(57)【要約】【課題】摩擦撹拌溶接によってケースにカバープレートが接合されており、カバープレートの上に冷却対象物を固定する冷却器において、摩擦撹拌接合により生じるバリの除去を不要とする冷却器を提供する。【解決手段】冷却器１０は、冷媒を流すためのケース６の開口部周囲上面７にカバープレート４が溶接されており、上面中央に発熱体９０が固定されたベースプレート２がカバープレート４の上に固定される。カバープレート４の上面の中央領域には、周囲領域に対して出っ張っている段丘部４ａが形成されている。周囲領域ではベースプレート２とカバープレート４との間に隙間Ｓｐが形成される。カバープレート４とケース開口部周囲上面７との摩擦撹拌接合部位Ｗは、隙間Ｓｐの下に位置している。また、ベースプレート２は、摩擦撹拌接合部位Ｗよりも外側でケース開口部周囲上面７にボルト１４で固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を流すためのケースの開口部周囲上面にカバープレートが溶接されており、上面中央に発熱体が固定されたベースプレートがカバープレートの上に固定される冷却器であり、
ベースプレートの下面とカバープレートの上面の一方は、中央領域が、中央領域を囲む周囲領域に対して出っ張っており、周囲領域ではベースプレートとカバープレートとの間に隙間が形成されており、カバープレートとケース開口部周囲上面との摩擦撹拌接合部位が前記隙間の下に位置しているとともに、ベースプレートが、摩擦撹拌接合部位よりも外側でケース開口部周囲上面にボルトで固定されている、
ことを特徴とする冷却器。
【請求項２】
ベースプレートの下面中央領域とカバープレート上面中央領域が、放熱グリスを介して接していることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器に関する。特に、発熱体（典型的にはパワートランジスタなどの半導体チップ）が固定されたプレート（ベースプレート）を上面に固定して発熱体を冷却する冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却器では、ケースにカバープレートを接合する際、冷媒が漏れないように、わずかな隙間もなく接合する必要がある。冷媒が漏れないようにカバープレートを接合する手法の一つとして、特許文献１には、ケース開口部周囲上面にカバープレートを、摩擦撹拌接合により周囲全体に亘って連続的に接合する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−６９５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
摩擦撹拌溶接は、回転するツールを部材に押し当て、摩擦熱によって部材を軟化・塑性流動させ、２つの部材を局所的に練り混ぜて接合する。そのため、回転するツールを押し当てた場所の周囲が盛り上がり、固化するといわゆるバリとなって残る。通常、カバープレートの上に冷却対象物を載せることが多いが、そうするとバリが邪魔である。特許文献１では、摩擦撹拌溶接の後にバリを除去する工程が示されている。本明細書は、摩擦撹拌溶接によってケースにカバープレートを接合し、カバープレートの上に冷却対象物を固定する冷却器において、バリ除去を不要とする冷却器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が提供する冷却器は、冷媒を流すためのケースの開口部周囲上面にカバープレートが溶接されており、上面中央に発熱体が固定されたベースプレートがカバープレートの上に固定される冷却器である。即ち、この冷却器は、発熱体が固定されたプレート（ベースプレート）を上面に固定して発熱体を冷却するのに適している。この冷却器では、ベースプレートの下面とカバープレートの上面の一方において、中央領域が、中央領域を囲む周囲領域に対して出っ張っている。別言すれば、中央領域に、周囲領域の面よりも一段高い段丘部が形成されている。段丘部があるため、カバープレートの上にベースプレートを重ねると、中央領域ではベースプレートの下面とカバープレートの上面が接するが、周囲領域ではベースプレートとカバープレートの間に隙間が形成される。そして、カバープレートとケース開口部周囲上面との摩擦撹拌接合部位が上記の隙間の下に位置する。さらに、ベースプレートが、摩擦撹拌接合部位よりも外側でケース開口部周囲上面にボルトで固定されている。なお、カバープレートとケース開口部周囲上面との摩擦撹拌接合部位は上記隙間の下に位置しているが、製造工程としては、ベースプレートを載せて隙間を形成した後に溶接する必要はなく、先にカバープレートとケース開口部周囲上面を溶接した後にベースプレートを取り付ければよい。
【０００６】
上記の構成によると、摩擦撹拌部位の上には隙間が確保される。そのため、摩擦撹拌溶接によって発生するバリが残っていても、カバープレートとベースプレートの中央領域同士の接触には影響を及ぼさないから、バリを除去する必要がない。
【０００７】
上記の冷却器はさらに、ベースプレートの下面中央領域とカバープレート上面中央領域が、放熱グリスを介して接していてもよい。放熱グリスを塗布した後ベースプレートとカバープレートを重ねると、余分な放熱グリスが中央部から隙間へとはみ出すが、隙間があるので、そのさらに外側には広がらず、摩擦撹拌接合部位よりも外側のボルト締結部へ放熱グリスが侵入することを防止できる。即ち、放熱グリスによってボルトが緩み易くなることがない。なおここで「摩擦撹拌接合部位よりも外側」とは、ケースを平面視したときの「外側」を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の冷却器の分解斜視図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である（完成品）。
【図３】変形例の冷却器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面を参照して実施例の冷却器１０を説明する。図１は、冷却器１０の分解斜視図である。図２は、図１におけるII−II線における断面図である。但し、図２は、完成品における断面図である。
【００１０】
冷却器１０は、半導体チップ９０（発熱体）を冷却するための装置である。冷却器１０は、冷媒を流すケース６、ケースの開口を封止するカバープレート４、及び、上面に半導体チップ９０を固定し、下面にてカバープレート４に接するベースプレート２を備える。ケース６の側面には、冷媒の供給口８ａと排出口８ｂが設けられている。図２に示すように、カバープレート４の裏面には、半導体チップ９０の熱の拡散を促進する複数のフィン４ｂが設けられている。ケース６、カバープレート４、及び、ベースプレート２は、アルミ、あるいは銅などの熱伝導率の高い素材で作られる。
【００１１】
ケースの開口部周囲上面７には、開口周囲に沿って一巡する段差が２重に設けられている。最外側の平面７ａの内側に一段低い第１段差７ｂが形成されており、さらにその内側に一段低い第２段差７ｃが形成されている。カバープレート４は、ケースの開口部周囲上面７の最内側の縁に沿って一巡する第２段差７ｃにちょうど収まる大きさである。カバープレート４は、第２段差７ｃに嵌められたのち、開口を一巡するように周囲を摩擦撹拌溶接により接合される。図２の符号Ｗが示す箇所が摩擦撹拌接合部である。図１は分解図であるので摩擦撹拌接合部位は図示されていない。
【００１２】
カバープレート４の上面の中央に、周囲よりも一段高い段丘部４ａが形成されている。以下、段丘部４ａが形成されている領域を中央領域と称し、段丘部４ａの周囲を周囲領域と称する。別言すれば、カバープレート４の上面の中央領域は、周囲領域に対して出っ張っている。周囲領域は、中央領域の周囲を一巡している。なお、「周囲領域」という呼称は、カバープレート４に対してだけでなく、ベースプレート２に対しても用いる。即ち、カバープレート４とベースプレート２を重ねた際、段丘部４ａのエッジよりも内側を「中央領域」と称し外側を「周囲領域」と称する。
【００１３】
段丘部４ａによって、カバープレート４の上にベースプレート２を重ねると、中央領域で両者は接するが、周囲領域（ただし、開口部周囲上面７の第１段差７ｂにおいて）では両者の間に隙間Ｓｐが確保される。図２に示すように、摩擦撹拌接合部Ｗは、隙間Ｓｐの下に位置する。摩擦撹拌接合部Ｗの両側には、溶接時に生じたバリＢが残っているが、隙間Ｓｐがあるため、バリＢは、ベースプレート２の裏面に届いておらず、バリＢは冷却器１０の性能に何ら影響を与えない。従ってバリＢを削除する必要がない。なお、隙間Ｓｐの高さＤ、想定されるバリＢの高さ以上に設定される。隙間Ｓｐの高さＤは、概ね段丘４ａの高さに等しい。ただし、厳密には、隙間Ｓｐの高さＤは、段丘部４ａの高さに、放熱グリスＧ（後述）の望ましい厚みを加えた値となる。
【００１４】
ベースプレート２の大きさは、ケース６の外形とほぼ同じである。また、ケースの開口部周囲上面７の最外側の平面７ａは、上記隙間Ｓｐの下側境界を形成する第１段差７ｂよりも一段高い。段差の高さは、カバープレート４に設けられた段丘部４ａの高さと同じである。即ち、最外側の平面７ａとベースプレート２の下面も接する。ベースプレート２は、開口部周囲上面７（最外側の平面７ａ）においてボルト１４でケース６に固定される。なお、図１の符号２ａはベースプレート２に設けられたボルト貫通孔を示しており、符号６ａはケース６の開口部周囲上面７の最外側平面７ａに設けられたボルト螺合孔を示している。本実施例では、ベースプレート２は、開口部周囲上面の６箇所でボルト止めされる。図２に示されているように、また、図１から明らかなように、ベースプレート２は、摩擦撹拌接合部位Ｗよりも外側でボルト１４によってケース６に固定される。
【００１５】
ベースプレート２の下面中央領域とカバープレート４の上面中央領域は放熱グリスＧを介して接している。放熱グリスＧを塗布した後にベースプレート２とカバープレート４を重ねると、余分な放熱グリスＧが脇からはみ出す。このとき中央領域の外側には隙間Ｓｐがあるため、放熱グリスＧはその隙間Ｓｐに溜まり、外側に広がることがない。図２に示すように、放熱グリスＧは隙間Ｓｐの内側に留まり、外側、即ち、ボルト１４まで達することがない。グリスは螺合を緩め易くするが、放熱グリスＧはボルト１４に届かないのでカバープレート４を固定しているボルト１４の螺合が緩み易くなることはない。特に、隙間Ｓｐの下側境界を形成する第２段差７ｂよりも、螺合孔６ａが形成されている平面７ａの方が高い位置にあるので、放熱グリスＧが隙間Ｓｐの外側まで達しても、隙間Ｓｐ全体が埋まるほど多量の放熱グリスＧがないかぎり、放熱グリスＧがボルト１４に達することはない。
【００１６】
上記実施例の変形例を説明する。図３は、変形例の冷却器１１０の断面図である。図３の断面は、図２の断面に対応する。上記実施例の冷却器１０では、カバープレート４の上面中央領域に段丘部４ａが形成されており、ベースプレート２の下面はフラットであった。これとは逆に、変形例の冷却器１１０では、ベースプレート１０２の下面に段丘部１０２ａが形成されており、カバープレート１０４の上面はフラットである。その他の部品は冷却器１０と同じである。ベースプレート１０２とカバープレート１０４の組み合わせでも、冷却器１０と同じ作用効果を得ることができるのは明らかである。即ち、本明細書が開示する技術では、ベースプレートの下面とカバープレートの上面のいずれか一方において、周囲領域よりも中央領域が出っ張っていればよい。さらに別言すれば、ベースプレートの下面とカバープレートの上面のいずれか一方に、周囲領域よりも一段高い段丘部が設けられていればよい。もちろん、ベースプレート下面中央領域とカバープレート上面竜王領域の双方に段丘が設けられていてもよい。
【００１７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００１８】
２：ベースプレート
４：カバープレート
６：ケース
７：開口部周囲上面
１４：ボルト
Ｗ：摩擦撹拌接合部
Ｇ：放熱グリス
【図１】
2013045782.tif 000003
【図２】
2013045782.tif 000004
【図３】
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