JP5370467B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、ＩＧＢＴ等の半導体素子の冷却に使用される熱交換器に関する。

従来より、ＩＧＢＴ等の半導体素子を備えたパワーモジュールが知られている。ところで、この種のパワーモジュールは、半導体素子が通電により発熱することにより性能を低下させるおそれがある。そこで、従来から半導体素子を実装した絶縁基板を冷却フィン等を備えた熱交換器に装着し、熱交換器を流れる冷媒によって半導体素子を放熱させていた。

例えば、下記の特許文献１には、熱交換器（冷却器）を備えたパワーモジュールが記載されている。この冷却器は、波形状に折り曲げられた２つの冷却フィンが中板を境にして上下２層に設けられる。これら冷却フィンは、その折り曲げ部により複数条の凹凸が形成される。これら冷却フィンは、各折り曲げ部が上下に重複しないようにオフセットした状態で、天板と底板との間に固定される。そして、天板の上には、アルミブロックを介して絶縁基板が固定され、その絶縁基板の上にＩＧＢＴ及びダイオードがハンダにより固定される。

ここで、上記したパワーモジュールについては、ハンダ中の気泡欠陥（ボイド）を検査するためにＸ線検査が行われる。すなわち、パワーモジュールを挟むようにＸ線発生器と撮像器を配置し、絶縁基板と直交する方向にＸ線を照射することにより、ボイドの透過画像を得る。このパワーモジュールでは、冷却器を構成する冷却フィンの折り曲げ部が上下にオフセットした状態で配置され、各冷却フィンが各折り曲げ部から傾斜するので、Ｘ線透過率が均等となり、Ｘ線の透過画像においてハンダ中のボイドの影が隠されるという不具合を回避することができる。

ところで、この種のパワーモジュールに用いられる冷却フィンとして、上記のように波形状のものとは異なり、平板状のベース部と、ベース部の下面又は上面から所定間隔を置いて互いに平行に突き出した複数のフィン部とを有する、櫛形タイプの冷却フィンが知られている。例えば、下記の特許文献２には、この種の櫛形タイプの冷却フィンを備えたパワーモジュールが記載される。このパワーモジュールは、櫛形タイプの冷却フィンのベース部の上面に絶縁層が形成され、その絶縁層に配線板が固定され、その配線板に半導体スイッチング素子がハンダにより接合される。この種のパワーモジュールについても、ハンダ中のボイドを検査するためにＸ線検査が行われる。

特開２００８−２８８４９５号公報 特開２００８−２７０２９２号公報

ところが、特許文献２に記載のパワーモジュールでは、Ｘ線検査により、その上面からＸ線を照射した場合に、次のような問題があった。すなわち、冷却フィンを構成する複数のフィン部が、所定間隔を置いて互いに平行に配置されるので、ベース部の上から照射されるＸ線の透過距離が、フィン部のある部位とない部位とで不均一となる。この結果、Ｘ線の透過画像の陰影が縞模様となり、ボイドを正確に検出することが困難になるおそれがあった。

例えば、図１１に正断面図に示すように、単なる平板な基板３１の上にハンダ等の接合剤３２を介して半導体素子３３等を接合し、接合剤３２の中にボイド３４ができたことを想定する。この場合は、Ｘ線を垂直に照射すると、Ｘ線の透過距離は、基板３１の各部位の間でほぼ均等となる。このため、図１２にメッシュで示すように、Ｘ線の透過画像３５の陰影がボイド３４を除いてほぼ均一となり、ボイド３４を他と明確に区別して正確に検出することができる。

これに対し、図１３に正断面図に示すように、櫛形タイプの冷却フィン３６のベース部３６ａの上に接合剤３２を介して半導体素子３３等を接合し、接合剤３２の中にボイド３４ができたことを想定する。この場合は、Ｘ線を垂直に照射すると、Ｘ線の透過距離は、フィン部３６ｂのある部位とない部位との間で不均一となる。このため、図１４にメッシュで示すように、Ｘ線の透過画像３５の陰影が縞模様のように不均一となり、ボイド３４が縞模様の陰影に隠れて不明確となり、ボイド３４を正確に検出することが困難になる。

そこで、この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、櫛形タイプの冷却フィンを備えた熱交換器であっても、パワーモジュールに使用して、Ｘ線検査によりボイドを正確に検出できる熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の態様は、平板状のベース部の上面及び下面の少なくとも一方から複数のフィン部が互いに隙間を置いて平行かつ斜めに突き出してなる冷却フィンを備えた熱交換器であって、冷却フィンは、複数のフィン部につき、隣り合う一方のフィン部の先端と他方のフィン部の基端とが同じ幅を有すると共に、ベース部の上面及び下面と直交する方向に重なるように配置されることを趣旨とする。

上記の構成によれば、熱交換器の冷却フィンは、複数のフィン部が互いに隙間を置いて平行かつ斜めにベース部から突き出している。また、複数のフィン部につき、隣り合う一方のフィン部の先端と他方のフィン部の基端とが同じ幅を有すると共に、ベース部の上面及び下面と直交する方向に重なるように配置される。従って、フィン部のある部位とない部位との間で、ベース部の上面及び下面と直交する方向における熱交換器の肉厚の差が少なくなり、ベース部をＸ線が垂直に透過するように熱交換器にＸ線を照射した場合に、熱交換器の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。

上記の構成によれば、櫛形タイプの冷却フィンを備えた熱交換器であっても、パワーモジュールに使用して、Ｘ線検査によりボイドを正確に検出することができる。

第１実施形態に係り、熱交換器を備えたパワーモジュールと、そのパワーモジュールのＸ線検査方法を示す斜視図。 同じく、パワーモジュールを示す正断面図。 同じく、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 第２実施形態に係り、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 第３実施形態に係り、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 第４実施形態に係り、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 第５実施形態に係り、熱交換器を備えたパワーモジュールと、そのパワーモジュールのＸ線検査方法を示す斜視図。 同じく、パワーモジュールを示す正断面図。 同じく、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 第６実施形態に係り、２つのパワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 従来例に係り、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 従来例に係り、Ｘ線の透過画像を示す平面図。 従来例に係り、パワーモジュールを簡略化して示す正断面図。 従来例に係り、Ｘ線の透過画像を示す平面図。

［第１実施形態］
以下、本発明の熱交換器をパワーモジュールに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の熱交換器１を備えたパワーモジュール２と、そのパワーモジュール２のＸ線検査方法を斜視図により示す。図２に、同じくパワーモジュール２を正断面図により示す。図１，２に示すように、このパワーモジュール２は、ケース３と、ケース３の中に収容された櫛形タイプの冷却フィン４と、ケース３に接合されたヒートスプレッダ５と、ヒートスプレッダ５に接合された半導体素子としてのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）６とを備える。この実施形態で、熱交換器１は、ケース３、冷却フィン４及びヒートスプレッダ５により構成される。

冷却フィン４は、平板状のベース部４ａと、そのベース部４ａの上面及び下面のそれぞれから突き出した複数のフィン部４ｂ，４ｃとを備える。複数のフィン部４ｂ，４ｃは、それぞれ互いに隙間９ａ，９ｂを置いて平行に形成され、かつベース部４ａから垂直に突き出して形成される。また、冷却フィン４は、ベース部４ａの上面側の複数のフィン部４ｂと、ベース部４ａの下面側の複数のフィン部４ｃとが、ベース部４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置される。換言すると、冷却フィン４は、上面側の複数のフィン部４ｂと下面側の複数の隙間９ｂとが同じ幅Ｗ１を有しそれぞれベース部４ａの垂直方向に重なるように配置されると共に、上面側の複数の隙間９ａと下面側の複数のフィン部４ｃとが同じ幅Ｗ１を有しそれぞれベース部４ａの垂直方向に重なるように配置される。この実施形態では、上側のフィン部４ｂと下側のフィン部４ｃが互いに同じ高さ（図２の紙面上下方向の長さ）と同じ長さ（図２の紙面垂直方向の長さ）を有する。

ケース３は、四角筒形をなし、ベース部４ａと平行に配置される上壁３ａ及び下壁３ｂと、ベース部４ａと垂直に配置される両側壁３ｃとを含む。ケース３は、その長手方向、すなわち冷却フィン４のフィン部４ｂ，４ｃが延びる方向の両端が開口し、その一方の開口が冷却水の入口７、その他方の開口が冷却水の出口８となっている。冷却フィン４は、このケース３の中に嵌め合わされた状態で収容される。この収容状態において、各フィン部４ｂ，４ｃの間の隙間９ａ，９ｂはそれぞれ冷却水の通路となる。

ヒートスプレッダ５は、ケース３の上壁３ａの上面にハンダ等の接合剤により接合される。ＩＧＢＴ６は、このヒートスプレッダ５の上面に接合剤により接合される。ヒートスプレッダ５は、ＩＧＢＴ６から発生する熱を拡散してケース３及び冷却フィン４等に伝えるようになっている。

上記のように構成したパワーモジュール２では、熱交換器１を構成するケース３の入口７から冷却水が導入される。導入された冷却水は、ケース３の中の複数のフィン部４ｂ，４ｃの間の隙間９ａ，９ｂを流れ、ケース３の出口８から導出される。このとき、ＩＧＢＴ６にて発生する熱は、ヒートスプレッダ５を介してケース３に伝わり、冷却フィン４を介して冷却水との間で熱交換される。これによりＩＧＢＴ６が冷却される。

この実施形態では、上記のように構成されたパワーモジュール２につき、ＩＧＢＴ６とヒートスプレッダ５との間の接合剤、ヒートスプレッダ５とケース３との間の接合剤のそれぞれの中の気泡欠陥（ボイド）を検査するためにＸ線検査を行うようになっている。すなわち、ＩＧＢＴ６とヒートスプレッダ５との間の接合剤とＩＧＢＴ６との接合面、並びに、ヒートスプレッダ５とケース３との間の接合剤とヒートスプレッダ５との接合面をＸ線がほぼ垂直に透過するようにパワーモジュール２にＸ線を照射し、そのＸ線の透過画像に基づいて接合剤中のボイドの有無及び大きさを検査するようになっている。詳しくは、パワーモジュール２を上下に挟むようにＸ線発生器と撮像器（それぞれ図示略）を配置し、上記接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、ボイドの透過画像を得るようになっている。ここで、ボイドを正確に検出するためには、Ｘ線の透過画像の陰影がボイドを除いてほぼ均一となり、ボイドを他と明確に区別できるようにする必要がある。

図３には、パワーモジュール２を簡略化して正断面図により示す。図３では、ヒートスプレッダ５の図示を省略し、ＩＧＢＴ６のみが接合剤１０を介してケース３の上壁３ａに接合された状態を誇張して示す。図３に示すように、接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、ＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３の上壁３ａ、冷却フィン４及びケース３の下壁３ｂを垂直に透過することとなる。ここで、冷却フィン４のベース部４ａの上面では、フィン部４ｂのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。同様に、ベース部４ａの下面では、フィン部４ｃのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態におけるパワーモジュール２の熱交換器１では、冷却フィン４のベース部４ａの上面から互いに隙間９ａを置いて平行かつ垂直に突き出した複数のフィン部４ｂと、ベース部４ａの下面から互いに隙間９ｂを置いて平行かつ垂直に突き出した複数のフィン部４ｃとが、ベース部４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置される。すなわち、ベース部４ａの上面側の複数のフィン部４ｂと下面側の複数の隙間９ｂとが同じ幅Ｗ１を有し垂直方向に重なるように配置されると共に、ベース部４ａの上面側の複数の隙間９ａと下面側の複数のフィン部４ｃとが同じ幅Ｗ１を有し垂直方向に重なるように配置される。従って、フィン部４ｂ，４ｃのある部位とない部位との間で、ベース部４ａの垂直方向における熱交換器１の肉厚の差がなくなる。そして、冷却フィン４のベース部４ａをＸ線が垂直に透過するようにパワーモジュール２にＸ線を照射することにより、熱交換器１の各部位におけるＸ線の透過距離が均一化することとなる。これをパワーモジュール２の全体について見ると、パワーモジュール２の各部位におけるＸ線の透過距離も均一化することとなる。このため、この実施形態の熱交換器１によれば、櫛形タイプの冷却フィン４を備えた熱交換器１であっても、パワーモジュール２に使用して、Ｘ線検査によりボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。

具体的に説明すると、図３において、矢印Ａ１と矢印Ａ２の長さは、ＩＧＢＴ６が接合剤１０により接合される範囲における、冷却フィン４のベース部４ａの上面及び下面にフィン部４ｂ，４ｃがある部位とない部位でのパワーモジュール２の高さを意味する。各矢印Ａ１，Ａ２の実線部分は、Ｘ線が透過するＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３及び冷却フィン４の肉あり部分（物質部分）であり、各矢印Ａ１，Ａ２の破線部分は、Ｘ線が通る肉なし部分（空間部分）を意味する。これら矢印Ａ１，Ａ２から明らかなように、両矢印Ａ１，Ａ２の実線部分の長さ、すなわち、パワーモジュール２におけるＸ線の透過距離は、互いに同じとなる。このことから、図１２に示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いてほぼ均一となり、ボイド１１を他と明確に区別して正確に検出することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の熱交換器をパワーモジュールに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図４に、図３に準ずる図であって、パワーモジュール２を簡略化して正断面図により示す。この実施形態では、冷却フィン４の構造の点で第１実施形態と異なる。すなわち、この実施形態の冷却フィン４は、平板状のベース部４ａの下面から複数のフィン部４ｄが互いに隙間９を置いて平行に突き出して形成される。加えて、複数のフィン部４ｄは、ベース部４ａから斜めに突き出して形成される。詳しくは、複数のフィン部４ｄにつき、図４に示すように、隣り合う一方のフィン部４ｄの先端４ｅと他方のフィン部４ｄ２の基端４ｆとが同じ幅Ｗ２を有すると共に、ベース部４ａの垂直方向（ベース部４ａの上面及び下面と直交する方向）に重なるように配置される。

図４に示すように、Ｘ線検査に際して、接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、ＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３の上壁３ａ、冷却フィン４及びケース３の下壁３ｂを垂直に透過することとなる。ここで、冷却フィン４のベース部４ａの下面では、フィン部４ｄのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態におけるパワーモジュール２の熱交換器１では、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄが互いに隙間９を置いて平行かつ斜めにベース部４ａから突き出している。また、複数のフィン部４ｄにつき、隣り合う一方のフィン部４ｄ１の先端４ｅと他方のフィン部４ｄ２の基端４ｆとが同じ幅Ｗ２を有すると共に、ベース部４ａの垂直方向に重なるように配置される。従って、フィン部４ｄのある部位とない部位との間で、ベース部４ａの垂直方向における熱交換器１の肉厚の差が少なくなる。そして、冷却フィン４のベース部４ａをＸ線が垂直に透過するようにパワーモジュール２にＸ線を照射することにより、熱交換器１の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。これをパワーモジュール２の全体について見ると、パワーモジュール２の各部位におけるＸ線の透過距離の差は少なくなる。このため、この実施形態の熱交換器１によれば、櫛形タイプの冷却フィン４を備えた熱交換器１であっても、パワーモジュール２に使用して、Ｘ線検査によりボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。ここで、Ｘ線の透過距離は、熱交換器１やパワーモジュール２の各部位にて完全に均一化する必要はなく、多少の不均一ならフィン部４ｄの陰影は薄くなるため、ボイド１１の検出は可能である。

具体的に説明すると、図４に、上記矢印Ａ１，Ａ２に準ずる矢印Ｂ１，Ｂ２を示す。これら矢印Ｂ１，Ｂ２から明らかなように、両矢印Ｂ１，Ｂ２の実線部分の長さ、すなわち、パワーモジュール２におけるＸ線の透過距離は、互いにほぼ等しくなる。このことから、図１２で示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いてほぼ均一となり、ボイド１１を他と明確に区別して正確に検出することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の熱交換器をパワーモジュールに具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図５に、図３に準ずる図であって、パワーモジュール２を簡略化して正断面図により示す。この実施形態では、冷却フィン４及びケース３の構造の点で第１及び第２の実施形態と異なる。すなわち、この実施形態の冷却フィン４は、ベース部４ａの下面から複数のフィン部４ｄが互いに隙間９を置いて平行かつ垂直に突き出して形成される。また、ケース３の外側にて下壁３ｂには、複数の溝部１２が形成される。これら複数の溝部１２は、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄと平行に配置されると共に、ベース部４ａの垂直方向に複数のフィン部４ｄと重なるように配置され、フィン部４ｄと同じ幅Ｗ３を有する。

図５に示すように、Ｘ線検査に際して、接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、ＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３の上壁３ａ、冷却フィン４及びケース３の下壁３ｂを垂直に透過することとなる。ここでも、冷却フィン４のベース部４ａの下面では、フィン部４ｄのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態におけるパワーモジュール２の熱交換器１では、冷却フィン４がケース３に収容され、冷却フィン４のベース部４ａと平行に配置されるケース３の下壁３ｂに複数の溝部１２が形成される。これら複数の溝部１２は、ベース部４ａから互いに隙間９を置いて平行かつ垂直に突き出した複数のフィン部４ｄと、ベース部４ａの垂直方向に重なるように配置され、フィン部４ｄと同じ幅Ｗ３を有する。換言すると、これら複数の溝部１２は、冷却フィン４の複数の隙間９と、ベース部４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置される。従って、フィン部４ｄのある部位とない部位との間でベース部４ａの垂直方向における熱交換器１の肉厚の差が少なくなる。そして、冷却フィン４のベース部４ａをＸ線が垂直に透過するようにパワーモジュール２にＸ線を照射することにより、熱交換器１の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。これをパワーモジュール２の全体について見ると、パワーモジュール２の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。このため、この実施形態の熱交換器１によれば、櫛形タイプの冷却フィン４を備えた熱交換器１であっても、パワーモジュール２に使用して、Ｘ線検査によりボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。ここでも、Ｘ線の透過距離は、熱交換器１やパワーモジュール２の各部位にて完全に均一化する必要はなく、多少の不均一ならフィン部４ｄの陰影は薄くなるため、ボイド１１の検出は可能である。

具体的に説明すると、図５に、上記矢印Ａ１，Ａ２に準ずる矢印Ｃ１，Ｃ２を示す。これら矢印Ｃ１，Ｃ２から明らかなように、両矢印Ｃ１，Ｃ２の実線部分の長さ、すなわち、パワーモジュール２におけるＸ線の透過距離は、互いの差が少なくなる。このことから、図１２で示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いてほぼ均一となり、ボイド１１を他と明確に区別して正確に検出することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の熱交換器をパワーモジュールに具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図６に、図３に準ずる図であって、パワーモジュール２を簡略化して正断面図により示す。この実施形態では、熱交換器１が応力緩和材１３を含むことと、冷却フィン４の形状の点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態で、冷却フィン４は、第３実施形態の冷却フィン４と同じ構造を有する。ケース３の上壁３ａの上面には、冷却フィン４のベース部４ａと平行に配置される板状の応力緩和材１３が密着して固定される。この応力緩和材１３は、複数のフィン部４ｄと平行に配置されると共に、ベース部４ａの垂直方向に複数のフィン部４ｄと重なるように形成され、フィン部４ｄと同じ幅Ｗ４を有する複数の長孔１３ａを含む。

図６に示すように、Ｘ線検査に際して、接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、ＩＧＢＴ６、接合剤１０、応力緩和材１３、ケース３の上壁３ａ、冷却フィン４及びケース３の下壁３ｂを垂直に透過することとなる。ここでも、冷却フィン４のベース部４ａの下面では、フィン部４ｄのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態におけるパワーモジュール２の熱交換器１では、冷却フィン４のベース部４ａと平行に配置される板状の応力緩和材１３に複数の長孔１３ａが形成される。これら複数の長孔１３ａが、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄと平行に配置されると共に、ベース部４ａの垂直方向に複数のフィン部４ｄと重なるように形成され、フィン部４ｄと同じ幅Ｗ４を有する。換言すると、これら複数の長孔１３ａは、冷却フィン４の複数の隙間９と、ベース部４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置される。従って、フィン部４ｄのある部位とない部位との間で、ベース部４ａの垂直方向における熱交換器１の肉厚の差が少なくなる。そして、冷却フィン４のベース部４ａをＸ線が垂直に透過するようにパワーモジュール２にＸ線を照射することにより、熱交換器１の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。これをパワーモジュール２の全体として見ると、パワーモジュール２の各部位におけるＸ線の透過距離の差が少なくなる。このため、この実施形態の熱交換器１によれば、櫛形タイプの冷却フィン４を備えた熱交換器１であっても、パワーモジュール２に使用して、Ｘ線検査によりボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。ここで、Ｘ線の透過距離は、熱交換器１やパワーモジュール２の各部位にて完全に均一化する必要はなく、多少の不均一ならフィン部４ｄの陰影は薄くなるため、ボイド１１の検出は可能である。

具体的に説明すると、図６に、上記矢印Ａ１，Ａ２に準ずる矢印Ｄ１，Ｄ２を示す。これら矢印Ｄ１，Ｄ２から明らかなように、両矢印Ｄ１，Ｄ２の実線部分の長さ、すなわち、パワーモジュール２におけるＸ線の透過距離は、互いの差が少なくなる。このことから、図１２で示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いてほぼ均一となり、ボイド１２を他と明確に区別して正確に検出することができる。

［第５実施形態］
次に、本発明における熱交換器を備えたパワーモジュールのＸ線検査方法及びその検査方法に使用する治具を具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図７に、この実施形態の熱交換器１を備えたパワーモジュール２と、そのパワーモジュール２のＸ線検査方法を斜視図により示す。図８に、同じくパワーモジュール２を正断面図により示す。図７，８に示すように、このパワーモジュール２は、ケース３と、ケース３の中に収容された櫛形タイプの冷却フィン４と、ケース３に接合されたヒートスプレッダ５と、ヒートスプレッダ５に接合されたＩＧＢＴ６とを備える。この実施形態で、熱交換器１は、ケース３、冷却フィン４及びヒートスプレッダ５により構成される。ケース３と冷却フィン４の構成は、第４実施形態のそれと同じである。

この実施形態のＸ線検査方法は、パワーモジュール１の下側に治具１４を密着させて配置して行う。治具１４は、冷却フィン４に準ずる形状を有し、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄ及び複数の隙間９に対して凹凸の関係で嵌合可能な複数の模擬隙間１５及び複数の模擬フィン部１４ｂを含む。すなわち、治具１４は、平板状の模擬ベース部１４ａの下面から複数の模擬フィン部１４ｂが互いに隙間１５を置いて平行かつ垂直に突き出して形成される。また、冷却フィン４のフィン部４ｄ、冷却フィン４の隙間９、治具１４の模擬フィン部１４ｂ及び治具１４の模擬隙間１５の幅Ｗ５が互いに同じとなっている。また、この実施形態で、冷却フィン４の高さＨ１と、治具１４の高さＨ２は互いに同じである。

そして、Ｘ線検査に際して、図７，８に示すように、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄと治具１４の複数の模擬フィン部１４ｂとが、ベース部４ａ及び模擬ベース部１４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置されるように治具１４を位置決めする。換言すると、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄと治具１４の複数の模擬隙間１５とがベース部４ａ，１４ａの垂直方向に重なると共に、冷却フィン４の複数の隙間９と治具１４の複数の模擬フィン部１４ｂとがベース部４ａ，１４ａの垂直方向に重なるように治具１４を位置決めする。そして、パワーモジュール２と治具１４の両方にＸ線が透過するようにＸ線を照射する。

図９に、図３に準ずる図であって、パワーモジュール２を簡略化して正断面図により示す。図９に示すように、パワーモジュール２に対し、接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、ＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３の上壁３ａ、冷却フィン４、ケース３の下壁３ｂ及び治具１４を垂直に透過することとなる。ここでも、冷却フィン４のベース部４ａの下面にフィン部４ｄのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４の垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態のＸ線検査方法では、パワーモジュール２の下側に密着して治具１４が配置される。この治具１４は、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄ及び複数の隙間９に対して凹凸の関係で嵌合可能な複数の模擬隙間１５及び複数の模擬フィン部１４ｂを含む。そして、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄと治具１４の複数の模擬隙間１５とがベース部４ａ，１４ａの垂直方向に重なると共に、冷却フィン４の複数の隙間９と治具１４の複数の模擬フィン部１４ｂとがベース部４ａ，１４ａの垂直方向に重なるように治具１４が位置決めされる。従って、冷却フィン４のフィン部４ｄのある部位とない部位との間で、ベース部４ａの垂直方向におけるパワーモジュール２と治具１４を併せた肉厚の差がなくなる。そして、パワーモジュール２と治具１４の両方にＸ線が透過するようにＸ線を照射することにより、パワーモジュール２の各部位におけるＸ線の透過距離の差がなくなる。このため、この実施形態のＸ線検査方法によれば、櫛形タイプの冷却フィン４を含む熱交換器１を備えたパワーモジュール２であっても、ボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。

具体的に説明すると、図９に、上記矢印Ａ１，Ａ２に準ずる矢印Ｅ１，Ｅ２を示す。各矢印Ｅ１，Ｅ２の実線部分は、Ｘ線が透過するＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３、冷却フィン４及び治具１４の肉あり部分（物質部分）であり、各矢印Ｅ１，Ｅ２の破線部分は、Ｘ線が通る肉なし部分（空間部分）を意味する。これら矢印Ｅ１，Ｅ２から明らかなように、両矢印Ｅ１，Ｅ２の実線部分の長さ、すなわち、パワーモジュール２におけるＸ線の透過距離は、互いの差がなくなる。このことから、図１２で示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いて均一となり、ボイド１１を他と明確に区別して正確に検出することができる。

この実施形態によれば、治具１４は、冷却フィン４に準ずる形状を有し、冷却フィン４の複数のフィン部４ｄ及び複数の隙間９に対して凹凸の関係で嵌合可能な複数の模擬隙間１５及び複数の模擬フィン部１４ｂを含む。このため、この治具１４によれば、上記Ｘ線検査方法に有効に使用することができる。

［第６実施形態］
次に、本発明における熱交換器を備えたパワーモジュールのＸ線検査方法を具体化した第６実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１０に、図３に準ずる図であって、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを簡略化して正断面図により示す。この実施形態のＸ線検査方法では、前記第５実施形態とほぼ同じ構成を有する２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを準備する。一方のパワーモジュール２Ａは、熱交換器１Ａを構成するケース３Ａと冷却フィン４Ａとを含む。他方のパワーモジュール２Ｂは、熱交換器１Ｂを構成するケース３Ｂと冷却フィン４Ｂとを含む。ケース３Ａとケース３Ｂは、互いに同じ形状と寸法を有する。冷却フィン４Ａと冷却フィン４Ｂは、全体の形状は異なるものの、互いに同じ形状と寸法を有するフィン部４ｄと隙間９を備える。これら２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂの一方を他方の下側にて１８０°反転させ、互いに密着させて配置する。また、上側に配置したパワーモジュール２Ａの複数のフィン部４ｄと下側に配置したパワーモジュール２Ｂの複数のフィン部４ｄとが、ベース部４ａの垂直方向に重ならないように、平行にオフセットして配置されるように、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを位置決めする。換言すると、上側のパワーモジュール２Ａの複数のフィン部４ｄと下側のパワーモジュール２Ｂの複数の隙間９とがベース部４ａの垂直方向に重なると共に、上側のパワーモジュール２Ａの複数の隙間９と下側のパワーモジュール２Ｂの複数のフィン部４ｄとがベース部４ａの垂直方向に重なるように２個のパワーモジュール２Ａ，２Ｂを位置決めする。そして、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂの両方にＸ線が透過するようにＸ線を照射するようにしている。

図１０に示すように、Ｘ線検査に際して、各パワーモジュール２Ａ，２Ｂの接合剤１０の接合面とほぼ直交する方向にＸ線を照射することにより、Ｘ線は、上側のパワーモジュール２Ａに係るＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３Ａの上壁３ａ、冷却フィン４Ａ及びケース３Ａの下壁３ｂを垂直に透過すると共に、下側のパワーモジュール２Ｂに係るケース３Ｂの下壁３ｂ、冷却フィン４Ｂ、ケース３Ｂの上壁３ａ、接合剤１０及びＩＧＢＴ６を垂直に透過することとなる。ここでも、上下両方のパワーモジュール２Ａ，２Ｂにつき、冷却フィン４Ａ，４Ｂのベース部４ａでは、それらフィン部４ｄのある部位とない部位が存在し、見かけ上、冷却フィン４Ａ，４Ｂの垂直方向における肉厚が部位により異なる。

しかし、この実施形態のＸ線検査方法では、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂが準備され、その一方が他方の下側に配置される。また、上側のパワーモジュール２Ａの複数のフィン部４ｄと下側のパワーモジュール２Ｂの複数の隙間９とがベース部４ａの垂直方向に重なると共に、上側のパワーモジュール２Ａの複数の隙間９と下側のパワーモジュール２Ｂの複数のフィン部４ｄとがベース部４ａの垂直方向に重なるように２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂが位置決めされる。従って、各冷却フィン４Ａ，４Ｂにおけるフィン部４ｄのある部位とない部位との間でベース部４ａの垂直方向における２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを併せた肉厚の差がなくなる。そして、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂの両方にＸ線が透過するようにＸ線を照射することにより、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂの各部位におけるＸ線の透過距離の差がなくなる。このため、この実施形態のＸ線検査方法によれば、櫛形タイプの冷却フィン４Ａ，４Ｂを含む熱交換器１Ａ，１Ｂを備えたパワーモジュール２Ａ，２Ｂであっても、ボイド１１を正確に検出することができる。この意味で、ボイド１１の検査を精度良く行うことができる。

具体的に説明すると、図１０に、上記矢印Ａ１，Ａ２に準ずる矢印Ｆ１，Ｆ２を示す。各矢印Ｆ１，Ｆ２の実線部分は、Ｘ線が透過する上側のパワーモジュール２Ａに係るＩＧＢＴ６、接合剤１０、ケース３Ａ及び冷却フィン４Ａ、並びに、下側のパワーモジュール２Ｂに係るケース３Ａ、冷却フィン４Ａ、接合剤１０及びＩＧＢＴ６の肉あり部分（物質部分）であり、各矢印Ｆ１，Ｆ２の破線部分は、Ｘ線が通る肉なし部分（空間部分）を意味する。これら矢印Ｆ１，Ｆ２から明らかなように、両矢印Ｆ１，Ｆ２の実線部分の長さ、すなわち、２つのパワーモジュール２Ａ，２ＢにおけるＸ線の透過距離は、互いの差がなくなる。このことから、図１２で示したと同様、Ｘ線の透過画像の陰影がボイド１１を除いて均一となり、ボイド１１を他と明確に区別して正確に検出することができる。

この実施形態では、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを同時にＸ線検査することができる。このため、１つずつ個別にＸ線検査する場合に比べて、Ｘ線検査の所要時間を短縮することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することができる。

（１）前記第２実施形態では、冷却フィン４につき、平板状のベース部４ａの下面から複数のフィン部４ｄを等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部４ａから斜めに突き出すように形成した。これに対し、冷却フィンにつき、平板状のベース部の上面から複数のフィン部を等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部から斜めに突き出すように形成したり、冷却フィンにつき、平板状のベース部の上面及び下面の両方から複数のフィン部を等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部から斜めに突き出すように形成したりすることもできる。

（２）前記第３〜第６の実施形態では、冷却フィン４につき、平板状のベース部４ａの下面から複数のフィン部４ｄを等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部４ａから垂直に突き出すように形成した。これに対し、冷却フィンにつき、平板状のベース部の上面から複数のフィン部を等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部から垂直に突き出すように形成したり、冷却フィンにつき、平板状のベース部の上面及び下面の両方から複数のフィン部を等間隔を置いて互いに平行に、かつベース部から垂直に突き出すように形成したりすることもできる。

（３）前記第３実施形態では、ケース３の下壁３ｂに複数の溝部１２を形成したが、ケースの上壁に複数の溝部を形成したり、ケースの上壁及び下壁の両方に複数の溝部を形成したりしてもよい。

（４）前記第４実施形態では、ケース３の上壁３ａに設けた応力緩和材１３に複数の長孔１３ａを形成したが、ケースの下壁に設けた応力緩和材に複数の長孔を形成したり、ケースの上壁及び下壁の両方に設けた応力緩和材に複数の長孔を形成したりしてもよい。

（５）前記第６実施形態では、同じ構成を有する２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを２つ準備し、それら２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂの一方を他方の下側にて互いに密着させて配置した。また、上側のパワーモジュール２Ａの複数のフィン部４ｄと下側のパワーモジュール２Ｂの複数の隙間９とが垂直方向に重なると共に、上側のパワーモジュール２Ａの複数の隙間９と下側のパワーモジュール２Ｂの複数のフィン部４ｄとが垂直方向に重なるように、２つのパワーモジュール２Ａ，２Ｂを位置決めした。これに対し、パワーモジュールを２つ以外の偶数個（例えば、「４つ」又は「６つ」等）準備し、それら偶数個のパワーモジュールを上下に積み上げて配置し、互いに隣接する上側のパワーモジュールの複数のフィン部と下側のパワーモジュールの複数の隙間とが垂直方向に重なると共に、上側のパワーモジュールの複数の隙間と下側のパワーモジュールの複数のフィン部とが垂直方向に重なるように、偶数個のパワーモジュールを位置決めするようにしてもよい。

この発明は、電気自動車のためのパワーモジュールに使用される熱交換器に利用でき、この種のパワーモジュールについて、接合剤中のボイドを検査するために利用できる。

１ 熱交換器
１Ａ 熱交換器
１Ｂ 熱交換器
２ パワーモジュール
２Ａ パワーモジュール
２Ｂ パワーモジュール
３ ケース
３Ａ ケース
３Ｂ ケース
３ａ 上壁
３ｂ 下壁
４ 冷却フィン
４Ａ 冷却フィン
４Ｂ 冷却フィン
４ａ ベース部
４ｂ フィン部
４ｃ フィン部
４ｄ フィン部
４ｄ１ フィン部
４ｄ２ フィン部
４ｅ 先端
４ｆ 基端
６ ＩＧＢＴ（半導体素子）
９ 隙間
９ａ 隙間
９ｂ 隙間
１０ 接合剤
１１ ボイド
１２ 溝部
１３ 応力緩和材
１３ａ 長孔
１４ 治具
１４ｂ 模擬フィン部
１５ 模擬隙間
Ｗ１ 幅
Ｗ２ 幅
Ｗ３ 幅
Ｗ４ 幅
Ｗ５ 幅

Claims (1)

1. 平板状のベース部の上面及び下面の少なくとも一方から複数のフィン部が互いに隙間を置いて平行かつ斜めに突き出してなる冷却フィンを備えた熱交換器であって、
   前記冷却フィンは、前記複数のフィン部につき、隣り合う一方のフィン部の先端と他方のフィン部の基端とが同じ幅を有すると共に、前記ベース部の前記上面及び前記下面と直交する方向に重なるように配置されることを特徴とする熱交換器。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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