(57)【要約】【課題】簡単な構成で、はんだの厚みを一定化し得るようにする。【解決手段】絶縁板２と、この絶縁板２の一面側にロウ付け固定され、配線パターン５が形成される第一の金属板３と、上記絶縁板２の他面側にロウ付け固定され、外部の冷却部材６に対してはんだ付けされる第二の金属板４と、を一体的に備えた絶縁配線基板１に関する。  上記第二の金属板４に対して、上記冷却部材６との間のはんだの厚みｕを一定にするための突起部１１を設けると共に、この突起部１１を、上記第二の金属板４の周縁部の全部または一部を冷却部材６の側へ折り曲げることによって形成される折曲脚部２１とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁板と、該絶縁板の一面側にロウ付け固定され、配線パターンが形成される第一の金属板と、前記絶縁板の他面側にロウ付け固定され、外部の冷却部材に対してはんだ付けされる第二の金属板と、を一体的に備えた絶縁配線基板において、
前記第二の金属板に対して、前記冷却部材との間のはんだの厚みを一定にするための突起部を設けると共に、
該突起部を、前記第二の金属板の周縁部の全部または一部を前記冷却部材の側へ折り曲げることによって形成される折曲脚部としたことを特徴とする絶縁配線基板。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁配線基板であって、
前記折曲脚部が、その先端側に、前記第二の金属板の外側へ向けて丸く湾曲する外曲部を有すると共に、該外曲部の端部が、前記絶縁板へ近づく方向へ向けられたことを特徴とする絶縁配線基板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の絶縁配線基板であって、
前記折曲脚部が、前記第二の金属板の周縁部における四隅の位置またはその近傍から突設されたものであることを特徴とする絶縁配線基板。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の絶縁配線基板を冷却部材にはんだ付けする絶縁配線基板の取付方法であって、
前記第二の金属板に対し、シート状はんだを、前記折曲脚部の間に挟み込んだ状態で当接配置し、
前記シート状はんだが設置された前記絶縁配線基板を、冷却部材に当接および位置決め配置して、
前記冷却部材と前記第二の金属板との間に介在された前記シート状はんだを溶かすことにより、前記第二の金属板を前記冷却部材に直接はんだ付けすることを特徴とする絶縁配線基板の取付方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、簡単な構成で、はんだの厚みを一定化し得るようにした絶縁配線基板およびその取付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モーターなどの電動機を制御するのに、パワーモジュールなどと呼ばれる大電力の半導体装置が用いられている。この半導体装置は、大電圧・大電流で動作させられるため、大量の熱を発生するが、この熱による暴走を防ぐために半導体装置を冷却する必要がある。
【０００３】
そのために、上記半導体装置などが実装された絶縁配線基板をアルミ製の放熱板（いわゆるヒートシンク）にはんだ付けして、放熱板によって放熱させることなどが行われている。
【０００４】
しかし、放熱板と絶縁配線基板との間のはんだの厚みが一定でないと、絶縁配線基板の冷却効果や、はんだ付けの耐久性が低下するため、絶縁配線基板は要求性能が満足できないものになってしまう。
【０００５】
そこで、上記した特許文献１では、プレス加工によって放熱板の肉厚を部分的に変化させることで放熱板に突起部を形成すると共に、この突起部を利用して放熱板に絶縁配線基板をはんだ付けすることにより、放熱板と絶縁配線基板との間のはんだの厚みの一定化を図るようにしていた。
【０００６】
また、上記した特許文献２では、エッチングによって絶縁配線基板の側に突起部を形成すると共に、この突起部を利用して放熱板に絶縁配線基板をはんだ付けすることにより、放熱板と絶縁配線基板との間のはんだの厚みの一定化を図るようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１１６０８０号公報
【特許文献２】特開平０７−１２２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載された絶縁配線基板の取付手段では、プレス加工によって放熱板の肉厚を部分的に変化させることにより、放熱板の側に突起部を形成するようにしていたので、突起部をあまり高くすることができず、また、突起部の寸法精度も低かった。また、放熱板には、プレス加工による負担が掛かっていた。
【０００９】
同様に、上記特許文献２に記載された絶縁配線基板の取付手段では、エッチングによって絶縁配線基板の側に突起部を形成するようにしていたので、突起部をあまり高くすることができず、また、突起部の寸法制御も難しかった。更に、突起部の形成には、かなりの手間や時間やコストを要していた。
【００１０】
そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の絶縁配線基板は、絶縁板と、該絶縁板の一面側にロウ付け固定され、配線パターンが形成される第一の金属板と、前記絶縁板の他面側にロウ付け固定され、外部の冷却部材に対してはんだ付けされる第二の金属板と、を一体的に備えた絶縁配線基板において、前記第二の金属板に対して、前記冷却部材との間のはんだの厚みを一定にするための突起部を設けると共に、該突起部を、前記第二の金属板の周縁部の全部または一部を前記冷却部材の側へ折り曲げることによって形成される折曲脚部としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。即ち、第二の金属板に対してはんだの厚みを規定するための突起部を設けた。これにより、突起部という簡単な構成のみで、第二の金属板と冷却部材との間のはんだの厚みを、常に安定してほぼ一定に仕上げることが可能となる。この突起部は、第二の金属板の側に設けられるものなので、容易且つ効率的に突起部を形成することができる。しかも、冷却部材に変形や損傷を与えることなく突起部を安全確実に形成することができる。更に、第二の金属板と冷却部材との間のはんだ付けにシート状はんだを用いる場合には、第二の金属板に対し、突起部を基準にしてシート状はんだをセットすれば、第二の金属板に対するシート状はんだの位置決めを容易に行うことができる。
そして、上記突起部を折曲脚部とした。これにより、第二の金属板の周縁部の全部または一部を冷却部材の側へ折り曲げるだけで、極めて簡単に突起部を形成することができる。しかも、突起部を、高さが比較的自由で、寸法精度の良いものとすることができる。そして、第二の金属板の周縁部の全部または一部を折り曲げることで、絶縁配線基板の剛性が上がるので、絶縁配線基板の反りなどを有効に防止することができる。更に、例えば、折曲脚部の幅を広くすれば、冷却部材に対する接合面積を増やすことができるので、幅を広くした分だけ、冷却部材に対する接合強度を高めたり、絶縁配線基板の反り抑制効果を高めたりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例にかかる絶縁配線基板を示す図である。このうち、（ａ）は、絶縁配線基板の分解斜視図である。（ｂ）は、絶縁配線基板の全体斜視図である。
【図２】図１（ｂ）の絶縁配線基板に配線パターンを形成した状態を示す全体斜視図である。
【図３】絶縁配線基板を冷却部材に取付ける状態を示す側面図である。このうち、（ａ）は、絶縁配線基板に対してシート状はんだをセットする状態、（ｂ）は、シート状はんだがセットされた絶縁配線基板を冷却部材にセットした状態である。
【図４】図３（ｂ）を部分拡大した取付図である。
【図５】折曲脚部の第一の例を示す平面図である。
【図６】折曲脚部の第二の例を示す平面図である。
【図７】折曲脚部の第三の例を示す平面図である。
【図８】折曲脚部の第四の例を示す平面図である。
【図９】折曲脚部の第五の例を示す平面図である。
【図１０】折曲脚部の第六の例を示す平面図である。
【図１１】図９とほぼ同様の折曲脚部に対してシート状はんだをセットする前の状態を示す斜視図である。
【図１２】図１１で折曲脚部に対してシート状はんだをセットした後の状態を示す側面図である。
【図１３】図１１でシート状はんだがセットされた絶縁配線基板を冷却部材にセットした状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１〜図１３は、この実施の形態を説明するためのものである。
【実施例１】
【００１５】
＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。
近年、自動車などの分野では、ハイブリット車や電気自動車や燃料電池車などのように、モーターなどの電動機を、動力源などに用いる車両の開発や普及が進められている。
【００１６】
そして、このようなモーターなどの電動機を制御するのに、パワーモジュールなどと呼ばれる大電力の半導体装置が用いられている。この半導体装置は、大電圧・大電流で動作させられるため、大量の熱を発生するが、この熱による暴走を防ぐために半導体装置を冷却する必要がある。
【００１７】
上記した半導体装置は、絶縁配線基板に対して実装される。この絶縁配線基板１は、例えば、図１（ａ）の分解図、および、図１（ｂ）の組立図に示すように、絶縁板２と、この絶縁板２の一面側にロウ付け固定される第一の金属板３と、上記絶縁板２の他面側にロウ付け固定される第二の金属板４と、を一体的に備えたものとされる。第一の金属板３には、上記した半導体装置を実装するために、例えば、図２に示すような、配線パターン５が形成される。
【００１８】
ここで、「絶縁配線基板１」は、それぞれ平面視ほぼ矩形状をして、ほぼ同じ大きさに形成された絶縁板２と第一の金属板３と第二の金属板４とを、一体化した三層構造のものとされる。「絶縁板２」には、例えば、絶縁性を有するセラミック製基板材などが使用される。「第一の金属板３」および「第二の金属板４」は、例えば、厚さ０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの銅板によって構成される。但し、絶縁板２、第一の金属板３、第二の金属板４は、上記に限るものではない。「配線パターン５」は、絶縁配線基板１の構成後に、第一の金属板３に対してエッチングを行うことによって形成される。
【００１９】
そして、図３、図４の部分拡大図に順に示すように、この絶縁配線基板１における、第二の金属板４を、外部の冷却部材６に対して直接はんだ付けすることによって固定する。
【００２０】
ここで、「冷却部材６」は、一般的なアルミ製の放熱板（いわゆるヒートシンク）としても良いが、冷却性能の向上と、コストの低減とを図るためには、放熱板を用いないで済む構成にするのが望ましい。そのために、この場合には、冷却部材６として、冷媒が流れる冷却管７を備えた専用の冷却装置を設けるようにする。そして、この冷却装置の冷却管７に対して、第二の金属板４をはんだ付けする。冷却管７の内部には、冷却効率を向上させるための冷却フィン７ａなどが適宜設けられる。
【００２１】
この際、「はんだ付け」には、シート状はんだ９を使用し、真空はんだ付け装置によって真空はんだ付け処理が行われる。そして、冷却部材６と絶縁配線基板１との間は、はんだの厚みｕが一定にならないと、絶縁配線基板１の冷却効果や、はんだ付けの耐久性が低下されるため、絶縁配線基板１が要求性能を満足できないものになってしまうおそれがある。この場合、「はんだの厚みｕ」とは、はんだ付け後のはんだ付け部分の層厚のことである。なお、はんだ付け前のシート状はんだ９は、その厚みにある程度のバラ付きを有しているため、単にシート状はんだ９を介在させて真空はんだ付け処理を行っただけでは、はんだの厚みｕを安定して要求精度に仕上げるのは難しい。
【００２２】
一方、冷却部材６の冷却管７は、その管壁の肉厚が１．０ｍｍなどと比較的薄くなっているため、プレスなどで局部的に加圧すると簡単に変形してしまい、損傷を受けることになる。よって、この冷却部材６に対してプレス加工を行うのは極めて難しい。
【００２３】
以上のような状況に鑑み、この実施例では、以下のような構成としている。
【００２４】
（１）図４に示すように、上記した第二の金属板４に対して、上記冷却部材６との間のはんだの厚みｕを一定にするための突起部１１を設けるようにする。
【００２５】
ここで、「突起部１１」は、シート状はんだ９の厚さとほぼ同じかそれよりも若干短い長さ寸法を有して、第二の金属板４の側から冷却部材６（の接合面）へ向けて延びるものであり、接合後のシート状はんだ９の厚さ基準となるものである（厚さ規定用突起部）。また、突起部１１は、シート状はんだ９の位置決め基準としても使用することができる（はんだ位置決め用突起部）。この突起部１１は複数設けられる。複数の突起部１１の長さは、全て同じに揃えられる。そして、例えば、突起部１１の長さを０．６ｍｍとし、シート状はんだ９の厚さを平均０．８ｍｍとした場合、はんだの厚みｕは、およそ０．６５ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲のものなどとなる。但し、これらの数値は、一例である。
【００２６】
（１ａ）より具体的には、図５〜図１０に示すように、上記突起部１１が、上記第二の金属板４の周縁部の全部または一部を冷却部材６の側へ折り曲げることによって形成された折曲脚部２１とされる。
【００２７】
ここで、「折曲脚部２１」は、第二の金属板４の周縁部に絶縁板２からハミ出す部分を形成し、このハミ出した部分を曲げ加工することによって、板厚を保持したまま面外方向へ向けるようにする。第二の金属板４の面を基準とする折曲脚部２１の曲げ角度は、９０度またはそれよりも若干大きくなるようにする（例えば、図４参照）。
【００２８】
より具体的には、例えば、折曲脚部２１は、図５に示すように、第二の金属板４の対向する一対の辺部全体に沿って延びるように一対形成することができる。または、折曲脚部２１は、図６に示すように、第二の金属板４の対向する二対の辺部全体に沿って延びるように二対形成することができる。
【００２９】
或いは、折曲脚部２１は、図７に示すように、第二の金属板４の対向する一対の辺部に対し、その中間部に一箇所ずつ合計二箇所を、対を成すように（一対）部分的に形成することができる。または、折曲脚部２１は、図８に示すように、第二の金属板４の対向する二対の辺部に対し、その中間部に一箇所ずつ合計四箇所を、対を成すように（二対）部分的に形成することができる。図７、図８の場合、折曲脚部２１は、各辺部の半分程度の幅寸法のものとされている。なお、図９、図１０については、後述する。
【００３０】
（１ｂ）そして、上記折曲脚部２１は、上記第二の金属板４を打ち抜き形成する際に、第二の金属板４と一体に打ち抜き形成されると共に、上記打ち抜きと同時に曲げ加工されたものなどとする。
【００３１】
ここで、第二の金属板４は、一枚の大きな金属原板を打ち抜くことによって形成されるようにする。これにより、第二の金属板４は、展開すると、平面視ほぼ矩形状の本体部分から、肉厚の等しい突起部１１が、面外方向へ向けて一体に延びたような形状のものとなる。
【００３２】
（２）図４に示すように、上記折曲脚部２１が、その先端側に、上記第二の金属板４の外側へ向けて丸く湾曲する外曲部３１を有するものとされる。そして、この外曲部３１の端部３１ａが、上記絶縁板２へ近づく方向へ向けられる。
【００３３】
ここで、折曲脚部２１の先端側とは、折曲脚部２１の冷却部材６に対する接地部分周辺のことである。「外曲部３１」は、絶縁配線基板１の面直方向を基準として、９０度よりも大きく１８０度よりも小さい中心角を有するほぼ円弧状のものとされる（湾曲外曲部）。この外曲部３１は、その中間部が、冷却部材６に接地されると共に、この接地部分から更に外方へ向けて延びる端部３１ａが、冷却部材６から離れて絶縁板２の側へ向くように形成される。なお、外曲部３１の端部３１ａには、若干の直線部分を設けるようにしても良い。そして、このような形状とすることにより、外曲部３１の接地部分から端部３１ａにかけての部分と、冷却部材６との間に、ほぼ三角溝形状をした小さな隙間３２が形成されることになる。そして、この湾曲した外曲部３１による三角溝形状の微妙な隙間３２は、溶融したはんだを表面張力によって入り込ませ、はんだフォレット９ａを形成させるのに最適な形状となる。なお、はんだフォレット９ａとは、はんだ付け状態が良好な時にできる、なだらかな裾野形状の部分のことである。
【００３４】
（３）そして、好ましくは、図９、図１０に示すように、上記折曲脚部２１が、上記第二の金属板４の周縁部における四隅の位置またはその近傍から突設されるようにする。
【００３５】
この場合、折曲脚部２１は、図９に示すように、第二の金属板４の対向する一対の辺部に対し、それぞれその両端部に二箇所ずつ合計四箇所を、対を成すように（二対）部分的に形成することができる。または、折曲脚部２１は、図１０に示すように、第二の金属板４の対向する二対の辺部に対し、それぞれその両端部に二箇所ずつ合計八箇所を、対を成すように（四対）部分的に形成することができる。なお、図９、図１０の場合、折曲脚部２１に対して、上記した外曲部３１を適用することができるのは勿論である。
【００３６】
（４）以下に、上記した絶縁配線基板１を冷却部材６にはんだ付けする絶縁配線基板１の取付方法を、図３を用いて説明する。
【００３７】
まず、上記第二の金属板４に対し、シート状はんだ９を、上記折曲脚部２１の間に挟み込んだ状態で当接配置する（はんだセット工程）。
次に、上記シート状はんだ９が設置された上記絶縁配線基板１を、冷却部材６に当接および位置決め配置する（基板位置決め工程）。
最後に、上記冷却部材６と上記第二の金属板４との間に介在された上記シート状はんだ９を溶かすことにより、上記第二の金属板４を上記冷却部材６に直接はんだ付けする（はんだ付け工程）。
【００３８】
ここで、シート状はんだ９は、予め、第二の金属板４の内側に収まるように、折曲脚部２１の間の間隔と同じ大きさに形成しておくようにする。
【００３９】
或いは、図１１に示すように、シート状はんだ９を、第二の金属板４の本体部分よりも大きく形成すると共に、このシート状はんだ９の周縁部近傍に、折曲脚部２１を通すための孔部４１やスリットなどを打ち抜き加工などによって形成するようにしても良い。なお、図１１では、折曲脚部２１は、第二の金属板４の長辺側に設けられているが、短辺側に設けるようにしても良い。そして、図１２に示すように、孔部４１やスリットに折曲脚部２１を通して、シート状はんだ９の孔部４１やスリットの間にある部分を折曲脚部２１の間に挟み込ませるなどして、図１３に示すように、冷却部材６に位置決めさせ、直接はんだ付けさせるようにする。
【００４０】
＜作用効果＞以下、この実施例の作用効果について説明する。
（１）第二の金属板４に対してはんだの厚みｕを規定するための「突起部１１」を設けた。これにより、突起部１１という簡単な構成のみで、第二の金属板４と冷却部材６との間のはんだの厚みｕを、常に安定してほぼ一定に仕上げることが可能となる。以って、絶縁配線基板１の冷却効果や、はんだ付けの耐久性が向上するため、絶縁配線基板１は要求性能を満足し得るものとなる。この突起部１１は、第二の金属板４の側に設けられるものなので、容易且つ効率的に突起部１１を形成することができる。しかも、冷却部材６に変形や損傷を与えることなく突起部１１を安全確実に形成することができる。更に、第二の金属板４と冷却部材６との間のはんだ付けにシート状はんだ９を用いる場合には、第二の金属板４に対し、突起部１１を基準にしてシート状はんだ９をセットすれば、第二の金属板４に対するシート状はんだ９の位置決めを容易に行うことができる。
【００４１】
そして、上記突起部１１を「折曲脚部２１」とした。これにより、第二の金属板４の周縁部の全部または一部を冷却部材６の側へ折り曲げるだけで、極めて簡単に突起部１１を形成することができる。しかも、突起部１１を、高さが比較的自由で、寸法精度の良いものとすることができる。そして、第二の金属板４の周縁部の全部または一部を折り曲げることで、絶縁配線基板１の剛性が上がるので、絶縁配線基板１の反りなどを有効に防止することができる。更に、折曲脚部２１の幅を広くすれば、冷却部材６に対する接合面積を増やすことができるので、幅を広くした分だけ、冷却部材６に対する接合強度を高めたり、絶縁配線基板１の反り抑制効果を高めたりすることが可能となる。
【００４２】
この際、上記した折曲脚部２１を、金属原板から第二の金属板４を打ち抜く際に、第二の金属板４と一体に打ち抜き形成されるものとした。また、折曲脚部２１を、上記打ち抜きと同時に曲げ加工されるものとした。これにより、一度の工程で、第二の金属板４の形成と、折曲脚部２１の形成および曲げ加工とを同時に行わせることができるので、折曲脚部２１を有する第二の金属板４を簡単且つ多量に製造することができる。
【００４３】
（２）折曲脚部２１の先端側に、第二の金属板４の外側へ向けて丸く湾曲する「外曲部３１」を形成した。これにより、外曲部３１の端部３１ａ側の部分と冷却部材６との間に、ほぼ三角溝形状の小さな隙間３２が形成されることになり、この小さな隙間３２へ入り込んだはんだによって、はんだフォレット９ａを形成させることができるようになるので、はんだ付けの品質を良くし、接合強度を高めて、はんだ付け部分の寿命を延ばすことが可能となる。
【００４４】
（３）折曲脚部２１を、第二の金属板４の周縁部における四隅またはその近傍から突設形成されるものとした。これにより、第二の金属板４に対する折曲脚部２１の位置が最も均等で安定したものとなるため、絶縁配線基板１に反りが生じている場合や、冷却部材６に反りが生じている場合などであっても、折曲脚部２１を浮かせることなく、絶縁配線基板１を冷却部材６に取付けることが可能となる。また、第二の金属板４の四隅またはその近傍を折曲脚部２１で押さえ込んだような接合状態となるので、絶縁配線基板１の中央部の反りを積極的に抑制することも可能となる。更に、第二の金属板４の四隅またはその近傍に折曲脚部２１を設けることで、より容易に折曲脚部２１を加工形成することができるようになる。
【００４５】
なお、絶縁配線基板１の反りは、絶縁板２に第一の金属板３や第二の金属板４をロウ付けして一体化した後や、絶縁配線基板１を冷却部材６にはんだ付けした後に、熱収縮などによって発生する可能性がある。また、冷却部材６の反りは、絶縁配線基板１をはんだ付けした後に、熱収縮などによって発生する可能性がある。
【００４６】
（４）上記した絶縁配線基板１の取付方法によれば、上記と同様の作用効果を得ることができると共に、絶縁配線基板１の第二の金属板４と冷却部材６との間のはんだの厚みｕを、簡単且つ確実にほぼ一定にすることができる。
【００４７】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものである。よって、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。また、例えば、各実施例に複数の構成が含まれている場合には、特に記載がなくとも、これらの構成の可能な組合せが含まれることは勿論である。また、複数の実施例や変形例がこの発明のものとして開示されている場合には、特に記載がなくとも、これらに跨がった構成の組合せのうちの可能なものが含まれることは勿論である。また、図面に描かれている構成については、特に記載がなくとも、含まれることは勿論である。更に、「等」の用語がある場合には、同等のものを含むという意味で用いられている。また、「ほぼ」「約」「程度」などの用語がある場合には、常識的に認められる範囲や精度のものを含むという意味で用いられている。
【符号の説明】
【００４８】
１    絶縁配線基板
２    絶縁板
３    第一の金属板
４    第二の金属板
５    配線パターン
６    冷却部材
９    シート状はんだ
１１  突起部
２１  折曲脚部
３１  外曲部
３１ａ  外曲部の端部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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