特開 2024-113635 放熱構造および電力モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113635

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】放熱構造および電力モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240815BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 C

H01L25/04 C

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023100562

(22)【出願日】2023-06-20

(31)【優先権主張番号】112104557

(32)【優先日】2023-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】502121096

【氏名又は名称】朋程科技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】蔡 欣昌

(72)【発明者】

【氏名】劉 敬文

【テーマコード（参考）】

5F136

【Ｆターム（参考）】

5F136BA06

5F136BA32

5F136BB05

5F136DA27

5F136FA02

5F136FA03

5F136GA02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】リフロー中の反りを低減する放熱構造及び電力モジュールを提供する。
【解決手段】放熱構造１００ａは、基板１１０および環状溝１２０を含む。基板１１０は、互いに対向する上表面１１１および下表面１１３を有する。環状溝１２０は、基板１１０の上表面１１１に構成され、基板１００を構成領域Ａと周辺領域Ｐに分割する。環状溝１２０は、構成領域Ａと周辺領域Ｐの間に位置する。環状溝１２０の深さは、基板１１０の厚さの半分以下である。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する上表面および下表面を有する基板と、
前記基板の前記上表面に構成され、前記基板を構成領域と周辺領域に分割する環状溝と、
を含み、
前記環状溝が、前記構成領域と前記周辺領域の間に位置し、前記環状溝の深さが、前記基板の厚さの半分以下である放熱構造。

【請求項2】

前記基板の前記下表面に別々に構成された複数の放熱フィンをさらに含む請求項１に記載の放熱構造。

【請求項3】

前記環状溝と連通し、前記構成領域を少なくとも３つのサブ構成領域に分割する複数の第１補助溝をさらに含む請求項１に記載の放熱構造。

【請求項4】

前記環状溝と連通し、前記周辺領域の４つの角部にそれぞれ延伸する複数の第２補助溝をさらに含む請求項３に記載の放熱構造。

【請求項5】

前記環状溝の深さが、前記基板の厚さの５％～５０％の間である請求項１に記載の放熱構造。

【請求項6】

互いに対向する上表面および下表面を有する基板と、
前記基板の前記上表面に構成され、前記基板を構成領域と周辺領域に分割して、前記構成領域と前記周辺領域の間に位置し、前記基板の厚さの半分以下の深さを有する環状溝と、
を含む放熱構造と、
前記放熱構造上に構成され、前記基板の前記構成領域内に位置する複数のラミネート基板と、
前記ラミネート基板上にそれぞれ構成され、それぞれ前記ラミネート基板に電気接続された複数のチップと、
を含む電力モジュール。

【請求項7】

前記放熱構造が、さらに、
前記基板の前記下表面に別々に構成された複数の放熱フィンを含む請求項６に記載の電力モジュール。

【請求項8】

前記放熱構造が、さらに、
前記環状溝と連通し、前記構成領域を少なくとも３つのサブ構成領域に分割する複数の第１補助溝を含み、前記ラミネート基板が、それぞれ前記サブ構成領域に対応して配置された請求項６に記載の電力モジュール。

【請求項9】

前記放熱構造が、さらに、
前記環状溝と連通し、前記周辺領域の４つの角部にそれぞれ延伸する複数の第２補助溝を含む請求項８に記載の電力モジュール。

【請求項10】

前記環状溝の深さが、前記基板の厚さの５％～５０％の間である請求項６に記載の電力モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱構造および電力モジュールに関するものであり、特に、リフロー（reflow）中の反りを回避することのできる放熱構造およびその放熱構造を採用する電力モジュールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

電力モジュールは、現在、電力変換の主要なコア機器としてさまざまな製品において使用され、その中に電力部品が実装されている。電力モジュールの放熱基板がダイレクト銅クラッド（direct copper-clad）セラミック基板（direct bonded copper, DBC）チップ回路基板に接続されたとき、各材料の熱膨張係数が異なることにより、リフロー中に高温から低温に下がることによって引き起こされる熱変形量も異なるため、それにより、放熱基板の反りが発生し、全体的な構造信頼性に影響を与える。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、リフロー中の反りを低減することのできる放熱構造を提供する。

【0004】

本発明は、また、上記の放熱構造を含み、構造全体の反りを効果的に低減して、構造信頼性を向上させることのできる電力モジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の放熱構造は、基板および環状溝を含む。基板は、互いに対向する上表面および下表面を有する。環状溝は、基板の上表面に構成され、基板を構成領域と周辺領域に分割する。環状溝は、構成領域と周辺領域の間に位置する。環状溝の深さは、基板の厚さの半分以下である。

【0006】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、基板の下表面に別々に構成された複数の放熱フィンを含む。

【0007】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、環状溝と連通し、構成領域を少なくとも３つのサブ構成領域に分割する複数の第１補助溝を含む。

【0008】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、環状溝と連通し、周辺領域の４つの角部にそれぞれ延伸する複数の第２補助溝を含む。

【0009】

本発明の１つの実施形態において、前記環状溝の深さは、基板の厚さの５％～５０％の間である。

【0010】

本発明の電力モジュールは、放熱構造、複数のラミネート基板、および複数のチップを含む。放熱構造は、基板および環状溝を含む。基板は、互いに対向する上表面と下表面を有する。環状溝は、基板の上表面に構成され、基板を構成領域と周辺領域に分割する。環状溝は、構成領域と周辺領域の間に位置する。環状溝の深さは、基板の厚さの半分以下である。ラミネート基板は、放熱構造上に構成され、基板の構成領域内に位置する。チップは、それぞれラミネート基板上に構成され、それぞれラミネート基板に電気接続される。

【0011】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、基板の下表面に別々に構成された複数の放熱フィンを含む。

【0012】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、環状溝と連通し、構成領域を少なくとも３つのサブ構成領域に分割する複数の第１補助溝を含み、ラミネート基板は、それぞれサブ構成領域に対応して配置される。

【0013】

本発明の１つの実施形態において、前記放熱構造は、さらに、環状溝と連通し、周辺領域の４つの角部にそれぞれ延伸する複数の第２補助溝を含む。

【0014】

本発明の１つの実施形態において、前記環状溝の深さは、基板の厚さの５％～５０％の間である。

【発明の効果】

【0015】

以上のように、本発明の放熱構造の設計は、基板の上表面に環状溝を構成する。環状溝の深さは、基板の厚さの半分以下であるため、リフロー中に基板によって生じた応力を解放することができる。したがって、本発明の放熱構造は、リフロー中の反りを低減することができ、本発明の放熱構造を採用する電力モジュールは、構造全体の反りを効果的に低減し、構造信頼性を向上させることができる。

【0016】

本発明の上記の特徴および利点を理解しやすく、かつ明確にするために、以下、実施形態を提供して、添付の図面とともに詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1A】本発明の１つの実施形態に係る放熱構造の概略的斜視図である。

【図1B】図１Ａの放熱構造を別の視角で示した概略的斜視図である。

【図1C】図１Ａの線Ｉ－Ｉに沿った概略的断面図である。

【図2】本発明の１つの実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。

【図3】本発明の別の実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。

【図4】本発明の別の実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１Ａは、本発明の１つの実施形態に係る放熱構造の概略的斜視図である。図１Ｂは、図１Ａの放熱構造の別の視角からの概略的斜視図である。図１Ｃは、図１ＡのＩ－Ｉ線に沿った概略的断面図である。

【0019】

図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを同時に参照すると、本実施形態において、放熱構造１００ａは、基板１１０および環状溝１２０を含む。基板１１０は、互いに対向する上表面１１１および下表面１１３を有する。環状溝１２０は、基板１１０の上表面１１１に構成され、基板１１０を構成領域Ａと周辺領域Ｐに分割する。環状溝１２０は、構成領域Ａと周辺領域Ｐの間に位置する。環状溝１２０の深さＤは、基板１１０の厚さＴの半分以下である。

【0020】

詳細に説明すると、本実施形態において、基板１１０の材料は、例えば、銅またはアルミニウムなどの金属であるが、本発明はこれに限定されない。基板１１０の形状は、例えば、丸みを帯びた長方形であり、環状溝１２０と基板１１０の形状は、コンフォーマルに（conformally）配置されるように示されている。環状溝１２０は、基板１１０を貫通せず、好ましくは、環状溝１２０の深さＤは、基板１１０の厚さＴの５％～５０％の間である。言い換えると、環状溝１２０の底部と基板１１０の上表面１１１の間には、高さの差があり、その高さの差が、環状溝１２０の深さＤである。図１Ｂに示すように、より好ましい放熱効果を得るために、本実施形態の放熱構造１００ａは、選択的に、基板１１０の下表面１１３上に別々に構成された複数の放熱フィン１３０を含んでもよい。本実施形態において、放熱フィン１３０の基板１１０上の正投影は、基板１１０の構成領域Ａと重なるが、本発明はこれに限定されない。図示していない別の実施形態において、放熱構造は、放熱フィンを含まなくてもよいが、それでも本発明の保護範囲に属するものとする。

【0021】

要約すると、環状溝１２０は、基板１１０の上表面１１１に構成され、環状溝１２０の深さＤは、基板１１０の厚さＴの半分以下であるため、リフロー中に基板１１０によって生じた応力を解放することができる。そのため、本実施形態の放熱構造１００ａは、リフロー中の反りを低減することができる。

【0022】

図２は、本発明の１つの実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。図２を参照すると、本実施形態において、電力モジュール１０ａは、上述した放熱構造１００ａ、複数のラミネート基板２００（概略的に３つ示す）、および複数のチップ３００（概略的に３つ示す）を含む。ラミネート基板２００は、放熱構造１００ａ上に別々に構成され、基板１１０の配置領域Ａ内に位置する。ラミネート基板２００は、例えば、ダイレクトボンド銅（direct bonded copper, DBC）基板であるが、本発明はこれに限定されない。チップ３００は、それぞれラミネート基板２００上に構成され、それぞれラミネート基板２００に電気接続される。ここで、チップ３００は、例えば、ワイヤ４００を介してラミネート基板２００に電気接続されるが、本発明はこれに限定されない。

【0023】

環状溝１２０の設計によって、本実施形態の放熱構造１００ａは、リフロー中に基板１１０によって生じた応力を解放し、反りを低減することができるため、本実施形態の放熱構造１００ａを使用する電力モジュール１０ａは、構造全体の反りを効果的に低減し、構造信頼性を向上させることができる

【0024】

注意すべきこととして、以下の実施形態は、上述した実施形態の構成要素の参照番号および内容の一部を引き続き使用するため、同じ参照番号を用いて同じまたは類似する構成要素を示し、同じ技術内容の説明を省略する。省略した部分の説明については、上述した実施形態を参照することができるため、ここでは詳しい説明を省略する。

【0025】

図３は、本発明の別の実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。図２および図３を同時に参照すると、本実施形態の電力モジュール１０ｂは、図２の電力モジュール１０ａに類似する。両者の違いは、本実施形態において、放熱構造１００ｂが、さらに、環状溝１２０と連通する複数の第１補助溝１４０を含み、構成領域Ａを少なくとも３つのサブ構成領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３に分割することである。すなわち、サブ構成領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３は、第１補助溝１４０によって分離される。上から見ると、環状溝１２０および第１補助溝１４０は、目字形状、すなわち、目字形状の溝として示されている。ラミネート基板２００は、それぞれサブ構成領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３に対応して配置される。サブ構成領域Ａ１、Ａ２、およびＡ３の面積は、ラミネート基板２００の面積よりもわずかに大きい。

【0026】

環状溝１２０および第１補助溝１４０の設計によって、本実施形態の放熱構造１００ｂは、リフロー中に基板１１０によって生じた応力を解放し、反りを低減することができるため、本実施形態の放熱構造１００ｂを使用する電力モジュール１０ｂは、構造全体の反りを効果的に低減し、構造信頼性を向上させることができる。

【0027】

図４は、本発明の別の実施形態に係る電力モジュールの概略的斜視図である。図３および図４を同時に参照すると、本実施形態の電力モジュール１０ｃは、図３の電力モジュール１０ｂに類似する。両者の違いは、本実施形態において、放熱構造１００ｃが、さらに、環状溝１２０と連通し、周辺領域Ｐの４つの角部Ｃにそれぞれ延伸する複数の第２補助溝１５０を含む。上から見ると、環状溝１２０および第１補助溝１４０は、目字形状、すなわち、目字形状の溝として示されており、第２補助溝１５０は、角部Ｃに延伸する四角の溝である。

【0028】

環状溝１２０、第１補助溝１４０、および第２補助溝１５０の設計によって、本実施形態の放熱構造１００ｃは、リフロー中に基板１１０によって生じた応力を解放し、反りを低減することができるため、本実施形態の放熱構造１００ｃを使用する電力モジュール１０ｃは、構造全体の反りを効果的に低減し、構造信頼性を向上させることができる。

【0029】

以上のように、本発明の放熱構造の設計は、基板の上表面に環状溝を構成する。環状溝の深さは、基板の厚さの半分以下であるため、リフロー中に基板によって生じた応力を解放することができる。したがって、本発明の放熱構造は、リフロー中の反りを低減することができ、本発明の放熱構造を採用する電力モジュールは、構造全体の反りを効果的に低減し、構造信頼性を向上させることができる。

【0030】

上記の実施形態を参照しながら本発明について説明したが、これらの実施形態は、本発明を限定する意図はない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、いくつかの変更および修正を行うことができる。そのため、本発明の保護範囲は、添付された請求項によって定義されるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0031】

本発明の放熱構造および電力モジュールは、構造全体の反りを効果的に低減して、構造信頼性を向上させることができ、電力モジュールの分野に適用することができる。

【符号の説明】

【0032】

１００ａ 放熱構造
１１０ 基板
１１１ 上表面
１１３ 下表面
１２０ 環状溝
１３０ 放熱フィン
Ａ 構成領域
Ｐ 周辺領域

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】