JP2007535801A - 電気部品の冷却用装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は電気部品の冷却用装置およびその製造方法に関する。発明性のある装置は、熱放散マス５を形成する部品の金属マスに熱結合された金属ラジエータ形成部材７を含む。本発明によれば、互いに向かい合う、放散面５Ａとして知られている放散マス５の１つの面と、ラジエータ７の１つの面７Ａとの間に自生溶接によって形成された少なくとも１つのヒートシンク１０によって、ラジエータ７は放散マス５に熱結合される。本発明を、例えば、パワー電子モジュール内の電子部品を冷却するために使用することができる。

Description

本発明は発熱性電気部品の冷却用装置およびこの装置を製造するための方法に関する。

本発明は、より詳細には、例えばパワー電子モジュールにおける電子部品の冷却に適用される。

従来の技術は、部品からの熱放散用のマス（ｍａｓｓｅ）を形成する部品の金属マスに熱結合されたラジエータを形成する金属部材を含むタイプの発熱性電気部品の冷却用装置をすでに記述している。

従来、ラジエータは、放散マスおよびラジエータのものとは異なる材料の中間マスによって放散マスに熱結合される。一般に、この付加された材料は、接着剤（ポリマー）またははんだである。

一般に、付加された材料はリフローまたは硬化を受ける。

実際、いくつかの電子部品は、はんだのリフローまたは接着剤の硬化温度に適合しない成分を含むことがある。さらに、中間マスが熱結合する２つの材料の一方または他方より劣る熱伝導特性をもつことがある。

本発明の目的は、そのような装置の製造の間に電気部品を損傷することなく、放散マスとラジエータの間に効率的に熱を伝達することを可能にする発熱性電気部品の冷却用装置を提案することである。

この目的のために、本発明は、互いに対向する、放散面と呼ばれる放散マスの１つの面と、ラジエータの１つの面との間に自生溶接によって形成された少なくとも１つのヒートシンクによって、ラジエータが放散マスに熱結合されることを特徴とする上述のタイプの発熱性電気部品の冷却用装置に関する。

放散マスとそのような装置のラジエータの間の熱リンクは、２つの材料の溶融によって作り出される。結果として、それは、これら２つの材料のものに近い熱伝導特性をもつ。自生溶接法は、従来の方法で使用される温度より高い溶融温度を必要とするが、溶接は、ヒートシンクの製作の間、電気部品の損傷を回避するために十分に局所化される。

本発明による冷却装置は１つまたは複数の以下の特徴を含んでもよい。
放散マスおよびラジエータのうちの少なくとも１つの要素が銅から作られる。
部品が少なくとも１つの熱源を含み、ヒートシンクが、放散面に垂直な方向にほぼ平行に、この熱源と一直線に並べられる。
熱源が半導体を含む。
ヒートシンク内に含まれる放散面の面積が、放散面の面積の少なくとも５％に相当する。
ヒートシンクが、部品をラジエータに固定するための手段も形成する。
シンクが部品とラジエータの間の電気伝導手段も形成する。
ラジエータが板形状をもち、放散マスに対向する１つの大きい面と、支持体に載り前述の大きい面と対向する１つの大きい面とを備える。
支持体がレーザ溶接ヘッドの波長に対し透明な材料から作られる。
ラジエータが、材料、好ましくはプラスチックをオーバーモールドすることによって、２つのほぼ平行な電気伝導バーに結合された２つの小さい対向する面を備える。
装置が複数のヒートシンクを含む。

本発明のさらなる主題は、各ステップの間で１つのサブセットのシンクが形成される２つのステップの自生溶接によって、１セットのヒートシンクが形成され、これらの２つのステップが、ラジエータと離れた支持体に部品を固定するステップによって分けられていることを特徴とする上述の装置を製造するための方法である。

本発明による製造方法は１つまたは複数の以下の特徴を含んでもよい。
自生溶接がレーザ溶接ヘッドを用いて行われる。
自生溶接が支持体を介して行われる。
自生溶接が真空電子ビームを用いて行われる。

全く例としてのみ与えられ、本発明による冷却装置を備える発光ダイオードの断面を示す単一の図に関した以下の記述を読むことにより、本発明をよりよく理解できるであろう。

発光ダイオード１は半導体２である熱源を含む。発光ダイオード１は、Ｄの文字で表された本発明による冷却装置を使用して冷却されることが意図されている。

発光ダイオード１は、発光ダイオード１にその動作に必要な電力を供給する２つのほぼ平行な電気伝導バー３に、それを結合する伝導ラグ４を備える。伝導ラグ４は、伝導バー３への発光ダイオード１の機械的な固定も可能にする。

半導体２は熱放散金属マス５によって支持される。放散マス５は、熱がそれを通って好ましくは除去される１つの面５Ａを含む。

装置Ｄは、面５Ａに対向する大きい面７Ａを備えるラジエータ７を形成する金属板を含む。このラジエータ７は、伝導バー３からラジエータ７を電気絶縁するためにオーバーモールドされた材料８、好ましくはプラスチックによって、伝導バー３に結合された２つの小さい対向する面を含む。

ラジエータ７および放散マス５は、好ましくは銅または、適切な熱伝導特性をもつ任意の他の金属、例えばステンレス鋼から作られる。

装置Ｄは、一方で、ラジエータ７と金属バー３との間に、また他方で、支持体９との間に固定手段（図示せず）を備える。面７Ａの対向する大きい面７Ｂが支持体９に載っていることを見ることができる。支持体９は任意選択である。

有利には、装置Ｄは、放散マス５とラジエータ７とを熱結合する少なくとも１つのヒートシンク１０を含む。このヒートシンク１０は、放散マス５とラジエータ７との間に、より詳細には、互いに対向する、放散面６と呼ばれる放散マス５の１つの面とラジエータ７の１つの面との間に自生溶接によって形成される。

大きい面７Ａおよび放散面５Ａは、最小の可能な距離で分離されている。好ましくは、この距離はラジエータ７の厚さ（面７Ａと７Ｂの距離）の５０％より短く、好ましくはゼロである。

図の例において、ヒートシンク１０は、ラジエータ７と放散マス５の間に挿入されたマスを形成する。

有利には、このように形成されたヒートシンク１０は、ダイオード１をラジエータ７に固定するための手段、またはダイオード１とラジエータ７の間の電気伝導用手段としての役割もする。

好ましくは、ヒートシンク１０内に含まれる放散面６の面積は、この放散面６の面積の少なくとも５％に相当する。

好ましくは、ヒートシンク１０が、放散面５Ａに垂直な方向にほぼ平行に、熱源と一直線に並べられるように置かれる。言い換えれば、ヒートシンク１０は、熱源、ここでは半導体２に対向して置かれる。この配置は熱の放散に有利である。

一般に、放散マス５とラジエータ７の間の熱リンクは、前に述べられたもののような１セットのいくつかのヒートシンク１０によって提供される。

いくつかのシンク１０をもつ装置Ｄを製造するための方法は、第一に、伝導ラグが伝導バー３に接触し、放散面５Ａがラジエータ７を形成する金属板の大きい面７ａに対向するように、伝導バー３とラジエータ７のセットに向かって、発光ダイオード１を運ぶことにある。

したがって、第１サブセットのヒートシンクは、放散マス５とラジエータ７の自生溶接によって形成される。

したがって、伝導ラグ４は、ラジエータ７から離れて支持体に、好ましくは伝導バー３に、この場合も自生溶接によって固定される。これは、第１サブセットのヒートシンクに冷える時間を残し、それによって発光ダイオード１を損傷することを回避する。

最後に、残りのヒートシンク（第２サブセットのシンク）が、この場合も自生溶接によって形成される。

溶接は、矢印１１で示されるように真空電子ビームまたはレーザ溶接ヘッドの照射によって行われる。後者の場合、自生溶接を、有利にはレーザ波長に透明な材料から選択された支持体９を介して行うことができる。

本発明は記載された実施形態に限られるものではない。特に、本発明は、任意の発熱性電気部品、特に発光ダイオード以外の電子部品の冷却にも適用することができる。

本発明による冷却装置を備える発光ダイオードの断面を示す図である。

Claims (15)

1. 部品（１）の熱放散マス（５）を形成する部品の金属マスに熱結合されたラジエータ（７）を形成する金属部材を含むタイプの、発熱性電気部品（１）の冷却用装置であって、互いに対向する、放散面（５Ａ）と呼ばれる放散マス（５）の１つの面と、ラジエータ（７）の１つの面（７Ａ）との間の自生溶接によって形成された少なくとも１つのヒートシンク（１０）によって、ラジエータ（７）が放散マス（５）に熱結合されることを特徴とする装置。
2. 放散マス（５）およびラジエータ（７）のうちの少なくとも１つの要素が銅から作られている請求項１に記載の装置。
3. 部品（１）が少なくとも１つの熱源を含み、ヒートシンク（１０）が、放散面（５Ａ）に垂直な方向にほぼ平行に、この熱源と一直線に並べられる請求項１および２のいずれかに記載の装置。
4. 熱源が半導体（２）を含む請求項３に記載の装置。
5. ヒートシンク（１０）内に含まれる放散面（５Ａ）の面積が、放散面（５Ａ）の面積の少なくとも５％に相当する請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. シンク（１０）が、部品（１）をラジエータ（７）に固定するための手段も形成する請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
7. シンク（１０）が部品（１）とラジエータ（７）の間の電気伝導手段も形成する請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
8. ラジエータ（７）が板形状をもち、放散マス（５）に対向する１つの大きい面（７Ａ）と、支持体（９）に載り前述の大きい面（７Ａ）と対向する１つの大きい面（７Ｂ）とを備える請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 支持体（９）がレーザ溶接ヘッドの波長に対し透明な材料から作られる請求項８に記載の装置。
10. ラジエータ（７）が、材料（８）、好ましくはプラスチックをオーバーモールドすることによって、２つのほぼ平行な電気伝導バー（３）に結合された２つの小さい対向する面を備える請求項８および９のいずれかに記載の装置。
11. 複数のヒートシンク（１０）を含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 請求項１１に記載の装置を製造するための方法であって、各ステップの間で１つのサブセットのシンク（１０）が形成される２つのステップの自生溶接によって、１セットのヒートシンク（１０）が形成され、これらの２つのステップが、ラジエータ（７）と離れた支持体（３）に部品（１）を固定するステップによって分けられていることを特徴とする方法。
13. 自生溶接がレーザ溶接ヘッドを用いて行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 自生溶接が支持体（９）を介して行われる請求項９に記載の装置に関する請求項１３に記載の方法。
15. 自生溶接が真空電子ビーム（１１）を用いて行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

Images