(57)【要約】【課題】厚みを低減し易い構造を有する冷却部材を提供する。【解決手段】冷却部材１０は、パワーモジュール２０と冷却器３０との間に設けられる。冷却部材１０は、シート部材１１ｘを備える。シート部材１１ｘは、金属１１が屈曲して構成される。金属１１の断面の形状は、シート状である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールと当該パワーモジュールを冷却するための冷却器との間に設けられる冷却部材であって、
長尺状の金属が屈曲して構成されるシート状の部材であるシート部材と、
前記シート部材の隙間を充填する樹脂とを備え、
前記金属の断面の形状は、シート状である
冷却部材。
【請求項２】
前記金属の厚さは、５μｍから１０μｍまでの範囲内の値である
請求項１に記載の冷却部材。
【請求項３】
前記金属は、アルミニウム、銀および銅のいずれかからなる
請求項１または２に記載の冷却部材。
【請求項４】
前記金属は、材料としてのアルミニウム、銀および銅のうちの少なくとも２つの当該材料からなる合金である
請求項１または２に記載の冷却部材。
【請求項５】
前記樹脂の複素弾性率は、１×１０３（Ｎ／ｍ２）から１×１０５（Ｎ／ｍ２）までの範囲内の値である
請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却部材。
【請求項６】
前記樹脂は、粘着性を有する
請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却部材。
【請求項７】
前記樹脂は、フィラーを含み、
前記フィラーは、材料としての窒化アルミニウム、窒化ホウ素、シリコンナイトライド、炭化ケイ素、アルミナおよびダイヤモンドのうちの少なくとも１つの当該材料からなる
請求項１から６のいずれか１項に記載の冷却部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールと冷却器との間に設けられる冷却部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーモジュールの低コスト化のため、当該パワーモジュールに含まれる、半導体チップが搭載される領域の面積が、より小さくなってきている。すなわち、半導体チップが高密度に組み込まれるようになってきている。それに伴い、半導体チップの放熱対策は益々重要となっている。そのため、放熱対策のために用いられる放熱部材には低熱抵抗化の要求が高まっている。
【０００３】
パワーモジュールでは、半導体チップの発熱による温度上昇のため、当該半導体チップの性能が低下するという問題が発生する場合がある。また、半導体チップの発熱により、当該半導体チップを搭載したパワーモジュール（装置）が故障するという問題が発生する場合もある。従来から、パワーモジュールと冷却器（ヒートシンク）との間には、冷却部材が設けられている。当該冷却部材は、例えば、シリコーン系放熱シート、放熱グリース等である。
【０００４】
シリコーン系放熱シートは、一般的に、界面の熱抵抗が大きい。また、シリコーン系放熱シートが実際に装着された状況において、当該シリコーン系放熱シート自身の熱伝導率の割に、放熱性が優れていない場合が多かった。
【０００５】
特許文献１では、冷却部材として、放熱性の優れたシリコーン系放熱シートが開示されている。具体的には、特許文献１に開示されているシリコーン系放熱シート（以下、「シリコーン系放熱シートＪ１」ともいう）は、硬度が低く、柔軟性のあるシリコーンゴムで構成されている。しかしながら、シリコーン系放熱シートＪ１は、柔軟性があるため、ハンドリング性が劣る。また、シリコーン系放熱シートＪ１は、放熱性の向上に効果的な薄膜化が困難である。そのため、シリコーン系放熱シートＪ１は、放熱性の向上に限界があった。
【０００６】
また、特許文献２では、冷却部材として、放熱フィン等に密着することが可能であり、かつ、熱抵抗が低い特徴を有する放熱グリース（以下、「放熱グリースＪ２」ともいう）が開示されている。しかしながら、放熱グリースＪ２は、流動性を有するため、他の部品を汚してしまうという問題点がある。また、放熱グリースＪ２は、長時間において使用された場合、当該放熱グリースＪ２がポンプアウトするという問題点がある。
【０００７】
特許文献３には、上記のシリコーン系放熱シートＪ１および放熱グリースＪ２の問題点を解決する冷却部材として、金属線を使用した放熱体（以下、「放熱体Ｊ３」ともいう）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１５５５１７号公報
【特許文献２】特開平１０−１１０１７９号公報
【特許文献３】特開平５−２９９５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、冷却部材は、当該冷却部材の熱抵抗を小さくするために、当該冷却部材の厚みが小さいことが望まれる。しかしながら、放熱体Ｊ３で使用される金属線の断面の形状は、円である。そのため、鋭角を構成するように、放熱体Ｊ３の金属線を屈曲させることは困難である。したがって、放熱体Ｊ３は、当該放熱体Ｊ３の厚みを低減しにくいという問題点がある。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、厚みを低減し易い構造を有する冷却部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却部材は、パワーモジュールと当該パワーモジュールを冷却するための冷却器との間に設けられる。前記冷却部材は、長尺状の金属が屈曲して構成されるシート状の部材であるシート部材と、前記シート部材の隙間を充填する樹脂とを備え、前記金属の断面の形状は、シート状である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却部材は、パワーモジュールと冷却器との間に設けられる。冷却部材は、シート部材を備える。シート部材は、金属が屈曲して構成される。前記金属の断面の形状は、シート状である。すなわち、金属は、鋭角を構成するように、当該金属を屈曲させることが可能な構成を有する。
【００１３】
これにより、冷却部材の厚みを低減し易い構造を有する当該冷却部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールユニットの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る冷却部材の一部を拡大した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る冷却部材の一部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１６】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールユニット１００の構成を示す断面図である。図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の各々も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。
【００１８】
また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。
【００１９】
図１を参照して、パワーモジュールユニット１００は、パワーモジュール２０と、冷却部材１０と、冷却器３０とを含む。
【００２０】
パワーモジュール２０は、例えば、産業機器、民生機器のモータ制御等に使用される。パワーモジュール２０は、家庭用の電圧（例えば、１００Ｖ）よりも非常に高い電圧で駆動するモジュールである。駆動中のパワーモジュール２０は、熱を発する。なお、パワーモジュール２０の詳細な構成については後述する。
【００２１】
冷却器３０は、パワーモジュール２０を冷却するための部材である。冷却器３０は、例えば、ヒートシンクである。
【００２２】
冷却部材１０は、パワーモジュール２０と冷却器３０との間に設けられる。具体的には、冷却部材１０は、パワーモジュール２０と冷却器３０とに接するように、パワーモジュール２０と冷却器３０との間に設けられる。なお、冷却部材１０の詳細な構成については後述する。
【００２３】
次に、パワーモジュール２０の詳細な構成について説明する。パワーモジュール２０は、ベース板２１と、セラミック基板２２と、筐体２３と、蓋２５と、封止樹脂２６と、パワーチップ２８と、電極２７とを備える。
【００２４】
ベース板２１は、主面２１ａと、放熱面２１ｂとを有する。ベース板２１は、パワーモジュール２０が発する熱を、放熱面２１ｂへ伝達する機能を有する。
【００２５】
ベース板２１の主面２１ａ上には、セラミック基板２２および筐体２３が設けられる。セラミック基板２２は、絶縁性および熱伝導性に優れた基板である。セラミック基板２２は、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＳｉＮ（シリコンナイトライド）、アルミナ等により構成される。
【００２６】
セラミック基板２２上には、接着剤（図示せず）により、半導体チップであるパワーチップ２８が固定されている。筐体２３は、セラミック基板２２およびパワーチップ２８等を収容するように構成される。また、筐体２３には、電極２７が固定されている。パワーチップ２８は、ワイヤー２４等により、電極２７と電気的に接続されている。
【００２７】
封止樹脂２６は、セラミック基板２２、パワーチップ２８およびワイヤー２４等を封止する。蓋２５は、封止樹脂２６を覆うように設けられる。
【００２８】
冷却器３０は、冷却部材１０を介して、パワーモジュール２０の放熱面２１ｂと熱的に結合される。これにより、パワーモジュール２０が発した熱は、冷却部材１０を介して、冷却器３０へ伝達される。そして、冷却器３０へ伝達された熱は、当該冷却器３０により、冷却される。
【００２９】
次に、冷却部材１０の詳細な構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る冷却部材１０の一部を拡大した断面図である。図２を参照して、冷却部材１０の形状は、シート状である。冷却部材１０は、ＸＹ面と平行である。冷却部材１０は、シート部材１１ｘと、樹脂１２とを備える。
【００３０】
シート部材１１ｘは、シート状の部材である。シート部材１１ｘは、長尺状の金属１１により構成される。具体的には、シート部材１１ｘは、長尺状の金属１１が屈曲して構成される。なお、シート部材１１ｘは、金属１１が屈曲して構成されたものであるため、シート部材１１ｘには、隙間が存在する。すなわち、シート部材１１ｘは、隙間が発生するように、長尺状の金属１１が屈曲して構成される。
【００３１】
なお、図２では、図を見やすくするために、シート部材１１ｘにおける金属１１自体の間隔を、実際よりも広く示している。実際には、シート部材１１ｘにおける金属１１自体の間隔は、非常に狭い。
【００３２】
樹脂１２は、シート部材１１ｘの隙間を充填する。樹脂１２は、低弾性率の樹脂である。具体的には、樹脂１２の複素弾性率は、１×１０３（Ｎ／ｍ２）から１×１０５（Ｎ／ｍ２）までの範囲内の値である。当該Ｎはニュートンである。
【００３３】
また、樹脂１２は、粘着性を有する。なお、樹脂１２は、粘着性を有さなくてもよい。
【００３４】
また、金属１１は、高い熱伝導率を有する材料で構成される。具体的には、金属１１は、例えば、アルミニウム、銀および銅のいずれかからなる。なお、金属１１は、合金であってもよい。具体的には、金属１１は、例えば、材料としてのアルミニウム、銀および銅のうちの少なくとも２つの当該材料からなる合金であってもよい。金属１１は、例えば、アルミニウムおよび銀の合金であってもよい。
【００３５】
また、金属１１は、鋭角を構成するように、当該金属１１を屈曲させることが可能な構成を有する。具体的には、金属１１の断面の形状は、シート状（板状）である。そのため、シート状の金属１１は、平面部を有する。金属１１は、当該平面部の表面が対向するように、屈曲する。すなわち、鋭角を構成するように、金属１１を屈曲させることは容易である。したがって、冷却部材１０は、シート部材１１ｘ（冷却部材１０）の厚みを低減し易い構造を有する。
【００３６】
また、金属１１の厚さは、５μｍから１０μｍまでの範囲内の値である。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷却部材１０は、パワーモジュール２０と冷却器３０との間に設けられる。冷却部材１０は、シート部材１１ｘを備える。シート部材１１ｘは、金属１１が屈曲して構成される。金属１１の断面の形状は、シート状である。すなわち、金属１１は、鋭角を構成するように、当該金属１１を屈曲させることが可能な構成を有する。
【００３８】
これにより、冷却部材１０の厚みを低減し易い構造を有する当該冷却部材１０を提供することができる。また、冷却部材１０の薄型化により、当該冷却部材１０の熱抵抗を低減することができる。したがって、冷却部材１０を含むパワーモジュールユニット１００の放熱性の向上と、パワーモジュールユニット１００の小型化とを実現することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、冷却部材１０で使用される金属１１は、高い熱伝導率を有する材料で構成される。これにより、冷却部材１０の熱抵抗の低減が可能となる。
【００４０】
また、本実施の形態では、冷却部材１０に含まれる樹脂１２は、低弾性率の樹脂である。また、樹脂１２は、粘着性を有する。これにより、冷却部材１０を接着する対象物（パワーモジュール２０、冷却器３０）の凹凸に追従することができ、接着の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、冷却部材１０で使用される金属１１の断面の形状は、シート状（板状）である。これにより、金属１１が屈曲した状況において、当該金属１１同士が接触する領域を大きくすることができる。そのため、更なる熱抵抗の低減が可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態の冷却部材１０では、通常のグリースのように、フィラーを使用するのではなく、金属が使用される。これにより、冷却部材１０は、通常のグリースよりも、高い熱伝導率を有する。また、冷却部材１０は、薄型化が容易である。また、冷却部材１０は、金属１１を使用して構成される。そのため、冷却部材１０は、高い強度を有する。したがって、冷却部材１０は、当該冷却部材１０を扱う際の作業性に優れる。また、冷却部材１０に含まれる金属１１は、フィラーのように脱落することがないため、高い信頼性を確保することができる。
【００４３】
なお、冷却部材を、フィラーを含む樹脂により生成する構成（以下、「構成Ｎ」ともいう）も考えられる。しかしながら、構成Ｎでは、冷却部材を薄く加工した場合、当該冷却部材がもろくなる。そのため、当該冷却部材が崩れやすい。したがって、冷却部材を扱う際の作業性が悪化する。その結果、構成Ｎの冷却部材では、薄く加工できず、熱抵抗が大きいという問題点がある。
【００４４】
また、前述の放熱体Ｊ３は、金属線を使用して構成されている。しかしながら、前述したように、放熱体Ｊ３は、厚みを低減しにくいという問題点がある。そのため、放熱体Ｊ３も熱抵抗が大きいという問題点がある。
【００４５】
そこで、本実施の形態の冷却部材１０は上記のように構成されるため、上記の問題点を解決することができる。
【００４６】
＜実施の形態２＞
本実施の形態では、樹脂１２がフィラーを含む冷却部材について説明する。以下においては、本実施の形態におけるパワーモジュールユニットを、「パワーモジュールユニットＭＡ」ともいう。パワーモジュールユニットＭＡは、図１のパワーモジュールユニット１００と比較して、冷却部材１０の代わりに冷却部材１０Ａを含む点が異なる。パワーモジュールユニットＭＡのそれ以外の構成は、パワーモジュールユニット１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。なお、冷却部材１０Ａの形状は、冷却部材１０と同じである。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態２に係る冷却部材１０Ａの一部を拡大した断面図である。冷却部材１０Ａは、図２の冷却部材１０と比較して、さらに、フィラー１３を含む点が異なる。冷却部材１０Ａのそれ以外の構成は、冷却部材１０と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００４８】
フィラー１３は、樹脂１２内に設けられる。すなわち、樹脂１２は、フィラー１３を含む。フィラー１３は、高い熱伝導率を有する材料で構成される。具体的には、フィラー１３は、材料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびダイヤモンドのいずれかからなる。
【００４９】
なお、フィラー１３は、上記複数の材料のうち、２つ以上の材料を組み合わせて構成されてもよい。すなわち、フィラー１３は、材料としての窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）およびダイヤモンドのうちの少なくとも１つの当該材料からなる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。また、冷却部材１０Ａでは、通常のグリースの代わりに、金属１１が使用されるため、高い熱伝導率を有する。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、冷却部材１０Ａの樹脂１２は、さらにフィラー１３を含む。これにより、冷却部材１０Ａは、さらに、高い熱伝導率を確保することができる。また、冷却部材１０Ａの熱抵抗を、冷却部材１０よりもさらに低減することができる。
【００５２】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０Ａ  冷却部材、１１  金属、１１ｘ  シート部材、１２  樹脂、１３  フィラー、２０  パワーモジュール、３０  冷却器、１００  パワーモジュールユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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