JP7415486B2 - ヒートシンク付絶縁回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートシンク付絶縁回路基板及びその製造方法に関する。
窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面に回路層が接合されるとともに、他方の面に金属層が形成された絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付絶縁回路基板として、特許文献１に記載のヒートシンク付絶縁回路基板が知られている。
この特許文献１に記載のヒートシンク付絶縁回路基板は、ヒートシンクの中央部に絶縁回路基板が収容される収容凹部が形成されており、この収容凹部の底面に絶縁回路基板の金属層が接合されている。
この特許文献１に記載のヒートシンク付絶縁回路基板は、ヒートシンクの中央部に絶縁回路基板が収容される収容凹部が形成されており、この収容凹部の底面に絶縁回路基板の金属層が接合されている。
このヒートシンク付絶縁回路基板は、絶縁回路基板とヒートシンクとの熱伸縮差により、絶縁回路基板が接合されている中央部が回路層側を上側とする凸状に反り易い。一方、ヒートシンクの外周に位置する周壁部には、絶縁回路基板が接合されていないので、中央部とは変形挙動が異なり、回路層側を上側とする凹状に反り易い。このような中央部の反り及び周壁部の反りを抑制するため、特許文献１では、回路層表面を押圧する凸曲面を有する加圧板と、ヒートシンクの背面を押圧する凹曲面を有する加圧板とにより、ヒートシンクが接合された絶縁回路基板の絶縁回路基板及びヒートシンクの中央部を厚さ方向に挟持して押圧するとともに、周壁部の上面を押圧する凹曲面を有する加圧板と、周壁部の背面を押圧する凸曲面を有する加圧板とにより、ヒートシンクの周壁部を厚さ方向に挟持して押圧することにより、ヒートシンク付絶縁回路基板の反りを矯正している。
しかしながら、特許文献１に記載の方法により、ヒートシンク付絶縁回路基板の反りを矯正しても、ヒートシンクにおける中央部（絶縁回路基板の接合部）と、周壁部とは、一体であるため、ヒートシンク付絶縁回路基板への半導体素子の実装時や、周壁部の冷却器等への締結時に、ヒートシンクの中央部と周壁部とのいずれかに変形を伴う応力が発生すると、相互に影響を及ぼし、ヒートシンクの形状が変化して、実装性や冷却器等への締結時のパッケージ性に影響する。また、周壁部の応力負荷が高くなると、その影響が中央部を介して絶縁回路基板におよび、局所的に応力負荷が高くなってセラミックス基板が割れる可能性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、絶縁回路基板の割れを抑制して、実装性及び冷却器等への締結時のシール性を向上できるヒートシンク付絶縁回路基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
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一方の面に回路層が形成されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されてなる絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の前記金属層に接合されたヒートシンクと、を有し、前記ヒートシンクの前記金属層との接合部が形成される第１面及び該第１面とは反対側の第２面の少なくとも一方には、前記接合部の外周を囲むように溝が形成されている。
本発明では、ヒートシンクの金属層との接合部の外周を囲むように溝が形成されているので、絶縁回路基板とヒートシンクとの接合時に、絶縁回路基板及びヒートシンクの熱伸縮差により溝の内側（以下、内側領域という）が回路層側を上側とする凸状に変形しても、内側領域で生じた変形を伴う応力の溝の外側（以下、外側領域という）への伝達を遮断できる。外側領域は、ヒートシンク単体により構成され、内側領域からの変形を伴う応力の伝達がなければ、熱伸縮による反りは生じない。このため、ヒートシンクの接合時において、ヒートシンクの外側領域の変形を抑制できる。また、ヒートシンク付絶縁回路基板に半導体素子を実装したり、冷却器等に締結したりする際に、内側領域及び外側領域のいずれかに変形を伴う応力が発生しても、その応力の他方への伝達を遮断できる。半導体素子の実装時においては、外側領域に内側領域からの変形を伴う応力の伝達がないため、外側領域の応力負荷が高くなることがない。また、冷却器等への締結時においては、外側領域の応力負荷が高くなるが、内側領域に外側領域からの変形を伴う応力の伝達がないため、内側領域を介して応力が絶縁回路基板におよび、局所的に応力負荷が高くなることを抑制でき、セラミックス基板が割れることを抑制できる。これにより、ヒートシンク付絶縁回路基板の実装性及び冷却器等への締結時のシール性を高めることができる。
本発明のヒートシンク付絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記ヒートシンクには、中央部に前記絶縁回路基板の少なくとも一部が収容される収容凹部が形成され、前記絶縁回路基板は、前記収容凹部の底面に接合され、前記溝は、前記収容凹部を囲む周壁部に形成されているとよい。
上記態様では、周壁部が厚肉に形成されるため、発生する応力も大きくなりやすい。このため、周壁部に生じた変形を伴う応力が中央部に及ぼす影響も大きくなるが、周壁部に溝が形成されているので、中央部に対する影響を小さくできる。
本発明のヒートシンク付絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記溝は、前記接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されているとよい。
上記態様では、溝が接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されているので、内側領域に生じた応力及び外側領域に生じた応力のそれぞれの他方への伝達を確実に遮断できる。
本発明のヒートシンク付絶縁回路基板の好ましい態様としては、前記溝は、前記ヒートシンクの前記第２面にのみ形成されているとよい。
上記態様では、溝がヒートシンクの第２面にのみ形成して、第１面側から溝を認識できなくすることで、ヒートシンク付絶縁回路基板の意匠性を向上できる。また、ヒートシンク付絶縁回路基板を冷却器等に固定する際に、パッキン等を用いる場合、溝を、パッキン等を収容する収容溝として用いることができ、シール性をさらに向上できる。
本発明のヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法は、セラミックス基板の一方の面に回路層を形成し、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を形成するとともに、前記金属層にヒートシンクを接合してヒートシンク付絶縁回路基板を製造する方法であって、少なくとも前記ヒートシンクが前記金属層に接合される前に、前記ヒートシンクの前記金属層との接合部が形成される第１面及び該１面とは反対側の第２面の少なくとも一方における該ヒートシンクの前記絶縁回路基板が接合される領域の外周を囲むように応力の伝達を遮断する溝を形成する溝形成工程を備える。
本発明によれば、セラミックス基板が割れることを抑制して、ヒートシンク付絶縁回路基板の実装性及び冷却器等への締結時のシール性を向上できる。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［ヒートシンク付絶縁回路基板の概略構成］
本発明に係るヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法により製造されるヒートシンク付絶縁回路基板１は、図１に示すように、絶縁回路基板１０にヒートシンク２０が接合されたものである。
本発明に係るヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法により製造されるヒートシンク付絶縁回路基板１は、図１に示すように、絶縁回路基板１０にヒートシンク２０が接合されたものである。
［パワーモジュールの構成］
そして、このヒートシンク付絶縁回路基板１の表面に半導体素子３０等が搭載されることにより、本発明の電子部品が製造される。半導体素子３０としては、パワー半導体素子や、ＬＥＤ素子、熱電変換素子などが挙げられる。本実施形態では、半導体素子３０としてパワー半導体素子を用いたパワーモジュール１００（電子部品）で説明する。
なお、ヒートシンク２０を備えるパワーモジュール１００は、例えば図１に二点鎖線で示すような冷却器５０に取り付けられた状態で使用される。この冷却器５０には、ねじ止めによりパワーモジュール１００が締結される。また、ヒートシンク２０の第２面２０２には溝２９が形成されており、図示を省略するが、この溝２９はパッキン等を収容する収容溝としても用いられている。
そして、このヒートシンク付絶縁回路基板１の表面に半導体素子３０等が搭載されることにより、本発明の電子部品が製造される。半導体素子３０としては、パワー半導体素子や、ＬＥＤ素子、熱電変換素子などが挙げられる。本実施形態では、半導体素子３０としてパワー半導体素子を用いたパワーモジュール１００（電子部品）で説明する。
なお、ヒートシンク２０を備えるパワーモジュール１００は、例えば図１に二点鎖線で示すような冷却器５０に取り付けられた状態で使用される。この冷却器５０には、ねじ止めによりパワーモジュール１００が締結される。また、ヒートシンク２０の第２面２０２には溝２９が形成されており、図示を省略するが、この溝２９はパッキン等を収容する収容溝としても用いられている。
［絶縁回路基板の構成］
絶縁回路基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に積層された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に積層された金属層１３とを備える。
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）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等により形成され、その板厚は０．２ｍｍ～１．２ｍｍである。また、セラミックス基板１１の平面サイズは、例えば、２０～２００ｍｍ×２０～１５０ｍｍに設定されている。
絶縁回路基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に積層された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に積層された金属層１３とを備える。
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）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等により形成され、その板厚は０．２ｍｍ～１．２ｍｍである。また、セラミックス基板１１の平面サイズは、例えば、２０～２００ｍｍ×２０～１５０ｍｍに設定されている。
回路層１２は、セラミックス基板１１の一方の面に接合されており、純度９９質量％以上の純アルミニウムからなり、ＪＩＳ規格では１０００番台の純アルミニウム、特に１Ｎ９０（純度９９．９質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。
金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面に接合されており、純度９９質量％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に、１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。
金属層１３は、セラミックス基板１１の他方の面に接合されており、純度９９質量％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に、１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができる。
回路層１２及び金属層１３の厚さは０．４ｍｍ～１．６ｍｍ、平面サイズは、例えば、１８～１９８ｍｍ×１８～１４８ｍｍに設定されており、回路層１２の厚さ及び平面サイズと金属層１３の厚さ及び平面サイズとが同一に設定されている。これら回路層１２及び金属層１３は、セラミックス基板１１よりも若干小さく形成されている。
そして、これら回路層１２及び金属層１３は、回路層１２、セラミックス基板１１、金属層１３の順に、例えばＡｌ－Ｓｉ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合される。
そして、これら回路層１２及び金属層１３は、回路層１２、セラミックス基板１１、金属層１３の順に、例えばＡｌ－Ｓｉ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合される。
［ヒートシンクの構成］
この絶縁回路基板１０に接合されるヒートシンク２０は、強度及び耐食性に優れたＪＩＳ６０００番台のアルミニウム合金、例えば、Ａ６０６３からなる板材により形成される。このヒートシンク２０の厚さＬ１は、２．１ｍｍ以上６．８ｍｍ以下に設定され、その平面サイズは、例えば、４０～２２０ｍｍ×３０～１７０ｍｍとされている。このようなヒートシンク２０は、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材により絶縁回路基板１０の金属層１３に接合され、絶縁回路基板１０と一体とされる。
このヒートシンク２０の第２面２０２における金属層１３に対応する位置（後述する内側領域Ａｒ１）には、複数のピン状フィン２５が立設されている。このピン状フィン２５の先端位置は水平面上に揃えられ、第２面２０２の表面からほぼ等しい立設高さとなるように形成されている。なお、ヒートシンク２０に立設されるフィンの形状は特に限定されるものではなく、本実施形態のようなピン状フィン２５の他、ひし形フィンや帯板状のフィン等を形成することもできる。また、ヒートシンク２０の外周縁には、図２に示すように、冷却器５０等の各種機器への取り付けの際にねじ止めを行うための締結穴２８が形成されている。
この絶縁回路基板１０に接合されるヒートシンク２０は、強度及び耐食性に優れたＪＩＳ６０００番台のアルミニウム合金、例えば、Ａ６０６３からなる板材により形成される。このヒートシンク２０の厚さＬ１は、２．１ｍｍ以上６．８ｍｍ以下に設定され、その平面サイズは、例えば、４０～２２０ｍｍ×３０～１７０ｍｍとされている。このようなヒートシンク２０は、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材により絶縁回路基板１０の金属層１３に接合され、絶縁回路基板１０と一体とされる。
このヒートシンク２０の第２面２０２における金属層１３に対応する位置（後述する内側領域Ａｒ１）には、複数のピン状フィン２５が立設されている。このピン状フィン２５の先端位置は水平面上に揃えられ、第２面２０２の表面からほぼ等しい立設高さとなるように形成されている。なお、ヒートシンク２０に立設されるフィンの形状は特に限定されるものではなく、本実施形態のようなピン状フィン２５の他、ひし形フィンや帯板状のフィン等を形成することもできる。また、ヒートシンク２０の外周縁には、図２に示すように、冷却器５０等の各種機器への取り付けの際にねじ止めを行うための締結穴２８が形成されている。
（溝の構成）
このヒートシンク２０の金属層１３との接合部が形成される第１面２０１とは反対側の第２面２０２には、図１及び図２に示すように、金属層１３との接合部の外側近傍に、この接合部の外周の全域を囲むように応力の伝達を遮断する溝２９が形成されている。この溝２９は、金属層１３との接合部の外周端から距離ｗ１を空けた位置に形成されており、上記接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されている。つまり、ヒートシンク２０は、溝２９により内側領域Ａｒ１と外側領域Ａｒ２とにより区画されている。
このヒートシンク２０の金属層１３との接合部が形成される第１面２０１とは反対側の第２面２０２には、図１及び図２に示すように、金属層１３との接合部の外側近傍に、この接合部の外周の全域を囲むように応力の伝達を遮断する溝２９が形成されている。この溝２９は、金属層１３との接合部の外周端から距離ｗ１を空けた位置に形成されており、上記接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されている。つまり、ヒートシンク２０は、溝２９により内側領域Ａｒ１と外側領域Ａｒ２とにより区画されている。
なお、距離ｗ１は、例えば、１．０ｍｍ～５．０ｍｍに設定されている。この距離ｗ１が１．０ｍｍ未満であると、金属層１３とヒートシンク２０との接合時に絶縁回路基板１０の位置合わせが難しい。また、距離ｗ１が５．０ｍｍを超えると、内側領域Ａｒ１が外側に大きく張り出して設けられることとなるため、その溝の位置で応力の伝達を遮断しても、変形を抑制する効果が低減するおそれがある。
この溝２９は、例えば、幅ｗ２が０．８ｍｍ以上、深さｗ３がヒートシンク２０の厚さの５０％以上、残厚ｗ４が０．７ｍｍ以上に設定されている。溝２９の幅ｗ２は冷却水内に含まれる異物によるつまりを防止するために必要であり、残厚ｗ４は冷却水による腐食進行を仮定して、シール性を失わないことために必要である。
また、深さｗ３がＬ１の５０％未満となると、溝２９の応力の伝達を遮断する機能が低くなるおそれがある。
また、深さｗ３がＬ１の５０％未満となると、溝２９の応力の伝達を遮断する機能が低くなるおそれがある。
［半導体素子の構成］
パワーモジュール１００を構成する半導体素子３０は、回路層１２の表面に、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系の一般的なはんだ材を用いて接合される。図１中の符号３１が、そのはんだ接合層を示す。また、半導体素子３０と回路層１２の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（不図示）により接続される。
なお、本実施形態では、半導体素子３０は、回路層１２の表面に１つだけ設けられているが、その数は適宜設定可能であり、２つ以上設けられてもよい。
パワーモジュール１００を構成する半導体素子３０は、回路層１２の表面に、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系の一般的なはんだ材を用いて接合される。図１中の符号３１が、そのはんだ接合層を示す。また、半導体素子３０と回路層１２の端子部との間は、アルミニウムからなるボンディングワイヤ（不図示）により接続される。
なお、本実施形態では、半導体素子３０は、回路層１２の表面に１つだけ設けられているが、その数は適宜設定可能であり、２つ以上設けられてもよい。
［ヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法］
次に、本実施形態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。
その製造方法は、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２を形成するとともに、他方の面に金属層１３を形成して絶縁回路基板１０を形成する絶縁回路基板形成工程と、ヒートシンク２０の第２面２０２における該ヒートシンク２０の絶縁回路基板１０が接合される領域の外周を囲むように溝２９を形成する溝形成工程と、絶縁回路基板１０における金属層１３とヒートシンク２０とを接合するヒートシンク接合工程と、ヒートシンク接合工程により接合されたヒートシンク付絶縁回路基板１を積層方向に押圧してヒートシンク付絶縁回路基板１の反りを矯正する矯正工程と、を備える。以下、この工程順に説明する。
なお、矯正工程は必須工程ではなく、ヒートシンク２０の接合時に生じた回路層１２側を上側とする凸状の反りの程度が軽微なものであれば実施しなくてもよい。
次に、本実施形態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。
その製造方法は、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２を形成するとともに、他方の面に金属層１３を形成して絶縁回路基板１０を形成する絶縁回路基板形成工程と、ヒートシンク２０の第２面２０２における該ヒートシンク２０の絶縁回路基板１０が接合される領域の外周を囲むように溝２９を形成する溝形成工程と、絶縁回路基板１０における金属層１３とヒートシンク２０とを接合するヒートシンク接合工程と、ヒートシンク接合工程により接合されたヒートシンク付絶縁回路基板１を積層方向に押圧してヒートシンク付絶縁回路基板１の反りを矯正する矯正工程と、を備える。以下、この工程順に説明する。
なお、矯正工程は必須工程ではなく、ヒートシンク２０の接合時に生じた回路層１２側を上側とする凸状の反りの程度が軽微なものであれば実施しなくてもよい。
（絶縁回路基板形成工程）
図３に示すように、回路層用金属板１２０、セラミックス基板１１、金属層用金属板１３０を、それぞれＡｌ－Ｓｉ系のろう材箔１５を介して積層し、その積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層用金属板１２０が接合され、他方の面に金属層用金属板１３０が接合される。これにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２が形成され、他方の面に金属層１３が形成された絶縁回路基板１０が形成される。
図３に示すように、回路層用金属板１２０、セラミックス基板１１、金属層用金属板１３０を、それぞれＡｌ－Ｓｉ系のろう材箔１５を介して積層し、その積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層用金属板１２０が接合され、他方の面に金属層用金属板１３０が接合される。これにより、セラミックス基板１１の一方の面に回路層１２が形成され、他方の面に金属層１３が形成された絶縁回路基板１０が形成される。
このときの接合条件は、必ずしも限定されるものではないが、真空雰囲気中で、積層方向の加圧力が０．３ＭＰａ～１．５ＭＰａで、６３０℃以上６５５℃以下の加熱温度に２０分以上１２０分以下保持するのが好適である。
なお、本実施形態では、ろう材箔１５を用いることとしたが、これに限らず、ろう材ペーストを用いてもよい。この場合、ろう材ペーストは、セラミックス基板１１に塗布してもよいし、回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０に塗布してもよい。
なお、本実施形態では、ろう材箔１５を用いることとしたが、これに限らず、ろう材ペーストを用いてもよい。この場合、ろう材ペーストは、セラミックス基板１１に塗布してもよいし、回路層用金属板１２０及び金属層用金属板１３０に塗布してもよい。
（溝形成工程）
溝形成工程は、少なくともヒートシンク２０が金属層１３に接合される前に実行される。この溝形成工程では、ヒートシンク２０の第１面２０１の金属層１３が接合される領域に対応する第２面２０２の領域の外側近傍に、溝２９を形成する。この溝２９の形成は、切削により実行される。
なお、本実施形態では、溝２９は切削により形成することとしたが、これに限らず、レーザ加工やエッチング等により溝２９を形成してもよい。
溝形成工程は、少なくともヒートシンク２０が金属層１３に接合される前に実行される。この溝形成工程では、ヒートシンク２０の第１面２０１の金属層１３が接合される領域に対応する第２面２０２の領域の外側近傍に、溝２９を形成する。この溝２９の形成は、切削により実行される。
なお、本実施形態では、溝２９は切削により形成することとしたが、これに限らず、レーザ加工やエッチング等により溝２９を形成してもよい。
（ヒートシンク接合工程）
絶縁回路基板１０の金属層１３をＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材箔１５を介してヒートシンク２０の第１面２０１上に積層し、図４に示すように、絶縁回路基板１０及びヒートシンク２０の積層体を、平坦面を有する一対の加圧板３１，３２により挟持し、積層方向に加圧した状態で、接合温度に加熱することにより、金属層１３とヒートシンク２０とを接合する。この場合、例えば、加圧力を０．１ＭＰａ～０．５ＭＰａ、加熱温度を５９０℃以上６１５℃以下とし、３分以上２０分以下保持するのが好適である。これにより、金属層１３とヒートシンク２０とが接合され、図１に示すヒートシンク付絶縁回路基板１が得られる。
なお、絶縁回路基板製造工程と同様に、ろう材箔１５に代えてろう材ペーストを用いてもよい。
絶縁回路基板１０の金属層１３をＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材箔１５を介してヒートシンク２０の第１面２０１上に積層し、図４に示すように、絶縁回路基板１０及びヒートシンク２０の積層体を、平坦面を有する一対の加圧板３１，３２により挟持し、積層方向に加圧した状態で、接合温度に加熱することにより、金属層１３とヒートシンク２０とを接合する。この場合、例えば、加圧力を０．１ＭＰａ～０．５ＭＰａ、加熱温度を５９０℃以上６１５℃以下とし、３分以上２０分以下保持するのが好適である。これにより、金属層１３とヒートシンク２０とが接合され、図１に示すヒートシンク付絶縁回路基板１が得られる。
なお、絶縁回路基板製造工程と同様に、ろう材箔１５に代えてろう材ペーストを用いてもよい。
ここで、絶縁回路基板１０にヒートシンク２０を接合する際に、内側領域Ａｒ１は、絶縁回路基板１０（金属層１３）が接合されるため、ヒートシンク２０との熱伸縮差により回路層１２側を上側とする凸状に反り易い。この点、本実施形態では、外側領域Ａｒ２が溝２９により区画され、かつ、絶縁回路基板１０が接合されていないので、溝２９により内側領域Ａｒ１内で圧縮応力が生じても、その応力の外側領域Ａｒ２への伝達が遮断される。このため、外側領域Ａｒ２は、回路層１２側を上側とする凸状に反らなくなり、内側領域Ａｒ１のみが回路層１２側を上側とする凸状に反ることとなる。この内側領域Ａｒ１の反りを矯正するため、本実施形態では、ヒートシンク接合工程後に矯正工程を実行している。
（矯正工程）
矯正工程は、図５に示すように、第１加圧板４１と、第２加圧板４２とを備える冶具を用いて、常温（２５℃）で実行される。第１加圧板４１及び第２加圧板４２は、ステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、第１加圧板４１は、回路層１２の表面を押圧する曲面状の凸面４１１を有し、第２加圧板４２は、ヒートシンク２０の第２面２０２とは反対側の面を押圧する曲面状の凹面４２１を有している。なお、凸面４１１の曲率半径Ｒは、１０００ｍｍ～５０００ｍｍとすることが好ましく、凹面４２１の曲率半径Ｒは、１０００ｍｍ～５０００ｍｍとすることが好ましい。
この凸面４１１及び凹面４２１は、ヒートシンク付絶縁回路基板１の絶縁回路基板１０に対応する領域に形成され、その外側、つまり、外側領域Ａｒ２に対応する領域は、平坦面により構成されている。これは、溝２９によりヒートシンク２０の接合時における内側領域Ａｒ１で生じる応力の外側領域Ａｒ２への伝達を遮断しており、外側領域Ａｒ２は、略平坦となっているためである。
矯正工程は、図５に示すように、第１加圧板４１と、第２加圧板４２とを備える冶具を用いて、常温（２５℃）で実行される。第１加圧板４１及び第２加圧板４２は、ステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、第１加圧板４１は、回路層１２の表面を押圧する曲面状の凸面４１１を有し、第２加圧板４２は、ヒートシンク２０の第２面２０２とは反対側の面を押圧する曲面状の凹面４２１を有している。なお、凸面４１１の曲率半径Ｒは、１０００ｍｍ～５０００ｍｍとすることが好ましく、凹面４２１の曲率半径Ｒは、１０００ｍｍ～５０００ｍｍとすることが好ましい。
この凸面４１１及び凹面４２１は、ヒートシンク付絶縁回路基板１の絶縁回路基板１０に対応する領域に形成され、その外側、つまり、外側領域Ａｒ２に対応する領域は、平坦面により構成されている。これは、溝２９によりヒートシンク２０の接合時における内側領域Ａｒ１で生じる応力の外側領域Ａｒ２への伝達を遮断しており、外側領域Ａｒ２は、略平坦となっているためである。
矯正工程では、図５に示すように、ヒートシンク接合工程により接合されたヒートシンク付絶縁回路基板１の回路層１２の表面に第１加圧板４１の凸面４１１を当接させるとともに、ヒートシンク付絶縁回路基板１のヒートシンク２０の第２面２０２における内側領域Ａｒ１から突出するピン状フィン２５に第２加圧板４２の凹面４２１を当接させてヒートシンク付絶縁回路基板１を挟持し、これらを絶縁回路基板１０とヒートシンク２０との積層方向（厚さ方向）に押圧して、回路層１２側を上側とする凹状に反るように矯正する。なお、第１加圧板４１の押圧力は、必ずしも限定されるものではないが、積層方向の加圧力が０．２ＭＰａ～２．０ＭＰａに設定される。
本実施形態では、ヒートシンク２０の金属層１３との接合部の外周を囲むように溝２９が形成されているので、絶縁回路基板１０とヒートシンク２０との接合時に、絶縁回路基板１０及びヒートシンク２０の熱伸縮差により内側領域Ａｒ１が回路層１２側を上側とする凸状に変形しても、この内側領域Ａｒ１で生じた変形を伴う応力の外側領域Ａｒ２への伝達を遮断できる。つまり、外側領域Ａｒ２は、ヒートシンク２０単体により構成され、内側領域Ａｒ１からの変形を伴う応力の伝達がなければ、熱伸縮による反りは生じない。このため、ヒートシンク２０の接合時において、ヒートシンク２０の外側領域Ａｒ２の変形を抑制できる。
また、ヒートシンク付絶縁回路基板１に半導体素子３０を実装したり、冷却器５０等に締結したりする際に、内側領域Ａｒ１及び外側領域Ａｒ２のいずれかに変形を伴う応力が発生しても、その応力の他方への伝達を遮断できる。半導体素子３０の実装時においては、外側領域Ａｒ２に内側領域Ａｒ１からの変形を伴う応力の伝達がないため、外側領域Ａｒ２の応力負荷が高くなることがない。また、冷却器５０等への締結時においては、外側領域Ａｒ２の応力負荷が高くなるが、内側領域Ａｒ１に外側領域Ａｒ２からの変形を伴う応力の伝達がないため、内側領域Ａｒ１を介して応力が絶縁回路基板１０におよび、局所的に応力負荷が高くなることを抑制でき、セラミックス基板１１が割れることを抑制できる。これにより、ヒートシンク付絶縁回路基板１の実装性及び冷却器等への締結時のシール性を高めることができる。
また、溝２９が接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されているので、内側領域Ａｒ１に生じた応力及び外側領域Ａｒ２に生じた応力のそれぞれの他方への伝達を確実に遮断できる。
さらに、溝２９がヒートシンク２０の第２面２０２にのみ形成して、第１面２０１側から溝２９を認識できなくすることで、ヒートシンク付絶縁回路基板１の意匠性を向上できる。また、ヒートシンク付絶縁回路基板１を冷却器５０等に固定する際に、溝２９を、パッキン等を収容する収容溝としても用いることができ、シール性をさらに向上できる。
さらに、溝２９がヒートシンク２０の第２面２０２にのみ形成して、第１面２０１側から溝２９を認識できなくすることで、ヒートシンク付絶縁回路基板１の意匠性を向上できる。また、ヒートシンク付絶縁回路基板１を冷却器５０等に固定する際に、溝２９を、パッキン等を収容する収容溝としても用いることができ、シール性をさらに向上できる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
図６は、本実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの断面を示す断面図であり、図７は、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの製造方法におけるヒートシンク接合工程を示す図であり、図８は、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの製造方法における矯正工程を示す図である。
なお、以下の説明では、上記実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ符号を付し、説明を省略又は簡略化して説明する。
次に、本発明の第２実施形態について、図面を用いて説明する。
図６は、本実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの断面を示す断面図であり、図７は、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの製造方法におけるヒートシンク接合工程を示す図であり、図８は、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの製造方法における矯正工程を示す図である。
なお、以下の説明では、上記実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ符号を付し、説明を省略又は簡略化して説明する。
本実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１Ａは、絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａを有しており、回路層１２Ａは、セラミックス基板１１に接合される第１回路層１２１と、第１回路層１２１の上面に接合される第２回路層１２２とを備えている。第１回路層１２１及び金属層１３Ａは、いわゆる４Ｎアルミニウムにより構成され第１回路層１２１の厚さ寸法と金属層１３Ａの厚さ寸法とが同一に設定されている。
一方、第２回路層１２２は、ヒートシンク２０Ａと同様に、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金が用いられており、その厚さは０．５ｍｍ～１．５ｍｍに設定されており、後述するヒートシンク２０Ａの中央部２１の厚さ寸法と同一の厚さ寸法に設定されている。このように、第１回路層１２１と金属層１３Ａ、及び第２回路層１２２とヒートシンク２０Ａの中央部２１とのそれぞれを同じ金属により構成し、これらの厚さを同じに設定することで、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの上側と下側とのバランスをとることとしている。
一方、第２回路層１２２は、ヒートシンク２０Ａと同様に、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金が用いられており、その厚さは０．５ｍｍ～１．５ｍｍに設定されており、後述するヒートシンク２０Ａの中央部２１の厚さ寸法と同一の厚さ寸法に設定されている。このように、第１回路層１２１と金属層１３Ａ、及び第２回路層１２２とヒートシンク２０Ａの中央部２１とのそれぞれを同じ金属により構成し、これらの厚さを同じに設定することで、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの上側と下側とのバランスをとることとしている。
［ヒートシンクの構成］
この絶縁回路基板１０Ａに接合されるヒートシンク２０Ａは、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金からなる板材により形成される。そして、金属層１３Ａに接合されるヒートシンクの中央部２１に、絶縁回路基板１０の少なくとも一部が収容される収容凹部２２が形成され、収容凹部２２の外周側に厚肉部分が残されることにより周壁部２３が形成されている。つまり、収容凹部２２は、周壁部２３により囲まれている。この収容凹部２２の底面に絶縁回路基板１０の金属層１３をＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板１０Ａにヒートシンク２０Ａが接合される。
なお、本実施形態のヒートシンク２０Ａは、ピン状フィンを有していないが、第１実施形態のヒートシンク２０と同様にピン状フィンを有する構成であってもよい。
この絶縁回路基板１０Ａに接合されるヒートシンク２０Ａは、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金からなる板材により形成される。そして、金属層１３Ａに接合されるヒートシンクの中央部２１に、絶縁回路基板１０の少なくとも一部が収容される収容凹部２２が形成され、収容凹部２２の外周側に厚肉部分が残されることにより周壁部２３が形成されている。つまり、収容凹部２２は、周壁部２３により囲まれている。この収容凹部２２の底面に絶縁回路基板１０の金属層１３をＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板１０Ａにヒートシンク２０Ａが接合される。
なお、本実施形態のヒートシンク２０Ａは、ピン状フィンを有していないが、第１実施形態のヒートシンク２０と同様にピン状フィンを有する構成であってもよい。
また、ヒートシンク２０Ａは、中央部２１の厚み寸法（収容凹部２２の底面部分の厚み寸法）が周壁部２３の厚み寸法よりも薄く形成されている。本実施形態においては、ヒートシンク２０がＡ６０６３系アルミニウム合金からなる総厚２．１ｍｍ～６．８ｍｍの板材により形成され、周壁部２３の厚さＬ２が２．１ｍｍ～６．８ｍｍ、収容凹部２２の底面部分の厚さが０．５ｍｍ～１．５ｍｍに設定されている。
このようなヒートシンク２０Ａの外周縁には、上記第１実施形態と同様に、冷却器５０等への取り付けの際にねじ止めを行うための締結穴（図示省略）が形成されている。
このようなヒートシンク２０Ａの外周縁には、上記第１実施形態と同様に、冷却器５０等への取り付けの際にねじ止めを行うための締結穴（図示省略）が形成されている。
さらにヒートシンク２０Ａの第２面２０２における周壁部２３には、図６に示すように、溝２９Ａが形成されている。この溝２９Ａは、第１実施形態の溝２９と同様に、応力の伝達を遮断する。この溝２９Ａは、周壁部２３の内側側面から距離ｗ５を空けた位置に形成されており、上記接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されている。本実施形態においても、ヒートシンク２０Ａは、溝２９Ａにより内側領域と外側領域とにより区画されている。
なお、距離ｗ５は、例えば、１．０ｍｍ～５．０ｍｍに設定されている。また、溝２９Ａの幅ｗ６が０．８ｍｍ以上、深さｗ７がヒートシンク２０Ａの厚さＬ１の５０％以上、残厚ｗ８が０．７ｍｍ以上に設定されている。
次に、本実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの製造方法について説明する。
その製造方法は、絶縁回路基板形成工程と、溝形成工程と、ヒートシンク接合工程と、矯正工程と、からなる。以下、工程順に説明するが、上記第１実施形態と同様の構成については、説明を簡略化して説明する。
その製造方法は、絶縁回路基板形成工程と、溝形成工程と、ヒートシンク接合工程と、矯正工程と、からなる。以下、工程順に説明するが、上記第１実施形態と同様の構成については、説明を簡略化して説明する。
第１回路層１２１となる金属板、セラミックス基板１１、金属層１３Ａとなる金属板を、それぞれＡｌ－Ｓｉ系のろう材箔１５を介して積層し、その積層体を積層方向に加圧した状態で加熱した後、冷却することにより、セラミックス基板１１の一方の面に第１回路層１２１、他方の面に金属層１３Ａが接合される。
そして、図７に示すように、第１回路層１２１上にＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材箔１５を介して第２回路層１２２となる金属板を配置し、かつ、絶縁回路基板１０の金属層１３の下面と、溝形成工程により溝２９Ａが形成されたヒートシンク２０Ａの収容凹部２２の底面との間にＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系のろう材箔１５を介在させ、積層方向に加圧した状態で加熱することにより、第１回路層１２１となる金属板と第２回路層１２２、及び金属層１３とヒートシンク２０Ａとを接合する。これにより、セラミックス基板１１の両面に回路層１２Ａ及び金属層１３Ａが接合された絶縁回路基板１０Ａが形成され、この絶縁回路基板１０Ａにヒートシンク２０Ａが接合される。
なお、上記実施形態では、セラミックス基板１１に第１回路層１２１及び金属層１３Ａを接合した後、第２回路層１２２及びヒートシンク２０Ａを接合することとしたが、これに限らない。例えば、第２回路層１２２となる金属板、第１回路層１２１となる金属板、セラミックス基板１１、金属層１３となる金属板及びヒートシンク２０Ａをこの順でろう材箔１５を介して積層し、加圧しながら加熱してこれらを一体化してもよい。この場合、ろう材箔１５の組成をＡｌ－Ｓｉ系に揃えるとよい。これは、第１実施形態においても同様である。
（矯正工程）
絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１は、回路層１２側を上側とする凸状の反りが発生する傾向がある。一方、周壁部２３は、中央部２１に比べて厚肉に形成されているため周壁部２３に生じる応力は大きく、溝２９Ａが形成されていない場合、中央部２１から伝達された変形を伴う応力により、周壁部２３は、回路層１２側を上側とする凹状に反る。本実施形態では、周壁部２３に溝２９Ａが形成されているため、ヒートシンク２０Ａの接合時に中央部２１（内側領域）に生じる応力の周壁部２３（外側領域）への伝達が遮断される。これにより、本実施形態では、周壁部２３（外側領域）は、いずれの方向にも反らず略平坦となる。このため、本実施形態では、以下のようにしてヒートシンク付絶縁回路基板１Ａを矯正する。
絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１は、回路層１２側を上側とする凸状の反りが発生する傾向がある。一方、周壁部２３は、中央部２１に比べて厚肉に形成されているため周壁部２３に生じる応力は大きく、溝２９Ａが形成されていない場合、中央部２１から伝達された変形を伴う応力により、周壁部２３は、回路層１２側を上側とする凹状に反る。本実施形態では、周壁部２３に溝２９Ａが形成されているため、ヒートシンク２０Ａの接合時に中央部２１（内側領域）に生じる応力の周壁部２３（外側領域）への伝達が遮断される。これにより、本実施形態では、周壁部２３（外側領域）は、いずれの方向にも反らず略平坦となる。このため、本実施形態では、以下のようにしてヒートシンク付絶縁回路基板１Ａを矯正する。
矯正工程は、図５に示す絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１を厚さ方向に押圧する一対の加圧板６１，６２、並びに、ヒートシンク２０Ａの周壁部２３を厚さ方向に押圧する一対の加圧板７１，７２を備える冶具を用いて、常温（２５℃）で実行される。
これらのうち、加圧板６１，６２は、角柱状のステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、加圧板６１は、絶縁回路基板１０Ａの回路層１２表面を押圧する曲面状の第１凸面６１１を有し、加圧板６２は、ヒートシンク２０Ａの中央部２１を押圧する曲面状の第１凹面６２１を有している。
これらのうち、加圧板６１，６２は、角柱状のステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、加圧板６１は、絶縁回路基板１０Ａの回路層１２表面を押圧する曲面状の第１凸面６１１を有し、加圧板６２は、ヒートシンク２０Ａの中央部２１を押圧する曲面状の第１凹面６２１を有している。
加圧板７１は、枠状のステンレス鋼材の表面にカーボン板が積層されたものであり、ヒートシンク２０Ａの周壁部２３の上面２４を押圧する平坦面７１１を有し、加圧板７２は、ヒートシンク２０Ａの周壁部２３の下面を押圧する平坦面７２１を有している。また、加圧板７２の上面には、枠状のゴム７３が平坦面７２１に沿って貼付されており、例えば、ゴム７３の厚さは０．５ｍｍ～４．０ｍｍに設定され、本実施形態では、略２ｍｍに設定されている。
なお、本実施形態では、平坦面７２１上にゴム７３が貼付されていることとしたが、これに限らず、ゴム７３はなくてもよいし、その素材はゴムに限らない。
なお、本実施形態では、平坦面７２１上にゴム７３が貼付されていることとしたが、これに限らず、ゴム７３はなくてもよいし、その素材はゴムに限らない。
矯正工程では、まず、図８に示すように、ヒートシンク接合工程により接合されたヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１を厚さ方向（図８に示す白抜き矢印に沿う方向）に押圧する。この加圧板６１の押圧力は、必ずしも限定されるものではないが、積層方向の加圧力が０．２ＭＰａ～２．０ＭＰａに設定される。これにより、凸状に沿った状態の絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１は、加圧板６１の第１凸面６１１により押圧されることで、加圧板６１の第１凸面６１１及び加圧板６２の第１凹面６２１により挟持され、凸状に沿った状態から凹状に反る状態に矯正される。
そして、矯正工程では、その状態を維持したまま、ヒートシンク２０Ａの周壁部２３を厚さ方向（図８に示す二点鎖線白抜き矢印に沿う方向）に押圧する。この加圧板７１の押圧力は、必ずしも限定されるものではないが、積層方向の加圧力が０．２ＭＰａ～２．０ＭＰａに設定され、例えば、２ｍｍ厚のゴム７３のたわみ量が０．１ｍｍ～０．５ｍｍとなる圧力で押圧される。また、この周壁部２３を押圧する押圧力は、絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１を押圧する押圧力より大きく設定されている。
そして、所定時間（例えば、３０秒～５０秒）経過すると、まず、加圧板７１を上記押圧方向とは反対方向に移動させてヒートシンク２０Ａの周壁部２３の押圧を解除し、その後、加圧板６１を上記押圧方向とは反対方向に移動させて絶縁回路基板１０Ａ及びヒートシンク２０Ａの中央部２１の押圧を解除し、矯正処理が終了する。
本実施形態では、矯正工程において、絶縁回路基板１０Ａ及び中央部２１を押圧した状態を維持したまま周壁部２３を押圧することとしたが、これに限らず、これらを同時に押圧することとしてもよいし、押圧順を逆にしてもよい。これは押圧を解除する場合も同様である。周壁部２３に溝２９Ａが設けられていることにより、周壁部２３で発生した変形を伴う応力の中央部２１（内側領域）への伝達が遮断され、かつ、中央部２１で発生した変形を伴う応力の周壁部２３への伝達が遮断されるからである。
なお、絶縁回路基板１０Ａ及び中央部２１と周壁部２３とを同時に押圧する場合には、加圧板６１と加圧板７１、及び加圧板６２と加圧板７２は、それぞれ一体化されていてもよい。
なお、絶縁回路基板１０Ａ及び中央部２１と周壁部２３とを同時に押圧する場合には、加圧板６１と加圧板７１、及び加圧板６２と加圧板７２は、それぞれ一体化されていてもよい。
本実施形態では、周壁部２３が厚肉に形成されるため、発生する応力も大きくなりやすい。このため、周壁部２３に生じた変形を伴う応力が中央部２１に及ぼす影響も大きくなるが、周壁部２３に溝２９Ａが形成されているので、中央部２１に対する影響を小さくできる。具体的には、絶縁回路基板１０Ａとヒートシンク２０Ａとの接合時や半導体素子３０の実装時に中央部２１に生じる変形を伴う応力の周壁部２３への伝達が溝２９Ａにより遮断されるため、周壁部２３が回路層１２Ａ側を上側とする凹状に反ることを抑制できる。また、冷却器５０等への締結時に周壁部２３に生じる変形を伴う大きな応力の中央部２１（内側領域）への伝達が溝２９Ａにより遮断されるため、セラミックス基板１１が割れることを抑制できる。
また、第１回路層１２１と金属層１３Ａ、及び第２回路層１２２とヒートシンク２０Ａの中央部２１とのそれぞれを同じ金属により構成し、これらの厚さを同じに設定しているので、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの上側と下側とのバランスをとることができる。
また、第１回路層１２１と金属層１３Ａ、及び第２回路層１２２とヒートシンク２０Ａの中央部２１とのそれぞれを同じ金属により構成し、これらの厚さを同じに設定しているので、ヒートシンク付絶縁回路基板１Ａの上側と下側とのバランスをとることができる。
その他、細部構成は上記各実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、回路層１２，１２Ａ及び金属層１３，１３Ａをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成することとしたが、これに限らない。例えば、第１実施形態において、回路層１２及び金属層１３を銅又は銅合金により構成するとともに、ヒートシンク２０を銅又は銅合金により構成してもよい。また、第２実施形態において、第２回路層１２２を銅又は銅合金により構成するとともに、ヒートシンク２０Ａを銅又は銅合金により構成してもよい。この場合、金属層１３Ａとヒートシンク２０とを固相拡散接合してもよい。
例えば、上記各実施形態では、回路層１２，１２Ａ及び金属層１３，１３Ａをアルミニウム又はアルミニウム合金で構成することとしたが、これに限らない。例えば、第１実施形態において、回路層１２及び金属層１３を銅又は銅合金により構成するとともに、ヒートシンク２０を銅又は銅合金により構成してもよい。また、第２実施形態において、第２回路層１２２を銅又は銅合金により構成するとともに、ヒートシンク２０Ａを銅又は銅合金により構成してもよい。この場合、金属層１３Ａとヒートシンク２０とを固相拡散接合してもよい。
上記各実施形態では、ヒートシンク２０，２０Ａに形成された溝２９，２９Ａは、金属層１３，１３Ａとの接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されていることとしたが、これに限らず、例えば図９又は図１０に示すように、一部が分断された形状であってもよい。
図９は、上記第１実施形態の第１変形例におけるヒートシンク付絶縁回路基板１Ｂの上面図である。なお、以下の説明では、上記各実施形態と同一又は略同一の構成については、同じ符号を付し、説明を省略又は簡略化して説明する。また、図９以降の図においては、第１実施形態のヒートシンク付絶縁回路基板１の変形例として記載しているが、第２実施形態にも適用可能である。
本変形例の溝２９Ｂは、図９に示すように、４つの領域に分断されている。具体的には、溝２９Ｂは、金属層１３との接合部を囲む矩形状に配置され、各辺の中央が一部分断されている。つまり、溝２９Ｂの各領域は、上記接合部の角部近傍に位置し、それぞれが略Ｌ字状に形成されている。この溝２９Ｂを構成する各領域の端部間の距離は、例えば、１．０ｍｍ～５．０ｍｍに設定されている。
本変形例の溝２９Ｂは、図９に示すように、４つの領域に分断されている。具体的には、溝２９Ｂは、金属層１３との接合部を囲む矩形状に配置され、各辺の中央が一部分断されている。つまり、溝２９Ｂの各領域は、上記接合部の角部近傍に位置し、それぞれが略Ｌ字状に形成されている。この溝２９Ｂを構成する各領域の端部間の距離は、例えば、１．０ｍｍ～５．０ｍｍに設定されている。
図１０は、上記第１実施形態の第２変形例におけるヒートシンク付絶縁回路基板１Ｃの上面である。本変形例の溝２９Ｂは、図１０に示すように、４つの領域に分断されている。具体的には、溝２９Ｃは、金属層１３との接合部を囲む矩形状に配置され、各角部が一部分断されている。つまり、溝２９Ｃの各領域は、上記接合部の各辺近傍に位置し、それぞれが直線状に形成されている。
第１変形例及び第２変形例においても、上記接合部のほとんどの領域が溝２９Ｂ，２９Ｃにより囲まれているので、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
第１変形例及び第２変形例においても、上記接合部のほとんどの領域が溝２９Ｂ，２９Ｃにより囲まれているので、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記各実施形態では、ヒートシンク２０，２０Ａの第２面２０２にのみ溝２９，２９Ａを形成することとしたが、これに限らず、例えば、図１１又は図１２に示すように、第１面２０１にのみ溝を形成してもよいし、第１面２０１及び第２面２０２のいずれにも溝を形成してもよい。
図１１は、上記第１実施形態の第３変形例におけるヒートシンク付絶縁回路基板１Ｄの断面を示す断面図である。
本変形例の溝２９Ｄは、図１１に示すように、ヒートシンク２０Ｄの第１面２０１に形成されている。この溝２９Ｄの接合部からの距離ｗ１、溝２９Ｄの幅ｗ２、深さｗ３及び溝２９Ｄの底部から第２面２０２までの距離ｗ４は、第１実施形態の溝２９の接合部からの距離ｗ１、溝２９の幅ｗ２、深さｗ３及び溝２９Ｄの底部から第１面２０１までの距離ｗ４と同一に設定されている。また、ヒートシンク２０Ｄの厚さＬ１も第１実施形態のヒートシンク２０と同一である。このため、本変形例においても、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
本変形例の溝２９Ｄは、図１１に示すように、ヒートシンク２０Ｄの第１面２０１に形成されている。この溝２９Ｄの接合部からの距離ｗ１、溝２９Ｄの幅ｗ２、深さｗ３及び溝２９Ｄの底部から第２面２０２までの距離ｗ４は、第１実施形態の溝２９の接合部からの距離ｗ１、溝２９の幅ｗ２、深さｗ３及び溝２９Ｄの底部から第１面２０１までの距離ｗ４と同一に設定されている。また、ヒートシンク２０Ｄの厚さＬ１も第１実施形態のヒートシンク２０と同一である。このため、本変形例においても、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
図１２は、上記第１実施形態の第４変形例におけるヒートシンク付絶縁回路基板１Ｅの断面を示す断面図である。
本変形例では、図１２に示すように、ヒートシンク２０Ｅの第１面２０１に溝２９Ｅ１が形成され、第２面２０２に溝２９Ｅ２が形成されている。これら溝２９Ｅ１及び溝２９Ｅ２は、ヒートシンク２０Ｅを厚さ方向に投影して見た場合に、重なって配置されている。この溝２９Ｅ１，２９Ｅ２の接合部からの距離ｗ１及び溝２９Ｅ１，Ｅ２の幅ｗ２は、第１実施形態と同一に設定されている。また、溝２９Ｅ１，２９Ｅ２のそれぞれの深さｗ９、ｗ１０は、ヒートシンク２０Ｅの厚さＬ１に依存するがそれぞれ異なる深さであってもよく、例えば、溝２９Ｅ１と溝２９Ｅ２との間の距離（残厚）ｗ１１は、０．７ｍｍ以上とされる。このため、本変形例においても、金属層１３との接合部を囲むように溝２９Ｅ１，２９Ｅ２が形成されているので、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
本変形例では、図１２に示すように、ヒートシンク２０Ｅの第１面２０１に溝２９Ｅ１が形成され、第２面２０２に溝２９Ｅ２が形成されている。これら溝２９Ｅ１及び溝２９Ｅ２は、ヒートシンク２０Ｅを厚さ方向に投影して見た場合に、重なって配置されている。この溝２９Ｅ１，２９Ｅ２の接合部からの距離ｗ１及び溝２９Ｅ１，Ｅ２の幅ｗ２は、第１実施形態と同一に設定されている。また、溝２９Ｅ１，２９Ｅ２のそれぞれの深さｗ９、ｗ１０は、ヒートシンク２０Ｅの厚さＬ１に依存するがそれぞれ異なる深さであってもよく、例えば、溝２９Ｅ１と溝２９Ｅ２との間の距離（残厚）ｗ１１は、０．７ｍｍ以上とされる。このため、本変形例においても、金属層１３との接合部を囲むように溝２９Ｅ１，２９Ｅ２が形成されているので、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…ヒートシンク付絶縁回路基板
１０，１０Ａ…絶縁回路基板
１００，１００Ａ…パワーモジュール
１１…セラミックス基板
１２，１２Ａ…回路層
１２０…回路層用金属板
１２１…第１回路層
１２２…第２回路層
１３…金属層
１３０…金属層用金属板
１５…ろう材箔
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…ヒートシンク
２０１…第１面
２０２…第２面
２１…中央部
２２…収容凹部
２３…周壁部
２４…上面
２５…ピン状フィン
２８…締結穴
２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ，２９Ｅ１，２９Ｅ２…溝
３０…半導体素子
３１，３２…加圧板
４１…第１加圧板
４１１…凸面
４２…第２加圧板
４２１…凹面
５０…冷却器
６１…加圧板
６２…加圧板
６１１…第１凸面
６２１…第１凹面
７１…加圧板
７２…加圧板
７１１…平坦面
７２１…平坦面
７３ ゴム
１０，１０Ａ…絶縁回路基板
１００，１００Ａ…パワーモジュール
１１…セラミックス基板
１２，１２Ａ…回路層
１２０…回路層用金属板
１２１…第１回路層
１２２…第２回路層
１３…金属層
１３０…金属層用金属板
１５…ろう材箔
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…ヒートシンク
２０１…第１面
２０２…第２面
２１…中央部
２２…収容凹部
２３…周壁部
２４…上面
２５…ピン状フィン
２８…締結穴
２９，２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ，２９Ｅ１，２９Ｅ２…溝
３０…半導体素子
３１，３２…加圧板
４１…第１加圧板
４１１…凸面
４２…第２加圧板
４２１…凹面
５０…冷却器
６１…加圧板
６２…加圧板
６１１…第１凸面
６２１…第１凹面
７１…加圧板
７２…加圧板
７１１…平坦面
７２１…平坦面
７３ ゴム
Claims (5)
- セラミックス基板の一方の面に回路層が形成されるとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層が形成されてなる絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の前記金属層に接合されたヒートシンクと、を有し、
前記ヒートシンクの前記金属層との接合部が形成される第１面とは反対側の第２面にのみ、前記接合部の外周を囲むように溝が形成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。 - 前記ヒートシンクには、中央部に前記絶縁回路基板の少なくとも一部が収容される収容凹部が形成され、前記絶縁回路基板は、前記収容凹部の底面に接合され、
前記溝は、前記収容凹部を囲む周壁部に形成さ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。 - 前記溝は、前記接合部の外周の全域を囲むように連続して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク付絶縁回路基板。
- 前記溝は、幅が０．８ｍｍ以上、深さが前記ヒートシンクの厚さの５０％以上で残厚が０．７ｍｍ以上に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のヒートシンク付絶縁回路基板。
- セラミックス基板の一方の面に回路層を形成するとともに、前記セラミックス基板の他方の面に金属層を形成してなる絶縁回路基板における前記金属層にヒートシンクを接合してヒートシンク付絶縁回路基板を製造する方法であって、
少なくとも前記ヒートシンクが前記金属層に接合される前に、前記ヒートシンクの前記金属層との接合部が形成される第１面とは反対側の第２面のみ一方における該ヒートシンクの前記絶縁回路基板が接合される領域の外周を囲むように溝を形成する溝形成工程を備えることを特徴とするヒートシンク付絶縁回路基板の製造方法。
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| JPH0770651B2 (ja) * | 1992-11-30 | 1995-07-31 | 日本電気株式会社 | 半導体パッケージ |
-
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