CN103228388A - 钎焊方法以及钎焊构造 - Google Patents

钎焊方法以及钎焊构造 Download PDF

Info

Publication number
CN103228388A
CN103228388A CN2011800576877A CN201180057687A CN103228388A CN 103228388 A CN103228388 A CN 103228388A CN 2011800576877 A CN2011800576877 A CN 2011800576877A CN 201180057687 A CN201180057687 A CN 201180057687A CN 103228388 A CN103228388 A CN 103228388A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soldering
parts
weldering
top board
insulated substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800576877A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103228388B (zh
Inventor
保田启辅
杉野裕司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN103228388A publication Critical patent/CN103228388A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103228388B publication Critical patent/CN103228388B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012Brazing heat exchangers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0016Brazing of electronic components
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/20Preliminary treatment of work or areas to be soldered, e.g. in respect of a galvanic coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/21Bonding by welding
    • B23K26/24Seam welding
    • B23K26/244Overlap seam welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20Bonding
    • B23K26/32Bonding taking account of the properties of the material involved
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20254Cold plates transferring heat from heat source to coolant
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04Tubular or hollow articles
    • B23K2101/14Heat exchangers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36Electric or electronic devices
    • B23K2101/42Printed circuits
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204Optical Diode
    • H01L2924/12042LASER

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

一种钎焊方法,对构成HV逆变器的冷却器的顶板和绝缘基板进行钎焊,(1)经由钎料层将绝缘基板配置在顶板之上,之后通过照射激光,对顶板与绝缘基板之间的接合部中的任意的多个位置实施激光焊接,将绝缘基板临时固定到顶板。(4)之后,通过使钎料层加热熔融,以多个激光焊接的位置作为钎焊起点,将绝缘基板钎焊在顶板之上。(5)在钎焊后,与由多个钎焊起点包围的区域的中央部分对应地,将功率半导体接合到绝缘基板之上。

Description

钎焊方法以及钎焊构造
技术领域
本发明涉及用于对构成混合逆变器(HV逆变器)的冷却器的两个部件进行钎焊的钎焊方法以及钎焊构造。
背景技术
以往,作为这种技术,例如已知有下述的专利文献1所记载的技术。在该技术中,在冷却器的端面上形成了构成多个条的狭缝、格子或者凹痕(dimple),并对该端面钎焊半导体。由此,防止在冷却器和半导体之间的钎焊部分产生孔隙,并且分散作用于钎料的应力,防止在钎焊部分产生剥离或裂纹。
这里,“狭缝”有时会阻碍钎料的流动,因此需要在所有的狭缝面上设置钎焊的起点,有可能产生未接合部分(孔隙)。另外,“格子”也有时会阻碍钎料的流动,因此需要在所有的格子面上设置钎焊的起点,有可能产生未接合部分(孔隙)。并且,“凹痕”由于为面钎焊,因此要求部件具有高的平面度,成本有可能提高。
现有技术文献
专利文献1:日本专利文献特开平9-275170号公报;
专利文献2:日本专利文献特开2002-137974号公报。
发明内容
然而,在专利文献1所记载的技术中,在钎焊时,部件由于高温会产生翘曲,接合部分的间隙会增大,有可能会阻碍钎料流动。尤其是,在氮气氛下由非腐蚀性焊剂钎焊法(NB法)所进行的钎焊中,由于使用焊剂,因此焊剂的残渣会分散成孔隙,有可能会降低部件的接合率。另外,一旦在接合部不规则地产生孔隙,则在该接合部上固定了发热部件的情况下,无法有效地冷却该发热部件,有可能导致冷却器的功能降低。
另外,作为在冷却器的端面成形狭缝的方法,可考虑模压成形和蚀刻。但是,在模压成形中,在成形时,槽部的材料在平面部上移动,无法确保部件的平面度,会产生间隙,钎料不能流动,有可能成为未接合。另外,在蚀刻中,虽然能够确保部件的平面度,但是存在成本增大的倾向。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于提供以下的钎焊方法以及钎焊构造:关于构成冷却器的两个部件的钎焊,通过控制孔隙的产生位置,能够提高两个部件的接合效率。
(1)为了达到上述目的,本发明的第一方式提供一种钎焊方法,对构成HV逆变器的冷却器的第一部件和第二部件进行钎焊,所述钎焊方法的主旨在于,经由钎料层将第二部件配置到第一部件之上,之后,通过照射激光,对第一部件与第二部件之间的接合部中的任意多个位置实施激光焊接,将第二部件临时固定到第一部件,之后,通过使钎料层加热熔融,以多个激光焊接的位置作为钎焊起点,将第二部件钎焊在第一部件之上。
根据上述(1)的构成,第二部件以多个激光焊接的位置作为钎焊起点被钎焊在第一部件之上,因此通过任意设定钎焊起点的配置、即激光的照射位置,能够控制钎料层中的孔隙的产生位置。即,孔隙具有在相邻的两个钎焊起点的中间位置集中的倾向,因此通过设定钎焊起点的配置,能够不使孔隙的产生位置分散地进行控制。
(2)为了达到上述目的,在上述(1)的构成的基础上优选的是:在钎焊后,在由多个钎焊起点包围的区域内,且与包含在所述区域内的其他的钎焊起点之上对应地,至少将发热体接合到第二部件之上。
根据上述(2)的构成,除了上述(1)的构成的作用以外,还具有以下作用:在由多个钎焊起点包围的区域内的、且与包含在该区域内的其他的钎焊起点之上对应的钎料层中,所残留的孔隙少。因此,发热体可避开孔隙之上而被接合在第二部件。
(3)为了达到上述目的,在上述(1)的构成的基础上优选的是:在钎焊后,在从由多个钎焊起点包围的区域的中央部分向钎焊起点、或者向多个钎焊起点中的相邻的两个钎焊起点之间偏移的位置处,以与所述区域重叠的方式,至少将发热体接合到第二部件之上。
根据上述(3)的构成,除了上述(1)的构成的作用以外,还具有以下的作用:在从由多个钎焊起点包围的区域的中央部分向钎焊起点、或者向多个钎焊起点中的相邻的两个钎焊起点之间偏移的位置处,与所述区域重叠的钎料层中,所残留的孔隙少。因此,发热体可避开孔隙之上而接合到第二部件。
(4)为了达到上述目的,本发明的第二方式提供一种钎焊构造,对构成HV逆变器的冷却器的第一部件和第二部件进行钎焊,所述钎焊构造的主旨在于,第二部件经由钎料层被钎焊到第一部件之上,在第一部件与第二部件之间的接合部中的任意的多个位置处残留有由激光焊接形成的焊痕,孔隙集中残留在相邻的焊痕之间的钎料层中。
根据上述(4)的构成,在第一部件与第二部件之间的接合部中的任意的多个位置处残留有由激光焊接形成的焊痕,孔隙集中残留在相邻的焊痕之间的钎料层中,因此孔隙的分散变少。
(5)为了达到上述目的,在上述(4)的构成中,优选的是:至少发热体在由多个焊痕包围的区域内,且与包含在所述区域内的其他的焊痕之上对应地,被接合到第二部件之上。
根据上述(5)的构成,除了上述(4)的构成的作用以外,还具有以下作用:在由多个焊痕包围的区域内的、且与包含在区域内的其他的焊痕之上对应的钎料层中,所残留的孔隙少。因此,发热体可避开孔隙上而接合到第二部件。
(6)为了达到上述目的,在上述(4)的构成中,优选的是:至少发热体在从由多个焊痕包围的区域的中央部分向焊痕、或者向多个焊痕中的相邻的两个焊痕之间偏移的位置处,以与所述区域重叠的方式,被接合到第二部件之上。
根据上述(6)的构成,除了上述(4)的构成的作用以外,还具有以下的作用:在从由多个焊痕包围的区域的中央部分向焊痕、或者向多个焊痕中的相邻的两个焊痕之间偏移的位置处,与所述区域重叠的钎料层中,所残留的孔隙少。因此,发热体可避开孔隙上而接合到第二部件。
根据上述(1)的构成,关于构成冷却器的两个部件的钎焊,通过控制孔隙的产生位置,能够稳定并提高两个部件的接合效率。
根据上述(2)的构成,除了上述(1)的构成的效果以外,还具有以下效果:发热体和孔隙难以上下重叠,来自发热体的散热很少被孔隙阻碍,能够有效地冷却发热体,能够提高作为冷却器的功能。
根据上述(3)的构成,除了上述(1)的构成的效果以外,还具有以下效果:发热体和孔隙难以上下重叠,来自发热体的散热很少被孔隙阻碍,能够有效地冷却发热体,能够提高作为冷却器的功能。
根据上述(4)的构成,关于构成冷却器的两个部件的钎焊,通过控制孔隙的产生位置,能够稳定并提高两个部件的接合效率。
根据上述(5)的构成,除了上述(4)的构成的效果以外,还具有以下效果:发热体和孔隙难以上下重叠,来自发热体的散热很少被孔隙阻碍,能够有效地冷却发热体,能够提高作为冷却器的功能。
根据上述(6)的构成,除了上述(4)的构成的效果以外,还具有以下效果:发热体和孔隙难以上下重叠,来自发热体的散热很少被孔隙阻碍,能够有效地冷却发热体,能够提高作为冷却器的功能。
附图说明
图1是关于第一实施方式示出HV逆变器的冷却器的立体图;
图2是关于第一实施方式示出冷却器的简要构成的沿图1的A-A线的截面图;
图3是关于第一实施方式示出冷却器的平面图;
图4是关于第一实施方式示出顶板与绝缘基板的接合关系的图3的B-B线截面图;
图5是关于第一实施方式示出钎焊方法的顺序的流程图;
图6是关于第一实施方式示出向顶板配置多个绝缘基板的工序的立体图;
图7是关于第一实施方式示出向顶板激光焊接绝缘基板的工序的截面图;
图8是关于第一实施方式示出激光输出与照射时间的关系的图表。
图9是关于第一实施方式示出向壳体配置散热片和顶板等的工序的立体图;
图10是关于第一实施方式示出顶板与壳体的激光焊接的工序的立体图;
图11是关于第一实施方式示出接合在顶板之上的绝缘基板和接合在该绝缘基板之上的功率半导体的平面图;
图12是关于第一实施方式示出钎焊前的顶板与绝缘基板的关系的截面图;
图13是关于第一实施方式示出钎焊后的顶板与绝缘基板的关系的截面图;
图14是关于第二实施方式示出接合在顶板之上的绝缘基板与接合在该绝缘基板之上的功率半导体的平面图;
图15是关于其他实施方式示出接合在顶板之上的绝缘基板和接合在该绝缘基板之上的功率半导体的平面图。
具体实施方式
<第一实施方式>
以下,参照附图来详细说明将本发明中的“钎焊方法以及钎焊构造”具体化为HV逆变器的冷却器的第一实施方式。
图1通过立体图表示HV逆变器的冷却器1。图2通过沿图1的A-A线的截面图表示该冷却器1的简要构成。冷却器1包括:形成为箱形的壳体2、设置在壳体2中的散热片3、设置在散热片3之上的作为第一部件的顶板4、以及设置在顶板4之上的作为第二部件的多个绝缘基板5。壳体2在其外周包括凸缘2a。顶板4被配置为覆盖散热片3上,其外周包括凸缘4a。在各绝缘基板5上分别固定有作为发热体的半导体元件9(参照图4)。
如图2所示,顶板4的凸缘4a与壳体2的凸缘2a对准配置,并被钎焊。即,顶板4的凸缘4a和壳体2的凸缘2a经由钎料层6而被接合。另外,在顶板4的凸缘4a与壳体2的凸缘2a的接合面上,有些地方残留有由激光焊接产生的焊痕7。该焊痕7是由用于在钎焊之前将顶板4临时固定于壳体2的激光焊接而产生的痕迹。在该实施方式中,壳体2的凸缘2a的厚度为“3.0(mm)”、顶板4的凸缘4a的厚度为“0.6(mm)”、钎料层6的厚度为“0.15(mm)”、焊痕7的直径为“1~2(mm)”。
图3通过平面图表示冷却器1。图4通过图3的B-B线截面图表示顶板4与绝缘基板5的接合关系。如图3所示,各绝缘基板5被配置在顶板4的凹部4b,并被钎焊。即,如图4所示,顶板4的凹部4b与绝缘基板5经由钎料层6被接合。并且,在顶板4的凹部4b与绝缘基板5之间的接合部中,在预定的位置处残留有由激光焊接产生的焊痕7。该焊痕7是由用于在钎焊之前将绝缘基板5临时固定于顶板4的凹部4b的激光焊接而产生的痕迹。另外,在钎料层6中,与该焊痕7邻接地残留有孔隙8。在该实施方式中,关于上述的冷却器1,构成了本发明的钎焊构造。
这里,对与上述的冷却器1有关的钎焊方法进行说明。图5通过流程图表示该实施方式的钎焊方法的顺序。
首先,如图5的(1)所示,通过激光焊接将多个绝缘基板5临时固定在顶板4。即,如在图6中以立体图所示的那样,经由钎料层6(参照图2、4)将多个绝缘基板5配置在顶板4的凹部4b中,如在图7中以截面图所示的那样,例如通过光纤激光装置21进行激光焊接,由此从顶板4的背侧将绝缘基板5临时固定到顶板4。在该实施方式中,通过光纤激光装置21来调整激光的脉冲数及输出中的至少一者,由此照射激光。在该实施方式中,与在俯视时呈四边形状的绝缘基板5的各顶点以及对角线的交点对应地进行激光焊接,在顶板4的凹部4b与绝缘基板5之间总计形成五个焊痕7(参照图11)。
图8通过图表表示该激光输出与照射时间的关系。如图8所示,在该实施方式中,将激光分为三次的脉冲来照射。在各脉冲输出中,上升时间Tu1、Tu2、Tu3相同,之后,控制峰值时间Tp1、Tp2、Tp3,并控制下降时间Td1、Td2、Td3。因此,各脉冲输出的照射时间通过对上升时间Tu1~Tu3分别加上可变的峰值时间Tp1~Tp3、可变的下降时间Td1~Td3来决定。在该实施方式中,通过控制激光的脉冲数、各脉冲输出的照射时间、或者激光的峰值输出,来调整对某一点的总的激光输出。通过该输出调整,来照射激光。
接着,如图5的(2)所示,将临时固定了绝缘基板5的顶板4、散热片3以及壳体4等彼此组装。即,如在图9中以立体图表示的那样,将散热片3配置在壳体2的凹部2b中,在该散热片3之上配置顶板4等。此时,如图2所示,将壳体2的凸缘2a和顶板4的凸缘4a对准,并在它们之间设置具有预定的厚度的钎料层6。
接着,如图5的(3)所示,通过激光焊接将顶板4临时固定在壳体2。即,如在图10中以立体图所示的那样,针对顶板4的凸缘4a上的多处,例如通过光纤激光装置21实施激光焊接。在该实施方式中,与上述同样地,通过光纤激光装置21将激光分为多次的脉冲来照射到一点。
接着,如图5的(4)所示,对各部件进行钎焊。即,将顶板4的凸缘4a钎焊到壳体2的凸缘2a,并且将各绝缘基板5钎焊到顶板4。这里,通过将已经被临时固定、组装在一起的壳体2、散热片3、顶板4以及绝缘基板5(冷却器1的组合)送入焊接炉中,来将顶板4的凸缘4a与壳体2的凸缘2a钎焊在一起,并且将各绝缘基板5与顶板4钎焊在一起。由此,能够得到图1、3所示的、被钎焊了的冷却器1。
然后,如图5的(5)所示,将作为发热体的半导体元件固定在各绝缘基板5之上。即,如在图4的截面图中以双点划线所示的那样,将功率半导体9固定在绝缘基板5之上。
在该实施方式中,在图5的(4)中对各部件进行钎焊之后,与由多个钎焊起点包围的区域的中央部分对应地,将作为发热体的功率半导体9接合到绝缘基板5之上并固定。即,在该实施方式中,如图11所示,由激光焊接形成的五个焊痕7与俯视时呈四边形状的绝缘基板5的各顶点以及对角线的交点对应地残留在顶板4的凹部4b与绝缘基板5之间的钎料层中。并且,在由对应于各顶点的四个焊痕7包围的区域内,且与包含在该区域内的中央部分中的另一个焊痕7之上对应地,将功率半导体9接合到绝缘基板5之上。
在上述的该实施方式的钎焊方法中,当将构成HV逆变器的冷却器1的顶板4和绝缘基板5钎焊时,经由钎料层6将多个绝缘基板5配置在顶板4的凹部4b上,之后,通过照射激光,对顶板4与各绝缘基板5之间的接合部中的任意的多个位置实施激光焊接,将各绝缘基板5临时固定到顶板4,之后,通过使钎料层6加热熔融,从而以多个激光焊接的位置作为钎焊起点而将各绝缘基板5钎焊在顶板4之上。
另外,在所述钎焊后,在由四个钎焊起点包围的区域内,且与包含在该区域内的中央部分中的另一个钎焊起点之上对应地,将作为发热体的功率半导体9接合在绝缘基板5之上。
根据以上说明的该实施方式的钎焊方法,如图11所示,以四个激光焊接的位置(焊痕7)作为钎焊起点,绝缘基板5被钎焊在顶板4之上,因此通过任意设定钎焊起点的配置、即激光的照射位置,能够控制钎料层6中的孔隙8的产生位置。即,在以相邻的两个钎焊起点(焊痕7)中的每个为中心描绘了以两个起点间距离的一半的长度为半径的圆的情况下,孔隙8具有在这些圆不重叠的位置集中产生的倾向。并且,通过如本实施方式那样设定钎焊起点的配置,能够不使孔隙8的产生位置分散地进行控制。因此,关于构成冷却器1的顶板4和各绝缘基板5,通过控制孔隙8的产生位置,能够稳定并提高所述顶板4与绝缘基板5的接合效率。即,在以相邻的两个钎焊起点(焊痕7)中的每个为中心描绘了以两起点间距离的一半的长度作为半径的圆的情况下,使孔隙8集中在这些圆不重叠的位置,因此,能够在孔隙8不分散的情况下稳定并提高顶板4与各绝缘基板5之间的钎焊的接合效率。
另外,在该实施方式中,将绝缘基板5通过激光焊接临时固定到顶板4,因此能够防止在钎焊时绝缘基板5由于高温而翘曲。其结果是,能够管理顶板4与绝缘基板5之间的间隙。
这里,图12通过截面图表示钎焊前的顶板4与绝缘基板5的关系。图13通过截面图表示钎焊后的顶板4与绝缘基板5的关系。如图12所示,在钎焊前,顶板4与绝缘基板5之间经由激光焊接的焊痕7以及钎料层6而临时接合。此时,在顶板4与绝缘基板5之间残留有多个焊痕7,在这些焊痕7之间存在多个孔隙8和空间10。并且,钎料层6包括与顶板4的芯材11呈一体的钎料12、以及形成在该钎料12之上的氧化膜13。孔隙8和空間10不规则地分散在氧化膜13与绝缘基板5之间。
与此相对,如图13所示,在钎焊后,顶板4和绝缘基板5经由钎料层6临时接合。孔隙8以夹在焊痕7之间的方式集中存在于顶板4与绝缘基板5之间。这里,钎料层6通过和与顶板4呈一体的钎料12以及氧化膜13融合而成为一体。另外,焊痕7成为起点,钎料12流动,在以相邻的两个焊痕7中的每个为中心描绘了以两焊痕7之间的一半的长度为半径的圆的情况下,孔隙8集中在这些圆不重叠的位置。
在该实施方式中,如图11所示,在由多个钎焊起点(焊痕7)包围的区域内的、且与包含在该区域内的中央部分中的另一个钎焊起点(焊痕7)之上对应的钎料层6中,所残留的孔隙8少。因此,功率半导体9避开孔隙8之上而被接合在绝缘基板5之上。即,如图11所示,假定对于俯视时呈四边形状的绝缘基板5,与该四个顶点和对角线的交点对应地形成了总计五个焊痕7。此时,在以相邻的两个焊痕7中的每个为中心描绘了以两焊痕7之间的一半的长度为半径的圆的情况下,孔隙8集中在这些圆不重叠的位置。因此,在由对应于各顶点的四个焊痕7包围的范围内,且与位于其中央部分的一个焊痕7之上对应地,将作为发热体的功率半导体9固定在绝缘基板5上。在该情况下,功率半导体9和孔隙8难以上下重叠,来自功率半导体9的散热很少被孔隙8阻碍。因此,能够有效地冷却功率半导体9,能够提高作为冷却器1的功能。
另外,在该实施方式中,通过光纤激光装置21来调整激光的脉冲数以及输出中的至少一者,由此照射激光。因此,能够提高激光的能量密度,能够将激光能量短周期且高精度地供应到被照射位置。
另外,根据该实施方式的钎焊构造,在顶板4与绝缘基板5之间的接合部中的任意的四个位置、以及由这些位置包围的区域的中央部分残留有激光焊接的焊痕7,在以相邻的两个焊痕7中的每个为中心描绘了以两焊痕7之间的一半的长度为半径的圆的情况下,孔隙8集中残留在这些圆不重叠的位置处的钎料层6中,孔隙8的分散变少。其结果是,关于构成冷却器1的顶板4和各绝缘基板5的钎焊,能够稳定并提高顶板4与绝缘基板5的接合效率。
另外,根据该实施方式的钎焊构造,在与由四个焊痕7包围的区域的中央部分对应的钎料层6中,所残留的孔隙8少。因此,功率半导体9避开孔隙8之上而被接合到绝缘基板5。因此,能够有效地冷却功率半导体9,能够提高冷却器1的功能。
<第二实施方式>
接着,参照附图来详细说明将本发明中的“钎焊方法以及钎焊构造”具体化为HV逆变器的冷却器的第二实施方式。
在所述第一实施方式中,对与俯视时呈四边形状的绝缘基板5的各顶点以及对角线的交点对应的位置实施了激光焊接,即设定了由激光形成的焊痕7的配置。与此相对,本实施方式的构成与所述第一实施方式的不同点在于:省略了与上述的对角线的交点对应的焊痕7。
即,在本实施方式中,在“钎焊方法”中,在通过激光焊接将多个绝缘基板5临时固定到顶板4时,如图14所示,与俯视时呈四边形状的绝缘基板5的各顶点对应地进行激光焊接,在顶板4的凹部4b与绝缘基板5之间形成总计四个焊痕7A、7B、7C、7D。
然后,在钎焊后,在从由四个钎焊起点(焊痕7A~7D)包围的区域的中央部分向四个钎焊起点之一偏移的位置处,以与该包围的区域重叠的方式接合绝缘基板5的四个功率半导体9A、9B、9C、9D。
在此情况下,在以四个钎焊起点(焊痕7A~7D)中的每个为中心描绘了以两个钎焊起点(例如、焊痕7A、7C)之间的一半的长度为半径的圆的情况下,孔隙8具有在这些圆不重叠的位置(即、由四个钎焊起点包围的区域的中央部分)处集中产生的倾向。因此,在从由四个焊痕7A~7D包围的区域的中央部分向各焊痕7A~7D偏移的位置处,以与该包围的区域重叠的方式,四个功率半导体9A~9D分别被接合到绝缘基板5之上。
因此,在钎料层6中的从由四个焊痕7A~7D包围的区域的中央部分向各焊痕7A~7D偏移的位置且与该包围的区域重叠的部分中,残留的孔隙8少。因此,各功率半导体9A~9D避开孔隙8之上而被接合到绝缘基板5。因此,各功率半导体9A~9D和孔隙8难以上下重叠,来自各功率半导体9A~9D的散热很少被孔隙8阻碍,能够有效地冷却各功率半导体9A~9D,能够提高作为冷却器1的功能。
另外,本发明不限于所述各实施方式,也能够在不脱离发明的主旨的范围内酌情改变构成的一部分而实施。
例如,在所述各实施方式中,虽然将本发明具体化为对构成冷却器1的壳体2与顶板4进行钎焊的情况,但是也可以具体化为对壳体和散热片进行钎焊的情况。
在所述第二实施方式中,如图14所示,在从由四个焊痕7A~7D包围的区域的中央部分向各焊痕7A~7D偏移的位置处,以与该包围的区域重叠的方式,将四个功率半导体9A~9D分别接合到了绝缘基板5之上。与此相对,也可以如图15所示的那样,在从由四个焊痕7A~7D包围的区域的中央部分向四个钎焊起点中的相邻的两个钎焊起点(焊痕7A、7B以及焊痕7C、7D)之间偏移的位置处,以与该包围的区域重叠的方式,将两个功率半导体9A、9B分别接合到绝缘基板5之上。
本发明能够利用于HV逆变器的冷却器。
符号说明
1 冷却器
4 顶板(第一部件)
5 绝缘基板(第二部件)
6 钎料层
7 焊痕
7A~7D 焊痕
8 孔隙
9 功率半导体(发热体)
9A~9D 功率半导体(发热体)

Claims (6)

1.一种钎焊方法,用于将构成HV逆变器的冷却器的第一部件和第二部件钎焊,所述钎焊方法的特征在于,
将所述第二部件经由钎料层配置在所述第一部件之上,
之后,通过照射激光,对所述第一部件与所述第二部件之间的接合部中的任意多个位置实施激光焊接,从而将所述第二部件临时固定到所述第一部件,
之后,通过将所述钎料层加热熔融,以所述多个激光焊接的位置作为钎焊起点,将所述第二部件钎焊在所述第一部件之上。
2.如权利要求1所述的钎焊方法,其特征在于,
在所述钎焊后,在由所述多个钎焊起点包围的区域内,且与包含在所述区域内的其他钎焊起点之上对应地,至少将发热体接合到所述第二部件之上。
3.如权利要求1所述的钎焊方法,其特征在于,
在所述钎焊后,在从由所述多个钎焊起点包围的区域的中央部分向所述钎焊起点或者向所述多个钎焊起点中的相邻两个钎焊起点之间偏移的位置处,以与所述区域重叠的方式,至少将发热体接合到所述第二部件之上。
4.一种钎焊构造,通过将构成HV逆变器的冷却器的第一部件和第二部件钎焊而成,所述钎焊构造的特征在于,
所述第二部件经由钎料层被钎焊到所述第一部件之上,在所述第一部件与所述第二部件之间的接合部中的任意的多个位置处残留有通过激光焊接形成的焊痕,孔隙集中残留在相邻焊痕之间的所述钎料层中。
5.如权利要求4所述的钎焊构造,其特征在于,
至少发热体在由所述多个焊痕包围的区域内,且与包含在所述区域内的其他焊痕之上对应地,被接合到所述第二部件之上。
6.如权利要求4所述的钎焊构造,其特征在于,
至少发热体在从由所述多个焊痕包围的区域的中央部分向所述焊痕、或者向所述多个焊痕中的相邻两个焊痕之间偏移的位置处,以与所述区域重叠的方式,被接合到所述第二部件之上。
CN201180057687.7A 2011-01-20 2011-08-04 钎焊方法以及钎焊构造 Expired - Fee Related CN103228388B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-009756 2011-01-20
JP2011009756A JP5568026B2 (ja) 2011-01-20 2011-01-20 ろう付け方法及びろう付け構造
PCT/JP2011/067843 WO2012098720A1 (ja) 2011-01-20 2011-08-04 ろう付け方法及びろう付け構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103228388A true CN103228388A (zh) 2013-07-31
CN103228388B CN103228388B (zh) 2015-09-09

Family

ID=46515364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180057687.7A Expired - Fee Related CN103228388B (zh) 2011-01-20 2011-08-04 钎焊方法以及钎焊构造

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9238275B2 (zh)
EP (1) EP2666573B1 (zh)
JP (1) JP5568026B2 (zh)
KR (1) KR101442447B1 (zh)
CN (1) CN103228388B (zh)
WO (1) WO2012098720A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113544845A (zh) * 2019-02-28 2021-10-22 奥迪股份公司 改进地集成有冷却器框架的电力转换器装置

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9190344B2 (en) * 2007-11-26 2015-11-17 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Liquid-cooled-type cooling device
JP5724710B2 (ja) * 2011-07-21 2015-05-27 三菱電機株式会社 プレート積層型冷却器
US9472488B2 (en) * 2012-04-16 2016-10-18 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and cooler thereof
JP5694278B2 (ja) * 2012-11-21 2015-04-01 三菱電機株式会社 電力変換装置
US9913404B2 (en) * 2014-06-24 2018-03-06 Mitsubishi Electric Corporation Cooling apparatus
DE102014215892A1 (de) * 2014-08-11 2016-02-11 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Kühldeckel zum Kühlen von Leistungsendstufenmodulen, Leistungselektronik mit dem Kühldeckel und Hybridmodul mit der Leistungselektronik
GB2536051A (en) * 2015-03-06 2016-09-07 Hiflux Ltd Heatsink
JP6661524B2 (ja) * 2016-12-13 2020-03-11 株式会社ケーヒン 熱交換器
US10431475B2 (en) * 2017-05-15 2019-10-01 Intel Corporation Cold plate with dam isolation
JP6663899B2 (ja) * 2017-11-29 2020-03-13 本田技研工業株式会社 冷却装置
CN110670799B (zh) * 2019-10-10 2021-11-09 李居强 带腔体的结构板及其制作方法
JP7552290B2 (ja) * 2020-11-25 2024-09-18 日本軽金属株式会社 接合部材及びその製造方法
JP7459163B2 (ja) 2022-04-19 2024-04-01 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN118342061A (zh) * 2022-08-18 2024-07-16 飒羽辰工程科技(上海)有限公司 风电塔筒内附件的可控相变紧固方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002341196A (ja) * 2001-05-21 2002-11-27 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体レーザモジュールにおける光ファイバ及び構成部材間の固定方法
CN1499489A (zh) * 2002-11-07 2004-05-26 �ձ�������ʽ���� 零件连接装置和多个零件形成的连接结构
CN101730935A (zh) * 2007-07-04 2010-06-09 亚金股份有限公司 电子部件封装体的制造方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3214564A (en) * 1963-05-27 1965-10-26 Gen Motors Corp Method of joining metals
FR2547757B1 (fr) * 1983-06-27 1986-10-17 Sciaky Sa Procede et installation de soudage par point a faisceau laser
JPH09275170A (ja) 1996-04-03 1997-10-21 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JP4323706B2 (ja) 2000-10-25 2009-09-02 電気化学工業株式会社 セラミック体と銅板の接合方法
CA2371641A1 (en) 2001-02-14 2002-08-14 Ats Automation Tooling Systems Inc. Folded fin heat sink assembly
JP4168114B2 (ja) 2001-09-28 2008-10-22 Dowaホールディングス株式会社 金属−セラミックス接合体
JP3818223B2 (ja) 2002-06-14 2006-09-06 株式会社デンソー タンク
JP2005224832A (ja) * 2004-02-12 2005-08-25 High Energy Accelerator Research Organization 電子加速管の製造方法および製造装置
JP2006341304A (ja) 2005-06-10 2006-12-21 Tanaka Kikai Kogyo Kk 異種金属接合法
JP2007222939A (ja) 2006-01-30 2007-09-06 Hitachi Metals Ltd ロウ材シートおよびその製造方法ならびに電子部品用パッケージ
WO2008004552A1 (en) 2006-07-04 2008-01-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic-metal bonded body, method for manufacturing the bonded body and semiconductor device using the bonded body
US20090068446A1 (en) * 2007-04-30 2009-03-12 United Technologies Corporation Layered structures with integral brazing materials
JP2009168361A (ja) 2008-01-17 2009-07-30 Sanden Corp 熱交換器用チューブ及びその製造方法
JP2010251443A (ja) 2009-04-14 2010-11-04 Toyota Motor Corp 冷却器
KR101355694B1 (ko) * 2010-08-18 2014-01-28 닛데쓰스미킹 마이크로 메탈 가부시키가이샤 반도체 실장용 땜납 볼 및 전자 부재
US8960525B2 (en) * 2013-01-31 2015-02-24 General Electric Company Brazing process and plate assembly
US9713851B2 (en) * 2013-09-04 2017-07-25 Apple Inc. Method and system for attaching flexible circuits to a mounting surface

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002341196A (ja) * 2001-05-21 2002-11-27 Mitsubishi Chemicals Corp 半導体レーザモジュールにおける光ファイバ及び構成部材間の固定方法
CN1499489A (zh) * 2002-11-07 2004-05-26 �ձ�������ʽ���� 零件连接装置和多个零件形成的连接结构
CN101730935A (zh) * 2007-07-04 2010-06-09 亚金股份有限公司 电子部件封装体的制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113544845A (zh) * 2019-02-28 2021-10-22 奥迪股份公司 改进地集成有冷却器框架的电力转换器装置
US12016162B2 (en) 2019-02-28 2024-06-18 Audi Ag Electric power converter device with improved integration of cooler frame

Also Published As

Publication number Publication date
US9238275B2 (en) 2016-01-19
CN103228388B (zh) 2015-09-09
EP2666573A1 (en) 2013-11-27
EP2666573A4 (en) 2015-10-21
JP5568026B2 (ja) 2014-08-06
KR101442447B1 (ko) 2014-09-23
KR20130118922A (ko) 2013-10-30
EP2666573B1 (en) 2017-01-11
JP2012148326A (ja) 2012-08-09
WO2012098720A1 (ja) 2012-07-26
US20130228322A1 (en) 2013-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103228388A (zh) 钎焊方法以及钎焊构造
JP5740036B1 (ja) 平面型ヒートパイプ
JP6189015B2 (ja) 放熱装置および放熱装置の製造方法
CN105408997A (zh) 半导体模块以及逆变器装置
JP2013131735A (ja) 接合方法および半導体装置の製造方法
JP2006222126A (ja) 回路基板
JP2005333083A (ja) 熱電変換素子モジュールの製造方法および熱電変換素子モジュール
JP2015170731A (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法、位置決め治具
JP2006073632A (ja) 熱電変換装置および熱電変換装置の製造方法
JP2012227362A (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板ユニットおよびその製造方法
JP5838910B2 (ja) 冷却器及び冷却器の製造方法
JP2006303354A (ja) プリント配線板及びプリント配線板の接合方法
CN102656684B (zh) 半导体装置及其制造方法
JP2015018946A (ja) 基板回路の構造および製造方法
CN112846443A (zh) 一种微通道的液冷板的焊接装置及方法
CN112313029A (zh) 用于连接两个构件的方法和构件复合体
JP2005302882A (ja) 半導体装置
JP4396568B2 (ja) ハンダ付け構造体の製造方法
JP2007287991A (ja) 半導体装置の製造方法
JP2006237057A (ja) 半導体装置の製造方法
JP6300668B2 (ja) 磁気ヘッド製造装置及び磁気ヘッド製造方法
JP2006173509A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2023110582A (ja) 接合体の製造方法及び接合体
WO2017208941A1 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP4902867B2 (ja) 電子部品の接続方法及び突起電極の形成方法、並びに電子部品実装体及び突起電極の製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150909

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee