(57)【要約】  かしめヒートシンクは、外周部（３ａ，３ｓ）を有し、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（５）および第２フィン挿入溝（５）が形成されているフィンベース（３）と、フィンベース（３）の第１フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第１フィン（１）と、フィンベース（３）の第２フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第２フィン（１）と、開口部（２ａ）を有し、フィンベース（３）の外周部（３ａ）に載置されているパネル（２）とを備えている。外周部（３ａ，３ｓ）の厚さはフィンベース（３）の厚さよりも薄い。
2015046040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を有し、二股形状を有するかしめ部を挟んで第１フィン挿入溝および第２フィン挿入溝が形成されているフィンベースと、
前記フィンベースの第１フィン挿入溝に前記かしめ部を使って固定されている第１フィンと、
前記フィンベースの第２フィン挿入溝に前記かしめ部を使って固定されている第２フィンと、
開口部を有し、前記フィンベースの外周部に載置さ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いかしめヒートシンク。
【請求項２】
前記フィンベースは、前記かしめ部を挟んで相対向する突壁部を有す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。
【請求項３】
前記パネルの厚さは、前記外周部と前記第１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または２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項４】
前記パネルの開口部には、突起部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項５】
前記外周部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のかしめヒートシンク。
【請求項６】
前記突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のかしめヒートシンク。
【請求項７】
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１または２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項８】
前記パネルの厚さは、前記第１外周部と前記第１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７に記載のかしめヒートシンク。
【請求項９】
前記パネルの開口部には、突起部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１０】
前記第１外周部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１１】
前記フィンベースの突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１２】
前記第１フィンと前記第２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いことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１３】
請求項１から１２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平7-193383号公報
【特許文献２】特開2009-33065号公報
【特許文献３】特開2012-049167号公報
【特許文献４】特開2002-134973号公報
【特許文献５】国際公開第2011/061779号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るかしめヒートシンクは、外周部を有し、二股形状を有するかしめ部を挟んで第１フィン挿入溝および第２フィン挿入溝が形成されているフィンベースと、フィンベースの第１フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第１フィンと、フィンベースの第２フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第２フィンと、開口部を有し、フィンベースの外周部に載置されているパネルとを備えている。外周部の厚さはフィンベースの厚さよりも薄い。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】かしめヒートシンクのかしめ手順を示す工程図である。
【図５】パネルが風路に及ぼす効果を説明する図である。
【図６】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。
【図７】フィンベースとフィンの関係を表す断面図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【符号の説明】
【００４６】
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。
【図１】
2015046040.tif 000003
【図２】
2015046040.tif 000004
【図３】
2015046040.tif 000005
【図４】
2015046040.tif 000006
【図５】
2015046040.tif 000007
【図６】
2015046040.tif 000008
【図７】
2015046040.tif 000009
【図８】
2015046040.tif 000010
【図９】
2015046040.tif 000011
【図１０】
2015046040.tif 000012
【図１１】
2015046040.tif 000013
【図１２】
2015046040.tif 000014
【図１３】
2015046040.tif 000015
【図１４】
2015046040.tif 000016
【図１５】
2015046040.tif 000017
【図１６】
2015046040.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月4日(2015.9.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部を有し、二股形状を有するかしめ部を挟んで第１フィン挿入溝および第２フィン挿入溝が形成されているフィンベースと、
前記フィンベースの第１フィン挿入溝に前記かしめ部を使って固定されている第１フィンと、
前記フィンベースの第２フィン挿入溝に前記かしめ部を使って固定されている第２フィンと、
開口部を有し、前記フィンベースの外周部に載置さ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、
前記第１フィンと前記第２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い、かしめヒートシンク。
【請求項２】
前記フィンベースは、前記かしめ部を挟んで相対向する突壁部を有す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。
【請求項３】
前記パネルの厚さは、前記外周部と前記第１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または２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項４】
前記パネルの開口部には、突起部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項５】
前記外周部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のかしめヒートシンク。
【請求項６】
前記突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のかしめヒートシンク。
【請求項７】
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１または２に記載のかしめヒートシンク。
【請求項８】
前記パネルの厚さは、前記第１外周部と前記第１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７に記載のかしめヒートシンク。
【請求項９】
前記パネルの開口部には、突起部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１０】
前記第１外周部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１１】
前記フィンベースの突壁部には、前記パネルの突起部に対応する位置に溝が形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載のかしめヒートシンク。
【請求項１２】
前記第１フィンと前記第２フィンは、前記パネルの主面に接触し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。
【請求項１３】
前記パネルは、抜き穴が４隅に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。
【請求項１４】
請求項１から１３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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係るかしめヒートシンクは、外周部を有し、二股形状を有するかしめ部を挟んで第１フィン挿入溝および第２フィン挿入溝が形成されているフィンベースと、フィンベースの第１フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第１フィンと、フィンベースの第２フィン挿入溝にかしめ部を使って固定されている第２フィンと、開口部を有し、フィンベースの外周部に載置されているパネルとを備えている。外周部の厚さはフィンベースの厚さよりも薄く、第１フィンと第２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い。
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月12日(2016.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
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。
【国際調査報告】
2015046040.tif 000019
2015046040.tif 000020
2015046040.tif 000021
2015046040.tif 000022