(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気部品を搭載したセラミックス回路基板を、該セラミックス回路基板の表面の一部を固定用治具により押圧し、放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体であって、前記治具が、少なくとも四隅に放熱部品に取り付けるためのネジ孔を有し、更に、放熱部品側の面の前記ネジ孔よりも外周部に、放熱部品側に突き出たリブ構造を有することを特徴とするモジュール構造体。
【請求項２】
前記固定用治具が、セラミックス回路基板の回路部分が露出し、しかも前記セラミックス回路基板の全周を覆うことができる枠状の金属板であることを特徴とする請求項１記載のモジュール構造体。
【請求項３】
前記固定用治具のリブの高さが０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のモジュール構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の電子、電気部品を搭載したセラミックス回路基板を放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体とその組立用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体素子等の電子、電気部品を搭載するための回路基板として、セラミックス基板や樹脂基板等の種々の絶縁性基板が用いられているが、近年の回路基板の小型化、半導体素子の高集積化が進むに従い、これらの基板材料の放熱特性の一層の向上が望まれている。前記セラミックス基板に用いられている材料としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ベリリア（ＢｅＯ）を添加した炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）等が知られている。
【０００３】
セラミックス基板を回路基板やパケージ用基体等として用いる場合、半導体素子からの発熱を回路基板裏面等に設けられるヒートシンクと呼ばれる放熱板を介して外部の放熱フィンや放熱ブロックに発散させることで、半導体素子の温度上昇を防止し、動作特性を確保している。
【０００４】
ヒートシンク（以下、放熱板という）として銅（Ｃｕ）等を用いると、セラミックス基板と放熱板の熱膨張差に起因して、加熱接合時や実使用条件下で受ける熱サイクル等により、セラミックス基板或いはセラミックス基板と放熱板を接合している半田にクラックや割れ等が生じることがある。そのため、セラミックス基板を信頼性が要求される分野に用いる場合には、セラミックス基板と熱膨張差の小さいモリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属を放熱板として用いていた。しかし、ＭｏやＷ製の放熱板は、ＭｏやＷが重金属であるために重量が重く、放熱部品の軽量化が望まれる用途には好ましくないし、高価である。
【０００５】
上記の事情から、銅やアルミニウム合金を無機質繊維または粒子で強化したＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と略称される金属−セラミックス複合体が注目されている。この複合体は、一般には、強化材である無機質繊維あるいは粒子を、あらかじめ成形することでプリフォームを形成し、そのプリフォームの繊維間あるいは粒子間に基材（マトリックス）である金属を含浸或いは溶浸させて得られる。強化材として、アルミナ、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、シリカ（ＳｉＯ2）、炭素（Ｃ）等のセラミックスが用いられる。
【０００６】
しかし、前記の金属−セラミックス複合体（以下、単に複合体という）においては、強化材であるセラミックスとマトリックスである金属の濡れ性や界面の反応層等が熱伝導率に大きく寄与する。更に、マトリックスと強化材の結合が不十分であると、複合体の強度低下をももたらすという問題がある。
【０００７】
前記の複合体において、熱伝導率を上げようとする場合、強化材及び合金として熱伝導率の高い物質を選択する必要があり、炭化珪素−アルミニウム合金の複合体が主に研究されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、放熱板として、ＭｏやＷ等の重金属材料を用いる場合には、放熱部品の重量が重くなると共に、放熱性に関しても必ずしも十分でないという問題があるし、比較的軽量で放熱性に優れるＣｕやアルミニウム（Ａｌ）等を放熱板として用いる場合には、セラミックス基板との熱膨張差が大きく、信頼性の高い構造を得るためには接合構造自体が非常に複雑になってしまい、その結果、製造コストの増加や放熱部品としての熱抵抗の増加等を招くといった問題があった。
【０００９】
そして、上記の課題を解決するため、金属−セラミックス複合体を放熱板として用いることが検討されているが、セラミックス基板に近い熱膨張率を得ようとすると、熱膨張率の低い強化材であるセラミックスの比率を上げる必要がある。しかし、セラミックス成分の比率を上げるには、高い成形圧でプリフォームを成形する必要があり、コストアップに繋がると共に、その後のアルミニウム合金等の金属の十分な含浸が難しくなるという問題がある。
【００１０】
更に、いずれの材質の放熱板を用いる場合であっても、セラミックス回路基板が放熱板と半田溶着し、更に放熱板を放熱フィン等の他の放熱部品にネジ止め固定して、一体型の構造体（以下、モジュール構造体という）として用いられるのが一般的であるが、この場合に、前記放熱板と放熱フィン等の他の放熱部品との接合面において、密着性が充分でなく、そのために前記モジュール構造体としての熱放散性が充分でなく、セラミックス回路基板に搭載された半導体素子の誤動作を発生しやすくなる等の問題がある。
【００１１】
本発明は、従来技術の事情に鑑みてなされたものであって、熱放散性に優れ、信頼性に富むモジュール構造体を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、電気部品を搭載したセラミックス回路基板を、該セラミックス回路基板の表面の一部を固定用治具により押圧し、放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体組立用の治具であって、該治具は少なくとも四隅に放熱部品に取り付けるためのネジ孔を有し、更に、放熱部品側の面の前記ネジ孔よりも外周部に、放熱部品側に突き出たリブ構造を有することを特徴とするモジュール構造体組立用治具である。
【００１３】
また、本発明は、電気部品を搭載したセラミックス回路基板を、該セラミックス回路基板の表面の一部を固定用治具により押圧し、放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体であって、前記組立用治具が、少なくとも四隅に放熱部品に取り付けるためのネジ孔を有し、更に、放熱部品側の面の前記ネジ孔よりも外周部に、放熱部品側に突き出たリブ構造を有することを特徴とするモジュール構造体であり、より好ましくは、前記組立用治具が、セラミックス回路基板の回路部分が露出し、しかも前記セラミックス回路基板の全周を覆うことができる枠状の金属板であることを特徴とする前記のモジュール構造体であり、更に好ましくは、前記固定用治具のリブの高さが０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする前記のモジュール構造体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来技術の事情に鑑み、モジュール構造体を構成するいろいろな条件について実験的に検討した結果、放熱部品に組立治具を設け、セラミックス回路基板をその表面から押圧する方法において、組立用治具を特殊な構造とするときに、セラミックス回路基板を均質な力を加えて放熱部品に密着することができ、従来用いられてきた放熱板を採用することなく、実使用可能なモジュール構造体を得ることができるという知見を得て、本発明に至ったものである。
【００１５】
即ち、本発明は、電気部品を搭載したセラミックス回路基板を、該セラミックス回路基板の表面の一部を固定用治具により押圧し、放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体組立用の治具であって、該治具は少なくとも四隅に放熱部品に取り付けるためのネジ孔を有し、更に、放熱部品側の面の前記ネジ孔よりも外周部に、放熱部品側に突き出たリブ構造を有することを特徴とするモジュール構造体組立用治具である。組立治具が、前記特殊な構造を有するので、セラミックス回路基板を放熱部品にネジ締め固定する場合に、治具のネジ孔とネジ孔との間の部分に引っ張り応力が発生し、その部分の比較的広い面積部分でセラミックス回路基板を押圧することができ、その結果、セラミックス回路基板と放熱部品とを良好に密着させることができる効果がある。そして、それ故に、熱放散性と信頼性に優れる実使用可能なモジュール構造体を得ることができるのである。一方、これに対して、前記構造を有しない組立用治具を用いた場合には、ネジ締め時に、セラミックス回路基板の一部に局部的にしか締め付け力が働かず、セラミックス回路基板と放熱部品の密着性が乏しくなり、充分な熱放散性が得られず、高信頼性のモジュール構造体を得ることができない。
【００１６】
また、本発明は、電気部品を搭載したセラミックス回路基板を、該セラミックス回路基板の表面の一部を固定用治具により押圧し、放熱フィン或いは放熱ブロック等の放熱部品に一体に密着させてなるモジュール構造体であり、しかも、前記治具が少なくとも四隅に放熱部品に取り付けるためのネジ孔を有し、更に、放熱部品側の面のネジ孔よりも外周部に、放熱部品側に突き出たリブ構造を有することを特徴としている。本発明のモジュール構造体は、前記特殊構造の治具を用いてセラミックス回路基板を直接放熱部品に押圧固定してモジュール構造体としているので、セラミックス回路基板が比較的広範囲に押圧された状態で固定されていて、セラミックス回路基板と放熱部品とが良好に密着しており、充分な放熱性と高信頼性を、放熱板を使用することなく、達成できる特徴がある。
【００１７】
本発明において、前記組立用治具としては、ヤング率が比較的小さく、セラミックス回路基板と放熱部品との密着性が高まることから、金属製であることが好ましい。また、前記金属としては、鉄、銅、アルミニウム等の金属、或いはこれらの合金等の汎用のものが、入手しやすいし、特性上からも充分である。
【００１８】
本発明において、前記組立用治具は、セラミックス回路基板の回路部分が露出し、しかも全周を覆うことができる枠状の金属板であることが好ましい。このような構成を採用するとき、セラミックス回路基板の全周に比較的均質な押圧力をかけながらネジ締め固定でき、得られるモジュール構造体の熱放散性、信頼性を一層高めることができる。
【００１９】
【実施例】
〔実施例〕
４５ｍｍ×４５ｍｍ×０．６３５ｍｍの窒化珪素基板に３５ｍｍ×３５ｍｍ×３００μｍの銅箔を接合した回路基板を、４０ｍｍ×４０ｍｍの開口部と前記開口部の周囲を幅５．２ｍｍ、深さ１．１８ｍｍで削り取った鉄製の枠（外形；１３０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍ）の前記開口部にはめ込み、シリコンゴムで固定した。尚、前記枠は、四隅にネジ締め付け用の孔を有するとともに、セラミックス回路基板に接する面側の前記孔よりも外周部に高さ０．５ｍｍで大きさ２ｍｍ×５ｍｍの突起部（リブ）を有している。
【００２０】
次ぎに、５０μｍ厚の放熱グリースを塗布したＡｌ製ブロック（１５０ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍ）に６ｍｍネジを用いて、６Ｎの締め付け力で固定した。１時間放置後にネジを外して、セラミックス基板を枠ごとＡｌ製ブロックから剥がし、セラミックス基板の放熱部品側の面へのグリースの付着状況を観察した。未着部分はまったく認められず、良好な密着状況を示した。
【００２１】
〔比較例〕
リブの無い鉄製の枠を用いたこと以外は、実施例と同じ操作と評価を行い比較例としたところ、セラミックス基板の放熱部品側の面の中央部に約５ｃｍ2のグリース未着部分が認められた。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、特殊構造の組立用治具を用いるだけで、従来必要とした放熱板を用いずに、セラミックス回路基板を放熱フィンや放熱ブロック等の放熱部品に直接押圧して、熱放散性に優れ、信頼性が高いモジュール構造体を容易に得ることができる。
【００２３】
また、本発明のモジュール構造体は、前記特殊構造の組立用治具を用いるので、安価で、しかも熱放散性に優れ、高信頼性であり、産業上非常に有用である。