付放熱板がアルミニウムからなり、かつ、該フィン付放熱板がセラミック基材よりも大きな面積を有し、上記絶縁基板に接合されるセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、上記放熱板のフィンを除いたアルミニウムの厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ２、かつ、ｄ１＜ｄ３なる厚さ設定をし、
上記フィンの高さｄ４が４ｍｍ以上で、ｄ４＞ｄ３であることを特徴とする電子部品冷却装置。 A power module having one or more insulating substrates on which heat-generating electronic components are mounted, a heat sink with fins attached to the power module, and a cooling block fitted to the fin portion of the heat sink, In the electronic component cooling apparatus that exposes the fins in the flow path of the cooling block and forcibly cools by flowing a cooling medium,
The insulating substrate is made of a base material made of ceramic and plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the base material, and the area of the aluminum is the same as or smaller than the area of the ceramic base material. ,
The finned radiator plate is made of aluminum, the finned radiator plate has a larger area than the ceramic substrate, and the thickness of the ceramic substrate joined to the insulating substrate is d1, and the electronic component of the substrate When the thickness of the plate-like aluminum bonded to the side is d2, and the thickness of the aluminum excluding the fins of the heat sink is d3, the thickness is set such that d1 <d2 and d1 <d3,
An electronic component cooling apparatus, wherein a height d4 of the fin is 4 mm or more and d4> d3. 請求項２記載のセラミック基材の厚さをｄ１、該基材の電子部品側に接合された板状のアルミニウムの厚さをｄ２、上記放熱板のフィンを除いたアルミニウムの厚さをｄ３とするとき、ｄ１＜ｄ２≒ｄ３なる厚さ設定をすることを特徴とする電子部品冷却装置。   The thickness of the ceramic substrate according to claim 2 is d1, the thickness of the plate-like aluminum bonded to the electronic component side of the substrate is d2, and the thickness of the aluminum excluding the fins of the heat sink is d3. In this case, the electronic component cooling apparatus is characterized in that the thickness is set such that d1 <d2≈d3. 請求項２記載のフィン付放熱板と冷却ブロックとの嵌合部に、Ｏリングまたは平パッキンを介在させたことを特徴とする電子部品冷却装置。   An electronic component cooling apparatus, wherein an O-ring or a flat packing is interposed in a fitting portion between the finned radiator plate and the cooling block according to claim 2. 請求項２記載のフィン付放熱板と冷却ブロックとを一体化したことを特徴とする電子部品冷却装置。   An electronic component cooling device, wherein the finned heat sink and the cooling block according to claim 2 are integrated. 請求項１または請求項２記載のセラミック基材が窒化アルミニウムまたは窒化珪素からなることを特徴とする電子部品冷却装置。   3. The electronic component cooling apparatus according to claim 1, wherein the ceramic substrate is made of aluminum nitride or silicon nitride. 請求項１または請求項２記載のアルミニウムに替えて、銅を使用したことを特徴とする電子部品冷却装置。   An electronic component cooling apparatus using copper instead of the aluminum according to claim 1 or 2.
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