JP5124396B2 - Heat dissipation board unit - Google Patents

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本発明は、導電性パターンが形成されたセラミック基板に伝達される熱を外方に放熱させるヒートシンクを備えた放熱基板ユニットに関する。   The present invention relates to a heat dissipation board unit including a heat sink that dissipates heat transferred to a ceramic substrate on which a conductive pattern is formed.

上記のような放熱基板ユニットとして、図８に示すように、放熱性の高い材料からなる板状のヒートシンク１０５上に、表面及び裏面に導電性パターン１０１ｂ，１０１ｃを形成したセラミック基板１０１ａが重ねて配置されるとともに、ヒートシンク１０５とセラミック基板１０１ａの裏面の導電性パターン１０１ｃとの間に付着されたはんだ１０４にリフロー処理が施されることで、これらヒートシンク１０５とセラミック基板１０１ａとが接合されてなる放熱基板ユニット１００が知られている。   As shown in FIG. 8, a ceramic substrate 101a in which conductive patterns 101b and 101c are formed on the front and back surfaces of a heat sink 105 made of a material having high heat dissipation is superimposed on the heat dissipation substrate unit as described above. The heat sink 105 and the ceramic substrate 101a are joined to each other by being subjected to a reflow process on the solder 104 attached between the heat sink 105 and the conductive pattern 101c on the back surface of the ceramic substrate 101a. A heat dissipation board unit 100 is known.

このような放熱基板ユニット１００においては、上記リフロー処理においてはんだ１０４を加熱溶着する際に、ヒートシンク１０５とセラミック基板１０１ａとの熱膨張係数の相違によってヒートシンク１０５に反り形状が生じるという問題がある。   In such a heat dissipation board unit 100, when the solder 104 is heat-welded in the reflow process, there is a problem that the heat sink 105 is warped due to a difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 105 and the ceramic board 101a.

そこで従来、このヒートシンク１０５における反り形状の発生を防ぐための提案がいくつかなされており、例えば、ヒートシンク１０５の反り量を予測してはんだの加熱溶着によって反る方向とは逆向きに予め反り加工を施す方法や、また特許文献１に示されるように、ヒートシンクの裏面にショットピーニング処理を施して該裏面に硬化層を形成して反りを防止する手法がある。
特開２００６−３３２０８４号公報 Therefore, several proposals have been made for preventing the occurrence of the warp shape in the heat sink 105. For example, the warp amount of the heat sink 105 is predicted, and the warp process is previously performed in the direction opposite to the direction warped by soldering of the solder. In addition, as disclosed in Patent Document 1, there is a method for preventing warpage by performing shot peening on the back surface of the heat sink to form a hardened layer on the back surface.
JP 2006-332084 A

ところで、セラミック基板とヒートシンクとを接合する際には、これらセラミック基板とヒートシンクとの相対的な位置決めを行う必要があり、さらに、製品の耐久性の観点からは両者の接合強度がより大きいことが望ましい。   By the way, when bonding the ceramic substrate and the heat sink, it is necessary to relatively position the ceramic substrate and the heat sink, and from the viewpoint of product durability, the bonding strength between the two may be larger. desirable.

この点、ヒートシンクの上面にセラミック基板の裏面の導電性パターンが嵌り込む凹部を形成すれば、位置決めを容易に行うことができ、かつ接合強度を大きくすることができるとも考えられる。   In this regard, it is considered that if the concave portion into which the conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate is fitted is formed on the upper surface of the heat sink, the positioning can be easily performed and the bonding strength can be increased.

ところが、このようにヒートシンクに凹部を形成すると、当該凹部に起因してリフロー処理の加熱時にヒートシンクに反り形状が発生してしまうという問題が生じる。即ち、板状のヒートシンクが加熱されると主として面方向に熱膨張が生じ、これによりヒートシンク内部に応力が発生する。この際、通常リフロー処理時にはヒートシンクの下面及び側部が治具により支持されているため、当該応力が肉薄となる凹部の形成部分に集中し、この形成部分が上方に向けて押し上げられることとなる。その結果、ヒートシンクはセラミック基板側に大きく凸状に反ってしまう。   However, when the concave portion is formed in the heat sink in this manner, there arises a problem that a warped shape is generated in the heat sink during heating in the reflow process due to the concave portion. That is, when the plate-shaped heat sink is heated, thermal expansion occurs mainly in the surface direction, thereby generating stress inside the heat sink. At this time, since the lower surface and side portions of the heat sink are supported by the jig during the normal reflow process, the stress concentrates on the formation portion of the concave portion where the thickness is thin, and the formation portion is pushed upward. . As a result, the heat sink largely warps in a convex shape toward the ceramic substrate side.

このようにヒートシンクに反り形状が生じると、ヒートシンクとセラミック基板との接合面積が小さくなり放熱効果が損なわれてしまう他、両者の接合面のはんだにクラックが生じ、セラミック基板がヒートシンクから剥離してしまうという問題が生じる。   If the heat sink is warped in this way, the bonding area between the heat sink and the ceramic substrate will be reduced and the heat dissipation effect will be impaired.Similarly, the solder on the bonding surface of both will crack and the ceramic substrate will peel off from the heat sink. Problem arises.

この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、セラミック基板のヒートシンクに対する位置決め性及び接合強度を向上させることができるともに、ヒートシンクの反り形状の発生を抑制して、放熱効果の維持及びセラミック基板の剥離の防止を図ることが可能な放熱基板ユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and can improve the positioning and bonding strength of the ceramic substrate with respect to the heat sink, while suppressing the occurrence of the warped shape of the heat sink and maintaining the heat dissipation effect. It is another object of the present invention to provide a heat dissipation substrate unit capable of preventing the ceramic substrate from peeling off.

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る放熱基板ユニットは、板状に形成されたヒートシンク上に、表面及び裏面に導電性パターンを形成したセラミック基板が重ねて配置されるとともに、前記ヒートシンクと前記セラミック基板の裏面の導電性パターンとの間に配されたはんだにリフロー処理が施されることによって、前記ヒートシンクと前記セラミック基板とが接合されてなる放熱基板ユニットにおいて、前記ヒートシンクが前記導電性パターンよりも熱膨張係数が小さい材料によって構成されており、前記ヒートシンクには、その上面中央から該ヒートシンクの厚さ方向に窪んで前記セラミック基板の裏面の導電性パターンが嵌り込む第一の凹部が形成され、前記セラミック基板の裏面の導電性パターンに、前記セラミック基板の裏面側から該セラミック基板の厚さ方向に突出する突起部が形成され、前記ヒートシンクの前記第一の凹部には、その底面中央から前記ヒートシンクの厚さ方向に窪んで前記突起部が嵌り込む第二の凹部が形成されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
That is, in the heat dissipation board unit according to the present invention, a ceramic substrate having a conductive pattern formed on the front surface and the back surface is disposed on a heat sink formed in a plate shape, and the heat sink and the back surface of the ceramic substrate are disposed. In the heat dissipation board unit in which the heat sink and the ceramic substrate are joined by performing reflow processing on the solder disposed between the conductive pattern and the heat sink, the heat sink has a coefficient of thermal expansion higher than that of the conductive pattern. The heat sink is formed with a first recess that is recessed from the center of the upper surface in the thickness direction of the heat sink and into which the conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate is fitted. From the back side of the ceramic substrate to the conductive pattern on the back side of the ceramic A protrusion projecting in the thickness direction of the plate is formed, and a second recess is formed in the first recess of the heat sink, the recess being recessed from the center of the bottom surface in the thickness direction of the heat sink. It is characterized by that.

このような特徴の放熱基板ユニットによれば、ヒートシンクの表面にセラミック基板の裏面の導電性パターンが嵌り込む第一の凹部を設けたことにより、セラミック基板の横ズレを防止することができるため、ヒートシンクに対するセラミック基板の位置決めを容易に行うことが可能となる。
また、導電性パターンが第一の凹部に嵌り込む構成とすることではんだによる接合面積が増加することから、セラミック基板とヒートシンクとの接合強度を向上させることが可能となる。
さらに、第一の凹部の底部中央に突出部が設けられていることで、突出部の形成部分におけるヒートシンクの厚さ寸法が肉厚になる。したがって、熱膨張に基づいて第一の凹部に生じる上向きの応力を緩和することができ、該第一の凹部に起因した反りを低減させることが可能となる。
また、ヒートシンクよりも熱膨張係数の大きな導電性パターンの突起部が第二の凹部に嵌り込んだ状態で熱膨張することにより、当該突起部にはヒートシンクを下向きに押し付ける力が発生する。そしてこの押し付け力が、前述したヒートシンクの第一の凹部に生じる上向きの応力と打ち消し合うため、当該放熱基板ユニットに反りが発生することを抑制することができる。 According to the heat dissipation substrate unit having such a feature, by providing the first recess into which the conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate is fitted on the surface of the heat sink, it is possible to prevent lateral displacement of the ceramic substrate. It becomes possible to easily position the ceramic substrate with respect to the heat sink.
Moreover, since the joining area by solder increases by setting it as the structure which a conductive pattern fits into a 1st recessed part, it becomes possible to improve the joining strength of a ceramic substrate and a heat sink.
Furthermore, since the protrusion is provided at the center of the bottom of the first recess, the thickness of the heat sink at the portion where the protrusion is formed becomes thick. Therefore, the upward stress generated in the first concave portion based on the thermal expansion can be relaxed, and the warpage caused by the first concave portion can be reduced.
In addition, when the protrusion of the conductive pattern having a larger thermal expansion coefficient than the heat sink is thermally expanded in a state where the protrusion is fitted in the second recess, a force for pressing the heat sink downward is generated on the protrusion. And since this pressing force counteracts the upward stress which arises in the 1st recessed part of the heat sink mentioned above, it can suppress that the said thermal radiation board | substrate unit generate | occur | produces curvature.

本発明の放熱基板ユニットによれば、セラミック基板のヒートシンクに対する位置決め性及び接合強度を向上させることができ、さらに、ヒートシンクに反り形状が生じることを抑制して、放熱効果の維持及びセラミック基板の剥離の防止を図ることが可能となる。   According to the heat dissipation board unit of the present invention, it is possible to improve the positioning and bonding strength of the ceramic substrate with respect to the heat sink, and further suppress the occurrence of a warped shape on the heat sink, thereby maintaining the heat dissipation effect and peeling the ceramic substrate. Can be prevented.

以下、本発明に係る放熱基板ユニットの第１の実施形態ついて、図１から図３を用いて詳細に説明する。
図１は第１実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図、図２は第１実施形態に係るヒートシンクの側断面図、図３は第１実施形態に係るヒートシンクの平面図である。 Hereinafter, a first embodiment of a heat dissipation board unit according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
1 is a side sectional view of a heat dissipation board unit according to the first embodiment, FIG. 2 is a side sectional view of a heat sink according to the first embodiment, and FIG. 3 is a plan view of the heat sink according to the first embodiment.

図１に示すように、放熱基板ユニット１は、ヒートシンク１０上に、表面２０ａ及び裏面２０ｂに第１導電性パターン２１及び第２導電性パターン２２を形成したセラミック基板２０がはんだペースト３０を介して積層され、これにリフロー処理が施されることによってヒートシンク１０とセラミック基板２０とが接合されることで構成されている。   As shown in FIG. 1, the heat dissipation board unit 1 includes a ceramic substrate 20 in which a first conductive pattern 21 and a second conductive pattern 22 are formed on a heat sink 10 on a front surface 20 a and a back surface 20 b via a solder paste 30. The heat sink 10 and the ceramic substrate 20 are joined by being laminated and subjected to a reflow process.

上記セラミック基板２０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等を主成分とする金属からなり、平面視矩形状の板状に形成されている。
また、このセラミック基板２０の表面２０ａ上の第１導電性パターン２１及び裏面２０ｂ上の第２導電性パターン２２は、例えば、セラミック基板２０よりも厚みの小さい銅箔が積層されることで形成されており、これら第１導電性パターン２１及び第２導電性パターン２２の平面視形状は、セラミック基板２０よりも寸法の小さい正方形状とされている。 The ceramic substrate 20 is made of a metal whose main component is, for example, aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (SiN), and is formed in a rectangular plate shape in plan view.
Further, the first conductive pattern 21 on the front surface 20a of the ceramic substrate 20 and the second conductive pattern 22 on the back surface 20b are formed by laminating copper foils having a thickness smaller than that of the ceramic substrate 20, for example. The planar shape of the first conductive pattern 21 and the second conductive pattern 22 is a square shape having a size smaller than that of the ceramic substrate 20.

そして、本実施形態の放熱基板ユニット１においては、第１導電性パターン２１を形成する銅箔が一定の厚みの薄膜状であるのに対し、第２導電性パターン２２を形成する銅箔はその平面視中央部が肉厚とされている。即ち、第２導電性パターン２２には、セラミック基板２０の裏面２０ｂ側から該セラミック基板２０の厚さ方向に向かって突出する突起部２３が形成されている。なお、該突起部２３の平面視形状も正方形状とされている。   And in the thermal radiation board | substrate unit 1 of this embodiment, while the copper foil which forms the 1st conductive pattern 21 is a thin film form of fixed thickness, the copper foil which forms the 2nd conductive pattern 22 is the The central portion in plan view is thick. That is, the second conductive pattern 22 is formed with a protrusion 23 that protrudes from the back surface 20 b side of the ceramic substrate 20 in the thickness direction of the ceramic substrate 20. In addition, the planar view shape of this projection part 23 is also square shape.

ヒートシンク１０は、例えば、Cu-W, Cu-Mo, Al-SiCを主成分とする金属からなり、詳しくは図２及び図３に示すように、平面視矩形状をなす板状に形成されている。また、このヒートシンク１０の平面視面積は上記セラミック基板２０よりも大きく形成されている。   The heat sink 10 is made of, for example, a metal mainly composed of Cu—W, Cu—Mo, and Al—SiC. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the heat sink 10 is formed in a plate shape having a rectangular shape in plan view. Yes. Further, the area of the heat sink 10 in plan view is larger than that of the ceramic substrate 20.

ヒートシンク１０の上面１０ａ中央には、該ヒートシンク１０の厚さ方向に窪む第１の凹部１１が形成されている。この第１の凹部１１は、第２導電性パターン２２と同様に平面視正方形状に形成され、その外周寸法は上記第２導電性パターン２２の外周寸法と同一とされている。これにより、第２導電性パターン２２を第１の凹部１１に隙間なく嵌め込むことができる。また、第１の凹部１１の深さ寸法は、第２導電性パターン２２の厚みよりも十分に大きなものとされている。   A first recess 11 that is recessed in the thickness direction of the heat sink 10 is formed at the center of the upper surface 10 a of the heat sink 10. The first concave portion 11 is formed in a square shape in plan view like the second conductive pattern 22, and the outer peripheral dimension thereof is the same as the outer peripheral dimension of the second conductive pattern 22. Accordingly, the second conductive pattern 22 can be fitted into the first recess 11 without a gap. The depth of the first recess 11 is sufficiently larger than the thickness of the second conductive pattern 22.

この第１の凹部１１の底部１１ａには、ヒートシンク１０の厚さ方向に突出する突出部１２が形成されている。
この突出部１２は、平面視正方形状をなす底部１１ａの４辺から該正方形の中央に向かうに従って上面１０ａ側に延びる４つの傾斜面１３と、これら傾斜面１３のそれぞれに接して平面視正方形状をなす先端面１４とを有し、これにより突出部１２は先端面１４を上底とする正四角錐台状をなしている。
なお、この先端面１４は、ヒートシンク１０の上面１０ａと平行をなし、さらに、該ヒートシンク１０の上面１０ａよりも第１の凹部１１の底部１１ａ側に後退して位置している。 A protrusion 12 that protrudes in the thickness direction of the heat sink 10 is formed on the bottom 11 a of the first recess 11.
The projecting portion 12 has four inclined surfaces 13 extending toward the upper surface 10a from the four sides of the bottom portion 11a having a square shape in plan view toward the center of the square, and in contact with each of the inclined surfaces 13 in a square shape in plan view. Thus, the projecting portion 12 has a regular quadrangular truncated pyramid shape with the tip surface 14 as an upper base.
The front end surface 14 is parallel to the upper surface 10 a of the heat sink 10, and is further set back from the upper surface 10 a of the heat sink 10 toward the bottom 11 a of the first recess 11.

さらに、突出部１２の先端面１４の中央には、ヒートシンク１０の厚さ方向に窪む第２の凹部１５が形成されている。この第２の凹部１５の外周寸法は、上記第２導電性パターン２２に形成された突起部２３と同様に平面視正方形状に形成され、その外周寸法は該突起部２３と同一とされている。これにより、突起部２３を第２の凹部１５に隙間なく嵌め込むことができる。   Furthermore, a second recess 15 that is recessed in the thickness direction of the heat sink 10 is formed at the center of the tip surface 14 of the protrusion 12. The outer peripheral dimension of the second recess 15 is formed in a square shape in plan view like the protrusion 23 formed on the second conductive pattern 22, and the outer peripheral dimension is the same as the protrusion 23. . Thereby, the protrusion 23 can be fitted into the second recess 15 without a gap.

ここで、セラミック基板２０を上記材質で形成した場合にはその熱膨張係数は７×１０−６／℃となる。一方、銅箔からなる第２導電性パターン２２の熱膨張係数は１７×１０−６／℃となる。したがって、本実施形態においては、ヒートシンク１０の熱膨張係数は第２導電性パターン２２の熱膨張係数よりも小さいものとされている。
なお、この条件を満たす限り、ヒートシンク１０、第１導電性パターン２１及び第２導電性パターン２２は、上記材質に限定されることなく、他の金属によって形成されてもよい。 Here, when the ceramic substrate 20 is formed of the above-mentioned material, its thermal expansion coefficient is 7 × 10 −6 / ° C. On the other hand, the thermal expansion coefficient of the second conductive pattern 22 made of copper foil is 17 × 10 −6 / ° C. Therefore, in the present embodiment, the thermal expansion coefficient of the heat sink 10 is smaller than the thermal expansion coefficient of the second conductive pattern 22.
As long as this condition is satisfied, the heat sink 10, the first conductive pattern 21, and the second conductive pattern 22 are not limited to the above materials, and may be formed of other metals.

上記のようなヒートシンク１０にセラミック基板２０を接合するに際しては、まず、セラミック基板２０の第２導電性パターン２２にはんだペースト３０を付着させる。次に、第２導電性パターン２２を第１の凹部１１に嵌り込ませて、さらに、第２導電性パターン２２の平面視中央部に形成された突起部２３を第２の凹部１５に嵌り込ませる。この状態では、第２導電性パターン２２がはんだペースト３０を介して突出部１２の先端面１４に当接するとともに、該第２導電性パターン２２における突起部２３がはんだペースト３０を介して第２の凹部１５の底面１５ａに当接する。
そして、リフロー処理を施すことによって上記はんだペースト３０が加熱溶融され、その後、冷却凝固されることではんだ層が形成される。
このようにして、はんだ層によってヒートシンク１０とセラミック基板２０とが接合された放熱基板ユニット１が形成される。さらに詳術すれば、はんだ層によって、セラミック基盤２０が、ヒートシンク１０における第１の凹部１１の傾斜面１３や第２の凹部１５の底部１５ａに接合される。 In joining the ceramic substrate 20 to the heat sink 10 as described above, first, the solder paste 30 is attached to the second conductive pattern 22 of the ceramic substrate 20. Next, the second conductive pattern 22 is fitted into the first recess 11, and the protrusion 23 formed at the center of the second conductive pattern 22 in plan view is fitted into the second recess 15. I will. In this state, the second conductive pattern 22 comes into contact with the tip surface 14 of the protruding portion 12 via the solder paste 30, and the protrusion 23 in the second conductive pattern 22 passes through the solder paste 30 to the second state. It contacts the bottom surface 15 a of the recess 15.
Then, the solder paste 30 is heated and melted by reflow treatment, and then cooled and solidified to form a solder layer.
In this way, the heat dissipation board unit 1 in which the heat sink 10 and the ceramic substrate 20 are joined by the solder layer is formed. More specifically, the ceramic substrate 20 is joined to the inclined surface 13 of the first recess 11 and the bottom 15 a of the second recess 15 in the heat sink 10 by the solder layer.

以上のような構成の放熱基板ユニット１は、セラミック基板２０の表面２０ａに形成された第１導電性パターン２１上に熱源となる半導体素子（図示省略）が固定される。そして、動作時に半導体素子が発熱し、その熱が、第１導電性パターン２１、セラミック基板２０、第２導電性パターン２２及びはんだ層を介してヒートシンク１０に伝達され、該ヒートシンク１０において放熱されるようになっている。これにより、半導体素子の温度上昇が防止され、その正常な動作が確保される。   In the heat dissipation substrate unit 1 configured as described above, a semiconductor element (not shown) serving as a heat source is fixed on the first conductive pattern 21 formed on the surface 20a of the ceramic substrate 20. During operation, the semiconductor element generates heat, and the heat is transmitted to the heat sink 10 through the first conductive pattern 21, the ceramic substrate 20, the second conductive pattern 22, and the solder layer, and is dissipated in the heat sink 10. It is like that. Thereby, the temperature rise of the semiconductor element is prevented and its normal operation is ensured.

この放熱基板ユニット１においては、ヒートシンク１０の上面１０ａにセラミック基板２０の裏面２０ｂの第２導電性パターン２２が嵌り込む第１の凹部１１が設けられたことにより、セラミック基板２０の横ズレを防止することができるため、ヒートシンク１０に対するセラミック基板２０の位置決めを容易に行うことが可能となる。   In the heat dissipation substrate unit 1, the first recess 11 into which the second conductive pattern 22 on the back surface 20 b of the ceramic substrate 20 is fitted is provided on the upper surface 10 a of the heat sink 10, thereby preventing lateral displacement of the ceramic substrate 20. Therefore, the ceramic substrate 20 can be easily positioned with respect to the heat sink 10.

また、第２導電性パターン２２が凹部に嵌り込む構成とすることで、はんだによる接合面積が増加することから、セラミック基板２０とヒートシンク１０との接合強度を向上させることが可能となる。   In addition, since the second conductive pattern 22 is configured to fit in the recess, the bonding area by the solder increases, so that the bonding strength between the ceramic substrate 20 and the heat sink 10 can be improved.

ここで、例えばヒートシンク１０に第１の凹部１１のみが形成されている場合、該第１の凹部１１に起因してリフロー処理の加熱時にヒートシンク１０に反り形状が発生してしまうという問題が生じる。即ち、板状のヒートシンク１０が加熱されると主として面方向に熱膨張が生じ、これによりヒートシンク１０内部に応力が発生する。この際、通常、リフロー処理時にはヒートシンク１０の下面及び側部が治具により支持されているため、当該応力が肉薄となる第１の凹部１１の形成部分に集中し、この形成部分が上方に向けて押し上げられることとなる。その結果、ヒートシンク１０がセラミック基板２０側に大きく凸状に反ってしまう。   Here, for example, when only the first recess 11 is formed in the heat sink 10, there arises a problem that the heat sink 10 is warped due to the first recess 11 when the reflow process is heated. In other words, when the plate-shaped heat sink 10 is heated, thermal expansion occurs mainly in the surface direction, thereby generating stress inside the heat sink 10. At this time, since the lower surface and the side portion of the heat sink 10 are normally supported by a jig during the reflow process, the stress is concentrated on the formation portion of the first recess 11 where the thickness is thin, and the formation portion is directed upward. Will be pushed up. As a result, the heat sink 10 warps greatly toward the ceramic substrate 20 side.

この点、本実施形態の放熱基板ユニット１においては、ヒートシンク１０の第１の凹部１１の底部１１ａ中央にセラミック基板２０側に突出する突出部１２が設けられていることから、該突出部１２の形成部分におけるヒートシンク１０の厚さ寸法が肉厚になる。これにより、熱膨張に基づいて第１の凹部１１に生じる上向きの応力を緩和することができ、第１の凹部１１に起因した反りを低減させることが可能となる。   In this respect, in the heat dissipation board unit 1 of the present embodiment, since the protrusion 12 that protrudes toward the ceramic substrate 20 is provided at the center of the bottom 11a of the first recess 11 of the heat sink 10, the protrusion 12 The thickness dimension of the heat sink 10 in the formation portion becomes thick. Thereby, the upward stress generated in the first recess 11 based on the thermal expansion can be relaxed, and the warp caused by the first recess 11 can be reduced.

さらに、ヒートシンク１０よりも熱膨張係数の大きな第２導電性パターン２２の突起部２３が第２の凹部１５に嵌り込んだ状態で熱膨張することにより、当該突起部２３にはヒートシンク１０を下向きに押し付ける力が発生する。そしてこの押し付け力が前述したヒートシンクの第１の凹部１１に生じる上向きの応力と打ち消し合うため、放熱基板ユニット１に反りが発生することを防止できる。   Further, the protrusion 23 of the second conductive pattern 22 having a larger thermal expansion coefficient than the heat sink 10 is thermally expanded in a state where the protrusion 23 is fitted in the second recess 15, so that the heat sink 10 is directed downward in the protrusion 23. A pressing force is generated. And since this pressing force counteracts the upward stress which arises in the 1st recessed part 11 of the heat sink mentioned above, it can prevent that curvature generate | occur | produces in the thermal radiation board | substrate unit 1. FIG.

以上から、本実施形態の放熱基板ユニット１によれば、ヒートシンク１０に第１の凹部１１を形成したことにより、セラミック基板２０のヒートシンク１０に対する位置決め性及び接合強度を向上させることができ、さらに、第１の凹部１１に突出部１２を形成するとともに第２の凹部１５を形成することによって、ヒートシンク１０に反り形状が生じることを抑制し、放熱効果の維持及びセラミック基板２０の剥離の防止を図ることが可能となる。   As described above, according to the heat dissipation substrate unit 1 of the present embodiment, the first recess 11 is formed in the heat sink 10, thereby improving the positioning and bonding strength of the ceramic substrate 20 with respect to the heat sink 10. By forming the protrusion 12 in the first recess 11 and forming the second recess 15, the heat sink 10 can be prevented from being warped to maintain the heat dissipation effect and prevent the ceramic substrate 20 from peeling off. It becomes possible.

次に、本発明の第２実施形態に係る放熱基板ユニット４０について説明する。図４は第２実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図、図５は第２実施形態に係るヒートシンクの側断面図である。
なお、この放熱基板ユニット４０においては、第１実施形態の放熱基板ユニット１と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
また、この第２実施形態は本発明の参考例であるとして説明する。 Next, the heat dissipation board unit 40 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a side sectional view of the heat dissipation board unit according to the second embodiment, and FIG. 5 is a side sectional view of the heat sink according to the second embodiment.
In the heat dissipation board unit 40, the same components as those of the heat dissipation board unit 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
The second embodiment will be described as a reference example of the present invention.

図４に示すように、放熱基板ユニット４０におけるセラミック基板２０の裏面２０ｂに形成された第２導電性パターン２４は、第１実施形態の放熱基板ユニット１の第２導電性パターン２２と異なり突起部２３が形成されていない。即ち、本実施形態の第２導電性パターン２４は、第１導電性パターン２１と同様に一定の厚みを有する銅箔を用いて平坦に形成されている。   As shown in FIG. 4, the second conductive pattern 24 formed on the back surface 20b of the ceramic substrate 20 in the heat dissipation board unit 40 is different from the second conductive pattern 22 of the heat dissipation board unit 1 of the first embodiment. 23 is not formed. That is, the second conductive pattern 24 of the present embodiment is formed flat using a copper foil having a certain thickness, like the first conductive pattern 21.

また、第２実施形態に係るヒートシンク１０には、第１実施形態と同様に、第１の凹部１１が形成されており、該第１の凹部１１の底部１１ａ中央に、ヒートシンク１０の厚さ方向に突出する突出部１６が形成されている。この突出部１６は、その先端面１６ａが平面視正方形状をなす正四角柱状をなしている。また、先端面１４は、ヒートシンク１０の上面１０ａと平行をなし、さらに、該ヒートシンク１０の上面１０ａよりも第１の凹部１１の底部１１ａ側に後退して位置している。   Moreover, the 1st recessed part 11 is formed in the heat sink 10 which concerns on 2nd Embodiment similarly to 1st Embodiment, The thickness direction of the heat sink 10 is centered on the bottom part 11a of this 1st recessed part 11 A projecting portion 16 is formed to project. The projecting portion 16 has a regular quadrangular prism shape in which the tip surface 16a forms a square shape in plan view. The tip surface 14 is parallel to the upper surface 10 a of the heat sink 10, and is further set back from the upper surface 10 a of the heat sink 10 toward the bottom 11 a of the first recess 11.

この第２実施形態においてヒートシンク１０にセラミック基板２０を接合するには、セラミック基板２０の第２導電性パターン２４にはんだペースト３０を付着させた後、該第２導電性パターン２４を第１の凹部１１に嵌り込ませる。この状態で、第２導電性パターン２４がはんだペースト３０を介して突出部１６の先端面１６ａに当接する。そして。リフロー処理が施されることによってはんだ層が形成され、ヒートシンク１０とセラミック基板２０とが接合された放熱基板ユニット４０が形成される。この際、はんだ層によって、セラミック基盤２０が、ヒートシンク１０における第１の凹部１１の１１ａや突出部１６の先端面１６ａに接合される。   In order to join the ceramic substrate 20 to the heat sink 10 in the second embodiment, after the solder paste 30 is attached to the second conductive pattern 24 of the ceramic substrate 20, the second conductive pattern 24 is formed into the first recess. 11 is inserted. In this state, the second conductive pattern 24 comes into contact with the distal end surface 16 a of the protruding portion 16 through the solder paste 30. And then. By performing the reflow process, a solder layer is formed, and a heat dissipation board unit 40 in which the heat sink 10 and the ceramic substrate 20 are joined is formed. At this time, the ceramic substrate 20 is bonded to the first recess 11 a of the heat sink 10 and the tip end surface 16 a of the protrusion 16 by the solder layer.

第２実施形態の放熱基板ユニット４０においても第１実施形態と同様に、ヒートシンク１０の第１の凹部１１にセラミック基盤２０の第２導電性パターン２４が嵌り込む構成としたことにより、セラミック基板２０の横ズレを防止することができるため、ヒートシンク１０に対するセラミック基板２０の位置決めを容易に行うことが可能となる。   Also in the heat dissipation board unit 40 of the second embodiment, the second conductive pattern 24 of the ceramic substrate 20 is fitted into the first recess 11 of the heat sink 10 as in the first embodiment. Therefore, it is possible to easily position the ceramic substrate 20 with respect to the heat sink 10.

また、このように第２導電性パターン２４が凹部に嵌り込む構成とすることで、はんだによる接合面積が増加することから、セラミック基板２０とヒートシンク１０との接合強度を向上させることが可能となる。   In addition, since the second conductive pattern 24 is fitted into the concave portion in this way, the bonding area by the solder increases, so that the bonding strength between the ceramic substrate 20 and the heat sink 10 can be improved. .

さらに、ヒートシンク１０における第１の凹部１１の底部１１ａ中央にセラミック基板２０側に突出する突出部１６が設けられていることから、該突出部１６の形成部分のヒートシンク１０の厚さ寸法が肉厚になる。これにより、熱膨張に基づいて第１の凹部１１に生じる上向きの応力を緩和することができ、第１の凹部１１に起因した反りを低減させることが可能となる。   Furthermore, since the protrusion 16 that protrudes toward the ceramic substrate 20 is provided at the center of the bottom 11a of the first recess 11 in the heat sink 10, the thickness dimension of the heat sink 10 at the portion where the protrusion 16 is formed is thick. become. Thereby, the upward stress generated in the first recess 11 based on the thermal expansion can be relaxed, and the warp caused by the first recess 11 can be reduced.

次に、本発明の第３実施形態に係る放熱基板ユニット５０について説明する。図６は第３実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図、図７は第３実施形態に係るヒートシンクの側断面図である。
なお、この放熱基板ユニット５０においては、第１実施形態の放熱基板ユニット１と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。 Next, a heat dissipation board unit 50 according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a side sectional view of the heat dissipation board unit according to the third embodiment, and FIG. 7 is a side sectional view of the heat sink according to the third embodiment.
In the heat dissipation board unit 50, the same components as those of the heat dissipation board unit 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第３実施形態に係るヒートシンク１０には、第１実施形態と同様に、第１の凹部１１が形成されており、さらに、該第１の凹部１１の底部１１ａ中央には、ヒートシンク１０の厚さ方向に窪む第２の凹部１７が形成されている。この第２の凹部１７は平面視正方形状に形成され、その外周寸法は第２導電性パターン２２に形成された突起部２３の外周寸法と同一とされている。これにより突起部２３を第２の凹部１７に隙間なく嵌め込むことができる。
なお、本実施形態においても、ヒートシンク１０の熱膨張係数は第１導電性パターン２１及び第２導電性パターン２２の熱膨張係数よりも小さいものとされている。 In the heat sink 10 according to the third embodiment, a first recess 11 is formed as in the first embodiment, and the thickness of the heat sink 10 is further provided at the center of the bottom 11a of the first recess 11. A second recess 17 that is recessed in the direction is formed. The second recess 17 is formed in a square shape in plan view, and the outer peripheral dimension thereof is the same as the outer peripheral dimension of the protrusion 23 formed in the second conductive pattern 22. Thereby, the protrusion 23 can be fitted into the second recess 17 without a gap.
In this embodiment as well, the thermal expansion coefficient of the heat sink 10 is set to be smaller than the thermal expansion coefficients of the first conductive pattern 21 and the second conductive pattern 22.

この第３実施形態においてヒートシンク１０にセラミック基板２０を接合するに際しては、セラミック基板２０の第２導電性パターン２２にはんだペーストを付着させた後、該第２導電性パターン２２を第１の凹部１１に嵌り込ませ、さらに、第２導電性パターン２２に形成された突起部２３を第２の凹部１７に嵌り込ませる。この状態では、第２導電性パターン２２がはんだペーストを介して第１の凹部１１の底部１１ａに当接するとともに、該第２導電性パターン２２における突起部２３が第２の凹部１７の底面１７ａに当接する。
そして。リフロー処理が施されることによってはんだ層が形成され、ヒートシンク１０とセラミック基板２０とが接合された放熱基板ユニット５０が形成される。 In joining the ceramic substrate 20 to the heat sink 10 in the third embodiment, a solder paste is attached to the second conductive pattern 22 of the ceramic substrate 20 and then the second conductive pattern 22 is attached to the first recess 11. Further, the protrusion 23 formed on the second conductive pattern 22 is inserted into the second recess 17. In this state, the second conductive pattern 22 comes into contact with the bottom portion 11a of the first recess 11 via the solder paste, and the protrusion 23 in the second conductive pattern 22 contacts the bottom surface 17a of the second recess 17. Abut.
And then. By performing the reflow process, a solder layer is formed, and a heat dissipation board unit 50 in which the heat sink 10 and the ceramic board 20 are joined is formed.

第３実施形態の放熱基板ユニット４０においても第１実施形態と同様に、ヒートシンク１０の第１の凹部１１にセラミック基板２０の第２導電性パターン２２が嵌り込む構成としたことにより、セラミック基板２０の位置決めを容易に行うことができる。
また、このように第２導電性パターン２２が第１の凹部１１に嵌り込むことで、セラミック基板２０のヒートシンク１０に対する横ズレを防止することができるため、セラミック基板２０とヒートシンク１０との接合強度を向上させることが可能となる。 Also in the heat dissipation board unit 40 of the third embodiment, the second conductive pattern 22 of the ceramic substrate 20 is fitted into the first recess 11 of the heat sink 10 as in the first embodiment. Can be easily positioned.
In addition, since the second conductive pattern 22 fits into the first recess 11 in this manner, the lateral displacement of the ceramic substrate 20 with respect to the heat sink 10 can be prevented, so that the bonding strength between the ceramic substrate 20 and the heat sink 10 can be prevented. Can be improved.

さらに、ヒートシンク１０よりも熱膨張係数の大きな第２導電性パターン２２の突起部２３が第２の凹部１７に嵌り込んだ状態で熱膨張することにより、当該突起部２３にはヒートシンク１０を下向きに押し付ける力が発生する。そしてこの押し付け力がヒートシンク１０の第１の凹部１１に生じる上向きの応力と打ち消し合うため、放熱基板ユニット１に反りが発生することを防止できる。   Further, the protrusion 23 of the second conductive pattern 22 having a larger thermal expansion coefficient than the heat sink 10 is thermally expanded in a state where the protrusion 23 is fitted in the second recess 17, so that the heat sink 10 faces downward in the protrusion 23. A pressing force is generated. And since this pressing force counteracts with the upward stress produced in the 1st recessed part 11 of the heat sink 10, it can prevent that curvature generate | occur | produces in the thermal radiation board | substrate unit 1. FIG.

以上、本発明の実施形態に係る放熱基板ユニット１，４０，５０ついて詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、上記実施形態においては、第１の凹部１１及び第２導電性パターン２２，２４は平面視正方形状としたが、第２導電性パターン２２，２４が第１の凹部１１に隙間なく嵌り込むことが可能である限り、他の平面視形状であってもよい。
また、同様に、第２の凹部１５，１７及び突出部１６の平面視形状も、突出部１６が第２の凹部１５，１７に隙間なく嵌り込むことが可能である限り、他の平面視形状であってもよい。 As described above, the heat dissipation board units 1, 40, and 50 according to the embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to these without departing from the technical idea of the present invention, and there are some design changes and the like. Is possible.
For example, in the above-described embodiment, the first recess 11 and the second conductive patterns 22 and 24 are square in plan view, but the second conductive patterns 22 and 24 are fitted into the first recess 11 without a gap. As long as it is possible, other planar shapes may be used.
Similarly, the plan view shapes of the second recesses 15 and 17 and the projecting portion 16 may be other plan view shapes as long as the projecting portion 16 can be fitted into the second recesses 15 and 17 without gaps. It may be.

また、はんだペースト３０は、少なくともセラミック基板２０の裏面２０ｂに形成された第２導電性パターン２２，２４とヒートシンク１０との愛代に配されていればよく、例えば、ヒートシンク１０における底部１１ａ，１５ａ，１７ａ、傾斜面１３、先端面１４１６ａに付着していてもよい。   Also, the solder paste 30 may be disposed at least in the love of the second conductive patterns 22 and 24 formed on the back surface 20b of the ceramic substrate 20 and the heat sink 10. For example, the bottom portions 11a and 15a of the heat sink 10 may be used. , 17a, the inclined surface 13, and the tip surface 1416a.

第１実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink board unit concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るヒートシンクの平面図である。It is a top view of the heat sink concerning a 1st embodiment. 第２実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink board unit concerning a 2nd embodiment. 第２実施形態に係るヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink concerning a 2nd embodiment. 第３実施形態に係る放熱基板ユニットの側断面図である。It is a sectional side view of the thermal radiation board unit which concerns on 3rd Embodiment. 第３実施形態に係るヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink concerning a 3rd embodiment. 従来の放熱基板ユニットの側断面図である。It is a sectional side view of the conventional heat dissipation board unit.

符号の説明Explanation of symbols

１ 放熱基板ユニット
１０ ヒートシンク
１０ａ 上面
１１ 第１の凹部
１２ 突出部
１５ 第２の凹部
１５ａ 底面
１６ 突出部
１７ 第２の凹部
１７ａ 底面
２０ セラミック基板
２０ａ 表面
２０ｂ 裏面
２１ 第１導電性パターン
２２ 第２導電性パターン
２３ 突起部
２４ 第２導電性パターン
３０ はんだ
４０ 放熱基板ユニット
５０ 放熱基板ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat dissipation board unit 10 Heat sink 10a Upper surface 11 1st recessed part 12 Protruding part 15 2nd recessed part 15a Bottom face 16 Protruding part 17 2nd recessed part 17a Bottom face 20 Ceramic substrate 20a Surface 20b Back surface 21 1st electroconductive pattern 22 2nd electroconductivity Conductive pattern 23 protrusion 24 second conductive pattern 30 solder 40 heat dissipation board unit 50 heat dissipation board unit

Claims (1)

板状に形成されたヒートシンク上に、表面及び裏面に導電性パターンを形成したセラミック基板が重ねて配置されるとともに、前記ヒートシンクと前記セラミック基板の裏面の導電性パターンとの間に配されたはんだにリフロー処理が施されることによって、前記ヒートシンクと前記セラミック基板とが接合されてなる放熱基板ユニットにおいて、
前記ヒートシンクが前記導電性パターンよりも熱膨張係数が小さい材料によって構成されており、
前記ヒートシンクには、その上面中央から該ヒートシンクの厚さ方向に窪んで前記セラミック基板の裏面の導電性パターンが嵌り込む第一の凹部が形成され、
前記セラミック基板の裏面の導電性パターンに、前記セラミック基板の裏面側から該セラミック基板の厚さ方向に突出する突起部が形成され、
前記ヒートシンクの前記第一の凹部には、その底面中央から前記ヒートシンクの厚さ方向に窪んで前記突起部が嵌り込む第二の凹部が形成されたことを特徴とする放熱基板ユニット。 A ceramic substrate having a conductive pattern formed on the front surface and the back surface is disposed on a heat sink formed in a plate shape, and solder disposed between the heat sink and the conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate. In the heat dissipation substrate unit in which the heat sink and the ceramic substrate are joined by being subjected to a reflow process,
The heat sink is made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the conductive pattern;
The first heat sink is formed in the heat sink so as to be recessed in the thickness direction of the heat sink from the center of the upper surface and into which the conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate is fitted,
The conductive pattern on the back surface of the ceramic substrate is formed with a protrusion protruding in the thickness direction of the ceramic substrate from the back surface side of the ceramic substrate,
The heat sink substrate unit, wherein the first recess of the heat sink is formed with a second recess recessed from the center of the bottom surface in the thickness direction of the heat sink and into which the protrusion is fitted.
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