JP2016207799A

JP2016207799A - 冷却基板

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Publication number: JP2016207799A
Application number: JP2015086649A
Authority: JP
Inventors: 南　和彦; Kazuhiko Minami; 和彦南
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-21
Also published as: JP6544983B2

Abstract

【課題】搭載面の重心に発熱素子が配置されない場合でも発熱素子への冷却性能が高い冷却基板を提供すること。
【解決手段】冷却基板８は、発熱素子10A、10Bが搭載される搭載面8aと、複数の冷却基板構成板が上下方向に積層されて接合一体化されてなる積層体とを具備する。搭載面8aは積層体の上面1aからなる。複数の構成板は、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる第１構成板１を含んでいる。第１構成板１の最大熱伝導方向Ｍは、積層体の平面視において、搭載面8aにおける発熱素子10A、10Bの発熱中心Ｈから第１構成板１の上面1aの重心Ｃへ向かう方向Ｄと揃うように設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子素子等の発熱素子を冷却する冷却基板に関する。

本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に明示する場合を除き、純アルミニウムとアルミニウム合金との双方を含む意味で用いられ、また「板」の語は、特に明示する場合を除き、「箔」をも含む意味で用いられる。

また、本発明に係る冷却基板の上下方向は限定されるものではないが、冷却基板の構成を理解し易くするため、本明細書及び特許請求の範囲では、複数の冷却基板構成板の積層方向を冷却基板の上下方向、発熱素子が搭載される搭載面側を冷却基板の上側、及び、その反対側を冷却基板の下側とそれぞれ定義する。

金属と炭素粒子との複合材として、例えば特許文献１（特許第５１５０９０５号公報）や特許文献２（特許第５１４５５９１号公報）に記載されているように、アルミニウム層等の金属層と炭素粒子層としての炭素繊維層とが交互に複数積層されて接合一体化されたものが知られている。この種の複合材は、高い熱伝導性が必要な部材用の材料としての利用が期待されている。

ところで、発熱素子が搭載される搭載面を有する冷却基板は、複数の冷却基板構成板（例：配線板、絶縁板、緩衝板、冷却板）が上下方向に積層されて接合一体化されてなる積層体を具備している。搭載面は積層体の上面からなる。冷却板（冷却器、放熱部材及びヒートスプレッダを含む）は発熱素子を冷却するものであり、積層体の下部に配置されている。

特許５１５０９０５号公報特許５１４５５９１号公報

上述の冷却基板の搭載面には、発熱素子をはじめその他にワイヤーボンディングに必要な部品が配置されることが多い。そのため、発熱素子は常に搭載面の重心（搭載面の図心）に配置されるとは限らない。

さらに、冷却基板には、発熱素子への冷却性能を高めるため一般に高い熱伝導性（即ち高い熱伝導率）が要求される。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、搭載面の重心に発熱素子が配置されない場合でも高い冷却性能を有する冷却基板を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］複数の冷却基板構成板が上下方向に積層されて接合一体化されてなる積層体と、前記積層体の上面からなり且つ発熱素子が搭載される搭載面と、を具備し、
前記複数の構成板は、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる第１構成板を含んでおり、
前記第１構成板の最大熱伝導方向が、前記積層体の平面視において、前記搭載面における前記発熱素子の発熱中心から前記第１構成板の上面の重心へ向かう方向と揃うように設定されている冷却基板。

［２］前記第１構成板は配線板であり、
前記搭載面は、前記積層体の前記配線板の上面からなる前項１記載の冷却基板。

［３］前記第１構成板の最大熱伝導方向が、前記搭載面における前記発熱素子の発熱中心から前記第１構成板の上面の重心へ向かう方向に対して下方向に傾斜するように設定されている前項１又は２記載の冷却基板。

本発明は以下の効果を奏する。

前項［１］では、複数の構成板がアルミニウムと炭素粒子との複合材からなる第１構成板を含むことにより、冷却基板の熱伝導率が向上する。

さらに、第１構成板の最大熱伝導方向が、積層体の平面視において、冷却基板の搭載面における発熱素子の発熱中心から第１構成板の上面の重心へ向かう方向と揃うように設定されることにより、発熱素子が搭載面の重心に配置されない場合でも発熱素子に対する冷却基板の冷却性能が向上する。

前項［２］では、第１構成板は配線板であり、搭載面は積層体の配線板の上面からなることにより、発熱素子に対する冷却基板の冷却性能が更に向上する。

前項［３］では、第１構成板の最大熱伝導方向が、搭載面における発熱素子の発熱中心から第１構成板の上面の重心へ向かう方向に対して下方向に傾斜するように設定されることにより、発熱素子に対する冷却基板の冷却性能が更に一層向上する。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷却基板の概略断面図である。図２は、同冷却基板の搭載面の平面図である。図３は、同冷却基板の配線層を中心とした概略断面図である。図４は、配線層を形成する複合材の押出素材の斜視図である。図５は、実施例１及び２の冷却基板の配線板の搭載面の平面図である。図６は、実施例２の冷却基板の配線板を中心とした概略断面図である。図７は、比較例２の冷却基板の配線板を中心とした概略断面図である。図８は、比較例２の配線板を形成する複合材の押出素材の斜視図である。

次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

本発明の一実施形態に係る冷却基板８は、図１〜３に示すように、電子モジュール用基板（例：パワーモジュール用基板）等として用いられるものであり、複数の冷却基板構成板１〜４が上下方向に積層されて接合一体化されることで形成された積層体５と、発熱素子１０Ａ、１０Ｂが搭載される搭載面８ａとを具備している。

複数の構成板１〜４は、配線板１、絶縁板２、緩衝板３及び冷却板４を含んでいる。そして、上から下へ順に配線板１、絶縁板２、緩衝板３及び冷却板４が積層状に配置されるとともに、これらが所定の接合手段により接合一体化されている。接合手段は限定されるものではなく、ろう付け、クラッド圧延、焼結（例：放電プラズマ焼結）等が用いられる。

配線板１は、冷却基板８の配線層を形成するものであり、配線層は回路層とも呼ばれている。配線板１の上面１ａ及び下面はそれぞれ平坦状に形成されるとともに水平に配置されている。冷却基板８の搭載面８ａは配線板１の上面１ａから形成されている。

絶縁板２は、冷却基板８の絶縁層を形成するものであり、電気絶縁性を有しており、具体的には、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）、Ａｌ_２０_３（アルミナ）等のセラミック製である。絶縁板２の上面及び下面はそれぞれ平坦状に形成されるとともに水平に配置されている。そして、絶縁板２の上面が配線板１の下面全体に面接触した状態にして絶縁板２が配線板１の下面に接合されている。

緩衝板３は、冷却基板８の緩衝層を形成するものである。緩衝層は、冷却基板８に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。緩衝板３はアルミニウム等の金属製であり、例えば、厚さ方向に貫通した複数の貫通孔（図示せず）を有するパンチングメタルで形成される。緩衝板３の上面及び下面はそれぞれ平坦状に形成されるとともに水平に配置されている。そして、緩衝板３の上面全体が絶縁板２の下面に面接触した状態にして緩衝板３が絶縁板２の下面に接合されている。

冷却板４は、発熱素子１０Ａ、１０Ｂの動作に伴い発熱する発熱素子１０Ａ、１０Ｂを冷却するためのものであり、積層体５の下部（詳述すると積層体５の最下部）に配置されている。冷却板４の上面及び下面はそれぞれ平坦状に形成されるとともに水平に配置されている。そして、冷却板４の上面が緩衝板３の下面全面に面接触した状態にして冷却板４が緩衝板３の下面に接合されている。

本実施形態では、冷却板４として、冷却液等の冷却流体が流通する複数の流通路４ａを内部に有する板状の冷却器が用いられている。なお本発明では、冷却板４は上述のような冷却器であることに限定されるものではなく、その他に例えば板状の放熱部材やヒートスプレッダであっても良い。

配線板１、絶縁板２、緩衝板３及び冷却板４の平面視形状は限定されるものではなく、本実施形態では例えば方形状である（図２参照）。

発熱素子１０Ａ、１０Ｂは、半導体素子等の電子素子（例：ＩＧＢＴ素子）を含むものである。半導体素子としては、Ｓｉ半導体素子、ＳｉＣ半導体素子、ＧａＮ半導体素子等が挙示される。

そして、発熱素子１０Ａ、１０Ｂは、搭載面８ａにおける所定箇所に配置されて接合手段として例えばワイヤーボンディングによりはんだ層１１を介して接合され、これにより発熱素子１０Ａ、１０Ｂが搭載面８ａに搭載される。

なお本発明では、発熱素子１０Ａ、１０Ｂの搭載面８ａへの接合手段は、ワイヤーボンディング等のはんだ付けであることに限定されるものではなく、その他に例えばナノ粒子を用いた焼結であっても良い。

配線板１の搭載面８ａ（上面１ａ）及びその外周側面には、搭載面８ａにおけるはんだ付け性を高めるためニッケル−リンめっき膜等のニッケルめっき膜６（その厚さ：２〜２０μｍ）が、公知のニッケルめっき方法（例：電気ニッケルめっき法、無電解ニッケルめっき法）により薄く形成されている。

配線板１の厚さは限定されるものではないが、特に０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。

冷却基板８において、配線板１の搭載面８ａの重心（搭載面８ａの図心）Ｃとその下面の重心と絶縁板２の上面の重心とその下面の重心と緩衝板３の上面の重心とその下面の重心と冷却板４の上面の重心とは、冷却基板８（積層体５）の平面視（即ち、搭載面８ａに垂直な方向からの上面視）において略一致している。

冷却基板８では、発熱素子１０Ａ、１０Ｂで発生した熱は、発熱素子１０Ａ、１０Ｂから配線板１、絶縁板２、緩衝板３及び冷却板４に順次伝導する。その結果、発熱素子１０Ａ、１０Ｂが冷却されて発熱素子１０Ａ、１０Ｂの温度が低下する。

本実施形態の冷却基板８において、配線板１は、アルミニウム９ａと炭素粒子９ｂとの複合材９からなるものである。すなわち、配線板１が「第１構成板」に相当している。

複合材９としては限定されるものではなく、例えば、溶湯撹拌法により製造された複合材、粉末焼結法により製造された複合材、塗工＋焼結法により製造された複合材、粉末押出法により製造された複合材が用いられ、特に、熱伝導率について配向性を有する複合材が好適に用いられる。具体的には、最大熱伝導方向（即ち、最も大きな熱伝導率の方向）の熱伝導率が当該最大熱伝導方向に垂直な方向の熱伝導率に対して１０％以上大きい複合材が特に好適に用いられる。

溶湯撹拌法とは、溶融したアルミニウム（即ちアルミニウム溶湯）に炭素粒子としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）を入れて撹拌混合し冷却凝固させる方法である。

塗工＋焼結法とは、アルミニウム板上に炭素粒子としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）を塗工して得られた塗工板を複数積層して焼結一体化する方法である。

粉末押出法とは、アルミニウム粉末と炭素粒子としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）とを混合して押出加工する方法である。

粉末焼結法とは、アルミニウム粉末と炭素粒子としての炭素粉末（例：炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粉末）とを混合して加圧焼結する方法である。

特に、複合材９は、炭素粒子９ｂとして炭素繊維を用いた塗工＋焼結法により製造されたもの、粉末押出法により製造されたもの、及び、粉末焼結法により製造されたものであることが望ましい。その理由は次のとおりである。

すなわち、複合材９を塗工＋焼結法により製造する場合には、炭素繊維をアルミニウム板上に塗工する際に及び塗工板を複数積層する際に炭素繊維を特定の方向に揃えることができるので、熱伝導率について大きな配向性を有する複合材９を得ることができるし、複合材９の最大熱伝導方向の設定を容易に行うことができる。

複合材９を粉末押出法により製造する場合には、一般に押出方向が複合材９の最大熱伝導方向になるので、熱伝導率について大きな配向性を有する複合材９を得ることができるし、複合材９の最大熱伝導方向の設定を容易に行うことができる。

複合材９を粉末焼結法により製造する場合には、アルミニウム粉末と炭素粉末との混合物への加圧方向に対して垂直な方向が一般に複合材９の最大熱伝導方向になるので、熱伝導率について大きな配向性を有する複合材９を得ることができるし、複合材９の最大熱伝導方向の設定を容易に行うことができる。

アルミニウム９ａの種類は限定されるものではなく、高純度アルミニウム（例：その純度３Ｎ、４Ｎ、５Ｎ）、ＪＩＳ（日本工業規格）のアルミニウム合金記号Ａ１０００系（純アルミニウム）、Ａ３０００系、Ａ６０００系などのアルミニウムが用いられる。

炭素粒子９ｂの種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものであることが、冷却基板８の冷却性能を向上させ得る点等で望ましい。特に、炭素粒子９ｂは、炭素繊維（例：ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維）、カーボンナノチューブ（例：単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維）、グラフェン（例：単層グラフェン、多層グラフェン）、天然黒鉛粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）及び人造黒鉛粒子（例：異方性黒鉛粒子、等方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子）からなる群より選択される少なくとも一種であることが望ましく、更に、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン及び天然黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることがより望ましい。

炭素粒子９ｂの大きさは限定されるものではないが、炭素粒子９ｂが炭素繊維である場合、平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子９ｂがカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。炭素粒子９ｂが天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が特に好適に用いられる。

次に、配線板１の最大熱伝導方向について図２及び３を参照して以下に説明する。なお、図２には、本発明を理解し易くするためニッケルめっき膜６は図示されていない。

図２において、Ｘ方向は配線板１の搭載面８ａ（配線板１の上面１ａ）の横方向、Ｙ方向は搭載面８ａの縦方向をそれぞれ示しており、Ｘ方向及びＹ方向は互いに垂直である。「Ｃ」は搭載面８ａの重心（搭載面８ａの図心）である。「Ｍ」は配線板１の最大熱伝導方向である。「ｈ_１」は搭載面８ａにおける右側の発熱素子１０Ａの配置部の中心（配置部の図心）であり、「ｈ_２」は搭載面８ａにおける左側の発熱素子１０Ｂの配置部の中心（配置部の図心）である。

本実施形態の冷却基板８では、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、図２に示すように積層体５の平面視において、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄと揃うように設定されている。

ここで、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈは次のように定義される。

搭載面８ａに搭載される発熱素子の数が一つである場合（当該発熱素子を例えば図２中の右側の発熱素子１０Ａとして説明すると）、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａの配置部の中心ｈ_１が一般に最も高温になるので、発熱素子１０Ａの発熱中心Ｈとは、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａの配置部の中心ｈ_１と定義する。

搭載面８ａに搭載される発熱素子の数が複数である場合、各発熱素子の発熱量及び配置位置を考慮すべく、発熱素子の発熱中心Ｈとは、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱重心と定義する。

すなわち、搭載面８ａにおける発熱素子の発熱中心ＨのＸ座標及びＹ座標をそれぞれＨｘ及びＨｙとし、発熱素子の数をｎとし、１〜ｎ番までの各発熱素子の発熱量をＱ_１〜Ｑ_ｎとし、搭載面８ａにおける１〜ｎ番までの各発熱素子の配置部の中心のＸ座標をｘ_１〜ｘ_ｎとし、搭載面８ａにおける１〜ｎ番までの各発熱素子の配置部の中心のＹ座標をｙ_１〜ｙ_ｎとするとき、搭載面８ａにおける発熱素子の発熱中心ＨのＸ座標Ｈｘ及びＹ座標Ｈｙはそれぞれ次式（１Ｘ）及び（１Ｙ）で算出される。

Ｈｘ＝（ｘ_１Ｑ_１＋ｘ_２Ｑ_２＋…＋ｘ_ｎＱ_ｎ）／（Ｑ_１＋Ｑ_２＋…＋Ｑ_ｎ） …式（１Ｘ）
Ｈｙ＝（ｙ_１Ｑ_１＋ｙ_２Ｑ_２＋…＋ｙ_ｎＱ_ｎ）／（Ｑ_１＋Ｑ_２＋…＋Ｑ_ｎ） …式（１Ｙ）。

さらに、本実施形態の冷却基板８では、図３に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、平面視において搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄに対して、下方向に傾斜するように（即ち冷却板４に接近するように）設定されている。

本実施形態の冷却基板８には次の利点がある。

配線板１がアルミニウム９ａと炭素粒子９ｂとの複合材９からなるので、冷却基板８の熱伝導率が向上する。さらに、配線板１の最大熱伝導方向Ｍが、図２に示すように積層体５の平面視において、冷却基板８の搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄと揃うように設定されているので、発熱素子１０Ａ、１０Ｂが搭載面８ａの重心Ｃに配置される場合はもとより発熱素子１０Ａ、１０Ｂが搭載面８ａの重心Ｃに配置されない場合でも、発熱素子１０Ａ、１０Ｂに対する冷却基板８の冷却性能が向上する。すなわち、冷却基板８は発熱素子１０Ａ、１０Ｂに対して高い冷却性能を有している。

特に、積層体５の平面視において、配線板１の最大熱伝導方向Ｍと搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄとの間の角度差αが４５°以下であることが望ましい。この場合には、発熱素子１０Ａ、１０Ｂに対する冷却基板８の冷却性能が確実に向上する。更に望ましい角度差αは２５°以下である。

さらに、配線板１は複数の構成板１〜４のうち最も発熱素子１０Ａ、１０Ｂに近い構成板であるので、配線板１がアルミニウム９ａと炭素粒子９ｂとの複合材９からなることにより、発熱素子１０Ａ、１０Ｂに対する冷却基板８の冷却性能が更に向上する。

さらに、図３に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄに対して下方向に傾斜するように設定されているので、発熱素子１０Ａ、１０Ｂから冷却板４への熱伝導速度が更に向上し、これにより発熱素子１０Ａ、１０Ｂに対する冷却基板８の冷却性能が更に一層向上する。

本実施形態の冷却基板８では、配線板１は、例えば、アルミニウム粉末と炭素粉末としての炭素繊維とを用いた粉末押出法により製造された複合材からなるものであり、具体的には次のようにして製造された複合材からなる。

すなわち、図４に示すように、アルミニウム粉末と炭素繊維とを用いた粉末押出法により、押出方向Ｅに延びた棒状の複合材９の押出素材９Ａ（これを便宜上「複合押出素材９Ａ」を呼ぶ）を製造する。複合押出素材９Ａの熱伝導率は押出方向Ｅに大きく配向しており、その最大熱伝導方向Ｍは押出方向Ｅと一致している。この複合押出素材９Ａをその押出方向Ｅに対して斜め方向に且つ所定厚さで切断（その切断面Ｓ）することで切断片９ｚを得る。そして、この切断片９ｚの厚さ方向両面（即ち複合押出素材９Ａの切断面Ｓ）が配線板１の上下両面になるように配線板１を切断片９ｚで形成する。このように配線板１を複合押出素材９Ａから切り出すことにより、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは搭載面８ａと平行ではなく且つ配線板１の厚さ方向とも平行ではないものとなる。

配線板１の最大熱伝導方向Ｍの設定は、配線板１の最大熱伝導方向Ｍが所望する方向になるように複合押出素材９Ａの押出方向Ｅに対する複合押出素材９Ａの切断角θを設定することにより、行われる。したがって、配線板１の最大熱伝導方向Ｍの設定を容易に行うことができる。

なお、切断角θとは、複合押出素材９Ａの押出方向Ｅに対して複合押出素材９Ａの切断面Ｓがなす角度であり、本実施形態のように複合押出素材９Ａをその押出方向Ｅに対して斜め方向に切断する場合は、その切断角θは０°＜θ＜９０°に設定される。

以上で本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に示したものであること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内で様々に変更可能である。

上記実施形態では、配線板１がアルミニウム９ａと炭素粒子９ｂとの複合材９からなるものであるが、本発明では、その他に例えば、緩衝板３や冷却板４がアルミニウムと炭素粒子との複合材からなるものであることを排除するものではない。さらに、本発明では、上記実施形態のように冷却基板８を構成する複数の構成板１〜４のうち一つだけがアルミニウムと炭素粒子との複合材からなるものであっても良いし、更に二つ以上がアルミニウムと炭素粒子との複合材からなるものであっても良い。

次に本発明の具体的な実施例及び比較例について以下に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図５は、実施例１及び２の冷却基板８の配線板１の搭載面８ａの平面図である。図６は、実施例２の冷却基板８の配線板１を中心とした概略断面図である。図７は、比較例２の冷却基板８の配線板１を中心とした概略断面図である。図８は、比較例２の配線板１を形成する複合材９の押出素材９Ａの斜視図である。

これらの同図において、以下の実施例１〜２及び比較例１〜２を理解し易くするため、上記実施形態の冷却基板８と同等の構成要素には同じ符号が付されている。

＜実施例１＞
実施例１の冷却基板８では、図５に示すように、配線板１の搭載面８ａの形状は平面視で正方形状であり、その寸法は横３０ｍｍ×縦３０ｍｍである。配線板１の厚さは０．８ｍｍである。搭載面８ａにおけるその重心Ｃに対してＹ方向（縦方向）の片側にずれた箇所には、二つの発熱素子１０Ａ、１０Ｂが互いにＸ方向（横方向）に離間して配置されてはんだ付けにより接合されている。各発熱素子１０Ａ、１０ＢはＳｉ半導体チップであり、その形状は平面視で正方形状であり、その寸法は横１２ｍｍ×縦１２ｍｍである。さらに、両方の発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱量は互いに等しいものである。

配線板１は、塗工＋焼結法により製造された、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる。使用した炭素粒子は炭素繊維である。したがって、配線板１は熱伝導率について配向性を有している。

図５に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、積層体５の平面視において、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄと揃うように設定されており、詳述すると、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは平面視において搭載面８ａのＹ方向と略平行である。すなわち、積層体５の平面視において、配線板１の最大熱伝導方向Ｍと搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄとの間の角度差αが約０°に設定されている。さらに、配線板１の搭載面８ａのＸ方向（横方向）の熱伝導率と搭載面８ａのＹ方向（縦方向）の熱伝導率との比は１：２である。

＜比較例１＞
比較例１の冷却基板では、配線板１は熱伝導率について配向性を有しないものであり、配線板１の搭載面８ａのＸ方向の熱伝導率と搭載面８ａのＹ方向の熱伝導率との比は１：１である。比較例１の冷却基板のその他の構成及び搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの配置位置は、実施例１のそれと同じである。

＜評価＞
実施例１の冷却基板８と比較例１の冷却基板について発熱素子１０Ａ、１０Ｂを動作させてその温度を測定したところ、比較例１の冷却基板よりも実施例１の冷却基板８の方が発熱素子１０Ａ、１０Ｂの温度が低かった。したがって、実施例１の冷却基板８は高い冷却性能を有していることを確認し得た。

＜実施例２＞
実施例２の冷却基板８では、その配線板１の搭載面８ａの形状、その寸法及び配線板１の厚さは、上記実施例１と同じである。さらに、発熱素子の数、その形状、その寸法、その発熱量、及び、搭載面８ａにおける発熱素子の配置位置についても上記実施例１のそれと同じである。

本実施例２の冷却基板８では、配線板１は、上記実施形態と同じく、アルミニウム粉末と炭素繊維とを用いた粉末押出法により製造された複合材９からなるものである。したがって、配線板１は熱伝導率について配向性を有している。複合材９の押出素材９Ａの押出方向Ｅに対する複合材９の押出素材９Ａの切断角θは４５°である（図４参照）。

図５に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、積層体５の平面視において、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄと揃うように設定されており、詳述すると、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは平面視において搭載面８ａのＹ方向と略平行である。すなわち、積層体５の平面視において、配線板１の最大熱伝導方向Ｍと搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄとの間の角度差αが約０°に設定されている。

さらに、図６に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの発熱中心Ｈから搭載面８ａの重心Ｃへ向かう方向Ｄに対して斜め下方向に傾斜するように設定されている。

＜比較例２＞
比較例１の冷却基板では、配線板１は、実施例２と同様に、アルミニウム粉末と炭素繊維とを用いた粉末押出法により製造された複合材９からなるものであるが、図８に示すように、複合材９の押出素材９Ａの押出方向Ｅに対する複合材９の押出素材９Ａの切断角θは９０°である。さらに、図７に示すように、配線板１の最大熱伝導方向Ｍは、配線板１の厚さ方向即ち上下方向と平行に設定されている。比較例２の冷却基板のその他の構成及び搭載面８ａにおける発熱素子１０Ａ、１０Ｂの配置位置は実施例２のそれと同じである。

＜評価＞
実施例２の冷却基板８と比較例２の冷却基板について発熱素子１０Ａ、１０Ｂを動作させてその温度を測定したところ、比較例２の冷却基板よりも実施例２の冷却基板８の方が発熱素子１０Ａ、１０Ｂの温度が低かった。したがって、実施例２の冷却基板８は高い冷却性能を有していることを確認し得た。

本発明は、電子素子等の発熱素子を冷却する冷却基板に利用可能である。

１：配線板（第１構成板）
１ａ：配線板の上面（積層体の上面）
２：絶縁板
３：緩衝板
４：冷却板
５：積層体
８：冷却基板
８ａ：搭載面
９：複合材
９ａ：アルミニウム
９ｂ：炭素粒子
１０Ａ、１０Ｂ：発熱素子
Ｃ：搭載面の重心（第１構成板の上面の重心）
Ｈ：搭載面における発熱素子の発熱中心
Ｍ：配線板の最大熱伝導方向（第１構成板の最大熱伝導方向）

Claims

複数の冷却基板構成板が上下方向に積層されて接合一体化されてなる積層体と、前記積層体の上面からなり且つ発熱素子が搭載される搭載面と、を具備し、
前記複数の構成板は、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる第１構成板を含んでおり、
前記第１構成板の最大熱伝導方向が、前記積層体の平面視において、前記搭載面における前記発熱素子の発熱中心から前記第１構成板の上面の重心へ向かう方向と揃うように設定されている冷却基板。
前記第１構成板は配線板であり、
前記搭載面は、前記積層体の前記配線板の上面からなる請求項１記載の冷却基板。
前記第１構成板の最大熱伝導方向が、前記搭載面における前記発熱素子の発熱中心から前記第１構成板の上面の重心へ向かう方向に対して下方向に傾斜するように設定されている請求項１又は２記載の冷却基板。