(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁部材とろう付接合されるアルミニウム部材であって、
前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されて前記電気絶縁部材の部分と前記アルミニウム部材とが接合される接合面内の接合面外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になる外周輪郭縁を有する領域に未塗布部を除いて一様に塗膜を有しており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であり、
前記塗膜は、内側に、面方向内側から外周輪郭縁に亘って貫通する形状のみの前記未塗布部を設け、該未塗布部として、面方向中心部から外周輪郭縁に亘って貫通する形状の未塗布部を有することを特徴とする電気絶縁部材とのろう付に供されるアルミニウム部材。
【請求項２】
アルミニウム部材がろう付される電気絶縁部材であって、
前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されて前記電気絶縁部材の部分と前記アルミニウム部材とが接合される接合面内の接合面外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になる外周輪郭縁を有する領域に未塗布部を除いて一様に塗膜を有しており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であり、
前記塗膜は、内側に、面方向内側から外周輪郭縁に亘って貫通する形状のみの未塗布部を設け、該未塗布部として、面方向中心部から外周輪郭縁に亘って貫通する形状の未塗布部を有することを特徴とする電気絶縁部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁部材とろう付により接合されるアルミニウム部材および電気絶縁部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバーター等の素子冷却を水冷冷却器や放熱器等で図る場合、前記素子と前記冷却・放熱器とが、電気絶縁部材を介して接合される。その接合方法については、例えば、接着剤を利用した有機物による接合方法があるが、金属結合が得られる半田付けやろう付による接合の方が、冷却・放熱効率の観点で望ましい。このため、前記電気絶縁物とアルミニウム合金や純アルミニウムからなるアルミニウム部材とをろう材を用いて接合する方法が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６０５２９号公報
【特許文献２】特開２００８−６０５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の方法では、ろう付接合の際に、ろう材の未反応部分が生じるなどしてアルミニウム部材と電気絶縁部材との間で接合不良が生じることがあり、該接合不良が生じると、アルミニウム部材と電気絶縁部材との熱伝達効率が低下して、素子の冷却、放熱が不十分になる問題がある。
さらには、フラックスが電気絶縁部材に作用して素子冷却効率を下げてしまう場合がある。すなわち、前記電気絶縁部材が電気絶縁物を挟むようにして接合用のアルミニウム合金板や回路形成用のアルミニウム合金板が接着されている構造の場合、電気絶縁物とアルミニウム合金板との界面にフラックスが作用し、界面剥離を生じることがある。界面剥離が生じた箇所は、熱伝達効率が低下し、その結果、冷却・放熱器の素子冷却効率が低下する。
【０００５】
また、素子は、冷却効率を上げるために冷却器等が接合された位置に相応した位置で電気絶縁部材に配置されることとなるが、量産工程上の生産性や製品品質面において、その位置精度は高く維持されることが望ましい。しかし冷却・放熱器用の材料として、電気絶縁部材と接合される面を含む部材全面にろう材がクラッドされたアルミニウム合金部材を用いる場合、ろう付熱処理過程で溶解したろうによって全面液相となったアルミニウム合金部材上を電気絶縁部材が移動して位置ずれを起こしやすい状況にあり、好ましくない。
【０００６】
さらなる課題としては、ろう付接合の際に、ろう付部分で発生したボイド（空孔やフラックス溜り）が接合率低下要因となって、素子冷却効率の低下要因となる。
【０００７】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、アルミニウム合金クラッド材を用いることなく、良好なろう付が可能なアルミニウム部材、および電気絶縁部材を提供することを目的とする。
また、本発明の他の形態では、電気絶縁部材へのフラックス作用を殆どないものにするとともに、ろう付け接合精度を向上させることができるアルミニウム部材、および電気絶縁部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の電気絶縁部材とのろう付に供されるアルミニウム部材のうち第１の本発明は、電気絶縁部材とろう付接合されるアルミニウム部材であって、
前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されて前記電気絶縁部材の部分と前記アルミニウム部材とが接合される接合面内の接合面外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になる外周輪郭縁を有する領域に未塗布部を除いて一様に塗膜を有しており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であり、
前記塗膜は、内側に、面方向内側から外周輪郭縁に亘って貫通する形状のみの前記未塗布部を設け、該未塗布部として、面方向中心部から外周輪郭縁に亘って貫通する形状の未塗布部を有することを特徴とする。
【００１１】
第３の本発明の電気絶縁部材は、アルミニウム部材がろう付される電気絶縁部材であって、
前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されて前記電気絶縁部材の部分と前記アルミニウム部材とが接合される接合面内の接合面外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になる外周輪郭縁を有する領域に未塗布部を除いて一様に塗膜を有しており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であり、
前記塗膜は、内側に、面方向内側から外周輪郭縁に亘って貫通する形状のみの未塗布部を設け、該未塗布部として、面方向中心部から外周輪郭縁に亘って貫通する形状の未塗布部を有することを特徴とする。
【００１４】
以下に、本発明における規定の限定理由について説明する。
【００１５】
ろう付用組成物：ろう材質量を１．０として、フラックス質量が１．６以上の塗布質量比
ろう付を可能にするため、ろう付用組成物にはろう材とフラックスとを含んでいる。ただし、ろう材とフラックスの塗布質量比が、ろう材を１．０としてフラックスが１．６未満の場合、フラックスの作用量が不十分で、接合不良やろう材の未反応を生じる。したがって、フラックス塗布質量比は、ろう材を１．０として１．６以上に規定する。なお、同様の理由により、フラックス塗布質量比は、ろう材を１．０として２．７以上が望ましい。フラックス塗布質量比の上限については、本発明としては特に限定されるものではないが、上記フラックス塗布質量比が８０を越えると、フラックスの作用が過度になり、電気絶縁部材に作用するおそれがある。したがって、上記フラックス塗布質量比は、８０以下が望ましい。
【００１６】
ろう付用組成物の塗布域
アルミニウム部材および電気絶縁部材の一方または両方は、ろう付に備えて表面に前記ろう付用組成物が塗布されている。該塗布域は、表面全面に亘るものであってもよいが、表面の一部である接合面のみを対象にして塗布されているのが望ましい。これにより、電気絶縁部材へのフラックス作用が抑制され、電気絶縁部材の伝熱性能の低下を防止できる。また、ろうの溶解領域が限られるので全面液相による部材の移動が生じにくく、ろう付の際の接合位置の精度が向上する。なお、この場合、塗布域は、接合面全体に亘るものでもよく、また、接合面のうち選択された面のみに設けられるものであってもよい。なお、接合面のみを対象にしてろう付組成物が塗布される場合、ろう付をより確実に行うため、接合面の内側で、塗布域外周縁と接合面輪郭縁との間隔が０．５ｍｍ以内であることが望ましい。
【００１７】
未塗布部
アルミニウム部材または電気絶縁部材に塗布されたろう付用組成物の塗膜には、面方向内側から外周輪郭縁に亘って貫通する未塗布部を有するのが望ましい。該未塗布部は、塗膜中央部に至るのがさらに望ましい。未塗布部は、一つの塗膜に一つを有するものであってもよく、また複数有するものであってもよい。複数有する場合、互いに放射状に位置するようにしてもよい。塗膜に未塗布部を有することにより、接合熱処理過程で発生するアウトガスや接合熱処理前の溶接等による仮止め時に発生するアウトガスを、未塗布部を通して塗膜外側に逃がすことができる。上記した未塗布部を設けない場合、アウトガスにより接合界面にボイドが形成しやすくなり、ろう付接合率が低下する。また、仮止めにおいては、溶接不良の原因となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の電気絶縁部材とのろう付に供されるアルミニウム部材によれば、電気絶縁部材とろう付接合されるアルミニウム部材であって、前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であるので、アルミニウム部材と電気絶縁部材とのろう付において、良好なろう付が可能であり、アルミニウム部材を冷却器や放熱器として用いる場合、冷却、放熱特性を向上させる効果がある。
【００１９】
また、本発明の電気絶縁部材によれば、アルミニウム部材がろう付される電気絶縁部材であって、前記ろう付に備えて表面にろう材とフラックスとを含むろう付用組成物が塗布されており、該ろう付用組成物における前記ろう材と前記フラックスの塗布質量比が、前記ろう材を１．０として、前記フラックスが１．６以上であるので、アルミニウム部材と電気絶縁部材とのろう付において、良好なろう付が可能であり、アルミニウム部材を冷却器や放熱器として用いる場合、冷却、放熱特性を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】参考形態１のアルミニウム部材を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態のアルミニウム部材を示す斜視図である。
【図３】参考形態２の電気絶縁部材を示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態の電気絶縁部材を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（参考形態１）
以下に、一参考形態を図１に基づいて説明する。
素子２などが接合される電気絶縁部材１は、両面にそれぞれ図示しないアルミニウム合金板が接着されており、素子が接合される面の裏面側にアルミニウム部材３が接合される。
アルミニウム部材３は、純アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されており、その成分は本発明としては特に限定されるものではない。
アルミニウム部材３の表面には、前記電気絶縁部材１と部分的に接合される接合面４を有しており、該接合面４の内側に、接合面４の周縁と所定の距離を有してろう付用組成物が塗布されて塗膜５が形成されている。塗膜５の外周輪郭縁と接合面４の周縁との距離は０．５ｍｍ以内とされている。
接合面４は、他面側の素子２の位置に相応して設定されており、素子２の底面と同じか、これを囲む位置と大きさを有しているのが望ましい。
【００２２】
上記ろう付用組成物は、ろう材とフラックスとを含み、その他に、バインダや水、アルコールなどの溶剤などを含むことができる。
なお、ろう材とフラックスとは、ろう材質量を１．０とした場合にフラックス質量が１．６以上、望ましくは２．７以上となる質量比を有している。
ろう材としては、Ｓｉ粉末やＡｌ−Ｓｉ合金粉末などを用いることができ、本発明としては特定のものに限定されない。
Ｓｉ粉末を用いる場合には、平均粒径（Ｄ５０：体積割合で小さい粒から累積し、全体の５０％となる粒の粒径）が１０μｍ以下であることが望ましい。粒径が１０μｍ以下であると、ろう侵食の少ない、良好なろう付状態を得ることができる。ただし、粒径が小さすぎると粉塵として舞いやすく作業性が落ちる。また、あまり細かな微細粉を製造するにはコストがかかってしまう。一方、粒径が１０μｍ超の場合には、アルミニウム合金部材の深さ方向へのろう侵食が大きくなり、最悪の場合には、ろうが部材厚み方向に貫通してしまう。また、接合界面に充填されるべき液相が減ってしまう。
【００２３】
また、フラックスの種類は特に限定されるものではないが、環境面、コスト面を考慮すると、フッ化物系フラックスであるＫ１―３ＡｌＦ４―６、ＺｎＦ２、ＺｎＣｌ２、ＫＺｎＦ３、Ｋ２ＳｉＦ６、ＡｌＦ３の内から選択される単独、または混合したものを好適に用いることができる。
【００２４】
また、フラックスの粒径は平均粒径（Ｄ５０：体積割合で小さい粒から累積し、全体の５０％となる粒の粒径）が２０μｍ以下であることが望ましい。粒径が小さいと比表面積が増大し、より少ない質量でも有効なフラックス作用が確保できるからである。ただし、粒径が小さすぎると粉塵として舞いやすく作業性が落ちる。また、あまり細かな微細粉を製造するにはコストがかかってしまう。一方、粒径が２０μｍ超の場合にはフラックス作用が低下し、生産性が低下する。
【００２５】
上記ろう付用組成物の塗布方法は特に限定されるものではないが、スプレー塗装、ダイコータ、ディスペンサー、スクリーン印刷などを選択することができる。
【００２６】
ろう付用組成物の塗布量については、塗布質量比が上記条件を満たしていれば、特に限定されるものではないが、ろう材は、０．５〜１０ｇ／ｍ２、フラックスは０．８〜４０ｇ／ｍ２とすることが望ましい。ろう材の塗布量が０．５ｇ／ｍ２未満であるとろう付に必要な液相ろうが不足し、接合率の低下を招く。１０ｇ／ｍ２を越えると過剰な液相ろうにより電気絶縁部材がろう付時に移動し易くなり、ろう付後位置精度に問題を生じる懸念がある。また、フラックスの塗布量が０．８ｇ／ｍ２未満であるとアルミニウム表面の酸化膜除去作用が不足し、接合率の低下を招く。４０ｇ／ｍ２を越えると電気絶縁部材を挟むアルミニウム材界面へのフラックス作用を生じ、電気絶縁部材の熱伝導率低下を招く。
【００２７】
塗膜５を形成したアルミニウム部材３は、電気絶縁部材１と合わせてろう付に供される。
ろう付における雰囲気は特に限定されるものではなく大気雰囲気、不活性雰囲気などを選択することができる。ろう付の際の加熱温度は、ろう材の種別などに従って適宜の温度に設定する。
【００２８】
上記ろう付により接合されたアルミニウム部材３と電気絶縁部材１とは、良好なろう付がなされるとともに、電気絶縁部材へのフラックス作用が殆どなく、さらに接合の位置精度が高いものとなる。
【００２９】
（実施形態１）
上記参考形態１では、アルミニウム部材３の接合面４内の領域に一様にろう付用組成物を塗布して塗膜５を形成したが、該塗膜に未塗布部を設ける。この未塗布部を塗膜に設けた実施形態１を図２に基づいて以下に説明する。なお、前記参考形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００３０】
アルミニウム部材３の接合面４内の領域には、前記参考形態１と同様にろう付用組成物が塗布されて塗膜５ａが形成されている。該塗膜５ａは、前記参考形態１と同様に外周輪郭縁は接合面４の外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になるように形成されている。
また、塗膜５ａの形成に際しては、塗膜５ａの中心から４方に伸張して塗膜５ａの外周輪郭縁に貫通する未塗布部６を有している。該未塗布部６の形成方法は本発明としては特に限定されるものではないが、例えばろう付用組成物の塗布の際に、未塗布部６の位置に合わせてアルミニウム部材３の表面の一部をマスキングして、ろう付用組成物が一部で塗布されないようにして未塗布部６を設けることができる。
上記ろう付により接合されたアルミニウム部材３と電気絶縁部材とは、良好なろう付がなされるとともに、接合面内に発生するボイドが少なく、さらに電気絶縁部材へのフラックス作用が殆どなく、接合の位置精度も高いものとなる。
【００３１】
（参考形態２）
上記した実施形態ではアルミニウム部材にろう付用組成物を塗布して電気絶縁部材とのろう付接合を行うものとして説明を行ったが、電気絶縁部材にろう付用組成物を塗布してアルミニウム合金部材とろう付接合することも可能である。
以下、参考形態２について図３に基づいて説明する。なお、前記参考形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００３２】
電気絶縁部材１は、接合用のアルミニウム合金板１０が接着されており、該アルミニウム合金板１０表面上にアルミニウム部材３と接合する接合面１４が位置している。該接合面１４の内側に、接合面１４の周縁と所定の距離を有してろう付用組成物が塗布されて塗膜１５が形成されている。塗膜１５の外周輪郭縁と接合面１４の周縁との距離は０．５ｍｍ以内とされている。
接合面１４は、他面側の素子（図示しない）の位置に相応して設定されており、素子の底面と同じか、これを囲む位置と大きさを有しているのが望ましい。
【００３３】
参考形態２で使用されるろう付用組成物は、上記参考形態１と同様の組成を有するものを用いることができる。
すなわち、ろう材とフラックスとは、ろう材質量を１．０とした場合にフラックス質量が１．６以上、望ましくは２．７以上となる質量比を有している。
上記ろう付用組成物の塗布方法、塗布量も前記参考形態１と同様にすることができる。
【００３４】
参考形態２におけるろう付方法も前記参考形態１と同様の条件で行うことができ、本発明の電気絶縁物を用いたろう付では、該電気絶縁物とアルミニウム部材とが
良好なろう付がなされるとともに、接合面内に発生するボイドが少なく、さらに電気絶縁部材へのフラックス作用が殆どなく、接合の位置精度も高いものとなる。
【００３５】
（実施形態２）
上記参考形態２では、電気絶縁物１の接合面１４内の領域に一様にろう付用組成物を塗布して塗膜１５を形成したが、該塗膜に未塗布部を設ける。この未塗布部を塗膜に設けた実施形態２を図４に基づいて以下に説明する。なお、前記参考形態２と同様の構成については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００３６】
電気絶縁物１の接合面１４内の領域には、前記参考形態２と同様にろう付用組成物が塗布されて塗膜１５ａが形成されている。該塗膜１５ａは、前記参考形態２と同様に外周輪郭縁は接合面１４の外周縁との距離が０．５ｍｍ以内になるように形成されている。
また、塗膜１５ａの形成に際しては、塗膜１５ａの中心から４方に伸張して塗膜１５ａの外周輪郭縁に貫通する未塗布部１６を有している。該未塗布部１６の形成方法は、本発明としては特に限定されるものではないが、例えばろう付用組成物の塗布の際に、未塗布部１６の位置に合わせてアルミニウム合金板１０の表面の一部をマスキングして、ろう付用組成物が一部で塗布されないようにして未塗布部１６を設けることができる。
上記ろう付により接合されたアルミニウム部材と電気絶縁部材１とは、良好なろう付がなされるとともに、接合面内に発生するボイドが少なく、さらに電気絶縁部材へのフラックス作用が殆どなく、接合の位置精度も高いものとなる。
【実施例１】
【００３７】
以下に、本発明の実施例を説明する。
常法により製造したアルミニウム合金ベア材（ＪＩＳＡ３００３）の接合面に表１に示す組成からなるろう付用組成物を部分的に塗布して塗膜を形成した。なお、表１中の塗布量は、ろう材とフラックスの合計量を示す。ろう材にはＳｉ粉末を用いた。フラックスにはＫＺｎＦ３を用いた。各供試材における接合面と電気絶縁部材輪郭との間隔（塗布領域）、および、塗膜の中心部から該塗膜の輪郭縁の外まで貫通する未塗布部の有無に関しては表１に示した。
ろう付組成物を塗布した後、表面にアルミニウム合金板が接着されている電気絶縁部材と合わせて、窒素ガス雰囲気下、温度６００℃、時間３分で加熱し、ろう付接合を行った。得られた供試材について下記に示す評価を行った。評価結果を表１に示す。
【００３８】
（ろう付接合率）
ろう付接合率は以下のようにして求めた。すなわち、電子スキャン式（フェイズドアレイ式）超音波映像装置により接合界面全面を走査し、接合部と不良部に２値化することで接合率をソフトウェア上で算出し、接合率を求めた。
接合率が９０％以上であれば、実用に十分適している。
【００３９】
（接合位置精度）
接合位置精度は以下のようにして求めた。すなわち、接触式３次元測定器を用いて、基準点から電気絶縁部材との距離を計測し、設置予定位置との乖離距離を求めた。
ずれが０．５ｍｍ以内であれば、実用に十分適している。
【００４０】
【表１】
0005787433.tif 000002
【符号の説明】
【００４１】
１    電気絶縁部材
２    素子
３    アルミニウム部材
４    接合面
５    塗膜
５ａ  塗膜
６    未塗布部
１０    アルミニウム合金板
１４    接合面
１５    塗膜
１５ａ  塗膜
１６    未塗布部
【図１】
0005787433.tif 000003
【図２】
0005787433.tif 000004
【図３】
0005787433.tif 000005
【図４】
0005787433.tif 000006