电源模块用基座的制作方法

本实用新型涉及一种电源模块用基座，例如构成电力转换装置等电源模块、且对IGBT等电源模块用半导体元件进行冷却。

在本说明书及权利要求书中，将图2中的上下称为上下。

另外，在本说明书及权利要求书中，除纯铝以外，“铝”这一词语中还包括铝合金。

背景技术：

例如，在作为搭载于电动汽车、混合动力汽车、电车等的电力转换装置而使用的电源模块中，需要使从IGBT等半导体元件发出的热高效地散热而将电源模块用半导体元件的温度保持在规定温度以下。

因此，以往，提出有如下电源模块用基座，该电源模块用基座构成为包括：铝制散热基板；绝缘层叠件，其由陶瓷制绝缘板、在绝缘板的上表面设置的铝制电路层以及在绝缘板的下表面设置的铝制导热层构成，并且导热层钎焊于散热基板的上表面；以及铝制散热片，其被钎焊在散热基板的与钎焊于绝缘层叠件的导热层侧的相反侧的表面，在散热器的内部形成冷却液流路(参照专利文献1)。

在专利文献1所记载的电源模块用基座中，在绝缘层叠件的电路层上形成有规定图案的电路，并且在电路层上隔着软钎料层而搭载有半导体元件，由此构成电源模块。该电源模块例如应用于将电动机作为驱动源的一部分的混合动力车等移动体的逆变器电路，由此根据移动体的驾驶状况而控制向电动机供给的电力。在该电源模块中，从半导体元件发出的热经由电路层、绝缘板、导热层以及散热基板向散热器传导，从而向在冷却液流路内流动的冷却液散热。

在专利文献1所记载的电源模块用基座中，在一次性同时对绝缘层叠件、散热基板以及散热器进行钎焊的情况下，加热时绝缘层叠件的绝缘板、电路层及导热层、散热基板以及散热器发生热膨胀且在热膨胀的状态下被固定，然后在直至常温为止的冷却时，绝缘板、散热基板以及散热器发生热收缩。但是，由于绝缘板是陶瓷制的、且散热基板以及散热器是铝制的，散热基板以及散热器的线膨胀系数比绝缘板的线膨胀系数大，因此，若不采取任何对策，则因上述的线膨胀系数之差而产生欲使得散热基板以及散热器翘曲的力，从而在所获得的电源模块用基座的整体、即绝缘层叠件、散热基板以及散热器产生翘曲。其结果，难以在绝缘层叠件的电路层形成所需的图案电路，或者导致搭载于电路层的半导体元件与图案电路之间的配线的软钎焊变得困难。为了抑制上述这种绝缘层叠件、散热基板以及散热器的翘曲，在专利文献1所记载的电源模块用基座中，增大散热基板的厚度。然而，若增大散热基板的厚度，则从半导体元件至散热器的热传导的路径变长，从而有时散热性能会下降。

因此，作为抑制上述这种散热基板以及散热器的翘曲的电源模块用基座，提出了如下电源模块用基座，该电源模块用基座具备：铝制散热基板；绝缘层叠件，其由陶瓷制绝缘板、在绝缘板的上表面设置的高纯度铝制电路层以及在绝缘板的下表面设置的高纯度铝制导热层构成，并且导热层钎焊于散热基板的上表面；陶瓷制约束板，其钎焊于散热基板的下表面，并且对因绝缘板与散热基板的线膨胀系数之差而引起的散热基板以及绝缘层叠件的翘曲进行约束；铝制散热翅片，其与约束板的接合于散热基板侧的相反侧的表面接合；以及冷却套，其以将约束板以及散热翅片覆盖的方式固定于散热基板的下表面，冷却液在冷却套内流动(参照专利文献2)。

在专利文献2所记载的电源模块用基座中，当集中地同时对绝缘板、散热基板以及散热翅片进行钎焊时，因绝缘板与散热基板的线膨胀系数之差而产生欲使散热基板翘曲的力，并且因约束板与散热基板的线膨胀系数之差而产生欲使散热基板向相反侧翘曲的力。其结果，这两个力相互抵消，从而在所获得的电源模块用基座的整体、即绝缘板、散热基板以及散热翅片产生翘曲的情况得到抑制。

然而，在专利文献2所记载的电源模块用基座中，由于散热翅片钎焊于约束板，约束板由陶瓷、低膨胀合金、电磁软铁形成，因此，从搭载于绝缘板的电路层上的半导体元件发出的热向在冷却套内流动的冷却液的导热性能不足，从而有时无法获得充分的散热性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-86744号公报

专利文献2：日本特开2007-141932号公报

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述问题而提供与两篇专利文献所记载的电源模块用基座相比具有优异的散热性能的电源模块用基座。

为了实现上述目的，本实用新型包括以下方式。

1)一种电源模块用基座，其构成为包括：冷却器，其具有壳体以及设置于壳体内的翅片，上述壳体具有顶壁及底壁，并且冷却液在上述壳体的内部流动；以及绝缘层叠件，其钎焊于冷却器的壳体的顶壁及底壁中的任一方的壁外表面，冷却器的壳体由相互钎焊在一起的铝制的上下两个结构部件构成，上结构部件具有壳体的顶壁、且下结构部件具有壳体的底壁，绝缘层叠件由陶瓷制绝缘板、以及在绝缘板的与朝向所述一方的壁的相反侧的表面设置，且供半导体元件搭载电路层构成，从搭载于绝缘层叠件的电路层的半导体元件发出的热经由绝缘层叠件、冷却器的壳体的上述一方的壁以及翅片而向在壳体内流动的冷却液散热，

在冷却器的壳体的顶壁及底壁中的钎焊有绝缘板的上述一方的壁的内表面以固定状设置有翅片，在未钎焊有绝缘板的另一方的壁的外表面钎焊有翘曲抑制板，该翘曲抑制板由线膨胀系数比铝的线膨胀系数低的材料构成，并且抑制因绝缘层叠件的绝缘板与壳体的上下两个结构部件的线膨胀系数之差而引起的壳体以及绝缘层叠件的翘曲。

在上述1)中，“翅片在壁的内表面以固定状设置”包括翅片一体地设置于壁的内表面的情况、以及通过适当的方法将翅片固定于壁的内表面的情况。

2)根据上述1)所记载的电源模块用基座，在冷却器的壳体顶壁及底壁中的、钎焊有绝缘板的所述一方的壁的内表面、一体地设置有多个针式翅片。

3)根据上述2)所记载的电源模块用基座，在壳体内设置有：入口集液部，冷却液从外部流入至该入口集液部；出口集液部，冷却液从该出口集液部向外部流出；以及冷却液流路，流入至入口集液部的冷却液在该冷却液流路中向出口集液部流动，针式翅片在壳体的顶壁及底壁中的上述一方的壁的表面以在整个冷却液流路中分散的方式一体地设置。

4)根据上述1)所记载的电源模块用基座，在绝缘层叠件的绝缘板的与设置有电路层的表面的相反侧的表面设置有由与电路层相同种类的金属构成的导热层，该导热层钎焊于壳体的顶壁及底壁中的上述一方的壁的外表面。

5)根据上述1)所记载的电源模块用基座，绝缘层叠件的绝缘板由AlN、Al₂O₃以及Si₃N₄中的任一种构成，翘曲抑制板由AlN、Al₂O₃、Si₃N₄、热浸铝镀层钢(hot-dip aluminum coated steel)以及不锈钢中的任一种构成。

实用新型效果

在上述1)～5)的电源模块用基座中，当一体地同时进行壳体的上下两个结构部件彼此的钎焊、以及冷却器的壳体的顶壁及底壁中的上述一方的壁与绝缘板的钎焊时，因上下两个结构部件与绝缘层叠件的绝缘板的线膨胀系数之差而产生欲使上下两个结构部件以及绝缘板翘曲的力，并且因上下两个结构部件与翘曲抑制板的线膨胀系数之差而产生欲使上下两个结构部件以及翘曲抑制板朝相反侧翘曲的力。其结果，这两个力相互抵消，从而在所获得的电源模块用基座的整体、即壳体、绝缘层叠件以及翘曲抑制板产生翘曲的情况得到抑制。

而且，根据上述1)～5)的电源模块用基座，由于翅片在冷却器的壳体的顶壁及底壁中的、钎焊有绝缘板的上述一方的壁的内表面以固定状设置，因此，从装配于绝缘板的电路层上的电源模块用半导体元件发出的热向在壳体内流动的冷却液的导热性能得到改善，散热性能优异。

根据上述2)的电源模块用基座，从装配于绝缘板的电路层上的电源模块用半导体元件发出的热向在壳体内流动的冷却液的导热性能得到进一步改善。

根据上述4)的电源模块用基座，由于从搭载于绝缘板的电路层上的半导体元件传递的热在导热层的面方向上扩散而传递至壳体的顶壁及底壁中的上述一方的壁，因此，向上述一方的壁、进而向在壳体内流动的冷却液的导热性能得到改善。

根据上述5)的电源模块用基座，翘曲抑制板的材料成本比较低廉。

附图说明

图1是表示本实用新型的电源模块用基座的分解立体图。

图2是表示图1的电源模块用基座的垂直剖视图。

图3是图2的A-A线剖视图。

图4是表示翅片的变形例的、与图3相当的图。

图5是表示翅片的其它变形例的、与图3相当的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。

另外，在以下说明中，将图2中的左右称为左右，将图3中的上下方向称为前后方向。

图1～图3表示本实用新型的电源模块用基座的整体结构。

在图1～图3中，电源模块用基座1构成为包括：冷却器2，其具有壳体3以及在壳体3内设置的多个针式翅片4，其中，壳体3具有顶壁3a、底壁3b以及周壁3c；绝缘层叠件5，其钎焊即经由软钎料而与冷却器2的壳体3的顶壁3a以及底壁3b中的任一方的壁、此处为顶壁3a的外表面接合；以及翘曲抑制板6，其钎焊于冷却器2的壳体3的顶壁3a以及底壁3b中的另一方的壁、此处为底壁3b的外表面。

冷却器2的壳体3由如下部件构成：板状的铝制上结构部件7，其构成顶壁3a；以及箱状的铝制下结构部件8，其构成底壁3b及周壁3c、且向上方开口，上结构部件7下表面的周缘部钎焊于在构成下结构部件8的周壁3c的部分的上端部设置的朝外凸缘8a的上表面。在壳体3内设置有：入口集液部9，其位于靠壳体3的长度方向一端、此处为靠左端的部位，并且冷却液从外部流入该入口集液部9；出口集液部11，其位于靠壳体3的长度方向另一端、此处为靠右端的部位，并且冷却液从该出口集液部11向外部流出；以及冷却液流路12，其供流入至入口集液部9的冷却液向出口集液部11流动。在壳体3的底壁3b外表面的、与入口集液部9与出口集液部11之间的冷却液流路12对应的部分，形成有通过使底壁3b变形而向壳体3内侧(上方)凹陷的凹部13。

在壳体3的底壁3b的左侧部分的前后方向中央部形成有与入口集液部9连通的冷却液流入口16，在壳体3的底壁3b的右侧部分的前后方向中央部形成有与出口集液部11连通的冷却液流出口17。

在壳体3的入口集液部9的前后方向中央部且在壳体3的顶壁3a一体地设置有入口侧引导部18，该入口侧引导部18的前端以朝壳体3的内侧(下方)突出的方式钎焊于底壁3b，并且该入口侧引导部18使得从冷却液入口16流入至入口集液部9内的冷却液朝向冷却液流路12侧流动。另外，在壳体3的出口集液部11的前后方向中央部且在壳体3的顶壁3a一体地设置有出口侧引导部19，该出口侧引导部19的前端以朝下方突出的方式钎焊于底壁3b，并且使得从冷却液流路12流入至出口集液部11内的冷却液朝向冷却液流出口17侧流动。从上下两侧观察，两个引导部18、19的开口为朝向冷却液流路12侧的U字状，冷却液流入口16以及冷却液流出口17分别面对两个引导部18、19。

在壳体3的入口集液部9以及出口集液部11的与两个引导部18、19相比靠前后方向外侧的部分、且在壳体3的顶壁3a分别一体地形成有内侧突出部21，该内侧突出部21的前端以朝壳体3的内侧(下方)突出的方式钎焊于底壁3b。在壳体3的顶壁3a以及内侧突出部21形成有使得顶壁3a的外表面与内侧突出部21的前端连通的贯通孔22，贯通孔22的一端在顶壁3a的外表面开口，并且另一端经由形成于底壁3b的贯通孔23而在底壁3b的外表面开口。内侧突出部21的前端的贯通孔22的周围的部分，钎焊于底壁3b的朝向壳体3的内侧的面上的贯通孔23的周围的部分。

冷却器2的多个针式翅片4的横截面为圆形，在壳体3的顶壁3a(钎焊有绝缘层叠件5的壁)的下表面的冷却液流路12所面对的部分，这些针式翅片4以在整个冷却液流路12上分散的方式一体地设置为交错配置状。此外，针式翅片4的横截面形状并不限定于圆形，能够适当地变更，例如横截面形状可以是菱形、椭圆形、流线形。优选针式翅片4的前端部钎焊于壳体3的底壁3b的内表面。

绝缘层叠件5构成为包括：绝缘板24；电路层25，其设置于绝缘板24的上表面、且供电源模块用半导体元件安装；以及导热层26，其设置于绝缘板24的下表面，绝缘层26钎焊于壳体的顶壁3a的外表面。若满足所需的电绝缘性、导热率以及机械强度，则绝缘板24可以由任意的陶瓷构成，例如使用由AlN、Al₂O₃以及Si₃N₄中的任一种构成的陶瓷。优选绝缘板24的壁厚为0.1mm～1mm。电路层25由导电性优异的铝、铜(还包括铜合金。下同)等金属形成，但优选由导电率高、变形能量高、且导热性优异的高纯度的铝形成。导热层26由导热性优异的铝、铜等金属形成，但优选由导热率高、变形能量高、且相对于熔融后的焊锡的润湿性优异的高纯度的铝形成。另外，优选电路层25以及导热层26由同一材料形成。作为绝缘层叠件5，例如对于绝缘板24而使用预先设置有电路层25以及导热层26的三菱综合材料公司制的DBA(Direct Brazed Alminum，注册商标)基板。另外，作为绝缘层叠件5，对于制作相对于绝缘板24另外形成的电路层25的金属板以及制作导热层26的金属板，可以在对壳体3的两个结构部件7、8的钎焊的同时进行钎焊。

翘曲抑制板6由线膨胀系数比铝的线膨胀系数低的材料形成，配置于凹部13内、且钎焊于成为壳体3的底壁3c的凹部13的底的部分。优选翘曲抑制板6的壁厚为凹部13的深度以下，优选翘曲抑制板6的下表面与壳体3的底壁3b的除了凹部13以外的部分的下表面共面、或者位于比壳体3的底壁3b的除了凹部13以外的部分的下表面靠上方的位置。另外，根据所使用的材料而适当地选择翘曲抑制板6的最佳的大小、形状、壁厚。另外，优选翘曲抑制板6由线膨胀系数与绝缘层叠件5的绝缘板24的线膨胀系数为同等程度的材料形成。在绝缘板24由AlN、Al₂O₃以及Si₃N₄中的任一种形成的情况下，优选翘曲抑制板6由AlN、Al₂O₃、Si₃N₄、热浸铝镀层钢以及不锈钢中的任一种形成。

电源模块用基座1通过以下叙述的方法而制造。

即，在壳体3的下结构部件8的朝外凸缘8a上载置上结构部件7的周缘部，由此将两个结构部件7、8组合，并且，在上结构部件7的成为底壁3a的部分的外表面上，将一体地设置有绝缘板24、电路层25以及导热层26的绝缘层叠件5)以使得导热层26靠近顶壁3a侧的方式进行配置，并在下结构部件8的底壁3b的凹部13内配置翘曲抑制板6。此外，预先在上结构部件7的周缘部与下结构部件8的朝外凸缘8a之间、上结构部件7的成为顶壁3a的部分的外表面与绝缘层叠件5的导热层26之间、以及存在于下结构部件8的底壁3b的凹部13内的部分与翘曲抑制板6之间通过适当的方法配置软钎料。

接下来，通过适当的方法对上下的两个结构部件7、8、绝缘层叠件5以及翘曲抑制板6进行预固定，一边对接合面施加适当的载荷一边在真空气氛中或者非活性气体气氛中加热至570℃～600℃，由此分别同时对上结构部件7和下结构部件8的朝外凸缘8a、上结构部件7的顶壁3a的外表面和绝缘层叠件5的导热层26、以及下结构部件8的底壁3b的外表面和翘曲抑制板6进行钎焊。另外，可以在钎焊的同时将针式翅片4的前端钎焊于下结构部件8的底壁3b的内表面。由此制造电源模块用基座1。

在上述钎焊时，因上下两个结构部件7、8与绝缘层叠件5的绝缘板24的线膨胀系数之差而产生欲使上下两个结构部件7、8以及绝缘板24翘曲的力，并且因上下两个结构部件7、8与翘曲抑制板6的线膨胀系数之差而产生欲使上下两个结构部件7、8以及翘曲抑制板6朝相反侧翘曲的力。其结果，这两个力相互抵消，从而在所获得的电源模块用基座1的整体、即壳体3、绝缘层叠件5以及翘曲抑制板6产生翘曲的情况得到抑制。

此外，对于绝缘层叠件5而言，在制作相对于绝缘板24另外形成的电路层25的金属板以及制作导热层26的金属板钎焊于绝缘板24的情况下，同时对上述的上下两个结构部件7、8以及翘曲抑制板6进行钎焊。

在上述结构的电源模块用基座1中，在绝缘层叠件5的电路层25形成规定图案的电路，例如供IGBT等半导体元件搭载，并且在电路层25与半导体元件之间对配线进行软钎焊而将其用作电源模块。

上述电源模块利用内侧突出部21的贯通孔22而安装于混合动力汽车等，使得冷却液从冷却液入口16流入至入口集液部9内。流入至入口集液部9的冷却液被入口侧引导部18引导且被向冷却液流路12侧引导，从针式翅片4之间通过并在冷却液流路12向右侧流动而进入出口集液部11内。进入出口集液部11内的冷却液被出口侧引导部19引导而朝向冷却液流出口17侧流动，并通过冷却液流出口17而被排出。从电源模块的半导体元件发出的热通过电路层25、绝缘板24而传递至导热层26，在导热层25的面方向上扩散并经由壳体3的顶壁3a而向在冷却液流路12内流动的冷却液散热。由此将半导体元件冷却。

图4及图5表示在壳体3的顶壁3a(钎焊有绝缘层叠件5的壁)的下表面以固定状设置的翅片的变形例。

在图4中，在壳体3的顶壁3a的下表面的冷却液流路12所面对的部分，宽度方向朝向上下方向且长度方向朝向左右方向(冷却液流路12中的冷却液的流动方向)的多个板状翅片30在前后方向上隔开间隔地设置为固定状。板状翅片30的由与翅片高度方向正交的水平面剖切后的形状为直线状。

在图5中，在壳体3的顶壁3a的下表面的冷却液流路12所面对的部分，宽度方向朝向上下方向且长度方向朝向左右方向(冷却液流路12中的冷却液的流动方向)的多个板状翅片35在前后方向上隔开间隔地设置为固定状。板状翅片35的由与翅片高度方向正交的水平面剖切后的形状为波状，波峰部以及波谷部交替地形成，冷却液在相邻的两个翅片之间以蛇行状流动。

工业实用性

本实用新型的电源模块用基座优选在搭载于电动汽车、混合动力汽车、电车等的电力转换装置等的电源模块中使用。