(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に冷却フィンが設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィンを覆う冷却器を備え、
前記冷却器は、
少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体と、
前記冷却器本体における前記冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却器本体における前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに、一部が露出するように溶着された金属材と、を有し、
前記金属材は、前記外縁部に対向する前記冷却フィンベースの外周部及び前記冷却フィンの先端に金属接合されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。
【請求項２】
電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に冷却フィンが設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィンを覆う冷却器を備え、
前記冷却器は、
少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体と、
前記冷却器本体における前記冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却器本体における前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに配置され、前記樹脂材で覆われた金属材と、を有し、
前記金属材は、前記外縁部に対向する前記冷却フィンベースの外周部及び前記冷却フィンの先端に、前記冷却器本体の前記樹脂材によって溶着されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。
【請求項３】
前記冷却器本体は、前記金属材の一部が露出するように前記樹脂材により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項４】
前記金属材は、前記冷却器本体に設けられた溝部に溶着されていることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項５】
前記冷却フィンベースは複数の前記冷却フィンを有し、
前記冷却器は、前記冷却器本体の前記収納部底に前記冷却フィンと同数の前記金属材を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項６】
前記金属材は、前記外縁部から前記収納部底まで一続きに形成されると共に前記外縁部及び前記収納部底に前記冷却フィンの延伸方向に厚く形成された金属材厚部を有し、かつ前記冷却フィンを覆うように前記冷却器本体に溶着されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項７】
前記冷却フィンを含む前記冷却フィンベース及び前記金属材のいずれか一方、または両方が磁性体から構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項８】
前記冷却器本体の前記外縁部に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンベースの前記外周部側の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から３、及び５のいずれか１項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項９】
前記冷却器本体の前記収納部底に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンの先端側の幅よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１０】
前記金属材の前記金属材厚部は、当該金属材厚部の底の幅が当該金属材厚部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１１】
前記冷却器本体の前記外縁部に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンベースの前記外周部側の幅よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１２】
前記冷却器本体の前記収納部底に設けられた前記金属材は、当該金属材の底の幅が前記冷却フィンの先端側の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１３】
電力用半導体素子が搭載された電力半導体装置を冷却する電力半導体装置用冷却装置であって、
前記電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に、複数の冷却フィン及び冷媒流路が設けられた冷却フィンベースと、前記冷却フィン及び前記冷媒流路を覆う冷却器を備え、
前記冷媒流路は、複数の前記冷却フィンと、前記冷却フィンの先端及び前記冷却フィンベースの外周部を接続するケースとにより形成され、
前記冷却フィンベースは、前記外周部における前記ケースの外側に凸形状の第一凸部を有し、
前記冷却器は、少なくとも一部が樹脂材により構成され、前記樹脂材が前記冷却フィン、前記冷媒流路、及び前記第一凸部を覆うように形成されていることを特徴とする電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１４】
前記冷却フィンベースは、前記ケースにおける前記冷却フィンの先端が接続された底部外周面に凸形状の第二凸部を有し、
前記底部外周面の前記第二凸部は、前記冷却器の前記樹脂材により覆われていることを特徴とする請求項１３に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１５】
前記冷却フィンベースにおける前記外周部に設けられた前記第一凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第一凸部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１３または１４に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１６】
前記冷却フィンベースにおける前記外周部に設けられた前記第一凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第一凸部の根本の幅よりも大きく、
前記冷却フィンベースにおける前記底部外周面に設けられた前記第二凸部は、前記冷却フィンが延伸する側である底の幅が当該第二凸部の根本の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１７】
前記電力用半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１８】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１７に記載の電力半導体装置用冷却装置。
【請求項１９】
請求項２に記載の電力半導体装置用冷却装置の製造方法であって、
前記金属材が冷却フィンベースと対向する外縁部及び前記冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに配置され、インサート成形によって前記金属材を樹脂材で覆うように冷却器が形成される冷却器形成工程と、
前記冷却フィンの先端を前記金属材が内包された前記収納部底に接触させ、外周部を他の前記金属材が内包された前記外縁部に接触するように、前記冷却フィンベースが前記冷却器に配置される冷却フィンベース搭載工程と、
前記冷却器の前記金属材が誘導加熱によって加熱され、前記冷却器と前記冷却フィンベースとが前記樹脂材によって溶着される溶着工程と、を含むことを特徴とする電力半導体装置用冷却装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力半導体装置の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の中でも電力用の半導体装置（電力半導体装置）は、産業用機器から、家電、情報端末まで幅広い機器の主電力（パワー）の制御に用いられ、特に輸送機器等においては高い信頼性が求められている。一方で、従来のシリコン（Ｓｉ）を用いた半導体素子に代えて、炭化珪素（ＳｉＣ）等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を備えた半導体装置の開発が進められており、電力半導体装置の高パワー密度化と高温動作化が進んでいる。
【０００３】
電力半導体装置においては、電力制御は三相交流電力の電圧、周波数を制御することで実施され、これはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子のスイッチング動作によって行われる。この際、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、電力半導体装置には、排熱を促進して半導体素子（発熱体）の過熱を防止する冷却装置が備えられている。そして、電力半導体装置は近年小型化や軽量化の要求が厳しくなっており、冷却装置についても小型化、軽量化が求められている。
【０００４】
一般的に、電力半導体装置は冷却フィンベースと冷却器の間がＯリングなどのシール部材で封止されている（例えば特許文献１）。この方法では、封止部からの冷媒（液体または気体）の漏れを防ぐには、シール部材が冷却フィンベースと冷却器に密着する必要がある。前述のＯリングで封止する場合には、多くの場合、冷却フィンベースと冷却器がボルト締結され、その締め付け力によって密着される。高い耐圧が必要となる場合には、締め付け力によって変形した冷却フィンベースに追随して冷却器も変形する程密着させる必要がある。また、Ｏリングが冷却フィンベースと冷却器に密着するために、平面を出すための機械加工が必要であった。しかし、多くの場合、冷却フィンベースと冷却器は剛性の高い材料を用い、剛性の高い構造になっており、両者を追随して変形させるのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４６７５９号公報（段落００２７〜００２９、図４）
【特許文献２】特開２００４−２９６７４８号公報（段落００３０〜００３３、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力半導体装置に用いる冷却装置を軽量化する手段としては、冷却装置の流路形成部材を樹脂材とすることが挙げられる（例えば特許文献２）。特許文献２の冷却装置では、冷却フィンが一体成形されたケースに流路を形成する流路形成部材が配置され、ケースの底面を塞ぐ蓋とケースの間がシール部材（例えば圧縮性の高いゴム部材）で封止されている。この方法では、ケースと蓋との封止部からの冷媒（液体または気体）漏れを防ぐには、シール部材が蓋とケースに密着する必要がある。通常、蓋とケースを接続するにはボルト締結され、その締め付け力によって蓋とケースは密着されている。
【０００７】
高圧の冷媒を流す場合は高い耐圧が必要となる。この場合には、締め付け力によって変形した蓋に追随してケースも変形させて密着させる必要がある。また、蓋とケースの密着性を高めるために、蓋及びケースの封止部において平坦性を高めるための機械加工が必要であった。蓋およびケースが剛性の高い金属材で構成される場合、両者を追随して変形させるのは困難であり、剛性の低い樹脂材で構成される場合にはボルトの締め付け力により樹脂材が破損する懸念がある。以上の理由から、特許文献２の冷却装置では、電力半導体装置用の冷却装置を軽量化するにあたって、蓋とケースとの間を高信頼に封止するという点で問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高信頼な冷媒流路を形成すると同時に、軽量な電力半導体装置用冷却装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の電力半導体装置用冷却装置は、電力半導体装置が搭載される搭載面と逆側に冷却フィンが設けられた冷却フィンベースと、冷却フィンを覆う冷却器を備える。冷却器は、少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体と、冷却器本体における冷却フィンベースと対向する外縁部及び冷却器本体における冷却フィンの先端と対向する収納部底のそれぞれに、一部が露出するように溶着された金属材と、を有し、金属材は、外縁部に対向する冷却フィンベースの外周部及び冷却フィンの先端に金属接合されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電力半導体装置用冷却装置は、冷却器本体に一部が露出するように溶着された金属材と冷却フィンベースとを金属接続したので、冷媒流路が冷却フィンと冷却器本体との間に形成でき、軽量であり、かつ冷媒流路の漏れ防止信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図２】図１の電力半導体装置用冷却装置及び電力半導体装置の上面図である。
【図３】図１の冷却器の上面図である。
【図４】図１の冷却器の断面図である。
【図５】図１の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。
【図６】図１の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。
【図７】図１の電力半導体装置用冷却装置に電力半導体装置を搭載する工程を説明する図である。
【図８】図１の電力半導体装置用冷却装置に電力半導体装置を搭載する工程を説明する図である。
【図９】図１の他の冷却器の上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図１１】図１０の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図１３】図１２の冷却器の断面図である。
【図１４】図１２の冷却器の製造工程を説明する図である。
【図１５】図１２の他の冷却器における金属材及び溝部を示す拡大図である。
【図１６】本発明の実施の形態３による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態４による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図１８】図１７の冷却器の上面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図２０】図１９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。
【図２１】図１９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。
【図２２】図１７の他の冷却器の上面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図２４】図２３の冷却器の断面図である。
【図２５】図２３の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。
【図２６】図２３の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。
【図２７】本発明の実施の形態６による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態７による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態７による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。
【図３０】図２９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。
【図３１】図２９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電力半導体装置用冷却装置の断面図であり、図２は図１の電力半導体装置用冷却装置及び電力半導体装置の上面図である。図３は図１の冷却器の上面図であり、図４は図１の冷却器の断面図である。電力半導体装置用冷却装置１は電力半導体装置６を冷却する冷却装置である。電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィンベース３と冷却器９を備える。電力半導体装置６は、放熱グリース７を介して冷却フィンベース３に搭載され、ボルト８で冷却フィンベース３に固定される。冷却器９は、冷却器本体４と、冷却器本体４の所定の位置に設けられた溝部４ｍに溶着された金属材２ａ、２ｂを備える。冷却フィンベース３と冷却器９は、接合材５により金属接合されている。冷却フィンベース３と冷却器９とが接合材５で金属接合されることにより、冷媒が流れる複数の冷媒流路１Ｒが、冷媒漏れを防止するように冷却器９に形成される。なお、図１〜４に、冷媒の入力管及び出力管は省略した。
【００１３】
冷却器本体４は、冷却フィンベース３の冷却フィン３ｆが収納される収納部４ｂと、収納部４ｂの開口から外側に延伸した外縁部４ａを有する。外縁部４ａに設けられた溝部４ｍに金属材２ａが溶着され、収納部４ｂにおける収納部底４ｃに設けられた溝部４ｍに金属材２ｂが溶着される。金属材２ａは、例えば図２、図３に示すように、矩形状に連続している。金属材の符号は、総括的に２を用い、区別する場合に２ａ、２ｂを用いる。適宜、外縁部４ａに配置された金属材２ａは外縁部金属材と称し、収納部底４ｃに配置された金属材２ｂは収納部金属材と称する。
【００１４】
電力半導体装置６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＦＷＤ(Free Wheeling Diode)等の半導体素子が実装された基板がケースに収められ、内部を絶縁性の樹脂材で満たされた構造をとる。基板としては、絶縁性を有するセラミックの基材に電気導電性と熱伝導性に優れた銅（Ｃｕ）、銅合金、アルミニウム（Ａｌ）等の金属配線パターンを形成したものや、前記金属製のリードフレームと称される板材や、前記金属製の矩形状ブロックなども適用可能である。
【００１５】
電力半導体装置６で発生した熱は、放熱グリース７を介して冷却フィンベース３および冷却フィンベース３に設けられた冷却フィン３ｆに伝わり、冷媒流路１Ｒを流れる冷媒に放熱する。冷却フィン３ｆはアルミニウムや銅といった熱伝導率の高い金属で構成され、鋳造加工などにより冷却フィンベース３と一体で成形される。冷却器本体４は樹脂材から構成されており、金属材で構成した場合よりも軽量化が図られている。また、所定の位置に金属材２がインサート成形によって、一部が露出して内包されている。金属材２の露出部と冷却フィンベース３とを接合材５によって金属接合することによって、ボルト締結なしで、電力半導体装置用冷却装置１における高耐圧な封止が達成される。
【００１６】
ここで、接合材５は強固な金属接合を行うために、はんだ等のろう材や、金属粒子を含有する焼結材を想定している。さらに、本発明の特徴的な部分は、冷却フィン３ｆの先端（最下面３ｆｓ）が、冷媒流路１Ｒを形成する冷却器本体４の底面（収納部底４ｃ）の一部に内包された金属材２ｂに金属接合したことである。このようにすることで、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１は、冷媒が冷却フィン３ｆの最下面３ｆｓよりも下方を流れることがなく、放熱グリース７を介して電力半導体装置６の熱が流入する冷却フィンベース３が積極的に冷却されるので、冷却フィン３ｆの放熱性能を最大限に高めることができる。
【００１７】
図１では、冷却フィン３ｆが４つあり、冷媒流路１Ｒが５つ形成された電力半導体装置用冷却装置１の例を示した。図２は、電力半導体装置用冷却装置１に電力半導体装置６を組み付けた状態を示す上面図である。図２ではボルト８の配置を電力半導体装置６の４隅としているが、この配置に限らない。たとえば、電力半導体装置６の外周４辺の中央部に配置してもよい。また、ボルト８の本数についても４本に限定するものではなく、４本以上あってもよい。ただし、ボルト締結した際に、放熱グリース７に均等に荷重がかかるような配置及び本数が望ましい。
【００１８】
図５〜図８を用いて、電力半導体装置用冷却装置１の製造工程の概略、および電力半導体装置用冷却装置１への電力半導体装置６の搭載工程の概略を説明する。図５、図６は、図１の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。図７、図８は、図１の電力半導体装置用冷却装置に電力半導体装置を搭載する工程を説明する図である。事前に、冷却器形成工程にて、金属材２ａ、２ｂを所定の位置に配置し、インサート成形によって一部が露出するように金属材２ａ、２ｂを樹脂材で覆い、冷却器９を形成する。金属材２ａは冷却フィンベース３と対向する外縁部４ａに一部が露出するように配置され、金属材２ｂは冷却フィン３ｆの先端（最下面３ｆｓ）と対向する収納部底４ｃに一部が露出するように配置される。
【００１９】
次に、図５に示す接合材塗布工程では、金属材２ａ、２ｂの所定の位置に接合材５をスクリーン印刷法やディスペンサー塗布により供給する。図６に示す接合工程では、接合材５上に、冷却フィンベース３を配置し、接合材５の融点以上に加熱した後に冷却することで金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３を金属接合する。この接合工程により、電力半導体装置用冷却装置１に複数の冷媒流路１Ｒが完成する。複数の冷媒流路１Ｒは、接合工程により、冷却器９を用いて封止され、冷媒漏れを防止するように形成される。この接合工程の際に、リフロー炉などを用いて加熱しても良いが、高周波電流による誘導加熱を用いると、金属からなる金属材２ａ、２ｂおよび冷却フィンベース３が選択的に発熱し、樹脂からなる冷却器本体４は発熱しないので、省エネルギーで金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３とを接合することができる。また、接合工程における冷却器本体４への入熱量を減らせるので、過加熱によって冷却器本体４を構成する樹脂材が劣化するのを防ぐことができる。そして、金属材２ａ、２ｂ、冷却フィンベース３のいずれか、もしくは両方を磁性体で構成することで、さらに効率的に金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３を加熱し、金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３とを接合することができる。以上で、電力半導体装置用冷却装置１が完成する。
【００２０】
次に、電力半導体装置用冷却装置１への電力半導体装置６の搭載工程（組み付け方法）について説明する。図７に示す放熱グリース塗布工程では、冷却フィンベース３の所定の位置に放熱グリース７をスクリーン印刷法やディスペンサー塗布により供給する。図８に示す電力半導体装置配置工程では、冷却フィンベース３上の放熱グリース７の所定の位置に電力半導体装置６を配置する。そして、最後にボルト締結工程で電力半導体装置６と冷却フィンベース３をボルト８で締結する。このようにして、電力半導体装置用冷却装置１への電力半導体装置６の搭載（組み付け）が完了する。電力半導体装置６が搭載された電力半導体装置用冷却装置１は、図１に示した通りである。
【００２１】
次に、金属材２の形状について説明する。図３は、図５の接合材塗布工程において、接合材５を供給する前の状況を上方から見た図である。金属材２のうち、冷媒流路１Ｒを封止するために冷却フィンベース３に接合される金属材２ａは、図３に示すようにコーナーを直角とする形状でも良いし、図９に示すように、コーナーを一定の半径で丸めた形状であっても良い。ただし、電力半導体装置用冷却装置１が完成した際に、冷却フィン３ｆを水平面内で囲むように金属材２ａが形成されていなければならない。図９は、図１の他の冷却器の上面図である。また、金属材２ｂは、例えば矩形状である。
【００２２】
金属材２の断面方向の形状については、図１に示すように、矩形状であっても良い。また、電力半導体装置用冷却装置１の耐圧性をさらに向上する他の形状でも良い。図１０は本発明の実施の形態１による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。図１１は図１０の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図であり、図１０の破線で示した領域４１の拡大図である。図１０、図１１を用いて、電力半導体装置用冷却装置１の耐圧性をさらに向上する金属材２の断面方向の形状について述べる。冷媒流路１Ｒに冷媒を流すと、冷媒圧力によって、冷却フィンベース３に図１０に示すように上方への力３ＳＡが働く。この力３ＳＡによって、冷却フィンベース３に金属接合されている金属材２ａ、２ｂにも同じ方向の力が働く。この力３ＳＡは、金属材２ａ、２ｂを冷却器本体４から脱離させる方向に働く。
【００２３】
金属材２ａ、２ｂは冷却器本体４にインサート成形される際に、冷却器本体４に溶着されているので、容易に冷却器本体４から脱離することはない。しかし、金属材２ａ、２ｂの形状を図１１に示すような形状にすることで、さらに脱離しにくくなり、冷媒流路１Ｒをさらに高耐圧に封止することができる。図１１に示すように、金属材２ａの最下面の幅２ｌｗを最上面の幅２ｕｗよりも大きくすることで、すなわち、テーパ形状の側面（勾配を付けた側面）を有することで、前記力３ＳＡが作用した場合に、金属材２ａの側面２ｓには力３ＳＡと逆方向への力２ｓａが働く。この力２ｓａによって、金属材２ａが冷却器本体４から脱離することを防止できる。なお、金属材２ａを例にして力２ｓａの作用を説明したが、金属材２ｂについても同様にテーパ形状の側面（勾配を付けた側面）を有することで、力２ｓａによって、金属材２ｂが冷却器本体４から脱離することを防止できる。
【００２４】
冷却器本体４を構成する樹脂材について説明する。図６に示す接合工程において、冷却器本体４を構成する樹脂材が加熱により溶融すると、冷却器本体４に内包されていた金属材２が冷却器本体４に対して位置ずれし、金属材２と冷却フィンベース３の接合面積が減少し、電力半導体装置用冷却装置１の耐圧性が低下する懸念がある。そこで、冷却器本体４を構成する樹脂材の融点は接合材５の融点よりも高いことが望ましい。樹脂材は熱可塑性樹脂でも、熱硬化性樹脂でも良く、融点以外に、冷媒の種類や冷媒温度、接合材５に含まれるフラックスなどの有機成分等を考慮して選定される。熱可塑性樹脂であれば、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）などが挙げられる。熱硬化性樹脂であれば、例えば、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＵＦ（ユリア樹脂）、ＭＦ（メラミン樹脂）、ＵＰ（不飽和ポリエステル）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、ＳＩ（シリコン樹脂）、ＰＵＲ（ポリウレタン）などが挙げられる。
【００２５】
本実施の形態では、樹脂材で構成される冷却器本体４に一部が露出する形で内包された金属材２と冷却フィンベース３および冷却フィン３ｆを接合材５で金属接合することで、電力半導体装置用冷却装置１の冷却能力を最大限に高め、かつ冷媒流路１Ｒを高信頼に封止できると同時に、電力半導体装置用冷却装置１の軽量化が実現できる。また、金属材２ａ、２ｂ、冷却フィンベース３のいずれか、もしくは両方を磁性体で構成することで、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１は、さらに効率的に金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３を加熱し、金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３と接合することができ、低コストで高信頼な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００２６】
以上のように、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１は、電力半導体装置６が搭載される搭載面と逆側に冷却フィン３ｆが設けられた冷却フィンベース３と、冷却フィン３ｆを覆う冷却器９を備える。実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器９が、少なくとも一部が樹脂材により構成された冷却器本体４と、冷却器本体４における冷却フィンベース３と対向する外縁部４ａ及び冷却器本体４における冷却フィン３ｆの先端（最下面３ｆｓ）と対向する収納部底４ｃのそれぞれに、一部が露出するように溶着された金属材２ａ、２ｂと、を有し、金属材２ａ、２ｂが、外縁部４ａに対向する冷却フィンベース３の外周部及び冷却フィン３ｆの先端（最下面３ｆｓ）に金属接合されていることを特徴とする。実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１は、この特徴により、冷媒流路１Ｒが冷却フィン３ｆと冷却器本体４との間に形成でき、軽量であり、かつ冷媒流路１Ｒの漏れ防止信頼性を高くすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１と異なる電力半導体装置用冷却装置１の製造方法について説明する。実施の形態１では、冷却器９は、所定の位置に金属材２を内包してインサート成形される例を述べた。しかし、金属材２は冷却器本体４の所定の位置に設けられた４ｍに勘合させ、溶着しても良い。そのようにすることで、金属材２における冷却フィンベース３及び冷却フィン３ｆとの接合面（露出部）に、インサート成形の際の樹脂が付着する懸念が無くなる。したがって、金属材２を冷却フィンベース３に高信頼に接合できる。
【００２８】
図１２は本発明の実施の形態２による電力半導体装置用冷却装置の断面図であり、図１３は図１２の冷却器の断面図である。図１４は図１２の冷却器の製造工程を説明する図である。実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１の製造方法を、図１３、１４を用いて説明する。まず、図１４に示す金属材嵌合工程では、冷却器本体４の所定の位置に設けられた溝部４ｍに金属材２ａ、２ｂを勘合する。次に、金属材溶着工程では、金属材２ａ、２ｂと冷却器本体４を加熱し、金属材２ａ、２ｂと冷却器本体４の接触部を溶着し、溶着部２４Ｙ（図１３の太線部）を形成する。このように、図１３に示した冷却器９が完成する。この金属材溶着工程の際に、リフロー炉などを用いて加熱しても良いが、高周波電流による誘導加熱を用いると、金属からなる金属材２ａ、２ｂが選択的に発熱し、樹脂からなる冷却器本体４は発熱しないので、省エネルギーで金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３を溶着することができる。また、金属材溶着工程における冷却器本体４への入熱量を減らせるので、過加熱によって冷却器本体４を構成する樹脂材が劣化するのを防ぐことができる。それ以降は、実施の形態１で説明した接合材塗布工程、接合工程と同様である。また、実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１の製造方法は、金属材溶着工程の加熱温度と接合工程の加熱温度を同じにすることができる。すなわち、実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１の製造方法は、金属材２ａ、２ｂと冷却器本体４の溶着（金属材溶着工程）と、金属材２ａ、２ｂと冷却フィンベース３の接合（接合工程）を同時に行い、製造時間を短縮することも可能である。
【００２９】
この方法で高耐圧な封止を行うためには、溝部４ｍに金属材２ａ、２ｂを隙間なく勘合し、金属材２ａ、２ｂと溝部４ｍを隙間なく溶着することが重要である。隙間なく勘合する方法として、例えば、図１５に示すように溝部４ｍの側面４ｍｓと金属材２の側面２ｓに勾配を付ける方法がある。図１５は、図１２の他の冷却器における金属材及び溝部を示
す拡大図であり、勾配を付けた場合の図１４の破線で示した領域４２の拡大図である。溝部４ｍの底部に対する４ｍの側面４ｍｓの勾配と金属材２ａ、２ｂの最下面に対する金属材２ａ、２ｂの側面２ｓの勾配を等しくした上で、溝部４ｍの寸法と金属材２ａ、２ｂの寸法を、式（１）と式（２）が同時に成り立つようにすることで、溝部４ｍと金属材２ａ、２ｂを隙間なく密着させ、溶着することができる。溝部４ｍの底部の幅を幅４ｍｌｗ、溝部４ｍの最上部の幅を幅４ｍｕｗとし、金属材２ａ、２ｂの最下面の幅を幅２ｌｗ、金属材２ａ、２ｂの最上面の幅を幅２ｕｗとする。溝部４ｗの深さを深さ４ｍｈとし、金属材２ａ、２ｂの厚さを厚さ２ｈとする。
【００３０】
４ｍｈ  ≦  ２ｈ                        ・・・（１）
２ｌｗ  ＜  ４ｍｌｗ  ＜  ２ｕｗ  ＜  ４ｍｕｗ      ・・・（２）
ただし、４ｍｌｗは２ｌｗに比べて０．１〜０．５ｍｍ、４ｍｕｗは２ｕｗに比べて０．１〜０．５ｍｍ、大きい程度である。なお、図１５では金属材２ａを例にして溝部４ｍの寸法と金属材２ａの寸法を記載したが、金属材２ｂについても同様である。
【００３１】
この製造方法においては、金属材２ａ、２ｂを冷却器本体４の溝部４ｍに勘合後に溶着するため、冷却器本体４を構成する樹脂材は熱可塑性樹脂であることが望ましい。溶着する際は、溝部４ｍと金属材２ａ、２ｂの隙間を溶けた樹脂が埋める程度の加熱で良い。
【００３２】
実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２ａ、２ｂを冷却器本体４の溝部４ｍに勘合する際に、確実に溝部４ｍと金属材２ａ、２ｂを面接触させることができ、冷却器本体４と金属材２ａ、２ｂとの溶着面積を増大させることができる。したがって、実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４と金属材２ａ、２ｂとの接着強度が向上し、結果として、高信頼な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００３３】
以上のように、実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１は、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１と同様に、樹脂材で構成される冷却器本体４に一部が露出する形で内包された金属材２と冷却フィンベース３および冷却フィン３ｆを接合材５で金属接合することで、電力半導体装置用冷却装置１の冷却能力を最大限に高め、かつ冷媒流路１Ｒを高信頼に封止できると同時に、電力半導体装置用冷却装置１の軽量化が実現できる。また、実施の形態２の電力半導体装置用冷却装置１は、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１の冷却器９の製造の際に樹脂が付着する懸念がないので、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１よりも金属材２ａ、２ｂを冷却フィンベース３に高信頼に接合できる。
【００３４】
実施の形態３．
上述した実施の形態１及び２においては、冷却フィンベース３の冷却フィン３ｆの先端を冷却器９の冷媒流路１Ｒを形成する面の一部に内包された金属材２ａ、２ｂに金属接合し、冷却フィン３ｆの放熱性能を最大限に高めると同時に、電力半導体装置用冷却装置１を軽量化する方法について説明した。
【００３５】
本実施の形態では、実施の形態１及び２に比べてさらに軽量化を実現する方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、冷却器本体４と金属材２ｂの形状にあり、それ以外の構成、および電力半導体装置用冷却装置１の製造方法、および電力半導体装置用冷却装置１への電力半導体装置６の組み付け方法は実施の形態１と同様である。そこで、冷却器本体４と金属材２ｂの形状に特化して説明する。
【００３６】
図１６に、本実施の形態にかかる電力半導体装置用冷却装置１の断面図を示す。実施の形態３の電力半導体装置用冷却装置１は冷却フィンベース３と冷却器９を備え、冷却器９は冷却器本体４の所定の位置に設けられた溝部４ｍに溶着された金属材２ａ、２ｂを備える。冷却フィンベース３と冷却器９は、接合材５により金属接合されている。図１６では、冷却フィンベース３の冷却フィン３ｆが４つあり、金属材２ｂが冷却フィン３ｆと同数の４つある例を示した。
【００３７】
実施の形態１と異なる点は、冷却フィン３ｆの最下面３ｆｓが接合される金属材２ｂを冷却フィン３ｆごとに分割した点である。このようにすることで、冷媒が冷却フィン３ｆの最下面３ｆｓよりも下方を流れるのを防ぎつつ、電力半導体装置用冷却装置１における樹脂材で構成される部分の比率を増加させることができる。また、実施の形態３の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２の使用量を必要最小限にすることができる。したがって、実施の形態３の電力半導体装置用冷却装置１は、電力半導体装置用冷却装置１をさらに軽量化することができる。
【００３８】
以上のように、実施の形態３の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィン３ｆの最下面３ｆｓが接合される金属材２ｂを冷却フィン３ｆごとに分割することで、実施の形態１の電力半導体装置用冷却装置１よりも軽量な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００３９】
実施の形態４．
上述した実施の形態１〜３においては、冷却器本体４に一部を露出して内包した金属材２と冷却フィンベース３を接合材５で金属接合することで、冷媒流路１Ｒを封止する方法について説明した。本実施の形態では、金属材２の構造を工夫することで、電力半導体装置用冷却装置の耐圧性をさらに向上させる方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、金属材２の構造にあり、電力半導体装置６および、放熱グリース７、ボルト８に係る事項、および、電力半導体装置用冷却装置１の製造方法に係る事項は実施の形態１〜３と同様である。そこで、金属材２の構造に関する構成以外の部分については、説明を省略し、金属材２の構造に特化して説明する。
【００４０】
図１７は本発明の実施の形態４による電力半導体装置用冷却装置の断面図であり、図１８は図１７の冷却器の上面図である。実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は冷却フィンベース３と冷却器９を備え、冷却器９は冷却器本体４の所定の位置に設けられた溝部４ｍ及び冷媒流路１Ｒを形成する冷却器本体４の全面に溶着された金属材２を備える。冷却フィンベース３と冷却器９は、接合材５により金属接合されている。本実施の形態の特徴的な点は、金属材２が溝部４ｍに溶着された外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄと一続きの金属材であり、冷媒流路１Ｒを構成する冷却器本体４の全面に溶着するようにインサート成形した点である。
【００４１】
金属材２は、本体部２ｅと、冷却器本体４の外縁部４ａに配置され、冷却フィン３ｆの延伸方向（図１７において下方向）に厚く形成された外縁厚部２ｃと、冷却器本体４の収納部底４ｃ（図４参照）に配置され、冷却フィン３ｆの延伸方向（図１７において下方向）に厚く形成された収納厚部２ｄとを有する。外縁厚部２ｃは外縁部４ａの溝部４ｍに溶着され、収納厚部２ｄは収納部底４ｃの溝部４ｍに溶着され、外縁厚部２ｃ及び収納厚部２ｄ以外の本体部２ｅは、冷媒流路１Ｒを構成する冷却器本体４の全面に溶着される。
【００４２】
冷媒流路１Ｒに冷媒を流した場合、冷媒から受ける圧力によって、冷却フィンベース３に対して図１７に示す力３ＳＡが矢印の方向に働く。この力３ＳＡによって、冷却フィンベース３と接合材５で金属接合された金属材２には、溝部４ｍから金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄが引き抜かれる方向に力３ＳＡが働くこととなる。そこで、溝部４ｍに金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄを溶着し、加えて、冷媒流路１Ｒを形成する冷却器本体４の全面に金属材２の本体部２ｅを溶着することで、金属材２と冷却器本体４との溶着面積が増えるので、実施の形態１〜３の電力半導体装置用冷却装置１に比べて、さらに耐圧性を向上した電力半導体装置用冷却装置を得ることができる。
【００４３】
また、図１７のように金属材２を、溝部４ｍに溶着された金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄを本体部２ｅにより一続きになった構造にすることによって、冷媒流路１Ｒの底面に位置する金属材２の収納厚部２ｄ、本体部２ｅには図１７に示す力３ＳＢが矢印の方向に働く。この力３ＳＢが力３ＳＡを相殺するため、結果として、溝部４ｍから金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄが引き抜かれるのを防ぐことができる。金属材２の形状を図１９に示すような形状にすることで、さらに脱離しにくくなり、冷媒流路１Ｒをさらに高耐圧に封止することができる。
【００４４】
図１９は本発明の実施の形態４による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。図２０、図２１は図１９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。図２０に図１９の破線で示した領域４３の拡大図を示し、図２１に図１９の破線で示した領域４４の拡大図を示す。金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄにおける各最下面の幅２ｌｗを最上面の幅２ｕｗよりも大きくすることで、力３ＳＡが作用した場合に、金属材２の外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄにおける側面２ｓには力３ＳＡと逆方向への力２ｓａが働く。この力２ｓａによって、図１９に示した実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２が冷却器本体４から脱離することを防止できる。
【００４５】
また、金属材２を、冷媒流路１Ｒを構成する冷却器本体４の全面に溶着するようにインサート成形したことで、冷却器本体４に冷媒が接触しないので、冷却器本体４を構成する樹脂材が冷媒によって劣化するのを防ぐことができる。
【００４６】
図１８は、金属材２をインサート成形した冷却器９の上面図である。金属材２の上面形状は図１８に示すようにコーナー部を直角とする形状であっても良いし、図２２に示すようにコーナー部を一定の半径で丸めた形状でも良い。ただし、電力半導体装置用冷却装置１が完成した際に、冷却フィン３ｆを水平面内で囲むように金属材２が形成されていなければならない。図２２は、図１７の他の冷却器の上面図である。
【００４７】
上記では、冷却器本体４にインサート成形によって金属材２を内包する方法について述べたが、この方法に限らず、例えばメッキなどによって金属材２を冷却器本体４に付設しても構わない。その場合にも、上記図１９〜図２１に示したような構造に金属材２をメッキすることで、電力半導体装置用冷却装置１の耐圧性をさらに向上させることができる。
【００４８】
実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２と冷却器本体４との溶着面積を最大限にすることができる。したがって、実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２と冷却器本体４との接着強度を最大限にすることができ、冷媒流路１Ｒ内の冷媒圧力によって金属材２が冷却器本体４から引き抜かれるのを防止できる。結果として、実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、高耐圧な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。また、実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４に冷媒が接触しないので、冷却器本体４を構成する樹脂材が冷媒によって劣化するのを防ぐことができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態４の電力半導体装置用冷却装置１は、溝部４ｍに溶着された外縁厚部２ｃ、収納厚部２ｄが設けられた一体構造の金属材２を、冷媒流路１Ｒを構成する冷却器本体４の全面に溶着するように冷却器９を構成し、金属材２の一部と冷却フィンベース３を接合材５で金属接合することで、電力半導体装置用冷却装置のサイズ増大を招くことなく、実施の形態１〜３の冷却装置よりも高耐圧の封止が行えると同時に、冷却装置の軽量化が実現できる。
【００５０】
実施の形態５．
上述した実施の形態１〜４においては、冷却器本体４に一部が露出して内包された金属材２と冷却フィンベース３を接合材５で金属接合し、封止された冷媒流路１Ｒを形成する方法について説明した。本実施の形態では、実施の形態１〜４に比べて低コストで、簡便に電力半導体装置用冷却装置を製造する方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、冷却器９の構造と電力半導体装置用冷却装置１の製造方法にあり、冷却フィン３ｆを含む冷却フィンベース３、電力半導体装置６および、放熱グリース７、ボルト８に係る事項は実施の形態１〜４と同様である。そこで、冷却器９の構造と電力半導体装置用冷却装置１の製造方法に特化して説明する。
【００５１】
図２３は本発明の実施の形態５による電力半導体装置用冷却装置の断面図であり、図２４は図２３の冷却器の断面図である。実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は冷却フィンベース３と冷却器９を備え、冷却器９は冷却器本体４の所定の位置にインサート成形により内包された金属材２ａ、２ｂを備える。冷却フィンベース３と冷却器９は、冷却器本体４を構成する樹脂材によって溶着されている。
【００５２】
冷却フィンベース３における外縁部金属材２ａと対向する部分は、冷却器本体４における金属材２ａの上部で、すなわち冷却器本体４と冷却フィンベース３が接触する箇所およびその周辺で、冷却器本体４と溶着し溶着部３４Ｙ（図２３の太線部）が形成されている。同様に、冷却フィンベース３における冷却フィン３ｆの先端は、冷却器本体４における金属材２ｂの上部で、すなわち冷却器本体４と冷却フィン３ｆが接触する箇所およびその周辺で、冷却器本体４と溶着し溶着部３４Ｙ（図２３の太線部）が形成されている。
【００５３】
実施の形態１〜４と異なる点は、接合材５を用いずに冷却器９と冷却フィンベース３とを溶着して冷媒流路１Ｒを形成した点と、接合材５を用いずに冷却器９と冷却フィンベース３の冷却フィン３ｆの先端とを溶着して、冷媒が冷却フィン３ｆの先端よりも下方を流れることを防止した点である。実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４の樹脂材によって溶着されているので、実施の形態１〜４の電力半導体装置用冷却装置１と同様に、冷却フィン３ｆの放熱性能を最大限に高めことができる。また、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４の樹脂材によって溶着されているので、高価な接合材５（はんだ等のろう材や、金属粒子を含有する焼結材を想定）を用いずに、電力半導体装置用冷却装置１を製造することができ、電力半導体装置用冷却装置１を低コスト化できる。
【００５４】
図２５、図２６は、図２３の電力半導体装置用冷却装置の製造工程を説明する図である。図２５、図２６を用いて、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１の製造工程の概略を説明する。事前に、冷却器形成工程にて、金属材２ａ、２ｂを所定の位置に配置し、インサート成形によって金属材２ａ、２ｂを樹脂材で覆い、冷却器９を形成する。金属材２ａは冷却フィンベース３と対向する外縁部４ａに配置され、金属材２ｂは冷却フィン３ｆの先端（最下面３ｆｓ）と対向する収納部底４ｃに配置される。次に、図２５に示す冷却フィンベース搭載工程では、冷却器９の所定の位置に冷却フィンベース３を搭載する。次に、図２６に示す溶着工程で、高周波電流による誘導加熱を用いて金属材２ａ、２ｂおよび冷却フィンベース３を加熱し、金属材２ａ、２ｂの上部で、すなわち冷却器本体４と冷却フィンベース３が接触する箇所およびその周辺で、冷却器本体４とを溶着させて溶着部３４Ｙ（図２６の太線部）を形成する。
【００５５】
そして、金属材２ａ、２ｂ、冷却フィンベース３のいずれか、もしくは両方を磁性体で構成することで、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、溶着部３４Ｙが形成される部分を効率的に加熱でき、冷却器９と冷却フィンベース３とを溶着することができる。また、冷却フィンベース３よりも熱容量の小さい金属材２ａ、２ｂのみを磁性体にすれば、効率的かつ省エネルギーで溶着することができる。冷却器本体４を構成する樹脂材は、容易に溶着が可能な熱可塑性樹脂が望ましい。このようにすることで、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４を構成する樹脂材よりも高価な接合材５（はんだ等のろう材や、金属粒子を含有する焼結材）を用いずに低コストで冷媒流路１Ｒを形成することができる。実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、高価な接合材５を用いなので、材料コストを低減することができる。また、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、接合材５を供給する工程を省略でき、電力半導体装置用冷却装置の製造工程を簡略化できる。したがって、接合材５を供給する工程を省略できるため、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、実施の形態１〜４の電力半導体装置用冷却装置１に比べて、簡便に冷媒流路１Ｒを形成することができる。
【００５６】
以上のように、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４に金属材２ａ、２ｂを内包し、金属材２ａ、２ｂの上部における冷却器９と冷却フィンベース３が接触する箇所およびその周辺で、冷却器９と冷却フィンベース３とを溶着し、接合材５を用いずに冷媒流路１Ｒを形成することで、実施の形態１〜４の電力半導体装置用冷却装置１よりも低コストで、簡便に電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００５７】
実施の形態６．
図２７は、本発明の実施の形態６による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。実施の形態６の電力半導体装置用冷却装置１は、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１における金属材２ｂを分割し、複数の金属材２ｂを有する冷却器９を備えた例である。図２７に示すように、冷却フィン３ｆの先端と溶着する金属材２ｂを、冷却フィン３ｆごとに分割することで、電力半導体装置用冷却装置１における樹脂材で構成される部分の比率を増加させることができる。また、実施の形態６の電力半導体装置用冷却装置１は、金属材２の使用量を必要最小限にすることができる。したがって、実施の形態６の電力半導体装置用冷却装置１は、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１に比べて、さらに軽量化することができる。図２７では、冷却フィンベース３の冷却フィン３ｆが４つあり、金属材２ｂが冷却フィン３ｆと同数の４つある例を示した。
【００５８】
以上のように、実施の形態６の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィン３ｆの最下面３ｆｓが接合される金属材２ｂを冷却フィン３ｆごとに分割することで、実施の形態５の電力半導体装置用冷却装置１よりも軽量な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００５９】
実施の形態７．
上述した実施の形態５、６においては、冷却器本体４に金属材２ａ、２ｂを内包し、金属材２ａ、２ｂの上部における冷却器９と冷却フィンベース３が接触する箇所およびその周辺で、冷却器９と冷却フィンベース３とを溶着し、接合材５を用いずに冷媒流路１Ｒを形成することで、低コストかつ簡便に電力半導体装置用冷却装置を実現できる方法を示した。本実施の形態では、実施の形態５、６に比べてさらに簡便に電力半導体装置用冷却装置を製造する方法について説明する。なお、本実施の形態の特徴的な部分は、冷却フィンベース３と冷却器本体４の構造、および電力半導体装置用冷却装置１の製造方法にあり、電力半導体装置６および、放熱グリース７、ボルト８に係る事項は実施の形態１〜６と同様である。そこで、冷却フィンベース３、冷却器本体４の構造と電力半導体装置用冷却装置１の製造方法に特化して説明する。本実施の形態では、冷却フィンベース３、冷却器本体４の構造を工夫することで、実施の形態５、６に比べて、電力半導体装置用冷却装置の製造工程を簡略化する方法について説明する。
【００６０】
図２８は、本発明の実施の形態７による電力半導体装置用冷却装置の断面図である。実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷媒流路１Ｒを具備した冷却フィンベース３と、冷却器９を備え、冷却フィンベース３が冷却器９の冷却器本体４に設けられた溝部４ｍを含む所定の面（冷却フィンベース３に対向する面）に溶着されている。冷却フィンベース３は、冷却器本体４の外縁部４ａに設けられた溝部４ｍに接続する凸部３ａと、冷却器本体４の収納部４ｂに設けられた溝部４ｍに接続する凸部３ｂと、冷却フィン３ｆを覆い冷媒流路１Ｒを形成するケース３ｃとを有する。冷却フィンベース３は冷媒流路１Ｒと一体成形されており、樹脂材から構成される冷却器本体４は、冷却フィンベース３を内包してインサート成形される。なお、実施の形態７の冷却器９は、樹脂材から構成される冷却器本体４のみである。
【００６１】
実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１が実施の形態５、６の電力半導体装置用冷却装置１と異なる点は、冷却器本体４を、冷却フィンベース３を内包してインサート成形したことで、両者を溶着するための加熱工程（図２６に示した溶着工程）が不要となる点と、冷媒流路１Ｒが冷却フィンベース３に具備されているため、冷媒が冷却フィン３ｆの先端よりも下方を流れることを確実に防止した点である。
【００６２】
実施の形態５、６の電力半導体装置用冷却装置１では、冷却フィン３ｆの高さ（図２３の高さ３ｆｈ）に公差が生じた場合に、冷却フィン３ｆと収納部底４ｃとの溶着部３４Ｙに冷媒が滞留する隙間ができる懸念がある。この隙間ができると冷却フィン３ｆの放熱性能がわずかに低下してしまう。しかし、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷媒流路１Ｒを具備した冷却フィンベース３を内包してインサート成形したので、冷媒が冷却フィン３ｆの先端よりも下方を流れることを確実に防止でき、実施の形態５、６の電力半導体装置用冷却装置１よりも冷却フィン３ｆの放熱性能を高めことができる。また、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィンベース３を内包してインサート成形することで、冷却フィンベース３と冷却器９の溶着工程を冷却器９の成形と同時に行えるため、実施の形態５、６の電力半導体装置用冷却装置１に比べて、簡便に電力半導体装置用冷却装置１を製造することができる。
【００６３】
実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器９が金属材２を備えていないので、金属材２と冷却フィンベース３の間を金属接合するための高価な材料（接合材５）を用いることなく、冷却器本体４（冷却器９）を構成する材料によって冷却フィンベース３を溶着することができる。したがって、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、材料コストを低減することができる。さらに、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、接合材５を供給する工程を省略でき、電力半導体装置用冷却装置の製造工程を簡略化できる。さらに、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィンベース３と冷却器本体４（冷却器９）との溶着面積を最大限にすることができる。したがって、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却フィンベース３と冷却器本体４（冷却器９）の接着強度を最大限にすることができ、冷媒流路１Ｒ内の冷媒圧力によって冷却フィンベース３が冷却器から引き抜かれるのを防止できる。結果として、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、高耐圧な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。また、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷却器本体４（冷却器９）に冷媒が接触しないので、冷却器本体４（冷却器９）を構成する樹脂材が冷媒によって劣化するのを防ぐことができる。
【００６４】
また、冷却フィンベース３の形状を図２９に示すような形状にすることで、電力半導体装置用冷却装置１を輸送する際に、輸送機器走行中の振動等により冷却フィン３ｆが冷却器９から脱離するのを防ぐことができる。図２９は、本発明の実施の形態７による他の電力半導体装置用冷却装置の断面図である。図３０、３１は、図２９の電力半導体装置用冷却装置における接合部分の拡大図である。図３０に図２９の破線で示した領域４５の拡大図を示し、図３１に図２９の破線で示した領域４６の拡大図を示す。図３０に示すように、冷却フィンベース３の凸部３ａにおける最下面の幅３ｌｗを最上面の幅３ｕｗよりも大きくすることで、冷却フィンベース３を冷却器本体４（冷却器９）から引き抜く方向の力３ＳＡがかかった場合に、冷却フィンベース３における凸部３ａの側面３ｓに３ＳＡと逆方向への力３ｓａが働く。この力３ｓａによって、冷却フィンベース３が冷却器本体４（冷却器９）から脱離することを防止できる。結果として、図２９に示した実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、高信頼な電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００６５】
同様に、図３１に示すように、冷却フィンベース３の凸部３ｂにおける最下面の幅３ｌｗを最上面の幅３ｕｗよりも大きくすることで、冷却フィンベース３を冷却器本体４（冷却器９）から引き抜く方向の力３ＳＡがかかった場合に、冷却フィンベース３における凸部３ｂの側面３ｓに３ＳＡと逆方向への力３ｓａが働く。この力３ｓａによって、冷却フィンベース３が冷却器本体４（冷却器９）から脱離することを防止できる。
【００６６】
冷却器本体４（冷却器９）の樹脂材は熱可塑性樹脂でも、熱硬化性樹脂でも良く、冷媒の種類や冷媒温度を考慮して選定される。熱可塑性樹脂であれば、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）ＰＳ（ポリスチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）などが挙げられる。熱硬化性樹脂であれば、例えば、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＵＦ（ユリア樹脂）、ＭＦ（メラミン樹脂）、ＵＰ（不飽和ポリエステル）、ＥＰ（エポキシ樹脂）、ＳＩ（シリコン樹脂）、ＰＵＲ（ポリウレタン）などが挙げられる。
【００６７】
以上のように、実施の形態７の電力半導体装置用冷却装置１は、冷媒流路１Ｒを具備して成形された冷却フィンベース３を内包して冷却器９をインサート成形することで、実施の形態５、６の電力半導体装置用冷却装置１よりも簡便に電力半導体装置用冷却装置を実現できる。
【００６８】
なお、上記各実施の形態においては、電力半導体装置６に搭載される、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子や、ＳＢＤやＦＷＤ等の整流素子として機能する電力用半導体素子には、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でも良いが、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を用いることができる。ワイドバンドギャップ半導体材料を用いて形成され、電流許容量および高温動作が可能な半導体素子を用いた電力半導体装置６を大電流で動作させたり、高温動作させる場合に、この電力用半導体素子はシリコンウエハを基材とした一般的な素子よりも排熱を促進する必要がある。本発明の電力半導体装置用冷却装置１は、特にワイドバンドギャップ半導体材料により形成された電力用半導体素子の排熱を促進して過熱を防止するのに顕著な効果が現れる。
【００６９】
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子や整流素子は、シリコンで形成された素子よりも電力損失が低いため、スイッチング素子や整流素子における高効率化が可能であり、ひいては、電力半導体装置６の高効率化が可能となる。さらに、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子や整流素子の小型化が可能であり、これら小型化されたスイッチング素子や整流素子を用いることにより、電力半導体装置６も小型化が可能となる。電流許容量および高温動作が可能な半導体素子を用いた電力半導体装置６が小型になれば、これに装着する電力半導体装置用冷却装置は、シリコンウエハを基材とした一般的な素子を搭載した電力半導体装置に装着する電力半導体装置用冷却装置よりも小型にすることができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成された電力用半導体素子を搭載した電力半導体装置６に、本発明の電力半導体装置用冷却装置１を装着すれば、電力半導体装置６と電力半導体装置用冷却装置１を備えた装置の小型化が可能になる。
【００７０】
また、本発明は、矛盾のない範囲内において、各実施の形態の内容を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１…電力半導体装置用冷却装置、１Ｒ…冷媒流路、２、２ａ、２ｂ…金属材、２ｃ…外縁厚部（金属材厚部）、２ｄ…収納厚部（金属材厚部）、３…冷却フィンベース、３ａ…凸部（第一凸部）、３ｂ…凸部（第二凸部）、３ｃ…ケース、３ｆ…冷却フィン、３ｆｓ…最下面、４…冷却器本体、４ａ…外縁部、４ｃ…収納部底、６…電力半導体装置、９…冷却器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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