(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない電子部品のケース。
【請求項２】
アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない電子部品のケースの製造方法において、
底部内面に凹部が形成された成形型を使用し、前記凹部に非金属性無機物質の分散材又は該分散材が所定形状に賦形されたプリフォームを収容し、その状態で成形型にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す電子部品のケースの製造方法。
【請求項３】
アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない電子部品のケースの製造方法において、
成形型内に非金属性無機物質の分散材が所定形状に賦形されたプリフォームをセットし、その状態で成形型にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す電子部品のケースの製造方法。
【請求項４】
前記成形型に製品の冷却通路を形成するための中子をセットした状態で、成形型内にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込む請求項２又は請求項３に記載の電子部品のケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品のケース及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーモジュールの構成としては、図５に示す構成が一般的である。即ち、ケース（ハウジング）を構成するアルミニウムベース４１の上に放熱板４２が図示しないネジ（ボルト）により固定され、放熱板４２上には両面に金属層４３ａが形成された絶縁基板４３が半田４４を介して固定されている。そして、絶縁基板４３の金属層４３ａ上に半田４５を介して半導体装置等の電子部品４６が実装されている。絶縁基板４３は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で形成されている。放熱板４２は金属マトリックス相にセラミックスを分散させた金属基複合材料、例えばＳｉＣ粒子をアルミニウム基材に分散させたものが使用されている。また、放熱板４２とアルミニウムベース４１との間には、アルミニウムベース４１あるいは放熱板４２の表面の凹凸を埋めるためグリース層４７が介在されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記グリース層４７は空気層に比較して熱伝導率は良いが、金属等に比較すると熱伝導率が小さく、モジュール全体の熱抵抗を増加させている。その結果、半導体装置等の大電流化や小型化の障害となっている。
【０００４】
本発明は前記の従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は放熱板（ヒートシンク）と、放熱板が固定されるアルミニウムベース（アルミニウムケース）との間にグリース層を設けずに、放熱板からアルミニウムベースへの熱伝導が良好に行われる電子部品のケースを提供することにある。また、第２の目的はその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明では、アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない。なお、アルミニウム系金属とはアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
【０００６】
この発明では、放熱板を構成する金属基複合材料（以下、単に複合材料と称す）のマトリックス金属が、ケースのアルミニウム系金属と直接接合されている。その結果、放熱板とケースとの間にグリース層が存在した従来の構成に比較して、放熱板からケースへの熱伝導が良好に行われる。また、放熱板をケースに取り付けるネジ等の部品が不要になる。
【０００７】
また、冷却通路に冷却媒体を流すことにより冷却機能が向上する。
【０００８】
第２の目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない電子部品のケースの製造方法において、底部内面に凹部が形成された成形型を使用し、前記凹部に非金属性無機物質の分散材又は該分散材が所定形状に賦形されたプリフォームを収容し、その状態で成形型にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す。
【０００９】
この発明の製造方法では、成形型の底部内面に形成された凹部に分散材がそのまま、又は分散材が所定形状に賦形されたプリフォームが収容された状態で、溶融状態のアルミニウム系金属が加圧状態で鋳込まれる。従って、分散材をプリフォームとせずに粉末あるいは繊維の状態で凹部に収容（充填）して、溶融金属を鋳込んでも、成形型から取り出された製品としてのアルミニウム系金属ケース本体には、複合材料製の放熱板が成形型の凹部と対応する箇所において露出する状態で鋳込まれる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、アルミニウム系金属ケースに、金属基複合材料製の放熱板が、少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれ、前記金属ケースは筒状体を備え、該筒状体の中空部により冷却通路が構成され、前記放熱板は前記冷却通路の長手方向に沿って前記金属ケースに鋳込まれており、前記筒状体を構成する壁のうち前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向と交差する方向の両端に、前記放熱板の長手方向と平行に側壁が突設されるとともに、前記放熱板が鋳込まれている壁における前記放熱板の長手方向の一端には側壁がない電子部品のケースの製造方法において、成形型内に非金属性無機物質の分散材が所定形状に賦形されたプリフォームをセットし、その状態で成形型にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す。この発明では、分散材は所定形状に賦形されたプリフォームの状態で成形型にセットされる。従って、成形型に分散材を所定位置に保持する凹部を形成する必要はない。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項２又は請求項３に記載の発明において、前記成形型に製品の冷却通路を形成するための中子をセットした状態で、成形型内にアルミニウム系金属を溶融したものを加圧状態で鋳込む。従って、この発明の方法では、冷却媒体を流すために製品に設けられる冷却通路を簡単に製造できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
図１は電子部品のケースの模式斜視図である。ケース１は四角筒状体２と、その幅広の一方の壁２ａの外面に平行に突設された一対の側壁３とを備えている。四角筒状体２の中空部は冷却通路４を構成する。ケース１はアルミニウム系金属（この実施の形態ではアルミニウム合金）で形成されている。
【００１３】
壁２ａには冷却通路４と反対側の面に複合材料製の放熱板５が、一面が露出する状態で鋳込まれている。即ち、放熱板５は壁２ａと一平面を成す状態で鋳込まれている。放熱板５はマトリックス相６ａと分散相６ｂで構成され、マトリックス相６ａがケース１を構成する金属と同じ金属で構成され、分散相６ｂがマトリックス相６ａの金属より熱膨張率の小さい材質製の微粒子で構成されている。この実施の形態ではでマトリックス相６ａにはアルミニウム合金が使用されている。
【００１４】
分散相６ｂの材質としては炭化ケイ素（ＳｉＣ）と同程度の熱伝導率及び熱膨張率を有するセラミックスが使用されている。この実施の形態では分散相６ｂとしてＳｉＣの粉末が使用されている。分散相６ｂの粒度や充填量は、複合材料に要求される特性（物性）に応じて設定されるが、この実施の形態ではＳｉＣ粉末として粒子径が１０μｍのものと１００μｍのものとの混合物が使用されている。
【００１５】
次に前記のように構成されたケース１の製造方法を図２に基づいて説明する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、成形型７には四角柱状のキャビティー７ａとそれに連続する一対の溝部７ｂが形成されている。図２（ａ）に示すように、成形型７の底部に放熱板５に対応する所定形状に賦形された分散材から成るプリフォーム８がセットされる。また、成形型７内の所定位置に、製品の冷却通路４を形成するための中子９がセットされる。
【００１６】
プリフォーム８は、例えばＳｉＣ粉末に、無機バインダーを加えて混合し、その混合物を成形し、得られた成形物を焼成することにより形成される。
次に溶融状態のアルミニウム合金１０が成形型７内に加圧状態で注入される。キャビティー７ａ内に注入された溶融状態のアルミニウム合金１０はプリフォーム８を構成する微粒子の隙間に侵入し、複合材料が形成される。所定量のアルミニウム合金１０が成形型７内に注入された後、押湯圧としてダイカスト成形と同程度の圧力（例えば、数十ＭＰａ〜百ＭＰａ）が加えられ、図２（ｂ）に示すように、放熱板５が一面が露出する状態で鋳込まれた状態となる。所定時間経過後、成形型７が冷却されてアルミニウム合金１０が凝固、冷却される。その後、ケース１が成形型７から取り出される。
【００１７】
このようにして製造されたケース１には、放熱板５上に従来のモジュールと同様に、絶縁基板を介して電子部品が搭載（実装）される。そして、モジュールの使用時には冷却通路４に水、空気等の冷却媒体が流通される。
【００１８】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（１）  アルミニウム合金製のケース１に、複合材料製の放熱板５が一面が露出する状態で鋳込まれている。従って、放熱板５を構成する複合材料のマトリックス金属が、ケース１のアルミニウム合金１０と直接接合され、放熱板とケースとの間にグリース層が存在した従来の構成に比較して、放熱板５からケース１への熱伝導が良好に行われる。その結果、放熱板５に取り付けられる電子部品の大電流化、小型化が可能になる。また、放熱板５をケース１に取り付けるネジ等の部品が不要になり、組み付け工数も低減する。
【００１９】
（２）  ケース１には冷却通路４が形成されている。従って、冷却通路４に冷却媒体を流すことにより冷却機能が向上し、放熱板５に取り付けられる電子部品の大電流化、小型化に寄与する。また、冷却機能が向上するため、フィンを設けなくてもよくなり、モジュール全体の小型化が可能になる。
【００２０】
（３）  冷却通路４が放熱板５の幅より広く形成されているため、冷却通路４が放熱板５の幅より狭く形成された場合に比較して、放熱板５の冷却効率が向上する。
【００２１】
（４）  放熱板５を構成する複合材料のマトリックス相６ａには、ケース１を構成する金属と同じものが使用されている。従って、ケース１を鋳造する際に、複合材料を同時に形成することができ、複合材料のマトリックス相６ａにケース１を構成する金属と別のものを使用する場合に比較して、製造が簡単になる。また、放熱板５とケース１との接合面での伝熱抵抗が小さくなる。
【００２２】
（５）  放熱板５を構成する複合材料のマトリックス相６ａとして、アルミニウム合金が使用されているため、軽量で必要な熱伝導性を確保できる。
（６）  ケース１を製造する際、分散材として所定形状に賦形されたプリフォーム８を使用するため、分散材を粉末（粒子）の状態又はバラバラの繊維の状態で成形型７内に収容して、その状態で成形型７に溶融金属を注入する方法に比較して、分散材を所定の位置に保持するのが容易になり製造が簡単になる。
【００２３】
（７）  成形型７に製品の冷却通路４を形成するための中子９をセットした状態で、成形型７内に溶融金属を鋳込むことにより冷却通路４が形成されるため、冷却通路４を簡単に製造できる。
【００２４】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○  冷却通路４は放熱板５の幅より大きな幅に形成する必要はなく、例えば図３に示すように、放熱板５と同じ幅に形成したり、放熱板５より幅狭に形成してもよい。
【００２５】
○  冷却通路４の形状は直線状に限らず、例えばケース１の一端で折り返すほぼＵ字状に形成してもよい。この場合、冷却媒体の供給配管や排出配管を冷却通路４に接続する構成や、配管の取り回しが簡単になる。
【００２６】
○  冷却通路４を省略してもよい。
○  ケース１を製造する際、プリフォーム８を使用せずに、分散材１１としてのセラミックス粉末や繊維を直接成形型７内に収容した状態で製造してもよい。但し、分散材１１を成形型７の平坦な面上に配置したのでは、溶融金属が成形型７内に注入された際に分散材１１が飛散したり、位置がずれたりする虞がある。従って、図４に示すように、底部内面に凹部７ｃが形成された成形型７を使用し、凹部７ｃに分散材１１を収容し、その状態で成形型にアルミニウム合金１０を溶融したものを加圧状態で鋳込み、溶融金属の固化後に成形型から取り出す。この製造方法では予めプリフォーム８を形成する必要がないため、製造工程数が少なくなり、製造が簡単になる。
【００２７】
○  プリフォーム８を使用する場合に凹部７ｃを有する成形型７を使用し、凹部７ｃにプリフォーム８を配置した状態で、ケース１を製造してもよい。
○  放熱板５は少なくとも一面が露出する状態で鋳込まれていればよく、壁２ａと一平面を成す状態で鋳込まれる構成に限らず、放熱板５の一部が壁２ａから突出する構成でもよい。この構成のケース１は、前記のように凹部７ｃを備えた成形型７を使用し、凹部７ｃに分散材１１又はプリフォーム８を配置した状態で溶融金属の注入を行うことで製造される。
【００２８】
○  放熱板５を構成する複合材料のマトリックス相６ａの金属は、必ずしもケース１の金属と同じでなくても、ケイ素を含むアルミニウムと同程度以上の熱伝導率を有するものであればよく、他の金属例えば銅を使用してもよい。この場合は予め製造した放熱板５を成形型７にセットして溶融金属を注入することでケース１が製造される。
【００２９】
○  分散相６ｂは炭化ケイ素の微粒子に限らず、熱伝導率のよい他のセラミックス、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ2)や、非金属無機物質、例えば炭素（グラファイト）の微粒子や繊維を使用してもよい。
【００３０】
○  成形型７に溶融金属を加圧状態で含浸させた後、押湯圧としてダイカスト成形と同程度の圧力（例えば、数十ＭＰａ〜百ＭＰａ）を加えるのを省略してもよい。即ち、高圧鋳造ではなく、溶融金属の自重又は自重＋２０ｋＰａ程度の加圧状態で含浸させた後、冷却してケース１を形成する。
【００３１】
○  放熱板５を複数鋳込んでもよい。
○  ケース１の鋳造を高圧鋳造ではなく、ダイカスト成形としてもよい。
前記実施の形態から把握される発明（技術思想）について、以下に記載する。
【００３２】
（１）  前記放熱板を構成する複合材料のマトリックス相はケースの材質と同じである。
（２）  前記プリフォームはセラミック粉末とバインダーとの混合物を焼成して形成されている。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、放熱板と、放熱板が固定されるアルミニウムケースとの間にグリース層を設けずに、放熱板からケースへの熱伝導が良好に行われる。また、請求項２〜請求項４に記載の発明によれば、前記ケースを容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施の形態のケースの模式斜視図。
【図２】  （ａ）は成形型にプリフォームと中子をセットした状態の模式断面図、（ｂ）は溶融金属が注入された後の模式断面図。
【図３】  別の実施の形態のケースの模式断面図。
【図４】  別の実施の形態の製造方法を示す模式断面図。
【図５】  従来技術のモジュールの模式断面図。
【符号の説明】
１…ケース、４…冷却通路、５…放熱板、６ａ…マトリックス相、６ｂ…分散相、７…成形型、８…プリフォーム、９…中子。
【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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