JP2015153869A - 絶縁層付冷却器、およびその製造方法、冷却器付パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性に優れ、かつ位置ズレの発生を防止できる絶縁層付冷却器、およびその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁層付冷却器１０は、冷却器１３と、この冷却器１３を挟んで互いに対向して配された第一絶縁層１１と、第二絶縁層１２とから構成されている。第一絶縁層１１の一方の面１１ａと第一金属板１７の他方の面１７ｂ、および第二絶縁層１２の一方の面１２ａと第二金属板１８の他方の面１８ｂとは、それぞれ、ろう材によって直接接合される。【選択図】図１

Description

この発明は、発熱を伴う半導体装置を冷却するための絶縁層付冷却器およびその製造方法と、冷却器付パワーモジュールに関するものである。

各種の半導体素子のうち、例えば、電気自動車や電気車両などを制御するために用いられる大電力制御用のパワー素子は、電流値が高いために発熱量が多い。こうした大電力制御用のパワー素子を搭載するパワーモジュール用基板は、発熱による誤動作などを防止するために、適切に冷却を行う必要がある。

例えば、特許文献１には、多数の半導体モジュールを積層するとともに、半導体モジュールどうしの間に冷却管を設けた電力変換装置が開示されている。この電力変換装置では、半導体モジュールと冷却管との絶縁性を確保するために、この半導体モジュールと冷却管との間に絶縁部材が配置されている。また、半導体モジュールで生じた熱を冷却管に向けて円滑に伝搬させるために、半導体モジュールと絶縁層との間、および絶縁層と冷却管との間に、それぞれグリースを塗布してこれらを互いに密着させた構造となっている。

特開２００７−２３６１２０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電力変換装置では、半導体モジュールと絶縁層との間、および絶縁層と冷却管との間に、それぞれグリース層が形成されるため、半導体モジュールを多数積層すると、グリース層の形成数は半導体モジュールの積層数の２倍程度になる。これによって、グリースの潤滑性に起因する半導体モジュールと絶縁層との位置ズレが生じやすいという課題があった。

また、一般的にグリース自体は熱伝導性が低く、半導体モジュールと絶縁層との間、および絶縁層と冷却管との間でそれぞれ熱の伝搬が阻害されるので、半導体モジュールの冷却性が悪いという課題もあった。

さらに、半導体モジュールと絶縁層との間、および絶縁層と冷却管との間にそれぞれグリース層を形成する必要があるので、電力変換装置の製造工程が煩雑になり、生産性も悪いという課題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、熱伝導性に優れ、かつ位置ズレの発生を防止できる絶縁層付冷却器、およびその製造方法を提供する。
また、冷却性に優れ、製造工程を簡略化することが可能な冷却器付パワーモジュールを提供する。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のような絶縁層付冷却器、およびその製造方法、冷却器付パワーモジュールを提供した。
すなわち、本発明の絶縁層付冷却器は、熱媒体が流通される放熱部、該放熱部を挟んで互いに対向して配された第一金属板、および第二金属板、を有する冷却器と、前記冷却器を挟んで互いに対向して配された第一絶縁層、および第二絶縁層と、を備え、前記第一金属板と前記第一絶縁層、および前記第二金属板と前記第二絶縁層とは、それぞれ直接接合されていることを特徴とする。

本発明の絶縁層付冷却器によれば、第一金属板と第一絶縁層、および第二金属板と第二絶縁層とを、グリース層など熱伝導性の低い部材を介在させずに直接接合することによって、冷却器の一方の面および他方の面にそれぞれ接合された絶縁層から、冷却器に向けて効率的に熱を伝搬させることが可能になる。また、グリース層など流動性の高い部材を介在させずに直接接合することによって、第一金属板と第一絶縁層、および第二金属板と第二絶縁層との間の位置ズレを確実に防止することが可能になる。

本発明の絶縁層付冷却器においては、前記第一絶縁層、および前記第二絶縁層は、セラミックスからなることを特徴とする。
これにより、第一金属板と第一絶縁層、および第二金属板と第二絶縁層とを、容易に直接接合して、熱伝導性や取扱い性を高めることが可能になる。

本発明の絶縁層付冷却器においては、前記直接接合は、ろう材による接合であることを特徴とする。
これによって、ろう材を溶融して加圧するだけで、第一金属板と第一絶縁層、および第二金属板と第二絶縁層とを容易に直接接合でき、熱伝導性や接合性を高めることが可能になる。

本発明の絶縁層付冷却器においては、前記第一絶縁層および前記第二絶縁層の反り量は、平坦面に対して−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲であることを特徴とする。
前記第一絶縁層および前記第二絶縁層の反り量が平坦面に対して−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲であるので、半導体モジュールと絶縁層付冷却器とを積層した際に、確実に密着させることができ、熱抵抗を下げることができる。
本発明において、第一絶縁層及び第二絶縁層の反り量とは、両絶縁層の平坦性を示すものであり、絶縁層表面（金属板が接合された面と反対側の面）の中心を中心とした２０ｍｍ×２０ｍｍの領域（中心領域）における最小二乗面を基準として最高点と最低点との差分として表される。そして、絶縁層表面の中心領域が周縁領域よりも放熱部に向けて突出した状態をマイナス数値、絶縁層表面の周縁領域が中心領域よりも放熱部に向けて突出した状態をプラス数値としている。
なお、こうした絶縁層の反りは、面広がり方向に沿った絶縁層の任意の断面が、必ずしも対称形となるような反り形状となるものに限定されるものでは無く、絶縁層の断面が非対称形となるような反り形状であっても、その反り量が平坦面に対して−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲であればよい。

本発明の絶縁層付冷却器においては、前記第一金属板、および前記第二金属板は、ＡｌまたはＣｕを含むことを特徴とする。
これによって、第一金属板と第二金属板の熱伝導性が向上し、冷却能を高めることが可能になる。

本発明の冷却器付パワーモジュールは、パワーモジュールユニットと、該パワーモジュールユニットを挟んで互いに対向して配された、前述の絶縁層付冷却器と、を少なくとも備えたことを特徴とする。

本発明の冷却器付パワーモジュールによれば、パワーモジュールユニットの一方の面および他方の面から、それぞれ冷却器に向けて効率的に熱を伝搬させることが可能になる。これによって、パワーモジュールユニットを複数積層させた構成であっても、発生した熱を容易に放熱させ、パワーモジュールユニットの過度な高温化を防止することが可能になる。

本発明の絶縁層付冷却器の製造方法は、第一金属板の一方の面と、第二金属板の一方の面との間に熱媒体が流通される放熱部を配設する放熱部配設工程と、第一金属板の他方の面に対して第一絶縁層を、第二金属板の他方の面に対して第二絶縁層をそれぞれ接合する絶縁層接合工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の絶縁層付冷却器の製造方法によれば、第一金属板と第一絶縁層との接合面、および第二金属板と第二絶縁層との接合面に、グリース層など流動性の高い部材からなる層を設ける必要が無いので、組立工程を簡略化することが可能になり、より低コストで信頼性の高い絶縁層付冷却器を製造することが可能になる。

本発明の絶縁層付冷却器の製造方法において、前記絶縁層接合工程と、前記放熱部配設工程とは、一括して行なわれることを特徴とする。
これによって、絶縁層付冷却器の組立工程がより一層簡略化され、効率的に絶縁層付冷却器を製造することが可能になる。

本発明によれば、熱伝導性に優れ、かつ位置ズレの発生を防止可能な絶縁層付冷却器、およびその製造方法を提供することができる。
また、冷却性に優れ、製造工程を簡略化することが可能な冷却器付パワーモジュールを提供することができる。

本発明の絶縁層付冷却器の一例を示す断面図である。 本発明の冷却器付パワーモジュールの一例を示す断面図である。 第一実施形態の絶縁層付冷却器の製造方法を段階的に示した断面図である。 第二実施形態の絶縁層付冷却器の製造方法を段階的に示した断面図である。 絶縁層付冷却器の接合面の接合性を検証した結果を示す撮影図である。 絶縁層付冷却器の絶縁層の反りを検証した結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の絶縁層付冷却器、およびその製造方法、冷却器付パワーモジュールについて説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（絶縁層付冷却器）
最初に、本発明の絶縁層付冷却器の構成について説明する。
図１は、絶縁層付冷却器の一例を示す断面図である。
絶縁層付冷却器１０は、冷却器１３と、この冷却器１３を挟んで互いに対向して配された第一絶縁層１１と、第二絶縁層１２とから構成されている。
冷却器１３は、コルゲートフィン１５からなる放熱部１６と、この放熱部１６を挟んで互いに対向して配された第一金属板１７、および第二金属板１８とから構成されている。

放熱部１６を構成するコルゲートフィン１５は、例えば板状の金属板をメアンダ状に屈折させたものからなる。コルゲートフィン１５は、熱伝導性に優れた金属、例えば、Ａｌ、またはＡｌを含む合金、Ｃｕ、またはＣｕを含む合金などから形成されている。具体的には、Ａ３００３、Ａ１０５０、４Ｎ−Ａｌ、Ａ６０６３、ＯＦＣ、タフピッチＣｕなどが挙げられる。なお、本実施形態においては、コルゲートフィン１５は、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板を用いている。
こうしたコルゲートフィン１５は、第一金属板１７の一方の面１７ａ、および第二金属板１８の一方の面１８ａにそれぞれ接合される。

コルゲートフィン１５の形成例としては、例えば、第一金属板１７と第二金属板１８との積層方向に沿った高さが、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下、厚みが０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下、屈折間隔が１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とすることができる。高さが２ｍｍ未満だと、圧力損失が大きくなるおそれがある。高さが１０ｍｍを超えるとコルゲートフィン１５の剛性が大きくなり絶縁層が割れるおそれがある。厚みが０．１ｍｍ未満だと、後述ように絶縁層付冷却器の製造時にコルゲートフィン１５が座屈変形するおそれがある。厚みが０．５ｍｍを超えるとコルゲートフィン１５の剛性が大きくなり絶縁層が割れるおそれがある。屈折間隔が１．５ｍｍ未満だと、圧力損失の増大、目詰まり、コルゲートフィン１５の剛性が大きくなることによる絶縁層の割れが発生するおそれがある。屈折間隔が２．５ｍｍを超えると、十分な冷却性能を確保することができなくなるおそれがある。

第一金属板１７、および第二金属板１８は、コルゲートフィン１５と同様の材料、例えば、Ａｌ、またはＡｌを含む合金、Ｃｕ、またはＣｕを含む合金などから形成されている。具体的には、Ａ３００３、Ａ１０５０、４Ｎ−Ａｌ、Ａ６０６３、ＯＦＣ、タフピッチＣｕなどが挙げられる。第一金属板１７、および第二金属板１８は、例えば、四角形板状に形成される。厚みは０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に設定されている。厚みが０．１ｍｍ未満だと、孔食により水漏れが発生するおそれがある。厚みが２．０ｍｍを超えると、第一金属板１７および第二金属板１８の剛性が高くなり、絶縁層に割れが発生するおそれがある。
なお、本実施形態においては、第一金属板１７、および第二金属板１８は、純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上のアルミニウム（いわゆる４Ｎアルミニウム）の圧延板からなるアルミニウム板を用いている。

第一金属板１７の一方の面１７ａとコルゲートフィン１５、および第二金属板１８の一方の面１８ａとコルゲートフィン１５とは、例えば、ろう材によって接合される。ろう材としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材、Ａｇ系ろう材等が挙げられる。本実施形態ではＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた。なお、こうしたろう材による接合は、接合面にろう材箔を配し、このろう材箔を溶融したのち冷却することによって行われる。

このような構成の放熱部１６は、コルゲートフィン１５の屈折部どうしの間に熱媒体として空気を流通させる、いわゆる空冷式の冷却器であっても、コルゲートフィン１５の屈折部どうしの間に熱媒体として冷却水を流通させる、いわゆる水冷式の冷却器であっても、いずれにも適用可能である。

第一絶縁層１１、および第二絶縁層１２としては、絶縁性の高いセラミックス板が好適に用いられる。セラミックス板を構成するセラミックスとしては、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）や、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）、Ｚｒ−Ａｌ_２Ｏ_３（ジルコニウム−酸化アルミニウム）などが挙げられる。本実施形態では、第一絶縁層１１、および第二絶縁層１２としてＡｌＮを用いている。こうしたセラミックス板の厚さは、例えば、０．１〜１．０ｍｍ程度であればよい。一例として、本実施形態では、０．６３５ｍｍに設定されている。

第一絶縁層１１の一方の面１１ａと第一金属板１７の他方の面１７ｂ、および第二絶縁層１２の一方の面１２ａと第二金属板１８の他方の面１８ｂとは、それぞれ、ろう材によって直接接合される。ろう材としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材、Ａｌ−Ｇｅ系ろう材等が挙げられる。本実施形態ではＡｌ−Ｓｉ系ろう材を用いた。なお、こうしたろう材による接合は、接合面にろう材箔を配し、このろう材箔を溶融したのち冷却することによって行われる。

以上のような構成の絶縁層付冷却器１０によれば、放熱部１６を構成する第一金属板１７と第二金属板１８に対して、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２をそれぞれろう材によって直接接合することによって、例えば、グリースなどを用いて接続する場合と比較して、第一絶縁層１１、および第二絶縁層１２と放熱部１６との間の熱伝導性を高めることができる。また、放熱部１６に対して、第一絶縁層１１や第二絶縁層１２が位置ズレすることを確実に防止することができる。

また、第一金属板１７に第一絶縁層１１を、また、第二金属板１８に第二絶縁層１２を、それぞれ直接接合することによって、これらの接合面における第一金属板１７や第二金属板１８の反り（湾曲）を抑えることができる。

即ち、第一金属板１７と第二金属板１８との間にコルゲートフィン１５を接合すると、第一金属板１７の一方の面１７ａ、および第二金属板１８の一方の面１８ａに、面方向に沿った引張応力が生じるために、第一金属板１７や第二金属板１８に反りが生じる。こうした反りは熱伝導性を低下させる原因となるが、本発明では、第一金属板１７の他方の面１７ｂ、および第二金属板１８の他方の面１８ｂに、それぞれ第一絶縁層１１、第二絶縁層１２を直接接合することによって、こうした反りが低減され、反り量を所定の範囲内に保つことができる。

例えば、本実施形態では、第一絶縁層１１および第二絶縁層１２の反り量は、平坦面を基準にして−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲に保たれる。

これによって、例えば、絶縁層付冷却器１０にグリース層を介して発熱源となるパワーモジュールユニットを配した際に、湾曲による隙間を生じさせることなく絶縁層付冷却器１０とパワーモジュールユニットとを密着させることが可能になる。これにより、パワーモジュールユニットで生じた熱を効率よく絶縁層付冷却器１０に伝搬させて放熱することができる。

そして、このような絶縁層付冷却器１０を、パワーモジュールユニットの冷却器として用いれば、パワーモジュールユニットで生じた熱を絶縁層付冷却器１０によって円滑に放熱させることができる。

（冷却器付パワーモジュール）
図２は、絶縁層付冷却器を備えた冷却器付パワーモジュールを示す断面図である。
冷却器付パワーモジュール２０は、複数のパワーモジュールユニット２１と、複数の絶縁層付冷却器１０と、外装体２２と、から構成されている。
パワーモジュールユニット２１は、例えば、導電性のリードフレーム２３にパワー半導体素子２４が配されたものであり、その表面には、例えば配線層となる導電層（図示略）が露出している。こうした導電層は、例えばＣｕなどから構成されている。

パワーモジュールユニット２１，２１…は、例えば、厚み方向に沿って２０層程度積層されている。また、それぞれのパワーモジュールユニット２１どうしの間には、このパワーモジュールユニット２１への通電によって生じた熱を放熱するための絶縁層付冷却器１０，１０…が配されている。

具体的には、例えば、任意のパワーモジュールユニット２１Ａの一方の面２１Ａａには、絶縁層付冷却器１０を構成する第二絶縁層１２の他方の面１２ｂがグリース層Ｇを介して接続される。また、パワーモジュールユニット２１Ａに隣接するパワーモジュールユニット２１Ｂの他方の面２１Ｂｂには、絶縁層付冷却器１０を構成する第一絶縁層１１の他方の面１１ｂがグリース層Ｇを介して接続される。
絶縁層付冷却器１０を構成する第一絶縁層１１、第二絶縁層１２によって、導電層が露出したパワーモジュールユニット２１と、絶縁層付冷却器１０の放熱部１６との間の絶縁性が確保される。

このように、絶縁層付冷却器１０とパワーモジュールユニット２１とをグリース層Ｇを介して交互に積層することによって、１つのパワーモジュールユニット２１の両側にそれぞれ、絶縁層付冷却器１０が配される。即ち、１つの絶縁層付冷却器１０は、その両側にそれぞれ配置されたパワーモジュールユニット２１を冷却する両面冷却型の冷却器として機能する。
なお、最も外側（両端側）に配される２つの絶縁層付冷却器１０については、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２のうち一方を設けない形態となり、その片側のみパワーモジュールユニット２１に接する構成となっている。

外装体２２は、グリース層Ｇを介して順に積層されたパワーモジュールユニット２１と絶縁層付冷却器１０とを保持している。絶縁層付冷却器１０の放熱部１６は、コルゲートフィン１５によって積層方向にバネ性を有し、外装体２２によって積層方向に押圧されることによって、位置ズレすることなく積層状態が保たれる。

以上のような構成の冷却器付パワーモジュール２０によれば、絶縁層付冷却器１０を構成する第一金属板１７と第一絶縁層１１、および第二金属板１８と第二絶縁層１２が、それぞれろう材によって直接接合されているので、グリース層を介在させた接合箇所を大幅に減らすことができる。すなわち、パワーモジュールユニット２１と絶縁層付冷却器１０との間にのみグリース層Ｇを配置すればよい。これによって、流動性の高いグリース層Ｇによるパワーモジュールユニット２１と絶縁層付冷却器１０との位置ズレの発生を低減することができる。

また、グリース層Ｇの形成箇所が少ないので、熱伝導性の低いグリース層Ｇによるパワーモジュールユニット２１から絶縁層付冷却器１０への熱の伝搬の低下を抑え、パワーモジュールユニット２１で生じた熱を効率的に放熱することが可能になる。

（絶縁層付冷却器の製造方法：第一実施形態）
上述した絶縁層付冷却器の製造方法について説明する。図３は、本発明の絶縁層付冷却器の製造方法を段階的に示した断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、第一絶縁層１１の一方の面１１ａと、第一金属板１７の他方の面１７ｂとの間、第二絶縁層１２の一方の面１２ａと、第二金属板１８の他方の面１８ｂとの間に、それぞれろう材箔Ｈを配置する。また、第一金属板１７の一方の面１７ａと、第二金属板１８の一方の面１８ａとの間にコルゲートフィン１５を配置するとともに、これらの間にも、それぞれろう材箔Ｈを配置する。

本実施形態では、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２としては、ＡｌＮからなるセラミックス板を用いる。また、第一金属板１７、第二金属板１８、およびコルゲートフィン１５としては、４Ｎアルミニウムの圧延板を用いる。また、ろう材箔Ｈとしては、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いる。

次に、ろう材箔Ｈを介して積層した積層体に対して、所定の加圧力を印加しつつ、例えば真空加熱炉中で、ろう材の接合温度まで真空加熱する。こうした接合温度は、ろう材箔Ｈの溶融温度以上に設定される。一例として、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材の場合は溶融温度は６４５℃に設定され、３０分間保持される。

こうした真空加熱によって、第一金属板１７の他方の面１７ｂ、第二金属板１８の他方の面１８ｂに対して、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２がそれぞれ接合される（絶縁層接合工程）。また、同時に、第一金属板１７の一方の面１７ａと、第二金属板１８の一方の面１８ａとの間にコルゲートフィン１５からなる放熱部１６が接合される（放熱部配設工程）。これによって、図３（ｂ）に示すような、本発明の絶縁層付冷却器１０を得ることができる。

本実施形態の絶縁層付冷却器の製造方法によれば、２つの金属板１７，１８およびフィンにＡｌを用い、金属板１７，１８を絶縁層１１，１２に接合する工程（絶縁層接合工程）と、金属板１７，１８にコルゲートフィン１５からなる放熱部１６を接合する工程（放熱部配設工程）とを、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材を用いて一括して行うことにより、絶縁層付冷却器１０を少ない工程で容易に製造することができる。

（絶縁層付冷却器の製造方法：第二実施形態）
図４は、本発明の絶縁層付冷却器の製造方法を段階的に示した断面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、第一絶縁層１１の一方の面１１ａと、第一金属板１７の他方の面１７ｂとの間、第二絶縁層１２の一方の面１２ａと、第二金属板１８の他方の面１８ｂとの間に、それぞれろう材箔Ｈを配置する。
なお、本実施形態では、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２としては、ＡｌＮからなるセラミックス板を用いる。また、第一金属板１７、第二金属板１８としては、タフピッチＣｕを用いる。また、ろう材箔Ｈとしては、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材を用いる。

次に、ろう材箔Ｈを介して積層した積層体に対して、所定の加圧力を印加しつつ、例えば真空加熱炉中で、ろう材の接合温度まで真空加熱する。こうした接合温度は、ろう材箔Ｈの溶融温度以上に設定される。一例として、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系ろう材の場合は溶融温度は８５０℃に設定され、３０分間保持される。

こうした真空加熱によって、第一金属板１７の他方の面１７ｂ、第二金属板１８の他方の面１８ｂに対して、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２がそれぞれ接合される（絶縁層接合工程）。

ここで、第一金属板１７の他方の面１７ｂ、第二金属板１８の他方の面１８ｂに対して、第一絶縁層１１、第二絶縁層１２がそれぞれ接合された接合中間体３０は、絶縁層側に凸となる場合を正としたときに、反り量が０μｍ以上３００μｍ以下であることが望ましい。０μｍ未満であると後述する放熱部配設工程において、コルゲートフィン１５の端部に接合不良が発生する。３００μｍを超えると、コルゲートフィン１５の中心部に接合不良が発生する。
なお、接合中間体３０の反り量は、絶縁層表面（金属板が接合された面と反対側の面）の中心を中心とした２０ｍｍ×２０ｍｍの領域における最小二乗面を基準として最高点と最低点との差分として表される。

次に、図４（ｂ）に示すように、第一絶縁層１１と第一金属板１７との積層体、および第二絶縁層１２と第二金属板１８との積層体において、第一金属板１７と第二金属板１８との間にそれぞれろう材箔Ｈを介してコルゲートフィン１５からなる放熱部１６を配置する。
なお、本実施形態では、コルゲートフィン１５としてタフピッチＣｕを用いる。また、ろう材箔Ｈとしては、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎ系ろう材に代表されるろう材を用いる。

次に、この積層体に対して、所定の加圧力を印加しつつ、例えば真空加熱炉中で、ろう材の接合温度まで真空加熱する。こうした接合温度は、ろう材箔Ｈの接合温度以上に設定される。一例として、Ｃｕ−Ｐ−Ｓｎ系ろう材の場合は接合温度は６５０℃に設定され、９０分〜１５０分程度保持される。

こうした真空加熱によって、第一金属板１７の一方の面１７ａと、第二金属板１８の一方の面１８ａとの間にコルゲートフィン１５からなる放熱部１６が接合される（放熱部配設工程）。これによって、図４（ｃ）に示すような、本発明の絶縁層付冷却器１０を得ることができる。

本実施形態の絶縁層付冷却器の製造方法によれば、２つの金属板１７，１８およびコルゲートフィン１５に、熱伝導性に優れたＣｕを用いることで、放熱性に優れた絶縁層付冷却器１０を容易に製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態においては、放熱部１６として金属板をメアンダ状に屈折させたコルゲートフィン１５を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、放熱部１６として、多数のフィンを所定の間隔を開けて並べたものや、冷却媒体を流通させる多穴管などを適用することもできる。

また、金属板と絶縁層とを直接接合するためのろう材や、金属板と放熱部とを直接接合するためのろう材は、これら金属板、絶縁層、および放熱部を構成する材料に応じて、適宜選択すればよく、限定されるものでは無い。

また、上述した絶縁層付冷却器の製造方法では、絶縁層接合工程と放熱部配設工程とを同時に行う例、および、絶縁層接合工程の次に放熱部配設工程を行う例を示したが、放熱部配設工程を行った後に絶縁層接合工程を行うようにしてもよく、これら工程の順番が限定されるものでは無い。

また、上述した第二実施形態においては、第一金属板１７、第二金属板１８、コルゲートフィン１５にタフピッチＣｕを用いたが、Ａｌ又はＡｌ合金を用いることもできる。
この場合においても、接合中間体３０の反り量は０μｍ以上３００μｍ以下とすることが望ましい。

（実施例１）
以下に、本発明の絶縁層付冷却器における各接合面の接合状態に関する評価結果ついて説明する。
実施例１として、図１に示す構成の絶縁層付冷却器を用いた。各部の材質とサイズは以下のとおりである。
第一絶縁層：（ＡｌＮ）４０×４０×０．６３５ｔ（ｍｍ）
第一金属板：アルミニウム合金（Ａ３００３）４５×４５×０．３２ｔ（ｍｍ）
コルゲートフィン：アルミニウム合金（Ａ３００３）３８×３６×６．０ｈ：屈曲高さ（ｍｍ）
第二金属板：アルミニウム合金（Ａ３００３）４５×４５×０．３２ｔ（ｍｍ）
第二絶縁層：（ＡｌＮ）４０×４０×０．６３５ｔ（ｍｍ）
第一絶縁層と第一金属板との接合、第一金属板、第二金属板とコルゲートフィンとの接合、第二絶縁層と第二金属板との接合： Ａｌ−Ｓｉ系ろう材
接合時に印加した荷重は、３０ｇｆ／ｃｍ^２（荷重小）２００ｇｆ／ｃｍ^２（荷重大）の２段階とした。

以上のような材料からなる絶縁層付冷却器を、第一実施形態の製造方法によって製造し、第一絶縁層と第一金属板との接合面（第１接合面）、第一金属板とコルゲートフィンとの接合面（第２接合面）、第二金属板とコルゲートフィンとの接合面（第３接合面）、第二絶縁層と第二金属板との接合面（第４接合面）について、接合状態を観察した。接合状態の観察は、Insight社製超音波探傷装置 (型式：FlexSCAN InSight-300)を用い、探傷周波数を50MHzとして行った。
こうした接合面の状態を図５に示す。

図５に示す接合面の状態によれば、第１接合面、第４接合面のいずれも、荷重の大小にかかわらず濃淡にムラがなく、均一に隙間なく接合されていることが確認された。また、第２接合面、第３接合面においては、コルゲートフィンが接する濃い線状の部分は、いずれも濃淡のムラや途切れなどなく均一に接合されていることが確認された。これにより、３０ｇｆ／ｃｍ^２程度の少ない荷重でも、各接合面において接合ムラがなく均一に接合できることが確認された。

（実施例２）
次に、本発明の絶縁層付冷却器における第一絶縁層１７と第二絶縁層１８の反り（湾曲）に関する評価結果ついて説明する。
実施例２として、図１に示す構成の絶縁層付冷却器の第一絶縁層１７と第二絶縁層１８の面内の反りを測定した。なお、各構成部材の材質及び絶縁層付冷却器の製造方法は実施例１と同様である。また、接合時の印加荷重を３０ｇｆ／ｃｍ^２、２００ｇｆ／ｃｍ^２の２段階に変化させて絶縁層付冷却器を形成した。

具体的な反りの測定は以下のとおりである。
測定機器としてAkroMetrix社製Thermoire PS200を用い、第一絶縁層１７及び第二絶縁層１８の中央部（20mm×20mm）の反り量を測定した。反り量は、測定面における最小二乗面を基準として最高点と最低点の差分とした。

こうした反りの測定結果を図６にグラフとして示す。なお、図６においてＳは接合範囲を示す。これは、金属板よりも絶縁層のほうがサイズが小さいため、実質的に絶縁層の範囲を示すものである。また、図６のグラフにおける実線は、平面視四角形の絶縁層の一方の角から対角上の角までの反りの測定結果を示し、また、破線は、他方の角から対角上の角までの反りの測定結果を示している。

図６における反りの測定結果は、接合範囲外の部分も含めて測定を行っているため、反りの量（縦軸）の値が大きくなっているが、Ｓの範囲（接合範囲）内で比較すると、第一絶縁層１７、第二絶縁層１８ともに反りは、平坦面に対して−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲に収まっており、ほとんど反りが無く平坦であり、高い平坦性が保たれていることが確認された。

１０ 絶縁層付冷却器
１１ 第一金属層
１２ 第二金属層
１５ コルゲートフィン
１６ 放熱部
１７ 第一絶縁層
１８ 第二絶縁層
３０ 接合中間体

Claims (8)

1. 熱媒体が流通される放熱部、該放熱部を挟んで互いに対向して配された第一金属板、および第二金属板、を有する冷却器と、
   前記冷却器を挟んで互いに対向して配された第一絶縁層、および第二絶縁層と、を備え、
   前記第一金属板と前記第一絶縁層、および前記第二金属板と前記第二絶縁層とは、それぞれ直接接合されていることを特徴とする絶縁層付冷却器。
2. 前記第一絶縁層、および前記第二絶縁層は、セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の絶縁層付冷却器。
3. 前記直接接合は、ろう材による接合であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁層付冷却器。
4. 前記第一絶縁層および前記第二絶縁層の反り量は、平坦面に対して−２０μｍ以上６０μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一項に記載の絶縁層付冷却器。
5. 前記第一金属板、および前記第二金属板は、ＡｌまたはＣｕを含むことを特徴とする請求項１ないし４いずれか一項に記載の絶縁層付冷却器。
6. パワーモジュールユニットと、該パワーモジュールユニットを挟んで互いに対向して配された、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の絶縁層付冷却器と、を少なくとも備えたことを特徴とする冷却器付パワーモジュール。
7. 第一金属板の一方の面と、第二金属板の一方の面との間に熱媒体が流通される放熱部を配設する放熱部配設工程と、
   第一金属板の他方の面に対して第一絶縁層を、第二金属板の他方の面に対して第二絶縁層をそれぞれ接合する絶縁層接合工程と、
   を備えたことを特徴とする絶縁層付冷却器の製造方法。
8. 前記絶縁層接合工程と、前記放熱部配設工程とは、一括して行なわれることを特徴とする請求項７記載の絶縁層付冷却器の製造方法。