(57)【要約】【課題】フィンを内蔵した冷却器であり、天板と底板が確実にロウ付けされた冷却器を提供する。【解決手段】本明細書が開示する冷却器２は、筐体を構成する天板３と底板５を備える。天板３と底板５の一方の接合面に冷却器２の内外を繋ぐ溝７が設けられている。箱型の底板５の内部にはフィン４が備えられる。天板３と底板５とフィン４は、接着剤を使ってフラックスを付したロウ材を用いてロウ付けされている。溝７もロウ材で封止されている。ロウ付け炉内で加熱中、冷却器内部で接着剤から気化した発生した有機ガスは、溝７から外へ拡散し、冷却器内部で有機ガス濃度が高くなることが抑制される。有機ガスがフラックスに与える影響を抑制することができる。溝７は、有機ガスがある程度抜けた後にロウ材により封止される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器の筐体を構成する天板と底板であって天板と底板の接合面の一方に冷却器の内外を繋ぐ溝が設けられた天板と底板と、
冷却器の筐体内に取り付けられるフィンと、
を備える冷却器であり、
天板と底板とフィンは接着剤とフラックスを付したロウ材を用いてロウ付けされており、
前記溝もロウ材で封止されていることを特徴とする冷却器。
【請求項２】
前記溝は、フィンの延びる方向の延長に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
天板と底板の一方にフランジが設けられており、天板と底板はフランジ面で接合しており、当該フランジ面に前記溝が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却器。
【請求項４】
冷却器の筐体を構成する天板と底板であって天板と底板の接合面の一方に冷却器の内外を繋ぐ溝が設けられた天板と底板と、フィンとにロウ材を塗布する工程と、
接着剤を使ってロウ材にフラックスを付着させる工程と、
天板と底板とフィンを組み立てて炉に入れ、加熱してロウ付けする工程と、
を備えていることを特徴とする冷却器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、天板と底板で筐体を構成し内部にフィンが設置されている冷却器とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大出力のモータ用のインバータや電圧コンバータは、発熱量の大きいＩＧＢＴなどのパワー素子を有する。そのため、インバータや電圧コンバータは、パワー素子を冷却するための冷却器を備えることが多い。パワー素子を冷却するための冷却器は、少なくとも一方が箱型である天板と底板で筐体を構成し、内部にフィンが設置されただけの比較的に簡単な構造であることが多い。さらに、天板と底板は、ロウ付けにて接合されることが多い。冷却器のロウ付けに関する技術が、例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、天板と底板に位置合わせのための突起とその突起に嵌合する孔を設け、ロウ付け前の天板と底板の位置決めを容易とする技術が開示されている。特許文献２には、天板の接合面に凹部を設け、ロウ付け時に発生する応力を緩和し、天板の反りを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２６３１０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１４４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却器のロウ付けは、ロウ材を塗布して仮組みした冷却器を炉内で加熱し、ロウ材を溶かして接合する炉中ロウ付け方法が採用されることが多い。特許文献２にて言及されているノコロックロウ付けも炉中ロウ付けの一種である。ノコロックロウ付けは、フッ素化合物などを主成分とするフラックスと呼ばれる粉体をロウ材の表面に塗布し、仮組した対象物を不活性ガスの炉内で加熱する方法である。フラックスは、炉中での加熱により生じる酸化物を除去しロウ材を広がらせ、ロウの接着性を高める働きをする。
【０００６】
通常、母材表面にロウ材を塗布し、そのロウ材の表面にフラックスを塗布する。フラックスをロウ材表面に固着させるために接着剤（バインダ）を用いる。接着剤を使ってフラックスをロウ材に付着させて炉内で加熱すると、接着剤に含まれる有機系の物質がガス化する。その有機系のガス濃度が高いとフラックスを高融点化してしまうことがある。フラックスの融点がロウ材の融点に近くなるか、あるいはロウ材の融点を越してしまうとロウ付けの不良が生じやすくなる。炉内に開放されている母材をロウ付けする場合は、有機系ガスが炉内全体に散逸するためにあまり問題とはならない。
【０００７】
冷却器の狭い内部は液体又は気体の冷媒が通る流路となるため、冷媒が漏れないように、天板と底板の接合部は確実にロウ付けしなければならない。即ち、冷却器の内部の狭い空間でロウ付けが行われる。冷却器には冷媒の入口と出口が設けられるが、内部にフィンを配置すると、フィンに邪魔をされて冷媒の入口や出口から有機ガスが抜け難くなり、冷却器内の有機ガス濃度が高まってしまう。そうすると、前述した理由によりロウ付けの不良が生じやすくなる。本明細書が開示する技術は、フィンを内蔵した冷却器のロウ付けに適した技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
天板と底板は、少なくとも一方が箱型であり、箱型の枠と他方が接合して冷却器の筐体を構成する。天板と底体の接合部は冷媒が漏れないように確実にロウ付けしなければならない。それゆえ、通常は、天板と底板の双方の接合面は、隙間なく面接触するようにぴったりと合わさるように形成される。本明細書が開示する技術は、そのような従来の発想を転換し、接合面に意図的に隙間を設ける。炉内で加熱中、冷却器内部で発生した有機ガスはその隙間から外へ拡散し、冷却器内部で有機ガス濃度が高くなることが抑制される。フラックスはロウ材の溶融に先立って溶けて酸化物を除去するものであるため、通常はロウ材の融点よりも低い融点の接着剤が使われる。それゆえ、隙間の大きさを適切に選定すれば、接着剤が溶けてガス化し、そのガスが隙間からある程度抜けた後にロウ材が溶け、隙間を封止する。以上のとおり、天板と底板の接合面に意図的に隙間を設けることによって、接着材の有機ガスによるフラックスの高融点化を抑制し、かつ天板と底板の密着性も損なわないロウ付けが達成される。
【０００９】
本明細書が開示する技術は、一つには上記したロウ付けに適した冷却器を提供する。その冷却器は、天板と底板が確実にロウ付けされている。その冷却器は、冷却器の筐体を構成する天板と底板であってそれらの接合面の一方に冷却器の内外を繋ぐ溝が設けられた天板と底板と、フィンを備える。天板と底板の一方は箱型であり、内部にフィンを収容する。天板と底板とフィンは接着剤を使ってフラックスを付したロウ材を用いてロウ付けされており、上記の溝もロウ材で封止されている。上記の溝が、前述した隙間に相当する。そのような溝は、フィンの延びる方向の延長に設けられていることが好ましい。有機ガスが外へ逃げやすくなるからである。また、天板と底板の一方にフランジが設けられており、天板と底板はフランジ面で接合しており、当該フランジ面に上記の溝が設けられていることが好ましい。フランジ幅だけ溝が長くなり、ロウによる接合面の封止の確実性が向上する。なお、溝は、天板と底板の双方に設けられていてもよい。
【００１０】
本明細書が開示する技術は、また、冷却器の新規な製造方法も提供する。その方法は、冷却器の筐体を構成する天板と底板であって一方の接合面に冷却器の内外を繋ぐ溝が設けられた天板と底板と、フィンとにロウ材を塗布する工程と、接着剤を使ってロウ材にフラックスを付着させる工程と、天板と底板とフィンを組み立てて炉に入れ、加熱してロウ付けする工程を備えている。前述したように、加熱されている間、ガス化した有機成分は溝から外へ抜け、その後に溝はロウにより封止される。
【００１１】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】天板を外した状態の冷却器の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に実施例の冷却器２の斜視図を示す。図１は、天板３を外した状態を示している。冷却器２は、箱形の底板５と平板状の天板３で筐体を構成し、内部にフィン４を配置した構造である。箱型の底板５の一つの角部に冷媒供給口８が設けられており、冷媒供給口８の対角の位置に冷媒排出口９が設けられている。接合方法は後述するが、底板５に天板３を載せてロウ付けすると、冷媒供給口８と冷媒排出口９以外は密閉される。冷媒供給口８から供給された冷媒は、矢印Ａが示すように、フィン４の隙間をその長手方向に沿って流れ、反対側に位置する冷媒排出口９から排出される（矢印Ｂ参照）。使用状態では、ＩＧＢＴなどの素子を実装した半導体パッケージ９０が天板３の上に固定される。半導体パッケージに実装されるＩＧＢＴなどは、例えばモータに交流電流を供給するインバータのスイッチング回路を構成するトランジスタなど、発熱量の大きい素子である。
【００１４】
箱型の底板５には、向かい合う２辺にフランジ６が設けられており、そのフランジ面に、冷却器２の内外を繋ぐ複数の溝７が設けられている。図では理解し易いように、溝７を誇張して描いているが、溝７の幅、深さともに小さいものであり、幅、深さ共に１００μｍ〜１０００μｍ程度である。なお、溝７は、底板５に天板３を接合する際にロウ材により密閉される。
【００１５】
冷却器２の製造方法を説明する。天板３、底板５、及びフィン４はいずれもアルミ板をプレス加工して成形される。フィン４は、一枚のアルミ板を波型に加工した、いわゆるコルゲートフィンである。なお、冷媒供給口８と冷媒排出口９は最後に取り付けられる。プレス加工後、接合箇所にロウ材を塗布する。接合箇所は、底板５の枠の上面（フランジ面を含む）と、底板５の枠上面に対応する天板３の下面領域、及び、フィン４の波形の頂上と谷の下面である。ロウ材を塗布した後、有機系の接着剤（バインダ）を混ぜたフラックスをロウ材表面に塗布する。フラックスは、フッ化系化合物などを主成分とする粉体であり、溶解して母材の酸化膜を除去する物質である。ここで用いるフラックスは、非腐食性であることが好ましい。接着剤は、剥離しないようにフラックスをロウ材にしっかりと付着させるために用いる。ロウ材とフラックスを塗布した後、底板５にフィン４をセットし、天板３を載せて冷却器２を仮組みする。仮組みした冷却器を、不活性ガス（例えば窒素ガス）を満たした炉に入れ、加熱する。
【００１６】
５５０℃程度でフラックスをロウ材に繋ぎとめていた接着剤が蒸発し、有機系のガスが発生する。そのガスは、底板５のフランジ面に設けられた溝７を通って外部に放出される。ここで、溝７は、フィン４の延びる方向の延長に位置しているため、フィン４に沿って流れる有機系ガスは、その流れの方向に位置する溝７から勢いよく放出される。
【００１７】
５５０℃を越すと、フラックスが溶解し出し、酸化物を除去する。ここで、有機系ガスが底板内に多量に残っていると、フラックスが反応し、フラックスの融点が高くなる。即ち、フラックスが溶解する温度が高くなる。ロウ材の融点は６００℃程度であるから、フラックスの融点が６００℃を超えると、ロウ材の融点６００℃に達してもロウ材表面のフラックスが溶けないため、ロウ材も溶け難くなる。しかし、本実施例では、有機系ガスは溝７から外部へ放散されているため、有機ガスがフラックスの融点を高める効果は限定的となる。即ち、フラックスの融点はさほど上がらず、溶けて酸化物を除去する。それゆえ６００℃前後で予定通りにロウ材がスムーズに溶け出し、天板３、底板５、及びフィン４を相互に強く接合する。なお、フランジ面及び、これに対向する天板下面のロウ材が溶け出すと、溶けたロウ材が溝７に流れ込み、溝７を封止する。こうして、天板３、底板５、及び、フィン４が相互にロウ付けされ、底板５の枠上面（フランジ面含む）と天板３は、密閉される。最後に、冷媒供給口８と冷媒排出口９を取り付けて冷却器２が完成する。
【００１８】
実施例の冷却器２の利点を説明する。天板と底板で構成される筐体内に冷媒を通す冷却器では、従来は、冷媒が漏れることがないよう、天板と底板の接合面はできるだけ隙間がないことが良いとされてきた。実施例の冷却器２では、あえて、天板と底板の間に小さな隙間（溝７）を設ける。天板と底板をフラックスと接着剤とロウ材を用いてロウ付けする際、接着剤から発生する有機系ガスは、隙間（溝７）から外部へ放散する。それゆえ、有機系ガスがフラックスに与える影響を抑制することができ、フラックスは予定通り酸化物を除去し、ロウ付けがスムーズに行われる。隙間（溝７）は、ロウ材によって密封されるので、天板と底板の合わせ目の密封は確保される。特に、実施例の冷却器２では、底板５のフランジ上面に溝が形成されるので、溝７はロウで密封され易い。こうして、天板と底板とフィンのロウ付け確実に行われる。
【００１９】
実施例の技術に関する留意点を述べる。冷却器２は、ロウ付け時に有機ガスが溝７から抜けるので、これまでよりもロウ材を多めに使うことができる。ロウ材を多めに使うことで、フィンのフィレット（フィンと底板あるいは天板との接合部）を大きくすることができる。それゆえ、フィンと底板あるいは天板との熱伝達効率が向上し、冷却能力を高めることができる。
【００２０】
実施例の冷却器２では、底板が箱型形状であった。底板が平板状であり、天板が箱型であってもよい。あるいは、底板と天板が共に箱型であってもよい。実施例の底板５は、対向する２辺にフランジ６を有していた。フランジを備える方が好ましいが、フランジが無くともよい。溝７の数に制限はないが、多い方がよい。溝と溝の間隔は１０ｍｍ程度が好ましい。
【００２１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、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するものであり、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】
【００２２】
２：冷却器
３：天板
４：フィン
５：底板
６：フランジ
７：溝
８：冷媒供給口
９：冷媒排出口
９０：半導体パッケージ（冷却対象物）
【図１】
2013143415.tif 000003