KR20130049739A - 파워 반도체 모듈 냉각 장치 - Google Patents

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KR20130049739A
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세이지 마츠시마
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쇼와 덴코 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 파워 반도체 모듈 냉각 장치를 적용한 IPM 냉각 장치(1)는, 내부에 냉각 유체 통로(5)가 설치된 냉각기(2)와, 냉각기(2)에 고정되면서 IPM(I)를 냉각기에 설치하는 설치기(3)를 구비하고 있다. 냉각기(2)의 내면이 냉각 유체 통로(5)에 면한 벽 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 IPM(I)를 탑재하는 탑재부(19)를 형성한다. 설치기(3)는 열전도성 재료로 이루어지면서 냉각기(2)의 탑재부(19)를 따라서 납땜된 전열판(21)과, 전열판(21)보다도 경질인 재료로 형성된 판상 헤드부(23) 및 수나사부(24)로 이루어지고 또한 판상 헤드부(23)가 냉각기(2)측에 위치하도록 수나사부(24)가 전열판(21)을 관통한 수나사 부품(22)으로 이루어진다. 판상 헤드부(23)를 전열판(21)의 하면(21a)에 압입함으로써, 하면(21a)에 오목부(28)를 형성한다. 오목부(28) 내에 판상 헤드부(23)를 하면(21a)으로부터 냉각기(2)측에 돌출시키지 않으면서 수나사부(24)의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣는다. 본 발명의 파워 반도체 모듈 냉각 장치는, IGBTM이나 IPM의 냉각에 적절하게 사용된다.

Description

파워 반도체 모듈 냉각 장치 {POWER SEMICONDUCTOR MODULE COOLING APPARATUS}
본 발명은 예를 들어 IGBT 모듈이나 인텔리전트 파워 모듈 등의 반도체 소자 및 그의 제어 회로가 일체화된 파워 반도체 모듈을 냉각하는 파워 반도체 모듈 냉각 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전철 등에 탑재되는 전력 변환 장치에 사용되는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등의 파워 디바이스(반도체 소자)는, 최근에는 제어 회로와 일체화되어 동일한 패키지에 수납된 IGBT 모듈(이하, IGBTM이라 칭함)이나, IGBTM에 추가로 보호 회로가 일체화되어 동일한 패키지에 수납된 인텔리전트 파워 모듈(이하, IPM이라 칭함)로서 사용되는 경우도 많아지고 있다.
종래, IGBTM을 냉각하는 냉각 장치로서, 판상의 외벽 부재로 구성됨과 함께, 내부에 IGBTM으로부터 발해지는 열을 받아서 비등하는 냉매를 수용한 냉매조와, 냉매조의 상부에 냉매조와 연통해서 설치되고, 또한 냉매조로부터 상승되는 기상 냉매를 응축 액화하는 방열기를 구비하고, 냉매조의 서로 대향하는 외벽 부재 사이에 암나사 구멍이 형성된 스페이서가 개재되어 있고, IGBTM이 IGBTM에 설치된 나사 삽입 관통 구멍에 통과된 수나사 부품을 외벽 부재에 관통시켜서 스페이서의 암나사 구멍 내에 나사 끼움되어, 외벽 부재의 외면에 설치된 것이 알려져 있다(일본 특허 공개 (평)8-186209호 공보 참조).
그러나, 상기 공보에 기재된 냉각 장치에 있어서는, 수나사 부품이 냉매조의 외벽 부재를 관통하고 있으므로, 냉매가 누설될 우려가 있다.
한편, 모듈화되어 있지 않은 IGBT 등의 파워 디바이스를 냉각하는 냉각 장치로는, 방열 기판 및 방열 기판의 편면에 일체로 형성된 방열 핀으로 이루어지는 냉각기와, 세라믹판, 세라믹판의 편면에 설치된 다공질 금속층 및 다공질 금속층의 표면을 덮는 금속층으로 이루어지는 절연 회로 기판으로 이루어지고, 절연 회로 기판의 세라믹판에 있어서의 다공질층이 설치된 측과는 반대측의 면이, 고열 전도성 그리스를 개재해서 냉각기의 방열 기판의 다른 면에 적재되어, 세라믹판의 주연부가, 냉각기의 방열 기판에 고정된 지그를 개재해서 방열 기판에 설치되고, 지그가, 지그에 설치된 나사 삽입 관통 구멍에 통과된 수나사 부품을 냉각기의 방열 기판에 형성된 암나사 구멍에 나사 끼움으로써 고정되어 있고, 절연 회로 기판의 금속층 위에 복수의 파워 디바이스가 납땜되도록 이루어진 것이 알려져 있다(일본 특허 공개 제2003-298009호 공보 참조).
그러나, 일본 특허 공개 제2003-298009호 공보에 기재된 냉각 장치에서는, 냉각기가 방열 기판 및 방열 기판의 편면에 일체로 형성된 방열 핀으로 이루어져, 방열 핀 사이를 흐르는 공기에 의해, 절연 회로 기판의 금속층 위에 납땜된 복수의 파워 디바이스가 냉각되므로, 냉각 효율이 부족하다.
또한, 모듈화되어 있지 않은 IGBT 등의 파워 디바이스를, 일본 특허 공개 제2003-298009호 공보에 기재된 냉각 장치에 비하여 효율적으로 냉각하는 냉각 장치로서, 정상벽, 바닥벽 및 둘레벽으로 이루어지며 내부에 냉각 유체 통로를 갖는 케이싱과, 케이싱의 유체 통로 내에 배치된 콜게이트(corrugate) 형상의 방열 핀과, 케이싱에 접속되어서 케이싱 내에 냉각액을 유입시키는 유입 파이프와, 케이싱에 접속되어서 케이싱 내에서 냉각액을 유출시키는 유출 파이프와, 케이싱의 정상벽 외면에 접합된 절연 회로 기판을 구비하고 있고, 절연 회로 기판 상에 파워 디바이스가 접합되도록 이루어진 것이 알려져 있다(일본 특허 공개 제2009-195912호 공보 참조).
그런데, 일본 특허 공개 제2009-195912호 공보에 기재된 냉각 장치를 IGBTM이나 IPM 등의 파워 반도체 모듈의 냉각에 적용하는 경우, 케이싱의 정상벽 외면에 절연 회로 기판을 접합하는 대신에, 일본 특허 공개 제2009-195912호 공보에 기재된 냉각 장치의 케이싱 내에 일본 특허 공개 (평)8-186209호 공보에 기재된 스페이서를 배치하고, 파워 반도체 모듈에 설치된 나사 삽입 관통 구멍에 통과된 수나사 부품을, 케이싱의 정상벽에 관통시켜서 스페이서의 암나사 구멍에 나사 끼움으로써 지그를 케이싱에 고정하고, 고정된 지그를 개재하여 파워 반도체 모듈을 케이싱에 설치하게 된다. 그러나, 이 경우, 수나사 부품이 케이싱의 정상벽을 관통하므로, 냉각 액체가 누설될 우려가 있다. 또한, 스페이서가 케이싱 내에서의 냉각 액체의 원활한 흐름을 방해하게 되어, 냉각 효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 스페이서를 핀이 존재하는 부분에 배치할 수 없으므로, 파워 반도체 모듈의 설치 자유도가 낮아진다.
일본 특허 공개 제2009-195912호 공보에 기재된 냉각 장치를 파워 반도체 모듈의 냉각에 적용한 경우의 상술한 문제를 해결하기 위해서는, 케이싱의 정상벽의 두께를 두껍게 하고, 케이싱의 정상벽에 수나사 부품을 나사 끼우는 암나사 구멍을 형성하는 것이 고려되지만, 이 경우 파워 반도체 모듈로부터 케이싱 내를 흐르는 냉각 유체로의 열전도성의 저하에 기인하여 냉각 효율이 부족할 우려가 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하고, 냉각 유체의 누설을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 냉각 효율의 저하를 억제할 수 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 형태로 이루어진다.
1) 내부에 냉각 유체 통로가 형성된 냉각기와, 냉각기에 고정되고 또한 파워 반도체 모듈을 냉각기에 설치하는 설치기를 구비하고 있고, 냉각기에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로에 면한 벽 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 파워 반도체 모듈을 탑재하는 탑재부가 형성되고, 설치기가 열전도성 재료로 이루어지고 또한 냉각기의 탑재부를 따라서 접합된 전열판과, 판상 헤드부 및 수나사부로 이루어지고, 또한 판상 헤드부가 냉각기측에 위치함과 함께 수나사부가 전열판을 관통하는 수나사 부품으로 이루어지고, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판의 냉각기측의 면에 형성된 오목부 내에, 상기 면으로부터 냉각기측으로 돌출되지 않고 또한 수나사부의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
2) 상기 1)에 있어서, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판보다도 경질인 재료로 형성되어 있고, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판의 냉각기측의 면에 압입됨으로써, 전열판의 냉각기측의 면에 오목부가 형성됨과 함께, 당해 오목부 내에 수나사 부품의 판상 헤드부가, 상기 면으로부터 냉각기측으로 돌출되지 않고 또한 수나사부의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
3) 상기 1)에 있어서, 수나사 부품의 판상 헤드부에 있어서의 수나사부측을 향한 면에 복수의 돌기가 일체로 형성되어 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
4) 상기 1)에 있어서, 냉각기가 내부에 냉각 유체 통로를 갖는 케이싱을 구비하고 있고, 케이싱 내의 냉각 유체 통로에 방열 핀이 배치되어, 케이싱의 벽 부분에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로에 면한 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 파워 반도체 모듈을 탑재하는 탑재부가 형성되어 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
5) 상기 1)에 있어서, 전열판이 알루미늄으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 알루미늄보다도 경질인 알루미늄으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
6) 상기 1)에 있어서, 전열판이 알루미늄으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 알루미늄보다도 경질인 철 합금으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
7) 상기 1)에 있어서, 전열판이 구리 합금으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 알루미늄보다도 경질인 철 합금으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
상기 1) 내지 7)의 파워 반도체 모듈 냉각 장치에 의하면, 내부에 냉각 유체 통로가 형성된 냉각기와, 냉각기에 고정되고 또한 파워 반도체 모듈을 냉각기에 설치하는 설치기를 구비하고 있고, 냉각기에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로에 면한 벽 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 파워 반도체 모듈을 탑재하는 탑재부가 형성되고, 설치기가 열전도성 재료로 이루어지고 또한 냉각기의 탑재부를 따라서 접합된 전열판과, 판상 헤드부 및 수나사부로 이루어지고, 또한 판상 헤드부가 냉각기측에 위치함과 함께 수나사부가 전열판을 관통하는 수나사 부품으로 이루어지고, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판의 냉각기측의 면에 형성된 오목부 내에, 상기 면으로부터 냉각기측으로 돌출되지 않고 또한 수나사부의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있으므로, 설치기의 수나사 부품의 수나사부를 파워 반도체 모듈에 형성된 나사 삽입 관통 구멍에 통과시키고, 수나사부의 선단부로부터 너트를 나사 끼움으로써 파워 반도체 모듈을 설치기에 설치하는 것이 가능해진다. 따라서, 수나사 부품이 냉각기의 벽 부분을 관통하지 않으므로, 냉각기 내에서의 냉각 유체의 누설을 방지할 수 있다. 또한, 전열판은 수나사 부품의 판상 헤드부를 끼워 넣는 오목부를 형성할 수 있는 두께를 갖고 있는 것만으로도 좋으므로, 특허문헌 3에 기재된 케이싱에 있어서의 암나사 구멍을 형성하는 정상벽에 비하여 두께를 얇게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 파워 반도체 모듈로부터 냉각기 내의 냉각 유체 통로를 흐르는 냉각 유체에 대한 열전도성의 저하 및 열전도성의 저하에 기인하는 냉각 효율의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 냉각 장치에 IPM을 설치한 상태를 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A선 확대 단면도이다. 도 3은 도 2의 부분 확대도이다. 도 4는 도 1의 냉각 장치를 제조하는 방법에 있어서, 전열판에 수나사 부품을 설치하기 전의 상태를 도시하는 사시도이다. 도 5는 수나사 부품의 변형예를 도시하는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이 실시 형태는, 본 발명에 의한 파워 반도체 모듈 냉각 장치를 IPM의 냉각에 적용한 것이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 도 2의 상하, 좌우를 상하, 좌우라 하고, 도 1의 우측을 앞, 이것과 반대측을 뒤라 하기로 한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 「알루미늄」이라는 용어에는, 순 알루미늄 이외에 알루미늄 합금을 포함하는 것으로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 냉각 장치에 IPM을 설치한 상태를 나타내며, 도 4는 본 발명에 의한 냉각 장치를 제조하는 방법 중 한 공정을 나타낸다.
도 1 및 도 2에 있어서, IPM 냉각 장치(1)(파워 반도체 모듈 냉각 장치)는 냉각기(2)와, 냉각기(2)에 고정되면서 필요한 개수의 IPM(I)을 냉각기(2)에 설치하는 설치기(3)를 구비하고 있다.
냉각기(2)는 내부에 냉각 유체 통로(5)를 갖는 케이싱(4)과, 케이싱(4) 내의 냉각 유체 통로(5)에 배치된 알루미늄제 방열 핀(6)과, 케이싱(4)에 접속되면서 케이싱(4) 내에 냉각 유체를 유입시키는 알루미늄제 입구 파이프(7)와, 케이싱(4)에 접속되면서 케이싱(4) 내로부터 냉각 유체를 유출시키는 출구 파이프(8)를 구비하고 있다.
케이싱(4)은 정상벽(9), 바닥벽(11) 및 둘레벽(12)으로 이루어지고, 전측연부의 우측 단부에 냉각 유체 유입부(13)가 전방 돌출 형상으로 설치됨과 함께, 동일하게 전측연부의 좌측 단부에 냉각 유체 유출부(14)가 전방 돌출 형상에 설치되어, 입구 파이프(7)가 냉각 유체 유입부(13)에 접속되고, 출구 파이프(8)가 냉각 유체 유출부(14)에 접속되어 있다. 케이싱(4)은 정상벽(9) 및 둘레벽(12), 냉각 유체 유입부(13) 및 냉각 유체 유출부(14)의 상반부를 구성하는 알루미늄제 상측 구성 부재(15)와, 바닥벽(11) 및 둘레벽(12), 냉각 유체 유입부(13) 및 냉각 유체 유출부(14)의 하반부를 구성하는 알루미늄제 하측 구성 부재(16)가 서로 납땜됨으로써 형성되어 있다. 케이싱(4)의 우측 단부에 냉각 유체 유입부(13)에 통하는 입구 헤더부(17)가 케이싱(4)의 전후 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되고, 케이싱(4)의 좌측 단부에 냉각 유체 유출부(14)에 통하는 출구 헤더부(18)가 케이싱(4)의 전후 방향의 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있다.
케이싱(4)의 냉각 유체 통로(5)는, 둘레벽(12)의 전후 양측벽부 사이와, 입구 헤더부(17)와 출구 헤더부(18) 사이의 부분에, 냉각 유체가 우측 방향으로부터 좌측 방향으로 흐르도록 형성되어 있다. 방열 핀(6)은 파정부(6a), 파저부(6b) 및 파정부(6a)와 파저부(6b)를 연결하는 연결부(6c)로 이루어지는 콜게이트 형상으로, 파정부(6a) 및 파저부(6b)의 길이 방향이 좌우 방향을 향하도록 냉각 유체 통로(5)에 배치되어 있고, 파정부(6a)가 케이싱(4)의 정상벽(9)에 브레이징됨과 함께 파저부(6b)가 동일한 바닥벽(11)에 납땜되어 있다. 그리고, 냉각기(2)의 케이싱(4)의 정상벽(9)에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로(5)에 면한 부분의 외면 전체에, IPM(I)을 탑재하는 탑재부(19)가 형성되어 있다.
설치기(3)는, 알루미늄이나 구리(구리 합금을 포함함) 등의 열전도율이 150 내지 450W/mK 정도인 열전도성 재료로 이루어지고 또한 냉각기(2)의 케이싱(4)의 정상벽(9)의 탑재부(19)에 중첩되어서 납땜된 전열판(21)과, 판상 헤드부(23) 및 판상 헤드부(23)와 일체로 형성된 수나사부(24)로 이루어지고 또한 판상 헤드부(23)가 냉각기(2)측(하측)에 위치하도록 수나사부(24)가 전열판(21)을 관통한 수나사 부품(22)으로 이루어진다. 전열판(21)을 정상벽(9)의 탑재부(19)에 납땜하고 있는 납재층을 (25)로 나타낸다. 수나사 부품(22)의 수나사부(24)는 전열판(21)에 형성된 관통 구멍(26)에 하방으로부터 통과되고 있고, 판상 헤드부(23)는 전열판(21)의 하면(21a)(냉각기(2)측의 면)에 형성된 오목부(28) 내에, 하면으로부터 냉각기(2)측으로 돌출되지 않으면서 수나사부(24)의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있다.
여기서, 전열판(21)과 수나사 부품(22)과의 조합의 예를 들면, 다음에 나타내는 표와 같다.
Figure pat00001
상기 표에 있어서의 알루미늄의 비커스 경도는 10 내지 250, 철 합금(스테인리스강을 포함함)의 비커스 경도는 50 내지 700, 구리 합금의 비커스 경도는 40 내지 300이며, 수나사 부품의 비커스 경도가, 반드시 전열판의 비커스 경도보다도 단단해지는 조합으로 사용된다.
수나사 부품(22)의 판상 헤드부(23), 여기에서는 수나사부(24)를 포함해서 수나사 부품(22)의 전체가, 전열판(21)보다도 경질인 재료, 예를 들어 탄소강이나 스테인리스강 등에 의해 형성되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 수나사 부품(22)의 판상 헤드부(23)는 원형이며, 판상 헤드부(23)의 상면(수나사부(24)측의 면)에 상방으로 돌출된 복수의 돌기(27)가 주위 방향으로 간격을 두고 일체로 형성되어 있다. 수나사 부품(22)으로는, 예를 들어 셀 재팬사제의 셀 스터드(상품명)가 사용된다. 그리고, 수나사 부품(22)의 판상 헤드부(23)가, 전열판(21)의 하면(21a)에 있어서의 관통 구멍(26)의 주위의 부분에 하방으로부터 압입됨으로써, 전열판(21)의 하면(21a)에 오목부(28)가 형성됨과 함께, 당해 오목부(28) 내에 수나사 부품(22)의 판상 헤드부(23)가 하면(21a)으로부터 냉각기(2)측으로 돌출되지 않으면서 수나사부(24)의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있다. 수나사 부품(22)의 수는 설치기(3)에 설치하는 IPM(I)의 수에 따라 적절히 선택된다.
IPM 냉각 장치(1)에 있어서의 냉각기(2)에의 IPM(I)의 설치는, 설치기(3)의 수나사 부품(22)의 수나사부(24)를 IPM(I)에 설치된 나사 삽입 관통 구멍(29)에 하방으로부터 통과시켜, 수나사부(24)에 있어서의 나사 삽입 관통 구멍(29)으로부터 상방으로 돌출된 부분에 상단부측으로부터 너트(31)를 나사 끼움으로써 행해진다.
상기 구성의 IPM 냉각 장치(1)에 있어서, 입구 파이프(7)로부터 냉각 유체 유입부(13)를 거쳐 입구 헤더부(17) 내에 유입된 액체나 기체로 이루어지는 냉각 유체는, 입구 헤더부(17)에서 전후 방향으로 분류하여, 방열 핀(6)이 인접하는 연결부(6c) 사이를 통해서 냉각 유체 통로(5) 내를 좌측 방향으로 흐른다. 냉각 유체 통로(5) 내를 좌측 방향으로 흐른 냉각 유체는, 출구 헤더부(18) 내에 들어가, 냉각 유체 유출부(14)를 거쳐 출구 파이프(8)에 유출된다. 그리고, IPM(I)으로부터 발해지는 열은, 전열판(21), 케이싱(4)의 정상벽(9) 및 방열 핀(6)을 거쳐 냉각 유체 통로(5) 내를 흐르는 냉각 유체로 전해져 IPM(I)이 냉각된다.
이하, IPM 냉각 장치(1)를 제조하는 방법에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다.
우선, 적어도 한 면에 납재층을 갖는 알루미늄 브레이징 시트에 프레스 가공을 실시함으로써 내면측에 납재층을 갖는 케이싱(4) 상측 구성 부재(15) 및 하측 구성 부재(16)를 형성한다. 또한, 필요한 크기의 전열판(21)에, 설치하는 IPM(I)의 수에 따른 수의 관통 구멍(26)을 형성해 둔다. 또한, 알루미늄 기초재 또는 양면에 납재층을 갖는 알루미늄 브레이징 시트로 이루어지는 방열 핀(6)과, 판상 헤드부(23) 및 수나사부(24)로 이루어지는 수나사 부품(22)을 준비해 둔다.
그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 모든 수나사 부품(22)의 수나사부(24)를 전열판(21)의 모든 관통 구멍(26)에, 냉각기(2)의 케이싱(4)에 납땜되는 면(21a)측으로부터 통과시킨다. 계속해서, 전열판(21)을 도시하지 않은 금형에 의해 면(21a)과는 반대면측으로부터 지지함과 함께, 전열판(21)의 관통 구멍(26)으로부터 돌출된 수나사부(24)를 상기 금형에 형성된 구멍 내에 삽입한다. 계속해서, 전체 수나사 부품(22)의 판상 헤드부(23)를, 도시하지 않은 펀치에 의해 금형측에 가압하고, 돌기(27)를 포함해서 판상 헤드부(23)의 전체를 전열판(21)에 있어서의 냉각기(2)에 납땜해야 할 면(21a)에 압입함으로써, 상기 면에 오목부(28)를 형성함과 함께, 당해 오목부(28) 내에 판상 헤드부(23)를 상기 면으로부터 냉각기(2)측으로 돌출시키지 않으면서 수나사부(24)의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣는다.
계속해서, 상하 양쪽 구성 부재(15, 16), 방열 핀(6), 입구 파이프(7) 및 출구 파이프(8)를 조합함과 함께, 상측 구성 부재(15)의 정상벽(9) 외면에 납재박을 개재해서 설치기(3)의 전열판(21)을 적재한다. 그리고, 모든 부품을 적당한 지그에 의해 임시 접합하여, 로 내에서 소정 온도로 가열함으로써 상하 양쪽 구성 부재(15, 16)끼리, 상하 양쪽 구성 부재(15, 16)와 방열 핀(6), 상하 양쪽 구성 부재(15, 16)와 입구 파이프(7) 및 출구 파이프(8), 및 상측 구성 부재(15)와 전열판(21)을 동시에 납땜한다. 이렇게 해서 IPM 냉각 장치(1)가 제조된다.
상술한 제조 방법에 있어서, 상측 구성 부재(15)의 정상벽(9)과 전열판(21) 사이에 납재박을 개재시키는 것 대신에, 상측 구성 부재(15)를 양면에 납재층을 갖는 알루미늄 브레이징 시트를 사용해서 형성해도 좋고, 혹은 전열판(21)을 상측 구성 부재(15)에 납땜되는 면(21a)에 납재층을 갖는 알루미늄 브레이징 시트를 사용해서 형성해도 좋다.
상기 실시 형태의 수나사 부품(22)에 있어서, 판상 헤드부(23)에는 반드시 돌기(27)가 형성되어 있을 필요는 없다.
도 5는 설치기(3)에 사용되는 수나사 부품의 변형예를 나타낸다.
도 5에 도시하는 수나사 부품(40)의 경우, 판상 헤드부(41)는 사각형이고, 그의 수나사부(24)측의 면에는 돌기(27)는 형성되어 있지 않다. 이 수나사 부품(40)의 판상 헤드부(41)도 상술한 수나사 부품(22)의 경우와 마찬가지로 하여, 전열판(21)의 냉각기(2)에 납땜되는 면(21a)에 있어서의 관통 구멍(26)의 주위 부분에 압입되고, 이에 따라 전열판(21)의 냉각기(2)에 납땜되는 면에 오목부(28)가 형성됨과 함께, 당해 오목부(28) 내에 수나사 부품(40)의 판상 헤드부(41)가 상기 면(21a)으로부터 냉각기(2)측으로 돌출되지 않으면서 수나사부(24)의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣는다.
또한, 도 5에 도시하는 판상 헤드부(41)의 수나사부(24)측의 면에, 복수의 돌기가 수나사부(24)의 주위 방향으로 간격을 두고 일체로 형성되어 있어도 좋다. 또한, 도 5에 도시하는 수나사 부품(40)에 있어서, 판상 헤드부(41)의 형상은 사각형으로 한정되지 않으며, 그 밖의 다각형이어도 좋다.
상술한 실시 형태에 있어서는, 본 발명에 의한 파워 반도체 모듈 냉각 장치가 IPM의 냉각에 적용되고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니며, IGBTM이나 그 밖의 파워 반도체 모듈의 냉각에도 적용 가능하다.

Claims (7)

  1. 내부에 냉각 유체 통로가 형성된 냉각기와, 냉각기에 고정되고 또한 파워 반도체 모듈을 냉각기에 설치하는 설치기를 구비하고 있고, 냉각기에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로에 면한 벽 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 파워 반도체 모듈을 탑재하는 탑재부가 형성되고, 설치기가 열전도성 재료로 이루어지고 또한 냉각기의 탑재부를 따라서 접합된 전열판과, 판상 헤드부 및 수나사부로 이루어지고, 또한 판상 헤드부가 냉각기측에 위치함과 함께 수나사부가 전열판을 관통하는 수나사 부품으로 이루어지고, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판의 냉각기측의 면에 형성된 오목부 내에, 상기 면으로부터 냉각기측으로 돌출되지 않고 또한 수나사부의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판보다도 경질인 재료로 형성되어 있고, 수나사 부품의 판상 헤드부가 전열판의 냉각기측의 면에 압입됨으로써, 전열판의 냉각기측의 면에 오목부가 형성됨과 함께, 당해 오목부 내에 수나사 부품의 판상 헤드부가, 상기 면으로부터 냉각기측으로 돌출되지 않고 또한 수나사부의 축선 주위의 회전이 저지되도록 끼워 넣어져 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서, 수나사 부품의 판상 헤드부에 있어서의 수나사부측을 향한 면에 복수의 돌기가 일체로 형성되어 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서, 냉각기가 내부에 냉각 유체 통로를 갖는 케이싱을 구비하고 있고, 케이싱 내의 냉각 유체 통로에 방열 핀이 배치되어, 케이싱의 벽 부분에 있어서의 내면이 냉각 유체 통로에 면한 부분의 외면 전체 중 적어도 일부에 파워 반도체 모듈을 탑재하는 탑재부가 형성되어 있는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  5. 제1항에 있어서, 전열판이 알루미늄으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 알루미늄보다도 경질인 알루미늄으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서, 전열판이 알루미늄으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 알루미늄보다도 경질인 철 합금으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
  7. 제1항에 있어서, 전열판이 구리 합금으로 이루어지고, 수나사 부품이 전열판을 형성하는 구리 합금보다도 경질인 철 합금으로 이루어지는 파워 반도체 모듈 냉각 장치.
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