JP2013211337A

JP2013211337A - 放熱板

Info

Publication number: JP2013211337A
Application number: JP2012079341A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshige Miyawaki; 清茂宮脇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10

Abstract

【課題】接合後に接着層の内部に存在する気泡を減少させることができる放熱板を提供する。
【解決手段】放熱板１は、上面に金属からなるとともにろう材が設けられる接合領域１１を有する放熱板１であって、接合領域１１に、凹部１２と、凹部１２から放射状に設けられた複数の溝部１３と、複数の溝部１３の間に分散して設けられた、上面および下面に開口する複数の貫通孔１４とを有している。そのため、溝部１３と溝部１３との間の領域を挟みこむようにしてろう材が濡れ広がった場合に、溝部１３と溝部１３との間の領域付近に存在していた空気を、貫通孔１４を介して外部に抜くことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱対象である発熱物がろう材で接合される放熱板に関するものである。

半導体素子から発せられた熱を放熱するための部品として放熱板が知られている。このような放熱板としては、例えば、特許文献１に開示された放熱部材が知られている。この放熱部材は、ろう材から成る接着層によって、上面に半導体素子が搭載された絶縁性基板の下面に接着されて用いられる。そして、この放熱部材の上面に粗化面が形成されていることによって、放熱部材と絶縁性基板との間の接着強度が向上するというものである。

また、特許文献２には、ろう材を濡れ広がらせるための技術として、接合面に溝部を形成するろう付け方法が開示されている。

特開２００３−６０１３６号公報特開２００８−３０２４１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された放熱部材においては、放熱部材の上面において、ろう材が十分に濡れ広がらない場合があり、放熱部材と絶縁性基板との間の接着強度をさらに向上させることが困難であるという問題点があった。

また、特許文献２に開示されたろう付け方法においては、溝部にろう材が濡れ広がった後に、溝部と溝部との間の領域を挟みこむようにしてろう材が濡れ広がる。そのため、もともと溝部と溝部との間の領域付近に存在していた空気が、気泡として接合後のろう材（接合層）の内部に留まる場合があった。

したがって、ろう材を濡れ広がらせることを目的として、特許文献１に開示された放熱部材に、特許文献２に開示されたろう付け方法を採用したとしても、接合層の内部に気泡が存在してしまう可能性があった。そして、接合層の内部に気泡が存在すると、放熱部材と絶縁性基板との間の熱伝導性を向上させることが困難になるという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ろう材による接合後に接合層の内部に存在する気泡の発生を減少させることができる放熱板を提供することにある。

本発明の一態様の放熱板は、上面に金属からなるとともにろう材が設けられる接合領域を有する放熱板であって、前記接合領域に、凹部と、該凹部に一端がつながっており該凹部から放射状に設けられた複数の溝部と、前記複数の溝部の間に分散して設けられた、上面および下面に開口する複数の貫通孔とを有することを特徴とする。

本発明の一態様の放熱板によれば、複数の溝部の間に分散して設けられた、上面および下面に開口する複数の貫通孔を有している。これにより、溝部にろう材が濡れ広がった後
に、溝部と溝部との間の領域を挟みこむようにしてろう材が濡れ広がった場合に、溝部と溝部との間の領域付近に存在していた空気を、貫通孔を介して外部に抜くことができる。その結果、ろう材による接合後に接合層の内部に存在する気泡の発生を減少させることができる。

本発明の一実施形態の放熱板の例を示す平面図である。図１に示した放熱板のＸ−Ｘ’断面の断面図である図１に示した放熱板のＹ−Ｙ’断面を示す断面図である。図１に示した放熱板と絶縁性基板とを接合した状態を示す断面図である。図４の領域Ａを拡大して示す部分断面図である。変形例１に係る放熱板を示す平面透視図である。変形例２に係る放熱板を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る放熱板１について、図面を参照して説明する。

図１〜５に示すように、本発明の一実施形態の放熱板１は、平面視したときの形状が略長方形状の板である。放熱板１は、絶縁性基板２の下面と接合される接合領域１１を上面に有している。絶縁性基板２の上面には、例えばＬＥＤ等の半導体素子３が搭載される。放熱板１は、半導体素子３から発せられた熱を外部に放出するための部材である。接合領域１１は、放熱板１と絶縁性基板２とが接合されるときに、ろう材が設けられる領域である。本実施形態においては、接合領域１１は、長方形状である。接合領域１１の表面は、ろう材によって絶縁性基板２と接合されることから、金属から成る。なお、図４においては、絶縁性基板２は下面に接合用の金属層２１を有している。本例においては、放熱板１の全体が金属から成る。放熱板１を形成する金属としては、例えば、銅等の熱伝導性に優れる金属が挙げられる。放熱板１の寸法は、例えば、長辺を１０ｍｍ〜５０ｍｍ、短辺を５ｍｍ〜５０ｍｍ、厚みを０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定できる。ろう材としては、例えば、半田、銀銅蝋または銀蝋等を用いることができる。

放熱板１は、接合領域１１において、凹部１２と、凹部１２に一端がつながっており凹部１２から放射状に設けられた複数の溝部１３と、複数の溝部１３の間に分散して設けられた貫通孔１４とを有している。さらに、放熱板１は、接合領域１１の外周部に沿って厚肉部１５を有しており、厚肉部１５の周囲には薄肉部１６を有している。以下、それぞれの部位について詳細に説明する。

凹部１２は、ろう材が濡れ広がる際の起点となる部位である。詳しくは、凹部１２は、溶融する前のろう材が設置される部位である。凹部１２に設置されたろう材は、放熱板１と絶縁性基板２とを接合する際に、放熱板１ごと加熱されることによって溶融する。溶融したろう材は、溝部１３を伝わって接合領域１１の全体に濡れ広がる。凹部１２は、接合領域１１の２か所に設けられている。２つの凹部１２は接合領域１１の長辺と平行に設けられている。詳しくは、２つの凹部１２は、接合領域１１の２つの短辺の中心同士を結ぶ仮想線上に設けられている。これにより、接合領域１１に濡れ広がるろう材の量が偏ることを抑制できる。凹部１２は平面視したときの形状が四角形状である。凹部１２の寸法は、例えば、長辺を２ｍｍ〜５ｍｍ、短辺を２ｍｍ〜５ｍｍ、深さを０．３ｍｍ〜２．７ｍｍに設定できる。

溝部１３は、溶融したろう材を凹部１２から接合領域１１の広範囲に濡れ広がらせるための部位である。溝部１３は、一端が凹部１２につながっている。溝部１３は凹部１２から放射状に複数設けられている。ここでいう「放射状に複数設けられている」とは、中心
の１点、つまり凹部１２から多数の方向に向かって溝部１３が設けられていることを意味している。したがって、凹部１２から少なくとも３方向に向かって溝部１３が設けられていればよい。本例においては、溝部１３は、それぞれの凹部１２から８方向に向かって設けられている。溝部１３の底面は、凹部１２の底面よりも上方に位置している。このように、溝部１３を浅く形成しておくことによって、溝部１３から溝部１３と溝部１３との間の領域に向かって、ろう材を濡れ広がりやすくすることができる。なお、凹部１２から溝部１３へのろう材の移動は、毛細管現象によって行なうことができる。したがって、凹部１２を溝部１３よりも深く形成したとしても、凹部１２から溝部１３へ良好にろう材を濡れ広がらせることができる。溝部１３の寸法は、例えば、幅を０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ、深さを０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定できる。

貫通孔１４は、溝部１３と溝部１３との間の領域付近に存在している空気を抜くための部位である。貫通孔１４は、放熱板１の上面および下面に開口している。貫通孔１４は、複数の溝部１３の間に分散して設けられている。貫通孔１４は、開口部の形状が円形状である。このように、貫通孔１４が設けられていることによって、溝部１３を伝わってきたろう材が、溝部１３と溝部１３との間の領域を挟みこむようにして濡れ広がった場合に、溝部１３と溝部１３との間の領域付近に存在していた空気を、貫通孔１４を介して外部に抜くことができる。これにより、放熱板１と絶縁性基板２とを接合した後のろう材（図４に示す接着層４）の内部に存在する気泡を、接合時にろう材中から貫通孔１４を通して抜くことによって減少させることができる。その結果、放熱板１と絶縁性基板２との間の熱伝導性を向上させることができる。貫通孔１４の寸法は、例えば、径を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定できる。

隣り合う溝部１３の間の領域において、貫通孔１４はそれぞれの貫通孔１４の中心間の距離が等間隔になるように分散して設けられているとよい。これにより、溝部１３と溝部１３との間の領域付近に存在していた空気を偏りなく抜くことができる。

厚肉部１５は、溝部１３を伝わってきたろう材が接合領域１１からはみ出ることを低減するための部位である。厚肉部１５は、接合領域１１の外周部のうち複数の溝部１３の先に設けられている。本例では、厚肉部１５は接合領域１１を囲むように枠状に形成されている。厚肉部１５が設けられていることによって、溝部１３を伝わってきたろう材のうち、溝部１３の先に濡れ広がったろう材が接合領域１１からはみ出ることを低減できる。具体的には、溝部１３の先に濡れ広がったろう材の一部は、接合領域１１において厚肉部１５の内周に沿って、さらに濡れ広がることになる。厚肉部１５の寸法は、例えば、放熱板１の下面からの厚肉部１５の上面までの厚みを０．７ｍｍ〜３．２ｍｍに設定できる。

薄肉部１６は、接合領域１１からはみ出たろう材が放熱板１の外部にはみ出ることを低減するための部位である。薄肉部１６は、厚肉部１５を囲むように枠状に形成されている。薄肉部１６が設けられていることによって、図５に示すように、接合領域１１からはみ出たろう材を厚肉部１５の外周面と薄肉部１６の上面との間で留めることができる。これにより、放熱板１の外部にろう材がはみ出ることを低減できる。薄肉部１６の上面は、接合領域１１の上面よりも低い。薄肉部１６の上面と厚肉部１５との上面との高低差を大きくすることによって、厚肉部１５の外周面に留めることができるろう材の量を増やすことができる。これにより、放熱板１の外部にろう材がはみ出ることをさらに低減できる。薄肉部１６の寸法は、例えば、放熱板１の下面からの薄肉部１６の上面までの厚みを０．０．２ｍｍ〜２．７ｍｍに設定できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、本実施形態においては、放熱板１の全てが金属から構成されているが、これに限られない。具体的には、放熱板１は、セラミック板の上面にメタライズ層が形成されている構成であってもよい。セラミック板としては、窒化アルミニウム質焼結体等を用いることができる。

また、本実施形態においては、溝部１３の他端と厚肉部１５の内周面とが連続しているが、これに限られない。具体的には、溝部１３の他端と厚肉部１５とが離れている構成であってもよい。このような構成にすることによって、溝部１３と厚肉部１５との間に２つの段差を設けることができる。その結果、溝部１３を伝わってきたろう材が接合領域１１からはみ出ることをさらに低減できる。

また、本実施形態においては、枠状の厚肉部１５が１つ設けられているが、これに限られない。具体的には、各々の溝部１３に対応するように、別々に複数の厚肉部１５が設けられていてもよい。

また、本実施形態においては、溝部１３の幅が一定であるが、これに限られない。具体的には、溝部１３の幅が一定でなくても構わない。特に、一端から他端に向かうにしたがって、溝部１３の幅が大きくなっていることが好ましい。これにより、１つの溝部１３から、ろう材をより広範囲に濡れ広がらせることができる。

また、本実施形態においては、貫通孔１４の径が一定であるが、これに限られない。具体的には、それぞれの貫通孔１４の径が異なっていてもよい。特に、凹部１２の近くに設けられた貫通孔１４の径よりも凹部１２から遠くに設けられた貫通孔１４の径を大きくしてもよい。貫通孔１４の径を大きくすることによって、より広範囲の空気を抜くことが可能になる。そのため、設ける貫通孔１４の数を減らすことができる。

＜変形例１＞
放熱板１の変形例１について説明する。なお、本例の各構成において、上述の放熱板１と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１〜５に示す放熱板１においては、厚肉部１５の内周面の形状が一様な平面であったが、これに限られない。例えば、図６に示すように、放熱板１０１は、厚肉部１５が凸部１５１を有する構成であってもよい。

厚肉部１５は、溝部１３の先に溝部１３に向かう凸部１５１を有している。このように凸部１５１が設けられていることによって、溝部１３を伝わってきたろう材を溝部１３と溝部１３の間の領域に濡れ広がらせやすくすることができる。また、変形例１においては、厚肉部１５が凸部１５１を有することによって、凸部１５１を有している領域の幅が大きくなっている。これにより、溝部１３を伝わってきたろう材が接合領域１１からはみ出ることをより低減できる。なお、変形例１においては、凸部１５１の形状が半円状であるが、これに限られない。例えば、三角形状、四角形状または多角形状の凸部１５１が設けられていてもよい。

＜変形例２＞
放熱板１の変形例２について説明する。なお、本例の構成において、上述の放熱板１と同様の構成および機能を有する部材については、同じ参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１〜５に示す放熱板１においては、溝部１３の深さが一定であったが、これに限られ
ない。例えば、図７に示すように、溝部１３の深さが一定でない構成であってもよい。

放熱板１０２においては、溝部１３が、底面が一端から他端に向かうにつれて高くなるように傾斜している。これにより、溝部１３の一端側においてはろう材を良好に他端側に伝えるとともに、溝部１３の他端側においてはろう材を良好に溝部１３と溝部１３との間の領域に濡れ広がらせることができる。

１、１０１、１０２：放熱板
１１：接合領域
１２：凹部
１３：溝部
１４：貫通孔
１５：厚肉部
１６：薄肉部
２：絶縁性基板
２１：金属層
３：半導体素子
４：接着層

Claims

上面に金属から成るとともにろう材が設けられる接合領域を有する放熱板であって、
前記接合領域に、凹部と、該凹部に一端がつながっており該凹部から放射状に設けられた複数の溝部と、前記複数の溝部の間に分散して設けられた、上面および下面に開口する複数の貫通孔とを有することを特徴とする放熱板。
前記溝部の底面は、前記凹部の底面よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
前記接合領域の外周部のうち前記複数の溝部の先に前記金属の厚肉部を有することを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
前記厚肉部は、前記溝部の先に該溝部に向かう凸部を有していることを特徴とする請求項３に記載の放熱板。
前記溝部の底面が前記一端から他端に向かうにつれて高くなるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の放熱板。