JP2017183533A - Heat sink with circuit board and manufacturing method therefor - Google Patents

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幹雄 大高
Mikio Otaka
幹雄 大高
熊谷　正樹
Masaki Kumagai
正樹 熊谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat sink with circuit board capable of suppressing a crack of a ceramic plate for a long time while suppressing the mass increase, and a manufacturing method therefor.SOLUTION: A heat sink 1 comprises a circuit board 2, a heat sink body 3, a low expansion member 4 and a wax material layer 5. The heat sink body 3 includes: a substrate mounting part 31 on which a first aluminum plate 21 in the circuit board 2 is mounted; and a recess 311 which is formed in a part of the substrate mounting part 31 and recessed from surroundings. The low expansion member 4 has a linear expansion coefficient which is lower than that of the heat sink body 3, and is embedded in the recess 311. The low expansion member 4 includes a first linear part 41 that extends in one direction, and a second linear part 42 that is orthogonal to the first linear part 41. The first linear part 41 and second linear part 42 are formed integrally.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、回路基板付きヒートシンク及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a heat sink with a circuit board and a manufacturing method thereof.

インバータやコンバータ等の電力変換装置には、セラミックス板の両面に金属板が接合された回路基板と、回路基板における一方の金属板に接合されたヒートシンクとを有する回路基板付きヒートシンクが組み込まれている（例えば、特許文献１）。回路基板における他方の金属板には、電力回路を構成する半導体素子などがはんだ付により搭載されている。また、この種の回路基板付きヒートシンクにおけるヒートシンクや金属板は、軽量化を目的として、アルミニウム材やアルミニウム合金材から構成されていることがある。   Power converters such as inverters and converters incorporate a heat sink with a circuit board having a circuit board in which metal plates are bonded to both surfaces of a ceramic plate and a heat sink bonded to one metal plate in the circuit board. (For example, patent document 1). On the other metal plate of the circuit board, a semiconductor element constituting the power circuit is mounted by soldering. In addition, the heat sink and the metal plate in this type of heat sink with a circuit board may be made of an aluminum material or an aluminum alloy material for the purpose of weight reduction.

回路基板は、以下のような方法により、ヒートシンクに接合されている。まず、ヒートシンクと、ろう材と、回路基板とをこの順に積層して被処理物を組み立てる。そして、回路基板をヒートシンク側に押圧しながら被処理物を加熱し、ろう材を溶融させる。その後、被処理物を冷却してろう材を凝固させることにより、ろう材を介して回路基板における金属板とヒートシンクとを接合することができる。   The circuit board is bonded to the heat sink by the following method. First, an object to be processed is assembled by laminating a heat sink, a brazing material, and a circuit board in this order. Then, the workpiece is heated while pressing the circuit board toward the heat sink, and the brazing material is melted. Thereafter, by cooling the workpiece and solidifying the brazing material, the metal plate and the heat sink on the circuit board can be joined via the brazing material.

しかし、回路基板におけるセラミックス板の熱膨張係数と、ヒートシンクを構成するアルミニウム材の熱膨張係数とは異なっているため、ろう付時の加熱によりセラミックス板とヒートシンクとの熱膨張量に差が生じる。このような状態で被処理物を冷却すると、セラミックス板やヒートシンクの収縮が完了する前にろう材が凝固する。その結果、ろう付が完了した後の回路基板付きヒートシンクにおいて、セラミックス板に反り及び残留応力が発生する。   However, since the thermal expansion coefficient of the ceramic plate on the circuit board is different from the thermal expansion coefficient of the aluminum material constituting the heat sink, a difference occurs in the thermal expansion amount between the ceramic plate and the heat sink due to heating during brazing. When the object to be processed is cooled in such a state, the brazing material is solidified before the contraction of the ceramic plate and the heat sink is completed. As a result, in the heat sink with a circuit board after brazing is completed, warpage and residual stress are generated in the ceramic plate.

また、ろう付後の回路基板は、ろう材を介してヒートシンクに拘束されている。そのため、例えば半導体素子のはんだ付作業の際や、半導体素子の発熱等により回路基板及びヒートシンクの温度が上昇すると、セラミックス板の中心付近に引張応力が生じるとともに、セラミックス板に反りが生じる。そして、これらの引張応力や反りが過度に大きい場合には、セラミックス板に割れが発生するおそれがある。   Moreover, the circuit board after brazing is restrained by the heat sink via the brazing material. Therefore, for example, when soldering the semiconductor element or when the temperature of the circuit board and the heat sink rises due to heat generation of the semiconductor element, a tensile stress is generated near the center of the ceramic plate and the ceramic plate is warped. And when these tensile stress and curvature are too large, there exists a possibility that a crack may generate | occur | produce in a ceramic board.

このような問題を解決するため、例えば、ヒートシンクよりも線膨張係数の小さい台座をヒートシンク上に設け、この台座に回路基板を接合する技術が提案されている（例えば、特許文献２）。台座としては、銅や銅とタングステンとの合金、銅とモリブデンとの合金が例示されている。   In order to solve such a problem, for example, a technique has been proposed in which a pedestal having a smaller linear expansion coefficient than the heat sink is provided on the heat sink and a circuit board is joined to the pedestal (for example, Patent Document 2). Examples of the pedestal include copper, an alloy of copper and tungsten, and an alloy of copper and molybdenum.

特開２０１５−１５３９２５号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-153925 特開２０１０−２７９５３号公報JP 2010-27953 A

しかし、特許文献２の半導体装置においては、回路基板全体がアルミニウムに比べて密度の高い銅等からなる台座上に搭載されている。それ故、半導体装置の質量増大を抑制することが難しいという問題がある。   However, in the semiconductor device of Patent Document 2, the entire circuit board is mounted on a pedestal made of copper or the like having a higher density than aluminum. Therefore, there is a problem that it is difficult to suppress an increase in mass of the semiconductor device.

さらに、近年では、電気回路をコンパクト化することを目的として、回路基板上に多数の半導体素子や電気部品を搭載することが望まれている。そのため、回路基板がより大型化する傾向にあり、半導体装置の質量増大を抑制することがますます難しくなっている。   Furthermore, in recent years, it has been desired to mount a large number of semiconductor elements and electrical components on a circuit board for the purpose of downsizing the electrical circuit. For this reason, circuit boards tend to be larger, and it is increasingly difficult to suppress an increase in the mass of semiconductor devices.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、質量の増大を抑制しつつ、長期間に亘ってセラミックス板の割れを抑制することができる回路基板付きヒートシンク及びその製造方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a heat sink with a circuit board capable of suppressing cracking of a ceramic plate over a long period of time while suppressing an increase in mass and a method for manufacturing the same. To do.

本発明の一態様は、矩形を呈する第１アルミニウム板と、該第１アルミニウム板に積層されたセラミックス板と、該セラミックス板に積層された第２アルミニウム板とを備えた回路基板と、
上記第１アルミニウム板が搭載される基板搭載部と、該基板搭載部の一部に形成され、周囲よりも陥没した凹部とを備え、アルミニウム材から構成されているヒートシンク本体と、
該ヒートシンク本体よりも低い線膨張係数を有し、上記凹部に埋設された低膨張部材と、
上記第１アルミニウム板と上記基板搭載部との間及び上記第１アルミニウム板と上記低膨張部材との間に介在するろう材層とを有し、
上記低膨張部材は、
一方向に延設された第１直線部と、
該第１直線部に交差する第２直線部とを有しており、
上記第１直線部と上記第２直線部とが一体に形成されている、回路基板付きヒートシンクにある。 One aspect of the present invention is a circuit board including a rectangular first aluminum plate, a ceramic plate laminated on the first aluminum plate, and a second aluminum plate laminated on the ceramic plate;
A heat sink main body comprising a substrate mounting portion on which the first aluminum plate is mounted, a recess formed in a part of the substrate mounting portion and recessed from the periphery, and made of an aluminum material;
A low expansion member having a linear expansion coefficient lower than that of the heat sink body and embedded in the recess;
A brazing filler metal layer interposed between the first aluminum plate and the substrate mounting portion and between the first aluminum plate and the low expansion member;
The low expansion member is
A first straight portion extending in one direction;
A second straight portion intersecting the first straight portion,
In the heat sink with a circuit board, the first straight portion and the second straight portion are integrally formed.

本発明の他の態様は、上記の態様の回路基板付きヒートシンクの製造方法であって、上記ヒートシンク本体と、上記凹部内に配置された下側ろう箔と、該下側ろう箔の上に載置された上記低膨張部材と、上記基板搭載部及び上記低膨張部材の上に載置された上側ろう箔と、該上側ろう箔と上記第１アルミニウム板とが当接するように載置された上記回路基板とを有する被処理物を組み立て、
上記回路基板を上記ヒートシンク側に押圧しつつ上記被処理物を加熱することにより、該被処理物のろう付を一括して行う、回路基板付きヒートシンクの製造方法にある。 Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a heat sink with a circuit board according to the above aspect, wherein the heat sink body, a lower wax foil disposed in the recess, and a lower wax foil are mounted on the heat sink body. The placed low expansion member, the upper wax foil placed on the substrate mounting portion and the low expansion member, and the upper wax foil and the first aluminum plate were placed in contact with each other. Assembling a workpiece having the circuit board,
In the method of manufacturing a heat sink with a circuit board, the object to be processed is collectively brazed by heating the object to be processed while pressing the circuit board toward the heat sink.

上記回路基板付きヒートシンク（以下、「ヒートシンク」と省略する。）は、上記基板搭載部と、該基板搭載部の一部に形成された上記凹部とを備えた上記ヒートシンク本体を有している。上記凹部には、上記第１直線部と、該第１直線部に交差する第２直線部とを備え、上記ヒートシンク本体よりも低い線膨張係数を有する上記低膨張部材が埋設されている。そして、上記第１アルミニウム板は、上記ろう材層を介して上記低膨張部材及び上記基板搭載部の両方に接合されている。   The heat sink with a circuit board (hereinafter abbreviated as “heat sink”) includes the heat sink body including the substrate mounting portion and the concave portion formed in a part of the substrate mounting portion. The low expansion member having the first linear portion and the second linear portion intersecting the first linear portion and having a linear expansion coefficient lower than that of the heat sink body is embedded in the concave portion. The first aluminum plate is bonded to both the low expansion member and the substrate mounting portion via the brazing material layer.

上記ヒートシンクは、上記凹部に上記低膨張部材を埋設することにより、ろう付時に上記セラミックス板に生じる反り及び残留応力を低減することができる。さらに、上記ヒートシンクは、ろう付後の温度上昇に伴って上記セラミックス板に加わる反りや引張応力を低減することもできる。これらの結果、上記セラミックス板の割れを長期間に亘って抑制することができる。   The heat sink can reduce warpage and residual stress generated in the ceramic plate during brazing by embedding the low expansion member in the recess. Furthermore, the heat sink can reduce warpage and tensile stress applied to the ceramic plate as the temperature rises after brazing. As a result, it is possible to suppress cracking of the ceramic plate over a long period of time.

また、上記ヒートシンクにおいては、従来のように、上記回路基板の全体を上記低膨張部材上に載置する必要がない。これにより、上記セラミックス板の割れを長期間に亘って抑制する効果を得つつ、上記低膨張部材の体積を小さくすることができる。その結果、上記ヒートシンクの質量の増加を抑制することができる。   Further, in the heat sink, it is not necessary to place the entire circuit board on the low expansion member as in the prior art. Thereby, the volume of the said low expansion member can be made small, acquiring the effect which suppresses the crack of the said ceramic board over a long period of time. As a result, an increase in the mass of the heat sink can be suppressed.

以上のように、上記ヒートシンクによれば、質量の増大を抑制しつつ、長期間に亘ってセラミックス板の割れを抑制することができる。   As described above, according to the heat sink, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a long period while suppressing an increase in mass.

また、上記の態様の製造方法によれば、上記ヒートシンク本体、上記低膨張部材及び上記回路基板のろう付を一括して行うことができる。その結果、上記ヒートシンクを容易に作製することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of said aspect, the said heat sink main body, the said low expansion member, and the said circuit board can be brazed collectively. As a result, the heat sink can be easily manufactured.

実施例１における、回路基板付きヒートシンクの平面図である。1 is a plan view of a heat sink with a circuit board in Example 1. FIG. 実施例１における、回路基板付きヒートシンクのろう付を行う前の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view before brazing of the heat sink with a circuit board in Example 1. FIG. 図１のIII−III線矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 図３における、低膨張部材近傍の一部拡大図である。FIG. 4 is a partially enlarged view of the vicinity of a low expansion member in FIG. 3. 実施例１における、低膨張部材が埋設されたヒートシンク本体の平面図である。In Example 1, it is a top view of the heat sink main body with which the low expansion | swelling member was embed | buried. 実施例１における、第１アルミニウム板側から見た回路基板の平面図である。In Example 1, it is a top view of the circuit board seen from the 1st aluminum plate side. 実施例２における、外枠部を備えた低膨張部材を有する回路基板付きヒートシンクのろう付を行う前の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view before brazing of the heat sink with a circuit board which has a low expansion member provided with the outer frame part in Example 2. FIG. 実施例２における、低膨張部材が埋設されたヒートシンク本体の平面図である。In Example 2, it is a top view of the heat sink main body with which the low expansion | swelling member was embed | buried. 実施例３における、補強部を備えた低膨張部材を有する回路基板付きヒートシンクのろう付を行う前の分解斜視図である。In Example 3, it is a disassembled perspective view before brazing of the heat sink with a circuit board which has a low expansion member provided with the reinforcement part. 実施例３における、低膨張部材が埋設されたヒートシンク本体の平面図である。In Example 3, it is a top view of the heat sink main body with which the low expansion | swelling member was embed | buried. 実施例３における、回路基板付きヒートシンクの断面図（図３に相当する矢視断面図）である。It is sectional drawing (arrow sectional drawing equivalent to FIG. 3) of the heat sink with a circuit board in Example 3. FIG. 図１１における、補強部近傍の一部拡大図である。FIG. 12 is a partially enlarged view of the vicinity of a reinforcing portion in FIG. 11. 実施例３における、板状部の平面図である。6 is a plan view of a plate-like portion in Example 3. FIG. 実施例３における、補強部の平面図である。In Example 3, it is a top view of the reinforcement part.

上記ヒートシンクにおいて、回路基板は、第１アルミニウム板、セラミックス板及び第２アルミニウム板が順次積層された３層構造を有している。第１アルミニウム板及び第２アルミニウム板としては、公知のアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成された板材を採用することができる。第１アルミニウム板及び第２アルミニウム板の厚みは、例えば、０．２〜０．６ｍｍの範囲内から適宜設定することができる。   In the heat sink, the circuit board has a three-layer structure in which a first aluminum plate, a ceramic plate, and a second aluminum plate are sequentially laminated. As a 1st aluminum plate and a 2nd aluminum plate, the board | plate material comprised from the well-known aluminum or aluminum alloy is employable. The thickness of a 1st aluminum plate and a 2nd aluminum plate can be suitably set from the range of 0.2-0.6 mm, for example.

第１アルミニウム板は、矩形を呈している。ここで、上記の「矩形」には、幾何学的に定義される矩形及び一般的な感覚として矩形と認識される形状が含まれる。例えば、第１アルミニウム板は、平面視において長方形あるいは正方形を呈していてもよい。また、第１アルミニウム板は、長方形あるいは正方形を、矩形と認識できる程度に変形した形状とすることもできる。例えば、平面視において、第１アルミニウム板の角部は円弧状を呈していてもよい。   The first aluminum plate has a rectangular shape. Here, the above-described “rectangle” includes a geometrically defined rectangle and a shape that is recognized as a rectangle as a general sense. For example, the first aluminum plate may have a rectangular or square shape in plan view. In addition, the first aluminum plate may have a shape that is a rectangle or a square deformed to such an extent that it can be recognized as a rectangle. For example, in plan view, the corners of the first aluminum plate may have an arc shape.

第２アルミニウム板の形状は特に限定されるものではないが、通常、所望する電気回路に応じた形状を呈している。また、第２アルミニウム板は、セラミックス板上に複数配置されていてもよい。   Although the shape of a 2nd aluminum plate is not specifically limited, Usually, the shape according to the desired electric circuit is exhibited. A plurality of second aluminum plates may be arranged on the ceramic plate.

回路基板におけるセラミックス板は、例えば、アルミナ等の酸化物系セラミックスや、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物系セラミックスなどから構成されている。セラミックス板の厚みは、例えば、０．２〜１．５ｍｍの範囲内から適宜設定することができる。   The ceramic plate in the circuit board is made of, for example, oxide ceramics such as alumina, nitride ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride, and the like. The thickness of the ceramic plate can be appropriately set, for example, within a range of 0.2 to 1.5 mm.

ヒートシンク本体は、アルミニウム材から構成されている。ここで、上記の「アルミニウム材」には、純アルミニウム及びアルミニウム合金が含まれる。ヒートシンク本体の材質は、要求される機械的特性や耐食性、加工性等に応じて公知のアルミニウム及びアルミニウム合金の中から適宜選択することができる。   The heat sink body is made of an aluminum material. Here, the above “aluminum material” includes pure aluminum and aluminum alloys. The material of the heat sink body can be appropriately selected from known aluminum and aluminum alloys according to required mechanical properties, corrosion resistance, workability, and the like.

ヒートシンク本体は、例えば、平板状を呈していてもよい。この場合には、厚み方向における一方側を基板搭載部として構成することができる。また、厚み方向における他方側には、ヒートシンク本体とは別体に構成されたピンフィンやプレートフィン、コルゲートフィン等の放熱フィン部材が取り付けられていてもよい。また、これらの放熱フィン部材とヒートシンク本体とを一体的に形成することもできる。   The heat sink body may have a flat plate shape, for example. In this case, one side in the thickness direction can be configured as the substrate mounting portion. Further, on the other side in the thickness direction, a heat radiating fin member such as a pin fin, a plate fin, or a corrugated fin, which is configured separately from the heat sink main body, may be attached. Moreover, these heat radiating fin members and the heat sink main body can also be formed integrally.

基板搭載部におけるろう材層に接している表面は、回路基板の接合性を高める観点から、通常、平坦に形成されている。また、基板搭載部の一部には、周囲よりも陥没した凹部が形成されている。   The surface in contact with the brazing material layer in the board mounting portion is usually formed flat from the viewpoint of improving the bondability of the circuit board. In addition, a recessed portion that is recessed from the periphery is formed in a part of the substrate mounting portion.

凹部には、ヒートシンク本体よりも低い線膨張係数を有する低膨張部材が埋設されている。低膨張部材は、例えば、ろう付によりヒートシンク本体と接合されていてもよい。   A low expansion member having a lower linear expansion coefficient than that of the heat sink body is embedded in the recess. The low expansion member may be joined to the heat sink body by brazing, for example.

低膨張部材は、種々の単体金属や合金、セラミックスから構成されていてもよい。単体金属としては、例えば、ニッケル、タングステン、モリブデン等を採用することができる。合金としては、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ３６％合金等を採用することができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ等の酸化物系セラミックスや、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の窒化物系セラミックスを採用することができる。   The low expansion member may be composed of various simple metals, alloys, and ceramics. As the single metal, for example, nickel, tungsten, molybdenum or the like can be used. As the alloy, for example, an Fe-Ni 36% alloy or the like can be employed. As ceramics, for example, oxide ceramics such as alumina, and nitride ceramics such as aluminum nitride and silicon nitride can be employed.

低膨張部材は、金属から構成されていることが好ましい。金属は、セラミックスに比べて高い靭性を有している。そのため、金属からなる低膨張部材は、ヒートシンク本体が熱膨張した際に、ヒートシンク本体の変形に容易に追従することができる。   The low expansion member is preferably made of metal. Metals have higher toughness than ceramics. Therefore, the low expansion member made of metal can easily follow the deformation of the heat sink body when the heat sink body is thermally expanded.

低膨張部材の線膨張係数は、０．１〜１９ｐｐｍ／Ｋであることが好ましい。この場合には、ろう付時及びろう付後にセラミックス板に生じる応力や反りをより低減することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制する観点からは、低膨張部材の線膨張係数を４．５〜１９ｐｐｍ／Ｋとすることが好ましい。   The linear expansion coefficient of the low expansion member is preferably 0.1 to 19 ppm / K. In this case, it is possible to further reduce stress and warpage generated in the ceramic plate during and after brazing. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period. From the viewpoint of suppressing cracking of the ceramic plate for a longer period, it is preferable that the linear expansion coefficient of the low expansion member is 4.5 to 19 ppm / K.

低膨張部材は、第１直線部と、第１直線部に交差する第２直線部とを有している。第１直線部と第２直線部とは、一体に形成されている。これにより、ろう付時及びろう付後にセラミックス板に生じる応力や反りを低減する効果を十分に得ることができる。   The low expansion member has a first straight portion and a second straight portion that intersects the first straight portion. The first straight part and the second straight part are formed integrally. Thereby, the effect which reduces the stress and curvature which arise in a ceramic board at the time of brazing and after brazing can fully be acquired.

第１直線部の数は、１本であってもよく、２本以上であってもよい。また、第２直線部の数は、１本であってもよく、２本以上であってもよい。   The number of first straight portions may be one or may be two or more. Further, the number of the second straight portions may be one, or may be two or more.

第２直線部は、第１直線部に直交していることが好ましい。この場合には、第２直線部が第１直線部に対して斜めに交差している場合に比べて、第１直線部と第２直線部との交差部分の面積を小さくすることができる。これにより、ろう付時及びろう付後にセラミックス板に生じる応力や反りの偏りをより低減することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The second straight portion is preferably orthogonal to the first straight portion. In this case, the area of the intersecting portion between the first straight line portion and the second straight line portion can be reduced as compared with the case where the second straight line portion obliquely intersects the first straight line portion. Thereby, the bias | inclination of the stress and curvature which generate | occur | produce in a ceramic board at the time of brazing and after brazing can be reduced more. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

なお、上述の「直交」には、第１溝部と第２溝部とのなす角度が９０°である場合、及び、この角度が９０°からわずかにずれる場合が含まれる。具体的には、第１直線部と第２直線部とのなす角度が８７〜９３°であれば、上述した応力や反りを低減する効果を十分に得ることができる。   In addition, the above-mentioned “orthogonal” includes a case where the angle formed by the first groove portion and the second groove portion is 90 ° and a case where this angle slightly deviates from 90 °. Specifically, if the angle formed by the first straight portion and the second straight portion is 87 to 93 °, the above-described effect of reducing the stress and warpage can be sufficiently obtained.

第１直線部の延設方向は、例えば、第１アルミニウム板の外周端縁におけるいずれかの辺に平行な方向とすることができる。   The extending direction of the first straight portion can be, for example, a direction parallel to any side of the outer peripheral edge of the first aluminum plate.

また、低膨張部材は、第１アルミニウム板の外周端縁に沿って形成された外枠部を有しており、外枠部は、第１直線部及び第２直線部に連なっていることが好ましい。この場合には、ろう付時及びろう付後に生じるヒートシンク本体の反りをより低減することができ、ひいてはセラミックス板の反りをより低減することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   Further, the low expansion member has an outer frame portion formed along the outer peripheral edge of the first aluminum plate, and the outer frame portion is connected to the first linear portion and the second linear portion. preferable. In this case, it is possible to further reduce the warpage of the heat sink body that occurs during brazing and after brazing, and thus further reduce the warpage of the ceramic plate. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

回路基板側から視た平面視において、外枠部の外周端縁における角部は、円弧状を呈していてもよい。この場合には、ろう付時及びろう付後に生じるセラミックス板の角部への応力集中をより効果的に緩和することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   In a plan view as viewed from the circuit board side, the corner portion at the outer peripheral edge of the outer frame portion may have an arc shape. In this case, stress concentration at the corners of the ceramic plate that occurs during and after brazing can be more effectively mitigated. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

上記角部が円弧状を呈している場合、その曲率半径は、１ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。この場合には、セラミックス板への応力集中をより効果的に緩和することができる。   When the said corner | angular part is exhibiting circular arc shape, it is preferable that the curvature radius is 1 mm or more and 6 mm or less. In this case, stress concentration on the ceramic plate can be alleviated more effectively.

低膨張部材は、第１直線部、第２直線部及び外枠部を含む板状部と、外枠部からヒートシンク本体側に突出した補強部とを有していることが好ましい。この場合には、補強部により、低膨張部材の剛性をより高くすることができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The low expansion member preferably has a plate-like portion including the first straight portion, the second straight portion, and the outer frame portion, and a reinforcing portion that protrudes from the outer frame portion toward the heat sink main body. In this case, the rigidity of the low expansion member can be further increased by the reinforcing portion. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

板状部と補強部とは、一体に形成されていてもよい。また、板状部と補強部とを別々に形成し、これらの部品をろう付等により一体化することもできる。板状部と補強部とを別々に形成する場合には、個々の部品の構造を簡素化することができる。その結果、板状部及び補強部を容易に製造することができる。   The plate-like part and the reinforcing part may be integrally formed. Moreover, a plate-shaped part and a reinforcement part can be formed separately, and these components can also be integrated by brazing etc. When the plate-like portion and the reinforcing portion are formed separately, the structure of each component can be simplified. As a result, the plate-like portion and the reinforcing portion can be easily manufactured.

また、低膨張部材は、第１直線部及び第２直線部のうち少なくとも一方に連なり、回路基板側から視た平面視において第１アルミニウム板の角部に対応する位置に配置された応力緩和部を有していてもよい。この場合には、ろう付時及びろう付後に生じるセラミックス板の角部への応力集中をより効果的に緩和することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The low expansion member is connected to at least one of the first linear portion and the second linear portion, and is a stress relaxation portion arranged at a position corresponding to a corner portion of the first aluminum plate in a plan view as viewed from the circuit board side. You may have. In this case, stress concentration at the corners of the ceramic plate that occurs during and after brazing can be more effectively mitigated. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

応力緩和部は、平面視において、例えば正方形状、長方形状、三角形状、扇形状等の種々の形態を呈していてもよい。また、面状凹部は、外枠部を介して第１直線部及び第２直線部のうち少なくとも一方に連なっていてもよい。また、第１直線部及び第２直線部のうち少なくとも一方に連なるように、応力緩和部を第１直線部及び／または第２直線部まで延設することもできる。   The stress relaxation portion may have various forms such as a square shape, a rectangular shape, a triangular shape, and a fan shape in a plan view. The planar recess may be continuous with at least one of the first straight portion and the second straight portion via the outer frame portion. In addition, the stress relaxation portion can be extended to the first straight portion and / or the second straight portion so as to be continuous with at least one of the first straight portion and the second straight portion.

回路基板側から視た平面視における低膨張部材の形状は、第１アルミニウム板の中心に対して１８０°回転対称であることが好ましい。この場合には、ろう付時及びろう付後にセラミックス板に生じる応力や反りの偏りをより低減することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The shape of the low expansion member in plan view as viewed from the circuit board side is preferably 180 ° rotationally symmetric with respect to the center of the first aluminum plate. In this case, it is possible to further reduce stress and warp deviation generated in the ceramic plate during and after brazing. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

第１アルミニウム板の外周端縁、この外周端縁におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線及び第１分割線と直交する２本の第２分割線に沿って第１アルミニウム板の表面を９個の仮想領域に等分割したときに、中央に配置された中央仮想領域における、低膨張部材を第１アルミニウム板上に投影してなる低膨張領域の面積率が５５％以上であることが好ましい。   The first aluminum plate along the outer peripheral edge of the first aluminum plate, the two first dividing lines parallel to any side of the outer peripheral edge, and the two second dividing lines orthogonal to the first dividing line The area ratio of the low expansion region formed by projecting the low expansion member on the first aluminum plate in the central virtual region arranged at the center is equal to or greater than 55%. Preferably there is.

中央仮想領域に占める低膨張領域の面積率を５５％以上とすることにより、ろう付時にセラミックス板の中央部に生じる引張応力をより低減することができるとともに、ろう付後の応力の変動をより低減することができる。その結果、セラミックス板の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   By setting the area ratio of the low expansion region occupying the central virtual region to 55% or more, it is possible to further reduce the tensile stress generated in the central portion of the ceramic plate during brazing and to further reduce the fluctuation of stress after brazing. Can be reduced. As a result, cracking of the ceramic plate can be suppressed over a longer period.

低膨張部材及び基板搭載部は、ろう材層を介して第１アルミニウム板と接合されている。ろう材層は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ（アルミニウムーシリコン）系合金やＡｌ−Ｃｕ（アルミニウム−銅）系合金などの、アルミニウム用のろう材として公知の合金から構成されていてもよい。   The low expansion member and the substrate mounting part are joined to the first aluminum plate via the brazing material layer. The brazing material layer may be made of an alloy known as a brazing material for aluminum, such as an Al—Si (aluminum-silicon) alloy or an Al—Cu (aluminum-copper) alloy.

低膨張部材における第１アルミニウム板側の表面と、基板搭載部におけるろう材層に接している表面とは、面一に配置されていることが好ましい。この場合には、ろう付作業の際に、ろう材層中にボイドが発生することをより効果的に抑制することができる。その結果、ヒートシンクの放熱性をより向上させることができる。   It is preferable that the surface on the first aluminum plate side of the low expansion member and the surface in contact with the brazing filler metal layer in the substrate mounting portion are arranged flush with each other. In this case, it is possible to more effectively suppress the generation of voids in the brazing material layer during the brazing operation. As a result, the heat dissipation of the heat sink can be further improved.

第１アルミニウム板と基板搭載部との間には、セラミックス板に加わる応力を緩和するための緩衝材が配置されていてもよい。緩衝材としては、例えば、１０００系アルミニウム等の比較的軟らかい金属からなる薄板を採用することができる。緩衝材は、例えば、ろう材層を介して第１アルミニウム板、基板搭載部及び低膨張部材に接合されていてもよい。   Between the 1st aluminum plate and the board | substrate mounting part, the buffer material for relieving the stress added to a ceramic board may be arrange | positioned. As the buffer material, for example, a thin plate made of a relatively soft metal such as 1000 series aluminum can be employed. The buffer material may be bonded to the first aluminum plate, the substrate mounting portion, and the low expansion member via a brazing material layer, for example.

上記の態様の回路基板付きヒートシンクは、例えば、以下の方法により製造することができる。まず、上記ヒートシンク本体、上記凹部の形状と合致するように形成された下側ろう箔及び低膨張部材、上記第１アルミニウム板の形状と合致するように形成された上側ろう箔及び回路基板を準備する。   The heat sink with a circuit board according to the above aspect can be manufactured, for example, by the following method. First, a heat sink body, a lower wax foil and a low expansion member formed so as to match the shape of the recess, and an upper wax foil and a circuit board formed so as to match the shape of the first aluminum plate are prepared. To do.

ヒートシンク本体の凹部内に下側ろう箔を配置し、次いで下側ろう箔の上に低膨張部材を載置する。その後、基板搭載部及び低膨張部材の上に上側ろう材を載置する。そして、上側ろう箔と第１アルミニウム板とが当接するようにして回路基板を載置する。以上により被処理物を組み立てた後、回路基板をヒートシンクに押圧しつつ被処理物を加熱することにより、被処理物のろう付を一括して行う。以上により、上記の態様のヒートシンクを製造することができる。   A lower brazing foil is placed in the recess of the heat sink body, and then a low expansion member is placed on the lower brazing foil. Thereafter, the upper brazing material is placed on the substrate mounting portion and the low expansion member. And a circuit board is mounted so that an upper side brazing foil and a 1st aluminum plate may contact | abut. After assembling the objects to be processed, the objects to be processed are brazed together by heating the objects to be processed while pressing the circuit board against the heat sink. As described above, the heat sink of the above aspect can be manufactured.

（実施例１）
上記回路基板付きヒートシンクの実施例について、図を用いて説明する。図１〜図４に示すように、ヒートシンク１は、回路基板２と、ヒートシンク本体３と、低膨張部材４と、ろう材層５とを有している。回路基板２は、矩形を呈する第１アルミニウム板２１（図６参照）と、第１アルミニウム板２１に積層されたセラミックス板２２と、セラミックス板２２に積層された第２アルミニウム板２３（図１参照）とを有している。 Example 1
Examples of the heat sink with the circuit board will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 4, the heat sink 1 includes a circuit board 2, a heat sink body 3, a low expansion member 4, and a brazing material layer 5. The circuit board 2 includes a rectangular first aluminum plate 21 (see FIG. 6), a ceramic plate 22 laminated on the first aluminum plate 21, and a second aluminum plate 23 laminated on the ceramic plate 22 (see FIG. 1). ).

ヒートシンク本体３は、アルミニウム材から構成されている。また、ヒートシンク本体３は、図２〜図５に示すように、第１アルミニウム板２１が搭載される基板搭載部３１と、基板搭載部３１の一部に形成され、周囲よりも陥没した凹部３１１とを備えている。   The heat sink body 3 is made of an aluminum material. As shown in FIGS. 2 to 5, the heat sink body 3 includes a substrate mounting portion 31 on which the first aluminum plate 21 is mounted, and a recessed portion 311 that is formed in a part of the substrate mounting portion 31 and is recessed from the periphery. And.

低膨張部材４は、ヒートシンク本体３よりも低い線膨張係数を有している。また、図２〜図５に示すように、低膨張部材４は凹部３１１に埋設されている。図４に示すように、第１アルミニウム板２１と基板搭載部３１との間及び第１アルミニウム板２１と低膨張部材４との間には、ろう材層５が介在している。   The low expansion member 4 has a lower linear expansion coefficient than the heat sink body 3. As shown in FIGS. 2 to 5, the low expansion member 4 is embedded in the recess 311. As shown in FIG. 4, a brazing filler metal layer 5 is interposed between the first aluminum plate 21 and the substrate mounting portion 31 and between the first aluminum plate 21 and the low expansion member 4.

図２及び図５に示すように、低膨張部材４は、一方向に延設された第１直線部４１と、第１直線部４１に直交する第２直線部４２とを有している。第１直線部４１と第２直線部４２とは一体に形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 5, the low expansion member 4 has a first straight portion 41 extending in one direction and a second straight portion 42 orthogonal to the first straight portion 41. The first straight portion 41 and the second straight portion 42 are integrally formed.

以下、ヒートシンク１の各部についてより詳細に説明する。
本例の回路基板２における第１アルミニウム板２１は、純度９９．９９％（４Ｎ）のアルミニウムから構成されており、縦７６ｍｍ、横７６ｍｍ、厚さ０．４０ｍｍの正方形状を呈している。また、図６に示すように、第１アルミニウム板２１における４箇所の角部２１１は円弧状を呈している。 Hereinafter, each part of the heat sink 1 will be described in more detail.
The first aluminum plate 21 in the circuit board 2 of this example is made of aluminum having a purity of 99.99% (4N), and has a square shape with a length of 76 mm, a width of 76 mm, and a thickness of 0.40 mm. Moreover, as shown in FIG. 6, the four corners 211 in the 1st aluminum plate 21 are exhibiting circular arc shape.

セラミックス板２２は、窒化アルミニウムから構成されており、縦８０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍの正方形状を呈している。第２アルミニウム板２３は、純度９９．９９％（４Ｎ）のアルミニウムから構成されている。図１及び図２に示すように、本例の回路基板２は、３枚の第２アルミニウム板２３を有している。   The ceramic plate 22 is made of aluminum nitride and has a square shape with a length of 80 mm, a width of 80 mm, and a thickness of 0.64 mm. The second aluminum plate 23 is made of aluminum having a purity of 99.99% (4N). As shown in FIGS. 1 and 2, the circuit board 2 of the present example has three second aluminum plates 23.

本例のヒートシンク本体３は、図２及び図３に示すように、平板状を呈するベース部３２と、ベース部３２から立設された多数のピンフィン３３とを有している。図１及び図５に示すように、ベース部３２は、回路基板２側から見た平面視において長方形状を呈している。ピンフィン３３は、ベース部３２の厚み方向における一方側に立設されている。また、図３及び図４に示すように、ベース部３２の厚み方向における他方側には、ろう材層５を介して第１アルミニウム板２１が搭載されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the heat sink main body 3 of this example includes a base portion 32 having a flat plate shape and a large number of pin fins 33 erected from the base portion 32. As shown in FIGS. 1 and 5, the base portion 32 has a rectangular shape in plan view as viewed from the circuit board 2 side. The pin fin 33 is erected on one side in the thickness direction of the base portion 32. As shown in FIGS. 3 and 4, the first aluminum plate 21 is mounted on the other side in the thickness direction of the base portion 32 via the brazing material layer 5.

なお、本例のヒートシンク本体３はＪＩＳ Ａ６０６３合金から構成されている。また、ピンフィン３３は、直径１．５ｍｍの円柱状を呈している。以下において、便宜上、ベース部３２の長辺方向に平行な方向を「縦方向」といい、ベース部３２の短辺方向に平行な方向を「横方向」ということがある。   The heat sink body 3 of this example is made of JIS A6063 alloy. The pin fin 33 has a cylindrical shape with a diameter of 1.5 mm. Hereinafter, for the sake of convenience, the direction parallel to the long side direction of the base portion 32 is sometimes referred to as “vertical direction”, and the direction parallel to the short side direction of the base portion 32 is sometimes referred to as “lateral direction”.

図１に示すように、ベース部３２の中央部には第１アルミニウム板２１が搭載されている。これにより、ベース部３２の中央部が基板搭載部３１として構成されている。図５に示すように、基板搭載部３１の中央には、縦方向に伸びた３本の第１直線部４１と、横方向に延びた３本の第２直線部４２とを有する低膨張部材４が埋設されている。第１直線部４１及び第２直線部４２の幅は３ｍｍであり、長さは２５ｍｍであり、厚みは０．８ｍｍである。また、隣り合う第１直線部４１の間隔及び隣り合う第２直線部４２の間隔は５ｍｍである。   As shown in FIG. 1, a first aluminum plate 21 is mounted on the center portion of the base portion 32. Thereby, the center part of the base part 32 is comprised as the board | substrate mounting part 31. FIG. As shown in FIG. 5, a low expansion member having three first straight portions 41 extending in the vertical direction and three second straight portions 42 extending in the horizontal direction at the center of the substrate mounting portion 31. 4 is buried. The first straight portion 41 and the second straight portion 42 have a width of 3 mm, a length of 25 mm, and a thickness of 0.8 mm. Moreover, the space | interval of the adjacent 1st linear part 41 and the space | interval of the adjacent 2nd linear part 42 are 5 mm.

本例の低膨張部材４は、ニッケルから構成されている。ニッケルの線膨張係数は１３．４ｐｐｍ／Ｋであり、ヒートシンク本体３の線膨張係数２３．０ｐｐｍ／Ｋよりも低い。   The low expansion member 4 of this example is made of nickel. The linear expansion coefficient of nickel is 13.4 ppm / K, which is lower than the linear expansion coefficient of the heat sink body 3 of 23.0 ppm / K.

図１及び図５に示すように、第１アルミニウム板２１は、その一辺が縦方向と平行になるようにして基板搭載部３１上に配置されている。これにより、第１直線部４１が第１アルミニウム板２１の外周端縁２１２におけるいずれかの辺と平行な方向に延設されている。   As shown in FIGS. 1 and 5, the first aluminum plate 21 is disposed on the substrate mounting portion 31 so that one side thereof is parallel to the vertical direction. Thus, the first straight portion 41 extends in a direction parallel to any side of the outer peripheral edge 212 of the first aluminum plate 21.

また、回路基板２側から視た平面視における第１アルミニウム板２１の中心２１３（図６参照）は、低膨張部材４の中心４０と一致している。これにより、図５に示すように、回路基板２側から視た平面視における凹部３１１の形状が、第１アルミニウム板２１の中心２１３に対して１８０度回転対称となっている。   Further, the center 213 (see FIG. 6) of the first aluminum plate 21 in a plan view viewed from the circuit board 2 side coincides with the center 40 of the low expansion member 4. Thereby, as shown in FIG. 5, the shape of the recess 311 in a plan view viewed from the circuit board 2 side is 180-degree rotationally symmetric with respect to the center 213 of the first aluminum plate 21.

図４に示すように、低膨張部材４における第１アルミニウム板２１側の表面４００と、基板搭載部３１におけるろう材層５に接している表面３１０とは面一に配置されている。また、低膨張部材４は、下側ろう材層５１を介して基板搭載部３１に接合されている。   As shown in FIG. 4, the surface 400 on the first aluminum plate 21 side in the low expansion member 4 and the surface 310 in contact with the brazing filler metal layer 5 in the substrate mounting portion 31 are arranged flush with each other. The low expansion member 4 is joined to the substrate mounting portion 31 via the lower brazing material layer 51.

本例においては、上記の構成を有するヒートシンク１を以下の方法により作製し、反りの評価を行った。   In this example, the heat sink 1 having the above-described configuration was produced by the following method, and the warpage was evaluated.

まず、図２に示すように、ヒートシンク本体３の凹部３１１内に、低膨張部材４と同一の平面形状を有する下側ろう箔５１０を配置した。本例の下側ろう箔５１０は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金から構成されており、０．０８ｍｍの厚さを有している。   First, as shown in FIG. 2, a lower brazing foil 510 having the same planar shape as that of the low expansion member 4 was disposed in the recess 311 of the heat sink body 3. The lower brazing foil 510 in this example is made of an Al—Si—Mg alloy and has a thickness of 0.08 mm.

この下側ろう箔５１０の上に低膨張部材４を載置し、さらに、基板搭載部３１及び低膨張部材４の上に、正方形状を呈する上側ろう箔５０を載置した。本例の上側ろう箔５０は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金から構成されており、０．０８ｍｍの厚さを有している。そして、上側ろう箔５０上に回路基板２を載置し、上側ろう箔５０と第１アルミニウム板２１とを当接させた。以上により、図２に示す被処理物１０を組み立てた。   The low expansion member 4 was placed on the lower brazing foil 510, and the upper brazing foil 50 having a square shape was placed on the substrate mounting portion 31 and the low expansion member 4. The upper brazing foil 50 of this example is made of an Al—Si—Mg alloy and has a thickness of 0.08 mm. Then, the circuit board 2 was placed on the upper brazing foil 50 and the upper brazing foil 50 and the first aluminum plate 21 were brought into contact with each other. As described above, the workpiece 10 shown in FIG. 2 was assembled.

次に、この被処理物１０に治具（図示略）を取り付け、回路基板２をヒートシンク本体３側に押圧した。本例の治具は、回路基板２に当接する基板加圧板と、ヒートシンク本体３に当接するヒートシンク加圧板とを有している。これらの加圧板は、回路基板２とヒートシンク本体３との積層方向におけるヒートシンク本体３側が凸となるように湾曲している。また、これらの加圧板の曲率半径は２０００ｍｍである。   Next, a jig (not shown) was attached to the workpiece 10, and the circuit board 2 was pressed toward the heat sink body 3. The jig of this example has a substrate pressure plate that contacts the circuit board 2 and a heat sink pressure plate that contacts the heat sink body 3. These pressure plates are curved so that the heat sink body 3 side in the stacking direction of the circuit board 2 and the heat sink body 3 is convex. Further, the radius of curvature of these pressure plates is 2000 mm.

上記の治具を被処理物１０に取り付けることにより、回路基板２の中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３側に突出するようにして、被処理物１０全体を湾曲させた。そして、この状態で被処理物１０を加熱することにより、被処理物１０のろう付を一括して行った。以上により、図１に示すヒートシンク１を作製した。   By attaching the jig to the object to be processed 10, the entire object to be processed 10 was curved such that the center portion of the circuit board 2 protruded toward the heat sink body 3 from the outer peripheral end. And the to-be-processed object 10 was heated in this state, and the to-be-processed object 10 was brazed collectively. Thus, the heat sink 1 shown in FIG. 1 was produced.

ろう付後のヒートシンク１を治具から取り外した後、回路基板２の反りを測定した。ろう付後の回路基板２は、その中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３の反対側に突出するように湾曲していた。また、回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．２ｍｍ以下であった。   After removing the heat sink 1 after brazing from the jig, the warpage of the circuit board 2 was measured. The circuit board 2 after brazing was curved so that the center portion protruded to the opposite side of the heat sink body 3 from the outer peripheral end portion. Further, the difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.2 mm or less.

さらに、回路基板２へのはんだ付を想定し、ヒートシンク１を２５０℃に加熱した状態で回路基板２の反りを測定した。２５０℃に加熱された状態においては、回路基板２の反りの向きが加熱前に対して反転し、回路基板２の中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３側に突出するように湾曲していた。回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．３ｍｍ以下であった。   Further, assuming that the circuit board 2 was soldered, the warp of the circuit board 2 was measured in a state where the heat sink 1 was heated to 250 ° C. In the state heated to 250 ° C., the direction of warping of the circuit board 2 is reversed with respect to that before the heating, and the center part of the circuit board 2 is curved so as to protrude toward the heat sink body 3 from the outer peripheral end part. It was. The difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.3 mm or less.

本例の作用効果を以下に説明する。ヒートシンク１は、基板搭載部３１と、基板搭載部３１の一部に形成された凹部３１１とを備えたヒートシンク本体３を有している。凹部３１１には、第１直線部４１と、第１直線部４１に交差する第２直線部４２とを備え、ヒートシンク本体３よりも低い線膨張係数を有する低膨張部材４が埋設されている。そして、第１アルミニウム板２１は、ろう材層５を介して低膨張部材４及び基板搭載部３１の両方に接合されている。   The effect of this example is demonstrated below. The heat sink 1 has a heat sink body 3 including a substrate mounting portion 31 and a recess 311 formed in a part of the substrate mounting portion 31. A low expansion member 4 having a first linear portion 41 and a second linear portion 42 intersecting the first linear portion 41 and having a lower linear expansion coefficient than the heat sink body 3 is embedded in the recess 311. The first aluminum plate 21 is bonded to both the low expansion member 4 and the substrate mounting portion 31 via the brazing material layer 5.

ヒートシンク１は、凹部３１１に低膨張部材４を埋設することにより、ろう付時にセラミックス板２２に生じる反り及び残留応力を低減することができる。さらに、ヒートシンク１は、ろう付後の温度上昇に伴ってセラミックス板２２に加わる反りや引張応力を低減することもできる。これらの結果、セラミックス板２２の割れを長期間に亘って抑制することができる。   The heat sink 1 can reduce warpage and residual stress generated in the ceramic plate 22 during brazing by embedding the low expansion member 4 in the recess 311. Furthermore, the heat sink 1 can also reduce warpage and tensile stress applied to the ceramic plate 22 as the temperature rises after brazing. As a result, it is possible to suppress cracking of the ceramic plate 22 over a long period of time.

また、ヒートシンク１においては、従来のように、回路基板２の全体を低膨張部材４上に載置する必要がない。これにより、セラミックス板２２の割れを長期間に亘って抑制する効果を得つつ、低膨張部材４の体積を小さくすることができる。その結果、ヒートシンク１の質量の増加を抑制することができる。   Further, in the heat sink 1, it is not necessary to place the entire circuit board 2 on the low expansion member 4 as in the prior art. Thereby, the volume of the low expansion member 4 can be made small, obtaining the effect which suppresses the crack of the ceramic board 22 over a long period of time. As a result, an increase in the mass of the heat sink 1 can be suppressed.

本例の低膨張部材４における第２直線部４２は、第１直線部４１に直交している。また、回路基板２側から視た平面視における低膨張部材４の形状は、第１アルミニウム板２１の中心２１３に対して１８０°回転対称である。これらの結果、ろう付時及びろう付後にセラミックス板２２に生じる応力や反りの偏りをより低減することができる。それ故、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The second straight portion 42 in the low expansion member 4 of this example is orthogonal to the first straight portion 41. Further, the shape of the low expansion member 4 in a plan view viewed from the circuit board 2 side is 180 ° rotationally symmetric with respect to the center 213 of the first aluminum plate 21. As a result, it is possible to further reduce stress and warp deviation generated in the ceramic plate 22 during and after brazing. Therefore, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period.

本例の低膨張部材４は、金属から構成されているため、ヒートシンク本体３が熱膨張した際に、ヒートシンク本体３の変形に容易に追従することができる。   Since the low expansion member 4 of this example is made of a metal, it can easily follow the deformation of the heat sink body 3 when the heat sink body 3 is thermally expanded.

また、低膨張部材４の線膨張係数は、０．１〜１９ｐｐｍ／Ｋである。そのため、ろう付時及びろう付後にセラミックス板２２に生じる応力や反りをより低減することができる。その結果、セラミックス板２２の割れの発生をより長期間に亘って抑制することができる。   Moreover, the linear expansion coefficient of the low expansion member 4 is 0.1-19 ppm / K. Therefore, it is possible to further reduce stress and warpage generated in the ceramic plate 22 during and after brazing. As a result, generation of cracks in the ceramic plate 22 can be suppressed for a longer period.

また、低膨張部材４における第１アルミニウム板２１側の表面４００と、基板搭載部３１におけるろう材層５に接している表面３１０とは、面一に配置されている。そのため、ろう付作業の際に、ろう材層５中にボイドが発生することをより効果的に抑制することができる。その結果、ヒートシンク１の放熱性をより向上させることができる。   Further, the surface 400 of the low expansion member 4 on the first aluminum plate 21 side and the surface 310 in contact with the brazing filler metal layer 5 in the substrate mounting portion 31 are arranged flush with each other. Therefore, it is possible to more effectively suppress the generation of voids in the brazing material layer 5 during the brazing operation. As a result, the heat dissipation of the heat sink 1 can be further improved.

また、図５に示すように、第１アルミニウム板２１の外周端縁２１２、外周端縁２１２におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線Ｌ１及び第１分割線Ｌ１と直交する２本の第２分割線Ｌ２に沿って第１アルミニウム板２１の表面を９個の仮想領域に等分割した結果、中央に配置された中央仮想領域Ｃにおける、低膨張部材４を第１アルミニウム板２１上に投影してなる低膨張領域の面積率が６２．７％であった。このように、中央仮想領域Ｃにおける低膨張領域の面積率を５５％以上とすることにより、ろう付時にセラミックス板２２の中央部に生じる引張応力をより低減することができるとともに、ろう付後の応力の変動をより低減することができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   Further, as shown in FIG. 5, the outer peripheral edge 212 of the first aluminum plate 21, two first dividing lines L <b> 1 parallel to any one of the outer peripheral edge 212, and 2 perpendicular to the first dividing line L <b> 1. As a result of equally dividing the surface of the first aluminum plate 21 into nine virtual regions along the second dividing line L2, the low-expansion member 4 in the central virtual region C disposed at the center is removed from the first aluminum plate 21. The area ratio of the low expansion region projected onto the surface was 62.7%. Thus, by setting the area ratio of the low expansion region in the central virtual region C to 55% or more, the tensile stress generated in the central portion of the ceramic plate 22 during brazing can be further reduced, and after brazing, The fluctuation of stress can be further reduced. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period.

以上のように、ヒートシンク１によれば、質量の増大を抑制しつつ、長期間に亘ってセラミックス板２２の割れを抑制することができる。   As described above, according to the heat sink 1, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a long period while suppressing an increase in mass.

（実施例２）
本例は、外枠部４３を有する低膨張部材４０２を備えたヒートシンク１０２の例である。なお、本実施例以降において用いる符号のうち、既出の実施例において用いた符号と同一の符号は、特に説明のない限り、既出の実施例における構成要素等と同様の構成要素等を示す。 (Example 2)
This example is an example of the heat sink 102 including the low expansion member 402 having the outer frame portion 43. Of the reference numerals used in and after this embodiment, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments indicate the same constituent elements as those in the above-described embodiments unless otherwise specified.

本例のヒートシンク１０２は、図７に示すように、ヒートシンク本体３０２と、低膨張部材４０２と、回路基板２と、ろう材層５（図示略）とを有している。図８に示すように、本例の低膨張部材４０２は、縦方向に伸びた７本の第１直線部４１と、横方向に延びた７本の第２直線部４２とを有している。第１直線部４１及び第２直線部４２の幅は３ｍｍであり、厚みは１ｍｍである。また、隣り合う第１直線部４１の間隔及び隣り合う第２直線部４２の間隔は５ｍｍである。   As shown in FIG. 7, the heat sink 102 of this example includes a heat sink body 302, a low expansion member 402, a circuit board 2, and a brazing material layer 5 (not shown). As shown in FIG. 8, the low expansion member 402 of this example has seven first straight portions 41 extending in the vertical direction and seven second straight portions 42 extending in the horizontal direction. . The width | variety of the 1st linear part 41 and the 2nd linear part 42 is 3 mm, and thickness is 1 mm. Moreover, the space | interval of the adjacent 1st linear part 41 and the space | interval of the adjacent 2nd linear part 42 are 5 mm.

また、本例の低膨張部材４０２は、第１アルミニウム板２１の外周端縁２１２に沿って形成された外枠部４３を有している。外枠部４３は、第１直線部４１及び第２直線部４２に連なっている。外枠部４３の厚みは１ｍｍであり、幅は３ｍｍである。また、回路基板２側から視た平面視において、外枠部４３の外周端縁における角部４３１は円弧状を呈している。なお、本例の低膨張部材４は、ニッケルから構成されている。その他は実施例１と同様である。   Moreover, the low expansion member 402 of this example has an outer frame portion 43 formed along the outer peripheral edge 212 of the first aluminum plate 21. The outer frame portion 43 is continuous with the first straight portion 41 and the second straight portion 42. The outer frame portion 43 has a thickness of 1 mm and a width of 3 mm. Further, in a plan view as viewed from the circuit board 2 side, the corner portion 431 at the outer peripheral edge of the outer frame portion 43 has an arc shape. The low expansion member 4 of this example is made of nickel. Others are the same as in the first embodiment.

実施例１と同様の方法によりろう付を行ってヒートシンク１０２を作製し、治具を取り外した後の回路基板２の反りを測定した。ろう付後の回路基板２は、その中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３０２の反対側に突出するように湾曲していた。また、回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．１ｍｍ以下であった。   The heat sink 102 was produced by brazing by the same method as in Example 1, and the warpage of the circuit board 2 after removing the jig was measured. The circuit board 2 after brazing was curved such that the center portion protruded to the opposite side of the heat sink body 302 from the outer peripheral end portion. Further, the difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.1 mm or less.

さらに、回路基板２へのはんだ付を想定し、ヒートシンク１０２を２５０℃に加熱した状態で回路基板２の反りを測定した。２５０℃に加熱された状態においては、回路基板２の反りの向きが加熱前に対して反転し、回路基板２の中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３０２側に突出するように湾曲していた。回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．１ｍｍ以下であった。   Further, assuming that the circuit board 2 was soldered, the warp of the circuit board 2 was measured in a state where the heat sink 102 was heated to 250 ° C. In a state heated to 250 ° C., the direction of warping of the circuit board 2 is reversed with respect to that before heating, and the center part of the circuit board 2 is curved so as to protrude toward the heat sink body 302 from the outer peripheral end part. It was. The difference in height between the center portion and the outer peripheral end portion of the circuit board 2 was 0.1 mm or less.

本例の低膨張部材４０２は、第１アルミニウム板２１の外周端縁２１２に沿って形成された外枠部４３を有しており、外枠部４３は、第１直線部４１及び第２直線部４２に連なっている。そのため、ろう付時及びろう付後に生じるヒートシンク本体３０２の反りをより低減することができ、ひいてはセラミックス板２２の反りをより低減することができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The low expansion member 402 of the present example has an outer frame portion 43 formed along the outer peripheral edge 212 of the first aluminum plate 21, and the outer frame portion 43 includes the first straight portion 41 and the second straight line. It continues to the part 42. Therefore, the warp of the heat sink main body 302 that occurs during and after brazing can be further reduced, and consequently the warp of the ceramic plate 22 can be further reduced. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period.

また、外枠部４３の外周端縁における角部４３１は、回路基板２側から視た平面視において円弧状を呈している。そのため、ろう付時及びろう付後に生じるセラミックス板２２の角部への応力集中をより効果的に緩和することができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   Further, the corner portion 431 at the outer peripheral edge of the outer frame portion 43 has an arc shape in a plan view viewed from the circuit board 2 side. Therefore, stress concentration on the corners of the ceramic plate 22 that occurs during and after brazing can be more effectively mitigated. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period.

また、本例の低膨張部材４０２においては、第１直線部４１、第２直線部４２及び外枠部４３が一体に形成されている。そのため、外枠部４３が第１直線部４１及び第２直線部４２とは別体に形成されている場合に比べて、低膨張部材４０２の剛性をより高くすることができる。それ故、ろう付時及びろう付後に生じるヒートシンク本体３０２の反りをより低減することができ、ひいてはセラミックス板２２の反りをより低減することができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。その他、本例のヒートシンク１０２は、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。   Moreover, in the low expansion member 402 of this example, the 1st linear part 41, the 2nd linear part 42, and the outer frame part 43 are integrally formed. Therefore, the rigidity of the low expansion member 402 can be further increased as compared with the case where the outer frame portion 43 is formed separately from the first straight portion 41 and the second straight portion 42. Therefore, it is possible to further reduce the warp of the heat sink main body 302 that occurs during and after brazing, and thus further reduce the warp of the ceramic plate 22. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period. In addition, the heat sink 102 of this example can achieve the same effects as those of the first embodiment.

（実施例３）
本例は、板状部４４と補強部４５とを備えた低膨張部材４０３を有するヒートシンク１０３の例である。本例のヒートシンク１０３は、図１１及び図１２に示すように、ヒートシンク本体３０３と、低膨張部材４０３と、回路基板２と、ろう材層５とを有している。 (Example 3)
This example is an example of the heat sink 103 having the low expansion member 403 provided with the plate-like portion 44 and the reinforcing portion 45. As shown in FIGS. 11 and 12, the heat sink 103 of this example includes a heat sink body 303, a low expansion member 403, a circuit board 2, and a brazing material layer 5.

本例の低膨張部材４０３は、図１３に示す板状部４４と、図１４に示す補強部４５とを有している。板状部４４と補強部４５とは別体に形成されており、図１２に示すように、中間ろう材層５２を介して両者が接合されている。   The low expansion member 403 of this example has a plate-like portion 44 shown in FIG. 13 and a reinforcing portion 45 shown in FIG. The plate-like portion 44 and the reinforcing portion 45 are formed separately, and both are joined via an intermediate brazing filler metal layer 52 as shown in FIG.

板状部４４は、図１０及び図１３に示すように、縦方向に伸びる第１直線部４１と、第１直線部４１に直交する第２直線部４２と、外枠部４３とを含んでいる。本例の板状部４４の厚みは０．５ｍｍである。図１０に示すように、第１直線部４１及び第２直線部４２は、回路基板２側から見た平面視において、第１アルミニウム板２１の中心２１３において交差している。   As shown in FIGS. 10 and 13, the plate-like portion 44 includes a first straight portion 41 extending in the vertical direction, a second straight portion 42 orthogonal to the first straight portion 41, and an outer frame portion 43. Yes. The thickness of the plate-like portion 44 in this example is 0.5 mm. As shown in FIG. 10, the first straight portion 41 and the second straight portion 42 intersect at the center 213 of the first aluminum plate 21 in a plan view as viewed from the circuit board 2 side.

また、図１０及び図１３に示すように、板状部４４は、第１直線部４１及び第２直線部４２のうち少なくとも一方に連なり、回路基板２側から視た平面視において第１アルミニウム板２１の角部２１１に対応する位置に配置された応力緩和部４６を有している。本例の応力緩和部４６は、平面視において正方形状を呈している。また、応力緩和部４６は、板状部４４の中央部分において、第１直線部４１及び第２直線部４２に向かって延設された延設部４６１を有している。応力緩和部４６は、この延設部４６１及び外枠部４３を介して第１直線部４１及び第２直線部４２に連なっている。   As shown in FIGS. 10 and 13, the plate-like portion 44 is connected to at least one of the first straight portion 41 and the second straight portion 42, and is a first aluminum plate in a plan view seen from the circuit board 2 side. The stress relaxation portion 46 is disposed at a position corresponding to the corner portion 211 of the 21. The stress relaxation part 46 of this example has a square shape in plan view. Further, the stress relaxation portion 46 has an extended portion 461 extending toward the first straight portion 41 and the second straight portion 42 in the central portion of the plate-like portion 44. The stress relaxation part 46 is connected to the first straight part 41 and the second straight part 42 through the extended part 461 and the outer frame part 43.

図１０及び図１１に示すように、補強部４５は、板状部４４における外枠部４３からヒートシンク本体３０３側に突出している。補強部４５の厚みは１．３ｍｍである。その他は実施例２と同様である。   As shown in FIGS. 10 and 11, the reinforcing portion 45 protrudes from the outer frame portion 43 in the plate-like portion 44 toward the heat sink body 303. The thickness of the reinforcing part 45 is 1.3 mm. Others are the same as in the second embodiment.

本例においては、上記の構成を有するヒートシンク１０３を以下の方法により作製し、反りの評価を行った。   In this example, the heat sink 103 having the above-described configuration was produced by the following method, and the warpage was evaluated.

まず、図９に示すように、ヒートシンク本体３０３の凹部３１１内に、補強部４５と同一の平面形状を有する下側ろう箔５１０を配置した。この下側ろう箔５１０の上に補強部４５を載置した。次いで、板状部４４と同一の平面形状を有する中間ろう箔５２０を補強部４５上に載置した。本例の中間ろう箔５２０は、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金から構成されており、０．０８ｍｍの厚さを有している。   First, as shown in FIG. 9, a lower brazing foil 510 having the same planar shape as that of the reinforcing portion 45 was disposed in the recess 311 of the heat sink body 303. The reinforcing portion 45 was placed on the lower wax foil 510. Next, an intermediate wax foil 520 having the same planar shape as the plate-like portion 44 was placed on the reinforcing portion 45. The intermediate brazing foil 520 of this example is made of an Al—Si—Mg alloy and has a thickness of 0.08 mm.

この中間ろう箔５２０上に板状部４４を載置し、さらに、基板搭載部３１及び板状部４４の上に、正方形状を呈する上側ろう箔５０を載置した。そして、上側ろう箔５０上に回路基板２を載置し、上側ろう箔５０と第１アルミニウム板２１とを当接させた。以上により、図９に示す被処理物１０を組み立てた。その後、実施例２と同様の治具を用いて被処理物１０の固定及びろう付を行った。   The plate-like portion 44 was placed on the intermediate brazing foil 520, and the upper brazing foil 50 having a square shape was placed on the substrate mounting portion 31 and the plate-like portion 44. Then, the circuit board 2 was placed on the upper brazing foil 50 and the upper brazing foil 50 and the first aluminum plate 21 were brought into contact with each other. Thus, the workpiece 10 shown in FIG. 9 was assembled. Thereafter, the workpiece 10 was fixed and brazed using the same jig as in Example 2.

ろう付後のヒートシンク１０３から治具を取り外した後、回路基板２の反りを測定した。ろう付後の回路基板２は、その中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３０３の反対側に突出するように湾曲していた。また、回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．２ｍｍ以下であった。   After removing the jig from the heat sink 103 after brazing, the warpage of the circuit board 2 was measured. The circuit board 2 after brazing was curved so that the center part protruded to the opposite side of the heat sink body 303 from the outer peripheral end part. Further, the difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.2 mm or less.

さらに、回路基板２へのはんだ付を想定し、ヒートシンク１０３を２５０℃に加熱した状態で回路基板２の反りを測定した。２５０℃に加熱された状態においては、回路基板２の反りの向きが加熱前に対して反転し、回路基板２の中央部が外周端部よりもヒートシンク本体３０３側に突出するように湾曲していた。回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．２ｍｍ以下であった。   Further, assuming that the circuit board 2 was soldered, the warp of the circuit board 2 was measured in a state where the heat sink 103 was heated to 250 ° C. In the state heated to 250 ° C., the direction of warping of the circuit board 2 is reversed with respect to that before the heating, and the center part of the circuit board 2 is curved so as to protrude toward the heat sink body 303 from the outer peripheral end part. It was. The difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.2 mm or less.

本例の低膨張部材４０３は、第１直線部４１、第２直線部４２及び外枠部４３を含む板状部４４と、外枠部４３からヒートシンク本体３０３側に突出した補強部４５とを有している。そのため、補強部４５により、低膨張部材４の剛性をより高くすることができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。   The low expansion member 403 of this example includes a plate-like portion 44 including the first straight portion 41, the second straight portion 42, and the outer frame portion 43, and a reinforcing portion 45 protruding from the outer frame portion 43 toward the heat sink body 303. Have. Therefore, the rigidity of the low expansion member 4 can be further increased by the reinforcing portion 45. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period.

また、板状部４４と補強部４５とは別々に形成されており、これらの部品がろう付等により一体化されている。そのため、板状部４４及び補強部４５の構造を簡素化することができる。その結果、板状部４４及び補強部４５を容易に製造することができる。   Further, the plate-like portion 44 and the reinforcing portion 45 are formed separately, and these components are integrated by brazing or the like. Therefore, the structure of the plate-like portion 44 and the reinforcing portion 45 can be simplified. As a result, the plate-like portion 44 and the reinforcing portion 45 can be easily manufactured.

また、低膨張部材４０３は、第１直線部４１及び第２直線部４２のうち少なくとも一方に連なり、回路基板２側から視た平面視において第１アルミニウム板２１の角部２１１に対応する位置に配置された応力緩和部４６を有している。そのため、ろう付時及びろう付後に生じるセラミックス板２２の角部への応力集中をより効果的に緩和することができる。その結果、セラミックス板２２の割れをより長期間に亘って抑制することができる。その他、本例のヒートシンク１０３は、実施例２と同様の作用効果を奏することができる。   Further, the low expansion member 403 is connected to at least one of the first linear portion 41 and the second linear portion 42, and at a position corresponding to the corner portion 211 of the first aluminum plate 21 in a plan view viewed from the circuit board 2 side. It has the stress relaxation part 46 arrange | positioned. Therefore, stress concentration on the corners of the ceramic plate 22 that occurs during and after brazing can be more effectively mitigated. As a result, cracking of the ceramic plate 22 can be suppressed over a longer period. In addition, the heat sink 103 of this example can achieve the same effects as those of the second embodiment.

（比較例１）
本例は、低膨張部材４を有さない、従来の回路基板付きヒートシンクの例である。図には示さないが、本例のヒートシンクは、ヒートシンク本体と、回路基板２と、ヒートシンク本体と回路基板２との間に介在するろう材層５とを有している。ヒートシンク本体は、ＪＩＳ Ａ６０６３合金から構成されており、平板状を呈するベース部３２と、ベース部３２から立設された多数のピンフィン３３とを有している。ベース部３２におけるピンフィン３３とは反対側の板面には、ろう材層５を介して回路基板２が搭載されている。その他は実施例１と同様である。 (Comparative Example 1)
This example is an example of a conventional heat sink with a circuit board that does not have the low expansion member 4. Although not shown in the drawing, the heat sink of this example includes a heat sink body, a circuit board 2, and a brazing material layer 5 interposed between the heat sink body and the circuit board 2. The heat sink body is made of JIS A6063 alloy, and includes a base portion 32 having a flat plate shape and a large number of pin fins 33 erected from the base portion 32. The circuit board 2 is mounted on the plate surface of the base portion 32 opposite to the pin fins 33 via the brazing material layer 5. Others are the same as in the first embodiment.

実施例１と同様の方法によりろう付を行ってヒートシンクを作製し、治具を取り外した後の回路基板２の反りを測定した。ろう付後の回路基板２は、その中央部が外周端部よりもヒートシンク本体の反対側に突出していた。また、回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．６ｍｍ以下であった。   Brazing was performed by the same method as in Example 1 to produce a heat sink, and the warpage of the circuit board 2 after removing the jig was measured. The center part of the circuit board 2 after brazing protruded to the opposite side of the heat sink body from the outer peripheral end part. Further, the difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.6 mm or less.

さらに、回路基板２へのはんだ付を想定し、ヒートシンクを２５０℃に加熱した状態で回路基板２の反りを測定したところ、セラミックス板２２に割れが発生した。   Furthermore, assuming that the circuit board 2 was soldered, the warpage of the circuit board 2 was measured in a state where the heat sink was heated to 250 ° C., and the ceramic plate 22 was cracked.

（比較例２）
本例は、回路基板２の全体が低膨張部材上に搭載された回路基板付きヒートシンクの例である。図には示さないが、本例のヒートシンクは、ヒートシンク本体、低膨張部材及び回路基板２が順次積層されている。本例の低膨張部材４は、正方形状を呈するニッケル板から構成されている。 (Comparative Example 2)
This example is an example of a heat sink with a circuit board in which the entire circuit board 2 is mounted on a low expansion member. Although not shown in the drawing, the heat sink of the present example has a heat sink body, a low expansion member, and a circuit board 2 laminated in order. The low expansion member 4 of this example is composed of a nickel plate having a square shape.

ヒートシンク本体と低膨張部材４との間には下側ろう材層５１が介在している。また、低膨張部材４と回路基板２との間には、ろう材層５が介在している。その他は比較例２と同様である。   A lower brazing filler metal layer 51 is interposed between the heat sink body and the low expansion member 4. A brazing filler metal layer 5 is interposed between the low expansion member 4 and the circuit board 2. Others are the same as those in Comparative Example 2.

（比較例３）
本例は、中央仮想領域Ｃに占める低膨張領域の面積率を小さくした例である。図には示さないが、本例のヒートシンクは、第１直線部４１及び第２直線部４２の幅を２ｍｍにし、隣り合う第１直線部４１及び隣り合う第２直線部４２の間隔を５ｍｍに変更した以外は、実施例１と同様の構成を有している。本例のヒートシンクにおける、中央仮想領域Ｃに占める低膨張領域の面積率は３９．９％である。 (Comparative Example 3)
In this example, the area ratio of the low expansion region occupying the central virtual region C is reduced. Although not shown in the drawing, in the heat sink of this example, the width of the first straight portion 41 and the second straight portion 42 is 2 mm, and the interval between the adjacent first straight portion 41 and the adjacent second straight portion 42 is 5 mm. Except for the change, the configuration is the same as that of the first embodiment. In the heat sink of this example, the area ratio of the low expansion region in the central virtual region C is 39.9%.

実施例１と同様の方法によりろう付を行ってヒートシンクを作製し、治具を取り外した後の回路基板２の反りを測定した。ろう付後の回路基板２は、その中央部が外周端部よりもヒートシンク本体の反対側に突出していた。また、回路基板２の中央部と外周端部との高さの差は、０．４ｍｍ以下であった。   Brazing was performed by the same method as in Example 1 to produce a heat sink, and the warpage of the circuit board 2 after removing the jig was measured. The center part of the circuit board 2 after brazing protruded to the opposite side of the heat sink body from the outer peripheral end part. Further, the difference in height between the center portion of the circuit board 2 and the outer peripheral end portion was 0.4 mm or less.

さらに、回路基板２へのはんだ付を想定し、ヒートシンクを２５０℃に加熱した状態で回路基板２の反りを測定したところ、セラミックス板２２に割れが発生した。   Furthermore, assuming that the circuit board 2 was soldered, the warpage of the circuit board 2 was measured in a state where the heat sink was heated to 250 ° C., and the ceramic plate 22 was cracked.

（実験例）
本例においては、実施例１〜３及び比較例１〜３のヒートシンクの放熱性能を評価した。具体的には、ヒートシンクのピンフィン側に水冷ジャケットを取り付け、この水冷ジャケット内に一定の流量で冷媒を流した。そして、第２アルミニウム板上に発熱体を載置し、一定の出力で熱を発生させた。 (Experimental example)
In this example, the heat dissipation performance of the heat sinks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 was evaluated. Specifically, a water cooling jacket was attached to the pin fin side of the heat sink, and the coolant was allowed to flow through the water cooling jacket at a constant flow rate. Then, a heating element was placed on the second aluminum plate, and heat was generated with a constant output.

この状態を保持し、定常状態に到達したときの発熱体の温度を計測した。そして、比較例１における発熱体の温度をＴr（Ｋ）、実施例１〜３及び比較例２〜３における発熱体の温度をＴs（Ｋ）とし、下記の式により、冷却性能の変化率Ｒ（％）を算出した。
Ｒ＝（Ｔs−Ｔr）／Ｔr×１００ This state was maintained, and the temperature of the heating element when the steady state was reached was measured. The temperature of the heating element in Comparative Example 1 is Tr (K), the temperature of the heating element in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 2 to 3 is Ts (K), and the rate of change R of the cooling performance is expressed by the following equation. (%) Was calculated.
R = (Ts−Tr) / Tr × 100

冷却性能の変化率Ｒとともに、上述した反りの結果及び中央仮想領域Ｃに占める低膨張部材の面積率を、表１にまとめて示す。   Along with the rate of change R of the cooling performance, the results of the above-described warping and the area ratio of the low expansion member occupying the central virtual region C are summarized in Table 1.

Figure 2017183533
Figure 2017183533

実施例１〜３のヒートシンクに用いた低膨張部材は、アルミニウム材よりも熱伝導率の低いニッケルから構成されている。しかし、表１に示したように、実施例１〜３のヒートシンクは、比較例２のヒートシンクに比べて放熱性能の悪化を抑制することができた。また、実施例１〜３のヒートシンクは、比較例１及び比較例２に比べてろう付後の反りを低減することができるとともに、はんだ付後の割れを防止することができた。   The low expansion member used for the heat sink of Examples 1-3 is comprised from the nickel whose heat conductivity is lower than an aluminum material. However, as shown in Table 1, the heat sinks of Examples 1 to 3 were able to suppress deterioration in heat dissipation performance compared to the heat sink of Comparative Example 2. In addition, the heat sinks of Examples 1 to 3 were able to reduce warpage after brazing as compared with Comparative Examples 1 and 2, and could prevent cracking after soldering.

これらの結果から、低膨張部材が熱伝導率の低い材料から構成されている場合であっても、上記特定の構成を有する低膨張部材を回路基板とヒートシンク本体との間に配置することにより、反りや応力を低減する効果を得つつ放熱性能の悪化を抑制できることが容易に理解できる。   From these results, even when the low expansion member is made of a material having low thermal conductivity, by disposing the low expansion member having the specific configuration between the circuit board and the heat sink body, It can be easily understood that deterioration of heat dissipation performance can be suppressed while obtaining the effect of reducing warpage and stress.

なお、本発明に係る回路基板付きヒートシンクは、実施例１〜３の態様に限定されるものではなく、その趣旨を損なわない範囲で適宜構成を変更することができる。   In addition, the heat sink with a circuit board which concerns on this invention is not limited to the aspect of Examples 1-3, A structure can be suitably changed in the range which does not impair the meaning.

１、１０２、１０３ 回路基板付きヒートシンク
２ 回路基板
２１ 第１アルミニウム板
２２ セラミックス板
２３ 第２アルミニウム板
３、３０２、３０３ ヒートシンク本体
３１ 基板搭載部
３１１ 凹部
４、４０２、４０３ 低膨張部材
４１ 第１直線部
４２ 第２直線部
５ ろう材層 1, 102, 103 Heat sink with circuit board 2 Circuit board 21 First aluminum plate 22 Ceramic plate 23 Second aluminum plate 3, 302, 303 Heat sink body 31 Substrate mounting portion 311 Recess 4, 402, 403 Low expansion member 41 First straight line Part 42 Second straight line part 5 Brazing material layer

Claims (12)

矩形を呈する第１アルミニウム板と、該第１アルミニウム板に積層されたセラミックス板と、該セラミックス板に積層された第２アルミニウム板とを備えた回路基板と、
上記第１アルミニウム板が搭載される基板搭載部と、該基板搭載部の一部に形成され、周囲よりも陥没した凹部とを備え、アルミニウム材から構成されているヒートシンク本体と、
該ヒートシンク本体よりも低い線膨張係数を有し、上記凹部に埋設された低膨張部材と、
上記第１アルミニウム板と上記基板搭載部との間及び上記第１アルミニウム板と上記低膨張部材との間に介在するろう材層とを有し、
上記低膨張部材は、
一方向に延設された第１直線部と、
該第１直線部に交差する第２直線部とを有しており、
上記第１直線部と上記第２直線部とが一体に形成されている、回路基板付きヒートシンク。 A circuit board comprising a first aluminum plate having a rectangular shape, a ceramic plate laminated on the first aluminum plate, and a second aluminum plate laminated on the ceramic plate;
A heat sink main body comprising a substrate mounting portion on which the first aluminum plate is mounted, a recess formed in a part of the substrate mounting portion and recessed from the periphery, and made of an aluminum material;
A low expansion member having a linear expansion coefficient lower than that of the heat sink body and embedded in the recess;
A brazing filler metal layer interposed between the first aluminum plate and the substrate mounting portion and between the first aluminum plate and the low expansion member;
The low expansion member is
A first straight portion extending in one direction;
A second straight portion intersecting the first straight portion,
A heat sink with a circuit board, wherein the first straight portion and the second straight portion are integrally formed. 上記低膨張部材は、上記第１アルミニウム板の外周端縁に沿って延設された外枠部を有しており、該外枠部は、上記第１直線部及び上記第２直線部に連なっている、請求項１に記載の回路基板付きヒートシンク。   The low expansion member has an outer frame portion extending along an outer peripheral edge of the first aluminum plate, and the outer frame portion is connected to the first linear portion and the second linear portion. The heat sink with a circuit board according to claim 1. 上記回路基板側から視た平面視において、上記外枠部の外周端縁における角部が円弧状を呈している、請求項２に記載の回路基板付きヒートシンク。   The heat sink with a circuit board according to claim 2, wherein a corner portion of the outer peripheral edge of the outer frame portion has an arc shape in a plan view as viewed from the circuit board side. 上記低膨張部材は、上記第１直線部、上記第２直線部及び上記外枠部を含む板状部と、上記外枠部から上記ヒートシンク本体側に突出した補強部とを有している、請求項２または３に記載の回路基板付きヒートシンク。   The low expansion member includes a plate-like portion including the first straight portion, the second straight portion, and the outer frame portion, and a reinforcing portion that protrudes from the outer frame portion toward the heat sink body. The heat sink with a circuit board according to claim 2 or 3. 上記低膨張部材は、上記第１直線部及び上記第２直線部のうち少なくとも一方に連なり、上記回路基板側から視た平面視において上記第１アルミニウム板の角部に対応する位置に配置された応力緩和部を有している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The low expansion member is connected to at least one of the first linear portion and the second linear portion, and is disposed at a position corresponding to a corner portion of the first aluminum plate in a plan view as viewed from the circuit board side. The heat sink with a circuit board according to claim 1, wherein the heat sink has a stress relaxation portion. 上記第１アルミニウム板の外周端縁、該外周端縁におけるいずれかの辺に平行な２本の第１分割線及び該第１分割線と直交する２本の第２分割線に沿って上記第１アルミニウム板の表面を９個の仮想領域に等分割したときに、中央に配置された中央仮想領域における、上記低膨張部材を上記第１アルミニウム板上に投影してなる低膨張領域の面積率が５５％以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   Along the outer peripheral edge of the first aluminum plate, two first dividing lines parallel to any side of the outer peripheral edge, and two second dividing lines orthogonal to the first dividing line. When the surface of one aluminum plate is equally divided into nine virtual regions, the area ratio of the low expansion region formed by projecting the low expansion member onto the first aluminum plate in the central virtual region disposed in the center The heat sink with a circuit board according to claim 1, wherein the heat sink is 55% or more. 上記回路基板側から視た平面視における上記低膨張部材の形状は、上記第１アルミニウム板の中心に対して１８０°回転対称である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The circuit board according to claim 1, wherein a shape of the low expansion member in a plan view as viewed from the circuit board side is 180 ° rotationally symmetric with respect to a center of the first aluminum plate. With heat sink. 上記第２直線部は、上記第１直線部に直交している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The heat sink with a circuit board according to any one of claims 1 to 7, wherein the second straight portion is orthogonal to the first straight portion. 上記第１直線部は、上記第１アルミニウム板の外周端縁におけるいずれかの辺と平行な方向に延設されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The heat sink with a circuit board according to any one of claims 1 to 8, wherein the first straight portion extends in a direction parallel to any side of the outer peripheral edge of the first aluminum plate. 上記低膨張部材における上記第１アルミニウム板側の表面と、上記基板搭載部の表面とが面一に配置されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The heat sink with a circuit board according to any one of claims 1 to 9, wherein a surface of the low expansion member on the first aluminum plate side and a surface of the substrate mounting portion are arranged flush with each other. 上記低膨張部材の線膨張係数は０．１〜１９ｐｐｍ／Ｋである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンク。   The heat sink with a circuit board according to claim 1, wherein the low expansion member has a linear expansion coefficient of 0.1 to 19 ppm / K. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回路基板付きヒートシンクの製造方法であって、
上記ヒートシンク本体と、上記凹部内に配置された下側ろう箔と、該下側ろう箔の上に載置された上記低膨張部材と、上記基板搭載部及び上記低膨張部材の上に載置された上側ろう箔と、該上側ろう箔と上記第１アルミニウム板とが当接するように載置された上記回路基板とを有する被処理物を組み立て、
上記回路基板を上記ヒートシンク本体側に押圧しつつ上記被処理物を加熱することにより、該被処理物のろう付を一括して行う、回路基板付きヒートシンクの製造方法。 It is a manufacturing method of the heat sink with a circuit board according to any one of claims 1 to 11,
Placed on the heat sink main body, the lower wax foil disposed in the recess, the low expansion member placed on the lower wax foil, the substrate mounting portion and the low expansion member Assembling a workpiece having the upper wax foil and the circuit board placed so that the upper wax foil and the first aluminum plate are in contact with each other;
A method for manufacturing a heat sink with a circuit board, wherein the object to be processed is heated in a lump by heating the object to be processed while pressing the circuit board toward the heat sink body.
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