JPH0513023Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、発熱素子チツプを実装するセラミ
ツク基板の放熱構造に関するものである。

〔従来の技術〕

アルミナセラミツク基板は樹脂基板に比べれば
はるかに熱伝導性が高く、また耐熱性が非常に高
いため、ハイブリツドICの基板として最も多く
使用されている。しかし、ハイブリツドICは、
そこに実装される部品の小型化・高密度化が進む
につれて発熱量も増大しており、また、電力用ハ
イブリツドICでは、元々が１つの部品に大電流
を流すため発熱も非常に大きなものとなつてい
る。ハイブリツドICは複数の能動素子と受動素
子によつて構成されるため、ハイブリツドIC全
体として一様に発熱するわけではなく、主に能動
素子部が発熱し、従つてハイブリツドICの一部
又は数箇所に発熱が集中することになるので、１
個のハイブリツドICとしての放熱に対する冷却
だけでなく、ハイブリツドIC内部における各発
熱部の放熱構造を考慮する必要がある。放熱性の
良い基板としてはホーロー基板や、メタルコア基
板などの金属を利用したものがあり、個別部品を
実装するプリント基板的な構成のものには有用で
あるが、構造的に非常に大きく、重くなり、また
最も高密度実装化が可能な半導体ベアチツプを使
用するハイブリツドICにおいては、半導体ベア
チツプと基板金属の膨脹係数の差が大きいなど不
適当な点が多々ある。そこで、ハイブリツドIC
では発熱素子と基板の間にヒートシンクを入れて
放熱面積を広げる、基板材料をアルミナセラミツ
クよりも熱伝導性が良い窒化アルミや炭化硅素を
使用するといつた方法を採るようになつてきた
が、アルミナセラミツクは厚膜回路の形成が容易
であるのに対し、それ以外のセラミツクでの厚膜
回路形成は非常に難しく、銅板などの金属を直接
接合して回路を形成する方法が有効である。第３
図はヒートシンクを使用した従来のセラミツク基
板の例を示す断面図、第４図は金属板を直接接合
した従来の金属張りセラミツク基板の例を示す断
面斜視図、第５図は第４図に示したものの断面図
である。第３図において、１はアルミナセラミツ
ク板、２はアルミナセラミツク板１に形成された
厚膜などの回路パターン、３はモリブデンなどの
熱伝導性が高い金属製ヒートシンク、４は発熱素
子チツプで、回路パターン２にヒートシンク３を
半田付けし、さらにヒートシンク３に発熱素子チ
ツプ４を半田付けした構造となつている。ここ
で、ヒートシンク３に使用する金属は熱伝導性が
高いほど良いのであるが、アルミナセラミツク１
の膨脹係数と発熱素子チツプ４の膨脹係数の中間
の膨脹係数を持つ金属を選ぶ必要がある。第４
図、第５図は金属板とセラミツクを直接接合させ
た基板を示しており、５は窒化アルミなどの高熱
伝導性セラミツク板、６は高熱伝導性セラミツク
板５の部品実装面に貼り付けられた銅などの金属
板パターン、７は金属板パターン６とは反対側の
面に貼り付けられた金属板パターン６と同一材質
の金属板で、金属と酸素の共晶により接合する、
または接着層として活性金属等を介在させて接合
するといつた方法により直接接合するものであ
る。例えば銅と酸素は1065℃で共晶点を有し、こ
の温度で融液が生じ、この融液がセラミツクと反
応して接合体となるというものであり、セラミツ
ク板がアルミナセラミツクであつてもこの方法に
よつてパターン形成することが可能であるが、ア
ルミナセラミツクの熱伝導では不十分、またアル
ミナセラミツクを使用するのであれば第３図の例
のように厚膜パターンの方がパターンとしては形
成し易く、パターン形成が難しい高熱伝導性セラ
ミツクであるからこそ有効な方法である。セラミ
ツクと金属では一般に膨脹係数が大きく異るた
め、高熱伝導性セラミツク５の片面に金属板パタ
ーン６を設けただけではその膨脹係数の差による
反りが生じやすい。そこで、反対側の面に金属板
７を貼り付けて両面の膨脹差を減らすという方法
が採られている。金属とセラミツクの直接接合で
は、強固な接合が行われるため、両面に金属板を
直接接合した後の基板全体としての膨脹係数はセ
ラミツク板、第４図の例では高熱伝導性セラミツ
ク５の膨脹係数に近いものとなる。これは、金属
板パターン６、金属板７と高熱伝導性セラミツク
５では高熱伝導性セラミツク５の方が膨脹係数が
小さいため、高熱伝導性セラミツク５がその両面
の金属板パターン６、金属板７の、膨脹による伸
びを抑制しているためである。従つて、金属板パ
ターン６上にこの金属とは膨脹係数が異る発熱素
子チツプ４を直接実装しても問題は生じない。ま
た、金属板パターン６は通常0.2〜0.5mmとかなり
厚いものを使用するため、高熱伝導性セラミツク
５の放熱性に加えてヒートシンクとしての効果も
ある。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記のように、第３図に示したようなアルミナ
セラミツクにヒートシンクを取付けてその上に発
熱素子チツプを実装する基板では、アルミナセラ
ミツクが低価格であること、組立てが容易である
ことは有利であるが、組立て工数が増す、半田付
けが２段階になるため信頼性が低下する、また、
アルミナセラミツク自体の熱伝導性が不充分であ
るという課題がある。第４図、第５図に示したよ
うな高熱伝導性セラミツクを使用した金属張り基
板では、熱伝導性という点は優れているが、高熱
伝導性セラミツクはアルミナセラミツクに比べて
はるかに高価であり、素材としての供給も安定し
ていないという課題がある。この考案は、安価な
アルミナセラミツクを用いて、高熱伝導性セラミ
ツクによる金属張り基板に劣らぬ熱放散性を持つ
金属張り基板を得ようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

セラミツク板に貫通孔を設け、部品実装面側は
この貫通孔を金属板パターンで覆い、この金属板
には予めセラミツク板の貫通孔内に収まる金属の
柱状突起を設け、このセラミツク板の反対側の面
には貫通孔部分を避けた形状の金属板を貼り付
け、部品実装面側の金属板から貫通孔内に伸びた
柱状突起の長さは、その先端が反対側の面の金属
と同一平面になるようにし、貫通孔を覆う金属パ
ターンに発熱素子チツプを直か付けするようにし
たものである。

〔作用〕

この考案によると、発熱素子チツプは金属で作
られた柱状突起上に直かに取付けられるので、チ
ツプで発生した熱はこの柱状突起を伝つて基板の
反対側に伝導する。従つて基板材料のセラミツク
の熱伝導性の良否とはほとんど無関係になる。

〔実施例〕

第１図はこの考案の一実施例を示す断面斜視
図、第２図は第１図に示したものの断面図であ
る。図において、１０はセラミツク板で、アルミ
ナセラミツク又は高熱伝導性セラミツク、いずれ
でもよい。１１はセラミツク板１０に設けられた
貫通孔で、発熱素子チツプ４が実装される部分に
設ける。１２は金属板パターン６の一部をなすも
のであるが、発熱素子チツプ４が実装される部品
実装面側で貫通孔１１を覆い、また貫通孔１１内
に伸びる柱状突起１３が設けられた金属板パター
ンである。この柱状突起１３は、金属板パターン
１２に予め設けておくもので、金属板パターン１
２とは別に作り、ろう付けしても良いが、金属板
パターン１２と柱状突起１３の材質を同一にする
場合には、金属板パターン６と金属板パターン１
２を所要の形状にパターニングする際エツチング
などによつて一体形成することが、工数面などか
らも望ましい。１４はセラミツク板１０の反対側
の面に、貫通孔１１を覆わないように設けた金属
板で、金属板パターン６，１２と同一材質の金属
を使用し、貫通孔１１に対応する部分には予め穴
を設けておく。それぞれパターニング、穴あけ加
工された金属板パターン６，１２と金属板１４は
従来の例と同じく、直接接合方法によつてセラミ
ツク板１０に貼り付け、このとき柱状突起１３の
長さは、その先端面が金属板１４と同一平面にな
るように設定する。これは、この基板全体を筐体
などに取付けたときに柱状突起１３の先端面を筐
体に接触させ、発熱素子チツプ４から発生した熱
を、柱状突起１３を介して筐体に伝導させるため
である。また、柱状突起１３の径は、貫通孔１１
の内径よりも小さく設定し、柱状突起１３が熱膨
脹しても貫通孔１１の内壁に接触しないようにす
る。このような構造にすることによつて発熱素子
チツプ４で発生した熱を、金属板パターン１２、
柱状突起１３を径路として放散させられるので、
セラミツク板１の素材は高熱伝導セラミツクであ
る必要がなくなり、最も一般的に使用されている
アルミナセラミツクで充分となる。また、柱状突
起１３が熱伝導性が高い金属になつているため、
従来例のアルミナセラミツクの場合のようにヒー
トシンクを発熱素子チツプ４の下に敷いて放熱面
積を広げるといつた方法をとる必要もない。

〔考案の効果〕

以上説明したようにこの考案は、発熱素子で発
生する熱は基板を構成するセラミツク板が伝導す
るのではなく、セラミツク板の貫通孔内に設けら
れた柱状突起に直かに伝導する構造にしてあるの
で、セラミツク板自体の熱伝導性を良し悪しとは
ほとんど無関係になり、従つて安価なアルミナセ
ラミツク板を使用して高熱伝導性を有する金属張
りセラミツク基板を得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す断面斜視
図、第２図は第１図に示したものの断面図、第３
図はヒートシンクを使用した従来のセラミツク基
板の例を示す断面図、第４図は従来の金属張りセ
ラミツク基板の例を示す断面斜視図、第５図は第
４図に示したものの断面図である。図において、
１はアルミナセラミツク板、２は回路パターン、
３はヒートシンク、４は発熱素子チツプ、５は高
熱伝導性セラミツク板、６，１２は金属板パター
ン、７，１４は金属板、１０はセラミツク板、１
１は貫通孔、１３は柱状突起である。なお、図中
同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 所定の位置に貫通孔が設けられたセラミツク板
   の一方の面に、前記貫通孔内に突き出る柱状突起
   を有すと共に前記貫通孔を覆う形状の金属板パタ
   ーンが設けられ、前記セラミツク板の他方の面
   に、前記貫通孔に対応する位置に穴をあけてある
   金属板が設けられ、前記一方の面側の金属板パタ
   ーンから貫通孔内に突き出る前記の柱状突起の先
   端面が、前記他方の面の金属板と同一平面にある
   構造となつていることを特徴とする金属張りセラ
   ミツク基板。