专利名称：电子部件用冷却装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及电子部件用冷却装置，特别涉及在电动车、燃料电池汽车、混合动力电动车等搭载的变换器(inverter)内的功率半导体等汽车用电子部件的冷却装置。
背景技术：
近年来，代替内燃机而将电用作驱动力的电动车、燃料电池汽车、混合动力电动车等正受到注目。在这些汽车中，使用蓄电池积蓄的电能经由变换器来驱动马达，并得到动力。因此在这些变换器中流动大电流，所以构成变换器的IGBT (绝缘栅双极型晶体管)等被称为功率半导体的电子部件的发热增大。因此，需要用于冷却电子部件的冷却能力大的 冷却装置。在专利文献I (特开2008-221951号公报)中，公开了在包括金属管的冷却装置上直接固定电子部件(变换器10)，在该冷却装置的金属管内流动冷却液来冷却电子部件的方法。现有技术文献专利文献专利文献I :特开2008-221951号公报
发明内容
本发明要解决的问题但是，在金属管的表面存在在金属管的制造时等形成的波纹等细小凹凸的情况较多，即使在金属管的表面直接固定具有与金属管电绝缘功能的电子部件也不能吸收电子部件与金属管的表面之间的凹凸，产生微小的空隙，电子部件的冷却效率不足。本发明是鉴于上述问题而研制的，其目的是提供能够充分提高电子部件的冷却效率的电子部件用冷却装置及其制造方法。用于解决问题的技术方案本发明提供一种电子部件用冷却装置，其具有金属管；金属箔，其配置于所述金属管的外表面上；和热硬化了的树脂层，其将所述金属管的外表面与所述金属箔粘接。根据本发明，具有以下的作用。首先，通过使用热硬化前的树脂的柔软性，易于将在表面具有凹凸的金属管的外表面与金属箔以间隙少的状态粘接。通过在该金属箔上将电子部件通过软钎焊等以间隙小的状态粘接，最终使电子部件与金属管的外表面之间的间隙足够少，能够使这些部件在具有电绝缘功能的状态下热接触，能够提高电子部件的冷却效率。这里，优选的是，所述热硬化了的树脂层包括陶瓷微粒。陶瓷微粒导热性比树脂好，因此能够进一步提闻冷却效率。本发明涉及的电子部件用冷却装置的制造方法，包括收置工序，将结构体收置于柔性容器内，该结构体具有金属管、层叠于所述金属管的外表面上的B阶段的热固化性树脂片和层叠于树脂片上的金属箔；对所述柔性容器内减压的减压工序；从外侧通过气体对已减压状态所述柔性容器加压的加压工序；和在进行了减压及加压的状态下对所述树脂片加热的加热工序。根据上述方法，通过将层叠有B阶段的热硬化性树脂片及金属箔的金属管收置于柔性容器内，对柔性容器内减压，从而将柔性容器按压在金属管上，金属箔与树脂片紧密附着，树脂片与金属管紧密附着，从而除去金属箔与树脂片之间及树脂片与金属管之间的两粘接界面间的间隙。进 而，通过一边对容器内减压一边从外侧对柔性容器加压，从而使金属箔与树脂片及树脂片与金属管进一步紧密附着，就连两粘接界面间的微小间隙也会被去除。然后，通过在减压及加压了的状态下对树脂片加热，从而在金属箔与树脂片及树脂片与金属管紧密附着的状态下、即除去了间隙的状态下，使热硬化性树脂硬化。这样，能够容易地得到减少了存在于金属管与树脂片之间及树脂片与金属管之间的两粘接界面间的间隙的冷却装置。此外，优选的是，还包括退火工序，其在所述加热工序后，从所述柔性容器内取出所述结构体，以高于所述加热工序的更高的温度对所述树脂片加热。由此，能够进一步促进树脂片的硬化，能够更牢固地将金属管与金属箔粘接。发明效果根据本发明，能够得到具有电绝缘功能的冷却效率高的电子部件用冷却装置。
图I是表示本发明的一个实施方式涉及的电子部件用冷却装置的立体图。图2 Ca)是图I的A-A剖视图。图2 (b)是表示图I的金属管50的变形例的剖视图。图3 Ca)是表示图I的电子部件用冷却装置的制造方法的第一例的立体图。图3(b)是表示图I的电子部件用冷却装置的制造方法的第一例的接续于图3 Ca)的立体图。图4是表示图I的电子部件用冷却装置的制造方法的第一例的接续于图3 (b)的首1J视图。图5是表示图I的电子部件用冷却装置的制造方法的第二例的立体图。图6 Ca)是表示在图I的电子部件用冷却装置安装了功率半导体300的、电子部件用冷却装置的使用例的立体图。图6 (b)是图6 (a)的B-B剖视图。
具体实施例方式下面，根据需要参照附图来详细地说明本发明的优选实施方式。此外，在附图中，对相同元件标注相同标记，并省略重复的说明。附图的尺寸比例不限于图示的比例。(电子部件用冷却装置的第一实施方式)图I是表示本发明涉及的实施方式的一例中的电子部件用冷却装置100的基本结构的立体图。图2 Ca)是图I的电子部件用冷却装置100的A-A剖视图。如图I所示，本实施方式涉及的电子部件用冷却装置100主要具有金属管50 ;配置于金属管50的外表面的一部分50a上的金属箔20 ;和将金属管50和金属箔20粘接的树脂层10。
(金属管)金属管50，为上表面及下表面平行的平板状，两侧面带有圆弧，作为整体呈筒状。对金属管50的大小没有特别限定，但是，例如，能够使轴向(Y方向)的长度为10(T400mm、使高度(Z方向)为l(T30mm、使宽度(X方向)为3(T60mm。在筒状的金属管50的轴向两端，分别经由扩径管51而设有冷却液的流入或流出用的喷嘴52，能够在金属管50内流通冷却液。作为形成金属管50、扩径部51、喷嘴52，例如，能够使用铜、铝以及这些金属的合金等，但是，因为易于加工、导热率高，所以铜或铜合金特别优选。金属板的厚度例如能够为O. 5 2mm。此外，如图2 (b)所示，金属管50也可以不是上表面与下表面平行的平板状，而可以是在宽度方向(X方向)和/或长度方向(Y方向)上带有微小的圆弧的凸形状。·另外，金属管50，成为图2 (a)以外的形式，可以是收置有内管的金属管。对内管的数量没有限定。(电绝缘性树脂层)回到图1，在金属管50的外表面,层叠有将金属管的外表面50与金属箔20粘接的树脂层10。对树脂层10的形状没有特别限定，但是，在本实施方式中为矩形形状。对树脂层10的数量也没有特别限定，但是，在本实施方式中，在金属管50的外表面上沿轴向每层一个地排成一列。对一个树脂层10的大小也没有特别限定，但是，从金属箔20与金属管50的蠕变耐压的关系来看，需要使其比在树脂层10的上部粘贴的金属箔20的大小大。金属箔20与金属管50的蠕变距离由所安装的电子部件的电流和/或电压的关系来确定。另外，对树脂层10的厚度也没有特别限定，但是，优选为满足电子部件所需的耐压性能的厚度。树脂层10是通过使热硬化性树脂硬化而形成的电绝缘性的树脂层，在与金属管50粘接时也与金属箔20粘接。作为用于形成树脂层10的热硬化性树脂，能够使用环氧树脂等公知的各种热硬化性树脂。形成树脂层10的热硬化性树脂，优选，除了因交联而硬化了的树脂成分之外，还包括电绝缘性的陶瓷微粒。在热硬化性树脂包含陶瓷微粒的情况下，陶瓷微粒的导热性比树脂好，因此能够进一步提高电子部件的冷却效率。作为此类陶瓷微粒，例如，可以举出氧化铝微粒、氮化硼微粒、氮化铝微粒等。对这些微粒的粒径没有特别限定。另外，对陶瓷微粒的含有量没有特别限定。(金属箔)在各树脂层10粘接有一个金属箔20。对金属箔20的大小和/或形状没有特别限定，能够与应固定的电子部件的形状一致地适当设定，但是，优选比树脂层10面积小。对金属箔20的厚度也没有特别限定，但是，优选，具有能够容许能够驱动电子部件的电流容量的厚度和面积。金属箔20能够使用轧制法等制造的金属箔。作为形成金属箔20的金属，例如，能够使用铜、铜合金、铝等，其中，因此导电度大而优选铜。根据本实施方式涉及的电子部件用冷却装置，使热硬化性树脂硬化而形成的树脂层10，通过利用热硬化前的树脂的柔软性，易于使在表面具有凹凸的金属管50的外表面与金属箔20在间隙小的状态下粘接。接着，通过使电子部件与金属箔20通过软钎焊等在间隙小的状态下粘接，从而使电子部件与金属管50的外表面之间的间隙足够少，能够使这些部件在具有电绝缘功能的状态下热接触，能够提高电子部件的冷却效率。(电子部件用冷却装置的制造方法的第一例)接下来，使用图疒图4来说明上述实施方式涉及的电子部件用冷却装置100的制
造方法的第一例。首先，准备如图3 Ca)所示那样在轴向两端设置有扩径部51和喷嘴52的金属管50。
接着，准备图3 Ca)所示矩形形状的、B阶段的热硬化性树脂片10b。这里，对热硬化性树脂的A阶段、B阶段、C阶段进行说明。A阶段是热硬化性树脂的硬化反应的初期状态，溶解于溶剂，而且，当加热时熔融，难以维持片形状。B阶段是热硬化性树脂的硬化反应的中间阶段，是没有在溶剂中完全溶解、即使对树脂进行加热也没有完全熔融、而且能够进一步硬化且能维持片形状的状态。C阶段是热硬化性树脂的硬化反应的最终阶段，指树脂在溶剂中也不溶解、即使加热也不熔融的状态。作为B阶段的热硬化性树脂，虽然能够任意地适当选择公知的热硬化性树脂，但优选环氧树脂。环氧树脂，包括具有环氧基的预聚合物成分和硬化剂。该热硬化性树脂，优选，如上述那样含有电绝缘性的陶瓷微粒。这样的B阶段的热硬化性树脂片10b，例如，能够通过在板状的基材上涂敷含有溶剂的A阶段的环氧树脂后、加热而使溶剂气化到某种程度而发生热硬化性树脂分子的交联(半硬化)而形成。接着，将这样的B阶段的热硬化性树脂片IOb层叠在金属管50的外表面的一部分50a上。在已层叠的B阶段的热硬化性树脂片IOb上再层叠矩形形状的金属箔20。这样，制作结构体200，该结构体200具有金属管50、层叠于金属管50外表面上的B阶段的热硬化性树脂片IOb和层叠于树脂片IOb上的金属箔20。此外，在制作结构体200时，也可以层叠将预先在B阶段的热硬化性树脂片IOb上层叠了矩形形状的金属箔20的层叠体30，以使层叠体30的热硬化性树脂片侧与金属管50的外表面的一部分50a相接。(收置工序)接下来，如图3 (a)所述，上述结构体200收置于柔性容器60中。这里，柔性容器60是筒状,成为两端部60e敞开的容器,从一个端部60e插入结构体200,从另一端部60e伸出在金属管50的一个末端设置的扩径部51及喷嘴52，从而能够用柔性容器60覆盖结构体200地进行收置。优选，使柔性容器60的绕Y轴的内周的长度比金属管50的绕Y轴的外周的长度长，成为能够将结构体200在宽度方向上空间上具有余裕地收置的大小。通过成为该大小，从而能够抑制层叠了的B阶段的热硬化性树脂片IOb及金属箔20，在将结构体200插入柔性容器60中时，从金属管50的层叠的位置50a偏离或剥离。另外，柔性容器60在筒状的侧面部具有抽真空用的侧管60c。只要将结构体200收置于柔性容器60内、以使柔性容器60覆盖热硬化性树脂片IOb和金属箔20的层叠体30即可，但优选，柔性容器60不覆盖在金属管50的两端设置的扩径部51及喷嘴52。这是因为，如果也包括扩径部51及喷嘴52在内，用柔性容器60覆盖并收置结构体200的整体，则在经过后述的减压工序及加压工序时、会在柔性容器60整体上均匀地施加压力，在热硬化性树脂片IOb及金属箔20上难以施加除去间隙所需的压力，而且结构体200还有可能因压力而压坏。因此，优选，将筒状的柔性容器60的轴向(Y轴方向)的长度设为金属管50的轴向的长度以下。柔性容器60例如由硅橡胶、聚酰亚胺、聚酰胺-亚胺等有柔性的材质形成，当在容器60内进行减压时容易变形而能够紧密附着于金属管50等。在将结构体200收置于柔性容器60中后,使柔性容器60的两端部60e与金属管50外表面紧密附着而密封以不漏空气。为了密封，也可以使用胶带等。(减压工序)接着，从侧管60c将柔性容器60内抽真空，在容器60内进行减压。由此，如图3 (b)所示，柔性容器60紧密附着于金属管50。减压时容器60内的压力没有特别限定，但是，优选，以绝对压力计为500Torr (O. 07MPa)以下，更优选为400Torr (O. 05MPa)以下。(加压工序)在这样将收置了结构体200的柔性容器60减压后，在该减压了的状态下，进一步从外侧通过气体对柔性容器60加压。对加压时的气体的压力也没有特别限定。(加热工序)接着，将柔性容器60内减压，在从外侧用气体加压的状态下，开始B阶段的热硬化性树脂片IOb的加热。这里，优选的是，在向柔性容器60施加的压力以表压力计为IMPa 5MPa的状态下，开始加热，这是因为在将B阶段的热硬化性树脂片IOb充分地按压在金属管50上而能够减小间隙的状态下，能够粘接，优选。另外，加热温度、加热时间能够根据使用的树脂的特性来选择。此外，能够在例如高压釜内依次进行该减压、加压及加热工序。图4是表示如下情况的图，该情况在高压釜80内，一边通过利用真空管线LI从柔性容器60的侧管60c抽真空而将柔性容器60内减压，一边通过泵80P从外侧对柔性容器60加压，再通过加热器80h对树脂片IOb加热。通过对柔性容器60内减压，而且从外侧用气体加压从而将柔性容器60按压于层叠了树脂片IOb及金属箔20的金属管50，在该状态下加热，从而热硬化性树脂片IOb的硬化充分地进行、进行粘接。接着，在加热结束而进行冷却的同时，也进行柔性容器的内外压力的释放，结束减压、加压和加热。接着，通过从柔性容器60中取出结构体200，从而能够得到上述实施方式涉及的电子部件用冷却装置100。(退火工序)此外，在从柔性容器60中取出了电子部件用冷却装置100后，也可以以比高压釜80内的上述加热工序中的加热温度更高的温度来加热树脂片10b。由此，能够使树脂片IOb更充分地硬化，能更牢固地将金属箔20和金属管50粘接，因此优选。该加热能够通过例如在批量生产式(batch)的热硬化炉中投入电子部件用冷却装置100来进行。对加热条件没有特别限定。根据本例，通过对收置结构体200的柔性容器60内减压，从而使柔性容器60变形以将柔性容器60的内壁按压在金属管50上，该结构体200具有在金属管50上层叠的B阶段的热硬化性树脂片IOb和在热硬化性树脂片IOb上层叠的金属箔20。由此，金属箔20按压在B阶段的热硬化性树脂片IOb上，而除去金属箔20与热硬化性树脂片IOb的粘接界面间的空隙。同样地，热硬化性树脂片IOb按压在金属管50上，而除去热硬化性树脂片IOb与金属管50的粘接界面间的空隙。而且，通过在对柔性容器60内减压了的状态下，从外侧用气体对柔性容器60加压，从而柔性容器60的内壁更牢固地按压在金属管50上，上述间隙的除去效果提高。而且，在除去了存在于金属管50与树脂片IOb之间及树脂片IOb与金属管50之间的各粘接界面间的间隙的状态下，通过将树脂片IOb加热来使树脂片IOb硬化，进行这些界面处的粘接。在这样得到的电子部件用冷却装置100中，极力减少了金属箔20与树脂片IOb之间及树脂片IOb与金属管50之间的粘接界面间的间隙。另外，树脂片IOb将金属管50和金属箔20充分地粘接，树脂片IOb难以从金属管50剥离，并且金属箔20难以从树脂片IOb剥离。
此外，作为在制造本实施方式涉及的电子部件用冷却装置100的情况下使用热硬化性树脂片IOb粘接金属箔20和金属管50的方法，除了上述方法之外，也能够使用通过热压机或真空热压机、热辊机或传递模塑机等来将层叠有金属箔20的树脂片IOb粘贴于金属管50上的方法，但是，从能够充分减少间隙的观点来看，优选，上述第一例涉及的制造方法。(电子部件用冷却装置的制造方法的第二例)对电子部件用冷却装置的制造方法的第二例进行说明。在本例中，仅说明与第一例的不同点。在第一例中，如图3 (a)所示，作为减压用的柔性容器，使用了膜状的柔性容器60，但是，如图5所示，也能够使用由能够上下分离的一对柔性模具70a、70b构成的柔性容器70。柔性容器70由具有凹部的上模70a和具有凹部的下模70b构成，使上模70a的凹部和下模70b的凹部对合而形成的空间部70v的形状形成为与金属管50的立体形状相对应，正好能够收置金属管50。此外，柔性容器70具有多个空间部70v以能够收置多个结构体200的金属管50。另外，容器70的多个空间70v由未图示的连通路互相连通，在上模70a，设有将外部和空间部70v连通的侧管70c。而且，通过从侧管70c将柔性容器70内的各空间部70c抽真空、减压，从而能够起到与第一例同样的作用效果。在使用本实施方式那样的容器70的情况下，易于使用一个容器70对多个结构体200同时进行上述减压工序，但是，也可以仅对一个结构体200进行上述减压工序。(电子部件用冷却装置的使用例)下面，对本实施方式涉及的电子部件用冷却装置100的一个使用例进行说明。图6 (a)是在电子部件用冷却装置100安装了功率半导体300的立体图，图6 (b)是图6 (a)的B-B剖视图。功率半导体300能够通过将其散热面软钎焊到金属箔20上而安装。功率半导体300没有特别限定，但是，例如可举出IGBT、M0SFET、Diode等。在这样的电子部件用冷却装置100中，在冷却发热的功率半导体300时，使冷却液从一个喷嘴52流入。冷却液从喷嘴52经扩径部51流入金属管50，流向另一个扩径部51，从喷嘴52流出。另一方面，来自于功率半导体300的热经软钎焊层310传递到金属箔20，从金属箔20向导热性的树脂层10传热。进而，从树脂层10传递的热通过热传导而向金属管50的整个管壁扩散，由在金属管50流动的冷却液冷却。本实施方式涉及的电子部件用冷却装置100，能够减少存在于金属箔20与树脂片IOb之间及树脂片IOb与金属管50之间的粘接界面间的间隙，也包括微小的间隙，因此与在粘接界面间存在的间隙较多的情况相比、导热面积增加，能够在具有与电子部件的电绝缘功能的状态下高效地冷却功率半导体等电子部件。虽然以上对本发明的优选实施方式进行了 说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，说明了金属管50不具有内管的方式，但是，也可以在金属管50内设置内管。如果内管的数量多，则导热面积增加该量，因此冷却效率进一步增加。另外，在上述实施方式中，说明了金属管50的两侧面带圆弧的方式，但是两侧面也可以不带圆弧，也可以是有棱角的。此外，金属管50也可以弯曲。另外，在上述实施方式中，说明了在一个金属管50上层叠有多个树脂层10和金属箔20的层叠体的方式，但是，在金属管50上层叠的树脂层10和金属箔20的层叠体的数量也可以不是多个而是一个。另外，在上述使用例中，说明了使用本发明作为功率半导体300的冷却装置的情况，但是，在本发明的电子部件用冷却装置中，电子部件不限定于功率半导体。产业上的应用可能性根据本发明的电子部件用冷却装置，能够充分地提高电子部件的冷却效率，因此能够实现冷却装置的小型化、轻量化。因此，有利于在电动车、燃料电池汽车和/或混合动力电动车等要求搭载的装置小型化、轻量化的领域中使用。附图标记说明10树脂层；10b树脂片；20金属箔；30层叠体；50金属管；50a金属管50的层叠树脂层的部分；50扩径部；52扩径部；60,70柔性容器；60c、70c侧管；60e柔性容器60的端部；70a上模；70b下模；80高压釜；80h加热器；80P泵；100、110电子部件用冷却装置；300功率半导体；310软钎焊层；L1真空管线
权利要求
1.一种电子部件用冷却装置，其中，具有 金属管； 金属箔，其配置于所述金属管的外表面上；和 热硬化了的树脂层，其将所述金属管的外表面和所述金属箔粘接。
2.根据权利要求I所述的电子部件用冷却装置，其中， 所述热硬化了的树脂层包括陶瓷微粒。
3.一种电子部件用冷却装置的制造方法，包括 收置工序，将结构体收置于柔性容器内，该结构体具有金属管；配置于所述金属管的外表面上的B阶段的热硬化性树脂片；和在所述树脂片上层叠的金属箔； 减压工序，对所述柔性容器内进行减压； 加压工序，从外侧通过气体对已减压状态的所述柔性容器加压；和 加热工序，在进行了所述减压及所述加压的状态下对所述树脂片加热。
4.根据权利要求3所述的电子部件用冷却装置的制造方法，其中， 还包括退火工序，在所述加热工序后，从所述柔性容器内取出所述结构体，以比所述加热工序更高的温度对所述树脂片加热。
全文摘要
本发明目的是提供能够充分提高电子部件的冷却效率的电子部件用冷却装置及其制造方法。根据本发明的电子部件用冷却装置100，具有金属管50；金属箔20，配置于金属管50的外表面上；和热硬化了的树脂层10，其将金属管50的外表面和金属箔20粘接，因此能够使电子部件和金属管50的外表面之间的间隙足够小而使这些部件在具有电绝缘功能的状态下热接触，能够提高电子部件的冷却效率。
文档编号H05K7/20GK102959702SQ20118002946
公开日2013年3月6日 申请日期2011年11月22日 优先权日2010年11月30日
发明者渡边正裕, 铃木信太郎 申请人:丰田铁工株式会社