JPH08139480A - ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板 - Google Patents
ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板Info
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- JPH08139480A JPH08139480A JP27325694A JP27325694A JPH08139480A JP H08139480 A JPH08139480 A JP H08139480A JP 27325694 A JP27325694 A JP 27325694A JP 27325694 A JP27325694 A JP 27325694A JP H08139480 A JPH08139480 A JP H08139480A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】製作工数を増大させずにセラミック基板全体の
厚さを薄くでき、発熱及び冷却が繰返されても反りや割
れが発生しない。また放熱特性が比較的良好なセラミッ
ク基板を提供する。 【構成】互いに連通した複数の長孔を有する金属板１４
が２枚の絶縁性セラミック層１２，１３により挟持され
た状態でこれらの２枚のセラミック層１２，１３に接着
され、複数の長孔と２枚のセラミック層１２，１３の対
向面とにより閉止通路１６が形成される。この閉止通路
１６に作動液が封入される。
厚さを薄くでき、発熱及び冷却が繰返されても反りや割
れが発生しない。また放熱特性が比較的良好なセラミッ
ク基板を提供する。 【構成】互いに連通した複数の長孔を有する金属板１４
が２枚の絶縁性セラミック層１２，１３により挟持され
た状態でこれらの２枚のセラミック層１２，１３に接着
され、複数の長孔と２枚のセラミック層１２，１３の対
向面とにより閉止通路１６が形成される。この閉止通路
１６に作動液が封入される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内部に形成された閉止通
路に作動液を封入したヒートパイプ構造を有する放熱性
セラミック基板に関するものである。
路に作動液を封入したヒートパイプ構造を有する放熱性
セラミック基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、両面が平面に形成された第１金属
板にヒートパイプ作動液の通路網のパターンに対応した
形状の透孔が設けられ、少なくとも互いに対向する面が
平面に形成された第２及び第３金属板が第１金属板と重
ねられ、更に第１金属板と気密かつ液密に接着されたと
き第２及び第３金属板により透孔に相当する空所が形成
されたヒートパイプを具える放熱体およびその製造方法
が開示されている（特開平３−１８６１９５）。この放
熱体の空所にはヒートパイプ作動液が封入され、第１〜
第３金属板はステンレス鋼により形成される。このよう
に構成されたヒートパイプを具える放熱体では、空所断
面が四角形であるため、作動液がその角に集まり毛細管
力によって長さ方向に分布し、空所の中央部が作動液の
蒸気の通路となって吸熱部の通路内で蒸発した作動液が
放熱部の通路へ移動することができる。この結果、全体
的或いは局部的に発熱密度の大きい高集積半導体素子或
いは基板を効果的に冷却できるようになっている。
板にヒートパイプ作動液の通路網のパターンに対応した
形状の透孔が設けられ、少なくとも互いに対向する面が
平面に形成された第２及び第３金属板が第１金属板と重
ねられ、更に第１金属板と気密かつ液密に接着されたと
き第２及び第３金属板により透孔に相当する空所が形成
されたヒートパイプを具える放熱体およびその製造方法
が開示されている（特開平３−１８６１９５）。この放
熱体の空所にはヒートパイプ作動液が封入され、第１〜
第３金属板はステンレス鋼により形成される。このよう
に構成されたヒートパイプを具える放熱体では、空所断
面が四角形であるため、作動液がその角に集まり毛細管
力によって長さ方向に分布し、空所の中央部が作動液の
蒸気の通路となって吸熱部の通路内で蒸発した作動液が
放熱部の通路へ移動することができる。この結果、全体
的或いは局部的に発熱密度の大きい高集積半導体素子或
いは基板を効果的に冷却できるようになっている。
【０００３】一方、電子部品を実装したＩＣ基板の片面
にウイック構造が設けられ、電子部品を実装した又は実
装しない対向基板の上記ＩＣ基板に対向する面にウイッ
ク構造が設けられ、更に窓枠状に形成されたスペーサが
ＩＣ基板と対向基板との間に介在されることにより作動
液が封入される閉止通路が形成されたヒートパイプ構造
ＩＣ基板が開示されている（特公昭６２−３９３５
８）。このヒートパイプ構造ＩＣ基板では、ＩＣ基板に
実装されたＩＣ素子がスペーサの中間枠の上方に位置す
るように設置され、ＩＣ素子に対向する中間枠に空洞が
形成され、更にこの部分に複数の小孔が設けられる。ま
たＩＣ基板、対向基板及びスペーサはＡｌ2Ｏ3により形
成される。このように構成されたヒートパイプ構造ＩＣ
基板では、ＩＣ基板と対向基板のウイックの形成面にス
ペーサの中間枠が密着することにより高い毛細管吸引力
が発揮され、放熱部で凝縮した作動液は近傍の中間枠と
で構成されているウイックへ吸い寄せられ、発熱するＩ
Ｃ素子部分へ急速に環流される。そしてＩＣ素子部分で
蒸発した蒸気は小孔を通って空洞を経由し、閉止通路へ
入って放熱部へ移動する。このように作動液の毛細管吸
引力が大幅に向上するため、発熱部が放熱部より上方に
位置する場合でも十分な放熱性能を発揮できるようにな
っている。
にウイック構造が設けられ、電子部品を実装した又は実
装しない対向基板の上記ＩＣ基板に対向する面にウイッ
ク構造が設けられ、更に窓枠状に形成されたスペーサが
ＩＣ基板と対向基板との間に介在されることにより作動
液が封入される閉止通路が形成されたヒートパイプ構造
ＩＣ基板が開示されている（特公昭６２−３９３５
８）。このヒートパイプ構造ＩＣ基板では、ＩＣ基板に
実装されたＩＣ素子がスペーサの中間枠の上方に位置す
るように設置され、ＩＣ素子に対向する中間枠に空洞が
形成され、更にこの部分に複数の小孔が設けられる。ま
たＩＣ基板、対向基板及びスペーサはＡｌ2Ｏ3により形
成される。このように構成されたヒートパイプ構造ＩＣ
基板では、ＩＣ基板と対向基板のウイックの形成面にス
ペーサの中間枠が密着することにより高い毛細管吸引力
が発揮され、放熱部で凝縮した作動液は近傍の中間枠と
で構成されているウイックへ吸い寄せられ、発熱するＩ
Ｃ素子部分へ急速に環流される。そしてＩＣ素子部分で
蒸発した蒸気は小孔を通って空洞を経由し、閉止通路へ
入って放熱部へ移動する。このように作動液の毛細管吸
引力が大幅に向上するため、発熱部が放熱部より上方に
位置する場合でも十分な放熱性能を発揮できるようにな
っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−１
８６１９５号に開示されたヒートパイプを具える放熱体
では、第１〜第３金属板として比較的に熱伝導率の大き
いステンレス鋼を用いているので、放熱性に優れている
が、この放熱体の表面又は裏面に回路を形成しようとす
ると、絶縁性セラミック基板を介して回路を形成しなけ
ればならず、全体の厚さが増大する問題点があった。ま
た金属板とセラミック基板の熱膨張係数が異なるため、
発熱及び冷却の繰返しにより金属板に反りが発生したり
或いはセラミック基板に割れが発生したりする恐れがあ
った。また特公昭６２−３９３５８号公報に開示された
ヒートパイプ構造ＩＣ基板では、絶縁性を有するＡｌ2
Ｏ3により形成されたＩＣ基板等に直接回路を形成でき
るので、全体の厚さを薄くできるが、ＩＣ基板、対向基
板及びスペーサが比較的熱伝導率の小さいＡｌ2Ｏ3によ
り形成されているため、放熱特性が低下する問題点あっ
た。
８６１９５号に開示されたヒートパイプを具える放熱体
では、第１〜第３金属板として比較的に熱伝導率の大き
いステンレス鋼を用いているので、放熱性に優れている
が、この放熱体の表面又は裏面に回路を形成しようとす
ると、絶縁性セラミック基板を介して回路を形成しなけ
ればならず、全体の厚さが増大する問題点があった。ま
た金属板とセラミック基板の熱膨張係数が異なるため、
発熱及び冷却の繰返しにより金属板に反りが発生したり
或いはセラミック基板に割れが発生したりする恐れがあ
った。また特公昭６２−３９３５８号公報に開示された
ヒートパイプ構造ＩＣ基板では、絶縁性を有するＡｌ2
Ｏ3により形成されたＩＣ基板等に直接回路を形成でき
るので、全体の厚さを薄くできるが、ＩＣ基板、対向基
板及びスペーサが比較的熱伝導率の小さいＡｌ2Ｏ3によ
り形成されているため、放熱特性が低下する問題点あっ
た。
【０００５】本発明の目的は、製作工数を増大させずに
全体の厚さを薄くでき、発熱及び冷却が繰返されても反
りや割れが発生せず、更に比較的放熱特性の良好なヒー
トパイプ構造を有する放熱性セラミック基板を提供する
ことにある。
全体の厚さを薄くでき、発熱及び冷却が繰返されても反
りや割れが発生せず、更に比較的放熱特性の良好なヒー
トパイプ構造を有する放熱性セラミック基板を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図１及び図４を用
いて説明する。本発明の第１の放熱性セラミック基板
は、図１に示すように２枚の絶縁性セラミック層１２，
１３と、２枚のセラミック層１２，１３により挟持され
た状態でこれらのセラミック層１２，１３に接着され互
いに連通した又は連通しない複数の長孔１４ａ，１４ｂ
を有する金属板１４と、複数の長孔１４ａ，１４ｂと２
枚のセラミック層１２，１３の対向面とにより形成され
た閉止通路１６と、閉止通路１６に封入された作動液と
を備えたものである。また、本発明の第２の放熱性セラ
ミック基板は、図４に示すように金属板１４が接着され
た面とは反対側の２枚の絶縁性セラミック層１２，１３
のいずれか一方又は双方の面に回路３１，３４を形成し
たものである。
の本発明の構成を、実施例に対応する図１及び図４を用
いて説明する。本発明の第１の放熱性セラミック基板
は、図１に示すように２枚の絶縁性セラミック層１２，
１３と、２枚のセラミック層１２，１３により挟持され
た状態でこれらのセラミック層１２，１３に接着され互
いに連通した又は連通しない複数の長孔１４ａ，１４ｂ
を有する金属板１４と、複数の長孔１４ａ，１４ｂと２
枚のセラミック層１２，１３の対向面とにより形成され
た閉止通路１６と、閉止通路１６に封入された作動液と
を備えたものである。また、本発明の第２の放熱性セラ
ミック基板は、図４に示すように金属板１４が接着され
た面とは反対側の２枚の絶縁性セラミック層１２，１３
のいずれか一方又は双方の面に回路３１，３４を形成し
たものである。
【０００７】以下、本発明を詳述する。本発明の絶縁性
セラミック層としては、Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ，ＳｉＣ等が
挙げられる。金属板としてＣｕ−Ｗ合金やアンビロイ
（登録商標）を用いた場合の接合性の点でＡｌ2Ｏ3が、
また放熱性の点でＡｌＮが、更に熱膨張係数の点でＳｉ
Ｃが好ましい。本発明の金属板としては、Ａｌ，Ｃｕ−
Ｗ合金，アンビロイ（登録商標）等が挙げられる。放熱
性の点でＡｌが好ましい。ここでアンビロイ（登録商
標）とは、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉの各粉末を焼結することによ
り形成された合金をいう。絶縁性セラミック層をＡｌ2
Ｏ3により形成し、金属板をＡｌにより形成した場合に
は、セラミック層の厚さをＴとし金属板の厚さをｔとす
ると、次の式（１）及び式（２）の関係が成り立つこと
が好ましい。 ０．３ｍｍ ≦ Ｔ ＜ ３．０ｍｍ …… （１） ０．１ｍｍ ＜ ｔ ＜ Ｔ …… （２） セラミック層の厚さＴが３．０ｍｍ以上になるとセラミ
ック基板の熱抵抗が大きくなり放熱性に劣り、厚さＴが
０．３ｍｍ未満では機械的強度に劣る。また金属板の厚
さｔがセラミック層の厚さＴ以上になると温度変化によ
りセラミック層と金属板の接着面が剥離し易くなり、厚
さｔが０．１ｍｍ以下ではヒートパイプ構造を形成しに
くい。
セラミック層としては、Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ，ＳｉＣ等が
挙げられる。金属板としてＣｕ−Ｗ合金やアンビロイ
（登録商標）を用いた場合の接合性の点でＡｌ2Ｏ3が、
また放熱性の点でＡｌＮが、更に熱膨張係数の点でＳｉ
Ｃが好ましい。本発明の金属板としては、Ａｌ，Ｃｕ−
Ｗ合金，アンビロイ（登録商標）等が挙げられる。放熱
性の点でＡｌが好ましい。ここでアンビロイ（登録商
標）とは、Ｃｕ−Ｗ−Ｎｉの各粉末を焼結することによ
り形成された合金をいう。絶縁性セラミック層をＡｌ2
Ｏ3により形成し、金属板をＡｌにより形成した場合に
は、セラミック層の厚さをＴとし金属板の厚さをｔとす
ると、次の式（１）及び式（２）の関係が成り立つこと
が好ましい。 ０．３ｍｍ ≦ Ｔ ＜ ３．０ｍｍ …… （１） ０．１ｍｍ ＜ ｔ ＜ Ｔ …… （２） セラミック層の厚さＴが３．０ｍｍ以上になるとセラミ
ック基板の熱抵抗が大きくなり放熱性に劣り、厚さＴが
０．３ｍｍ未満では機械的強度に劣る。また金属板の厚
さｔがセラミック層の厚さＴ以上になると温度変化によ
りセラミック層と金属板の接着面が剥離し易くなり、厚
さｔが０．１ｍｍ以下ではヒートパイプ構造を形成しに
くい。
【０００８】本発明の長孔は、図３に示すように互いに
連通する複数の長孔以外に、図示しないが互いに独立し
た、連通しない複数の長孔でもよい。長孔と２枚のセラ
ミック層の対向面により形成される閉止通路に封入され
る作動液としては、フロン系の流体が好ましい。放熱性
セラミック基板を構成する絶縁性セラミック層のいずれ
か一方又は双方の面に形成する回路としては、厚膜回路
又は薄膜回路が挙げられる。
連通する複数の長孔以外に、図示しないが互いに独立し
た、連通しない複数の長孔でもよい。長孔と２枚のセラ
ミック層の対向面により形成される閉止通路に封入され
る作動液としては、フロン系の流体が好ましい。放熱性
セラミック基板を構成する絶縁性セラミック層のいずれ
か一方又は双方の面に形成する回路としては、厚膜回路
又は薄膜回路が挙げられる。
【０００９】
【作用】金属板１４にエッチング等により複数の長孔１
４ａ，１４ｂを形成できるので、セラミック基板１１の
製作工数を増大させずに済む。また長孔１４ａ，１４ｂ
が形成された金属板１４を２枚のセラミック層１２，１
３にて挟持することにより作動液が封入される閉止通路
１６が形成されるので、セラミック基板１１の全体の厚
さを薄くできる。セラミック層１２，１３を熱伝導度に
優れたＡｌＮにすれば、より放熱性に優れる。
４ａ，１４ｂを形成できるので、セラミック基板１１の
製作工数を増大させずに済む。また長孔１４ａ，１４ｂ
が形成された金属板１４を２枚のセラミック層１２，１
３にて挟持することにより作動液が封入される閉止通路
１６が形成されるので、セラミック基板１１の全体の厚
さを薄くできる。セラミック層１２，１３を熱伝導度に
優れたＡｌＮにすれば、より放熱性に優れる。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに図面に
基づいて詳しく説明する。 ＜実施例１＞図１〜図３に示すように、放熱性セラミッ
ク基板１０は２枚の絶縁性セラミック層１２，１３と、
これらのセラミック層１２，１３により挟持された状態
でこれらのセラミック層１２，１３に接着された金属板
１４とを備える。金属板１４には互いに連通した複数の
長孔１４ａ，１４ｂが形成され、これらの長孔１４ａ，
１４ｂと２枚のセラミック層１２，１３の対向面とによ
り閉止通路１６が形成されて、ヒートパイプ構造が構成
される。閉止通路１６には作動液が封入される。
基づいて詳しく説明する。 ＜実施例１＞図１〜図３に示すように、放熱性セラミッ
ク基板１０は２枚の絶縁性セラミック層１２，１３と、
これらのセラミック層１２，１３により挟持された状態
でこれらのセラミック層１２，１３に接着された金属板
１４とを備える。金属板１４には互いに連通した複数の
長孔１４ａ，１４ｂが形成され、これらの長孔１４ａ，
１４ｂと２枚のセラミック層１２，１３の対向面とによ
り閉止通路１６が形成されて、ヒートパイプ構造が構成
される。閉止通路１６には作動液が封入される。
【００１１】このように構成されたセラミック基板の製
造方法を説明する。セラミック層１２，１３はこの例で
はＡｌ2Ｏ3により形成され、金属板１４はＡｌにより形
成される。先ず厚さ０．６３５ｍｍの２枚のセラミック
層１２，１３と金属板となる厚さ０．２ｍｍの２枚のア
ルミニウム板１４ｃ，１４ｄを厚さ３０μｍのＡｌ−
７．５％Ｓｉ箔（重量％、以下同じ）を挟んでそれぞれ
重ね、これらに荷重２ｋｇｆ／ｃｍ2を加えて真空炉中
で６３０℃、３０分加熱して接着して、アルミニウム板
１４ｃ，１４ｄがそれぞれ接着されたセラミック層１
２，１３を得た。次いで接着されたアルミニウム板１４
ｃ，１４ｄの表面にレジストパターン印刷した後、Ｆｅ
Ｃｌ2水溶液でエッチングすることにより蛇行溝状の長
孔１４ａ，１４ｂを形成した（図３）。長孔１４ａ，１
４ｂはアルミニウム板１４ｃ，１４ｄを互いに対向させ
たときに一致し、またアルミニウム板１４ｃ，１４ｄを
互いに対向させて接着したときに作動液注入口及びエア
抜き口となる第１切欠き部１４ｅ及び第２切欠部１４ｆ
をそれぞれ有する。アルミニウム板１４ｃ，１４ｄを互
いに対向させこれらの間に厚さ３０μｍのＡｌ−７．５
％Ｓｉ箔を挟んで重ね、これらに荷重８０ｇ／ｃｍ2を
加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着した。
次に作動液注入口よりフロン系作動液（商品名：フロリ
ナート）を注入し、この注入口及びエア抜き口をＡｌ用
はんだで封止して、放熱性セラミック基板１１を得た
（図１及び図２）。
造方法を説明する。セラミック層１２，１３はこの例で
はＡｌ2Ｏ3により形成され、金属板１４はＡｌにより形
成される。先ず厚さ０．６３５ｍｍの２枚のセラミック
層１２，１３と金属板となる厚さ０．２ｍｍの２枚のア
ルミニウム板１４ｃ，１４ｄを厚さ３０μｍのＡｌ−
７．５％Ｓｉ箔（重量％、以下同じ）を挟んでそれぞれ
重ね、これらに荷重２ｋｇｆ／ｃｍ2を加えて真空炉中
で６３０℃、３０分加熱して接着して、アルミニウム板
１４ｃ，１４ｄがそれぞれ接着されたセラミック層１
２，１３を得た。次いで接着されたアルミニウム板１４
ｃ，１４ｄの表面にレジストパターン印刷した後、Ｆｅ
Ｃｌ2水溶液でエッチングすることにより蛇行溝状の長
孔１４ａ，１４ｂを形成した（図３）。長孔１４ａ，１
４ｂはアルミニウム板１４ｃ，１４ｄを互いに対向させ
たときに一致し、またアルミニウム板１４ｃ，１４ｄを
互いに対向させて接着したときに作動液注入口及びエア
抜き口となる第１切欠き部１４ｅ及び第２切欠部１４ｆ
をそれぞれ有する。アルミニウム板１４ｃ，１４ｄを互
いに対向させこれらの間に厚さ３０μｍのＡｌ−７．５
％Ｓｉ箔を挟んで重ね、これらに荷重８０ｇ／ｃｍ2を
加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着した。
次に作動液注入口よりフロン系作動液（商品名：フロリ
ナート）を注入し、この注入口及びエア抜き口をＡｌ用
はんだで封止して、放熱性セラミック基板１１を得た
（図１及び図２）。
【００１２】＜実施例２及び比較例１〜４＞図４及び図
５に示すように、実施例１の放熱性セラミック基板１１
の両面に厚膜回路３１，３４が形成され、表面にコンデ
ンサ等のチップ部品４０と抵抗体３２とが実装され、裏
面に半導体素子３８が実装される。またセラミック基板
１１の厚膜回路３１，３４が形成されていない右部両面
にはコルゲートルーバフィン３６，３７が接着される。
図４及び図５において上記実施例１と同一符号は同一部
品を示す。
５に示すように、実施例１の放熱性セラミック基板１１
の両面に厚膜回路３１，３４が形成され、表面にコンデ
ンサ等のチップ部品４０と抵抗体３２とが実装され、裏
面に半導体素子３８が実装される。またセラミック基板
１１の厚膜回路３１，３４が形成されていない右部両面
にはコルゲートルーバフィン３６，３７が接着される。
図４及び図５において上記実施例１と同一符号は同一部
品を示す。
【００１３】このように構成された放熱性セラミック基
板の製造方法を説明する。縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍ、
厚さ０．３ｍｍの２枚のセラミック層１２，１３を５組
用意した。２枚のセラミック層１２，１３のうち上側と
なるセラミック層１２の表面にＡｕペーストを印刷し、
乾燥後８５０℃で連続ベルト炉にて焼成して厚膜回路３
１を形成した。ＲｕＯ2ペーストを用いて抵抗体３２を
上記と同様に焼成した。このセラミック層１２の表面の
うち厚膜回路３１が形成されていない右部に縦横各４０
ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＡｌ板３３を載せ、裏面に金属
板１４となる縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍで、５種類の厚
さを有するアルミニウム板をセラミック層の組毎に厚さ
を変えて敷き、Ａｌ板３３及びセラミック層１２の間
と、セラミック層１２及びアルミニウム板の間にそれぞ
れＡｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重２ｋｇｆ
／ｃｍ2を加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して
接着した。
板の製造方法を説明する。縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍ、
厚さ０．３ｍｍの２枚のセラミック層１２，１３を５組
用意した。２枚のセラミック層１２，１３のうち上側と
なるセラミック層１２の表面にＡｕペーストを印刷し、
乾燥後８５０℃で連続ベルト炉にて焼成して厚膜回路３
１を形成した。ＲｕＯ2ペーストを用いて抵抗体３２を
上記と同様に焼成した。このセラミック層１２の表面の
うち厚膜回路３１が形成されていない右部に縦横各４０
ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＡｌ板３３を載せ、裏面に金属
板１４となる縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍで、５種類の厚
さを有するアルミニウム板をセラミック層の組毎に厚さ
を変えて敷き、Ａｌ板３３及びセラミック層１２の間
と、セラミック層１２及びアルミニウム板の間にそれぞ
れＡｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重２ｋｇｆ
／ｃｍ2を加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して
接着した。
【００１４】２枚のセラミック層１２，１３のうち下側
となるセラミック層１３の裏面にＡｕペーストを印刷
し、乾燥後８５０℃で連続ベルト炉にて焼成して厚膜回
路３４を形成した。このセラミック層１３の裏面のうち
厚膜回路３４が形成されていない右部に縦横各４０ｍ
ｍ、厚さ０．２ｍｍのＡｌ板３５を敷き、表面に金属板
１４となる縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍで、５種類の厚さ
を有するアルミニウム板をセラミック層の組毎に厚さを
変えて載せ、Ａｌ板３５及びセラミック層１３の間と、
セラミック層１３及びアルミニウム板の間にそれぞれＡ
ｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重２ｋｇｆ／ｃ
ｍ2を加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着
した。
となるセラミック層１３の裏面にＡｕペーストを印刷
し、乾燥後８５０℃で連続ベルト炉にて焼成して厚膜回
路３４を形成した。このセラミック層１３の裏面のうち
厚膜回路３４が形成されていない右部に縦横各４０ｍ
ｍ、厚さ０．２ｍｍのＡｌ板３５を敷き、表面に金属板
１４となる縦５０ｍｍ、横１２０ｍｍで、５種類の厚さ
を有するアルミニウム板をセラミック層の組毎に厚さを
変えて載せ、Ａｌ板３５及びセラミック層１３の間と、
セラミック層１３及びアルミニウム板の間にそれぞれＡ
ｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重２ｋｇｆ／ｃ
ｍ2を加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着
した。
【００１５】これらのセラミック層１２，１３に接着さ
れたアルミニウム板に実施例１と同様にレジストパター
ン印刷後ＦｅＣｌ2水溶液でエッチングすることにより
閉止通路１６となる蛇行溝状の長孔を形成した後、アル
ミニウム板を互いに対向させて厚さ３０μｍのＡｌ−
７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重８０ｇ／ｃｍ2を
加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着した。
これによりセラミック層の組毎に厚さの異なる金属板１
４に閉止通路１６が形成されたヒートパイプ構造を有す
る５種類のセラミック基板１１を得た。このときセラミ
ック基板１１の右部の両面のＡｌ板には高さ８ｍｍのＡ
ｌ製のコルゲートルーバフィン３６，３７を３０μｍの
Ａｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟んで同時にそれぞれ接着し
た。ここで５種類の金属板１４の厚さは０．２ｍｍ、
０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．５ｍｍ及び３．０ｍｍで
あった。
れたアルミニウム板に実施例１と同様にレジストパター
ン印刷後ＦｅＣｌ2水溶液でエッチングすることにより
閉止通路１６となる蛇行溝状の長孔を形成した後、アル
ミニウム板を互いに対向させて厚さ３０μｍのＡｌ−
７．５％Ｓｉ箔を挟み、これらに荷重８０ｇ／ｃｍ2を
加えて真空炉中で６３０℃、３０分加熱して接着した。
これによりセラミック層の組毎に厚さの異なる金属板１
４に閉止通路１６が形成されたヒートパイプ構造を有す
る５種類のセラミック基板１１を得た。このときセラミ
ック基板１１の右部の両面のＡｌ板には高さ８ｍｍのＡ
ｌ製のコルゲートルーバフィン３６，３７を３０μｍの
Ａｌ−７．５％Ｓｉ箔を挟んで同時にそれぞれ接着し
た。ここで５種類の金属板１４の厚さは０．２ｍｍ、
０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．５ｍｍ及び３．０ｍｍで
あった。
【００１６】次に実施例１と同様に長孔の作動液注入口
からフロリナートを注入した後、この注入口とエア抜き
口とをＡｌ用はんだにて封止した。セラミック基板１１
の裏面の厚膜回路３４の所定の位置に半導体素子３８を
Ａｇエポキシ樹脂によりダイボンディングした後、Ａｌ
ワイヤ３９によりワイヤボンディングし、更にセラミッ
ク基板１１の表面の厚膜回路３１の所定の位置にコンデ
ンサ等のチップ部品４０をＡｇエポキシ樹脂により接着
した。
からフロリナートを注入した後、この注入口とエア抜き
口とをＡｌ用はんだにて封止した。セラミック基板１１
の裏面の厚膜回路３４の所定の位置に半導体素子３８を
Ａｇエポキシ樹脂によりダイボンディングした後、Ａｌ
ワイヤ３９によりワイヤボンディングし、更にセラミッ
ク基板１１の表面の厚膜回路３１の所定の位置にコンデ
ンサ等のチップ部品４０をＡｇエポキシ樹脂により接着
した。
【００１７】＜実施例３、実施例４及び比較例５〜７＞
２枚のセラミック層１２，１３を厚さ０．６３５ｍｍに
変えた以外は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして
５種類のセラミック基板１１を得た。
２枚のセラミック層１２，１３を厚さ０．６３５ｍｍに
変えた以外は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして
５種類のセラミック基板１１を得た。
【００１８】＜実施例５〜７、比較例８及び比較例９＞
２枚のセラミック層１２，１３を厚さ０．８１５ｍｍに
変えた以外は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして
５種類のセラミック基板１１を得た。
２枚のセラミック層１２，１３を厚さ０．８１５ｍｍに
変えた以外は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして
５種類のセラミック基板１１を得た。
【００１９】＜実施例８〜１１及び比較例１０＞２枚の
セラミック層１２，１３を厚さ１．５ｍｍに変えた以外
は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして５種類のセ
ラミック基板１１を得た。
セラミック層１２，１３を厚さ１．５ｍｍに変えた以外
は、実施例２及び比較例１〜４と同様にして５種類のセ
ラミック基板１１を得た。
【００２０】＜比較例１１〜１５＞２枚のセラミック層
１２，１３を厚さ３．０ｍｍに変えた以外は、実施例２
及び比較例１〜４と同様にして５種類のセラミック基板
１１を得た。
１２，１３を厚さ３．０ｍｍに変えた以外は、実施例２
及び比較例１〜４と同様にして５種類のセラミック基板
１１を得た。
【００２１】＜比較例１６＞図６に示すように縦５０ｍ
ｍ、横１２０ｍｍ、全厚２ｍｍのＡｌ製の板状のヒート
パイプ４の表面にコンデンサ等のチップ部品４０と抵抗
体３２が厚膜回路３１を介して実装されたセラミック層
２をＡｇエポキシ樹脂を用いて接着し、ヒートパイプ４
の裏面に半導体素子３８が厚膜回路３４を介して実装さ
れたセラミック層３をＡｇエポキシ樹脂を用いて接着す
ることにより形成されたセラミック基板１を比較例１６
とした。上記ヒートパイプ４の閉止通路４ａの形状は実
施例２と同一に形成され、このヒートパイプ４の右部の
両面には実施例２と同一形状のコルゲートルーバフィン
３６，３７がそれぞれ接着される。セラミック層２，３
の寸法は縦４４ｍｍ、横６４ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍ
である。
ｍ、横１２０ｍｍ、全厚２ｍｍのＡｌ製の板状のヒート
パイプ４の表面にコンデンサ等のチップ部品４０と抵抗
体３２が厚膜回路３１を介して実装されたセラミック層
２をＡｇエポキシ樹脂を用いて接着し、ヒートパイプ４
の裏面に半導体素子３８が厚膜回路３４を介して実装さ
れたセラミック層３をＡｇエポキシ樹脂を用いて接着す
ることにより形成されたセラミック基板１を比較例１６
とした。上記ヒートパイプ４の閉止通路４ａの形状は実
施例２と同一に形成され、このヒートパイプ４の右部の
両面には実施例２と同一形状のコルゲートルーバフィン
３６，３７がそれぞれ接着される。セラミック層２，３
の寸法は縦４４ｍｍ、横６４ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍ
である。
【００２２】＜比較例１７＞図示しないが実施例２のヒ
ートパイプ構造を有する金属板をヒートパイプ構造を有
しない厚さ０．４ｍｍのＡｌ板に置き換えたものを比較
例１７とした。このセラミック基板のセラミック層は縦
５０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍであり、
セラミック基板には実施例２と同様に半導体素子、コン
デンサ等のチップ部品及び抵抗体が厚膜回路を介して実
装される。またセラミック基板の右部の両面には上記実
施例２と同一のコルゲートルーバフィンがそれぞれ接着
される。
ートパイプ構造を有する金属板をヒートパイプ構造を有
しない厚さ０．４ｍｍのＡｌ板に置き換えたものを比較
例１７とした。このセラミック基板のセラミック層は縦
５０ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ０．６３５ｍｍであり、
セラミック基板には実施例２と同様に半導体素子、コン
デンサ等のチップ部品及び抵抗体が厚膜回路を介して実
装される。またセラミック基板の右部の両面には上記実
施例２と同一のコルゲートルーバフィンがそれぞれ接着
される。
【００２３】＜比較試験と評価＞実施例２〜１１及び比
較例１〜１６のセラミック基板１１及び１に−４０℃〜
１２５℃の温度サイクルを２００回繰返した後のセラミ
ック層１２，１３と金属板１４との接着面、セラミック
２，３層とＡｌ製ヒートパイプ４との接着面の状態を観
察した。また実施例２〜１１及び比較例１〜１７の半導
体素子３８に１０Ｗの電力を与えて発熱させ、かつコル
ゲートルーバフィン３６，３７に３ｍ／秒の風を当てて
強制空冷したときの、半導体素子３８及び空気間の熱抵
抗を測定した。その結果を表１に示す。
較例１〜１６のセラミック基板１１及び１に−４０℃〜
１２５℃の温度サイクルを２００回繰返した後のセラミ
ック層１２，１３と金属板１４との接着面、セラミック
２，３層とＡｌ製ヒートパイプ４との接着面の状態を観
察した。また実施例２〜１１及び比較例１〜１７の半導
体素子３８に１０Ｗの電力を与えて発熱させ、かつコル
ゲートルーバフィン３６，３７に３ｍ／秒の風を当てて
強制空冷したときの、半導体素子３８及び空気間の熱抵
抗を測定した。その結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１中、○は接着面の状態が良好なもの、
△は一部に割れや剥離を生じたもの、×は全てに割れや
剥離を生じたものを表す。表１から明らかなように、比
較例１１〜１５においてセラミック層１２，１３の厚さ
が３ｍｍになると、熱抵抗が通常のセラミック基板、即
ちヒートパイプ構造を有しない比較例１７の熱抵抗より
増大した。また比較例１〜１０のように金属板１４の厚
さをセラミック層１２，１３の厚さより大きくすると、
温度サイクル後にセラミック層１２，１３が割れること
が判った。比較例１６も温度サイクル後にセラミック層
２，３とヒートパイプ４を形成するＡｌとを接着するＡ
ｇエポキシ接着剤にて剥離した。これはセラミック層
２，３とヒートパイプ４を形成するＡｌの熱膨張係数が
異なるためである。更に実施例２の金属板１４の厚さを
０．１ｍｍにすると、接着時に閉止通路１６がろう材で
あるＡｌ−７．５％Ｓｉ箔で埋まってしまい、ヒートパ
イプ構造が形成できなかった。
△は一部に割れや剥離を生じたもの、×は全てに割れや
剥離を生じたものを表す。表１から明らかなように、比
較例１１〜１５においてセラミック層１２，１３の厚さ
が３ｍｍになると、熱抵抗が通常のセラミック基板、即
ちヒートパイプ構造を有しない比較例１７の熱抵抗より
増大した。また比較例１〜１０のように金属板１４の厚
さをセラミック層１２，１３の厚さより大きくすると、
温度サイクル後にセラミック層１２，１３が割れること
が判った。比較例１６も温度サイクル後にセラミック層
２，３とヒートパイプ４を形成するＡｌとを接着するＡ
ｇエポキシ接着剤にて剥離した。これはセラミック層
２，３とヒートパイプ４を形成するＡｌの熱膨張係数が
異なるためである。更に実施例２の金属板１４の厚さを
０．１ｍｍにすると、接着時に閉止通路１６がろう材で
あるＡｌ−７．５％Ｓｉ箔で埋まってしまい、ヒートパ
イプ構造が形成できなかった。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、互
いに連通した又は連通しない複数の長孔を有する金属板
を２枚のセラミック層により挟持した状態でこれらのセ
ラミック層に接着し、複数の長孔と２枚のセラミック層
の対向面とにより閉止通路を形成し、更に閉止通路に作
動液を封入したので、従来のヒートパイプを具える放熱
体と比較して、製作工数を増大させることなく、セラミ
ック基板全体の厚さを薄くすることができる。またセラ
ミック基板の表面又は裏面に回路を介して発熱体である
半導体素子等を実装しても、セラミック層の厚さＴを
０．３ｍｍ≦Ｔ＜３．０ｍｍに限定しかつ金属板の厚さ
ｔを０．１ｍｍ＜ｔ＜Ｔに限定すれば、発熱及び冷却の
繰返しによって反りや割れが発生することはない。放熱
特性が比較的良好である。更に閉止通路を有するスペー
サが比較的熱伝導率の小さいＡｌ2Ｏ3により形成された
従来のヒートパイプ構造ＩＣ基板と比較して、本発明の
閉止通路を有する金属板をＡｌ等の熱伝導率の大きい材
料により形成すれば、放熱特性が向上する。
いに連通した又は連通しない複数の長孔を有する金属板
を２枚のセラミック層により挟持した状態でこれらのセ
ラミック層に接着し、複数の長孔と２枚のセラミック層
の対向面とにより閉止通路を形成し、更に閉止通路に作
動液を封入したので、従来のヒートパイプを具える放熱
体と比較して、製作工数を増大させることなく、セラミ
ック基板全体の厚さを薄くすることができる。またセラ
ミック基板の表面又は裏面に回路を介して発熱体である
半導体素子等を実装しても、セラミック層の厚さＴを
０．３ｍｍ≦Ｔ＜３．０ｍｍに限定しかつ金属板の厚さ
ｔを０．１ｍｍ＜ｔ＜Ｔに限定すれば、発熱及び冷却の
繰返しによって反りや割れが発生することはない。放熱
特性が比較的良好である。更に閉止通路を有するスペー
サが比較的熱伝導率の小さいＡｌ2Ｏ3により形成された
従来のヒートパイプ構造ＩＣ基板と比較して、本発明の
閉止通路を有する金属板をＡｌ等の熱伝導率の大きい材
料により形成すれば、放熱特性が向上する。
【図１】本発明実施例１のヒートパイプ構造を有する放
熱性セラミック基板を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
熱性セラミック基板を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】２枚の絶縁性セラミック層により金属板を挟持
する直前の状態を示す斜視図。
する直前の状態を示す斜視図。
【図４】本発明の実施例２を示す図２に対応する断面
図。
図。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図。
【図６】比較例１６を示す図２に対応する断面図。
【図７】図６のＤ−Ｄ線断面図。
１１ 放熱性セラミック基板 １２，１３ 絶縁性セラミック層 １４ 金属板 １４ａ，１４ｂ 長孔 １６ 閉止通路 ３１，３４ 厚膜回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/12 Ｈ０５Ｋ 1/03 Ｇ 7511−4Ｅ
Claims (5)
- 【請求項１】 ２枚の絶縁性セラミック層(12,13)と、 前記２枚のセラミック層(12,13)により挟持された状態
でこれらのセミラック層(12,13)に接着され互いに連通
した又は連通しない複数の長孔(14a,14b)を有する金属
板(14)と、 前記複数の長孔(14a,14b)と前記２枚のセラミック層(1
2,13)の対向面とにより形成された閉止通路(16)と、 前記閉止通路(16)に封入された作動液とを備えたヒート
パイプ構造を有する放熱性セラミック基板。 - 【請求項２】 金属板(14)が接着された面とは反対側の
２枚の絶縁性セラミック層(12,13)のいずれか一方又は
双方の面に回路(31,34)が形成された請求項１記載のヒ
ートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板。 - 【請求項３】 絶縁性セラミック層(12,13)がＡｌ
2Ｏ3、ＡｌＮ又はＳｉＣにより形成された請求項１記載
のヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板。 - 【請求項４】 金属板(14)がＡｌ、Ｃｕ−Ｗ合金又はＣ
ｕ−Ｗ−Ｎｉ合金により形成された請求項１記載のヒー
トパイプ構造を有する放熱性セラミック基板。 - 【請求項５】 絶縁性セラミック層(12,13)がＡｌ2Ｏ3
により形成され、金属板(14)がＡｌにより形成され、前
記セラミック層(12,13)の厚さをＴとするとき厚さＴが
０．３ｍｍ≦Ｔ＜３．０ｍｍであってかつ前記金属板(1
4)の厚さをｔとするとき厚さｔが０．１ｍｍ＜ｔ＜Ｔで
ある請求項１記載のヒートパイプ構造を有する放熱性セ
ラミック基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27325694A JPH08139480A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27325694A JPH08139480A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08139480A true JPH08139480A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17525301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27325694A Withdrawn JPH08139480A (ja) | 1994-11-08 | 1994-11-08 | ヒートパイプ構造を有する放熱性セラミック基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08139480A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007093020A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Nakamura Mfg Co Ltd | 液冷熱交換器、および、その作動流体封止方法 |
| CN100447521C (zh) * | 2005-04-28 | 2008-12-31 | 日立电线株式会社 | 热管式散热器及其制造方法 |
| KR100966341B1 (ko) * | 2008-08-04 | 2010-06-28 | 삼성전기주식회사 | 인쇄회로기판 및 그 제조방법 |
| JP2010206159A (ja) * | 2009-03-04 | 2010-09-16 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 放熱パッケージ基板及びその製造方法 |
| CN102425967A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-04-25 | 苏州聚力电机有限公司 | 一种薄形化复合毛细组织及其成型方法和应用 |
| CN102636059A (zh) * | 2011-02-14 | 2012-08-15 | 昆山巨仲电子有限公司 | 具有复合毛细的热管及其制作方法 |
| CN102829664A (zh) * | 2012-09-29 | 2012-12-19 | 南车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种自然对流散热结构及其方法 |
| CN102997714A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-03-27 | 泰安鼎鑫冷却器有限公司 | 一种新型高效散热器 |
| CN103075905A (zh) * | 2011-10-25 | 2013-05-01 | 奇鋐科技股份有限公司 | 热管结构 |
| CN103528409A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 武汉大学 | 一种制备环路热管毛细芯的方法 |
| WO2014034245A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板及びパワーモジュール |
| JP2014064029A (ja) * | 2013-12-09 | 2014-04-10 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 水冷却フィン及び高電圧装置 |
| JP2014160873A (ja) * | 2007-04-26 | 2014-09-04 | Ceramtec Gmbh | 構成素子又は回路のためのクーリングボックス |
-
1994
- 1994-11-08 JP JP27325694A patent/JPH08139480A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9615442B2 (en) | 2012-08-31 | 2017-04-04 | Mitsubishi Materials Corporation | Power module substrate and power module |
| CN102829664A (zh) * | 2012-09-29 | 2012-12-19 | 南车株洲电力机车研究所有限公司 | 一种自然对流散热结构及其方法 |
| CN102997714A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-03-27 | 泰安鼎鑫冷却器有限公司 | 一种新型高效散热器 |
| CN103528409A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 武汉大学 | 一种制备环路热管毛细芯的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |