JP2017117927A - 電子部品の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導率の向上と、半田接続の際の傾きを防止できる電子部品の放熱構造の提供。【解決手段】電子部品２と放熱板３とを半田４を介して接続した電子部品の放熱構造１であって、電子部品２と放熱板３との間に介在するグラファイトシート５を有し、グラファイトシート５には、半田４が充填される貫通孔５１が形成されている、という構成を採用する。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の放熱構造に関するものである。

従来から、特許文献１に示すような電子部品の放熱構造が知られている。この電子部品の放熱構造は、ヒートシンクとしての金属ベースと、セラミック基板に半導体チップを実装して上記金属ベースの上に搭載した回路組立体と、端子一体形の外囲ケースを組合せて構成したパワー半導体モジュールであり、上記セラミック基板がセラミック板の表，裏両面に金属からなる表回路板および裏板を接合した構造になり、かつ金属ベースとセラミック基板の裏板との間を半田接合したものである。

特開２００２−２０３９４２号公報

上記従来技術では、発熱する半導体チップを冷却するために、半導体チップとセラミック基板との間と、セラミック基板と金属ベースとの間をそれぞれ半田接続しているが、半田だけでは熱伝導率が悪い、という問題があった。また、上記従来技術では、半田の厚みを薄くして熱伝導率を向上させる場合、半田接続の際に部品が傾いて実装される虞があり、また、セラミック基板と金属ベースの平坦度が必要となるため、コストがかかってしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱伝導率の向上と、半田接続の際の傾きを防止できる電子部品の放熱構造の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、電子部品と放熱板とを半田を介して接続した電子部品の放熱構造であって、前記電子部品と前記放熱板との間に介在するグラファイトシートを有し、前記グラファイトシートには、前記半田が充填される貫通孔が形成されている、という構成を採用する。

本発明においては、電子部品と放熱板との間に介在するグラファイトシートに貫通孔が形成され、その貫通孔に半田が充填されているため、半田接続強度を確保しつつ、熱伝導率を向上させることができる。すなわち、グラファイトシートの熱伝導率は、半田の熱伝導率よりも高いため、電子部品の放熱性能が向上する。また、グラファイトシートに形成された貫通孔において、電子部品と放熱板とが半田を介して接続されるため、接続強度を確保することができる。また、グラファイトシートは、半田より融点が高く、半田接続する際に、電子部品と放熱板との平坦度を維持するため、半田接続の際の傾きを防止できる。さらに、グラファイトシートの厚みを所望の厚みに選定することで、放熱板に対する電子部品の半田接続高さの規定が可能となる。
このように、本発明によれば、熱伝導率の向上と、半田接続の際の傾きを防止できる電子部品の放熱構造が得られる。

本発明の実施形態における（ａ）電子部品の放熱構造を示す断面図、（ｂ）グラファイトを内包した半田を示す部分断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態における電子部品の放熱構造１を示す断面図である。
図１（ａ）に示す電子部品の放熱構造１は、電子部品２と、放熱板３と、半田４と、グラファイトシート５と、を有する。

電子部品２は、図示しないＩＧＢＴ等のパワー半導体チップが実装されたＤＣＢ（Direct Copper Bond）基板を含む。ＤＣＢ基板は、アルミナセラミックス基板２１の両面に銅層２２（銅回路）を直接接合したものである。すなわち、アルミナセラミックス基板２１と銅層２２との間に、熱抵抗となる接続層がなく、高い熱伝導率を有する。なお、電子部品２は、ＤＣＢ基板を含む構成に限定されず、ガラスエポキシ材やガラスコンポジット材等の絶縁材料からなる板状のプリント配線板を含む構成であってもよい。

放熱板３は、冷却器となる金属ベースである。放熱板３は、例えば、銅や銅合金から形成された板部材である。
半田４は、電子部品２と放熱板３とを接続するものである。半田４の熱伝導率は、例えば、５３Ｗ／ｍＫである。

グラファイトシート５は、電子部品２と放熱板３と間に介在している。グラファイトシート５の熱伝導率は、例えば、１２００〜１５００Ｗ／ｍＫである。グラファイトシート５は、平面視矩形状に形成されており、電子部品２の銅層２２と略同一の面積を有する。グラファイトシート５には、半田４が充填される貫通孔５１が形成されている。貫通孔５１は、グラファイトシート５の一方の板面５ａから他方の板面５ｂまで形成されている。

図１（ｂ）は、本発明の実施形態におけるグラファイトシート５を内包した半田４を示す部分断面斜視図である。
電子部品２と放熱板３との接続は、図１（ｂ）に示すグラファイトシート５を内包した半田４を使用する。すなわち、半田接続前は、グラファイトシート５の表面の全てが、半田４に覆われている。そして、グラファイトシート５の貫通孔５１には、半田４が充填されている。

貫通孔５１は、円形に形成されている。なお、貫通孔５１の形状は、円形に限定されず、例えば、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形、及び曲線を含む異形であってもよい。
また、貫通孔５１は、グラファイトシート５に複数形成されている。複数の貫通孔５１は、グラファイトシート５にマトリクス状に等間隔に配置されている。なお、複数の貫通孔５１の配置は、マトリクス状に限定されず、例えば、半ピッチずれた千鳥配置であってもよい。

電子部品２と放熱板３とを半田接続する場合、電子部品２と放熱板３との間に、グラファイトシート５を内包した半田４を配置する。その状態で、リフロー炉に入れ、熱を加える。熱が加わると、半田４が溶け、グラファイトシート５の板面５ａ，５ｂを覆う半田４の厚みが薄くなる。グラファイトシート５は、所定の平坦度を有する板面５ａ，５ｂを有しており、放熱板３に対する電子部品２の傾きを防止する。半田４が固まると、電子部品２と放熱板３とが、半田４によって接続される。貫通孔５１においては、電子部品２と放熱板３とが半田４を介して直接接続される（図１（ａ）参照）。

このように、本実施形態においては、電子部品２と放熱板３との間に介在するグラファイトシート５に貫通孔５１が形成され、その貫通孔５１に半田４が充填されているため、半田接続強度を確保しつつ、熱伝導率を向上させることができる。すなわち、グラファイトシート５の熱伝導率（１２００〜１５００Ｗ／ｍＫ）は、半田４の熱伝導率（５３Ｗ／ｍＫ）よりも高いため、半田４のみの場合と比べて、電子部品２の放熱性能が向上する。また、グラファイトシート５に形成された貫通孔５１において、電子部品２と放熱板３とが半田４を介して接続されるため、接続強度を確保することができる。また、グラファイトシート５は、半田４より融点が高く、半田接続する際に、電子部品２と放熱板３との平坦度を維持するため、半田接続の際の傾きを防止できる。さらに、グラファイトシート５の厚みを所望の厚みに選定することで、放熱板３に対する電子部品２の半田接続高さの規定が可能となる。

したがって、本実施形態では、電子部品２と放熱板３とを半田４を介して接続した電子部品の放熱構造１であって、電子部品２と放熱板３との間に介在するグラファイトシート５を有し、グラファイトシート５には、半田４が充填される貫通孔５１が形成されている、という構成を採用することによって、熱伝導率の向上と、半田接続の際の傾きを防止できる電子部品の放熱構造１が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、複数の貫通孔５１がグラファイトシート５に等間隔で配置される構成について説明したが、複数の貫通孔５１がグラファイトシート５に不等間隔で配置される構成を採用してもよい。

また、例えば、上記実施形態では、貫通孔５１がグラファイトシート５に複数形成されている構成について説明したが、貫通孔５１がグラファイトシート５に一つだけ形成されている構成を採用してもよい。この場合、貫通孔５１は、グラファイトシート５の中央に配置してもよい。

１…電子部品の放熱構造、２…電子部品、３…放熱板、４…半田、５…グラファイトシート、５１…貫通孔

Claims (1)

1. 電子部品と放熱板とを半田を介して接続した電子部品の放熱構造であって、
   前記電子部品と前記放熱板との間に介在するグラファイトシートを有し、
   前記グラファイトシートには、前記半田が充填される貫通孔が形成されている、ことを特徴とする電子部品の放熱構造。

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