(57)【要約】      （修正有）【課題】従来パワーモジュールでは、パワーモジュールが組み付けられるケースと該パワーモジュールとを密着させるために、パワーモジュールの材料に予め反りを形成していたので、コストが上昇していた。また、予め反りを形成していても、ケースに塗布される熱伝動性グリスを均一な厚みにしていたのでは、パワーモジュールとインバータケースとの間に隙間が生じてしまっていた。【解決手段】放熱板１２が装着されたパワーモジュール１を、熱伝導性グリス５を介してインバータケース３に組み付けるパワーモジュール１の組み付け方法であって、パワーモジュール１をインバータケース３に組み付ける前に、該パワーモジュール１の放熱板１２面を予め加熱して、パワーモジュール１に放熱板１２面が凸となる反りを形成し、該放熱板１２面の反り形成方向における一端側をインバータケース３に固定した後に、他端側をインバータケース３に固定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板が装着されたパワーモジュールを、熱伝導性グリスを介してケースに組み付けるパワーモジュールの組み付け方法であって、
パワーモジュールをケースに組み付ける前に、該パワーモジュールの放熱板面を予め加熱して、パワーモジュールに放熱板面が凸となる反りを形成し、
該放熱板面の反り形成方向における一端側をケースに固定した後に、他端側をケースに固定することを特徴とするパワーモジュールの組み付け方法。
【請求項２】
前記熱伝導性グリスをケースに塗布する際には、
パワーモジュールの前記反り形成方向における両端部の熱伝導性グリスを、中央部の熱伝導性グリスの厚みよりも薄く塗布することを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの組み付け方法。
【請求項３】
熱伝導性グリスを介してケースに組み付けられるパワーモジュールであって、
放熱板面を予熱することにより、放熱板面が凸となる反りが形成されたパワーモジュールを、
熱伝導性グリスがパワーモジュールの反り形成方向における中央部よりも両端部で薄く塗布されたケースに組み付けて構成され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、ＩＧＢＴモジュール等のパワーモジュール及びその組み付け方法に関し、特に、ケースに対する密着性を向上して放熱性を高めたパワーモジュール及びその組み付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ素子等の半導体素子を収納したパワーモジュール等のパッケージは、半導体素子からの発熱を放熱するために、冷却体として作用するインバータケース等のケース部材等に取り付けられることが多い。
例えば、パワーモジュールにインバータケースを取り付けた場合は、パワーモジュールとインバータケースとの間に熱伝導性グリスを充填して、パワーモジュールの熱を、熱伝導性グリスを通じてインバータケースへ効率良く伝達するように構成している。
また、特許文献１に記載されているように、マイクロプロセッサ等の半導体チップを収納するパッケージでは、ヒートスプレッダ及び熱伝導材を介してヒートシンクを取り付けて、半導体チップから発生する熱を放熱するように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６３２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の、パワーモジュールとインバータケースとの間に熱伝導性グリスを充填する場合には、図１２に示すように、熱伝動性グリス１０５を塗布したインバータケース１０３上にパワーモジュール１０１を載置して、両端をボルト１０６等により締結することで、パワーモジュール１０１をインバータケース１０３へ組み付けるようにしていた。
【０００５】
しかし、図１３に示すように、熱伝動性グリス１０５を塗布したインバータケース１０３にパワーモジュール１０１を組み付けた場合には、熱伝動性グリス１０５の流動性が悪いため、ボルト１０６によりパワーモジュール１０１を締結する際に、パワーモジュール１０１が熱伝動性グリス１０５からの反力を受け、熱伝動性グリス１０５の両端部を支点Ｐとして変形し、上に凸の形状となる。
このように、パワーモジュール１０１が上に凸となるように変形すると、パワーモジュール１０１の底面と熱伝動性グリス１０５との間に隙間Ｑが出来てしまって、パワーモジュール１０１とインバータケース１０３との密着性が確保できず、放熱性が低下してしまうこととなる。
【０００６】
パワーモジュール１０１の底面と熱伝動性グリス１０５との間に隙間Ｑが生じないようにするためには、例えば、パワーモジュール１０１を、底面が下に凸の反り形状となるように予め形成しておき、組み付ける際には、熱伝動性グリス１０５に対してパワーモジュール１０１の中央部から先に接し、順次外側が接するように構成することで、隙間Ｑの発生を防ぐことが考えられる。
特許文献１にも、ヒートシンクに中央部が凸となる反りを予め形成しておいて、ヒートシンクと熱伝導材との間に隙間が生じることを防止する旨が記載されている。
【０００７】
しかし、ヒートシンクやパワーモジュール１０１に、予め反りを形成するのでは、これらの材料等のコストが上昇することとなる。
また、単にパワーモジュール１０１底面の中央部に凸形状の反りを形成しただけで、インバータケース１０３に塗布される熱伝動性グリス１０５を均一な厚みに塗布していたのでは、
パワーモジュール１０１が熱伝動性グリス１０５の中央部から外側へ向けて接する際に、中央部の熱伝動性グリス１０５が外側へ押しやられて、端部の熱伝動性グリス１０５が厚くなってしまい、その端部の厚い熱伝動性グリス１０５の反力によりパワーモジュール１０１が変形して、結果的にパワーモジュール１０１とインバータケース１０３との間に隙間が生じてしまう恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明のパワーモジュール及びその組み付け方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、放熱板が装着されたパワーモジュールを、熱伝導性グリスを介してケースに組み付けるパワーモジュールの組み付け方法であって、パワーモジュールをケースに組み付ける前に、該パワーモジュールの放熱板面を予め加熱して、パワーモジュールに放熱板面が凸となる反りを形成し、該放熱板面の反り形成方向における一端側をケースに固定した後に、他端側をケースに固定する。
このように、予熱されたパワーモジュールにより熱伝導性グリスが加熱されて粘度が低下するため、熱伝導性グリスが広がり易くなる。
また、パワーモジュールは予熱により放熱板面が凸となる反り形状となっているので、ケースへ組み付けたとき、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
これにより、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
【０００９】
また、請求項２記載の如く、前記熱伝導性グリスをケースに塗布する際には、パワーモジュールの前記反り形成方向における両端部の熱伝導性グリスを、中央部の熱伝導性グリスの厚みよりも薄く塗布する。
これにより、熱伝導性グリスの広がり抵抗が低減して薄く広がり易くなるとともに、熱伝導性グリスを全面に均一の厚さで塗布した場合のように、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
そして、ケースと放熱板とが密着し、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
【００１０】
また、請求項３記載の如く、熱伝導性グリスを介してケースに組み付けられるパワーモジュールが、放熱板面を予熱することにより放熱板面が凸となる反りが形成されたパワーモジュールを、熱伝導性グリスがパワーモジュールの反り形成方向における中央部よりも両端部で薄く塗布されたケースに組み付けて構成される。
これにより、熱伝導性グリスが良く広がり、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、パワーモジュールがケースへ組み付けられる。
また、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
従って、パワーモジュールとケースとが密着して、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、パワーモジュールが予熱されていることにより、放熱板面が凸となる反り形状となるとともに、熱伝導性グリスが広がり易くなるので、ケースへ組み付けたとき、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
また、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
これにより、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１、図２に示すパワーモジュール１は、ＩＧＢＴ素子等の半導体素子が実装された基板（図示せず）を、合成樹脂等により構成されるハウジング１１にて覆い、さらに底部に放熱板１２を装着して構成されている。
【００１３】
パワーモジュール１は、熱伝導性グリス５を介してインバータケース３に組み付けられており、熱伝導性グリス５によりパワーモジュール１の放熱板１２とインバータケース３とを密着させて、パワーモジュール１の半導体素子からの発熱をインバータケース３へ効率良く伝達するようにしている。
【００１４】
このように、パワーモジュール１を、熱伝導性グリス５を介してインバータケース３に組み付ける場合、まずインバータケース３に熱伝導性グリス５を塗布した上でパワーモジュール１を組み付けるが、この組み付けの際にパワーモジュール１と熱伝導性グリス５との間に隙間が生じてしまうと放熱性が悪くなってしまうため、隙間が生じないようにしてパワーモジュール１とインバータケース３との密着性を確保する必要がある。
【００１５】
そこで、本発明においては、次のようにパワーモジュール１をインバータケース３に組み付けて、パワーモジュール１とインバータケース３との密着性を向上させている。
【００１６】
まず、図３に示すように、インバータケース３上に、熱伝導性グリス５を塗布するためのマスク２１を載置し、図４に示すように、載置したマスク２１上に熱伝導性グリス５を滴下する。
【００１７】
その後、図５に示すように、スキージ２３により熱伝導性グリス５を広げて印刷する。スキージ２３により広げられた熱伝導性グリス５は、マスク２１の開口部２１ａを通じてインバータケース３上に転写され、マスク２１を取り外すと、図６に示すように、マスク２１の開口部２１ａの形状に応じて熱伝導性グリス５が塗布された状態となる。
なお、以降、パワーモジュール１やインバータケース３等の短手方向をＸ方向と称し、長手方向をＹ方向と称する（図１、図３等に図示）。
【００１８】
ここで、図７、図８に示すように、マスク２１は、例えばメタルマスクに構成されており、熱伝導性グリス５の塗布領域２１ｃに、複数の開口部２１ａが部分的に形成される部分開口マスクである。
開口部２１ａが形成される塗布領域２１ｃは、組み付けられるパワーモジュール１の放熱板１２の形状等に応じて設定されている。
【００１９】
各開口部２１ａはマスク２１の短手方向（Ｘ方向）における中央部では開口面積が大きく形成されて、マスク２１の開口率が大きくなっており、中央部から両端部へいくにつれて各開口部２１ａの開口面積は小さくなって、マスク２１の開口率が減少している。
【００２０】
このように構成されるマスク２１を用いて熱伝導性グリス５を塗布すると、Ｘ方向における中央部では開口率が大きいため熱伝導性グリス５の塗布量が多くなり、両端部では開口率が小さいため塗布量が少なくなる。
【００２１】
以上のように、熱伝導性グリス５をマスク２１を用いてインバータケース３に塗布する一方で、図９に示すように、組み付けるパワーモジュール１をホットプレート等の加熱器２８により予め加熱しておく。
パワーモジュール１の加熱器２８による予熱は、放熱板１２面側からの加熱のみを行う。これにより、放熱板１２面側の熱膨張度合いが他面側の熱膨張度合いよりも大きくなり、パワーモジュール１のＸ方向には、放熱板１２面が凸となる反りが生じる。すなわち、Ｘ方向は予熱による反り形成方向といえる。
【００２２】
図１０に示すように、この予熱したパワーモジュール１を熱伝導性グリス５が塗布されたインバータケース３上に載置し、ボルト６にて締結して組み付ける。
このパワーモジュール１をインバータケース３上に載置して組み付ける場合は、次のように組み付けを行う。
【００２３】
つまり、図１１（ａ）に示すように、Ｘ方向においては、パワーモジュール１は放熱板１２面が凸となるように反っており、熱伝導性グリス５は中央部の塗布量が多くて厚くなっているため、載置されたパワーモジュール１は、中央部近辺に位置する支点Ｐにより支持されることとなる。この支点Ｐはパワーモジュール１にかかる熱伝導性グリス５の反力の支点である。
【００２４】
図１１（ｂ）に示すように、この状態からＸ方向における一端側（図１１（ｂ）では左端側）のボルト６を締めると、パワーモジュール１の支点Ｐが一端側へ移動し、パワーモジュール１の一端部が熱伝導性グリス５に密着して、他端部（図１１（ｂ）では左端部）が反りにより浮き上がった姿勢となる。
なお、一端側のボルト６は、他端側のボルト６を締める前に全て締めておく。
【００２５】
この状態からパワーモジュール１の他端部を押し下げてボルト６で締結すると、他端部を押し下げの押し下げ量に応じて支点Ｐが他端側に移動する。
支点Ｐが一端側から他端側へ移動する過程で熱伝導性グリス５を順次押し広げていくため、途中で気泡をかんだり空洞ができたりすることなく熱伝導性グリス５が一面に広がって、放熱板１２とインバータケース３とが密着する。
【００２６】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、パワーモジュール１をインバータケース３に組み付ける際には、パワーモジュール１は予熱されているので、その熱により熱伝導性グリス５が加熱されて粘度が低下するため、熱伝導性グリス５が広がり易くなる。
また、パワーモジュール１は予熱により放熱板１２面が凸となる反り形状となっているので、インバータケース３へ組み付けたとき、インバータケース３と放熱板１２との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
これにより、パワーモジュール１の放熱性を向上することができる。
【００２７】
さらに、マスク２１を部分開口型として、塗布領域２１ｃ内に熱伝導性グリス５の未塗布部分を形成するようにしているとともに、インバータケース３に塗布される熱伝導性グリス５の、中央部の塗布量に対する両端部の塗布量を少なくしているので、熱伝導性グリス５の広がり抵抗が低減して薄く広がり易くなるとともに、熱伝導性グリス５を全面に均一の厚さで塗布した場合のように、両端部で熱伝導性グリス５の反力を受けてパワーモジュール１が変形することもない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかるパワーモジュールを示す斜視図である。
【図２】同じくパワーモジュールを示す側面図である。
【図３】インバータケースに熱伝導性グリスを塗布するためのマスクを載置する様子を示す斜視図である。
【図４】マスクに熱伝導性グリスを滴下した様子を示す斜視図である。
【図５】マスクに滴下した熱伝導性グリスをスキージにより広げる様子を示す斜視図である。
【図６】熱伝導性グリスが塗布された状態のインバータケースを示す斜視図である。
【図７】マスクを示す平面図である。
【図８】マスクを示す側面断面図である。
【図９】加熱器によりパワーモジュールを予熱する様子を示す斜視である。
【図１０】パワーモジュールをインバータケースに組み付ける様子を示す斜視図である。
【図１１】パワーモジュールのインバータケースへの組み付け時における支点の移動の様子を示す側面図である。
【図１２】従来の組み付け方でパワーモジュールをインバータケースに組み付ける様子を示す側面図である。
【図１３】従来の組み付け方でパワーモジュールをインバータケースに組み付けた場合に生じるパワーモジュールの変形、及びその変形により発生する隙間を示す側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  パワーモジュール
３  インバータケース
５  熱伝導性グリス
１２  放熱板
２１  マスク
２１ａ  開口部
【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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