JP2001168569A

JP2001168569A - 電子部品用冷却装置

Info

Publication number: JP2001168569A
Application number: JP2000059202A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okada; 安弘岡田; Akihiro Shibuya; 彰弘渋谷; Tatsuya Fujiyoshi; 達也藤吉; Makoto Tajima; 誠田島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Marelli Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品用冷却装置の信頼性を高め、組立時
の鉛の使用を抑制する。【解決手段】両面にアルミ板の貼られたアルミ貼絶縁
基板１２１、１２２は、使用時に冷媒ＣＬが封入される
冷却ジャケット２Ｂにアルミ−シリコン系の硬ろうＢＲ
で接合される。ろう付けは、約６２０゜Ｃの不活性雰囲
気中で行われる。アルミ貼絶縁基板１２１、１２２には
半導体チップ１４Ａ、１４ＢがハンダＳＯＬで接合され
る。ハンダ付け時の温度は２６０゜Ｃ前後に設定され
る。このため、ハンダ付け時に硬ろうＢＲが溶融するこ
とがない。バスバー１０Ｃ、１０ＥＣ、１０Ｅは、ブラ
ケット８Ａ、８Ｂ、８Ｃを介してヒートシンク４に固定
される。上述したバスバー、アルミ貼絶縁基板、半導体
チップは、ボンディングワイヤＢＷ１〜ＢＷ３で電気的
に接続される。半導体チップ１４Ａ、１４Ｂから発せら
れる熱は冷却ジャケット２Ｂに伝わり、冷媒ＣＬに吸熱
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動時に発熱を伴
うパワーデバイスやＩＣなどの電子部品の冷却用に用い
て好適な電子部品用冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力変換装置等、比較的大きな電流が流
れて発熱する電子部品を冷却するために、ヒートシンク
に電子部品を固定する構造のものがある。より大きな放
熱量がヒートシンクに求められる場合、冷却ジャケット
が上記ヒートシンクに密着固定される。冷却ジャケット
内には水等の冷媒が封入されており、この冷媒とヒート
シンクとの間で熱交換が行われることにより、発熱した
電子部品が冷却される。

【０００３】上述したヒートシンクの材料としては、熱
伝導率が高く、耐食性が比較的良好なアルミ材が用いら
れることが多い。パワートランジスタや電力制御用サイ
リスタ等のいわゆるパワーデバイスを上記ヒートシンク
に密着固定する際には、両面にアルミ金属層の形成され
た絶縁板をパワーデバイスとヒートシンクとの間に介装
することがある。その理由は、ヒートシンクとパワーデ
バイスとの間で短絡回路が形成されることのないように
するためである。

【０００４】上述した電子部品の冷却装置では、先ず比
較的高い融点（２００〜３００゜Ｃ）を有する高温ハン
ダを用い、絶縁板の一の面に形成されているアルミ膜に
パワーデバイスがハンダ付けされる。続いて、絶縁板の
他の面に形成されているアルミ膜とヒートシンクとが比
較的低い融点（１８０゜Ｃ前後）を有する低温ハンダを
用いてハンダ付けされる。このように異なる融点を有す
るハンダを用いてハンダ付けをするのは、絶縁板をヒー
トシンクにハンダ付けしている最中に、パワーデバイス
と絶縁板とを固定しているハンダが溶融してしまう不具
合を抑制するためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近は環境
対策の一環として、鉛を材料として用いることが制限さ
れつつある。ハンダの融点と鉛含有量との間には密接な
関連があり、鉛の成分量を減らすほどハンダの融点は高
くなり、同時に濡れ性が低下する傾向にある。つまり、
いわゆる鉛フリー化を推し進めようとすると、低温ハン
ダを用いてハンダ付けを行う際に温度を高くする必要が
生じ、高温ハンダによるハンダ付け時と低温ハンダによ
るハンダ付け時とで大きな温度の差をつけにくくなって
くる。このように、大きな温度の差が設定できない場
合、低温ハンダによるハンダ付け作業中に高温ハンダが
溶融しないようにハンダ付け作業時の温度管理を厳密に
行なったり、あるいは最初にハンダ付けした部位を冷却
した状態で次のハンダ付け作業を行ったりする必要があ
り、これが作業性の低下を招いていた。

【０００６】本発明の目的は、鉛の使用を抑制でき、か
つ接合部の高い信頼性を得ることの可能な電子部品用冷
却装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（１）一実施の形態を
示す図１に対応付けて説明すると、請求項１に記載の発
明に係る電子部品用冷却装置は、両面に金属層１２
ａ₁、１２ｂ₁の形成された絶縁部材１２₁と；絶縁部材
１２₁の一の面に硬ろうＢＲで接合された冷却部材４と
を有し；電子部品１４Ａは、絶縁部材１２₁の他の面に
ハンダＳＯＬによって接合されることにより、上述した
目的を達成する。（２）一実施の形態を示す図２に対応付けて説明する
と、請求項２に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材４と接合される別の冷却部材２Ａをさらに
有し；冷却部材４と、別の冷却部材２Ａとによって冷媒
ＣＬが循環するための空間２Ａａが形成されるものであ
る。（３）一実施の形態を示す図３に対応付けて説明する
と、請求項３に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材２Ｂの内部に冷媒ＣＬが循環するための空
間２Ｂａが形成されるものである。（４）一実施の形態を示す図１に対応付けて説明する
と、請求項４に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材４と、絶縁部材１２₁の両面に形成された
金属層１２ａ₁および１２ｂ₁とは、アルミニウムおよび
アルミニウム合金のうちの少なくともいずれかを素材と
し；硬ろうＢＲのろう材はアルミ−シリコン系ろう材と
したものである。（５）一実施の形態を示す図１１に対応付けて説明す
ると、請求項５に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材２Ｄが、絶縁部材１２₁、１２₂を介して電
子部品１４Ａ、１４Ｂが実装される側の面である実装面
の剛性よりも実装面と対向する側の面である非実装面の
剛性の方が高くなるように断面形状が定められるもので
ある。（６）一実施の形態を示す図１１に対応付けて説明す
ると、請求項６に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷媒ＣＬ循環用の空間２Ｄａを囲う周囲の部分のう
ち、実装面の側の肉厚寸法Ａが非実装面の側の肉厚寸法
Ｂよりも薄くなるように冷却部材２Ｄの断面形状が定め
られるものである。（７）一実施の形態を示す図１２に対応付けて説明す
ると、請求項７に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材２Ｅの内部に、冷媒ＣＬ循環用の空間２Ｅ
ａが実装面に沿うようにして複数列設けられ；複数の冷
媒循環用の空間２Ｅａの間に存する隔壁部分の肉厚寸法
に関して、実装面の側の肉厚寸法が非実装面側の肉厚寸
法よりも薄くなるように冷却部材２Ｅの断面形状が定め
られるものである。（８）一実施の形態を示す図１５に対応付けて説明す
ると、請求項８に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、冷却部材２Ｈが、絶縁部材１２₁、１２₂と接合され
る部分の剛性が他の部分の剛性に比して低くなるように
断面形状が定められるものである。（９）一実施の形態を示す図５に対応付けて説明する
と、請求項５に記載の発明に係る電子部品用冷却装置
は、両面に金属層が形成された第１および第２の絶縁部
材１２₁、１２₃と；冷却部材４Ａとを有し；冷却部材４
Ａの１の面と第１の絶縁部材１２₁の一の面とが硬ろう
ＢＲで接合され；冷却部材４Ａの他の面と第２の絶縁部
材１２₃の一の面とが硬ろうＢＲで接合され；第１の絶
縁部材１２₁の他の面には第１の電子部品１４Ａがハン
ダＳＯＬで接合され；第２の絶縁部材１２₃の他の面に
は第２の電子部品１４Ｃがハンダで接合されるものであ
る。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の効果】（１）請求項１に記載の発明によれ
ば、両面に金属層の形成された絶縁部材の一の面と冷却
部材とは硬ろうで接続され、電子部品は絶縁部材の他の
面にハンダによって接合される。このため、電子部品の
ハンダ付け作業中に硬ろうで接合された部分が溶融して
接合部の信頼性が低下するのを抑制することが可能とな
る。このとき、ハンダ付け温度の条件設定幅を比較的広
くすることが可能となり、ハンダ付けを容易に行うこと
ができると同時にハンダ付け部の信頼性も向上すること
ができる。（２）請求項２に記載の発明によれば、絶縁部材を介
して電子部品の接合されている冷却部材と、別の冷却部
材とによって冷媒循環用の空間が形成されるので、電子
部品と冷媒との間の介在物の数を減じることができる。
このため、電子部品から発せられた熱が冷媒に伝わるま
での間の熱抵抗を減じて電子部品の冷却効率を高めるこ
とができる。（３）請求項３に記載の発明によれば、絶縁部材を介
して電子部品の接合されている冷却部材の内部に冷媒循
環用の空間が形成されることにより、部品点数を減じる
ことができる。このため、電子部品と冷媒との間の介在
物が減じられて冷却効率を高めることが可能となるとと
もに、冷媒の漏れを生じるのを抑制することができる。（４）請求項４に記載の発明によれば、冷却部材およ
び絶縁基板の両面に形成された金属層の素材がアルミニ
ウムおよびアルミニウム合金のうちの少なくともいずれ
かであり、硬ろうのろう材がアルミ−シリコン系ろう材
であることにより、電子部品から冷却部材に至るまでの
熱抵抗を減じることができる。つまり、熱伝導率の比較
的大きなアルミニウム系の素材を用いることにより、熱
抵抗を減じることができる。また、アルミニウム系の素
材は、押し出し加工や鋳造などの、切削加工以外の加工
も容易で、電子部品用冷却装置を構成する部品の加工工
数を減じることが可能となる。加えて、比重の比較的軽
いアルミニウム系の素材を用いることにより、電子部品
用冷却装置の重量を軽減することが可能となる。（５）請求項５〜８に記載の発明によれば、絶縁部材
を介して電子部品が実装される側の面である実装面の剛
性が実装面と対向する側の面である非実装面の剛性に比
して高くなるように冷却部材の断面形状が定められるこ
とにより、電子部品用冷却装置の組立時や使用時に絶縁
部材に生じる熱応力を低減することができる。このた
め、絶縁部材と冷却部材との接合部に生じる引張り、圧
縮応力が緩和され、ろう付け部にクラックが生じる等の
不具合を抑制して信頼性を高めることができる。（６）請求項９に記載の発明によれば、冷却部材の一
の面に硬ろうで接合される第１の絶縁部材に第１の電子
部品がハンダで接合され、冷却部材の他の面に硬ろうで
接合される第２の絶縁部材に第２の電子部品がハンダで
接合されることにより、冷却部材の片側の面のみが暖め
られて反るのを抑制することができる。したがって、冷
却部材と第１、第２の絶縁部材との接合部に生じる引っ
張りあるいは圧縮の応力を減じて接合部の信頼性を向上
することが可能となる。また、電子部品が冷却部材の両
面に接合されることにより、電子部品用冷却装置の大き
さに比して大きな実装面積を得ることができ、電子部品
用冷却装置を小型化することが容易となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】−第１の実施の形態− 図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置の構造を概念的に示す図である。図１において、
アルミ貼絶縁基板１２₁は、アルミナ製の絶縁基板１２
ｃ₁の両面に薄いアルミ板１２ａ₁、１２ｂ₁を貼り付け
た構造を有する。アルミ貼絶縁基板１２₁のアルミ板１
２ｂ１は、アルミ−シリコン系の硬ろうＢＲにより、ア
ルミまたはアルミ合金製のヒートシンク４に接合され
る。アルミ板１２ａ₁には、半導体チップ１４Ａがハン
ダＳＯＬにより接合される。半導体チップ１４Ａは、縦
型の半導体で、たとえばＩＧＢＴ等のパワー素子であ
る。図１における上面側にエミッタ電極およびベース電
極が、下面側にコレクタ電極が形成されている。

【００１１】アルミ貼絶縁基板１２₁と同様の構成を有
するアルミ貼絶縁基板１２₂も、アルミ板１２ｂ₂とヒー
トシンク４とが硬ろうＢＲにより接合され、アルミ板１
２ａ₂と半導体チップ１４ＢとがハンダＳＯＬにより接
合される。この半導体チップ１４Ｂは、半導体チップ１
４Ａとほぼ同様の構成を有する。

【００１２】ここでハンダＳＯＬおよび硬ろうＢＲにつ
いて説明すると、これらはいずれも「ろう材」という範
疇に属するものである。そして、ハンダＳＯＬと硬ろう
ＢＲとの違いは、その融点にある。すなわち、一般に４
５０゜Ｃ以上の融点を有するろう材は硬ろうと称され、
４５０゜Ｃを下回る融点を有するろう材はハンダと称さ
れて一般に区別される。本実施の形態において、ハンダ
ＳＯＬはその融点が２５０゜Ｃ程度のものが、硬ろうＢ
Ｒはその融点は５９０゜Ｃ程度のものが用いられる。

【００１３】ブラケット８Ａは、ＰＰＳ（ポリフェニレ
ンサルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレー
ト）などの耐熱温度の比較的高い樹脂材料を用いてイン
サートモールディングによりバスバー１０Ｃと一体に成
形される。ブラケット８Ａは、ヒートシンク４に不図示
の保持部材によって固定されている。つまり、バスバー
１０Ｃは、ブラケット８Ａによってヒートシンク４と絶
縁された状態で保持部材（不図示）によってヒートシン
ク４に固定されている。他のバスバー１０ＥＣおよび１
０Ｅも同様に、それぞれブラケット８Ｂ、８Ｃによって
ヒートシンク４と絶縁された状態で不図示の保持部材に
よってヒートシンク４に固定されている。

【００１４】アルミ板１２ａ₁とバスバー１０Ｃとがボ
ンディングワイヤＢＷ₁で、そして半導体チップ１４Ａ
のエミッタとバスバー１０ＥＣとがボンディングワイヤ
ＢＷ₂で接続されている。同様に、アルミ板１２ａ₂とバ
スバー１０ＥＣとがボンディングワイヤＢＷ₃で、そし
て半導体チップ１４Ｂのエミッタとバスバー１０Ｅとが
ボンディングワイヤＢＷ₄で接続されている。

【００１５】上述したヒートシンク４はボルト６によっ
て冷却ジャケット２に固定される。冷却ジャケット２へ
のヒートシンク４の固定に先立ち、冷却ジャケット２と
ヒートシンク４との接合部には、伝熱効率を高めるため
の放熱グリスＧが予め塗布される。冷却ジャケット２の
内部には、熱を不図示の放熱部へ熱を伝えるための冷媒
ＣＬが封入される空間２ａが形成されている。

【００１６】以上のように構成される電子部品用冷却装
置の製作プロセスの一例について説明する。ヒートシン
ク４とアルミ貼絶縁基板１２₁および１２₂との接合部に
は５０μｍ厚さの硬ろうＢＲの箔が介装される。この硬
ろうＢＲの箔の両面には非腐食性フラックスが３〜５ｇ
／ｍ２程度で塗布されている。ヒートシンク４上に硬
ろうＢＲの箔、アルミ貼絶縁基板１２₁および１２₂を載
置し、治具で固定する。これを６２０゜Ｃの不活性雰囲
気（Ｎ₂ガス中で、Ｏ₂濃度３０〜数百ｐｐｍ）中に３分
間保持する。５９０゜Ｃ前後の融点を有する硬ろうＢＲ
の箔は、上記雰囲気中で溶融してアルミ貼絶縁基板１２
₁および１２₂とヒートシンク４とのろう付けが行われ
る。

【００１７】続いて、アルミ板１２ａ₁と半導体チップ
１４Ａとの接合部およびアルミ板１２ａ₂と半導体チッ
プ１４Ｂとの接合部に厚さ１００μｍ程度のハンダ箔を
配置し、そこに半導体チップ１４Ａ、１４Ｂをマウント
する。このように半導体チップ１４Ａおよび１４Ｂがマ
ウントされた状態のヒートシンク４を真空還元炉に通す
ことでハンダが溶融し、アルミ板１２ａ₁に半導体チッ
プ１４Ａのコレクタが、そしてアルミ板１２ａ₂に半導
体チップ１４Ｂのコレクタがハンダ付けされると共にボ
イドが除去される。このときの、真空還元炉内における
温度プロファイルの一例を示すと、２５０゜Ｃの還元雰
囲気中で８分間加熱後、真空中で４分間保持し、冷却す
る。

【００１８】上述した例では、真空還元炉中での最高温
度は約２６０゜Ｃであるので、ハンダ付け工程に先だっ
てろう付けされた部分の硬ろうＢＲが溶融してしまうこ
とがない。

【００１９】以上のハンダ付け工程の後、ヒートシンク
４にはバスバー１０Ｃ、１０ＥＣ、１０Ｅが固定され
る。続いて、バスバー１０Ｃとアルミ板１２ａ₁とがボ
ンディングワイヤＢＷ₁で、半導体チップ１４Ａのエミ
ッタとバスバー１０ＥＣとがボンディングワイヤＢＷ₂
で、バスバー１０ＥＣとアルミ板１２ａ₂とがボンディ
ングワイヤＢＷ₃で、半導体チップ１４Ｂのエミッタと
バスバー１０ＥとがボンディングワイヤＢＷ₄で、それ
ぞれ接合される。

【００２０】冷却ジャケット２の、ヒートシンク４との
接合面に放熱グリスＧが塗布された後、この冷却ジャケ
ット２にヒートシンク４がボルト６によって固定され、
冷却ジャケット２内に冷媒が充填されて第１の実施の形
態に係る電子部品用冷却装置が完成する。

【００２１】続いて、第１の実施の形態に係る電子部品
の冷却装置の作用について説明する。ここでは、半導体
チップ１４Ａおよび１４ＢはＮＰＮ接合タイプのトラン
ジスタであるものとして説明をする。バスバー１０Ｅに
直流電源（不図示）の高電位側が接続され、バスバー１
０Ｃに電源の低電位側が接続されるとともに、モータ等
の負荷の一端がバスバー１０ＥＣに接続される。そして
半導体チップ１４Ａまたは１４Ｂがスイッチングされる
（ベース〜エミッタ間に順方向電圧が印加される）こと
により、バスバー１０ＥＣの電位が変化して上記負荷を
制御することができる。なお、図１では、一組の半導体
チップ１４Ａ、１４Ｂおよびこれらの半導体チップに接
続されるバスバー１０Ｃ、１０ＥＣ、１０Ｅしか図示さ
れていないが、ヒートシンク４の上には負荷の種類に応
じて複数組の半導体チップと、この半導体チップと接続
されるバスバーとが設けられるものであってもよい。

【００２２】半導体チップ１４Ａおよび１４Ｂのコレク
タ〜エミッタ間に大電流が流れると、半導体チップ１４
Ａおよび１４Ｂは発熱する。半導体チップ１４Ａ、１４
Ｂそれぞれから発せられる熱は、ハンダＳＯＬ、アルミ
貼絶縁基板１２₁、１２₂、硬ろうＢＲ、ヒートシンク
４、放熱グリスＧ、冷却ジャケット２を介して冷媒ＣＬ
に伝わる。このようにして、半導体チップ１４Ａおよび
１４Ｂから発せられる熱が冷却ジャケット２を経て放熱
される。

【００２３】先に説明したとおり、本実施の形態におい
てはアルミ板１２ｂ₁、１２ｂ₂とヒートシンク４とを接
合する硬ろうＢＲとしてアルミ−シリコン系ろう材が用
いられる。アルミ−シリコン系ろう材は、従来用いられ
ていた低温ハンダに比してより高い熱伝導率を有する。
このため、半導体チップ１４Ａ、１４Ｂから冷却ジャケ
ット２に至るまでの間の熱抵抗を減じることができ、放
熱効率を高めることができる。また、比較的高い融点
（５９０゜Ｃ程度）を有するアルミ−シリコン系の硬ろ
うＢＲでヒートシンク４とアルミ貼絶縁基板１２１およ
び１２２の一の面とが接合されている。このため、比較
的低い融点（２５０゜Ｃ程度）を有するハンダＳＯＬで
アルミ貼絶縁基板１２１および１２２の他の面と被冷却
部品である半導体チップ１４Ａおよび１４Ｂとを接合す
る際の加熱条件設定の自由度が増し、作業性が向上す
る。また、ハンダ付けに際して硬ろうＢＲが溶融してし
まうことがないので、電子機器の信頼性を大幅に向上さ
せることができる。

【００２４】以上では、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂
とヒートシンク４とを接合する際に硬ろうの箔を用いる
例について説明したが、以下のようにしてもよい。すな
わち、ヒートシンク４のアルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂
との接合部に硬ろうがあらかじめクラッドされたものを
用いることにより、電子機器用の冷却装置の組立工数を
低減することができる。また、アルミ貼絶縁基板１
２₁、１２₂の絶縁部材１２ｃ₁、１２ｃ₂は、ナイトライ
ドセラミクス（ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ等）を用いるこ
とができる。

【００２５】− 第２の実施の形態 − 図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置の構造を概念的に示す図である。図２において、
第１の実施の形態を説明する図１のものと同じ構成要素
には同じ符号を付し、その説明を省略して第１の実施の
形態との相違点を中心に説明する。

【００２６】第１の実施の形態においては、図１に示さ
れるように冷媒ＣＬを封入するための、いわば閉じた空
間が冷却ジャケット２の内部に形成されていた。これに
対して、第２の実施の形態においては冷却ジャケット２
Ａにヒートシンク４の側に開かれた空間２Ａａが形成さ
れている。そして、ヒートシンク４がシール材３を介し
て冷却ジャケット２Ａにボルト６により固定されること
により、冷却ジャケット２Ａとヒートシンク４とで冷媒
ＣＬを封入するための閉空間が形成される。

【００２７】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置に
よれば、ヒートシンク４と冷媒ＣＬとが直接接する。こ
のため、第１の実施の形態に係る電子部品用冷却装置に
比して、図１における放熱グリスＧおよび冷却ジャケッ
ト２の肉厚による熱抵抗が減じられ、放熱効率をさらに
高めることができる。

【００２８】− 第３の実施の形態 − 図３は、第３の実施の形態に係る電子部品用冷却装置の
構造を概念的に示す図である。図３において、第１の実
施の形態を説明する図１のものと同じ構成要素には同じ
符号を付し、その説明を省略して第１または第２の実施
の形態との相違点を中心に説明する。

【００２９】第１または第２の実施の形態に係る電子部
品用冷却装置では、ヒートシンク４の上に電子部品が実
装され、このヒートシンク４に冷却ジャケット２または
２Ａが固定される構造のものであった。これに対し、第
３の実施の形態に係る電子部品用冷却装置では、電子部
品が冷却ジャケット２Ｂの上に直接実装される。そし
て、冷却ジャケット２Ｂは、その内部に複数の管路２Ｂ
ａが設けられた多穴管で構成される。

【００３０】冷却ジャケット２Ｂは、アルミまたはアル
ミ合金を材料として形成される。この冷却ジャケット２
Ｂは、切削加工によって製作することも可能であるが、
押し出し加工法やダイカスト法等の非切削加工法によっ
て製作することが部品加工工数低減のために望ましい。

【００３１】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置の
製作プロセスは、第１の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置の製作プロセスと同様である。すなわち、最初に
アルミ−シリコン系の硬ろうＢＲによって冷却ジャケッ
ト２Ｂとアルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂が接合される。
続いて、ハンダＳＯＬによってアルミ貼絶縁基板１２ ₁
に半導体素子１４Ａが、アルミ貼絶縁基板１２₂に半導
体素子１４Ｂが接合される。その後、バスバー１０Ｃ、
１０ＥＣおよび１０Ｅが不図示の固定部材によって冷却
ジャケット２Ｂ上に固定される。さらにその後、バスバ
ー１０Ｃとアルミ板１２ａ₁とがボンディングワイヤＢ
Ｗ₁で、半導体チップ１４Ａのエミッタとバスバー１０
ＥＣとがボンディングワイヤＢＷ₂で、バスバー１０Ｅ
Ｃとアルミ板１２ａ₂とがボンディングワイヤＢＷ₃で、
半導体チップ１４Ｂのエミッタとバスバー１０Ｅとがボ
ンディングワイヤＢＷ₄で、それぞれ接合される。

【００３２】上述した冷却ジャケット２Ｂとアルミ貼絶
縁基板１２₁，１２₂とのろう付けに際しては、第１の実
施の形態で説明したように硬ろうＢＲの箔を用いてもよ
いし、あるいは冷却ジャケット２Ｂ上に硬ろうＢＲをあ
らかじめクラッドしておいてもよい。

【００３３】以上のように構成される電子部品用冷却装
置の具体例を図４に示す。図４は、図３に示す電子部品
用冷却装置をIV方向より見た様子を示す平面図である。
図３は、先にも説明したとおり第３の実施の形態に係る
電子部品用冷却装置の構造を概念的に示したものであ
り、その一方で図４は具体的な構造を示すものであるか
ら、図３と図４とは必ずしも一対一で対応しない。たと
えば、図３においては、バスバー１０Ｃ、半導体チップ
１４Ａ、バスバー１０ＥＣ、半導体チップ１４Ｂ、そし
てバスバー１０Ｅが一直線上に配置されているかのよう
に描かれている。これに対し、図４においてこれらの構
成要素は折り返すようにして配置されている。つまり、
バスバー１０Ｃと１０Ｅとが、そしてアルミ貼絶縁基板
１２₁（半導体チップ１４Ａ）とアルミ貼絶縁基板１２₂
（半導体チップ１４Ｂ）とがそれぞれ隣接して配置され
ている。

【００３４】さらに、以上のように配置される電子部品
が冷却ジャケット２Ｂ上に３組固定されている。また、
図３において三つのバスバー１０Ｃ、１０ＥＣ、１０Ｅ
は、三つのブラケット８Ａ、８Ｂ、８Ｃによってそれぞ
れ独立して保持されているように描かれているが、図４
においては計９個のバスバーが一体に成形されたブラケ
ット８で保持されている。ブラケット８と９個のバスバ
ーは、熱可塑性の樹脂材料で射出成形された保持部材２
０によって冷却ジャケット２Ｂに固定されている。これ
ら３組の回路で、たとえば３相モータなどが駆動され
る。

【００３５】冷却ジャケット２Ｂの一端には流入管Ｓが
固定され、他端には排出管Ｄが固定される。流入管Ｓお
よび排出管Ｄには不図示のホースが接続されて冷却ジャ
ケット２Ｂの内部を破線の矢印で示すように冷媒ＣＬが
流動する。６つの半導体チップから発せられた熱は、第
１の実施の形態で説明したのと同様にハンダ、アルミ貼
絶縁基板、硬ろうを経て冷却ジャケット２Ｂに伝わる。
冷却ジャケット２Ｂに達した熱は、内部を流動する冷媒
ＣＬに吸収される。上述のように熱を吸収して熱された
冷媒ＣＬは、排出管Ｄを経て電子部品用冷却装置の外に
排出され、不図示の熱交換機で冷却されてから流入管Ｓ
に還流する。

【００３６】以上に説明したように、第３の実施の形態
に係る電子部品用冷却装置によれば、冷却ジャケット２
Ｂの上に電子部品が直接実装されるので、ヒートシンク
を構成する部材が不要となり、コスト低減が可能とな
る。また、冷却ジャケット２Ｂは多穴管で構成されい
る。つまり、冷却ジャケット２Ｂ内に形成される冷媒循
環用の空間には接合部がないので、冷媒の漏れが生じる
のを抑止することができる。

【００３７】− 第４の実施の形態 − 図５は、本発明の第４の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置の構造を概念的に示す図である。図５において、
第１の実施の形態を説明する図１のものと同じ構成要素
には同じ符号を付し、その説明を省略して第１〜第３の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３８】第１〜第３の実施の形態では、電子部品か
ら発せられる熱が、冷却ジャケット内を流動する冷媒に
よって冷却されるものであった。これに対し、第４の実
施の形態に係る電子部品用冷却装置では、冷却ジャケッ
トを有しておらず、電子部品から発せられた熱はヒート
シンク４Ａの一端に取り付けられた冷却フィン１６で放
熱される。さらに、本実施の形態に係る電子部品用冷却
装置では、ヒートシンク４Ａの両面にバスバーやアルミ
貼絶縁基板、そして半導体チップなどが搭載される。

【００３９】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置の
製作プロセスも、基本的には第１の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の製作プロセスとほぼ同じであるが、
ヒートシンク４Ａの両面に電子部品が実装されることに
より、以下のような違いがある。先ず、非腐食性フラッ
クスが両面に塗布された硬ろうＢＲの箔がヒートシンク
４Ａに仮止めされる。続いてアルミ貼絶縁基板１２₁〜
１２₄が硬ろうＢＲの上に治具等を用いて仮止めされ
る。この状態で６２０゜Ｃの不活性雰囲気中に所定時間
保持することにより、アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄は
ヒートシンク４Ａの両面にろう付けされる。続いて、ア
ルミ貼絶縁基板１２₁および１２₂の半導体チップ１４
Ａ、１４Ｂとの接合面にクリームハンダを塗布し、そこ
に半導体チップ１４Ａ、１４Ｂをマウントしてリフロー
炉に通す。以上のプロセスを経て半導体チップ１４Ａ、
１４Ｂがアルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂にハンダ付けさ
れる。

【００４０】次に、アルミ貼絶縁基板１２₃および１２₄
の半導体チップ１４Ｃ、１４Ｄとの接合面にクリームハ
ンダを塗布し、そこに半導体チップ１４Ｃ、１４Ｄをマ
ウントしてリフロー炉に通す。以上のプロセスを経て半
導体チップ１４Ｃ、１４Ｄがアルミ貼絶縁基板１２₃、
１２₄にハンダ付けされる。その後、バスバー１０Ｃ₁、
１０Ｃ₂、１０ＥＣ₁、１０ＥＣ₂、１０Ｅ₁、１０Ｅ₂が
ヒートシンク４Ａに固定され、ボンディングワイヤＢＷ
₁〜ＢＷ₈を用いてのボンディングが行われる。

【００４１】ヒートシンク４Ａの両面に電子部品を実装
することにより、ヒートシンク４Ａの体積に比して比較
的大きな実装面積を得ることができ、電子部品用冷却装
置を小型化することができる。ヒートシンク４Ａの両面
のほぼ同じ位置にほぼ同量の熱を発する電子部品を配置
すれば、ヒートシンク４Ａの厚み方向の温度分布曲線が
対称となる。つまりヒートシンク４Ａは両面からほぼ同
じように暖まる。したがって、ヒートシンク４Ａの片面
のみが暖まり、片伸びして反りを生じてしまう不具合を
抑制できる。また、上述のようにヒートシンク４Ａに反
りが生じるのを抑制することで、アルミ貼絶縁基板１２
₁〜１２₄とヒートシンク４Ａとの接合部に引っ張り、あ
るいは圧縮の応力が生じるのを抑制でき、信頼性が向上
する。

【００４２】本実施の形態においても、硬ろうＢＲの箔
を用いるのに代えて、ヒートシンク４Ａ表面においてア
ルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄と接合される面に硬ろうＢ
Ｒをクラッドするものであってもよい。このようにする
ことにより、組立コストを低減することが可能となる。

【００４３】− 第５の実施の形態 − 図６は、本発明の第５の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置の構造を概念的に示す図である。図６において、
第１の実施の形態を説明する図１のものと同じ構成要素
には同じ符号を付し、その説明を省略して第１〜第４の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００４４】第４の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置では、ヒートシンク４Ａの両面に電子部品が実装され
るものであった。これに対し、第５の実施の形態に係る
電子部品用冷却装置では、冷却ジャケット２Ｃの両面に
電子部品が実装される。冷却ジャケット２Ｃは、その内
部に複数の管路２Ｃａが設けられた多穴管で構成され
る。冷却ジャケット２Ｃも第３の実施の形態に係る電子
部品用冷却装置の冷却ジャケット２Ｂと同様に押し出し
加工法やダイカスト法等によって製作することが望まし
い。

【００４５】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置の
製作プロセスは、第４の実施の形態に係る電子部品用冷
却装置と同様である。すなわち、先ず、非腐食性フラッ
クスが両面に塗布された硬ろうＢＲの箔が冷却ジャケッ
ト２Ｃに仮止めされる。続いてアルミ貼絶縁基板１２₁
〜１２₄が治具等を用いて硬ろうＢＲの上に仮止めされ
る。この状態で６２０゜Ｃの不活性雰囲気中に所定時間
保持することにより、アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄は
冷却ジャケット２Ｃの両面にろう付けされる。続いて、
アルミ貼絶縁基板１２₁および１２₂の半導体チップ１４
Ａ、１４Ｂとの接合面にクリームハンダを塗布し、そこ
に半導体チップ１４Ａ、１４Ｂをマウントしてリフロー
炉に通す。以上のプロセスを経て半導体チップ１４Ａ、
１４Ｂがアルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂にハンダ付けさ
れる。

【００４６】次に、アルミ貼絶縁基板１２₃および１２₄
の半導体チップ１４Ｃ、１４Ｄとの接合面にクリームハ
ンダを塗布し、そこに半導体チップ１４Ｃ、１４Ｄをマ
ウントしてリフロー炉に通す。以上のプロセスを経て半
導体チップ１４Ｃ、１４Ｄがアルミ貼絶縁基板１２₃、
１２₄にハンダ付けされる。その後、バスバー１０Ｃ₁、
１０Ｃ₂、１０ＥＣ₁、１０ＥＣ₂、１０Ｅ₁、１０Ｅ₂が
冷却ジャケト２Ｃに固定され、ボンディングワイヤＢＷ
₁〜ＢＷ₈を用いてのボンディングが行われる。

【００４７】以上のように構成される電子部品用冷却装
置の具体例を図７〜図９に示す。図７は、図６に示す電
子部品用冷却装置をVII方向より見た様子を示す平面図
である。図６は、先にも説明したとおり第５の実施の形
態に係る電子部品用冷却装置の構造を概念的に示したも
のであり、その一方で図７は具体的な構造を示すもので
あるから、図６と図７とは必ずしも一対一で対応しな
い。

【００４８】図７に示されるように、冷却ジャケット２
Ｃには二つの半導体チップ、三つのバスバーおよびこれ
らを接続するボンディングワイヤで構成される電子回路
が片面に３組づつ、計６組固定されている。そして、冷
却ジャケット２Ｃの一の面側に固定される９個のバスバ
ー１０ＥＣ₁、１０ＥＣ₃、１０ＥＣ₅、１０Ｃ₁、１０Ｃ
₃、１０Ｃ₅、１０Ｅ₁、１０Ｅ₃、１０Ｅ₅は、ブラケッ
ト８Ａで保持されている。また、冷却ジャケット２Ｃの
他の面側に固定される９個のバスバーは、図８または図
９に示されるブラケット８Ｂで保持されている。ブラケ
ット８Ａ、８Ｂと、１８個のバスバーは、熱可塑性の樹
脂材料で射出成形された保持部材２０によって冷却ジャ
ケット２Ｃに固定されている。なお、図７においては、
保持部材２０が一部破断して描かれている。

【００４９】図７において、冷却ジャケット２Ｃの一端
側にはタンク２６が固定され、他端側にはエンドキャッ
プ２２が固定される。エンドキャップ２２には、冷媒注
入用のフィルチューブ２４が固定される。タンク２６に
は複数の放熱チューブ２８が接続されており、この放熱
チューブ２８には放熱用の冷却フィン３０が取り付けら
れている。上述したエンドキャップ２２、タンク２６、
放熱チューブ２８、冷却フィン３０は、いずれもアルミ
またはアルミ合金で製作され、ろう付けによって組み立
てられる。このとき、冷却ジャケット２Ｃにアルミ貼絶
縁基板１２₁〜１２₁₂をろう付けする作業を同時に行う
ことにより、組立コストを抑制することが可能となる。

【００５０】以上のようにして組み立てられた電子部品
用冷却装置に半導体チップ１４Ａ〜１４Ｋが実装され、
ボンディングされた後、フィルチューブ２４より冷媒Ｃ
Ｌが所定量注入される。その後、フィルチューブ２４よ
り冷却ジャケット２Ｃ、タンク２６および放熱チューブ
２８の内部が真空引きされ、封止剤２５で封止される。

【００５１】上述のように構成される電子部品用冷却装
置の作用について説明する。半導体チップ１４Ａ〜１４
Ｋから発せられた熱は、ハンダＳＯＬ、アルミ貼絶縁基
板１２₁〜１２₁₂、硬ろうＢＲを経て冷却ジャケット２
Ｃに伝わる。冷却ジャケット２Ｃの熱は、内部の冷媒Ｃ
Ｌが気化する際に冷媒ＣＬに吸収される。気化した冷媒
ＣＬは、タンク２６を経て放熱チューブ２８に流入す
る。このときに、冷媒ＣＬは冷却フィン３０を介して外
気と熱交換されて凝縮し、液化した冷媒ＣＬがタンク２
６を経て冷却ジャケット２Ｃに還流する。

【００５２】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置に
よれば、第４の実施の形態に係る電子部品用冷却装置に
比してより高い冷却効率を有するので、発熱量のより大
きな電子部品を冷却する際に有効である。また、本実施
の形態に係る電子部品用冷却装置においても、冷却ジャ
ケット２Ｃの両面に冷却の対象となる被冷却部品が配置
されているので、冷却ジャケット２Ｃの体積に比して比
較的大きな実装面積を得ることができ、電子部品用冷却
装置を小型化することができる。このときさらに、冷却
ジャケット２Ｃの両面のほぼ同じ位置にほぼ同量の熱を
発する電子部品を配置するようにすることで、冷却ジャ
ケット２Ｃの厚み方向の温度分布曲線の形状が対称なも
のとなる。つまり冷却ジャケット２Ｃは両面からほぼ同
じように暖まる。したがって、冷却ジャケット２Ｃが片
伸びして反りを生じるのを抑制できる。また、上述のよ
うに冷却ジャケット２Ｃに反りが生じるのを抑制するこ
とで、アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₁₂と冷却ジャケッ
ト２Ｃとの接合部に引っ張り、あるいは圧縮の応力が生
じるのを抑制でき、信頼性が向上する。

【００５３】本実施の形態においても、硬ろうＢＲの箔
を用いるのに代えて、冷却ジャケット２Ｃ表面において
アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₁₂と接合される面に硬ろ
うＢＲをクラッドするものであってもよい。このように
することにより、組立コストを低減することが可能とな
る。

【００５４】− 第６の実施の形態 − 図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る電子部品用
冷却装置の構造を概略的に示す図である。図１０におい
て、第１の実施の形態を説明する図１、あるいは第５の
実施の形態を説明する図６〜図９のものと同じ構成要素
には同じ符号を付し、その説明を省略して第１〜第５の
実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００５５】第５の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置では、図６〜図９に示されるように、冷却ジャケット
２Ｃの一端側にタンク２６、放熱チューブ２８および冷
却フィン３０が固定され、冷却ジャケット２Ｃ内を冷媒
が循環するものであった。これに対し、第６の実施の形
態に係る電子部品用冷却装置では、ヒートシンク４Ｂ
の、電子部品が実装される面の裏面側にタンク２６Ａが
直接取り付けられる。

【００５６】ここで図１０に示す電子部品用冷却装置の
構成について説明する。ヒートシンク４Ｂは、アルミ、
またはアルミ合金を材料としてダイカスト法などによっ
て製作される。ヒートシンク４Ｂの上に、４つのアルミ
貼絶縁基板１２₁〜１２₄が硬ろうＢＲ（図１０では不図
示）で接合される。アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄の上
にはそれぞれ半導体チップ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１
４ＤがハンダＳＯＬ（図１０では不図示）で接合され
る。

【００５７】タンク２６Ａは、アルミ、またはアルミ合
金を材料としてプレス、あるいはダイカスト法により製
作される。このタンク２６Ａは、ヒートシンク４Ｂにろ
う付けされて固定される。放熱チューブ２８は多穴管で
構成され、アルミ、またはアルミ合金を材料として押し
出し加工法等により製作される。放熱チューブ２８は、
その内部空間がタンク２６Ａの内部と連通する状態でタ
ンク２６Ａにろう付けされて固定される。放熱フィン３
０は、アルミまたはアルミ合金を材料として波型に成形
された薄板であり、放熱チューブ２８にろう付けされて
固定される。

【００５８】６つのバスバー１０Ｅ₁、１０Ｃ₁、１０Ｅ
Ｃ₁、１０Ｅ₂、１０Ｃ₂、１０ＥＣ₂は、ＰＢＳやＰＢＴ
などの熱可塑性樹脂でインサート成形法によってブラケ
ット８に固定される。ブラケット８は、不図示の保持部
材でヒートシンク４Ｂに固定される。そして、半導体チ
ップ１４Ａ〜１４Ｄ、アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄、
バスバー１０Ｅ₁、１０Ｃ₁、１０ＥＣ₁、１０Ｅ₂、１０
Ｃ₂、１０ＥＣ₂は、ボンディングワイヤＢＷ₁〜ＢＷ₈で
互いに接続される。

【００５９】以上のように構成される電子部品用冷却装
置の製作プロセスの概略を説明する。ヒートシンク４Ｂ
とタンク２６Ａとは、かしめ等の方法により仮組され
る。このタンク２６Ａに放熱フィン３０の仮組された放
熱チューブ２８が仮組され、治具等で固定される。ヒー
トシンク４Ｂの上部に硬ろう材ＢＲの箔を介在させて４
つのアルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄が仮組される。上記
仮組品はろう付けの炉内で放置されてろう付けされる。
以上の工程で、アルミ貼絶縁基板１２₁〜１２₄のろう付
けされた電子部品用冷却装置本体部分が完成する。上記
工程でろう付けされる部品は、先に説明したとおり、い
ずれもアルミまたはアルミ合金を材料としている。した
がって、ろう付けに際してはすべての接合面でアルミ−
シリコン系の硬ろうをろう付け材として用いることがで
きる。

【００６０】炉から取り出された電子部品用冷却装置の
本体部分は、仮組用の治具が外され、アルミ貼絶縁基板
１２₁〜１２₄の半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄが載置され
る面上にハンダクリームが塗布される。続いてハンダク
リーム塗布部に半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄを搭載し、
リフロー炉に通すことにより、アルミ貼絶縁基板１２ ₁
〜１２₄と半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄとがハンダ付け
される。このときのハンダ付け温度はろう付け温度より
も十分に低いので、半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄのハン
ダ付け中にアルミ貼絶縁基板１２１〜１２４とヒートシ
ンク４Ｂとのろう付け部分が外れてしまうことがない。
その後、ボンディング加工、タンク２６Ａに設けられる
不図示の注入孔からの冷媒の注入、真空引き、注入孔の
封止の各工程を経て本実施の形態に係る電子部品用冷却
装置は完成する。

【００６１】以上のように構成される電子部品用冷却装
置において、半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄから発せられ
る熱がヒートシンク４Ｂに伝わる。ヒートシンク４Ｂの
熱は、タンク２６Ａ内で蒸発する冷媒により吸収されて
冷却される。蒸発した冷媒は、放熱チューブ２８内を流
動している間に放熱フィン３０を介して大気と熱交換さ
れて冷却され、凝縮する。液化した冷媒はタンク２６Ａ
に還流し、上述した蒸発・液化のサイクルを繰り返して
半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄから発せられる熱を大気中
に放出する。

【００６２】本実施の形態に係る電子部品用冷却装置で
は、ヒートシンク４Ｂとタンク２６Ａとを組み合わせる
ことにより冷媒封入用の空間を形成しているので電子部
品用冷却装置の構造を単純化して組み立て工数を削減す
ることが容易である。また、上記電子部品用冷却装置で
は、発熱部（半導体チップ１４Ａ〜１４Ｄ）と放熱部
（放熱チューブ２８、放熱フィン３０）との間の距離を
縮めることが可能であり、放熱効率を高めることができ
る。さらに、ヒートシンク４Ｂが冷媒封入用の空間に面
していることにより、ヒートシンク４Ｂは冷媒と均一に
接することが可能となる。このため、ヒートシンク４Ｂ
中に局部的に温度の高い点（ヒートスポット）が生じる
のを抑止することができ、冷却対象となる電子部品の過
度な温度上昇を抑止して信頼性を高めることが可能とな
る。

【００６３】− 第７の実施の形態 − 図１１は、本発明の第７の実施の形態に係る電子部品用
冷却装置の構造を概念的に示す図であり、第３の実施の
形態に係る電子部品用冷却装置の構造を示す図３と同様
の断面を示している。図１１において、第３の実施の形
態を示す図３のものと同じ構成要素には同じ符号を付
し、その説明を省略して第３の実施の形態との相違点を
中心に説明する。

【００６４】第３の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置は、図３に示されるように電子部品が冷却ジャケット
２Ｂの上に直接実装され、冷却ジャケット２Ｂは、その
内部に複数の管路２Ｂａが設けられた多穴管で構成され
る。第７の実施の形態に係る電子部品用冷却装置も基本
的には図３に示されるものと同様の構成となっている。
そして、図３に示されるものとの違いは、図１１におい
て冷却ジャケット２Ｄの上下方向の肉厚寸法、すなわち
複数の管路２Ｄａの周囲を囲う部分の肉厚に関して、電
子部品の実装される側（以下、本明細書中ではこれを
「実装側」と称する）の厚み寸法（図１１のＡ寸法）よ
りも反対側（同じく、「非実装側」と称する）の厚み寸
法（図１１のＢ寸法）の方が厚くなっている点である。

【００６５】冷却ジャケット２Ｄは、第３の実施の形態
の冷却ジャケット２Ｂと同様、アルミまたはアルミ合金
を材料として押し出し加工法やダイカスト法等により形
成される。また、本実施の形態に係る電子部品用冷却装
置の製作プロセスは、第３の実施の形態に係る電子部品
用冷却装置の製作プロセスと同様であるのでその説明を
省略する。

【００６６】第３の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置と同様に、第７の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置によれば、冷却ジャケット２Ｄの上に電子部品が直接
実装されるので、ヒートシンクを構成する部材が不要と
なり、コスト低減が可能となる。また、冷却ジャケット
２Ｄ内に形成される冷媒循環用の空間には接合部がない
ので、冷媒の漏れが生じるのを抑止することができる。

【００６７】ところで、冷却ジャケット２Ｄにアルミ貼
絶縁基板１２₁、１２₂をろう付けする際に、冷却ジャケ
ット２Ｄおよびアルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂に反りを
生じることがある。これは、冷却ジャケット２Ｄおよび
アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂の間に硬ろうＢＲを介挿
し、融解温度雰囲気中で硬ろうＢＲをろう付けする工程
を経た後、雰囲気温度まで、低下させる工程を経るが、
この温度低下に伴って、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂
がろう付けされた冷却ジャケット２Ｄの実装側と、何も
ろう付けされていない冷却ジャケット２Ｄの非実装側で
は、実装側の剛性の方が非実装側の剛性よりも強くなっ
てしまう。よって、その実装側と非実装側との剛性の差
により、温度低下に伴う冷却ジャケット２Ｄの実装側と
非実装側との収縮量に差が生じてしまう。従って、この
収縮量の差が反りとなって表れてしまい、この反りがア
ルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂に残留応力を生じさせる原
因となる。

【００６８】従って、第７の実施の形態に係る電子部品
用冷却装置では、冷却ジャケット２Ｄの実装側とアルミ
貼絶縁基板１２₁、１２₂とからなる剛性と、冷却ジャケ
ット２Ｄの非実装側の剛性とが等しくなるように、冷却
ジャケット２Ｄの実装側の厚み寸法を非実装側の厚み寸
法よりも少なくしている。よって、冷却ジャケット２Ｄ
の実装側と非実装側の収縮量がほぼ等しくなり、反りが
生じ難くなるので、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂に残
留応力が発生し難くなる。

【００６９】なお、実装側の剛性を非実装側の剛性より
も小さくする方法として、たとえば図３に示す冷却ジャ
ケット２Ｂ全体の厚み（図３の上下方向の寸法）は変え
ず、管路２Ｂａの位置を実装側寄りにずらす方法が考え
られる。しかし、上述した効果を高めるためには、図１
１に示すように冷却ジャケット全体の厚みを増した上で
非実装側の厚み配分を増すようにすることが望ましい。

【００７０】− 第８の実施の形態 − 図１２は、本発明の第８の実施の形態に係る電子部品用
冷却装置の構造を概念的に示す図であり、第７の実施の
形態に係る電子部品用冷却装置の構造を示す図１１と同
様の断面を示している。図１２において、第７の実施の
形態を示す図１１のものと同じ構成要素には同じ符号を
付し、その説明を省略して第７の実施の形態との相違点
を中心に説明する。

【００７１】第８の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置では、図１２に示されるように冷却ジャケット２Ｅの
実装側の剛性を非実装側の剛性よりも小さくするため、
冷却ジャケット２Ｅ内に複数設けられる管路２Ｅａのそ
れぞれの断面形状を逆三角形状にしている。管路２Ｅａ
の断面形状を逆三角形状にすることにより、管路と管路
との間に存する隔壁２Ｅｂの厚みを実装側よりも非実装
側で厚くすることができる。その結果、複数の管路２Ｅ
ａの周囲を囲う部分の肉厚のうち、実装側および非実装
側の肉厚（図１２におけるＡ寸法およびＢ寸法）が等し
い場合であっても冷却ジャケット２Ｅの実装側の剛性よ
りも非実装側の剛性を高めることができる。冷却ジャケ
ット２Ｅの断面形状をこのようにすることで、冷却ジャ
ケット２Ｅの実装側の剛性を非実装側の剛性よりも小さ
くし、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂の残留応力を減じ
ることが可能となる。

【００７２】以上の第８の実施の形態の説明では、冷却
ジャケット２Ｅ内に設けられる複数の管路２Ｅａの断面
形状は逆三角形である例について説明したが本発明はこ
れに限られるものではない。たとえば、図１３に示され
るように逆台形状としてもよいし、あるいは図１４に示
されるように放物線、あるいは楕円等の曲線の一部と直
線とを組み合わせた形状としてもよい。このような断面
形状の管路を複数有する冷却ジャケット２Ｆ、あるいは
２Ｇを用いても図１２に示されるものと同様の効果を得
ることができる。なお、図１３および図１４において冷
却ジャケット以外の構成要素は図３に示すものと同様で
あるので図３のものと同じ符号を付してその説明を省略
する。

【００７３】− 第９の実施の形態 − 図１５は、本発明の第９の実施の形態に係る電子部品用
冷却装置の構造を概念的に示す図であり、第３の実施の
形態に係る電子部品用冷却装置の構造を示す図３と同様
の断面を示している。図１５において、第３の実施の形
態を示す図３のものと同じ構成要素には同じ符号を付
し、その説明を省略して第３の実施の形態との相違点を
中心に説明する。

【００７４】第９の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置も第７、第８の実施の形態に係る電子部品用冷却装置
と同様、冷却ジャケット２Ｈの断面形状が第３の実施の
形態に係る電子部品用冷却装置のものと異なる。その他
の構成要素は第３の実施の形態に係る電子部品用冷却装
置のものと同様である。すなわち、冷却ジャケット２Ｈ
の実装側の面において、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂
と接合される部分が凸の字状に突出している点が第３の
実施の形態に係る電子部品用冷却装置と異なる。

【００７５】冷却ジャケット２Ｈは、第３の実施の形態
の冷却ジャケット２Ｂと同様、アルミまたはアルミ合金
を材料として押し出し加工法やダイカスト法等により形
成される。また、本実施の形態に係る電子部品用冷却装
置の製作プロセスは、第３の実施の形態に係る電子部品
用冷却装置の製作プロセスと同様であるのでその説明を
省略する。

【００７６】先述のとおり、第９の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置では、冷却ジャケット２Ｈの実装側の
面において、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂と接合され
る部分のみを凸状に出っ張らせたことにより、この凸状
に出っ張らせた部分が変形しやすくなる。つまり、アル
ミ貼絶縁基板１２₁、１２₂が接合されている部分が凸状
に出っ張っていてその左右部分が拘束されていないた
め、変形しやすい。したがって、アルミ貼絶縁基板１２
₁、１２₂と冷却ジャケット２Ｈとの間に収縮量や膨張量
の差が発生した場合に、凸状に出っ張らせた部分が変形
して上記収縮量や膨張量の差を吸収する。したがって、
アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂に生じる残留応力を減じ
ることが可能となるのに加えて冷却ジャケット２Ｈに反
りが生じるのを抑制することができる。また、アルミ貼
絶縁基板１２₁、１２₂と冷却ジャケット２Ｈとの間の接
合部に生じる剪断応力も減じることが可能となり、これ
によりクラック等が発生するのを抑制して接合部の信頼
性を高めることができる。

【００７７】なお、第９の実施の形態に係る電子部品用
冷却装置において冷却ジャケット２Ｈ内に設けられる複
数の管路２Ｈａは、図１５に示されるように矩形の断面
形状を有するものについて説明した。しかし、管路２Ｈ
ａの断面形状は図１２、図１３、図１４に示されるよう
な断面形状を有するものであってもよい。

【００７８】また、冷却ジャケット２Ｈの実装側の面に
おいて、アルミ貼絶縁基板１２₁、１２₂と接合される部
分のみの剛性を低める方法としては、図１５に示すもの
以外に図１６に示すものとしてもよい。なお、図１６は
図１５と同様の断面を示しており、図１５に示す電子部
品用冷却装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し
てその説明を省略する。図１６において、冷却ジャケッ
ト２Ｉの実装側の面には複数の溝２Ｉｃが設けられてい
る。そして、二つの溝で挟まれる部分にアルミ貼絶縁基
板１２₁、１２₂が接合されている。このような構造によ
っても、冷却ジャケット２Ｉの実装側の面上でアルミ貼
絶縁基板１２₁、１２₂が接合される部分の剛性を低める
ことができる。

【００７９】以上、第１〜第９の実施の形態で説明した
ように、両面金属層の形成された絶縁部材の一の面に先
ず硬ろうでヒートシンクや冷却ジャケット等の冷却部材
が接合され、続いて冷却の対象となる電子部品が上記絶
縁部材の他の面にハンダによって接合される。すなわ
ち、硬ろうによる接合と、ハンダによる接合とで接合時
の温度の差を大きくすることができる。したがって、電
子部品と絶縁部材とを接合する際の温度を比較的自由に
設定することができ、鉛フリーのハンダ等を用いてハン
ダ付けすることも容易になる。このとき、ハンダ付け時
の熱で冷却部材と絶縁部材との接合部が外れてしまう不
具合も抑制できるので、電子部品用冷却装置の信頼性を
高めることが可能となる。加えて、硬ろう材の熱伝導率
はハンダに比べて低いので、冷却効率を高めることがで
きる。

【００８０】また、第２の実施の形態で説明したよう
に、冷却部材であるヒートシンクに冷媒が直接触れる構
成としたり、第３の実施の形態で説明したように冷却対
象物が冷却ジャケット上に配置される構成とすることに
より、冷却効率を高めることが可能となるとともに、部
品点数や組立工数が減じられてコストを低減することも
可能となる。

【００８１】さらに、第４、第５の実施の形態で説明し
たように、冷却対象物をヒートシンクや冷却ジャケット
等、冷却対象物から発せられる熱を他の部位へ伝導する
伝熱部材の両面に配置することにより、伝熱部材はその
両面がほぼ均等に暖まる。従って、伝熱部材が片伸びし
て反るのを抑制でき、冷却対象物と伝熱部材との接合部
に係る負荷を低減して信頼性を高めることができる。

【００８２】また、第７、第８の実施の形態で説明した
ように、冷却ジャケットの実装側の剛性を非実装側の剛
性よりも弱めることにより、ろう付け工程の後の冷却工
程において、冷却ジャケットおよびアルミ貼絶縁基板に
反りが生じ、さらにアルミ貼絶縁基板に発生する残留応
力を低減することが可能となる。同様に、電子部品から
発する熱を吸収および放熱する際にも冷却ジャケットの
実装側および非実装側で生じる伸縮量をほぼ等しくする
ことができ、反りを生じるのを抑制できる。

【００８３】加えて、第９の実施の形態で説明したよう
に冷却ジャケットの実装側の面においてアルミ貼絶縁基
板との接合部を凸状に出っ張らせることにより、電子部
品から発する熱を吸収および放熱する際にアルミ貼絶縁
基板と冷却ジャケットとの間で収縮量の差を生じても凸
状に出っ張らせた部分の剛性が比較的小さく、変形しや
すいので、接合部に生じる熱応力を減じることができ、
信頼性を高めることができる。

【００８４】以上に説明した第１〜第９の実施の形態で
は、ヒートシンクや冷却ジャケット、あるいは絶縁基板
の両面に貼られる金属の材質を、アルミまたはアルミ合
金で構成する例について説明した。一般に、アルミまた
はアルミ合金は、軽量で展延性に富み、また鋳造性も良
好なので、切削のみならず押し出しや鋳造による加工も
可能である。このように、アルミまたはアルミ合金を用
いることにより、電子部品用冷却装置を軽量化すること
ができ、また加工工数を減じて製造コストを抑制するこ
とができる。また、錆びにくいので、冷却装置の長寿命
化を達成することができる。ただ、本発明はこれらの材
料に限定されるものではなく、たとえば鉄系、あるいは
銅系の金属等を用いるものであってもよい。この場合、
硬ろう材としては接合の対象となる母材の材質に応じた
種類の硬ろう、たとえば銀ろうや銅ろう等が用いられ
る。

【００８５】以上の実施の形態の説明では、冷却の対象
となる被冷却物がいわゆるディスクリート部品である場
合を例にとって説明したが、ＣＰＵなどのＩＣ等を冷却
するものにも本発明を適用することができる。また、冷
却の対象は電子部品のみならず、他の発熱部品や機器等
を冷却するものにも本発明を適用することができる。

【００８６】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、アルミ貼絶縁基板１２が絶縁部材を、ヒート
シンク４または冷却ジャケット２Ｂが冷却部材を、半導
体チップ１４Ａ、１４Ｂ、…が電子部品を、冷却ジャケ
ット２Ａが別の冷却部材を、アルミ貼絶縁基板１２₁、
１２₂が第１の絶縁部材を、アルミ貼絶縁基板１２₃およ
び１２₄が第２の絶縁部材を、半導体チップ１４Ａおよ
び１４Ｂが第１の電子部品を、半導体チップ１４Ｃおよ
び１４Ｄが第２の電子部品をそれぞれ構成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図であ
る。

【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図であ
る。

【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図であ
る。

【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の概略的構成を示す平面図である。

【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図であ
る。

【図６】図６は、本発明の第５の実施の形態に係る電
子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図であ
る。

【図７】図７は、図６に示す電子部品用冷却装置を図
６のVII方向より眺めた様子を示す平面図である。

【図８】図８は、図７の断面VIII−VIIIを示す縦断面
図である。

【図９】図９は、図７の断面IX−IXを示す縦断面図で
ある。

【図１０】図１０は、本発明の第６の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の概略的構成を示す図である。

【図１１】図１１は、本発明の第７の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図で
ある。

【図１２】図１２は、本発明の第８の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図で
ある。

【図１３】図１３は、本発明の第８の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の別の例を示す図である。

【図１４】図１４は、本発明の第８の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置のさらに別の例を示す図である。

【図１５】図１５は、本発明の第９の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の構成を概念的に示す縦断面図で
ある。

【図１６】図１６は、本発明の第９の実施の形態に係
る電子部品用冷却装置の別の例を示す図である。

【符号の説明】

２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２
Ｈ、２Ｉ … 冷却ジャケット２Ｂａ、２Ｃａ、２Ｄａ、２Ｅａ、２Ｆａ、２Ｇａ、２
Ｈａ、２Ｉａ … 管路４、４Ａ、４Ｂ … ヒートシンク８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ … ブラケット１０Ｃ、１０Ｅ、１０ＥＣ、１０Ｃ₁、１０Ｅ₁、１０Ｅ
Ｃ₁、１０Ｃ₂、１０Ｅ₂、１０ＥＣ₂ … バスバー１２₁〜１２₁₂ … アルミ貼絶縁基板１４Ａ〜１
４Ｋ … 半導体チップ２０ … 保持部材２２ … エンドキャップ
２６ … タンク２８ … 放熱チューブ３０ … 冷却フィン
ＢＲ … 硬ろうＳＯＬ … ハンダＣＬ … 冷媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渋谷彰弘神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者藤吉達也東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニック株式会社内 (72)発明者田島誠東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニック株式会社内Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AA07 AA08 AB02 AB06 DA04 FA01 5F036 AA01 BA01 BB05 BB44 BC06 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に金属層の形成された絶縁部材と、前記絶縁部材の一の面に硬ろうで接合された冷却部材と
を有し、前記絶縁部材の他の面には、電子部品がハンダによって
接合されることを特徴とする電子部品用冷却装置。
【請求項２】請求項１に記載の電子部品用冷却装置にお
いて、前記冷却部材と接合される別の冷却部材をさらに有し、前記冷却部材と前記別の冷却部材とによって冷媒循環用
の空間が形成されることを特徴とする電子部品用冷却装
置。
【請求項３】請求項１に記載の電子部品用冷却装置にお
いて、前記冷却部材の内部には、冷媒循環用の空間が形成され
ることを特徴とする電子部品用冷却装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子
部品用冷却装置において、前記冷却部材と、前記絶縁部材の両面に形成された金属
層とは、アルミニウムおよびアルミニウム合金のうちの
少なくともいずれかを素材とし、前記硬ろうのろう材は、アルミ−シリコン系ろう材であ
ることを特徴とする電子部品用冷却装置。
【請求項５】請求項３に記載の電子部品用冷却装置にお
いて、前記冷却部材は、前記絶縁部材を介して前記電子部品が
実装される側の面である実装面の剛性よりも前記実装面
と対向する側の面である非実装面の剛性の方が高くなる
ように断面形状が定められることを特徴とする電子部品
用冷却装置。
【請求項６】請求項５に記載の電子部品用冷却装置にお
いて、前記冷媒循環用の空間を囲う周囲の部分のうち、前記実
装面の側の肉厚寸法が前記非実装面の側の肉厚寸法より
も薄くなるように前記冷却部材の断面形状が定められる
ことを特徴とする電子部品用冷却装置。
【請求項７】請求項５に記載の電子部品用冷却装置にお
いて、前記冷却部材の内部には、前記冷媒循環用の空間が前記
実装面に沿うようにして複数列設けられ、前記複数の冷媒循環用の空間の間に存する隔壁部分の肉
厚寸法に関して、前記実装面の側の肉厚寸法が前記非実
装面側の肉厚寸法よりも薄くなるように前記冷却部材の
断面形状が定められることを特徴とする電子部品用冷却
装置。
【請求項８】請求項５〜７のいずれか１項に記載の電子
部品用冷却装置において、前記冷却部材は、前記絶縁部材と接合される部分の剛性
が他の部分の剛性に比して低くなるように断面形状が定
められることを特徴とする電子部品用冷却装置。
【請求項９】両面に金属層が形成された第１および第２
の絶縁部材と、冷却部材とを有し、前記冷却部材の１の面と前記第１の絶縁部材の一の面と
が硬ろうで接合され、前記冷却部材の他の面と前記第２の絶縁部材の一の面と
が硬ろうで接合され、前記第１の絶縁部材の他の面には第１の電子部品がハン
ダで接合され、前記第２の絶縁部材の他の面には第２の電子部品がハン
ダで接合されることを特徴とする電子部品用冷却装置。