JP2011035219A - Composite heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子部品の放熱のために用いられる複合放熱板に関する。 The present invention relates to a composite heat dissipation plate used for heat dissipation of electronic components.
特許文献1には、従来の半導体装置が開示されている。この半導体装置においては、DBA基板(絶縁性放熱板;窒化アルミニウム板にアルミ板を接合したもの)の表面に、IGBTモジュールが実装されており、また、このDBA基板が、はんだ層を介して、Cu−Mo合金製の放熱板の上に接合されている。
絶縁性放熱板には、熱伝導性が高いことが求められ、さらに、電子部品からの漏電を防ぐため、高絶縁性が求められる。絶縁性放熱板の材料としては、上記のAlN(熱伝導率:150W/(m・K)、熱膨張率:4.7×10−6[1/K])、ダイヤモンド(熱伝導率:500〜1000W/(m・K)、熱膨張率:2.2×10−6[1/K])などが利用される。このような材料の熱膨張率は、アルミニウム、銅などの金属放熱板に比べて小さい。 The insulating heat sink is required to have high thermal conductivity, and further, high insulating properties are required in order to prevent electric leakage from electronic components. As the material of the insulating heat sink, the above-mentioned AlN (thermal conductivity: 150 W / (m · K), thermal expansion coefficient: 4.7 × 10 −6 [1 / K]), diamond (thermal conductivity: 500) ˜1000 W / (m · K), coefficient of thermal expansion: 2.2 × 10 −6 [1 / K]) and the like are used. The thermal expansion coefficient of such a material is smaller than that of a metal heat sink such as aluminum or copper.
そして、電子部品の発熱時における、絶縁性放熱板の熱膨張量(長さ、面積又は体積の変化量)が、金属放熱板の熱膨張量に比べて小さいために、金属放熱板は、発熱部を頂点として山状に歪んでしまう(すなわち、反り変形が生じる)。金属放熱板にこのような歪みが発生した状態では、次のような問題が生じうる。まず、(i)これらの放熱板(絶縁性放熱板及び金属放熱板)と他の部材との接合が困難になる。(ii)また、これらの放熱板の間に熱応力が生じ、これに起因して放熱板(絶縁性放熱板又は金属放熱板)が損傷を受ける。また、このような反り変形の問題は、絶縁放熱板が、金属放熱板と電子部品との間に配置されている場合にも生じる。 And since the thermal expansion amount (length, area, or volume change) of the insulating heat sink during heat generation of the electronic component is smaller than the thermal expansion amount of the metal heat sink, the metal heat sink generates heat. The portion is distorted in a mountain shape with the apex at the top (that is, warping deformation occurs). In the state where such distortion occurs in the metal heat sink, the following problems may occur. First, (i) it becomes difficult to join these heat radiating plates (insulating heat radiating plate and metal heat radiating plate) to other members. (Ii) Further, thermal stress is generated between these heat radiating plates, resulting in damage to the heat radiating plate (insulating heat radiating plate or metal heat radiating plate). Such a problem of warpage deformation also occurs when the insulating heat sink is disposed between the metal heat sink and the electronic component.
(課題)
本発明が解決しようとする課題は、絶縁性放熱板に接合された金属放熱板の山状の歪みを抑制することである。
(Task)
The problem to be solved by the present invention is to suppress the mountain-shaped distortion of the metal heat sink joined to the insulating heat sink.
(1)上記の課題を解決するために、本発明に係る複合放熱板は、電子部品の放熱に用いられるものであって、絶縁性放熱板と、当該絶縁性放熱板に接合され、且つ、当該絶縁性放熱板よりも大きな熱膨張率を有する金属放熱板と、を備える。
前記金属放熱板は、互いに平行な第1の面と第2の面とを有し、前記第1の面には、複数の第1溝が線状に形成されており、前記第2の面には、複数の第2溝が線状に形成されており、前記第1溝のそれぞれが、中央線部と、当該中央線部の両端に形成された二つの端部と、から成り、前記第2溝のそれぞれが、中央線部と、当該中央線部の両端に形成された二つの端部と、から成り、それぞれの前記第1溝の前記中央線部と、それぞれの前記第2溝の前記中央線部とが、前記第1の面に垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないよう、前記複数の第1溝及び前記複数の第2溝が配置されている。
(1) In order to solve the above problems, a composite heat sink according to the present invention is used for heat dissipation of an electronic component, and is joined to an insulating heat sink and the insulating heat sink, and A metal heat radiating plate having a larger coefficient of thermal expansion than the insulating heat radiating plate.
The metal heat sink has a first surface and a second surface that are parallel to each other, and a plurality of first grooves are linearly formed on the first surface, and the second surface A plurality of second grooves are formed in a linear shape, and each of the first grooves includes a center line portion and two end portions formed at both ends of the center line portion. Each of the second grooves includes a center line portion and two end portions formed at both ends of the center line portion, and the center line portion of each of the first grooves and each of the second grooves. The plurality of first grooves and the plurality of second grooves are arranged so that the center line portion of the plurality of first grooves is not located on the same straight line along a direction perpendicular to the first surface.
この構成では、金属放熱板の両面に、複数の第1溝と複数の第2溝とが、金属放熱板の透視平面図(隠れ線を含む平面図;see throughplan view)において、ほとんどの部分で重ならないように配置されている。また、この透視平面図において、発熱時の折れ目となる溝が、十字に交わらない。そのため、金属放熱板は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、蛇腹状に波打った形状となる。
そして、電子部品の発熱に伴って絶縁性放熱板及び金属放熱板が加熱された場合に、絶縁性放熱板及び金属放熱板の熱膨張率の差が原因となって、金属放熱板の、電子部品近傍だけでなく、金属放熱板の全体が変形し、且つ、金属放熱板は、全体として見たときに、金属放熱板の表面に平行な方向に変形する。そのため、金属放熱板に、山状の反り変形が生じない。
以上のように、この構成により、絶縁性放熱板に接合された金属放熱板の山状の歪みが抑制される。
In this configuration, a plurality of first grooves and a plurality of second grooves are formed on both sides of the metal heat radiating plate in most parts in the perspective plan view (plan view including hidden lines; see through plan view) of the metal heat radiating plate. It is arranged not to become. Further, in this perspective plan view, the grooves that become folds during heat generation do not intersect with the cross. Therefore, when the metal heat radiating plate is heated, the metal heat radiating plate is bent with the groove portion as a crease, and has a shape corrugated like a bellows.
When the insulating heat sink and the metal heat sink are heated with the heat generation of the electronic component, the difference in thermal expansion coefficient between the insulating heat sink and the metal heat sink causes the electronic heat sink The metal heat sink is deformed not only in the vicinity of the parts but also in the direction parallel to the surface of the metal heat sink when viewed as a whole. Therefore, a mountain-shaped warp deformation does not occur in the metal heat sink.
As described above, with this configuration, the mountain-shaped distortion of the metal heat sink joined to the insulating heat sink is suppressed.
また、金属放熱板の両面に溝を形成する場合には、透視平面図で溝同士が重なってしまうと、重なった部分の板厚が薄くなってしまい、そこがヒートダムになって冷却効率が低下してしまう。この構成では、複数の第1溝と、複数の第2溝とが、金属放熱板の透視平面図において、ほとんどの部分で重ならないように配置されているので、溝を形成することに起因した冷却効率の低下が抑えられる。 In addition, when grooves are formed on both sides of a metal heat sink, if the grooves overlap in a perspective plan view, the thickness of the overlapped portion will become thin, which will become a heat dam and cooling efficiency will decrease. Resulting in. In this configuration, the plurality of first grooves and the plurality of second grooves are arranged so as not to overlap most parts in the perspective plan view of the metal heat radiating plate, resulting in the formation of the grooves. A decrease in cooling efficiency is suppressed.
なお、絶縁性放熱板と金属放熱板との「接合」とは、両者間の熱伝導性を維持しつつ両者を結合することであり、ここでの「接合」方法には、拡散接合、ろう接(はんだ付け、ろう付け)などが含まれる。 The “joining” between the insulating heat sink and the metal heat sink is to join the two together while maintaining the thermal conductivity between them. Includes contact (soldering, brazing) and the like.
金属放熱板の材料としては、室温(20℃)での熱伝導率が、100W/(m・K)以上のものが望ましく、具体的には、アルミニウム、金、銀、銅、マグネシウム、タングステン、モリブデン、亜鉛などを利用できる。金属放熱板の材料は、単一材料であってもよいし、合金であってもよい。また、金属層の厚さに関しては、100 μm〜3 mmであることが望ましい。 As a material for the metal heat sink, a material having a thermal conductivity at room temperature (20 ° C.) of 100 W / (m · K) or more is desirable. Specifically, aluminum, gold, silver, copper, magnesium, tungsten, Molybdenum, zinc, etc. can be used. The material of the metal heat sink may be a single material or an alloy. In addition, the thickness of the metal layer is preferably 100 μm to 3 mm.
放熱対象となる「電子部品」には、半導体素子、LEDなどが含まれる。また、半導体素子の材料としては、Si、SiC、GaN、Ge、GaAsなどを利用できる。
電子部品は、電力用半導体素子(パワーデバイス)であってもよく、具体的な例としては、IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor;絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、整流ダイオード、パワートランジスタ、パワーMOSFET、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ(GTO)、トライアックなどであってもよい。
“Electronic components” to be radiated include semiconductor elements, LEDs, and the like. Moreover, Si, SiC, GaN, Ge, GaAs, etc. can be utilized as the material of the semiconductor element.
The electronic component may be a power semiconductor element (power device). Specific examples include an IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor), a rectifier diode, a power transistor, a power MOSFET, a thyristor, and a gate turn-off. A thyristor (GTO), triac, or the like may be used.
金属放熱板には、電子部品が直接接合されてもよい。すなわち、絶縁性放熱板は、金属放熱板の、電子部品に向いていない方の面に接合されていてもよい。
また、絶縁放熱板が、金属放熱板と電子部品との間に配置されてもよい。すなわち、絶縁性放熱板に電子部品が取り付けられ、且つ、金属放熱板が、絶縁性放熱板の、電子部品に向いていない方の面に接合されていてもよい。ここでの「接合」方法には、拡散接合、ろう接(はんだ付け、ろう付け)などが含まれる。
Electronic components may be directly joined to the metal heat sink. That is, the insulating heat sink may be joined to the surface of the metal heat sink that does not face the electronic component.
An insulating heat sink may be disposed between the metal heat sink and the electronic component. That is, the electronic component may be attached to the insulating heat sink, and the metal heat sink may be joined to the surface of the insulating heat sink that is not suitable for the electronic component. The “joining” method here includes diffusion bonding, brazing (soldering, brazing) and the like.
絶縁性放熱板の材料としては、AlN(熱伝導率:150W/(m・K)、熱膨張率:4.7×10−6[1/K])、ダイヤモンド(熱伝導率:500〜1000W/(m・K)、熱膨張率:2.2×10−6[1/K])など(及び、これらに少量の不純物が含まれたもの)を利用できる。また、絶縁性放熱板は、AlN(窒化アルミニウム)製のDBA(Direct Brazing Aluminum)基板であってもよい。 As a material of the insulating heat sink, AlN (thermal conductivity: 150 W / (m · K), thermal expansion coefficient: 4.7 × 10 −6 [1 / K]), diamond (thermal conductivity: 500 to 1000 W) / (M · K), coefficient of thermal expansion: 2.2 × 10 −6 [1 / K]) (and those containing a small amount of impurities). Further, the insulating heat sink may be a DBA (Direct Brazing Aluminum) substrate made of AlN (aluminum nitride).
絶縁性放熱板は、金属放熱板の表面に対して、薄膜層として、例えば、PVD、CVD(マイクロ波プラズマCVD、熱フィラメントCVDなど)により形成される。また、金属放熱板と、絶縁性放熱板とが、それぞれ別個の板部材として形成されてもよい。
絶縁性放熱板の厚さに関しては、10 μm〜3 mmであることが望ましい。
The insulating heat sink is formed by PVD, CVD (microwave plasma CVD, hot filament CVD, etc.) as a thin film layer on the surface of the metal heat sink. Further, the metal heat radiating plate and the insulating heat radiating plate may be formed as separate plate members.
The thickness of the insulating heat sink is preferably 10 μm to 3 mm.
絶縁性放熱板は、放熱機能を有するプリント基板(プリント配線板;表面に電線パターンが形成された基板)であってもよい。 The insulating heat radiating plate may be a printed board (printed wiring board; a board having an electric wire pattern formed on the surface) having a heat radiating function.
本構成では、第1溝の中央線部と、第2溝の中央線部とが、金属放熱板の透視平面図において重ならないが、第1溝の端部と、第2溝の中央線部とが重なってもよい。また、金属放熱板の透視平面図において、第1溝の中央線部と、第2溝の端部とが重なってもよい。 In this configuration, the center line portion of the first groove and the center line portion of the second groove do not overlap in the perspective plan view of the metal heat sink, but the end portion of the first groove and the center line portion of the second groove And may overlap. In the perspective plan view of the metal heat sink, the center line portion of the first groove and the end portion of the second groove may overlap.
溝は「線状」であるが、これは、面状ではなく、細く連なっている状態を示している。線状のものとして認められる溝幅の範囲には、ある程度の広がりがある。
また、溝は、例えば、エンドミル、回転のこぎりを用いて、金属放熱板に形成される。
The groove is “linear”, but this indicates a state of being connected thinly, not in a planar shape. There is some extent in the range of groove widths that are recognized as linear.
Moreover, a groove | channel is formed in a metal heat sink using an end mill and a rotary saw, for example.
第1溝及び第2溝の平面視における形状は、直線であってもよいし、曲線であってもよい。また、複数の第1溝(又は複数の第2溝)が、連続して形成されていてもよい。また、この場合に、溝の曲率が非連続的に変化する(急激に変化する)場合には、その変化点が、二つの第1溝(又は第2溝)の境となる。
また、一つの第1溝(又は第2溝)においては、溝の曲率が連続的に変化する(又は一定である)とする。
The shape of the first groove and the second groove in plan view may be a straight line or a curved line. A plurality of first grooves (or a plurality of second grooves) may be formed continuously. Further, in this case, when the curvature of the groove changes discontinuously (changes rapidly), the change point becomes a boundary between the two first grooves (or the second grooves).
Further, in one first groove (or second groove), it is assumed that the curvature of the groove continuously changes (or is constant).
第1溝及び第2溝の断面(溝が延びる方向に直交する断面)の形状は、V字状、U字状などであってもよい。また、溝の断面形状は、角張った形状であっても、丸みのある形状であってもよい。 The cross section of the first groove and the second groove (cross section orthogonal to the direction in which the groove extends) may be V-shaped, U-shaped, or the like. Further, the cross-sectional shape of the groove may be an angular shape or a rounded shape.
「中央線部」及び二つの「端部」について:一つの溝(第1溝又は第2溝)の全長に対する長さ比率が、中央線部においては80%乃至95%であり、且つ、二つの端部(合計)においては、5%乃至20%であるとする。
そして、「(中央線部の長さ比率)及び(二つの端部の長さ比率)」が、例えば、「80%及び20%」、「85%及び15%」、「90%及び10%」、又は、「95%及び5%」であってもよい。二つの端部の長さは同一であるとする。
Regarding the “center line portion” and the two “end portions”: the length ratio of one groove (the first groove or the second groove) to the entire length is 80% to 95% in the center line portion, and two It is assumed that it is 5% to 20% at one end (total).
And, “(length ratio of center line portion) and (length ratio of two end portions)” are, for example, “80% and 20%”, “85% and 15%”, “90% and 10%” Or “95% and 5%”. It is assumed that the lengths of the two ends are the same.
また、複合放熱板には、金属放熱板、及び、絶縁性放熱板に加え、他の金属放熱板が含まれてもよい。 In addition to the metal heat sink and the insulating heat sink, the composite heat sink may include other metal heat sinks.
(2)本発明に係る、上記(1)の複合放熱板においては、それぞれの前記第1溝と、それぞれの前記第2溝とが、前記第1の面に垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないように配置されていてもよい。 (2) In the composite heat radiation plate according to (1) according to the present invention, each of the first grooves and each of the second grooves are in the same straight line along a direction perpendicular to the first surface. You may arrange | position so that it may not be located on a line.
この構成では、複数の第1溝と、複数の第2溝とが、金属放熱板の透視平面図において、全く重ならないように配置されている。そのため、溝を形成することに起因した冷却効率の低下がより確実に抑えられる。 In this configuration, the plurality of first grooves and the plurality of second grooves are arranged so as not to overlap at all in the perspective plan view of the metal heat sink. For this reason, a decrease in cooling efficiency due to the formation of the grooves can be more reliably suppressed.
(3)本発明に係る、上記(1)又は(2)の複合放熱板においては、前記第1の面には、電子部品が接合される平面領域が形成されており、前記複数の第1溝は、前記平面領域の周囲に形成されていてもよい。 (3) In the composite heat radiation plate according to the above (1) or (2) according to the present invention, a planar region to which an electronic component is bonded is formed on the first surface, and the plurality of first The groove may be formed around the planar region.
この構成では、平面領域には溝が形成されないので、金属放熱板による放熱効果が、溝によって阻害されることなく得られる。 In this configuration, since the groove is not formed in the planar region, the heat radiation effect by the metal heat radiating plate can be obtained without being obstructed by the groove.
なお、第2の面においては、表面全体に第2溝が形成されていてもよい。また、平面領域の面積は、電子部品の設置面の面積よりも大きいことが望ましい。 In the second surface, the second groove may be formed on the entire surface. Moreover, it is desirable that the area of the planar region is larger than the area of the installation surface of the electronic component.
電子部品と平面領域との「接合」とは、両者間の熱伝導性を維持しつつ両者を結合することであり、ここでの「接合」方法には、拡散接合、ろう接(はんだ付け、ろう付け)などが含まれる。 “Join” between an electronic component and a planar region is to join the two while maintaining thermal conductivity between them. The “joining” method here includes diffusion bonding, brazing (soldering, soldering, Brazing) and the like.
「平面領域」は、円形領域であってもよいし、他の形状の領域であってもよい。また、平面領域の面積は、電子部品の設置面の面積よりも大きいことが望ましいが、平面領域の面積が、電子部品の設置面の面積より小さくてもよい。 The “planar area” may be a circular area or an area having another shape. The area of the planar region is preferably larger than the area of the installation surface of the electronic component, but the area of the planar region may be smaller than the area of the installation surface of the electronic component.
(4)本発明に係る、上記(1)乃至(3)のいずれかの複合放熱板においては、前記絶縁性放熱板の材料が、ダイヤモンドであってもよい。 (4) In the composite heat sink according to any one of (1) to (3) according to the present invention, the material of the insulating heat sink may be diamond.
ダイヤモンドの熱伝導率は高いため(熱伝導率:500〜1000W/(m・K))、より放熱性能の高い複合放熱板が得られる。
一方、ダイヤモンドの熱膨張率は小さいため(熱膨張率:2.2×10−6[1/K])、ダイヤモンドを絶縁性放熱板として利用する場合には、電子部品の発熱に伴う、金属放熱板の反り変形の問題が顕著になる。
本発明の複合放熱板における絶縁性放熱板の材料をダイヤモンドとすることにより、高い放熱性能が得られ、且つ、金属放熱板の歪みが抑制される。
Since the thermal conductivity of diamond is high (thermal conductivity: 500 to 1000 W / (m · K)), a composite heat dissipation plate with higher heat dissipation performance can be obtained.
On the other hand, since the thermal expansion coefficient of diamond is small (thermal expansion coefficient: 2.2 × 10 −6 [1 / K]), when diamond is used as an insulating heat sink, the metal accompanying the heat generation of electronic components The problem of warp deformation of the heat sink becomes significant.
By using diamond as the material of the insulating heat sink in the composite heat sink of the present invention, high heat dissipation performance can be obtained and distortion of the metal heat sink can be suppressed.
(5)本発明に係る、上記(1)乃至(4)のいずれかの複合放熱板においては、前記複数の第1溝は、前記第1の面の中央の円形領域の周囲に、旋回放射状に形成されており、前記複数の第2溝は、前記第2の面の中央の円形領域の周囲に、旋回放射状に形成されていてもよい。 (5) In the composite heat radiating plate according to any one of (1) to (4) according to the present invention, the plurality of first grooves are swirl radially around a central circular region of the first surface. The plurality of second grooves may be formed in a swirling radial pattern around a circular area in the center of the second surface.
この構成では、金属放熱板の両面に、第1溝及び第2溝が、旋回放射状に形成されているので、電子部品を金属放熱板の中央に配置した場合に、円形領域の周辺領域が、金属放熱板の表面に平行な方向に変形し、且つ、円形領域における反り変形が抑制される。そのため、金属放熱板の山状の歪みが確実に抑制される。 In this configuration, the first groove and the second groove are formed in a swirling radial shape on both surfaces of the metal heat radiating plate, so when the electronic component is arranged in the center of the metal heat radiating plate, the peripheral region of the circular region is Deformation in a direction parallel to the surface of the metal heat radiating plate and warpage deformation in a circular region are suppressed. Therefore, the mountain-shaped distortion of the metal heat sink is reliably suppressed.
以下、「旋回放射状」について、図6を用いて説明する。図6(a)において、金属板4pの表面の中央には、円4Cが配置されている。円4Cからは、複数の線が放射状に延びている。この複数の線は、全て、円4Cの中心4Zを中心として、放射状に延びている。以下、放射状に延びた複数の線のうち、一本の線41Pの例で説明する。線41Pは、端点4Fと、端点4Dとを結んでいる。端点4Fは、金属板4pの端に位置している。また、図6(a)において、端点4Dは、線41Pと円4Cとの交点に相当する。ここで、端点4Dは、円4Cの円周に沿って移動(すなわち旋回)できるものとする。
Hereinafter, “swivel radial” will be described with reference to FIG. In FIG. 6A, a
図6(b)は、端点4Dが、円4Cの円周上を移動した後の状態を示している。この状態では、端点4Dと端点4Fとを、線41Vが結んでいる。線41Vと、線41Pとが成す角度はα[度]である。図6(a)の状態から、図6(b)の状態への、端点4Dの旋回を、「角度αの旋回」とする。
FIG. 6B shows a state after the
そして、線41Pだけでなく、放射状に延びる全ての線に関して、同様の考え方により、円と線との交点(端点4Dに相当)を、角度αだけ旋回させた後の状態が、「旋回放射状」である。図6(b)の複数の線の配置が、「旋回放射状」の配置である。そして、図6(b)の複数の線分が、本発明に係る金属放熱板における旋回放射状の溝に相当する。
And not only the
このように、円中心を中心とする放射状の複数の線が配置されている場合に、それぞれの放射状の線とこの円との交点(回転前の端点4Dに相当)を、円周に沿って回転させたときの、回転後の点(回転後の端点4Dに相当)のそれぞれと、板の端点(固定点;端点4Fに相当)のそれぞれとを結ぶように、複数の線が配置された状態を、「旋回放射状」とする。ここで、旋回角度αは、0度超、且つ、90度未満である。
In this way, when a plurality of radial lines centered on the center of the circle are arranged, the intersection of each radial line and this circle (corresponding to the
なお、端点4Dは、円4Cと線41Vとの接点であってもよいし、接点でなくてもよい。また、上記の説明は、「旋回放射状」の溝の形状について説明するためのものであり、製造工程についての説明ではない。例えば、製造工程において、線41Pに沿った溝を形成する必要はない。「旋回放射状」は、以上のように説明される。
Note that the
なお、溝(第1溝又は第2溝)と円形領域とは、接点で接してもよいし、接点よりも端点(図6の端点4Fに相当)に近い点で接していてもよい。
The groove (the first groove or the second groove) and the circular region may be in contact with each other at a contact point, or may be in contact at a point closer to the end point (corresponding to the
円形領域の面積は、電子部品の設置面の面積よりも大きいことが望ましいが、円形領域の面積が、電子部品の設置面の面積より小さくてもよい。 The area of the circular region is preferably larger than the area of the installation surface of the electronic component, but the area of the circular region may be smaller than the area of the installation surface of the electronic component.
(6)本発明に係る、上記(1)乃至(5)のいずれかの複合放熱板においては、前記複数の第1溝には、第1中央溝、第1傾斜溝、及び、第2傾斜溝が含まれ、前記複数の第2溝には、第2中央溝、第3傾斜溝、及び、第4傾斜溝が含まれ、前記第1中央溝及び前記第2中央溝のそれぞれは、前記第1の面に沿った第1方向に沿って形成され、前記第1傾斜溝及び前記第3傾斜溝のそれぞれは、前記第1方向に対して傾斜した方向であって、前記第1の面に沿った第2方向に沿って形成されており、前記第2傾斜溝及び前記第4傾斜溝のそれぞれは、前記第1方向及び前記第2方向に対して傾斜した方向であって、前記第1の面に沿った第3方向に沿って形成されており、前記第1方向と前記第2方向とが成す角度は、前記第1方向と前記第3方向が成す角度に等しく、透視平面図においては、複数の前記第1溝、及び、複数の前記第2溝によって、複数の平行四辺形が形成されていてもよい。 (6) In the composite heat dissipation plate according to any one of (1) to (5) according to the present invention, the plurality of first grooves include a first central groove, a first inclined groove, and a second inclined surface. A plurality of second grooves include a second central groove, a third inclined groove, and a fourth inclined groove, and each of the first central groove and the second central groove includes The first inclined groove and the third inclined groove are formed in a first direction along the first surface, and each of the first inclined groove and the third inclined groove is a direction inclined with respect to the first direction, and the first surface The second inclined groove and the fourth inclined groove are directions inclined with respect to the first direction and the second direction, respectively, and The angle formed by the first direction and the second direction is defined by the first direction and the third direction. 3 equal to the angle between the directions, in perspective plan view, a plurality of the first groove, and by a plurality of the second grooves may have a plurality of parallelogram is formed.
この構成では、金属放熱板の両面に、複数の第1溝と複数の第2溝とが、金属放熱板の透視平面図において重ならないように配置されている。そのため、例えば、ミウラ折り(実公昭56−25023号など参照)と同様の折り目が金属放熱板に形成され、この折り目は、複数の平行四辺形の区画線となる。そして、金属放熱板は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、放熱板に垂直な一断面において、蛇腹状に波打った形状となる。そのため、金属放熱板の山状の歪みが確実に抑制される。 In this configuration, the plurality of first grooves and the plurality of second grooves are arranged on both surfaces of the metal heat sink so as not to overlap in the perspective plan view of the metal heat sink. Therefore, for example, a crease similar to Miura fold (see Japanese Utility Model Publication No. 56-25023) is formed in the metal heat sink, and the crease becomes a plurality of parallelogram division lines. And when a metal heat sink is heated, it will bend using a groove part as a crease | fold, and will become the shape which wavy in the shape of a bellows in one cross section perpendicular | vertical to a heat sink. Therefore, the mountain-shaped distortion of the metal heat sink is reliably suppressed.
なお、本構成の折り目の形成には、ミウラ折り以外の折り方も含まれる。また、第1中央溝、第1傾斜溝、及び第2傾斜溝は、連続していてもよいし、離れていてもよい。また、第2中央溝、第3傾斜溝、及び第4傾斜溝は、連続していてもよいし、離れていてもよい。 It should be noted that the formation of the folds of the present configuration includes folds other than Miura folds. The first central groove, the first inclined groove, and the second inclined groove may be continuous or separated. Further, the second central groove, the third inclined groove, and the fourth inclined groove may be continuous or separated.
複数の第1中央溝(又は複数の第2中央溝)が、第1方向に沿って、間隔をおいて配置されていてもよい。また、複数の第1中央溝(又は複数の第2中央溝)が、第1方向に垂直な方向であって、且つ、第1の面に沿った方向に沿って、間隔をおいて配置されていてもよい。 A plurality of first central grooves (or a plurality of second central grooves) may be arranged at intervals along the first direction. The plurality of first central grooves (or the plurality of second central grooves) are arranged at intervals along a direction perpendicular to the first direction and along the first surface. It may be.
上記の第2方向に関して;
第1方向に対して「傾斜した方向」には、(i)第1方向及び第2方向が平行となるような方向、並びに、(ii)これらが直交するような方向が含まれないものとする。
With respect to the second direction above;
“Inclined direction” with respect to the first direction does not include (i) a direction in which the first direction and the second direction are parallel, and (ii) a direction in which they are orthogonal to each other. To do.
上記の第3方向に関して;
第1方向及び第2方向に対して「傾斜した方向」には、(i)第1方向及び第3方向が平行となるような方向、(ii)第2方向及び第3方向が平行となるような方向、(iii)第1方向及び第3方向が直交するような方向、並びに、(iv)第2方向及び第3方向が直交するような方向が含まれないものとする。
Regarding the third direction above;
In the “inclined direction” with respect to the first direction and the second direction, (i) a direction in which the first direction and the third direction are parallel, and (ii) the second direction and the third direction are parallel. Such a direction, (iii) a direction in which the first direction and the third direction are orthogonal, and (iv) a direction in which the second direction and the third direction are orthogonal are not included.
(7)上記の課題を解決するために、本発明に係る複合放熱板は、電子部品の放熱に用いられるものであって、絶縁性放熱板と、当該絶縁性放熱板に接合され、且つ、当該絶縁性放熱板よりも大きな熱膨張率を有する金属放熱板と、を備える。
前記金属放熱板は、互いに平行な第1の面と第2の面とを有し、前記第1の面には、複数の第1環状溝が、同心に形成されており、前記第2の面には、複数の第2環状溝が、同心に形成されており、前記複数の第1環状溝と、前記複数の第2環状溝とは同心に配置されており、それぞれの前記第1環状溝と、それぞれの前記第2環状溝とが、前記第1の面に垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。
(7) In order to solve the above problems, the composite heat sink according to the present invention is used for heat dissipation of electronic components, and is joined to the insulating heat sink and the insulating heat sink, and A metal heat radiating plate having a larger coefficient of thermal expansion than the insulating heat radiating plate.
The metal heat sink has a first surface and a second surface that are parallel to each other, and a plurality of first annular grooves are formed concentrically on the first surface, and the second surface A plurality of second annular grooves are concentrically formed on the surface, and the plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are arranged concentrically, and each of the first annular grooves The grooves and the respective second annular grooves are arranged so as not to be positioned on the same straight line along a direction perpendicular to the first surface.
この構成では、金属放熱板の両面に、複数の第1環状溝と複数の第2環状溝とが、金属放熱板の透視平面図において重ならないように、同心に配置されている。すなわち、全ての環状溝の径が異なる。そのため、金属放熱板は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、放熱板に垂直な一断面において、蛇腹状に波打った形状となる。
そして、電子部品の発熱に伴って絶縁性放熱板及び金属放熱板が加熱された場合に、絶縁性放熱板及び金属放熱板の熱膨張率の差が原因となって、金属放熱板の、電子部品近傍だけでなく、金属放熱板の全体が変形し、且つ、金属放熱板は、全体として見たときに、金属放熱板の表面に平行な方向に変形する。そのため、金属放熱板に、山状の反り変形が生じない。
以上のように、この構成により、絶縁性放熱板に接合された金属放熱板の山状の歪みが抑制される。
In this configuration, the plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are arranged concentrically on both surfaces of the metal heat radiating plate so as not to overlap in the perspective plan view of the metal heat radiating plate. That is, all the annular grooves have different diameters. Therefore, when the metal heat sink is heated, the metal heat sink is bent with the groove portion as a crease, and has a corrugated shape in a cross section perpendicular to the heat sink.
When the insulating heat sink and the metal heat sink are heated with the heat generation of the electronic component, the difference in thermal expansion coefficient between the insulating heat sink and the metal heat sink causes the electronic heat sink The metal heat sink is deformed not only in the vicinity of the parts but also in the direction parallel to the surface of the metal heat sink when viewed as a whole. Therefore, a mountain-shaped warp deformation does not occur in the metal heat sink.
As described above, with this configuration, the mountain-shaped distortion of the metal heat sink joined to the insulating heat sink is suppressed.
また、この構成では、複数の第1環状溝と、複数の第2環状溝とが、金属放熱板の透視平面図において全く重ならないように配置されているので、溝を形成することに起因した冷却効率の低下が抑えられる。 Further, in this configuration, the plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are arranged so as not to overlap at all in the perspective plan view of the metal heat radiating plate, resulting in the formation of the grooves. A decrease in cooling efficiency is suppressed.
なお、第1の面の中央には、電子部品を設置するための、円形の平面領域が形成されていることが望ましい。 In addition, it is desirable that a circular plane region for installing an electronic component is formed in the center of the first surface.
また、第1環状溝及び第2環状溝の断面(溝が延びる方向に直交する断面)の形状は、V字状、U字状などであってもよい。また、溝の断面形状は、角張った形状であっても、丸みのある形状であってもよい。 Moreover, the V-shaped, U-shaped, etc. may be sufficient as the shape of the cross section (cross section orthogonal to the direction where a groove | channel is extended) of a 1st annular groove and a 2nd annular groove. Further, the cross-sectional shape of the groove may be an angular shape or a rounded shape.
第1環状溝及び第2環状溝は、例えば、内側から一本ずつ交互に配置されていてもよいし、内側から複数本ずつ交互に配置されていてもよい。
また、環状溝は、例えば、エンドミル、回転のこぎりを用いて、金属放熱板に形成される。
For example, the first annular groove and the second annular groove may be alternately arranged one by one from the inside, or may be alternately arranged by a plurality from the inside.
The annular groove is formed in the metal heat radiating plate using, for example, an end mill or a rotary saw.
溝形状以外の事項(「接合」、「金属放熱板の材料」、「電子部品」、「金属放熱板と電子部品との位置関係」、及び「絶縁性放熱板」)については、上記(1)での説明と同様であるため、説明を省略する。 For matters other than the groove shape (“joining”, “material of metal heat sink”, “electronic component”, “positional relationship between metal heat sink and electronic component”, and “insulating heat sink”) (1 ), The description is omitted.
(8)本発明に係る上記(1)乃至(7)のいずれかの複合放熱板が、少なくとも一つの前記金属放熱板をさらに備えていてもよく、また、この複合放熱板において、複数の前記金属放熱板は、積み重ねられ、且つ互いに接合されており、それぞれの前記金属放熱板は、隣接する前記金属放熱板に対して、複数の接合箇所において部分的に接合されていてもよい。 (8) The composite heat radiating plate according to any one of (1) to (7) according to the present invention may further include at least one of the metal heat radiating plates. The metal heat sinks are stacked and joined to each other, and each of the metal heat sinks may be partially joined to the adjacent metal heat sink at a plurality of joint locations.
この構成では、複数の金属放熱板が積み重なっており、且つ、電子部品の発熱時に、それぞれの金属放熱板が、板表面に対して平行な方向に変形する。その結果、加熱された放熱板結合体全体においては、金属放熱板の山状の歪みが、効率的に抑制される。
また、金属放熱板同士は、部分的に接合されているため、金属放熱板の折れ曲がり変形が阻害されない。
また、複数の金属放熱板が積み重ねられていることにより、高い放熱効果が得られる。
In this configuration, a plurality of metal heat sinks are stacked, and each metal heat sink deforms in a direction parallel to the plate surface when the electronic component generates heat. As a result, in the entire heated radiator plate assembly, the mountain-like distortion of the metal radiator plate is efficiently suppressed.
Moreover, since metal heat sinks are partially joined, the bending deformation of a metal heat sink is not inhibited.
Moreover, the high heat dissipation effect is acquired by the several metal heat sink being stacked.
なお、「部分的に」接合されているとは、板表面の面全体が接合箇所になっているのではなく、接合箇所が、面全体のうち部分的に形成されていることを意味する。 Note that “partially” joined does not mean that the entire surface of the plate surface is a joined part, but the joined part is partially formed in the entire surface.
複数の金属放熱板の「接合」方法には、拡散接合、ろう接(はんだ付け、ろう付け)などが含まれる。 The method of “joining” a plurality of metal heat sinks includes diffusion bonding, brazing (soldering, brazing) and the like.
本構成に係る複合放熱板は、上記(1)乃至(6)の特徴を有する金属放熱板のうち、同一種類の金属放熱板を組み合わせたものには限られず、上記(1)乃至(6)の特徴を有する金属放熱板のうち、複数種類の金属放熱板が組み合わされたものであってもよい。 The composite heat dissipation plate according to the present configuration is not limited to a combination of metal heat dissipation plates of the same type among the metal heat dissipation plates having the characteristics (1) to (6) described above, and (1) to (6) above. Among the metal heat sinks having the above characteristics, a plurality of types of metal heat sinks may be combined.
金属放熱板の接合箇所については、加熱変形後の蛇腹形状における、頂部相当位置にすることが望ましい。これにより、金属放熱板の蛇腹状の変形が阻害されない。 It is desirable that the metal heat radiation plate is joined at a position corresponding to the top in the bellows shape after heat deformation. Thereby, the bellows-shaped deformation | transformation of a metal heat sink is not inhibited.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明における「上下左右」は、図中における上下左右であるものとする。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, “up / down / left / right” refers to up / down / left / right in the figure.
(全体構成)
まず、図1を用いて、複合放熱板1について説明する。なお、図1においては、水冷ジャケット52のみが断面を示しており、その他の部材については、側面を示している。
(overall structure)
First, the
複合放熱板1は、発熱体であるIGBT(電子部品)2b及びダイオード(電子部品)2cの、放熱板として利用される。また、複合放熱板1は、二層構造になっており、第1金属板(金属放熱板)4、及び、絶縁基板(絶縁性放熱板)3を有する。複合放熱板1において、第1金属板4と絶縁基板3とは、はんだ付けにより接合されている。
The
IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)2bは、電力用半導体素子(パワーデバイス)であり、ハイブリッド車や、電気自動車の電動機器を駆動するための、電流制御素子として用いられる。IGBT2bには、100Aを超える電流が流され、IGBT2bでの発熱量は大きい。
An IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor) 2b is a power semiconductor element (power device), and is used as a current control element for driving an electric device of a hybrid vehicle or an electric vehicle. A current exceeding 100 A flows through the
IGBT2b及びダイオード2cは、はんだ付けにより、第1金属板4の表面に固定されている。また、複合放熱板1の絶縁基板3は、第2金属板51に対して、はんだ付けにより固定されている。第2金属板51は、銅製の板状部材である。
The
また、第2金属板51は、水冷ジャケット52の上部に、はんだ付けにより固定されている。水冷ジャケット52は、アルミニウム製の放熱板であり、内部に水路(水冷チャネル)52rが形成されている。水路52rは、冷却水の流路となっている(図1の矢印W参照)。
The
複合放熱板1、第2金属板51、及び水冷ジャケット52によって、冷却構造体7が構成されている。そして、冷却構造体7においては、各部品が、上から、二つの電子部品、第1金属板4、絶縁基板3、第2金属板51、及び水冷ジャケット52の順に配置されている。
The composite
IBGT2b及びダイオード2cにおいて発生した熱は、複合放熱板1及び第2金属板51を経由して水冷ジャケット52まで送られる。そして、二つの電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)と、水路52rを通る水との熱交換により、電子部品が冷却される。
The heat generated in the
また、IGBT2bは、ボンディングワイヤ(図示せず)を用いて、他の制御回路(図示せず)に接続される。
以下、各部の構成について説明する。
The
Hereinafter, the configuration of each unit will be described.
(第1金属板)
図2及び図3を用いて、第1金属板4について説明する。なお、図2及び図3において、破線は隠れた部分の形状を示しており、二点鎖線は想像線を示す。第1金属板(金属放熱板)4は、銅製の板状部材である。第1金属板4の形状は、平面図において正方形となっている。また、第1金属板4は、電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)の放熱に用いられる。また、第1金属板4は、絶縁基板3に接合され、且つ、絶縁基板3の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する。具体的には、絶縁基板3(後述)の熱膨張率は、2.2×10−6[1/K]であり、第1金属板4の熱膨張率は、16.8×10−6[1/K]である。
(First metal plate)
The 1st metal plate 4 is demonstrated using FIG.2 and FIG.3. 2 and 3, the broken line indicates the shape of the hidden portion, and the two-dot chain line indicates the imaginary line. The first metal plate (metal heat radiating plate) 4 is a copper plate-like member. The shape of the first metal plate 4 is a square in the plan view. The first metal plate 4 is used for heat dissipation of the electronic components (
第1金属板4は、互いに平行な第1の面4sと第2の面4tとを有する。第1の面4sは上面であり、第2の面4tは下面である。第1の面4sには、八つの第1溝41が線状に形成されている。また、第2の面4tには、八つの第2溝42が線状に形成されている。ここで、「線状」とは、面状ではなく、細く連なっている状態を示している。
The first metal plate 4 has a
また、第1溝41及び第2溝42のそれぞれの溝形状は、断面(溝が延びる方向に直交する断面)において、U字状になっており、且つ、角張っている。また、八つの第1溝41のそれぞれは、配置方向だけが他の溝と異なり、長さ及び形状は全て同一である。同様に、八つの第2溝42のそれぞれは、配置方向だけが他の溝と異なり、長さ及び形状は全て同一である。
Each groove shape of the
ここで、それぞれの第1溝41を、三つの部分、すなわち、中央線部41c、及び、二つの端部41fに分ける(図2及び図3の、丸で囲われた部分参照)。二つの端部41fは、中央線部41cの両端に位置する。
同様に、それぞれの第2溝42を、三つの部分、すなわち、中央線部42c、及び、二つの端部42fに分ける(図3の丸で囲われた部分参照)。二つの端部42fは、中央線部42cの両端に位置する。
Here, each 1st groove |
Similarly, each of the
中央線部41c及び二つの端部41fの長さ比率(第1溝41の全長に対する長さ比率)[%]は、次のようになっている。
(A)中央線部41cの長さ比率=80%
(B)二つの端部41f(合計)の長さ比率=20%
なお、二つの端部41fの長さは同一であるとする。すなわち、それぞれの端部41fの長さ比率は、10%となっている。
The length ratio of the
(A) Length ratio of
(B) Length ratio of two
Note that the lengths of the two
また、中央線部42c及び二つの端部42fの長さ比率(第2溝42の全長に対する長さ比率)についても、同様に80%及び20%となっている。また、二つの端部42fの長さは同一である。
Similarly, the length ratio between the
第1の面4sに垂直な方向を、垂直方向Dとする(図の矢印D方向参照)。それぞれの第1溝41の中央線部41cと、それぞれの第2溝42の中央線部42cとは、垂直方向Dに沿った同一直線上に位置することがない。すなわち、第1金属板4の透視平面図(隠れ線を含む平面図;図3)において、発熱時の折り目となる溝が、十字に交差していない。
A direction perpendicular to the
また、それぞれの第1溝41と、それぞれの第2溝42とが、垂直方向Dに沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。すなわち、複数の第1溝41と複数の第2溝42とが、第1金属板4の透視平面図(図3)において、全く重ならない(重なる部分がない)ように配置されている。
Further, the
第1の面4sの中央には、電子部品が接合される平面領域43が形成されている。そして、複数の第1溝41は、平面領域43の周囲に形成されている。平面領域43には、溝が形成されていない。
In the center of the
また、第1の面4sの中央には、半径がR1である円形領域44が形成されている。本実施形態において、平面領域43と円形領域44とは同一領域である。平面領域43の面積は、電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)の設置面(底面)の面積よりも大きい。
そして、複数の第1溝41は、円形領域44の周囲に、旋回放射状に形成されている。
A
The plurality of
第2の面4tの中央にも、円形領域47が、平面状に形成されている。そして複数の第2溝42は、円形領域47の周囲に、旋回放射状に形成されている。
A
図6(b)の複数の線の配置が、「旋回放射状」の配置である。そして、図6(b)の複数の線分が、金属放熱板における旋回放射状の溝に相当する。図6(b)は、端点4Dが、円4Cの円周上を移動した後の状態を示している。この状態では、端点4Dと端点4Fとを、線41Vが結んでいる。線41Vと、線41Pとが成す角度はα[度]である。この端点4Dの旋回を、「角度αの旋回」とする。第1金属板4においては、第1溝41及び第2溝42ともに、旋回角度αは20度である。
The arrangement of the plurality of lines in FIG. 6B is a “turning radial” arrangement. And the some line segment of FIG.6 (b) is equivalent to the turning radial groove | channel in a metal heat sink. FIG. 6B shows a state after the
また、それぞれの第1溝41と円形領域44とは、接点位置よりも端点(図7のQi参照)に近い点(図7のPi+1参照)で交わる。
Each
(発熱時の変形について)
次に、電子部品が発熱したときの、第1金属板4の変形状態について図4を用いて説明する。なお、図4は、電子部品の発熱時における第1金属板4の状態を示しており、また、図4では、第1金属板4以外の部品(電子部品、絶縁基板3、第2金属板51及び水冷ジャケット52)を省略して示している。
(About deformation during heat generation)
Next, the deformation state of the first metal plate 4 when the electronic component generates heat will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the state of the first metal plate 4 when the electronic component generates heat. In FIG. 4, components other than the first metal plate 4 (electronic component, insulating
電子部品の発熱時には、第1金属板4のうち、絶縁基板3に面している第2の面4tは、圧縮の力が作用して縮み、電子部品に面している第1の面4sは、引っ張りの力が作用して引き伸ばされる。このときに、第1金属板4は、複数の第1溝41及び複数の第2溝42を折り目として折れ曲がり、蛇腹状に波打った形状となる(図4参照)。また、この発熱時には、全ての折り目における折れ曲がり変形が、同時に生じる。
During the heat generation of the electronic component, the
なお、図5は、第1金属板4と同様の折り目で折られた、紙4Mを示したものである。
FIG. 5 shows the
(絶縁基板)
絶縁基板(絶縁性放熱板)3は、ダイヤモンド製の板状部材である。絶縁基板3は、第1金属板4の表面に対して、CVD法により、薄膜層として形成される。絶縁基板3の熱膨張率は、上記のように、2.2×10−6[1/K]であり、これは、第1金属板4の熱膨張率(16.8×10−6[1/K])よりも小さい。
(Insulated substrate)
The insulating substrate (insulating heat sink) 3 is a diamond plate member. The insulating
(複合放熱板の製造方法)
次に、複合放熱板1の製造方法について説明する。まず、第1金属板4の、複数の第1溝41及び複数の第2溝42の配置を決定する(溝配置設計工程)。本工程では、上記に示すように、第1の面4sに複数の第1溝41を旋回放射状に配置し、第2の面4tに複数の第2溝42を旋回放射状に配置し、且つ、第1金属板4の透視平面図において、複数の第1溝41と複数の第2溝42とが重ならないようにする。
(Production method of composite heat sink)
Next, the manufacturing method of the
その後、上記の決定された配置に従って、複数の第1溝41及び複数の第2溝42を、銅板に形成する(溝形成工程)。本工程は、エンドミルや、回転のこぎりを用いて行なう。なお、溝形成工程を手作業で行なってもよい。
Then, according to said determined arrangement | positioning, the some 1st groove |
次に、第1金属板4の第2の面4tに対して、CVD法により、絶縁基板3を形成する(絶縁層形成工程)。以上のようにして、複合放熱板1が形成される。
Next, the insulating
(効果)
次に、複合放熱板1により得られる効果について説明する。複合放熱板1は、二つの電子部品(IGBT2b、及びダイオード2c)の放熱に用いられるものであって、絶縁基板3と、当該絶縁基板(絶縁性放熱板)3に接合され、且つ、当該絶縁基板3よりも大きな熱膨張率を有する第1金属板(金属放熱板)4と、を備える。
第1金属板4は、互いに平行な第1の面4sと第2の面4tとを有し、第1の面4sには、複数の第1溝41が線状に形成されており、第2の面4tには、複数の第2溝42が線状に形成されており、第1溝41のそれぞれが、中央線部41cと、当該中央線部41cの両端に形成された二つの端部41fと、から成り、第2溝42のそれぞれが、中央線部42cと、当該中央線部42cの両端に形成された二つの端部42fと、から成り、それぞれの第1溝41の中央線部41cと、それぞれの第2溝42の中央線部42cとが、第1の面4sに垂直な方向(垂直方向D)に沿った同一直線上に位置することがないよう、複数の第1溝41及び複数の第2溝42が配置されている。
(effect)
Next, the effect obtained by the
The first metal plate 4 has a
この構成では、第1金属板(金属放熱板)4の両面に、複数の第1溝41と複数の第2溝42とが、第1金属板4の透視平面図(隠れ線を含む平面図;see throughplan view)において、ほとんどの部分で重ならないように配置されている。また、この透視平面図(図3)において、発熱時の折れ目となる溝が、十字に交わらない。そのため、第1金属板4は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、蛇腹状に波打った形状となる。
そして、電子部品の発熱に伴って絶縁基板3及び第1金属板4が加熱された場合に、絶縁基板3及び第1金属板4の熱膨張率の差が原因となって、第1金属板4の、電子部品近傍だけでなく、第1金属板4の全体が変形し、且つ、第1金属板4は、全体として見たときに、第1金属板4の表面に平行な方向に変形する。そのため、第1金属板4に、山状の反り変形が生じない。
以上のように、この構成により、絶縁性放熱板(絶縁基板3)に接合された金属放熱板(第1金属板4)の山状の歪みが抑制される。
In this configuration, a plurality of
When the insulating
As described above, this configuration suppresses the mountain-shaped distortion of the metal heat sink (first metal plate 4) joined to the insulating heat sink (insulating substrate 3).
また、金属放熱板の両面に溝を形成する場合には、透視平面図で溝同士が重なってしまうと、重なった部分の板厚が薄くなってしまい、そこがヒートダムになって冷却効率が低下してしまう。この構成では、複数の第1溝41と、複数の第2溝42とが、第1金属板4の透視平面図において、ほとんどの部分で重ならないように配置されているので、溝を形成することに起因した冷却効率の低下が抑えられる。
In addition, when grooves are formed on both sides of a metal heat sink, if the grooves overlap in a perspective plan view, the thickness of the overlapped portion will become thin, which will become a heat dam and cooling efficiency will decrease. Resulting in. In this configuration, the plurality of
また、複合放熱板1においては、それぞれの第1溝41と、それぞれの第2溝42とが、第1の面に垂直な方向(垂直方向D)に沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。
Moreover, in the
この構成では、複数の第1溝41と、複数の第2溝42とが、第1金属板4の透視平面図において、全く重ならないように配置されている。そのため、溝を形成することに起因した冷却効率の低下がより確実に抑えられる。
In this configuration, the plurality of
また、複合放熱板1においては、第1の面4sには、電子部品が接合される平面領域43が形成されており、複数の第1溝41は、平面領域43の周囲に形成されている。
Further, in the
この構成では、平面領域には溝が形成されないので、金属放熱板による放熱効果が、溝によって阻害されることなく得られる。 In this configuration, since the groove is not formed in the planar region, the heat radiation effect by the metal heat radiating plate can be obtained without being obstructed by the groove.
また、複合放熱板1においては、絶縁基板3の材料が、ダイヤモンドである。
ダイヤモンドの熱伝導率は高いため(熱伝導率:500〜1000W/(m・K))、より放熱性能の高い複合放熱板1が得られる。
一方、ダイヤモンドの熱膨張率は小さいため(熱膨張率:2.2×10−6[1/K])、ダイヤモンドを絶縁基板3として利用する場合には、電子部品の発熱に伴う、金属放熱板の反り変形の問題が顕著になる。
複合放熱板1における絶縁基板3の材料をダイヤモンドとすることにより、高い放熱性能が得られ、且つ、第1金属板4の歪みが抑制される。
Moreover, in the
Since the thermal conductivity of diamond is high (thermal conductivity: 500 to 1000 W / (m · K)), the composite
On the other hand, since the thermal expansion coefficient of diamond is small (thermal expansion coefficient: 2.2 × 10 −6 [1 / K]), when diamond is used as the insulating
By using diamond as the material of the insulating
また、複合放熱板1においては、複数の第1溝41は、第1の面4sの中央の円形領域44の周囲に、旋回放射状に形成されており、複数の第2溝42は、第2の面4tの中央の円形領域47の周囲に、旋回放射状に形成されている。
Further, in the
この構成では、第1金属板4の両面に、第1溝41及び第2溝42が、旋回放射状に形成されているので、電子部品を第1金属板4の中央に配置した場合に、円形領域の周辺領域が、第1金属板4の表面に平行な方向に変形し、且つ、円形領域における反り変形が抑制される。そのため、第1金属板4の山状の歪みが確実に抑制される。
In this configuration, since the
(第1実施例)
次に、複合放熱板の実施例について、図8乃至図10を用いて説明する。なお、図8乃至図10の断面位置A−A’は、図3の断面位置A−A’に相当する。
ここでは、複合放熱板を用いて、伝熱試験(計算コードを用いたシミュレーション)を行なった。
(First embodiment)
Next, an example of the composite heat sink will be described with reference to FIGS. The cross-sectional position AA ′ in FIGS. 8 to 10 corresponds to the cross-sectional position AA ′ in FIG.
Here, a heat transfer test (simulation using a calculation code) was performed using a composite heat sink.
当試験で使用した第1金属板は、第1金属板104A、第1金属板104B、第1金属板4の三種類である。これら三種の放熱板に対して、同一の絶縁基板3を接合したものを、試験体として使用した。
There are three types of first metal plates used in this test: the first metal plate 104 </ b> A, the first metal plate 104 </ b> B, and the first metal plate 4. What joined the same
なお、第1金属板104A、第1金属板104B、及び第1金属板4は、溝の深さが異なる。具体的には、図8の第1金属板104Aは、溝深さdが0.6mmであり、図9の第1金属板104Bは、溝深さdが1.0mmであり、図10の第1金属板4は、溝深さdが1.6mmである。
また、第1金属板104Aにおいて、第1溝141A及び第2溝142Aは、上記の第1溝41及び第2溝42に相当し、また、第1金属板104Bにおいて、第1溝141B及び第2溝142Bは、上記の第1溝41及び第2溝42に相当する。
The
Further, in the
(試験条件)
以下、試験条件(シミュレーション条件)を示す。
・第1金属板(第1金属板104A、第1金属板104B、第1金属板4)の材質:銅
・第1金属板の幅(図2のa):40[mm]
・第1金属板の長さ(b):40[mm]
・第1金属板の厚さ(t):2.0[mm]
・溝(第1溝及び第2溝)の幅(g):0.2[mm]
・溝の深さ(d):0.6、1.0、及び1.6[mm]
・円形領域44及び円形領域47の半径(R1):10[mm]
・電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)の単位面積当りの仕事率(合計):175[W/cm2]
・電子部品下面の平均温度:65[℃]
・第1溝の本数:8本
・第2溝の本数:8本
・使用した計算ソフト:ABAQUS(SIMULIA社製)
・接合部位:一箇所のみ(板の中央部)
・図の変形倍率:1000倍(実際の変形量を、1000倍に拡大して示している)
・第2の面の中央部(20mm径の円領域)を除く部分の温度:65度
(Test conditions)
The test conditions (simulation conditions) are shown below.
-Material of the first metal plate (
-Length (b) of the first metal plate: 40 [mm]
-Thickness (t) of the first metal plate: 2.0 [mm]
・ Width (g) of groove (first groove and second groove): 0.2 [mm]
Groove depth (d): 0.6, 1.0, and 1.6 [mm]
-Radius (R1) of the
-Power per unit area of electronic components (
・ Average temperature on the bottom of electronic components: 65 [℃]
-Number of first grooves: 8-Number of second grooves: 8-Calculation software used: ABAQUS (manufactured by SIMULIA)
・ Junction part: Only one place (center part of the board)
-Deformation magnification of the figure: 1000 times (actual deformation amount is shown enlarged to 1000 times)
・ Temperature of the second surface excluding the central portion (20 mm diameter circular region): 65 degrees
なお、図7のθi、Pi、及びQiは、次の式1、式2、及び式3に従って求めた。式1のNは溝(第1溝41及び第2溝42)の総数であり、ここではN=16となる。
Note that θ i , P i , and Q i in FIG. 7 were obtained according to the following
(比較例)
比較例として、図11に示す従来の金属放熱板904を用いて同様の伝熱試験を行なった。具体的には、図1の複合放熱板において、第1金属板4を従来の金属放熱板904に置換したものを用いて、伝熱試験を行なった。比較例に係る金属放熱板904は、表面に溝が形成されていないことのみが、本実施例に係る第1金属板と異なる。その他の試験条件(溝形状に関連しない試験条件)は、上記の実施例と同じである。図11は、比較例として、従来の金属放熱板を示す図であり、(a)は斜視図、(b)はA−A’断面図である。
(Comparative example)
As a comparative example, a similar heat transfer test was performed using a conventional metal
(試験結果)
図8乃至図11における右上の指標の数値は、熱応力(絶縁基板及び金属放熱板の、熱膨張率の違いにより、金属放熱板に作用する応力)により生じた変形量を示しており、単位はメートル[m]である。
伝熱試験の結果、比較例に比べて、本実施例の方が、金属放熱板の山状の歪みが抑制された(各図の(b)参照)。
また、溝の深さが深くなるほど、金属放熱板の山状の歪みがより抑制され、平板状態に近くなることが分かった。
(Test results)
8 to 11, the numerical value in the upper right indicates the amount of deformation caused by thermal stress (stress acting on the metal heat sink due to the difference in thermal expansion coefficient between the insulating substrate and the metal heat sink). Is the meter [m].
As a result of the heat transfer test, compared to the comparative example, in the present example, the mountain-shaped distortion of the metal heat radiating plate was suppressed (see (b) of each figure).
Moreover, it turned out that the mountain-shaped distortion of a metal heat sink is suppressed more and it becomes close to a flat plate state, so that the depth of a groove | channel becomes deep.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図12乃至図14を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図12は、第2実施形態に係る金属放熱板を示す斜視図である。図13は、第2実施形態に係る金属放熱板の透視平面図である。図14は、金属放熱板の変形状態について説明するための斜視図である。以下、上記の第1実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第1実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、図13の破線は、隠れた部分(裏側)における形状を示している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 12 is a perspective view showing a metal heat radiating plate according to the second embodiment. FIG. 13 is a perspective plan view of a metal heat sink according to the second embodiment. FIG. 14 is a perspective view for explaining a deformed state of the metal heat sink. The following description will focus on the parts different from the first embodiment, and the description of the same matters as in the first embodiment will be omitted. In addition, the broken line of FIG. 13 has shown the shape in the hidden part (back side).
第1金属板(金属放熱板)204は、溝の形状が上記の実施形態とは異なる。第1金属板204は、図1の冷却構造体7における、第1金属板4の代わりに配置されるものであり、第1金属板204は、第1金属板4と同様に、二つの電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)と、絶縁基板3との間に配置される。
また、本実施形態に係る複合放熱板は、第1金属板204、及び絶縁基板3を有する。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 204 is different from the above embodiment in the shape of the groove. The
Further, the composite heat dissipation plate according to the present embodiment includes the
第1金属板(金属放熱板)204は、銅製の板状部材である。また、第1金属板4と同様に、第1金属板204の形状は、平面図において正方形となっている。また、第1金属板204は、絶縁基板3よりも大きな熱膨張率を有する。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 204 is a copper plate-like member. Similarly to the first metal plate 4, the shape of the
第1金属板204は、互いに平行な第1の面204sと第2の面204tとを有する。第1の面204sには、複数の第1溝241が線状に形成されている。また、第2の面204tには、複数の第2溝242が線状に形成されている。
The
第1溝241及び第2溝242のそれぞれの溝形状は、断面(溝が延びる方向に直交する断面)において、U字状になっており、且つ、角張っている。
Each groove shape of the
ここで、それぞれの第1溝241を、三つの部分、すなわち、中央線部(図13のM部分参照)、及び、二つの端部(図13のN部分参照)に分ける。二つの端部Nは、中央線部Mの両端に位置する。
同様に、それぞれの第2溝242を、三つの部分、すなわち、中央線部M、及び、二つの端部Nに分ける(図13のM部分、及び両端の二つのN部分参照)。
Here, each
Similarly, each of the
(第1溝)
複数の第1溝241には、複数の第1中央溝245c、複数の第1傾斜溝245f、及び、複数の第2傾斜溝245sが含まれる。それぞれの第1中央溝245cは、第1方向E(図の矢印E方向参照)に沿って形成されている。第1方向Eは、第1の面204sに沿った方向である。
(1st groove)
The plurality of
それぞれの第1傾斜溝245fは、第2方向F(図の矢印F方向参照)に沿って形成されている。第2方向Fは、第1方向Eに対して傾斜した方向であって、且つ、第1の面204sに沿った方向である。また、それぞれの第1傾斜溝245fは、第1中央溝245cを基準として、一の側へ延びている。例えば、図12の楕円Hによって囲われた第1中央溝245cを基準にすると、第1傾斜溝245fは、図の左側へ延びている。
Each first
それぞれの第2傾斜溝245sは、第3方向G(図の矢印G方向参照)に沿って形成されている。第3方向Gは、第1方向E及び第2方向Fの両方向に対して傾斜した方向であって、且つ、第1の面204sに沿った方向である。第1方向Eと第2方向Fとが成す角度は、第1方向Eと第3方向Gが成す角度に等しい。
Each of the second
また、それぞれの第2傾斜溝245sは、第1中央溝245cを基準として、第1傾斜溝245fとは逆の、他の側へ延びている。例えば、図12の楕円Hによって囲われた第1中央溝245cを基準にすると、第2傾斜溝245sは、図の右側へ延びている。
Each second
第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、及び第2傾斜溝245sは、配置方向だけが互いに異なっており、これらの全ての溝において、長さ及び形状は同一である。
The first
また、複数の第1中央溝245cには、二種類の溝が含まれる(図12及び図13の、溝J及び溝K参照)。溝Jは、第2傾斜溝245sの一端側、且つ、第1傾斜溝245fの一端側から延びている。また、溝Kは、第2傾斜溝245sの他端側、且つ、第1傾斜溝245fの他端側から延びている。なお、上記の楕円Hで囲われた第1中央溝245cは、溝Jに相当する。
The plurality of first
第1傾斜溝245f及び第2傾斜溝245sが、これらを一組として、行方向Y(図の矢印Y方向参照;第1方向Eに垂直な方向であって、且つ、第1の面204sに沿った方向)に沿って、連続して形成されている。すなわち、第1傾斜溝245f、第2傾斜溝245s、第1傾斜溝245f、第2傾斜溝245s(以下同様)の順に配置され、これらの端部N同士が結合している。これを、「行配置溝」とする。
The first
また、第1傾斜溝245f及び第2傾斜溝245sの結合点(頂点)には、第1中央溝245cの端部Nが結合している。そして、三種類の溝(第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、及び第2傾斜溝245s)の端部N同士が連続している。このように、第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、及び第2傾斜溝245sは、連続して形成されている。
Further, the end N of the first
行配置溝、及び、これから延びる複数の第1中央溝245c(溝J及び溝K)を合わせて、「行要素」とする。行要素は、一定の間隔をおいて、列方向X(図の矢印X方向参照;E方向に平行)に沿って並べて配置されている。
A row arrangement groove and a plurality of first
また、複数の第1中央溝245cの、溝J及び溝Kのそれぞれは、一定の間隔をおいて、列方向X(図の矢印X方向参照;E方向に平行)に沿って並べて配置されている。すなわち、溝J及び溝Kのそれぞれは、列方向Xに沿って断続的に配置されている。
In addition, each of the grooves J and K of the plurality of first
また、複数の第1中央溝245cの、溝J及び溝Kのそれぞれが、行方向Yに沿って、一定の間隔をおいて並べて配置されている。すなわち、溝J及び溝Kのそれぞれは、行方向Yに沿って断続的に配置されている。
In addition, the grooves J and the grooves K of the plurality of first
また、第1傾斜溝245f、及び、第2傾斜溝245sは、それぞれが、第1中央溝245cの一端側の位置から延びるように配置されている。
Further, the first
なお、本実施形態では、第2方向Fと第1方向Eとが成す角度は、120度であるが、第2方向の第1方向Eに対する傾斜角度は、120度には限られない。また、本実施形態では、第3方向Gと第1方向Eとが成す角度は、120度であるが、第3方向の第1方向Eに対する傾斜角度は、120度には限られない。 In the present embodiment, the angle formed by the second direction F and the first direction E is 120 degrees, but the inclination angle of the second direction with respect to the first direction E is not limited to 120 degrees. In the present embodiment, the angle formed by the third direction G and the first direction E is 120 degrees, but the inclination angle of the third direction with respect to the first direction E is not limited to 120 degrees.
(第2溝)
複数の第2溝242には、複数の第2中央溝246c、複数の第3傾斜溝246f、及び、複数の第4傾斜溝246sが含まれる。それぞれの第2中央溝246cは、第1方向Eに沿って形成されている。それぞれの第3傾斜溝246fは、第2方向Fに沿って形成されている。また、それぞれの第3傾斜溝246fは、第2中央溝246cを基準として、一の側へ延びている。
(Second groove)
The plurality of
それぞれの第4傾斜溝246sは、第3方向Gに沿って形成されている。また、それぞれの第4傾斜溝246sは、第2中央溝246cを基準として、第3傾斜溝246fとは逆の、他の側へ延びている。
Each of the fourth
第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び第4傾斜溝246sは、配置方向だけが互いに異なっており、これらの全ての溝において、長さ及び形状は同一である。
The second
また、複数の第1中央溝245cと同様に、複数の第2中央溝246cには、二種類の溝が含まれる(図13の、溝Q及び溝R参照)。溝Qは、第4傾斜溝246sの一端側、且つ、第3傾斜溝246fの一端側から延びている。また、溝Kは、第4傾斜溝246sの他端側、且つ、第3傾斜溝246fの他端側から延びている。
Similarly to the plurality of first
第3傾斜溝246f及び第4傾斜溝246sが、これらを一組として、行方向Yに沿って、連続して形成されている。すなわち、第3傾斜溝246f、第4傾斜溝246s、第3傾斜溝246f、第4傾斜溝246s(以下同様)の順に配置され、これらの端部N同士が結合している。これを、「行配置溝」とする。
The third
また、第3傾斜溝246f及び第4傾斜溝246sの結合点(頂点)には、第2中央溝246cの端部Nが結合している。そして、三種類の溝(第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び第4傾斜溝246s)の端部N同士が連続している。このように、第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び第4傾斜溝246sは、連続して形成されている。
Further, the end N of the second
行配置溝、及び、これから延びる複数の第2中央溝246c(溝Q及び溝R)を、「行要素」とする。行要素は、一定の間隔をおいて、列方向Xに沿って並べて配置されている。
The row arrangement grooves and the plurality of second
また、複数の第2中央溝246cの、溝Q及び溝Rのそれぞれは、一定の間隔をおいて、列方向Xに沿って並べて配置されている。すなわち、溝Q及び溝Rのそれぞれは、列方向Xに沿って断続的に配置されている。
In addition, each of the groove Q and the groove R of the plurality of second
また、複数の第2中央溝246cの、溝Q及び溝Rのそれぞれが、行方向Yに沿って、一定の間隔をおいて並べて配置されている。すなわち、溝Q及び溝Rのそれぞれは、行方向Yに沿って断続的に配置されている。
In addition, each of the grooves Q and the grooves R of the plurality of second
また、第3傾斜溝246f、及び、第4傾斜溝246sは、それぞれが、第2中央溝246cの一端側の位置から延びるように配置されている。
The third
複数の第2溝242に含まれる三種類の溝(第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び第4傾斜溝246s)の相対的な配置は、第1溝241に含まれる三種類の溝の相対的な配置と同様である。
The relative arrangement of the three types of grooves (second
(第1金属板について)
第1金属板204においては、それぞれの第1溝241の中央線部Mと、それぞれの第2溝242の中央線部Mとは、垂直方向Dに沿った同一直線上に位置することがない(図13参照)。
(About the first metal plate)
In the
また、それぞれの第1溝241と、それぞれの第2溝242とが、垂直方向Dに沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。すなわち、複数の第1溝241と複数の第2溝242とが、第1金属板204の透視平面図(図13)において、全く重ならないように配置されている。
In addition, the
第1金属板204の透視平面図(図13)では、第1中央溝245cと第2中央溝246cとが、一定の間隔をおいて、行方向Yに沿って交互に並べて配置されている。また、透視平面図では、第1中央溝245cと第2中央溝246cとが、行方向Yに沿って交互に並べて配置されている。
なお、列方向X及び行方向Yは、第1金属板204の二つの辺方向に一致しており、これらは直交する。また、列方向X及び及び行方向Yは、第1金属板204の二つの辺方向に一致していなくてもよい。
In the perspective plan view of the first metal plate 204 (FIG. 13), the first
Note that the column direction X and the row direction Y coincide with the two side directions of the
そして、第1金属板204の透視平面図においては、複数の第1溝241(第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、及び第2傾斜溝245s)、及び、複数の第2溝242(第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び第4傾斜溝246s)によって、複数の平行四辺形が形成される。複数の平行四辺形は、全てが同一の形状を有する。また、複数の平行四辺形は、二組の対辺のうち、一方の組(A組)の対辺が、全て列方向X(第1方向E)に沿っており、他方の組(B組)の対辺は、第2方向F、または、第3方向Gに沿っている。また、行方向Yに関して隣り合う二つの平行四辺形においては、他方の組(B組)の対辺が、第2方向F、及び、第3方向Gとなる。そして、行方向Yに沿って波状に配置された平行四辺形群が、列方向Xに沿って連続して並べられている。
In the perspective plan view of the
また、複数の第1溝241及び複数の第2溝242が、ミウラ折りの折り目に沿って配置されている。具体的には、図13における第1溝241が、山折りの折り目に相当し、第2溝242が谷折りの折り目に相当する。電子部品の発熱時には、この折り目に沿って、第1金属板204が変形する(図14参照)。
A plurality of
なお、本実施形態において、図13の破線円Bで囲われた領域で、第1溝241と第2溝242とは重なっていない。しかし、例えば、破線円Bで囲った部分において、第1溝の端部Nと、第2溝の端部Nとが、透視平面図で重なっていてもよい。
In the present embodiment, the
また、本構成では、第1溝の中央線部Mと、第2溝の中央線部Mとが、金属放熱板の透視平面図において重ならないが、第1溝の端部Nと、第2溝の中央線部Mとが重なってもよい。また、金属放熱板の透視平面図において、第1溝の中央線部Mと、第2溝の端部Nとが重なってもよい。 In this configuration, the center line portion M of the first groove and the center line portion M of the second groove do not overlap in the perspective plan view of the metal heat sink, but the end N of the first groove and the second line The center line portion M of the groove may overlap. Further, in the perspective plan view of the metal heat sink, the center line portion M of the first groove and the end portion N of the second groove may overlap.
(発熱時の変形について)
次に、電子部品が発熱したときの、第1金属板204の変形状態について図14を用いて説明する。なお、図14は、電子部品の発熱時における第1金属板204の状態を示しており、また、図14では、第1金属板204以外の部品(電子部品、絶縁基板3、第2金属板51及び水冷ジャケット52)を省略して示している。
(About deformation during heat generation)
Next, the deformation state of the
電子部品の発熱時には、第1金属板204のうち、絶縁基板3に面している第2の面204tは、圧縮の力が作用して縮み、電子部品に面している第1の面204sは、引っ張りの力が作用して引き伸ばされる。このときに、第1金属板204は、複数の第1溝241及び複数の第2溝242を折り目として折れ曲がり、蛇腹状に波打った形状となる(図14参照)。また、この発熱時には、全ての折り目における折れ曲がり変形が、同時に生じる。
During the heat generation of the electronic component, the
(複合放熱板の製造方法)
次に、第1金属板204を含む複合放熱板の製造方法について説明する。まず、第1金属板204の、複数の第1溝241及び複数の第2溝242の配置を決定する(溝配置設計工程)。本工程では、第1溝241及び第2溝242を、上記のように、ミウラ折りの折り目に沿って設定する。
(Production method of composite heat sink)
Next, the manufacturing method of the composite heat sink including the
その後、決定された配置に従って、複数の第1溝241及び複数の第2溝242を、銅板に形成する(溝形成工程)。
Then, according to the determined arrangement | positioning, the some 1st groove |
次に、第1金属板204の第2の面204tに対して、絶縁基板3を形成する(絶縁層形成工程)。以上のようにして、複合放熱板が形成される。
Next, the insulating
(効果)
本実施形態に係る複合放熱板により得られる効果について説明する。本実施形態に係る複合放熱板においては、複数の第1溝241には、第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、及び、第2傾斜溝245sが含まれ、複数の第2溝242には、第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、及び、第4傾斜溝246sが含まれる。
第1中央溝245c及び第2中央溝246cのそれぞれは、第1の面204sに沿った第1方向Eに沿って形成され、第1傾斜溝245f及び第3傾斜溝246fのそれぞれは、第2方向F(第1方向Eに対して傾斜した方向であって、第1の面204sに沿った方向)に沿って形成されており、第2傾斜溝245s及び第4傾斜溝246sのそれぞれは、第3方向G(第1方向E及び第2方向Fに対して傾斜した方向であって、第1の面204sに沿った方向)に沿って形成されており、第1方向Eと第2方向Fとが成す角度は、第1方向Eと第3方向Gが成す角度に等しく、透視平面図(図13)においては、複数の第1溝241、及び、複数の第2溝242によって、複数の平行四辺形が形成されている。
(effect)
The effect obtained by the composite heat sink according to the present embodiment will be described. In the composite heat dissipation plate according to the present embodiment, the plurality of
Each of the first
この構成では、第1金属板204の両面に、複数の第1溝241と複数の第2溝242とが、第1金属板204の透視平面図において重ならないように配置されている。そのため、ミウラ折り(実公昭56−25023号など参照)と同様の折り目が第1金属板204に形成され、この折り目は、複数の平行四辺形の区画線となる。そして、第1金属板204は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、第1金属板204に垂直な一断面において、蛇腹状に波打った形状となる。そのため、第1金属板204の山状の歪みが確実に抑制される。
In this configuration, a plurality of
また、本構成では、ミウラ折りに従った折り目が、第1金属板204に形成されている。そのため、第1金属板204の表面に作用する力に対して、第1金属板204の変形は、第1金属板204の表面に平行な方向に制限される。
Further, in this configuration, a fold according to the Miura fold is formed on the
また、本構成では、折り目がミウラ折りに従っているため、全ての折り目における折れ曲がり変形が、同時に生じる。 Further, in this configuration, since the folds follow the Miura fold, bending deformations in all the folds occur simultaneously.
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について、図15及び図16を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図15は、第3実施形態に係る金属放熱板を示す斜視図である。図16は、第3実施形態に係る金属放熱板の透視平面図である。以下、上記の第2実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第2実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号304、304s、341、342、343、344を付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号204、204s、241、242、43、44を付した部分に相当する。図15及び図16においては、破線が隠れた部分(裏側)における形状を示しており、二点鎖線が想像線を示す。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 15 is a perspective view showing a metal heat radiating plate according to the third embodiment. FIG. 16 is a perspective plan view of a metal heat sink according to the third embodiment. The following description will focus on the parts different from the second embodiment, and the description of the same matters as in the second embodiment will be omitted. In addition, the part which attached | subjected the code | symbol 304,304s, 341,342,343,344 corresponds to the part which attached | subjected the code | symbol 204,204s, 241,242,43,44 in said embodiment, respectively. In FIG.15 and FIG.16, the shape in the part (back side) where the broken line was hidden is shown, and a dashed-two dotted line shows an imaginary line.
第1金属板(金属放熱板)304は、第1の面304sに、平面領域343(円形領域344)が形成されていることのみが、第1金属板204と異なる。434には、電子部品が接合される。また、複数の第1溝341は、平面領域343の周囲に形成されている。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 304 differs from the
第2の面204tは、第2実施形態と同一であり、第2の面204tには、円形領域は形成されていない。すなわち、第2の面204tにおいては、中央部にも第2溝242が形成されている。金属放熱板はこのように構成されていてもよい。
The
なお、本実施形態においては、第2の面204tに円形領域(平面領域)が形成されていないが、円形領域が、第1の面及び第2の面に形成されていてもよい。
In the present embodiment, a circular region (planar region) is not formed on the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について、図17及び図18を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図17は、第4実施形態に係る放熱板結合体を示す斜視図である。図18は、第4実施形態に係る、第2、第4層の金属放熱板を示す透視平面図である。以下、上記の実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。図18において、破線は、隠れた部分(裏側)における形状を示している。
(Fourth embodiment)
Next, 4th Embodiment of this invention is described using FIG.17 and FIG.18. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 17 is a perspective view showing a radiator plate assembly according to the fourth embodiment. FIG. 18 is a perspective plan view showing second and fourth layers of metal heat sinks according to the fourth embodiment. The following description will focus on the parts different from the above embodiment, and the description of the same matters as in the above embodiment will be omitted. In FIG. 18, the broken line indicates the shape of the hidden portion (back side).
放熱板結合体6は、図1の冷却構造体7における、第1金属板4の代わりに配置されるものであり、放熱板結合体6は、第1金属板4と同様に、電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)と、絶縁基板3との間に配置される。
また、本実施形態に係る複合放熱板は、放熱板結合体6、及び絶縁基板3を有する。
The
Further, the composite heat sink according to the present embodiment includes a
本実施形態に係る放熱板結合体6は、五枚の金属放熱板を備えている。具体的には、放熱板結合体6は、第1金属板304、二枚の第1金属板(金属放熱板)304A、二枚の第1金属板204を備える。放熱板結合体6の第1層(最上層)は、第1金属板304であり、第2層及び第4層は第1金属板304Aであり、第3層及び第5層(最下層)は、第1金属板204である。
The
この五枚の金属放熱板は、積み重ねられ、且つ互いに接合されている。また、五枚の金属放熱板のそれぞれは、隣接する金属放熱板に対して、複数の接合箇所において部分的に接合されている。「部分的に」接合されているとは、隣接する二枚の金属放熱板の接合箇所が、面全体のうち部分的に形成されていることを意味する。また、五枚の金属放熱板の接合箇所は、加熱変形後の蛇腹形状における、頂部相当位置である。これにより、金属放熱板の蛇腹状の変形が阻害されない。 The five metal heat radiating plates are stacked and joined to each other. In addition, each of the five metal heat sinks is partially joined to the adjacent metal heat sink at a plurality of joint locations. “Partially” joined means that a joining portion of two adjacent metal heat radiation plates is partially formed in the entire surface. Moreover, the joining location of the five metal heat radiating plates is a position corresponding to the top in the bellows shape after heat deformation. Thereby, the bellows-shaped deformation | transformation of a metal heat sink is not inhibited.
なお、複数の金属放熱板は、ここでは拡散接合により結合しているが、接合方法としては、ろう接(はんだ付け、ろう付け)などの他の方法であってもよい。 In addition, although the several metal heat sink is couple | bonded by diffusion bonding here, as a joining method, other methods, such as brazing (soldering, brazing), may be sufficient.
図18を用いて、第2及び第4層の第1金属板304Aの構成について説明する。第1金属板304Aと、第1金属板204とは、これらの接触面に関して、面対称の構成を有する。第1金属板304Aには、第1の面304v、及び、第2の面304wが形成されている。
The configuration of the first and
図17の円で囲われた部分、及び、図18の網掛け部分は、接合箇所304yを示している。なお、図17及び図18においては、接合箇所304yの一部のみを示している(図18においては、図の左上領域における接合箇所304yのみ、且つ、第1の面304vにおける接合箇所304yのみを示している)。接合箇所304yは、上記の「頂部相当位置」に配置されている。また、接合箇所304yは、溝近傍領域(溝を挟んだ溝周囲の領域)に形成されている。
A portion surrounded by a circle in FIG. 17 and a shaded portion in FIG. 18 indicate a joint portion 304y. 17 and 18 show only a part of the joint 304y (in FIG. 18, only the joint 304y in the upper left region of the figure and only the joint 304y in the
なお、頂部相当位置とは、第1の面(第1の面304v、及び第1の面204s)については、第1溝(第1溝341、及び第1溝241)の近傍領域であり、第2の面(第2の面304w、及び第2の面204t)については、第2溝(
第2溝342、及び第2溝242)の近傍領域である。
The top equivalent position is a region near the first groove (the
This is the vicinity of the
これら5枚の金属放熱板においては、それぞれの面の溝が、対向する面の溝に対向する。そして、対向する溝同士は、互いに鏡像の関係となる。 In these five metal heat sinks, the grooves on the respective surfaces face the grooves on the opposing surfaces. The grooves facing each other are mirror images of each other.
本実施形態に係る複合放熱板により得られる効果について説明する。本実施形態に係る複合放熱板は、複数の金属放熱板(第1金属板304、二枚の第1金属板304A、及び、二枚の第1金属板204)を備えており、この複数の金属放熱板は、積み重ねられ、且つ互いに接合されており、それぞれの金属放熱板は、隣接する金属放熱板に対して、複数の接合箇所において部分的に接合されている。
The effect obtained by the composite heat sink according to the present embodiment will be described. The composite heat radiation plate according to the present embodiment includes a plurality of metal heat radiation plates (a
この構成では、複数の金属放熱板が積み重なっており、且つ、電子部品の発熱時に、それぞれの金属放熱板が、板表面に対して平行な方向に変形する。その結果、加熱された放熱板結合体6の全体においては、金属放熱板の山状の歪みが、効率的に抑制される。
また、金属放熱板同士は、部分的に接合されているため、金属放熱板の折れ曲がり変形が阻害されない。
また、複数の金属放熱板が積み重ねられていることにより、高い放熱効果が得られる。
In this configuration, a plurality of metal heat sinks are stacked, and each metal heat sink deforms in a direction parallel to the plate surface when the electronic component generates heat. As a result, in the entire heated
Moreover, since metal heat sinks are partially joined, the bending deformation of a metal heat sink is not inhibited.
Moreover, the high heat dissipation effect is acquired by the several metal heat sink being stacked.
また、放熱板結合体6においては、ミウラ折りと同様の変形を行なう五枚の金属放熱板が、その蛇腹状の変形を阻害しないように、複数枚積み重ねられている。これにより、熱変形が三次元的に分散して、全体の反り変形が抑制される。
In the
なお、放熱板結合体6において、第1層の上面中央部には、平面領域343(円形領域344)が形成されており、この部分には溝が形成されていないが、第1層の上面全体に溝が形成されていてもよい。すなわち、放熱板結合体の第1層が、図12の第1金属板204であってもよい。
In the
また、放熱板結合体6においては、三種類の金属放熱板が積み重ねられているが、同種の金属放熱板が積み重ねられて、放熱板結合体が構成されていてもよい。例えば、図12の第1金属板204が五枚積み重ねられて、放熱板結合体が構成されていてもよい。また、放熱板結合体に含まれる全ての金属放熱板が、異なる種類のものであってもよい。
Moreover, in the heat sink combined
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について、図19及び図20を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図19は、第5実施形態に係る金属放熱板を示す斜視図である。図20は、第5実施形態に係る金属放熱板の透視平面図である。以下、上記の第2実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第2実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号404、404s、404t、441、442を付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号204、204s、204t、241、242を付した部分に相当する。図19及び図20において、破線は、隠れた部分(裏側)における形状を示している。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 19 is a perspective view showing a metal heat radiating plate according to the fifth embodiment. FIG. 20 is a perspective plan view of a metal heat sink according to the fifth embodiment. The following description will focus on the parts different from the second embodiment, and the description of the same matters as in the second embodiment will be omitted. In addition, the part which attached | subjected the code |
本実施形態に係る第1金属板(金属放熱板)404は、複数の第1溝441及び複数の第2溝442の形状が、上記の実施形態とは異なる。具体的には、本実施形態においては、第1中央溝245cが、列方向Xに関して、板の一端端から他端まで、連続して形成されている。そして、第2中央溝246cもまた、列方向Xに関して、板の一端から他端まで、連続して形成されている。また、透視平面図(図20)では、第1中央溝245cの列と第2中央溝246cの列とが、行方向Yに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されている。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 404 according to this embodiment is different from the above embodiments in the shapes of the plurality of
また、第1の面404sにおいては、第1傾斜溝245f及び第2傾斜溝245sが、行方向Yに沿って、交互に並べて、且つ連続して配置されている。第2の面404tにおいては、第3傾斜溝246f及び第4傾斜溝246sが、行方向Yに沿って、交互に並べて、且つ連続して配置されている。
Further, on the
透視平面図では、第1傾斜溝245fと第3傾斜溝246fとが、列方向Xに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されており、また、第2傾斜溝245sと第4傾斜溝246sとが、列方向Xに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されている。
In the perspective plan view, the first
そして、透視平面図においては、第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、第2傾斜溝245s、第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、第4傾斜溝246sによって、複数の平行四辺形が形成される。金属放熱板は、このように構成されていてもよい。
In the perspective plan view, a plurality of parallelograms are formed by the first
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について、図21及び図22を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図21は、第6実施形態に係る金属放熱板を示す斜視図である。図22は、第6実施形態に係る金属放熱板の透視平面図である。以下、上記の第2実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第2実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号504、504s、504t、541、542を付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号204、204s、204t、241、242を付した部分に相当する。図22において、破線は、隠れた部分(裏側)における形状を示している。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. FIG. 21 is a perspective view showing a metal heat radiating plate according to the sixth embodiment. FIG. 22 is a perspective plan view of a metal heat sink according to the sixth embodiment. The following description will focus on the parts different from the second embodiment, and the description of the same matters as in the second embodiment will be omitted. In addition, the part which attached | subjected the code | symbol 504,504s, 504t, 541,542 corresponds to the part which attached | subjected the code | symbol 204,204s, 204t, 241,242 in said embodiment, respectively. In FIG. 22, the broken line indicates the shape of the hidden portion (back side).
本実施形態に係る第1金属板(金属放熱板)504は、複数の第1溝541及び複数の第2溝542の形状が、上記の実施形態とは異なる。具体的には、本実施形態においては、第1中央溝245cが、列方向Xに関して、板の一端から他端まで、連続して形成されている。そして、第2中央溝246cもまた、列方向Xに関して、板の一端から他端まで、連続して形成されている。また、透視平面図では、第1中央溝245cの列と第2中央溝246cの列とが、行方向Yに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されている。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 504 according to this embodiment is different from the above embodiments in the shapes of the plurality of
また、第1の面504sにおいて、第1傾斜溝245fと第2傾斜溝245sは連続していない。そして、第1傾斜溝245f及び第2傾斜溝245sは、第1中央溝245cの両端位置から延びるように配置されている。
Further, on the
透視平面図では、第1傾斜溝245fと第3傾斜溝246fとが、列方向Xに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されており、また、第2傾斜溝245sと第4傾斜溝246sとが、列方向Xに沿って交互に並べて、且つ一定間隔をおいて配置されている。
In the perspective plan view, the first
透視平面図では、第1傾斜溝245fと第4傾斜溝246sとが、行方向Yに沿って、交互に並べて配置されており、且つ端部で結合している。また、透視平面図において、第3傾斜溝246fと第2傾斜溝245sとが、行方向Yに沿って、交互に並べて配置されており、且つそれぞれの端部で結合している。
In the perspective plan view, the first
そして、透視平面図においては、第1中央溝245c、第1傾斜溝245f、第2傾斜溝245s、第2中央溝246c、第3傾斜溝246f、第4傾斜溝246sによって、複数の平行四辺形が形成される。金属放熱板は、このように構成されていてもよい。
In the perspective plan view, a plurality of parallelograms are formed by the first
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態の変形例について、図23を用いて説明する。なお、上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。図23は、第7実施形態に係る金属放熱板を示す図であり、(a)は透視平面図、(b)はC−C’断面図である。以下、上記の第1実施形態とは異なる部分を中心に説明し、上記の第1実施形態と同様の事項については、その説明を省略する。なお、符号604、604s、604t、641、642、643、644、647を付した部分は、それぞれ、上記の実施形態において、符号4、4s、4t、41、42、43、44、47を付した部分に相当する。図22において、破線は、隠れた部分(裏側)における形状を示している。
(Seventh embodiment)
Next, a modification of the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the part similar to said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to a figure and the description is abbreviate | omitted. 23A and 23B are views showing a metal heat dissipation plate according to the seventh embodiment, wherein FIG. 23A is a perspective plan view, and FIG. 23B is a CC ′ cross-sectional view. The following description will focus on the parts different from the first embodiment, and the description of the same matters as in the first embodiment will be omitted. In addition, the part which attached | subjected the code |
第1金属板(金属放熱板)604は、溝の形状が上記の実施形態とは異なる。第1金属板604は、図1の冷却構造体7における、第1金属板4の代わりに配置されるものであり、第1金属板604は、第1金属板4と同様に、電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)と、絶縁基板3との間に配置される。
また、本実施形態に係る複合放熱板は、第1金属板604、及び絶縁基板3を有する。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 604 has a groove shape different from that of the above embodiment. The
In addition, the composite heat dissipation plate according to this embodiment includes a
第1金属板(金属放熱板)604は、銅製の板状部材である。また、第1金属板4と同様に、第1金属板604の形状は、平面図において正方形となっている。また、第1金属板604は、絶縁基板3よりも大きな熱膨張率を有する。
The first metal plate (metal heat radiating plate) 604 is a copper plate-like member. Similarly to the first metal plate 4, the shape of the
第1金属板604は、互いに平行な第1の面604sと第2の面604tとを有する。第1の面604sには、三つの第1環状溝(第1環状溝641a、第1環状溝641b、及び、第1環状溝641c)が、同心に形成されている。
The
第2の面604tには、二つの第2環状溝(第2環状溝642a、及び第2環状溝642b)が、同心に形成されている。また、第1の面604sにおける三つの第1環状溝、及び、第2の面における604tの二つの第2環状溝は、同一の中心(図23の中心点O)を共有しており、同心に配置されている。
Two second annular grooves (second
また、それぞれの第1環状溝と、それぞれの第2環状溝とが、垂直方向Dに沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。すなわち、複数の第1溝541と複数の第2溝542とが、第1金属板604の透視平面図(図23(a))において、全く重ならないように配置されている。
In addition, the first annular grooves and the second annular grooves are arranged so as not to be positioned on the same straight line along the vertical direction D. In other words, the plurality of
また、五つの環状溝は、第1環状溝641a、第2環状溝642a、第1環状溝641b、第2環状溝642b、及び第1環状溝641cの順に、径が大きくなっている。すなわち、五つの環状溝は、透視平面図において、内側から、第1環状溝641a、第2環状溝642a、第1環状溝641b、第2環状溝642b、及び第1環状溝641cの順に並ぶように(内側から、第1環状溝、及び第2環状溝が交互に)配置されている。
Further, the five annular grooves have a diameter increasing in the order of the first
なお、第1の面604sの中央には、円形領域644(平面領域643)が形成されている。円形領域644は、最内の環状溝である第1環状溝641aの内側領域である。円形領域644の面積は、電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)の設置面(底面)の面積よりも大きい。また、第2の面604tの中央にも、円形領域が平面状に形成されている。
Note that a circular region 644 (a planar region 643) is formed at the center of the
(効果)
本実施形態に係る複合放熱板により得られる効果について説明する。本実施形態に係る複合放熱板は、二つの電子部品(IGBT2b、及びダイオード2c)の放熱に用いられるものであって、絶縁基板3と、当該絶縁基板(絶縁性放熱板)3に接合され、且つ、当該絶縁基板3よりも大きな熱膨張率を有する第1金属板(金属放熱板)604と、を備える。第1金属板604は、互いに平行な第1の面604sと第2の面604tとを有し、第1の面604sには、三つの第1環状溝(第1環状溝641a、第1環状溝641b、及び第1環状溝641c)が、同心に形成されており、第2の面604tには、二つの第2環状溝(第2環状溝642a、及び第2環状溝642b)が、同心に形成されており、複数の第1環状溝と、複数の第2環状溝とは同心に、且つ内側から交互に配置されており、それぞれの第1環状溝と、それぞれの第2環状溝とが、第1の面604sに垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないように配置されている。
(effect)
The effect obtained by the composite heat sink according to the present embodiment will be described. The composite heat sink according to the present embodiment is used for heat dissipation of two electronic components (
この構成では、第1金属板604の両面に、複数の第1環状溝と複数の第2環状溝とが、第1金属板604の透視平面図(図23(a))において重ならないように、同心に配置されている。すなわち、全ての環状溝の径が異なる。そのため、第1金属板604は、加熱されたときに、溝部分を折り目として折れ曲がり、放熱板に垂直な一断面において、蛇腹状に波打った形状となる。
そして、電子部品の発熱に伴って絶縁基板3及び第1金属板604が加熱された場合に、絶縁基板3及び第1金属板604の熱膨張率の差が原因となって、第1金属板604の、電子部品近傍だけでなく、第1金属板604の全体が変形し、且つ、第1金属板604は、全体として見たときに、第1金属板604の表面に平行な方向に変形する。そのため、第1金属板604に、山状の反り変形が生じない。
以上のように、この構成により、絶縁性放熱板(絶縁基板3)に接合された金属放熱板(第1金属板4)の山状の歪みが抑制される。
In this configuration, the plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are not overlapped on both surfaces of the
When the insulating
As described above, this configuration suppresses the mountain-shaped distortion of the metal heat sink (first metal plate 4) joined to the insulating heat sink (insulating substrate 3).
また、この構成では、複数の第1環状溝と、複数の第2環状溝とが、第1金属板604の透視平面図において全く重ならないように配置されているので、溝を形成することに起因した冷却効率の低下が抑えられる。
Further, in this configuration, the plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are arranged so as not to overlap at all in the perspective plan view of the
(第2実施例)
次に、第1金属板604の実施例について、図24を用いて説明する。図24は、第7実施形態に係る金属放熱板の実施例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)はA−A’断面図である。なお、図24の断面位置A−A’は、図23の断面位置C−C’に相当する。
(Second embodiment)
Next, an example of the
ここでは、第1金属板604を含む複合放熱板(第1金属板604に、絶縁基板3を接合したもの)を用いて、伝熱試験(シミュレーション)を行なった。試験は、上記の冷却構造体の形態で実施した。
Here, a heat transfer test (simulation) was performed using a composite heat sink including the first metal plate 604 (the
(試験条件)
以下、試験条件を示す。この試験条件は、第1実施例での条件と同様である。
・第1金属板の材質:銅
・第1金属板の幅:40[mm]
・第1金属板の長さ:40[mm]
・第1金属板の厚さ:2.0[mm]
・溝(第1溝及び第2溝)の幅:0.2[mm]
・溝の深さ:1.0[mm]
・第1環状溝641aの半径:11[mm]
・第1環状溝641cの半径:19[mm]
・電子部品(IGBT2b及びダイオード2c)の単位面積当りの仕事率(合計):175[W/cm2]
・電子部品下面の平均温度:65[℃]
・第1環状溝の数:3本
・第2環状溝の数:2本
・使用した計算ソフト:ABAQUS(SIMULIA社製)
・接合部位:一箇所のみ(板の中央部)
・図の変形倍率:1000倍(実際の変形量を、1000倍に拡大して示している)
・第2の面604tの中央部(20mm径の円領域)を除く部分の温度:65度
(Test conditions)
The test conditions are shown below. The test conditions are the same as those in the first embodiment.
-Material of the first metal plate: Copper-Width of the first metal plate: 40 [mm]
-Length of the first metal plate: 40 [mm]
-Thickness of the first metal plate: 2.0 [mm]
・ Width of groove (first groove and second groove): 0.2 [mm]
-Groove depth: 1.0 [mm]
-Radius of the first
-Radius of the first
-Power per unit area of electronic components (
・ Average temperature on the bottom of electronic components: 65 [℃]
-Number of first annular grooves: 3-Number of second annular grooves: 2-Calculation software used: ABAQUS (manufactured by SIMULIA)
・ Junction part: Only one place (center part of the board)
-Deformation magnification of the figure: 1000 times (actual deformation amount is shown enlarged to 1000 times)
-Temperature of the portion of the
(比較例)
比較例として、図11に示す従来の金属放熱板904を用いて同様の伝熱試験を行なった。具体的には、図1の冷却構造体において、第1金属板4を従来の金属放熱板904に置換したものを用いて、伝熱試験を行なった。比較例に係る金属放熱板904は、表面に溝が形成されていないことのみが、本実施例に係る第1金属板604と異なる。その他の実施条件(溝形状に関連しない試験条件)は、上記の第2実施例のものと同じである。
(Comparative example)
As a comparative example, a similar heat transfer test was performed using a conventional metal
(試験結果)
図24における右上の指標の数値は、熱応力による生じた変形量を示しており、単位はメートル[m]である。
伝熱試験の結果、比較例に比べて、本実施例の方が、金属放熱板の山状の歪みが抑制され、平板状態に近くなった。
(Test results)
The numerical value of the index in the upper right in FIG. 24 indicates the amount of deformation caused by thermal stress, and the unit is meter [m].
As a result of the heat transfer test, compared to the comparative example, in the present example, the mountain-shaped distortion of the metal heat radiating plate was suppressed, and it was close to a flat plate state.
(他の実施形態について)
本発明の実施の形態は、上記の実施形態には限られない。例えば、第1溝及び第2溝の、列方向X及び行方向Yに関する、形状パターンの繰り返し数は、上記の数には限られず、これよりも多くても良いし、少なくてもよい。
(About other embodiments)
The embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the number of repetitions of the shape pattern of the first groove and the second groove with respect to the column direction X and the row direction Y is not limited to the above number, and may be larger or smaller.
また、第2金属板51はなくてもよい。また、第2金属板51が、本発明の金属放熱板(第1金属板204、第1金属板304、第1金属板404、第1金属板504、第1金属板604など)の構造を有していてもよい。すなわち、本発明の二枚の金属放熱板によって、絶縁性放熱板が挟まれていてもよい。また、放熱対象である電子部品の数は、二つには限られない。
Further, the
上記においては、電子部品、金属放熱板、絶縁基板3、第2金属板51、及び水冷ジャケット52の間が、はんだ付けによって接合されているが、これらの間は、熱伝導性を維持しつつ結合していればよく、これらの「接合」方法は、拡散接合、ろう付けなどであってもよい。
In the above, the electronic component, the metal heat radiating plate, the insulating
上記の実施形態においては、金属放熱板の形状が、平面図において正方形となっているが、金属放熱板の形状は、平面図において長方形であってもよく、また、他の多角形の形状であってもよい。 In the above embodiment, the shape of the metal heat sink is a square in the plan view, but the shape of the metal heat sink may be a rectangle in the plan view, or other polygonal shape. There may be.
本発明は、電子部品の放熱のための金属放熱板として利用できる。 The present invention can be used as a metal heat sink for heat dissipation of electronic components.
1 複合放熱板
2b IGBT(電子部品)
2c ダイオード(電子部品)
3 絶縁基板(絶縁性放熱板)
4 第1金属板(金属放熱板)
4s 第1の面
4t 第2の面
41 第1溝
41c 中央線部
41f 端部
42 第2溝
42c 中央線部
42f 端部
43 平面領域
44 円形領域
47 円形領域
245c 第1中央溝
245f 第1傾斜溝
245s 第2傾斜溝
246c 第2中央溝
246f 第3傾斜溝
246s 第4傾斜溝
51 第2金属板
52 水冷ジャケット
52r 水路
7 冷却構造体
1
2c Diode (electronic component)
3 Insulating substrate (insulating heat sink)
4 1st metal plate (metal heat sink)
Claims (8)
絶縁性放熱板(3)と、
当該絶縁性放熱板に接合され、且つ、当該絶縁性放熱板よりも大きな熱膨張率を有する金属放熱板(4)と、を備え、
前記金属放熱板は、互いに平行な第1の面(4s)と第2の面(4t)とを有し、
前記第1の面には、複数の第1溝(41)が線状に形成されており、
前記第2の面には、複数の第2溝(42)が線状に形成されており、
前記第1溝のそれぞれが、中央線部(41c)と、当該中央線部の両端に形成された二つの端部(41f)と、から成り、
前記第2溝のそれぞれが、中央線部(42c)と、当該中央線部の両端に形成された二つの端部(42f)と、から成り、
それぞれの前記第1溝の前記中央線部と、それぞれの前記第2溝の前記中央線部とが、前記第1の面に垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないよう、前記複数の第1溝及び前記複数の第2溝が配置されていることを特徴とする複合放熱板。 A composite heat sink (1) used for heat dissipation of electronic components (2b, 2c),
An insulating heat sink (3);
A metal heat radiating plate (4) joined to the insulating heat radiating plate and having a larger coefficient of thermal expansion than the insulating heat radiating plate,
The metal heat sink has a first surface (4s) and a second surface (4t) parallel to each other,
A plurality of first grooves (41) are linearly formed on the first surface,
A plurality of second grooves (42) are formed in a linear shape on the second surface,
Each of the first grooves includes a center line portion (41c) and two end portions (41f) formed at both ends of the center line portion,
Each of the second grooves includes a center line portion (42c) and two end portions (42f) formed at both ends of the center line portion,
The center line portion of each of the first grooves and the center line portion of each of the second grooves are not located on the same straight line along a direction perpendicular to the first surface. The composite heat sink, wherein the plurality of first grooves and the plurality of second grooves are arranged.
前記複数の第1溝は、前記平面領域の周囲に形成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の複合放熱板。 A planar region (43) to which the electronic component is joined is formed on the first surface,
The composite heat sink according to claim 1, wherein the plurality of first grooves are formed around the planar region.
前記複数の第2溝は、前記第2の面の中央の円形領域(47)の周囲に、旋回放射状に形成されていることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の複合放熱板。 The plurality of first grooves are formed in a swirling radial shape around a circular region (44) in the center of the first surface,
5. The plurality of second grooves are formed in a swirling radial shape around a central circular region (47) of the second surface. 6. Composite heatsink.
前記複数の第2溝には、第2中央溝(246c)、第3傾斜溝(246f)、及び、第4傾斜溝(246s)が含まれ、
前記第1中央溝及び前記第2中央溝のそれぞれは、前記第1の面に沿った第1方向に沿って形成され、
前記第1傾斜溝及び前記第3傾斜溝のそれぞれは、前記第1方向に対して傾斜した方向であって、前記第1の面に沿った第2方向に沿って形成されており、
前記第2傾斜溝及び前記第4傾斜溝のそれぞれは、前記第1方向及び前記第2方向に対して傾斜した方向であって、前記第1の面に沿った第3方向に沿って形成されており、
前記第1方向と前記第2方向とが成す角度は、前記第1方向と前記第3方向が成す角度に等しく、
透視平面図においては、複数の前記第1溝、及び、複数の前記第2溝によって、複数の平行四辺形が形成されていることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の複合放熱板。 The plurality of first grooves include a first central groove (245c), a first inclined groove (245f), and a second inclined groove (245s),
The plurality of second grooves include a second central groove (246c), a third inclined groove (246f), and a fourth inclined groove (246s),
Each of the first central groove and the second central groove is formed along a first direction along the first surface;
Each of the first inclined groove and the third inclined groove is a direction inclined with respect to the first direction, and is formed along a second direction along the first surface,
Each of the second inclined groove and the fourth inclined groove is a direction inclined with respect to the first direction and the second direction, and is formed along a third direction along the first surface. And
The angle formed by the first direction and the second direction is equal to the angle formed by the first direction and the third direction,
In the perspective plan view, a plurality of parallelograms are formed by a plurality of the first grooves and the plurality of second grooves, according to any one of claims 1 to 5. The composite heat sink described.
絶縁性放熱板(3)と、
当該絶縁性放熱板に接合され、且つ、当該絶縁性放熱板よりも大きな熱膨張率を有する金属放熱板(604)と、を備え、
前記金属放熱板は、互いに平行な第1の面と第2の面とを有し、
前記第1の面には、複数の第1環状溝(641a、641b、641c)が、同心に形成されており、
前記第2の面には、複数の第2環状溝(642a、642b)が、同心に形成されており、
前記複数の第1環状溝と、前記複数の第2環状溝とは同心に配置されており、
それぞれの前記第1環状溝と、それぞれの前記第2環状溝とが、前記第1の面に垂直な方向に沿った同一直線上に位置することがないように配置されていることを特徴とする複合放熱板。 A composite heat sink used for heat dissipation of electronic components (2b, 2c),
An insulating heat sink (3);
A metal heat radiating plate (604) joined to the insulating heat radiating plate and having a larger coefficient of thermal expansion than the insulating heat radiating plate,
The metal heat sink has a first surface and a second surface parallel to each other,
A plurality of first annular grooves (641a, 641b, 641c) are formed concentrically on the first surface,
A plurality of second annular grooves (642a, 642b) are formed concentrically on the second surface,
The plurality of first annular grooves and the plurality of second annular grooves are arranged concentrically,
Each said 1st annular groove and each said 2nd annular groove are arrange | positioned so that it may not be located on the same straight line along the direction perpendicular | vertical to a said 1st surface, It is characterized by the above-mentioned. A composite heat sink.
複数の前記金属放熱板は、積み重ねられ、且つ互いに接合されており、
それぞれの前記金属放熱板は、隣接する前記金属放熱板に対して、複数の接合箇所において部分的に接合されていることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の複合放熱板。 Further comprising at least one said metal heat sink,
The plurality of metal heat sinks are stacked and joined together,
8. The composite according to claim 1, wherein each of the metal heat sinks is partially joined to the adjacent metal heat sink at a plurality of joint locations. 9. Heat sink.
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