(57)【要約】【課題】電子部品等の実装面となる回路層の平面度を向上できるヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造を提供すること。【解決手段】セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板と、絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面に配置されるヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造であって、回路層の外周部を押圧部材により筐体に向けて押圧させた状態で該押圧部材が筐体に固定される。【選択図】図１
2020096124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面に配置されるヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造であって、
前記回路層の外周部を押圧部材により前記筐体に向けて押圧させた状態で該押圧部材が前記筐体に固定されることを特徴とするヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【請求項２】
前記押圧部材は、前記回路層の外周部に当接する回路層当接部と、前記回路層当接部に接続され、前記ヒートシンクに当接するヒートシンク当接部と、を有し、
前記ヒートシンク当接部が前記ヒートシンクを介して前記筐体に固定されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【請求項３】
前記押圧部材は、前記回路層の外周部に当接する回路層当接部と、前記回路層当接部に接続され、前記筐体に当接する筐体当接部と、を有し、前記筐体当接部が前記筐体に固定されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、前記セラミックス基板とは反対側の面に複数のフィンを有し、
前記筐体は、前記ヒートシンク付き絶縁回路基板が前記筐体に固定された際に前記複数のフィンを収容する開口部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【請求項５】
前記ヒートシンクと前記筐体の該ヒートシンクに当接する面との間にグリースを介して前記ヒートシンク付き絶縁回路基板を前記筐体に取り付けることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【請求項６】
前記回路層の前記外周部より内側の実装面には、ＬＥＤ素子が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュール用基板等の絶縁回路基板にヒートシンクが接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール用基板として、窒化アルミニウムを始めとするセラミックス基板からなる絶縁層の一方の面にアルミニウムやアルミニウム合金からなる回路層が形成された絶縁回路基板や、回路層に銅層が接合された絶縁回路基板が知られている。これらをＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）放熱モジュールに適用する場合、セラミックス基板の裏面に金属層が設けられていないため、セラミックス基板と回路層との熱膨張係数の差に起因して、接合時に絶縁回路基板は基本的に回路層側から見て凹状に反る。一方、絶縁回路基板の回路層と反対側の面にヒートシンクが設けられたヒートシンク付き絶縁回路基板については、多くは回路層側から見て凸状に反るが、回路層が銅層を備えている場合や、その構成次第で、回路層側から見て凹状に反る場合もある。
【０００３】
このようなヒートシンク付き絶縁回路基板の反りを改善する方法として、例えば、特許文献１に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法が知られている。この製造方法では、ヒートシンクを金属層に対し降伏応力の高い材料により形成し、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との接合時において、ヒートシンクとパワーモジュール用基板との積層体を、その積層方向のヒートシンクとは反対側から見て凹状の反りを生じさせた状態とし、加熱した状態で所定時間保持した後に冷却することにより、反りを低減したヒートシンク付きパワーモジュール用基板を得ることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７６５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載のヒートシンク付きパワーモジュール用基板の製造方法により製造されるヒートシンク付きパワーモジュール用基板は、反りが小さいため、これを用いたパワーモジュールのモジュール性能に与える影響はわずかであった。しかしながら、電子部品としてＬＥＤ素子を用い、ヒートシンク付き絶縁回路基板が配光制御機能を持つＬＥＤ放熱モジュールとして用いられる場合、回路層における実装面へのＬＥＤ素子の実装位置やその角度は、極めて精密に制御する必要があるため、パワーモジュールとして用いる場合には問題とならなかったわずかな反りも各光源の光軸をずらす要因となり、ＬＥＤ放熱モジュールとしての使用が難しい場合があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、電子部品等の実装面となる回路層の平面度を向上できるヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成された絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の前記回路層とは反対側の面に配置されるヒートシンクとを備えたヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造であって、前記回路層の外周部を押圧部材により前記筐体に向けて押圧させた状態で該押圧部材が前記筐体に固定される。
【０００８】
ここで、ヒートシンク付き絶縁回路基板が凹状に沿っている場合、回路層もその中心が最も深く外周部に向かうに従って上側に反る形状（いわゆるすり鉢状）となる。このため、回路層の平面度が低く、この回路層の外周部より内側に位置する実装面にＬＥＤ素子等を実装してＬＥＤ放熱モジュールとして用いた場合、ＬＥＤ素子（ＬＥＤ光源）から放射される光の光軸がずれ、配光制御機能が低下する。これに対し、本発明では、ヒートシンク付き絶縁回路基板は、回路層の外周部を押圧部材により押圧させた状態で押圧部材が筐体に固定されることにより、回路層の外周部を筐体に向けて押圧する押圧力が発生する。このため、回路層の平面度を向上できる。すなわち、回路層におけるＬＥＤ素子等が実装される実装面の平面度を向上できる。
【０００９】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造の一つの態様としては、前記押圧部材は、前記回路層の外周部に当接する回路層当接部と、前記回路層当接部に接続され、前記ヒートシンクに当接するヒートシンク当接部と、を有し、前記ヒートシンク当接部が前記ヒートシンクを介して前記筐体に固定される。
【００１０】
上記態様では、押圧部材のヒートシンク当接部がヒートシンクを介して筐体に固定されることから、ヒートシンクが筐体に向けて押圧された状態となり、ヒートシンクの反りを改善できる。このため、ヒートシンクに当接する押圧部材のヒートシンク当接部が確実にヒートシンクに当接でき、これにより該ヒートシンク当接部に接続される回路層当接部により、回路層の外周部を確実に筐体に向けて押圧できる。したがって、回路層の平面度を確実に向上できる。
【００１１】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造の他の一つの態様としては、前記押圧部材は、前記回路層の外周部に当接する回路層当接部と、前記回路層当接部に接続され、前記筐体に当接する筐体当接部と、を有し、前記筐体当接部が前記筐体に固定される。
【００１２】
上記態様では、押圧部材の回路層当接部に接続された筐体当接部が筐体に固定されることから、筐体当接部に接続された回路層当接部により回路層の外周部を筐体に向けて押圧できる。したがって、ヒートシンクの反りの程度にかかわらず、回路層の平面度を確実に向上できる。
【００１３】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造のさらに他の一つの態様としては、前記ヒートシンクは、前記セラミックス基板とは反対側の面に複数のフィンを有し、前記筐体は、前記ヒートシンク付き絶縁回路基板が前記筐体に固定された際に前記複数のフィンを収容する開口部を有する。
【００１４】
上記態様では、ヒートシンクが複数のフィンを有している場合でも、筐体に固定された際に開口部内に収容されるので、ヒートシンク付き絶縁回路基板の放熱性能を高めることができる。
【００１５】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造のさらに他の一つの態様としては、前記ヒートシンクと前記筐体の該ヒートシンクに当接する面との間にグリースを介して前記ヒートシンク付き絶縁回路基板を前記筐体に取り付ける。
【００１６】
なお、上記グリースとしては、アルミニウム粉末又はカーボン粉末が含まれていることが好ましい。
上記態様では、ヒートシンクと筐体のヒートシンクに当接する面との間にグリースが設けられているので、ヒートシンクの熱を筐体に伝達させやすくでき、筐体を介してヒートシンクの熱を放熱できる。したがって、ヒートシンク付き絶縁回路基板の放熱性能をさらに高めることができる。
【００１７】
本発明のヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造のさらに他の一つの態様としては、前記回路層の前記外周部より内側の実装面には、ＬＥＤ素子が設けられている。
【００１８】
上記態様では、回路層におけるＬＥＤ素子等が実装される実装面の平面度が高いため、ＬＥＤ素子から放射される光の光軸がずれることを抑制できる。したがって、ヒートシンク付き絶縁回路基板が固定された筐体、すなわち、ＬＥＤ放熱モジュールとして適切に使用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電子部品等の実装面となる回路層の平面度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一実施形態に係るヒートシンク付き絶縁回路基板の筐体への取り付け構造を用いたＬＥＤ放熱モジュールを示す断面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ放熱モジュールの平面図である。
【図３】上記第一実施形態の第一変形例に係るＬＥＤ放熱モジュールを示す断面図である。
【図４】上記第一実施形態の第二変形例に係るＬＥＤ放熱モジュールを示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るＬＥＤ放熱モジュールの断面図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係るＬＥＤ放熱モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、第一実施形態におけるＬＥＤ放熱モジュール１００の断面図であり、図２は、ＬＥＤ放熱モジュール１００の平面図である。なお、図１におけるＬＥＤ放熱モジュール１００の断面図は、図２のＡ１−Ａ１線に沿う矢視断面図である。
【００２２】
［ＬＥＤ放熱モジュールの概略構成］
本実施形態に係るＬＥＤ放熱モジュール１００は、図１に示すように、ヒートシンク付き絶縁回路基板１が筐体５０に取り付けられることにより構成される。このようなＬＥＤ放熱モジュール１００は、例えば、自動車のヘッドランプ等に用いられる。
【００２３】
［ヒートシンク付き絶縁回路基板の構成］
このヒートシンク付き絶縁回路基板１は、絶縁回路基板１０にヒートシンク２０が接合されたヒートシンク付き絶縁回路基板１にＬＥＤ素子３０が設けられたものである。具体的には、絶縁回路基板１０は、いわゆるパワーモジュール用基板であり、絶縁回路基板１０の上面には、図１及び図２に示すように、４つのＬＥＤ素子３０が搭載され、ＬＥＤモジュール４０となる。なお、本実施形態では、ＬＥＤ素子３０が設けられているが、これに限らず、例えば、半導体を備えた電子部品であり、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の種々の半導体素子が選択される。
【００２４】
この場合、ＬＥＤ素子３０は、図示を省略するが、上部に上部電極部が設けられ、下部に下部電極部が設けられており、下部電極部が回路層１２の上面１２１にはんだ等により接合されることで、ＬＥＤ素子３０が回路層１２の上面１２１に搭載される。例えば、本実施形態では、回路層１２の上面１２１における外周部Ａｒ１の内側に位置する実装面Ａｒ２に４つ搭載されている。また、ＬＥＤ素子３０の上部電極部は、はんだ等で接合されたリードフレーム等を介して回路層１２の回路電極部等に接続され、ＬＥＤモジュール４０が製造される。
【００２５】
［絶縁回路基板の構成］
絶縁回路基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３とを備える。
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３の間の電気的接続を防止する絶縁材であって、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等により形成され、その板厚は０．２ｍｍ〜１．２ｍｍである。
【００２６】
回路層１２は、セラミックス基板１１に接合されている。この回路層１２は、純度９９質量％以上の純アルミニウム（例えば、ＪＩＳ規格では１０００番台の純アルミニウム、特に１Ｎ９０（純度９９．９質量％以上：いわゆる３Ｎアルミニウム）又は、１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）や、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金等を用いることができ、その厚さは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍに設定されている。
金属層１３は、純度９９質量％以上の純アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、ＪＩＳ規格では１０００番台のアルミニウム、特に１Ｎ９９（純度９９．９９質量％以上：いわゆる４Ｎアルミニウム）を用いることができ、その厚さは０．６ｍｍ〜１．６ｍｍに設定されている。
【００２７】
そして、これら回路層１２及び金属層１３は、回路層１２、セラミックス基板１１、及び金属層１３の順に、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を介して積層され、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合されて絶縁回路基板１０となる。
【００２８】
［ヒートシンクの構成］
この絶縁回路基板１０に接合されるヒートシンク２０は、Ａ６０６３系等のアルミニウム合金を鍛造により成形することにより形成される。このヒートシンク２０の上面に絶縁回路基板１０の金属層１３が、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより絶縁回路基板１０にヒートシンク２０が接合されて、ヒートシンク付き絶縁回路基板１となる。
【００２９】
次に、本実施形態のヒートシンク付き絶縁回路基板１（ＬＥＤモジュール４０）の筐体５０への取り付け構造について説明する。
このようなヒートシンク付き絶縁回路基板１は、図１及び図２に示すように、回路層１２の上面１２１における外周部Ａｒ１を筐体５０に向けて押圧する押圧部材６０により押圧された状態で筐体５０に固定される。この押圧部材６０は、ねじにより構成される固定部材７０により、押圧部材６０及びヒートシンク２０が重なった状態で筐体５０に固定される。
【００３０】
［押圧部材の構成］
押圧部材６０は、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）等により構成されている。この押圧部材６０は、図１及び図２に示すように、回路層１２の外周部Ａｒ１に当接する回路層当接部６１と、回路層当接部６１に接続され、ヒートシンク２０に当接するヒートシンク当接部６２と、を有している。回路層当接部６１は、図１及び図２に示すように、矩形平板状に形成され、中央に矩形状の開口部６１１を有している。この開口部６１１は、押圧部材６０が筐体５０に固定された際に、回路層１２の上面１２１の外周部Ａｒ１の内側に位置する実装面Ａｒ２に対向して配置される。すなわち、開口部６１１から回路層１２の実装面Ａｒ２に配置されたＬＥＤ素子３０が外部に露出する。
【００３１】
回路層当接部６１の外周端部には、ヒートシンク当接部６２が接続されている。このヒートシンク当接部６２は、回路層当接部６１の下面６１２の外周端部から筐体５０に向けて直線状に延びる筒状部６２１と、筒状部６２１の下端部から外側に向かって延びる当接部６２２と、を備えている。これらのうち、当接部６２２は、図２に示すように、その下面６２３がヒートシンク２０の上面に当接する。
【００３２】
また、回路層当接部６１の幅寸法Ｌ１は、５ｍｍ〜１０ｍｍに設定され、開口端部から２ｍｍ〜５ｍｍの範囲が回路層１２の外周部Ａｒ１に当接する。すなわち、外周部Ａｒ１の幅寸法Ｌ０は、２ｍｍ〜５ｍｍとされる。また、ヒートシンク当接部６２の幅寸法Ｌ２（ヒートシンク２０と当接する面の幅寸法）は、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定されている。また、押圧部材６０の厚さ寸法Ｌ３は、３ｍｍ〜１０ｍｍに設定され、回路層当接部６１及びヒートシンク当接部６２（当接部６２２）の厚さ寸法は同じである。さらに、当接部６２２の下面６２３（ヒートシンク２０の上面）から回路層当接部６１の下面６１２までの寸法Ｌ４は、絶縁回路基板１０と同じ厚さ若しくは若干小さく設定され、例えば２ｍｍ〜２．３ｍｍに設定されている。また、押圧部材６０の幅寸法Ｌ５は２０ｍｍ〜４５ｍｍに設定され、ヒートシンク２０の幅寸法よりも若干小さく設定されている。なお、押圧部材６０の幅寸法Ｌ５は、ヒートシンク２０の幅寸法と同一であってもよい。
【００３３】
このような押圧部材６０は、回路層当接部６１の下面６１２が回路層１２の外周部Ａｒ１に当接させられ、かつヒートシンク２０の上面に当接させられた状態で、固定部材７０がヒートシンク当接部６２及びヒートシンク２０を貫通して、これらが筐体５０に固定される。これにより、ヒートシンク当接部６２が筐体５０に向けて押圧されることとなり、回路層１２の外周部Ａｒ１が筐体５０に向けて押圧された状態となる。さらに、ヒートシンク２０も筐体５０に押圧された状態となる。これにより、回路層１２の実装面Ａｒ２及びヒートシンク２０の平面度が向上する。
【００３４】
なお、固定部材７０は、図２に示すように、押圧部材６０の４つの角部及びこれらの間に１つずつ設けられているが、これに限らず、４つの角部にのみ設けられてもよいし、さらに多くの固定部材７０が設けられてもよい。また、固定部材７０は、ねじにより構成されることとしたが、これに限らず、例えばクランプ等により構成されてもよい。
【００３５】
また、ヒートシンク２０と筐体５０のヒートシンク２０に当接する面との間には、アルミニウム粉末又はカーボン粉末が含まれているグリース４１を介してヒートシンク付き絶縁回路基板１が筐体５０に取り付けられている。なお、本実施形態では、グリース４１を介して筐体５０にヒートシンク付き絶縁回路基板１が固定されることとしたが、グリース４１はなくてもよい。
【００３６】
なお、本実施形態では、回路層当接部６１は、回路層１２の外周部Ａｒ１の全領域に重なって配置されることとしたが、これに限らず、例えば、回路層１２の４つの角部に重なって配置されない形状であってもよいし、回路層１２の外周部Ａｒ１のうち、対向する２辺のみを押圧する形状であってもよい。すなわち、回路層１２の平面度を向上できれば、回路層１２の形状は問わない。
【００３７】
本実施形態では、ヒートシンク付き絶縁回路基板１は、回路層１２の外周部Ａｒ１を筐体５０に向けて押圧部材６０により押圧された状態で筐体５０に固定されるので、回路層１２の平面度を向上できる。また、固定部材７０によりヒートシンク２０が筐体５０に向けて押圧された状態で筐体５０に固定されるので、ヒートシンク２０の反りを改善できる。このため、ヒートシンク２０に当接する押圧部材６０のヒートシンク当接部６２が確実にヒートシンク２０の上面に当接でき、これによりヒートシンク当接部６２に接続される回路層当接部６１により、回路層１２の外周部Ａｒ１を確実に筐体５０に向けて押圧できる。すなわち、回路層１２におけるＬＥＤ素子３０等が実装される実装面Ａｒ２の平面度を向上できる。このように回路層１２におけるＬＥＤ素子３０等が実装される実装面Ａｒ２の平面度が高いため、ＬＥＤ素子３０から放射される光の光軸がずれることを抑制できる。したがって、ヒートシンク付き絶縁回路基板１が固定された筐体５０、すなわち、ＬＥＤ放熱モジュール１００として適切に使用することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、ヒートシンク２０と筐体５０のヒートシンク２０に当接する面との間にグリース４１が設けられているので、ヒートシンク２０の熱を筐体５０に伝達させやすくでき、筐体５０を介してヒートシンク２０の熱を放熱できる。したがって、ヒートシンク付き絶縁回路基板１の放熱性能をさらに高めることができる。
【００３９】
［第一実施形態の第一変形例］
上記実施形態では、回路層１２は、純度９９質量％以上の純アルミニウムやアルミニウム合金等により構成される一層の金属層により構成されていることとしたが、これに限らず、例えば、回路層１２は、複数の金属層により構成されることとしてもよい。
図３は、第一実施形態の第一変形例に係るＬＥＤ放熱モジュール１００Ａの断面を示す断面図である。なお、以下の説明では、第一実施形態と同一又は略同一の部分については、説明を省略又は簡略化する。
【００４０】
本変形例の回路層１２は、図３に示すように、セラミックス基板１１に接合される第一回路層１４と、第一回路層１４の上面に接合される第二回路層１５とを備えている。これらのうち第一回路層１４は、純アルミニウム又はアルミニウム合金により構成されている。一方、第二回路層１５は、純銅や無酸素銅又は銅合金により構成されている。また、第一回路層１４の厚さは０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍに設定され、第二回路層１５の厚さは０．２ｍｍ〜１ｍｍに設定され、いずれも同形状（矩形平板状）とされる。
そして、第二回路層１５、第一回路層１４、セラミックス基板１１、及び金属層１３の順に、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系やＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより、接合されて絶縁回路基板１０Ａとなる。
【００４１】
なお、本変形例では、絶縁回路基板１０Ａの回路層１２Ａが第一回路層１４及び第二回路層１５を備えていることから、上記第一実施形態の絶縁回路基板１０よりもその厚さが大きい。このため、本変形例では、ヒートシンク当接部６２の当接部６２２の下面６２３（ヒートシンク２０の上面）から回路層当接部６１の下面６１２までの寸法Ｌ６は、上記寸法Ｌ４より大きく、かつ、絶縁回路基板１０Ａと同じ厚さ若しくは若干小さく設定され、例えば２．５ｍｍ〜２．８ｍｍに設定されている。
【００４２】
［第一実施形態の第二変形例］
上記実施形態では、絶縁回路基板１０は、金属層１３を有することとしたが、これに限らず、例えば、金属層１３はなくてもよい。
図４は、第一実施形態の第二変形例に係るＬＥＤ放熱モジュール１００Ｂの断面を示す断面図である。なお、以下の説明では、第一実施形態と同一又は略同一の部分については、説明を省略又は簡略化する。
【００４３】
本変形例では、絶縁回路基板１０Ｂは、金属層１３を備えていない。このため、セラミックス基板１１の回路層１２とは反対側の面にヒートシンク２０が直接接合されている。また、本変形例では、絶縁回路基板１０Ｂが金属層１３を備えていないことから、上記第一実施形態の絶縁回路基板１０よりもその厚さが小さい。このため、本変形例では、ヒートシンク当接部６２の当接部６２２の下面６２３（ヒートシンク２０の上面）から回路層当接部６１の下面６１２までの寸法Ｌ７は、上記寸法Ｌ４より小さく、かつ、絶縁回路基板１０Ｂと同じ厚さ若しくは若干小さく設定され、例えば０．５ｍｍ〜０．７ｍｍに設定されている。
【００４４】
［第二実施形態］
次に本発明の第二実施形態について、図面を用いて説明する。
図５は、第二実施形態に係るＬＥＤ放熱モジュール１００Ｃの断面を示す断面図である。本実施形態のＬＥＤ放熱モジュール１００Ｃは、ヒートシンク２０Ｃが複数のピン状フィン２０１を備えている点及び筐体５０Ｃが複数のピン状フィン２０１を収容する開口部５０１を備えている点で上記第一実施形態と異なる。
なお、以下の説明では、第一実施形態と同一又は略同一の部分については、説明を省略又は簡略化する。
【００４５】
本実施形態では、図５に示すように、ヒートシンク２０Ｃの絶縁回路基板１０との接合面とは反対側の面に、複数のピン状フィン２０１が立設されている。これら複数のピン状フィン２０１の高さは０．５〜１０ｍｍとされている。なお、ヒートシンク２０Ｃに立設されるフィンの形状は特に限定されるものではなく、本実施形態のようなピン状フィン２０１の他、ひし形フィンや帯板状のフィン等を形成することもできる。
また、筐体５０は、開口部５０１を備え、この開口部５０１は、ヒートシンク２０Ｃに立設された複数のピン状フィン２０１に対向するように配置され、ヒートシンク付き絶縁回路基板１Ｃが筐体５０に固定された際に、複数のピン状フィン２０１を収容する。
【００４６】
なお、本実施形態では、ヒートシンク２０Ｃと筐体５０との間には、グリース４１を配置しないこととしたが、これに限らず、これらの間にグリース４１を配置することとしてもよい。
本実施形態では、ヒートシンク２０Ｃが複数のピン状フィン２０１を有している場合でも、筐体５０に固定された際に開口部５０１内に収容されるので、ヒートシンク付き絶縁回路基板１Ｃの放熱性能を高めることができる。
【００４７】
［第三実施形態］
次に本発明の第三実施形態について、図面を用いて説明する。
図６は、本実施形態に係るＬＥＤ放熱モジュール１００Ｄの断面を示す断面図である。
本実施形態のＬＥＤ放熱モジュール１００Ｄは、上記第二実施形態と同様にヒートシンク２０Ｃを備え、かつ筐体５０Ｃが開口部５０１を備えている点、の他、押圧部材６０に代えて、押圧部材６０Ｄを備えている点で上記第一実施形態と異なる。
なお、以下の説明では、第一及び第二実施形態と同一又は略同一の部分については、説明を省略又は簡略化する。
【００４８】
本実施形態の押圧部材６０Ｄは、図６に示すように、回路層１２の外周部Ａｒ１に当接する回路層当接部６１Ｄと、回路層当接部６１Ｄに接続され、筐体５０Ｃに当接することで回路層当接部６１Ｄにより回路層１２の外周部Ａｒ１を筐体５０Ｃに向けて押圧させる筐体当接部６３と、を有している。この回路層当接部６１Ｄは、第一実施形態の回路層当接部６１と略同形状に形成され、矩形状の開口部６１１を備えている。また、回路層当接部６１Ｄの幅寸法Ｌ９は、第一実施形態の回路層当接部６１の幅寸法Ｌ１よりも大きく設定される。具体的には、図６に示すように、回路層当接部６１Ｄの幅寸法Ｌ９は、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定され、その外周端部がヒートシンク２０Ｃの外周端部よりも外側に位置している。また、第一実施形態と同様に、回路層当接部６１Ｄの開口端部から２ｍｍ〜５ｍｍの範囲が回路層１２の外周部Ａｒ１に当接する。すなわち、外周部Ａｒ１の幅寸法Ｌ０は、上記第一実施形態と同じとされる。
【００４９】
回路層当接部６１Ｄの外周端部には、筐体当接部６３が接続されている。この筐体当接部６３は、回路層当接部６１Ｄの下面６１２の外周端部から筐体５０Ｃに向けて直線状に延びる筒状部６３１と、筒状部６３１の下端部から外側に向かって延びる当接部６３２と、を備えている。これらのうち、当接部６３２は、図６に示すように、その下面６３３が筐体５０Ｃの上面に当接する。また、筐体当接部６３の幅寸法Ｌ２（筐体５０Ｃと当接する面の幅寸法）は、上記第一実施形態のヒートシンク当接部６２の幅寸法Ｌ２より小さく、例えば、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下に設定される。さらに、当接部６３２の下面６３３（筐体５０の上面）から回路層当接部６１Ｄの下面６１２までの寸法Ｌ１１は、絶縁回路基板１０及びヒートシンク２０のピン状フィン２０１を除く部位と同じ厚さ若しくは若干小さく設定され、例えば７ｍｍ〜７．３ｍｍに設定されている。また、押圧部材６０Ｄの幅寸法Ｌ８は上記第一実施形態の押圧部材６０の幅寸法Ｌ５に比べて大きく、かつ、ヒートシンク２０Ｃの幅より大きく設定されている。この幅寸法Ｌ８は、例えば、６０ｍｍ以上に設定されている。
【００５０】
このような押圧部材６０Ｄは、回路層当接部６１Ｄの下面６１２が回路層１２の外周部Ａｒ１に当接させられ、かつ筐体５０Ｃの上面に当接させられた状態で、固定部材７０が筐体当接部６３を貫通して筐体５０Ｃに固定される。これにより、筐体当接部６３が筐体５０Ｃに向けて押圧されることとなり、これにより回路層１２の外周部Ａｒ１が筐体５０Ｃに向けて押圧された状態となる。これにより、回路層１２の実装面Ａｒ２の平面度が向上する。
なお、本実施形態では、ヒートシンク２０Ｃは、固定部材７０により固定されていないため、ヒートシンク２０Ｃは回路層１２側から見て若干凹状に沿っている可能性がある。このため、図６には図示していないが、筐体５０Ｃのヒートシンク２０Ｃに当接する部位とヒートシンク２０Ｃとの間にグリース４１を配置するとよい。
【００５１】
本実施形態では、押圧部材６０Ｄの回路層当接部６１Ｄに接続された筐体当接部６３が筐体５０Ｃに向けて押圧された状態で筐体５０Ｃに固定されるので、ヒートシンク２０Ｃの反りの程度にかかわらず、回路層１２の平面度を確実に向上できる。
【００５２】
その他、細部構成は実施形態の構成のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、回路層１２，１２Ａの実装面Ａｒ２には、ＬＥＤ素子３０を搭載することとしたが、これに限らず、その他の電子部品を搭載してもよい。すなわち、本発明は、ＬＥＤ放熱モジュールに限らず、パワーモジュール等にも適用できる。
【実施例】
【００５３】
絶縁回路基板として、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）により形成された平面視で７０ｍｍ×７０ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍのセラミックス基板の一方の面にＡ６０６３系のアルミニウム合金からなる回路層、他方の面に４Ｎアルミからなる金属層を接合したものを用い、これに、外径が１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ４ｍｍのヒートシンクを接合したヒートシンク付き絶縁回路基板を製造した。なお、これらの接合については、回路層、セラミックス基板、金属層及びヒートシンクをＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材を介して積層し、これらを積層方向に加圧して加熱することにより接合し、ヒートシンク付き絶縁回路基板を製造した。
【００５４】
そして、ヒートシンク付き絶縁回路基板の回路層（回路層の外周部の内側に位置する実装面）の中央に複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤ光源を１つ搭載し、ＬＥＤモジュールとし、このＬＥＤモジュールを筐体に固定することによりＬＥＤ放熱モジュールを製造した。実施例１では、上記第一実施形態に示した押圧部材を用いて回路層の外周部を筐体に向けて押圧した状態で筐体に固定してＬＥＤ放熱モジュールとした。なお、絶縁回路基板の厚さとヒートシンクの上面から押圧部材の下面までの距離とは、同じとした。一方、比較例１では、ＬＥＤモジュールを、押圧部材を用いずに筐体にねじ固定して、ＬＥＤ放熱モジュールとした。
このようにして製造された実施例１及び比較例１のＬＥＤ放熱モジュールについて、全光量に対する直進した光量の比率（光量比）を評価した。
【００５５】
（回路層の実装面における反り量）
実装面の平面度は、回路層の上面における外周部の内側に位置する実装面（１０ｍｍ×１０ｍｍ）を測定面とし、ＡｋｒｏＭｅｔｒｉｘ社製Tｈｅｒｍｏｉｒｅ  ＰＳ２００を用い、測定面のプロファイルから最小二乗面を求め、その最小二乗面を基準として、最高点と最低点の差分を反りして測定した。
【００５６】
（光量比）
光量比は、全光量に対する直進した光量の比率であり、照度計（アズワン社製ＬＭ３３１）を用いて、測定した。具体的には、ＬＥＤ光源の先端から照度計の検出部までの距離を１０００ｍｍとし、ＬＥＤ光源の直径を１０ｍｍ、検出部の直径も１０ｍｍとした。この条件下において、ＬＥＤ光源の全光量に対するＬＥＤ光源から直進した光の光量の比率を算出した。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2020096124.tif 000003
【００５８】
表１から明らかなように、押圧部材により回路層の外周部を押圧した実施例１は、実装面の反りが５μｍと小さいため、光量比が２５．０％と高かった。一方、回路層を押圧部材により押圧しなかった比較例では、実装面の反りが３０μｍと大きいため、光量比が８．７％と低かった。このため、押圧部材により回路層の外周部を筐体に向けて押圧した状態で筐体に取り付けることにより、実装面の反りを小さくでき、ＬＥＤ放熱モジュールとして適切に使用できることがわかった。
【符号の説明】
【００５９】
１  １Ｃ  ヒートシンク付き絶縁回路基板
１０  １０Ａ  １０Ｂ  絶縁回路基板
１１  セラミックス基板
１２  １２Ａ  回路層
１３  金属層
１４  第１回路層
１５  第２回路層
２０  ２０Ｃ  ヒートシンク
２０１  ピン状フィン
３０  ＬＥＤ素子
４０  ＬＥＤモジュール
５０  ５０Ｃ  筐体
５０１  開口部
６０  ６０Ｄ  押圧部材
６１  ６１Ｄ  回路層当接部
６１１  開口部
６１２  下面
６２  ヒートシンク当接部
６３  筐体当接部
６２１  ６３１  筒状部
６２２  ６３２  当接部
６２３  ６３３  下面
１００  １００Ａ  １００Ｂ  １００Ｃ  １００Ｄ  ＬＥＤ放熱モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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