JP5217246B2 - パワーモジュール用ユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、ヒートシンク上に接合される絶縁回路基板の大きさを規定することで絶縁回路基板とヒートシンクとの間の熱収縮率の相違による収縮量の差を小さくすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この発明によれば、流路管の複数箇所をヘッダで挟持した状態で接合固定することにより、流路管に発生した反りをより確実に矯正できる。
この発明によれば、流路管とヘッダとをフラックスを用いたロウ付けにより接合固定する。これにより、フラックスを用いずにロウ付けすることと比較してコストを削減できると共に、流路管とヘッダとを線接合させるため接合信頼性が向上する。
パワーモジュール1は、図1から図3に示すように、パワーモジュール用ユニット2と、パワーモジュール用ユニット2に搭載された電子部品3とを備えている。
パワーモジュール用ユニット2は、2つの多流路管(流路管)11、12と、この多流路管11、12を介して対向配置されるヘッダ13及びヘッダ(他のヘッダ)14と、多流路管11、12上に配置される複数の絶縁回路基板15とを備えている。
これら複数の微細水路21、22は、それぞれが互いに平行となるように多流路管11、12の短辺と直交する長辺方向に沿って一列に配列されている。そして、複数の微細水路21、22は、多流路管11、12のそれぞれの短辺方向における一対の側面のそれぞれまで形成されている。このため、複数の微細水路21、22の端部は、多流路管11、12の短辺方向における一対の側面において露出している。
ここで、多流路管11、12のそれぞれのうち上面と微細水路21、21との間の距離である多流路管11、12の天板部の厚さは、例えば0.3mm以上10mm以下となっている。これにより、この天板部の剛性を減少させている。
ヘッダ部材13A、13Bは、多流路管11、12のそれぞれの端辺方向に沿う縁部を上下両側から挟み込むことにより多流路管11、12を挟持している。また、ヘッダ部材13A、13Bのそれぞれは、互いに対向する内面に形成された溝部13c、13dを有しており、多流路管11、12を挟持したときにヘッダ13の内部に形成されるヘッダ水路23を構成する。このヘッダ水路23は、複数の微細水路21、22に連通しており、複数の微細水路21、22内に冷却水(流体)を流通させる構成となっている。そして、ヘッダ部材13A、13Bと多流路管11、12とは、互いにロウ付けにより接合固定されており、ヘッダ水路23と複数の微細水路21、22とが互いに液密となっている。
また、ヘッダ13の長手方向の一端には、ヘッダ水路23に冷却水を流入させるための冷却水流入管(図示略)が接続される。
ヘッダ部材14A、14Bは、互いに対向する内面に形成された溝部14c、14dを有しており、多流路管11、12を挟持したときにヘッダ14の内部に形成されるヘッダ水路24を構成する。このヘッダ水路24は、複数の微細水路21、22に連通している。そして、ヘッダ部材14A、14Bと多流路管11、12とは、互いにロウ付けにより接合固定しており、ヘッダ水路24と複数の微細水路21、22とが互いに液密となっている。
また、ヘッダ14の長手方向の一端には、ヘッダ水路24から冷却水を排出させるために冷却水流出管(図示略)が接続される。
セラミックス基板31は、例えばAlN(窒化アルミニウム)やAl2O3(アルミナ)、Si3N4(窒化珪素)などの板状のセラミックス材料によって構成されている。
回路層32は、多流路管11、12と同一材料であって例えばAlのような高熱伝導率を有する金属により形成されており、ロウ付けによりセラミックス基板31に接合固定されている。また、回路層32には、例えばエッチングや打抜き加工などを行うことによって回路層32を適宜分断した回路が形成されている。ここで、回路層32の厚さは、例えば0.6mm程度となっている。
まず、セラミックス基板31、回路層32及び多流路管11、12を接合する(セラミックス基板接合工程)。ここでは、多流路管11、12のそれぞれの上面にロウ材を介してセラミックス基板31を配置すると共にセラミックス基板31上にロウ材を介して回路層32を配置し、これらを真空接合によりロウ付け固定する。これにより、多流路管11、セラミックス基板31及び回路層32が接合固定されると共に、多流路管12、セラミックス基板31及び回路層32が接合固定される(図4(a)参照)。そして、セラミックス基板31及び回路層32が接合固定されることで、絶縁回路基板15が形成される。
このとき、セラミックス基板31に回路層32及び多流路管11、12を同時に接合固定しており、セラミックス基板31に反りが発生していない状態でセラミックス基板31と多流路管11、12とを接合するため、セラミックス基板31が精度よく配置される。なお、多流路管11、12とセラミックス基板31との熱膨張係数の違いから、多流路管11、12が凹形状または凸形状に反ることがある。
このとき、多流路管11、12が凹形状または凸形状に沿っていても、多流路管11、12をヘッダ部材13A、13Bやヘッダ部材14A、14Bが挟持することで、多流路管11、12の形状が矯正される。また、フッ化物系フラックスを用いたロウ付けにより多流路管11、12とヘッダ部材13A、13B、14A、14Bが線接合される。
以上のようにして、パワーモジュール用ユニット2を製造する。このようにして製造されたパワーモジュール用ユニット2の回路層32上に、電子部品3をハンダ層により固着する。これにより、図1から図3に示すようなパワーモジュール1が製造される。
そして、多流路管11、12を介して一対のヘッダ13、14を配置して多流路管11、12の縁部の複数箇所を挟持することで、多流路管11、12に発生する反りをより確実に矯正できる。
さらに、多流路管11、12とヘッダ部材13A、13B、14A、14Bとをフラックスを用いてロウ付けすることにより、コストを削減できると共に接合信頼性を向上させることができる。
例えば、セラミックス基板、回路層及び多流路管をロウ付けにより接合固定しているが、他の方法により接合固定してもよい。同様に、多流路管及びヘッダ部材をフラックスを用いたロウ付けにより接合固定しているが、セラミックス基板と回路層との接合のようにロウ付けによる真空接合により接合固定するなど、他の方法により接合固定してもよい。
また、多流路管は、内部に複数の微細水路が形成されていれば、他の構成であってもよい。例えば、図5に示すように矩形のコルゲートフィン51をロウ付けすることにより複数の微細水路52を形成した構成の多流路管53や、図6に示すように内部に三角形状のインナーフィン55をロウ付け固定することにより複数の微細水路56を形成した構成の多流路管57などが挙げられる。また、流路管は、内部に水路が形成されていれば、図7に示すように内部に複数の柱状のピン61を2方向で等間隔に配置することにより流路62を形成した構成の流路管63など、他の流路形状を有する構成としてもよい。ここで、ピン61は、千鳥格子状に配置してもよい。
そして、2つの多流路管を一対のヘッダ間に配置しているが、少なくとも1つの多流路管を一対のヘッダ間に配置していればよい。
さらに、多流路管を介して一対のヘッダを配置しているが、少なくとも1つのヘッダを配置していればよい。
そして、多流路管は、内部の微細水路に冷却水を流通させることにより絶縁回路基板における発熱を放散する構成となっているが、他の冷却溶媒を流通させることによって放散する構成としてもよい。
2 パワーモジュール用ユニット
11,12,53,57,63 多流路管(流路管)
13 ヘッダ
14 ヘッダ(他のヘッダ)
21,22,52,56 微細水路(流路)
31 セラミックス基板
32 回路層
62 流路
Claims (3)
- セラミックス基板の一面に金属材料で構成された回路層が接合され、前記セラミックス基板の他面に前記回路層と同一の金属材料で構成されて内部に流体を流通させる複数の微細流路が形成された流路管が接合されるパワーモジュール用ユニットの製造方法であって、
前記セラミックス基板に前記回路層及び前記流路管を同時に接合固定するセラミックス基板接合工程と、
前記流路に前記流体を流通させるヘッダを、該流路管の側縁の一部を挟持するように配置した状態で、前記流路管と接合するヘッダ接合工程とを備えることを特徴とするパワーモジュール用ユニットの製造方法。
- 前記ヘッダ接合工程で、前記流路管の側縁の他の一部を挟持する他のヘッダを、該流路管を介して対向する他のヘッダを配置した状態で、前記流路管と接合することを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール用ユニットの製造方法。
- 前記ヘッダ接合工程で、前記流路管と前記ヘッダとをフラックスを用いたロウ付けにより接合することを特徴とする請求項1または2に記載のパワーモジュール用ユニットの製造方法。
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