JP2001007265A - 冷却装置付基板及びその製法 - Google Patents
冷却装置付基板及びその製法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックスと金属の複合材あるいは炭素と金
属の複合材からなる電子回路用基板と液体あるいは気体
を冷却媒体とする冷却装置を一体化して冷却効率を向上
する。 【解決手段】セラミックスと金属の複合材あるいは炭素
と金属の複合材からなる電子回路用基板と冷却装置を同
時に鋳造し一体化する。あるいは、金属ロウ材、はん
だ、金属箔等で基板と冷却装置を接続一体化する。
属の複合材からなる電子回路用基板と液体あるいは気体
を冷却媒体とする冷却装置を一体化して冷却効率を向上
する。 【解決手段】セラミックスと金属の複合材あるいは炭素
と金属の複合材からなる電子回路用基板と冷却装置を同
時に鋳造し一体化する。あるいは、金属ロウ材、はん
だ、金属箔等で基板と冷却装置を接続一体化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子あるい
は電子機器の熱除去法に関して、基板及び液体を媒体と
する冷却装置並びにその製造方法に関する。
は電子機器の熱除去法に関して、基板及び液体を媒体と
する冷却装置並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子回路から発生する熱を液体状
の冷却媒体に伝熱する場合、回路を搭載する基板と冷却
装置、例えばパイプ、平板状、角型の流路からなる装置
は、個別に製造され、はんだ、ロウ材、樹脂製接着剤あ
るいは伝熱シートを挟んでねじ止めで接合されている。
また、熱発生が多くなるにつれて、回路を搭載する基板
に熱伝導率が高く、熱膨張率がアルミナのそれに近いセ
ラミックスと金属あるいは炭素材と金属からなる複合材
基板が使用されている。
の冷却媒体に伝熱する場合、回路を搭載する基板と冷却
装置、例えばパイプ、平板状、角型の流路からなる装置
は、個別に製造され、はんだ、ロウ材、樹脂製接着剤あ
るいは伝熱シートを挟んでねじ止めで接合されている。
また、熱発生が多くなるにつれて、回路を搭載する基板
に熱伝導率が高く、熱膨張率がアルミナのそれに近いセ
ラミックスと金属あるいは炭素材と金属からなる複合材
基板が使用されている。
【０００３】また、銅、アルミニウムを基板とするもの
には、パイプ等からなる冷却装置を基板にロウ材、はん
だで接合し、金属基板と冷却装置が一体化されたものが
ある。
には、パイプ等からなる冷却装置を基板にロウ材、はん
だで接合し、金属基板と冷却装置が一体化されたものが
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】金属基板を熱膨張率の
低いセラミックと金属あるいは炭素材と金属からなる複
合材基板にして信頼性を向上する。複合材基板と冷却装
置を一体化することで、冷却能力をあげる。
低いセラミックと金属あるいは炭素材と金属からなる複
合材基板にして信頼性を向上する。複合材基板と冷却装
置を一体化することで、冷却能力をあげる。
【０００５】複合材基板とすることにより、基板の熱膨
張率を搭載される半導体素子あるいはまた、アルミナ、
窒化アルミニウム製の絶縁回路基板の熱膨張率に近づ
け、界面における熱膨張率差から生じる熱応力を低減
し、特に温度変化から生じる熱疲労による組織破壊によ
るそり、はがれを抑制する。これにより電子装置の信頼
性を向上させることができる。
張率を搭載される半導体素子あるいはまた、アルミナ、
窒化アルミニウム製の絶縁回路基板の熱膨張率に近づ
け、界面における熱膨張率差から生じる熱応力を低減
し、特に温度変化から生じる熱疲労による組織破壊によ
るそり、はがれを抑制する。これにより電子装置の信頼
性を向上させることができる。
【０００６】低熱膨張率のセラミックと金属あるいは炭
素材と金属からなる複合材基板の製造と冷却装置を熱伝
導率の高い金属で一体化することにより、冷却能力を上
げることが可能である。特に複合材基板製造する場合に
冷却装置を一体で鋳造することにより、複合材基板と冷
却装置を、金属の巣あるいは空隙なく密着することがで
き、冷却能力の向上効果は大きい。
素材と金属からなる複合材基板の製造と冷却装置を熱伝
導率の高い金属で一体化することにより、冷却能力を上
げることが可能である。特に複合材基板製造する場合に
冷却装置を一体で鋳造することにより、複合材基板と冷
却装置を、金属の巣あるいは空隙なく密着することがで
き、冷却能力の向上効果は大きい。
【０００７】２つの基板の間に冷却装置を設置し、その
両面に電子機器を搭載することで電子装置を小型化する
ことができる。
両面に電子機器を搭載することで電子装置を小型化する
ことができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】炭化珪素、アルミナ、窒
化アルミニウム、窒化珪素の燒結体あるいは炭素の繊維
状あるいは粉の燒結体からなるプリフォーム基板と冷却
装置を金型に入れ、アルミニウムあるいは銅又は、それ
らの合金を溶融し高圧で鋳造する。この工程で、プリフ
ォーム基板の空孔は金属で充填されセラミックあるいは
炭素材と金属からなる複合材基板となり、同時に冷却装
置と複合材基板が一体化する。または、別々に製造され
た複合材基板と冷却装置を金属、例えば、金属ロウ、は
んだあるいは、金属箔で接合する。
化アルミニウム、窒化珪素の燒結体あるいは炭素の繊維
状あるいは粉の燒結体からなるプリフォーム基板と冷却
装置を金型に入れ、アルミニウムあるいは銅又は、それ
らの合金を溶融し高圧で鋳造する。この工程で、プリフ
ォーム基板の空孔は金属で充填されセラミックあるいは
炭素材と金属からなる複合材基板となり、同時に冷却装
置と複合材基板が一体化する。または、別々に製造され
た複合材基板と冷却装置を金属、例えば、金属ロウ、は
んだあるいは、金属箔で接合する。
【０００９】本発明において、用いられるアルミナ、窒
化アルミニウムのプリフォーム基板材は、粉体、繊維状
あるいはフェルト状の原料とガラス質の燒結材の混合物
を燒結したもので、気孔率は５％以上５０％未満のもの
である。
化アルミニウムのプリフォーム基板材は、粉体、繊維状
あるいはフェルト状の原料とガラス質の燒結材の混合物
を燒結したもので、気孔率は５％以上５０％未満のもの
である。
【００１０】本発明において、用いられる炭素材のプリ
フォーム基板材は、粉体、繊維状あるいはフェルト状の
原料と樹脂あるいはコールタールピッチ燒結材の混合物
を燒結したもので、気孔率は５％以上５０％未満のもの
である。
フォーム基板材は、粉体、繊維状あるいはフェルト状の
原料と樹脂あるいはコールタールピッチ燒結材の混合物
を燒結したもので、気孔率は５％以上５０％未満のもの
である。
【００１１】プリフォーム基板の気孔径は、サブミクロ
ンから数百ミクロンに分布している。この気孔を溶融し
た金属で充填するためには、溶融金属の圧力をラム断面
積あたり２００ｋｇ／cm2以上１５００ｋｇ／cm2とする
必要がある。
ンから数百ミクロンに分布している。この気孔を溶融し
た金属で充填するためには、溶融金属の圧力をラム断面
積あたり２００ｋｇ／cm2以上１５００ｋｇ／cm2とする
必要がある。
【００１２】プリフォーム基板と冷却装置を空隙なく一
体化するためには、溶融金属の圧力をラム断面積あたり
２００ｋｇ／cm2以上とする必要がある。
体化するためには、溶融金属の圧力をラム断面積あたり
２００ｋｇ／cm2以上とする必要がある。
【００１３】
【００１４】以下、発明の実施の形態を実施例に基づく
図面を参照して説明する。プリフォーム基板と冷却装置
であるパイプを仮設し一体化した部品を予熱後、金型に
いれる。溶融金属を同金型に入れプレス機で加圧する。
この条件を３０分間保ちその後金型から鋳造品を取り出
す。同鋳造品から一体化した部品を研削加工する。その
基本配置は図１で示される。
図面を参照して説明する。プリフォーム基板と冷却装置
であるパイプを仮設し一体化した部品を予熱後、金型に
いれる。溶融金属を同金型に入れプレス機で加圧する。
この条件を３０分間保ちその後金型から鋳造品を取り出
す。同鋳造品から一体化した部品を研削加工する。その
基本配置は図１で示される。
【００１５】以下、実施例により本発明をさらに説明す
るが、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものでは
ない。 実施例１ 人造黒鉛材を切り出し、長さ１００mm、幅１００mm、厚
さ１０mmのプリフォーム基板を２枚製作する。 プリフ
ォーム基板に直径１２mmの半円状の溝を切る。２枚のプ
リフォーム基板でこの溝に合わせて予め整形した外形
９．５mmのステンレスパイプを挟み仮止めする。これを
金型内におきアルミニュウム（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ）溶湯
を注ぎ圧力５００Kg/cm2で鋳造し、冷却後切削加工し、
部品とする。（図２）
るが、本発明の技術的範囲がこれに限定されるものでは
ない。 実施例１ 人造黒鉛材を切り出し、長さ１００mm、幅１００mm、厚
さ１０mmのプリフォーム基板を２枚製作する。 プリフ
ォーム基板に直径１２mmの半円状の溝を切る。２枚のプ
リフォーム基板でこの溝に合わせて予め整形した外形
９．５mmのステンレスパイプを挟み仮止めする。これを
金型内におきアルミニュウム（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ）溶湯
を注ぎ圧力５００Kg/cm2で鋳造し、冷却後切削加工し、
部品とする。（図２）
【００１６】実施例２ 炭化珪素を高融点ガラスで焼成した成形体を切り出し、
長さ１００mm、幅１００mm、厚さ１０mmのプリフォーム
基板に直径１２mmの半円状の溝を切る。この溝に合わせ
て予め整形した外形９．５mmのステンレスパイプを仮止
めする。これを金型内におき溶融したアルミニウム（Ｊ
ＩＳＡＣ４ＣＨ）を注ぎ５００Kg/cm2の圧力で鋳造し、
冷却後切削加工し、部品とする。（図３）
長さ１００mm、幅１００mm、厚さ１０mmのプリフォーム
基板に直径１２mmの半円状の溝を切る。この溝に合わせ
て予め整形した外形９．５mmのステンレスパイプを仮止
めする。これを金型内におき溶融したアルミニウム（Ｊ
ＩＳＡＣ４ＣＨ）を注ぎ５００Kg/cm2の圧力で鋳造し、
冷却後切削加工し、部品とする。（図３）
【００１７】実施例３ 一方向に炭素繊維が配列している炭素複合材を繊維方向
に直行して切断することで製造した基板から長さ５０m
m、幅５０mm、厚さ１０mmのプリフォーム基板に長さ５
０mm、幅１mm、深さ２mmの溝を２mmピッチで２０個切
る。この溝に長さ５０mm、幅２０mm、厚さ０．９mmの人
造黒鉛材から切り出した薄板を差込み、鋼材で製作した
型に離型材を介して仮止めする。これを金型内におきア
ルミニュウム（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ）溶湯を注ぎ圧力５０
０Kg/cm2で鋳造し、冷却後型から取り出し切削加工す
る。（図４）
に直行して切断することで製造した基板から長さ５０m
m、幅５０mm、厚さ１０mmのプリフォーム基板に長さ５
０mm、幅１mm、深さ２mmの溝を２mmピッチで２０個切
る。この溝に長さ５０mm、幅２０mm、厚さ０．９mmの人
造黒鉛材から切り出した薄板を差込み、鋼材で製作した
型に離型材を介して仮止めする。これを金型内におきア
ルミニュウム（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ）溶湯を注ぎ圧力５０
０Kg/cm2で鋳造し、冷却後型から取り出し切削加工す
る。（図４）
【００１８】実施例１及び実施例２において、切断面を
顕微鏡で観察したところ、アルミニウムがプリフォーム
の空隙を完全に充填していた。またステンレスパイプと
基板間はアルミニウムで空隙なく充填され、一体化して
いた。
顕微鏡で観察したところ、アルミニウムがプリフォーム
の空隙を完全に充填していた。またステンレスパイプと
基板間はアルミニウムで空隙なく充填され、一体化して
いた。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を生じ
る。
る。
【００２０】基板面の熱膨張率が、実施例１の基板で５
×１０-6／℃、実施例２で７×１０-6／℃、実施例３で
１０×１０-6／℃で、基板面に接合されるシリコン、ア
ルミナ、窒化アルミニウムの熱膨張率に近くなった。
×１０-6／℃、実施例２で７×１０-6／℃、実施例３で
１０×１０-6／℃で、基板面に接合されるシリコン、ア
ルミナ、窒化アルミニウムの熱膨張率に近くなった。
【００２１】基板の熱伝導率が、実施例１の基板で２０
０Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例２で１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例３
で４００Ｗ／ｍ・Ｋあり、基板として使用できる。
０Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例２で１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、実施例３
で４００Ｗ／ｍ・Ｋあり、基板として使用できる。
【００２２】基板と冷却パイプあるいはフィンを接合す
るための熱伝導率の低いはんだ、ろう材、樹脂の接合層
がなく、また界面に空隙がなく熱伝導が良好である。
るための熱伝導率の低いはんだ、ろう材、樹脂の接合層
がなく、また界面に空隙がなく熱伝導が良好である。
【００２３】実施例１の冷却装置の両面を基板とし、両
面に電子機器を搭載することで電子機器の占有体積を減
少できる。
面に電子機器を搭載することで電子機器の占有体積を減
少できる。
【図１】試作品の設定位置図である。
【図２】実施例１で試作した両面が基板となっている液
冷用部品の平面及び立面図である。
冷用部品の平面及び立面図である。
【図３】実施例２で試作した片面が基板となっている液
冷用部品の平面及び立面図である。
冷用部品の平面及び立面図である。
【図４】実施例３で試作した片面が空冷用のフィンとな
っている部品の平面及び立面図である。
っている部品の平面及び立面図である。
１ 試作品 ２ 溶融した金属 ３ プレス機のラム ４ 金型 ５ 複合材プリフォーム ６ 金属 ７ パイプ ８ 薄板（フィンとなる） ９ 型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 19/14 Ｂ２２Ｄ 19/14 Ｃ Ｈ０１Ｌ 23/373 Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｍ Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｍ
Claims (5)
- 【請求項１】電子基板の熱除去を目的とし、セラミック
と金属あるいは炭素材と金属からなる複合材基板と液体
を冷却媒体とする冷却装置が金属で一体化している冷却
装置付基板。 - 【請求項２】電子基板の熱除去を目的とし、セラミック
と金属あるいは炭素材と金属からなる複合材基板と気体
を冷却媒体とする冷却装置が金属で一体化している冷却
装置付基板。 - 【請求項３】電子基板の熱除去を目的とし、セラミック
と金属あるいは炭素材と金属からなる２枚の複合材基板
が液体を媒体とする冷却装置をはさみ一体化している冷
却装置付基板。 - 【請求項４】請求項１、請求項２、請求項３のセラミッ
クと金属あるいは炭素材と金属からなる複合材基板の熱
膨張率が１０×１０-6／℃以下、熱伝導率が１２０Ｗ／
（ｍ・Ｋ）以上のいずれかである基板。 - 【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３の複合材基
板の金属が、アルミニウム、マグネシウム、銅、銀、あ
るいはそれらのひとつ以上を含む合金から選ばれる。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17489599A JP2001007265A (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | 冷却装置付基板及びその製法 |
| PCT/JP1999/006304 WO2000027776A1 (en) | 1998-11-11 | 1999-11-11 | Carbon-based metal composite material, method for preparation thereof and use thereof |
| EP19990971789 EP1055650B1 (en) | 1998-11-11 | 1999-11-11 | Carbon-based metal composite material, method for preparation thereof and use thereof |
| US09/600,032 US6649265B1 (en) | 1998-11-11 | 1999-11-11 | Carbon-based metal composite material, method for preparation thereof and use thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17489599A JP2001007265A (ja) | 1999-06-22 | 1999-06-22 | 冷却装置付基板及びその製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007265A true JP2001007265A (ja) | 2001-01-12 |
Family
ID=15986573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17489599A Pending JP2001007265A (ja) | 1998-11-11 | 1999-06-22 | 冷却装置付基板及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001007265A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1585173A2 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-12 | Dowa Mining Co., Ltd. | Aluminium bonding member and method for producing same |
| US7433187B2 (en) | 2003-03-28 | 2008-10-07 | Ngk Insulators, Ltd. | Heat spreader module |
| US7447032B2 (en) | 2005-09-09 | 2008-11-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Heat spreader module and method of manufacturing same |
| JP2010103582A (ja) * | 2004-03-31 | 2010-05-06 | Dowa Holdings Co Ltd | アルミニウム接合部材 |
| WO2012100810A1 (en) * | 2011-01-24 | 2012-08-02 | Schaffner Emv Ag | A cooling component for a transformer comprising ceramic |
| WO2023099252A1 (de) * | 2021-12-02 | 2023-06-08 | Zf Friedrichshafen Ag | Kühlvorrichtung zum kühlen einer zu kühlenden einheit und verfahren zum herstellen einer kühlvorrichtung |
-
1999
- 1999-06-22 JP JP17489599A patent/JP2001007265A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20050202 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20050202 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 |