JP6091633B2 - かしめヒートシンク、ヒートシンク一体型パワーモジュール、かしめヒートシンクの製造方法、および、ヒートシンク一体型パワーモジュールの製造方法 - Google Patents

かしめヒートシンク、ヒートシンク一体型パワーモジュール、かしめヒートシンクの製造方法、および、ヒートシンク一体型パワーモジュールの製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、かしめヒートシンクに関し、特に、パワーモジュールと一体化されて使用されるかしめヒートシンクの構造に関する。
LSI(Large Scale Integration)、ダイオードなどの電力半導体素子(発熱部)を有する電子機器には放熱器としてかしめ構造のヒートシンクが広く採用されている(例えば特許文献1、4、5)。このかしめ構造のヒートシンクは、熱伝導(または熱伝達)により発熱部からの発熱を放散する。かしめ構造のヒートシンクでは、複数のフィンがフィンベースの平面に形成されたフィン挿入溝に挿入されている。フィンベースのかしめ部をかしめることによりフィンベースを塑性変形させて、フィンベースと複数のフィンを一体化する。
ヒートシンク一体型パワーモジュールには、コルゲートヒートシンクを樹脂封止型パワーモジュールの底面のベースの凹凸にはめこんで一体化しているフィン一体型パワーモジュールが知られている(例えば特許文献2)。ヒートシンクから放出される放射ノイズは、放熱フィンをアース電位に接続することで抑制できる(例えば特許文献3)。
特開平7-193383号公報 特開2009-33065号公報 特開2012-049167号公報 特開2002-134973号公報 国際公開第2011/061779号
特許文献1によるかしめ構造のヒートシンクでは、別部材であるフィンベースとフィンをかしめ加工により一体化している。かしめヒートシンクの1つの特徴として、風路方向では、フィンベースの長さよりも、フィンの長さの方が長くなる。このようなかしめヒートシンクを作製した場合、フィンベースとフィンだけでは風路が確保できず、放熱性能が不十分になる。
電力半導体素子などの発熱部からの発熱を、グリスを介してかしめヒートシンクから放熱する構造では、かしめヒートシンクのフィンベース側にネジ穴が加工されている。この加工によって、パワーモジュールが高コスト化するとともに、ネジ穴作製位置を確保するために、フィンベースは大型化する。フィンベースのグリス面に加工されたネジ穴は、ヒートシンクの放熱性能を低下させる。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものである。風路を確保して十分な放熱性能が得ることができ、かつ発熱部との固定が容易となるかしめヒートシンク、およびこのかしめヒートシンクを備えたヒートシンク一体型パワーモジュールを作製することを目的としている。
本発明に係るかしめヒートシンクは、複数のフィン挿入溝および外周部が形成されているフィンベースと、複数の挿入溝にかしめ固定されている複数のフィンと、フィンベースに圧入されている突起部が形成されている開口部を有し、フィンベースの外周部と複数のフィンとの間に挟み込まれているパネルとを備えていて、外周部の厚さはフィンベースの厚さよりも薄く、外周部には、パネルの突起部に対応する位置に逃げ溝が形成されており、複数のフィンは、風路方向の長さが、フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、開口部の風路方向の長さよりも大きく、パネルは、風路方向の長さが、フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、フィンの風路方向の長さよりも大きい

この発明によれば、フィンベースにパネルを挟みこんでかしめヒートシンクを作製することで、かしめヒートシンクは風路を確保することができ、十分な放熱性能を得ることができる。さらに、パネルに設けた突起でパネルとフィンベースをかしめ加工(圧入)により一体化するため、フィンベースとパネルは十分な強度を有した状態で固定することができる。
本発明の実施の形態1によるヒートシンク一体型パワーモジュールの全体構成を示す断面図である。 実施の形態1によるかしめヒートシンクの全体構成を示す組み立て図である。 実施の形態1によるかしめヒートシンクの構成部品を示す部品図である。 かしめヒートシンクのかしめ手順を示す工程図である。 パネルが風路に及ぼす効果を説明する図である。 実施の形態2によるかしめヒートシンクにおいてパネルに設けられた抜き穴の役割を説明する図である。 フィンベースとフィンの関係を表す断面図である。 実施の形態3によるかしめヒートシンクにおいてパネルに形成された突起部の役割を説明する図である。 パネルに形成された突起部のバリエーションを表す図である。 フィンベースに挿入されたパネルの形態を表す断面図である。 実施の形態4によるかしめヒートシンクにおいて、フィンベースに形成された切削屑逃げ溝の構造を表す側面図と平面図である。 実施の形態4によるかしめヒートシンクにおいて、フィンベースに形成されたパネル誘導溝の構造を表す側面図と平面図である。 フィンベースに突起付きのパネルを被せた状態を示す図である。 フィンベースに形成された切削屑逃げ溝およびパネル誘導溝の役割を表す図である。 本発明の実施の形態5によるヒートシンク一体型パワーモジュールの全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態6によるフィンベースの構造を示す断面図である。
以下に本発明にかかる、かしめヒートシンクおよびヒートシンク一体型パワーモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるヒートシンク一体型パワーモジュール100を示している。ヒートシンク一体型パワーモジュール100は、かしめヒートシンク30とパワーモジュール部40を備えている。かしめヒートシンク30は、複数のフィン1、パネル(中間部材)2およびフィンベース3から構成される。電力半導体素子(チップ)19は、リードフレーム16の上に搭載され、リードフレーム16とはんだ等で接合されている。リードフレーム16は絶縁シート20を介してフィンベース3に接着されている。
ヒートシンク一体型パワーモジュール100は、パワーモジュール部40の放熱面側にフィンベース3を埋め込んでトランスファーモールド成形し、パネル2を挟み込み、フィン1を後付かしめ加工することで、パワーモジュール部、パネル、フィンを一体化している。パネル2を挟み込むには、パネル2をフィンベース3に圧入し、外周部(図3参照)に載置する。パワーモジュール部40のモールド樹脂(ボディ)18はトランスファモールド成形により構成したものであれば、かしめ時の荷重が局所的に作用して電力半導体素子が破壊する不具合を防止できる。すなわちモールド樹脂18が構造体として一体化しているために、極端な応力集中を防止し、応力を緩和する。このためエポキシ樹脂などのモールド樹脂ならびに類似の硬質の樹脂により一体化した構成とすることでヒートシンク一体型パワーモジュール100は信頼性を確保できる。
一般的なヒートシンク一体型パワーモジュールでは、平坦面に仕上げたパワーモジュールの底面と平坦面に仕上げたヒートシンクの間を熱伝導性グリスにより熱的に接続し、放熱経路を確保している。通常、熱伝導性グリスは、フィラーと樹脂からなる。熱伝導性グリスを用いても大きな支障は生じないが、フィラーと樹脂が分離するブリードが発生すると熱伝導性グリス部の接触熱抵抗が増加する。またパワーモジュールの温度変化に伴いパワーモジュールの底面の反りが変化することで、パワーモジュールの底面とヒートシンクの底面との間隔が変化し、熱伝導性グリスが追い出されるというドライアウトという現象が生じる。この場合も接触熱抵抗が増加する。
電力半導体素子19は、珪素(Si)によって形成したものの他、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成したものも好適に使用することができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドなどがある。ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、許容電流密度が高く、電力損失も低いため、電力半導体素子19を用いた装置の小型化が可能となる。
図2は、この発明の実施の形態1における別のかしめヒートシンクの組み立て後の形態を示すものである。かしめヒートシンク30は、複数のフィン1、パネル2およびフィンベース3から構成されている。フィンベース3のフィン側面には突壁部6が形成されている。複数のフィン1はフィンベース3の突壁部6で支えられている。コルゲートフィンを取り付ける方式と異なって、ヒートシンク一体型パワーモジュールでは、パワーモジュール部と一体化したフィンベース3にフィン1を後付けかしめ加工を行なう。フィンベース3の突壁部6に平板のフィン1を最大限密着させることが可能となるため、接触熱抵抗が十分小さい、放熱性の高いヒートシンク一体型パワーモジュールとなる。
図3は、この発明におけるかしめヒートシンクの部品図を示し、組み立て前の状態を表すものである。パネル2には、フィンベース3の突壁部6のサイズ(幅)よりも大である開口部2aが形成されている。パネル2はフィンベース3の外周部3a(第1外周部)に載置され、支えられる。フィン1、パネル2およびフィンベース3は組み立て後、かしめ加工されて一体化される。フィンベース3の外周部3sは、モールド樹脂によって一体化する際に工程上必要となる。このモールド工程では位置決めピンを使用する。外周部3aは、外周部3s(第2外周部)よりもフィンベースの内周側に配設されている。外周部3aの厚さは外周部3sの厚さよりも大きいが突壁部6の厚さよりも小さい。厚さはパワーモジュール取付け面3pからの長さを測るものとする。フィン1はフィンベースのフィン側面3fに取り付けられる。ただし、外周部3sは必須ではないので、図1のように外周部3aと外周部3sが一体化していてもよい。外周部3aの厚さ(Ta)および外周部3sの厚さ(Ts)はフィンベースの厚さ(Tf)よりも薄い。
図4(図4A〜図4D)は、かしめヒートシンクの組み立て工程を示すものである。フィンベース3には、図4Aに示すように、外周部3a、かしめ部4、フィン挿入溝5および突壁部6が形成されている。かしめ部4と突壁部6は交互に形成されている。二股形状を有するかしめ部4はかしめ加工の際にプレス荷重により塑性変形する。相対向する突壁部6の間にはかしめ部4を挟んで二つの挿入溝(第1フィン挿入溝5aおよび第2フィン挿入溝5b)が形成されている。フィン1はフィン挿入溝5に挿入する。外周部3aはパネル2を突壁部6に挟み込むためにフィンベース3の外周に設けられている。外周部3aの厚さはかしめ部4および突壁部6の厚さよりも薄い。
先ず図4Bに示すように、外周部3aに開口部2aを有するパネル2を挟み込む。次いで、図4Cに示すように、複数のフィン1をフィン挿入溝5に挿入し、複数のフィンがフィンベース3に挟み込まれた状態にする。すなわち第1フィン挿入溝5aには第1フィン1aを挿入し、第2フィン挿入溝5bには第2フィン1bを挿入する。突壁部6はフィン1と接触する。さらに図4Dに示すように、フィンの間に治具21を挿入し、かしめ部4を塑性変形するとフィンベース3にフィン1がかしめ固定される。このように、かしめ加工により、かしめ部4をフィン側に塑性変形し、フィン1をフィンベース3の突壁部6の両側から接触させることでフィンベース3とフィン1を一体化する。
パネル2の効果を図5(図5Aと図5B)を使って説明する。図中、白抜き矢印は流速ベクトル7を表している。フィン一体型パワーモジュールでは、風路方向のフィンの長さがフィンベースの長さよりも長い場合に放熱性の良い風路を作製できない。フィンベース3とフィン1の間にパネル2が挟みこまれて一体化されていると、図5Aに示すように、風路方向にフィンの長さがフィンベースの長さよりも長い場合でも、直線状の風路を形成することができる。これに対し図5Bに示すように、パネルがないかしめヒートシンクの場合には、フィンベース3から上方向あるいは下方向に向かう風路が形成される。本願に係るかしめヒートシンクはフィン間の流速が減少することなく、風路を最大限使用することができるため、放熱性能を向上させることができた。
フィンベース3とパネル2、およびフィンベース3とフィン1は接触して一体化されている。各接触部での熱伝導により、パネル2も放熱経路に追加することができるため、放熱性能が向上する。フィン1に関しては、材質がアルミニウム、もしくはアルミニウム合金などの板材とすることで、加工性と放熱性の両立が可能であった。また、フィンベース3は、機械加工、ダイキャスト、鍛造加工、押出加工などで加工され、材質はアルミニウム、アルミニウム合金などで形成される。ただし、フィン1、フィンベース3ともにアルミニウム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良い。例えば、フィンを銅系の板材にすることで、アルミニウムの場合よりも更に放熱性が向上する。
本発明のかしめヒートシンクの場合、例えば、フィン1の厚みを0.6mm〜1.0mm、フィン挿入溝5の幅を0.8mm〜1.2mm、フィンピッチを3mm〜5mmにすることができる。パネル2で放熱用の風路が形成できるため、風路方向に対して、フィンベース3の長さの2倍程度の長さのフィン1を用いても、放熱性能の向上が図れた。本発明に係るかしめヒートシンクは、フィンの長さにおける自由度が大きく、フィンベースサイズを自由に設計できるため、フィンベースの小型化が実現できた。
なお、上記の数値は一例を示すものであって、特にこれらの数値に限定されるわけではなく、自由に設計可能である。この例のようにフィンベースの1個の突壁部について両側からフィンを押し当てる構造にすることで、低プレス荷重でフィンベースとフィンを一体化可能であった。フィンベースの突壁部6の表面粗さ(Ra)として、Ra=0.5μm程度のような極めて平滑性の高い表面粗さとする事で、接触熱抵抗が軽減された。また、フィンの表面粗さは圧延材を用いる事で、Ra=0.1μm以下が特別なコストアップなしに実現可能であった。これらの表面粗さは小さいほうが、放熱性能の向上が図れる。
本実施の形態によれば、パネル2を設けることで、フィン長さとフィンベース長さに関係なく、風路を確保できるため、放熱性の高いヒートシンク一体型パワーモジュールとなる。また、パネルにより風路とパワーモジュールを冷却風から分け隔てることとなり、パワーモジュールの各種電極に風が直接あたらないように遮る効果が得られる。ところで埃やゴミの滞留による絶縁性の劣化を防ぐための絶縁距離は汚損度によりランク別され、汚損度が高い場合は大きな距離を必要とするが、本願のようにパワーモジュールの電極への冷却風の接触を遮ることで、汚損度を低くしても差し支えなくなり、パワーモジュールを小型化できる。
実施の形態2.
フィン一体化パワーモジュールには、構造部材に固定する際に、パワーモジュール側に固定するための構造(機能)が存在しない、フィンの長さがフィンベースよりも長い場合、フィンが放射ノイズの原因となり、半導体素子や制御回路を誤動作させる事を防止するために高速なスイッチングが使えないといった課題が残されていた。実施の形態2に係るかしめヒートシンクの構成を図6(図6A〜図6C)に基づいて説明する。実施の形態2に係るパネル2は、図6Aに示すように、抜き穴2bが4隅に形成されている。抜き穴2bを設けたことにより図6Bのように、かしめヒートシンク30とパワーモジュール部40などの発熱部8をねじ9で固定することができる。また、図6Cに示すように、固定用部材10とかしめヒートシンク30をねじ9で固定することができる。
パネル2は、プレス加工などの金型によって作製されるため、抜き穴2bを作製しても追加加工費は発生せずに作製可能であった。パネル2に抜き穴2bを作製し、発熱部8または固定用部材10をかしめヒートシンクに固定することで、耐振動性の向上が可能であった。なお、パネルに設けたこの抜き穴に関しては、かしめヒートシンク作製時のパネルの位置決め、パネル方向決めにも使用可能であった。
実施の形態2に係るパネル2は、作製したかしめヒートシンク30と、発熱部8および固定用部材10を固定する機構を持つため、亜鉛メッキ鋼板、SUSなどの十分な強度を有する金属で構成することが望ましい。ただし、必ずしも金属である必要はなく、樹脂系材料であっても構わない。パネル2に樹脂系材料を使用する場合、電気ノイズの観点から、導電率を十分高くしておくことが必要である。
パネル2の厚さは、外周部3aとフィン挿入溝5の厚み差dよりも大きくしておくことが好ましい(図7A参照)。かしめ加工時には図7Bに示すように、パワーモジュール取付け面3pと対向するフィン側面3fからフィンはパネル方向に押し当てられる。フィンベース3とパネル2が接触した状態でかしめ加工が実施されることで、フィンベース3とフィン1に対して、パネル2は十分な強度を持った状態で一体化することが可能である。フィン1とパネル2、パネル2とフィンベース3の両方の接触を確保できるため、フィン1、パネル2、フィンベース3を一体化した後に、パネル2を介して、発熱部8または固定用部材10に固定した際の強度と耐振動性の向上を図ることが可能であった。
抜き穴2bを設けたことで、強度、耐振動性が向上するだけでなく、接触面が増えることで電気接点が多数作成されるため、パネル−フィン間の電気抵抗を低減することが可能であった。通常、パネルにはアース金具をとりつけ、ヒートシンクが電気的にグランドに対して浮かないようにアース端子を構成する。アースラインをネジ留めする端子を例えば金属の導体を介してヒートシンクに固定するのがアース金具である。ヒートシンクにネジ穴を設けてアース金具を取り付ける例や、ヒートシンクと一体化されたパネルにアース金具を取り付けるなどいくつかの構成がありえる。
かしめヒートシンクは、基本的に、フィン、フィンベース、パネルをひとつのヒートシンクとして考慮する。パネルにアース金具を取り付けると、フィンベースにネジ留め部が不要となり、フィンベースを最小限の容積で構成でき、全体を小型化できる。一般的にヒートシンクはアース端子を供え、前記アース端子を用いてグランドに接続する。グランドとのインピーダンスが高いと、ヒートシンクがアンテナとしての振る舞いを見せ、空間電位を乱す。本発明ではフィンベース、フィン、パネル間の電気抵抗を抑制したので、結果として耐ノイズ性が向上し、またノイズに対する許容量を大きく保証できるようになった。
さらに、フィンベースとパネルが接触することで、フィンとパネル間も熱伝導で伝熱することができるため、放熱性能の向上が可能であった。また、ヒートシンク一体型パワーモジュールを固定する機構として、パネルに抜き穴を設けておくことで、作製したヒートシンク一体型パワーモジュールを固定部材などに容易に固定することができる。
実施の形態3.
図8は本発明の実施の形態3におけるかしめヒートシンクを示すものである。図8Aに示すように、本実施の形態のパネル2には短辺側、長辺側の少なくとも一方に、少なくとも1個以上の突起部12が設けられている。間隔Dpは長辺方向に対向する突起部の距離を表している。図8Bはフィンベース3を表している。間隔Dbは最も離れている突壁部6の距離を表している。パネル2の突起部12は間隔Dp<間隔Dbを満足するように製作する。図8Cに示すように、突起部12によってフィンベース3にかしめ加工(圧入)し、フィンベース3と突起付のパネル2を固定する。突起付のパネル2を使用し、フィンベース3とパネル2をかしめ加工することで、フィンベース3とパネル2が十分に固定された状態で、さらにフィン1をフィンベース3にかしめ加工するため、作製後のかしめヒートシンクは十分に耐振動性を有したヒートシンクとなった。
通常、フィンベースとパネルはプレス打ち抜き、ダイキャスト、切削などの機械加工により形成する。ヒートシンクは寸法公差を見越した隙間を確保しておかないと、組み立てられないため、かならずフィンベースとパネルには隙間が存在する。この隙間量として0.1mm程度は最低限確保しておかなければならない。これに対して寸法公差としては最低±0.1mm程度が必要である。結果的にフィンベースとパネルの間には0.2mm程度の隙間が生じることになる。このような隙間が存在すると、パネル2はフィンベース3に対して水平方向に隙間が生じた状態で挟持されることになる。
パネルは外周部3a(第1外周部)に載置される。外周部3aは外周部3s(第2外周部)よりも内周側に配設され、外周部3aの厚さは外周部3sの厚さよりも厚いがかしめ部4の厚さよりも薄い。本実施の形態によれば、パネルの突起部12をフィンベースを塑性変形させて食い込ませる寸法としたことで、一体化した後に隙間がない状態を実現できる。よってかしめヒートシンクの耐振動性を向上させるという作用を発揮できた。さらに、フィンベースとパネルが十分に接触しているため、フィンベースとパネルの接触熱抵抗を低減させることができ、かしめヒートシンクの放熱性能の向上が可能であった。
作製後のかしめヒートシンクの電気抵抗についても、パネルとフィンベースがパネルの突起部12によって、かしめ加工され、電気接点が安定して作成することができるため、パネルからフィンまでの電気抵抗値は部材抵抗レベルにまで安定して低減することが可能であった。パネルに突起部を設けることで、振動試験、熱サイクル試験前後での、電気抵抗の変動は数%にまで低減可能であった。また、パネルに突起部を設けておくことで、パネルの抜き穴を介して、固定部材に固定した場合でも、十分な剛性を持つため、耐振動性が大きい構造となった。
パネルの突起部12の形状について、図9(図9A〜図9C)を使って、補足説明する。突起部12の形状は、鋭角形状(図9A)、R形状(図9B)、四角形状(図9C)などであれば、形状は問わない。実験では、R形状、鋭角形状であれば、フィンベースとパネルのかしめ加工時に低圧力で一体化が可能であった。すなわちフィンベースを塑性変形させたことで、単に接するだけでは抑制が困難な接触抵抗をオーミックコンタクトが可能な程度にまで抑制することができ、電気抵抗を十分低減できた。この場合パネルの材質は金属であれば放射ノイズ抑制効果が高まった。またパネルの外形サイズはフィンの全長と同じか長くすることで、さらに放射ノイズ抑制効果が高まった。
実施の形態4.
パネル2はフィンベース3よりも硬い材料で形成することが多い。フィンベースと突起付のパネルをかしめ加工する際、パネルの突起部がフィンベースを削って、かしめ加工が実施され、フィンベースと突起付のパネルが固定される。このため、図10に示すように、パネルの突起部によって切削されたアルミ屑などの切削屑13が発生し、パネルがフィンベースに対して、傾いた状態で固定される場合が在りうる。パネルがフィンベースに対して、傾いた状態で固定されると、フィンをフィンベースにかしめ加工した際に、パネルが浮いた側の箇所では、フィン1と突壁部6との接触面積が減少し、かしめ後のフィン強度が低下することが考えられる。
そこで、本実施の形態に係るフィンベース3には、図11(図11A、図11B)に示すように、切削屑逃げ溝14が予め形成されている。フィンベース3の外周部3aに形成されている切削屑逃げ溝14は、パネルの突起部によってフィンベースが切削される部分の下部に設ける。本実施の形態に係るフィンベースによれば、フィンベースとパネルを一体化する場合に、パネルとフィンベースをかしめ加工した際、パネルが浮いた状態で固定されることを安定して防ぐことが可能であった。
さらに、図12(図12A、図12B)に示すように、上述の切削屑逃げ溝14に加えて、パネルの突起部12によってフィンベースが切削される部分に、パネル誘導溝15を作製することで、パネルとフィンベースをかしめ加工(圧入)する際の生産性が向上した。フィンベースの突壁部6に形成するパネル誘導溝15はパネルの突起部12の長さよりも長さを短くする。
パネル誘導溝がない場合、かしめ加工する際のセット状態は、突起付のパネルがフィンベースの上に乗った状態でセットされる(図13参照)。このため、フィンベースとパネルの位置決めが難しい。パネルが左右の片側に寄った状態でセットされると、パネルの突起部によってフィンベースを切削する量に大きなバラつきが生じる。設定した圧力では、パネルとフィンベースを十分にかしめ加工できない場合が発生し、かしめ加工できた場合でも、パネルが傾いた状態で固定される可能性があった。
図14(図14A〜図14C)を使って切削屑逃げ溝14とパネル誘導溝15の効果を説明する。図14Aに示すように、フィンベース3には切削屑逃げ溝14とパネル誘導溝15が形成されている。先ず図14Bに示すように、パネルの突起部12をパネル誘導溝15に係合させる。ついで図14Cに示すように、パネル2をフィンベース3に圧入する。突壁部6から生じた切削屑13は切削屑逃げ溝14に収容される。このように、切削屑逃げ溝14とパネル誘導溝15を作製することで、かしめ前にパネルはフィンベースに対して、水平にセットすることができる。また、パネルとフィンベースの位置決めが簡便となり、生産性が向上した。なお、切削屑逃げ溝14およびパネル誘導溝15をフィンベースに作製した前後での、耐振動性と電気抵抗は変化せずに良好であった。
実施の形態5.
図15は、本発明の実施の形態5における、ヒートシンク一体型パワーモジュール100を示している。ヒートシンク一体型パワーモジュール100は、制御基板17を備えている。電力半導体素子19はリードフレーム16に接合されている。リードフレーム16は絶縁シート20を介してフィンベース3に接着されている。制御基板17に外部信号を入力し、複数の電力半導体素子19を制御する。ここでは、制御基板17を一体的にモールド樹脂18で封止したパワーモジュールの例を示しているが、他の構成のものでも同様の構成とすることで、放熱性能の高い、剛性を有したヒートシンク一体型パワーモジュールとなる。
実施の形態6.
実施の形態6に係るかしめヒートシンクの構成を図16に基づいて説明する。実施の形態6に係るフィンベース3は、かしめ部とかしめ部の間に突壁部がない。このかしめヒートシンクでは二股形状を有するかしめ部4を左右に変形させてフィンの両側からかしめ部でかしめ加工して、フィンが固定される。フィンベース3には、二股形状を有するかしめ部4を挟んで第1フィン挿入溝5aおよび第2フィン挿入溝5bが形成されている。パネルは外周部3a(第1外周部)に載置される。外周部3aは外周部3s(第2外周部)よりも内周側に配設され、外周部3aの厚さは外周部3sの厚さよりも厚いがかしめ部4の厚さよりも薄い。
電力半導体素子にSiCを用いた場合、電力半導体素子はその特徴を生かすべくSiの時と比較してより高温で動作させることになる。SiCデバイスを搭載するパワーモジュールにおいては、電力半導体素子としてより高い信頼性が求められるため、高信頼のパワーモジュールを実現するという本発明のメリットはより効果的なものとなる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、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。
1 フィン、1a 第1フィン、1b 第2フィン、2 パネル、
2a 開口部、2b 抜き穴、3 フィンベース、3a 外周部、
3s 外周部、3p パワーモジュール取付け面、3f フィン側面、
4 かしめ部、5 フィン挿入溝、5a 第1フィン挿入溝、
5b 第2フィン挿入溝、6 突壁部、7 流速ベクトル、8 発熱部、
9 ねじ、10 固定用部材、12 突起部、13 切削屑、
14 切削屑逃げ溝、15 パネル誘導溝、16 リードフレーム、
17 制御基板、18 モールド樹脂、19 電力半導体素子、
20 絶縁シート、21 治具、30 かしめヒートシンク、
40 パワーモジュール部、
100 ヒートシンク一体型パワーモジュール。

Claims (14)

  1. 複数のフィン挿入溝および外周部が形成されているフィンベースと、
    前記複数の挿入溝にかしめ固定されている複数のフィンと、
    前記フィンベースに圧入されている突起部が形成されている開口部を有し、前記フィンベースの外周部と前記複数のフィンとの間に挟み込まれているパネルとを備えていて、
    前記外周部の厚さは前記フィンベースの厚さよりも薄く、前記外周部には、前記パネルの突起部に対応する位置に逃げ溝が形成されており、
    前記複数のフィンは、風路方向の長さが、前記フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、前記開口部の風路方向の長さよりも大きく、
    前記パネルは、風路方向の長さが、前記フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、前記フィンの風路方向の長さよりも大きいかしめヒートシンク。
  2. 複数のフィン挿入溝と、外周部と、フィンの側面にこのフィンを支える突壁部が形成されているフィンベースと、
    前記複数のフィン挿入溝にかしめ固定されている複数のフィンと、
    前記フィンベースに圧入されている突起部が形成されている開口部を有し、前記フィンベースの外周部と前記複数のフィンとの間に挟み込まれているパネルとを備えていて、
    前記外周部の厚さは前記フィンベースの厚さよりも薄く、前記突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に誘導溝が形成されており、
    前記複数のフィンは、風路方向の長さが、前記フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、前記開口部の風路方向の長さよりも大きく、
    前記パネルは、風路方向の長さが、前記フィンベースの風路方向の長さよりも大きく、しかも、前記フィンの風路方向の長さよりも大きいかしめヒートシンク。
  3. 前記フィンベースは、前記フィンの側面に前記フィンを支える突壁部を有し、前記突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に誘導溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のかしめヒートシンク。
  4. 前記誘導溝のフィンベースの厚さ方向の長さは、前記突壁部のフィンベースの厚さ方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項2または3に記載のかしめヒートシンク。
  5. 前記逃げ溝は、幅とフィンベースの厚さ方向の長さが、それぞれ、誘導溝の幅とフィンベースの厚さ方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項3に記載のかしめヒートシンク。
  6. 前記フィンベースには、二股形状を有するかしめ部が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のかしめヒートシンク。
  7. 前記パネルの厚さは、前記外周部と前記フィン挿入溝の厚み差よりも大きいことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のかしめヒートシンク。
  8. 前記外周部は、厚さの異なる第1外周部と第2外周部を有し、
    前記パネルは前記第1外周部に載置されていて、
    前記第1外周部は前記第2外周部よりも内周側に配設され、
    前記第1外周部の厚さは前記第2外周部の厚さよりも厚いが前記かしめ部の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項6に記載のかしめヒートシンク。
  9. 前記パネルの厚さは、前記第1外周部と前記フィン挿入溝の厚み差よりも大きいことを特徴とする請求項8に記載のかしめヒートシンク。
  10. 請求項1から9のいずれか1項に記載のかしめヒートシンクと、
    電力半導体素子と、
    前記電力半導体素子を封止する封止樹脂体とを備えているヒートシンク一体型パワーモジュール。
  11. フィンが挿入されるフィン挿入溝、前記フィンの側面に前記フィンを支える突壁部、および前記フィン挿入溝にフィンを固定するかしめ部、を有するフィンベースと、開口部に突起部が形成されているパネルとを用意し、前記フィンベースに前記パネルの突起部を係合させるステップと、
    前記パネルを前記フィンベースに圧入し、前記突起部によって前記フィンベースを切削し、前記パネルの突起部によって前記フィンベースが切削される部分の下部に形成された切削屑逃げ溝に切削屑を収容し、前記パネルを固定するステップと、
    前記フィン挿入溝に前記フィンをかしめ固定して前記パネルを前記フィンと前記フィンベースの間に挟み込むステップと、
    を備えているかしめヒートシンクの製造方法。
  12. フィンが挿入されるフィン挿入溝、前記フィンの側面に前記フィンを支える突壁部、および前記フィン挿入溝にフィンを固定するかしめ部、を有するフィンベースと、開口部に突起部を有するパネルとを用意し、前記フィンベースの突壁部に形成された誘導溝に、前記パネルの突起部を、係合させるステップと、
    前記パネルを前記フィンベースに圧入し、前記突起部によって前記フィンベースを切削し、前記パネルの突起部によって前記フィンベースが切削される部分の下部に形成された切削屑逃げ溝に切削屑を収容し、前記パネルを固定するステップと、
    前記フィン挿入溝に前記フィンをかしめ固定して前記パネルを前記フィンと前記フィンベースの間に挟み込むステップと、
    を備えているかしめヒートシンクの製造方法。
  13. パワーモジュール部の放熱面側にフィンが挿入されるフィン挿入溝と、前記フィンの側面に前記フィンを支える突壁部と、前記フィン挿入溝にフィンを固定するかしめ部と、を有するフィンベースを埋め込んでトランスファーモールド成形を行うステップと、
    前記フィンベースに、開口部と、前記開口部に突起部とを有するパネルの前記突起部を、係合させるステップと、
    前記パネルを前記フィンベースに圧入し、前記突起部によって前記フィンベースを切削し、前記パネルの突起部によって前記フィンベースが切削される部分の下部に形成された切削屑逃げ溝に切削屑を収容し、前記パネルを固定するステップと、
    前記フィン挿入溝に前記フィンをかしめ固定して前記パネルを前記フィンと前記フィンベースの間に挟み込むステップと、
    を備えているヒートシンク一体型パワーモジュールの製造方法。
  14. パワーモジュール部の放熱面側にフィンが挿入されるフィン挿入溝と、前記フィンの側面に前記フィンを支える突壁部と、前記フィン挿入溝にフィンを固定するかしめ部と、を有するフィンベースを埋め込んでトランスファーモールド成形を行うステップと、
    前記フィンベースの前記突壁部に形成された誘導溝に、開口部と、前記開口部に突起部とを有するパネルの前記突起部を、係合させるステップと、
    前記パネルを前記フィンベースに圧入し、前記突起部によって前記フィンベースを切削し、前記パネルの突起部によって前記フィンベースが切削される部分の下部に形成された切削屑逃げ溝に切削屑を収容し、前記パネルを固定するステップと、
    前記フィン挿入溝に前記フィンをかしめ固定して前記パネルを前記フィンと前記フィンベースの間に挟み込むステップと、
    を備えているヒートシンク一体型パワーモジュールの製造方法。
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