JP2007073904A - Circuit board - Google Patents

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Tomohei Sugiyama
知平 杉山
Kyoichi Kinoshita
恭一 木下
Katsuaki Tanaka
勝章 田中
Eiji Kono
栄次 河野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit board which is suitable for mounting a semiconductor device etc. generating heat much like a power element, which is more excellent in radiation property than a conventional technique, and where wiring layer is easily formed to be flat to improve reliability of a soldered part. <P>SOLUTION: The circuit board 10 is provided with wiring layers 12 on a board 11 through insulating layers 13. The board 11 is formed of insulating resin and provided with a cooling medium path 14, and coolers 16 made of aluminum-based metal are buried so as to constitute a part of the cooling medium path 14. The coolers 16 are provided with a plurality of cooling medium channels 16a extending in parallel to channels 14c, and flat parts 16b are formed at places corresponding to the wiring layers 12. For the insulating resin constituting the board 11, resin whose coefficient of thermal expansion is smaller than that of the cooling parts 16. The wiring layers 12 are provided at a plurality of places on the flat parts 16b of the respective cooling parts 16. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は例えば半導体装置や電子部品が搭載される回路基板に関する。   The present invention relates to a circuit board on which, for example, a semiconductor device or an electronic component is mounted.

回路基板に搭載(実装)された半導体装置や電子部品等から発生する熱を放散させるため、一般にヒートシンクが用いられる。ヒートシンクを金属製とした場合は、金属と半導体装置等との熱膨張係数の差が大きく、冷熱サイクル寿命が短くなる。   A heat sink is generally used to dissipate heat generated from a semiconductor device or electronic component mounted (mounted) on a circuit board. When the heat sink is made of metal, the difference in thermal expansion coefficient between the metal and the semiconductor device or the like is large, and the thermal cycle life is shortened.

また、放熱性に優れ、かつスルーホール形成が可能である印刷配線用基板(プリント配線板)として、熱硬化性樹脂硬化物からなる絶縁層の両面に回路形成用の導体を有する印刷配線用基板において、該絶縁層に熱媒体を通す冷却装置を埋設したものが提案されている(特許文献1参照)。特許文献1の印刷配線用基板は、図10(a)に示すように、絶縁層51に冷却装置52が埋設されており、絶縁層51の両面に回路形成用の導体(配線層)53が設けられている。冷却装置52は、例えば、図10(b)に示すように、管を折曲げて形成されている。そして、スルーホールが冷却装置52における熱冷媒の流路54の間に存在する絶縁樹脂の部分に形成されるようになっている。絶縁層51を構成する熱硬化性樹脂硬化物は、種々の充填材を配合することにより熱伝導率を向上させたり熱膨張係数を冷却装置52に整合させたりすることができる。
特開平5−299788号公報(明細書の段落[0005]〜[0008]、図1,2)
In addition, as a printed wiring board (printed wiring board) having excellent heat dissipation and capable of forming a through hole, a printed wiring board having circuit forming conductors on both sides of an insulating layer made of a thermosetting resin cured product. Have proposed that a cooling device for passing a heat medium is embedded in the insulating layer (see Patent Document 1). As shown in FIG. 10A, the printed wiring board disclosed in Patent Document 1 includes a cooling device 52 embedded in an insulating layer 51, and circuit forming conductors (wiring layers) 53 on both surfaces of the insulating layer 51. Is provided. The cooling device 52 is formed, for example, by bending a pipe as shown in FIG. A through hole is formed in a portion of the insulating resin that exists between the flow paths 54 of the thermal refrigerant in the cooling device 52. The cured thermosetting resin constituting the insulating layer 51 can improve thermal conductivity and match the thermal expansion coefficient with the cooling device 52 by blending various fillers.
JP-A-5-299788 (paragraphs [0005] to [0008] of the specification, FIGS. 1 and 2)

特許文献1の技術では、印刷配線用基板が熱媒体を通す冷却装置52を備えているため、ヒートシンクを別に設ける構成に比較して小型化が可能である。また、ヒートシンクを備えない印刷配線用基板に比較して優れた放熱性が得られる。ところが、特許文献1の構成では、冷却装置52は、導体53からの熱が、流路54を構成する管の外面まで絶縁層51を介して伝達され、その後、管を伝達して熱媒体に伝達された熱を、流路54を流れる熱媒体により絶縁層51と対応する部分から除去する構成である。そのため、導体53と管との位置関係によって導体53の放熱(冷却)効果が異なり、管に近い部分に比較して管に遠い部分や管に対向していない部分の放熱(冷却)効果が低くなる。また、導体53と管との間に存在する絶縁層51の最も薄い部分の厚さを、例えば、数十μm程度にした場合、成形の際に、絶縁層51の導体53と対向する面を平坦に形成するのが難しい。   In the technique of Patent Document 1, since the printed wiring board includes the cooling device 52 through which the heat medium passes, the size can be reduced as compared with a configuration in which a heat sink is separately provided. Moreover, the heat dissipation excellent in comparison with the printed wiring board not including the heat sink can be obtained. However, in the configuration of Patent Document 1, the cooling device 52 transmits the heat from the conductor 53 to the outer surface of the pipe constituting the flow path 54 through the insulating layer 51, and then transmits the pipe to the heat medium. In this configuration, the transmitted heat is removed from the portion corresponding to the insulating layer 51 by the heat medium flowing through the flow path 54. Therefore, the heat dissipation (cooling) effect of the conductor 53 differs depending on the positional relationship between the conductor 53 and the tube, and the heat dissipation (cooling) effect of the portion far from the tube or the portion not facing the tube is lower than the portion close to the tube. Become. Further, when the thickness of the thinnest part of the insulating layer 51 existing between the conductor 53 and the tube is, for example, about several tens of μm, the surface of the insulating layer 51 facing the conductor 53 is formed at the time of molding. Difficult to form flat.

本発明は前記の従来問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば、パワー素子のように発熱の大きな半導体装置等を搭載するのに好適で、従来技術より放熱性に優れ、配線層を平坦に形成するのが容易で半田接続部の信頼性が向上する回路基板を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is suitable for mounting a semiconductor device or the like that generates a large amount of heat, such as a power element, and is superior in heat dissipation than the prior art, An object of the present invention is to provide a circuit board in which a wiring layer can be easily formed flat and the reliability of a solder connection portion is improved.

前記の目的を達成するため請求項1に記載の発明は、冷却媒体流路を備えた金属製の冷却部が樹脂で埋設された基板を備え、該基板上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層が絶縁層を介して設けられている回路基板である。前記冷却部は少なくとも前記配線層と対応する箇所に平坦部が形成され、前記樹脂には熱膨張係数が前記冷却部の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with a substrate in which a metal cooling portion having a cooling medium flow path is embedded with a resin, and a silicon semiconductor chip can be mounted on the substrate. It is a circuit board in which a wiring layer is provided via an insulating layer. The cooling part is formed with a flat part at least at a position corresponding to the wiring layer, and a resin having a thermal expansion coefficient smaller than that of the cooling part is used for the resin.

この発明では、配線層は、冷却部を構成する平坦部上に絶縁層を介して設けられているため、配線層を平坦に形成すること、即ち配線層と平坦部との距離を一定にすることが容易になり、該距離を一定又はほぼ一定にすることにより、配線層と冷却部との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層から冷却部への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部の熱膨張が冷却部を埋設している樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層上に半田を介して半導体装置(シリコン半導体チップ)が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。   In this invention, since the wiring layer is provided on the flat part constituting the cooling part via the insulating layer, the wiring layer is formed flat, that is, the distance between the wiring layer and the flat part is made constant. By making the distance constant or substantially constant, heat transfer from the wiring layer to the cooling unit becomes better than when the distance between the wiring layer and the cooling unit varies depending on the location. . In addition, the thermal expansion of the metal cooling unit is suppressed by the resin in which the cooling unit is embedded, and the life of the cooling cycle is prolonged, and a semiconductor device (silicon semiconductor chip) is mounted on the wiring layer via solder. This improves the reliability of the solder connection part.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記冷却部が埋設された樹脂と前記絶縁層は同じ絶縁性樹脂で構成されている。従って、この発明では、絶縁層の製造に必要な樹脂が一種類でよく、冷却部が埋設された絶縁性樹脂と異なる樹脂で絶縁層が形成されている場合に比較して、材料の準備や保管が容易になる。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the resin in which the cooling portion is embedded and the insulating layer are made of the same insulating resin. Therefore, in the present invention, only one type of resin is necessary for the production of the insulating layer, and compared with the case where the insulating layer is formed of a resin different from the insulating resin in which the cooling portion is embedded, Storage becomes easy.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記配線層は、共通の前記平坦部上において複数箇所に設けられている。
複数の配線層上に半導体装置が搭載されて使用される際、全ての半導体装置が同時に作動するとは限らない。複数の配線層が共通の平坦部上に設けられている場合には、発熱している半導体装置が搭載された配線層の熱が他の配線層に対応する箇所まで平坦部を伝達し、冷却部で冷却作用を受けるため、放熱性(冷却効果)が向上する。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the wiring layer is provided at a plurality of locations on the common flat portion.
When a semiconductor device is mounted on a plurality of wiring layers and used, not all semiconductor devices operate at the same time. When a plurality of wiring layers are provided on a common flat part, the heat of the wiring layer on which the semiconductor device generating heat is mounted is transmitted to the part corresponding to the other wiring layer and cooled. Since the cooling action is received at the part, the heat dissipation (cooling effect) is improved.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記冷却媒体流路は、前記複数箇所に設けられた配線層の配列方向に沿って延びるように設けられている。冷却媒体流路が複数あり、複数の配線層が異なる通路と対応するように配置された場合は、配線層上に搭載された一部の半導体装置が発熱している状態においては、一部の冷却媒体流路を流れる冷却媒体は冷却に殆ど寄与せずに流れる。しかし、この発明では、冷却媒体流路を流れる冷却媒体は全て冷却に寄与した状態で流れる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the cooling medium flow path is provided so as to extend along an arrangement direction of the wiring layers provided at the plurality of locations. When there are a plurality of cooling medium flow paths and a plurality of wiring layers are arranged so as to correspond to different paths, some semiconductor devices mounted on the wiring layers are partially heated, The cooling medium flowing through the cooling medium flow path flows with little contribution to cooling. However, in the present invention, all the cooling medium flowing through the cooling medium flow path flows in a state that contributes to cooling.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却部はアルミニウム系金属製である。ここで、「アルミニウム系金属」とは、アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。アルミニウム系金属は、熱伝導率は金、銀、銅に劣るが、鉄やマグネシウムに比較して高く、加工性に優れ、軽量でしかも低コストである。従って、この発明では、軽量の回路基板を容易かつ安価に製造できる。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the cooling part is made of an aluminum-based metal. Here, “aluminum-based metal” means aluminum or an aluminum alloy. Aluminum-based metals are inferior to gold, silver, and copper in thermal conductivity, but are higher than iron and magnesium, excellent in workability, light weight, and low cost. Therefore, in this invention, a lightweight circuit board can be manufactured easily and inexpensively.

請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記配線層は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。ここで、「金属複合材」とは、一種類の金属単体ではなく、複数の金属あるいは金属とセラミックスとが複合されたものを意味する。配線層は、全体としてその熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さいため、半導体装置と配線層との熱膨張係数の差が、配線層を銅やアルミニウムで形成した場合より小さくなり、冷熱サイクルの寿命がより長くなるとともに、半田接続部の信頼性がより向上する。   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the wiring layer is made of a metal composite material having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than copper. is there. Here, the “metal composite material” means not a single metal element but a composite of a plurality of metals or metals and ceramics. Since the wiring layer as a whole has a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than copper, the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor device and the wiring layer is smaller than when the wiring layer is formed of copper or aluminum, The life of the cooling / heating cycle becomes longer, and the reliability of the solder connection portion is further improved.

請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の発明において、前記配線層は、熱伝導率が30W/(mK)以上である。配線層の熱伝導率が半田の熱伝導率より低いと、配線層上に実装された半導体装置等から発生した熱が配線層の部分で基板側に伝達され難くなる。半田の熱伝導率が30W/(mK)程度であるため、この発明では、配線層の熱伝導率が半田の熱伝導率以上となり、配線層が熱伝達のネックになることが抑制される。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the wiring layer has a thermal conductivity of 30 W / (mK) or more. If the thermal conductivity of the wiring layer is lower than the thermal conductivity of the solder, it is difficult for heat generated from a semiconductor device or the like mounted on the wiring layer to be transmitted to the substrate side in the wiring layer portion. Since the thermal conductivity of the solder is about 30 W / (mK), in the present invention, the thermal conductivity of the wiring layer becomes higher than the thermal conductivity of the solder, and the wiring layer is suppressed from becoming a heat transfer bottleneck.

本発明によれば、パワー素子のように発熱の大きな半導体装置等を搭載するのに好適で、従来技術より放熱性に優れ、配線層を平坦に形成するのが容易で半田接続部の信頼性が向上する回路基板を提供することができる。   According to the present invention, it is suitable for mounting a semiconductor device or the like that generates a large amount of heat like a power element, has better heat dissipation than the prior art, and it is easy to form a wiring layer flatly and the reliability of the solder connection part The circuit board which improves can be provided.

(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図1〜図3に従って説明する。
図1(a)〜(c)に示すように、回路基板10は、基板11上に配線層12が絶縁層13を介して設けられている。基板11は、樹脂(この実施形態では絶縁性樹脂)で形成されるとともに冷却媒体通路14を備えている。冷却媒体通路14は、断面矩形状に形成されるとともに、入口部14a及び出口部14bを備え、入口部14aから分岐して2本の流路14cに分岐した後、再び1本に集合して出口部14bに連続するように形成されている。入口部14a及び出口部14bにはパイプ15a,15bが鋳込まれている。パイプ15a,15bは、車両に装備された冷却媒体循環路に連結可能に形成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1A to 1C, the circuit board 10 is provided with a wiring layer 12 on an insulating layer 13 on a substrate 11. The substrate 11 is formed of a resin (insulating resin in this embodiment) and includes a cooling medium passage 14. The cooling medium passage 14 is formed in a rectangular shape in cross section, and includes an inlet portion 14a and an outlet portion 14b, branches from the inlet portion 14a and branches into two flow paths 14c, and then gathers together again. It is formed to be continuous with the outlet portion 14b. Pipes 15a and 15b are cast into the inlet portion 14a and the outlet portion 14b. The pipes 15a and 15b are formed so as to be connectable to a cooling medium circulation path equipped in the vehicle.

各流路14cには、冷却媒体通路14の一部を構成するように金属製の冷却部16が埋設されている。この実施形態では、冷却部16はアルミニウム系金属製である。アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。冷却部16は、断面積が流路14cの断面積より小さく、流路14cと平行に延びる複数の冷却媒体流路16aを備え、配線層12と対応する箇所に平坦部16bが形成されている。また、配線層12と対応する箇所と反対側にも平坦部16cが形成されている。   A metal cooling section 16 is embedded in each flow path 14 c so as to constitute a part of the cooling medium passage 14. In this embodiment, the cooling unit 16 is made of an aluminum-based metal. An aluminum-based metal means aluminum or an aluminum alloy. The cooling unit 16 includes a plurality of cooling medium channels 16a having a cross-sectional area smaller than that of the channel 14c and extending in parallel with the channel 14c, and a flat portion 16b is formed at a location corresponding to the wiring layer 12. . A flat portion 16c is also formed on the side opposite to the portion corresponding to the wiring layer 12.

基板11を構成する絶縁性樹脂には、熱膨張係数が冷却部16の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。絶縁性樹脂は、樹脂にセラミックスの粒子又は繊維等のフィラーが混合(充填)されることにより、熱膨張係数が冷却部16(この実施形態ではアルミニウム系金属)より小さく調整されている。フィラーの材質としては、例えば、ガラス、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等が挙げられる。   As the insulating resin constituting the substrate 11, a resin having a thermal expansion coefficient smaller than that of the cooling unit 16 is used. The insulating resin is adjusted so that the thermal expansion coefficient is smaller than that of the cooling unit 16 (in this embodiment, an aluminum-based metal) by mixing (filling) ceramic particles or fibers with a filler. Examples of the filler material include glass, alumina, silicon nitride, and boron nitride.

配線層12は、各冷却部16の平坦部16b上において複数箇所に設けられている。即ち、冷却媒体流路16aは、複数箇所に設けられた配線層12の配列方向に沿って延びるように設けられている。配線層12は、一般に回路基板で使用される金属製(この実施形態では銅製)で、配線層12の絶縁層13と反対側の面上には、半田17を介してシリコン半導体チップとしての半導体装置(半導体チップ)18が実装(搭載)されている。半導体装置18は、図示しないアルミニウムワイヤで配線層12と接続されている。   The wiring layer 12 is provided at a plurality of locations on the flat portion 16 b of each cooling unit 16. That is, the cooling medium flow path 16a is provided so as to extend along the arrangement direction of the wiring layers 12 provided at a plurality of locations. The wiring layer 12 is generally made of metal (copper in this embodiment) used on a circuit board, and a semiconductor as a silicon semiconductor chip is disposed on a surface of the wiring layer 12 opposite to the insulating layer 13 via a solder 17. A device (semiconductor chip) 18 is mounted (mounted). The semiconductor device 18 is connected to the wiring layer 12 with an aluminum wire (not shown).

絶縁層13は、熱伝導率を高めるために絶縁性で樹脂より熱伝導率の大きなセラミックスフィラーが充填されている。また、配線層12上に半田17を介して半導体装置18を実装する際、絶縁層13が半田17の溶融時の熱で溶融しないように、熱可塑性樹脂を使用する場合は融点が100℃以上のもの(例えば、ポリアミドやポリエステル)が使用される。この実施形態では、冷却部16が埋設された樹脂と絶縁層13は同じ絶縁性樹脂で構成されている。   The insulating layer 13 is filled with a ceramic filler that is insulative and has a higher thermal conductivity than the resin in order to increase the thermal conductivity. Further, when the semiconductor device 18 is mounted on the wiring layer 12 via the solder 17, the melting point is 100 ° C. or higher when a thermoplastic resin is used so that the insulating layer 13 is not melted by the heat generated when the solder 17 is melted. (For example, polyamide and polyester) are used. In this embodiment, the resin in which the cooling unit 16 is embedded and the insulating layer 13 are made of the same insulating resin.

基板11は、厚さが10mm程度に形成される。絶縁層13は、厚さが薄いと耐圧性が悪くなり、厚いと熱伝導(熱伝達)が悪くなるため、厚さが10〜300μm、好ましくは20〜100μmに形成される。配線層12は熱伝導率が半田の熱伝導率より十分大きい銅製のため、その厚さは配線層12を流れる最大電流の大きさに合わせて適正な厚さに設定される。   The substrate 11 is formed with a thickness of about 10 mm. The insulating layer 13 is formed to have a thickness of 10 to 300 μm, preferably 20 to 100 μm, because the insulating layer 13 has poor pressure resistance when it is thin, and heat conduction (heat transfer) becomes poor when it is thick. Since the wiring layer 12 is made of copper whose thermal conductivity is sufficiently larger than the thermal conductivity of solder, its thickness is set to an appropriate thickness according to the magnitude of the maximum current flowing through the wiring layer 12.

なお、各図は回路基板10等の構成を模式的に示したものであり、図示の都合上、一部の寸法を誇張して分かり易くしているために、それぞれの部分の幅、長さ、厚さ等の寸法の比は実際の比と異なっている。他の実施形態においても同様である。   Each drawing schematically shows the configuration of the circuit board 10 and the like. For convenience of illustration, some dimensions are exaggerated for easy understanding, so that the width and length of each part are shown. The ratio of dimensions such as thickness is different from the actual ratio. The same applies to other embodiments.

次に前記のように構成された回路基板10の製造方法を説明する。冷却部16は、例えば、押出し成形により形成される。形成された冷却部16の外表面にアルマイト処理を施す。外表面にアルマイト処理が施された冷却部16を金型内の所定位置に配置して射出成形又はトランスファー成形により、図3に示すように、平坦部16bが露出する状態で冷却部16が樹脂に鋳込まれた状態の成型品19が形成される。樹脂として熱可塑性樹脂を使用する場合は射出成形が行われ、樹脂として熱硬化性樹脂を使用する場合はトランスファー成形が行われる。冷却部16の外表面にアルマイト処理が施されているため、樹脂は冷却部16外表面に対してアンカー効果で強固に接着される。   Next, a method for manufacturing the circuit board 10 configured as described above will be described. The cooling unit 16 is formed by, for example, extrusion molding. Alumite treatment is applied to the outer surface of the formed cooling section 16. As shown in FIG. 3, the cooling unit 16 is placed in a state where the flat portion 16 b is exposed by resin injection molding or transfer molding by placing the cooling unit 16 whose outer surface is anodized at a predetermined position in the mold. A molded product 19 in a state of being cast into is formed. When a thermoplastic resin is used as the resin, injection molding is performed, and when a thermosetting resin is used as the resin, transfer molding is performed. Since the outer surface of the cooling unit 16 is anodized, the resin is firmly bonded to the outer surface of the cooling unit 16 by an anchor effect.

次に成型品19の平坦部16bが露出している部分に絶縁層13を形成するため、図3に示すように、平坦部16bと対向するようにシート20を配置して加熱プレスでシート20を貼付する。シート20が熱可塑性樹脂製の場合は、単に加熱プレスで平坦部16bに貼付する。シート20が熱硬化性樹脂製の場合は、シート20として半硬化状態のものを使用して加熱プレスで平坦部16bに貼付する。これにより、冷却媒体流路16aを備えた金属製の冷却部16が絶縁性樹脂で埋設された基板11の形成が完了する。   Next, in order to form the insulating layer 13 in the portion where the flat portion 16b of the molded product 19 is exposed, as shown in FIG. 3, the sheet 20 is disposed so as to face the flat portion 16b, and the sheet 20 is formed by a hot press. Affix. When the sheet 20 is made of a thermoplastic resin, the sheet 20 is simply attached to the flat portion 16b with a heating press. When the sheet 20 is made of a thermosetting resin, a semi-cured sheet is used as the sheet 20 and is attached to the flat portion 16b with a heating press. Thereby, formation of the board | substrate 11 with which the metal cooling part 16 provided with the cooling-medium flow path 16a was embed | buried with insulating resin is completed.

次に絶縁層13としてのシート20上の所定位置に、配線層12が形成される。配線層12の形成には、MID(Molded Interconnect Device)の製造に使用される方法、例えば、銅板(銅箔)を加熱プレスする方法(ホットスタンピング)や、銅板(銅箔)を打ち抜きプレスにより貼り付ける方法(IVONDING法)、メッキで配線層を形成する方法等が採用される。この実施形態では配線層12の形状に形成された銅板を加熱プレスにより接着する。その際、少なくとも銅板のシート20と対向する側の面に黒化処理を施したものを使用する。銅板に黒化処理が施されているため、配線層12はシート20(絶縁層13)に対してアンカー効果で強固に接着される。これにより、半導体装置18が搭載される前の回路基板10の製造が完了する。   Next, the wiring layer 12 is formed at a predetermined position on the sheet 20 as the insulating layer 13. The wiring layer 12 is formed by a method used for manufacturing a MID (Molded Interconnect Device), for example, a method in which a copper plate (copper foil) is heated and pressed (hot stamping), or a copper plate (copper foil) is attached by punching press. A method of attaching (IVONDING method), a method of forming a wiring layer by plating, and the like are employed. In this embodiment, a copper plate formed in the shape of the wiring layer 12 is bonded by a hot press. At that time, at least a surface of the copper plate facing the sheet 20 is subjected to blackening treatment. Since the copper plate is blackened, the wiring layer 12 is firmly bonded to the sheet 20 (insulating layer 13) by an anchor effect. Thereby, the manufacture of the circuit board 10 before the semiconductor device 18 is mounted is completed.

次に配線層12の上に半田17を介して半導体装置18や図示しない受動部品(チップ抵抗やチップコンデンサ等)が実装されて、半導体装置18が搭載された回路基板10が完成する。   Next, the semiconductor device 18 and passive parts (not shown) such as a chip resistor and a chip capacitor are mounted on the wiring layer 12 via the solder 17 to complete the circuit board 10 on which the semiconductor device 18 is mounted.

次に前記のように構成された回路基板10の作用を説明する。回路基板10は、図示しない冷却媒体循環路にパイプ15a,15bにおいて連通されて使用される。冷却媒体循環路にはポンプ及びラジエータが設けられ、ラジエータは、モータにより回転されるファンを備え、ラジエータからの放熱が効率よく行われるようになっている。冷却媒体として、例えば、水が使用される。   Next, the operation of the circuit board 10 configured as described above will be described. The circuit board 10 is used in communication with a cooling medium circulation path (not shown) through pipes 15a and 15b. The cooling medium circulation path is provided with a pump and a radiator, and the radiator includes a fan that is rotated by a motor so that heat is efficiently radiated from the radiator. For example, water is used as the cooling medium.

回路基板10に搭載された半導体装置18が駆動されて搭載部品から熱が発生すると、その熱は、半田17、配線層12及び絶縁層13を介して冷却部16に伝達される。冷却部16に伝達された熱は、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。即ち、基板11は、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体によって強制冷却されるため、半導体装置18等から基板11に至る熱の伝達経路における温度勾配が大きくなり、半導体装置18等で発生した熱が基板11を介して効率良く除去される。   When the semiconductor device 18 mounted on the circuit board 10 is driven and heat is generated from the mounted components, the heat is transmitted to the cooling unit 16 via the solder 17, the wiring layer 12, and the insulating layer 13. The heat transferred to the cooling unit 16 is transferred to the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a and taken away. That is, since the substrate 11 is forcibly cooled by the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a, the temperature gradient in the heat transfer path from the semiconductor device 18 or the like to the substrate 11 increases, and the heat generated in the semiconductor device 18 or the like. Is efficiently removed through the substrate 11.

配線層12は、冷却部16を構成する平坦部16b上に絶縁層13を介して設けられており、配線層12と平坦部16bとの距離がほぼ一定のため、平坦部16bを設けずに配線層12と冷却部16との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層12から冷却部16への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部16の熱膨張が冷却部16を埋設している絶縁性樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層12上に半田17を介して半導体装置18等が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。   The wiring layer 12 is provided on the flat portion 16b constituting the cooling unit 16 via the insulating layer 13, and since the distance between the wiring layer 12 and the flat portion 16b is substantially constant, the flat portion 16b is not provided. Compared with the case where the distance between the wiring layer 12 and the cooling unit 16 differs depending on the location, heat transfer from the wiring layer 12 to the cooling unit 16 is improved. In addition, the thermal expansion of the metal cooling unit 16 is suppressed by the insulating resin in which the cooling unit 16 is embedded, and the life of the cooling cycle is extended, and the semiconductor device 18 and the like are provided on the wiring layer 12 via the solder 17. The reliability of the solder connection portion when mounting is improved.

基板11上に複数の配線層12が設けられ、各配線層12上に半導体装置18が搭載されて使用される際、全ての半導体装置18が同時に作動するとは限らない。半導体装置18が発熱する際、発熱は中心部で最も大きく、その熱は半田17及び配線層12に伝達され、配線層12から絶縁層13を介して冷却部16に伝達される。絶縁層13の熱伝導率は配線層12や冷却部16の熱伝導率に比較して一桁小さい。複数の配線層12が共通の平坦部16b上に設けられているため、発熱している半導体装置18が搭載された配線層12の熱が他の配線層12に対応する箇所まで平坦部16bを伝達し、冷却部で冷却作用を受けるため、放熱性(冷却効果)が向上する。   When a plurality of wiring layers 12 are provided on the substrate 11 and the semiconductor device 18 is mounted on each wiring layer 12 and used, not all the semiconductor devices 18 operate at the same time. When the semiconductor device 18 generates heat, the heat generation is greatest at the center, and the heat is transmitted to the solder 17 and the wiring layer 12, and is transmitted from the wiring layer 12 to the cooling unit 16 through the insulating layer 13. The thermal conductivity of the insulating layer 13 is an order of magnitude smaller than the thermal conductivity of the wiring layer 12 and the cooling unit 16. Since the plurality of wiring layers 12 are provided on the common flat portion 16b, the flat portion 16b is moved to a place where the heat of the wiring layer 12 on which the semiconductor device 18 that generates heat is mounted corresponds to the other wiring layers 12. Since it transmits and receives a cooling action in a cooling part, heat dissipation (cooling effect) improves.

絶縁層13の熱伝導率はグリースの熱伝導率に比較して一桁大きいため、ヒートシンクを冷却機能の高い冷却部にグリースを介して固定した構成に比較して、熱抵抗が小さくなる。従って、半導体装置18で大電流を流して発熱が大きくなっても、熱が効率良く除去されるため、半導体装置18の温度が異常に高くなるのが防止され、半導体装置18の大電流化が可能になる。   Since the thermal conductivity of the insulating layer 13 is an order of magnitude higher than the thermal conductivity of the grease, the thermal resistance is lower than that of the configuration in which the heat sink is fixed to the cooling portion having a high cooling function via the grease. Therefore, even if a large current is passed through the semiconductor device 18 and heat generation increases, the heat is efficiently removed, so that the temperature of the semiconductor device 18 is prevented from becoming abnormally high, and the current of the semiconductor device 18 is increased. It becomes possible.

回路基板10が車載用として使用される場合、例えば、車載用のインバータ装置を構成し、エンジンルーム等に設けられる場合、半導体装置18等から発生する熱を効率良く除去する必要がある。この実施形態の回路基板10では、前記のように冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体により、半導体装置18等から発生する熱が効率良く除去される。また、車両に装備された場合、車両にはエンジン等の冷却に使用する冷却媒体循環路が設けられているため、パイプ15a,15bを介して冷却媒体通路14を車両の冷却媒体循環路に連通させれば、回路基板10専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。   When the circuit board 10 is used for in-vehicle use, for example, when an in-vehicle inverter device is configured and provided in an engine room or the like, it is necessary to efficiently remove heat generated from the semiconductor device 18 or the like. In the circuit board 10 of this embodiment, the heat generated from the semiconductor device 18 and the like is efficiently removed by the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a as described above. Further, when equipped in a vehicle, since the vehicle is provided with a cooling medium circulation path used for cooling the engine or the like, the cooling medium passage 14 is communicated with the cooling medium circulation path of the vehicle via pipes 15a and 15b. In this case, it is not always necessary to provide a cooling medium circulation pump dedicated to the circuit board 10.

この実施形態では以下の効果を有する。
(1)回路基板10は、冷却媒体流路16aを備えた金属製の冷却部16が樹脂で埋設された基板11を備え、基板11上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層12が絶縁層13を介して設けられている。冷却部16は配線層12と対応する箇所に平坦部16bが形成され、前記樹脂には熱膨張係数が冷却部16の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている。従って、配線層12と平坦部16bとの距離を一定にすることが容易になり、該距離を一定又はほぼ一定にすることにより、配線層12と冷却部16との距離が場所によって異なる場合に比較して、配線層12から冷却部16への熱の伝達が良好になる。また、金属製の冷却部16の熱膨張が冷却部16を埋設している樹脂によって抑制され、冷熱サイクルの寿命が長くなるとともに、配線層12上に半田17を介して半導体装置(シリコン半導体チップ)18が搭載された際の半田接続部の信頼性が向上する。
This embodiment has the following effects.
(1) The circuit board 10 includes a substrate 11 in which a metal cooling portion 16 including a cooling medium flow path 16a is embedded with resin, and the wiring layer 12 on which the silicon semiconductor chip can be mounted is insulated on the substrate 11 It is provided via the layer 13. The cooling part 16 is formed with a flat part 16b at a position corresponding to the wiring layer 12, and a resin having a thermal expansion coefficient smaller than that of the cooling part 16 is used as the resin. Therefore, it becomes easy to make the distance between the wiring layer 12 and the flat portion 16b constant, and when the distance between the wiring layer 12 and the cooling portion 16 varies depending on the location by making the distance constant or substantially constant. In comparison, heat transfer from the wiring layer 12 to the cooling unit 16 is improved. In addition, the thermal expansion of the metallic cooling unit 16 is suppressed by the resin in which the cooling unit 16 is embedded, and the life of the cooling cycle is prolonged, and the semiconductor device (silicon semiconductor chip) is connected to the wiring layer 12 via the solder 17. ) The reliability of the solder connection portion when 18 is mounted is improved.

(2)冷却部16が埋設された樹脂と絶縁層13は同じ絶縁性樹脂で構成されている。従って、絶縁層13の製造に必要な樹脂が一種類でよく、冷却部16が埋設された絶縁性樹脂と異なる樹脂で絶縁層13が形成されている場合に比較して、材料の準備や保管が容易になる。   (2) The resin in which the cooling unit 16 is embedded and the insulating layer 13 are made of the same insulating resin. Accordingly, only one kind of resin is required for manufacturing the insulating layer 13, and the preparation and storage of materials are possible as compared with the case where the insulating layer 13 is formed of a resin different from the insulating resin in which the cooling section 16 is embedded. Becomes easier.

(3)配線層12は、共通の平坦部16b上において複数箇所に設けられている。従って、平坦部16bが配線層12毎に独立して設けられた場合に比較して、冷却部16で効率良く冷却作用を受けるため、放熱性(冷却効果)が向上する。   (3) The wiring layer 12 is provided at a plurality of locations on the common flat portion 16b. Therefore, compared with the case where the flat part 16b is provided independently for each wiring layer 12, the cooling part 16 receives the cooling action efficiently, so that the heat dissipation (cooling effect) is improved.

(4)冷却媒体流路16aは、複数箇所に設けられた配線層12の配列方向に沿って延びるように設けられているため、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体は全て冷却に寄与した状態で流れる。冷却媒体流路16aが複数あり、複数の配線層12が異なる通路と対応するように配置された場合は、配線層12上に搭載された半導体装置18の一部が発熱している状態においては、一部の冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体は冷却に殆ど寄与せずに流れる。しかし、この実施形態ではそのようなことがない。   (4) Since the cooling medium flow path 16a is provided so as to extend along the arrangement direction of the wiring layers 12 provided at a plurality of locations, all the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a contributes to cooling. It flows in. When there are a plurality of cooling medium channels 16a and the plurality of wiring layers 12 are arranged so as to correspond to different passages, in a state where a part of the semiconductor device 18 mounted on the wiring layer 12 is generating heat. The cooling medium flowing through some of the cooling medium flow paths 16a flows with little contribution to cooling. However, this is not the case with this embodiment.

(5)冷却部16はアルミニウム系金属製であるため、軽量の回路基板を容易かつ安価に製造できる。
(6)配線層12は銅製で、熱伝導率が半田の熱伝導率(30W/(mK)程度)の10倍以上であるため、配線層12上に実装された半導体装置18等から発生した熱が配線層12の部分で基板11側に伝達され難くなることが回避される。
(5) Since the cooling unit 16 is made of an aluminum-based metal, a lightweight circuit board can be easily and inexpensively manufactured.
(6) Since the wiring layer 12 is made of copper and the thermal conductivity is 10 times or more of the thermal conductivity of solder (about 30 W / (mK)), the wiring layer 12 is generated from the semiconductor device 18 or the like mounted on the wiring layer 12 It is avoided that heat is hardly transferred to the substrate 11 side in the wiring layer 12 portion.

(7)冷却媒体として水が使用されているため、安価で効率よく基板11の熱を除去することができる。
(8)冷却媒体通路14は、車両に装備された冷却媒体循環路に連通可能に形成されている。回路基板10が、車載用として使用されて、例えば、エンジンルーム等に設けられる場合、半導体装置18等から発生する熱を効率良く除去する必要がある。その際、車両に装備された冷却媒体循環路を流れる冷却媒体が基板11の冷却媒体通路14を流れる状態で使用することができ、回路基板10専用の冷却媒体循環用ポンプ等を必ずしも設ける必要がない。
(7) Since water is used as the cooling medium, the heat of the substrate 11 can be efficiently removed at low cost.
(8) The cooling medium passage 14 is formed so as to be able to communicate with a cooling medium circulation path equipped in the vehicle. When the circuit board 10 is used for in-vehicle use and is provided, for example, in an engine room or the like, it is necessary to efficiently remove heat generated from the semiconductor device 18 or the like. At that time, the cooling medium flowing through the cooling medium circulation path installed in the vehicle can be used in a state of flowing through the cooling medium passage 14 of the substrate 11, and it is necessary to provide a cooling medium circulation pump dedicated to the circuit board 10. Absent.

(9)冷却部16は長手方向に延びる周面だけでなく、長手方向と直交する端面の一部においても絶縁製樹脂と接触する状態で埋められている。従って、冷却部16の熱膨張が、前記端面が絶縁製樹脂に接触していない構成に比較してより効果的に抑制される。   (9) The cooling unit 16 is buried not only in the circumferential surface extending in the longitudinal direction but also in a part of the end surface orthogonal to the longitudinal direction in contact with the insulating resin. Therefore, the thermal expansion of the cooling unit 16 is more effectively suppressed as compared with a configuration in which the end surface is not in contact with the insulating resin.

(10)基板11を製造する際、冷却部16を金型内にセットして射出成形又はトランスファー成形により、絶縁層13となる部分を除いた部分を構成する成型品19を製造した後、シート20を貼付することにより絶縁層13となる部分を形成するようにした。従って、絶縁層13の部分が数十μmと薄い場合にも、所望の厚さの絶縁層13を確実にかつ容易に形成することができる。   (10) When the substrate 11 is manufactured, the cooling unit 16 is set in a mold and the molded product 19 constituting the portion excluding the portion that becomes the insulating layer 13 is manufactured by injection molding or transfer molding, and then the sheet. The part which becomes the insulating layer 13 was formed by pasting 20. Therefore, even when the insulating layer 13 is as thin as several tens of μm, the insulating layer 13 having a desired thickness can be reliably and easily formed.

(11)配線層12は、銅製のため、エッチングにより回路パターンに形成でき、回路パターンへの加工が容易である。例えば、樹脂製のシート20に代えて、片面に銅層が積層された樹脂シートを絶縁層13に貼付した後、エッチングで所定の形状の配線層12を形成することも可能である。   (11) Since the wiring layer 12 is made of copper, it can be formed into a circuit pattern by etching and can be easily processed into a circuit pattern. For example, instead of the resin sheet 20, a wiring layer 12 having a predetermined shape can be formed by etching after a resin sheet having a copper layer laminated on one side is attached to the insulating layer 13.

(第2の実施形態)
次に第2の実施形態を図4(a),(b)に従って説明する。この実施形態は、配線層の構成を変更した点が第1の実施形態と異なり、その他の構成は同じであるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in that the configuration of the wiring layer is changed, and other configurations are the same. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図4(a)に示すように、回路基板10は、基板11上に、配線層25が絶縁層13を介して設けられている。配線層25は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。「金属複合材」とは、一種類の金属単体ではなく、複数の金属あるいは金属とセラミックスとが複合されたものを意味する。この実施形態では、金属複合材として、AlSiC系複合材が使用されている。   As shown in FIG. 4A, the circuit board 10 is provided with a wiring layer 25 on the substrate 11 with an insulating layer 13 interposed therebetween. The wiring layer 25 is made of a metal composite material having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of copper. “Metal composite material” means not a single metal element but a composite of a plurality of metals or metals and ceramics. In this embodiment, an AlSiC composite material is used as the metal composite material.

図4(b)に示すように、AlSiC系複合材26は、AlSiC部26aを挟んで両面にアルミニウム層26b,26cが配置された構成である。AlSiC部26aは、例えば、炭化ケイ素(SiC)粉末に、無機バインダーを加えて混合し、その混合物を成形し、得られた成形物を焼成した焼結体に溶融状態のアルミニウム(Al)を成形型内で加圧状態で注入することにより形成される。AlSiC部26aは、使用するSiC粉末の粒径や充填率等によってSiCとAlとの体積比が異なり、その熱膨張係数や熱伝導率等の物性が異なる。AlSiC系複合材26は、所望の厚さのAlSiC部26aを挟むようにアルミニウム層26b,26cとなる所望の厚さのアルミニウム板を配置し、加圧状態でアルミニウムの溶融温度まで加熱してAlSiC部26aにアルミニウム板を積層接着させることにより形成される。   As shown in FIG. 4B, the AlSiC-based composite material 26 has a configuration in which aluminum layers 26b and 26c are arranged on both surfaces with an AlSiC portion 26a interposed therebetween. For example, the AlSiC part 26a is formed by adding an inorganic binder to silicon carbide (SiC) powder, mixing the mixture, forming the mixture, and forming molten aluminum (Al) into a sintered body obtained by firing the obtained formed product. It is formed by injecting under pressure in a mold. The AlSiC portion 26a has different volume ratios between SiC and Al depending on the particle size, filling rate, and the like of the SiC powder to be used, and has different physical properties such as thermal expansion coefficient and thermal conductivity. The AlSiC-based composite material 26 is provided with an aluminum plate having a desired thickness to be the aluminum layers 26b and 26c so as to sandwich the AlSiC portion 26a having a desired thickness, and heated to the melting temperature of aluminum in a pressurized state to obtain AlSiC. It is formed by laminating and bonding an aluminum plate to the portion 26a.

配線層25の熱膨張係数は、全体の厚さあるいはAlSiC部26a及びアルミニウム層26b,26cの厚さを変更することにより、広い範囲で変更することができる。例えば、AlSiC部26aの厚さt1と、アルミニウム層26b,26cの厚さt2との比t1/t2をt1/t2=3/0.4とし、配線層25全体の厚さを2.5mmにすると、熱膨張係数が10.5×10−6/℃、熱伝導率が240W/(mK)になる。シリコン半導体チップの熱膨張係数の値は2.6×10−6/℃であり、銅の熱膨張係数の値は17.5×10−6/℃である。 The thermal expansion coefficient of the wiring layer 25 can be changed in a wide range by changing the overall thickness or the thickness of the AlSiC portion 26a and the aluminum layers 26b and 26c. For example, the ratio t1 / t2 between the thickness t1 of the AlSiC portion 26a and the thickness t2 of the aluminum layers 26b and 26c is t1 / t2 = 3 / 0.4, and the total thickness of the wiring layer 25 is 2.5 mm. Then, the thermal expansion coefficient is 10.5 × 10 −6 / ° C., and the thermal conductivity is 240 W / (mK). The value of the thermal expansion coefficient of the silicon semiconductor chip is 2.6 × 10 −6 / ° C., and the value of the thermal expansion coefficient of copper is 17.5 × 10 −6 / ° C.

前記のように構成された回路基板10は、第1の実施形態の回路基板10と同様にして使用される。この実施形態の回路基板10は、前記第1の実施形態における効果(1)〜(5),(7)〜(10)と同様な効果を有する他に次の効果を有する。   The circuit board 10 configured as described above is used in the same manner as the circuit board 10 of the first embodiment. The circuit board 10 of this embodiment has the following effects in addition to the effects similar to the effects (1) to (5) and (7) to (10) in the first embodiment.

(12)配線層25は、熱伝導率が半田の熱伝導率(30W/(mK)程度)の数倍以上であるため、配線層25上に実装された半導体装置18等から発生した熱が配線層25の部分で基板11側に伝達され難くなることが回避される。   (12) Since the thermal conductivity of the wiring layer 25 is more than several times the thermal conductivity of the solder (about 30 W / (mK)), the heat generated from the semiconductor device 18 mounted on the wiring layer 25 or the like. It is avoided that the wiring layer 25 becomes difficult to be transmitted to the substrate 11 side.

(13)配線層25は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。従って、半導体装置18と配線層25との熱膨張係数の差が、配線層25を銅やアルミニウムで形成した場合より小さくなり、冷熱サイクルの寿命がより長くなるとともに、半田接続部の信頼性がより向上する。   (13) The wiring layer 25 is made of a metal composite material having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of copper. Therefore, the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor device 18 and the wiring layer 25 is smaller than when the wiring layer 25 is formed of copper or aluminum, the life of the thermal cycle is longer, and the reliability of the solder connection portion is increased. More improved.

(14)金属複合材は、AlSiC部26aを挟んで両面にアルミニウム層26b,26cが配置された構成である。従って、例えば、AlSiC部26aとアルミニウム層26b,26cとの厚さの比を変更することにより、配線層25の熱膨張係数及び熱伝導率を配線層25上に搭載される半導体装置18や電子部品等に対応した適切な値に設定するのが容易になる。   (14) The metal composite material has a configuration in which aluminum layers 26b and 26c are arranged on both sides of the AlSiC portion 26a. Therefore, for example, by changing the thickness ratio between the AlSiC portion 26a and the aluminum layers 26b and 26c, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity of the wiring layer 25 can be changed so that the semiconductor device 18 and the electronic device mounted on the wiring layer 25 It becomes easy to set to an appropriate value corresponding to a part or the like.

(第3の実施形態)
次に第3の実施形態を図5(a),(b)及び図6に従って説明する。この実施形態は、配線層が金属複合材製である点は第2の実施形態と同じであるが、金属複合材の構成を変更した点が第2の実施形態と異なり、その他の構成は第1及び第2の実施形態と同じである。第1及び第2の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a), (b) and FIG. This embodiment is the same as the second embodiment in that the wiring layer is made of a metal composite material, but is different from the second embodiment in that the configuration of the metal composite material is changed. The same as in the first and second embodiments. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図5(a)に示すように、回路基板10は、基板11上に、配線層28が絶縁層13を介して設けられている。配線層28は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である。配線層28を構成する金属複合材29は、図5(b)に示すように、銅とインバーの複合部29aを挟んで両面に銅層29bが配置された構成になっている。インバー(Invar)とは、Ni(ニッケル)が36重量%で残りが実質的にFe(鉄)の合金である。また、銅とインバー(Invar)の複合部とは、銅層とインバー層が単に積層された構成ではなく、同一層中に銅の領域とインバーの領域とが存在し、インバーの領域は連続しており、銅の領域は多数の領域に分割されている構成のものを意味する。そのため、銅とインバーの複合部は、その熱膨張係数及び熱伝導率が銅の領域とインバーの領域との面積比によって変化する。   As shown in FIG. 5A, the circuit board 10 is provided with a wiring layer 28 on an insulating layer 13 on a substrate 11. The wiring layer 28 is made of a metal composite material having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of copper. As shown in FIG. 5B, the metal composite material 29 constituting the wiring layer 28 has a structure in which a copper layer 29b is disposed on both sides of a composite portion 29a of copper and invar. Invar is an alloy composed of 36% by weight of Ni (nickel) and the rest substantially Fe (iron). In addition, the composite part of copper and Invar is not a structure in which a copper layer and an Invar layer are simply laminated, but a copper region and an Invar region exist in the same layer, and the Invar region is continuous. The copper region means a structure divided into a number of regions. Therefore, the thermal expansion coefficient and thermal conductivity of the composite part of copper and invar vary depending on the area ratio between the copper region and the invar region.

図6に示すように、金属複合材29は、インバーで形成されたエキスパンドメタル30を銅板31の間に挟んだ状態で圧延・接合することにより形成される。具体的には銅板31の間にエキスパンドメタル30を配置した状態で圧延ロールにより、加熱、圧延して銅板31とエキスパンドメタル30とを一体化することで、エキスパンドメタル30と、エキスパンドメタル30を囲繞するマトリックス金属の銅とで構成される金属複合材29が形成される。これにより、全体として熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材29が形成される。圧延・接合後の金属複合材29の厚さをt11、エキスパンドメタル30の部分の厚さをt12としたとき、(t12)/(t11)が0.2〜0.8となるように、圧延・接合前のエキスパンドメタル30の厚さ、銅板31の厚さ及び圧延率が設定される。金属複合材29は、配線層12の形状に合わせて形成しても、配線層12より大きな板を形成した後、所定の形状に切断してもよい。   As shown in FIG. 6, the metal composite material 29 is formed by rolling and joining an expanded metal 30 formed of invar while being sandwiched between copper plates 31. Specifically, the expanded metal 30 and the expanded metal 30 are surrounded by integrating the copper plate 31 and the expanded metal 30 by heating and rolling with a rolling roll in a state where the expanded metal 30 is disposed between the copper plates 31. A metal composite material 29 composed of the matrix metal copper is formed. As a result, a metal composite material 29 having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of the copper is formed. Rolling is performed so that (t12) / (t11) is 0.2 to 0.8, where t11 is the thickness of the metal composite 29 after rolling and joining, and t12 is the thickness of the expanded metal 30 portion. -The thickness of the expanded metal 30 before joining, the thickness of the copper plate 31, and a rolling rate are set. The metal composite material 29 may be formed in accordance with the shape of the wiring layer 12 or may be cut into a predetermined shape after a plate larger than the wiring layer 12 is formed.

また、金属複合材29は、複合部29aが1層の構成に限らず、複合部29aが複数層、例えば、複合部29aが2層の構成であってもよい。複合部29aが2層の構成の金属複合材29は、3枚の銅板31と2枚のエキスパンドメタル30とを交互に積層配置した状態で圧延・接合することにより形成される。配線層28の熱膨張係数は、全体の厚さあるいは複合部29a及び銅層29bの厚さを変更することにより、広い範囲で変更することができる。例えば、複合部29aが1層の3層品の場合、配線層28の熱膨張係数は、厚さが100μm〜5000μmの範囲で、8.0×10−6〜23.5×10−6/℃まで自由に変更することが可能であり、配線層28の厚さを2000μmとした場合、熱膨張係数は11.5×10−6/℃で、熱伝導率は168W/(mK)になった。 In addition, the metal composite material 29 is not limited to the configuration in which the composite portion 29a is a single layer, and the composite portion 29a may have a plurality of layers, for example, the composite portion 29a may have a two-layer configuration. The metal composite material 29 having a composite layer 29a having two layers is formed by rolling and joining three copper plates 31 and two expanded metals 30 alternately stacked. The thermal expansion coefficient of the wiring layer 28 can be changed in a wide range by changing the overall thickness or the thickness of the composite portion 29a and the copper layer 29b. For example, when the composite part 29a is a three-layer product having one layer, the thermal expansion coefficient of the wiring layer 28 is 8.0 × 10 −6 to 23.5 × 10 −6 / in the range of the thickness of 100 μm to 5000 μm. It can be freely changed up to 0 ° C., and when the thickness of the wiring layer 28 is 2000 μm, the thermal expansion coefficient is 11.5 × 10 −6 / ° C. and the thermal conductivity is 168 W / (mK). It was.

前記のように構成された回路基板10は、第1及び第2の実施形態の回路基板10と同様にして使用される。この実施形態の回路基板10は、前記第1の実施形態における効果(1)〜(5),(7)〜(10)及び第2の実施形態における効果(12),(13)と同様な効果を有する他に次の効果を有する。   The circuit board 10 configured as described above is used in the same manner as the circuit board 10 of the first and second embodiments. The circuit board 10 of this embodiment is similar to the effects (1) to (5), (7) to (10) in the first embodiment and the effects (12) and (13) in the second embodiment. In addition to having the effect, it has the following effect.

(15)配線層28は、複合部29aを挟んで両面に銅層29bが配置された構成である。従って、配線層28の熱膨張係数及び熱伝導率を配線層28上に搭載される半導体装置18や電子部品等に対応した適切な値に設定するのが容易になる。   (15) The wiring layer 28 has a configuration in which copper layers 29b are disposed on both sides with the composite portion 29a interposed therebetween. Therefore, it becomes easy to set the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity of the wiring layer 28 to appropriate values corresponding to the semiconductor device 18 and electronic components mounted on the wiring layer 28.

(16)配線層28は、金属の複合材のため、エッチングにより回路パターンを形成でき、第2の実施形態より回路パターンの加工が容易である。
(第4の実施形態)
次に第4の実施形態を図7に従って説明する。この実施形態は、冷却部16が1個設けられ、全ての配線層12が共通の平坦部16bと対応する箇所に設けられている点と、配線層12と対応しない箇所にも冷却媒体流路16aが形成されている点とが前記第1の実施形態と異なり、その他の構成は第1の実施形態と同じである。第1の実施形態と同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
(16) Since the wiring layer 28 is a metal composite material, a circuit pattern can be formed by etching, and the processing of the circuit pattern is easier than in the second embodiment.
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, one cooling unit 16 is provided, and all the wiring layers 12 are provided at locations corresponding to the common flat portion 16b, and at locations that do not correspond to the wiring layer 12, the cooling medium flow path is also provided. The point that 16a is formed is different from the first embodiment, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7は図1(b)に対応する模式断面図である。基板11には2列に配列された配線層12の両列に跨る幅の1個の流路14cが設けられ、流路14cに1個の冷却部16が冷却媒体通路14の一部を構成するように埋設されている。冷却部16には、流路14cと平行(図7の紙面と直交方向)に延びる複数の冷却媒体流路16aが一定間隔で形成され、平坦部16bは2列の配線層12と対応する箇所に跨るように形成されている。冷却媒体流路16aを挟んで平坦部16bと反対側に平坦部16bと同じ大きさの平坦部16cが形成されている。平坦部16b上に所定の間隔をおいて複数の配線層12が2列に、その配列方向が冷却媒体流路16aの延びる方向に沿って配列されている。即ち、この実施形態においては、全ての配線層12が共通の平坦部16bと対応する箇所に設けられている。各配線層12上には半田17を介して半導体装置18や図示しない受動部品等が実装(搭載)されている。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. The substrate 11 is provided with one flow path 14c having a width across both rows of the wiring layers 12 arranged in two rows, and one cooling section 16 forms a part of the cooling medium passage 14 in the flow channel 14c. It is buried to do. In the cooling part 16, a plurality of cooling medium flow paths 16a extending in parallel to the flow path 14c (in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 7) are formed at regular intervals, and the flat part 16b corresponds to the two rows of wiring layers 12 It is formed to straddle. A flat portion 16c having the same size as the flat portion 16b is formed on the opposite side of the flat portion 16b across the cooling medium flow path 16a. A plurality of wiring layers 12 are arranged in two rows at a predetermined interval on the flat portion 16b, and the arrangement direction thereof is arranged along the direction in which the cooling medium flow path 16a extends. That is, in this embodiment, all the wiring layers 12 are provided at locations corresponding to the common flat portion 16b. On each wiring layer 12, a semiconductor device 18 and passive parts (not shown) are mounted (mounted) via solder 17.

前記のように構成された回路基板10は、第1の実施形態の回路基板10と同様にして使用される。回路基板10に搭載された半導体装置18が駆動されて搭載部品から熱が発生すると、その熱は、半田17、配線層12及び絶縁層13を介して冷却部16に伝達される。冷却部16に伝達された熱は、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。平坦部16bが全ての配線層12の配置領域に跨るように設けられているため、発熱した部品と対応する配線層12から絶縁層13を介して伝達された熱は、平坦部16bにおいて当該配線層12と対応する部分以外の部分へと伝達される。そして、平坦部16bを伝達した熱が、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体に伝達されるとともに持ち去られる。   The circuit board 10 configured as described above is used in the same manner as the circuit board 10 of the first embodiment. When the semiconductor device 18 mounted on the circuit board 10 is driven and heat is generated from the mounted components, the heat is transmitted to the cooling unit 16 via the solder 17, the wiring layer 12, and the insulating layer 13. The heat transferred to the cooling unit 16 is transferred to the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a and taken away. Since the flat part 16b is provided so as to straddle the arrangement region of all the wiring layers 12, the heat transferred from the wiring layer 12 corresponding to the heated component through the insulating layer 13 is transmitted to the wiring in the flat part 16b. It is transmitted to a part other than the part corresponding to the layer 12. The heat transmitted through the flat portion 16b is transferred to the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a and taken away.

従って、この実施形態の回路基板10は、前記第1の実施形態における効果(1)〜(11)と同様な効果を有する他に次の効果を有する。
(17)全ての配線層12が共通の平坦部16bと対応する箇所に設けられているため、半導体装置18から発生した熱は、半田17、配線層12及び絶縁層13を介して平坦部16bに伝達されると、平坦部16bにおいて発熱部の配線層12と対応する部分以外の部分へも伝達される。従って、冷却部16に伝達された熱が第1の実施形態に比較して、冷却媒体流路16aを流れる冷却媒体により効率良く除去される。
Accordingly, the circuit board 10 of this embodiment has the following effects in addition to the effects similar to the effects (1) to (11) in the first embodiment.
(17) Since all the wiring layers 12 are provided at locations corresponding to the common flat portion 16 b, the heat generated from the semiconductor device 18 passes through the solder 17, the wiring layer 12, and the insulating layer 13, and the flat portion 16 b. Is transmitted to the portion other than the portion corresponding to the wiring layer 12 of the heat generating portion in the flat portion 16b. Therefore, the heat transferred to the cooling unit 16 is efficiently removed by the cooling medium flowing through the cooling medium flow path 16a as compared with the first embodiment.

(18)配線層12と対応しない箇所にも冷却媒体流路16aが形成されているため、発熱部の配線層12と対応する部分以外の平坦部16bに伝達された熱がより効率良く除去される。   (18) Since the cooling medium flow path 16a is also formed at a location not corresponding to the wiring layer 12, the heat transferred to the flat portion 16b other than the portion corresponding to the wiring layer 12 of the heat generating portion is more efficiently removed. The

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 絶縁層13が熱硬化性樹脂製の場合、半硬化状態のシート20を貼付する代わりに、フィラーが混合された未硬化の熱硬化性樹脂を例えばスキージで所定の厚さに塗布した後、熱硬化させてもよい。この場合も薄い絶縁層13を所定の厚さに容易に形成することができる。
The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example.
○ When the insulating layer 13 is made of a thermosetting resin, instead of pasting the semi-cured sheet 20, after applying an uncured thermosetting resin mixed with a filler to a predetermined thickness with, for example, a squeegee, It may be thermoset. Also in this case, the thin insulating layer 13 can be easily formed to a predetermined thickness.

○ 絶縁層13は、必ずしも基板11の他の部分を構成する絶縁性樹脂と同じ樹脂で形成する必要はない。しかし、絶縁層13の熱抵抗を小さくするため、熱伝導率が樹脂単独の場合より高くなるようにフィラーが混合されているのが好ましい。   The insulating layer 13 does not necessarily need to be formed of the same resin as the insulating resin that constitutes other parts of the substrate 11. However, in order to reduce the thermal resistance of the insulating layer 13, it is preferable that the filler is mixed so that the thermal conductivity is higher than that of the resin alone.

○ 絶縁層13を除く基板11の他の部分を構成する樹脂は絶縁性樹脂で形成する必要はない。この場合、基板11の樹脂に混合されるフィラーを金属製にしてもよい。
○ 冷却部16は、押出し成形に限らず、例えば、ダイカスト法や図9(b)に示すように、曲げ加工を施した板材33の両側に天板34をろう付けして形成してもよい。図9(b)に示す構成の場合、天板34が平坦部16b,16cになり、板材33と天板34とで囲まれた空間が冷却媒体流路16aになる。絶縁層13と対向する平坦部16bと反対側に配置される平坦部16cとなる天板34は、金属製に限らず樹脂製であってもよい。
The resin constituting the other part of the substrate 11 excluding the insulating layer 13 need not be formed of an insulating resin. In this case, the filler mixed with the resin of the substrate 11 may be made of metal.
The cooling unit 16 is not limited to extrusion molding, and may be formed by, for example, brazing top plates 34 on both sides of a plate material 33 that has been subjected to bending as shown in FIG. 9B. . In the configuration shown in FIG. 9B, the top plate 34 becomes the flat portions 16b and 16c, and the space surrounded by the plate material 33 and the top plate 34 becomes the cooling medium flow path 16a. The top plate 34 serving as the flat portion 16c disposed on the opposite side of the flat portion 16b facing the insulating layer 13 is not limited to metal but may be made of resin.

○ 図8(a)に示すように、矩形状の板材35と、断面矩形状で一対の幅狭の板材36とを交互に積層配置した状態で、加熱加圧プレスにより接合させることにより冷却部16を形成する。そして、図8(b)に示すように、板材35及び幅狭の板材36の交互に接合された部分を平坦部16b,16cとして使用するようにしてもよい。   ○ As shown in FIG. 8 (a), a rectangular plate member 35 and a pair of narrow plate members 36 having a rectangular cross section are alternately stacked and joined together by a heat and pressure press to cool the cooling unit. 16 is formed. And as shown in FIG.8 (b), you may make it use the part joined alternately by the board | plate material 35 and the narrow board | plate material 36 as the flat parts 16b and 16c.

○ 基板11に設けられる冷却媒体通路14の構成は、基板11の長手方向の一端側に入口部14aが、他端側に出口部14bがそれぞれ長手方向に沿って設けられる構成に限らない。例えば、図9(a)に示すように、入口部14a及び出口部14bが基板11の長手方向と直交する方向に延びるように形成され、パイプ15a,15bが基板11の同じ側の端面から突出する構成であってもよい。   The configuration of the cooling medium passage 14 provided in the substrate 11 is not limited to the configuration in which the inlet portion 14a is provided on one end side in the longitudinal direction of the substrate 11 and the outlet portion 14b is provided on the other end side along the longitudinal direction. For example, as shown in FIG. 9A, the inlet portion 14 a and the outlet portion 14 b are formed so as to extend in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the substrate 11, and the pipes 15 a and 15 b protrude from the end surface on the same side of the substrate 11. It may be configured to.

○ 冷却部16は、少なくとも配線層12と対応する箇所に平坦部16bが形成されていればよく、平坦部16cはなくてもよい。
○ 冷却部16を射出成形あるいはトランスファー成形で絶縁性樹脂に鋳込む際、絶縁層13を同時に形成してもよい。その場合、冷却部16だけでなく配線層12も金型内の所定位置に配置して成型を行えば、配線層12を後から絶縁層13上に接合する工程を省略することができる。また、配線層12が金属単体あるいは複数の金属からなる金属複合材の場合、配線層12の形状ではなく、平坦部16bと対応する形状の金属板が絶縁層13に固着される状態で射出成形あるいはトランスファー成形を行い、その後、エッチングで配線層12の形状に加工してもよい。
O The cooling part 16 should just have the flat part 16b formed in the location corresponding to the wiring layer 12, and does not need the flat part 16c.
When the cooling unit 16 is cast into an insulating resin by injection molding or transfer molding, the insulating layer 13 may be formed at the same time. In that case, if not only the cooling unit 16 but also the wiring layer 12 is placed at a predetermined position in the mold and molded, the step of bonding the wiring layer 12 onto the insulating layer 13 later can be omitted. Further, when the wiring layer 12 is a single metal or a metal composite material composed of a plurality of metals, the metal layer having a shape corresponding to the flat portion 16b is fixed to the insulating layer 13 instead of the shape of the wiring layer 12. Alternatively, transfer molding may be performed and then processed into the shape of the wiring layer 12 by etching.

○ 冷却部16は、複数の冷却媒体流路16aが平行に延びる構成に限らず、一つの冷却媒体流路16aあるいは配線層12の配列箇所に対応してそれぞれ一つの冷却媒体流路16aが設けられた構成としたり、冷却媒体流路16a内にフィンが突出した構成としたりしてもよい。   The cooling unit 16 is not limited to the configuration in which the plurality of cooling medium flow paths 16a extend in parallel, and one cooling medium flow path 16a is provided for each of the cooling medium flow paths 16a or the wiring layer 12 arrangement locations. Alternatively, the fins may protrude into the cooling medium flow path 16a.

○ 冷却部16は、押出し成形、ダイカスト法あるいは板材の加工・接合等の方法に限らず、例えば、パイプで冷却媒体流路16aを形成するとともに、少なくとも配線層12と対応する箇所に平坦部を有する板材を接合して製造してもよい。パイプは屈曲した1本のパイプに限らず、1本のパイプが途中で複数本に分岐された後、再び1本に集合される構成のものとしてもよい。   The cooling unit 16 is not limited to the extrusion molding, die casting method, plate processing / joining method, etc. For example, the cooling medium flow path 16a is formed by a pipe, and a flat portion is provided at least at a position corresponding to the wiring layer 12. You may manufacture by joining the board | plate material which has. The pipe is not limited to a single bent pipe, and may be configured such that a single pipe is branched into a plurality of pipes in the middle and then gathered again into a single pipe.

○ 冷却部16は、入口部14a、出口部14b及び流路14cも一体に形成された構成であってもよい。
○ 冷却媒体流路16aを構成するパイプとしてヒートパイプを使用してもよい。ヒートパイプを使用した場合は、冷却媒体が自動的にパイプ内を循環して基板11の熱が効率良く外部に放出され、冷却媒体循環路を設ける必要がなく、全体の構成が簡単になる。
The cooling unit 16 may have a configuration in which the inlet portion 14a, the outlet portion 14b, and the flow path 14c are also integrally formed.
A heat pipe may be used as the pipe constituting the cooling medium flow path 16a. When the heat pipe is used, the cooling medium is automatically circulated in the pipe, and the heat of the substrate 11 is efficiently released to the outside, so that it is not necessary to provide a cooling medium circulation path, and the entire configuration is simplified.

○ 冷却媒体流路16aは、配線層12の配列方向に沿って延びる構成に限らず、配線層12の配列方向と交差する方向に延びる構成であってもよい。
○ 冷却媒体通路14の入口及び出口部14a,14bの数を複数にしてもよい。
The cooling medium flow path 16a is not limited to the configuration extending along the arrangement direction of the wiring layers 12, but may be configured to extend in a direction intersecting with the arrangement direction of the wiring layers 12.
A plurality of inlets and outlets 14a and 14b of the cooling medium passage 14 may be provided.

○ 第2及び第3の実施形態においても、第4の実施形態における冷却媒体流路16aを備えた冷却部16としてもよい。
○ 第1及び第4の実施形態において、配線層12をアルミニウムで形成してもよい。しかし、電気抵抗の点で銅の方が好ましい。
In the second and third embodiments, the cooling unit 16 including the cooling medium flow path 16a in the fourth embodiment may be used.
In the first and fourth embodiments, the wiring layer 12 may be made of aluminum. However, copper is preferable in terms of electrical resistance.

○ 一つの配線層12,25,28上に複数の半導体装置18あるいは他の電子部品を搭載する構成としてもよい。従って、配線層12は複数に限らず、一つでもよい。
○ 配線層12,25,28は、2列に限らず1列あるいは3列以上等、配線層12,25,28の数あるいは基板11の形状に適した列数に変更してもよい。
A plurality of semiconductor devices 18 or other electronic components may be mounted on one wiring layer 12, 25, 28. Therefore, the wiring layer 12 is not limited to a plurality, and may be one.
The wiring layers 12, 25, 28 are not limited to two rows, and may be changed to the number of wiring layers 12, 25, 28 or the number of columns suitable for the shape of the substrate 11, such as one row or three or more rows.

○ 絶縁層13は必要な絶縁性が確保されれば、熱膨張係数を小さくするとともに熱伝導率を高くするために混合するフィラーとして、絶縁性のセラミックスに限らず、導電性のセラミックス製や金属製のフィラーを使用してもよい。   ○ As long as necessary insulation is ensured, the insulating layer 13 is not limited to insulating ceramics as a filler to be mixed in order to reduce the coefficient of thermal expansion and increase the thermal conductivity. You may use the filler made from.

○ 絶縁層13を配線層12と対応する部分にのみ設けてもよい。その場合、平坦部16bは配線層12と対応する部分以外は露出する状態となる。
○ 冷却媒体通路14に流す冷却媒体は水に限らず、他の液体やあるいは気体であってもよい。
The insulating layer 13 may be provided only in a portion corresponding to the wiring layer 12. In this case, the flat portion 16b is exposed except for the portion corresponding to the wiring layer 12.
The cooling medium flowing through the cooling medium passage 14 is not limited to water, but may be other liquids or gases.

○ 金属複合材で配線層12を構成する場合、金属複合材は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さければよい。例えば、第2の実施形態において、炭化ケイ素とアルミニウムとの組合せに限らず、炭化ケイ素の微粒子に代えて熱伝導率の良い他のセラミックス、例えば、窒化ホウ素(BN)、酸化マグネシウム(MgO)、二ケイ化モリブデン(MoSi)等を使用し、アルミニウムに代えて熱伝導率の高い他の金属、例えば銅を使用してもよい。また、第3の実施形態において、エキスパンドメタル30の素材をインバーに代えて、スーパーインバーやステンレスインバー等の他のインバー型合金を使用したり、フェルニコ(Fe54重量%、Ni31重量%、Co15重量%の合金)を使用したりしてもよい。 In the case where the wiring layer 12 is composed of a metal composite material, the metal composite material only needs to have a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of copper. For example, in the second embodiment, not only a combination of silicon carbide and aluminum, but also other ceramics having good thermal conductivity instead of silicon carbide fine particles, such as boron nitride (BN), magnesium oxide (MgO), Molybdenum disilicide (MoSi 2 ) or the like may be used, and another metal having high thermal conductivity, such as copper, may be used instead of aluminum. In the third embodiment, the material of the expanded metal 30 is replaced with invar, and other invar type alloys such as super invar and stainless invar are used. Or an alloy thereof may be used.

○ 配線層12に窒化アルミニウム(AlN)層を挟んで両側にアルミニウム層が配置された構造のDBA基板(Al/AlN/Al)、窒化アルミニウム層を挟んで両側に銅層が配置された構造のDBC基板(Cu/AlN/Cu)又は、窒化ケイ素(SiN)基板、アルミナ(Al)基板、炭化ケイ素(SiC)基板を使用してもよい。DBA基板と冷却部は射出成型時に一体接合してもよい。このとき絶縁性樹脂はDBA基板と冷却部とを接着する。 ○ DBA substrate (Al / AlN / Al) having a structure in which an aluminum nitride (AlN) layer is sandwiched between wiring layers 12 and a copper layer is disposed on both sides of the aluminum nitride layer. A DBC substrate (Cu / AlN / Cu), a silicon nitride (SiN) substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, or a silicon carbide (SiC) substrate may be used. The DBA substrate and the cooling unit may be integrally joined at the time of injection molding. At this time, the insulating resin bonds the DBA substrate and the cooling unit.

○ 配線層12にAl、Cuを使用し、絶縁層13にAlN、SiN、アルミナを使用し、絶縁層13と配線層12をロウ付け、拡散接合などにより予め接合しておき、低膨張樹脂の射出成型時に冷却部16と接合してもよい。このとき絶縁性樹脂は配線層12と冷却部16とを接着する。   ○ Al and Cu are used for the wiring layer 12, AlN, SiN, and alumina are used for the insulating layer 13. The insulating layer 13 and the wiring layer 12 are brazed and bonded in advance by diffusion bonding or the like. You may join with the cooling part 16 at the time of injection molding. At this time, the insulating resin bonds the wiring layer 12 and the cooling unit 16 together.

○ Al製水冷ヒートシンクにAl(アルミナ)又はAlNを溶射して膜を形成し、さらにAl、Cuを溶射又はロウ付けした冷却部16を低膨張樹脂の射出成型にて一体成型してもよい。 ○ A film is formed by spraying Al 2 O 3 (alumina) or AlN on a water-cooled heat sink made of Al. Further, the cooling part 16 sprayed or brazed with Al or Cu is integrally molded by injection molding of a low expansion resin. Also good.

以下の技術的思想(発明)は前記実施形態から把握できる。
(1)請求項6又は請求項7に記載の発明において、前記金属複合材は、銅とインバーの複合部を挟んで両面に銅層が配置された構成である。
The following technical idea (invention) can be understood from the embodiment.
(1) In invention of Claim 6 or Claim 7, the said metal composite material is the structure by which the copper layer was arrange | positioned on both surfaces on both sides of the composite part of copper and Invar.

(2)請求項6又は請求項7に記載の発明において、前記金属複合材は、AlSiC部を挟んで両面にアルミニウム層が配置された構成である。
(3)請求項1〜請求項7及び前記技術的思想(1),(2)のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体通路は、車両に装備された冷却媒体循環路に連通可能に形成されている。
(2) In the invention according to claim 6 or claim 7, the metal composite material has a configuration in which an aluminum layer is disposed on both sides of an AlSiC portion.
(3) In the invention according to any one of claims 1 to 7 and the technical ideas (1) and (2), the cooling medium passage communicates with a cooling medium circulation path installed in a vehicle. It is made possible.

(4)請求項1〜請求項7及び前記技術的思想(1),(2)のいずれか一項に記載の発明において、前記冷却媒体通路はヒートパイプで構成されている。   (4) In the invention according to any one of claims 1 to 7 and the technical ideas (1) and (2), the cooling medium passage is constituted by a heat pipe.

(a)は第1の実施形態における回路基板の模式平面図、(b)は(a)のA−A線における拡大断面図、(c)は(a)のB−B線における断面図。(A) is a schematic top view of the circuit board in 1st Embodiment, (b) is an expanded sectional view in the AA line of (a), (c) is sectional drawing in the BB line of (a). 図1(c)のC−C線における断面図。Sectional drawing in the CC line of FIG.1 (c). 基板の製造方法を示す模式断面図。The schematic cross section which shows the manufacturing method of a board | substrate. (a)は第2の実施形態における回路基板の模式部分断面図、(b)は(a)の部分拡大図。(A) is a typical fragmentary sectional view of the circuit board in 2nd Embodiment, (b) is the elements on larger scale of (a). (a)は第3の実施形態における回路基板の模式部分断面図、(b)は(a)の部分拡大図。(A) is a schematic fragmentary sectional view of the circuit board in 3rd Embodiment, (b) is the elements on larger scale of (a). 同じく金属複合材の製造方法を示す模式斜視図。The model perspective view which similarly shows the manufacturing method of a metal composite material. 第4の実施形態における回路基板の模式断面図。The schematic cross section of the circuit board in a 4th embodiment. (a)は冷却部の別の製造方法を示す模式断面図、(b)はその冷却部が鋳込まれた基板の模式部分断面図。(A) is a schematic cross section which shows another manufacturing method of a cooling part, (b) is a typical fragmentary sectional view of the board | substrate with which the cooling part was cast. (a)は別の実施形態における回路基板の模式平面図、(b)は別の実施形態における冷却部の模式断面図。(A) is a schematic top view of the circuit board in another embodiment, (b) is a schematic cross section of the cooling part in another embodiment. (a)は従来技術のプリント配線板の断面図、(b)は熱媒体の流路の形状を示す平面図。(A) is sectional drawing of the printed wiring board of a prior art, (b) is a top view which shows the shape of the flow path of a heat carrier.

符号の説明Explanation of symbols

10…回路基板、11…基板、12,25,28…配線層、13…絶縁層、16…冷却部、16a…冷却媒体流路、16b…平坦部、18…シリコン半導体チップとしての半導体装置、26…金属複合材としてのAlSiC系複合材、29…金属複合材。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Circuit board, 11 ... Board | substrate, 12, 25, 28 ... Wiring layer, 13 ... Insulating layer, 16 ... Cooling part, 16a ... Cooling medium flow path, 16b ... Flat part, 18 ... Semiconductor device as a silicon semiconductor chip, 26: AlSiC-based composite material as a metal composite material, 29 ... Metal composite material.

Claims (7)

冷却媒体流路を備えた金属製の冷却部が樹脂で埋設された基板を備え、該基板上に、シリコン半導体チップを搭載可能な配線層が絶縁層を介して設けられている回路基板であって、
前記冷却部は少なくとも前記配線層と対応する箇所に平坦部が形成され、前記樹脂には熱膨張係数が前記冷却部の熱膨張係数より小さな樹脂が使用されている回路基板。
A circuit board is provided with a substrate in which a metal cooling section having a cooling medium flow path is embedded with a resin, and on which a wiring layer on which a silicon semiconductor chip can be mounted is provided via an insulating layer. And
A circuit board in which the cooling part has a flat part formed at least at a location corresponding to the wiring layer, and the resin uses a resin whose thermal expansion coefficient is smaller than the thermal expansion coefficient of the cooling part.
前記冷却部が埋設された樹脂と前記絶縁層は同じ絶縁性樹脂で構成されている請求項1に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 1, wherein the resin in which the cooling unit is embedded and the insulating layer are made of the same insulating resin. 前記配線層は、共通の前記平坦部上において複数箇所に設けられている請求項1又は請求項2に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 1, wherein the wiring layer is provided at a plurality of locations on the common flat portion. 前記冷却媒体流路は、前記複数箇所に設けられた配線層の配列方向に沿って延びるように設けられている請求項3に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 3, wherein the cooling medium flow path is provided so as to extend along an arrangement direction of wiring layers provided at the plurality of locations. 前記冷却部はアルミニウム系金属製である請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 1, wherein the cooling unit is made of an aluminum-based metal. 前記配線層は、熱膨張係数がシリコン半導体チップより大きく、銅より小さい金属複合材製である請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の回路基板。   The circuit board according to claim 1, wherein the wiring layer is made of a metal composite material having a thermal expansion coefficient larger than that of the silicon semiconductor chip and smaller than that of copper. 前記配線層は、熱伝導率が30W/(mK)以上である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の回路基板。   The circuit board according to any one of claims 1 to 6, wherein the wiring layer has a thermal conductivity of 30 W / (mK) or more.
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