(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュール（１０）を熱伝導性グリス（１２）を介して冷却器（１３）に取り付けるパワーモジュールの実装構造であって、
前記パワーモジュールおよび前記冷却器には、固定部材（１４）にて互いを固定するための固定用穴（１５、１６）がそれぞれ形成され、
前記熱伝導性グリスは前記固定用穴から離間するように、前記パワーモジュールと前記冷却器との間に充填されており、
前記パワーモジュールおよび前記冷却器の互いに対向する対向面の少なくとも一方には、前記熱伝導性グリスが前記固定用穴に浸入するのを防ぐグリス拡散防止部（１７〜２０）が形成されていることを特徴とするパワーモジュールの実装構造。
【請求項２】
前記グリス拡散防止部（１７〜２０）は、少なくとも前記熱伝導性グリスと前記固定用穴との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの実装構造。
【請求項３】
前記グリス拡散防止部は、溝部（１７）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールの実装構造。
【請求項４】
前記グリス拡散防止部は、突起部（１８〜２０）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールの実装構造。
【請求項５】
前記突起部は前記熱伝導性グリスの周囲を囲むように設けられ、前記パワーモジュールと前記冷却器と前記突起部により前記熱伝導性グリスを密閉する密閉空間を形成していることを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュールの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーモジュールを熱伝導性性グリスを介して冷却器に固定する実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のパワー素子（パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等）をセラミック基板等の上に結線し、１つのパッケージに組み込んだパワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、表面側にパワー素子が設けられ、主に裏面側から熱を逃がす構成となっている。パワーモジュールは、裏面に熱伝導性グリスを塗布され、この熱伝導性グリスを介して冷却器にネジで固定される。
【０００３】
パワーモジュールを冷却器に固定する際には、冷却器と熱伝導性グリスとのなじみをよくするために加圧され、さらにネジで締め付け固定されるために、固定時に熱伝導性グリスが広がる。このため、熱伝導性性グリスをパワーモジュールの裏面に塗布する際には、冷却器への固定時の広がりを考慮し、ネジ穴の周囲に熱伝導性グリスを塗布しない範囲が設けられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、パワーモジュールを冷却器に固定する際の加圧力が大きかったり、塗布したグリス厚が厚かったりすると、熱伝導性グリスがネジ穴に浸入する場合がある。熱伝導性グリスがネジ穴に浸入すると、ネジの締め付けトルクが経時的に減少してパワーモジュールと冷却器との間隔が広がり、放熱性が悪化するという問題がある。一方、ネジ穴周囲における熱伝導性グリスを塗布しない範囲を大きくしすぎると、熱伝導性グリスの未塗布範囲が大きくなり、やはり放熱性が悪化する。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、パワーモジュールを熱伝導性グリスを介して冷却器に固定する実装構造において、放熱性の悪化を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、パワーモジュール（１０）を熱伝導性グリス（１２）を介して冷却器（１３）に取り付けるパワーモジュールの実装構造であって、パワーモジュールおよび冷却器には、固定部材（１４）にて互いを固定するための固定用穴（１５、１６）がそれぞれ形成され、熱伝導性グリスは固定用穴から離間するように、パワーモジュールと冷却器との間に充填されており、パワーモジュールおよび冷却器の互いに対向する対向面の少なくとも一方には、熱伝導性グリスが固定用穴に浸入するのを防ぐグリス拡散防止部（１７〜２０）が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
このようにグリス拡散防止部（１７〜２０）を設けることで、パワーモジュール（１０）を冷却器（１３）に搭載する際に、熱伝導性グリスが固定用穴（１５、１６）に浸入するのを防止できる。これにより、固定部材（１４）の締め付けトルクが減少することに起因する放熱性の悪化を防止できる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明のように、グリス拡散防止部（１７〜２０）は、少なくとも熱伝導性グリスと固定用穴との間に配置されていれば、熱伝導性グリスが固定用穴に浸入することを防止できる。
【０００９】
また、グリス拡散防止部は、請求項３に記載の発明のように溝部（１７）として構成することができ、請求項４に記載の発明のように突起部（１８〜２０）として構成することもできる。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明では、突起部は熱伝導性グリスの周囲を囲むように設けられ、パワーモジュールと冷却器と突起部により熱伝導性グリスを密閉する密閉空間を形成していることを特徴としている。
【００１１】
これにより、熱伝導性グリスの固定用穴への浸入防止効果に加え、熱伝導性グリスに含まれる油分が高熱により揮発して放熱性が悪化することを防止できる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態のパワーモジュールの実装構造を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、パワーモジュール１０は、図１中下側の裏面側に放熱板１１が配置され、熱伝導性グリス１２を介して冷却器１３に取り付けられている。
【００１５】
パワーモジュール１０は、後述のように絶縁基板上にパワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワー素子等が配置され、例えばシリコーンゲルにてパッケージングされている。また、パワーモジュール１０には、ＩＧＢＴに駆動回路等を組み込んだＩＰＭ（Intelligent Power Module）も含まれる。パワーモジュール１０では、主に裏面側から排熱が行われるように構成されている。
【００１６】
放熱板１１として、例えば熱伝導率の高い銅やアルミニウム等の金属材料を用いることができ、熱伝導性グリス１２としてシリコーングリスを用いることができる。また、冷却器１３は、熱交換によりパワーモジュール１０を冷却できるものであり、水冷式でも空冷式でもよい。
【００１７】
パワーモジュール１０は、固定部材であるネジ１４によって冷却器１３に固定されている。パワーモジュール１０および放熱板１１には、ネジ１４を通すための固定用穴であるネジ穴１５が形成されている。また、冷却器１３におけるパワーモジュール側のネジ穴１５に対応する位置にも、冷却器側のネジ穴１６が形成されている。
【００１８】
図２は、放熱板１１を放熱面である裏面側からみた底面図である。図２に示すように、放熱板１１の裏面側には、シリコーングリス１２がネジ穴１５から離間して塗布されている。シリコーングリス１２とネジ穴１５との間には、溝部１７が形成されている。溝部１７は、シリコーングリス１２がネジ穴１５に浸入するのを防止するグリス拡散防止部として機能する。
【００１９】
溝部１７は、放熱面に塗布するシリコーングリス１２の厚みや幅、固定時の加圧力、ネジ１４の締め付けトルク等といった種々の条件により、所望の深さおよび幅となるように形成される。本第１実施形態では、溝部１３をネジ穴１２から２ｍｍ離れた位置に幅１ｍｍで深さ１ｍｍとなるように形成している。
【００２０】
図３は、パワーモジュール１０と放熱板１１の拡大断面図である。図３では、パワー素子等を覆うシリコーンゲルの図示を省略している。図３に示すように、パワーモジュール１０は、パワー素子１０ａ、ハンダ１０ｂ、導体１０ｃ、絶縁基板１０ｄ、導体１０ｅ、ハンダ１０ｆ、放熱板１１が積層されて構成されている。パワー素子１０ａは、ワイヤ１０ｇを用いてワイヤボンディングされている。
【００２１】
図３に示すように、放熱板１１の裏面側には、印刷法によりシリコーングリス１２が所定範囲に所定の厚みで塗布されている。本第１実施形態では、シリコーングリス１２を６０μｍ〜１４０μｍの厚みで、かつ、溝部１７との間に１〜２ｍｍ隙間を形成して塗布している。
【００２２】
また、パワー素子１０ａで発生した熱は、放熱面側に伝わる際に広がりながら伝わっていく。このため、放熱板１１の放熱面において、パワー素子１０ａからの熱が広がる範囲にシリコーングリス１２を塗布しておく必要がある。そこで本第１実施形態では、パワー素子１０ａの端部から放熱面側に延ばした直線と、放熱板１１のグリス塗布面との交わる角度が４５°となる位置より外側までシリコーングリス１２を塗布している。
【００２３】
放熱板１１を備えたパワーモジュール１０は、以下のように冷却器１３に搭載される。まず、放熱板１１の放熱面にシリコーングリス１２を塗布する。次に、パワーモジュール１０および放熱板１１を冷却器１３の所望の位置に設置する。この際、シリコーングリス１２と冷却器１３とのなじみをよくするためにパワーモジュール１０を加圧する。最後に、ネジ１４によりパワーモジュール１０および放熱板１１を冷却器１３に締め付け固定する。
【００２４】
本第１実施形態の実装構造によれば、ネジ穴１５の周囲、すなわちネジ穴１５とシリコーングリス１２との間にグリス逃げ用の溝部１７が設けられているので、グリス１２がぬれ広がっても、グリス１２は溝部１７によって拡散を妨げられる。これにより、グリス１２がパワーモジュール側のネジ穴１５および冷却器側のネジ穴１６に浸入することを防止でき、ネジ１４が緩むことに起因する放熱性の悪化を防止できる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のついて図４、図５に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較してグリス拡散防止部の構成が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図４は本第２実施形態のパワーモジュールの実装構造を示す断面図であり、図５は図４の実装構造の平面図である。図４に示すように本第２実施形態では、グリス拡散防止部として冷却器１３に突起部１８を設けている。
【００２７】
突起部１８は少なくともシリコーングリス１２とネジ穴１６との間に形成されていればよいが、本第２実施形態の突起部１８は、図５に示すようにシリコーングリス１２の外周部にシリコーングリス１２を囲むように形成されている。突起部１８の高さは、放熱特性に著しい影響を与えない高さで、シリコーングリス１２高さとほぼ同等とする。本第２実施形態では、突起部１８は６０〜１００μｍ程度の高さに形成している。
【００２８】
パワーモジュール１０を冷却器１３に搭載する際には、シリコーングリス１２を塗布した放熱板１１と突起部１８とをかみ合わせ、ネジ締めする。このとき、放熱板１１のグリス１２が塗布された放熱面で突起部１８の先端を押しつぶし、放熱板１１と冷却器１３との間にシリコーングリス１２を密閉する。
【００２９】
このような構成により、パワーモジュール１０を冷却器１３に固定する際に、グリス１２がネジ穴１５、１６に浸入するのを防止できると同時に、放熱板１１と冷却器１３と突起部１８により密閉空間が形成される。この密閉空間にシリコーングリス１２が閉じこめられることにより、シリコーングリス１２が高温にさらされても、シリコーングリス１２中の油分が揮発することを防止できる。これにより、シリコーングリス１２中の油分が揮発してグリス１２の熱伝導性が悪化し、放熱性が悪化することを防止できる。
【００３０】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態のパワーモジュールの実装構造では、パワーモジュール１０の裏面に放熱板１１を設けたが、本発明は放熱板１１を設けない構成においても適用できる。
【００３１】
また、上記第１実施形態では、溝部１７を放熱板１１に設けたが、これに限らず、冷却器１３におけるパワーモジュール１０、放熱板１１に対向する面に溝部を設けてもよい。さらに、パワーモジュール側と冷却器側の双方の対向面に溝部を設けてもよい。
【００３２】
また、上記第２実施形態では、グリス拡散防止部として冷却器１３に突起部１８を設けたが、これに限らず、以下の図６、図７に示すように種々変形可能である。図６（ａ）、図７（ａ）は変形例の実装構造の断面図を示し、図６（ｂ）、図７（ｂ）は放熱板１１の底面図である。図６に示すように、グリス拡散防止部としての突起部１９は放熱板１１側に設けてもよく、あるいは、図７に示すように、突起部をＯリング２０により構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のパワーモジュールの実装構造を示す断面図である。
【図２】図１の放熱板の底面図である。
【図３】パワーモジュールおよび放熱板の拡大断面図である。
【図４】第２実施形態のパワーモジュールの実装構造を示す断面図である。
【図５】図４の実装構造の平面図である。
【図６】（ａ）は実装構造の変形例の断面図であり、（ｂ）は放熱板の底面図である。
【図７】（ａ）は実装構造の変形例の断面図であり、（ｂ）は放熱板の底面図である。
【符号の説明】
１０…パワーモジュール、１１…放熱板、１２…熱伝導性グリス、１３…冷却器、１４…ネジ、１５、１６…ネジ穴、１７〜２０…グリス拡散防止部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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