TWI566344B - 散熱板、功率模組及散熱板的製造方法 - Google Patents

散熱板、功率模組及散熱板的製造方法 Download PDF

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Description

散熱板、功率模組及散熱板的製造方法
本發明係有關散熱板、功率模組及散熱板的製造方法。
就產業用、汽車用等的電力控制到馬達控制等眾多領域中使用的節能化的關鍵元件而言，習知技術中已知有功率模組。功率模組此種裝置，係在作為基材的絕緣基板(例如陶瓷基板)的其中一面，於經硬銲之金屬板所構成的電路圖案上安裝半導體晶片(電晶體)，在另一面則隔著經硬銲之金屬板而配設散熱板。在如此的功率模組中，半導體晶片係藉由軟銲而接合至電路圖案上，並且，散熱板係藉由軟銲或硬銲而接合至金屬板上(參照例如下述之專利文獻1)。
在專利文獻1等的功率模組中，就散熱板的材料而言，為了將來自功率模組的熱高效率地擴散，使用的是熱傳導率優異的銅，該散熱板係在與絕緣基板相接之面的相反側之面，與以鋁合金構成的冷卻器之間藉由固定螺絲而鎖接，或是藉由軟銲或硬銲而接合來使用。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開2013-58535號公報
功率模組在使用時會承受熱循環，因此，如專利文獻1中所示，若在散熱板(銅)與冷卻器(鋁合金)的材料上使用不同的材料時，就會因為熱膨脹係數之差而產生熱應力，而會造成散熱效率因散熱板與冷卻器之間產生的間隙而下降、接合部因熱應力而剝離等之情況。
本發明係鑒於上述情事而研創，目的在於提供能夠抑制熱循環下的翹曲量，並且與其他構件間的接合性優異之散熱板、功率模組及散熱板的製造方法。
為了解決上述課題以達成目的，本發明的散熱板係具備：第1構件，係由金屬或合金構成，且形成為板狀，並在主面中央部具有溝部，該溝部的側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角；及第2構件，係由熱傳導率比構成前述第1構件的材料大的金屬或合金積層在前述溝部內而成者，或從前述溝部內朝前述第1構件的厚度方向積層而成者；其中，係將構成前述第2構件的金屬或合金的粉末材料，伴隨被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附至前述 第1構件的溝部內使其堆積，或以從溝部內朝前述第2構件的厚度方向延伸之方式予以噴附而使其堆積，以使前述第2構件積層。
此外，本發明的散熱板係具備：第2構件，係由金屬或合金構成，且形成為側面相對於主面以10°至45°的角度傾斜的板狀體；及第1構件，係由熱傳導率比構成前述第2構件的材料小的金屬或合金在前述第2構件的側面外周部積層而成者；其中，係將構成前述第1構件的金屬或合金的粉末材料，伴隨被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附至前述第2構件的側面外周部使其堆積，以使前述第1構件積層。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，構成前述第2構件的金屬或合金的熱膨脹率係比構成前述第1構件的金屬或合金還小。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述第1構件為鋁或鋁合金，前述第2構件為銅或銅合金。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述溝部係以從前述第1構件主面的一端部橫越至另一端部之方式形成。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述溝部係以貫通前述第1構件之方式形成。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述第2構件係形成在前述溝部內，且第1構件的頂面與 第2構件的頂面形成為平面。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述第2構件的頂面係以從前述第1構件的頂面突出之方式形成；前述第1構件之與前述第2構件相接部分的最大厚度，與前述第2構件之與前述第1構件相接部分的最大厚度之比係在1：1至1：3之範圍。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述第1構件之與前述第2構件相接部分的最大厚度，與前述第2構件之與前述第1構件相接部分的最大厚度之比係在1：1至20：1之範圍。
此外，本發明的散熱板係在上述發明中，前述第1構件係在形成有前述溝部之面的相反側之面形成有冷卻媒體流通的流路。
此外，本發明的功率模組係具備：上述任一者記載之散熱板；陶瓷基板，係與前述散熱板的第2構件連接；及散熱件，係由鋁或鋁合金構成，且被連接在前述散熱板之與第1陶瓷基板相接之面的相反側之面。
此外，本發明的功率模組係具備：上述發明中之上述記載之散熱板；及陶瓷基板，係連接至前述散熱板的第2構件側。
此外，本發明的散熱板的製造方法係含有以下步驟：積層步驟，係在第1構件的主面中央部形成之溝部形成第2構件，該第1構件係由金屬或合金所構成，且形成為板狀，該溝部的側面相對於主面具有10°至45°的 傾斜角，並且，係將熱傳導率比構成前述第1構件的材料大的金屬或合金的的粉末材料，伴隨被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，以在前述溝部內或從前述溝部內朝前述第2構件的厚度方向延伸之方式，以固相狀態予以噴附而使其堆積，以形成前述第2構件；及切削步驟，係至少對藉由前述積層步驟所形成的前述第2構件進行切削加工。
此外，本發明的散熱板的製造方法係含有以下步驟：積層步驟，係從第2構件的側面及側面外周部的上方，將熱傳導率比構成前述第2構件的材料小的金屬或合金的粉末材料，伴隨被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附並使其堆積，以形成第1構件，其中，該第2構件係由金屬或合金所構成，且形成為側面相對於主面以10°至45°的角度傾斜的板狀；及切削步驟，係至少對藉由前述積層步驟所形成的前述第1構件進行切削加工。
此外，本發明的散熱板的製造方法係上述發明中，構成前述第2構件的金屬或合金的熱膨脹率比構成前述第1構件的金屬或合金還小。
本發明的散熱板能夠達成下述效果：就算使用兩種金屬或合金，在承受熱循環下仍能夠減小翹曲量，並且在與陶瓷基板、冷卻器等接合來使用的情況中也能夠抑制接合部分的剝離等。
1‧‧‧第1構件
1A‧‧‧第1構件
1B‧‧‧第1構件
1D‧‧‧第1構件
1E‧‧‧第1構件
1F‧‧‧第1構件
1G‧‧‧第1構件
1H‧‧‧第1構件
1J‧‧‧第1構件
1K‧‧‧第1構件
1M‧‧‧第1構件
1a‧‧‧第1基材部(第1構件)
1b‧‧‧第1構件
1c‧‧‧第1皮膜
2‧‧‧第2構件
2A‧‧‧第2構件
2B‧‧‧第2構件
2D‧‧‧第2構件
2E‧‧‧第2構件
2F‧‧‧第2構件
2G‧‧‧第2構件
2H‧‧‧第2構件
2J‧‧‧第2構件
2K‧‧‧第2構件
2M‧‧‧第2構件
2a‧‧‧第2皮膜部
2c‧‧‧第2基材部
2e‧‧‧第2皮膜部
3‧‧‧溝部
3A‧‧‧溝部
3B‧‧‧溝部
3D‧‧‧溝部
3E‧‧‧溝部
3F‧‧‧溝部
3G‧‧‧溝部
3H‧‧‧溝部
3J‧‧‧溝部
3K‧‧‧溝部
3M‧‧‧溝部
4‧‧‧硬銲料
5‧‧‧硬銲料
10‧‧‧散熱板
10A‧‧‧散熱板
10B‧‧‧散熱板
10D‧‧‧散熱板
10E‧‧‧散熱板
10F‧‧‧散熱板
10G‧‧‧散熱板
10H‧‧‧散熱板
10J‧‧‧散熱板
10K‧‧‧散熱板
10M‧‧‧散熱板
20‧‧‧冷卻器
21‧‧‧流路
30‧‧‧功率模組基板
31‧‧‧半導體元件
32‧‧‧電路層
33‧‧‧陶瓷基板
34‧‧‧金屬層
35‧‧‧軟銲料
50‧‧‧冷噴附裝置
51‧‧‧氣體加熱器
52‧‧‧噴附槍
53‧‧‧粉末供給裝置
54‧‧‧氣體噴嘴
55‧‧‧閥
56‧‧‧閥
100‧‧‧功率模組
h1‧‧‧厚度
h2‧‧‧厚度
h3‧‧‧厚度
r1至r6‧‧‧距離
θ‧‧‧傾斜角
第1圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態1的散熱板的構成之概略圖。
第2圖係顯示本發明實施形態1的散熱板之製造所使用的冷噴附裝置的概要之示意圖。
第3圖(a)至(c)係說明本發明實施形態1的散熱板的製造步驟之概略圖。
第4圖(a)至(c)係說明本發明實施形態1的散熱板的另一種製造步驟之概略圖。
第5圖係顯示本發明實施形態1的功率模組的構成之概略圖。
第6圖係顯示本發明實施形態1的變化例1的散熱板的構成之概略圖。
第7圖係顯示本發明實施形態1的變化例2的散熱板的構成之概略圖。
第8圖(a)至(c)係說明本發明實施形態1的變化例2的散熱板的製造步驟之概略圖。
第9圖係顯示本發明實施形態1的變化例3的散熱板的構成之概略圖。
第10圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態1的變化例4的散熱板的構成之概略圖。
第11圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態2的散熱板的構成之概略圖。
第12圖(a)至(c)係顯示本發明實施形態2的散熱板的製造步驟之流程圖。
第13圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態2的變化例1的散熱板的構成之概略圖。
第14圖係顯示本發明實施形態2的變化例2的散熱板的構成之概略圖。
第15圖係說明本發明實施形態2的變化例2的散熱板的製造步驟之流程圖。
第16圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態2的變化例3的散熱板的構成之概略圖。
第17圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態2的變化例4的散熱板的構成之概略圖。
第18圖(a)及(b)係顯示本發明實施形態2的變化例5的散熱板的構成之概略圖。
以下，結合圖式詳細說明本發明的實施形態。另外，本發明並不受以下的實施形態所限定。此外，在下述說明所參照的各圖中，形狀、大小及位置關係只不過是以能夠理解本發明內容之程度概略地表現。亦即，本發明並不受各圖所例示的形狀、大小及位置關係所限定。
(實施形態1)
首先，針對本發明實施形態1的散熱板，參照圖式詳細說明。第1圖係顯示本發明實施形態1的散熱板的構成之概略圖。第1圖(a)係顯示散熱板的俯視圖，第1圖(b) 係顯示第1圖(a)的AA線處的剖面圖。
散熱板10係由第1構件1及第2構件2組成，其中第1構件1係由金屬或合金構成，第2構件2係由熱傳導率比構成第1構件1的材料大的金屬或合金構成。關於第1構件1與第2構件2的較佳組合，能夠例示：鋁與銅、鐵與鋁、鐵與銅。
第1構件1係在主面中央部具有溝部3，其中，溝部3的側面係相對於主面具有10°至45°的傾斜角(θ)。在實施形態1中，溝部3係以從第1構件1的主面的一端部橫越至另一端部之方式形成，並且以從第1構件1的主面頂面貫通至主面之方式形成。另外，在本說明書中，所謂的「側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角(θ)」，除了指形成側面的單一面(或稜線)相對於主面具有10°至45°的傾斜角(θ)的情況之外，還包括當側面含有圓弧部分時，圓弧部分的切線之中，與主面間之傾斜角為最大的接線的傾斜角(θ)為10°至45°的情況。
第1構件1之與第2構件2相接部分的最大厚度h1，與第2構件之與第1構件相接部分的最大厚度h2之比的範圍，較佳為1：1至1：3。藉由形成在該範圍，不需增厚散熱板10的厚度，便能夠減小熱循環下的散熱板的翹曲。第1構件1之與第2構件2相接部分的最大厚度h1，與第2構件之與第1構件相接部分的最大厚度h2之比的範圍，較佳為1：1.5至1：2.5。
第2構件2之形成係如下：將構成第2構件 2的粉末材料，伴隨加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，以從溝部3內朝第1構件1的厚度方向延伸之方式，在固相狀態下予以噴附，使其堆積。
接著，針對實施形態1的散熱板10的製造方法進行說明。第2圖係顯示本發明實施形態1的散熱板之製造所使用的冷噴附裝置的概要之示意圖。第3圖係說明本發明實施形態1的散熱板的製造步驟之概略圖。第4圖係說明本發明實施形態1的散熱板的另一種製造步驟之概略圖。
冷噴附裝置50係具備：氣體加熱器51，係加熱壓縮氣體；粉末供給裝置52，係收容要噴送至基材的粉末材料，供給至噴附槍54；及氣體噴嘴53，係將在噴附槍54混合之經加熱的壓縮氣體與材料粉末，噴送至切削加工後成為第1構件1的第1基材部1a。
就壓縮氣體而言，可使用氦氣、氮氣、空氣等。供給的壓縮氣體係藉由閥55及56而分別供給至氣體加熱器51與粉末供給裝置52。供給至氣體加熱器51的壓縮氣體係例如加熱至50℃以上、且為第2構件2的材料粉末的熔點以下之溫度後，供給至噴附槍54。壓縮氣體的加熱溫度較佳為300℃至900℃。
供給至粉末供給裝置52的壓縮氣體係將粉末供給裝置52內的例如粒徑為10μm至100μm程度的材料粉末，以成為預定噴出量之方式，供給至噴附槍54。經加熱的壓縮氣體係藉由形成為前細末廣之形狀的氣體噴嘴 53而形成超音速流(約340m/s以上)。此外，壓縮氣體的氣體壓力較佳為1MPa至5MPa左右。藉由將壓縮氣體的壓力定為1MPa至5MPa左右，便能夠謀求第1構件1與第2構件2之間的密接強度的提升。較佳為以2MPa至4MPa左右的壓力進行處理。供給至噴附槍54的粉末材料係藉由投入至該壓縮氣體的超音速流中而受到加速，在固相狀態下高速撞擊基材而形成皮膜。另外，只要是能夠使材料粉末以固相狀態對形成在第1基材部1a的溝部3進行撞擊而形成第2皮膜部2a的裝置，則不限於第2圖的冷噴附裝置50。
實施形態1的散熱板10係能夠以下述步驟製造：首先如第3圖(a)所示，準備已形成側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角的溝部3之第1基材部1a，利用前述冷噴附裝置50，如第3圖(b)所示，將構成第2構件2的粉末材料，以固相狀態噴附至溝部3內使其堆積而形成第2皮膜部2a。在第2皮膜部2a之積層後，如第3圖(c)所示，對第2皮膜部2a的頂面及第1構件1a的形成有溝部3之面的相反側之面，以形成為平面之方式進行切削加工。
或者，實施形態1的散熱板10也能夠以第4圖所示的步驟製造。在第4圖的方法中，係將由兩個零件組成的第1構件1b，以使溝部3形成為預定的形狀之方式，利用未圖示的對位構件進行對位(參照第4圖(a))。然後如第4圖(b)所示，利用冷噴附裝置50，將構成第2構件2的粉末材料，以固相狀態噴附使其堆積而形成第2皮膜部2a，再如第4圖(c)所示，對第2皮膜部2a的頂面，以 形成為平面之方式進行切削加工。另外，散熱板10的積層有第2皮膜部2a之側的相反側之面(第1構件1b及第2皮膜部2a)亦可進行切削加工。
藉由冷噴附裝置50將材料粉末伴隨氣體一起予以加速，在固相狀態下噴附至側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角的溝部3使其堆積而形成第2構件2a，藉此，能夠提升第1構件1與第2構件2之間的密接強度。另外，實施形態1的散熱板10並不限於利用冷噴附法來製造，亦能夠利用異種金屬接合而成的被覆材料和FSW(Friction Stir Welding；摩擦攪拌銲接)來製造。
此外，實施形態1的散熱板10係以從第1構件1的主面頂面貫通至主面之方式形成溝部3，因此第1構件1與第2構件2的接觸面積變小，能夠大幅度減小因熱膨脹差造成的翹曲量。
實施形態1的散熱板10係能夠良好地使用於作為第5圖所示功率模組的散熱板。第5圖係顯示本發明實施形態1的功率模組的構成之概略圖。
功率模組100係具備：功率模組基板30，係搭載有半導體元件31；散熱板10，係傳導半導體元件31發出的熱；及冷卻器20，係將來自散熱板10的熱釋出。
功率模組基板30係具有陶瓷基板33，在陶瓷基板33的其中一面形成有電路層32，並且在另一面形成有金屬層34。
陶瓷基板33係由絕緣性材料構成的大致板 狀的構件。就陶瓷基板33的材料而言，係例如使用氮化鋁、氮化矽等氮化物系陶瓷、或氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、滑石、矽酸鎂石、富鋁紅柱石、二氧化鈦、二氧化矽、矽鋁氮氧化物等氧化物系陶瓷等。
電路層32係例如由鋁、銅、銀等具有良好導電性的金屬或含有該金屬的合金所構成。於電路層32係形成有用以對半導體元件31等傳送電信號的電路圖案。
半導體元件31係藉由二極體、電晶體、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor；絕緣閘雙極性電晶體)等半導體元件而實現。半導體元件31係藉由軟銲料35而連接至電路層32。另外，半導體元件31較佳為能夠以高電壓使用的功率元件，特佳為耐熱性優異的碳化矽晶片，亦可配合使用目的而在陶瓷基板33上設置複數個。
金屬層34係以與電路層32的材料相同的材料形成，電路層32及金屬層34係藉由硬銲料而接合至陶瓷基板33。
此外，實施形態1的功率模組100亦可為電路層32及由銅板構成的金屬層34直接接合至陶瓷基板33而成的直接覆銅基板(「Direct Bonded Copper基板」，以下稱為DBC基板)。
冷卻器20係以導熱性良好的金屬或合金，例如鋁或鋁合金形成。於冷卻器20之與散熱板10相接之側的相反側之面，係形成有空氣、水等冷卻媒體流通的流路21。
散熱板10係在第2構件2的突出之面，藉由硬銲料5與功率模組基板30的金屬層34相接。此外，散熱板10係在與金屬層34相接之面的相反側之面，藉由硬銲料4與冷卻器20相接。
在實施形態1的功率模組100中，散熱板10之構成第2構件2的金屬或合金的熱膨脹率係以比構成第1構件1的金屬或合金的熱膨脹率還小為較佳。藉由構成第2構件2的金屬或合金的熱膨脹率比構成第1構件1的金屬或合金的熱膨脹率還小，便能夠緩衝於熱循環下，可能在陶瓷基板33與冷卻器20之間產生的熱應力。
將散熱板10使用在功率模組100時，第1構件1較佳為以鋁或鋁合金形成，第2構件2較佳為以銅或銅合金形成。採用鋁或鋁合金作為第1構件1、採用銅或銅合金作為第2構件2，藉此，不僅能夠減小熱循環下的翹曲量，熱擴散性也優異，並且能夠抑制與陶瓷基板33、冷卻器20等接合之際的接合部的剝離。
另外，就實施形態1的散熱板10的變化例1而言，能夠例示第6圖所示的散熱板。第6圖所示變化例1的散熱板10A與實施形態1的散熱板10之間的不同點在於：第2構件2A僅積層在第1構件1A的溝部3A內，第2構件2A與第1構件1A形成為平面。
變化例1的散熱板10A係能夠藉由第3圖或第4圖所示的實施形態1的散熱板10的製造方法來製造。例如，準備第3圖(a)所示的形成有側面相對於主面具 有10°至45°的傾斜角的溝部3之第1基材部1a，藉由冷噴附裝置50，如第3圖(b)所示，將構成第2構件2的粉末材料以固相狀態噴附至溝部3內使其堆積而形成第2皮膜部2a，再對第1構件1a的形成有溝部3之面的相反側之面進行切削加工，並且對第2皮膜部2a的頂面與第1構件1a的頂面，以使第2構件2A與第1構件1A形成為平面之方式進行切削即可。或者，準備第4圖(a)所示的由兩個零件組成的第1構件1b，藉由冷噴附裝置50，如第4圖(b)所示，將構成第2構件2的粉末材料以固相狀態噴附至溝部3內使其堆積而形成第2皮膜部2a，再對第2皮膜部2a的頂面與第1構件1a的頂面，以使第2構件2A與第1構件1A形成為平面之方式進行切削即可。
此外，散熱板亦可為第7圖所示的形狀。第7圖係顯示本發明實施形態1的變化例2的散熱板的構成之概略圖。第8圖係說明本發明實施形態1的變化例2的散熱板的製造步驟之概略圖。
實施形態1的變化例2的散熱板10B係在第2構件2B從第1構件1B突出形成之點與實施形態1的散熱板10相同，但在溝部3B形成為凸型之點與實施形態1的散熱板10不同。在變化例2的散熱板10B中，係將第2構件2B突出之側的溝部3B的側面相對於主面之傾斜角(θ)設定為10°至45°。在變化例2的散熱板10B中，由於第2構件2B為凸型，使得熱擴散更為容易。
另外，變化例2的散熱板10B係以第8圖 所示的步驟製造即可。首先如第8圖(a)所示，準備側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角的第2基材部2c，藉由前述冷噴附裝置50，如第8圖(b)所示，將構成第1構件1B的粉末材料以固相狀態噴附至第2基材部2c側面外周部使其堆積而形成第1皮膜1c。在第1皮膜1c之積層後，如第8圖(c)所示，對第1皮膜1c的頂面，以形成為平面之方式進行切削，並且對第2基材部2c的角部進行切削加工，藉此便能夠製造散熱板10B。
此外，散熱板亦可為第9圖所示的形狀。第9圖係本發明實施形態1的變化例3的散熱板的剖面圖。變化例3的散熱板10K係形成為將變化例1的散熱板10A上下翻轉後的形狀。散熱板10K係以第2構件2K露出於主面上的面積之中，連接至冷卻器的底面側之面積比連接至陶瓷基板的頂面側之面積大之方式形成。因此，變化例3的散熱板10K係對於從陶瓷基板上的半導體元件發出的熱有優異的擴散性。變化例3的散熱板10K係只要在製造出變化例1的散熱板10A後翻轉使用即可。
此外，散熱板亦可為第10圖所示的形狀。第10圖(a)係本發明實施形態1的變化例4的散熱板的俯視圖，第10圖(b)係第10圖(a)的BB線處的剖面圖。變化例4的散熱板10D係以溝部3D貫通主面中央部之方式形成。
(實施形態2)
實施形態2的散熱板10E與實施形態1之間的不同點 在於：形成在第1構件1E的溝部3E非貫通孔。以下，針對實施形態2的散熱板10E參照圖式進行說明。
第11圖(a)係本發明實施形態2的散熱板10E的俯視圖，第11圖(b)係第11圖(a)的CC線處的剖面圖。在散熱板10E中，在溝部3E未貫通第1構件1E之點與實施形態1的散熱板10不同。
第1構件1E係在主面中央部具有溝部3E，該溝部3E的側面係相對於主面具有10°至45°的傾斜角(θ)。溝部3E係以從第1構件1的主面的一端部橫越至另一端部之方式形成。
實施形態2的散熱板10E係能夠以第12圖所示的步驟製造。首先如第12圖(a)所示，準備形成有側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角的溝部3E之第1構件1E，藉由前述冷噴附裝置50，如第12圖(b)所示，將構成第2構件2E的粉末材料以固相狀態噴附至溝部3E內使其堆積而形成第2皮膜部2e。在第2皮膜部2e之積層後，如第12圖(c)所示，進行將第2皮膜部2e的頂面形成為平面的切削加工，藉此便能夠製造散熱板10E。
此外，散熱板亦可為第13圖所示的形狀。第13圖(a)係本發明實施形態2的變化例1的散熱板的俯視圖，第13圖(b)係第13圖(a)的DD線處的剖面圖。在實施形態2的變化例1的散熱板10F中，溝部3F係僅形成在主面中央部。
此外，實施形態2的散熱板10E亦能夠在第 1構件1E形成流路而成為具有冷卻功能。第14圖係顯示本發明實施形態2的變化例2的散熱板的構成之概略圖。
實施形態2的變化例2的散熱板10G係具備第1構件1G，該第1構件1G係在形成有溝部3G之面的相反側之面，形成有冷卻媒體流通的流路21。散熱板10G係能夠經由第1構件1G的流路21，將經由第2構件2G傳導而來的熱釋出。
實施形態2的變化例2的散熱板10G係能夠如第15圖所示的步驟製造，在屬於第1構件1G之材料的金屬或合金的塊材(bulk material)形成流路21及溝部3G而製作第1構件1G(步驟S1)，並藉由前述冷噴附裝置50，將構成第2構件2的粉末材料以固相狀態噴附至溝部3G內使其堆積而形成第2皮膜部(步驟S2)。在第2皮膜部之積層後，進行將第2皮膜部的頂面形成為平面的切削加工(步驟S3)。或者，亦可在屬於第1構件1G之材料的金屬或合金的塊材僅形成溝部3G，待藉由冷噴附裝置50形成第2皮膜部並藉由切削製作出第2構件後，再形成流路21。
此外，散熱板亦可為第16圖所示的形狀。第16圖(a)係本發明實施形態2的變化例3的散熱板的俯視圖，第16圖(b)係第16圖(a)的EE線處的剖面圖。在實施形態2的變化例3的散熱板10M中，第2構件2M係形成在第1構件1M的溝部3內，第2構件2M的頂面與第1構件1M的頂面形成為平面。
此外，散熱板亦可為第17圖所示的形狀。 第17圖(a)係本發明實施形態2的變化例4的散熱板的俯視圖，第17圖(b)係第17圖(a)的FF線處的剖面圖。在實施形態2的變化例4的散熱板10H中，於第1構件1H上係平行地形成三條從主面的一端部橫越至另一端部的溝部3H。第2構件2H係分別形成在第1構件1H的溝部3H內，第2構件2H的頂面與第1構件1H的頂面係形成為平面。
此外，散熱板亦可為第18圖所示的形狀。第18圖(a)係本發明實施形態2的變化例5的散熱板的俯視圖，第18圖(b)係第18圖(a)的GG線處的剖面圖。在實施形態2的變化例5的散熱板10J中，於第1構件1J上，係以等間隔，格子狀地形成複數個溝部3J。第2構件2J係分別形成在第1構件1J的溝部3J內，第2構件2J的頂面與第1構件1J的頂面係形成為平面。
在實施形態1的變化例1及變化例3，以及實施形態2的變化例3至5這類之第1構件與第2構件的頂面形成為平面的散熱板中，第1構件的與第2構件接觸部分的最大厚度h1，與第2構件之與第1構件相接部分的最大厚度h2之比的範圍，較佳為1：1至20：1。藉由形成在該範圍，不需增厚散熱板的厚度便能夠減小熱循環下的散熱板的翹曲。第1構件之與第2構件相接部分的最大厚度h1，與第2構件之與第1構件相接部分的最大厚度h2之比的範圍，較佳為1：1至10：1。
〔實施例〕
(實施例1)
製作第1圖之形狀的散熱板10，第1構件1採用鋁(A6063-T5)，第2構件2採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1中，於厚度(h1)3.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、r2：30mm、r3：50mm的溝部3。第2構件2係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3積層形成。第2構件2的厚度h2為5.0mm。
(實施例2及3)
製作第11圖之形狀的散熱板10E，第1構件1E採用鋁(A6063-T5)，第2構件2E採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1E中，於厚度(h1)3.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、基部厚度h3：2.0mm或1.0mm、r2：30mm、r3：50mm的溝部3E。第2構件2E係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3E積層形成。第2構件2E的厚度h2為3.0mm或4.0mm。
(參考例1)
在第1圖之形狀的散熱板10中，於沒有溝部3的第1構件1積層第2構件2。第1構件係使用厚度(h1)3mm的鋁板(A6063-T5、r1：50mm、r3：50mm)，第2構件2係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(磷脫氧銅、粒徑30μm)積層形成。第2構件的大小為r2：30mm、r3：50mm、h2：2mm。參考例1的第1構件及第2構件的厚度列於表1。
(實施例4)
製作第10圖之形狀的散熱板10D，第1構件1D採用鋁(A6063-T5)，第2構件2D採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1D中，於厚度(h1)3mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、r2：30mm、r4：30mm的溝部3D。第2構件2D係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3D積層形成。第2構件2D的厚度h2為5.0mm。
(實施例5及6)
製作第13圖之形狀的散熱板10F，第1構件1F採用鋁(A6063-T5)，第2構件2F採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1F中，於厚度(h1)3.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、基部厚度h3：2.0mm或1.0mm、r2：30mm、r4：30mm的溝部3F。第2構件2F係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3F積層形成。第2構件2F的厚度h2為3.0mm或4.0mm。
(參考例2)
在第10圖之形狀的散熱板10D中，於沒有溝部的第1構件積層第2構件。第1構件係使用厚度(h1)3mm的鋁板(A6063-T5、r1：50mm、r3：50mm)，第2構件係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(磷脫氧銅，粒徑30μm)積 層形成。第2構件的大小為r2：30mm、r4：30mm、h2：2mm。 參考例2的第1構件及第2構件的厚度列於表2。
(實施例7)
製作第16圖之形狀的散熱板10M，第1構件1M採用鋁(A6063-T5)，第2構件2M採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1M中，於厚度(h1)5.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、基部厚度h3：4.0mm、r2：30mm、r3：50mm的溝部3M。第2構件2M係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3M積層形成後，以使第1構件1M的頂面與第2構件2M的頂面形成為平面之方式進行切削。實施例7的第1構件1M及第2構件2M的厚度列於表3。
(實施例8)
製作第17圖之形狀的散熱板10H，第1構件1H採用鋁(A6063-T5)，第2構件2H採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1H中，於厚度(h1)5.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)，以r4：1.5mm的間隔形成三條側面相對於主面之角度(θ)：30°、基部厚度h3：4.0mm、r2：9mm、r3：50mm的溝部3H。第2構件2H係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3H積層形成後，以使第1構件1H的頂面與第2構件2H的頂面形成為平面之方式進行切削。實施例8的第1構件1H及第2構件2H的厚度列於表3。
(實施例9)
製作第18圖之形狀的散熱板10J，第1構件1J採用鋁(A6063-T5)，第2構件2J採用銅(磷脫氧銅)。第1構件1J中，於厚度(h1)5.0mm的鋁板(r1：50mm、r3：50mm)以r4：1.5mm、r6：1.5mm的間隔，格子狀地形成側面相對於主面之角度(θ)：30°、基部厚度h3：4.0mm、r2：9mm、r5：9mm的溝部3J(完整的溝為9個)。第2構件2J係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(粒徑30μm)至溝部3J積層形成後，以使第1構件1J的頂面與第2構件2J的頂面形成為平面之方式進行切削。實施例9的第1構件1J及第2構件2J的厚度列於表3。
(參考例3)
在第1圖之形狀的散熱板10中，於沒有溝部3的第1構件1積層第2構件2。第1構件係使用厚度(h1)4.0mm的鋁板(A6063-T5、r1：50mm、r3：50mm)，第2構件2係藉由冷噴附裝置50，以壓縮氣體：氮氣、壓縮氣體溫度：600℃、氣體壓力：3MPa，噴附銅粒子(磷脫氧銅、粒徑30μm)積層形成。第2構件的大小為r2：30mm、r3：50mm、h2：1.0mm。參考例3的第1構件及第2構件的厚度列於表3。
針對上述實施例及參考例所製作的各測試件加熱至125℃時及冷卻至-40℃時的翹曲，以目視進行評價(◎至×)。其中，翹曲指的是作為第2構件的銅板的端部自無熱負載狀態產生之翹曲。實施例及參考例所製作的測 試件的厚度及翹曲量彙整於以下表1至表3。
如表1所示，相較於參考例1，實施例1至3能夠減小翹曲量。此外，如表2所示，相較於參考例2，實施例4至6能夠減小翹曲量。此外，如表3所示，相較 於參考例3，實施例7至9能夠減小翹曲量。
1‧‧‧第1構件
2‧‧‧第2構件
3‧‧‧溝部
10‧‧‧散熱板
h1‧‧‧厚度
h2‧‧‧厚度
r1至r3‧‧‧距離
θ‧‧‧傾斜角

Claims (15)

  1. 一種散熱板，係具備：第1構件，係由金屬或合金構成，且形成為板狀，並在主面中央部具有溝部，該溝部的側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角；及第2構件，係由熱傳導率比構成前述第1構件的材料大的金屬或合金積層在前述溝部內而成者，或從前述溝部內朝前述第1構件的厚度方向積層而成者；其中，係將構成前述第2構件的金屬或合金的粉末材料，與被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附至前述第1構件的溝部內進行堆積，或以從溝部內朝前述第2構件的厚度方向延伸之方式予以噴附而進行堆積，由此對前述第2構件予以積層；前述第2構件的頂面係以從前述第1構件的頂面突出之方式形成，前述第2構件的頂面的寬度係與前述第1構件的頂面的開口部的寬度相同；前述第1構件之與前述第2構件相接的部分的最大厚度，與前述第2構件之與前述第1構件相接的部分的最大厚度之比，係在1：1.5至1：2.5之範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱板，其中，構成前述第2構件的金屬或合金的熱膨脹率係比構成前述第1構件的金屬或合金還小。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之散熱板，其中，前述第1 構件為鋁或鋁合金，前述第2構件為銅或銅合金。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之散熱板，其中，前述溝部係以從前述第1構件主面的一端部橫越至另一端部之方式形成。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之散熱板，其中，前述溝部係以貫通前述第1構件之方式形成。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之散熱板，其中，前述溝部係以貫通前述第1構件之方式形成。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之散熱板，其中，前述第1構件係在形成有前述溝部之面的相反側之面形成有供冷卻媒體流通的流路。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之散熱板，其中，前述第1構件係在形成有前述溝部之面的相反側之面形成有供冷卻媒體流通的流路。
  9. 一種散熱板，係具備：第2構件，係由金屬或合金構成，且形成為側面相對於主面以10°至45°的角度傾斜的板狀體；及第1構件，係由熱傳導率比構成前述第2構件的材料小的金屬或合金，在前述主面向下放置的前述第2構件的側面外周部積層而成者；其中，係將構成前述第1構件的金屬或合金的粉末材料，與被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附至前述第2構件的側面外周部進行堆積，由此對前述第1 構件予以積層，並以前述第2構件的頂面從前述第1構件的頂面突出之方式，將前述第1構件切削加工。
  10. 一種功率模組，係具備：申請專利範圍第1至6及9項中任一項所述之散熱板；陶瓷基板，係與前述散熱板的第2構件連接；及散熱件，係由鋁或鋁合金構成，且被連接在前述散熱板之與陶瓷基板相接之面的相反側之面。
  11. 一種功率模組，係具備：申請專利範圍第7項所述之散熱板；及陶瓷基板，係連接至前述散熱板的第2構件側。
  12. 一種功率模組，係具備：申請專利範圍第8項所述之散熱板；及陶瓷基板，係連接至前述散熱板的第2構件側。
  13. 一種散熱板的製造方法，係含有下述步驟：積層步驟，係在形成於第1構件的主面中央部之溝部形成第2構件，該第1構件係由金屬或合金構成，且形成為板狀，該溝部的側面相對於主面具有10°至45°的傾斜角，並且，係將熱傳導率比構成前述第1構件的材料大的金屬或合金的的粉末材料，與被加熱至比該粉末材料的熔點低之溫度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附至前述溝部內進行堆積，或從前述溝部內朝前述第1構件的厚度方向予以噴附而進行堆積，以形成前述第2構件；及 切削步驟，係至少對藉由前述積層步驟形成的前述第2構件進行切削加工；其中，前述第2構件的頂面係以從前述第1構件的頂面突出之方式形成，前述第2構件的頂面的寬度係與前述第1構件的頂面的開口部的寬度相同；前述第1構件之與前述第2構件相接的部分的最大厚度，與前述第2構件之與前述第1構件相接的部分的最大厚度之比，係在1：1.5至1：2.5之範圍。
  14. 一種散熱板的製造方法，係含有下述步驟：積層步驟，係從主面向下放置的第2構件的側面及側面外周部的上方，將熱傳導率比構成前述第2構件的材料小的金屬或合金的粉末材料，與被加熱至比該粉末材料的熔點低之温度的氣體一起予以加速，而在固相狀態下，予以噴附而進行堆積，以形成第1構件，其中，該第2構件係由金屬或合金構成，且形成為前述側面相對於前述主面以10°至45°的角度傾斜的板狀體；及切削步驟，係以前述第2構件的頂面從前述第1構件的頂面突出之方式，至少對藉由前述積層步驟形成的前述第1構件進行切削加工。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之散熱板的製造方法，其中，構成前述第2構件的金屬或合金的熱膨脹率係比構成前述第1構件的金屬或合金還小。
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