(57)【要約】  【課題】  熱伝導基板からヒートシンクへの熱伝導を向上できる絶縁放熱基板を提供する。  【解決手段】  金属からなる熱伝導基板１と、該熱伝導基板１の少なくとも一部の主面に形成された絶縁膜３と、熱伝導基板１の外周部および中央部がねじ１１により固定されたヒートシンク１３とを具備してなることを特徴とする。これにより、熱伝導基板１の外周部のみならず、熱伝導基板１の中央部もヒートシンク１３にねじ止めしたため、熱伝導基板１の外周部のみならず、中央部をもヒートシンク１３に密接させることができ、熱伝導基板１の中央部からヒートシンク１３に十分に熱伝導させることができ、熱伝導基板１の熱膨張による薄い絶縁膜３の破損を抑制でき、絶縁性を維持できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる熱伝導基板と、該熱伝導基板の一方側の主面の少なくとも一部に形成された絶縁膜と、前記熱伝導基板の他方側の主面が当接し、前記熱伝導基板の外周部および中央部がねじにより固定されたヒートシンクとを具備してなることを特徴とする絶縁放熱基板。
【請求項２】
前記熱伝導基板の一方側の主面に前記ねじの頭部を収容する凹部が形成されており、前記絶縁膜は、前記凹部以外の前記熱伝導基板の一方側の主面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁放熱基板。
【請求項３】
前記熱伝導基板には、厚み方向に複数の空洞が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁放熱基板。
【請求項４】
前記複数の空洞は前記熱伝導基板の厚み方向に貫通して形成され、前記空洞と連通する貫通孔が前記絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の絶縁放熱基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁放熱基板に関し、特に、熱伝導基板と、該熱伝導基板の少なくとも一部の主面に形成された絶縁膜と、熱伝導基板が取り付けられたヒートシンクとを具備する絶縁放熱基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車、ハイブリッド自動車のインバータに用いられる発熱を伴うＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワートランジスタの冷却装置には、絶縁放熱基板が用いられている。
【０００３】
このような絶縁放熱基板として、従来、熱伝導基板の下面に熱伝導グリース層を介在させた状態でネジを用いてヒートシンクが取り付けられたものが知られている（特許文献１参照）。この絶縁放熱基板では、絶縁膜が形成されていない熱伝導基板の外周部がネジを用いてヒートシンクに取り付けられている。絶縁膜の表面には回路板が接合され、この回路板の表面には、ハンダ層を介して半導体チップが実装されており、半導体チップの表面と回路板の表面とがＡｌワイヤで接続されている。
【０００４】
このように構成された絶縁放熱基板においては、熱伝導基板の外周部がヒートシンクにねじにより取り付けられ、熱伝導基板の外周部がヒートシンクに十分に押圧され、密接し、半導体チップで生じた熱がヒートシンクで放熱させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７８５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された絶縁放熱基板では、熱伝導基板の外周部がネジを用いてヒートシンクに取り付けられていたため、熱伝導基板の外周部はヒートシンクに十分に押圧され、十分に密接しているが、熱伝導基板の中央部ではヒートシンクへの押圧力が低く、これにより、熱伝導基板の中央部からヒートシンクへの熱伝導が低いという問題があった。
【０００７】
本発明は、熱伝導基板の中央部からヒートシンクへの熱伝導を向上できる絶縁放熱基板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】
【０００８】
本発明の絶縁放熱基板は、金属または合金からなる熱伝導基板と、該熱伝導基板の一方側の主面の少なくとも一部に形成された絶縁膜と、前記熱伝導基板の他方側の主面が当接し、前記熱伝導基板の外周部および中央部がねじにより固定されたヒートシンクとを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
このような絶縁放熱基板では、熱伝導基板の外周部のみならず、熱伝導基板の中央部もヒートシンクにねじ止めしたため、熱伝導基板の外周部のみならず、中央部をもヒートシンクに密接させることができ、熱伝導基板の中央部からヒートシンクに十分に熱伝導させることができるとともに、熱伝導基板の熱膨張による薄い絶縁膜の破損を抑制でき、絶縁性を維持できる。
【００１０】
また、本発明の絶縁放熱基板は、前記熱伝導基板の一方側の主面に前記ねじの頭部を収容する凹部が形成されており、前記絶縁膜は、前記凹部以外の前記熱伝導基板の一方側の主面に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような絶縁放熱基板では、ねじが絶縁膜に接触することなく、熱伝導基板をヒートシンクに直接ねじ止めできるため、しっかりねじを締め付けることができ、熱伝導基板をヒートシンク側に強く押圧でき、熱伝導基板からヒートシンクにさらに熱伝導させることができる。
【００１２】
さらに、本発明の絶縁放熱基板は、前記熱伝導基板には、厚み方向に複数の空洞が形成されていることを特徴とする。このような絶縁放熱基板では、ねじを締め付け、熱伝導基板をヒートシンク側に強く押圧するため、ヒートシンクと熱伝導基板との間に熱応力が発生し、熱伝導基板の熱膨張が薄い絶縁膜に影響を与えるおそれがあるが、熱伝導基板には、厚み方向に複数の空洞が形成されているため、熱伝導基板に発生する熱応力を空洞で緩和することができ、熱伝導基板の熱膨張を抑制して絶縁膜への影響力を低減できる。
【００１３】
また、本発明の絶縁放熱基板は、前記複数の空洞は前記熱伝導基板の厚み方向に貫通して形成され、前記空洞と連通する貫通孔が前記絶縁膜に形成されていることを特徴とする。このような絶縁放熱基板では、空洞が熱伝導基板を貫通し、絶縁膜の貫通孔と連通しているため、熱が熱伝導基板の空洞および絶縁膜の貫通孔を介して外部に放出され、熱伝導基板に発生する熱応力をさらに緩和することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の絶縁放熱基板では、熱伝導基板の外周部のみならず、熱伝導基板の中央部もヒートシンクにねじ止めしたため、熱伝導基板の外周部のみならず、中央部をもヒートシンクに密接させることができ、熱伝導基板の中央部からヒートシンクに十分に熱伝導させることができるとともに、熱伝導基板の熱膨張による薄い絶縁膜の破損を抑制でき、絶縁性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の絶縁放熱基板の一実施形態を示すもので、（ａ）は（ｂ）のＩａ−Ｉａ線に沿った縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】図１のヒートシンクを省略して記載した拡大断面図である。
【図３】熱伝導基板の中央部に位置する回路板に貫通孔を形成し、この貫通孔を介してねじ止めした本発明の絶縁放熱基板の他の形態を示すもので、（ａ）は（ｂ）のIIIａ−IIIａ線に沿った縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】絶縁膜を形成していない熱伝導基板の外周部をねじ止めした本発明の絶縁放熱基板のさらに他の形態を示すもので、（ａ）は（ｂ）のIVａ−IVａ線に沿った縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】熱伝導基板の厚み方向に空洞を形成した本発明の絶縁放熱基板のさらに他の形態を示すもので、（ａ）は（ｂ）のVａ−Vａ線に沿った縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】熱伝導基板の厚み方向に空洞を貫通して形成した本発明の絶縁放熱基板のさらに他の形態を示すもので、（ａ）は（ｂ）のVIａ−VIａ線に沿った縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の絶縁放熱基板の一実施形態を図１を基に説明する。本発明の絶縁放熱基板は、図１に示すように、金属からなる熱伝導基板１の上側の主面（一方側の主面）全面に絶縁膜３が形成されており、この絶縁膜３の上面には、２つの回路板５が接合されている。
【００１７】
熱伝導基板１は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、モリブデンの何れか一種の金属からなるもので、特にＡｌからなることが望ましい。熱伝導基板１は、特に、これに限定されるものではなく、熱伝導性が良好な金属であれば良い。この熱伝導基板１は、厚みが０．５〜５．０ｍｍとされている。
【００１８】
回路板５は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、モリブデンの何れか一種の金属からなるもので、特にＡｌからなることが望ましい。回路板５は、特に限定されるものではなく、熱伝導性が良好な金属であれば良い。これらの回路板５の厚みは、０．１〜２．０ｍｍとされている。図１では、２つの回路板５を離間して、絶縁膜３の上面に接合したが、３つ以上の回路板を接合しても良いことは勿論である。尚、本発明では、金属には合金を含む概念である。
【００１９】
そして、絶縁膜３は、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素および窒化アルミニウムの少なくとも一種のセラミックス微粒子から構成されたセラミックス層とされており、その厚さは、１０〜１００μｍとされている。この範囲内であれば、絶縁性を確保できるとともに、高い機械的強度を得ることができ、さらに良好な熱伝導を得ることができる。このような絶縁膜３は、エアロガスデポジション法、スパッタリング法等の薄膜法により、熱伝導基板１表面に直接形成されている。
【００２０】
この絶縁膜３の上面には、図２に示すように回路板５が、半田やろう材等からなる接合層７により接合され、回路板５の表面には、接合層７により半導体チップなどの電子部品９が接合されている。この電子部品９は、電子部品９が実装された回路板５と離間して接合された回路板５の表面に、ワイヤ１０により接続されている。
【００２１】
そして、本発明の絶縁放熱基板は、熱伝導基板１の外周部および中央部がねじ１１によりヒートシンク１３に固定されている。
【００２２】
すなわち、熱伝導基板１の絶縁膜３側の表面（一方側の主面）には、ねじ１１の頭部１１ａを収容する凹部１５が形成されており、絶縁膜３には、凹部１５に対応する位置に貫通孔１７が形成されており、また、凹部１５からヒートシンク１３側に向けて、ねじ本体１１ｂが挿入される貫通孔１９が形成されている。言い換えれば、絶縁膜３は凹部１５以外の熱伝導基板１の主面に形成されている。
【００２３】
ヒートシンク１３には、熱伝導基板１の貫通孔１９に対応する位置にねじ孔２１が形成されており、図１（ａ）の上方から、ねじ１１を絶縁膜３の貫通孔１７を介して熱伝導基板１の貫通孔１９に挿入し、ヒートシンク１３のねじ孔２１に螺合させ、ねじ１１を締め付けることにより、熱伝導基板１の絶縁膜３と反対側の他方側主面がヒートシンク１３に当接し固定されている。
【００２４】
熱伝導基板１がヒートシンク１３にねじ止めされている位置は、図１（ｂ）に示すように、例えば９箇所とされており、３箇所ずつ３列ねじ止めされている。言い換えれば、熱伝導基板１の外周部を８箇所と、中央部を１箇所ねじ止めされている。
【００２５】
このような絶縁放熱基板では、熱伝導基板１の外周部のみならず、熱伝導基板１の中央部もヒートシンク１３にねじ止めしているため、熱伝導基板１の中央部をもヒートシンク１３側に密接させることができ、熱伝導基板１の中央部からヒートシンク１３に十分に熱伝導させることができる。
【００２６】
従来、絶縁膜３が形成された部分は、薄い絶縁膜３が破損し、絶縁膜３による絶縁性が低下するおそれがあったため、絶縁膜３が形成されている熱伝導基板１の中央部では、ねじ止めするという思想はなかった。本発明では、絶縁膜３に貫通孔１７を設け、この貫通孔１７内にねじ１１を挿入することにより、ねじ１１が絶縁膜３を接触することなく、熱伝導基板１をヒートシンク１３に直接ねじ止めするため、絶縁膜３の破損を考慮することなく、しっかりとねじ１１を締め付けることができ、熱伝導基板１をヒートシンク１３側に強く押圧でき、熱伝導基板１からヒートシンク１３側にさらに熱伝導させることができる。
【００２７】
なお、本発明では、熱伝導基板１の中央部を複数箇所ねじ止めしても良いことは勿論である。これにより、熱伝導基板１の中央部をさらにヒートシンク１３側に密接させることができ、熱伝導を向上できる。
【００２８】
また、熱伝導基板１とヒートシンク１３との間には、放熱グリス等の熱伝導材料を介在させても良い。これにより、さらに熱伝導を向上させることができる。
【００２９】
図３は、本発明の絶縁放熱基板の他の形態を示すもので、この形態では、中央部のねじ１１が、回路板５の貫通孔２３、絶縁膜３の貫通孔１７に挿入され、熱伝導基板１とヒートシンク１３がねじ止めされている。
【００３０】
このような絶縁放熱基板でも、熱伝導基板１の中央部をもヒートシンク１３側に密接させることができ、また、ねじ１１が絶縁膜３を介さずに、熱伝導基板１をヒートシンク１３に直接ねじ止めするため、しっかりねじ１１を締め付けることができ、さらに、回路板５が接合された部分をもねじ止めできるため、熱伝導基板１をヒートシンク１３側に強く押圧でき、熱伝導基板１からヒートシンク１３側にさらに熱伝導させることができる。
【００３１】
図４は、本発明の絶縁放熱基板のさらに他の形態を示すもので、この形態では、熱伝導基板１の主面の外周部には絶縁膜３が形成されておらず、絶縁膜３が形成されていない部分がねじ止めされている。すなわち、熱伝導基板１の外周部にはねじ１１の頭部１１ａを収容する凹部を形成することなく、熱伝導基板１には貫通孔１７だけ形成されている。なお、熱伝導基板１の主面の中央部は、回路板５に貫通孔２３が形成され、絶縁膜３に貫通孔１７が形成され、熱伝導基板１にはねじ１１の頭部１１ａを収容する凹部１５が形成されている。
【００３２】
このような絶縁放熱基板でも、上記形態と同様の効果を得られるとともに、熱伝導基板１の主面の外周部においては、絶縁膜３の貫通孔、熱伝導基板１にはねじ１１の頭部１１ａを収容する凹部を形成する必要がないため、作製時間を短縮できる。
【００３３】
図５は、本発明の絶縁放熱基板のさらに他の形態を示すもので、この形態では、熱伝導基板１のヒートシンク１３側の主面には、熱伝導基板１の厚み方向に（絶縁膜側に向けて）複数の断面円形状の空洞２５が形成されている。このような絶縁放熱基板では、ねじ１１を締め付け、熱伝導基板１をヒートシンク１３側に強く押圧するため、ヒートシンク１３と熱伝導基板１との間に熱応力が発生するが、熱伝導基板１には、厚み方向に複数の空洞２５が形成されているため、熱伝導基板１に発生する熱応力を抑制することができ、薄い絶縁膜３への熱応力を緩和でき、絶縁膜３におけるクラック発生を抑制し、絶縁膜３における絶縁性を確保できる。
【００３４】
さらに、図６に示すように、空洞２５が、熱伝導基板１および絶縁膜３を熱伝導基板１の厚み方向に貫通しており、図６（ａ）に示すように、上方に開口している場合には、熱が空洞２５を介して外部に放出され、熱伝導基板１に発生する熱応力を抑制することができ、絶縁膜３への熱応力を抑制できる。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・熱伝導基板
３・・・絶縁膜
５・・回路板
１１・・・ねじ
１１ａ・・・頭部
１１ｂ・・・ねじ本体
１３・・・ヒートシンク
１５・・・凹部
２５・・・空洞
【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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