專利名稱：功率模塊的冷卻器以及功率模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及功率模塊的冷卻器以及功率模塊。
背景技術：
包括IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)等功率半導體元件的功率模塊的 性能會由于通電產生的熱量而下降，因此以往將安裝了功率半導體元件的 絕緣基板(陶瓷系)固定在散熱板或冷卻器等上，通過上述冷卻單元來進 行散熱。
以往由于將絕緣基板直接安裝在冷卻器上，因此可能會產生由冷卻器 與絕緣基板的線膨脹率的差異引起的應力并導致冷卻器發生變形或者在接
合界面處發生開裂。因此，采取了以下等對策在冷卻器中使用金屬'陶瓷 復合材料等線膨脹率與絕緣基板相近的材料，或者在冷卻器與絕緣基板之 間插入鉬等具有兩者的中間的線膨脹率的應力緩沖板(例如，參考專利文
獻l、 2)。
專利文獻1:日本專利文獻特開2002-78356號公報； 專利文獻2:日本專利文獻特開2001-77260號公報。
發明內容
發明所要解決的問題
但是，在通過金屬，陶瓷復合材料來制造冷卻器的情況下，材料的特殊 性將使冷卻器的造價變得十分昂貴。例如，與通過鋁等單一金屬來制造冷 卻器的情況相比，可能會變為10 20倍左右的價格。另外，由于在使用 金屬'陶瓷復合材料的情況下加工方法為重力鑄造等鑄造方式，因此限制了 形狀的自由度，難以采用設置多個微小的冷卻片等在散熱性方面優良的形 狀。
3另一方面，冷卻器本身使用銅或鋁等通常的金屬并在冷卻器與絕緣基 板之間插入應力緩沖板的方法雖然抑制了制造成本的上升，但是在制造過 程中會產生其他的問題。例如，當為了使鉬制的應力緩沖板與冷卻器接合 而使用焊料等釬料時，需要將工件整體加熱至30(TC以上，由于應力緩沖 板與冷卻器之間的線膨脹率的差異，在加熱后進行冷卻時冷卻器會發生翹 曲。冷卻器發生翹曲會導致在接合面殘留有應力，從而存在以后開裂的隱 患。另外，冷卻器的翹曲會妨礙向冷卻器上安裝其他部件。不管應力緩沖 板使用什么樣的材料，只要應力緩沖板與冷卻器之間存在線膨脹率的差 異，就難以避免上述由兩者之間的線膨脹率的差異引起的翹曲或開裂的問 題。
本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于避免冷卻器的制造成本 變得高昂，并且防止由冷卻器與功率模塊的絕緣基板之間的線膨脹率的差 異引起的冷卻器的變形或者兩者的接合部發生開裂。
用于解決問題的手段
為了解決上述問題，本發明的功率模塊的冷卻器通過組合多個鋁件而 形成了在內部具有冷卻水的水路的殼體，能夠防止材料成本的上升，并且 能夠采用散熱性優良的復雜的凹凸形狀。另外，通過在殼體的構造中采用 應力緩和構造來緩和在鋁件與絕緣基板的接合面處產生的應力，彌補了鋁 件與絕緣基板之間的線膨脹率的差異。
另外，通過在上述冷卻器上固定安裝了功率半導體元件的絕緣基板， 本發明的功率模塊具有低成本和高散熱性，成為了耐久性高的功率模塊。
以下的發明的方式用于舉例說明本發明的構成，為了使本發明的多種 構成易于理解，分為各項來進行說明。各項不限制本發明的技術范圍，參 考用于實施發明的最佳方式而對各項的構成要素的一部分進行了替換、刪 除、或添加了其他構成要素的方式也包括在本發明的技術范圍內。
(1) 一種通過組合多個鋁件而形成了殼體的功率模塊的冷卻器，所 述殼體在內部具有冷卻水的水路。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，組合多個鋁件而形成了在內部 具有冷卻水的水路的殼體，由此能夠將材料成本抑制得較低，并且由于各鋁件的加工性良好，因此能夠采用散熱性優良的復雜的凹凸形狀，從而能 夠在內部構成高散熱性的冷卻水的水路。
(2) 根據上述(1)項中記載的功率模塊的冷卻器，其中，所述殼體 的頂板和底板被形成為兩者的厚度的比率為1: 5 10。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，通過壁比較厚的底板來確保殼 體所要求的剛性，并且有意構成為剛性低的壁比較薄的底板，由此通過頂 板積極地變形而緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。
(3) 根據上述(1)項中記載的功率模塊的冷卻器，其中，在所述殼 體的頂板上固定有用于固定功率模塊的高純度鋁塊。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，在頂板上固定高純度的鋁塊并 在鋁塊上固定絕緣基板，由此利用高純度的鋁塊的低屈服應力性，通過高 純度的鋁塊積極地變形而緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應 力。
為了降低鋁塊的屈服應力，鋁塊的純度優選為99.99%以上。另外， 為了充分地發揮鋁塊的應力緩和效果，優選充分地確保其厚度，例如將殼
體的頂板和底板形成為其厚度的比率為1: 5 10。
(4) 根據上述(1)項中記載的功率模塊的冷卻器，其中，在所述頂 板的包圍所述高純度鋁塊的位置處形成有框狀的突起或凹入。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，應力會集中于在包圍高純度鋁 塊的位置處形成的框狀的突起或凹入處，通過該框狀的突起或凹入積極地 變形而緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。
(5) 根據上述(1)項中記載的功率模塊的冷卻器，其中，所述水路 被多條冷卻片分割成多個平行的流路，所述多條冷卻片在與所述功率模塊 的絕緣基板的長度方向相垂直的方向上延伸。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，通過設置在水路中的多條冷卻 片而增大了與冷卻水的接觸面積并提高了冷卻效率。并且，將多條冷卻片 設置成在與功率模塊的絕緣基板的長度方向相垂直的方向上延伸，因此在 由熱應力引起的變形量大的絕緣基板的長度方向上不會產生由于冷卻片的 剛性帶來的加強效果，并且通過被冷卻片分割形成的平行的流路的寬度方
5向上的變形而吸收、緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。
(6) —種功率模塊的冷卻器，其特征在于，通過組合多個鋁件而形 成有殼體，所述殼體在內部具有冷卻水的水路，該殼體的頂板和底板被形 成為兩者的厚度的比率為1: 5 10，在所述頂板上固定有用于固定功率模 塊的高純度鋁塊，在所述頂板的包圍所述高純度鋁塊的位置形成有框狀的 突起或凹入，所述水路被多條冷卻片分割成多個平行的流路，所述多條冷 卻片在與所述功率模塊的絕緣基板的長度方向相垂直的方向上延伸(權利 要求l)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，由于通過組合多個鋁件而形成 了在內部具有冷卻水的水路的殼體，因此將材料成本抑制地較低，并且由 于各鋁件的加工性良好，因此能夠采用散熱性優良的復雜的凹凸形狀，從 而能夠在內部形成高散熱性的冷卻水的水路。另外，通過壁比較厚的底板 來確保殼體所要求的剛性并有意構成為剛性低的壁比較薄的底板，由此通 過頂板積極地變形而緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。 另外，在頂板上固定高純度的鋁塊并在鋁塊上固定絕緣基板，由此利用高 純度的鋁塊的低屈服應力性，通過高純度的鋁塊積極地變形而緩和了在冷 卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。另外，應力集中于在包圍高純度 鋁塊的位置處形成的框狀的突起或凹入處，通過該框狀的突起或凹入積極 地變形而緩和了在冷卻器與絕緣基板的接合面處產生的應力。另外，通過 設置在水路中的多條冷卻片而增大了與冷卻水的接觸面積并提高了冷卻效 率。并且，由于將多條冷卻片設置成在與功率模塊的絕緣基板的長度方向 相垂直的方向上延伸，因此在由熱應力引起的變形量大的絕緣基板的長度 方向上不會產生由于冷卻片的剛性帶來的加強效果，并且通過被冷卻片分 割形成的平行的流路的寬度方向上的變形而吸收、緩和了在冷卻器與絕緣 基板的接合面處產生的應力。
并且，通過利用上述各構成要素得到的各應力緩和效果和各冷卻效率 提高效果的綜合效果，避免了冷卻器發生變形或在冷卻器與絕緣基板的接 合部處發生開裂，發揮了高散熱效果。
(7) 通過在所述頂板與所述底板之間夾入中板，所述水路被分成上下兩層或兩層以上的多層，每一層被所述冷卻片分割成多個平行的流路 (權利要求2)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，通過在頂板與頂板之間夾入中 板，水路被分成上下兩層或兩層以上的多層。并且，通過在高度方向上的 厚度變薄了的各層設置冷卻片而增大了冷卻片的整體表面積，并且根據各 層的多個平行的冷卻水的流路的截面形狀，能夠消除冷卻水的流動停滯的 狹小部分。因此，實際上用于散熱的部分的面積增大，由此提高了所謂的 片效率并發揮了高散熱效果。
(8) 通過多個中板在被組合了的狀態下被組裝在所述頂板與所述底 板之間，所述水路被形成為冷卻水的流動方向折返一次以上的流路(權利
要求3)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，由于通過多個中板在被組合了 的狀態下被組裝在頂板與底板之間而將水路形成為冷卻水的流動方向折返 一次以上的流路，因此無論冷卻器的表面積(固定在冷卻器上的絕緣基板 的面積)的大小如何，均會使遍布冷卻器的整體的冷卻水的流動變得流暢 并發揮高散熱效果。
(9) 一種通過鋁釬料釬焊所述頂板、所述底板、所述多個中板、所
述冷卻片、絕緣基板、以及形成為冷卻水的流入口和流出口的管的功率模 塊的冷卻器。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，通過使用鋁釬料來一并固定頂 板、底板、多個中板、冷卻片、絕緣基板、以及管。
(10) 所述冷卻片形成為對鋁板進行了折曲、成形后得到的波形板 狀，并且各折曲部的頂角被成形為40。以上(權利要求4)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，將冷卻片形成為對鋁板進行了 折曲、成形后得到的波形板狀，由此使具有多條凹凸的冷卻片成為了一體 的構造。并且，將折曲部的頂角成形為40°以上，由此在通過穿透X射 線來檢查作為將功率半導體元件安裝在絕緣基板的上表面上時的接合材料 的焊料中的氣泡缺陷(空隙)時，防止了空隙的陰影被冷卻片的陰影掩 蓋。即，相對于X射線的照射方向，冷卻片的壁越近似于平行，冷卻片的折曲部的頂部就越是會形成清晰的陰影，因而容易發生由于空隙的陰影與 焊料中的氣泡缺陷重疊而引起的空隙的漏檢。另一方面，如果使冷卻片的 折曲部的頂角e為40°以上，則與X射線相交叉的方向上的冷卻片的壁 厚減小，從而能夠避免空隙的陰影由于冷卻片的折曲部的頂部成為陰影而 被掩蓋的問題。
(11) 所述冷卻片的各折曲部以在各層所述水路之間均不重合而偏移 設置的狀態被固定在所述頂板、所述底板、或所述中板上(權利要求 5)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，冷卻片的各折曲部以在各層水 路之間均不重合而偏移設置的狀態被固定在頂板、底板、或中板上，由此 能夠避免冷卻片的各折曲部與頂板、底板、中板的接觸部處的鋁釬料的角 焊縫的陰影的重合，從而能夠避免鋁釬料的角焊縫顯現為清晰的陰影而掩 蓋空隙的陰影的問題。
(12) 在所述多個中板上成形有與所述冷卻片的各折曲部配合的凹條 (權利要求6)。
根據本項所記載的功率模塊的冷卻器，在中板上成形有與冷卻片的各 折曲部配合的凹條，由此能夠相對于中板來正確地定位各折曲部，從而能 夠可靠地獲得冷卻片的各折曲部在各層水路之間均不重合而偏移設置的狀 態。另外，通過使冷卻片的各折曲部與各凹條相配合，能夠增大冷卻片與 中板之間的接觸面積，提高兩者之間的接合的可靠性和接合強度。
(13) —種在所述高純度鋁塊上固定有安裝了功率半導體元件的絕緣 基板的功率模塊(權利要求7)。
根據本項所記載的功率模塊，在上述(1)至(12)項所述的冷卻器 中，通過固定安裝了功率半導體元件的絕緣基板，構成了具有低成本和高 散熱性的耐久性高的功率模塊。
發明的效果
本發明由于如上所述地構成，因此能夠避免冷卻器的制造成本變得高 昂，并且能夠防止由冷卻器與功率模塊的絕緣基板之間的線膨脹率的差異 而引起的冷卻器的變形或兩者的接合部發生開裂。
圖1是簡要地表示本發明的實施方式的功率模塊的基本結構的截面
圖2是表示本發明的實施方式的功率模塊的具體例子的平面圖3是表示除去了圖2所示的功率模塊中的位于頂板上方的構造物的 狀態的平面圖4是圖2所示的功率模塊的一個中板的單體圖，(a)是背面圖， (b)是左側面圖，(C)是平面圖，(d)是右側面圖5是圖2所示的功率模塊的另一個中板的單體圖；(a)是左側面
圖，(b)是平面圖，(C)是右側面圖，(d)是正面圖6是圖2的A—A截面圖7是表示本發明的實施方式的功率模塊的鋁釬料的焊料質量的檢測 裝置的簡要的結構圖8通過圖7的檢測裝置獲得的表示冷卻片的折曲部的頂角與X射線 穿透率的關系的圖表。
標號說明10:功率模塊
12:IGBT
14:二極管
16:焊料
18:絕緣基板
26:高純度鋁塊
28:冷卻器
30:接合材料
40:殼體
42:頂板
44:底板
46、46A、 46B:中板48、 50:冷卻片
52:框狀的突起或凹入 56:管
具體實施例方式
以下，根據附圖來說明用于實施本發明的最佳方式。對與現有技術相 同或相當的部分標以相同的標號并省略詳細的說明。
本發明的實施方式的功率模塊10具有圖1所示的基本結構。首先， IGBT12和二極管14經由焊料16被固定在絕緣基板18上。絕緣基板18具 有三層構造在薄陶瓷板22的上表面形成有導體配線層20，在薄陶瓷板 22的下表面形成有接合層24。導體配線層20和接合層24均是由薄鋁板構 成的，在導體配線層20的表面鍍有Ni。并且，絕緣基板18隔著高純度鋁 塊26被固定在冷卻器28上。基于后述的理由，該高純度鋁塊26的鋁純度 優選為99.99%以上。另外，絕緣基板18、高純度鋁塊26、以及冷卻器28 之間的接合材料30使用鋁釬料。并且，包括匯流條32的樹脂罩體34通過 硅系粘接劑被固定在冷卻器28的上表面并包圍絕緣基板18和高純度鋁塊 26。并且，匯流條32、 IGBT12、 二極管14、以及導體配線層20通過鋁線 36彼此電連接，在樹脂罩體34的內部空間中填充有硅膠38。
冷卻器28通過組合多個鋁件而形成了在內部具有冷卻水的水路的殼 體40。殼體40的構成部件包括頂板42、底板44、中板46、以及冷卻片 48、 50。上述構成部件全部由鋁制成，在圖示的例子中均為模壓成形品。
以l: 5 10的厚度比率來形成頂板42和底板44。另外，高純度鋁塊 26固定在頂板42上。并且，在頂板42的圍繞高純度鋁塊26的位置形成 有框狀的突起或凹入52。另外，底板44呈無蓋箱狀，在其外周部形成有 用于載置頂板42和中板46的座部54。另外，在底板44上固定有作為冷 卻水的流入口和流出口的管56，并且底板44的下表面為平面以用作發熱 部件58 (DC—DC變換器、電抗器等)的固定面。并且，發熱部件58隔 著滑脂固定在底板44的下表面上。作為一個例子，當使冷卻片48、 50的 厚度t48,5Q=1時，殼體40的各構成部件的厚度的比率如下中板46的厚度146=4，頂板42的厚度{42 = 8，底板44的厚度t44二80，鋁塊26的厚度 t26=80。
另外，通過在頂板42與底板44之間夾入中板46，冷卻水的水路被分 為上下兩層，各層分別設置有冷卻片48、 50。冷卻片48、 50形成為對鋁 板進行了折曲、成形后得到的波形板狀，并作為波形狀的各個折曲部(棱 線)48a、 50a沿與絕緣基板18的長度方向相垂直的方向延伸的、具有多 條的凹凸的冷卻片而一體地構成。根據需要，也可以采用劃分為更多層的 構造。另外，各折曲部48a、 50a通過與頂板42、底板44、或中板46接觸 而被固定，由此冷卻水的水路被分為多個平行的流路。并且，如圖1中的 局部放大圖所示，在中板46上成形有與冷卻片48、 50的各折曲部48a、 50a配合的凹條46a。
基于后述的理由，各折曲部48a、 50a的頂角9被成形為40°以上。 另外，冷卻片48、 50的各折曲部48a、 50a以在各層水路之間均不重合而 偏移設置的狀態被固定在頂板42、底板44、或中板46上。
圖2以平面圖表示了本發明的實施方式的功率模塊10的具體例子。 圖2的具體例子是安裝有六塊絕緣基板18 (元件塊)的功率模塊，在所述 絕緣基板上安裝有IGBT12和二極管14。上述結構一般被稱為6inl的馬達 驅動電路。另外，圖3表示了除去了圖2所示的功率模塊10中的位于頂板 42 (參照圖1)上方的構造物的狀態。在底板44的相對的兩個端部經由圓 筒狀的凸緣60固定有作為冷卻水的流入口的管56 (56A)和作為流出口 的管56 (56B)。中板46在組合了圖4和圖5所示的兩張中板46A、 46B 的狀態下被組裝在頂板42與底板44之間，由此水路被形成為冷卻水的流 動方向折返一次以上的流路。
具體地說，通過將圖4和圖5中以標號463表示的部分上下疊合，如 圖6所示在中央部形成了一層的流路，在其兩側通過圖4 圖6中以標號 461、 462、 464、 465表示的部分形成了上下兩層的流路。中央部的一層的 流路不直接用于冷卻各元件塊，而是被設置用于使冷卻水的流動折返。在 本實施方式中，兩張中板46A、 46B具有相同的形狀，被相互逆向地組合 使用。
ii另外，如圖3所示，在俯視狀態下，冷卻片48分為六個元件塊。并
且，被構成為由各個塊的冷卻片48A、 48B、 48C、 48D、 48E、 48F形成的 多個平行的流路在相鄰的塊之間不匯聚在一條直線上而錯開地(鋸齒狀 地)配置，由此即使在各條的局部發生了堵塞的情況下也能夠確保其他的 平行的流路中的流通。
在圖3中，流經圖2所示的具體例子的冷卻器28內部的冷卻水的路徑 為首先從管56A流入到冷卻器28的內部，在圖3中從右至左地流經表 示為冷卻片48A、 48B、 48C的部分(此時冷卻水在上下兩層流動)，然 后通過中央流路463使流動從圖3的左側向右側折返，并且在圖3中從右 至左地流經表示為冷卻片48D、 48E、 48F的部分(此時冷卻水在上下兩層 流動)，然后從管56B排出。
具有上述結構的本發明的實施方式可以獲得的作用效果如下所述。首 先，本發明的實施方式的功率模塊的冷卻器10組合多個鋁件42、 44、 46、 48、 50來形成在內部具有冷卻水的水路的殼體40，由此能夠將材料 成本抑制得較低。并且，由于各鋁件的加工性良好，因此能夠采用散熱性 優良的復雜的凹凸形狀，從而能夠在殼體40的內部構成高散熱性的冷卻 水的水路。此外，通過設置在水路中的多條冷卻片48、 50而增大了與冷 卻水之間的接觸面積，由此也提高了冷卻效率。
另外，通過壁比較厚的底板44來確保殼體28所要求的剛性，并且有 意構成為剛性低的壁比較薄的底板42，由此能夠通過頂板42積極地變形 來緩和在冷卻器28與絕緣基板18的接合面處產生的應力。
另外，在頂板42上固定高純度的鋁塊26并在鋁塊26上固定絕緣基板 18，由此能夠利用高純度鋁塊26的低屈服應力性，通過高純度鋁塊26積 極地變形來緩和在冷卻器28與絕緣基板18的接合面處產生的應力。因 此，鋁塊26的鋁純度越高就越是可以期待其具有低屈服應力性。另外， 應力會集中于在包圍高純度鋁塊26的位置形成的框狀的突起或凹入52 處，通過框狀的突起或凹入52積極地變形，能夠緩和在冷卻器28與絕緣 基板18的接合面處產生的應力。并且，由于將多條冷卻片48、 50設置成 在與功率模塊10的絕緣基板18的長度方向相垂直的方向上延伸，因此在
12由熱應力引起的變形量大的絕緣基板18的長度方向上不會產生由于冷卻
片48、 50的剛性帶來的加強效果，相反能夠通過被冷卻片48、 50分割形 成的平行的流路的寬度方向上的變形來吸收、緩和在冷卻器28與絕緣基 板18的接合面處產生的應力。
并且，通過利用上述各構成要素得到的各應力緩和效果和各冷卻效率 提高效果的綜合效果，能夠避免冷卻器28發生變形或在冷卻器28與絕緣 基板18的接合部處發生開裂，并且能夠發揮高散熱效果。
由于本發明的實施方式的冷卻器28不存在變形的隱患，因此能夠將 底板44的下表面用作發熱部件58 (DC—DC變換器、電抗器等)的固定 面。
另外，本發明的實施方式的功率模塊的冷卻器28在頂板42與底板44 之間夾入了中板46，由此水路被分為了上下兩層，高度方向上的厚度變 薄，各層分別設置有冷卻片48、 50。因此，增加了冷卻片48、 50的整體 表面積，并且根據各層的多個平行的冷卻水的流路的截面形狀，能夠消除 冷卻水的流動停滯的狹小部分(在圖1的例子中，各流路的截面形狀近似 于正三角形)，擴大了實際上用于散熱的部分的面積，由此能夠提高所謂 的片效率并發揮高散熱效果。
另外，本發明的實施方式的功率模塊的冷卻器28在組合了兩張中板 46A、 46B的狀態下將其安裝在頂板42與底板44之間，由此水路被形成 為冷卻水的流動方向在俯視狀態下以Z字狀折返的流路(參照圖3)。因 此，即使在由于如圖2所示的被稱為6inl的馬達驅動電路用的冷卻器那樣 組裝了多個元件塊而導致了冷卻器28的表面積(固定在冷卻器上的絕緣 基板18的面積)增大的情況下，也能夠與表面積的大小無關地使遍布冷 卻器28的整體的冷卻水的流動順暢并發揮高散熱效果。
本實施方式的功率模塊的冷卻器28形成為對鋁板進行了折曲、成形 后得到的波形板狀，由此一體地成形為具有多條凹凸的冷卻片48、 50。并 且，通過將折曲部48a、 50a的頂角6成形為40°以上，在利用穿透X射 線對作為向絕緣基板的上表面安裝功率半導體元件時的接合材料的焊料中 的氣泡缺陷(空隙)進行檢測時，能夠防止空隙的陰影被冷卻片的陰影掩全 rm 。
這里，如圖7所示，功率模塊的焊料質量(空隙)的檢測是夾著冷卻 器28與絕緣基板18的接合結束后的半完成狀態的功率模塊10'而配置X 射線發生器70和成像器72來進行的。并且，在與絕緣基板18相垂直的方 向上照射X射線來得到空隙的穿透圖像。因此，相對于X射線的照射方 向，冷卻片48、 50的壁越近似于平行，冷卻片48、 50的折曲部48a、 50a 的頂部就越是會形成清晰的陰影，因而容易發生由于與空隙的陰影重疊而 引起的空隙的漏檢。另一方面，如果像本實施方式這樣使冷卻片48、 50 的折曲部48a、 50a的頂角6為40°以上，則與X射線相交叉的方向上的 冷卻片48、 50的壁厚減小，如上所述能夠避免空隙的陰影被掩蓋的問 題。圖8表示了由本發明的發明人驗證了的、功率模塊10'中的冷卻片的 折曲部的頂角e與X射線穿透率T之間的關系。通過該圖可知，當頂角0 為40°以下時，X射線穿透率T急速降低。
另外，在本發明的實施方式的功率模塊的冷卻器28中，冷卻片48、 50的折曲部48a、 50a以在各層水路之間均不重合而偏移設置的狀態被固 定在頂板42、底板44、或中板46上，由此能夠避免冷卻片48、 50的各 折曲部48a、 50a與頂板42、底板44、中板46的接觸部處的鋁釬料的角焊 縫的陰影的重合。因此，能夠避免鋁釬料的角焊縫形成清晰的陰影而掩蓋 空隙的陰影的問題。
另外，本發明的實施方式的功率模塊的冷卻器28通過在中板46上正 確地成形與冷卻片48、 50的各個折曲部48a、 50a相配合的凹條46a而能 夠相對于中板46來定位各折曲部48a、 50a，從而能夠可靠地獲得冷卻片 48、 50的各折曲部48a、 50a在各層水路之間均不重合而偏移設置的狀 態。另外，通過使冷卻片48、 50的各折曲部48a、 50a與各凹條46a相配 合，能夠增大冷卻片48、 50與中板46之間的接觸面積，提高兩者之間的 接合的可靠性和接合強度。
因此，通過在冷卻器28上固定安裝了功率半導體元件12的絕緣基板 18，本發明的實施方式的功率模塊10具有低成本和高散熱性，成為了耐 久性高的功率模塊。
權利要求
1.一種功率模塊的冷卻器，其特征在于，通過組合多個鋁件而形成有殼體，所述殼體在內部具有冷卻水的水路，該殼體的頂板和底板被形成為兩者的厚度的比率為1∶5～10，在所述頂板上固定有用于固定功率模塊的高純度鋁塊，在所述頂板的包圍所述高純度鋁塊的位置形成有框狀的突起或凹入，所述水路被多條冷卻片分割成多個平行的流路，所述多條冷卻片在與所述功率模塊的絕緣基板的長度方向相垂直的方向上延伸。
2. 根據權利要求1所述的功率模塊的冷卻器，其特征在于，通過在所述頂板與所述底板之間夾入中板，所述水路被分成上下兩層 或兩層以上的多層，每一層被所述冷卻片分割成多個平行的流路。
3. 根據權利要求1或2所述的功率模塊的冷卻器，其特征在于， 通過多個中板在被組合了的狀態下被組裝在所述頂板與所述底板之間，所述水路被形成為冷卻水的流動方向折返一次以上的流路。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的功率模塊的冷卻器，其特征在于，所述冷卻片形成為對鋁板進行了折曲、成形后得到的波形板狀，并且 各折曲部的頂角被成形為4(T以上。
5. 根據權利要求4所述的功率模塊的冷卻器，其特征在于， 所述冷卻片的各折曲部以在各層所述水路之間均不重合而偏移設置的狀態被固定在所述頂板、所述底板、或所述中板上。
6. 根據權利要求4或5所述的功率模塊的冷卻器，其特征在于， 在所述多個中板上成形有與所述冷卻片的各折曲部配合的凹條。
7. —種功率模塊，其特征在于，在所述高純度鋁塊上固定有安裝了功率半導體元件的絕緣基板。
全文摘要
功率模塊的冷卻器(10)通過組合多個鋁件(42、44、46、48、50)而形成了殼體(40)，所述殼體(40)在內部具有冷卻水的水路，所述功率模塊的冷卻器(10)能夠將材料成本抑制得較低。并且，由于各鋁件的加工性良好，因此能夠采用散熱性優良的復雜的凹凸形狀，從而能夠在殼體(40)的內部構成高散熱性的冷卻水的水路。另外，通過壁比較厚的底板(44)來確保殼體(28)所要求的剛性，并且有意構成為剛性低的壁比較薄的頂板(42)，由此能夠通過頂板(42)積極地變形來緩和在冷卻器(28)與絕緣基板(18)的接合面處產生的應力。
文檔編號H01L23/473GK101542725SQ20088000027
公開日2009年9月23日 申請日期2008年2月25日 優先權日2007年5月21日
發明者中村秀生, 馬場陽一郎 申請人:豐田自動車株式會社