JP2012227341A - 放熱装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁基板(11)の一面側に電子素子搭載用の回路層(12)が接合され、他面側に応力緩和材(20)を介してヒートシンク(13)が接合された放熱装置(1)であって、前記応力緩和材(20)は、絶縁基板(11)側およびヒートシンク(13)側の両面に開口する少なくとも1つの応力吸収空間(21)を有し、前記応力吸収空間(21)の内壁面(22)に、絶縁基板(11)側およびヒートシンク(13)側の両方の開口部に通じて、応力緩和材(20)と絶縁基板(11)との接合部の余剰ろう材をヒートシンク(13)側に誘導する案内部(23)が形成されている。
【選択図】 図1A
Description
前記応力緩和材は、絶縁基板側およびヒートシンク側の両面に開口する少なくとも1つの応力吸収空間を有し、前記応力吸収空間の内壁面に、絶縁基板側およびヒートシンク側の両方の開口部に通じて、応力緩和材と絶縁基板との接合部の余剰ろう材をヒートシンク側に誘導する案内部が形成されていることを特徴とする放熱装置。
図1Aは本発明の放熱装置の一実施形態を、構成部材が積層する方向で切断した断面で示している。以下の説明において、構成部材が積層する方向を縦または縦方向、縦方向の断面を縦断面と称し、この縦断面と直交する面で切断した断面を横断面と称する。
図1Aおよび図1Bに示した応力緩和材(20)は応力吸収空間として複数の円形貫通穴(21)を有するパンチングメタルであり、前記貫通穴(21)は絶縁基板(11)側の面およびヒートシンク(13)側の面の両方に開口している。前記貫通穴(21)の内壁面(22)には、応力緩和材(20)を厚み方向(縦方向)に貫き、絶縁基板(11)側の面およびヒートシンク(13)側の面の両方に開口する断面V字形の縦溝(23)が形成されている。前記縦溝(23)は本発明における案内部に対応し、貫通穴(21)にはかかる4本の縦溝(23)が周方向に等間隔で設けられている。
本発明においては、ろう材を誘導する案内部として応力吸収空間そのものの形状を利用することができる。
図6の応力緩和材(60)は、図1と同様の円形の貫通穴(21)の内壁面(22)に縦溝(23)を設け、さらに貫通穴(21)の穴径をヒートシンク(13)側の開口面に向かって連続的に拡大したものである。この穴径の拡大により、貫通穴(21)の開口縁部の全周において、貫通穴(21)の横断面積を拡大する凹部(61)が形成されている。縦断面において、前記凹部(61)の内壁面(62)の形状はヒートシンク(13)に対して一定の角度(θ)で傾斜する直線で表されるテーパー面である。また、前記縦溝(23)は凹部(61)に連通している。
本発明において、応力緩和材の応力吸収空間は、積層方向に貫通している限りその形状や数は限定されない。また、複数の応力吸収空間を有する応力緩和材においては、複数の応力吸収空間で形状および寸法、案内部の数および形状を変えることもできる。
図1に示す応力緩和材(20)を用いた。13個の応力吸収空間は同一形状であり、横断面形状が直径(d):2mmの円形の貫通穴(21)である。案内部として、前記貫通穴(21)の内壁面(22)に、応力緩和材(20)を厚み方向に貫く断面V字形の4本の縦溝(23)が周方向に等間隔で設けられている。前記縦溝(23)の深さ(t)は0.3mmである。
図2に示す応力緩和材(25)を用いた。実施例1の応力緩和材(20)とは、前記貫通穴(21)の内壁面(22)に設けた案内部の形状のみが異なる。案内部は内壁面(22)に設けた4本の螺旋状の溝(26)であり、周方向に等間隔で設けられている。これらの螺旋状の溝(26)の両端は絶縁基板(11)側の面およびヒートシンク(13)側の面の両方に開口している。また、前記螺旋状の溝(26)の深さ(t)は実施例1と同じである。
図3に示す応力緩和材(30)を用いた。13個の応力吸収空間は同一形状であり、横断面形状が一辺3mmの正三角形の貫通穴(31)である。案内部は、貫通穴(31)の屈曲する内壁面(32)によって形成される3個の入隅部(33)であり、これらの入隅部(33)の入隅角度(α)は60°である。
図4に示す応力緩和材(40)を用いた。13個の応力吸収空間は同一形状であり、横断面形状が菱形の貫通穴(41)である。前記菱形の長い方の対角線(符号なし)は3mmであり、案内部は屈曲する内壁面(42)によって形成される4個の入隅部(43)(44)である。4個の入隅部(43)(44)のうち、前記長い方の対角線の両端の2つの鋭角の入隅部(43)の入隅角度(α1)は60°あり、他の2つの鈍角の入隅部(44)の入隅角度(α2)は120°である。
図5に示す応力緩和材(50)を用いた。13個の応力吸収空間は同一形状であり、横断面形状が直径3mmの円に内接する星形の貫通穴(51)である。案内部は、屈曲する内壁面(52)によって形成される5つの入隅部(53)であり、これらの入隅部(53)の入隅角度(α)は36°である。
図6に示す応力緩和材(60)を用いた。この応力緩和材(60)は実施例1の応力緩和材(20)の貫通穴(21)のヒートシンク(13)側の開口縁部の全周に凹部(61)を設けたものである。前記凹部(61)は、内壁面(62)がヒートシンク(13)に対して傾斜角度(θ)が30°で傾斜するテーパー面であり、板厚方向の高さ(h)は0.2mmである。また、案内部としての4本の縦溝(23)は前記凹部(61)に連通している。
図7に示す応力緩和材(70)を用いた。この応力緩和材(70)は実施例6の応力緩和材(60)とはヒートシンク(13)側の開口縁部に設けた凹部(71)の形状のみが異なる。前記凹部(71)は、内壁面(72)が凹部(71)内に突出する方向に湾曲する曲線で構成されている。前記内壁面(72)のヒートシンク(13)に対する傾斜角度(θ)は60°である。
図8に示す応力緩和材(80)を用いた。この応力緩和材(80)は実施例6の応力緩和材(60)の凹部(61)の内壁面(62)に全周に亘って溝(81)を形成したものである。
図9Aおよび9Bに示す応力緩和材(90)を用いた。13個の応力吸収空間は横断面寸法の異なる3種類の菱形の第1〜第3貫通穴(91)(92)(93)であり、これらの貫通穴のヒートシンク(13)側の開口縁部の全周に第1〜第3凹部(94)(95)(96)が形成されている。各貫通穴(91)(92)(93)の横断面形状は実施例4の貫通穴(41)と相似形の菱形であり、入隅部(符号なし)の入隅角度は実施例4と同じである。また、菱形の長い方の対角線寸法は第1〜第3貫通穴(91)(92)(93)で差があり、中心に位置する最小の第1貫通穴(91)の対角線寸法(d1)が2mm、中間に位置する第2貫通穴(92)の対角線寸法(d2)が3mm、外周側に位置する最大の第3貫通穴(93)が対角線寸法が(d3)が4mmである。また、前記第1〜第3凹部(94)(95)(96)は、いずれも内壁面(97)(98)(99)がヒートシンク(13)に対して傾斜角度(θ)が30°で傾斜するテーパー面であり、板厚方向の高さ(h)は0.2mmである。また、第1〜第3貫通穴(91)(92)(93)の案内部としての入隅部は前記凹部(94)(95)(96)に連通している。
図10に示す応力緩和材(101)を用いた。この応力緩和材(101)は実施例1の応力緩和材(20)とは貫通穴(102)に縦溝(23)が設けられていないことのみが異なる。
実施例1〜9および比較例の応力緩和材を、図1および図10に示すように、回路層(12)、ろう材箔、絶縁基板(11)、ろう材箔、応力緩和材(20)(25)(30)(40)(50)(60)(70)(80)(90)(101)、ろう材箔、ヒートシンク(13)の順に積層した放熱装置(1)(100)を仮組みし、7×10−4Paの真空中で600℃×20分で真空ろう付した。
11…絶縁基板
12…回路層
13…ヒートシンク
14…電子素子
20、25、30、40、50、60、70、80、90、101…応力緩和材
21、31、41、51、91、92、93、102…貫通穴(応力吸収空間)
23…縦溝(案内部)
26…螺旋状の溝(案内部)
33、43、44、53…入隅部(案内部)
61、71、94、95、96…凹部
62、72、97、98、99…凹部の内壁面
81…溝
θ…凹部の内壁面の傾斜角度
α、α1、α2…入隅部の入隅角度
h…凹部の高さ
d…円形の貫通穴の直径
d1、d2、d3…菱形の貫通穴の対角線寸法
Claims (12)
- 絶縁基板の一面側に電子素子搭載用の回路層が接合され、他面側に応力緩和材を介してヒートシンクが接合された放熱装置であって、
前記応力緩和材は、絶縁基板側およびヒートシンク側の両面に開口する少なくとも1つの応力吸収空間を有し、前記応力吸収空間の内壁面に、絶縁基板側およびヒートシンク側の両方の開口部に通じて、応力緩和材と絶縁基板との接合部の余剰ろう材をヒートシンク側に誘導する案内部が形成されていることを特徴とする放熱装置。 - 前記案内部は、応力吸収空間の内壁面が周方向に屈曲することによって形成された入隅部である請求項1に記載の放熱装置。
- 前記入隅部の入隅角度が90°以下である請求項2に記載の放熱装置。
- 前記案内部は応力吸収空間の内壁面に設けられた溝である請求項1〜3のいずれかに記載の放熱装置。
- 前記溝は螺旋状の溝である請求項4に記載の放熱装置。
- 前記溝の深さが0.01〜2mmである請求項4または5に記載の放熱装置。
- 前記応力吸収空間のヒートシンク側の開口縁部に、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において応力吸収空間の断面積を拡大する凹部が前記案内部に連通して形成されている請求項1〜6のいずれかに記載の放熱装置。
- 前記凹部の断面積は開口面に向かって連続的に拡大され、かつ前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向の断面において、前記凹部の内壁面形状が直線また応力吸収空間内に突出する方向に湾曲する曲線で形成されている請求項7に記載の放熱装置。
- 前記凹部の内壁面とヒートシンクとの成す角度が10〜80°である請求項8に記載の放熱装置。
- 前記凹部の内壁面に周方向に沿った溝が形成されている請求項7〜9のいずれかに記載の放熱装置。
- 前記応力緩和材は複数の応力吸収空間を有し、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において、ヒートシンクとの接合面の外周側に位置する応力吸収空間の凹部の断面積が、中心側に位置する応力吸収空間の凹部の断面積よりも大きく形成されている請求項7〜10のいずれかに記載の放熱装置。
- 前記複数の応力吸収空間は、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において、外周側に位置する応力吸収空間の断面積が、中心側に位置する応力吸収空間の断面積よりも大きく形成されている請求項11に記載の放熱装置。
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