WO2006118031A1 - 絶縁回路基板及びパワーモジュール用基板 - Google Patents

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WO2006118031A1
WO2006118031A1 PCT/JP2006/308188 JP2006308188W WO2006118031A1 WO 2006118031 A1 WO2006118031 A1 WO 2006118031A1 JP 2006308188 W JP2006308188 W JP 2006308188W WO 2006118031 A1 WO2006118031 A1 WO 2006118031A1
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circuit board
insulating
substrate
fin
power module
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PCT/JP2006/308188
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Keiji Toh
Hidehito Kubo
Masahiko Kimbara
Kota Otoshi
Eiji Kono
Katsufumi Tanaka
Nobuhiro Wakabayashi
Shintaro Nakagawa
Yuichi Furukawa
Shinobu Yamauchi
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki
Showa Denko K. K.
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Publication date
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    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass

Definitions

  • Insulated circuit board and power module board are Insulated circuit board and power module board
  • the present invention relates to an insulating circuit board and a power module board.
  • Patent Document 1 discloses a conventional insulated circuit board.
  • This insulating circuit board includes an aluminum wiring layer on which a power device such as a semiconductor chip is mounted on one surface, an insulating ceramic insulating substrate bonded to the other surface of the wiring layer, and an insulating substrate. And an aluminum heat dissipation layer bonded to the other surface.
  • the insulated circuit board includes a plurality of fins on the other surface side of the insulating board. Specifically, a metal plate having a plurality of pores is joined to the other surface of the heat dissipation layer with solder or the like, and a fin having a tongue shape or a thin plate is inserted into each pore. Bonded with solder or the like.
  • a power device is mounted on one surface of a wiring layer.
  • the insulating circuit board is, for example, formed in a refrigerant chamber and mounted on a heat sink that circulates the cooling medium in the cooling chamber to form a power module.
  • This power module is applied to an inverter circuit of a mobile object such as a hybrid car that uses the electric motor as a part of a drive source, for example, so that the power supplied to the electric motor or the like according to the operating state of the mobile object To control.
  • Patent Document 2 discloses another conventional insulated circuit board.
  • This insulating circuit board includes a wiring layer, an insulating substrate, and a heat dissipation layer that have substantially the same configuration as the insulating circuit board disclosed in Patent Document 1.
  • the insulated circuit board also includes a heat dissipation plate on the other surface side of the insulated substrate.
  • the heat radiating plate includes a flat plate portion and a plurality of fins integrally formed on the other surface of the flat plate portion. In this heat dissipation plate, one surface of the flat plate portion is joined to the other surface of the heat dissipation layer with solder or the like.
  • the insulated circuit board of Patent Document 2 having such a configuration is similar to that of Patent Document 1 described above. It is mounted on the heat sink to become a power module, and the high heat generated by the power device is transmitted to the fins via the wiring layer, insulating substrate, heat dissipation layer and heat sink plate, and further to the fin force heat sink cooling medium to generate the heat. To dissipate heat.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 8-107166
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-247684
  • Patent Documents 1 and 2 have the following problems with respect to manufacturing cost and durability.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and is for an insulating circuit board and a power module that can realize a reduction in manufacturing cost and an improvement in durability while improving heat dissipation performance. Providing a substrate is an issue to be solved.
  • An insulated circuit board of the present invention includes a wiring layer on which a power device is mounted on one surface, an insulating substrate bonded to the other surface of the wiring layer,
  • a plurality of fins are formed in a wave shape, and corrugated fins each having the top of each fin joined to the other surface side of the insulating substrate are provided.
  • a power device is mounted on one surface of the wiring layer.
  • this insulated circuit board is assembled with a cooling fan or the like that applies cold air to the corrugated fins to form a power module.
  • this insulated circuit board is mounted on a heat sink that forms a refrigerant chamber and distributes the cooling medium in the refrigerant chamber, for example, and becomes a power module.
  • the heat sink used at this time it is preferable that the insulating circuit board can be fixed in a state where the corrugated fins are accommodated in the refrigerant chamber. In this case, it is preferable that the cooling medium is sealed between the heat sink and the insulating circuit board so that the cooling medium does not leak.
  • the power module is applied to an inverter circuit of a moving body such as a hybrid car having an electric motor as a part of a drive source, for example, so that the electric motor or the like according to the operating state of the moving body To control the power supplied to the.
  • a moving body such as a hybrid car having an electric motor as a part of a drive source, for example, so that the electric motor or the like according to the operating state of the moving body
  • high heat generated by the power device is transmitted to each fin of the corrugated fin through the wiring layer and the insulating substrate.
  • each finner When this power module is air-cooled, each finner also transfers its heat to the air to dissipate it, and when it is liquid-cooled, each fin force also has its heat applied to the cooling medium flowing through the refrigerant chamber of the heat sink. To dissipate heat.
  • the top of each fin of the corrugated fin is joined to the other surface side of the insulated substrate, and a metal plate or the like in the insulated circuit board of Patent Documents 1 and 2 is interposed. Not done. For this reason, this insulated circuit board can significantly shorten the heat transfer path to each fin in terms of power device power and improve heat dissipation performance.
  • the insulated circuit board uses corrugated fins in which a plurality of fins are formed in a wave shape.
  • the processing steps of the corrugated fins are not so long, and the cost of Karoe does not increase so much.
  • the top of each fin can be joined to the other surface side of the insulating substrate at a time or a small number of times, so that a large number of fins are relatively attached to the other surface side of the insulated substrate. Can be assembled easily. For this reason, it is not necessary to form a large number of pores in the metal plate as in the insulated circuit board of Patent Document 1 and to manufacture a large number of heat dissipating fins individually, and the part processing step can be greatly shortened.
  • each fin of the corrugated fin having a thin plate force is joined to the other surface side of the insulated substrate in a band shape with a gap therebetween.
  • the force acting to warp the insulated board is not so great.
  • defects such as cracking of the insulated substrate due to the difference in thermal expansion between the insulated substrate and the corrugated fins are suppressed, and an improvement in durability can be realized.
  • the insulated circuit board of the present invention can realize a reduction in manufacturing cost and an improvement in durability while improving the heat dissipation performance.
  • the wiring layer can be composed of a thin layer having a thickness of about 0.4 mm, a layer made of aluminum, copper, or the like.
  • the insulating substrate is about 0.5 to 3 mm thick! Aluminum nitride (A1N), alumina (A1
  • aluminum nitride is preferred.
  • the corrugated fin may be formed of a thin plate having a thickness of about 0.1 to 1 mm, such as aluminum or an aluminum alloy, copper or copper alloy, or stainless steel.
  • a heat dissipation layer is provided between the insulated substrate and the corrugated fin.
  • each top portion of the corrugated fin is joined to the other surface side of the insulating circuit board, it can be easily performed by a simple method such as brazing. Further, if the heat conductivity is higher than that of the insulating substrate and the heat dissipation layer, the heat transmitted to the power device is diffused in the direction of the surface of the heat dissipation layer, so that the heat dissipation performance can be further improved.
  • the heat dissipation layer may be composed of a thin layer of aluminum, copper or the like having a thickness of about 0.1 to 0.6 mm. Basically, if the heat dissipation layer is made of the same material as the wiring layer described above and has the same thickness as that of the wiring layer, or if it is slightly thinner than the wiring layer in consideration of the thickness of the corrugated fins, it will be insulated. It is possible to suppress warping caused by a difference in thermal expansion between the one surface side and the other surface side of the circuit board to some extent.
  • this insulated circuit board for example, a conventionally known insulated circuit board comprising a wiring layer, an insulated substrate and a heat dissipation layer and a corrugated fin are provided, and the top of each fin is joined to the heat dissipation layer.
  • a conventionally known insulated circuit board a DBA (Direct Brazed Aluminum, registered trademark) substrate, a DBC (Direct Bonded Cupper, registered trademark) substrate, or the like can be used.
  • the heat dissipation layer can be thinner than the wiring layer.
  • a reinforcing plate can be joined to the bottom of each fin on the other side of each top of the corrugated fin.
  • the rigidity of the entire insulating circuit board is improved by the reinforcing plate joined to the bottom of each fin, and the occurrence of problems such as cracking or cracking of the insulating board is suppressed. Can do.
  • the corrugated fin itself has anisotropy in which the rigidity differs in the wavelength direction and the direction orthogonal to the wavelength direction. Anisotropy can be relaxed.
  • the corrugated fin can be divided by a cut extending in the wavelength direction at a portion other than the top of each fin.
  • the insulating substrate is cracked or cracked.
  • the occurrence of defects can be further suppressed.
  • the corrugated fin has an undivided portion at the top, and can be handled as an integral part, so that the workability in the assembly process is not lowered.
  • the corrugated fin can be a plurality of fin member forces divided by cuts extending in the wavelength direction.
  • the pitches of the adjacent fins are shifted with respect to the cut.
  • the cooling medium flowing around the corrugated fins is divided by the next fin with a shifted pitch while flowing from upstream to downstream along each fin. For this reason, the cooling medium flows while being appropriately stirred.
  • this insulated circuit board it is possible to suppress the problem that the boundary layer of the circulating cooling medium is remarkably generated near the fins and the heat dissipation performance is deteriorated. For this reason, this insulated circuit board can further improve the heat dissipation performance.
  • each of the corrugated fins may have a rectangular shape.
  • the insulating circuit board has a predetermined area on the bonding surface at the top of each fin bonded to the other surface of the insulating circuit board or the bonding surface at the bottom of each fin bonded to the reinforcing plate. It becomes easy to set to. For this reason, in this insulated circuit board, it becomes easier to adjust the reinforcing effect of the corrugated fin on the one surface side of the insulated circuit board, and the durability can be further improved.
  • the power module substrate of the present invention includes the above-described insulating circuit substrate,
  • a refrigerant chamber, an inflow path, and an outflow path are formed, the inflow path has a cooling medium flowing into the refrigerant chamber, and the outflow path has a refrigerant chamber force and a heat sink that causes the cooling medium to flow out.
  • the insulating circuit board is fixed to the heat sink in a state of sealing the refrigerant chamber in a state where the corrugated fin is housed in the refrigerant chamber.
  • the power module substrate of the present invention having such a configuration is a power module in which a power device is mounted on one surface of a wiring layer. And this power module controls the electric power supplied to an electric motor etc. according to the driving
  • the high heat generated by the power device is also dissipated by transferring the heat to the cooling medium of the heat sink through the wiring layer and the insulating substrate.
  • the power module substrate of the present invention since the insulating circuit board is fixed to the heat sink in a state where the corrugated fins are stored in the refrigerant chamber, the power device is sealed. The heat of each corrugated fin can be transferred to the cooling medium without passing through the heat sink itself. For this reason, this power module substrate can greatly shorten the heat transfer path to each fin in terms of power device power and improve heat dissipation performance.
  • the insulating substrate of the insulating circuit substrate can be fixed to the heat sink.
  • the area of the wiring layer and the heat dissipation layer can be made slightly smaller than the insulating substrate so that the vicinity of the periphery of the insulating substrate is exposed and fixed to the cart sink near the periphery of the insulating substrate.
  • the member for fixing the insulating circuit board and the wiring layer can be prevented from contacting each other.
  • the member for fixing the insulating circuit board is made of metal, it is not necessary to insulate the two, which contributes to low manufacturing costs.
  • the heat sink and the insulating circuit substrate are fixed to each other so as to allow a dimensional change therebetween.
  • a heat sink having a relatively large linear thermal expansion coefficient and made of a material such as aluminum is made of a material such as aluminum.
  • the coefficient of linear thermal expansion is relatively small, and the thermal expansion difference between the insulating substrate made of a material such as aluminum nitride is allowed, so that the insulating substrate is not cracked or cracked. The condition can be suppressed.
  • the heat sink and the insulating circuit substrate are fixed by a spring material.
  • the heat sink and the insulated circuit board can be fixed to each other with an acceptable dimensional change, and can be easier than other methods such as screwing the insulated circuit board. It can be fixed to the heat sink or removed. For this reason, this insulated circuit board can be easily assembled and maintained.
  • a sealing means such as an O-ring is interposed between the heat sink and the insulating circuit board, it is more preferable because sealing can be performed while allowing dimensional change of both.
  • the heat sink and the insulating circuit substrate are fixed by an adhesive capable of allowing the dimensional change.
  • the heat sink and the insulated circuit board can be fixed to each other with acceptable dimensional changes, and can be sealed together. For this reason, this insulated circuit board can reliably prevent problems such as leakage of the cooling medium. Further, since the number of parts can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
  • thermosetting resin that is desirable to have high heat resistance and elastic deformability, for example, epoxy resin, urethane-based, silicon-based, acrylic-based, polyimide-based, or nitrile rubber-based It is preferable to use an elastic adhesive.
  • FIG. 1 is a schematic front view of an insulated circuit board of Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic front view of an insulated circuit board of Example 1.
  • FIG. 2 is a schematic side view of an insulated circuit board of Example 1.
  • FIG. 3 is a partial enlarged view of a Z portion in FIG. 1, according to the insulated circuit board of Example 1.
  • FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view showing the AA cross section of FIG. 3 according to the insulated circuit board of Example 1.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a power module to which the insulated circuit board of Example 1 is applied.
  • FIG. 6 is a schematic front view of an insulated circuit board of Example 2.
  • FIG. 7 is a schematic side view of an insulated circuit board of Example 2.
  • FIG. 8 is a partial enlarged view of a Y part in FIG. 6 according to the insulated circuit board of Example 2.
  • FIG. 9 is a partial enlarged cross-sectional view showing the BB cross section of FIG. 8 according to the insulated circuit board of Example 2.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a power module to which the insulated circuit board of Example 2 is applied.
  • ⁇ 11] A partial enlarged view of FIG. 6 relating to the insulated circuit board of Example 3.
  • FIG. 12 is a partially enlarged cross-sectional view showing the CC cross section of FIG. 11 according to the insulated circuit board of Example 3.
  • FIG. 13 A schematic front view of an insulated circuit board of Example 4.
  • FIG. 14 is a schematic side view of an insulated circuit board in Example 4.
  • FIG. 15 is a partial enlarged view of a portion X in FIG. 13, relating to the insulated circuit board of Example 4.
  • FIG. 16 is a partial enlarged cross-sectional view showing the DD cross section of FIG. 15 according to the insulated circuit board of Example 4.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a power module to which the insulated circuit board of Example 4 is applied.
  • FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a power module substrate in Example 5.
  • FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the EE cross section of FIG. 18 according to the power module substrate of Example 5.
  • FIG. 20 is a schematic top view of a spring material for fixing an insulating circuit board, according to the power module substrate of Example 5.
  • FIG. 21 is a schematic front view of a spring material for fixing an insulating circuit board, according to the power module substrate of Example 5.
  • FIG. 22 is a partial cross-sectional view of a power module substrate in Example 6.
  • FIG. 23 is a schematic top view of a spring material for fixing an insulating circuit board, according to the power module substrate of Example 6.
  • FIG. 24 is a schematic front view of a spring material for fixing an insulating circuit board, according to the power module substrate of Example 6.
  • FIG. 25 is a partial cross-sectional view of a power module substrate in Example 7.
  • FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing a state where the power module substrate of Example 8 is assembled together with the flow path member and the lid member.
  • FIG. 27 is a schematic sectional view of a power module substrate in Example 8.
  • FIG. 28 is a schematic perspective view of a peripheral wall member according to the power module substrate of Example 8.
  • FIG. 29 is a schematic sectional view of a power module substrate in Example 9.
  • FIG. 30 is a schematic perspective view of a peripheral wall member according to the power module substrate of Example 9. Explanation of symbols
  • the insulating circuit board 11 of the first embodiment includes a wiring layer 21 on which a power device 91 is mounted on the front surface, an insulating substrate 31 bonded to the back surface of the wiring layer 21, and a plurality of A fin 41a is formed in a wave shape, and a corrugated fin 41 having a top 41b of each fin 41a joined to the back side of the insulating substrate 31 is provided.
  • a heat radiation layer 51 is provided between the back surface of the insulating substrate 31 and the corrugated fins 41.
  • the wiring layer 21 is composed of a thin layer of aluminum force having a thickness of about 0.4 mm.
  • a power device 91 such as a semiconductor chip is mounted on the wiring layer 21 by means such as wire bonding.
  • the insulating substrate 31 is made of an insulating ceramic because it is required to have insulating properties and suitable thermal conductivity, and is made of a thin aluminum nitride plate having a thickness of 0.635 mm. Since the coefficient of linear expansion of aluminum nitride is 3.2 X 10 "V ° C, the insulating substrate 31 has characteristics that make it difficult to expand thermally.
  • the heat dissipation layer 51 is formed of a layer having a thickness of about 0.3 mm which is slightly thinner than the wiring layer 21 and also has an aluminum force.
  • the insulating substrate 31 has a rectangular shape with a length of about 40 mm and a width of about 40 mm.
  • the wiring layer 21 and the heat dissipation layer 51 are rectangular with a length of about 30 mm and a width of about 30 mm, which is slightly smaller than the insulating substrate 31. For this reason, the front surface and the back surface in the vicinity of the periphery of the insulating substrate 31 are exposed.
  • the corrugated fins 41 are formed by undulating a plurality of fins 41a by repeatedly bending an aluminum thin plate having a thickness of about 0.2 mm.
  • the top part 41b and the bottom part 41c of each fin 41a connect the adjacent fins 41a while curving round.
  • the corrugated fin 41 has a height of 5 mm, and the interval between the fins 41a is about 2 mm.
  • the insulated circuit board 11 of Example 1 configured as described above is manufactured, for example, as follows.
  • a thin plate made of an aluminum clad material to be the wiring layer 21, an insulating substrate 31, and a heat dissipation layer A thin plate made of an aluminum clad material to be 51 is laminated in this order also in the upward force. Then, it is heated to such a high temperature that the surface layer of the thin aluminum clad material is melted, and then cooled to obtain a laminated body in which these are joined.
  • the top 41b of the corrugated fin 41 is brought into contact with the back surface of the heat dissipation layer 51 below the laminated body via an aluminum brazing material, and is sandwiched by a jig or the like. Then, the aluminum brazing material is heated to such a high temperature that it melts, and then cooled. Thereby, the insulating circuit board 11 in which the top 41b of the corrugated fin 41 is joined to the back surface of the heat radiation layer 51 is completed. In the insulated circuit board 11 thus obtained, as shown in enlarged views in FIGS. 3 and 4, a row of joint portions 41d in which the top portions 41b of the corrugated fins 41 are aluminum brazed to the back surface of the heat radiation layer 51 is formed. Has been.
  • the insulated circuit board 11 of Example 1 is manufactured by methods other than the above manufacturing method.
  • an aluminum clad material thin plate that becomes the wiring layer 21, an insulating substrate 31, an aluminum clad material thin plate that becomes the heat dissipation layer 51, and a corrugated fin 41 made of an aluminum clad material thin plate also have an upward force. Laminate in this order and sandwich with a jig or the like. Then, it is possible to obtain an insulated circuit board 11 to which these are bonded by heating at a high temperature and then cooling.
  • the power device 91 is mounted on the surface of the wiring layer 21.
  • the insulated circuit board 11 is mounted on the heat sink 61.
  • the heat sink 61 also has an aluminum alloy force.
  • the linear expansion coefficient of aluminum alloy is about 23 X 10—so. C, which is larger than the linear expansion coefficient of the aluminum nitride constituting the insulating substrate 31 (approximately 3.2 X 10 "V ° C). For this reason, both the heat sink 61 and the insulating circuit substrate 11 generate the power device 91. When heated by heat, the heat sink 61 tends to thermally expand more than the insulating substrate 31.
  • the surface of the heat sink 61 is provided with a recess 61b that constitutes a part of the refrigerant chamber 61a, and an O-ring groove 61c is formed around the recess 61b.
  • An O-ring 61d is mounted in the O-ring groove 61c.
  • the corrugated fin 4 on the back side of the insulating circuit board 11 is provided in the recess 61b of the heat sink 61.
  • the insulated circuit board 11 is placed above the recess 61b so that 1 is accommodated, and is fixed by the spring material 61e. In this way, the insulating circuit board 11 and the recess 61b form the refrigerant chamber 61a, and the refrigerant chamber 61a can be circulated along the cooling medium force S corrugated fins 41.
  • the spring material 61e is made of a spring steel plate having high elastic deformability.
  • This spring material 6 le is bent in a crank shape so that one side presses the peripheral edge of the insulating circuit board 11 toward the surface of the heat sink 61 and the other is brazed to the surface of the heat sink 61. . Even if a dimensional change due to a thermal expansion difference between the heat sink 61 and the insulating circuit board 11 occurs, the spring material 61e having such a shape can follow the dimensional change.
  • the insulating circuit board 11 of the first embodiment is mounted on the heat sink 61 to become a power module, and is applied to, for example, an inverter circuit of a moving body such as a hybrid car having an electric motor as a part of a drive source.
  • the power module transmits high heat generated by the power device 91 to the fins 41a of the corrugated fins 41 through the wiring layer 21, the insulating substrate 31, and the heat dissipation layer 51, and from each fin 41a to the refrigerant chamber 61a of the heat sink 61.
  • the heat is transferred to the cooling medium that circulates inside and dissipated.
  • the insulated circuit board 11 of Example 1 the top portions 41b of the fins 41a of the corrugated fins 41 are joined to the back surface side of the insulated substrate 31, and the insulated circuit boards of Patent Documents 1 and 2 are joined. There is no intervening metal plate. For this reason, the insulated circuit board 11 can greatly shorten the heat transfer path from the power device 91 to each fin 41a, and can improve the heat dissipation performance.
  • the insulated circuit board 11 uses a corrugated fin 41 in which a plurality of fins 4 la are formed in a wave shape. For this reason, in this insulated circuit board 11, in order to improve the heat dissipation performance, even if a large number of fins 41a are formed, the processing steps of the corrugated fins 41 are reduced. It will not be so long and the processing cost will not increase that much. Further, in this insulated circuit board 11, the top 41b of each fin 41a can be joined to the back side of the insulating board 31 at one time or in a small number of times, so a large number of fins 41a are compared with the back side of the insulating board 31. Can be assembled easily.
  • the top portions 41b of the fins 41a of the corrugated fins 41 that also have a thin plate force are joined to the back side of the insulated substrate 31 in a band shape at intervals.
  • the force acting to warp the insulated board 31 is not so great.
  • defects such as cracking and cracking of the insulated substrate 31 due to the difference in thermal expansion between the insulated substrate 31 and the corrugated fins 41 are suppressed, and durability can be improved. ing.
  • the insulated circuit board 11 of the first embodiment can achieve a reduction in manufacturing cost and an improvement in durability while improving the heat dissipation performance.
  • a heat radiation layer 51 having a higher thermal conductivity than that of the insulated substrate 31 is provided between the insulated substrate 31 and the corrugated fins 41.
  • the top 4 lbs of the corrugated fins 41 are joined to each other, it can be easily carried out by a simple method such as opening.
  • heat transmitted from the power device 91 is diffused in the surface direction in the heat release layer 51, and the heat dissipation performance can be further improved.
  • the heat dissipation layer 51 is thinner than the wiring layer 21 (the wiring layer 21 is about 0.4 mm thick, whereas the heat dissipation layer 51 is about 0.3 mm thick). ).
  • the reason is that the top portion 41b of each fin 41a joined to the heat dissipation layer 51 has a slight reinforcing effect on the heat dissipation layer 51. Therefore, even if the heat dissipation layer 51 is made thinner than the wiring layer 21 by that amount. This is a force that can suppress the warpage caused by the difference in thermal expansion between the front surface side and the back surface side of the insulating circuit board 11.
  • the insulated circuit board 11 seals the refrigerant chamber 61a to the heat sink 61 in a state where the corrugated fins 41 are accommodated in the refrigerant chamber 6la. It is fixed in the state to do. Therefore, in the power module substrate 1, the heat from the power device 91 can be transferred from the fins 41 a of the corrugated fins 41 to the cooling medium without passing through the heat sink 61 itself. For this reason, this power module substrate 1 can greatly shorten the heat transfer path from the power device 91 to each fin 41a, and can improve the heat dissipation performance.
  • the exposed periphery of the insulating substrate 31 constituting the insulating circuit substrate 11 is fixed to the heat sink 61 by a metal spring material 61e.
  • the spring material 61e for fixing the insulating circuit board 11 and the wiring layer 21 do not come into contact with each other, it is not necessary to insulate both of them, which contributes to low manufacturing costs.
  • the heat sink 61 and the insulating circuit substrate 11 are fixed by a spring material 61 e and an O-ring 61 d so that the mutual dimensional change can be allowed. Therefore, a difference in thermal expansion between the heat sink 61 having an aluminum alloy force having a relatively large linear thermal expansion coefficient and the insulating substrate 31 having an aluminum nitride force having a relatively small linear thermal expansion coefficient is allowed. For this reason, the power module substrate 1 can suppress problems such as the insulating substrate 31 being cracked or cracked.
  • the insulated circuit board 12 of Example 2 is separated from the corrugated fins 41 of the insulated circuit board 11 of Example 1 by cuts 4 2e in which the corrugated fins 42 extend in the wavelength direction. Further, the difference is that the fins 42f are composed of a plurality of fin members 42f and the pitches of the fins 42a adjacent to each other across the cut 42e are shifted. Since other configurations are the same as those of the insulating circuit board 11 of the first embodiment, the description is omitted. [0080]
  • the corrugated fin 42 includes a plurality of fin members 42f.
  • Each fin member 42f is formed by repeatedly bending an aluminum thin plate having a thickness of about 0.2 mm to form a plurality of fins 42a in a wavy shape and extending with a narrow width in the wavelength direction.
  • Each top part 42b and each bottom part 42c of each fin 42a connect adjacent fins 42a while curving round.
  • Each fin member 42f has a height of 5 mm, and the interval between the fins 42a is about 2 mm.
  • the plurality of fin members 42f having such a shape are arranged in parallel on the back surface of the heat dissipation layer 51 of the insulated circuit board 12 with a predetermined gap. Thereafter, the top portion 42b of each fin member 42f is joined to the back surface of the heat dissipation layer 51 by brazing or the like.
  • the gap between the fin members 42f is a cut 42e that divides the adjacent fin members 42f.
  • the plurality of fin members 42f arranged in parallel are arranged so that adjacent ones are shifted in the wavelength direction. Therefore, in the insulating circuit board 12 obtained in this way, the pitches of the corrugated fins 42 are shifted as shown in the enlarged view of FIG.
  • a row of joint portions 42d is formed in which the top portions 42b of the corrugated fins 42 are aluminum brazed to the back surface of the heat radiation layer 51.
  • the power device 91 is mounted on the surface of the wiring layer 21 as shown in FIG.
  • the insulating circuit board 12 is mounted on the heat sink 61 in a state where the corrugated fins 42 are accommodated in the refrigerant chamber 61a.
  • the insulated circuit board 12 of the second embodiment is fixed to the heat sink 61 by the spring material 62e. Since the other configurations relating to the heat sink 61 are all as described in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the spring material 62e has an "N" -shaped bending force in the middle of the spring material 6le of the first embodiment. For this reason, compared with the spring material 61e of Example 1, the none material 62e has further improved the followability with respect to the dimensional change between the heat sink 61 and the insulated circuit board 12.
  • FIG. 1 The spring material 62e has an "N" -shaped bending force in the middle of the spring material 6le of the first embodiment.
  • the insulating circuit board 12 of the second embodiment is also mounted on the heat sink 61 to become a power module.
  • the insulating circuit board 12 is mounted on a moving body such as a hybrid car and is the same as the insulating circuit board 11 of the first embodiment. The effect of this can be achieved.
  • the corrugated fin 42 has a wavelength It consists of a plurality of fin members 42f divided by cuts 42e extending in the direction. For this reason, the anisotropy that the rigidity is different between the wavelength direction of the corrugated fin 42 and the direction orthogonal to the wavelength direction is substantially eliminated, and there are problems such as cracking or cracking of the insulating substrate 31. The generation can be further suppressed.
  • the corrugated fin 42 has the pitch of the adjacent fins 42a shifted across the cut 42e! /, So the circumference of the corrugated fin 42 is The circulating cooling medium flows along the fins 42a from the upstream side to the downstream side, and is divided by the next fin 42a whose pitch is shifted. For this reason, the cooling medium flows while being appropriately stirred.
  • this insulated circuit board 12 the problem that the boundary layer of the circulating cooling medium is prominently generated near the fins 42a and the heat dissipation performance is reduced can be suppressed. For this reason, this insulated circuit board 12 can further improve the heat dissipation performance.
  • the insulated circuit board 13 of the third embodiment is different from the corrugated fin 41 of the first embodiment and the corrugated fin 42 of the second embodiment as shown in FIGS.
  • the portions except 43b are divided by cuts 43e extending in the wavelength direction, and the difference is that the fins 43a are rectangular. Since other configurations are the same as those of the insulating circuit board 11 of the first embodiment, the description is omitted.
  • each fin 43a connect adjacent fins 43a while being bent at a right angle.
  • the bending cross section of each fin 43a is rectangular. It has become.
  • the power device 91 is mounted on the surface of the wiring layer 21. Then, similarly to the insulating circuit board 12 of Example 2 shown in FIG. 10, this insulating circuit board 13 is also mounted on the heat sink 61 in a state where the corrugated fins 43 are housed in the refrigerant chamber 61a. Since the configuration of the heat sink 61 is as described in the second embodiment, a description thereof will be omitted.
  • the insulated circuit board 13 of the third embodiment is also mounted on the heat sink 61 to form a power module, for example, a hybrid car or the like, similarly to the insulated circuit board 11 of the first embodiment.
  • a power module for example, a hybrid car or the like.
  • the corrugated fins 43 are divided by the cuts 43e extending in the wavelength direction except for the tops 43b of the fins 43a. For this reason, the corrugated fin 43 has a portion that is not divided into the top portion 43b and can be handled as an integral part. Therefore, compared with the corrugated fin 41 of the first embodiment, The workability hasn't deteriorated either.
  • the bonding area of the top portions 43b of the fins 43a bonded to the back surface of the heat dissipation layer 51 is set to a predetermined value. It is easy to set the area. For this reason, in this insulated circuit board 13, it is easier to adjust the reinforcing effect of the corrugated fins 43 on the back side of the insulated circuit board 13, and the durability can be further improved. .
  • the insulated circuit board 14 of the fourth embodiment is reinforced on the bottom 42c of each fin 42a that is the other side of the top 42b of the corrugated fin 42 of the insulated circuit board 12 of the second embodiment.
  • the plate 49 is joined. Since other configurations are the same as those of the insulating circuit board 12 of the second embodiment, the description thereof is omitted.
  • the reinforcing plate 49 is an aluminum alloy plate having a thickness of 2 mm, and the vertical and horizontal dimensions are the same as those of the wiring layer 21 and the heat dissipation layer 51.
  • the reinforcing plate 49 is joined to the corrugated fin 42 at the same time when the corrugated fin 42 is joined to the back surface of the heat dissipation layer 51. Specifically, the surface of the reinforcing plate 49 is brought into contact with the bottom 43c of each fin 42a and joined by brazing. In the insulated circuit board 14 obtained in this way, as shown in an enlarged view in FIGS. 15 and 16, a row of joint portions 49a in which the bottom portions 42c of the corrugated fins 42 are brazed with aluminum on the surface of the reinforcing plate 49 is formed. .
  • the power device 91 is mounted on the surface of the wiring layer 21 as shown in FIG.
  • the insulated circuit board 14 is placed on the heat sink 61 in a state where the corrugated fins 42 and the reinforcing plate 49 are accommodated in the refrigerant chamber 61a. Installed. Since the configuration of the heat sink 61 is as described above, a description thereof will be omitted, except that the spring material 64e is not brazed but is fixed to the surface of the heat sink 61 with bolts 64f. As a result, the spring material 64e is detachable, and the insulating circuit board 14 can be removed.
  • the insulating circuit board 14 of the fourth embodiment is also mounted on the heat sink 61 to become a power module.
  • the insulating circuit board 14 of the first embodiment is mounted on a moving body such as a hybrid car, and the insulating circuit board 11 of the first embodiment and the implementation.
  • the same effects as the insulated circuit board 12 of Example 2 can be obtained.
  • a reinforcing plate 49 is joined to the bottom 42c of each fin 42a on the other side of each top 42b in the corrugated fin 42.
  • the rigidity of the entire insulating circuit board 14 is improved, and it is possible to suppress the occurrence of problems such as the insulating board 31 being cracked or cracked.
  • the corrugated fin 42 itself has anisotropy that varies in rigidity between the wavelength direction and the direction orthogonal to the wavelength direction. It is possible to According to the results calculated by the inventors, if the corrugated fin 42 has a sufficient height force of about mm, the warping of the insulating substrate 31 to which the reinforcing plate 49 is bonded can be extremely reduced. (Warp is 2 m or less). However, it is known that the warp of the insulating substrate 31 tends to increase as the height of the corrugated fin 42 decreases.
  • the power module substrate 5 of the fifth embodiment is obtained by improving the power module substrates 1 to 4 described in the first to fourth embodiments so that a plurality of insulating circuit substrates can be mounted by a simple method.
  • the power module substrate 5 of Example 5 can employ any of the insulated circuit substrates 11 to 14 of Examples 1 to 4, but here, the insulated circuit substrate 11 of Example 1 is employed for convenience. To explain.
  • the power module substrate 5 of the fifth embodiment includes six insulating circuit boards 11 (arranged in 2 ⁇ 3 rows) and a heat sink 65.
  • the heat sink 65 includes 6 sets (2 ⁇ 3 rows) arranged on one base plate 65z.
  • the refrigerant chamber 65a, the inflow path 65g, and the outflow path 65h are formed.
  • the inflow path 65g allows the cooling medium to flow into the refrigerant chamber 65a, and the outflow path 65h allows the cooling medium to flow out of the refrigerant chamber 65a.
  • Each insulated circuit board 11 is fixed to the heat sink 65 in a sealed state by a spring material 65e and an O-ring 6 Id. At this time, the corrugated fins 41 of each insulating circuit board 11 are in a state of being accommodated in the refrigerant chamber 65a.
  • the spring material 65e is made of a panel steel plate having a high elastic deformability. As shown in FIGS. 20 and 21, when viewed from above, the spring material 65e has a rectangular shape with a large opening 651e at the center, and each of the four sides is downward. The locking projection 652e is formed on the lower end side. As shown in FIGS. 18 and 19, the spring material 65e is covered from above the insulating circuit board 11 placed on the heat sink 65, and the locking convex portion 652e is formed on the heat sink 65. The insulating circuit board 11 is fixed to the heat sink 65 by being fitted into the recess 653e.
  • the power module substrate 5 of Example 5 having such a configuration is a power module on which a plurality of insulating circuit boards 11 on which power devices 91 are mounted is mounted.
  • the power module 91 is a power module.
  • the above-described effects can be achieved by mounting on the movable body.
  • the power module substrate 5 can mount a plurality of insulating circuit substrates 11 by a simple method.
  • the insulating circuit board 11 can be easily attached and detached, and the maintainability is greatly improved.
  • the power module substrate 6 of Example 6 differs from the spring material 65e of the power module substrate 5 of Example 5 in the shape of the spring material 66e as shown in FIGS. Since other configurations are the same as those of the power module substrate 5 of the fifth embodiment, description thereof is omitted.
  • the spring material 66e is also made of a panel steel plate having a high elastic deformability, and as shown in FIGS. 23 and 24, the spring material 66e has a rectangular shape with a large opening 661e at the center as seen from above. None, after each side is folded upward, then folded downward and locked to the lower end A hole 662e is formed. As shown in FIG. 22, the spring material 66e is covered with the upward force of the insulating circuit board 11 placed on the heat sink 65, and the locking hole 662e is formed on the heat sink 65. The insulating circuit board 11 is fixed to the heat sink 65 by being fitted to the convex part 663e.
  • the power module substrate 6 of Example 6 having such a configuration is also provided with the insulating circuit board 11 on which the power device 91 is mounted, similarly to the power module substrate 5 of Example 5. It becomes a power module and has the same effects.
  • the power module substrate 7 of Example 7 is replaced with the heat module substrate 65 and 66e of the power module substrates 5 and 6 of Examples 5 and 6, as shown in FIG. 11 is different in that it is fixed by an adhesive 67e that can tolerate a dimensional change. Since other configurations are the same as those of the power module substrate 5 of the fifth embodiment, the description thereof is omitted.
  • the adhesive 67e is a silicon-based elastic adhesive having high heat resistance, water resistance and elastic deformability. As shown in FIG. 25, the adhesive 67e is interposed between the two when the insulating circuit board 11 is placed on the heat sink 65, and the peripheral edge of the back surface side of the insulating circuit board 11 is adhered and fixed to the heat sink 65. It is like that. By this adhesive 67e, the heat sink 65 and the insulating circuit board 11 are sealed, and the dimensional change between the heat sink 65 and the insulating circuit board 11 is allowed.
  • the power module substrate 7 of Example 7 having such a configuration is also equipped with the insulating circuit board 11 on which the power device 91 is mounted, similarly to the power module substrates 5 and 6 of Examples 5 and 6.
  • a power module is obtained, and the same operational effects can be achieved.
  • the manufacturing cost can be reduced.
  • the insulating circuit substrates 11 to 14 And the heat sinks 61 and 65 are separate from each other, but in the power module substrate 8 of Example 8, the insulating circuit board 11 and the heat sink 68 are integrated as shown in FIGS. 26 to 28. The difference is that it was.
  • the power module substrate 8 of Example 8 is capable of adopting any of the insulated circuit boards 11 to 14 of Examples 1 to 4.
  • the insulated circuit board 11 of Example 1 is Adopt and explain.
  • the insulating circuit substrate 11 is provided in advance on the surface of the base plate 68z of the heat sink 68 via the peripheral wall member 63 ⁇ 4 in the manufacturing process before the power device 91 is mounted. Bonded and fixed together.
  • the peripheral wall member 63 ⁇ 4 is made of iron or copper whose surface is subjected to zinc plating or nickel plating treatment, and as shown in Fig. 28, a side wall 68 lj that forms a rectangle when viewed from above.
  • the upper end portion 683 ⁇ 4 of the side wall portion 681j also extends horizontally outward, and the lower end portion 683 ⁇ 4 of the lower end portion of the side wall portion 681j also extends horizontally outward.
  • the insulating circuit board 11, the peripheral wall member 63 ⁇ 4, and the base plate 68z are integrally assembled as follows.
  • the peripheral wall member 68j is placed on the surface of the base plate 68z in which the inflow path 68g and the outflow path 68h are processed. At this time, an aluminum material is interposed between the surface of the base plate 68z and the lower surface portion 683j.
  • the insulating circuit board 11 is placed above the peripheral wall member 63 ⁇ 4. At this time, an aluminum brazing material is interposed between the back surface of the heat dissipation layer 51 of the insulating circuit board 11 and the upper surface portion 683 ⁇ 4 of the peripheral wall member 63 ⁇ 4. Then, by heating and cooling them, the insulating circuit board 11, the peripheral wall member 68j, and the base plate 68z are integrated by aluminum brazing.
  • the corrugated fins 41 of the insulating circuit board 11 are accommodated in the refrigerant chamber 65a surrounded by the insulating circuit board 11, the side wall portion 681j of the peripheral wall member 68j, and the base plate 68z.
  • the power device 91 is mounted on the insulating circuit board 11 previously integrated with the peripheral wall member 68j and the base plate 68z, and the flow path member 68y in which the flow path is recessed is formed as the base plate.
  • the lid member 68x that is attached to the back surface of 68z and protects the insulated circuit board 11 is attached to the surface of the base plate 68z, these are fixed with bolts 68w, and the power module substrate 8 of Example 8 is completed.
  • the power module substrate 8 of Example 8 is already completed as a power module since the power device 91 is already mounted.
  • the power module substrate 8 is mounted on a moving body such as a hybrid car and has the above-described effects. I can play.
  • the insulating circuit board 11 is preliminarily attached to the heat sink 68 in the manufacturing process before the power device 91 is mounted on the insulating circuit board 11. It is integrally fixed to the surface of the base plate 68z through a peripheral wall member 68j. For this reason, in the power module substrate 8, the work process from the mounting of the power device 91 to the completion of the power module is greatly reduced, which contributes to the improvement of the work efficiency of the assembly work.
  • the power module substrate 9 of Example 9 differs from the peripheral wall member 63 ⁇ 4 of the power module substrate 8 of Example 8 in the shape of the peripheral wall member 63 ⁇ 4 as shown in FIGS. Since other configurations are the same as those of the power module substrate 8 of the eighth embodiment, description thereof is omitted.
  • the peripheral wall member 6 is obtained by cutting an aluminum extruded hollow square member having a low material cost into a predetermined length.
  • the power module substrate 9 of Example 9 can achieve the same operational effects as the power module substrate 8 of Example 8, and Manufacturing costs can be reduced.
  • the spring materials 61e, 62e, and 64e are used in Examples 1, 2, and 4, respectively, but are not limited to this combination.
  • the corrugated fins may be arranged so that the force pitch in which the corrugated fins are arranged so that the pitches of the adjacent fins are displaced across the cut line is not displaced!
  • the present invention can be used for an insulating circuit and a power module substrate.

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Abstract

　放熱性能を向上させつつ、製造コストの低廉化と耐久性の向上とを実現する。 　絶縁回路基板１１は、表面にパワーデバイス９１が実装される配線層２１と、配線層２１の裏面に接合された絶縁基板３１と、複数のフィン４１ａが波状に形成され、絶縁基板３１の裏面側に各フィン４１ａの頂部４１ｂが接合されたコルゲートフィン４１とを備えている。

Description

明 細 書
絶縁回路基板及びパワーモジュール用基板
技術分野
[0001] 本発明は絶縁回路基板及びパワーモジュール用基板に関する。
背景技術
[0002] 特許文献 1に従来の絶縁回路基板が開示されている。この絶縁回路基板は、一方 の面に半導体チップ等のパワーデバイスが実装されるアルミニウム製の配線層と、配 線層の他方の面に接合された絶縁性セラミック製の絶縁基板と、絶縁基板の他方の 面に接合されたアルミニウム製の放熱層とを備える。また、この絶縁回路基板は、絶 縁基板の他方の面側に複数のフィンを備えている。具体的には、放熱層の他方の面 には複数の細孔が形成された金属板がハンダ等で接合され、舌状をなすフィン又は 薄板を折り曲げてなるフィンが各細孔に挿着され、ハンダ等で接合されている。
[0003] このような構成である特許文献 1の絶縁回路基板は、配線層の一方の面にパワーデ バイスが実装される。そして、この絶縁回路基板は、例えば、冷媒室が形成され、冷 媒室内に冷却媒体を流通させるヒートシンクに搭載されて、パワーモジュールとなる。 そして、このパワーモジュールは、例えば、電動モータを駆動源の一部とするハイブリ ッドカー等の移動体のインバータ回路に適用されることにより、移動体の運転状況に 応じて電動モーター等に供給する電力を制御する。そして、このパワーモジュールで は、パワーデバイスが発する高熱を配線層、絶縁基板、放熱層及び金属板を介して フィンに伝え、さらにフィンからヒートシンクの冷却媒体に伝えて、その熱を放熱する。
[0004] また、特許文献 2に他の従来の絶縁回路基板が開示されている。この絶縁回路基 板は、上記特許文献 1の絶縁回路基板とほぼ同様の構成である配線層、絶縁基板 及び放熱層を備えている。また、この絶縁回路基板は、絶縁基板の他方の面側に放 熱板を備えている。放熱板は、平板部と、平板部の他方の面に一体に形成された複 数のフィンからなる。この放熱板は、放熱層の他方の面に平板部の一方の面がハン ダ等で接合されている。
[0005] このような構成である特許文献 2の絶縁回路基板も、上記特許文献 1のものと同様、 ヒートシンクに搭載されて、パワーモジュールとなり、パワーデバイスが発する高熱を 配線層、絶縁基板、放熱層及び放熱板の平板部を介してフィンに伝え、さらにフィン 力 ヒートシンクの冷却媒体に伝えて、その熱を放熱する。
[0006] 特許文献 1 :特開平 8— 107166号公報
特許文献 2：特開 2004 - 247684号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかし、上記特許文献 1、 2の絶縁回路基板では、製造コスト及び耐久性に関して、 下記の問題があった。
[0008] すなわち、製造コストに関し、特許文献 1の絶縁回路基板では、放熱性能の向上を 図るために、金属板に多数の細孔を形成し、かつ多数の放熱フィンを個別に製造し なければならず、部品加工工程を短縮することが難しい。また、この絶縁回路基板で は、金属板の多数の細孔の各々に多数のフィンを一つ一つ揷着しなければならず、 組付け工程も短縮することが難しい。このため、この絶縁回路基板では、製造コストの 低廉化が困難であった。
[0009] また、特許文献 2の絶縁回路基板でも、放熱性能の向上を図るために、放熱板に 薄いフィンを数多く形成しょうとすると、切削加工や押出成形等の加工コストが上昇し 、製造コストの低廉ィ匕が困難であった。
[0010] また、耐久性に関し、特許文献 1、 2の絶縁回路基板では、金属板又は放熱板の平 板部が絶縁基板の他方の面側に接合されていることから、絶縁基板と、金属板又は 放熱板の平板部との間の線膨張係数の差に起因する熱膨張差により、絶縁基板が 割れたり、ヒビを生じたりする等の不具合の懸念があった。具体的には、絶縁基板は 、セラミック等カゝらなるため、線膨張係数が小さく（窒化アルミニウム (A1N)の線膨張 係数は、約 3. 2 X 10"V° C)、金属板又は放熱板の平板部は、アルミニウム等の金 属からなるため、絶縁基板に比べて線膨張係数が大きい (アルミニウム合金の線膨 張係数は、約 23 X 10— 6Z° C)。このため、接合された双方の温度が上昇するにつ れて、相互間で熱膨張差が生じ、接合面にせん断力が作用したり、全体を反らす力 が作用したりして、絶縁基板が割れたり、ヒビを生じたりする等の不具合の原因となる [0011] 本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、放熱性能を向上させ つつ、製造コストの低廉化と耐久性の向上とを実現可能な絶縁回路基板及びパワー モジュール用基板を提供することを解決すべき課題としている。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明の絶縁回路基板は、一方の面にパワーデバイスが実装される配線層と、 該配線層の他方の面に接合された絶縁基板と、
複数のフィンが波状に形成され、該絶縁基板の他方の面側に各該フィンの頂部が 接合されたコルゲートフィンとを備えていることを特徴とする。
[0013] このような構成である本発明の絶縁回路基板は、配線層の一方の面にパワーデバ イスが実装される。そして、この絶縁回路基板は、空冷の場合、コルゲートフィンに冷 風を当てる冷却ファン等とともに組み付けられて、パワーモジュールとなる。また、この 絶縁回路基板は、液冷の場合、例えば、冷媒室が形成され、冷媒室内に冷却媒体 を流通させるヒートシンクに搭載されて、パワーモジュールとなる。この際用いられるヒ ートシンクとしては、冷媒室内にコルゲートフィンが収納された状態で絶縁回路基板 を固定可能なものであることが好ましい。また、この場合、ヒートシンクと絶縁回路基板 との間は、冷却媒体が漏れな 、ように封止状態とされることが好ま 、。
[0014] そして、このパワーモジュールは、例えば、電動モータを駆動源の一部とするハイブ リツドカ一等の移動体のインバータ回路に適用されることにより、移動体の運転状況 に応じて電動モーター等に供給する電力を制御する。そして、このパワーモジュール では、パワーデバイスが発する高熱を配線層及び絶縁基板を介して、コルゲートフィ ンの各フィンに伝える。そして、このパワーモジュールが空冷である場合には、各フィ ンカも空気にその熱を伝えて放熱し、液冷である場合には、各フィン力もヒートシンク の冷媒室内を流通する冷却媒体にその熱を伝えて放熱する。
[0015] ここで、本発明の絶縁回路基板では、絶縁基板の他方の面側にコルゲートフィンの 各フィンの頂部が接合されており、特許文献 1、 2の絶縁回路基板における金属板等 が介在していない。このため、この絶縁回路基板は、パワーデバイス力も各フィンまで の伝熱経路を大幅に短縮することができ、放熱性能を向上させることが可能である。 [0016] また、この絶縁回路基板は、複数のフィンが波状に形成されたコルゲートフィンを用 いる。このため、この絶縁回路基板では、放熱性能の向上を図るために、多数のフィ ンを形成する場合でも、コルゲートフィンの加工工程がそれ程長くならず、カロェコスト もそれ程上昇しない。また、この絶縁回路基板では、絶縁基板の他方の面側に各フ インの頂部を一度で又は少ない回数で接合することができるため、多数のフィンを絶 縁基板の他方の面側に比較的容易に組み付けることができる。このため、特許文献 1 の絶縁回路基板のように金属板に多数の細孔を形成し、かつ多数の放熱フィンを個 別に製造する必要がなくなり、部品加工工程を大幅に短縮することができる。また、 特許文献 1の絶縁回路基板のように金属板の多数の細孔の各々に多数のフィンを一 つ一つ挿着する必要もなくなり、組付け工程も大幅に短縮することができる。また、特 許文献 2の絶縁回路基板のように多数の薄いフィンを切削加工や押出成形等により 形成する必要がないので、加工コストを抑えることができる。このため、この絶縁回路 基板は、放熱性能の向上を図りつつ、製造コストの低廉ィ匕を実現できる。
[0017] また、この絶縁回路基板は、絶縁基板の他方の面側に薄板力 なるコルゲートフィ ンの各フィンの頂部が間隔を開けて帯状に接合されているだけである。このため、こ の絶縁回路基板では、パワーデバイスからの熱によりコルゲートフィンが熱膨張する 際、絶縁基板を反らすように作用する力はそれ程大きくならない。このため、この絶縁 回路基板では、絶縁基板とコルゲートフィンとの間の熱膨張差による絶縁基板の割 れゃヒビの発生等の不具合も抑制されることとなり、耐久性の向上を実現できる。
[0018] したがって、本発明の絶縁回路基板は、放熱性能を向上させつつ、製造コストの低 廉化と耐久性の向上とを実現することができる。
[0019] 配線層は、厚さ 0. 4mm程度の薄 、アルミニウム、銅等からなる層により構成され得 る。
[0020] 絶縁基板は、厚さ 0. 5〜3mm程度の薄!、窒化アルミニウム (A1N)、アルミナ (A1
2
O )、窒化珪素（Si N )等の絶縁性セラミックからなる板により構成され得る。好適な
3 3 4
熱伝導性の観点から、窒化アルミニウム製のものであることが好まし 、。
[0021] コルゲートフィンは、厚さ 0. l〜lmm程度の薄いアルミニウム又はアルミニウム合 金、銅又は銅合金、ステンレス鋼等カゝらなる薄板により構成され得る。 [0022] 本発明の絶縁回路基板において、前記絶縁基板と前記コルゲートフィンとの間に は放熱層が備えられて 、ることが好ま 、。
[0023] この場合、絶縁回路基板の他方の面側にコルゲートフィンの各頂部を接合する際 に、ロウ付け等の簡便な方法で容易に実施することができる。また、絶縁基板より熱 伝導率が高 、放熱層であれば、パワーデバイス力 伝わる熱が放熱層にお 、て面方 向に拡散されるので、放熱性能を一層向上させることができる。
[0024] 放熱層は、厚さ 0. 1〜0. 6mm程度の薄いアルミニウム、銅等力 なる層により構 成され得る。基本的には、放熱層は、上述の配線層と同じ材質とし、厚みを配線層の 厚みと同程度とし、又はコルゲートフィンの厚みを考慮して、配線層の厚みより若干 薄くすれば、絶縁回路基板の一方の面側と他方の面側との熱膨張差に起因する反り をある程度抑制することが可能である。
[0025] また、この絶縁回路基板として、例えば、配線層、絶縁基板及び放熱層からなる従 来公知の絶縁回路基板とコルゲートフィンを備え、放熱層に各フィンの頂部が接合さ れたものであってもよい。従来公知の絶縁回路基板としては、 DBA (Direct Brazed A luminum、登録商標）基板、 DBC (Direct Bonded Cupper,登録商標）基板等を採用 することが可能である。
[0026] 本発明の絶縁回路基板において、前記放熱層は前記配線層より薄いものであり得 る。
[0027] これは、放熱層に接合された各フィンの頂部により、放熱層に対して若干の補強効 果があることから、その分だけ放熱層を配線層より薄くしても、絶縁回路基板の一方 の面側と他方の面側との熱膨張差に起因する反りを抑制することができるからである
[0028] 本発明の絶縁回路基板において、前記コルゲートフィンにおける各前記頂部の他 方側である各前記フィンの底部には補強板が接合され得る。
[0029] この場合、各前記フィンの底部に接合された補強板により、絶縁回路基板全体の剛 性が向上し、絶縁基板が割れたり、ヒビを生じたりする等の不具合の発生を抑制する ことができる。また、コルゲートフィン自体は、波長方向と波長方向に直交する方向と で剛性が異なる異方性を有する力 この補強板が接合されれば、コルゲートフィンの 異方性を緩和させることができる。
[0030] 本発明の絶縁回路基板において、前記コルゲートフィンは、各前記フィンの前記頂 部を除く部分が波長方向に延びる切れ目により分断され得る。
[0031] この場合、コルゲートフィンの波長方向と波長方向に直交する方向とで剛性が異な るという異方性が大幅に解消されることから、絶縁基板が割れたり、ヒビを生じたりする 等の不具合の発生を一層抑制することができる。また、この場合、コルゲートフィンは 、頂部に分断されていない部分を有しており、一体のものとして取り扱うことができる ので、組み付け工程における作業性も低下しな 、。
[0032] 本発明の絶縁回路基板において、前記コルゲートフィンは、波長方向に延びる切 れ目により分断された複数のフィン部材力 なり得る。
[0033] この場合も、コルゲートフィンの波長方向と波長方向に直交する方向とで剛性が異 なるという異方性が大幅に解消されることから、絶縁基板が割れたり、ヒビを生じたり する等の不具合の発生を一層抑制することができる。
[0034] 本発明の絶縁回路基板にお 、て、前記コルグールフィンは、前記切れ目を挟んで 隣り合う各前記フィンのピッチがずれて 、ることが好ま 、。
[0035] この場合、コルゲートフィンの周囲を流通する冷却媒体は、各フィンに沿って上流か ら下流へと流通しつつ、ピッチのずれた次のフィンによって、分断されることとなる。こ のため、冷却媒体は、適度に攪拌されつつ流通することとなる。その結果として、この 絶縁回路基板では、各フィンの近傍において、流通する冷却媒体の境界層が顕著 に生じて放熱性能が低下するという不具合を抑制することができる。このため、この絶 縁回路基板は、放熱性能を一層向上させることができる。
[0036] 本発明の絶縁回路基板において、前記コルゲートフィンは、各前記フィンが矩形で あり得る。
[0037] この場合、この絶縁回路基板は、絶縁回路基板の他方の面側に接合される各フィ ンの頂部の接合面又は補強板に接合される各フィンの底部の接合面を所定の面積 に設定することが容易となる。このため、この絶縁回路基板は、コルゲートフィンによる 絶縁回路基板の一方の面側に対する補強効果を調整することが一層容易になり、耐 久性をさらに向上させることが可能となる。 [0038] 本発明のパワーモジュール用基板は、上述の絶縁回路基板と、
冷媒室、流入路及び流出路が形成され、該流入路は該冷媒室に冷却媒体を流入 させ、該流出路は該冷媒室力 該冷却媒体を流出させるものであるヒートシンクとを 有し、
該冷媒室内に前記コルゲートフィンが収納された状態で該ヒートシンクに該絶縁回 路基板が該冷媒室を封止する状態で固定されていることを特徴とする。
[0039] このような構成である本発明のパワーモジュール用基板は、配線層の一方の面に パワーデバイスが実装されて、パワーモジュールとなる。そして、このパワーモジユー ルは、例えば、ハイブリッドカー等の移動体のインバータ回路に適用されることにより 、移動体の運転状況に応じて電動モーター等に供給する電力を制御する。そして、 このパワーモジュールでは、パワーデバイスが発する高熱を配線層及び絶縁基板を 介して、フィン力もヒートシンクの冷却媒体にその熱を伝えて放熱する。
[0040] ここで、本発明のパワーモジュール用基板では、冷媒室内にコルゲートフィンが収 納された状態でヒートシンクに絶縁回路基板が冷媒室を封止する状態で固定されて いることから、パワーデバイスからの熱をヒートシンク自体を介さずに、コルゲートフィ ンの各フィン力も冷却媒体に伝えることができる。このため、このパワーモジュール用 基板は、パワーデバイス力も各フィンまでの伝熱経路を大幅に短縮することができ、 放熱性能を向上させることが可能である。
[0041] 本発明のパワーモジュール用基板において、前記絶縁回路基板の前記絶縁基板 が前記ヒートシンクに固定され得る。具体的には、例えば、配線層や放熱層の面積を 絶縁基板よりも一回り小さくして、絶縁基板の周縁近傍を露出させておき、この絶縁 基板の周縁近傍カ^ートシンクに固定され得る。
[0042] この場合、絶縁回路基板を固定する部材と配線層とが接触しないようにすることが できる。ここで、絶縁回路基板を固定する部材は、金属製である可能性が高いので、 両者を絶縁する必要もなくなり、製造コストの低廉ィ匕に寄与する。
[0043] 本発明のパワーモジュール用基板において、前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板 とは、互 、の寸法変化が許容可能に固定されて 、ることが好ま 、。
[0044] この場合、線熱膨張係数が比較的大き 、アルミニウム等の材料カゝらなるヒートシンク と、線熱膨張係数が比較的小さ 、窒化アルミニウム等の材料カゝらなる絶縁基板との 間の熱膨張差が許容されることから、絶縁基板が割れたり、ヒビを生じたりする等の不 具合を抑制することができる。
[0045] 本発明のパワーモジュール用基板において、前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板 とは、ばね材によって固定されていることが好ましい。
[0046] この場合、ヒートシンクと前記絶縁回路基板とは、互いの寸法変化が許容可能に固 定されることが可能であるほか、この絶縁回路基板をねじ止め等の他の方法よりも簡 便にヒートシンクに固定したり、取り外したりすることができる。このため、この絶縁回路 基板は、組み付け作業やメンテナンス作業が容易となる。この際、ヒートシンクと絶縁 回路基板との間に Oリング等の封止手段を介在させるようにすれば、両者の寸法変 化を許容しつつ、封止することができるので、より好ましい。
[0047] 本発明のパワーモジュール用基板において、前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板 とは、前記寸法変化を許容可能な接着剤によって固定されている。
[0048] この場合、ヒートシンクと前記絶縁回路基板とは、互いの寸法変化が許容可能に固 定されることが可能であるほか、封止もあわせて実施可能である。このため、この絶縁 回路基板は、冷却媒体の漏れ等の不具合を確実に防止することができる。また、部 品点数を削減することができるので、製造コストの低廉ィ匕が可能となる。
[0049] 接着剤としては、耐熱性及び弾性変形能が高いものであることが望ましぐ熱硬化 性榭脂、例えばエポキシ榭脂、ウレタン系、シリコン系、アクリル系、ポリイミド系又は 二トリルゴム系の弾性接着剤を使用することが好ましい。
図面の簡単な説明
[0050] [図 1]実施例 1の絶縁回路基板の概略正面図である。
[図 2]実施例 1の絶縁回路基板の概略側面図である。
[図 3]実施例 1の絶縁回路基板に係り、図 1の Z部の部分拡大図である。
[図 4]実施例 1の絶縁回路基板に係り、図 3の A— A断面を示す部分拡大断面図であ る。
[図 5]実施例 1の絶縁回路基板が適用されたパワーモジュールの概略断面図である。
[図 6]実施例 2の絶縁回路基板の概略正面図である。 圆 7]実施例 2の絶縁回路基板の概略側面図である。
[図 8]実施例 2の絶縁回路基板に係り、図 6の Y部の部分拡大図である。
圆 9]実施例 2の絶縁回路基板に係り、図 8の B— B断面を示す部分拡大断面図であ る。
[図 10]実施例 2の絶縁回路基板が適用されたパワーモジュールの概略断面図である 圆 11]実施例 3の絶縁回路基板に係り、図 6部の部分拡大図である。
圆 12]実施例 3の絶縁回路基板に係り、図 11の C— C断面を示す部分拡大断面図 である。
圆 13]実施例 4の絶縁回路基板の概略正面図である。
[図 14]実施例 4の絶縁回路基板の概略側面図である。
[図 15]実施例 4の絶縁回路基板に係り、図 13の X部の部分拡大図である。
圆 16]実施例 4の絶縁回路基板に係り、図 15の D— D断面を示す部分拡大断面図 である。
[図 17]実施例 4の絶縁回路基板が適用されたパワーモジュールの概略断面図である
[図 18]実施例 5のパワーモジュール用基板の概略断面図である。
[図 19]実施例 5のパワーモジュール用基板に係り、図 18の E—E断面を示す概略断 面図である。
[図 20]実施例 5のパワーモジュール用基板に係り、絶縁回路基板を固定するばね材 の概略上面図である。
[図 21]実施例 5のパワーモジュール用基板に係り、絶縁回路基板を固定するばね材 の概略正面図である。
[図 22]実施例 6のパワーモジュール用基板の部分断面図である。
[図 23]実施例 6のパワーモジュール用基板に係り、絶縁回路基板を固定するばね材 の概略上面図である。
[図 24]実施例 6のパワーモジュール用基板に係り、絶縁回路基板を固定するばね材 の概略正面図である。 [図 25]実施例 7のパワーモジュール用基板の部分断面図である。
[図 26]実施例 8のパワーモジュール用基板に係り、流路部材と蓋部材とともに組み付 けられた状態を示す概略断面図である。
[図 27]実施例 8のパワーモジュール用基板の概略断面図である。
[図 28]実施例 8のパワーモジュール用基板に係り、周壁部材の概略斜視図である。
[図 29]実施例 9のパワーモジュール用基板の概略断面図である。
[図 30]実施例 9のパワーモジュール用基板に係り、周壁部材の概略斜視図である。 符号の説明
[0051] 11、 12、 13、 14· · ·絶縁回路基板
21…配線層
31…絶縁基板
41、 42、 43· · ·コルゲー卜フィン
41a、 42a、 43a…フィン
41b、 42b、 43b…頂部
41c、 42c、43c…底部
42e、 43e…切れ目
42f…フィン部材
49…補強板
51…放熱層
61a、 65a…冷媒室
65g、 68g…流入路
65h、 68h…流出路
61、 65、 68· · ·ヒートシンク
61e、 62e、 64e、 65e、 66e…ばね材
67e…接着剤
91…パワーデバイス
発明を実施するための最良の形態
[0052] 以下、本発明を具体ィ匕した実施例 1〜9を図面を参照しつつ説明する。なお、各図 面において、上側を表面、下側を裏面とする。
[0053] (実施例 1)
図 1〜図 4に示すように、実施例 1の絶縁回路基板 11は、表面にパワーデバイス 91 が実装される配線層 21と、配線層 21の裏面に接合された絶縁基板 31と、複数のフィ ン 41aが波状に形成され、絶縁基板 31の裏面側に各フィン 41aの頂部 41bが接合さ れたコルゲートフィン 41とを備えている。また、絶縁基板 31の裏面とコルゲートフィン 41との間には、放熱層 51が備えられている。
[0054] 配線層 21は、厚さ 0. 4mm程度の薄いアルミニウム力 なる層により構成されてい る。配線層 21には、この絶縁回路基板 11を使用する際、半導体チップ等のパワーデ バイス 91がワイヤーボンディング等の手段により実装される。
[0055] 絶縁基板 31は、絶縁性と好適な熱伝導性とが要求されるため、絶縁性セラミック製 であり、厚さ 0. 635mmの薄い窒化アルミニウムからなる板により構成されている。窒 化アルミニウムの線膨張係数は 3. 2 X 10"V° Cであるため、絶縁基板 31は、熱膨 張し難い特性を有している
[0056] 放熱層 51は、配線層 21よりも少し薄い厚さ 0. 3mm程度のアルミニウム力もなる層 により構成されている。
[0057] 配線層 21、絶縁基板 31及び放熱層 51の縦横寸法に関して、絶縁基板 31では、 縦が約 40mm、横が約 40mmの矩形とされている。また、配線層 21及び放熱層 51 では、縦が約 30mm、横が約 30mmの矩形とされており、絶縁基板 31よりも一回り小 さくなつている。このため、絶縁基板 31の周縁近傍の表面及び裏面は露出された状 態となつている。
[0058] コルゲートフィン 41は、厚み 0. 2mm程度のアルミニウム製薄板が繰り返し折り曲げ られることにより、複数のフィン 41aが波状に形成されたものである。各フィン 41aの頂 部 41b及び底部 41cは、丸くカーブしつつ隣り合う各フィン 41a同士を繋いでいる。コ ルゲートフィン 41は、高さが 5mm、各フィン 41aの間隔が約 2mmとさされている。
[0059] このように構成される実施例 1の絶縁回路基板 11は、例えば、下記の通り、製造さ れる。
[0060] まず、配線層 21となるアルミニウムクラッド材料製の薄板と、絶縁基板 31と、放熱層 51となるアルミニウムクラッド材料製の薄板とを上方力もこの順序で積層する。そして 、アルミニウムクラッド材料の薄板の表層が溶融する程度の高温まで加熱し、その後 に冷却して、これらが接合された積層体を得る。
[0061] 次に、上記積層体の下方の放熱層 51の裏面に、アルミロウ付け材料を介して、コル ゲートフィン 41の頂部 41bを当接させ、治具等で挟持する。そして、アルミロウ付け材 料が溶融する程度の高温まで加熱し、その後に冷却する。これにより、放熱層 51の 裏面にコルゲートフィン 41の頂部 41bが接合された絶縁回路基板 11が完成する。こ うして得られた絶縁回路基板 11では、図 3及び図 4に拡大して示すように、コルゲート フィン 41の頂部 41bが放熱層 51の裏面にアルミロウ付けされた接合部 41dの列が形 成されている。
[0062] 実施例 1の絶縁回路基板 11は、上記の製造方法以外によっても製造される。例え ば、配線層 21となるアルミニウムクラッド材料製の薄板と、絶縁基板 31と、放熱層 51 となるアルミニウムクラッド材料製の薄板と、アルミニウムクラッド材料製の薄板からな るコルゲートフィン 41とを上方力もこの順序で積層して、治具等で挟持する。そして、 高温で加熱し、その後に冷却して、これらが接合された絶縁回路基板 11を得ることも 可能である。
[0063] このような構成である実施例 1の絶縁回路基板 11は、図 5に示すように、配線層 21 の表面にパワーデバイス 91が実装される。そして、この絶縁回路基板 11は、ヒートシ ンク 61に搭載される。
[0064] ヒートシンク 61は、アルミニウム合金力もなる。アルミニウム合金の線膨張係数は、 約 23 X 10—ソ。 Cであり、絶縁基板 31を構成する窒化アルミニウムの線膨張係数（ 約 3. 2 X 10"V° C)よりも大きい。このため、ヒートシンク 61と絶縁回路基板 11とが ともにパワーデバイス 91が発する熱により加熱された場合、ヒートシンク 61は、絶縁 基板 31よりも大きく熱膨張する傾向を有している。
[0065] ヒートシンク 61の表面には、冷媒室 61aの一部を構成する凹部 61bが設けられ、そ の凹部 61bの周囲に Oリング溝 61cが形成されている。そして、 Oリング溝 61c内には 、 Oリング 61dが装着されている。
[0066] このヒートシンク 61の凹部 61b内に絶縁回路基板 11の裏面側のコルゲートフィン 4 1が収納されるように、絶縁回路基板 11を凹部 61bの上方力 載置し、ばね材 61eに より固定する。こうして、絶縁回路基板 11と凹部 61bとによって、冷媒室 61aが形成さ れ、冷却媒体力 Sコルゲートフィン 41に沿って、冷媒室 61a内を流通することが可能と なる。
[0067] ばね材 61eは、弾性変形能が高いばね鋼板製である。このばね材 6 leは、一方が 絶縁回路基板 11の周縁を上方力もヒートシンク 61の表面に向けて押圧するようにク ランク状に折り曲げられ、他方がヒートシンク 61の表面にロウ付けされるものである。 このような形状とされたばね材 61eは、ヒートシンク 61と絶縁回路基板 11との間の熱 膨張差による寸法変化が生じても、その寸法変化に追従可能となっている。
[0068] また、この際、ヒートシンク 61の表面と、ばね材 61eにより固定された絶縁回路基板 11を構成する絶縁基板 31の裏面の周縁近傍とは、 Oリング 61 dを介して当接する。 これにより、ヒートシンク 61と絶縁回路基板 11との間は、冷却媒体が漏れないように 封止状態とされている。
[0069] こうして、実施例 1の絶縁回路基板 11は、ヒートシンク 61に搭載されて、パワーモジ ユールとなり、例えば、電動モータを駆動源の一部とするハイブリッドカー等の移動体 のインバータ回路に適用されることにより、移動体の運転状況に応じて電動モーター 等に供給する電力を制御する。そして、このパワーモジュールは、パワーデバイス 91 が発する高熱を配線層 21、絶縁基板 31及び放熱層 51を介して、コルゲートフィン 4 1の各フィン 41aに伝え、各フィン 41aからヒートシンク 61の冷媒室 61a内を流通する 冷却媒体にその熱を伝えて放熱する。
[0070] ここで、実施例 1の絶縁回路基板 11では、絶縁基板 31の裏面側にコルゲートフィ ン 41の各フィン 41aの頂部 41bが接合されており、特許文献 1、 2の絶縁回路基板に おける金属板等が介在していない。このため、この絶縁回路基板 11は、パワーデバ イス 91から各フィン 41aまでの伝熱経路を大幅に短縮することができており、放熱性 能を向上させることが可能となっている。
[0071] また、この絶縁回路基板 11は、複数のフィン 4 laが波状に形成されたコルゲートフ イン 41を用いている。このため、この絶縁回路基板 11では、放熱性能の向上を図る ために、多数のフィン 41aを形成する場合でも、コルゲートフィン 41の加工工程がそ れ程長くならず、加工コストもそれ程上昇しない。また、この絶縁回路基板 11では、 絶縁基板 31の裏面側に各フィン 41aの頂部 41bを一度で又は少ない回数で接合す ることができるため、多数のフィン 41aを絶縁基板 31の裏面側に比較的容易に組み 付けることができている。このため、特許文献 1の絶縁回路基板のように金属板に多 数の細孔を形成し、かつ多数の放熱フィンを個別に製造する必要がなくなっており、 部品加工工程を大幅に短縮することができている。また、特許文献 1の絶縁回路基 板のように金属板の多数の細孔の各々に多数のフィンを一つ一つ揷着する必要もな くなつており、組付け工程も大幅に短縮することができている。また、特許文献 2の絶 縁回路基板のように多数の薄いフィンを切削加工や押出成形等により形成する必要 がなくなっているので、加工コストを抑えることができている。このため、この絶縁回路 基板 11は、放熱性能の向上を図りつつ、製造コストの低廉ィ匕を実現できている。
[0072] また、この絶縁回路基板 11は、絶縁基板 31の裏側に薄板力もなるコルゲートフィン 41の各フィン 41aの頂部 41bが間隔を開けて帯状に接合されているだけである。この ため、この絶縁回路基板 11では、パワーデバイス 91からの熱によりコルゲートフィン 4 1が熱膨張する際、絶縁基板 31を反らすように作用する力はそれ程大きくならない。 このため、この絶縁回路基板 11では、絶縁基板 31とコルゲートフィン 41との間の熱 膨張差による絶縁基板 31の割れやヒビの発生等の不具合も抑制されており、耐久性 の向上を実現できている。
[0073] したがって、実施例 1の絶縁回路基板 11は、放熱性能を向上させつつ、製造コスト の低廉化と耐久性の向上とを実現することができている。
[0074] また、この絶縁回路基板 11において、絶縁基板 31とコルゲートフィン 41との間には 絶縁基板 31より熱伝導率が高い放熱層 51が備えられているので、絶縁回路基板 11 の裏面側にコルゲートフィン 41の各頂部 4 lbを接合する際に、口ゥ付け等の簡便な 方法で容易に実施することができている。また、パワーデバイス 91から伝わる熱が放 熱層 51にお 、て面方向に拡散されるようになっており、放熱性能を一層向上させる ことができている。
[0075] さらに、この絶縁回路基板 11において、放熱層 51は配線層 21より薄いものである（ 配線層 21が厚み 0. 4mm程度であるのに対して、放熱層 51は厚み 0. 3mm程度）。 その理由は、放熱層 51に接合された各フィン 41aの頂部 41bにより、放熱層 51に対 して若干の補強効果があることから、その分だけ放熱層 51を配線層 21より薄くしても 、絶縁回路基板 11の表面側と裏面側との熱膨張差に起因する反りを抑制することが できている力 である。
[0076] また、この絶縁回路基板 11が適用されたパワーモジュール用基板 1では、冷媒室 6 la内にコルゲートフィン 41が収納された状態でヒートシンク 61に絶縁回路基板 11が 冷媒室 61aを封止する状態で固定されている。このため、パワーモジュール用基板 1 では、パワーデバイス 91からの熱をヒートシンク 61自体を介さずに、コルゲートフィン 41の各フィン 41aから冷却媒体に伝えることができる。このため、このパワーモジユー ル用基板 1は、パワーデバイス 91から各フィン 41aまでの伝熱経路を大幅に短縮す ることができており、放熱性能を向上させることができている。
[0077] さらに、このパワーモジュール用基板 1において、絶縁回路基板 11を構成する絶縁 基板 31の露出された周縁近傍が金属製のバネ材 61eによりヒートシンク 61に固定さ れている。このため、絶縁回路基板 11を固定するバネ材 61eと配線層 21とが接触し ないので、両者を絶縁する必要もなくなっており、製造コストの低廉ィ匕に寄与している
[0078] また、このパワーモジュール用基板 1において、ヒートシンク 61と絶縁回路基板 11と は、バネ材 61e及び Oリング 61dにより、互いの寸法変化が許容可能に固定されてい る。このため、線熱膨張係数が比較的大きいアルミニウム合金力もなるヒートシンク 61 と、線熱膨張係数が比較的小さい窒化アルミニウム力もなる絶縁基板 31との間の熱 膨張差が許容されている。このため、このパワーモジュール用基板 1は、絶縁基板 31 が割れたり、ヒビを生じたりする等の不具合を抑制することができて 、る。
[0079] (実施例 2)
実施例 2の絶縁回路基板 12は、実施例 1の絶縁回路基板 11のコルゲートフィン 41 に対して、図 6〜図 9に示すように、コルゲートフィン 42が波長方向に延びる切れ目 4 2eにより分断された複数のフィン部材 42fからなる点、及び切れ目 42eを挟んで隣り 合う各フィン 42aのピッチがずれている点が異なる。その他の構成は、実施例 1の絶 縁回路基板 11と同様であるので、説明は省く。 [0080] コルゲートフィン 42は、複数のフィン部材 42fからなる。各フィン部材 42fは、厚み 0 . 2mm程度のアルミニウム製薄板が繰り返し折り曲げられることにより、複数のフィン 42aが波状に形成され、波長方向に狭い幅で伸びるものである。各フィン 42aの各頂 部 42b及び各底部 42cは、丸くカーブしつつ隣接する各フィン 42a同士を繋いでいる 。各フィン部材 42fは、高さが 5mm、各フィン 42aの間隔が約 2mmとされている。
[0081] 実施例 2の絶縁回路基板 12では、このような形状である複数のフィン部材 42fが絶 縁回路基板 12の放熱層 51の裏面に、所定の隙間を有して並列に並べられた後、各 フィン部材 42fの頂部 42bが放熱層 51の裏面にロウ付け等により接合される。こうし て、各フィン部材 42f同士の隙間は、隣り合うフィン部材 42f同士を分断する切れ目 4 2eとされる。
[0082] この際、並列に並べられた複数のフィン部材 42fは、隣り合うもの同士で波長方向 にずらして配置されている。このため、こうして得られた絶縁回路基板 12において、コ ルゲールフィン 42は、切れ目 42eを挟んで隣り合うフィン 42aのピッチが図 8に拡大し て示すようにずれている。また、絶縁回路基板 12では、コルゲートフィン 42の頂部 42 bが放熱層 51の裏面にアルミロウ付けされた接合部 42dの列が形成されている。
[0083] このような構成である実施例 2の絶縁回路基板 12も、図 10に示すように、配線層 2 1の表面にパワーデバイス 91が実装される。そして、この絶縁回路基板 12は、冷媒 室 61a内にコルゲートフィン 42が収納された状態でヒートシンク 61に搭載される。
[0084] ここで、実施例 2の絶縁回路基板 12は、ヒートシンク 61にバネ材 62eにより固定され る。ヒートシンク 61に係るその他の構成は、全て実施例 1で述べた通りであるので説 明は省く。
[0085] バネ材 62eは、実施例 1のバネ材 6 leの中間に「N」字状の折り曲げ力卩ェが施され ている。このため、ノネ材 62eは、実施例 1のバネ材 61eと比較して、ヒートシンク 61と 絶縁回路基板 12との間の寸法変化に対する追従性がさらに向上している。
[0086] こうして、実施例 2の絶縁回路基板 12も、ヒートシンク 61に搭載されて、パワーモジ ユールとなり、例えば、ハイブリッドカー等の移動体に搭載されて、実施例 1の絶縁回 路基板 11と同様の作用効果を奏することができている。
[0087] それにカ卩えて、実施例 2の絶縁回路基板 12において、コルゲートフィン 42は、波長 方向に延びる切れ目 42eにより分断された複数のフィン部材 42fからなつて 、る。この ため、コルゲートフィン 42の波長方向と波長方向に直交する方向とで剛性が異なると いう異方性が大幅に解消されており、絶縁基板 31が割れたり、ヒビを生じたりする等 の不具合の発生を一層抑制することができて 、る。
[0088] また、実施例 2の絶縁回路基板 12において、コルゲールフィン 42は、切れ目 42eを 挟んで隣り合う各フィン 42aのピッチがずれて!/、ることから、コルゲートフィン 42の周 囲を流通する冷却媒体は、各フィン 42aに沿って上流から下流へと流通しつつ、ピッ チのずれた次のフィン 42aによって、分断される。このため、冷却媒体は、適度に攪 拌されつつ流通する。その結果として、この絶縁回路基板 12では、各フィン 42aの近 傍において、流通する冷却媒体の境界層が顕著に生じて放熱性能が低下するという 不具合を抑制することができている。このため、この絶縁回路基板 12は、放熱性能を 一層向上させることができて ヽる。
[0089] (実施例 3)
実施例 3の絶縁回路基板 13は、実施例 1のコルゲートフィン 41及び実施例 2のコル ゲートフィン 42に対して、図 11及び図 12に示すように、コルゲートフィン 43の各フィ ン 43aの頂部 43bを除く部分が波長方向に延びる切れ目 43eにより分断されて 、る 点及び各フィン 43aが矩形である点が異なる。その他の構成は、実施例 1の絶縁回 路基板 11と同様であるので、説明は省く。
[0090] 各フィン 43aの頂部 43b及び底部 43cは、直角に折り曲げられつつ隣り合う各フィン 43a同士を繋いでおり、その結果として、図 11に示すように、各フィン 43aの折り曲げ 断面が矩形となっている。
[0091] このような構成である実施例 3の絶縁回路基板 13も、配線層 21の表面にパワーデ バイス 91が実装される。そして、図 10に示す実施例 2の絶縁回路基板 12と同様に、 この絶縁回路基板 13も、冷媒室 61a内にコルゲートフィン 43が収納された状態でヒ ートシンク 61に搭載される。ヒートシンク 61の構成は、実施例 2で述べた通りであるの で説明は省く。
[0092] こうして、実施例 3の絶縁回路基板 13も、実施例 1の絶縁回路基板 11と同様に、ヒ ートシンク 61に搭載されて、パワーモジュールとなり、例えば、ハイブリッドカー等の 移動体に搭載されて、実施例 1の絶縁回路基板 11及び実施例 2の絶縁回路基板 12 と同様の作用効果を奏することができている。
[0093] それにカ卩えて、実施例 3の絶縁回路基板 13において、コルゲートフィン 43は、各フ イン 43aの頂部 43bを除く部分が波長方向に延びる切れ目 43eにより分断されて 、る 。このため、コルゲートフィン 43は、頂部 43bに分断されていない部分を有しており、 一体のものとして取り扱うことができているので、実施例 1のコルゲートフィン 41と比較 して、組付け工程における作業性も低下してしな 、。
[0094] また、実施例 3の絶縁回路基板 13において、コルゲートフィン 43の各フィン 43aが 矩形であることから、放熱層 51の裏面に接合される各フィン 43aの頂部 43bの接合 面積を所定の面積に設定することが容易となっている。このため、この絶縁回路基板 13は、コルゲートフィン 43による絶縁回路基板 13の裏面側に対する補強効果を調 整することが一層容易になっており、耐久性をさらに向上させることが可能となってい る。
[0095] (実施例 4)
実施例 4の絶縁回路基板 14は、実施例 2の絶縁回路基板 12のコルゲートフィン 42 における各頂部 42bの他方側である各フィン 42aの底部 42cに、図 13〜図 16に示す ように、補強板 49が接合されたものである。その他の構成は、実施例 2の絶縁回路基 板 12と同様であるので、説明は省く。
[0096] 補強板 49は、厚み 2mmのアルミニウム合金製の板であり、縦横寸法は、配線層 21 及び放熱層 51と同じ寸法とされて 、る。
[0097] この補強板 49は、コルゲートフィン 42が放熱層 51の裏面に接合される際に、同時 にコルゲートフィン 42と接合される。具体的には、各フィン 42aの底部 43cに補強板 4 9の表面が当接されて、ロウ付けにより接合される。こうして得られた絶縁回路基板 14 では、図 15及び図 16に拡大して示すように、コルゲートフィン 42の底部 42cが補強 板 49の表面にアルミロウ付けされた接合部 49aの列が形成されている。
[0098] このような構成である実施例 4の絶縁回路基板 14も、図 17に示すように、配線層 2 1の表面にパワーデバイス 91が実装される。そして、この絶縁回路基板 14は、冷媒 室 61a内にコルゲートフィン 42及び補強板 49が収納された状態でヒートシンク 61に 搭載される。ヒートシンク 61の構成は、上述した通りであるので説明は省くが、ばね材 64eがロウ付けでなくボルト 64fでヒートシンク 61の表面に固定されている点が異なる 。これにより、バネ材 64eは着脱可能となっており、絶縁回路基板 14を取り外すことが 可能となっている。
[0099] こうして、実施例 4の絶縁回路基板 14も、ヒートシンク 61に搭載されて、パワーモジ ユールとなり、例えば、ハイブリッドカー等の移動体に搭載されて、実施例 1の絶縁回 路基板 11及び実施例 2の絶縁回路基板 12と同様の作用効果を奏することができて いる。
[0100] それにカ卩えて、実施例 4の絶縁回路基板 14において、コルゲートフィン 42における 各頂部 42bの他方側である各フィン 42aの底部 42cには補強板 49が接合されている 。このため、絶縁回路基板 14全体の剛性が向上しており、絶縁基板 31が割れたり、 ヒビを生じたりする等の不具合の発生を抑制することができている。また、コルゲート フィン 42自体は、波長方向と波長方向に直交する方向とで剛性が異なる異方性を有 するが、この補強板 49が接合されることにより、コルゲートフィン 42の異方性を緩和さ せることができている。発明者らが試算した結果によれば、コルゲートフィン 42の高さ 力 mm程度程度と充分に確保されていれば、補強板 49が接合された絶縁基板 31 の反りも極めて小さくすることができている（反りは 2 m以下)。但し、コルゲートフィ ン 42の高さが減少する程、絶縁基板 31の反りが増加する傾向があることが解ってい る。
[0101] (実施例 5)
実施例 5のパワーモジュール用基板 5は、実施例 1〜実施例 4で述べたパワーモジ ユール用基板 1〜4を改良し、複数の絶縁回路基板を簡便な方法により搭載可能に したものである。実施例 5のパワーモジュール用基板 5は、実施例 1〜4の絶縁回路 基板 11〜14のいずれかを採用することが可能であるが、ここでは便宜上、実施例 1 の絶縁回路基板 11を採用して説明する。
[0102] 実施例 5のパワーモジュール用基板 5は、図 18及び図 19に示すように、 6枚（2 X 3 列に配列される）の絶縁回路基板 11と、ヒートシンク 65とを有する。
[0103] ヒートシンク 65には、一枚のベースプレート 65z上に配設された 6組（2 X 3列に配 列される）の冷媒室 65a、流入路 65g及び流出路 65hが形成されている。流入路 65g は冷媒室 65aに冷却媒体を流入させ、流出路 65hは冷媒室 65aから冷却媒体を流 出さ ·¾：るちのである。
[0104] 各絶縁回路基板 11は、ヒートシンク 65にバネ材 65eと Oリング 6 Idとにより封止状態 で固定されている。この際、各絶縁回路基板 11のコルゲートフィン 41は、冷媒室 65a 内に収納された状態となっている。
[0105] バネ材 65eは、弾性変形能が高いパネ鋼板製であり、図 20及び図 21に示すように 、上方から見て、中央に大きな開孔 651eを有する矩形をなし、四辺各々が下方に折 り曲げられて、下端側に係止用凸部 652eが形成されている。このばね材 65eは、図 18及び図 19に示すように、ヒートシンク 65に載置された絶縁回路基板 11の上方から 被せられて、係止用凸部 652eをヒートシンク 65に形成された係止用凹部 653eに嵌 め合わされることにより、絶縁回路基板 11をヒートシンク 65に固定するようになって ヽ る。この際、ヒートシンク 65と絶縁回路基板 11との間に Oリング 61dが介在することに より、ヒートシンク 65と絶縁回路基板 11との間が封止状態とされるとともに、ヒートシン ク 65と絶縁回路基板 11とが互 、の寸法変化を許容可能となって！/、る。
[0106] このような構成である実施例 5のパワーモジュール用基板 5は、パワーデバイス 91 が実装された複数の絶縁回路基板 11が搭載されて、パワーモジュールとなり、例え ば、ノ、イブリツドカ一等の移動体に搭載されて、上述の作用効果を奏することができ ている。それに加えて、このパワーモジュール用基板 5は、複数の絶縁回路基板 11 を簡便な方法により搭載可能となっている。特にバネ材 65eにより、絶縁回路基板 11 の着脱を容易に実施可能であり、メンテナンス性も大幅に向上して 、る。
[0107] (実施例 6)
実施例 6のパワーモジュール用基板 6は、実施例 5のパワーモジュール用基板 5の ばね材 65eに対して、図 22〜図 24に示すように、ばね材 66eの形状が異なる。その 他の構成は実施例 5のパワーモジュール用基板 5と同様であるので説明は省く。
[0108] バネ材 66eも、ばね材 65eと同様に、弾性変形能が高いパネ鋼板製であり、図 23 及び図 24に示すように、上方からみて、中央に大きな開孔 661eを有する矩形をなし 、四辺各々がー端上方に折り曲げられた後、下方に折り曲げられて、下端側に係止 用穴部 662eが形成されている。このばね材 66eは、図 22〖こ示すよう〖こ、ヒートシンク 65に載置された絶縁回路基板 11の上方力も被せられて、係止用穴部 662eをヒート シンク 65に形成された係止用凸部 663eに嵌め合わされることにより、絶縁回路基板 11をヒートシンク 65に固定するようになっている。この際、ヒートシンク 65と絶縁回路 基板 11との間に Oリング 61dが介在することにより、ヒートシンク 65と絶縁回路基板 1 1との間が封止状態とされるとともに、ヒートシンク 65と絶縁回路基板 11とが互いの寸 法変化を許容可能となって!/、る。
[0109] このような構成である実施例 6のパワーモジュール用基板 6も、実施例 5のパワーモ ジュール用基板 5と同様に、パワーデバイス 91が実装された絶縁回路基板 11が搭 載されて、パワーモジュールとなり、同様の作用効果を奏することができている。
[0110] (実施例 7)
実施例 7のパワーモジュール用基板 7は、実施例 5、 6のパワーモジュール用基板 5 、 6のば、ね材 65e、 66eの代わりに、図 25に示すように、ヒートシンク 65と絶縁回路基 板 11との寸法変化を許容可能な接着剤 67eによって固定されている点が異なる。そ の他の構成は実施例 5のパワーモジュール用基板 5と同様であるので説明は省く。
[0111] 接着剤 67eは、耐熱性、耐水性及び弾性変形能が高いシリコン系の弾性接着剤で ある。この接着剤 67eは、図 25に示すように、ヒートシンク 65に絶縁回路基板 11を載 置する際、双方の間に介在させて、絶縁回路基板 11の裏面側の周縁をヒートシンク 65に接着固定するようになっている。この接着剤 67eにより、ヒートシンク 65と絶縁回 路基板 11との間が封止状態とされるとともに、ヒートシンク 65と絶縁回路基板 11とが 互!、の寸法変化を許容可能となって 、る。
[0112] このような構成である実施例 7のパワーモジュール用基板 7も、実施例 5、 6のパワー モジュール用基板 5、 6と同様に、パワーデバイス 91が実装された絶縁回路基板 11 が搭載されて、パワーモジュールとなり、同様の作用効果を奏することができている。 また、部品点数を削減することができているので、製造コストの低廉ィ匕が可能となって いる。
[0113] (実施例 8)
実施例 1〜実施例 7のパワーモジュール用基板 1〜7では、絶縁回路基板 11〜14 とヒートシンク 61、 65とが別体となっているのに対して、実施例 8のパワーモジュール 用基板 8では、図 26〜図 28に示すように、絶縁回路基板 11とヒートシンク 68とが一 体とされたものである点が異なる。実施例 8のパワーモジュール用基板 8は、実施例 1 〜4の絶縁回路基板 11〜14のいずれかを採用することが可能である力 ここでは便 宜上、実施例 1の絶縁回路基板 11を採用して説明する。
[0114] 実施例 8のパワーモジュール用基板 8において、絶縁回路基板 11は、パワーデバ イス 91が実装される前の製造工程において、予めヒートシンク 68のベースプレート 6 8zの表面に、周壁部材 6¾を介して一体に接合固定される。
[0115] 周壁部材 6¾は、表面に亜鉛メツキ又はニッケルメツキ処理が施されたされた鉄又 は銅製のものであり、図 28に示すように、上面から見て矩形をなす側壁部 68 ljと、側 壁部 681jの上端力も水平外側に伸びる上面部 68¾と、側壁部 681jの下端力も水平 外側に伸びる下面部 68¾とからなる。
[0116] 絶縁回路基板 11と周壁部材 6¾とベースプレート 68zとは、下記のように一体ィ匕さ れる。
[0117] まず、流入路 68g及び流出路 68hが加工されたベースプレート 68zの表面に周壁 部材 68jを載置する。この際、ベースプレート 68zの表面と下面部 683jとの間にアル ミロゥ材を介在させる。次に周壁部材 6¾の上方に、絶縁回路基板 11を載置する。こ の際、絶縁回路基板 11の放熱層 51の裏面と、周壁部材 6¾の上面部 68¾との間に アルミロウ材を介在させる。そして、これらを加熱、冷却することにより、絶縁回路基板 11と周壁部材 68jとベースプレート 68zとがアルミロウ付けで一体化されることとなる。 また、この際、絶縁回路基板 11のコルゲートフィン 41は、絶縁回路基板 11と、周壁 部材 68jの側壁部 681jと、ベースプレート 68zとで囲まれた冷媒室 65a内に収納され る。
[0118] こうして、図 26に示すように、予め周壁部材 68j及びベースプレート 68zと一体化さ れた絶縁回路基板 11にパワーデバイス 91が実装され、流路が凹設された流路部材 68yがベースプレート 68zの裏面に組み付けられ、絶縁回路基板 11を保護する蓋部 材 68xがベースプレート 68zの表面に組み付けられた後、ボルト 68wにより、これらが 固定されて、実施例 8のパワーモジュール用基板 8が完成する。こうして、完成した実 施例 8のパワーモジュール用基板 8は、既にパワーデバイス 91が搭載されていること から、パワーモジュールとしても完成しており、例えば、ハイブリッドカー等の移動体 に搭載されて、上述の作用効果を奏することができている。
[0119] それに加えて、実施例 8のパワーモジュール用基板 8では、パワーデバイス 91が絶 縁回路基板 11に実装される前の製造工程にお 、て、予め絶縁回路基板 11がヒート シンク 68のベースプレート 68zの表面に、周壁部材 68jを介して一体に接合固定され る。このため、パワーモジュール用基板 8では、パワーデバイス 91の実装からパワー モジュールが完成するまでの作業工程が大幅に削減されており、組付け作業の作業 効率の向上に寄与している。
[0120] (実施例 9)
実施例 9のパワーモジュール用基板 9は、実施例 8のパワーモジュール用基板 8の 周壁部材 6¾に対して、図 29〜図 30に示すように、周壁部材 6¾の形状が異なる。 その他の構成は実施例 8のパワーモジュール用基板 8と同様であるので説明は省く。
[0121] 周壁部材 6 は、材料コストが低廉なアルミニウム製の押出成形中空角材を所定の 長さに切断して得られる。
[0122] このような周壁部材 91を採用することにより、実施例 9のパワーモジュール用基板 9 は、実施例 8のパワーモジュール用基板 8と同様の作用効果を奏することができるとと もに、製造コストの低廉ィ匕が可能となっている。
[0123] 以上において、本発明を実施例 1〜9に即して説明したが、本発明は上記実施例 1
〜9に制限されるものではなぐその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用でき ることはいうまでもない。
[0124] 例えば、ばね材 61e、 62e、 64eは、それぞれ実施例 1、 2、 4で使用したが、この組 み合わせに限られない。また、実施例 2〜4では、切れ目を挟んで隣り合うフィンのピ ツチがずれるようにコルゲートフィンを配置した力 ピッチがずれな!/、ようにコルゲート フィンを配置しても良い。
産業上の利用可能性
[0125] 本発明は絶縁回路及びパワーモジュール用基板に利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 一方の面にパワーデバイスが実装される配線層と、
該配線層の他方の面に接合された絶縁基板と、
複数のフィンが波状に形成され、該絶縁基板の他方の面側に各該フィンの頂部が 接合されたコルゲートフィンとを備えていることを特徴とする絶縁回路基板。
[2] 前記絶縁基板と前記コルゲートフィンとの間には放熱層が備えられていることを特 徴とする請求項 1記載の絶縁回路基板。
[3] 前記放熱層は前記配線層より薄いことを特徴とする請求項 2記載の絶縁回路基板
[4] 前記コルゲートフィンにおける各前記頂部の他方側である各前記フィンの底部には 補強板が接合されていることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項記載の絶縁 回路基板。
[5] 前記コルゲートフィンは、各前記フィンの前記頂部を除く部分が波長方向に延びる 切れ目により分断されていることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれ力 1項記載の 絶縁回路基板。
[6] 前記コルゲートフィンは、波長方向に延びる切れ目により分断された複数のフィン 部材力 なることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれ力 1項記載の絶縁回路基板。
[7] 前記コルグールフィンは、前記切れ目を挟んで隣り合う各前記フィンのピッチがず れて 、ることを特徴とする請求項 6記載の絶縁回路基板。
[8] 前記コルゲートフィンは、各前記フィンが矩形であることを特徴とする請求項 1乃至 3 の!、ずれか 1項記載の絶縁回路基板。
[9] 一方の面にパワーデバイスが実装される配線層と、該配線層の他方の面に接合さ れた絶縁基板と、複数のフィンが波状に形成され、該絶縁基板の他方の面側に各該 フィンの頂部が接合されたコルゲートフィンとを備えている絶縁回路基板と、
冷媒室、流入路及び流出路が形成され、該流入路は該冷媒室に冷却媒体を流入 させ、該流出路は該冷媒室力 該冷却媒体を流出させるものであるヒートシンクとを 有し、
該冷媒室内に前記コルゲートフィンが収納された状態で該ヒートシンクに該絶縁回 路基板が該冷媒室を封止する状態で固定されていることを特徴とするパワーモジュ ール用基板。
[10] 前記絶縁回路基板の前記絶縁基板が前記ヒートシンクに固定されていることを特 徴とする請求項 9記載のパワーモジュール用基板。
[11] 前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板とは、互いの寸法変化が許容可能に固定さ れていることを特徴とする請求項 9又は 10記載のパワーモジュール用基板。
[12] 前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板とは、ばね材によって固定されていることを特 徴とする請求項 11記載のパワーモジュール用基板。
[13] 前記ヒートシンクと前記絶縁回路基板とは、前記寸法変化を許容可能な接着剤によ つて固定されていることを特徴とする請求項 11記載のパワーモジュール用基板。
PCT/JP2006/308188 2005-04-27 2006-04-19 絶縁回路基板及びパワーモジュール用基板 WO2006118031A1 (ja)

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