JP5773703B2 - 放熱装置 - Google Patents
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Description
前記応力緩和材は、絶縁基板側の面およびヒートシンク側の面の少なくとも一方の面に開口する少なくとも1つの応力吸収空間を有し、前記応力吸収空間の開口縁部に、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において応力吸収空間の断面積を拡大する凹部が形成されていることを特徴とする放熱装置。
図1は本発明の放熱装置の一実施形態を、構成部材が積層する方向で切断した断面で示している。以下の説明において、積層方向の断面を縦断面と称し、この縦断面と直交する面で切断した断面を横断面と称する。
図1に示した応力緩和材(20)は応力吸収空間として複数の円形貫通穴(21)を有するパンチングメタルである。前記貫通穴(21)は絶縁基板(11)側の面およびヒートシンク(13)側の面の両方に開口し、その穴径は絶縁基板(11)側において開口面に向かって連続的に拡大されている。この穴径の拡大により、貫通穴(21)の開口縁部の全周において、貫通穴(21)の横断面積を拡大する凹部(22)が形成されている。放熱装置(1)の縦断面において、前記凹部(22)の内壁面(23)の形状は絶縁基板(11)に対して一定の角度(θ)で傾斜する直線で表されるテーパー面である。
図3に示した応力緩和材(30)は、縦断面において、凹部(32)の内壁面(33)の形状が貫通穴(32)内に突出する方向に湾曲する曲線で形成されたものである。内壁面(33)がこのような曲線で形成された凹部(32)は、直線で形成された図1の凹部(22)よりも毛細管力が高くろう材の引き込み力も強い。一方、図1の内壁面(32)が直線で形成された凹部(22)は曲線で形成された凹部(32)よりも容量が大きいので、余剰ろう材をより多く溜めることができる。
図4に示す応力緩和材(40)は、貫通穴(41)の凹部(42)の傾斜する内壁面(43)に、周方向に沿って環状の溝(44)をに沿って設けたものである。凹部(42)に引き込まれた余剰ろう材は溝(44)に導かれて周方向に流れるので、周方向において均一に余剰ろう材を溜めことができる。また、溝(44)によって凹部(42)の容積が拡大するので、より多くの余剰ろう材を溜めることができる。溝(44)の数は限定されず、1本でも複数本であっても良い。また、溝は周方向で閉じられた環状溝である必要はなく、螺旋状の溝であっても良い。さらに、溝の断面形状も限定されず、図示例のV字形の溝(44)の他、U字形の溝を例示できる。
図5に示す応力緩和材(50)は、貫通穴(51)の凹部(52)の内壁面が、絶縁基板(11)に対して垂直な側面(53)と平行な底面(54)との2つの面によって段状に形成されている。このような段状の凹部(52)は容積が大きいので、多くの余剰ろう材を溜めることができる。
図6に示す応力緩和材(55)は、貫通穴(56)の凹部(57)の内壁面が、絶縁基板(11)に対して傾斜する側面(59)と平行な底面(58)との2つの面によって段状に形成されている。前記凹部(57)は図5の凹部(52)と図1の凹部(22)との中間形状であり、段状に形成することで凹部(57)の容積を大きくするとともに、側面(59)を傾斜させることで毛細管力によるろう材引き込み効果を高めたものである。
本発明において、応力緩和材の応力吸収空間は、絶縁基板側およびヒートシンク側の少なくとも一方に開口している限り、その形状や数は限定されない。従って、本発明の放熱装置では以下のような形状の応力緩和材も使用できる。
図7の応力緩和材(60)の応力緩和空間は有底の穴(61)(62)である。個々の有底の穴(61)(62)は絶縁基板(11)およびヒートシンク(13)のいずれか一方のみに開口し、開口縁部に凹部(63)(64)を有している。凹部(63)(64)の形状は図1、3〜6に示した凹部(22)(32)(42)(52)(57)のいずれの形状であっても良い。
応力緩和材と絶縁基板との接合面、および応力緩和材とヒートシンクとの接合面において、溶融したろう材は中央部から外周側に向かって流れる傾向があり、余剰ろう材量は中心部で少なく外周側にいくほど増えていく。このため、応力緩和材が複数の応力吸収空間を有する場合、外周側に位置する応力吸収空間ほど余剰ろう材によって塞がれ易いという状況がある。
図1に示す応力緩和材(20)を用いた。13個の応力吸収空間は同一形状であり、直径(d)が2mmの円形の貫通穴(21)である。前記貫通穴(21)の絶縁基板(11)側の開口縁部の全周に凹部(22)が形成されている。前記凹部(22)の内壁面(23)は絶縁基板(11)に対して傾斜角度(θ)が30°で傾斜するテーパー面であり、板厚方向の高さ(h)は0.2mmである。
図3に示す応力緩和材(30)を用いた。この応力緩和材(30)は実施例1の応力緩和材(20)とは凹部(32)の形状のみが異なる。前記凹部(32)は、内壁面(33)が凹部(32)内に突出する方向に湾曲する曲線で構成されている。前記内壁面(33)の絶縁基板(11)に対する傾斜角度(θ)は60°である。
図4に示す応力緩和材(40)を用いた。この応力緩和材(40)は実施例1の応力緩和材(20)とは凹部(42)の形状のみが異なる。前記凹部(42)は、図1の凹部(21)と同じ角度(θ)で傾斜する内壁面(43)の全周に溝(44)を形成したものである。
図5に示す応力緩和材(50)を用いた。この応力緩和材(50)は実施例1の応力緩和材(20)とは凹部(52)の形状のみが異なる。前記凹部(52)は、内壁面が側面(53)と底面(54)との2つの面によって段状に形成されたものである。
図8Aおよび8Bに示す応力緩和材(70)を用いた。この応力緩和材(70)において、中心に位置する最小径の第1貫通穴(71)の直径(d1)は2mm、中間に位置する第2貫通穴(72)の直径(d2)は 2.5mm、外周側に位置する第3貫通穴(73)の直径(d3)は3mmである。各凹部(74)(75)(76)の高さ(h)は共通であり、実施例1の応力緩和材(20)と同じ高さ(h)である。また、内壁面(77)(78)(79)は実施例1の応力緩和材(20)と同じ傾斜角度(θ)の傾斜面で形成されている。
図9に示す応力緩和材(101)を用いた。この応力緩和材(101)は実施例1の応力緩和材(20)とは貫通穴(102)に凹部が設けられていないことのみが異なる。
実施例1〜5および比較例の応力緩和材を、図1および図9に示すように、回路層(12)、ろう材箔、絶縁基板(11)、ろう材箔、応力緩和材(20)(30)(40)(50)(70)(101)、ろう材箔、ヒートシンク(13)の順に積層した放熱装置(1)(100)を仮組みし、7×10−4Paの真空中で600℃×20分で真空ろう付した。
11…絶縁基板
12…回路層
13…ヒートシンク
14…電子素子
20、30、40、50、55、60、70、101…応力緩和材
21、31、41、51、56、71、72、73、102…貫通穴(応力吸収空間)
61、62…有底の穴(応力吸収空間)
22、32、32、42、52、57、63、64、74、75、76…凹部
23、33、43、53、54、58、59、77、78、79…凹部の内壁面
44…溝
B…余剰ろう材
θ…内壁面の傾斜角度
h…凹部の高さ
d、d1、d2、d3…貫通穴の直径
Claims (5)
- 絶縁基板の一面側に電子素子搭載用の回路層が接合され、他面側に応力緩和材を介してヒートシンクが接合された放熱装置であって、
前記応力緩和材は、絶縁基板側の面およびヒートシンク側の面の少なくとも一方の面に開口する複数の応力吸収空間を有し、前記応力吸収空間の開口縁部に、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において応力吸収空間の断面積を拡大する凹部が形成され、
かつ、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において、絶縁基板またはヒートシンクとの接合面の外周側に位置する応力吸収空間の凹部の断面積が、中心側に位置する応力吸収空間の凹部の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする放熱装置。 - 前記凹部の断面積は開口面に向かって連続的に拡大され、かつ前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向の断面において、前記凹部の内壁面形状が直線また応力吸収空間内に突出する方向に湾曲する曲線で形成されている請求項1に記載の放熱装置。
- 前記凹部の内壁面と絶縁基板またはヒートシンクとの成す角度が10〜80°である請求項2に記載の放熱装置。
- 前記凹部の内壁面に周方向に沿った溝が形成されている請求項1〜3のいずれかに記載の放熱装置。
- 前記複数の応力吸収空間は、前記絶縁基板、応力緩和材およびヒートシンクが積層する方向に直交する面で切断した断面において、外周側に位置する応力吸収空間の断面積が、中心側に位置する応力吸収空間の断面積よりも大きく形成されている請求項1〜4のいずれかに記載の放熱装置。
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