JPH0228998A - 放熱フィン付素子基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、サーモモジュールやトランジスタ等の各種発
熱素子を装着するための、放熱フィン付素子基板と、そ
の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 近年のパワーエレクトロニクスの発達は目覚ましく、半
導体素子の大容量化と共に、絶縁基板上に半導体素子や
チップ抵抗やチップキャパシタ等の回路素子を一括して
マウントして所定の配線を施したいわゆるモジュールが
普及している。そしてこのモジュールの絶縁基板として
、放熱性や耐熱性等に優れたセラミックス基板が用いら
れる場合があり、さらにその放熱性を一層良くするため
に、セラミックス基板にアルミニウムあるいは銅等の金
属からなる放熱フィンを半田あるいは銀ろう等により固
着することがあった。

このような従来の放熱フィン付素子基板は、放熱フィン
の形状が、多数の平板状の金属を互いに平行に配置した
プレートフィン状のものが多かった。また多数の棒状の
金属を互いに平行に所定ビッチで縦横に配置したビンフ
ィン状のものも知られている。

（発明が解決しようとする課題） 上記プレートフィン状の放熱フィンを備えた素子基板で
は、放熱フィンの体積が大きいため軽量化の妨げとなり
、また体積の割には表面積が小さいため放熱性が充分で
はなかった。さらには、セラミックス基板と放熱フィン
との熱膨張率の差により、セラミックス基板と放熱フィ
ンとの半田付けの完了後に、両者の間に収縮量の差が発
生し、セラミックス基板の反りや割れや残留応力の発生
、半［１層の劣化等が生じることがあった。また使用時
の温度変化により熱応力が発生し、セラミックス基板と
放熱フィンとの接合部に剥離やクラックを生じることも
あった。このような熱膨張率の差による不都合は、半田
層を厚くして緩衝効果を持たせることにより多少低減す
ることが可能であるが、この場合、半田層が厚くなった
分だけ電子部品で発生する熱が放熱フィンに伝わり難く
なるという不都合を生じる。

またピンフィン状の放熱フィンを備えた素子基板では、
放熱フィンとセラミックス基板との接触面積が小さいた
め、放熱性が充分ではなかった。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明の放熱フィン付素子基
板は、発熱素子が装着されるセラミックス基板と、この
セラミックス基板の露出面の一部に形成された金属膜と
、この金属膜に直接固着されたアルミ製でかつ螺旋状の
放熱フィンとを設けたものである。

また本発明の放熱フィン付素子基板の製造方法は、発熱
素子が装着されるセラミックス基板の露出面の一部にメ
タライジングにより銅の金属膜を形成する工程と、アル
ミニウム製の長尺体の表面に所定ピッチで銅の被覆層を
形成する工程と、前記長尺体を前記被覆層が一直線状に
なるように螺旋状に形成して放熱フィンを得る工程と、
前記セラミックス基板の金属膜と前記放熱フィンの被覆
層とを３００℃以下の温度のろう付けにより互いに固着
する工程とを含むものである。

（作用） 放熱フィンが弾性に富んだアルミニウム製でしかも螺旋
状であるので、セラミックス基板と放熱フィンとの熱膨
張率の差により両者の間に収縮量の差を生じたときに、
放熱フィンはそのばね性により大きな緩衝効果を発揮す
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例における放熱フィン付素子基
板の正面図、第２図は同側面図、第３図は同要部拡大断
面図で、１はセラミックス基板であり、このセラミック
ス基板１の上面にはプリント配線（図示せず）が形成さ
れており、発熱素子２等の電子部品が実装される。セラ
ミックス基板１の下面には複数（本実施例では４個）の
アルミニウム製でかつ螺旋状の放熱フィン３が互いに所
定間隔をあけてかつ平行に固着されている。すなわち、
セラミックス基板１の放熱フィン３との接合部分には金
属膜４が形成され、放熱フィン３のセラミックス基板１
との接合部分には被覆層５が形成されており、これら金
属膜４と被覆層５とが半田６により接合されている。な
お、放熱フィン３は正確に所定ピッチの螺旋状であるが
、第１図では図面をわかりやすくするために簡略化して
示している。

上記放熱フィン付素子基板の製作に際しては、まず第４
図のように、断面円形のアルミニウム製の長尺体９の表
面に、所定ピッチで銅をカッパライジングし、その上に
無電解ニッケルメッキを施す。これにより銅のカッパラ
イジングとニッケルメッキとからなる多数の被覆層５が
得られる。次に第５図のように、この長尺体９をスプリ
ングマシン等の専用機を用いて螺旋状に成形する。この
とき、被覆層５が一直線状になるように螺旋のピッチを
設定する。これによりコイルスプリング状の放熱フィン
３が得られる。一方、第６図のように、Ａｌ２Ｏ３から
なるセラミックス基板１の一方の面にプリント配線用の
銅板（図には表れていない）を形成し、セラミックス基
板］の他方の面に、銅のメタライジング層を縦横に所定
ピッチでスクリーン印刷し、その上にニッケルメッキを
施す。これにより銅のメタライジング層とニッケルメッ
キとからなる多数の金属膜４が得られる。次に、金属膜
４上に融点が２７０〜２９０℃の半田６をスクリーン印
刷する。この後、セラミックス基板１と放熱フィン３と
を互いに近接させて、半田６と被覆層５とが当接するよ
うに正確に位置決めして固定し、加熱して半田６を溶融
させ、ろう付けする。これによりセラミックス基板１と
放熱フィン３とが互いに強固に接合される。なお、セラ
ミックス基板１と放熱フィン３とを合わせた時に金属膜
４の位置と被覆層５の位置とが一致するように金属膜４
および被覆層５のピッチを予め設定しておくことは勿論
である。次に、放熱フィン３全体を固形のパラフィンで
被覆し、セラミックス基板１の一方の面に形成された銅
板をエツチングしてプリント配線を形成する。ごの後、
パラフィンを溶融除去することにより第１図〜第３図に
示すような放熱フィン付素子基板が得られる。

かくして得られた放熱フィン付素子基板は、放熱フィン
３が螺旋状であるので、体積の割に表面積が大きく、し
かも金属膜４との接触面積も充分に取れることから、小
形軽量でしかも第７図のように放熱性が非常に良好であ
る。すなわち第７図は、テストサンプル上にアルミブロ
ックを取付け、アルミブロック上にチップ抵抗を取付け
て、このチップ抵抗に電圧を印加し、そのときの印加電
力とアルミブロックの上昇温度との関係を測定した結果
を示しており、横軸は印加電力、縦軸は上昇温度である
。また実線ａは板圧１．Ｏ＋ｎｍのガラスエポキシ基板
をテストサンプルとして用いた場合、実線すは板圧０．
６ｍｍのセラミックス基板をテストサンプルとして用い
た場合、実線Ｃは同セラミックス基板にアルミニウム製
のビンフィン状の放熱フィンを取付けたものをテストサ
ンプルとして用いた場合、実線ｄは上記実施例の放熱フ
ィン付素子基板をテストサンプルとして用いた場合、実
線ｅは後述の別の実施例の放熱フィン付素子基板をテス
トサンプルとして用いた場合の結果を示しており、ガラ
スエポキシ基板の場合は２５℃／Ｗ、セラミックス基板
の場合は３．８℃／Ｗ、ビンフィン状の放熱フィン付セ
ラミックス基板の場合は２．５°Ｃ／Ｗ、上記実施例の
放熱フィン付素子基板の場合は２．０℃／Ｗ、後述の別
の実施例の放熱フィン付素子基板の場合は１．８℃／Ｗ
の熱抵抗値であった。なお各放熱フィンの表面積は全て
７０００ｍｍ２とした。

また放熱フィン３は、弾性に富んだアルミニウム製であ
り、しかも螺旋状であるので、そのばね性により大きな
暖衝作用を発揮することから、セラミックス基板１と放
熱フィン３との熱膨張率の差によるセラミックス基板１
の反りや割れや残留応力の発生や半田６の劣化等を良好
に軽減できる。

またセラミックス基板ｌの表面に金属膜４を設け、放熱
フィン３の表面に被覆層５を設けて、これら金属膜４と
被覆層５とを半田６により接合するので、半田付けを容
易かつ良好に行なえ、セラミックス基板１と放熱フィン
３とを強固に接合でき、高い信頼性が得られる。すなわ
ち、セラミックスとアルミニウムとを直接接合する場合
、アルミニウムの表面に生成する強固な酸化被膜のため
に、真空ろう付けやフラックスろう付けを行なう必要が
あり、しかも接合の信頼性も充分に得られないのである
が、上記方法によればこのような問題を完全に解消でき
る。

また融点が２７０〜２９０℃の半田６を用いたので、接
着時にメタライジング面すなわち金属膜４の表面および
カッパライジング面すなわち被覆層５の表面を酸化等に
よって劣化させることが少なく、繰返し接着することが
できる。

また上記実施例のように、セラミックス基板１の一方の
面の銅板をエツチングしてプリント配線を形成する際に
、放熱フィン３をパラフィンにより被覆しておけば、放
熱フィン３がエツチング液により侵されるのを完全に防
止できるので非常に好ましい。

（別の実施例） 上記実施例においては、断面円形の長尺体９を螺旋状に
形成して放熱フィン３を得たが、第８図のように、断面
矩形すなわちテープ状のアルミニウム製の長尺体１０に
被覆層５を形成し、これを螺旋状にして放熱フィン３を
得るようにしてもよい。このようにすれば、長尺体９を
用いた場合よりも金属膜４との接触面積がさらに広くな
るので、第７図に実線ｅで示すように放熱性がさらに向
上する。

また上記実施例においては、金属膜４および被覆層５の
表面にニッケルメッキを施したが、このようにニッケル
メッキを施すことにより、半田付は性の向上を図ること
ができると共に、メタライジング面すなわち金属膜４の
表面およびカッパライジング面すなわち被覆層５の表面
の耐蝕性や耐摩耗性の向上並びに酸化防止を図ることが
できる。

ただし、このニッケルメッキを施さずとも充分に良好な
半田付は性を得ることができるので、ニッケルメッキは
必ずしも施す必要はない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の放熱フィン付素子基板に
よれば、放熱フィンが螺旋状であるので、体積の割に表
面積が大きく、しかも金属膜との接触面積も充分に取れ
ることから、小形軽量でしかも放熱性が非常に良好であ
る。また放熱フィンは、弾性に富んだアルミニウム製で
あり、しかも螺旋状であるので、そのばね性により大き
な緩衝作用を発揮することから、セラミックス基板と放
熱フィンとの熱膨張率の差に起因するセラミックス基板
の反りや割れや残留応力の発生や接合部の劣化等を良好
に軽減できる。

さらに本発明の放熱フィン付素子括板の製造方法によれ
ば、セラミックス基板の表面に銅の金属膜を設け、放熱
フィンの表面に銅の被覆層を設けて、これら金属膜と被
覆層とをろう付けにより接合するので、ろう付けを容品
かつ良好に行なえ、セラミックス基板と放熱フィンとを
強固に接合でき、高い信頼性が得られる。またろう付け
を３００℃以下の温度で行なうので、接着時にメタライ
ジング面すなわち金属膜の表面およびカッパライジング
面すなわち被覆層の表面を酸化等によって劣化させるこ
とが少なく、繰返し接着することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における放熱フィン付素子基
板の正面図、第２図は同側面図、第３図は同要部拡大断
面図、第４図〜第６図は同放熱フィン付素子基板の製造
工程の説明図、第７図は同放熱フィン付索子基板の放熱
性を他の基板と比較した説明図、第８図は別の実施例に
おける放熱フィン付素子基板に用いる長尺体の外観斜視
図である。 １・・・セラミックス基板、３・・・放熱フィン、４・
・・金属膜、５・・・被覆層、９，１０・・・長尺体特
許出願人　日本アルミニウム工業株式会社第１図 ２発靭、１子 へ 第２図 第３図 手続補正書（自発） 、４日 シ １、事件の表示 昭和６３年　特　許　願　第１８００５７号２、発明の
名称 放熱フィン付素子基板およびその製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　大阪市淀用区三国本町３丁目９番３９号名　称
　（４７３）日本アルミニウム工業株式会社代表者　野
　津　民　夫 ４、代理人 住　所　　大阪市北区束天′ｆ４２丁目９番４号千代田
ビル東館７階（・５３０） ］ ５、補正命令の日付　（発送日）昭和　年　月　日６、
補正の対客　　明細書 ）〉 （１）特許請求の範囲を別紙の通りに補正する。 ８、添付書類の目録 （１）特許請求の範囲　　　　　　　　　１通以上 特許請求の範囲 １８発熱素子が装着されるセラミックス基板と、このセ
ラミックス基板の露出面の一部に形成された金属膜と、
この金属膜に直接固着されたアルミ製でかつ螺旋状の放
熱フィンとを設けたことを特徴とする放熱フィン付素子
基板。 ２、発熱素子が装着されるセラミックス基板の露出面の
一部にメタライジングにより銅の金属膜記セラミックス
基板の金属膜と前記放熱フィンの被覆層とを３００℃以
下の温度のろう付けにより互いに固着する工程とを含む
ことを特徴とする放熱フィン付素子基板の製造方法。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．発熱素子が装着されるセラミックス基板と、このセ
   ラミックス基板の露出面の一部に形成された金属膜と、
   この金属膜に直接固着されたアルミ製でかつ螺旋状の放
   熱フィンとを設けたことを特徴とする放熱フィン付素子
   基板。
2. ２．発熱素子が装着されるセラミックス基板の露出面の
   一部にメタライジングにより銅の金属膜を形成する工程
   と、アルミニウム製の長尺体の表面に所定ピッチで銅の
   被覆層を形成する工程と、前記長尺体を前記被覆層が一
   直線状になるように螺旋状に形成して放熱フィンを得る
   工程と、前記セラミックス基板の金属膜と前記放熱フィ
   ンの被覆層とを３００℃以下の温度のろう付けにより互
   いに固着する工程とを含むことを特徴とする放熱フィン
   付素子基板の製造方法。