(57)【要約】【課題】冷却水路を構成するＰＰＳ樹脂成形品とアルミプレートの接合部において、従来に比して高い剥離強度を確保する。【解決手段】溝部２ａが形成されたＰＰＳ樹脂成形品２と、溝部２ａを覆うアルミプレート３と、を備え、溝部２ａとアルミプレート３によって冷却水路５が形成され、冷却水路５に流通する冷却媒体によって、アルミプレート３に接する半導体モジュール１０を冷却する半導体モジュール冷却器１であって、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を、弾性体４を介して接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝部が形成されたＰＰＳ樹脂成形品と、前記溝部を覆うアルミプレートと、を備え、
前記溝部と前記アルミプレートによって冷却水路が形成され、
前記冷却水路に流通する冷却媒体によって、前記アルミプレートに接する半導体モジュールを冷却する半導体モジュール冷却器であって、
前記ＰＰＳ樹脂成形品と前記アルミプレートを、
弾性体を介して接合する、
ことを特徴とする半導体モジュール冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールを冷却するための冷却器である半導体モジュール冷却器の技術に関し、より詳しくは、半導体モジュールに形成される冷却水路を構成する部材間の剥離強度を確保するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体モジュールを冷却するための冷却器である半導体モジュール冷却器が用いられており、例えば、以下の特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示された従来の半導体モジュール冷却器は、冷却器内に冷却媒体（クーラント液）を循環させる冷却水路を備える構成としており、当該冷却水路は、樹脂成形品に対して半導体モジュールを覆う金属プレートを接合することにより形成している。尚、従来の半導体モジュール冷却器では、樹脂成形品の材質をＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）とし、金属プレートの材質をアルミニウムとして、ＰＰＳ樹脂成形品にアルミニウム製のプレート（以下、アルミプレートと呼ぶ）を接合して冷却水路を形成する構成が広く採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９９７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体モジュール冷却器では、冷却水路内に比較的高圧の冷却媒体を流通させる構成であるため、ＰＰＳ樹脂成形品とアルミプレートの接合部においては、高い剥離強度が要求される。
従来の半導体モジュール冷却器では、ＰＰＳ樹脂成形品に対してアルミプレートを直接接合して冷却水路を構成しているが、斯かる構成では、ＰＰＳ樹脂成形品とアルミプレートの接合部において、十分な剥離強度を確保することが困難であった。
【０００５】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、冷却水路を構成するＰＰＳ樹脂成形品とアルミプレートの接合部において、従来に比して高い剥離強度を確保することが可能な半導体モジュール冷却器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、溝部が形成されたＰＰＳ樹脂成形品と、前記溝部を覆うアルミプレートと、を備え、前記溝部と前記アルミプレートによって冷却水路が形成され、前記冷却水路に流通する冷却媒体によって、前記アルミプレートに接する半導体モジュールを冷却する半導体モジュール冷却器であって、前記ＰＰＳ樹脂成形品と前記アルミプレートを、弾性体を介して接合するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【０００９】
請求項１においては、ＰＰＳ樹脂成形品とアルミプレートを直接接合した場合に比して、ＰＰＳ樹脂成形品に対するアルミプレートの剥離強度を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器の全体構成を示す模式図、（ａ）斜視模式図、（ｂ）分解した状態を示す斜視模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器を構成する、弾性体が付与されたアルミプレートを示す斜視模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器の詳細な形態を示す模式図、（ａ）断面模式図、（ｂ）斜視模式図。
【図４】半導体モジュール冷却器を複数組み合わせて使用する場合の仕様状態を示す断面模式図。
【図５】ＰＰＳ材とアルミ板の剥離強度の測定結果（弾性体が有る場合と無い場合）を示す図、（ａ）測定結果を示すグラフ、（ｂ）測定ピース（弾性体が有る場合と無い場合）の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器の全体構成について、図１を用いて説明をする。
図１（ａ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器１は、半導体モジュール１０を冷却するための冷却器であり、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を備えている。
そして、半導体モジュール冷却器１は、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を、弾性体４を介して接合することによって、冷却水路５を形成する構成としている。
【００１２】
ＰＰＳ樹脂成形品２は、剛性が高く耐薬品性に優れたＰＰＳ樹脂を射出成形することにより成形する部材であり、図１（ｂ）に示すような溝部２ａが形成されている。
溝部２ａは、図１（ａ）に示すように、冷却水路５の底部と一対の側部を構成しており、溝部２ａの長さ方向における両端部と、底部に対面する側の面は開放されている。
尚、本実施形態で示す溝部２ａは、略矩形の断面形状を有しているが、半導体モジュール冷却器１を構成するＰＰＳ樹脂成形品２に形成する溝部２ａの形状はこれに限定されない。
【００１３】
アルミプレート３は、冷却対象物たる半導体モジュール１０に直接接する部位を構成する部材であり、熱伝達率が比較的高いアルミニウムを材質として選択している。
そして、図１（ｂ）に示すように、アルミプレート３で、溝部２ａの底部に対面する側の面を塞ぐことによって、図１（ａ）に示すように、溝部２ａの長さ方向に向けて連通する冷却水路５を形成する構成としている。
尚、本実施形態では、アルミニウム製であるアルミプレート３を用いているが、アルミニウム製以外の金属製プレートを用いて、半導体モジュール冷却器を構成することも可能である。
【００１４】
弾性体４は、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の接合部に介設される部材であり、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の接合時に生じる内部応力を緩和するために配置するものである。
より詳しくは、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を接合する場合、ＰＰＳ樹脂成形品２が冷却し収縮すると、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の線膨張率の差異に起因して、ＰＰＳ樹脂成形品２内に内部応力が生じる。ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の間に弾性体４を介設することで、線膨張率の差異による影響を吸収することができ、これにより、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の接合時に生じる内部応力を緩和することができる。
【００１５】
弾性体４の材質としては、伸びが良く、アルミニウムおよびＰＰＳ樹脂との間で反応性が良い材質を選択する。
また、弾性体４の材質としては、引張破断時の伸び率が６００％以上の材質を用いるのが好適であり、また、分子構造の末端にエポキシ基や無水マレイン酸基を有するものを採用するが好適である。
本実施形態では、弾性体４の材質として、引張破断時の伸び率が６００％以上であり、分子構造の末端にグリシジルメタクリレートを有する変性ポリエチレン（以下、変性ＰＥとも呼ぶ）を採用している。
【００１６】
弾性体４は、アルミプレート３に対して、所定の厚みで変性ＰＥを射出成形することによって、予め付与しておく。
アルミプレート３に対して変性ＰＥを射出成形するときには、剥離強度の向上を目的として、アルミプレート３の表面に微細な凹部を形成しておくのが好適であり、あるいは、アルミプレート３の表面にシランカップリング剤を塗布し、ＯＨ基を付与しておくのが好適である。
【００１７】
次に、半導体モジュール冷却器１のさらに詳細な実施形態について、図２〜図４を用いて説明をする。
半導体モジュール冷却器１を構成するアルミプレート３には、図２に示すように、射出成形により、変性ＰＥ製の弾性体４の層を予め形成しておく。変性ＰＥ製の弾性体４の層は、少なくともアルミプレート３におけるＰＰＳ樹脂成形品２との接合部分に形成しておく。
尚、半導体モジュール冷却器１を構成するアルミプレート３は、熱伝達効率の向上を図るべく、図２に示すように、冷却媒体に接する側の面に、複数の冷却フィン６・６・・・を形成しておくのが好適である。冷却フィン６は、アルミプレート３における半導体モジュール１０に接する面とは反対側の、即ち、冷却媒体に接する側の面に植設する。
【００１８】
図３（ａ）（ｂ）には、ＰＰＳ樹脂成形品２にアルミプレート３を接合して製造した半導体モジュール冷却器１を示している。
半導体モジュール冷却器１におけるＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の接合は、予め変性ＰＥ製の弾性体４を付与してあるアルミプレート３を、ＰＰＳ樹脂成形品２を射出成形するための金型内にセットしておき、その後射出成形することによって、変性ＰＥを溶かしながら各部材２・３・４を射出溶着させて、一体化することにより行う。
【００１９】
アルミプレート３は、冷却水路５内に冷却フィン６が配置されるように、冷却フィン６を内側に向けた状態でＰＰＳ樹脂成形品２の所定位置に配置され、弾性体４を介して、ＰＰＳ樹脂成形品２に対して接合（より詳しくは、射出溶着）されている。アルミプレート３から連続する冷却フィン６を冷却水路５中に配置することで、アルミプレート３に接する半導体モジュール１０（図３では図示せず）から、より効率よく放熱がなされる。
【００２０】
また、図３（ａ）に示すように、本実施形態で示す半導体モジュール冷却器１では、ＰＰＳ樹脂成形品２の上下両側の面にアルミプレート３・３を配置する構成としている。尚、図３（ｂ）では、下面側のアルミプレート３の図示は省略している。
【００２１】
ＰＰＳ樹脂成形品２の上下両側の面にアルミプレート３・３を配置した半導体モジュール冷却器１は、図４に示すように、複数個を積層した状態で使用することができる。尚、図４では、弾性体４および冷却フィン６の図示を省略している。
【００２２】
図４に示す如く、半導体モジュール冷却器１は、ＰＰＳ樹脂成形品２の上下両側の面にアルミプレート３・３を配置する構成（図３（ａ）参照）としており、積層した一対の半導体モジュール冷却器１・１の間において、半導体モジュール１０・１０・・・を配置するための空間（モジュール配置部７）が形成される。そして、モジュール配置部７に半導体モジュール１０を配置することにより、半導体モジュール１０・１０・・・からの排熱を、上下２方向から効率よく行うことが可能になる。
【００２３】
即ち、図３（ａ）（ｂ）に示す半導体モジュール冷却器１は、図４に示すように、複数個を積層しヘッダー状に組み合わせることで、一連の冷却水路５を形成することができ、省スペース化を実現しながら、複数の半導体モジュール１０・１０・・・を、一度に効率よく冷却することができる半導体モジュール冷却器群として構成することができる。
【００２４】
次に、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の剥離強度の確認結果について、図５を用いて説明をする。
図５（ａ）に示す剥離強度の測定結果は、図５（ｂ）に示すようなＰＰＳ材とアルミ板を、直接積層した（即ち、弾性体４が無い）場合と弾性体４を介して積層した（即ち、弾性体４が有る）場合の２種類のテストピースを用いて、ＪＩＳＫ６８２９に基づいて接着強度（剥離強度）の測定を行ったものである。
テストピースに用いたＰＰＳ材とアルミ板は、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの共通した大きさであり、両材を長さ方向に１２．５ｍｍラップさせた状態で射出溶着させて得たものである。
【００２５】
そして、図５（ａ）によると、弾性体４が有る場合の剥離強度は約１１．２ＭＰａであり、弾性体４が無い場合の剥離強度は約０．４ＭＰａであることから、弾性体４が有る場合の剥離強度が、無い場合に比して約２８倍となっている。
本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器１は、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の間に弾性体４を介設して接合する構成としており、従来に比してＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３の剥離強度の大幅な改善を実現するものであるが、上記測定結果から、このような改善効果が得られることの裏付けが得られた。
【００２６】
また、剥離強度の測定以外にも、ＰＰＳ材とアルミ板の溶着面の状態を確認した。
ＰＰＳ材とアルミ板の溶着面の状態確認は、超音波探傷検査により行った。
超音波探傷検査の結果によると、弾性体４が無い場合には、溶着面に空隙部が生じている様子が確認できたが、弾性体４が有る場合には、溶着面に空隙部の存在は認められなかった。溶着面に空隙部が生じていると、接合面積の減少による剥離強度の低下が生じると考えられるが、弾性体４を設けた場合には、接合面積の減少が生じないため、剥離強度の確保が確実になると考えられる。
即ち、斯かる超音波探傷検査による確認結果からも、弾性体４を介してＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を接合することの有効性が裏付けられた。
【００２７】
即ち、本発明の一実施形態に係る半導体モジュール冷却器１は、溝部２ａが形成されたＰＰＳ樹脂成形品２と、溝部２ａを覆うアルミプレート３と、を備え、溝部２ａとアルミプレート３によって冷却水路５が形成され、冷却水路５に流通する冷却媒体によって、アルミプレート３に接する半導体モジュール１０を冷却するものであって、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を、弾性体４を介して接合するものである。
このような構成により、ＰＰＳ樹脂成形品２とアルミプレート３を直接接合した場合に比して、ＰＰＳ樹脂成形品２に対するアルミプレート３の剥離強度を増大させることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１    半導体モジュール冷却器
２    ＰＰＳ樹脂成形品
２ａ  溝部
３    アルミプレート
４    弾性体
５    冷却水路
１０  半導体モジュール
【図１】
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【図２】
2015233094.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015233094.tif 000006
【図５】
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