(57)【要約】【課題】冷却器とパワーモジュールの絶縁基板との線膨張率差に起因する、冷却器の変形や、両者の接合部におけるクラックの発生を防止する。【解決手段】パワーモジュールの冷却器１０は、複数のアルミ材４２、４４、４６、４８、５０を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシング４０が形成されるものであり、材料コストを低く抑えることができる。しかも、各アルミ材の加工性も良好であることから、放熱性に優れた複雑な凹凸形状を採用して、放熱性の高い冷却水の水路を、ケーシング４０の内部に構成することができる。又、比較的厚肉の底板４４によってケーシング２８に要求される剛性を確保しつつ、比較的薄肉の天板４２の剛性が意図的に低く構成されることで、冷却器２８と絶縁基板１８との接合面に生ずる応力を、天板４２が積極的に変形することで緩和することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成され、
該ケーシングの天板と底板との厚みの比率が１：５〜１０となるように形成され、
前記天板に、パワーモジュールを固定するための高純度アルミブロックが固定され、
前記天板の、前記高純度アルミブロックを取り囲む位置に、枠状の突起ないし窪みが形成され、
前記水路が、前記パワーモジュールの絶縁基板の長手方向と直交する方向に延びる複数条の冷却フィンによって、複数の平行な流路に分割されていることを特徴とするパワーモジュールの冷却器。
【請求項２】
前記天板及び前記底板の間に、中板が挟み込まれることによって、前記水路は上下二層以上に区分され、各層毎に、前記冷却フィンによって複数の平行な流路に分割されていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの冷却器。
【請求項３】
前記天板及び前記底板の間に、複数の中板が組み合わされた状態で組み込まれることによって、前記水路は冷却水の流れ方向が一回以上折り返される流路として形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの冷却器。
【請求項４】
前記冷却フィンは、アルミ板を折り曲げて成形された波板状をなし、かつ、各折り曲げ部の頂角が４０°以上に成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のパワーモジュールの冷却器。
【請求項５】
前記冷却フィンの各折り曲げ部が、前記水路の各層毎に重複せずオフセットした状態で、前記天板、前記底板又は前記中板に固定されていることを特徴とする請求項４記載のパワーモジュールの冷却器。
【請求項６】
前記複数の中板には、前記冷却フィンの各折り曲げ部が係合する凹条が成形されていることを特徴とする請求項４又は５項記載のパワーモジュールの冷却器。
【請求項７】
前記高純度アルミブロックに、パワー半導体素子が実装された絶縁基板が固定されてなることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの冷却器及びパワーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を備えるパワーモジュールは、通電により発生する熱によって性能低下を来たすことから、従来からパワー半導体素子が実装された絶縁基板（セラミック系）を放熱板や冷却器等に固定し、これらの冷却手段によって放熱を行っている。
ところで、従来は、冷却器に絶縁基板を直付けしていることから、冷却器と絶縁基板との線膨張率差による応力が発生し、冷却器の変形や接合界面にクラックを生じる恐れがある。そこで、冷却器に、金属・セラミック複合材等、絶縁基板と線膨張率の近い材質のものを使用し、若しくは、冷却器と絶縁基板との間に、モリブデン等両者の中間の線膨張率を持つ応力緩衝板を挿入する等の対策を施している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７８３５６号公報
【特許文献２】特開２００１−７７２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、冷却器を金属・セラミック複合材にて製作した場合には、材料の特殊性から非常に高価な冷却器となり、例えば、アルミ等の単一金属で冷却器を製作した場合に比べ、１０〜２０倍程度の価格になってしまう虞がある。又、金属・セラミック複合材を用いる場合には、加工法が重力鋳造等の注型方式となることから、形状の自由度が制限され、微小な冷却冷却フィンを多数設ける等、放熱性に優れた形状を採用することも困難となる。
【０００５】
一方、冷却器自体には銅やアルミ等の通常の金属を用いつつ、冷却器と絶縁基板との間に応力緩衝板を挿入する手法によれば、製作コストの上昇は抑えられるが、製作過程において別の問題が発生することとなる。例えば、モリブデン製の応力緩衝板を冷却器に接合するために、はんだ等のロウ材を用いる場合には、ワーク全体を３００℃以上に加熱する必要があり、応力緩衝板と冷却器との線膨張率差から、加熱後の冷却時に、冷却器に反りを生じてしまうことになる。冷却器の反りの発生は、すなわち接合面に応力が残留することとなり、将来的なクラックの発生が懸念されるものである。又、冷却器の反りは、冷却器への別部品の取り付けに支障を来たすことにもなる。このような、応力緩衝板と冷却器との線膨張率差に起因する反りやクラックの問題は、応力緩衝板に如何なる材料を用いようとも、両者に線膨張率差が存在する限り回避することは困難である。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷却器の製作コストの高騰を回避しつつ、冷却器とパワーモジュールの絶縁基板との線膨張率差に起因する、冷却器の変形や、両者の接合部におけるクラックの発生を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のパワーモジュールの冷却器は、複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成されることで、材料コストの上昇を防ぎ、かつ、放熱性に優れた複雑な凹凸形状の採用を可能とするものである。又、ケーシングの構造に、アルミ材と絶縁基板との接合面に生ずる応力を緩和するための応力緩和構造を採用することで、アルミ材と絶縁基板との線膨張率差を埋めるものである。
又、本発明のパワーモジュールは、上記冷却器に、パワー半導体素子が実装された絶縁基板が固定されてなることによって、低コストかつ高放熱性を備え、耐久性の高いパワーモジュールとなる。
【０００８】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００９】
（１）複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成されているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成されることから、材料コストを低く抑え、かつ、各アルミ材の加工性も良好であることから、放熱性に優れた複雑な凹凸形状を採用して、放熱性の高い冷却水の水路を、内部に構成することができる。
【００１０】
（２）上記（１）項において、前記ケーシングの天板と底板との厚みの比率が１：５〜１０となるように形成されているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、比較的厚肉の底板によってケーシングに要求される剛性を確保しつつ、比較的薄肉の天板の剛性が意図的に低く構成されることで、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、天板が積極的に変形することで緩和するものである。
【００１１】
（３）上記（１）項において、前記ケーシングの天板に、パワーモジュールを固定するための高純度アルミブロックが固定されているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、天板に高純度のアルミブロックが固定され、アルミブロックに絶縁基板が固定されることで、高純度のアルミブロックの低降伏応力性により、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、高純度のアルミブロックが積極的に変形することで緩和するものである。
なお、アルミブロックの降伏応力を下げるために、アルミ純度は９９．９９％以上であることが望ましい。又、アルミブロックの応力緩和効果を十分に発揮するために、その厚みも十分に確保することが望ましく、例えば、ケーシングの天板とアルミブロックとの厚みの比率が１：５〜１０となるように形成されている。
【００１２】
（４）上記（１）項において、前記天板の、前記高純度アルミブロックを取り囲む位置に、枠状の突起ないし窪みが形成されているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、高純度アルミブロックを取り囲む位置に形成された、枠状の突起ないし窪みに応力が集中して、かかる枠状の突起ないし窪みが積極的に変形することで、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を緩和するものである。
【００１３】
（５）上記（１）項において、前記水路が、前記パワーモジュールの絶縁基板の長手方向と直交する方向に延びる複数条の冷却フィンによって、複数の平行な流路に分割されているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、水路に設けられた複数条の冷却フィンによって、冷却水との接触面積を増大させ、冷却効率を向上させている。しかも、複数条の冷却フィンは、パワーモジュールの絶縁基板の長手方向と直交する方向に延びるように設置されていることから、熱応力に起因する変形量が大きい絶縁基板の長手方向には、冷却フィンの剛性による補強効果は生じず、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、冷却フィンによって分割された平行な流路の幅方向の変形によって吸収、緩和するものである。
【００１４】
（６）複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成され、該ケーシングの天板と底板との厚みの比率が１：５〜１０となるように形成され、前記天板に、パワーモジュールを固定するための高純度アルミブロックが固定され、前記天板の、前記高純度アルミブロックを取り囲む位置に、枠状の突起ないし窪みが形成され、前記水路が、前記パワーモジュールの絶縁基板の長手方向と直交する方向に延びる複数条の冷却フィンによって、複数の平行な流路に分割されているパワーモジュールの冷却器（請求項１）。
【００１５】
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシングが形成されることから、材料コストを低く抑え、かつ、各アルミ材の加工性も良好であることから、放熱性に優れた複雑な凹凸形状を採用して、放熱性の高い冷却水の水路を、内部に構成することができる。又、比較的厚肉の底板によってケーシングに要求される剛性を確保しつつ、比較的薄肉の天板の剛性が意図的に低く構成されることで、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、天板が積極的に変形することで緩和するものである。又、天板に高純度のアルミブロックが固定され、アルミブロックに絶縁基板が固定されることで、高純度のアルミブロックの低降伏応力性により、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、高純度のアルミブロックが積極的に変形することで緩和するものである。又、高純度アルミブロックを取り囲む位置に形成された、枠状の突起ないし窪みに応力が集中して、かかる枠状の突起ないし窪みが積極的に変形することで、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を緩和するものである。又、水路に設けられた複数条の冷却フィンによって、冷却水との接触面積を増大させ、冷却効率を向上させている。しかも、複数条の冷却フィンは、パワーモジュールの絶縁基板の長手方向と直交する方向に延びるように設置されていることから、熱応力に起因する変形量が大きい絶縁基板の長手方向には、冷却フィンの剛性による補強効果は生じず、冷却器と絶縁基板との接合面に生ずる応力を、冷却フィンによって分割された平行な流路の幅方向の変形によって吸収、緩和するものである。
そして、各構成要素によって得られる各応力緩和効果と、各冷却効率向上効果との相乗効果により、冷却器の変形や、冷却器と絶縁基板との接合部におけるクラックの発生を回避しつつ、高い放熱効果を発揮するものである。
【００１６】
（７）前記天板及び前記底板の間に、中板が挟み込まれることによって、前記水路は上下二層以上に区分され、各層毎に、前記冷却フィンによって複数の平行な流路に分割されているパワーモジュールの冷却器（請求項２）。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、天板及び底板の間に中板が挟み込まれることによって、水路が上下二層以上に区分される。そして、高さ方向の厚みが薄くなった各層毎に、冷却フィンが設けられていることにより、冷却フィンの全表面積を増やしつつ、各層の、複数の平行な冷却水の流路の断面形状から、冷却水の流れが滞る狭小部分を無くすことが可能となる。よって、実際に放熱に寄与する部分の面積が広がることで、いわゆるフィン効率が向上し、高い放熱効果を発揮するものである。
【００１７】
（８）前記天板及び前記底板の間に、複数の中板が組み合わされた状態で組み込まれることによって、前記水路は冷却水の流れ方向が一回以上折り返される流路として形成されているパワーモジュールの冷却器（請求項３）。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、複数の中板が組み合わされた状態で、天板及び底板の間に組み込まれることによって、水路は冷却水の流れ方向が一回以上折り返される流路として形成されていることから、冷却器の表面積（冷却器に固定される絶縁基板の面積）の広狭を問わず、冷却器の全体に渡る冷却水の流れを円滑にし、高い放熱効果を発揮するものである。
【００１８】
（９）前記天板と、前記底板と、前記複数の中板と、前記冷却フィンと、絶縁基板と、冷却水の流入口及び流出口となるパイプとが、アルミロウ付けされているパワーモジュールの冷却器。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、天板と、底板と、複数の中板と、冷却フィンと、絶縁基板と、パイプとが、アルミロウを用いることによって、一括して固定されるものである。
【００１９】
（１０）前記冷却フィンは、アルミ板を折り曲げて成形された波板状をなし、かつ、各折り曲げ部の頂角が４０°以上に成形されているパワーモジュールの冷却器（請求項４）。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、冷却フィンが、アルミ板を折り曲げて成形された波板状をなすことによって、複数条の凹凸を有する冷却フィンが一体構造となっている。そして、折り曲げ部の頂角が４０°以上に成形されていることで、透過Ｘ線により、絶縁基板上面にパワー半導体素子を実装する際の接合材であるはんだ中の気泡欠陥（ボイド）を検査する際に、ボイドの影と、冷却フィンの影によって隠されることを防ぐものである。すなわち、Ｘ線の照射方向に対し、冷却フィンの壁が平行に近いほど、冷却フィンの折り曲げ部の頂部が明確な影となって現れ、ボイドの影とはんだ中の気泡欠陥とが重畳することによるボイドの検出漏れを生じ易くなる。一方、冷却フィンの折り曲げ部の頂角が４０°以上であれば、Ｘ線と交差する方向の冷却フィンの肉厚が減少し、冷却フィンの折り曲げ部の頂部が影となり、それによってボイドの影が隠される不具合を回避することができる。
【００２０】
（１１）前記冷却フィンの各折り曲げ部が、前記水路の各層毎に重複せずオフセットした状態で、前記天板、前記底板又は前記中板に固定されているパワーモジュールの冷却器（請求項５）。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、冷却フィンの各折り曲げ部が、水路の各層毎に重複せずオフセットした状態で、天板、底板又は中板に固定されていることにより、冷却フィンの各折り曲げ部と、天板、底板及び中板との接触部におけるアルミロウ材フィレットの影の重複が回避され、かかる、アルミロウ材フィレットが明確な影となって現れ、ボイドの影が隠されるといった不具合を、回避することができる。
【００２１】
（１２）前記複数の中板には、前記冷却フィンの各折り曲げ部が係合する凹条が成形されているパワーモジュールの冷却器（請求項６）。
本項に記載のパワーモジュールの冷却器は、中板に、冷却フィンの各折り曲げ部が係合する凹条が成形されていることにより、中板に対する各折り曲げ部の位置決めが正確に行われ、冷却フィンの各折り曲げ部が、水路の各層毎に重複せずオフセットした状態を、確実に得ることができる。又、冷却フィンの各折り曲げ部と各凹条とが係合することで、冷却フィンと中板との接触面積が増大し、両者の接合の確実性と、接合強度とを向上させるものである。
【００２２】
（１３）前記高純度アルミブロックに、パワー半導体素子が実装された絶縁基板が固定されてなるパワーモジュール（請求項７）。
本項に記載のパワーモジュールは、上記（１）から（１２）項に記載の冷却器に、パワー半導体素子が実装された絶縁基板が固定されてなることによって、低コストかつ高放熱性を備え、耐久性の高いパワーモジュールが構成されるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明はこのように構成したので、冷却器の製作コストの高騰を回避しつつ、冷却器とパワーモジュールの絶縁基板との線膨張率差に起因する、冷却器の変形や、両者の接合部におけるクラックの発生を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分には同一符号を付し、詳しい説明を省略する。
本発明の実施の形態に係るパワーモジュール１０は、図１に示される基本構成を有している。まず、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４がはんだ１６を介して絶縁基板１８に固定されている。絶縁基板１８は、薄セラミック板２２の上面に導体配線層２０が、薄セラミック板２２の下面に接合層２４が形成された三層構造を有している。なお、導体配線層２０及び接合層２４は、何れも薄アルミ板からなるものであり、導体配線層２０の表面には、Ｎｉめっきが施されている。そして、絶縁基板１８は、高純度アルミブロック２６を介して、冷却器２８に固定されている。この高純度アルミブロック２６は、後述する理由から、アルミ純度が９９．９９％以上であることが望ましい。又、絶縁基板１８と、高純度アルミブロック２６と、冷却器２８との接合材３０には、アルミロウ材が用いられている。そして、バスバー３２を備える樹脂ハウジング３４が、絶縁基板１８及び高純度アルミブロック２６を囲むようにして、冷却器２８の上面に対しシリコーン系接着剤で固定されている。更に、バスバー３２、ＩＧＢＴ１２、ダイオード１４及び導体配線層２０は、夫々、アルミワイヤ３６によって電機的に接続され、樹脂ハウジング３４の内部空間には、シリコンゲル３８が充填されている。
【００２５】
冷却器２８は、複数のアルミ材を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシング４０が形成されている。ケーシング４０の構成部材は、天板４２と、底板４４と、中板４６と、冷却フィン４８、５０である。これらの構成部材は、全てアルミ製であり、図示の例では、何れもプレス成形品となっている。
天板４２と底板４４との厚みの比率は、１：５〜１０となるように形成されている。又、  高純度アルミブロック２６は、天板４２に固定されている。そして、天板４２の、高純度アルミブロック２６を取り囲む位置には、枠状の突起ないし窪み５２が形成されている。又、底板４４は、無蓋箱状をなし、外周部には天板４２及び中板４６を載置するための座部５４が形成されている。又、底板４４には、冷却水の流入口及び流出口となるパイプ５６が固定され、かつ、底板４４の下面は、発熱部品５８（ＤＣ−ＤＣインバータ、リアクトル等）の固定面として利用されるように、平面となっている。そして、発熱部品５８は、グリスを介して底板４４の下面に固定される。なお、ケーシング４０の、各構成部品の厚みの比率は、一例として、冷却フィン４８、５０の厚みｔ４８，５０＝１としたとき、中板４６の厚みｔ４６＝４、天板４２の厚みｔ４２＝８、底板４４の厚みｔ４４＝８０、アルミブロック２６の厚みｔ２６＝８０となっている。
【００２６】
又、天板４２及び底板４４の間に中板４６が挟み込まれることによって、冷却水の水路は上下二層に区分され、各層毎に冷却フィン４８、５０が設けられている。冷却フィン４８、５０は、アルミ板を折り曲げて成形された波板状をなしており、波形状の各折り曲げ部（稜線）４８ａ、５０ａが、絶縁基板１８の長手方向と直交する方向に延びる複数条の凹凸を有する冷却フィンとして、一体に構成されている。なお、必要に応じ、更に多層に区分した構造を採用することも可能である。又、各折り曲げ部４８ａ、５０ａは、天板４２、底板４４又は中板４６と接触して固定されることにより、冷却水の水路は、複数の平行な流路に分割されている。しかも、図１に一部拡大図示されているように、中板４６には、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａが係合する凹条４６ａが成形されている。
なお、後述する理由から、各折り曲げ部４８ａ、５０ａの頂角θが、４０°以上となるように成形されている。又、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａが、水路の各層毎に重複せずオフセットした状態で、天板４２、底板４４又は中板４６に固定されている。
【００２７】
図２には、本発明の実施の形態に係るパワーモジュール１０の具体例が、平面図で示されている。図２の具体例は、ＩＧＢＴ１２及びダイオード１４が実装された絶縁基板１８（素子ブロック）が６つ搭載されたものであり、この構成は、一般に６ｉｎ１と呼ばれるモータ駆動回路である。又、図２に示されるパワーモジュール１０の、天板４２（図１参照）よりも上方に位置する構造物を取り去った状態が、図３に示されている。底板４４の対向する両端部には、円筒状のフランジ６０を介して、冷却水の流入口となるパイプ５６（５６Ａ）及び流出口となるパイプ５６（５６Ｂ）が固定されている。中板４６は、図４、図５に示される二枚の中板４６Ａ、４６Ｂを組み合わせた状態で、天板４２及び底板４４の間に組み込まれることによって、水路は冷却水の流れ方向が一回以上折り返される流路として形成されている。
具体的には、図４、図５に符号４６３で示される部分が上下に重ねあわされることで、図６に示されるように、中央部に一層の流路が形成され、その両側には、図４〜図６に符号４６１、４６２、４６４、４６５で示される部分によって、上下に二層の流路が形成される。中央部の一層の流路は、各素子ブロックの冷却に直接的に寄与するものではなく、冷却水の流れを折り返すために設けられている。なお、本実施の形態では、二枚の中板４６Ａ、４６Ｂは、同一形状のものであり、互いに逆向きとなるように組み合わせて用いられる。
【００２８】
又、図３に示されるように、冷却フィン４８は、平面視で、６つの素子ブロック毎に分割されている。そして、各ブロックの冷却フィン４８Ａ，４８Ｂ、４８Ｃ、４８Ｄ、４８Ｅ、４８Ｆによって形成される複数の平行な流路が、隣接するブロック同士で一直線に揃うことなく、ずれを生じるように（千鳥状に）配置されることで、各条の一部に目詰まりが生じた場合であっても、他の平行な流路の流れが確保されるように工夫されている。
【００２９】
図２の具体例に係る冷却器２８内部を流れる冷却水の経路は、図３において、まずパイプ５６Ａから冷却器２８の内部に流入し、冷却フィン４８Ａ、４８Ｂ、４８Ｃで示される部分を図３の右から左へと流れ（この際、上下二層に冷却水が流れる。）、続いて、中央流路４６３によって図３の左から右へと流れを折り返し、更に、冷却フィン４８Ｄ、４８Ｅ、４８Ｆで示される部分を図３の右から左へと流れ（この際、上下二層に冷却水が流れる。）、パイプ５６Ｂから排出されるものとなる。
【００３０】
さて、上記構成をなす、本発明の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器１０は、複数のアルミ材４２、４４、４６、４８、５０を組み合わせることより、内部に冷却水の水路を備えるケーシング４０が形成されるものであり、材料コストを低く抑えることができる。しかも、各アルミ材の加工性も良好であることから、放熱性に優れた複雑な凹凸形状を採用して、放熱性の高い冷却水の水路を、ケーシング４０の内部に構成することができる。なお、水路に設けられた複数条の冷却フィン４８、５０により、冷却水との接触面積を増大させることによっても、冷却効率を向上させている。
又、比較的厚肉の底板４４によってケーシング２８に要求される剛性を確保しつつ、比較的薄肉の天板４２の剛性が意図的に低く構成されることで、冷却器２８と絶縁基板１８との接合面に生ずる応力を、天板４２が積極的に変形することで緩和することができる。
【００３１】
又、天板４２に高純度のアルミブロック２６が固定され、アルミブロック２６に絶縁基板１８が固定されることで、高純度のアルミブロック２６の低降伏応力性により、冷却器２８と絶縁基板１８との接合面に生ずる応力を、高純度のアルミブロック２６が積極的に変形することで緩和することができる。従って、アルミブロック２６のアルミ純度が高純度である程、低降伏応力性を期待することができる。又、高純度アルミブロック２６を取り囲む位置に形成された、枠状の突起ないし窪み５２に応力が集中して、枠状の突起ないし窪み５２が積極的に変形することで、冷却器２８と絶縁基板１８との接合面に生ずる応力を緩和することができる。しかも、複数条の冷却フィン４８、５０は、パワーモジュール１０の絶縁基板１８の長手方向と直交する方向に延びるように設置されていることから、熱応力に起因する変形量が大きい絶縁基板１８の長手方向には、冷却フィン４８、５０の剛性による補強効果は生じず、逆に、冷却器２８と絶縁基板１８との接合面に生ずる応力を、冷却フィン４８、５０によって分割された平行な流路の幅方向の変形によって吸収、緩和することが可能である。
【００３２】
そして、上記各構成要素によって得られる各応力緩和効果と、各冷却効率向上効果との相乗効果により、冷却器２８の変形や、冷却器２８と絶縁基板１８との接合部におけるクラックの発生を回避しつつ、高い放熱効果を発揮することが可能である。
なお、本発明の実施の形態に係る冷却器２８は、変形の虞が無いことから、底板４４の下面を、発熱部品５８（ＤＣ−ＤＣインバータ、リアクトル等）の固定面として利用することが可能である。
【００３３】
又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器２８は、天板４２及び底板４４の間に中板４６が挟み込まれることによって、水路が上下二層以上に区分され、高さ方向の厚みが薄くなって、各層毎に、冷却フィン４８、５０が設けられている。従って、冷却フィン４８、５０の全表面積を増やしつつ、各層の、複数の平行な冷却水の流路の断面形状から、冷却水の流れが滞る狭小部分を無くすことが可能となり（図１の例では、各流路の断面形状が正三角形に近くなる。）、実際に放熱に寄与する部分の面積が広がることで、いわゆるフィン効率が向上し、高い放熱効果を発揮することが可能となる。
【００３４】
又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器２８は、二枚の中板４６Ａ、４６Ｂが組み合わされた状態で、天板４２及び底板４４の間に組み込まれることによって、水路は、冷却水の流れ方向が平面視でＺ字状に折り返される流路として形成されている（図３参照）。従って、図２に示される６ｉｎ１と呼ばれるモータ駆動回路のための冷却器のように、複数の素子ブロックが組み込まれることで、冷却器２８の表面積（冷却器に固定される絶縁基板１８の面積）が増大するような場合であっても、表面積の広狭を問わず、冷却器２８の全体に渡る冷却水の流れを円滑にして、高い放熱効果を発揮することが可能である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器２８は、アルミ板を折り曲げて成形された波板状をなすことによって、複数条の凹凸を有する冷却フィンが４８、５０が一体に成形されている。そして、折り曲げ部４８ａ、５０ａの頂角θが４０°以上に成形されていることで、透過Ｘ線により、絶縁基板上面にパワー半導体素子を実装する際の接合材であるはんだ中の気泡欠陥（ボイド）を検査する際に、ボイドの影と、冷却フィンの影によって隠されることを防ぐことができる。
ここで、パワーモジュールのはんだ品質（ボイド）の検査は、図７に示されるように、冷却器２８と絶縁基板１８との接合が完了した、半完成状態のパワーモジュール１０’を挟むようにして、Ｘ線発生器７０と撮像器７２とを配置する。そして、絶縁基板１８と直交する方向にＸ線を照射して、ボイドの透過画像を得るものである。従って、Ｘ線の照射方向に対し、冷却フィン４８、５０の壁が平行に近いほど、冷却フィン４８、５０の折り曲げ部４８ａ、５０ａの頂部が明確な影となって現れ、ボイドの影と重畳することによるボイドの検出漏れを生じ易くなる。一方、本発明の実施の形態のごとく、冷却フィン４８、５０の折り曲げ部４８ａ、５０ａの頂角θが４０°以上であれば、Ｘ線と交差する方向の冷却フィン４８、５０の肉厚が減少し、上述のごとく、ボイドの影が隠される不具合を回避することができる。図８には、本発明者らによって検証された、パワーモジュール１０’における、冷却フィンの折り曲げ部の頂角θと、Ｘ線透過率Ｔとの関係が示されている。この図からわかるように頂角θが４０°以下では、Ｘ線透過率Ｔが急速に下降してしまうことが明らかとなっている。
【００３６】
又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器２８は、冷却フィン４８、５０の折り曲げ部４８ａ、５０ａが、水路の各層毎に重複せずオフセットした状態で、天板４２、底板４４又は中板４６に固定されていることにより、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａと、天板４２、底板４４及び中板４６との接触部におけるアルミロウ材フィレットの影の重複が回避される。よって、アルミロウ材フィレットが明確な影となって現れ、ボイドの影が隠されるといった不具合を、回避することができる。
【００３７】
又、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの冷却器２８は、中板４６に、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａが係合する凹条４６ａが正確に成形されていることにより、中板４６に対する各折り曲げ部４８ａ、５０ａの位置決めが行われ、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａが、水路の各層毎に重複せずオフセットした状態を、確実に得ることができる。又、冷却フィン４８、５０の各折り曲げ部４８ａ、５０ａと各凹条４６ａとが係合することで、冷却フィン４８、５０と中板４６との接触面積が増大し、両者の接合の確実性と、接合強度とを向上させることができる。
【００３８】
従って、冷却器２８に、パワー半導体素子１２が実装された絶縁基板１８が固定されてなることによって、本発明の実施の形態に係るパワーモジュール１０は、低コストかつ高放熱性を備え、耐久性の高いパワーモジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの基本構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの具体例を示す平面図である。
【図３】図２に示されるパワーモジュールの、天板よりも上方に位置する構造物を取り去った状態を示す平面図である。
【図４】図２に示されるパワーモジュールの、一方の中板の単体図であり、（ａ）は裏面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は平面図、（ｄ）は右側面図である。
【図５】図２に示されるパワーモジュールの、もう一方の中板の単体図であり、（ａ）は左側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は正面図である。
【図６】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るパワーモジュールの、アルミロウのはんだ品質の検査装置の概略構成図である。
【図８】図７の検査装置によって得られる。冷却フィンの折り曲げ部の頂角と、Ｘ線透過率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：パワーモジュール、１２：ＩＧＢＴ、１４：ダイオード、１６：はんだ、１８：絶縁基板、２６：高純度アルミブロック、２８：冷却器、３０：接合材、４０：ケーシング、４２：天板、４４：底板、  ４６、４６Ａ、４６Ｂ：中板、  ４８、５０：冷却フィン、５２：枠状の突起ないし窪み、５６：パイプ
【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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