WO2026014152A1 - パワーモジュールの製造装置およびパワーモジュールの製造方法 - Google Patents

パワーモジュールの製造装置およびパワーモジュールの製造方法

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WO2026014152A1
WO2026014152A1 PCT/JP2025/021629 JP2025021629W WO2026014152A1 WO 2026014152 A1 WO2026014152 A1 WO 2026014152A1 JP 2025021629 W JP2025021629 W JP 2025021629W WO 2026014152 A1 WO2026014152 A1 WO 2026014152A1
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WO
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power module
heat sink
base
crimping blade
unit
Prior art date
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Pending
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PCT/JP2025/021629
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English (en)
French (fr)
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晴菜 多田
泰之 三田
嘉教 伊藤
隼人 寺田
達志 森貞
達也 深瀬
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00Making other particular articles
    • B21D53/02Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers
    • B21D53/04Making other particular articles heat exchangers or parts thereof, e.g. radiators, condensers fins, headers of sheet metal
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • This disclosure relates to a power module manufacturing apparatus and a power module manufacturing method.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing a heat sink in which heat dissipation fins are attached to a metal base using a crimping process, which is part of the power module manufacturing process. Specifically, fin grooves and press grooves are formed alternately in the metal base. The heat dissipation fins are inserted into the fin grooves, and the press grooves are widened by pressing them using the crimping blade of a crimping jig. In this way, the heat dissipation fins are crimped and fixed to the metal base.
  • the crimping device described in Patent Document 1 is configured by alternating multiple crimping blades and multiple spacers, which are then fixed together with a shaft and screws, resulting in a large number of parts. As a result, each part needs to be positioned when assembling the crimping device, and the time required for positioning increases, resulting in a decrease in the productivity of power modules.
  • the present disclosure therefore aims to provide technology that can reduce the time required for positioning when assembling power module manufacturing equipment and improve power module productivity.
  • the power module manufacturing apparatus applies pressure to a power module section having a first uneven portion on one side, a heat sink base having a second uneven portion on the surface facing the power module section, and a heat sink having a plurality of heat dissipation fins on the surface of the heat sink base opposite the surface facing the power module section, and manufactures a power module by engaging the first uneven portion with the second uneven portion.
  • the power module manufacturing apparatus comprises: a unit base; a crimping blade base mounted on the unit base and having a crimping blade and a crimping blade fixed to its upper surface; and a crimping blade unit having the following components: the crimping blade has a plurality of upper comb blades extending in the vertical direction; the crimping blade base has a plurality of lower comb blades extending in the vertical direction and combining with the plurality of upper comb blades to form a plurality of comb blades; spaces are formed between adjacent comb blades into which the plurality of heat dissipation fins of the heat sink can be inserted; the crimping blade is fixed to the upper end of a portion of the crimping blade base where the plurality of lower comb blades are not provided; and the lower portion of the crimping blade base where the plurality of lower comb blades are not provided is fixed to the upper surface of the unit base.
  • the number of parts is fewer than in conventional devices, making it easier to position each component when assembling the power module manufacturing device. As a result, the time required for positioning is reduced, thereby improving the productivity of power modules.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a power module manufactured using the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an outline of a method for integrating a power module section and a heat sink.
  • FIG. 3 is a front view of the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a top view of the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view for explaining the assembly process of the caulking blade unit according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a first example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a side view showing a first example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a second example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a side view showing a second example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a third example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a fourth example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a fifth example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a top view showing a fifth example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a sixth example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a perspective view showing a seventh example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 18 is a perspective view showing an eighth example of a method for fixing the caulking blade base to the unit base according to the first embodiment.
  • FIG. 19 is a front view for explaining a process of attaching the heat sink to the crimping blade unit in the first embodiment.
  • FIG. 20 is a front view illustrating a process of integrating the power module portion and the heat sink in the first embodiment.
  • FIG. 21 is a front view of a power module manufactured using the power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 22 is a front view showing a first example of the tip shape of the comb blade according to the first embodiment.
  • FIG. 23 is a front view showing a second example of the tip shape of the comb blade according to the first embodiment.
  • FIG. 24 is a front view showing a third example of the tip shape of the comb blade according to the first embodiment.
  • FIG. 25 is a front view showing a fourth example of the tip shape of the comb blade according to the first embodiment.
  • FIG. 26 is a top view of a power module manufacturing apparatus according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 27 is a top view showing a state in which a heat sink is attached to a crimping blade unit in the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 28 is a front view showing a state in which a heat sink is attached to a crimping blade unit in the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 29 is a front view showing a state in which the power module is attached to the crimping blade unit in the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 30 is a top view showing a state in which the power module is attached to the crimping blade unit in the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 31 is a front view showing a state in which the power module is attached to the crimping blade unit in the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 32 is a top view showing a state in which the power module is attached to the crimping blade unit in the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 33 is a front view of a power module manufacturing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 34 is a top view of a power module manufacturing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 35 is a top view showing the heat sink being attached to the crimping blade unit in the second embodiment.
  • FIG. 36 is a front view showing a state in which the heat sink is attached to the crimping blade unit in the second embodiment.
  • FIG. 37 is a top view showing a state in which the heat sink is attached to the crimping blade unit in the second embodiment.
  • FIG. 38 is a top view showing a state in which a heat sink is attached to a crimping blade unit in a modified example of the second embodiment.
  • FIG. 39 is a front view showing a state in which a heat sink is attached to a crimping blade unit in a modified example of the second embodiment.
  • FIG. 40 is a front view of a power module manufacturing apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 40 is a front view of a power module manufacturing apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 41 is a top view of a power module manufacturing apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 42 is a front view showing a state in which the heat sink is attached to the crimping blade unit in the third embodiment.
  • FIG. 43 is a front view showing a state in which a power module section is disposed on a heat sink attached to a crimping blade unit in the third embodiment.
  • FIG. 44 is a front view showing a state in which a press load is started to be applied to the power module portion in the third embodiment.
  • FIG. 45 is a front view showing a state after application of a press load to the power module portion in the third embodiment.
  • FIG. 46 is a front view showing a state in which the power module section and the heat sink are integrated in the third embodiment.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view of a power module 14 manufactured using a power module manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view showing an outline of a method for integrating a power module section 12 and a heat sink 13.
  • the power module 14 is a heat sink-integrated power module, and includes a power module section 12 and a heat sink 13.
  • the power module section 12 includes multiple semiconductor elements 1, bonding material 2 such as solder, wiring 3, metal conductors 4 such as lead frames, insulating material 5 such as insulating sheets, control terminals 6, sealing material 7, main terminals 8, and a fin base 9.
  • Multiple semiconductor elements 1 are mounted on the upper surface of a metal conductor 4 via a bonding material 2.
  • the metal conductor 4 is arranged via an insulating material 5 attached to the upper surface of a fin base 9.
  • the semiconductor elements 1 are made of silicon (Si) or a wide bandgap semiconductor. Wide bandgap semiconductors include silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), diamond (C), etc. Similar effects can be achieved with any semiconductor material.
  • the control terminals 6 and main terminals 8 are connected to the semiconductor element 1 via wiring 3.
  • the sealing material 7 is made of an epoxy resin or the like, and seals the semiconductor element 1, control terminals 6, main terminals 8, insulating material 5, and fin base 9 so that one end of the control terminals 6 and main terminals 8 and the underside (one side) of the fin base 9 are exposed.
  • a first uneven portion 15a (see Figure 2) is provided on the underside (one side) of the fin base 9.
  • the first uneven portion 15a is made up of multiple recesses and is provided across the width of the fin base 9 (left-right direction in Figure 1).
  • the heat sink 13 has a heat sink base 10 that is integrated with the underside (one side) of the fin base 9, and a plurality of heat dissipation fins 11 that are provided on the underside of the heat sink base 10 (the side opposite to the side facing the power module section 12).
  • a second uneven portion 15b (see Figure 2) that can mate with the first uneven portion 15a is provided on the upper surface of the heat sink base 10 (the surface facing the power module portion 12) excluding the outer periphery.
  • the second uneven portion 15b is made up of multiple protrusions and is provided across the width direction (left-right direction in Figure 1) of the heat sink base 10 excluding the outer periphery.
  • the first uneven portion 15a on the fin base 9 and the second uneven portion 15b on the heat sink base 10 are integrated using a press load, achieving a grease-free design. Because no thermally conductive grease is placed at the connection between the power module section 12 and the heat sink 13, there is low thermal resistance and no pumping out or bleeding of the thermally conductive grease during use. As a result, the heat sink-integrated power module has excellent long-term reliability.
  • the fin base 9 is manufactured by cutting, forging, casting, extrusion, or other processes, and is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the material of the fin base 9 is not limited to aluminum-based materials, and may also be copper, etc.
  • the heat sink 13 is a "crimped heat sink” in which the heat sink base 10 and heat dissipation fins 11 are integrated by “crimping.”
  • the heat sink base 10 is manufactured by cutting, die-casting, forging, extrusion, or other processes, and is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a plate material such as aluminum or an aluminum alloy for the heat dissipation fins 11
  • the materials for the heat sink base 10 and the heat dissipation fins 11 are not limited to aluminum-based materials, and a combination of different materials may also be used.
  • a copper-based plate material which has a higher thermal conductivity than aluminum-based materials, for the heat dissipation fins 11 will provide even better heat dissipation capacity than aluminum-based materials.
  • the heat dissipation fins 11 can be designed freely. This allows the heat dissipation capacity of the heat sink 13 to be maximized.
  • the heat sink 13 is not limited to a crimped heat sink; similar effects can be achieved with heat sinks made by cutting, forging, extrusion, casting, or other processes.
  • convex portions are formed on the heat sink base 10 and concave portions are formed on the fin base 9, and the two are integrated, but this is not limited to this.
  • the same effect can be achieved by forming concave portions on the heat sink base 10 and convex portions on the fin base 9, or by combining these configurations and forming concave and convex portions on both the heat sink base 10 and the fin base 9.
  • Figure 2 is a cross-sectional view showing an outline of a method for integrating the power module section 12 and the heat sink 13. Note that Figure 2 also shows a schematic diagram of the crimping blade unit 19.
  • the heat sink 13 is set on the crimping blade unit 19, which supports the press load, and the power module section 12 is set in a position where the first uneven portion 15a of the fin base 9 fits into the second uneven portion 15b of the heat sink base 10.
  • a press load is applied using a processing device such as a press (not shown), thereby integrating the power module section 12 and heat sink 13.
  • Figure 3 is a front view of the manufacturing equipment for the power module 14 according to embodiment 1.
  • Figure 4 is a side view of the manufacturing equipment for the power module 14 according to embodiment 1.
  • Figure 5 is a top view of the manufacturing equipment for the power module 14 according to embodiment 1.
  • Figure 6 is an exploded perspective view of the manufacturing equipment for the power module 14 according to embodiment 1.
  • Figure 7 is a perspective view for explaining the assembly process of the crimping blade unit 19 according to embodiment 1.
  • the power module 14 manufacturing device is a fitting device for fitting the power module section 12 and the heat sink 13, and is equipped with a unit base 20 and a crimping blade unit 19.
  • the unit base 20 is a plate-like member that is rectangular when viewed from above.
  • the crimping blade unit 19 is mounted on the unit base 20. Specifically, the crimping blade unit 19 is fixed to the unit base 20 by screws 23.
  • the crimping blade unit 19 includes a crimping blade 17 and a crimping blade base 18.
  • the crimping blade 17 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the crimping blade 17 has multiple upper comb blades 21a extending in the vertical direction.
  • the multiple upper comb blades 21a are arranged at intervals in the width direction (left and right direction in Figure 3).
  • the portion 22 of the crimping blade 17 where the multiple upper comb blades 21a are not provided has two positioning holes 24 into which the upper parts of two positioning pins 26 for fixing to the crimping blade base 18 are respectively inserted, and a countersunk hole 25 for screw fastening.
  • the crimping blade base 18 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
  • the crimping blade base 18 is provided with multiple lower comb blades 21b extending in the vertical direction.
  • the multiple lower comb blades 21b are spaced apart in the width direction (left and right in Figure 3).
  • the upper part of the portion 22a of the crimping blade base 18 where the multiple lower comb blades 21b are not provided is provided with two positioning holes 24a into which the lower parts of two positioning pins 26 for fixing the crimping blade 17 are inserted, and a screw hole 25a.
  • the two positioning holes 24a of the crimping blade base 18 are located opposite the two positioning holes 24 of the crimping blade 17, and the screw hole 25a of the crimping blade base 18 is located opposite the countersunk hole 25 of the crimping blade 17.
  • the crimping blade 17 is fixed onto the crimping blade base 18, and multiple upper comb blades 21a and multiple lower comb blades 21b are combined to form multiple comb blades 21.
  • the number of upper comb blades 21a is the same as the number of lower comb blades 21b.
  • a space is formed between adjacent comb blades 21 into which multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 can be inserted.
  • the number of spaces between adjacent comb blades 21 is equal to the number of heat dissipation fins 11 so that all heat dissipation fins 11 can be inserted.
  • the positions into which the two positioning pins 26 are inserted and the positions of the countersunk holes 25 and screw holes 25a may be positions other than those shown in Figures 5 and 6, and there is no limit to the number of them. However, if the positions into which the two positioning pins 26 are inserted and the positions of the countersunk holes 25 and screw holes 25a are as shown in Figures 5 and 6, it will be difficult for the crimping blade 17 to rotate relative to the crimping blade base 18 due to misalignment during assembly or external force, and loosening of the screws securing the two can be prevented, so the positions shown in Figures 5 and 6 are recommended.
  • the crimping blade unit 19 will be more stable if the vertical lengths of the crimping blade 17 and the crimping blade base 18 are the same, or if the crimping blade base 18 is longer than the crimping blade 17. In this case, the vertical length of the upper comb blade 21a is equal to or less than the vertical length of the lower comb blade 21b.
  • the width of the upper comb blade 21a equal to or smaller than the width of the lower comb blade 21b to absorb any misalignment.
  • Figure 8 is a perspective view showing a first example of a method for fixing the crimping blade base 18 to the unit base 20 according to embodiment 1.
  • Figure 9 is a side view showing a first example of a method for fixing the crimping blade base 18 to the unit base 20 according to embodiment 1.
  • a screw hole may be provided on the surface of the crimping blade base 18 that comes into contact with the unit base 20, and the crimping blade base 18 may be fixed to the unit base 20 with a screw 23.
  • a screw hole 23a (see Figure 4) is provided in the lower part of the portion 22a of the crimping blade base 18 where the multiple lower comb blades 21b are not provided, into which a screw is fastened to fix the unit base 20 to the crimping blade base 18.
  • a drilled hole or a countersunk hole may be used instead of the screw hole 23a.
  • Figure 10 is a perspective view showing a second example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 11 is a side view showing a second example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • a screw hole may be provided on the underside of an extension 28 extending laterally from the lower side of the crimping blade base 18, and the crimping blade base 18 may be fixed to the unit base 20 with a screw 23.
  • Figure 12 is a perspective view showing a third example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 13 is a perspective view showing a fourth example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 14 is a perspective view showing a fifth example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 15 is a top view showing a fifth example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • an extension 28 that is thinner than the one in Figures 10 and 11 may be provided on the side of the crimping blade base 18 other than the side where the multiple heat dissipation fins 11 are inserted, and a drilled hole 28a may be provided in the extension 28, and the crimping blade base 18 may be fixed to the unit base 20 with a screw. Note that a countersunk hole may be used instead of the drilled hole 28a.
  • Figure 16 is a perspective view showing a sixth example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 17 is a perspective view showing a seventh example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • Figure 18 is a perspective view showing an eighth example of a method for fixing the crimping blade base 18 according to embodiment 1 to the unit base 20.
  • an L-shaped plate 29 with a hole 29a may be attached to the side of the crimping blade base 18 other than the side where the multiple heat dissipation fins 11 are inserted, and the crimping blade base 18 may be fixed to the unit base 20 with screws.
  • an L-shaped plate 29 with a hole 29a may be attached to the extension 28, and the crimping blade base 18 may be fixed to the unit base 20 with screws.
  • Figure 19 is a front view illustrating the process of attaching the heat sink 13 to the crimping blade unit 19 in embodiment 1.
  • Figure 20 is a front view illustrating the process of integrating the power module section 12 and the heat sink 13 in embodiment 1.
  • Figure 21 is a front view of a power module 14 manufactured using the power module 14 manufacturing apparatus according to embodiment 1.
  • the crimping blade 17 is fixed onto the crimping blade base 18 with screws 27 to form the crimping blade unit 19.
  • the crimping blade unit 19 is fixed onto the unit base 20 with screws.
  • the heat sink 13 when attaching the heat sink 13 to the crimping blade unit 19, the heat sink 13 is aligned so that the comb blades 21 of the crimping blade unit 19 and the heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 are alternately arranged so that the heat dissipation fins 11 (see Figure 2) fit into the spaces formed between adjacent comb blades 21 (see Figure 3). Then, the multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 are inserted into the spaces formed between adjacent comb blades 21 of the crimping blade unit 19.
  • the power module section 12 is placed at a position where the first uneven portion 15a (see Figure 2) of the fin base 9 and the second uneven portion 15b (see Figure 2) of the heat sink base 10 fit together, and pressure is applied from above the power module section 12 with a press load.
  • the first uneven portion 15a of the fin base 9 fits together with the second uneven portion 15b of the heat sink base 10 (see Figure 2), completing the power module 14 as shown in Figure 21.
  • the comb teeth 21 are inserted between adjacent heat dissipation fins 11, and the press load is supported by the comb teeth 21, so the press load is supported directly below where the second uneven portion 15b of the heat sink 13 is formed. Therefore, the crimping process can be performed without deforming the heat sink base 10.
  • Figures 22 to 25 are front views showing first to fourth examples of the tip shape of the comb blade 21 according to embodiment 1.
  • the tips of the comb teeth 21 may have any shape shown in Figures 22 to 25, for example, and may be selected to match the shape of the space between adjacent heat dissipation fins 11.
  • the tips of the comb teeth 21 may have a rectangular shape as shown in Figure 22, a chamfered shape as shown in Figure 23, a triangular shape as shown in Figure 24, or an arc shape as shown in Figure 25.
  • Figure 26 is a top view of a manufacturing apparatus for a power module 14 according to a first modified example of the first embodiment.
  • Figure 27 is a top view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in the first modified example of the first embodiment.
  • Figure 28 is a front view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in the first modified example of the first embodiment.
  • a heat sink insertion opening 36 is formed on the side of the crimping blade unit 19, allowing multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 to be inserted into the space formed between adjacent comb blades 21.
  • a positioning member 31 may be provided on the opposite side of the heat sink insertion opening 36 on the top surface of the unit base 20 to abut and position the heat sink base 10. Note that A in Figure 28 is the clearance between the comb blade 21 and the heat dissipation fin 11.
  • Figure 29 is a front view showing the power module 14 attached to the crimping blade unit 19 in Variation 2 of Embodiment 1.
  • Figure 30 is a top view showing the power module 14 attached to the crimping blade unit 19 in Variation 2 of Embodiment 1.
  • a plurality of first holes 10a may be provided on the surface of the heat sink base 10 facing the power module section 12.
  • a plurality of positioning pins 34 can be attached to the first holes 10a to abut and position the power module section 12.
  • Two of the plurality of first holes 10a are provided on diagonal lines sandwiching the power module section 12.
  • Figure 31 is a front view showing the power module 14 attached to the crimping blade unit 19 in Variation 3 of Embodiment 1.
  • Figure 32 is a top view showing the power module 14 attached to the crimping blade unit 19 in Variation 3 of Embodiment 1.
  • the power module unit 12 may be provided with main terminals 8 as connection terminals that can be connected to an external device (not shown), and positioning pins 34 may be inserted into the second holes 8a of the main terminals 8. Specifically, the multiple positioning pins 34 are inserted into the second holes 8a of some of the multiple main terminals 8.
  • the crimping blade unit 19 is not limited to a configuration in which one crimping blade 17 and one crimping blade base 18 are combined, and the same effect can be achieved even if two or more crimping blades 17 and crimping blade bases 18 are combined.
  • the crimping device described in Patent Document 1 is configured by alternating multiple crimping blades and multiple spacers, which are then fixed together with a shaft and screws, resulting in a large number of parts. As a result, each part needs to be positioned when assembling the crimping device, and the time required for positioning increases, resulting in a decrease in the productivity of power modules.
  • the manufacturing apparatus for the power module 14 includes a unit base 20 and a crimping blade unit 19 mounted on the unit base 20 and having a crimping blade 17 and a crimping blade base 18 to the upper surface of which the crimping blade 17 is fixed.
  • the crimping blade 17 has a plurality of upper comb blades 21a extending in the vertical direction.
  • the crimping blade base 18 has a plurality of lower comb blades 21b extending in the vertical direction and combining with the plurality of upper comb blades 21a to form a plurality of comb blades 21.
  • a space is formed between adjacent comb blades 21 into which a plurality of heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 can be inserted.
  • the crimping blade 17 is fixed to the upper end of a portion 22a of the crimping blade base 18 where the plurality of lower comb blades 21b are not provided.
  • the lower part of the portion 22a of the crimping blade base 18 where the plurality of lower comb blades 21b are not provided is fixed to the upper surface of the unit base 20.
  • the power module 14 manufacturing equipment is therefore composed of a unit base 20 and a crimping blade unit 19 having a crimping blade 17 and a crimping blade base 18. Because it has fewer parts than conventional equipment, it is easier to position each component when assembling the power module 14 manufacturing equipment. As a result, the time required for positioning is reduced, thereby improving the productivity of the power module 14.
  • the crimping blade 17 and crimping blade base 18 are manufactured by cutting or wire electric discharge machining a metal block, for example, so the perpendicularity of the comb blade 21 and unit base 20 depends on the precision of the cutting process, and no adjustment is required during assembly.
  • the crimping device described in Patent Document 1 required approximately two to three hours to remove the assembly including multiple crimping blades, a shaft, and a spacer from the device, remove the crimping blades and spacers from the shaft, replace the worn or damaged crimping blade, and then reattach the assembly to the device.
  • the crimping blade 17 and crimping blade base 18 are fixed, there is a possibility that the upper comb blade 21a and the lower comb blade 21b may become misaligned due to misalignment caused by processing tolerances, but because the width of the upper comb blade 21a is equal to or smaller than the width of the lower comb blade 21b, this misalignment can be absorbed.
  • the vertical length of the upper comb blade 21a is less than or equal to the vertical length of the lower comb blade 21b
  • the vertical length of the crimping blade 17 is less than or equal to the vertical length of the crimping blade base 18, resulting in a stable crimping blade unit 19.
  • a heat sink insertion opening 36 is formed on the side of the crimping blade unit 19, allowing multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 to be inserted into the space formed between adjacent comb blades 21.
  • a positioning member 31 is provided on the opposite side of the heat sink insertion opening 36 on the top surface of the unit base 20 to abut and position the heat sink base 10.
  • a first hole 10a is provided on the surface of the heat sink base 10 facing the power module section 12, and a positioning pin 34 for positioning the power module section 12 can be attached to the first hole 10a.
  • the power module section 12 is also provided with a main terminal 8 that can be connected to an external device, and the main terminal 8 is provided with a second hole 8a into which a positioning pin 34 can be inserted.
  • Fig. 33 is a front view of a manufacturing apparatus for the power module 14 according to the second embodiment.
  • Fig. 34 is a top view of the manufacturing apparatus for the power module 14 according to the second embodiment. Note that in the second embodiment, the same components as those described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the second embodiment is configured in such a way that, to the configuration of the first embodiment, a guide member 35 is added to guide the heat sink 13 when inserting the heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 into the space formed between adjacent comb blades 21 of the crimping blade unit 19.
  • the guide member 35 corresponds to the heat sink insertion guide.
  • the guide member 35 is provided around the heat sink insertion opening 36 in the unit base 20. Specifically, the guide member 35 is positioned from the side of the crimping blade unit 19 at a position calculated from (the distance from the side of the heat sink base 10 to the side of the outermost heat dissipation fin 11) minus (the thickness of the comb blade 21). The guide member 35 is positioned so that, when attaching the heat sink 13 to the crimping blade unit 19, all of the heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 are inserted into all of the spaces formed between adjacent comb blades 21 on the crimping blade unit 19.
  • Figure 35 is a top view showing the heat sink 13 in the process of being attached to the crimping blade unit 19 in embodiment 2.
  • Figure 36 is a front view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in embodiment 2.
  • Figure 37 is a top view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in embodiment 2.
  • a heat sink insertion opening 36 is formed on the side of the crimping blade unit 19, allowing multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 to be inserted into the space formed between adjacent comb blades 21.
  • a guide member 35 for guiding the heat sink 13 is provided around the heat sink insertion opening 36 in the unit base 20.
  • the guide member 35 prevents the multiple heat dissipation fins 11 from being inserted into positions other than the space they are intended to be in, making it easier to position the heat sink 13 relative to the crimping blade unit 19. Furthermore, it reduces the chance of incorrect insertion of the multiple heat dissipation fins 11 due to human error, improving the productivity of the power module 14.
  • Figure 38 is a top view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in a modified example of embodiment 2.
  • Figure 39 is a front view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in a modified example of embodiment 2.
  • positioning pins 35A are provided on the top surface of the unit base 20 to position the multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 so as to guide them into the spaces formed between adjacent comb blades 21, and the heat sink base 10 may be provided with holes 35a into which the positioning pins 35A can be inserted.
  • the holes 35a are provided in two or more of the four corners of the heat sink base 10. In this case, as with the above, it is possible to easily position the heat sink 13 relative to the crimping blade unit 19, and the productivity of the power module 14 is improved.
  • Fig. 40 is a front view of a manufacturing apparatus for the power module 14 according to the third embodiment.
  • Fig. 41 is a top view of the manufacturing apparatus for the power module 14 according to the third embodiment. Note that in the third embodiment, the same components as those described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • an upper plate 37, an intermediate plate 38, and an elastic member 39 are added to the configuration of embodiment 1.
  • an upper plate 37, an intermediate plate 38, and an elastic member 39 may also be added to the configuration of embodiment 2.
  • the top plate 37 is formed in a rectangular shape when viewed from above, and has the same top-view outline as the unit base 20.
  • the top plate 37 is positioned at the upper end of the crimping blade unit 19 and can support the peripheral edge of the heat sink base 10.
  • the intermediate plate 38 is formed in a rectangular shape when viewed from above, and has the same outline as the outline of the unit base 20 when viewed from above.
  • the intermediate plate 38 is disposed between the upper plate 37 and the unit base 20.
  • the elastic members 39 are disposed between the upper plate 37 and the intermediate plate 38, and between the intermediate plate 38 and the unit base 20.
  • the elastic members 39 are, for example, springs.
  • a heat sink insertion opening 36 (see Figure 26) is formed on the side of the crimping blade unit 19, allowing multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 to be inserted into the space formed between adjacent comb blades 21.
  • a heat sink insertion section 41 that communicates with the heat sink insertion opening 36 is provided on the part of the top plate 37 on the side of the heat sink insertion opening 36.
  • a space 40 for removing the product is formed on the part of the top plate 37 that is perpendicular to the heat sink insertion section 41 in a top view.
  • Figure 42 is a front view showing the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in embodiment 3.
  • Figure 43 is a front view showing the power module section 12 placed on the heat sink 13 attached to the crimping blade unit 19 in embodiment 3.
  • Figure 44 is a front view showing the state in which application of a press load to the power module section 12 has begun in embodiment 3.
  • Figure 45 is a front view showing the state in which application of a press load to the power module section 12 has finished in embodiment 3.
  • Figure 46 is a front view showing the state in which the power module section 12 and the heat sink 13 are integrated in embodiment 3. Note that cross sections of the power module section 12 and the heat sink 13 are shown in Figures 42 to 46.
  • the crimping blade 17 is fixed onto the crimping blade base 18 with screws 27 to form the crimping blade unit 19.
  • the crimping blade unit 19 is fixed onto the unit base 20 with screws.
  • the top plate 37, intermediate plate 38, and elastic member 39 are attached between the crimping blade unit 19 and the unit base 20.
  • the multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 are inserted into the spaces formed between adjacent comb blades 21 in the crimping blade unit 19 at a height that prevents the tips of the comb blades 21 from contacting the bases of the heat dissipation fins 11.
  • the peripheral edge of the heat sink base 10 is supported by the top plate 37.
  • the power module unit 12 is placed in a position where the first uneven portion 15a of the power module unit 12 fits into the second uneven portion 15b of the heat sink 13.
  • a press load is applied in this state using a processing device such as a press (not shown).
  • the power module section 12 receives the press load, and the first uneven portion 15a of the power module section 12 begins to fit into the second uneven portion 15b of the heat sink 13.
  • the press load is also transmitted to the top plate 37, and the top plate 37 moves in the compression direction, i.e., downward, against the elastic force of the elastic member 39.
  • the heat sink 13 comes into contact with the comb teeth 21 of the crimping blade unit 19 and begins to support the load.
  • the first uneven portion 15a of the power module portion 12 engages with the second uneven portion 15b of the heat sink 13, as shown in Figure 45, and the power module portion 12 and heat sink 13 are integrated, completing the power module 14.
  • an upper plate 37 that is disposed at the upper end of the crimping blade unit 19 and is capable of supporting the peripheral edge of the heat sink base 10, an intermediate plate 38 that is disposed between the upper plate 37 and the unit base 20, and elastic members 39 that are disposed between the upper plate 37 and the intermediate plate 38 and between the intermediate plate 38 and the unit base 20.
  • a heat sink insertion opening 36 is formed on the side of the crimping blade unit 19, allowing multiple heat dissipation fins 11 of the heat sink 13 to be inserted into the space formed between adjacent comb blades 21, and a heat sink insertion portion 41 that communicates with the heat sink insertion opening 36 is formed on the part of the upper plate 37 on the side of the heat sink insertion opening 36.
  • a space 40 for removing the product is formed on the part of the upper plate 37 that is perpendicular to the heat sink insertion portion 41 in a top view.
  • the product floats above the crimping blade unit 19, making it easier to remove the product and improving the productivity of the power module 14.
  • a power module manufacturing apparatus for manufacturing a power module by applying pressure to a heat sink having a power module section having a first uneven portion on one surface thereof, a heat sink base having a second uneven portion on a surface facing the power module section, and a plurality of heat dissipation fins provided on a surface of the heat sink base opposite to the surface facing the power module section, and engaging the first uneven portion with the second uneven portion,
  • the unit base and a crimping blade unit mounted on the unit base and having a crimping blade and a crimping blade base on the upper surface of which the crimping blade is fixed;
  • the crimping blade has a plurality of upper comb blades extending in the vertical direction
  • the crimping blade base has a plurality of lower comb blades extending in the vertical direction and configured to form a plurality of comb blades by being combined with the plurality of upper comb blades, respectively; a space into which the plurality of heat dissipation fins of the
  • a first hole is provided in the surface of the heat sink base facing the power module unit; 5.
  • a positioning pin for positioning the power module section can be attached to the first hole.
  • the power module unit is provided with a connection terminal that can be connected to an external device,
  • the connection terminal is provided with a second hole, 7.

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Abstract

パワーモジュールの製造装置を組み立てる際の位置決めに要する時間を短縮し、パワーモジュールの生産性を向上させることが可能な技術を提供する。パワーモジュールの製造装置は、ユニット土台と、かしめ刃とかしめ刃土台とを有するかしめ刃ユニットとを備える。かしめ刃は、上下方向に延在する複数の上部櫛刃を有する。かしめ刃土台は、上下方向に延在し、複数の上部櫛刃とそれぞれ組み合わされることで複数の櫛刃を構成する複数の下部櫛刃を有する。隣り合う櫛刃の間には、ヒートシンクの複数の放熱フィンが挿入可能な空間が形成される。かしめ刃は、かしめ刃土台における複数の下部櫛刃が設けられていない部分の上端に固定される。かしめ刃土台における複数の下部櫛刃が設けられていない部分の下部は、ユニット土台の上面に固定される。

Description

パワーモジュールの製造装置およびパワーモジュールの製造方法
 本開示は、パワーモジュールの製造装置およびパワーモジュールの製造方法に関するものである。
 従来、パワーモジュール部とヒートシンクとを一体化させたパワーモジュールが提案されている。
 特許文献1には、パワーモジュールの製造工程の一部であるかしめ加工により、放熱フィンを金属ベースに取り付けたヒートシンクの製造方法が記載されている。具体的には、金属ベースにフィン溝とプレス溝が交互に形成されている。放熱フィンをフィン溝に挿入し、かしめ治具のかしめ刃を用いてプレス溝を押圧することでプレス溝を拡幅させる。こうして、放熱フィンは金属ベースにかしめ固定される。
特開2019-166547号公報
 特許文献1に記載のかしめ加工装置では、複数のかしめ刃と複数のスペーサーを交互に組み合わせて、それらをシャフトとねじとで固定する構成であり、部品点数が多い。そのため、かしめ加工装置を組み立てる際に各部材の位置決めが必要であり、位置決めに要する時間が長くなるため、パワーモジュールの生産性が低下するという課題があった。
 そこで、本開示は、パワーモジュールの製造装置を組み立てる際の位置決めに要する時間を短縮し、パワーモジュールの生産性を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
 本開示に係るパワーモジュールの製造装置は、一方面に第1凹凸部が設けられたパワーモジュール部と、前記パワーモジュール部と対向する面に第2凹凸部が設けられたヒートシンクベースと前記ヒートシンクベースにおける前記パワーモジュール部と対向する前記面とは反対側の面に設けられた複数の放熱フィンとを有するヒートシンクとを加圧し、前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とを嵌合することでパワーモジュールを製造するパワーモジュールの製造装置であって、ユニット土台と、前記ユニット土台上に搭載され、かしめ刃と上面に前記かしめ刃が固定されるかしめ刃土台とを有するかしめ刃ユニットと、を備え、前記かしめ刃は、上下方向に延在する複数の上部櫛刃を有し、前記かしめ刃土台は、上下方向に延在し、複数の前記上部櫛刃とそれぞれ組み合わされることで複数の櫛刃を構成する複数の下部櫛刃を有し、隣り合う前記櫛刃の間には、前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能な空間が形成され、前記かしめ刃は、前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の上端に固定され、前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の下部は、前記ユニット土台の上面に固定されている。
 本開示によれば、従来の装置よりも部品点数が少ないため、パワーモジュールの製造装置を組み立てる際の各部材の位置決めが容易である。その結果、位置決めに要する時間が短縮されるため、パワーモジュールの生産性を向上させることができる。
 本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
図1は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置を用いて製造されたパワーモジュールの断面図である。 図2は、パワーモジュール部とヒートシンクとを一体化させる方法の概略を示す断面図である。 図3は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置の正面図である。 図4は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置の側面図である。 図5は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置の上面図である。 図6は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置の分解斜視図である。 図7は、実施の形態1に係るかしめ刃ユニットの組み立て過程を説明するための斜視図である。 図8は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第1の例を示す斜視図である。 図9は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第1の例を示す側面図である。 図10は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第2の例を示す斜視図である。 図11は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第2の例を示す側面図である。 図12は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第3の例を示す斜視図である。 図13は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第4の例を示す斜視図である。 図14は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第5の例を示す斜視図である。 図15は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第5の例を示す上面図である。 図16は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第6の例を示す斜視図である。 図17は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第7の例を示す斜視図である。 図18は、実施の形態1に係るかしめ刃土台をユニット土台に固定する方法の第8の例を示す斜視図である。 図19は、実施の形態1においてヒートシンクをかしめ刃ユニットに取り付ける過程を説明するための正面図である。 図20は、実施の形態1においてパワーモジュール部とヒートシンクとを一体化させる過程を説明するための正面図である。 図21は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置を用いて製造されたパワーモジュールの正面図である。 図22は、実施の形態1に係る櫛刃の先端形状の第1の例を示す正面図である。 図23は、実施の形態1に係る櫛刃の先端形状の第2の例を示す正面図である。 図24は、実施の形態1に係る櫛刃の先端形状の第3の例を示す正面図である。 図25は、実施の形態1に係る櫛刃の先端形状の第4の例を示す正面図である。 図26は、実施の形態1の変形例1に係るパワーモジュールの製造装置の上面図である。 図27は、実施の形態1の変形例1においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す上面図である。 図28は、実施の形態1の変形例1においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図29は、実施の形態1の変形例2においてパワーモジュールがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図30は、実施の形態1の変形例2においてパワーモジュールがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す上面図である。 図31は、実施の形態1の変形例3においてパワーモジュールがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図32は、実施の形態1の変形例3においてパワーモジュールがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す上面図である。 図33は、実施の形態2に係るパワーモジュールの製造装置の正面図である。 図34は、実施の形態2に係るパワーモジュールの製造装置の上面図である。 図35は、実施の形態2においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられる途中を示す上面図である。 図36は、実施の形態2においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図37は、実施の形態2においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す上面図である。 図38は、実施の形態2の変形例においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す上面図である。 図39は、実施の形態2の変形例においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図40は、実施の形態3に係るパワーモジュールの製造装置の正面図である。 図41は、実施の形態3に係るパワーモジュールの製造装置の上面図である。 図42は、実施の形態3においてヒートシンクがかしめ刃ユニットに取り付けられた状態を示す正面図である。 図43は、実施の形態3においてかしめ刃ユニットに取り付けられたヒートシンク上にパワーモジュール部が配置された状態を示す正面図である。 図44は、実施の形態3においてパワーモジュール部にプレス荷重を加え始めた状態を示す正面図である。 図45は、実施の形態3においてパワーモジュール部にプレス荷重を加え終えた状態を示す正面図である。 図46は、実施の形態3においてパワーモジュール部とヒートシンクが一体化した状態を示す正面図である。
 実施の形態1.
 実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造装置を用いて製造されたパワーモジュール14の断面図である。図2は、パワーモジュール部12とヒートシンク13とを一体化させる方法の概略を示す断面図である。
 最初に、パワーモジュールの製造装置を用いて製造されたパワーモジュール14について説明する。図1に示すように、パワーモジュール14は、ヒートシンク一体型のパワーモジュールであり、パワーモジュール部12と、ヒートシンク13とを備えている。パワーモジュール部12は、複数の半導体素子1と、はんだなどの接合材2と、配線3と、リードフレームなどの金属導体4と、絶縁シートなどの絶縁材5と、制御端子6と、封止材7と、主端子8と、フィンベース9とを備えている。
 複数の半導体素子1は、接合材2を介して金属導体4の上面に搭載されている。金属導体4は、フィンベース9の上面に貼り付けられた絶縁材5を介して配置されている。半導体素子1の材質はシリコン(Si)またはワイドバンドギャップ半導体である。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、またはダイヤモンド(C)等である。いずれの半導体材料であっても同様の効果を得ることが可能である。
 制御端子6および主端子8は、配線3を介して半導体素子1と接続されている。封止材7は、エポキシ系樹脂などからなり、制御端子6および主端子8の一端側とフィンベース9の下面(一方面)が露出するように、半導体素子1、制御端子6、主端子8、絶縁材5、およびフィンベース9を封止している。
 フィンベース9の下面(一方面)には、第1凹凸部15a(図2参照)が設けられている。第1凹凸部15aは、複数の凹部から構成され、フィンベース9の幅方向(図1の左右方向)に渡って設けられている。
 ヒートシンク13は、フィンベース9の下面(一方面)と一体化されたヒートシンクベース10と、ヒートシンクベース10の下面(パワーモジュール部12と対向する面とは反対側の面)に設けられた複数の放熱フィン11とを有している。
 ヒートシンクベース10における外周部を除く部分の上面(パワーモジュール部12と対向する面)には、第1凹凸部15aと嵌合可能な第2凹凸部15b(図2参照)が設けられている。第2凹凸部15bは、複数の凸部から構成され、ヒートシンクベース10における外周部を除く部分の幅方向(図1の左右方向)に渡って設けられている。
 フィンベース9に設けられた第1凹凸部15aとヒートシンクベース10に設けられた第2凹凸部15bをプレス荷重により一体化し、グリスレス化を実現している。パワーモジュール部12とヒートシンク13との接続部分に熱伝導グリスを配置していないため、低熱抵抗であり、使用時の熱伝導グリスのポンプアウトおよびブリードが発生しない。その結果、ヒートシンク一体型のパワーモジュールは長期信頼性に優れている。
 フィンベース9は切削加工、鍛造加工、鋳造加工、または押出加工などで作製され、フィンベース9の材質はアルミニウムまたはアルミニウム合金である。ただし、フィンベース9の材質はアルミニウム系材料に限定されるものではなく、銅などであってもよい。
 また、ヒートシンク13として、ヒートシンクベース10と放熱フィン11を「かしめ加工」により一体化する「かしめヒートシンク」を採用している。ヒートシンクベース10は、切削加工、ダイキャスト加工、鍛造加工、または押出加工などで作製され、ヒートシンクベース10の材質はアルミニウム、またはアルミニウム合金である。
 また、放熱フィン11として、材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金などの板材(圧延材)を採用することで、加工性と放熱性を両立させることが可能である。ヒートシンクベース10および放熱フィン11の材質はともにアルミニウム系材料に限定されるものではなく、各々が異なる材料の組み合わせであってもよい、例えば、放熱能力の観点では、放熱フィン11としてアルミニウム系材料よりも熱伝導率が大きい銅系の板材を採用することで、アルミニウム系材料の場合よりも更に放熱能力が向上する。
 また、かしめヒートシンクを採用する場合、鋳造加工および押出加工の加工制約(アスペクト比)がないため、放熱フィン11を自由に設計できる。これにより、ヒートシンク13の放熱能力を最大限発揮させることができる。ただし、ヒートシンク13は、かしめヒートシンクに限定されるものではなく、切削加工、鍛造加工、押出加工、または鋳造加工などで作製されたヒートシンクであっても同様の効果を得ることが可能である。
 なお、図1では、ヒートシンクベース10に凸部、フィンベース9に凹部を形成し、両者を一体化しているが、これに限定されるものではなく、ヒートシンクベース10に凹部、フィンベース9に凸部を形成する、またはこれらの構成を複合させてヒートシンクベース10とフィンベース9、それぞれに凹凸部を組み合わせて形成しても同様の効果を得ることができる。
 図2は、パワーモジュール部12とヒートシンク13とを一体化させる方法の概略を示す断面図である。なお、図2では、かしめ刃ユニット19を概略的に記載している。
 図2に示すように、プレス荷重を支えるかしめ刃ユニット19にヒートシンク13をセットし、フィンベース9の第1凹凸部15aとヒートシンクベース10の第2凹凸部15bとが嵌合する位置にパワーモジュール部12をセットし、この状態で図示しないプレス機などの加工装置でプレス荷重を加えることで、パワーモジュール部12とヒートシンク13を一体化させる。
 次に、パワーモジュール14の製造装置について説明する。図3は、実施の形態1に係るパワーモジュール14の製造装置の正面図である。図4は、実施の形態1に係るパワーモジュール14の製造装置の側面図である。図5は、実施の形態1に係るパワーモジュール14の製造装置の上面図である。図6は、実施の形態1に係るパワーモジュール14の製造装置の分解斜視図である。図7は、実施の形態1に係るかしめ刃ユニット19の組み立て過程を説明するための斜視図である。
 図3~図5に示すように、パワーモジュール14の製造装置は、パワーモジュール部12とヒートシンク13の嵌合装置であり、ユニット土台20と、かしめ刃ユニット19とを備えている。
 ユニット土台20は、上面視において四角形状の板状部材である。かしめ刃ユニット19は、ユニット土台20上に搭載されている。具体的には、かしめ刃ユニット19は、ねじ23によりユニット土台20上に固定されている。
 図6に示すように、かしめ刃ユニット19は、かしめ刃17と、かしめ刃土台18とを備えている。
 かしめ刃17は、直方体状に形成されている。かしめ刃17には、上下方向に延びる複数の上部櫛刃21aが設けられている。複数の上部櫛刃21aは、それぞれ幅方向(図3の左右方向)に間隔をあけて配置されている。かしめ刃17における複数の上部櫛刃21aが設けられていない部分22には、かしめ刃土台18と固定するための2つの位置決めピン26の上部がそれぞれ挿入される2つの位置決め穴24と、ねじ止め用のザグリ穴25が設けられている。
 かしめ刃土台18は、直方体状に形成されている。かしめ刃土台18には、上下方向に延びる複数の下部櫛刃21bが設けられている。複数の下部櫛刃21bは、それぞれ幅方向(図3の左右方向)に間隔をあけて配置されている。かしめ刃土台18における複数の下部櫛刃21bが設けられていない部分22aの上部には、かしめ刃17と固定するための2つの位置決めピン26の下部がそれぞれ挿入される2つの位置決め穴24aと、ねじ穴25aが設けられている。かしめ刃土台18の2つの位置決め穴24aは、かしめ刃17の2つの位置決め穴24に対向する位置に設けられ、かしめ刃土台18のねじ穴25aは、かしめ刃17のザグリ穴25に対向する位置に設けられている。
 かしめ刃土台18上にかしめ刃17が固定され、複数の上部櫛刃21aと複数の下部櫛刃21bとがそれぞれ組み合わされることで、複数の櫛刃21が構成される。上部櫛刃21aの枚数は、下部櫛刃21bの枚数と同じである。隣り合う櫛刃21の間には、ヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能な空間が形成されている。隣り合う櫛刃21の間の空間は、全ての放熱フィン11が挿入可能なように放熱フィン11の枚数分だけ形成されている。
 なお、2つの位置決めピン26が挿入される位置と、ザグリ穴25およびねじ穴25aの位置は図5と図6に示す以外の位置であってもよく、個数も限定しない。ただし、2つの位置決めピン26が挿入される位置と、ザグリ穴25およびねじ穴25aの位置が図5と図6に示す位置である場合、組立時の位置ずれまたは外力によってかしめ刃土台18に対してかしめ刃17が回転しにくくなり、両者を固定するねじが緩むことを抑制できるため、図5と図6に示す位置であることが推奨される。
 また、かしめ刃17とかしめ刃土台18とをさらに強固に固定する場合は、ザグリ穴25およびねじ穴25aを2つ以上ずつ設けてもよい。また、かしめ刃17とかしめ刃土台18の上下方向の長さは、同じ大きさか、かしめ刃土台18がかしめ刃17よりも大きい方が安定したかしめ刃ユニット19になる。この場合の上部櫛刃21aの上下方向の長さは、下部櫛刃21bの上下方向の長さ以下である。
 また、かしめ刃17とかしめ刃土台18が固定されたとき、加工公差によるずれに起因して上部櫛刃21aと下部櫛刃21bがずれる可能性があるため、上部櫛刃21aの幅は下部櫛刃21bの幅以下として、ずれを吸収することが望ましい。
 図7に示すように、かしめ刃ユニット19を組み立てる際は、かしめ刃土台18の2つの位置決め穴24aに2つの位置決めピン26を立て、かしめ刃17の2つの位置決め穴24が2つの位置決めピン26に合うようにかしめ刃ユニット19上にかしめ刃17を配置し、最後にねじ27でかしめ刃17とかしめ刃土台18とを固定する。
 図8は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第1の例を示す斜視図である。図9は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第1の例を示す側面図である。
 例えば、図8と図9に示すように、かしめ刃土台18におけるユニット土台20と接触する面にねじ穴を設けて、かしめ刃土台18をユニット土台20にねじ23で固定してもよい。具体的には、図4に示すように、かしめ刃土台18における複数の下部櫛刃21bが設けられていない部分22aの下部には、ユニット土台20とかしめ刃土台18とを固定するためにねじ止めされるねじ穴23a(図4参照)が設けられている。なお、ねじ穴23aに代えて、キリ穴またはザグリ穴であってもよい。
 図10は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第2の例を示す斜視図である。図11は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第2の例を示す側面図である。
 図10と図11に示すように、かしめ刃土台18の下部の側面を側方に延長した延長部28の下面にねじ穴を設けて、かしめ刃土台18をユニット土台20にねじ23で固定してもよい。
 図12は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第3の例を示す斜視図である。図13は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第4の例を示す斜視図である。図14は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第5の例を示す斜視図である。図15は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第5の例を示す上面図である。
 図12~図15に示すように、かしめ刃土台18における複数の放熱フィン11が挿入される側以外の側面に、図10と図11の場合よりも厚みを薄くした延長部28を設け、延長部28にキリ穴28aを設けて、かしめ刃土台18をユニット土台20にネジで固定してもよい。なお、キリ穴28aに代えてザグリ穴であってもよい。
 図16は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第6の例を示す斜視図である。図17は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第7の例を示す斜視図である。図18は、実施の形態1に係るかしめ刃土台18をユニット土台20に固定する方法の第8の例を示す斜視図である。
 図16に示すように、かしめ刃土台18における複数の放熱フィン11が挿入される側以外の側面に穴29aを有するL字プレート29を取り付けて、かしめ刃土台18をユニット土台20にねじで固定してもよい。また、図17と図18に示すように、延長部28に穴29aを有するL字プレート29を取り付けて、かしめ刃土台18をユニット土台20にねじで固定してもよい。
 次に、パワーモジュール部12とヒートシンク13の嵌合方法について説明する。図19は、実施の形態1においてヒートシンク13をかしめ刃ユニット19に取り付ける過程を説明するための正面図である。図20は、実施の形態1においてパワーモジュール部12とヒートシンク13とを一体化させる過程を説明するための正面図である。図21は、実施の形態1に係るパワーモジュール14の製造装置を用いて製造されたパワーモジュール14の正面図である。
 図7に示したように、最初に、かしめ刃土台18上にかしめ刃17をねじ27により固定することでかしめ刃ユニット19を構成する。次に、図9等に示したように、ユニット土台20上にかしめ刃ユニット19をねじにより固定する。
 次に、図19に示すように、かしめ刃ユニット19にヒートシンク13を取り付ける際、放熱フィン11(図2参照)が隣り合う櫛刃21(図3参照)に形成された空間に入るように、かしめ刃ユニット19の櫛刃21とヒートシンク13の放熱フィン11が交互に並ぶ位置にヒートシンク13を合わせる。そして、かしめ刃ユニット19における隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11を挿入する。
 次に、図20に示すように、フィンベース9の第1凹凸部15a(図2参照)とヒートシンクベース10の第2凹凸部15b(図2参照)とが嵌合する位置にパワーモジュール部12を配置し、パワーモジュール部12の上方からプレス荷重によって加圧する。フィンベース9の第1凹凸部15aとヒートシンクベース10(図2参照)の第2凹凸部15bとが嵌合することで、図21に示すように、パワーモジュール14が完成する。このとき、隣り合う放熱フィン11の間に櫛刃21が挿入され、櫛刃21でプレス荷重を支持しているため、ヒートシンク13の第2凹凸部15bが形成されている直下でプレス荷重を支持することになる。そのため、ヒートシンクベース10を変形させることなく、かしめ加工を行うことができる。
 図22~図25は、それぞれ実施の形態1に係る櫛刃21の先端形状の第1~第4の例を示す正面図である。
 櫛刃21の先端は、例えば図22~図25に示す形状であればよく、隣り合う放熱フィン11の間の空間の形状に合わせて選択すればよい。具体的には、櫛刃21の先端は、櫛刃21の先端形状は、図22に示す四角形状、図23に示す面取り形状、図24に示す三角形状、または図25に示す円弧形状であればよい。
 次に、実施の形態1の変形例について説明する。図26は、実施の形態1の変形例1に係るパワーモジュール14の製造装置の上面図である。図27は、実施の形態1の変形例1においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す上面図である。図28は、実施の形態1の変形例1においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。
 図26~図28に示すように、かしめ刃ユニット19の側方には、隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能なヒートシンク挿入口36が形成されている。ユニット土台20の上面におけるヒートシンク挿入口36とは反対側には、ヒートシンクベース10を当て止めして位置決めするための位置決め部材31が設けられていてもよい。なお、図28に示すAは櫛刃21と放熱フィン11とのクリアランスである。
 図29は、実施の形態1の変形例2においてパワーモジュール14がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。図30は、実施の形態1の変形例2においてパワーモジュール14がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す上面図である。
 または、図29と図30に示すように、ヒートシンクベース10におけるパワーモジュール部12と対向する面には、複数の第1穴10aが設けられていてもよい。第1穴10aには、パワーモジュール部12を当て止めして位置決めするための複数の位置決めピン34が取り付け可能である。なお、複数の第1穴10aのうちの2つは、パワーモジュール部12を挟んで対角線上に設けられる。
 図31は、実施の形態1の変形例3においてパワーモジュール14がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。図32は、実施の形態1の変形例3においてパワーモジュール14がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す上面図である。
 または、図31と図32に示すように、パワーモジュール部12には、外部装置(図示せず)と接続可能な接続端子としての主端子8が設けられ、主端子8の第2穴8aに、位置決めピン34が挿入されていてもよい。具体的には、複数の位置決めピン34は、複数の主端子8の第2穴8aのうちの一部の主端子8の第2穴8aにそれぞれ挿入される。
 これらの場合、ヒートシンク13とかしめ刃ユニット19との位置決め、および、ヒートシンク13とパワーモジュール部12に含まれる部品間の位置決めが容易になり、パワーモジュール14の生産性がさらに向上する。
 なお、かしめ刃ユニット19は、かしめ刃17とかしめ刃土台18とを1つずつ組み合わせた構成に限定することなく、2つ以上のかしめ刃17とかしめ刃土台18とを組み合わせた構成であっても同様の効果が得られる。
 次に、実施の形態1の効果について、従来の装置である特許文献1に記載のかしめ加工装置と比較しながら説明する。
 特許文献1に記載のかしめ加工装置では、複数のかしめ刃と複数のスペーサーを交互に組み合わせて、それらをシャフトとねじとで固定する構成であり、部品点数が多い。そのため、かしめ加工装置を組み立てる際に各部材の位置決めが必要であり、位置決めに要する時間が長くなるため、パワーモジュールの生産性が低下するという課題があった。
 これに対して、実施の形態1では、パワーモジュール14の製造装置は、ユニット土台20と、ユニット土台20上に搭載され、かしめ刃17と上面にかしめ刃17が固定されるかしめ刃土台18とを有するかしめ刃ユニット19とを備えている。かしめ刃17は、上下方向に延在する複数の上部櫛刃21aを有している。かしめ刃土台18は、上下方向に延在し、複数の上部櫛刃21aとそれぞれ組み合わされることで複数の櫛刃21を構成する複数の下部櫛刃21bを有している。隣り合う櫛刃21の間には、ヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能な空間が形成されている。かしめ刃17は、かしめ刃土台18における複数の下部櫛刃21bが設けられていない部分22aの上端に固定されている。かしめ刃土台18における複数の下部櫛刃21bが設けられていない部分22aの下部は、ユニット土台20の上面に固定されている。
 したがって、パワーモジュール14の製造装置は、ユニット土台20と、かしめ刃17とかしめ刃土台18とを有するかしめ刃ユニット19とで構成されており、従来の装置よりも部品点数が少ないため、パワーモジュール14の製造装置を組み立てる際の各部材の位置決めが容易である。その結果、位置決めに要する時間が短縮されるため、パワーモジュール14の生産性を向上させることができる。
 また、特許文献1に記載のかしめ加工装置において、かしめ刃が装置に対して垂直に配置されていない場合、想定している荷重よりも低い荷重でかしめ刃が座屈する可能性がある。かしめ刃が座屈すると、かしめ刃の変形に荷重が使用されることで、パワーモジュールを正常に製造できなくなる。加えて、かしめ刃の変形および破損につながるため、かしめ加工装置としての機能を失うことになる。そのため、各かしめ刃が垂直に配置されるように組立時に調整する必要があり、組立に時間がかかっていた。
 これに対して、実施の形態1では、かしめ刃17とかしめ刃土台18は、例えば金属ブロックを切削またはワイヤ放電加工で削り出して製作されるため、櫛刃21とユニット土台20との垂直性は切削加工の精度によることから、組立時の調整は不要である。
 また、摩耗または破損でかしめ刃の交換が必要になった際、特許文献1に記載のかしめ加工装置では複数のかしめ刃、シャフト、およびスペーサーを含む組み立て体を装置から取り出し、シャフトからかしめ刃とスペーサーを外し、摩耗または破損したかしめ刃を交換した後、再び組み立て体を装置に取り付けるため2~3時間程度必要であった。
 これに対して、実施の形態1では、ねじ23,27と位置決めピン26を取り外して、複数の上部櫛刃21aを有するかしめ刃17または複数の下部櫛刃21bを有するかしめ刃土台18を交換するだけでよく、交換にかかる時間は10分程度であり、メンテナンスにかかる時間を大幅に減らすことができる。
 また、かしめ刃17とかしめ刃土台18が固定されたとき、加工公差によるずれに起因して上部櫛刃21aと下部櫛刃21bがずれる可能性があるが、上部櫛刃21aの幅は下部櫛刃21bの幅以下であるため、ずれを吸収することができる。
 また、上部櫛刃21aの上下方向の長さは、下部櫛刃21bの上下方向の長さ以下であるため、かしめ刃17の上下方向の長さがかしめ刃土台18の上下方向の長さ以下となり、安定したかしめ刃ユニット19になる。
 また、かしめ刃ユニット19の側方には、隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能なヒートシンク挿入口36が形成され、ユニット土台20の上面におけるヒートシンク挿入口36とは反対側には、ヒートシンクベース10を当て止めして位置決めするための位置決め部材31が設けられている。
 また、ヒートシンクベース10におけるパワーモジュール部12と対向する面には、第1穴10aが設けられ、第1穴10aには、パワーモジュール部12を位置決めするための位置決めピン34が取り付け可能である。
 また、パワーモジュール部12には、外部装置と接続可能な主端子8が設けられ、主端子8には第2穴8aが設けられ、第2穴8aには、位置決めピン34が挿入可能である。
 これらの場合、ヒートシンク13とかしめ刃ユニット19との位置決め、および、ヒートシンク13とパワーモジュール部12に含まれる部品間の位置決めが容易になり、パワーモジュール14の生産性がさらに向上する。
 実施の形態2.
 次に、実施の形態2について説明する。図33は、実施の形態2に係るパワーモジュール14の製造装置の正面図である。図34は、実施の形態2に係るパワーモジュール14の製造装置の上面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
 図33と図34に示すように、実施の形態2は、実施の形態1の構成に、かしめ刃ユニット19における隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11を挿入する際に、ヒートシンク13を案内するためのガイド部材35を追加した構成である。ガイド部材35がヒートシンク挿入ガイドに相当する。
 ガイド部材35は、ユニット土台20におけるヒートシンク挿入口36の周辺に設けられている。具体的には、ガイド部材35は、かしめ刃ユニット19の側面から(ヒートシンクベース10の側面から最外端にある放熱フィン11の側面までの距離)―(櫛刃21の厚み)から算出された位置に配置される。ガイド部材35は、かしめ刃ユニット19にヒートシンク13を取り付ける際に、かしめ刃ユニット19における隣り合う櫛刃21の間に形成された全ての空間にヒートシンク13の全ての放熱フィン11をそれぞれ挿入するために配置される。
 次に、かしめ刃ユニット19へのヒートシンク13の取り付け方法を説明する。図35は、実施の形態2においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられる途中を示す上面図である。図36は、実施の形態2においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。図37は、実施の形態2においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す上面図である。
 図35に示すように、ガイド部材35にヒートシンクベース10の端部を当てながら、かしめ刃ユニット19にヒートシンク13を取り付けようとすると、かしめ刃ユニット19の隣り合う櫛刃21の間に形成された空間のうちのガイド部材35に最も近い最外端の空間に、ヒートシンク13の複数の放熱フィン11のうちのガイド部材35に最も近い最外端の放熱フィン11が挿入される。そして、連鎖的に他の放熱フィン11も本来入るべき空間に挿入されることで、図36と図37に示すように、かしめ刃ユニット19にヒートシンク13が取り付けられる。
 以上のように、実施の形態2では、かしめ刃ユニット19の側方には、隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能なヒートシンク挿入口36が形成されている。ユニット土台20におけるヒートシンク挿入口36の周辺には、ヒートシンク13を案内するためのガイド部材35が設けられている。
 したがって、ガイド部材35により、複数の放熱フィン11が本来入るべき空間以外の位置に挿入されることを抑制できるため、かしめ刃ユニット19に対するヒートシンク13の位置決めを容易に行うことができる。また、人為的ミスに起因する複数の放熱フィン11の挿入ミスを減らすことができるため、パワーモジュール14の生産性が向上する。
 次に、実施の形態2の変形例について説明する。図38は、実施の形態2の変形例においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す上面図である。図39は、実施の形態2の変形例においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。
 図38と図39に示すように、ユニット土台20の上面には、ヒートシンク13の複数の放熱フィン11を隣り合う櫛刃21の間に形成された空間に案内するように位置決めするための位置決めピン35Aが設けられ、ヒートシンクベース10には、位置決めピン35Aが挿入可能な穴35aが設けられていてもよい。穴35aは、ヒートシンクベース10の4つの角部のうちの2箇所以上に設けられる。この場合にも、上記と同様に、かしめ刃ユニット19に対するヒートシンク13の位置決めを容易に行うことができ、かつ、パワーモジュール14の生産性が向上するという効果が得られる。
 実施の形態3.
 次に、実施の形態3について説明する。図40は、実施の形態3に係るパワーモジュール14の製造装置の正面図である。図41は、実施の形態3に係るパワーモジュール14の製造装置の上面図である。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明を省略する。
 図40と図41に示すように、実施の形態3では、実施の形態1の構成に、上面プレート37と、中間プレート38と、弾性部材39とを追加した構成である。なお、実施の形態2の構成に、上面プレート37と、中間プレート38と、弾性部材39とを追加してもよい。
 上面プレート37は、上面視において四角形状に形成され、ユニット土台20の上面視輪郭と同じ上面視輪郭を有している。上面プレート37は、かしめ刃ユニット19の上端に配置されヒートシンクベース10の周縁部を支持可能である。
 中間プレート38は、上面視において四角形状に形成され、ユニット土台20の上面視輪郭と同じ上面視輪郭を有している。中間プレート38は、上面プレート37とユニット土台20との間に配置されている。
 弾性部材39は、上面プレート37と中間プレート38との間および中間プレート38とユニット土台20との間にそれぞれ配置されている。弾性部材39は、例えばバネである。
 かしめ刃ユニット19の側方には、隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能なヒートシンク挿入口36(図26参照)が形成されている。上面プレート37におけるヒートシンク挿入口36側の部分には、ヒートシンク挿入口36と連通するヒートシンク挿入部41が設けられている。また、上面プレート37におけるヒートシンク挿入部41と上面視において直交する側の部分には、製品取り出し用の空間40が形成されている。
 次に、パワーモジュール部12とヒートシンク13の嵌合方法について説明する。図42は、実施の形態3においてヒートシンク13がかしめ刃ユニット19に取り付けられた状態を示す正面図である。図43は、実施の形態3においてかしめ刃ユニット19に取り付けられたヒートシンク13上にパワーモジュール部12が配置された状態を示す正面図である。図44は、実施の形態3においてパワーモジュール部12にプレス荷重を加え始めた状態を示す正面図である。図45は、実施の形態3においてパワーモジュール部12にプレス荷重を加え終えた状態を示す正面図である。図46は、実施の形態3においてパワーモジュール部12とヒートシンク13が一体化した状態を示す正面図である。なお、図42~図46においてパワーモジュール部12とヒートシンク13については断面を示している。
 図7に示したように、最初に、かしめ刃土台18上にかしめ刃17をねじ27により固定することでかしめ刃ユニット19を構成する。次に、図9等に示したように、ユニット土台20上にかしめ刃ユニット19をねじにより固定する。次に、図40と図41に示すように、かしめ刃ユニット19とユニット土台20との間に、上面プレート37と、中間プレート38と、弾性部材39とを取り付ける。
 次に、図42に示すように、かしめ刃ユニット19における隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へ、櫛刃21の先端が放熱フィン11の根元に当たらない高さ位置となるようにヒートシンク13の複数の放熱フィン11を挿入する。このとき、ヒートシンクベース10の周縁部は上面プレート37により支持される。
 次に、図43に示すように、パワーモジュール部12の第1凹凸部15aとヒートシンク13の第2凹凸部15bとが嵌合する位置にパワーモジュール部12を配置する。
 次に、図44に示すように、この状態で図示しないプレス機などの加工装置でプレス荷重を加える。プレス初期では、パワーモジュール部12からプレス荷重を受けて、パワーモジュール部12の第1凹凸部15aとヒートシンク13の第2凹凸部15bとが嵌合し始める。このとき、プレス荷重が上面プレート37にも伝わり、弾性部材39の弾性力に抗して上面プレート37は圧縮する方向、すなわち下方へ移動する。
 荷重の印加が増加すると、ヒートシンク13がかしめ刃ユニット19の櫛刃21と接触し、荷重を支持するようになる。荷重の印加がさらに増加すると、図45に示すように、パワーモジュール部12の第1凹凸部15aとヒートシンク13の第2凹凸部15bとが嵌合することで、パワーモジュール部12とヒートシンク13とが一体化し、パワーモジュール14が完成する。
 次に、図46に示すように、除荷することで弾性部材39の弾性力により上面プレート37が上方へ移動し、上面プレート37とヒートシンク13は元の高さ位置に戻る。最後に、製品取り出し用の空間40からパワーモジュール14を掴んで取り出す。
 以上のように、実施の形態3では、かしめ刃ユニット19の上端に配置されヒートシンクベース10の周縁部を支持可能な上面プレート37と、上面プレート37とユニット土台20との間に配置された中間プレート38と、上面プレート37と中間プレート38との間および中間プレート38とユニット土台20との間にそれぞれ配置された弾性部材39とが設けられている。かしめ刃ユニット19の側方には、隣り合う櫛刃21の間に形成された空間へヒートシンク13の複数の放熱フィン11が挿入可能なヒートシンク挿入口36が形成され、上面プレート37におけるヒートシンク挿入口36側の部分には、ヒートシンク挿入口36と連通するヒートシンク挿入部41が設けられている。また、上面プレート37におけるヒートシンク挿入部41と上面視において直交する側の部分には、製品取り出し用の空間40が形成されている。
 したがって、パワーモジュール部12とヒートシンク13との一体化後に製品がかしめ刃ユニット19から浮くため、製品の取り出しが容易になり、パワーモジュール14の生産性が向上する。
 本開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。
 なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
 以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
  (付記1)
 一方面に第1凹凸部が設けられたパワーモジュール部と、前記パワーモジュール部と対向する面に第2凹凸部が設けられたヒートシンクベースと前記ヒートシンクベースにおける前記パワーモジュール部と対向する前記面とは反対側の面に設けられた複数の放熱フィンとを有するヒートシンクとを加圧し、前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とを嵌合することでパワーモジュールを製造するパワーモジュールの製造装置であって、
 ユニット土台と、
 前記ユニット土台上に搭載され、かしめ刃と上面に前記かしめ刃が固定されるかしめ刃土台とを有するかしめ刃ユニットと、を備え、
 前記かしめ刃は、上下方向に延在する複数の上部櫛刃を有し、
 前記かしめ刃土台は、上下方向に延在し、複数の前記上部櫛刃とそれぞれ組み合わされることで複数の櫛刃を構成する複数の下部櫛刃を有し、
 隣り合う前記櫛刃の間には、前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能な空間が形成され、
 前記かしめ刃は、前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の上端に固定され、
 前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の下部は、前記ユニット土台の上面に固定されている、パワーモジュールの製造装置。
  (付記2)
 前記上部櫛刃の幅は、前記下部櫛刃の幅以下である、付記1に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記3)
 前記上部櫛刃の枚数は、前記下部櫛刃の枚数と同じである、付記1または付記2に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記4)
 前記上部櫛刃の上下方向の長さは、前記下部櫛刃の上下方向の長さ以下である、付記1から付記3のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記5)
 前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
 前記ユニット土台の上面における前記ヒートシンク挿入口とは反対側には、前記ヒートシンクベースを当て止めして位置決めするための位置決め部材が設けられている、付記1から付記4のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記6)
 前記ヒートシンクベースにおける前記パワーモジュール部と対向する前記面には、第1穴が設けられ、
 前記第1穴には、前記パワーモジュール部を位置決めするための位置決めピンが取り付け可能である、付記1から付記4のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記7)
 前記パワーモジュール部には、外部装置と接続可能な接続端子が設けられ、
 前記接続端子には第2穴が設けられ、
 前記第2穴には、前記位置決めピンが挿入可能である、付記6に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記8)
 前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
 前記ユニット土台における前記ヒートシンク挿入口の周辺には、前記ヒートシンクを案内するためのヒートシンク挿入ガイドが設けられている、付記1から付記7のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記9)
 前記ユニット土台の上面には、前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間に案内するように位置決めするための位置決めピンが設けられ、
 前記ヒートシンクベースには、前記位置決めピンが挿入可能な穴が設けられている、付記1から付記7のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記10)
 前記かしめ刃ユニットの上端に配置され前記ヒートシンクベースの周縁部を支持可能な上面プレートと、前記上面プレートと前記ユニット土台との間に配置された中間プレートと、前記上面プレートと前記中間プレートとの間および前記中間プレートと前記ユニット土台との間にそれぞれ配置された弾性部材とが設けられ、
 前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
 前記上面プレートにおける前記ヒートシンク挿入口側の部分には、前記ヒートシンク挿入口と連通するヒートシンク挿入部が設けられている、付記1から付記9のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記11)
 前記上面プレートにおける前記ヒートシンク挿入部と上面視において直交する側の部分には、製品取り出し用の空間が形成されている、付記10に記載のパワーモジュールの製造装置。
  (付記12)
 付記1から付記9のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置を用いたパワーモジュールの製造方法であって、
 前記かしめ刃土台上に前記かしめ刃をねじにより固定することで前記かしめ刃ユニットを構成する工程と、
 前記ユニット土台上に前記かしめ刃ユニットをねじにより固定する工程と、
 前記かしめ刃ユニットにおける隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを挿入する工程と、
 前記パワーモジュール部の前記第1凹凸部と前記ヒートシンクの前記第2凹凸部とが嵌合する位置に前記パワーモジュール部を配置する工程と、
 プレス荷重によって前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とが嵌合することで、前記パワーモジュール部と前記ヒートシンクとを一体化させる工程と、
 を備える、パワーモジュールの製造方法。
  (付記13)
 付記10または付記11に記載のパワーモジュールの製造装置を用いたパワーモジュールの製造方法であって、
 前記かしめ刃土台上に前記かしめ刃をねじにより固定することで前記かしめ刃ユニットを構成する工程と、
 前記ユニット土台上に前記かしめ刃ユニットをねじにより固定する工程と、
 前記かしめ刃ユニットと前記ユニット土台との間に、前記上面プレートと、前記中間プレートと、前記弾性部材とを取り付ける工程と、
 前記かしめ刃ユニットにおける隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ、前記櫛刃の先端が前記放熱フィンの根元に当たらない高さ位置となるように前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを挿入する工程と、
 前記パワーモジュール部の前記第1凹凸部と前記ヒートシンクの前記第2凹凸部とが嵌合する位置に前記パワーモジュール部を配置する工程と、
 プレス荷重によって前記弾性部材の弾性力に抗して前記上面プレートが下方へ移動することで前記櫛刃の先端が前記放熱フィンの根元に当たる位置まで移動し、前記プレス荷重をさらに印加して前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とが嵌合することで、前記パワーモジュール部と前記ヒートシンクとを一体化させる工程と、
 除荷することで前記弾性部材の前記弾性力により前記上面プレートが上方へ移動し、前記パワーモジュールを取り出す工程と、
 を備える、パワーモジュールの製造方法。
 8 主端子、8a 第2穴、10 ヒートシンクベース、10a 第1穴、11 放熱フィン、12 パワーモジュール部、13 ヒートシンク、14 パワーモジュール、15a 第1凹凸部、15b 第2凹凸部、17 かしめ刃、18 かしめ刃土台、19 かしめ刃ユニット、20 ユニット土台、21 櫛刃、21a 上部櫛刃、21b 下部櫛刃、31 位置決め部材、34 位置決めピン、35 ガイド部材、35A 位置決めピン、35a 穴、36 ヒートシンク挿入口、37 上面プレート、38 中間プレート、39 弾性部材、40 空間、41 ヒートシンク挿入部。

Claims (13)

  1.  一方面に第1凹凸部が設けられたパワーモジュール部と、前記パワーモジュール部と対向する面に第2凹凸部が設けられたヒートシンクベースと前記ヒートシンクベースにおける前記パワーモジュール部と対向する前記面とは反対側の面に設けられた複数の放熱フィンとを有するヒートシンクとを加圧し、前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とを嵌合することでパワーモジュールを製造するパワーモジュールの製造装置であって、
     ユニット土台と、
     前記ユニット土台上に搭載され、かしめ刃と上面に前記かしめ刃が固定されるかしめ刃土台とを有するかしめ刃ユニットと、を備え、
     前記かしめ刃は、上下方向に延在する複数の上部櫛刃を有し、
     前記かしめ刃土台は、上下方向に延在し、複数の前記上部櫛刃とそれぞれ組み合わされることで複数の櫛刃を構成する複数の下部櫛刃を有し、
     隣り合う前記櫛刃の間には、前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能な空間が形成され、
     前記かしめ刃は、前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の上端に固定され、
     前記かしめ刃土台における複数の前記下部櫛刃が設けられていない部分の下部は、前記ユニット土台の上面に固定されている、パワーモジュールの製造装置。
  2.  前記上部櫛刃の幅は、前記下部櫛刃の幅以下である、請求項1に記載のパワーモジュールの製造装置。
  3.  前記上部櫛刃の枚数は、前記下部櫛刃の枚数と同じである、請求項1または請求項2に記載のパワーモジュールの製造装置。
  4.  前記上部櫛刃の上下方向の長さは、前記下部櫛刃の上下方向の長さ以下である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  5.  前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
     前記ユニット土台の上面における前記ヒートシンク挿入口とは反対側には、前記ヒートシンクベースを当て止めして位置決めするための位置決め部材が設けられている、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  6.  前記ヒートシンクベースにおける前記パワーモジュール部と対向する前記面には、第1穴が設けられ、
     前記第1穴には、前記パワーモジュール部を位置決めするための位置決めピンが取り付け可能である、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  7.  前記パワーモジュール部には、外部装置と接続可能な接続端子が設けられ、
     前記接続端子には第2穴が設けられ、
     前記第2穴には、前記位置決めピンが挿入可能である、請求項6に記載のパワーモジュールの製造装置。
  8.  前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
     前記ユニット土台における前記ヒートシンク挿入口の周辺には、前記ヒートシンクを案内するためのヒートシンク挿入ガイドが設けられている、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  9.  前記ユニット土台の上面には、前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間に案内するように位置決めするための位置決めピンが設けられ、
     前記ヒートシンクベースには、前記位置決めピンが挿入可能な穴が設けられている、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  10.  前記かしめ刃ユニットの上端に配置され前記ヒートシンクベースの周縁部を支持可能な上面プレートと、前記上面プレートと前記ユニット土台との間に配置された中間プレートと、前記上面プレートと前記中間プレートとの間および前記中間プレートと前記ユニット土台との間にそれぞれ配置された弾性部材とが設けられ、
     前記かしめ刃ユニットの側方には、隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンが挿入可能なヒートシンク挿入口が形成され、
     前記上面プレートにおける前記ヒートシンク挿入口側の部分には、前記ヒートシンク挿入口と連通するヒートシンク挿入部が設けられている、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置。
  11.  前記上面プレートにおける前記ヒートシンク挿入部と上面視において直交する側の部分には、製品取り出し用の空間が形成されている、請求項10に記載のパワーモジュールの製造装置。
  12.  請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のパワーモジュールの製造装置を用いたパワーモジュールの製造方法であって、
     前記かしめ刃土台上に前記かしめ刃をねじにより固定することで前記かしめ刃ユニットを構成する工程と、
     前記ユニット土台上に前記かしめ刃ユニットをねじにより固定する工程と、
     前記かしめ刃ユニットにおける隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを挿入する工程と、
     前記パワーモジュール部の前記第1凹凸部と前記ヒートシンクの前記第2凹凸部とが嵌合する位置に前記パワーモジュール部を配置する工程と、
     プレス荷重によって前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とが嵌合することで、前記パワーモジュール部と前記ヒートシンクとを一体化させる工程と、
     を備える、パワーモジュールの製造方法。
  13.  請求項10または請求項11に記載のパワーモジュールの製造装置を用いたパワーモジュールの製造方法であって、
     前記かしめ刃土台上に前記かしめ刃をねじにより固定することで前記かしめ刃ユニットを構成する工程と、
     前記ユニット土台上に前記かしめ刃ユニットをねじにより固定する工程と、
     前記かしめ刃ユニットと前記ユニット土台との間に、前記上面プレートと、前記中間プレートと、前記弾性部材とを取り付ける工程と、
     前記かしめ刃ユニットにおける隣り合う前記櫛刃の間に形成された前記空間へ、前記櫛刃の先端が前記放熱フィンの根元に当たらない高さ位置となるように前記ヒートシンクの複数の前記放熱フィンを挿入する工程と、
     前記パワーモジュール部の前記第1凹凸部と前記ヒートシンクの前記第2凹凸部とが嵌合する位置に前記パワーモジュール部を配置する工程と、
     プレス荷重によって前記弾性部材の弾性力に抗して前記上面プレートが下方へ移動することで前記櫛刃の先端が前記放熱フィンの根元に当たる位置まで移動し、前記プレス荷重をさらに印加して前記第1凹凸部と前記第2凹凸部とが嵌合することで、前記パワーモジュール部と前記ヒートシンクとを一体化させる工程と、
     除荷することで前記弾性部材の前記弾性力により前記上面プレートが上方へ移動し、前記パワーモジュールを取り出す工程と、
     を備える、パワーモジュールの製造方法。
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WO2018097027A1 (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2019166547A (ja) * 2018-03-23 2019-10-03 三菱電機株式会社 かしめ加工装置及びヒートシンクの製造方法

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