JP2020113686A - ヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法及びヒートシンク付き絶縁回路基板 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係るLEDモジュール40は、図1に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板1にLED素子30を装着することにより構成される。このようなLEDモジュール40は、筐体(図示省略)に取り付けられることにより構成され、例えば、自動車のヘッドランプ等に用いられる。
このヒートシンク付き絶縁回路基板1は、絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されたものである。具体的には、絶縁回路基板10は、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板10の上面には、図1に示すように、1つのLED素子30が搭載され、LEDモジュール40となる。なお、本実施形態では、LED素子30が設けられているが、これに限らず、例えば、半導体を備えた電子部品であり、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、FWD(Free Wheeling Diode)等の種々の半導体素子が選択される。
絶縁回路基板10は、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面に形成された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面に形成された金属層13とを備える。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13の間の電気的接続を防止する絶縁材であって、例えば窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si3N4)、アルミナ(Al2O3)等により形成され、その板厚は0.2mm〜1.2mmである。
この回路層12の凸状表面121の中心部に位置する実装面122は、平面視で矩形状に形成され、平坦面により構成されている。例えば、実装面122は、13mm角の矩形状に形成され、その反り量が10μm以下に設定されている。なお、実装面122のサイズは、13mm角の矩形状としたが、これに限らず、例えば50mm角の矩形状等であってもよい。この場合も、反り量は10μm以下に設定される。すなわち、実装面122のサイズにかかわらず、反り量は、10μm以下に設定されることが好ましい。
この絶縁回路基板10に接合されるヒートシンク20は、A6063系等のアルミニウム合金を鍛造により成形することにより形成される。このヒートシンク20の上面に絶縁回路基板10の金属層13が、Al−Si−Mg系のろう材を介して積層され、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されて、ヒートシンク付き絶縁回路基板1となる。
なお、本実施形態では、ヒートシンク付き絶縁回路基板1全体が回路層12側に凸状に反っている。すなわち、ヒートシンク20の絶縁回路基板10とは反対側の面は、凸曲面状に形成されている。
このようなヒートシンク付き絶縁回路基板1は、絶縁回路基板10のセラミックス基板11の回路層12とは反対側の面にヒートシンク20を接合する接合工程と、接合工程後に回路層12の凸状表面121を研磨してその中心部に平坦な実装面122を形成する研磨工程と、を備えている。
接合工程では、図2(a)に示すように、セラミックス基板11の一方の面に回路層12が接合され、他方の面に金属層13が接合された絶縁回路基板10の金属層13にヒートシンク20を接合する。具体的には、ヒートシンク20の上面にAl−Si−Mg系のろう材を塗布し、その上に絶縁回路基板10の金属層13が位置するように積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板10にヒートシンク20が接合されて、ヒートシンク付き絶縁回路基板1となる。
なお、接合工程では、絶縁回路基板10及びヒートシンク20を加圧して加熱する際には、反っておらず平坦状であるが、接合後、これらの温度が低下し常温となった際には、図2(b)に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板1全体が回路層12側に凸状に沿った形状となる。
接合工程後、ヒートシンク付き絶縁回路基板1が常温となった後、図2(c)に示すように、回路層12の凸状表面の少なくとも中心部を研磨して平坦な実装面を形成する研磨工程を実行する。この研磨工程では、回路層12の中心部を研磨紙や研磨布により研磨する。例えば、200番〜4000番のエメリー紙により、加圧力0N以上5N以下で湿式研磨する。これにより、実装面122の反り量を10μm以下とする。この際、エメリー紙が200番未満であるとエメリー紙が粗すぎて実装面122を均一に平坦とすることが難しく、4000番を超えるとエメリー紙が細かすぎて実装面122を平坦とするのに時間がかかる。また、エメリー紙を押圧する加圧力が5Nを超えると、その加圧力が大き過ぎるので、実装面122を均一に平坦とすることが難しい。また、本実施形態では、湿式研磨により回路層12を研磨するので、回路層12を冷却しながら研磨及び加工でき、エメリー紙と回路層12との双方の焼けを防止できる。
例えば、上記実施形態では、回路層12の実装面122には、LED素子30を搭載することとしたが、これに限らず、その他の電子部品を搭載してもよい。すなわち、本発明は、LEDモジュールに限らず、パワーモジュール等にも適用できる。
このようにして製造された実施例1及び比較例1のLEDモジュールについて、全光量に対する直進した光量の比率(光量比)を評価した。
実装面の反り量は、回路層の上面における外周部の内側に位置する実装面(13mm×13mm)を測定面とし、AkroMetrix社製Thermoire PS200を用い、測定面のプロファイルから最小二乗面を求め、その最小二乗面を基準として、最高点と最低点の差分を反り量として測定した。
光量比は、全光量に対する直進した光量の比率であり、照度計(アズワン社製LM331)を用いて、測定した。具体的には、LED光源の先端から照度計の検出部までの距離を1000mmとし、LED光源の直径を10mm、検出部の直径も10mmとした。この条件下において、LED光源の全光量に対するLED光源から直進した光(検出部により検出された光)の光量の比率を算出した。結果を表1に示す。
10 絶縁回路基板
11 セラミックス基板
12 12A 回路層
121 凸状表面
122 実装面
13 金属層
14 第一回路層
15 第二回路層
20 ヒートシンク
30 LED素子
40 LEDモジュール
Claims (2)
- セラミックス基板の一方の面に回路層が接合された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクを接合する接合工程と、
前記接合工程後に前記回路層の凸状表面の少なくとも中心部を研磨して平坦な実装面を形成する研磨工程と、を備えることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の製造方法。 - セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面にヒートシンクが配置されたヒートシンク付き絶縁回路基板であって、
前記回路層の凸状表面の少なくとも中心部に平坦な実装面が形成され、かつ、前記ヒートシンクの前記絶縁回路基板と反対側の面は、凸曲面状に形成されていることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板。
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WO2022064599A1 (ja) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および電力変換装置 |
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