JP7205214B2 - Insulated circuit board with heat sink - Google Patents

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Description

本発明は、各種電子部品等の実装部品を搭載可能な絶縁回路基板であって、実装部品で生じる熱を放散するためのヒートシンクを有するヒートシンク付絶縁回路基板に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulating circuit board on which mounted components such as various electronic components can be mounted, and more particularly to an insulating circuit board with a heatsink having a heatsink for dissipating heat generated by the mounted components.

ＬＥＤやパワー素子などの電子部品を搭載する絶縁回路基板には、電子部品で生じる熱を放散するためのヒートシンクが設けられる。
この場合、絶縁回路基板としてセラミックス基板を用いたものも知られており、セラミックス基板にアルミニウム又は銅からなる金属層が接合されている。このため、この金属層に金属のヒートシンクを直接接合することが可能である。
しかし、セラミックス基板を用いた絶縁回路基板と金属のヒートシンクとを接合する場合、セラミックスの線熱膨張率がアルミニウムや銅と比較すると小さいため、接合後に絶縁回路基板が反ってしまい、その上に形成される回路層の表面が凸形になることが問題となっていた。 An insulating circuit board on which electronic components such as LEDs and power elements are mounted is provided with a heat sink for dissipating heat generated by the electronic components.
In this case, it is also known to use a ceramic substrate as the insulating circuit substrate, and a metal layer made of aluminum or copper is bonded to the ceramic substrate. Therefore, it is possible to directly bond a metal heat sink to this metal layer.
However, when bonding an insulated circuit board using a ceramic substrate to a metal heat sink, the linear thermal expansion coefficient of ceramics is smaller than that of aluminum or copper, so the insulated circuit substrate warps after bonding, and a heat sink is formed on it. It has been a problem that the surface of the circuit layer to be applied becomes convex.

そこで、絶縁回路基板とヒートシンクとの間に低熱膨張率の板を挿入する方法（特許文献１参照）や、上下対称のヒートシンクに対して両面にセラミックス板を接合する方法（特許文献２参照）、あるいは、ヒートシンクの内側にセラミックス板を導入する方法（特許文献３参照）などの工夫がなされていた。 Therefore, a method of inserting a plate with a low coefficient of thermal expansion between an insulated circuit board and a heat sink (see Patent Document 1), a method of bonding ceramic plates to both sides of a vertically symmetrical heat sink (see Patent Document 2), Alternatively, a method of introducing a ceramic plate inside the heat sink (see Patent Document 3) has been devised.

特開２０１８－５６２７５号公報JP 2018-56275 A 特開２０１６－１６７５０２号公報JP 2016-167502 A 特開２００３－８６７４７号公報JP-A-2003-86747

しかしながら、低熱膨張率の板を挿入する方法では、その板自体が熱抵抗になるため伝熱効率が低下する。また、上下対称のヒートシンクの両面にセラミックス板を接合する方法では、上下対称のヒートシンクにしか用いることができない。また、ヒートシンクの内側にセラミックス板を導入する方法は、製造技術が煩雑であり、一般的なヒートシンクを用いることができない。
この場合、ヒートシンクにはフィンを櫛型に形成したものや、多数のピン状フィンを設けたものなど、各種の形状のものがあるが、いずれの方法も、これらの形状のヒートシンクへの適用は難しい。一方、特許文献２に記載されているような、内部に水路を有する水冷用ヒートシンクでは、上下面にセラミックス板を接合可能であるが、セラミックス板の接合時に、水流が最適化されている水路を変形してしまうおそれがあり、また、セラミックス板接合後の水路の変形を加味して水路の設計は困難である。
さらに、セラミックス板を接合する時の荷重によりヒートシンク内部が潰れてしまうおそれがあることから、セラミックス板を高温あるいは高荷重で接合することができず、セラミックス板とヒートシンクとの接合性を向上させることが難しい。また、余分なセラミックス板が電子部品と反対面に露出するため、モジュール全体の厚さが厚くなってしまい、モジュールを設置する際の障害物となってしまうおそれもある。 However, in the method of inserting a plate with a low coefficient of thermal expansion, the plate itself acts as a thermal resistance, resulting in a decrease in heat transfer efficiency. Moreover, the method of joining ceramic plates to both sides of a vertically symmetrical heat sink can only be used for vertically symmetrical heat sinks. Moreover, the method of introducing the ceramic plate inside the heat sink requires a complicated manufacturing technique, and a general heat sink cannot be used.
In this case, heat sinks have various shapes, such as those with comb-shaped fins and those with a large number of pin-like fins. difficult. On the other hand, in a water cooling heat sink having a water channel inside, as described in Patent Document 2, ceramic plates can be bonded to the upper and lower surfaces, but when the ceramic plates are bonded, a water channel with an optimized water flow is used. There is a risk of deformation, and it is difficult to design the water channel in consideration of the deformation of the water channel after joining the ceramic plates.
Furthermore, since the inside of the heat sink may be crushed by the load when the ceramic plate is joined, the ceramic plate cannot be joined at a high temperature or a high load, and the bondability between the ceramic plate and the heat sink is improved. is difficult. In addition, since the excess ceramic plate is exposed on the opposite side of the electronic component, the thickness of the entire module is increased, which may become an obstacle when installing the module.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、櫛型やピンフィン型などの形状によらず、反り量を軽減することが可能であり、ヒートシンクへの接合を簡便にすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to reduce the amount of warpage regardless of the shape, such as a comb shape or a pin-fin shape, and to facilitate bonding to a heat sink. and

本発明のヒートシンク付絶縁回路基板は、第一セラミックス層の一方の面に第一回路層を形成した第一絶縁回路基板と、該第一絶縁回路基板の他方の面に接合されたヒートシンクと、該ヒートシンクの前記第一絶縁回路基板への接合面とは反対側の面において前記第一絶縁回路基板と対応する位置に形成された第二絶縁回路基板と、を備え、前記ヒートシンクは、前記第一絶縁回路基板及び前記第二絶縁回路基板を中央部に接合される板状部と、該板状部の前記第一絶縁回路基板への接合面とは反対側の面において前記中央部を避けて周辺部から突出する複数のフィンとを有し、前記第二絶縁回路基板は、第二セラミックス層と該第二セラミックス層の一方の面に形成された第二回路層とを有すると共に、前記第一絶縁回路基板と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状に形成され、さらに前記第二絶縁回路基板の他方の面が前記板状部の前記接合面とは反対側の面において前記中央部に形成された平面部に接合されて、前記第一絶縁回路基板と前記第二絶縁回路基板とが前記板状部を介して対称となるように接合されている。 An insulated circuit board with a heat sink of the present invention comprises a first insulated circuit board having a first circuit layer formed on one surface of a first ceramic layer, a heat sink bonded to the other surface of the first insulated circuit board, a second insulating circuit board formed at a position corresponding to the first insulating circuit board on the surface of the heat sink opposite to the joint surface to the first insulating circuit board; A plate-like portion to which the first insulating circuit board and the second insulating circuit board are joined to the central portion , and the central portion on the surface of the plate-like portion opposite to the joining surface of the plate-like portion to the first insulating circuit substrate. and a plurality of fins protruding from the peripheral part , the second insulating circuit board has a second ceramic layer and a second circuit layer formed on one surface of the second ceramic layer, The second insulating circuit board is made of the same material, has the same thickness, and has the same shape as the first insulating circuit board, and the other surface of the second insulating circuit board is the center of the surface of the plate-like portion opposite to the joint surface. The first insulated circuit board and the second insulated circuit board are joined symmetrically via the plate-like part .

このヒートシンク付絶縁回路基板は、ヒートシンクの板状部において第一絶縁回路基板とは反対側の対応する位置に、第一絶縁回路基板と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状の第二絶縁回路基板が設けられているので、これら第一絶縁回路基板と第二絶縁回路基板の配置がヒートシンクの板状部を介して表裏対称構造となって反りが防止される。また、板状部の第一絶縁回路基板への接合面とは反対側の面において中央部を避けた周辺部にはフィンが設けられ、放熱性にも優れている。フィンは、板状、ピン状等、各種形状のものを適用することができる。
また、第二絶縁回路基板を避けてフィンが設けられているので、ヒートシンクの板状部に第一絶縁回路基板と第二絶縁回路基板とを接合する際の加圧冶具も特別の形状のものを用いる必要はなく、その接合も簡便である。 This insulating circuit board with a heatsink has a second insulating circuit made of the same material, the same thickness, and the same shape as the first insulating circuit board at a corresponding position on the opposite side of the first insulating circuit board in the plate-like portion of the heatsink. Since the substrates are provided, the arrangement of the first insulating circuit board and the second insulating circuit board becomes a front-back symmetrical structure through the plate-like portion of the heat sink, thereby preventing warping. In addition, fins are provided on the peripheral portion of the surface of the plate-like portion opposite to the bonding surface to the first insulated circuit board, avoiding the central portion , so that heat dissipation is also excellent. Fins of various shapes such as plate-like and pin-like can be applied.
In addition, since the fins are provided so as to avoid the second insulating circuit board, the pressure jig for joining the first insulating circuit board and the second insulating circuit board to the plate-like portion of the heat sink has a special shape. There is no need to use , and the joining is also simple.

ヒートシンク付絶縁回路基板の一つの実施態様は、前記第一絶縁回路基板が前記第一セラミックス層の他方の面に形成された第一金属層を有し、前記第二絶縁回路基板が前記第二セラミックス層の他方の面に形成された第二金属層を有し、前記第一金属層が前記第一絶縁回路基板の前記第一セラミックス層と前記ヒートシンクの前記板状部との間に設けられ、さらに前記第二金属層が前記ヒートシンクの前記板状部と前記第二セラミックス層との間に設けられているとよい。
In one embodiment of the insulated circuit board with a heat sink, the first insulated circuit board has a first metal layer formed on the other surface of the first ceramics layer, and the second insulated circuit board has the second a second metal layer formed on the other surface of the ceramic layer, wherein the first metal layer is provided between the first ceramic layer of the first insulated circuit board and the plate-like portion of the heat sink; Further, it is preferable that the second metal layer is provided between the plate-like portion of the heat sink and the second ceramic layer.

第一金属層と第二金属層とを介在させることで、ヒートシンクの板状部と、第一セラミックス層及び第二セラミックス層との熱膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和することができる。第一金属層や第二金属層としては軟質の純アルミニウムが好適である。 By interposing the first metal layer and the second metal layer, the thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the plate-like portion of the heat sink and the first ceramic layer and the second ceramic layer can be relaxed. Soft pure aluminum is suitable for the first metal layer and the second metal layer .

ヒートシンク付絶縁回路基板の他の一つの実施態様は、前記第二セラミックス層の前記板状部とは反対側の面に第二回路層が形成されていてもよい。ヒートシンクに形成した第二セラミックス層が絶縁基板として機能するので、第二回路層に電子部品や電気部品を搭載することが可能になり、用途が広がる。 In another embodiment of the insulated circuit board with a heat sink, a second circuit layer may be formed on the surface of the second ceramics layer opposite to the plate-like portion. Since the second ceramic layer formed on the heat sink functions as an insulating substrate, it becomes possible to mount electronic components and electrical components on the second circuit layer, thereby expanding the range of applications.

この場合、前記第二回路層に、前記フィンに送風可能なファンが設けられているとよい。
ヒートシンクを冷却するファンが取り付けられるので、このファンを適宜に作動させることにより、第一絶縁回路基板からの放熱量を制御することができる。例えば、第一絶縁回路基板に搭載される電子部品等が急激に発熱するなどにより、発熱量がヒートシンクからの放熱量に比べて相当程度大きくなった場合に、ファンを作動させて強制的に放熱することができる。なお、第二回路層にはファンの制御のための回路を形成することができる。
In this case, the second circuit layer may be provided with a fan capable of blowing air to the fins.
Since a fan for cooling the heat sink is attached, the amount of heat released from the first insulating circuit board can be controlled by properly operating this fan. For example, when electronic components mounted on the first insulated circuit board suddenly generate heat and the amount of heat generated becomes considerably larger than the amount of heat dissipated from the heat sink, the fan is operated to forcibly dissipate the heat. can do. A circuit for controlling the fan can be formed on the second circuit layer.

さらに他の一つの実施態様は、前記第二回路層に、ペルチェモジュールが設けられており、前記ペルチェモジュールは、吸熱部が前記第二回路層側になるように設けられている。 In still another embodiment, the second circuit layer is provided with a Peltier module, and the Peltier module is provided so that the heat absorption part faces the second circuit layer.

ペルチェモジュールに電流を流してヒートシンクの熱を吸熱部から外部へ移動させることができるので、このペルチェモジュールを適宜に作動させることにより、第一絶縁回路基板からの放熱量を制御することができる。ファンの場合と同様、第一絶縁回路基板に搭載される電子部品等が急激に発熱するなどにより、発熱量がヒートシンクからの放熱量に比べて相当程度大きくなった場合に、ペルチェモジュールを作動させることにより、強制的に放熱することができる。 Since the heat of the heat sink can be transferred from the heat absorbing portion to the outside by passing an electric current through the Peltier module, the amount of heat released from the first insulating circuit board can be controlled by appropriately operating the Peltier module. As in the case of the fan, the Peltier module is activated when the amount of heat generated by the electronic components mounted on the first insulated circuit board suddenly heats up and becomes considerably larger than the amount of heat dissipated from the heat sink. Thus, the heat can be forcibly dissipated.

本発明によれば、櫛型やピンフィン型などの形状によらず、反り量を軽減することが可能であり、また、特別の加圧冶具を用いる必要もなく、ヒートシンクへの接合も簡便である。 According to the present invention, it is possible to reduce the amount of warpage regardless of the shape such as a comb shape or a pin-fin shape, and there is no need to use a special pressure jig, and bonding to a heat sink is easy. .

本発明の実施形態に係るヒートシンク付絶縁回路基板の一実施形態を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of an insulated circuit board with a heat sink according to an embodiment of the present invention; FIG. 図１に示したヒートシンク付絶縁回路基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the insulated circuit board with a heat sink shown in FIG. 1; 同ヒートシンク付絶縁回路基板の底面図である。It is a bottom view of the same insulation circuit board with a heat sink. ヒートシンク付絶縁回路基板の他の例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing another example of an insulated circuit board with a heatsink; 加圧装置の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a pressurizing device. 第二絶縁回路基板にファンを設けた例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing an example in which a fan is provided on the second insulation circuit board; 第二絶縁回路基板にペルチェモジュールを設けた例を示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing an example in which a Peltier module is provided on the second insulating circuit board;

以下、本発明の実施形態について説明する。
この実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１は、図１～図３に示すように、ヒートシンク１０の両側に絶縁回路基板２０，３０が備えられている。一方を第一絶縁回路基板２０、他方を第二絶縁回路基板３０とする。第一絶縁回路基板２０に電子部品等の実装部品４０が搭載されている。 Embodiments of the present invention will be described below.
The insulating circuit board 1 with a heat sink of this embodiment is provided with insulating circuit boards 20 and 30 on both sides of the heat sink 10, as shown in FIGS. One is a first insulating circuit board 20 and the other is a second insulating circuit board 30 . Mounted components 40 such as electronic components are mounted on the first insulated circuit board 20 .

第一絶縁回路基板２０は、第一セラミックス層２１と、第一セラミックス層２１の一方の面（表面）に形成された第一回路層２２と、第一セラミックス層２１の他方の面（裏面）に形成された第一金属層２３とを有する。
第一セラミックス層２１は、第一回路層２２と第一金属層２３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）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等により形成され、その板厚は０．２ｍｍ～１．５ｍｍである。その平面形状は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の正方形又は長方形に形成される。 The first insulated circuit board 20 includes a first ceramics layer 21, a first circuit layer 22 formed on one side (front side) of the first ceramics layer 21, and the other side (back side) of the first ceramics layer 21. ) and a first metal layer 23 formed on the substrate.
The first ceramic layer 21 is an insulating material that prevents electrical connection between the first circuit layer 22 and the first metal layer 23, and is made of, for example, aluminum nitride (AlN), alumina ( Al2O3 ) or silicon nitride. (Si 3 N 4 ) or the like, and its thickness is 0.2 mm to 1.5 mm. Its planar shape is formed in a square or rectangle of 5 mm or more and 20 mm or less.

第一回路層２２は、第一セラミックス層２１の上面に接合され、その平面形状は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の正方形又は長方形であり、第一セラミックス層２１の平面内に配置される大きさに形成される。この回路層１２としては、金属から構成される。金属としては、特に限定されないが、アルミニウム又はアルミニウム合金や銅又は銅合金を用いることが好ましい。本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、その厚さは、２０μｍ以上５０μｍ以下である。アルミニウム又はアルミニウム合金としては、例えば、ＪＩＳの３０００番台のアルミニウムを好適に用いることができる。 The first circuit layer 22 is bonded to the upper surface of the first ceramics layer 21, and has a square or rectangular planar shape of 5 mm or more and 20 mm or less, and is sized to be arranged within the plane of the first ceramics layer 21. be. The circuit layer 12 is made of metal. Although the metal is not particularly limited, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. In this embodiment, it is made of aluminum or an aluminum alloy and has a thickness of 20 μm or more and 50 μm or less. As aluminum or an aluminum alloy, for example, JIS 3000 series aluminum can be suitably used.

また、第一金属層２３は、第一セラミックス層２１の下面に接合され、その平面形状は５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の正方形又は長方形であり、第一セラミックス層２１の平面内に配置される大きさに形成される。厚さは、２０μｍ以上５０μｍ以下である。この第一金属層２３としては、金属から構成される。金属としては、特に限定されないが、アルミニウム又はアルミニウム合金や銅又は銅合金を用いることが好ましい。本実施形態においては、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる。アルミニウム又はアルミニウム合金を用いる場合、純度９９．００質量％以上又は純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムが好ましく、いわゆる２Ｎ－Ａｌ、３Ｎ－Ａｌ、４Ｎ－Ａｌが好適である。 The first metal layer 23 is bonded to the lower surface of the first ceramics layer 21, and has a square or rectangular planar shape of 5 mm or more and 20 mm or less, and is sized to be arranged within the plane of the first ceramics layer 21. It is formed. The thickness is 20 μm or more and 50 μm or less. The first metal layer 23 is made of metal. Although the metal is not particularly limited, it is preferable to use aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. In this embodiment, it is made of aluminum or an aluminum alloy. When aluminum or an aluminum alloy is used, pure aluminum having a purity of 99.00% by mass or more or a purity of 99.99% by mass or more is preferable, and so-called 2N-Al, 3N-Al and 4N-Al are preferable.

この第一絶縁回路基板２０は、第一セラミックス層２１の両面に第一回路層２２及び第一金属層２３となるアルミニウム板を例えばＡｌ－Ｓｉ系のろう材を介してそれぞれ積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより形成される。 The first insulated circuit board 20 is formed by laminating aluminum plates to be the first circuit layer 22 and the first metal layer 23 on both sides of the first ceramic layer 21 via, for example, an Al--Si based brazing material. It is formed by pressing and heating in the stacking direction.

ヒートシンク１０は、例えばＪＩＳの６０００番台のアルミニウム合金により形成され、第一絶縁回路基板２０に接合される板状部１１と、板状部１１の第一絶縁回路基板２０への接合面とは反対側の面に突出する複数のフィン１２とを有している。この実施形態では、第一絶縁回路基板２０は板状部１１の中央部に設けられている。
また、フィン１２は、板状部１１の表面に垂直に立設する板状に形成されるとともに、相互に平行に形成されているが、板状部１１の中央部を避けて周辺部に設けられている。このため、板状部１１の中央部は平面部１１ａに形成されている。
そして、この平面部１１ａに第二絶縁回路基板３０が接合されている。したがって、第二絶縁回路基板３０と第一絶縁回路基板２０とはヒートシンク１０の板状部１１の表裏の対応する位置に設けられる。 The heat sink 10 is formed of, for example, a JIS 6000 series aluminum alloy, and has a plate-like portion 11 bonded to the first insulating circuit board 20 and a surface opposite to the bonding surface of the plate-like portion 11 to the first insulating circuit board 20. It has a plurality of fins 12 projecting from the side surface. In this embodiment, the first insulating circuit board 20 is provided in the central portion of the plate-like portion 11 .
The fins 12 are formed in a plate-like shape vertically erected on the surface of the plate-like portion 11 and are formed parallel to each other. It is For this reason, the central portion of the plate-like portion 11 is formed on the plane portion 11a.
A second insulated circuit board 30 is joined to the flat portion 11a. Therefore, the second insulating circuit board 30 and the first insulating circuit board 20 are provided at corresponding positions on the front and back sides of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 .

この第二絶縁回路基板３０は、第二セラミックス層３１と、第二セラミックス層３１の一方の面に接合された第二回路層３２と、第二セラミックス層３１の他方の面に接合された第二金属層３３とを有する。
そして、第二金属層３３がヒートシンク１０の板状部１１における平面部１１ａ上に形成され、この第二金属層３３に第二セラミックス層３１が接合され、第二セラミックス層３１のヒートシンク１０側とは反対側の面に第二回路層３２が形成されている。したがって、第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とはヒートシンク１０の板状部１１に金属層２３，３３、セラミックス層２１，３１、回路層２２，３２がこの順に積層されている。 The second insulating circuit board 30 includes a second ceramic layer 31, a second circuit layer 32 bonded to one surface of the second ceramic layer 31, and a second circuit layer 32 bonded to the other surface of the second ceramic layer 31. and a bimetallic layer 33 .
Then, the second metal layer 33 is formed on the planar portion 11a of the plate-like portion 11 of the heat sink 10, and the second ceramic layer 31 is bonded to the second metal layer 33, so that the second ceramic layer 31 is connected to the heat sink 10 side. A second circuit layer 32 is formed on the opposite side. Therefore, in the first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30, the metal layers 23, 33, the ceramic layers 21, 31, and the circuit layers 22, 32 are laminated in this order on the plate-like portion 11 of the heat sink 10. FIG.

この第二絶縁回路基板３０において、第二セラミックス層３１は第一絶縁回路基板２０の第一セラミックス層２１と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状に形成されている。
第二回路層３２は、第一回路層２２と同様の構成とすることが可能であるが、必ずしも第一回路層２２と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状としなくてもよい。第二回路層３２と第一回路層２２とを同じものとすることも可能である。
第二金属層３３は、第一金属層２３と同様の構成とすることが可能であるが、必ずしも第一金属層２３と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状としなくてもよい。第二金属層３３と第一金属層２３とを同じものとすることも可能である。
なお、この第二絶縁回路基板３０を第一絶縁回路基板２０と同じ構成、同じ材質、同じ厚さ、同じ形状のものの組み合わせとすると、製作を容易にすることができる。 In the second insulating circuit board 30 , the second ceramic layer 31 is made of the same material, has the same thickness, and has the same shape as the first ceramic layer 21 of the first insulating circuit board 20 .
The second circuit layer 32 may have the same configuration as the first circuit layer 22 , but does not necessarily have to be made of the same material, the same thickness, and the same shape as the first circuit layer 22 . It is also possible for the second circuit layer 32 and the first circuit layer 22 to be the same.
The second metal layer 33 may have the same structure as the first metal layer 23 , but does not necessarily have to be made of the same material, the same thickness, and the same shape as the first metal layer 23 . It is also possible to make the second metal layer 33 and the first metal layer 23 the same.
If the second insulating circuit board 30 has the same configuration, same material, same thickness, and same shape as the first insulating circuit board 20, manufacturing can be facilitated.

なお、第一絶縁回路基板２０の第一金属層２３及び第二絶縁回路基板３０の第二金属層３３は、必ずしも設けなくてもよい。図４に示すヒートシンク付絶縁回路基板１００では、第一絶縁回路基板２０を第一セラミックス層２１と、第一セラミックス層２１の一方の面（表面）に形成された第一回路層２２とからなる構成とし、第二絶縁回路基板３０を第二セラミックス層３１と、第二セラミックス層３１の一方の面（表面）に形成された第二回路層３２とからなる構成としている。そして、ヒートシンク１０の板状部１１の表面に第一絶縁回路基板２０の第一セラミックス層２１が接合され、板状部１１の第一絶縁回路基板２０とは反対側の面に、第二絶縁回路基板３０の第二セラミックス層３１が接合されている。
以下では、主として、図１～図３に示す実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１について説明する。 The first metal layer 23 of the first insulating circuit board 20 and the second metal layer 33 of the second insulating circuit board 30 may not necessarily be provided. In the insulated circuit board 100 with a heat sink shown in FIG. The second insulating circuit board 30 is composed of a second ceramics layer 31 and a second circuit layer 32 formed on one side (surface) of the second ceramics layer 31 . The first ceramic layer 21 of the first insulating circuit board 20 is bonded to the surface of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 , and the second insulating layer 21 is attached to the surface of the plate-like portion 11 opposite to the first insulating circuit board 20 . A second ceramic layer 31 of the circuit board 30 is bonded.
In the following, the insulating circuit board 1 with a heat sink of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be mainly described.

次に、このヒートシンク付絶縁回路基板１の製造方法について説明する。
このヒートシンク付絶縁回路基板１は、第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とをそれぞれ作製し（絶縁回路基板形成工程）、これら絶縁回路基板２０，３０をヒートシンク１０の板状部１１の両面に接合する（ヒートシンク接合工程）ことにより製造される。
以下の説明では、第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とが同じ材質、同じ厚さ、同じ形状で構成されるものとし、これら第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とに共通する説明においては、第一絶縁回路基板２０について説明し、第二絶縁回路基板３０についての説明を省略する。その場合、第一、第二の区別を省略して説明する。 Next, a method for manufacturing the insulating circuit board 1 with a heat sink will be described.
This insulating circuit board 1 with a heat sink is manufactured by manufacturing a first insulating circuit board 20 and a second insulating circuit board 30 (insulating circuit board forming process), and then connecting these insulating circuit boards 20 and 30 to the plate-like portion 11 of the heat sink 10 . (heat sink bonding process).
In the following description, it is assumed that the first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30 are made of the same material, have the same thickness, and have the same shape. In the explanation common to the above, the first insulating circuit board 20 will be explained, and the explanation of the second insulating circuit board 30 will be omitted. In that case, the distinction between the first and second will be omitted in the description.

（絶縁回路基板形成工程）
セラミックス層２１となるセラミックス板の一方の面に回路層２２となるアルミニウム板、他方の面に金属層３３となるアルミニウム板をろう材を介して積層する。ろう材は、例えば、Ａｌ－Ｓｉ系ろう材箔が用いられ、Ａｌ－Ｇｅ系、Ａｌ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材箔を用いることもできる。
このセラミックス板の両面にろう材箔を介してアルミニウム板を積層した後、その積層体を例えば０．１ＭＰａ以上４．３ＭＰａ以下の加圧力で加圧した状態で真空雰囲気中で６１０℃以上６５０℃以下の温度に１分以上６０分以下の時間加熱する。
これにより、第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とを作製することができる。
第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とが全く同じ材質、同じ厚さ、同じ形状で構成される場合には、この工程では、同じ絶縁回路基板を２組製造すればよい。 (Insulated circuit board forming process)
An aluminum plate serving as the circuit layer 22 is laminated on one surface of a ceramic plate serving as the ceramic layer 21, and an aluminum plate serving as the metal layer 33 is laminated on the other surface through a brazing material. As the brazing filler metal, for example, an Al-Si-based brazing filler metal foil is used. can also
After laminating aluminum plates on both sides of this ceramic plate via brazing filler metal foil, the laminated body is pressed with a pressure of, for example, 0.1 MPa or more and 4.3 MPa or less in a vacuum atmosphere at 610 ° C. or more and 650 ° C. Heat to the following temperature for 1 minute or more and 60 minutes or less.
Thereby, the first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30 can be produced.
If the first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30 are made of exactly the same material, the same thickness, and the same shape, two sets of the same insulating circuit boards may be manufactured in this step.

（ヒートシンク接合工程）
ヒートシンク１０の板状部１１の両側に例えばＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材等のＭｇを含有するろう材を介して第一絶縁回路基板２０及び第二絶縁回路基板３０を積層し、積層体５０とする。
そして、この積層体５０を図５に示す加圧装置６０にセットする。
この加圧装置６０は、ベースブロック６１と、ベースブロック６１の上面に垂直に取り付けられた複数のガイドポスト６２と、これらガイドポスト６２の上端部にガイドポスト６２に沿って移動自在に支持されたバックアップ板６３と、これらベースブロック６１とバックアップ板６３との間で上下移動自在にガイドポスト６２に支持された加圧板６４と、バックアップ板６３と加圧板６４との間に設けられて加圧板６４を下方に付勢するばね等の付勢手段６５とを備えている。バックアップ板６３および加圧板６４は、ベースブロック６１の上面に対して平行に配置される。
なお、ベースブロック６１及び加圧板６４はカーボンにより形成される。 (Heat-sink bonding process)
The first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30 are laminated on both sides of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 via a brazing material containing Mg such as an Al-Si-Mg-based brazing material. and
Then, this laminate 50 is set in a pressure device 60 shown in FIG.
The pressurizing device 60 includes a base block 61, a plurality of guide posts 62 vertically attached to the upper surface of the base block 61, and movably supported on the upper ends of these guide posts 62 along the guide posts 62. A backup plate 63, a pressure plate 64 supported by a guide post 62 so as to be vertically movable between the base block 61 and the backup plate 63, and a pressure plate 64 provided between the backup plate 63 and the pressure plate 64 and an urging means 65 such as a spring for urging downward. The backup plate 63 and the pressure plate 64 are arranged parallel to the upper surface of the base block 61 .
The base block 61 and pressure plate 64 are made of carbon.

ガイドポスト６２は、少なくとも一対が、ベースブロック６１の上面に垂直に設けられ、その上端にねじ部６２ａが形成されており、バックアップ板６３の上面でナット６６が螺合している。
本実施形態では、ベースブロック６１の中央部に積層体５０が配置される。このため、ベースブロック６１の中央部で第二絶縁回路基板３０に当接する部分の周囲に、ヒートシンク１０のフィン１２との干渉を避けるための溝部６１ａが中央部を囲むように形成されている。 At least one pair of the guide posts 62 are vertically provided on the upper surface of the base block 61 and have a threaded portion 62 a formed at the upper end thereof.
In this embodiment, the laminate 50 is arranged in the central portion of the base block 61 . For this reason, a groove portion 61a for avoiding interference with the fins 12 of the heat sink 10 is formed around the central portion of the base block 61 that contacts the second insulating circuit board 30 so as to surround the central portion.

このベースブロック６１の中央部に、第二回路層３２が接触するように積層体５０をベースブロック６１と加圧板６４とにより挟んだ状態で、ナット６６をガイドポスト６２のねじ部６２ａにねじ込むことにより、積層体５０を積層方向に加圧する。積層方向への加圧力は０．００１ＭＰａ～１．５ＭＰａとし、窒素雰囲気内で５８０℃以上６５０℃以下に加熱する。 The nut 66 is screwed into the threaded portion 62a of the guide post 62 while the laminate 50 is sandwiched between the base block 61 and the pressure plate 64 so that the second circuit layer 32 is in contact with the central portion of the base block 61. presses the stack 50 in the stacking direction. The pressure in the stacking direction is set to 0.001 MPa to 1.5 MPa, and the substrate is heated to 580° C. or higher and 650° C. or lower in a nitrogen atmosphere.

このようにして積層体５０を加圧、加熱して冷却することにより、図１に示すように、ヒートシンク１０の板状部１１の上面に第一絶縁回路基板２０が接合され、裏面に第二絶縁回路基板３０が接合された、ヒートシンク付絶縁回路基板１が形成される。
図４に示すヒートシンク付絶縁回路基板１００を製造する場合も、以上述べた方法と同様にして製造することができる。具体的には、セラミックス層２１となるセラミックス板の一方の面に回路層２２となるアルミニウム板をろう材を介して積層して加圧、加熱することにより、第一絶縁回路基板２００及び第二絶縁回路基板３０を作製する。そして、これら絶縁回路基板２０，３０をろう材を介してヒートシンク１０の板状部１１の両側に配置して加圧、加熱することにより、セラミックス層２１，３１とヒートシンク１０の板状部１１とを接合すれば、ヒートシンク１０の板状部１１の両側に両絶縁回路基板２００，３００が接合された、ヒートシンク付絶縁回路基板１００が形成される。 By pressurizing, heating, and cooling the laminate 50 in this way, the first insulating circuit board 20 is bonded to the top surface of the plate-like portion 11 of the heat sink 10, and the second insulating circuit board 20 is bonded to the back surface, as shown in FIG. The insulating circuit board 1 with a heat sink is formed to which the insulating circuit board 30 is joined.
When manufacturing the insulated circuit board 100 with a heat sink shown in FIG. 4, it can be manufactured in the same manner as described above. Specifically, an aluminum plate serving as the circuit layer 22 is laminated on one surface of a ceramic plate serving as the ceramic layer 21 via a brazing material, and then pressurized and heated to form the first insulated circuit substrate 200 and the second insulating circuit substrate 200 . An insulating circuit board 30 is produced. The insulating circuit boards 20 and 30 are arranged on both sides of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 via a brazing material, and are pressed and heated to form the ceramic layers 21 and 31 and the plate-like portion 11 of the heat sink 10. are joined, the insulating circuit board 100 with a heat sink is formed in which the two insulating circuit boards 200 and 300 are joined to both sides of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 .

このヒートシンク付絶縁回路基板１は、ヒートシンク１０の板状部１１の両面に、同じ積層構造の絶縁回路基板２０，３０が板状部１１を介して対称となるように接合されるので、接合時の加熱による熱応力が板状部１１の両面で均衡し、反りの発生が抑制される。したがって、第一絶縁回路基板２０の回路層２２の表面が平坦に形成され、その上に電子部品４０を搭載する作業も容易になる。 In this insulating circuit board 1 with a heat sink, the insulating circuit boards 20 and 30 having the same laminated structure are bonded to both sides of the plate-like portion 11 of the heat sink 10 so as to be symmetrical via the plate-like portion 11. The thermal stress due to the heating is balanced on both surfaces of the plate-like portion 11, and the occurrence of warpage is suppressed. Therefore, the surface of the circuit layer 22 of the first insulating circuit board 20 is formed flat, and the work of mounting the electronic component 40 thereon is facilitated.

第二絶縁回路基板３０は第二回路層３２を有しているので、この第二回路層３２に電子部品や電気部品等の実装部品を搭載することも可能である。
図６は、第二回路層３２にファン４１を取付けた例を示している。このファン４１は、その翼４１ａを回転させることで、矢印で示すようにフィン１２に風を送って、放熱を促進させることができる。このファン４１のモータ４１ｂが第二回路層３２を介して外部の電源回路等に接続される。 Since the second insulated circuit board 30 has the second circuit layer 32 , it is also possible to mount mounted components such as electronic components and electrical components on the second circuit layer 32 .
FIG. 6 shows an example in which a fan 41 is attached to the second circuit layer 32. As shown in FIG. The fan 41 rotates its blades 41a to send air to the fins 12 as indicated by arrows, thereby promoting heat dissipation. A motor 41b of the fan 41 is connected to an external power supply circuit or the like through the second circuit layer 32. As shown in FIG.

図７は、第二回路層３２にペルチェモジュール４２を取付けた例を示している。ペルチェモジュール４２は、吸熱部４２ａと放熱部４２ｂとの間を熱電半導体４２ｃで接続したものであり、吸熱部４２ａが第二回路層３２に接続される。そして、吸熱部４２ａと放熱部４２ｂとの間に電流を流すことにより、ヒートシンク１０の熱が吸熱部４２ａから放熱部４２ｂに移動して放散させることができ、ヒートシンク１０の放熱作用をより促進させることができる。 FIG. 7 shows an example in which a Peltier module 42 is attached to the second circuit layer 32. As shown in FIG. The Peltier module 42 has a heat absorbing portion 42 a and a heat radiating portion 42 b connected by a thermoelectric semiconductor 42 c, and the heat absorbing portion 42 a is connected to the second circuit layer 32 . By passing a current between the heat absorbing portion 42a and the heat radiating portion 42b, the heat of the heat sink 10 can be dissipated from the heat absorbing portion 42a to the heat radiating portion 42b, thereby further promoting the heat radiation action of the heat sink 10. be able to.

この図６又は図７に示すように、第二絶縁回路基板３０にファン４１やペルチェモジュール４２を設けておくことにより、例えば、第一絶縁回路基板２０に搭載される電子部品４０が急激に発熱するなどにより、発熱量がヒートシンク１０からの放熱量に比べて相当程度大きくなった場合に、ファン４１やペルチェモジュール４２を作動させることにより、強制的に放熱することができる。 As shown in FIG. 6 or 7, by providing a fan 41 or a Peltier module 42 on the second insulating circuit board 30, for example, the electronic component 40 mounted on the first insulating circuit board 20 can rapidly generate heat. For example, when the amount of heat generated becomes considerably larger than the amount of heat released from the heat sink 10, the heat can be forcibly released by operating the fan 41 or the Peltier module 42. FIG.

なお、上記実施形態では、第一絶縁回路基板２０と第二絶縁回路基板３０とを予め作製した後に、これら絶縁回路基板２０，３０をヒートシンク１０に接合したが、両絶縁回路基板２０，３０の回路層２２，３２及び金属層２３，３３がアルミニウムにより構成される場合などには、これら回路層及び金属層となるアルミニウム板とセラミックス層となるセラミックス板とヒートシンクとをろう材を介して順次積み重ねて積層体とし、その積層体を加圧した状態で加熱することにより、各層を同時に接合するようにしてもよい。
また、両絶縁回路基板２０，３０の回路層２２，３２及び金属層２３，３３をアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものとして説明したが、銅又は銅合金からなるものにも適用することができる。
また、ヒートシンクのフィンを板状としたが、ピン状のフィンとしてもよい。
さらに、本発明には第二回路層を有しないものも含むものとする。 In the above embodiment, after the first insulating circuit board 20 and the second insulating circuit board 30 are manufactured in advance, these insulating circuit boards 20 and 30 are joined to the heat sink 10. In the case where the circuit layers 22, 32 and the metal layers 23, 33 are made of aluminum, an aluminum plate serving as the circuit layers and the metal layers, a ceramic plate serving as the ceramic layer, and a heat sink are sequentially stacked via a brazing material. The layers may be bonded simultaneously by forming a laminate and heating the laminate under pressure.
Also, although the circuit layers 22, 32 and the metal layers 23, 33 of both the insulated circuit boards 20, 30 have been described as being made of aluminum or an aluminum alloy, they can also be made of copper or a copper alloy.
Moreover, although the fins of the heat sink are plate-shaped, pin-shaped fins may be used.
Further, the present invention includes those having no second circuit layer.

１，１００ ヒートシンク付絶縁回路基板
１０ ヒートシンク
１１ 板状部
１２ フィン
２０，２００ 第一絶縁回路基板
２１ 第一セラミックス層
２２ 第一回路層
２３ 第一金属層
３０，３００ 第二絶縁回路基板
３１ 第二セラミックス層
３２ 第二回路層
３３ 第二金属層
４０ 実装部品
４１ ファン
４２ ペルチェモジュール
６０ 加圧装置
６１ ベースブロック
６２ ガイドポスト
６２ａ ねじ部
６３ バックアップ板
６４ 加圧板
６５ ナット 1,100 Insulated circuit board with heat sink 10 Heat sink 11 Plate-like part 12 Fins 20, 200 First insulated circuit board
21 first ceramic layer
22 First circuit layer 23 First metal layer 30, 300 Second insulating circuit board 31 Second ceramics layer 32 Second circuit layer 33 Second metal layer 40 Mounting component 41 Fan 42 Peltier module 60 Pressure device 61 Base block 62 Guide Post 62a Threaded portion 63 Backup plate 64 Pressure plate 65 Nut

Claims (4)

第一セラミックス層の一方の面に第一回路層を形成した第一絶縁回路基板と、該第一絶縁回路基板の他方の面に接合されたヒートシンクと、該ヒートシンクの前記第一絶縁回路基板への接合面とは反対側の面において前記第一絶縁回路基板と対応する位置に形成された第二絶縁回路基板と、を備え、
前記ヒートシンクは、前記第一絶縁回路基板及び前記第二絶縁回路基板を中央部に接合される板状部と、該板状部の前記第一絶縁回路基板への接合面とは反対側の面において前記中央部を避けて周辺部から突出する複数のフィンとを有し、
前記第二絶縁回路基板は、第二セラミックス層と該第二セラミックス層の一方の面に形成された第二回路層とを有すると共に、前記第一絶縁回路基板と同じ材質、同じ厚さ、同じ形状に形成され、さらに前記第二絶縁回路基板の他方の面が前記板状部の前記接合面とは反対側の面において前記中央部に形成された平面部に接合されて、前記第一絶縁回路基板と前記第二絶縁回路基板とが前記板状部を介して対称となるように接合されていることを特徴とするヒートシンク付絶縁回路基板。 A first insulating circuit board having a first circuit layer formed on one surface of a first ceramic layer, a heat sink bonded to the other surface of the first insulating circuit board, and the heat sink attached to the first insulating circuit board. a second insulating circuit board formed at a position corresponding to the first insulating circuit board on the surface opposite to the joint surface of the
The heat sink has a plate-like portion to which the first insulating circuit board and the second insulating circuit board are joined at the center , and a surface of the plate-like portion opposite to the joining surface to the first insulating circuit board. and a plurality of fins projecting from the peripheral portion avoiding the central portion in
The second insulating circuit board has a second ceramic layer and a second circuit layer formed on one surface of the second ceramic layer, and is made of the same material and has the same thickness as the first insulating circuit board . The second insulating circuit board is formed in the same shape, and the other surface of the second insulated circuit board is joined to the flat portion formed in the central portion on the surface opposite to the joint surface of the plate-shaped portion. An insulated circuit board with a heatsink, wherein the insulated circuit board and the second insulated circuit board are joined symmetrically via the plate-like portion . 前記第一絶縁回路基板は前記第一セラミックス層の他方の面に形成された第一金属層を有し、
前記第二絶縁回路基板は前記第二セラミックス層の他方の面に形成された第二金属層を有し、
前記第一金属層が前記第一絶縁回路基板の前記第一セラミックス層と前記ヒートシンクの前記板状部との間に設けられ、さらに前記第二金属層が前記ヒートシンクの前記板状部と前記第二絶縁回路基板の前記第二セラミックス層との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付絶縁回路基板。 The first insulating circuit board has a first metal layer formed on the other surface of the first ceramic layer,
The second insulating circuit board has a second metal layer formed on the other surface of the second ceramic layer,
The first metal layer is provided between the first ceramic layer of the first insulating circuit board and the plate-like portion of the heat sink, and the second metal layer is provided between the plate-like portion of the heat sink and the second metal layer . 2. The insulated circuit board with heatsink according to claim 1, wherein the insulated circuit board with a heat sink is provided between the second ceramics layer of the two insulated circuit boards. 前記第二回路層に、前記フィンに送風可能なファンが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク付絶縁回路基板。 3. The insulated circuit board with a heat sink according to claim 1 , wherein the second circuit layer is provided with a fan capable of blowing air to the fins. 前記第二回路層に、ペルチェモジュールが吸熱部を前記第二回路層に向けて設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク付絶縁回路基板。
3. The insulated circuit board with a heatsink according to claim 1 , wherein a Peltier module is provided on said second circuit layer with a heat absorption portion facing said second circuit layer.
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