JP3960192B2

JP3960192B2 - Radiator

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Publication number: JP3960192B2
Application number: JP2002303002A
Authority: JP
Inventors: 義幸長友; 健根岸; 敏之長瀬
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP2004140159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大電圧・大電流を制御する半導体装置に用いられる放熱体に係り、特に半導体チップ等の発熱体を搭載している被放熱体に伝わる熱を放散させるのに好適な放熱体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置としてのパワーモジュールは、一般に、半導体チップがパワーモジュール用基板に搭載され、半導体チップの熱がパワーモジュール用基板に伝達されることから、パワーモジュール用基板に伝わる熱を放熱する必要がある。
このような被放熱体としてのパワーモジュール用基板は、セラミックス材料からなる絶縁基板（セラミックス基板）に金属薄板が直接積層され、この金属薄板に可塑性多孔質金属層を介し、ヒートシンクからなる放熱体が積層接着される（例えば、特許文献１参照）。可塑性多孔質金属層は、気孔率２０〜５０％のＣｕの多孔質焼結体であって、絶縁基板が、これに搭載されている半導体チップからの熱を受けたとき、その熱変形を吸収する応力緩和層をなす構成であり、これにより、絶縁基板及び放熱体の反りや割れを防止できて、放熱体が良好な放熱作用を果たすこともできるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３３５６５２号公報（第４−１２頁、図１〜図５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものでは、被放熱体としてのパワーモジュール用基板に設けられた可塑性多孔質金属層が、絶縁基板や放熱体の熱変形を吸収するので、絶縁基板と放熱体との熱膨張係数が異なっても、絶縁基板、放熱体に反りや割れが起こるのを防止できるようにしているものの、絶縁基板と放熱体との間に可塑性多孔質金属層が介在しているので、その分だけ熱抵抗が上昇して熱伝導率が低下してしまい、そのため、放熱体の放熱効果が悪くなっていた。
【０００５】
一般に、放熱体は、被放熱体との間で互いに熱膨張係数の異なる材質で構成する場合、両者の熱膨張係数の差による反りを防ぐためには、両者の熱膨張係数を合わせることが容易に考えられる。その場合、熱膨張係数の低い方（被放熱体）に合わせることとなるが、そうすると、反りを低減できる反面、その分だけ熱伝達率が低下して放熱効果の低下をきたしてしまい、反り対策と良好な熱伝導との双方を兼ね備えたものの要請に応えることができない問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、被放熱体との間で熱膨張係数差があっても、これに拘わることなく反りを低減することができると共に、熱伝導率が低下するのも抑制することができる放熱体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、被放熱体の熱を放熱させる放熱体において、前記放熱体は、放熱体本体に該放熱体本体の熱膨張係数より低い材質からなる低熱膨張材を積層して構成され、該低熱膨張材の被放熱体と対応する領域に、放熱体側の熱膨張係数と被放熱体側の熱膨張係数との差に基づき、段差部を設けることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る放熱体によれば、被放熱体と放熱体との膨張係数に差があっても、放熱体内における低熱膨張材の被放熱体と対応する領域に双方の熱膨張係数の差に基づいて設けられた段差部により、熱膨張係数の差を緩和することで反りを抑制でき、また、低熱膨張材が金属であってかつ相応の熱伝導率を有していることから、被放熱体からの発熱が、放熱体を介して外部に放熱される結果、熱伝導率が低下するのを抑制することもできる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の放熱体において、前記段差部は、放熱体において、被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より小さいとき、低熱膨張材の前記被放熱体と対応する領域を、被放熱体から遠ざかる方向に凹んで形成させる一方、被放熱体側の熱膨張係数より放熱体側の熱膨張係数が小さいとき、低熱膨張材の前記被放熱体と対応する領域を、被放熱体に近づく方向に隆起させて形成することを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る放熱体によれば、低熱膨張材の段差部が放熱体において、被放熱体側の熱膨張係数が放熱体側の熱膨張係数より小さいとき、被放熱体から遠ざかる方向に凹んで形成され、また被放熱体側の熱膨張係数より放熱体側の熱膨張係数が小さいとき、被放熱体に近づく方向に隆起して形成されるので、被放熱体側の熱膨張係数との差に応じて低熱膨張材の段差部の位置を変えることで、双方の熱膨張係数の差を緩和することができ、反りの抑制を良好に行うことができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の放熱体において、前記低熱膨張材にはこれを貫通する孔が穿設されていることを特徴とする。
この発明に係る放熱体によれば、低熱膨張材に設けられた孔により、被放熱体からの熱を放熱体の外部に放熱させることができるので、熱伝導率が低下するのを抑制することもできる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放熱体において、前記低熱膨張材は、リブを有していることを特徴とする。
この発明に係る放熱体によれば、低熱膨張材がリブを有していると、放熱体全体としての剛性が上がり、強度を増大させることができるので、反りをいっそう抑えることができる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱体において、前記孔は、前記低熱膨張材において、被放熱体と対応する領域に設けられた断面積より、該対応領域の周辺領域に設けられた断面積を大きくさせていることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る放熱体によれば、低熱膨張材において、被放熱体との対応領域に設けられた孔の断面積が、その対応領域の周辺領域に設けられた孔の断面積より少なくなっているので、被放熱体からの熱影響で、対応領域が熱変形を受けて反りが発生するのを防ぐことができる一方、前記対応領域より周辺領域に設けられた孔の断面積が大きくなることで、放熱体本体間の熱伝達をいっそう良好にさせることができ、これによって、放熱体の熱伝達をいっそう良好に行うことができる。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の放熱体において、前記低熱膨張材は、放熱体の一方の面と他方の面とに亘る厚み方向に連絡し、かつ該厚み方向と交差方向で互いに連なる連絡開口部を有して設けられ、かつ該連絡開口部を介して放熱体本体に鋳ぐまれる構成としたことを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る放熱体によれば、低熱膨張材の連絡開口部を介して放熱体本体を充填することで、低熱放熱材が放熱体本体に鋳ぐまれる構成としたので、放熱体全体としての熱膨張係数を確実に下げることができ、被放熱体と放熱体全体との熱膨張係数の差を可及的に小さくすることができ、従って、被放熱体と放熱体とをはんだ等によって接合した場合、放熱体に被放熱体に向かう反りが発生するのを確実に低減することができると共に、放熱体の熱伝導率が低下するのを抑制することができる。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項６記載の放熱体において、前記低熱膨張材は、帯状の単位板状体を同列位置で互いに組付けて前記連絡開口部を連続的に有する連鎖状体に形成し、該連鎖状体を同一平面上で複数列設けると共に、互いに隣接する列毎に前記連絡開口部の位置をずらして配設することを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る放熱体によれば、帯状の単位板状体を同列位置で互いに組付けて連絡開口部を連続的に有する連鎖状体に形成し、該連鎖状体を同一平面上で複数列設けると共に、互いに隣接する列毎に前記連絡開口部の位置をずらして配設したので、一方の面と他方の面とに亘る厚み方向に互いに連なる連絡開口部を有する低熱膨張材を確実に形成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１及び図２はこの発明の第１の実施の形態に係る放熱体を適用したパワーモジュールを示す図であって、図１は放熱体側の熱膨張係数が被放熱体側の熱膨張係数より小さい場合の全体図、図２は放熱体側の熱膨張係数が被放熱体側の熱膨張係数より大きい場合の全体図である。
この実施形態のパワーモジュール１０は、図１に示すように、被放熱体としてのパワーモジュール用基板１１に放熱体１６が接合して構成されている。
パワーモジュール用基板１１は、例えばＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ等により所望の大きさに形成された絶縁基板であって、その上面及び下面に回路層１２及び金属層１３がそれぞれ積層接合される。回路層１２及び金属層１３は、Ａｌ、Ｃｕ等により形成されている。以下は、パワーモジュール用基板１１を「絶縁基板１１」と略称する。
【００２０】
絶縁基板１１の回路層１２上にはんだ１４によって半導体チップ３０がそれぞれ搭載される一方、それぞれの絶縁基板１１の金属層１３の下面にはんだ１５によって、或いはろう付けや拡散接合等によって放熱体１６が接合され、更に、この放熱体１６が冷却シンク部３１に取り付けられて使用され、該冷却シンク部３１内の冷却水（或いは冷却空気）３２により、放熱体１６に伝達される熱が外部に放熱されることで、パワーモジュール１０が構成されている。放熱体１６は、冷却シンク部３１に取付ねじ３３によって密着した状態で取り付けられる。
【００２１】
この実施形態において、放熱体１６の放熱体本体１７に低熱膨張材１８が積層されている。放熱体本体１７は、例えばＡｌ、Ｃｕ等のような熱伝導率の良好な材質、いわゆる高熱伝導材によって形成されている。高熱伝導材としては、熱伝導率が例えば１００Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは１５０Ｗ／ｍ・Ｋのものである。
【００２２】
一方、低熱膨張材１８は、放熱体本体１７の熱膨張係数より低い熱膨張係数の材質からなっており、放熱体本体１７に積層することで、放熱体１６全体の熱膨張係数と絶縁基板１１側の熱膨張係数との差を可及的に近づけさせるためのものであり、例えばインバーからなっていて、熱膨張係数がおよそ５ｐｐｍ／℃以下である。
インバー合金とは、室温付近でほとんど熱膨張が生じない合金であって、Ｆｅが６４．６ｍｏｌ％で、Ｎｉが３５．４ｍｏｌ％の組成率となっている。但し、Ｆｅ中には、それ以外の不可避不純物が含まれたものもインバー合金と呼ばれている。
【００２３】
このような材質からなる低熱膨張材１８は、図１及び図２に示すように、放熱体本体１７と１７との間に接合され、従って、放熱体１６が二枚の放熱体本体１７と一枚の低熱膨張材１８との三層構造であって、絶縁基板１１側と冷却シンク部３１側とに放熱体本体１７が配置されている。
【００２４】
また、この低熱膨張材１８は、絶縁基板１１と対向する領域に厚み方向に段差部２０が設けられている。この段差部２０は、絶縁基板１１側の熱膨張係数が低熱膨張材１８を有する放熱体１６側の熱膨張係数より小さい場合、図１に示すように、放熱体１６内において、低熱膨張材１８の絶縁基板１１と対応する領域が、冷却シンク部３１に近づくように、つまり、絶縁基板１１から遠ざかるように凹んで形成される。
【００２５】
反対に、放熱体１６側の熱膨張係数が絶縁基板１１側の熱膨張係数より小さい場合、段差部２０は、図２に示すように、放熱体１６内において、低熱膨張材１８の絶縁基板１１との対応位置を、冷却シンク部３１から遠ざかるように、つまり絶縁基板１１側に近づくように隆起して形成されている。
【００２６】
つまり、放熱体１６内における低熱膨張材１８の段差部２０の位置は、絶縁基板１１側の熱膨張係数α１と放熱体１６側の熱膨張係数α２との大きさに基づいて選定され、例えばα１＜α２のとき、ｔ１＞ｔ２となる一方、α１＞α２のとき、ｔ１＜ｔ２となる。このｔ１及びｔ２の寸法は、具体的には、α１及びα２の大きさの比率に基づいて適宜決定されることとなる。
なお、ｔ１は、放熱体１６において絶縁基板１１との接合面から段差部２０までの厚み方向の寸法であり、ｔ２は同じく冷却シンク部３１との接合面から段差部２０までの厚み方向の寸法である。図１及び図２は、低熱膨張材１８における段差部２０の構成が異なるだけであり、それ以外は同様に構成されている。
【００２７】
このように、パワーモジュール１０を構成する放熱体１６が、放熱体本体１７と低熱膨張材１８とを互いに積層して形成されると、放熱体１６全体としての熱膨張係数を確実に下げることができるので、絶縁基板１１と放熱体１６全体との熱膨張係数の差を可及的に小さくできる。
ところが、放熱体１６側の熱膨張係数と、絶縁基板１１側との熱膨張係数の差は、放熱体１６に低熱膨張材１８を用いているにも拘わらず、必然的に差が生じしてしまう。
【００２８】
この実施形態では、前述のように、放熱体１６内の低熱膨張材１８には、絶縁基板１１と対応する領域に、絶縁基板１１側の熱膨張係数α１と放熱体１６側の熱膨張係数α２との大きさに基づき、絶縁基板１１と対応する領域を絶縁基板１１側と冷却シンク部３１側とのいずれかに近づくよう段差部２０が設けられているので、以下の作用が得られる。
【００２９】
即ち、図１に示すように、絶縁基板１１側の熱膨張係数α１が低熱膨張材１８を有する放熱体１６側の熱膨張係数α２より小さい場合、低熱膨張材１８の段差部２０が、絶縁基板１１と対応する領域を、絶縁基板１１から遠ざかる方向に凹んで形成されていると、放熱体１６において、絶縁基板１１が搭載されている面と反対側の面近傍の領域Ａでの熱膨張係数が見かけ上、下がることになる。これにより、絶縁基板１１から放熱体１６にかけた領域は、熱膨張係数が異なる３層に分けられた構成となる。すなわち、絶縁基板１１側の低熱膨張層と、放熱体１６において絶縁基板１１が搭載されている面と反対側の面近傍の領域Ａからなる低熱膨張層と、これら低熱膨張層に挟まれた放熱体１６の上部の領域Ｂからなる高熱膨張層である。従って、前記高熱膨張層が前記２層の低熱膨張層に挟まれた構成となり、前記低熱膨張層の熱膨張係数を、パワーモジュール１０全体としての熱膨張係数に対して支配的とする構成を実現することができ、反りの発生を抑えることができる。
【００３０】
従って、絶縁基板１１側と放熱体１６側とに膨張係数の差があっても、その差を緩和することで反りを抑制することができ、また、低熱膨張材１８が金属であってかつ相応の熱伝導率を有していることから、絶縁基板１１上の半導体チップ３０からの発熱が、回路層１２、絶縁基板１１、金属層１３、はんだ１５、放熱体１６及び冷却シンク部３１を介して外部に放熱される結果、熱伝導率が低下するのを抑制することもできる。
【００３１】
一方、図２に示すように、放熱体１６側の熱膨張係数α２が絶縁基板１１側の熱膨張係数α１より小さい場合、低熱膨張材１８の段差部２０が、絶縁基板１１との対応領域を絶縁基板１１側に近づく方向に隆起して形成されていると、放熱体１６において、絶縁基板１１との接合近傍では、段差部２０としての低熱膨張材が存在することで、絶縁基板から遠ざかる部分での熱膨張係数が見かけ上、上がることとなるので、絶縁基板１１側の熱膨張係数α１と放熱体１６側の絶縁基板から遠ざかる部分での熱膨張係数の差を緩和することができ、反りを抑制することができる。
【００３２】
その結果、絶縁基板１１と放熱体１６との膨張係数の差に拘わることなく、反りの抑制と熱伝導率の低下の抑制とを両立させた、良好な放熱体１６を得ることができ、これにより、放熱特性に優れたパワーモジュール１０が得られる。
【００３３】
図３及び図４は、この発明の第２の実施の形態に係る放熱体を示している。
この場合は、低熱膨張材１８にこれを貫通する孔１９が複数穿設されている。孔１９は、放熱体１６自体に低熱膨張材１８を設けると、それだけ熱伝導率が低下するので、その熱伝導率が低下するのを極力抑えるようにするためのものである。その場合、図４に示すように、低熱膨張材１８において、絶縁基板１１と対応する領域Ａには孔１９の穿設される数を少なくすると共に、その対応領域Ａの周辺領域Ｂには孔１９の穿設される数を多くしている。
【００３４】
つまり、低熱膨張材１８において絶縁基板１１との対応領域Ａでは穿設される孔１９の個数を少なくすると共に、それを除く周辺領域Ｂでは孔１９の個数を多くすることにより、孔１９の断面積の分布を変えている。この場合、低熱膨張材１８に穿設される孔１９の数が徒らに増えると、低熱膨張材としての機能を果たし難くなることから、低熱膨張材１８の表面積に対し、絶縁基板１１及び放熱体本体１７並びに低熱膨張材１８の材質等に基づき、およそ２０〜５０％の割合の面積で孔１９が形成されることが好ましい。なお、孔１９は、この実施形態では丸孔をなしているが、その形状は任意である。図３は、図２に対応させて図示しており、冷却シンク部３１が省略されている。
【００３５】
この実施形態によれば、低熱膨張材１８に段差部２０が設けられているので、基本的には前述した第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
これに加え、低熱膨張材１８に孔１９が設けられているので、この孔１９を形成する空間により、絶縁基板１１側の放熱体本体１７から冷却シンク部２０側の放熱体本体１７への熱伝達を良好に行うことができ、これによって、放熱体１６本来の放熱効果を的確に果たすことができる。
【００３６】
しかも孔１９は、図４に示すように、絶縁基板１１との対応領域Ａでは、その周辺領域Ｂより少ない個数で穿設され、孔１９の断面積が周辺領域Ｂより少なくしているので、絶縁基板１１からの熱影響で、その対応領域Ａが熱変形を受けて反りが発生するのをより防ぐことができる一方、周辺領域Ｂ内の孔１９の断面積が対応領域Ａより大きくなることで、放熱体本体１７間の熱伝達をより良好にさせることができ、これによって、熱伝達をいっそう良好に行い、熱伝達が低下するのを抑制することもできる。
【００３７】
図５及び図６は、この発明の第３の実施の形態に係る放熱体を示している。
この場合は、放熱体１６に設けられた低熱膨張材１８がリブを有している。
リブは、低熱膨張材１８に設けられる孔１９の製作に際し、予め所定の厚みに形成された板材に図６に示す切り込みが設けられ、この切り込みを利用することで形成される。即ち、予め設けられた切り込みを上下方向に立上げたり、立下げたりして折り曲げることで孔１９を形成したとき、上記切り込みによって立上げ片１８ａ及び立下げ片１８ｂが共に形成され、これらからなるリブを有する低熱膨張材１８が製作される。
そして、この低熱膨張材１８が放熱体本体１７と１７との間に挟着されることで、放熱体１６が構成される。
【００３８】
この実施形態によれば、放熱体１６が放熱体本体１７に孔１９を穿設した低熱膨張材１８が積層されるので、基本的は前述した第２の実施形態と同様の作用効果が得られる。
これに加え、低熱膨張材１８が立上げ片１８ａ及び立下げ片１８ｂからなるリブを有しているので、放熱体全体としての剛性が上がり、強度を増大させることができるので、これによっても、絶縁基板１１の熱による反りをいっそう抑えることができる。
【００３９】
なお、低熱膨張材１８は、上述の実施形態では、放熱体本体１７間に積層されたり、また放熱体本体１７間に挟着することで設けられた例を示したが、これに限らず、例えば、粉末冶金によって孔１９付き板を焼成した後、これにリブを後付けして設けるようにしてもよく、又は、ダイカスト鋳造法によって形成することもでき、更には、熱間鍛造より高温処理される溶融鍛造法によって形成することもできる。それ以外として、以下に示すように放熱体１６を構成することもできる。
【００４０】
図７及び図８は、この発明の第４の実施の形態に係る放熱体を示す図であって、放熱体の構成図である。
この場合の低熱膨張材１８は、絶縁基板１１側の放熱体本体１７と接合される一方の面と、冷却シンク部３１側の放熱体本体１７と接合される他方の面とに亘る厚み方向に連絡すると共に、該厚み方向と交差方向で互いに連なる開口空間部４０を有して設けられ、かつ該開口空間部４０に放熱体本体１７が充填されることで、図７に示すように、放熱体本体１７に鋳ぐまれる構成となっている。
【００４１】
具体的に述べると、低熱膨張材１８は、図８に示すように、例えば二枚からなる帯状の単位板状体４１、４２を厚み方向に沿って組付けることで連結開口部４０を連続的に有する連鎖状体４３が形成される。
そして、これら連鎖状体４３が同一平面上で複数列設けられると共に、連設開口部４０を互いに隣接する列毎に互い違いに配列して形成されている。
【００４２】
このように形成された低熱膨張材１８は、放熱体１６の形成時、放熱体本体１７の材料が注入されると、その材料がいずれかの連結開口部４０内に側方から充填され、側面から見たとき、図７に示すように、絶縁基板１１側である上層の放熱体本体１７と、冷却シンク部３１側である下層の放熱体本体１７間に埋設されるように形成される。
【００４３】
この実施形態によれば、低熱膨張材１８が厚み方向に沿い放熱体本体１７に鋳ぐまれて形成したので、放熱体１６全体の熱膨張率を下げることができ、また連絡開口部４０により放熱体本体１７が絶縁基板１１からの熱を良好に受けると共に、その熱を冷却シンク部３１に対して伝達させることができ、従って、反りを抑えつつ熱伝達が良好となり、基本的には前述した実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４４】
また、上記の実施の形態の変形例として、図７、図８に示す低熱膨張材１８としての連鎖状体４３に代えて、図９（ａ）、（ｂ）に示す連鎖状体５１，６１を用いても良い。図９（ａ）に示す連鎖状体５１は、帯状の板体を平坦部５０ａ、立上がり部５０ｂ、平坦部５０ｃ、折返し部５０ｄを有するように折り曲げて、これを一方向に繰り返すように形成されたものである。また、図９（ｂ）に示す連鎖状体６１は、帯状の板体を、矩形形状に組んでこの矩形部６０が繰り返されるように形成されたものである。
これらの連鎖状体５１，６１を一平面上で位置をずらせて配置し、これを前述したように鋳ぐるんだ構成、また更に一平面上にこれらを複数配置したものを複数段重ね合わせ、かつ重ね合わせる際に各層ごとに向きを変えてこれを鋳ぐるんだ構成を採用することができる。
また、他の連鎖状体としてハニカム構造を有するプレス加工材を上記と同様に用いることも可能である。
また、図１０は、この発明の第５の実施の形態を示す図である。この実施の形態は、上記の各実施の形態において用いた冷却シンク部に変えて放熱フィン７０を用いたものである。放熱フィン７０は、前述した図９（ａ）に示す連鎖状体５１と同一構成であり、各平坦部５０ａが放熱体１６の表面にろう付け手段により接合された構成となっている。
この実施の形態においても、上記の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、上記実施の形態において、放熱体に積層された低熱膨張材として、インバーを用いた例を示したが、他の低熱膨張材、例えば高炭素鋼（Ｆｅ−Ｃ）、４２合金、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等で構成しても、同様の作用効果が得られる。
また、放熱体１６がパワーモジュール用基板１１に取り付けられた例を示したが、該基板１１に限らず、他の発熱体や熱源に取り付けられる場合にも適用することができ、要は、放熱を必要とする種々の被放熱体に用いられることで実用上有益となる。更に、放熱体１６が取り付けられるパワーモジュール用基板１１として、放熱体１６側の面に金属層１３が積層された例を示したが、金属層１３が設けられていない絶縁基板１１を放熱体１６に直接接合しても、同様の作用効果が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、放熱体内における低熱膨張材の被放熱体と対応する領域に双方の熱膨張係数の差に基づいて設けられた段差部により、熱膨張係数の差を緩和することで反りを抑制し、また熱伝導率が低下するのも抑制できるように構成したので、被放熱体との材質の熱膨張係数に差があっても、反りの抑制と熱伝導率の低下の抑制とを両立させた良好な放熱体が得られるという効果がある。
【００４６】
請求項２に係る発明によれば、被放熱体側の熱膨張係数との差に応じて低熱膨張材の段差部の位置を変えることで、双方の熱膨張係数の差を緩和することができ、反りの抑制を良好にできる効果が得られる。
【００４７】
請求項３に係る発明によれば、低熱膨張材に設けられた孔により、被放熱体からの熱を放熱体の外部に放熱させることができるので、熱伝導率が低下するのを抑制できる効果が得られる。
【００４８】
請求項４に係る発明によれば、低熱膨張材のリブにより、放熱体全体としての剛性が上がり、強度を増大させることができるので、反りをいっそう抑えることができる効果が得られる。
【００４９】
請求項５に係る発明によれば、孔の断面積の分布を変えることで、放熱体の熱伝達をいっそう良好に行うことができる効果が得られる。
【００５０】
請求項６に係る発明によれば、被放熱体と放熱体とを接合した場合、放熱体に被放熱体に向かう反りが発生するのを確実に低減することができると共に、放熱体の熱伝導率が低下するのを抑制することができるという効果が得られる。
【００５１】
請求項７に係る発明によれば、一方の面と他方の面とに亘る厚み方向に互いに連なる連絡開口部を有する低熱膨張材を確実に形成できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係る放熱体を適用したパワーモジュールを示す図であって、放熱体側の熱膨張係数が被放熱体側の熱膨張係数より小さい場合の全体図である。
【図２】放熱体側の熱膨張係数が被放熱体側の熱膨張係数より大きい場合のパワーモジュールを示す全体図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態に係る放熱体を示す説明図である。
【図４】放熱体における低熱膨張材を上から見た説明図である。
【図５】この発明の第３の実施の形態に係る放熱体を示す説明図である。
【図６】低熱膨張材の孔の製作に際し、板材にリブを設ける説明図である。
【図７】この発明の第４の実施の形態に係る放熱体を示す図であって、放熱体を側面から見た断面説明図である。
【図８】低熱膨張材の要部を示す斜視図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、いずれも低熱膨張材の変形例を示す断面図である。
【図１０】この発明の第５の実施の形態に係る放熱体を示す説明図である。
【符号の説明】
１０パワーモジュール
１１被放熱体（パワーモジュール用基板、絶縁基板）
１６放熱体
１７放熱体本体
１８低熱膨張材
１８ａリブ（立上げ片）
１８ｂリブ（立下げ片）
１９孔
２０段差部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat radiating body used in a semiconductor device for controlling a large voltage and a large current, and more particularly to a heat radiating body suitable for radiating heat transmitted to a heat radiating body on which a heat generating body such as a semiconductor chip is mounted. .
[0002]
[Prior art]
In general, a power module as a semiconductor device has a semiconductor chip mounted on a power module substrate and heat of the semiconductor chip is transmitted to the power module substrate. Therefore, it is necessary to dissipate heat transmitted to the power module substrate. .
In such a power module substrate as a heat sink, a metal thin plate is directly laminated on an insulating substrate (ceramic substrate) made of a ceramic material, and a heat sink made of a heat sink is interposed on the metal thin plate with a plastic porous metal layer. Laminated and bonded (see, for example, Patent Document 1). The plastic porous metal layer is a porous sintered body of Cu having a porosity of 20 to 50%, and when the insulating substrate receives heat from the semiconductor chip mounted thereon, it absorbs the thermal deformation. Thus, it is possible to prevent warping and cracking of the insulating substrate and the heat radiating body, and the heat radiating body can also perform a good heat radiating action.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-335652 (page 4-12, FIGS. 1 to 5)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the said conventional thing, since the plastic porous metal layer provided in the board | substrate for power modules as a to-be-radiated body absorbs the thermal deformation of an insulated substrate or a radiator, the thermal expansion of an insulated substrate and a radiator is carried out. Even if the coefficients are different, the insulation substrate and the heat sink can be prevented from warping or cracking, but the plastic porous metal layer is interposed between the insulation substrate and the heat sink. As a result, the thermal resistance is increased and the thermal conductivity is decreased, so that the heat dissipation effect of the radiator is deteriorated.
[0005]
In general, when the heat dissipating body is made of a material having a different thermal expansion coefficient with respect to the heat radiating body, in order to prevent warping due to the difference between the two thermal expansion coefficients, it is easy to match the thermal expansion coefficients of both. Conceivable. In that case, it will be matched to the one with the lower thermal expansion coefficient (heat radiating body), but doing so will reduce the warpage, but the heat transfer coefficient will decrease by that much and the heat dissipation effect will be reduced. However, there was a problem that it was not possible to meet the demand of what had both good heat conduction.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the object thereof is to reduce warpage without regard to this even if there is a difference in thermal expansion coefficient between the heat radiating body and the invention. An object of the present invention is to provide a heat dissipating body that can suppress a decrease in thermal conductivity.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
The invention according to claim 1 is a heat radiator that dissipates heat from a heat radiating body, wherein the heat radiator is formed by laminating a low thermal expansion material made of a material lower than a thermal expansion coefficient of the heat radiator main body. In the region corresponding to the heat radiating member of the low thermal expansion material, a step portion is provided based on the difference between the thermal expansion coefficient on the heat radiating member side and the thermal expansion coefficient on the heat radiating member side.
[0008]
According to the heat radiator according to the present invention, even if there is a difference in expansion coefficient between the heat radiating body and the heat radiating body, there is a difference between the thermal expansion coefficients of the low heat expansion material in the heat radiating body in the region corresponding to the heat radiating body. Warpage can be suppressed by reducing the difference in coefficient of thermal expansion by the step portion provided on the basis of this, and since the low thermal expansion material is a metal and has a corresponding thermal conductivity, As a result of heat generated from the body being radiated to the outside through the heat radiating body, it is possible to suppress a decrease in thermal conductivity.
[0009]
The invention according to claim 2 is the heat radiating body according to claim 1, wherein the stepped portion of the heat radiating body has a lower thermal expansion coefficient than the heat radiating body side when the thermal expansion coefficient is smaller than that of the heat radiating body. While the region corresponding to the radiator is formed to be recessed in the direction away from the radiator, when the thermal expansion coefficient on the radiator side is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator body, the region corresponds to the radiator of the low thermal expansion material. The region is formed by being raised in a direction approaching the heat radiating member.
[0010]
According to the radiator according to the present invention, the step portion of the low thermal expansion material is formed in the radiator so as to be recessed in the direction away from the radiator when the thermal expansion coefficient on the radiator body is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator body. In addition, when the thermal expansion coefficient on the radiator side is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator body, it is formed so as to rise in the direction approaching the radiator body, so that the low thermal expansion depends on the difference from the thermal expansion coefficient on the radiator body side. By changing the position of the stepped portion of the material, the difference between the two thermal expansion coefficients can be relaxed, and the warpage can be satisfactorily suppressed.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the heat radiator according to the first or second aspect, the low thermal expansion material is provided with a hole penetrating the low thermal expansion material.
According to the heat radiator according to the present invention, the heat provided from the heat radiating body can be radiated to the outside of the heat radiating body by the holes provided in the low thermal expansion material, so that the thermal conductivity is prevented from decreasing. You can also.
[0012]
The invention according to claim 4 is the heat dissipating body according to any one of claims 1 to 3, wherein the low thermal expansion material has ribs.
According to the heat dissipating body according to the present invention, when the low thermal expansion material has ribs, the rigidity of the entire heat dissipating body is increased and the strength can be increased, so that warpage can be further suppressed.
[0013]
The invention which concerns on Claim 5 is a heat radiator as described in any one of Claims 1-4, In the said low thermal expansion material, the said hole is from the cross-sectional area provided in the area | region corresponding to a to-be-radiated body, The cross-sectional area provided in the peripheral region of the corresponding region is increased.
[0014]
According to the heat dissipating body according to the present invention, in the low thermal expansion material, the cross-sectional area of the hole provided in the region corresponding to the heat-radiating body is smaller than the cross-sectional area of the hole provided in the peripheral region of the corresponding region. Therefore, it is possible to prevent the corresponding region from being warped due to thermal influence from the heat radiating body, while the cross-sectional area of the hole provided in the peripheral region is larger than the corresponding region. Thus, the heat transfer between the radiator bodies can be further improved, and the heat transfer of the radiator can be further improved.
[0015]
The invention which concerns on Claim 6 is a heat radiator as described in any one of Claims 1-5, The said low thermal expansion material is connected to the thickness direction over the one surface and the other surface of a heat radiator, And it is provided with the connection opening part which mutually continues in the thickness direction and the crossing direction, and it was set as the structure cast | casted by the heat radiator main body through this connection opening part.
[0016]
According to the heat dissipating body according to the present invention, the low heat dissipating material is filled in the heat dissipating body main body by filling the heat dissipating body main body through the communication opening of the low thermal expansion material. The thermal expansion coefficient can be reliably reduced, and the difference in thermal expansion coefficient between the heat radiating body and the entire heat radiating body can be made as small as possible. Therefore, the heat radiating body and the heat radiating body are joined by solder or the like. When it does, it can reduce reliably that the curvature which goes to a to-be-heated body generate | occur | produces in a heat radiator, and it can suppress that the thermal conductivity of a heat radiator falls.
[0017]
The invention according to claim 7 is the heat dissipating body according to claim 6, wherein the low thermal expansion material is a chain-like body in which strip-like unit plate-like bodies are assembled to each other at the same row position and the communication opening is continuously provided. The chain-like body is formed and provided in a plurality of rows on the same plane, and the position of the communication opening is shifted for each row adjacent to each other.
[0018]
According to the heat dissipating body according to the present invention, the band-like unit plate-like bodies are assembled to each other at the same row position to form a chain-like body having continuous connection openings, and the chain-like bodies are arranged in a plurality of rows on the same plane. Since the connecting openings are arranged at different positions for each adjacent row, a low thermal expansion material having connecting openings that are continuous in the thickness direction across one surface and the other surface is reliably formed. it can.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 are views showing a power module to which a radiator according to the first embodiment of the present invention is applied. FIG. 1 shows that the thermal expansion coefficient on the radiator side is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator side. FIG. 2 is an overall view when the thermal expansion coefficient on the radiator side is larger than the thermal expansion coefficient on the radiator side.
As shown in FIG. 1, the power module 10 of this embodiment is configured by joining a heat radiator 16 to a power module substrate 11 as a heat radiating body.
The power module substrate 11 is an insulating substrate formed in a desired size with, for example, AlN, Al ₂ O ₃ , Si ₃ N ₄ , SiC, or the like, and a circuit layer 12 and a metal layer 13 are formed on the upper and lower surfaces thereof. Each is laminated and joined. The circuit layer 12 and the metal layer 13 are made of Al, Cu or the like. Hereinafter, the power module substrate 11 is abbreviated as “insulating substrate 11”.
[0020]
While the semiconductor chip 30 is mounted on the circuit layer 12 of the insulating substrate 11 by the solder 14, the radiator 16 is attached to the lower surface of the metal layer 13 of the insulating substrate 11 by the solder 15 or by brazing or diffusion bonding. In addition, the heat radiating body 16 is attached to the cooling sink portion 31 and used, and the heat transmitted to the heat radiating body 16 is radiated to the outside by the cooling water (or cooling air) 32 in the cooling sink portion 31. As a result, the power module 10 is configured. The radiator 16 is attached to the cooling sink portion 31 in close contact with the attachment screw 33.
[0021]
In this embodiment, a low thermal expansion material 18 is laminated on the heat radiating body 17 of the heat radiating body 16. The heat dissipating body 17 is formed of a material having a good thermal conductivity such as Al, Cu, for example, a so-called high heat conducting material. The high thermal conductivity material has a thermal conductivity of, for example, 100 W / m · K, preferably 150 W / m · K.
[0022]
On the other hand, the low thermal expansion material 18 is made of a material having a thermal expansion coefficient lower than the thermal expansion coefficient of the heat radiating body 17, and is laminated on the heat radiating body 17 so that the thermal expansion coefficient of the entire heat radiating body 16 and the insulating substrate 11 are increased. For example, it is made of invar and has a thermal expansion coefficient of about 5 ppm / ° C. or less.
An Invar alloy is an alloy that hardly undergoes thermal expansion near room temperature, and has a composition ratio of 64.6 mol% Fe and 35.4 mol% Ni. However, Fe containing other inevitable impurities is also called an Invar alloy.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the low thermal expansion material 18 made of such a material is joined between the radiator bodies 17 and 17, so that the radiator 16 and the two radiator bodies 17 are identical. The heat sink body 17 is arranged on the insulating substrate 11 side and the cooling sink portion 31 side.
[0024]
Further, the low thermal expansion material 18 is provided with a stepped portion 20 in the thickness direction in a region facing the insulating substrate 11. When the thermal expansion coefficient on the insulating substrate 11 side is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator 16 side having the low thermal expansion material 18, the stepped portion 20 has a low thermal expansion material 18 in the radiator 16 as shown in FIG. A region corresponding to the insulating substrate 11 is formed to be recessed so as to approach the cooling sink portion 31, that is, away from the insulating substrate 11.
[0025]
On the contrary, when the thermal expansion coefficient on the side of the radiator 16 is smaller than the thermal expansion coefficient on the side of the insulating substrate 11, the stepped portion 20 is formed in the insulating substrate 11 of the low thermal expansion material 18 in the radiator 16 as shown in FIG. 2. Are raised so as to move away from the cooling sink portion 31, that is, closer to the insulating substrate 11 side.
[0026]
That is, the position of the step portion 20 of the low thermal expansion material 18 in the radiator 16 is selected based on the magnitude of the thermal expansion coefficient α1 on the insulating substrate 11 side and the thermal expansion coefficient α2 on the radiator 16 side. When <α2, t1> t2, while when α1> α2, t1 <t2. Specifically, the dimensions of t1 and t2 are appropriately determined based on the ratio of the sizes of α1 and α2.
In addition, t1 is a dimension in the thickness direction from the joint surface with the insulating substrate 11 to the stepped portion 20 in the radiator 16, and t2 is a dimension in the thickness direction from the joint surface to the cooling sink portion 31 to the stepped portion 20 in the same manner. It is. 1 and 2 differ only in the configuration of the stepped portion 20 in the low thermal expansion material 18, and are otherwise configured in the same manner.
[0027]
As described above, when the heat dissipating body 16 constituting the power module 10 is formed by laminating the heat dissipating body 17 and the low thermal expansion material 18, the thermal expansion coefficient of the entire heat dissipating body 16 can be reliably lowered. Therefore, the difference in coefficient of thermal expansion between the insulating substrate 11 and the entire radiator 16 can be made as small as possible.
However, the difference between the thermal expansion coefficient on the radiator 16 side and the thermal expansion coefficient on the insulating substrate 11 side inevitably differs even though the low thermal expansion material 18 is used for the radiator 16. End up.
[0028]
In this embodiment, as described above, the low thermal expansion material 18 in the radiator 16 includes the thermal expansion coefficient α1 on the insulating substrate 11 side and the thermal expansion coefficient α2 on the radiator 16 side in a region corresponding to the insulating substrate 11. Since the step portion 20 is provided so that the region corresponding to the insulating substrate 11 approaches either the insulating substrate 11 side or the cooling sink portion 31 side, the following operation is obtained.
[0029]
That is, as shown in FIG. 1, when the thermal expansion coefficient α1 on the insulating substrate 11 side is smaller than the thermal expansion coefficient α2 on the radiator 16 side having the low thermal expansion material 18, the step portion 20 of the low thermal expansion material 18 is 11 is formed so as to be recessed away from the insulating substrate 11, the thermal expansion coefficient in the region A in the vicinity of the surface opposite to the surface on which the insulating substrate 11 is mounted in the radiator 16. Apparently goes down. As a result, the region from the insulating substrate 11 to the heat radiating body 16 is divided into three layers having different thermal expansion coefficients. That is, a low thermal expansion layer on the insulating substrate 11 side, a low thermal expansion layer composed of a region A in the vicinity of the surface opposite to the surface on which the insulating substrate 11 is mounted in the radiator 16, and heat dissipation sandwiched between these low thermal expansion layers This is a high thermal expansion layer composed of the region B above the body 16. Therefore, the high thermal expansion layer is sandwiched between the two low thermal expansion layers, and the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer is dominant over the thermal expansion coefficient of the power module 10 as a whole. And the occurrence of warpage can be suppressed.
[0030]
Therefore, even if there is a difference in expansion coefficient between the insulating substrate 11 side and the heat radiating body 16 side, it is possible to suppress the warp by relaxing the difference, and the low thermal expansion material 18 is made of metal and correspondingly. Therefore, heat generated from the semiconductor chip 30 on the insulating substrate 11 is transmitted through the circuit layer 12, the insulating substrate 11, the metal layer 13, the solder 15, the radiator 16, and the cooling sink portion 31. As a result of heat dissipation to the outside, it is also possible to suppress a decrease in thermal conductivity.
[0031]
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the thermal expansion coefficient α2 on the radiator 16 side is smaller than the thermal expansion coefficient α1 on the insulating substrate 11 side, the stepped portion 20 of the low thermal expansion material 18 forms a corresponding region with the insulating substrate 11. When the heat sink 16 is formed so as to rise in the direction approaching the insulating substrate 11, a portion that is away from the insulating substrate due to the presence of the low thermal expansion material as the stepped portion 20 in the vicinity of the junction with the insulating substrate 11 in the radiator 16. Therefore, the difference between the thermal expansion coefficient α1 on the insulating substrate 11 side and the thermal expansion coefficient in the portion away from the insulating substrate on the heat dissipating body 16 side can be reduced, and the warpage is increased. Can be suppressed.
[0032]
As a result, it is possible to obtain a good heat radiator 16 that achieves both suppression of warpage and suppression of decrease in thermal conductivity without regard to the difference in expansion coefficient between the insulating substrate 11 and the heat radiator 16. Thus, the power module 10 having excellent heat dissipation characteristics can be obtained.
[0033]
3 and 4 show a heat radiator according to the second embodiment of the present invention.
In this case, a plurality of holes 19 penetrating the low thermal expansion material 18 are formed. The holes 19 are provided so as to suppress the decrease in the thermal conductivity as much as possible since the thermal conductivity is lowered by providing the low thermal expansion material 18 in the radiator 16 itself. In that case, as shown in FIG. 4, in the low thermal expansion material 18, the number of holes 19 is reduced in the region A corresponding to the insulating substrate 11, and the hole B is formed in the peripheral region B of the corresponding region A. The number of 19 drilled holes is increased.
[0034]
In other words, in the low thermal expansion material 18, the number of holes 19 formed in the region A corresponding to the insulating substrate 11 is reduced, and in the peripheral region B other than that, the number of holes 19 is increased, so that the holes 19 are cut off. The area distribution is changed. In this case, if the number of holes 19 drilled in the low thermal expansion material 18 increases, it becomes difficult to perform the function as the low thermal expansion material. The holes 19 are preferably formed with an area of approximately 20 to 50% based on the material of the body main body 17 and the low thermal expansion material 18. In addition, although the hole 19 has comprised the round hole in this embodiment, the shape is arbitrary. FIG. 3 is shown corresponding to FIG. 2, and the cooling sink portion 31 is omitted.
[0035]
According to this embodiment, since the step part 20 is provided in the low thermal expansion material 18, the effect similar to 1st Embodiment mentioned above is fundamentally obtained.
In addition, since the hole 19 is provided in the low thermal expansion material 18, heat from the radiator body 17 on the insulating substrate 11 side to the radiator body 17 on the cooling sink portion 20 side is increased by the space in which the hole 19 is formed. Transmission can be performed satisfactorily, whereby the original heat radiation effect of the heat radiator 16 can be achieved accurately.
[0036]
In addition, as shown in FIG. 4, the holes 19 are formed in a smaller number in the corresponding area A with the insulating substrate 11 than in the peripheral area B, and the cross-sectional area of the holes 19 is smaller than that in the peripheral area B. It is possible to prevent the corresponding region A from undergoing thermal deformation and warping due to the thermal influence from the insulating substrate 11, while the cross-sectional area of the hole 19 in the peripheral region B is larger than the corresponding region A. Thus, the heat transfer between the radiator bodies 17 can be made better, whereby the heat transfer can be performed more satisfactorily and the heat transfer can be suppressed from decreasing.
[0037]
5 and 6 show a radiator according to the third embodiment of the present invention.
In this case, the low thermal expansion material 18 provided on the radiator 16 has ribs.
When the hole 19 provided in the low thermal expansion material 18 is manufactured, the rib is formed by using a notch shown in FIG. 6 in a plate material previously formed to have a predetermined thickness. That is, when the hole 19 is formed by bending a notch provided in advance by raising or lowering in the vertical direction, the rising piece 18a and the falling piece 18b are both formed by the above-mentioned notch, and are composed of these. A low thermal expansion material 18 having ribs is produced.
The low thermal expansion material 18 is sandwiched between the heat radiating body main bodies 17 and 17 to constitute the heat radiating body 16.
[0038]
According to this embodiment, since the heat dissipating body 16 is laminated with the low thermal expansion material 18 in which the holes 19 are formed in the heat dissipating body main body 17, basically the same effects as those of the second embodiment described above can be obtained. .
In addition to this, since the low thermal expansion material 18 has ribs made up of the rising pieces 18a and the falling pieces 18b, the rigidity of the entire radiator can be increased and the strength can be increased. Warpage due to heat of the insulating substrate 11 can be further suppressed.
[0039]
In addition, although the low thermal expansion material 18 showed the example provided by being laminated | stacked between the heat radiator main bodies 17 or being pinched between the heat radiator main bodies 17 in the above-mentioned embodiment, it is not restricted to this, For example, a plate with holes 19 may be fired by powder metallurgy and then provided with ribs attached thereto, or may be formed by die casting, and further processed at a higher temperature than hot forging. It can also be formed by a melt forging method. Otherwise, the heat radiator 16 can also be configured as shown below.
[0040]
7 and 8 are views showing a heat dissipating body according to the fourth embodiment of the present invention, and are configuration diagrams of the heat dissipating body.
In this case, the low thermal expansion material 18 has a thickness direction extending from one surface joined to the radiator body 17 on the insulating substrate 11 side to the other surface joined to the radiator body 17 on the cooling sink portion 31 side. As shown in FIG. 7, as shown in FIG. 7, the heat sink body 17 is provided in contact with each other in the direction intersecting with the thickness direction and provided with the open space portion 40 and filled with the radiator body 17. The body body 17 is configured to be cast.
[0041]
Specifically, as shown in FIG. 8, the low thermal expansion material 18 is formed by continuously connecting the connection openings 40 by assembling, for example, two strip-shaped unit plate bodies 41 and 42 along the thickness direction. A chain-like body 43 is formed.
The chain-like bodies 43 are provided in a plurality of rows on the same plane, and the continuous openings 40 are alternately arranged in rows adjacent to each other.
[0042]
In the low thermal expansion material 18 formed in this way, when the material of the heat radiating body 17 is injected when the heat radiating body 16 is formed, the material is filled into one of the connection openings 40 from the side. 7, it is formed so as to be embedded between the upper radiator body 17 on the insulating substrate 11 side and the lower radiator body 17 on the cooling sink portion 31 side.
[0043]
According to this embodiment, since the low thermal expansion material 18 is cast and formed in the heat radiating body 17 along the thickness direction, the thermal expansion coefficient of the entire heat radiating body 16 can be lowered, and heat is radiated by the communication opening 40. The body main body 17 can receive heat from the insulating substrate 11 well and can transmit the heat to the cooling sink portion 31. Therefore, heat transfer is improved while suppressing warpage, and basically the above-mentioned The same effect as the embodiment can be obtained.
[0044]
As a modification of the above embodiment, instead of the chain-like body 43 as the low thermal expansion material 18 shown in FIGS. 7 and 8, the chain-like bodies 51 and 61 shown in FIGS. 9A and 9B are used. May be used. The chain-like body 51 shown in FIG. 9A is formed by bending a belt-like plate body so as to have a flat portion 50a, a rising portion 50b, a flat portion 50c, and a folded portion 50d, and repeating this in one direction. It is a thing. Moreover, the chain-like body 61 shown in FIG. 9B is formed by assembling a strip-like plate body into a rectangular shape so that the rectangular portion 60 is repeated.
These chain-like bodies 51 and 61 are arranged with their positions shifted on one plane, and this is cast as described above, and further, a plurality of these arranged on one plane are stacked in multiple stages, In addition, it is possible to adopt a configuration in which the orientation is changed for each layer when casting and this is cast.
Moreover, it is also possible to use the press-working material which has a honeycomb structure as another chain-like body similarly to the above.
FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, a heat radiating fin 70 is used instead of the cooling sink portion used in each of the above embodiments. The radiating fins 70 have the same configuration as the chained body 51 shown in FIG. 9A described above, and each flat portion 50a is joined to the surface of the radiating body 16 by brazing means.
Also in this embodiment, the same operation and effect as the above embodiment can be obtained.
In the above embodiment, an example of using invar was shown as the low thermal expansion material laminated on the radiator, but other low thermal expansion materials such as high carbon steel (Fe-C), 42 alloy, molybdenum ( Even if it is made of Mo), tungsten (W) or the like, the same effect can be obtained.
Moreover, although the example which attached the heat radiator 16 to the board | substrate 11 for power modules was shown, it is applicable not only to this board | substrate 11, but when it attaches to another heat generating body and a heat source. It is useful in practice by being used for various heat-dissipating bodies that require. Further, as an example of the power module substrate 11 to which the radiator 16 is attached, the metal layer 13 is laminated on the surface on the radiator 16 side. However, the insulating substrate 11 on which the metal layer 13 is not provided is used as the radiator 16. Even if it is directly joined to the same, the same effect can be obtained.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the thermal expansion is performed by the step portion provided in the region corresponding to the heat radiated body of the low thermal expansion material in the heat radiating body based on the difference between the two thermal expansion coefficients. Since it has been configured to suppress warpage by reducing the difference in coefficient and to suppress the decrease in thermal conductivity, even if there is a difference in the thermal expansion coefficient of the material with the heat sink, suppression of warpage There is an effect that a good heat radiating body in which both the reduction of the thermal conductivity and the suppression of the thermal conductivity can be obtained.
[0046]
According to the invention according to claim 2, by changing the position of the step portion of the low thermal expansion material according to the difference with the thermal expansion coefficient on the heat radiating member side, the difference between both thermal expansion coefficients can be relaxed, The effect which can make curvature suppression favorable is acquired.
[0047]
According to the invention of claim 3, since the heat from the heat radiating body can be radiated to the outside of the heat radiating body by the holes provided in the low thermal expansion material, it is possible to suppress the decrease in the thermal conductivity. Is obtained.
[0048]
According to the fourth aspect of the invention, the rib of the low thermal expansion material increases the rigidity of the entire heat dissipating body and increases the strength, so that the effect of further suppressing warpage can be obtained.
[0049]
According to the invention which concerns on Claim 5, the effect which can perform the heat transfer of a thermal radiation body further better is acquired by changing distribution of the cross-sectional area of a hole.
[0050]
According to the invention which concerns on Claim 6, when joining a to-be-radiated body and a heat radiator, it can reduce reliably that the curvature which goes to a to-be-heated body occurs in a heat radiator, and heat conduction of a heat radiator. The effect that it can suppress that a rate falls is acquired.
[0051]
According to the invention which concerns on Claim 7, the effect that the low thermal expansion material which has a connection opening part mutually connected in the thickness direction over one surface and the other surface can be formed reliably is acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a power module to which a radiator according to a first embodiment of the present invention is applied, and is an overall view when the thermal expansion coefficient on the radiator side is smaller than the thermal expansion coefficient on the radiator side. is there.
FIG. 2 is an overall view showing a power module when a thermal expansion coefficient on the radiator side is larger than a thermal expansion coefficient on the radiator side.
FIG. 3 is an explanatory view showing a heat radiator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view of a low thermal expansion material in a heat radiating body as viewed from above.
FIG. 5 is an explanatory view showing a heat dissipating body according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram in which ribs are provided on a plate material when a hole of a low thermal expansion material is manufactured.
FIG. 7 is a view showing a heat radiating body according to a fourth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional explanatory view of the heat radiating body as viewed from the side.
FIG. 8 is a perspective view showing a main part of the low thermal expansion material.
FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views showing modified examples of the low thermal expansion material.
FIG. 10 is an explanatory view showing a heat radiator according to a fifth embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
10 Power Module 11 Heat Dissipator (Power Module Substrate, Insulating Substrate)
16 Heat radiating body 17 Heat radiating body main body 18 Low thermal expansion material 18a Rib (rise piece)
18b rib (falling piece)
19 Hole 20 Stepped part

Claims

In the radiator that dissipates the heat of the radiator,
The radiator is configured by laminating a low thermal expansion material made of a material lower than the thermal expansion coefficient of the radiator body on the radiator body, and in a region corresponding to the insulating substrate of the low thermal expansion material, the thermal expansion on the radiator side. A radiator having a stepped portion based on a difference between a coefficient and a thermal expansion coefficient on the radiator side.

The heat radiator according to claim 1,
When the thermal expansion coefficient on the heat radiating member side is smaller than the thermal expansion coefficient on the heat radiating member side, the stepped portion is formed by denting a region corresponding to the insulating substrate of the low thermal expansion material in a direction away from the insulating substrate. on the other hand,
When the thermal expansion coefficient on the heat radiating body side is smaller than the thermal expansion coefficient on the heat radiating body side, a region corresponding to the heat radiating body of the low thermal expansion material is formed by being raised in a direction approaching the heat radiating body. body.

In the heat radiator according to claim 1 or 2,
The low thermal expansion material is provided with a hole penetrating through the low thermal expansion material.

In the heat radiator as described in any one of Claims 1-3,
The low thermal expansion material has a rib.

In the heat radiator as described in any one of Claims 1-4,
In the low thermal expansion material, the hole has a larger cross-sectional area provided in a peripheral region of the corresponding region than a cross-sectional area provided in a region corresponding to the heat-radiating member.

In the heat radiator as described in any one of Claims 1-5,
The low thermal expansion material is provided with a communication opening that communicates in the thickness direction across one surface and the other surface of the heat dissipating body and that is continuous with the thickness direction in a direction intersecting with the thickness direction. A heat dissipating body characterized in that the heat dissipating body is cast into the heat dissipating body.

The heat radiator according to claim 6,
The low thermal expansion material is formed in a chain-like body having the connecting openings continuously by assembling the band-like unit plate-like bodies at the same row position, and providing a plurality of rows of the chain-like bodies on the same plane, A heat dissipating body characterized in that the connecting openings are arranged so as to be shifted in rows adjacent to each other.