JPH11126870A - フィン一体型放熱板及びその製造方法 - Google Patents
フィン一体型放熱板及びその製造方法Info
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- JPH11126870A JPH11126870A JP9288938A JP28893897A JPH11126870A JP H11126870 A JPH11126870 A JP H11126870A JP 9288938 A JP9288938 A JP 9288938A JP 28893897 A JP28893897 A JP 28893897A JP H11126870 A JPH11126870 A JP H11126870A
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- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱板とフィンとの接合の必要がなく、かつ
フィンの強度の高い放熱性の優れたフィン一体型放熱板
を提供する。 【解決手段】 放熱板１と同一の金属基複合材料によっ
て、フィン１１を放熱板１と共に一体形成する。これに
より、強度、放熱性が高いフィン１１が一体となった放
熱板１が形成される。フィン１１を一体とする場合、フ
ィン１１が複雑な形状をしているため、通常鋳造に用い
る鋼製容器等だけでは放熱板１の成形が困難となる。こ
のため、フィン１１を形成する部分においては塩化ナト
リウムで構成された成形容器を型として用い、鋳造後に
鋼製容器から成形容器と共に放熱板１を取り出し、さら
に成形容器を水等の溶媒で除去すれば、塩化ナトリウム
の易溶解性又は易崩壊性によってフィン１１を一体とし
た放熱板１が容易に製造できる。
フィンの強度の高い放熱性の優れたフィン一体型放熱板
を提供する。 【解決手段】 放熱板１と同一の金属基複合材料によっ
て、フィン１１を放熱板１と共に一体形成する。これに
より、強度、放熱性が高いフィン１１が一体となった放
熱板１が形成される。フィン１１を一体とする場合、フ
ィン１１が複雑な形状をしているため、通常鋳造に用い
る鋼製容器等だけでは放熱板１の成形が困難となる。こ
のため、フィン１１を形成する部分においては塩化ナト
リウムで構成された成形容器を型として用い、鋳造後に
鋼製容器から成形容器と共に放熱板１を取り出し、さら
に成形容器を水等の溶媒で除去すれば、塩化ナトリウム
の易溶解性又は易崩壊性によってフィン１１を一体とし
た放熱板１が容易に製造できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複合材を用いたフ
ィン付き放熱板及びその製造方法に関する。
ィン付き放熱板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、複合材料を用いた放熱板が着目さ
せれており、冷却効率が高いフィン付きの放熱板の製造
が望まれている。従来における、フィン付きの放熱板を
図７に示す。従来では、図７に示すように、炭化珪素等
を分散材とした金属基複合材料で形成した放熱板３１と
アルミニウム合金で形成したフィン３０とを貼り合わせ
ることにより、放熱板３１とフィン３０を一体構造とし
ている。
せれており、冷却効率が高いフィン付きの放熱板の製造
が望まれている。従来における、フィン付きの放熱板を
図７に示す。従来では、図７に示すように、炭化珪素等
を分散材とした金属基複合材料で形成した放熱板３１と
アルミニウム合金で形成したフィン３０とを貼り合わせ
ることにより、放熱板３１とフィン３０を一体構造とし
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放熱板
３１とフィン３０を別体で形成しているため、フィン３
０を放熱板３１に接合するためのコストが必要となるこ
と、接合界面（グリース使用）によって放熱効率が低下
すること、フィン３０をアルミニウム合金で形成してい
るため、フィン３０の強度が放熱板３１に比べて弱いこ
と、フィン３０の放熱効率が放熱板に比べて悪いこと等
の問題がある。
３１とフィン３０を別体で形成しているため、フィン３
０を放熱板３１に接合するためのコストが必要となるこ
と、接合界面（グリース使用）によって放熱効率が低下
すること、フィン３０をアルミニウム合金で形成してい
るため、フィン３０の強度が放熱板３１に比べて弱いこ
と、フィン３０の放熱効率が放熱板に比べて悪いこと等
の問題がある。
【０００４】これらの問題を解決するために、高圧鋳造
によって、強度、放熱効率が高い放熱板の材料にて放熱
板と共にフィンを一体形成することが考えられる。な
お、本発明における高圧鋳造とは、所定のキャビティを
有する型内に分散材を充填した後、分散材間に溶湯金属
を加圧浸透させることで、複合材料による所定形状の放
熱板を製造する方法である。
によって、強度、放熱効率が高い放熱板の材料にて放熱
板と共にフィンを一体形成することが考えられる。な
お、本発明における高圧鋳造とは、所定のキャビティを
有する型内に分散材を充填した後、分散材間に溶湯金属
を加圧浸透させることで、複合材料による所定形状の放
熱板を製造する方法である。
【０００５】その１つの方法として、高圧鋳造で形成す
る放熱板の厚さをフィンの高さも考慮した厚さにしてお
き、後からこの放熱板を加工することによってフィン部
分を形成すれば、フィン付きの放熱板を形成することが
できる。しかしながら、複合材料は非常に硬く、難加工
性のものであるため、２次加工によるコストが大になる
という問題が発生する。
る放熱板の厚さをフィンの高さも考慮した厚さにしてお
き、後からこの放熱板を加工することによってフィン部
分を形成すれば、フィン付きの放熱板を形成することが
できる。しかしながら、複合材料は非常に硬く、難加工
性のものであるため、２次加工によるコストが大になる
という問題が発生する。
【０００６】このため、鋳造時にフィンが付いた放熱板
をそのまま形成することが要求される。しかしながら、
高圧鋳造で通常用いられる鋼やセラミックス製の成形容
器は硬く、複雑な形状に成形することが困難であり、ま
た鋳造後において放熱板を成形容器から取り出すのも困
難であるという問題がある。本発明は上記問題に鑑みた
もので、放熱板とフィンとを接合する必要がなく、かつ
フィンの強度の高いフィン一体型放熱板及びその製造方
法を提供することを第１の目的とする。
をそのまま形成することが要求される。しかしながら、
高圧鋳造で通常用いられる鋼やセラミックス製の成形容
器は硬く、複雑な形状に成形することが困難であり、ま
た鋳造後において放熱板を成形容器から取り出すのも困
難であるという問題がある。本発明は上記問題に鑑みた
もので、放熱板とフィンとを接合する必要がなく、かつ
フィンの強度の高いフィン一体型放熱板及びその製造方
法を提供することを第１の目的とする。
【０００７】また、鋳造後において表面加工などの必要
がなく鋳造のみでフィン一体型放熱板を形成できる製造
方法を提供することを第２の目的とする。
がなく鋳造のみでフィン一体型放熱板を形成できる製造
方法を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発
明においては、放熱板（１）はセラミックス分散材（１
６）を用いた金属基複合材料（１７）によって形成され
ており、フィン（１１）は放熱板（１）と共に一体とな
って金属基複合材料（１７）で形成されていることを特
徴としている。
め、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発
明においては、放熱板（１）はセラミックス分散材（１
６）を用いた金属基複合材料（１７）によって形成され
ており、フィン（１１）は放熱板（１）と共に一体とな
って金属基複合材料（１７）で形成されていることを特
徴としている。
【０００９】このように、フィン（１１）を放熱板
（１）を形成する際に用いる金属基複合材料（１７）に
よって放熱板（１）と共に一体形成すれば、フィン（１
１）を放熱板（１）に接合する必要がなくなる。また、
接合界面がなくなることにより放熱特性が向上する。加
えて、フィン（１１）を直接放熱板（１）に貼付けられ
るので、薄型化が可能である。さらに、金属基複合材料
（１７）という強度、熱伝導率が高いものにすることが
できるためフィン（１１）の耐久性、放熱性を向上させ
ることができる。
（１）を形成する際に用いる金属基複合材料（１７）に
よって放熱板（１）と共に一体形成すれば、フィン（１
１）を放熱板（１）に接合する必要がなくなる。また、
接合界面がなくなることにより放熱特性が向上する。加
えて、フィン（１１）を直接放熱板（１）に貼付けられ
るので、薄型化が可能である。さらに、金属基複合材料
（１７）という強度、熱伝導率が高いものにすることが
できるためフィン（１１）の耐久性、放熱性を向上させ
ることができる。
【００１０】請求項２に記載の発明においては、放熱板
（１）のうち電気素子（３、４）を配置する側の面に、
電気素子（３、４）と放熱板（１）とを電気的に絶縁す
る絶縁基板（５）が鋳ぐるまれていることを特徴として
いる。このように、放熱板（１）に絶縁基板（５）を鋳
ぐるむことにより、放熱板（１）に絶縁基板（５）を接
合する必要がなくなるため、接合工程を簡略化できる。
さらに、接合材料を必要としないため、従来問題とされ
た接合材料部での破壊はなくなる。そしてまた、放熱板
（１）と絶縁基板（５）の全体的な薄型化が図れる。
（１）のうち電気素子（３、４）を配置する側の面に、
電気素子（３、４）と放熱板（１）とを電気的に絶縁す
る絶縁基板（５）が鋳ぐるまれていることを特徴として
いる。このように、放熱板（１）に絶縁基板（５）を鋳
ぐるむことにより、放熱板（１）に絶縁基板（５）を接
合する必要がなくなるため、接合工程を簡略化できる。
さらに、接合材料を必要としないため、従来問題とされ
た接合材料部での破壊はなくなる。そしてまた、放熱板
（１）と絶縁基板（５）の全体的な薄型化が図れる。
【００１１】なお、請求項３に示すように、絶縁基板
（５）の材質が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である場合
には、セラミックス分散材（１６）として炭化珪素を用
いると、絶縁基板（５）と放熱板（１）との熱膨張率の
差を小さくできるため、熱膨張率の相違による放熱基板
の反りを抑制することができる。さらに、絶縁基板
（５）と放熱板（１）との密着性を向上させるために両
者の間に銅材を配置するのが好適である。
（５）の材質が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である場合
には、セラミックス分散材（１６）として炭化珪素を用
いると、絶縁基板（５）と放熱板（１）との熱膨張率の
差を小さくできるため、熱膨張率の相違による放熱基板
の反りを抑制することができる。さらに、絶縁基板
（５）と放熱板（１）との密着性を向上させるために両
者の間に銅材を配置するのが好適である。
【００１２】請求項４に記載の発明においては、放熱板
（１）には、水溶性塩、金属、金属粉末成形体、金属発
砲体、金属繊維織物、金属繊維不織布、炭素又はホウ素
窒化物繊維、炭素又はホウ素窒化物繊維の織物の不織
布、炭素又はホウ素窒化粉末成形体の少なくとも１つで
構成されたボルト穴形成用部材が鋳ぐるまれており、こ
のボルト穴形成用部材にボルト穴が形成されていること
を特徴としている。
（１）には、水溶性塩、金属、金属粉末成形体、金属発
砲体、金属繊維織物、金属繊維不織布、炭素又はホウ素
窒化物繊維、炭素又はホウ素窒化物繊維の織物の不織
布、炭素又はホウ素窒化粉末成形体の少なくとも１つで
構成されたボルト穴形成用部材が鋳ぐるまれており、こ
のボルト穴形成用部材にボルト穴が形成されていること
を特徴としている。
【００１３】放熱板（１）は金属基複合材料（１７）で
構成されているため、加工が困難である。このため、放
熱板（１）を鋳造する際に予め金属基複合材料（１７）
よりも加工の容易なボルト穴形成用部材（１５）を鋳ぐ
るんでおき、このボルト穴形成用部材（１５）にボルト
穴（１０）を形成するようにすれば、容易にボルト穴
（１０）を形成することができる。
構成されているため、加工が困難である。このため、放
熱板（１）を鋳造する際に予め金属基複合材料（１７）
よりも加工の容易なボルト穴形成用部材（１５）を鋳ぐ
るんでおき、このボルト穴形成用部材（１５）にボルト
穴（１０）を形成するようにすれば、容易にボルト穴
（１０）を形成することができる。
【００１４】請求項５に記載の発明においては、放熱板
（１）の外周には、冷媒を循環させる容器と組み合わせ
るための凹形状、又は凸形状のシール部分が備えられて
いること特徴としている。このように、放熱板（１）の
外周に、凹形状又は凸形状のシール部分を設けておくこ
とにより、放熱板（１）を冷媒を循環させる容器に接合
したときのシール性を確保することができる。
（１）の外周には、冷媒を循環させる容器と組み合わせ
るための凹形状、又は凸形状のシール部分が備えられて
いること特徴としている。このように、放熱板（１）の
外周に、凹形状又は凸形状のシール部分を設けておくこ
とにより、放熱板（１）を冷媒を循環させる容器に接合
したときのシール性を確保することができる。
【００１５】請求項６乃至１０に記載の発明において
は、易溶解性又は易崩壊性を有する材質で構成され、フ
ィン（１１）を形成するための形状をした成形容器（１
３）を、型（１４）内に設置して、放熱板（１）及びフ
ィン（１１）を形成するための内部空間を型（１４）内
に形成する工程と、型（１４）内の内部空間に金属基複
合材料（１７）を形成する工程と、成形容器（１３）と
共に金属基複合材料を型（１４）から取り出す工程と、
成形容器（１３）を除去する工程等によってフィン一体
型放熱板を製造することを特徴としている。
は、易溶解性又は易崩壊性を有する材質で構成され、フ
ィン（１１）を形成するための形状をした成形容器（１
３）を、型（１４）内に設置して、放熱板（１）及びフ
ィン（１１）を形成するための内部空間を型（１４）内
に形成する工程と、型（１４）内の内部空間に金属基複
合材料（１７）を形成する工程と、成形容器（１３）と
共に金属基複合材料を型（１４）から取り出す工程と、
成形容器（１３）を除去する工程等によってフィン一体
型放熱板を製造することを特徴としている。
【００１６】このように、易溶解性又は易崩壊性を有す
る材質の成形容器（１３）を用いた場合には、鋳造後に
おける放熱板（１）の取り出しを容易に行うことがで
き、フィン（１１）等の複雑な構造の部分を製造するも
可能である。なお、請求項７に示すように、型（１４）
内の、成形容器（１３）を設置した面の反対側の面に、
電気素子（３、４）と放熱板（１）とを絶縁するための
絶縁基板（５）を設置しておけば、絶縁基板（５）を放
熱板（１）に接合する必要がなくなるため、接合するた
めの工程を少なくできるとともに、全体の薄型化を図る
ことができる。
る材質の成形容器（１３）を用いた場合には、鋳造後に
おける放熱板（１）の取り出しを容易に行うことがで
き、フィン（１１）等の複雑な構造の部分を製造するも
可能である。なお、請求項７に示すように、型（１４）
内の、成形容器（１３）を設置した面の反対側の面に、
電気素子（３、４）と放熱板（１）とを絶縁するための
絶縁基板（５）を設置しておけば、絶縁基板（５）を放
熱板（１）に接合する必要がなくなるため、接合するた
めの工程を少なくできるとともに、全体の薄型化を図る
ことができる。
【００１７】請求項９に示すように、成形容器（１３）
としては、塩化ナトリウム等の塩を用いることができ
る。すなわち、塩化ナトリウム等の塩は、ある程度高温
でも分解や溶融することがなく安定に存在すると共に、
溶媒に溶けやすい易溶解性を有しているため、成形容器
（１３）として好適である。また、請求項１０に示すよ
うに、金属基複合材料（１７）に用いる金属としてアル
ミニウム合金を用いた場合、アルミニウム合金の融点が
塩化ナトリウムの融点よりも低いことから、塩化ナトリ
ウム等の塩を成形容器（１３）として用いても、アルミ
ニウムの溶融温度で成形容器（１３）が分解や溶融する
ことがないため、好適である。
としては、塩化ナトリウム等の塩を用いることができ
る。すなわち、塩化ナトリウム等の塩は、ある程度高温
でも分解や溶融することがなく安定に存在すると共に、
溶媒に溶けやすい易溶解性を有しているため、成形容器
（１３）として好適である。また、請求項１０に示すよ
うに、金属基複合材料（１７）に用いる金属としてアル
ミニウム合金を用いた場合、アルミニウム合金の融点が
塩化ナトリウムの融点よりも低いことから、塩化ナトリ
ウム等の塩を成形容器（１３）として用いても、アルミ
ニウムの溶融温度で成形容器（１３）が分解や溶融する
ことがないため、好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。フィン一体型放熱板（以下、放熱板
という）１を備えたインバータ駆動用のパワーモジュー
ル２の模式的な断面図を図１に示す。パワーモジュール
２は、スイッチング素子である複数のＩＧＢＴ３によっ
て構成されており、スイッチング動作を行う。また、パ
ワーモジュール１は、フライホイールダイオード（以
下、ＦＲＤという）４を備えており、このＦＲＤ４によ
ってＩＧＢＴ３は双方向のスイッチング動作を行うこと
ができるようになっている。そして、これらＩＧＢＴ３
とＦＲＤ４が一組づつ、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）か
らなる複数の絶縁基板５のそれぞれの上にはんだ６を介
して配置されると共に、絶縁基板５に備えられた銅配線
７等にワイヤボンディングされて、パワーモジュール２
が構成されている。
について説明する。フィン一体型放熱板（以下、放熱板
という）１を備えたインバータ駆動用のパワーモジュー
ル２の模式的な断面図を図１に示す。パワーモジュール
２は、スイッチング素子である複数のＩＧＢＴ３によっ
て構成されており、スイッチング動作を行う。また、パ
ワーモジュール１は、フライホイールダイオード（以
下、ＦＲＤという）４を備えており、このＦＲＤ４によ
ってＩＧＢＴ３は双方向のスイッチング動作を行うこと
ができるようになっている。そして、これらＩＧＢＴ３
とＦＲＤ４が一組づつ、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）か
らなる複数の絶縁基板５のそれぞれの上にはんだ６を介
して配置されると共に、絶縁基板５に備えられた銅配線
７等にワイヤボンディングされて、パワーモジュール２
が構成されている。
【００１９】このように構成されるパワーモジュール２
の下部に、セラミックス分散材を用いた金属基複合材料
で構成される放熱板１が備えられており、この放熱板１
によってパワーモジュール２が発生する熱の放熱を行う
ようになっている。複数の絶縁基板５は、それぞれの間
が所定の間隔づつ開くように配置された状態で放熱板１
に接合されている。具体的には、複数の絶縁基板５は、
放熱板１を鋳造する際に、放熱板１内に鋳ぐるまれて一
体接合されている。そして、これにより放熱板１とパワ
ーモジュール２が一体となっている。
の下部に、セラミックス分散材を用いた金属基複合材料
で構成される放熱板１が備えられており、この放熱板１
によってパワーモジュール２が発生する熱の放熱を行う
ようになっている。複数の絶縁基板５は、それぞれの間
が所定の間隔づつ開くように配置された状態で放熱板１
に接合されている。具体的には、複数の絶縁基板５は、
放熱板１を鋳造する際に、放熱板１内に鋳ぐるまれて一
体接合されている。そして、これにより放熱板１とパワ
ーモジュール２が一体となっている。
【００２０】図２（ａ）、（ｂ）に、絶縁基板５を鋳ぐ
るんだ放熱板１の上面斜視図と下面斜視図を示す。但
し、図２では、簡略化のため絶縁基板５が２枚設けられ
たものを示す。図２（ａ）に示すように、絶縁基板５
（図中の斜線部分）は、放熱板１の上部に配され、放熱
板１の上面と同一平面を形成するように鋳ぐるまれてい
る。この絶縁基板５が配されていない部分からなる放熱
板１の４隅に、固定用のネジ穴１０が形成されている。
このネジ穴１０は、放熱板１を形成する際に、その４隅
に鋳ぐるんだ金属部材を用いて形成されている。
るんだ放熱板１の上面斜視図と下面斜視図を示す。但
し、図２では、簡略化のため絶縁基板５が２枚設けられ
たものを示す。図２（ａ）に示すように、絶縁基板５
（図中の斜線部分）は、放熱板１の上部に配され、放熱
板１の上面と同一平面を形成するように鋳ぐるまれてい
る。この絶縁基板５が配されていない部分からなる放熱
板１の４隅に、固定用のネジ穴１０が形成されている。
このネジ穴１０は、放熱板１を形成する際に、その４隅
に鋳ぐるんだ金属部材を用いて形成されている。
【００２１】そして、図２（ｂ）に示すように、放熱板
１の裏面、特に絶縁基板５の裏面に相当する部分には、
突起形状で構成された５０本のフィン１１が備えられて
いる。このフィン１１の部分を水等の冷媒の流路内に浸
すことで、フィン１１に伝導された熱を冷媒に放熱する
という熱交換を行う。なお、図１及び図２に、冷媒とし
て水を用いた場合の水の流れを矢印にて示す。
１の裏面、特に絶縁基板５の裏面に相当する部分には、
突起形状で構成された５０本のフィン１１が備えられて
いる。このフィン１１の部分を水等の冷媒の流路内に浸
すことで、フィン１１に伝導された熱を冷媒に放熱する
という熱交換を行う。なお、図１及び図２に、冷媒とし
て水を用いた場合の水の流れを矢印にて示す。
【００２２】フィン１１は、高さＨが約７ｍｍの断面楕
円形状の柱で構成されており、長径Ｌが約４ｍｍで冷媒
の流路方向に平行を成し、短径Ｓが約２ｍｍで冷媒の流
路方向に垂直を成すように配設されている。つまり、フ
ィンの高さＨを楕円形状の長径Ｌや短径Ｓよりも長くす
ることにより、放熱効率を高くしている。また、複数の
フィン１１は、ちどり状に配置されている。このような
形状、配置としているため、フィン１１によって冷媒の
流速が妨げられることがないようになっている。
円形状の柱で構成されており、長径Ｌが約４ｍｍで冷媒
の流路方向に平行を成し、短径Ｓが約２ｍｍで冷媒の流
路方向に垂直を成すように配設されている。つまり、フ
ィンの高さＨを楕円形状の長径Ｌや短径Ｓよりも長くす
ることにより、放熱効率を高くしている。また、複数の
フィン１１は、ちどり状に配置されている。このような
形状、配置としているため、フィン１１によって冷媒の
流速が妨げられることがないようになっている。
【００２３】また、絶縁基板５が配されていない部分に
おいて、放熱板１は厚肉部８が形成されており、放熱板
１の反りを抑制している。具体的には、複数の絶縁基板
５のそれぞれの間を他の部分と比べて、例えば２ｍｍ程
度厚肉に形成している。すなわち、絶縁基板５と放熱板
１の材質の違いから応力が発生するが、この応力は絶縁
基板５の端部に集中するため、絶縁基板５の間において
放熱板１の反りが最も発生し易く、この間における反り
を最も防止する必要があるからである。なお、このよう
に厚肉形成する場合には、厚肉部８が冷媒流路の垂直方
向を成すことから、この厚肉部８に冷媒流路の水平方向
に延びる溝を設けことで、冷媒の流れの妨げにならない
ようにすることもできる。
おいて、放熱板１は厚肉部８が形成されており、放熱板
１の反りを抑制している。具体的には、複数の絶縁基板
５のそれぞれの間を他の部分と比べて、例えば２ｍｍ程
度厚肉に形成している。すなわち、絶縁基板５と放熱板
１の材質の違いから応力が発生するが、この応力は絶縁
基板５の端部に集中するため、絶縁基板５の間において
放熱板１の反りが最も発生し易く、この間における反り
を最も防止する必要があるからである。なお、このよう
に厚肉形成する場合には、厚肉部８が冷媒流路の垂直方
向を成すことから、この厚肉部８に冷媒流路の水平方向
に延びる溝を設けことで、冷媒の流れの妨げにならない
ようにすることもできる。
【００２４】なお、放熱板１の外周部分には、冷媒をフ
ィン１１に流すための冷媒循環容器と接合するため、凸
状や凹状のシール部分９が形成されている。これによ
り、放熱板と冷媒循環容器との液密が保持できるように
なっている。なお、シール部分はこのような形状でなく
てもよい。次に、このような構成を有する絶縁基板５を
一体とした放熱板１の製造手順について、図３〜６に示
す工程図に基づき説明する。但し、図３〜図６では、簡
略化のため絶縁基板５を１つだけ設ける場合を示す。
ィン１１に流すための冷媒循環容器と接合するため、凸
状や凹状のシール部分９が形成されている。これによ
り、放熱板と冷媒循環容器との液密が保持できるように
なっている。なお、シール部分はこのような形状でなく
てもよい。次に、このような構成を有する絶縁基板５を
一体とした放熱板１の製造手順について、図３〜６に示
す工程図に基づき説明する。但し、図３〜図６では、簡
略化のため絶縁基板５を１つだけ設ける場合を示す。
【００２５】〔図３に示す工程〕まず、最終形状の放熱
板１にフィン１１を形成するためのキャビティを有する
成形容器１３を成形する。具体的には、塩化ナトリウム
粉末を５００ｋｇ／ｃｍ 2 以上の高い圧力で加圧するこ
とにより、縦５０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの矩
形状で、かつ楕円形状の穴が５０個形成されたキャビテ
ィを有する成形容器１３を形成する。成形容器１３を成
形した後、成形容器１３の強度向上のために加熱処理を
行ってもよいが、上記圧力によって成形しているため、
成形のみでも十分な強度を有している。
板１にフィン１１を形成するためのキャビティを有する
成形容器１３を成形する。具体的には、塩化ナトリウム
粉末を５００ｋｇ／ｃｍ 2 以上の高い圧力で加圧するこ
とにより、縦５０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの矩
形状で、かつ楕円形状の穴が５０個形成されたキャビテ
ィを有する成形容器１３を形成する。成形容器１３を成
形した後、成形容器１３の強度向上のために加熱処理を
行ってもよいが、上記圧力によって成形しているため、
成形のみでも十分な強度を有している。
【００２６】ここで、成形容器１３の材料に塩化ナトリ
ウムを用いるのは、鋳造時に注湯される金属溶湯の温度
以下においては分解、溶解することなく安定に存在する
一方、鋳造後に浸される溶媒に対して易溶解性又は易崩
壊性を有し、さらに放熱板１の形状が複雑であってもそ
の形状に合わせて任意形状に成形することができるから
である。
ウムを用いるのは、鋳造時に注湯される金属溶湯の温度
以下においては分解、溶解することなく安定に存在する
一方、鋳造後に浸される溶媒に対して易溶解性又は易崩
壊性を有し、さらに放熱板１の形状が複雑であってもそ
の形状に合わせて任意形状に成形することができるから
である。
【００２７】このとき用いる塩化ナトリウムの粉末の粒
度は、生産性、成形型の強度など制御目的によって変え
ることができるが、本実施形態では放熱板１と当接する
部分を滑らかにすべく、全体又は表面部分に５０Å〜
０．５μｍの粒径のものを用いている。なお、塩化ナト
リウムの純度は、溶融温度が高圧鋳造にて用いる金属の
融点よりも高く、またセラミックス分散材を充填した鋼
製容器１４の予熱温度で溶融しないような程度のものと
している。
度は、生産性、成形型の強度など制御目的によって変え
ることができるが、本実施形態では放熱板１と当接する
部分を滑らかにすべく、全体又は表面部分に５０Å〜
０．５μｍの粒径のものを用いている。なお、塩化ナト
リウムの純度は、溶融温度が高圧鋳造にて用いる金属の
融点よりも高く、またセラミックス分散材を充填した鋼
製容器１４の予熱温度で溶融しないような程度のものと
している。
【００２８】次に、鋼製容器１４を用意し、この鋼製容
器１４内の一面に成形容器１３を貼付けると共に、鋼製
容器１４内のうち成形容器１３が貼付けられた面の反対
側の面に絶縁基板５を貼付ける。そして、放熱板１の４
隅となる部分のそれぞれにボルト穴形成用の鋼板１５を
配置する。これにより、鋼製容器１４内にフィン１１を
一体とした放熱板１を形成するための内部空間が形成さ
れる。
器１４内の一面に成形容器１３を貼付けると共に、鋼製
容器１４内のうち成形容器１３が貼付けられた面の反対
側の面に絶縁基板５を貼付ける。そして、放熱板１の４
隅となる部分のそれぞれにボルト穴形成用の鋼板１５を
配置する。これにより、鋼製容器１４内にフィン１１を
一体とした放熱板１を形成するための内部空間が形成さ
れる。
【００２９】この後、鋼製容器１４の内部空間にセラミ
ックス分散材である炭化珪素粉末１６を充填する。炭化
珪素は、ＡｌＮからなる絶縁基板５と熱膨張係数が近接
しており、絶縁基板５を放熱板に内蔵したときにおいて
も放熱板１の反りを抑制することができる。また、炭化
珪素は熱伝導率が高く、放熱性に優れている。この炭化
珪素粉末１６の粒度や充填量は、放熱板１を構成する金
属基複合材料として要求される特性に応じて変化させれ
ばよく、特に充填量を増やしたい場合には、微粉末と粗
粉末の混合粉末を用いるようにする。本実施形態では、
平均粒径２０μｍの粉末が３０重量％に対して１００μ
ｍの粉末が７０重量％の割合で混合した炭化珪素粉末１
６を用いている。また、充填後、鋳造前に炭化珪素粉末
１６に充填用の圧力をかけるようにしてもよい。
ックス分散材である炭化珪素粉末１６を充填する。炭化
珪素は、ＡｌＮからなる絶縁基板５と熱膨張係数が近接
しており、絶縁基板５を放熱板に内蔵したときにおいて
も放熱板１の反りを抑制することができる。また、炭化
珪素は熱伝導率が高く、放熱性に優れている。この炭化
珪素粉末１６の粒度や充填量は、放熱板１を構成する金
属基複合材料として要求される特性に応じて変化させれ
ばよく、特に充填量を増やしたい場合には、微粉末と粗
粉末の混合粉末を用いるようにする。本実施形態では、
平均粒径２０μｍの粉末が３０重量％に対して１００μ
ｍの粉末が７０重量％の割合で混合した炭化珪素粉末１
６を用いている。また、充填後、鋳造前に炭化珪素粉末
１６に充填用の圧力をかけるようにしてもよい。
【００３０】〔図４に示す工程〕炭化珪素粉末１６を充
填した鋼製容器１４を約６５０℃で予熱したのち、鋳造
用金型内に設置し、直ちに約７５０℃に予熱した溶湯ア
ルミニウム合金（例えば、Ａ１−１２％Ｓｉ−０．３％
Ｍｇ合金）を金型内に注湯する。ついで、加圧パンチに
て溶湯を加圧し、鋼製容器１４内の炭化珪素粉末１６の
間隙に溶融アルミニウム合金を浸透させ、炭化珪素とア
ルミニウム合金からなる金属基複合材料１７とし、この
金属基複合材料１７を凝固、冷却する。これにより、鋼
製容器１４内の金属基複合材料１７に絶縁基板５、ボル
ト穴形成用の鋼板１５及び成形容器１３が鋳ぐるまれた
インゴットができる。そして、冷却した後、インゴット
から鋼製容器１４を取り出す。
填した鋼製容器１４を約６５０℃で予熱したのち、鋳造
用金型内に設置し、直ちに約７５０℃に予熱した溶湯ア
ルミニウム合金（例えば、Ａ１−１２％Ｓｉ−０．３％
Ｍｇ合金）を金型内に注湯する。ついで、加圧パンチに
て溶湯を加圧し、鋼製容器１４内の炭化珪素粉末１６の
間隙に溶融アルミニウム合金を浸透させ、炭化珪素とア
ルミニウム合金からなる金属基複合材料１７とし、この
金属基複合材料１７を凝固、冷却する。これにより、鋼
製容器１４内の金属基複合材料１７に絶縁基板５、ボル
ト穴形成用の鋼板１５及び成形容器１３が鋳ぐるまれた
インゴットができる。そして、冷却した後、インゴット
から鋼製容器１４を取り出す。
【００３１】ここで、溶湯アルミニウム合金を溶湯金属
として選んでいるが、これはアルミニウムの溶融温度が
低く、この程度の温度であれば塩化ナトリウムでできた
成形容器１３が溶融しないからである。また、アルミニ
ウム合金の熱伝導率は比較的高く、放熱製に優れている
からである。 〔図５に示す工程〕鋼製容器１４から絶縁基板５、ボル
ト穴形成用の鋼板１５、成形容器１３と共に金属基複合
材料１７を取り出す。
として選んでいるが、これはアルミニウムの溶融温度が
低く、この程度の温度であれば塩化ナトリウムでできた
成形容器１３が溶融しないからである。また、アルミニ
ウム合金の熱伝導率は比較的高く、放熱製に優れている
からである。 〔図５に示す工程〕鋼製容器１４から絶縁基板５、ボル
ト穴形成用の鋼板１５、成形容器１３と共に金属基複合
材料１７を取り出す。
【００３２】〔図６に示す工程〕金属基複合材料１７か
ら不要なアルミニウム合金を除去するとともに、成形容
器１３を水洗除去する。成形容器１３は、上述したよう
に塩化ナトリウムで形成されており、水に対して易溶解
性の特性を有するため、上記水洗によって完全に除去さ
れる。
ら不要なアルミニウム合金を除去するとともに、成形容
器１３を水洗除去する。成形容器１３は、上述したよう
に塩化ナトリウムで形成されており、水に対して易溶解
性の特性を有するため、上記水洗によって完全に除去さ
れる。
【００３３】この後、鋼板１５にドリル等でボルト穴１
０を設けることによって、図２に示すようなフィン１１
が一体形成された放熱板１が完成する。このように、複
雑な形状に成形でき、かつ金属の溶融温度でも分解・溶
融せず、鋳造後に容易に除去できる塩化ナトリウムによ
って成形容器１３を形成しているため、複雑な形状を有
する放熱板１を容易に形成することができる。
０を設けることによって、図２に示すようなフィン１１
が一体形成された放熱板１が完成する。このように、複
雑な形状に成形でき、かつ金属の溶融温度でも分解・溶
融せず、鋳造後に容易に除去できる塩化ナトリウムによ
って成形容器１３を形成しているため、複雑な形状を有
する放熱板１を容易に形成することができる。
【００３４】また、塩化ナトリウムの粒度を小さくして
いるため、成形容器１３の表面は滑らかであり、形成さ
れたフィンの表面も滑らかにすることができる。このた
め、フィンの表面を滑らかにするための仕上げ研磨加工
を行う必要をなくすことができる。なお、上記実施形態
では、セラミックス分散材として炭化珪素粉末１６を用
いたものを説明したが、炭化珪素以外の高熱伝導、低熱
膨張のものを用いてもよい。具体的には、アルミナ、窒
化アルミニウム、炭化ホウ素、窒化珪素、ベリリア、ダ
イヤモンド、立方晶窒化ホウ素、黒鉛等を用いることが
できる。また、セラミックス分散材の形態としては、粉
末の他、ウィスカ、繊維等を用いてもよい。
いるため、成形容器１３の表面は滑らかであり、形成さ
れたフィンの表面も滑らかにすることができる。このた
め、フィンの表面を滑らかにするための仕上げ研磨加工
を行う必要をなくすことができる。なお、上記実施形態
では、セラミックス分散材として炭化珪素粉末１６を用
いたものを説明したが、炭化珪素以外の高熱伝導、低熱
膨張のものを用いてもよい。具体的には、アルミナ、窒
化アルミニウム、炭化ホウ素、窒化珪素、ベリリア、ダ
イヤモンド、立方晶窒化ホウ素、黒鉛等を用いることが
できる。また、セラミックス分散材の形態としては、粉
末の他、ウィスカ、繊維等を用いてもよい。
【００３５】上記実施形態では、金属としてアルミニウ
ム合金を用いた場合を示したが、アルミニウム、マグネ
シウム、銅、亜鉛及びこれらの合金等を用いてもよい。
そして、上記実施形態では、塩化ナトリウムによって成
形容器１３を成形したが、金属溶湯の温度によって分
解、溶融せず、鋳造後において易溶解性、易崩壊性を有
する材質のものであれば他のものを用いてもよい。
ム合金を用いた場合を示したが、アルミニウム、マグネ
シウム、銅、亜鉛及びこれらの合金等を用いてもよい。
そして、上記実施形態では、塩化ナトリウムによって成
形容器１３を成形したが、金属溶湯の温度によって分
解、溶融せず、鋳造後において易溶解性、易崩壊性を有
する材質のものであれば他のものを用いてもよい。
【００３６】さらに、ボルト穴形成用に鋼板１５を用い
ているが、これは金属基複合材料１７が加工しにくいた
めに用いているものであり、この他の金属や、水溶性
塩、金属粉末成形体、金属発砲体、金属繊維織物、金属
繊維不織布、炭素又はホウ素窒化物繊維、炭素又はホウ
素窒化物繊維の織物の不織布、炭素又はホウ素窒化粉末
成形体等の易加工性材を用いてもよい。
ているが、これは金属基複合材料１７が加工しにくいた
めに用いているものであり、この他の金属や、水溶性
塩、金属粉末成形体、金属発砲体、金属繊維織物、金属
繊維不織布、炭素又はホウ素窒化物繊維、炭素又はホウ
素窒化物繊維の織物の不織布、炭素又はホウ素窒化粉末
成形体等の易加工性材を用いてもよい。
【００３７】また、上記実施形態では、フィン１１の断
面形状が楕円状のものを示したが、フィン１１の形状は
これに限るものではなく、円形等の形状にしてもよい。
しかしながら、水の流速を妨げずに熱交換効率を高める
ためには、断面が楕円状や長円形状等にするのが好まし
い。
面形状が楕円状のものを示したが、フィン１１の形状は
これに限るものではなく、円形等の形状にしてもよい。
しかしながら、水の流速を妨げずに熱交換効率を高める
ためには、断面が楕円状や長円形状等にするのが好まし
い。
【図１】本発明の一実施形態における放熱板１を適用し
たパワーモジュール２の模式的な断面図である。
たパワーモジュール２の模式的な断面図である。
【図２】図１における放熱板１の模式図である。
【図３】放熱板１の製造工程を示す図である。
【図４】図３に続く放熱板１の製造工程を示す図であ
る。
る。
【図５】図４に続く放熱板１の製造工程を示す図であ
る。
る。
【図６】図５に続く放熱板１の製造工程を示す図であ
る。
る。
【図７】従来における放熱板３１を示す模式図である。
１…放熱板、２…パワーモジュール、３…ＩＧＢＴ、５
…絶縁基板、１０…ネジ穴、１１…フィン、１３…成形
容器、１４…鋼製容器、１５…鋼板、１６…炭化珪素、
１７…金属基複合材料。
…絶縁基板、１０…ネジ穴、１１…フィン、１３…成形
容器、１４…鋼製容器、１５…鋼板、１６…炭化珪素、
１７…金属基複合材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 正一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 西野 直久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 北條 浩 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (10)
- 【請求項１】 一面側に電気素子（３、４）が配置され
る放熱板（１）と、 前記放熱板（１）の他面側に、所定間隔に離間して設け
られ、前記電気素子（３、４）が発生する熱を放熱する
複数のフィン（１１）とを備え、 前記放熱板（１）は、セラミックス分散材（１６）を用
いた金属基複合材料（１７）によって形成されており、 前記フィン（１１）は、前記金属基複合材料（１７）に
よって前記放熱板（１）と一体となって形成されている
ことを特徴とするフィン一体型放熱板。 - 【請求項２】 前記放熱板（１）のうち、前記電気素子
（３、４）が配置される側の面に、前記電気素子（３、
４）と該放熱板（１）とを電気的に絶縁する絶縁基板
（５）が鋳ぐるまれていることを特徴とする請求項１に
記載のフィン一体型放熱板。 - 【請求項３】 前記絶縁基板（５）は、窒化アルミニウ
ムで構成されており、前記セラミックス分散材（１６）
は、炭化珪素であることを特徴とする請求項２に記載の
フィン一体型放熱板。 - 【請求項４】 前記放熱板（１）には、水溶性塩、金
属、金属粉末成形体、金属発砲体、金属繊維織物、金属
繊維不織布、炭素又はホウ素窒化物繊維、炭素又はホウ
素窒化物繊維の織物の不織布、炭素又はホウ素窒化粉末
成形体の少なくとも１つで構成されたボルト穴形成用部
材（１５）が鋳ぐるまれており、このボルト穴形成用部
材（１５）にボルト穴（１０）が形成されていることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のフィ
ン一体型放熱板。 - 【請求項５】 前記放熱板（１）の外周には、冷媒を循
環させる容器と組み合わされる凹形状、又は凸形状のシ
ール部分が備えられていること特徴とする請求項１乃至
４のいずれか１つに記載のフィン一体型放熱板。 - 【請求項６】 一面側に電気素子（３、４）が配置さ
れ、他面側に複数のフィン（１１）が配置される放熱板
（１）を、前記複数のフィン（１１）と一体成形するフ
ィン一体型放熱板の製造方法であって、 易溶解性又は易崩壊性を有する材質で構成され前記フィ
ン（１１）を形成するための形状をした成形容器（１
３）を、型（１４）内に設置して、前記放熱板（１）及
び前記フィン（１１）を形成するための内部空間を前記
型（１４）内に形成する工程と、 前記型（１４）内の内部空間に金属基複合材料（１７）
を形成する工程と、 前記成形容器（１３）と共に前記金属基複合材料を前記
型（１４）から取り出す工程と、 前記成形容器（１３）を除去する工程とを有することを
特徴とするフィン一体型放熱板の製造方法。 - 【請求項７】 前記型（１４）内において前記成形容器
（１３）を設置した面と反対側の面に、前記電気素子
（３、４）と前記放熱板（１）とを絶縁するための絶縁
基板（５）を設置する工程を有することを特徴とする請
求項６に記載のフィン一体型放熱板の製造方法。 - 【請求項８】 前記金属基複合材料（１７）を形成する
工程は、 前記型（１４）内の内部空間に、セラミックス分散材
（１６）を充填する工程と、 前記セラミックス分散材（１６）の間隙に溶融金属を加
圧浸透させて凝固させる工程とを有することを特徴とす
る請求項６又は７に記載のフィン一体型放熱板の製造方
法。 - 【請求項９】 前記成形容器（１３）は、塩化ナトリウ
ム等の塩によって形成されていることを特徴とする請求
項６乃至８のいずれか１つに記載のフィン一体型放熱板
の製造方法。 - 【請求項１０】 前記複合材料（１７）に用いる金属
は、アルミニウム及びアルミニウム合金であることを特
徴とする請求項９に記載のフィン一体型放熱板の製造方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9288938A JPH11126870A (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | フィン一体型放熱板及びその製造方法 |
| US09/084,396 US6245442B1 (en) | 1997-05-28 | 1998-05-27 | Metal matrix composite casting and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9288938A JPH11126870A (ja) | 1997-10-21 | 1997-10-21 | フィン一体型放熱板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11126870A true JPH11126870A (ja) | 1999-05-11 |
Family
ID=17736762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9288938A Pending JPH11126870A (ja) | 1997-05-28 | 1997-10-21 | フィン一体型放熱板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11126870A (ja) |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007305962A (ja) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | Honda Motor Co Ltd | パワー半導体モジュール |
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| WO2011028389A3 (en) * | 2009-09-04 | 2011-11-24 | Raytheon Company | Heat transfer device |
| JP2012168917A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-09-06 | Kobayashi Create Co Ltd | Ｒｆタグ |
| JP2012227367A (ja) * | 2011-04-20 | 2012-11-15 | Nippon Soken Inc | 冷却フィン構造 |
| JP2013123030A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Hyundai Motor Co Ltd | 電力変換装置用冷却システム |
| WO2015186895A1 (ko) * | 2014-06-02 | 2015-12-10 | 주식회사 티앤머티리얼스 | 탄소계 금속기지 복합체를 이용한 핀 타입 방열 기판 제조방법 |
| WO2016150391A1 (zh) * | 2015-03-23 | 2016-09-29 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及其制造方法 |
| CN111451482A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-07-28 | 天能电池(芜湖)有限公司 | 一种水冷及镂空辅助散热的双模镂空铸焊模具 |
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1997
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