JP2016082088A - 回路基板付きヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた放熱性能及び耐久性を有する回路基板付きヒートシンクを提供する。
【解決手段】放熱器は、回路基板とヒートシンク本体とを有している。回路基板は、セラミックス板と、アルミニウム材よりなる第１導体板及び第２導体板とを有している。ヒートシンク本体はアルミニウム材より構成されており、第２導体板とろう材層を介して接合されている。ろう材層は第２導体板及びヒートシンク本体の少なくとも一方と接合することなく周囲の接合界面よりも陥没した非接合部を有している。第２導体板の外周端縁２３１、外周端縁２３１におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線Ｄ１及び第１分割線Ｄ１と直交する２本の第２分割線Ｄ２に沿って第２導体板２３の表面を９個の仮想領域Ｒに等分割したときに、角部に配された角部仮想領域ＲＥは、それら以外の仮想領域Ｒに比べて、非接合部４２を第２導体板２３上に投影してなる非接合領域の面積比率が大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路基板付きヒートシンク及びその製造方法に関する。

インバータやコンバータ等の電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオード等の半導体素子を有する半導体モジュールが組み込まれている。半導体モジュールは、半導体素子を搭載した回路基板と、回路基板が接合され、半導体素子から発生する熱を放熱するヒートシンクとを有している。

ヒートシンクは、熱伝導率が高く加工性に優れた銅や銅合金等より構成されている。また、回路基板は、セラミックス板の両面に金属板が接合されてなり、一方の金属板の表面に半導体素子が搭載されている。回路基板の他方の金属板は、はんだ層等を介してヒートシンクに接合されている。

従来の半導体モジュールは、セラミックス板とヒートシンクとの間で熱膨張係数が大きく異なるため、半導体素子の発熱に伴ってセラミックス板に熱応力が加わり、反りやクラックが発生するという問題がある。かかる問題に対し、セラミックス板に加わる熱応力を緩和してクラック等の発生を低減するために、種々の技術が提案されている。例えば特許文献１においては、セラミックス基板の表面側に金属回路板を接合し、裏面側に裏金属板を接合したセラミックス回路基板において、裏金属板に金属回路板の厚さの１０〜９０％の深さを有する熱応力緩和部を設ける技術が提案されている。

特開２００３−１７６２７号公報

近年、半導体モジュールの更なるコストダウン及び軽量化の要求が高まっている。そのため、ヒートシンク及び金属板の材質を、銅に比べて安価かつ軽量なアルミニウム材に変更することが検討されている。

ヒートシンク及び金属板の材質をアルミニウム材に変更すると、接合の信頼性を確保するためにろう付によりヒートシンクと回路基板とを接合する必要がある。しかしながら、ろう付は従来用いられているはんだ付に比べて接合温度が高いため、従来よりも熱応力緩和部を多く形成してセラミックス基板に加わる熱応力を緩和させる必要がある。一方、熱応力緩和部を多く形成すると、ヒートシンクと回路基板との接合面積が減少するため、放熱性能の低下を招く。

また、特許文献１に記載されたセラミックス回路基板のように裏金属板に凹状に陥没した熱応力緩和部を設けると、ろう付作業においてろうが熱応力緩和部内に流れ込むおそれがある。この場合には、熱応力緩和部の表面がろう付されると共に、熱応力緩和部の内部にろうが充填されるため、熱応力を緩和する効果が不十分となるおそれがある。

以上のように、ヒートシンク及び金属板にアルミニウム材を用いる場合には、熱応力を緩和する効果と放熱性能とを両立させることが難しいという問題がある。それ故、従来と同等以上の放熱性能を確保しつつ、セラミックス基板における反りやクラックの発生を低減して半導体モジュールの耐久性を向上させる技術が求められている。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、優れた放熱性能及び耐久性を有する回路基板付きヒートシンクを提供しようとするものである。

本発明の一態様は、セラミックス板と、該セラミックス板の表側面に接合されたアルミニウム材よりなる第１導体板と、上記セラミックス板の裏側面に接合されアルミニウム材よりなり矩形を呈する第２導体板とを有する回路基板と、
アルミニウム材よりなり上記第２導体板とろう材層を介して接合されたヒートシンク本体とを有しており、
上記ろう材層は、上記第２導体板及び上記ヒートシンク本体の少なくとも一方と接合することなく周囲の接合界面よりも陥没した非接合部を有し、
上記第２導体板の外周端縁、該外周端縁におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線及び該第１分割線と直交する２本の第２分割線に沿って上記第２導体板の表面を９個の仮想領域に等分割したときに、角部に配された４個の角部仮想領域は、それら以外の上記仮想領域に比べて、上記非接合部を上記第２導体板上に投影してなる非接合領域の面積比率が大きいことを特徴とする回路基板付きヒートシンクにある。

本発明の他の態様は、上記の態様の回路基板付きヒートシンクの製造方法であって、
ろうの流入を防止する接合防止剤を上記ヒートシンク本体または上記第２導体板の少なくとも一方に予め塗布し、
次いで、上記ヒートシンク本体上にろう材及び上記回路基板を搭載し、
その後、上記ヒートシンク本体、上記ろう材及び上記回路基板を加熱してろう付を行い、上記ろう材層を介して上記ヒートシンク本体と上記回路基板とを接合させると共に、該ろう材層における上記接合防止剤上に上記非接合部を形成することを特徴とする回路基板付きヒートシンクの製造方法にある。

上記回路基板付きヒートシンクは、上記ろう材層の一部に、上記第２導体板及び上記ヒートシンク本体の少なくとも一方と接合することなく周囲の接合界面よりも陥没した非接合部を有している。そのため、上記第２導体板に凹状の熱応力緩和部を設ける場合のように、熱応力緩和部内にろうが充填されるおそれがない。その結果、上記セラミックス板に加わる熱応力を緩和する効果を確実に得ることができる。

また、４個の上記角部仮想領域は、それら以外の上記仮想領域に比べて、上記非接合部を上記第２導体板上に投影してなる非接合領域の面積比率が大きい。即ち、上記非接合部は、上記ろう材層の角部近傍により多く形成されている。上記セラミックス板に加わる熱応力は中央部から遠ざかるほど大きくなる傾向を有するため、上述のように、上記ろう材層の角部近傍に上記非接合部をより多く形成することにより、上記セラミックス板に加わる熱応力を効果的に緩和することができる。

また、上記回路基板は、半導体素子が作動している間、中央部に近づくほど温度が高くなる傾向を有する。そのため、上記非接合部が上記ろう材層の中央部近傍に過度に多く存在すると、熱抵抗が増大し、ひいては放熱性能が悪化するおそれがある。一方、上記ろう材層の角部近傍に存在する上記非接合部は、中央部近傍に存在する上記非接合部に比べて放熱性能に及ぼす悪影響が小さい。それ故、上記回路基板付きヒートシンクは、上記ろう材層の角部近傍に上記非接合部をより多く形成することにより、放熱性能の悪化を抑制することができる。

以上の結果、上記回路基板付きヒートシンクは、従来と同等以上の放熱性能を確保しつつ、上記セラミックス板における反りやクラックの発生を抑制することができる。それ故、上記回路基板付きヒートシンクは、優れた放熱性能及び耐久性を有する。

また、上記の態様の製造方法は、ろうの流入を防止する接合防止剤を上記ヒートシンク本体または上記第２導体板の少なくとも一方に予め塗布している。このように上記接合防止剤を用いることにより、ろう付作業においてろうが接合防止剤上に流入することを防止し、結果として上記ろう材層に上記非接合部を確実に形成することができる。また、上記接合防止剤を塗布する作業は、比較的簡便に行うことができると共に、従来行われている回路基板付きヒートシンクの製造工程に容易に組み込むことができる。そのため、上記製造方法は優れた生産性を有する。

実施例１における、回路基板付きヒートシンクの断面図。 実施例１における、接合防止剤を塗布した状態のベース部の平面図。 実施例２における、回路基板付きヒートシンクの断面図。 比較例における、接合防止剤を塗布した状態のベース部の平面図。

上記回路基板付きヒートシンクは、上記第１導体板の表面に半導体素子を搭載した半導体モジュールとして使用される。上記ろう材層における上記非接合部は、ヒートシンク本体側に存在していてもよく、第２導体板側に存在していてもよい。また、上記非接合部は、回路基板付きヒートシンク側及び第２導体板側の両方に存在していてもよい。いずれの場合であっても、上記非接合部が存在することにより、セラミックス板に加わる熱応力を緩和する効果を得ることができる。

上記第１導体板、上記第２導体板及び上記ヒートシンク本体は、アルミニウム材より構成されている。ここで、上記の「アルミニウム材」には、純アルミニウム及びアルミニウム合金が含まれる。第１導体板、第２導体板及びヒートシンク本体の材質は、それぞれに要求される機械的特性や耐食性、加工性等に応じて、純アルミニウム及びアルミニウム合金から適宜選択することができる。

上記ヒートシンク本体は上記回路基板が接合される平板状のベース部を有しており、該ベース部は、ＪＩＳ Ａ ６０００系アルミニウム合金またはＪＩＳ Ａ ３０００系アルミニウム合金のいずれかにＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウムがクラッドされたクラッド板よりなり、上記回路基板側にＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウムが配されていることが好ましい。この場合には、セラミックス板に加わる熱応力を低減することができると共に、ヒートシンク本体の反りを抑制することができる。

即ち、１０００系アルミニウムは比較的材料強度が低いため、単独でヒートシンク本体に用いた場合にセラミックス板に加わる熱応力を低減することができる。しかしながら、１０００系アルミニウムからなるヒートシンク本体は、クリープ変形を起こし易いため、長期間に亘って使用する際に、ヒートシンク本体に反りが生じるおそれがある。一方、６０００系アルミニウム合金及び３０００系アルミニウム合金はクリープ変形を起こしにくいため、単独でヒートシンク本体に用いた場合に反りの発生を長期間に亘って抑制することができる。しかしながら、６０００系アルミニウム合金または３０００系アルミニウム合金からなるヒートシンク本体は、材料強度の高さ故、セラミックス板に加わる熱応力が大きくなり易い。

従って、回路基板が搭載される側に１０００系アルミニウムを用いることによりセラミックス板に加わる熱応力を低減することができるとともに、回路基板と反対側に、クリープ変形を起こしにくい６０００系アルミニウム合金または３０００系アルミニウム合金を用いることによりヒートシンク本体の反りを抑制することができる。

上記ベース部における１０００系アルミニウムのクラッド率、即ち上記ベース部全体の厚みに対する１０００系アルミニウムの厚みは、３〜４０％であることが好ましい。クラッド率が３％未満の場合には、回路基板に加わる熱応力を緩和する効果が不十分となるおそれがある。一方、クラッド率が４０％を超える場合には、反りを抑制する効果が不十分となるおそれがある。

なお、上記の構成を有するヒートシンク本体は、例えば、１０００系アルミニウムが６０００系アルミニウム合金上にクラッドされたクラッド板または１０００系アルミニウムが３０００系アルミニウム合金上にクラッドされたクラッド板を予め準備し、上記クラッド板を鍛造する、あるいは切削すること等により作製することができる。

上記ヒートシンク本体は、要求される冷却性能や配置スペースに応じて種々の形態をとることができる。例えば、上記ヒートシンク本体は、上記ベース部から立設された放熱フィンを有していてもよい。放熱フィンとしては、ピンフィン、プレートフィン、コルゲートフィン等の公知の形状の放熱フィンを採用することができる。これらの放熱フィンは、例えば押出加工や鍛造加工、切削加工等により上記ベース部と一体に形成することができる。また、ベース部と放熱フィンとを別々に準備した後、ろう付等により両者を接合してもよい。

また、上記ヒートシンク本体は、冷却媒体が流通する冷媒流路を内部に備えた冷却管であってもよい。

上記の態様の製造方法において、上記接合防止剤は、ディスペンサ等による描画法、スタンプによる転写法及びスクリーン印刷等の印刷法等の種々の方法により塗布することができる。

上記接合防止剤としては、アルミニウム材のろう付温度である６００℃程度の温度において安定に存在するものが好ましい。かかる接合防止剤を用いることにより、ろうの流入を確実に防止することができ、結果として上記非接合部を確実に形成することができる。例えば、上記接合防止剤としては、酸化チタンや酸化チタンを含む組成物等を用いることができる。

また、上記の態様の製造方法においては、フラックスを用いずにろう付を行うことが好ましい。アルミニウム材のろう付には、アルミニウム材表面の酸化皮膜を破壊してろうの濡れ性を向上させるために、フルオロアルミン酸カリウム等のフラックスが用いられることが多い。しかしながら、これらのフラックスは、接合防止剤と反応してろうの流入防止効果を損なうおそれがある。かかる問題は、フラックスを用いずにろう付を行うことにより回避することができる。

なお、フラックスを用いずにろう付を行う場合には、例えば、減圧下でろう付を行う真空ろう付法や、不活性ガス雰囲気下でのフラックスレスろう付法を採用することができる。

（実施例１）
上記回路基板付きヒートシンクの実施例を、図を用いて説明する。図１に示すように、回路基板付きヒートシンク１は、回路基板２とヒートシンク本体３とを有しており、回路基板２とヒートシンク本体３とがろう付により接合されている。回路基板２は、セラミックス板２１と、セラミックス板２１の表側面に接合されたアルミニウム材よりなる第１導体板２２と、セラミックス板２１の裏側面に接合されアルミニウム材よりなり矩形を呈する第２導体板２３とを有している。ヒートシンク本体３は、アルミニウム材より構成されており、第２導体板２３とろう材層４を介して接合されている。

図１に示すように、ろう材層４は、第２導体板２３及びヒートシンク本体３の少なくとも一方と接合することなく周囲の接合界面４１よりも陥没した非接合部４２を有している。そして、図２より知られるように、第２導体板２３の外周端縁２３１、外周端縁２３１におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線Ｄ１及び第１分割線Ｄ１と直交する２本の第２分割線Ｄ２に沿って第２導体板２３の表面を９個の仮想領域Ｒに等分割したときに、角部に配された４個の角部仮想領域ＲＥは、それら以外の仮想領域Ｒ（ＲＣ、ＲＭ）に比べて、非接合部４２を第２導体板２３上に投影してなる非接合領域の面積比率が大きい。以下、本例の回路基板付きヒートシンク１の製造方法と共に、各部について詳説する。

まず、以下の構成を有するヒートシンク本体３、ろう材及び回路基板２を準備した。ヒートシンク本体３は、ＪＩＳ Ａ １０５０より構成されており、図１に示すように、平板状のベース部３１と、ベース部３１から立設された放熱フィン部３２とを有している。ベース部３１は、長さ１００ｍｍ、幅１００ｍｍ、厚み３ｍｍの寸法を有している。放熱フィン部３２は、多数のフィン板３２１がその厚み方向に配列されたプレートフィンである。また、放熱フィン部３２は、鍛造加工によりベース部３１と一体的に形成されている。

回路基板２におけるセラミックス板２１はＡｌＮ（窒化アルミニウム）より構成されており、ベース部３１よりも長さ及び幅の小さい正方形状を呈している。また、第１導体板２２及び第２導体板２３はＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウムより構成されており、セラミックス板２１よりも長さ及び幅の小さい正方形状を呈している。具体的には、本例において用いた第１導体板２２及び第２導体板２３の一辺は８８ｍｍである。

ろう材としては、ＪＩＳ Ａ ４０５０合金よりなるアルミニウム合金箔を用いた。ろう材の厚さは１００μｍとした。また、ろう材の表面には、予めフルオロアルミン酸カリウムを含むフラックスを塗布した。

次に、ヒートシンク本体３のベース部３１における第２導体板２３が接合される領域内に、ろうの流入を防止する接合防止剤５を塗布した。本例においては、図２に示すように、ベース部３１の長さ方向に平行な１０本の塗布線Ｌ１及び幅方向に平行な１０本の塗布線Ｌ２からなる格子状のパターンを描画した。塗布線Ｌ１及びＬ２の線幅は２．３ｍｍとし、接合防止剤５の塗布厚みは５μｍとした。また、接合防止剤５としては、酸化チタンが含まれているものを用いた。

また、本例においては、ベース部３１の中央から遠ざかるほど隣り合う塗布線Ｌ１、Ｌ２の間隔が狭くなるように塗布線Ｌ１及びＬ２を描画し、個々の角部仮想領域ＲＥ上を通過する塗布線Ｌ１及びＬ２の本数を、中央仮想領域ＲＣ（後述）上を通過する塗布線Ｌ１及びＬ２の本数よりも多くした。具体的には、図２に示すように、ベース部３１の中央部において隣り合う塗布線Ｌ１、Ｌ２の間隔ｄ１を１７．７ｍｍとし、中央部から外方に向かうにつれて、隣り合う塗布線Ｌ１、Ｌ２の間隔ｄ２が７．７ｍｍ、間隔ｄ３が２．７ｍｍとなるように段階的に塗布線Ｌ１、Ｌ２の間隔を狭くした。その結果、個々の角部仮想領域ＲＥ上に塗布線Ｌ１及び塗布線Ｌ２が４本ずつ通過し、中央仮想領域ＲＣ上に塗布線Ｌ１及び塗布線Ｌ２が２本ずつ通過した塗布パターンを描画した。

接合防止剤５を図２に示すように塗布した後、ベース部３１上にろう材を積載し、次いで、第２導体板２３とろう材とが当接するようにしてろう材上に回路基板２を積載した。その後、これらを加熱してろう付を行い、回路基板付きヒートシンク１を得た。

ろう付作業において溶融したろうは、ろう材層４の厚み方向から見て第２導体板２３と略同一の形状に濡れ広がり、略矩形を呈するろう材層４となった。また、ベース部３１における接合防止剤５が塗布された部分には、ろう材層４により被覆されない非接合部４２が形成された。なお、図１に示すように、非接合部４２の陥没深さは０．１ｍｍ未満であり、第２導体板２３とろう材層４との間には非接合部４２は形成されなかった。

非接合部４２を第２導体板２３上に投影してなる非接合領域の形状は、図２に示す接合防止剤５の塗布パターンと同一形状となった。第２導体板２３上に投影した非接合領域の面積比率は、接合防止剤５の塗布面積と同じく４５．４％であった。

また、第２導体板２３の外周端縁２３１、外周端縁２３１における長さ方向に延びる辺に平行な２本の第１分割線Ｄ１及び第１分割線Ｄ１と直交する２本の第２分割線Ｄ２に沿って、第２導体板２３の表面を９個の仮想領域Ｒに等分割したときに、角部に配された４個の角部仮想領域ＲＥは、それら以外の仮想領域Ｒ（ＲＣ、ＲＭ）に比べて、非接合領域の面積比率が大きくなった。具体的には、角部仮想領域ＲＥ内に存在する非接合領域の面積比率は５２．９％であった。また、９個の仮想領域Ｒのうち、中央に配された中央仮想領域ＲＣ内に存在する非接合領域の面積比率は、２８．８％であった。また、角部仮想領域ＲＥ及び中央仮想領域ＲＣを除く５個の仮想領域ＲＭ内に存在する非接合領域の面積比率は、４２．１％であった。

以上により得られた回路基板付きヒートシンク１の放熱フィン部３２に、水とエチレングリコールとを５０体積％ずつ含む６０℃の冷却媒体を流速０．９６ｍ／ｓで接触させた。この状態において、第１導体板２２と同じ寸法を有する７００Ｗの熱源を第１導体板２２に負荷し、定常状態に到達させた。定常状態における第１導体板２２の表面の最高温度は９３℃であった。また、定常状態に到達した時点から６時間経過後、熱源を取り除いて回路基板付きヒートシンク１を冷却した。その後、超音波探傷法を用いてセラミックス板２１におけるクラック等の有無を確認したところ、クラック等の発生はみられなかった。

次に、本例の作用効果を説明する。回路基板付きヒートシンク１は、ろう材層４の一部に、ベース部３１と接合することなく周囲の接合界面４１よりも陥没した非接合部４２を有している。そのため、セラミックス板２１に加わる熱応力を緩和する効果を確実に得ることができる。

また、図２より知られるように、回路基板付きヒートシンク１は、ろう材層４の角部近傍に、より多くの非接合部４２を有している。そのため、セラミックス板２１に加わる熱応力を効果的に緩和することができるとともに、放熱性能の悪化を抑制することができる。

また、回路基板付きヒートシンク１は、９個の仮想領域Ｒのうち中央に配された中央仮想領域ＲＣに存在する非接合部４２の面積比率が、それ以外の仮想領域Ｒ（ＲＥ、ＲＭ）に面する非接合部４２の面積比率よりも小さい。即ち、回路基板付きヒートシンク１は、回路基板２の中央部近傍において、ろう材層４との接合界面４１の面積比率が大きくなるように構成されている。上述したように、回路基板２は、半導体素子が作動している間、中央部に近づくほど温度が高くなる傾向を有する。それ故、中央仮想領域ＲＣに存在する非接合部４２の面積比率を小さくすることにより、放熱性能をより高めることができる。

以上の結果、回路基板付きヒートシンク１は、従来と同等以上の放熱性能を確保しつつ、セラミックス板２１における反りやクラックの発生を抑制することができる。それ故、回路基板付きヒートシンク１は、優れた放熱性能及び耐久性を有する。

（実施例２）
本例は、クラッド板材からなるヒートシンク本体３ｂを用いた回路基板付きヒートシンク１ｂの例である。本例のヒートシンク本体３ｂにおけるベース部３１ｂは、ＪＩＳ Ａ ６０００系アルミニウム合金（図３、符号Ａ）上にＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウム（図３、符号Ｂ）がクラッドされたクラッド板より構成されている。図３に示すように、ベース部３１ｂの回路基板２側には、１０００系アルミニウムが配されている。なお、ベース部３１ｂの回路基板２と反対側には、６０００系アルミニウム合金よりなる放熱フィン部３２が立設されている。

ベース部３１ｂにおける６０００系アルミニウム合金の厚みは１．９ｍｍであり、１０００系アルミニウムの厚みは１．１ｍｍであり、ベース部３１ｂ全体の厚みに対する１０００系アルミニウムのクラッド率は３６．７％である。このような構成を有するヒートシンク本体３ｂは、例えば、６０００系アルミニウム合金上に１０００系アルミニウムがクラッドされたクラッド板を鍛造することにより作製できる。

その他は実施例１と同様である。図３において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例のように、ヒートシンク本体３ｂに６０００系アルミニウム合金と１０００系アルミニウムとのクラッド板を用いることにより、上述したようにセラミックス板２１に加わる熱応力を低減することができると共に、ヒートシンク本体３ｂの反りを抑制することができる。また、６０００系アルミニウム合金と１０００系アルミニウムとがクラッド接合されているため、例えばこれらの合金をろう付した板材を用いる場合等に比べて両者が強固に接合されている。それ故、本例のヒートシンク本体３ｂを有する回路基板付きヒートシンク１ｂは、優れた信頼性を有する。その他、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（比較例）
本例は、実施例１において接合防止剤５の塗布パターンを変更した例である。本例においては、図４に示すように、ベース部３１上に、ベース部３１の長さ方向に平行な９本の塗布線Ｌ１及び幅方向に平行な９本の塗布線Ｌ２からなる格子状のパターンを描画した。

本例においては、隣り合う塗布線Ｌ１及びＬ２の間隔が一定となるように接合防止剤５を塗布し、全ての仮想領域Ｒ上に、３本ずつの塗布線Ｌ１及びＬ２が通過するように塗布パターンを描画した。具体的には、隣り合う塗布線Ｌ１、Ｌ２の間隔ｄ４が全て７．７ｍｍとなるように描画した。塗布線Ｌ１及びＬ２の線幅は２．３ｍｍとし、接合防止剤５の塗布厚みは５μｍとした。また、接合防止剤５としては、酸化チタンが含まれているものを用いた。

接合防止剤５の塗布パターンを変更した以外は、実施例１と同様にして回路基板付きヒートシンクを作製した。得られた回路基板付きヒートシンクにおける非接合部４２は、実施例１と同様に、ベース部３１における接合防止剤５が塗布された部分に形成された。

また、非接合部４２を第２導体板２３上に投影してなる非接合領域の形状は、図４に示す接合防止剤５の塗布パターンと同一形状となった。第２導体板２３上に投影した非接合領域の面積比率は、接合防止剤５の塗布面積と同じく４１．５％であった。

また、第２導体板２３の外周端縁２３１、外周端縁２３１における長さ方向に延びる辺に平行な２本の第１分割線Ｄ１及び第１分割線Ｄ１と直交する２本の第２分割線Ｄ２に沿って、第２導体板２３の表面を９個の仮想領域Ｒに等分割したところ、全ての仮想領域Ｒにおいて、領域内に存在する非接合領域の面積比率は４１．５％となった。その他は実施例１と同様である。なお、図４において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明のない限り実施例１と同様の構成要素等を表す。

実施例１と同様に、本例の回路基板付きヒートシンクにおける放熱フィン部３２に水とエチレングリコールとを５０体積％ずつ含む６０℃の冷却媒体を流速０．９６ｍ／ｓで接触させた。この状態において、第１導体板２２と同じ寸法を有する７００Ｗの熱源を第１導体板２２に負荷し、定常状態に到達させた。定常状態における第１導体板２２の表面の最高温度は９７℃であった。また、定常状態に到達した時点から６時間経過後、熱源を取り除いて回路基板付きヒートシンクを冷却した。その後、超音波探傷法を用いてセラミックス板２１におけるクラック等の有無を確認したところ、クラック等の発生はみられなかった。

このように、比較例の回路基板付きヒートシンクは、実施例１に比べて非接合部４２の総面積が小さくなっているにも関わらず、実施例１よりも放熱性能が悪化した。この結果から、比較例の塗布パターンを用いて実施例１と同様の放熱性能を達成するためには、非接合部４２の面積比率をより小さくする必要があることが理解できる。一方、非接合部４２の面積比率を小さくするとセラミックス板２１にかかる熱応力を低減する効果が不十分となるおそれがあり、クラック等がより発生しやすくなると考えられる。

１ 回路基板付きヒートシンク
２ 回路基板
２１ セラミックス板
２２ 第１導体板
２３ 第２導体板
２３１ 第２導体板の外周端縁
３ ヒートシンク本体
４ ろう材層
４１ 接合界面
４２ 非接合部
Ｄ１ 第１分割線
Ｄ２ 第２分割線
Ｒ 仮想領域
ＲＥ 角部仮想領域

Claims (7)

1. セラミックス板と、該セラミックス板の表側面に接合されたアルミニウム材よりなる第１導体板と、上記セラミックス板の裏側面に接合されアルミニウム材よりなり矩形を呈する第２導体板とを有する回路基板と、
   アルミニウム材よりなり上記第２導体板とろう材層を介して接合されたヒートシンク本体とを有しており、
   上記ろう材層は、上記第２導体板及び上記ヒートシンク本体の少なくとも一方と接合することなく周囲の接合界面よりも陥没した非接合部を有し、
   上記第２導体板の外周端縁、該外周端縁におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線及び該第１分割線と直交する２本の第２分割線に沿って上記第２導体板の表面を９個の仮想領域に等分割したときに、角部に配された４個の角部仮想領域は、それら以外の上記仮想領域に比べて、上記非接合部を上記第２導体板上に投影してなる非接合領域の面積比率が大きいことを特徴とする回路基板付きヒートシンク。
2. 上記９個の仮想領域のうち中央に配された中央仮想領域は、それ以外の上記仮想領域に比べて、上記非接合領域の面積比率が小さいことを特徴とする請求項１に記載の回路基板付きヒートシンク。
3. 上記非接合部の陥没深さは０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の回路基板付きヒートシンク。
4. 上記ヒートシンク本体は上記回路基板が接合される平板状のベース部を有しており、該ベース部は、ＪＩＳ Ａ ６０００系アルミニウム合金またはＪＩＳ Ａ ３０００系アルミニウム合金のいずれかにＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウムがクラッドされたクラッド板よりなり、上記回路基板側にＪＩＳ Ａ １０００系アルミニウムが配されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンクの製造方法であって、
   ろうの流入を防止する接合防止剤を上記ヒートシンク本体または上記第２導体板の少なくとも一方に予め塗布し、
   次いで、上記ヒートシンク本体上にろう材及び上記回路基板を搭載し、
   その後、上記ヒートシンク本体、上記ろう材及び上記回路基板を加熱してろう付を行い、上記ろう材層を介して上記ヒートシンク本体と上記回路基板とを接合させると共に、該ろう材層における上記接合防止剤上に上記非接合部を形成することを特徴とする回路基板付きヒートシンクの製造方法。
6. 上記接合防止剤は、酸化チタンを含んでいることを特徴とする請求項５に記載の回路基板付きヒートシンクの製造方法。
7. 上記ろう付は、フラックスを用いずに行うことを特徴とする請求項５または６に記載の回路基板付きヒートシンクの製造方法。

Images