JP7259303B2 - Insulated circuit board with heat sink and electronic component module - Google Patents

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Description

本発明は、各種電子部品を搭載可能な絶縁回路基板であって、電子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及び電子部品モジュールに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulating circuit board on which various electronic components can be mounted, and more particularly to an insulating circuit board with a heat sink and an electronic component module having a heat sink for dissipating heat generated by the electronic components.

従来、絶縁回路基板にはんだ等を用いて電子部品を搭載している。その電子部品の一種としてLEDパッケージがある。近年、LEDの高輝度化(高出力化)、小型化の開発が進められており、特に、車載部品であるヘッドライト等には、10数個の高出力LEDが使用されているものがある。
しかし、高出力化かつ小型化が進むことで、LEDの発熱量も大きくなる。このため、十分に放熱させなければ、光量低下や熱暴走によってLEDの故障につながるおそれがある。
そこで、特許文献1のようにヒートシンクを取付けることで放熱性を向上させる工夫がなされている。
Conventionally, electronic components are mounted on an insulated circuit board using solder or the like. One type of electronic component is an LED package. In recent years, LEDs have been developed for higher brightness (higher output) and smaller size.In particular, headlights, which are in-vehicle components, use more than 10 high-output LEDs. .
However, the amount of heat generated by LEDs also increases as output power increases and miniaturization advances. Therefore, if the heat is not sufficiently dissipated, the LED may be damaged due to a decrease in the amount of light or thermal runaway.
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100001, a heat sink is attached to improve the heat radiation performance.

特許文献1に記載のヒートシンク(LED照明用放熱装置)は、一定の長さおよび一定の幅を有するアルミニウム押出形材製空冷式放熱器と、放熱器の両長側縁に設けられた1対のカバーとを備えており、放熱器は、下面に複数の回路基板取付部が設けられた基板、および基板の上面に放熱器の幅方向に間隔をおいて立ち上がり状に一体に形成されて放熱器の長手方向にのびる複数の放熱フィンが設けられている。 The heat sink (heat dissipation device for LED lighting) described in Patent Document 1 includes an air-cooled radiator made of extruded aluminum having a certain length and a certain width, and a pair of heat sinks provided on both long side edges of the radiator. The heatsink comprises a board having a plurality of circuit board mounting portions on the bottom surface, and a heatsink integrally formed on the top surface of the board in a raised shape at intervals in the width direction of the heatsink to dissipate heat. A plurality of radiating fins are provided that extend in the longitudinal direction of the vessel.

特開2017-33831号公報JP 2017-33831 A

しかしながら、特許文献1記載のヒートシンクであると、十分な放熱性を確保するためには、ヒートシンクのサイズや重量、体積等の増大によりモジュール全体が大型化してしまう。特に、複数の放熱フィンが並べられているので、その列をなす横方向に大きくなる。この横方向は回路基板の面方向であり、その大型化により実装部位が限定されることや、コスト高を招くことが問題となっている。 However, with the heat sink described in Patent Document 1, in order to ensure sufficient heat dissipation, the size, weight, volume, etc. of the heat sink increase, resulting in an increase in the size of the entire module. In particular, since a plurality of radiating fins are arranged in a line, it becomes large in the lateral direction of the row. This lateral direction is the surface direction of the circuit board, and the increase in the size of the circuit board poses problems of limiting mounting locations and increasing costs.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、基板の面方向への大型化を抑制し、実装を容易にするとともに、コスト低下を図ったヒートシンク付絶縁回路基板及び電子部品モジュールを提供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 provides an insulated circuit board with a heat sink and an electronic component module that suppresses an increase in size in the planar direction of the board, facilitates mounting, and reduces costs. intended to provide

本発明のヒートシンク付絶縁回路基板は、セラミックス基板の表面に回路層が積層状態に接合されているとともに、前記セラミックス基板の前記回路層とは反対側に、前記回路層の積層方向に沿って延びるおねじ状のフィン部を有するヒートシンク、又は、螺旋状のフィン部とその基端部に形成した前記螺旋状のフィン部より大径のおねじ部とを有するヒートシンクが接合されている。 In the insulated circuit board with a heat sink of the present invention, a circuit layer is bonded to the surface of a ceramic substrate in a laminated state, and extends along the lamination direction of the circuit layer on the side opposite to the circuit layer of the ceramic substrate. A heat sink having a male-threaded fin portion, or a heat sink having a spiral-shaped fin portion and a male-threaded portion having a larger diameter than the spiral-shaped fin portion formed at the base end of the spiral fin portion is joined.

このヒートシンク付絶縁回路基板は、ヒートシンクのフィンが回路層の積層方向に沿って延びる螺旋状に形成されているので、回路層の面方向の面積の増大を抑制することができる。この場合、フィンが積層方向に延びているため、回路層の面方向と直交する方向の寸法が大きくなるが、フィンは通常、熱交換器の流路に挿入された状態に固定されるものであるから、ヒートシンクはその挿入方向に延びることになり、回路層の実装面への影響は少なく、実装部位が限定されるなどの不具合が生じることは少なく、コスト低減を図ることができる。
また、ヒートシンクのフィンは螺旋状に形成されているので、表面積が大きく、熱交換性能も良好である。
In this insulated circuit board with a heatsink, the fins of the heatsink are formed in a spiral shape extending along the stacking direction of the circuit layers, so that an increase in the surface area of the circuit layers can be suppressed. In this case, since the fins extend in the stacking direction, the dimension in the direction perpendicular to the surface direction of the circuit layer becomes large. As a result, the heat sink extends in the direction of its insertion, so that there is little effect on the mounting surface of the circuit layer, and problems such as the limitation of the mounting portion are less likely to occur, and cost reduction can be achieved.
Moreover, since the fins of the heat sink are spirally formed, the surface area is large and the heat exchange performance is good.

ヒートシンク付絶縁回路基板の一つの実施態様は、前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとが純アルミニウムからなる緩衝層を介して接合されているとよい。 In one embodiment of the insulated circuit board with a heatsink, the ceramics substrate and the heatsink may be bonded via a buffer layer made of pure aluminum.

純アルミニウムからなる緩衝層を介在しているので、セラミックス基板に、ヒートシンクとの間の熱伸縮差に起因する熱応力が発生することを緩和し、セラミックス基板の割れ等を防止することができる。純アルミニウムとしては例えば純度99.99%以上のいわゆる4Nアルミニウムが好適である。 Since the buffer layer made of pure aluminum is interposed, the occurrence of thermal stress in the ceramic substrate due to the difference in thermal expansion and contraction between the ceramic substrate and the heat sink can be alleviated, and cracks and the like of the ceramic substrate can be prevented. So-called 4N aluminum having a purity of 99.99% or higher is suitable as pure aluminum.

ヒートシンク付絶縁回路基板の他の一つの実施態様は、前記ヒートシンクは、前記セラミックス基板側の端部に、前記積層方向と直交する方向に広がるフランジ部が設けられているとよい。 In another embodiment of the insulated circuit board with a heat sink, the heat sink may be provided with a flange portion extending in a direction perpendicular to the stacking direction at an end portion on the ceramic substrate side.

フランジ部により熱交換器等への取り付けが容易になる。この場合でも、フィンは積層方向に延びているため、積層方向と直交する方向のフランジ部の面積は、取り付け等のために必要な最小限の大きさで済む。 The flange portion facilitates attachment to a heat exchanger or the like. Even in this case, since the fins extend in the stacking direction, the area of the flange portion in the direction orthogonal to the stacking direction can be kept to a minimum size necessary for attachment and the like.

本発明の電子部品モジュールは、前記ヒートシンク付絶縁回路基板の前記回路層に電子部品が搭載されるとともに、前記ヒートシンクは、前記フィンが熱交換器の流路内に挿入され、前記おねじ状のフィン部又はおねじ部が前記熱交換器の壁のねじ穴にねじ込まれた状態に固定されている。 In the electronic component module of the present invention, an electronic component is mounted on the circuit layer of the insulated circuit board with a heatsink, and the heatsink has the fins inserted into the flow paths of the heat exchanger and has the male screw shape. A fin portion or an externally threaded portion is screwed and fixed in a threaded hole in the wall of the heat exchanger .

この電子部品モジュールは、熱交換器内にヒートシンクのフィンが挿入状態に固定され、熱交換器の外部には、ヒートシンクの一部とセラミックス基板や回路層等のみが露出しており、これらの面積を小さく形成できるので、小型化に有利である。 In this electronic component module, the fins of the heat sink are inserted and fixed in the heat exchanger. can be made small, which is advantageous for miniaturization.

本発明によれば、基板の面方向への大型化を抑制し、実装を容易にするとともに、コスト低下を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing the enlargement in the surface direction of a board|substrate, while facilitating mounting, cost reduction can be aimed at.

本発明の実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板に電子部品を搭載した状態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a state in which an electronic component is mounted on an insulated circuit board with a heat sink according to an embodiment of the present invention; FIG. 図1に示した電子部品を搭載したヒートシンク付絶縁回路基板の平面図である。2 is a plan view of an insulated circuit board with a heat sink on which the electronic component shown in FIG. 1 is mounted; FIG. 図1の電子部品を搭載したヒートシンク付絶縁回路基板を熱交換器に取付ける様子を示す斜視図である。1. It is a perspective view which shows a mode that the insulated circuit board with a heat sink which mounts the electronic component of FIG. 1 is attached to a heat exchanger. ヒートシンク付絶縁回路基板を製造するための加圧装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a pressurizing device for manufacturing an insulated 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図1同様の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view similar to FIG. 1 showing another example of an insulated circuit board with a heat sink;

以下、本発明のヒートシンク付絶縁回路基板及び電子部品モジュールの実施形態について説明する。
実施形態の電子部品モジュール1は、図1~図3に示すように、ヒートシンク付絶縁回路基板20に電子部品30が搭載され、ヒートシンク40が熱交換器50に取り付けられたものである。ヒートシンク付絶縁回路基板20は絶縁回路基板10にヒートシンク40が緩衝層15を介して設けられた構成である。以下、これらを詳述する。
Hereinafter, embodiments of an insulated circuit board with a heatsink and an electronic component module of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the electronic component module 1 of the embodiment has an electronic component 30 mounted on an insulated circuit board 20 with a heatsink and a heatsink 40 attached to a heat exchanger 50 . The insulating circuit board 20 with a heat sink has a configuration in which a heat sink 40 is provided on an insulating circuit board 10 with a buffer layer 15 interposed therebetween. These will be described in detail below.

絶縁回路基板10は、図1に示すように、セラミックス基板11と、セラミックス基板11の一方の面(表面)に接合された回路層12と、セラミックス基板11の他方の面(裏面)に接合された金属層13とを有する。
セラミックス基板11は、回路層12と金属層13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(Al)窒化珪素(Si)等により形成され、その板厚は0.2mm~1.5mmである。その平面サイズは5mm以上20mm以下の正方形又は長方形に形成される。
As shown in FIG. 1, the insulating circuit board 10 includes a ceramic substrate 11, a circuit layer 12 bonded to one surface (front surface) of the ceramic substrate 11, and a circuit layer 12 bonded to the other surface (back surface) of the ceramic substrate 11. and a metal layer 13 .
The ceramic substrate 11 is an insulating material that prevents electrical connection between the circuit layer 12 and the metal layer 13 , and is made of, for example, aluminum nitride (AlN), alumina ( Al2O3 ), silicon nitride ( Si3N4 ), or the like. and has a plate thickness of 0.2 mm to 1.5 mm. The plane size is formed in a square or rectangle of 5 mm or more and 20 mm or less.

回路層12は、セラミックス基板11の上面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材が接合されることにより形成され、その厚さは、20μm以上50μm以下である。
また、回路層12の平面サイズは、5mm以上20mm以下であり、セラミックス基板11の平面内に配置される大きさに形成される。
金属層13は、セラミックス基板11の下面にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる板材が接合されることにより形成され、その厚さは、20μm以上50μm以下である。
また、金属層13の平面サイズは、5mm以上20mm以下であり、セラミックス基板11の平面内に配置される大きさに形成される。
回路層12及び金属層13は、同じ材質、同じ厚さ、同じ平面サイズであることが好ましいが、異なる材質、異なる厚さ、異なる平面サイズに形成してもよい。材質としては、必ずしも限定されないが、JISの3000番のアルミニウムが好ましい。
The circuit layer 12 is formed by joining a plate material made of aluminum or an aluminum alloy to the upper surface of the ceramic substrate 11, and has a thickness of 20 μm or more and 50 μm or less.
Moreover, the planar size of the circuit layer 12 is 5 mm or more and 20 mm or less, and is formed in a size that is arranged within the plane of the ceramic substrate 11 .
The metal layer 13 is formed by bonding a plate material made of aluminum or an aluminum alloy to the lower surface of the ceramic substrate 11, and has a thickness of 20 μm or more and 50 μm or less.
Moreover, the plane size of the metal layer 13 is 5 mm or more and 20 mm or less, and is formed in a size that is arranged within the plane of the ceramic substrate 11 .
The circuit layer 12 and the metal layer 13 preferably have the same material, the same thickness, and the same planar size, but they may be formed with different materials, different thicknesses, and different planar sizes. Although the material is not necessarily limited, JIS No. 3000 aluminum is preferable.

ヒートシンク40は、基端部にフランジ部41を有し、そのフランジ部41の中心に、フランジ部41の面方向と直交する方向に延びてねじ状のフィン部42が一体に形成されている。このヒートシンク40の材質としては例えばJISの6000番のアルミニウム合金が好適である。
フランジ部41は厚さ1mm以上の板状に形成されており、その平面形状は絶縁回路基板10の平面形状と同じか、それよりも大きく、例えば絶縁回路基板10の外側に2mm程度はみ出す大きさに形成されている。図示例では、フランジ部41は、六角ボルト用の工具(スパナ、レンチ)を係合することができるように、平面視六角形状に形成されている。そして、このフランジ部41が絶縁回路基板10の金属層13に緩衝層15を介して接合されている。
フィン部42は、シャフト43の周囲に螺旋状のフィン44が一体に形成された構造である。各部寸法は必ずしも限定されるものではないが、シャフト43の長さは5mm以上40mm以下で、シャフト43の外径は5mm以上20mm以下とされる。シャフト43の外周面からのフィン44の突出高さが0.5mm以上2mm以下、フィン44のピッチが1mm程度に形成される。
The heat sink 40 has a flange portion 41 at its base end, and a threaded fin portion 42 extending in a direction perpendicular to the surface direction of the flange portion 41 is integrally formed at the center of the flange portion 41 . As a material for the heat sink 40, for example, JIS No. 6000 aluminum alloy is suitable.
The flange portion 41 is formed in a plate-like shape having a thickness of 1 mm or more, and its planar shape is the same as or larger than the planar shape of the insulating circuit board 10. For example, it protrudes outside the insulating circuit board 10 by about 2 mm. is formed in In the illustrated example, the flange portion 41 is formed in a hexagonal shape in plan view so as to be able to engage with a hexagonal bolt tool (spanner, wrench). This flange portion 41 is joined to the metal layer 13 of the insulated circuit board 10 via the buffer layer 15 .
The fin portion 42 has a structure in which spiral fins 44 are integrally formed around a shaft 43 . The dimensions of each part are not necessarily limited, but the length of the shaft 43 is 5 mm or more and 40 mm or less, and the outer diameter of the shaft 43 is 5 mm or more and 20 mm or less. The protrusion height of the fins 44 from the outer peripheral surface of the shaft 43 is 0.5 mm or more and 2 mm or less, and the pitch of the fins 44 is formed to be about 1 mm.

絶縁回路基板10の金属層13とヒートシンク40のフランジ部41との間に介在される緩衝層15は、純アルミニウムにより厚さ1mm以上2mm以下の板状に形成されている。純アルミニウムとしては、純度99.00質量%以上又は純度99.99質量%以上のアルミニウムが用いられ、純度99.99質量%以上のいわゆる4Nアルミニウムが好適である。 The buffer layer 15 interposed between the metal layer 13 of the insulating circuit board 10 and the flange portion 41 of the heat sink 40 is formed of pure aluminum into a plate shape having a thickness of 1 mm or more and 2 mm or less. As pure aluminum, aluminum with a purity of 99.00% by mass or more or a purity of 99.99% by mass or more is used, and so-called 4N aluminum with a purity of 99.99% by mass or more is suitable.

このように構成されるヒートシンク付絶縁回路基板20の製造方法について説明する。
まず、セラミックス基板11の一方の面に回路層12となるアルミニウム板、他方の面に金属層13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、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系ろう材を用いることもできる。
このセラミックス基板11の両面にろう材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0.3MPaの加圧力で加圧した状態で真空雰囲気中で加熱する。この場合、アルミニウム板が薄いので、セラミックス基板11とアルミニウム板との界面からアルミニウム板の反対面にろう材成分が染み出さないよう、まず540℃程度で予備加熱した後、610℃程度に昇温する。これにより、セラミックス基板11にアルミニウム板を接合して、セラミックス基板11の表面に回路層12及び金属層13を有する絶縁回路基板10を作製する。
A method of manufacturing the insulated circuit board 20 with a heat sink configured in this way will be described.
First, an aluminum plate serving as the circuit layer 12 is laminated on one surface of the ceramic substrate 11, and an aluminum plate serving as the metal layer 13 is laminated on the other surface through a brazing material. As the brazing material, an Al--Si based brazing foil is used, and an Al--Ge based, Al--Cu based, Al--Mg based, Al--Mn based, or Al--Si--Mg based brazing material can also be used.
After laminating aluminum plates on both sides of the ceramic substrate 11 via a brazing material, the laminate is heated in a vacuum atmosphere while being pressurized with a pressure of 0.3 MPa, for example. In this case, since the aluminum plate is thin, it is first preheated to about 540° C. and then heated to about 610° C. so that the brazing material component does not seep out from the interface between the ceramic substrate 11 and the aluminum plate to the opposite side of the aluminum plate. do. As a result, the aluminum plate is bonded to the ceramic substrate 11 to produce the insulated circuit board 10 having the circuit layer 12 and the metal layer 13 on the surface of the ceramic substrate 11 .

次いで、ヒートシンク40のフランジ部41に緩衝層15となる純アルミニウム板を介して絶縁回路基板10を積層する。
ヒートシンク40は、アルミニウム合金からなる棒状ブロックにプレス成形、切削加工等を施して形成する。
このヒートシンク40のフランジ部41の上面に、Al-Si系ろう材を介して緩衝層15となる純アルミニウム板を積層し、この純アルミニウム板の上にAl-Si系ろう材を介して絶縁回路基板10を積層する。Al-Ge系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Mn系、又はAl-Si-Mg系ろう材を用いることもできる。
Next, the insulating circuit board 10 is laminated on the flange portion 41 of the heat sink 40 with a pure aluminum plate serving as the buffer layer 15 interposed therebetween.
The heat sink 40 is formed by subjecting a rod-shaped block made of an aluminum alloy to press molding, cutting, or the like.
A pure aluminum plate serving as a buffer layer 15 is laminated on the upper surface of the flange portion 41 of the heat sink 40 via an Al-Si brazing material, and an insulation circuit is formed on the pure aluminum plate via an Al-Si brazing material. A substrate 10 is laminated. Al--Ge, Al--Cu, Al--Mg, Al--Mn or Al--Si--Mg brazing filler metals can also be used.

そして、この積層体を図4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。
Then, this laminate 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のガイドポスト62より内側に、ベースブロック61の上面に開口する穴61aが垂直に形成されている。この穴61aはヒートシンク40のフィン部42の外径よりも大きい内径に形成され、かつ、フィン部42の長さよりも深く形成されている。そして、この穴61aにフィン部42を挿入した状態でフランジ部41がベースブロック61の上面に当接した状態に支持される。 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, a hole 61a is formed vertically inside the guide post 62 of the base block 61 and opens to the upper surface of the base block 61 . The hole 61 a is formed with an inner diameter larger than the outer diameter of the fin portion 42 of the heat sink 40 and is formed deeper than the length of the fin portion 42 . The flange portion 41 is supported in contact with the upper surface of the base block 61 with the fin portion 42 inserted into the hole 61a.

この穴61aにヒートシンク40のフィン部42を挿入した状態で、ベースブロック61上面のフランジ部41の上に、緩衝層15となるアルミニウム板15´を介して絶縁回路基板10を、これらの間に例えばフラックスを用いたAl-Si系ろう材を介して積層する。
そして、その積層体をベースブロック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、積層体を積層方向に加圧する。積層方向への加圧力は0.3MPa~1.5MPaとし、窒素雰囲気内で600℃程度に加熱する。
With the fin portion 42 of the heat sink 40 inserted into the hole 61a, the insulating circuit board 10 is placed on the flange portion 41 on the upper surface of the base block 61 with an aluminum plate 15' serving as the buffer layer 15 interposed therebetween. For example, the layers are laminated through an Al—Si based brazing material using flux.
By screwing a nut 66 onto the threaded portion 62a of the guide post 62 while sandwiching the stack between the base block 61 and the pressure plate 64, the stack is pressed in the stacking direction. The pressure in the stacking direction is set to 0.3 MPa to 1.5 MPa, and the substrate is heated to about 600° C. in a nitrogen atmosphere.

このようにして積層体を加圧、加熱して冷却することにより、ヒートシンク40のフランジ部41、緩衝層となるアルミニウム板15´、絶縁回路基板10が接合され、絶縁回路基板10に緩衝層15を介してヒートシンク40のフランジ部41が接合された、ヒートシンク付絶縁回路基板20が形成される。
そして、このヒートシンク付絶縁回路基板20の回路層12の上に、LED等の電子部品30をはんだ付けすることにより、電子部品30が搭載される。
By pressurizing, heating, and cooling the laminated body in this way, the flange portion 41 of the heat sink 40, the aluminum plate 15' serving as the buffer layer, and the insulating circuit board 10 are joined together. The insulated circuit board 20 with a heat sink is formed to which the flange portion 41 of the heat sink 40 is joined via the .
An electronic component 30 such as an LED is mounted on the circuit layer 12 of the insulating circuit board 20 with a heat sink by soldering.

この電子部品30を搭載したヒートシンク付絶縁回路基板20は、図3に示すように熱交換器50に取付けられる。この熱交換器50は、熱媒体として水を用いた冷却器であり、電子部品30で発生する熱を冷却するためのものである。この熱交換器50は、ボックス状のジャケット51に熱媒体の入口配管52と出口配管53とが接続されている。
また、ジャケット51の上壁51aを貫通するようにねじ穴54が形成されており、そのねじ穴54にヒートシンク40のフィン部42がねじ込まれるようになっている。このねじ穴54にヒートシンク40のフィン部42をねじ込んで、ジャケット51の上壁51aにヒートシンク40を固定することにより、ジャケット51の上方に絶縁回路基板10に搭載された電子部品30が配置される。
The insulating circuit board 20 with a heat sink on which the electronic component 30 is mounted is attached to the heat exchanger 50 as shown in FIG. This heat exchanger 50 is a cooler using water as a heat medium, and is for cooling the heat generated in the electronic component 30 . The heat exchanger 50 has a box-shaped jacket 51 connected to an inlet pipe 52 and an outlet pipe 53 for a heat medium.
A screw hole 54 is formed to penetrate the upper wall 51a of the jacket 51, and the fin portion 42 of the heat sink 40 is screwed into the screw hole 54. As shown in FIG. By screwing the fins 42 of the heat sink 40 into the screw holes 54 and fixing the heat sink 40 to the upper wall 51 a of the jacket 51 , the electronic component 30 mounted on the insulating circuit board 10 is arranged above the jacket 51 . .

このようにして組み立てられた電子部品モジュール1は、ヒートシンク40のフィン44を絶縁回路基板10の積層方向に延びる螺旋状に形成したので、絶縁回路基板10の面方向への増大を抑制することができる。このため、実装部位が制限されることが少なくなる。また、フィン44を螺旋状に形成したことから、おねじとして利用することができ、ジャケット51の上壁51aに形成したねじ穴54にねじ込むことで、ジャケット51に取り付けることができ、他に取り付けのための穴等をヒートシンク等に設ける必要もなく、小型化を図ることができるとともに、製造プロセスも簡便にすることができ、コスト低減を図ることができる。 In the electronic component module 1 assembled in this manner, the fins 44 of the heat sink 40 are formed in a spiral shape extending in the stacking direction of the insulating circuit board 10, so that the increase in the surface direction of the insulating circuit board 10 can be suppressed. can. For this reason, there are fewer restrictions on mounting sites. Further, since the fins 44 are spirally formed, they can be used as external threads, and can be attached to the jacket 51 by being screwed into the screw holes 54 formed in the upper wall 51a of the jacket 51. Since there is no need to provide a hole or the like for the heat sink, the size can be reduced, the manufacturing process can be simplified, and the cost can be reduced.

そして、この電子部品モジュール1において、ジャケット51内には入口配管52から冷媒が供給され、出口配管53から排出される。電子部品30で発生する熱が絶縁回路基板10を経由してヒートシンク40に伝わり、ヒートシンク40内を伝導して、ジャケット51内でフィン部42から熱媒体(冷媒)に放出される。この場合、ヒートシンク40は、シャフト43の周囲に螺旋状にフィン44が設けられているので、表面積が大きく、冷媒との間で速やかに熱交換することができる。 In the electronic component module 1 , coolant is supplied into the jacket 51 from the inlet pipe 52 and discharged from the outlet pipe 53 . The heat generated by the electronic component 30 is transmitted to the heat sink 40 via the insulating circuit board 10 , conducts through the heat sink 40 , and is released from the fins 42 to the heat medium (coolant) within the jacket 51 . In this case, since the heat sink 40 has spiral fins 44 around the shaft 43, the heat sink 40 has a large surface area and can quickly exchange heat with the refrigerant.

なお、実施形態ではフィンをおねじ部として利用したが、シャフトの基端部に、フィンとは別に、フィンより大径の取り付け用のおねじ部を一体に形成してもよい。
例えば、図5に示すヒートシンク付絶縁回路基板21では、ヒートシンク45がフランジ部41とフィン部42との間におねじ部46が一体に形成されている。このおねじ部46は、その平面サイズがフランジ部41よりも小さいが、フィン部42より大きく形成される。そして、熱交換器50のめねじ穴54を、このおねじ部46が螺合できる大きさに形成しておき、フィン部42を熱交換器50のジャケット51内に挿入し、おねじ部46をねじこむことにより、ヒートシンク付絶縁回路基板21を熱交換器50に取り付け固定することができる。
In addition, although the fins are used as the male threaded portion in the embodiment, the male threaded portion for attachment having a diameter larger than that of the fins may be integrally formed on the base end portion of the shaft separately from the fins.
For example, in the insulated circuit board 21 with a heatsink shown in FIG. The male screw portion 46 is smaller than the flange portion 41 in plane size, but larger than the fin portion 42 . Then, the female threaded hole 54 of the heat exchanger 50 is formed to have a size that allows the male threaded portion 46 to be screwed thereon, the fin portion 42 is inserted into the jacket 51 of the heat exchanger 50, and the male threaded portion 46 is By screwing in, the insulated circuit board 21 with a heat sink can be attached and fixed to the heat exchanger 50 .

その他、本発明は、これまで述べた実施形態に限定されず、種々変更可能である。
例えば、実施形態ではヒートシンク40のフランジ部41に一つの絶縁回路基板10を接合したが、複数の絶縁回路基板10を接合してもよい。
熱交換器50を水冷式のものとしたが、熱媒体に空気を用いた空冷式のものとしてもよい。
回路層を、セラミックス基板に接合されたアルミニウム層と、その上に接合された銅層との二層構造としてもよい。
回路層又は金属層のいずれか、あるいはその両方を、銅又は銅合金で形成してもよい。
また、ヒートシンクをアルミニウムより熱伝導性の高い銅又は銅合金によって構成してもよい。ヒートシンクを銅又は銅合金によって構成する場合、水冷式熱交換器50を用いる場合は、腐食防止のため、表面にニッケルめっき等を施すとよい。
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible.
For example, although one insulating circuit board 10 is joined to the flange portion 41 of the heat sink 40 in the embodiment, a plurality of insulating circuit boards 10 may be joined.
Although the heat exchanger 50 is of a water-cooled type, it may be of an air-cooled type using air as a heat medium.
The circuit layer may have a two-layer structure of an aluminum layer bonded to the ceramic substrate and a copper layer bonded thereon.
Either the circuit layer or the metal layer, or both, may be formed of copper or a copper alloy.
Alternatively, the heat sink may be made of copper or a copper alloy, which has a higher thermal conductivity than aluminum. If the heat sink is made of copper or a copper alloy, and if the water-cooled heat exchanger 50 is used, the surface should be plated with nickel or the like to prevent corrosion.

1 電子部品モジュール
10 絶縁回路基板
11 セラミックス基板
12 回路層
13 金属層
15 緩衝層
20,21 ヒートシンク付絶縁回路基板
30 電子部品
40,45 ヒートシンク
41 フランジ部
42 フィン部
43 シャフト
44 フィン
50 熱交換器
51 ジャケット
51a 上壁
52 入口配管
53 出口配管
54 ねじ穴
60 加圧装置
61 ベースブロック
61a 穴
62 ガイドポスト
63 バックアップ板
64 加圧板
65 付勢手段
1 electronic component module 10 insulating circuit board 11 ceramic substrate 12 circuit layer 13 metal layer 15 buffer layers 20, 21 insulating circuit board with heat sink 30 electronic components 40, 45 heat sink 41 flange portion 42 fin portion 43 shaft 44 fin 50 heat exchanger 51 Jacket 51a Upper wall 52 Inlet pipe 53 Outlet pipe 54 Screw hole 60 Pressure device 61 Base block 61a Hole 62 Guide post 63 Backup plate 64 Pressure plate 65 Biasing means

Claims (4)

セラミックス基板の表面に回路層が積層状態に接合されているとともに、前記セラミックス基板の前記回路層とは反対側に、前記回路層の積層方向に沿って延びるおねじ状のフィン部を有するヒートシンク、又は、螺旋状のフィン部とその基端部に形成した前記螺旋状のフィン部より大径のおねじ部とを有するヒートシンクが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 heat sink having a circuit layer bonded to the surface of a ceramic substrate in a laminated state, and having a male-threaded fin portion extending along the lamination direction of the circuit layer on the opposite side of the ceramic substrate to the circuit layer, Alternatively, an insulated circuit board with a heat sink, wherein a heat sink having a helical fin portion and an externally threaded portion having a diameter larger than that of the helical fin portion formed at the base end of the spiral fin portion is joined. 前記セラミックス基板と前記ヒートシンクとは純アルミニウムからなる緩衝層を介して接合されていることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク付絶縁回路基板。 2. The insulated circuit board with a heat sink according to claim 1, wherein said ceramic substrate and said heat sink are joined via a buffer layer made of pure aluminum. 前記ヒートシンクは、前記セラミックス基板側の端部に、前記積層方向と直交する方向に広がるフランジ部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2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 heat sink has a flange portion extending in a direction orthogonal to the stacking direction at an end portion on the ceramic substrate side. 請求項1から3のいずれか一項記載のヒートシンク付絶縁回路基板を用いた電子部品モジュールであって、前記ヒートシンク付絶縁回路基板の前記回路層に電子部品が搭載されるとともに、前記ヒートシンクは、前記フィンが熱交換器の流路内に挿入され、前記おねじ状のフィン部又はおねじ部が前記熱交換器の壁のねじ穴にねじ込まれた状態に固定されていることを特徴とする電子部品モジュール。 An electronic component module using the insulating circuit board with a heat sink according to any one of claims 1 to 3, wherein an electronic component is mounted on the circuit layer of the insulating circuit board with a heat sink, and the heat sink: The fin is inserted into the flow path of the heat exchanger, and the male-threaded fin portion or the male-threaded portion is screwed into a screw hole in the wall of the heat exchanger and fixed. Electronic component module.
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