JP6460921B2 - 電力半導体装置用冷却装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明の実施の形態1による電力半導体装置用冷却装置の断面図であり、図2は図1の電力半導体装置用冷却装置及び電力半導体装置の上面図である。図3は図1の冷却器の上面図であり、図4は図1の冷却器の断面図である。電力半導体装置用冷却装置1は電力半導体装置6を冷却する冷却装置である。電力半導体装置用冷却装置1は、冷却フィンベース3と冷却器9を備える。電力半導体装置6は、放熱グリース7を介して冷却フィンベース3に搭載され、ボルト8で冷却フィンベース3に固定される。冷却器9は、冷却器本体4と、冷却器本体4の所定の位置に設けられた溝部4mに溶着された金属材2a、2bを備える。冷却フィンベース3と冷却器9は、接合材5により金属接合されている。冷却フィンベース3と冷却器9とが接合材5で金属接合されることにより、冷媒が流れる複数の冷媒流路1Rが、冷媒漏れを防止するように冷却器9に形成される。なお、図1〜4に、冷媒の入力管及び出力管は省略した。
実施の形態2では、実施の形態1と異なる電力半導体装置用冷却装置1の製造方法について説明する。実施の形態1では、冷却器9は、所定の位置に金属材2を内包してインサート成形される例を述べた。しかし、金属材2は冷却器本体4の所定の位置に設けられた4mに勘合させ、溶着しても良い。そのようにすることで、金属材2における冷却フィンベース3及び冷却フィン3fとの接合面(露出部)に、インサート成形の際の樹脂が付着する懸念が無くなる。したがって、金属材2を冷却フィンベース3に高信頼に接合できる。
す拡大図であり、勾配を付けた場合の図14の破線で示した領域42の拡大図である。溝部4mの底部に対する4mの側面4msの勾配と金属材2a、2bの最下面に対する金属材2a、2bの側面2sの勾配を等しくした上で、溝部4mの寸法と金属材2a、2bの寸法を、式(1)と式(2)が同時に成り立つようにすることで、溝部4mと金属材2a、2bを隙間なく密着させ、溶着することができる。溝部4mの底部の幅を幅4mlw、溝部4mの最上部の幅を幅4muwとし、金属材2a、2bの最下面の幅を幅2lw、金属材2a、2bの最上面の幅を幅2uwとする。溝部4wの深さを深さ4mhとし、金属材2a、2bの厚さを厚さ2hとする。
2lw < 4mlw < 2uw < 4muw ・・・(2)
ただし、4mlwは2lwに比べて0.1〜0.5mm、4muwは2uwに比べて0.1〜0.5mm、大きい程度である。なお、図15では金属材2aを例にして溝部4mの寸法と金属材2aの寸法を記載したが、金属材2bについても同様である。
上述した実施の形態1及び2においては、冷却フィンベース3の冷却フィン3fの先端を冷却器9の冷媒流路1Rを形成する面の一部に内包された金属材2a、2bに金属接合し、冷却フィン3fの放熱性能を最大限に高めると同時に、電力半導体装置用冷却装置1を軽量化する方法について説明した。
上述した実施の形態1〜3においては、冷却器本体4に一部を露出して内包した金属材2と冷却フィンベース3を接合材5で金属接合することで、冷媒流路1Rを封止する方法について説明した。本実施の形態では、金属材2の構造を工夫することで、電力半導体装置用冷却装置の耐圧性をさらに向上させる方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、金属材2の構造にあり、電力半導体装置6および、放熱グリース7、ボルト8に係る事項、および、電力半導体装置用冷却装置1の製造方法に係る事項は実施の形態1〜3と同様である。そこで、金属材2の構造に関する構成以外の部分については、説明を省略し、金属材2の構造に特化して説明する。
上述した実施の形態1〜4においては、冷却器本体4に一部が露出して内包された金属材2と冷却フィンベース3を接合材5で金属接合し、封止された冷媒流路1Rを形成する方法について説明した。本実施の形態では、実施の形態1〜4に比べて低コストで、簡便に電力半導体装置用冷却装置を製造する方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、冷却器9の構造と電力半導体装置用冷却装置1の製造方法にあり、冷却フィン3fを含む冷却フィンベース3、電力半導体装置6および、放熱グリース7、ボルト8に係る事項は実施の形態1〜4と同様である。そこで、冷却器9の構造と電力半導体装置用冷却装置1の製造方法に特化して説明する。
図27は、本発明の実施の形態6による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。実施の形態6の電力半導体装置用冷却装置1は、実施の形態5の電力半導体装置用冷却装置1における金属材2bを分割し、複数の金属材2bを有する冷却器9を備えた例である。図27に示すように、冷却フィン3fの先端と溶着する金属材2bを、冷却フィン3fごとに分割することで、電力半導体装置用冷却装置1における樹脂材で構成される部分の比率を増加させることができる。また、実施の形態6の電力半導体装置用冷却装置1は、金属材2の使用量を必要最小限にすることができる。したがって、実施の形態6の電力半導体装置用冷却装置1は、実施の形態5の電力半導体装置用冷却装置1に比べて、さらに軽量化することができる。図27では、冷却フィンベース3の冷却フィン3fが4つあり、金属材2bが冷却フィン3fと同数の4つある例を示した。
上述した実施の形態5、6においては、冷却器本体4に金属材2a、2bを内包し、金属材2a、2bの上部における冷却器9と冷却フィンベース3が接触する箇所およびその周辺で、冷却器9と冷却フィンベース3とを溶着し、接合材5を用いずに冷媒流路1Rを形成することで、低コストかつ簡便に電力半導体装置用冷却装置を実現できる方法を示した。本実施の形態では、実施の形態5、6に比べてさらに簡便に電力半導体装置用冷却装置を製造する方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、冷却フィンベース3と冷却器本体4の構造、および電力半導体装置用冷却装置1の製造方法にあり、電力半導体装置6および、放熱グリース7、ボルト8に係る事項は実施の形態1〜6と同様である。そこで、冷却フィンベース3、冷却器本体4の構造と電力半導体装置用冷却装置1の製造方法に特化して説明する。本実施の形態では、冷却フィンベース3、冷却器本体4の構造を工夫することで、実施の形態5、6に比べて、電力半導体装置用冷却装置の製造工程を簡略化する方法について説明する。
Claims (19)
- 電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に冷却フィンが設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィンを覆う冷却器を備え、
前記冷却器は、
少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体と、
前記冷却器本体における前記冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却器本体における前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに、一部が露出するように溶着された金属材と、を有し、
前記金属材は、前記外縁部に対向する前記冷却フィンベースの外周部及び前記冷却フィンの先端に金属接合されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。 - 電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に冷却フィンが設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィンを覆う冷却器を備え、
前記冷却器は、
少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体と、
前記冷却器本体における前記冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却器本体における前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに配置され、前記樹脂材で覆われた金属材と、を有し、
前記金属材は、前記外縁部に対向する前記冷却フィンベースの外周部及び前記冷却フィンの先端に、前記冷却器本体の前記樹脂材によって溶着されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。 - 前記冷却器本体は、前記金属材の一部が露出するように前記樹脂材により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記金属材は、前記冷却器本体に設けられた溝部に溶着されていることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却フィンベースは複数の前記冷却フィンを有し、
前記冷却器は、前記冷却器本体の前記収納部底に前記冷却フィンと同数の前記金属材を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電力半導体装置用冷却装置。 - 前記金属材は、前記外縁部から前記収納部底まで一続きに形成されると共に前記外縁部及び前記収納部底に前記冷却フィンの延伸方向に厚く形成された金属材厚部を有し、かつ前記冷却フィンを覆うように前記冷却器本体に溶着されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却フィンを含む前記冷却フィンベース及び前記金属材のいずれか一方、または両方が磁性体から構成されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却器本体の前記外縁部に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンベースの前記外周部側の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1から3、及び5のいずれか1項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却器本体の前記収納部底に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンの先端側の幅よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記金属材の前記金属材厚部は、当該金属材厚部の底の幅が当該金属材厚部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却器本体の前記外縁部に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンベースの前記外周部側の幅よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却器本体の前記収納部底に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンの先端側の幅よりも小さいことを特徴とする請求項11に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に、複数の冷却フィン及び冷媒流路が設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィン及び前記冷媒流路を覆う冷却器を備え、
前記冷媒流路は、複数の前記冷却フィンと、前記冷却フィンの先端及び前記冷却フィンベースの外周部を接続するケースとにより形成され、
前記冷却フィンベースは、前記外周部における前記ケースの外側に凸形状の第一凸部を有し、
前記冷却器は、少なくとも一部が樹脂材により構成され、前記樹脂材が前記冷却フィン、前記冷媒流路、及び前記第一凸部を覆うように形成されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。 - 前記冷却フィンベースは、前記ケースにおける前記冷却フィンの先端が接続された底部外周面に凸形状の第二凸部を有し、
前記底部外周面の前記第二凸部は、前記冷却器の前記樹脂材により覆われていることを特徴とする請求項13に記載の電力半導体装置用冷却装置。 - 前記冷却フィンベースにおける前記外周部に設けられた前記第一凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第一凸部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項13または14に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記冷却フィンベースにおける前記外周部に設けられた前記第一凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第一凸部の根本の幅よりも大きく、
前記冷却フィンベースにおける前記底部外周面に設けられた前記第二凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第二凸部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項14に記載の電力半導体装置用冷却装置。 - 前記電力用半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項17に記載の電力半導体装置用冷却装置。
- 請求項2に記載の電力半導体装置用冷却装置の製造方法であって、
前記金属材が冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに配置され、インサート成形によって前記金属材を樹脂材で覆うように冷却器が形成される冷却器形成工程と、
前記冷却フィンの先端を前記金属材が内包された前記収納部底に接触させ、外周部を他の前記金属材が内包された前記外縁部に接触するように、前記冷却フィンベースが前記冷却器に配置される冷却フィンベース搭載工程と、
前記冷却器の前記金属材が誘導加熱によって加熱され、前記冷却器と前記冷却フィンベースとが前記樹脂材によって溶着される溶着工程と、を含むことを特徴とする電力半導体装置用冷却装置の製造方法。
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