JP5011088B2 - 放熱装置及びパワーモジュール - Google Patents
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しかしながら、高熱伝導性材と低熱膨張材との接合が難しい。また、高熱伝導性材料と低熱膨張材間に剥離が生じる場合がある。また、低熱膨張材としてモリブデン(Mo)を用いた場合、モリブデンは、高価かつ重い材料であるため、これを用いている放熱体が高コストかつ重量物となり、車載部品等として改善が望まれる。
しかしながら、本構造では、応力緩和部材に多数の突起を形成する必要がある。また、当該多数の突起部は絶縁基板にろう付けされるが、その際突起部の高さのバラツキによってろう付けの不十分な箇所が発生しやすい。また、絶縁基板と応力緩和部材との接触は突起部のみに限られるので熱伝達面積は小さい。また、突起部以外の空間には熱伝導性グリースまたは熱伝導性樹脂が充填されるが、グリースや樹脂では金属接合と比較して熱伝導性が低下する。
また、本発明は、比較的に軽量で材料コストの安い放熱装置を提供することを目的とする。
かかる構成によれば、放熱効率が良く、信頼性が高く、しかも安価なパワーモジュールを得ることが可能となる。
かかる構成によれば、両側から放熱するのでより放熱効率が良く、信頼性が高く、しかも安価なパワーモジュールを得ることが可能となる。
図1は、実施形態1の放熱装置を用いたパワーモジュールを概略的に示している。図2及び図3は放熱装置の応力緩和部材の例を示している。なお、図は説明の便宜により描かれており、実際の部材のサイズをそのまま反映したものではない。
このようにして、パワーモジュール用基板8の金属層7と応力緩和部材4、応力緩和部材4とヒートシンク5が同時にろう付けされる。
参考例では、応力緩和部材4として、Cu層21は厚さ0.4mm、Cu−Mo合金20は厚さ0.2mmとした。パワーモジュール用基板8と応力緩和部材4の間は、参考例では厚さ120μmの低融点はんだ22で接合している。また、応力緩和部材4とヒートシンク5の間は、ゲル剤(シリコングリース)を用いて貼り合わされている。
シミュレーションの条件として、半導体素子2には実施例と参考例で同一の発熱量を与えた。また、冷却媒体(冷却水)13の水温も実施例と参考例で同一とした。その条件の下で、絶縁基板3と金属Al層7の界面に発生する歪量をシミュレーションにより求めた。
シミュレーションの結果から実施例と参考例における歪量を比較するため、参考例の歪量を規格化の基準とし、実施例の歪量はこの基準値に対する比で表現した。図4にその結果を示す。
なお、実施例でめっき鋼板の厚さが小さいほど参考例の構成における歪量よりも小さくなるのは、めっき鋼板が薄いほど半導体素子(発熱部)から冷却媒体への熱伝達が良好になり、絶縁基板の温度上昇を抑制する効果が作用するためと考えられる。
図5は本発明の他の実施形態を示している。この例では、2つの放熱装置を半導体装置の両側にそれぞれ配置したパワーモジュールの例を示す。放熱装置の応力緩和部材は実施形態1と同様のものであるので、同図において、図1と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
Claims (4)
- その一面が発熱体搭載面となる絶縁基板と、
該絶縁基板の他面側に配置されて放熱するヒートシンクと、
前記絶縁基板と前記ヒートシンクとの間に設けられる中間部材と、を備え、
前記絶縁基板の少なくとも他面及び前記中間部材の両面の各々は高熱伝導の同種金属で被覆され、前記ヒートシンクは当該金属と接合可能な金属であり、
前記絶縁基板、前記中間部材及び前記ヒートシンクの相互間が前記高熱伝導の金属を含むろう材によってろう付け接合され、前記中間部材が前記絶縁基板と前記ヒートシンクとの応力緩和部材として機能するものであり、
前記中間部材が鉄を主成分とする合金である鋼を母材とし、該母材の表面がアルミニウム系金属によりめっきされてなり、
前記ろう材がアルミニウム合金である、放熱装置。 - 前記中間部材がめっき鋼板であり、該めっき鋼板の板厚が0.05〜1.5mmであり、めっき層の厚さが1〜100μmである請求項1に記載の放熱装置。
- 請求項1又は2に記載の放熱装置と、
前記放熱装置の発熱体搭載面に固定される半導体装置と、を備えるパワーモジュール。 - 請求項1又は2に記載の2つの放熱装置と、
両放熱装置の発熱体搭載面で挟持される半導体装置と、を備えるパワーモジュール。
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