(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体モジュールにおける金属ベース板と複数の絶縁基板とのハンダ付けに使用されるハンダリフロー装置システム内の金属ベース板冷却装置であって、前記金属ベース板表面における前記複数の絶縁基板の各配置に対応するようにして、前記金属ベース板裏面に接触する冷却突起部が設けられた冷却ブロック機構部を有することを特徴とする金属ベース板冷却装置。
【請求項２】
前記冷却ブロック機構部は、その内部に冷却媒体循環経路を有し、更に前記冷却ブロック機構部に冷却媒体を送る冷却媒体循環器と、該冷却媒体循環器と冷却ブロック機構間を連結する断熱性ホースとを有することを特徴とする請求項１記載の金属ベース板冷却装置。
【請求項３】
前記冷却ブロック機構部は、それぞれ前記冷却突起部を有する複数の冷却ブロックによって構成され、各冷却ブロックが独立してその冷却突起部を金属ベース板に接触できるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属ベース板冷却装置。
【請求項４】
前記各冷却ブロックは、金属ベース板表面における絶縁基板の配置に対応させることができるように冷却ブロック機構部に位置調製機構を備えたことを特徴とする請求項３記載の金属ベース板冷却装置。
【請求項５】
前記冷却突起部が独立して上下に可動する事を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の金属ベース板冷却装置。
【請求項６】
前記冷却突起部の少なくとも一部が金属ベローズで構成されていることを特徴とする請求項５に記載の金属ベース板冷却装置。
【請求項７】
前記冷却突起部の面積は、絶縁基板の面積より小さいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の金属ベース板冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体モジュールの製造工程において用いられるハンダリフロー装置（システム）に関し、特に金属ベース板と絶縁基板とのハンダ付けにおける加熱後の冷却工程において用いられる金属ベース板冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、モーターの駆動や電力変換など電力制御の分野においては、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ、ダイオードといった大電力を扱うパワー半導体素子（チップ）を、１つのパッケージに複数個内蔵するようにして構成されたパワー半導体モジュールが広く利用されている。
【０００３】
このパワー半導体モジュールについては、その用途・目的に応じて各種のパッケージが存在しているが、比較的大きな出力容量を扱うものは、セラミック基板の両面に銅などの導体層（パターン）が設けられた絶縁基板と、その表面（上面）側にハンダを介して接合されたＩＧＢＴやダイオード等のパワー半導体素子、絶縁基板の裏面（下面）側にハンダを介して接合された銅やアルミニウムなどからなる金属ベース板を有し（例えば、特許文献１参照）、更に、絶縁基板上のパワー半導体素子と電気的に接続された複数のリード電極端子やパワー半導体素子を含む絶縁基板を囲繞するようにして保護する樹脂ケース、そして樹脂ケース内をシリコンゲルやエポキシ樹脂などを充填するようにして構成されたものが利用されている。
【０００４】
このような構成を有するパワー半導体モジュールにあっては、その製造工程において、絶縁基板と金属ベース板とをハンダで接合する必要があり、一般的に、ハンダリフロー法が使用されている。このハンダリフロー法では、絶縁基板と金属ベース板の間にあって、印刷或いは塗布されたクリームハンダ（ハンダペースト）を加熱して液相化した後、これを、冷却装置を用いて所定の速度で冷却（除熱）することによりハンダを固化（凝固）させて、絶縁基板と金属ベース板とのハンダ接合がなされている。
【０００５】
一方、従来の冷却装置では、パワー半導体モジュールの金属ベース板における絶縁基板搭載面の反対側である金属ベース板裏面に接触して熱を吸収する冷却ブロック部を備え、この冷却ブロック部は、金属ベース板全面、或いは、複数の絶縁基板を囲んでできる一つの領域全面に当接して冷却するように、一つの平坦（フラット）面のみを持つものとして形成されていた。（例えば、特許文献２参照）
【０００６】
そして、そのような構成にすることによって、金属ベース板に搭載される絶縁基板が一つの場合であっても複数の場合であっても、冷却ブロック部の構成に差異はなく基本的に同じものの使用が可能とされ、冷却ブロック部の共有化が図られていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２０２８８４号公報（第１図）
【特許文献２】特開２００５−７２３６９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パワー半導体モジュールでは、その動作時、搭載されたパワー半導体素子によって大量の熱が発生・放出されるが、上述したような構成、所謂、高熱伝導構造と称されている構造の採用により、発生する熱の放熱が速やかに行われることで、パワー半導体素子の破壊や特性の劣化が回避されている。しかしながら、同構造に採用される金属ベース板は、その加工工程における残留応力等の影響による反りや歪、また絶縁基板との接合面ではバイメタル効果により、ある曲率で一般に反りが発生することが知られている。
【０００９】
一方、従来の冷却装置では、上述のごとくパワー半導体モジュールの金属ベース板裏面全面、或いは、複数の絶縁基板を囲んでできる一つの領域全面を冷却するように、冷却装置の冷却ブロック部が、一つの平坦（フラット）面のみを持つものとして金属ベースの一つの領域に当接するように形成されていた。そしてそれは、上述の金属ベース板の反りや歪に起因する金属ベース板と冷却ブロックとの部分的隙間（部分的非接触）の発生が避けられず、更に隙間発生箇所（状態）も個々のパワー半導体モジュールにおける金属ベース板の反りの状態に依存するため一定ではなく個体差（バラツキ）を生じるものであった。
【００１０】
そのため、高熱伝導構造であるパワー半導体モジュールにおいては、固体差における部分的隙間の発生状態に伴って、詰まり、隙間がなく冷却ブロックと金属ベース板が接触しているところから放熱が進み速やかに温度が低下し、逆に隙間が大きいところ程、温度が下がらず冷却時の温度勾配も著しく大きくなる場合があった。また温度勾配分布についての予想も難しいので、ハンダ結晶粒のサイズ不均一や、最後に固化する箇所に不純物元素が凝集しハンダ接合強度が劣化するなど、金属ベース板と絶縁基板とのハンダ接合における不安定化を招き、ハンダ付け不良による製品信頼性低下の問題があった。更に、ハンダ固化時の冷却速度不安定化は、接合面ハンダのボイド発生の原因ともなり、製品品質低下の問題にも繋がっていた。
【００１１】
そして、上述のような問題は、絶縁基板または金属ベース板が大型化するに伴って顕著であり、また近年は環境対策の観点から、その成分中に鉛を含まない、所謂、鉛フリーハンダの使用が欠かせなくなっているが、特に固相と液相線との温度差が大きい特徴を有する鉛フリーハンダを使用する場合においても顕著となっていた。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、高熱伝導構造を有するパワー半導体モジュールの絶縁基板と金属ベース板とのハンダ接合におけるハンダ固化時の冷却の不安定化による影響を回避し、ハンダの理想的な固化を実現することで、製品（パワー半導体モジュール）において安定した信頼性が得られるようにするための金属ベース板冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る金属ベース板冷却装置においては、パワー半導体モジュールにおける金属ベース板と複数の絶縁基板とのハンダ付けに使用されるハンダリフロー装置システム内の金属ベース板冷却装置であって、金属ベース板表面における複数の絶縁基板の各配置に対応するようにして、金属ベース板裏面に接触する冷却突起部が設けられた冷却ブロック機構部を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、金属ベース板表面における複数の絶縁基板の各配置に対応するようにして、金属ベース板裏面に接触する冷却突起部が設けられた冷却ブロック機構部を有することにより、金属ベース板の反りや歪を起因とする金属ベース板と冷却ブロックとの予想外な部分的隙間発生を抑制させることができるため、接合ハンダの冷却速度が安定し、ハンダ結晶粒のサイズを揃え、均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明における実施の形態１に係る金属ベース板冷却装置で用いる冷却ブロック機構部を、図面を使って説明する。図１（ａ）は、冷却ブロック機構部の上面図であり、図１（ｂ）は同機構部の側面図である。また図２は冷却ブロック機構部の他に、少なくとも冷却媒体循環機構を含んだ金属ベース板冷却装置全体の概略構成例を、一部構成の断面をまじえ表した概略図である。
【００１６】
図１において、冷却ブロック１０ａ〜１０ｄは、冷却ブロック固定枠２５ａ，ｂの所定の位置に保持され、その冷却ブロック固定枠２５ａ，ｂは、冷却ブロック支持台２８の所定の位置に固定されるようにして構成されている。また、図中においてパワー半導体モジュールが冷却される場合の冷却ブロック機構部３０とパワー半導体モジュール（金属ベース板と金属ベース板上の複数の絶縁基板）との位置関係を明らかにするため、金属ベース板２０１と複数の絶縁基板２０２を表している（二点鎖線）。なお、ハンダについては省略しているが、絶縁基板と同等の面積を持ち、金属ベース板と絶縁基板との間に存在する。
【００１７】
冷却ブロック固定枠２５に対する冷却ブロック１０、また、冷却ブロック支持台２８に対する冷却ブロック固定枠２５の位置関係は、それぞれ移動可能であって、位置調整機構２６によって調整および固定がなされる。そうすることによって、パワー半導体モジュールが冷却ブロック機構部３０にセットされたとき、モジュールの金属ベース板における絶縁基板が載置されている位置に、冷却ブロック１０のそれぞれが対応して正確に配置できるようになっている。そして、各冷却ブロック１０ａ〜１０ｄの冷却突起部１上面と、パワー半導体モジュールの金属ベース板裏面２０１とが、絶縁基板２０２が搭載されている位置で接触することになり、絶縁基板下のハンダ部の熱が速やかに冷却ブロック１０へ放出可能なようになっている。
【００１８】
なお、位置調整機構２６は、冷却ブロック固定枠２５に設けられたスリット（図面上、横長の孔）と、これを貫通して冷却ブロック支持台２８に固定可能な螺子によって構成され、スリット内の所望の位置で螺子を締め付ける（螺合する）ことによって冷却ブロック支持台２８に対する冷却ブロック固定枠２５の位置調整が行われる。また同様に、冷却ブロック１０に設けられたスリット（図面上、縦長の孔）と、これを貫通して冷却ブロック固定枠２５に固定可能な螺子によって構成されており、冷却ブロック固定枠２５に対する冷却ブロック１０の位置調整が行われる。
【００１９】
そして、位置決めに関しては、金属ベース板２０１上に搭載された複数の絶縁基板２０２におけるそれぞれの中心と、それぞれの冷却ブロック１０における冷却突起（押圧接触）部１の中心とをほぼ一致させるようにすることが最も好ましい。
【００２０】
図２で表された金属ベース板冷却装置１００は、図１の冷却ブロック機構部３０における冷却ブロック１０に対して、所望の温度（例えば、１０℃程度）に制御された冷却媒体を供給・循環させる機能を有する冷却媒体循環器（一般には、「チラー」とも称される）９０と、各冷却ブロック１０ａ〜１０ｃ間、および冷却媒体循環器９０との間を接続する断熱性ホース９５とで構成されている。
【００２１】
図３は、図１における冷却ブロック１０の拡大断面図である。図３に示す冷却ブロック１０は、冷却突起部１、冷却突起ガイド部２、冷却ブロック躯体３、弾性体であるバネ４、冷却媒体導入路形成部６、冷却媒体排出路形成部７を組み立てることにより構成されている。
【００２２】
冷却ブロック躯体３は、上部外周の一部で対向する位置に突出（鍔）部を備え、位置調整機構２６による冷却ブロック固定枠２５への固定が行われる。また、冷却ブロック１０の組み立ては、冷却突起部１、冷却突起ガイド部２、バネ４、冷却媒体導入路形成部６、冷却媒体排出路形成部７のそれぞれを冷却ブロック躯体３に装着するようにして行われる。
【００２３】
冷却媒体導入路形成部６と冷却媒体排出路形成部７とが組み合わせられることによって、冷却ブロック１０内における冷却媒体の循環経路（通路）を形成している。この例では、冷却媒体導入路形成部６には、冷却ブロック１０に導入される冷却媒体を冷却突起部１の下方直近に導く筒状の通路を有し、この外周に所定の隙間を形成するように覆う筒状の通路を冷却媒体排出路形成部７に備えることで冷却媒体が冷却ブロック１０の外へ排出されるようになっている。以降、冷却媒体導入路形成部６と冷却媒体排出路形成部７とによりなる構成を冷却媒体循環経路形成部９と称す。
【００２４】
また、冷却媒体導入路形成部６と冷却媒体排出路形成部７には、断熱性ホース９５との結合部を有し、結合される断熱性ホース９５を介して、冷却媒体の冷却ブロック１０への導入・排出が行われる。
【００２５】
冷却突起部１は、冷却媒体循環経路形成部９（冷却媒体排出路形成部７側）と常に接触する構造を採用し、外部、すなわち金属ベース板２０１から冷却突起部１に伝導された熱が、冷却媒体循環経路形成部９中の冷却媒体に吸収されるように構成されている。そのため、冷却突起部１の材質は、高い熱伝導率を有する銅（ｋ＝403W/mK）、或いは、保守作業の観点からハンダの付着がなく、比較的高い熱伝導率を有するアルミニウム（ｋ＝236W/mK）などが適している。
【００２６】
また、冷却突起部１は、冷却ブロック躯体３との間に弾性部材であるバネ４を備え、その伸縮によって上下するようになっている。これによって、パワー半導体モジュールの金属ベース板２０１が冷却ブロック機構部３０にセットされている場合においては、金属ベース板２０１に対して冷却突起部１が押し付けられるように作用する。なお、バネ４の弾性力については、パワー半導体モジュールの自重、またはパワー半導体モジュールクランプ機構（図示なし）との関係において決定すればよく、例えば、パワー半導体モジュールの自重のみにて接触させる場合は、自重のバラツキの範囲にあって金属ベース板２０１が冷却突起ガイド部２とは接触しない程度の強さとすることが望ましく、これは、バネ４の特性を変更することで金属ベース板２００に対する冷却突起部１の押圧力調整が可能であることを意味する。
【００２７】
冷却突起ガイド部２は、バネ４の伸縮によって上下する冷却突起部１のガイドとして、必要以上の横方向のズレやこれに伴う傾きを防ぎ、突出量を制限している。そして、本実施の形態では、冷却突起部１と冷却突起ガイド部２の上面形状が円形であり、冷却突起部１の直径に関しては絶縁基板より小さく、また冷却突起ガイド部２の外径は絶縁基板の短辺とほぼ同じ大きさになるようにしている。
なお、冷却突起部１と冷却突起ガイド部２の形状や材質を変更することが可能であるため、絶縁基板２０１における各種構成等にあわせて、強度、熱伝導性など求められる仕様に合致するように冷却条件を選択し最適化することも容易である。
【００２８】
断熱性ホース９５は、冷却ブロック１０における冷却媒体導入路形成部６と冷却媒体排出路形成部７とにそれぞれ結合されている。そして当該断熱性ホース９５は、他の冷却ブロック１０または、冷却媒体循環器９０と結合されて冷却媒体の循環系を形成している。例えばその内径は８ｍｍ程度のものが熱負荷変動や流路圧損に対し適正であり、また冷却媒体としては、水のほかにエチレングリコールや油などの使用が可能である。
【００２９】
そして、断熱性ホース９５の接続に関しては、冷却媒体循環器９０からの冷却媒体が複数の冷却ブロック１０ａ〜１０ｄを順番に経由して再び冷却媒体循環器９０に戻るように接続してもよいし、冷却媒体循環器９０と冷却ブロック１０ａ〜１０ｄとを個々に接続するようにしたり、また中継部品を介すなどして冷却精度や効果が高まるようにしてもよい。
【００３０】
なお、断熱性ホース９５で冷却媒体を循環させる方法に替えて、ヒートパイプを使用して実現することも可能である。
【００３１】
次に冷却動作について説明する。ハンダリフロー装置において加熱されたパワー半導体モジュール２００（金属ベース板２０１と絶縁基板２０２）は、冷却ブロック機構部３０の冷却ブロック支持台２８または冷却ブロック固定枠２５に設けられた位置決め（アライメント）機構（図示なし）で、各冷却ブロックと金属ベース板上の絶縁基板の位置とが一致するようにセット（固定）され、金属ベース板２０１は、自重あるいはクランプ機構（図示なし）により、各冷却ブロック１０の冷却突起部１と接触するようにして保持される。
【００３２】
金属ベース板に生じた反りに伴う冷却装置の冷却ブロックとの部分的隙間を小さくし、その接触を良好なものとするには、冷却ブロックにおける一つのフラット面からなる冷却領域面積を減らすことが、金属ベース板の反り伴う悪影響を抑制する観点から有効となり、また、金属ベース板の反りは、絶縁基板真下部の曲率変化量が最も大きく、この部分に冷却ブロックを接触させることが好ましく、これにより均一な冷却状態が実現できる。
【００３３】
特に今回、冷却のために金属ベース板に押圧される冷却ブロックの接触部、即ち、冷却突起部については、個々の絶縁基板領域に内包されることが反りの悪影響を最小限に食い止めるために好ましいことがわかった。そして、その冷却突起部が接触する面積は絶縁基板面積の略１／２以下が適正であった。
【００３４】
図４は、金属ベース板上に搭載された絶縁基板の配置および大きさの一例に対する冷却ブロック（冷却突起部）の接触想定範囲との関係を示したもので、図４（ａ）は本実施の形態による場合であり、図４（ｂ）は従来技術によるものである。本実施の形態では、絶縁基板が配置された部分を中心として、比較的狭い領域が接触想定範囲Ａａ〜Ａｄとなっているので、隙間の発生を概ね回避でき、また接触箇所を一定とすることもでき、金属ベース板の温度ではなくハンダ部の温度がより均一化される。一方、従来技術では、比較的広い領域（複数の絶縁基板を囲んでできる領域）を接触想定範囲Ｂとしているので、部分的隙間の発生を回避したり、小さくしたりすることは困難であり、加えて隙間の発生位置も必ずしも一定ではないので、接触箇所や状態が変化することになっていた。
【００３５】
このような本実施の形態に基づく冷却ブロック機構部の構成によれば、接合ハンダの冷却速度が安定するため、ハンダ結晶粒のサイズを揃え、均一にすることができ、製品信頼性の保障期間（保持期間）を長期化できる。また、凝固時のハンダ温度分布が均一となり、接合面ハンダのボイド発生を抑制できる。更に、安定した製品製造が可能となり、生産性が向上し、スループットと歩留まりの改善を可能とした。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、独立した冷却突起部１を金属ベース板２０１の反りや歪に沿うように押し付ける構造としたため、金属ベース板２０１の反りの影響が緩和でき、上述の効果を増大できる。
【００３７】
更に、本実施の形態によれば、独立した冷却ブロック１０ａ〜１０ｄが可動式であるため、異なったサイズ（絶縁基板２０２の配置が変わる）の金属ベース板２０１や金属ベース板２０１上の絶縁基板２０２の位置が異なるものに対しても、図示しないアライメント機構を基準とし、冷却ブロックの各絶縁基板下への整合が簡単な再配置として対応でき、冷却ブロック１０（冷却ブロック機構部３０）の共有化、生産時の段取り替えの作業負荷軽減が図れ、コスト削減できる。
【００３８】
以上、本発明によれば、金属ベース板全面接触による冷却よりも、接触面積が減少した分、金属ベース板自身の残留反りや歪による、密着（接触）性悪化の影響を受けにくくなった。更に、密着性が改善されることにより、冷却時の絶縁基板搭載部分だけでなく金属ベース板の温度分布（max値、min値の差異）が改善されるため、金属ベース板の熱反りが軽減され、金属ベース板と冷却ブロック（冷却突起部）との部分的隙間発生を劇的に抑制できる。
【００３９】
（実施の形態１の変形例）．
続いて、本実施の形態１における変形例について説明する。図５は図３における冷却ブロック１０の変形例を示す拡大断面図である。図５において冷却ブロック２０は、冷却突起（押圧接触）部１１、冷却突起ガイド部１２、冷却ブロック躯体１３、弾性体である金属ベローズ（伸縮性金属筒）１５、冷却媒体導入路形成部１６、冷却媒体排出路形成部１７を組み立てることにより構成されている。なお、同図では実施の形態１と同じ構成については同じ符号を用いている。
【００４０】
冷却ブロック躯体１３は、上部外周の一部で対向する位置に突出部を有し、冷却ブロック固定枠２５への固定が行われる。また、冷却ブロック２０の組み立ては、冷却突起部１１、冷却突起ガイド部１２、金属ベローズ１５、冷却媒体導入路形成部１６、冷却媒体排出路形成部１７のそれぞれを冷却ブロック躯体１３に装着するようにして行われている。
【００４１】
金属ベローズ１３、冷却媒体導入路形成部１６と冷却媒体排出路形成部１７とを組み合わせられることによって、冷却ブロック２０内における冷却媒体の循環経路を形成している。以降、金属ベローズ１５、冷却媒体導入路形成部１６と冷却媒体排出路形成部１７とによりなる構成を冷却媒体循環経路形成部１９と称す。また、冷却媒体導入路形成部１６と冷却媒体排出路形成部１７には、断熱性ホース９５との結合部を有し、結合される断熱性ホース９５を介して、冷却媒体の冷却ブロック２０への導入・排出が行われる。
【００４２】
冷却突起部１１は、冷却媒体循環経路形成部１９（金属ベローズ１５側）と常に接触、或いは固着された構造を採用し、冷却突起部１１の熱が冷却媒体循環経路形成部１９中の冷却媒体に吸収されるように構成されている。そのため、冷却突起部１１の材質は、高い熱伝導率を有する銅や、比較的高い熱伝導率を有し保守作業の観点からハンダの付着がないアルミニウムなどが適している。また、本実施の形態で用いる金属ベローズ１５の材質としては、ＳＵＳ、インコネル（登録商標）、ハステロイ（登録商標）などが考えられ、その中でも、耐食性、材料強度耐高圧性からインコネルが最適である。
【００４３】
そして、冷却突起部１１は弾性力を有する金属ベローズ１５の先端部に接触（固着）され、金属ベローズ１５の伸縮によって、実施の形態１のバネ４によるものと同様に上下するようになっている。
【００４４】
したがって、本実施の形態によれば、金属ベローズ１５に接触（固着）するように構成された冷却突起部１１は自己伸縮且つ自己煽り動作が可能なため、金属ベース板２０１の反り面ならい性が一層増すことになり、金属ベース板２０１の反りの影響を更に緩和できる。本実施の形態における金属ベローズ１３の大きさは、直径Φ２０〜３０ｍｍ程度で金属ベース板２０１の反り面ならい性が良好であった。
【００４５】
実施の形態２．
実施の形態１では、冷却突起（押圧接触）部を設け、これをバネ或いは金属ベローズの弾性力を利用して、金属ベース板に押し付けるようにしたが、比較的小さい、例えば短辺長さが２５ｍｍ以下であるような絶縁基板を搭載する金属ベース板に対しては、冷却ブロックにおけるバネ或いは金属ベローズを省略するようにしてもよい。
【００４６】
図６（ａ）は、冷却ブロック機構部の上面図であり、図６（ｂ）は同機構部の側面図ある。図７は図６における冷却ブロック４０の拡大断面図である。図７において冷却ブロック４０は、その上面部に冷却突起部３１を有し、この冷却突起部３１に対応するようにして形成された冷却媒体排出路を備えた冷却ブロック躯体３３と、冷却媒体導入路形成部３６とを組み立てることにより構成されている。よって、冷却ブロック４０の組み立ては、冷却媒体導入路形成部３６を冷却ブロック躯体３３に装着するだけで概ね完了し、冷却ブロック躯体３３と冷却媒体導入路形成部３６とが組み合わせられることによって、冷却ブロック４０内における冷却媒体の循環経路を形成している。また、冷却媒体導入路形成部３６と冷却ブロック躯体３３には、断熱性ホース９５との結合部を有し、結合される断熱性ホース９５を介して、冷却媒体の冷却ブロック４０への導入・排出が行われる。なお、同図では実施の形態１と同じ構成については同じ符号を用いている。
【００４７】
このような本実施の形態に基づく冷却ブロック機構部４０の構成によれば、絶縁基板が比較的小さい場合にあっては、実施の形態１と同様に接合ハンダの冷却速度が安定するため、ハンダ結晶粒のサイズを揃え、均一にすることができ、製品信頼性の保障期間（保持期間）を長期化できる。また、凝固時のハンダ温度分布が均一となり、接合面ハンダのボイド発生を抑制できる。更に、安定した製品製造が可能となり、生産性が向上し、スループットと歩留まりの改善を可能とした。
【００４８】
その一方で、実施の形態１におけるバネ４或いは金属ベローズ１５などの構成が省略されることによって、構成部品の削減が可能となり、冷却媒体排出路形成部を冷却ブロック躯体に予め形成しておくようにすることで、主要な構成部品を大幅に削減（６個から２個）され、安価に装置が実現できると共に保守等に費やされる時間や費用も削減できる。
【００４９】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では、冷却ブロック機構部として分割された複数の冷却ブロックと、その他に冷却ブロック固定枠２５と冷却ブロック支持台２８を用意することで、複数の冷却ブロックの配置が変更できるような可動式としたが、冷却ブロックを一体化して冷却突起部の位置を予め固定するようにしてもよい。
図８において冷却ブロック機構部７０は一つの冷却ブロックとしてなり、その上面に、金属ベース板２０１上に搭載された複数の絶縁基板２０２の位置に対応させて冷却突起部７１ａ〜７１ｄが形成されている。
【００５０】
本実施の形態でも、実施の形態１同様に、金属ベース板２０１に生じた反りに伴う冷却装置の冷却ブロックの冷却突起部との部分的隙間を小さくし、その接触を良好なものとするには、冷却ブロックの冷却突起部における一つのフラット面からなる冷却領域面積を減らすことが、金属ベース板の反りに伴う悪影響を抑制する観点から有効となり、また、金属ベース板の反りは、絶縁基板真下部の曲率変化量が最も大きく、この部分に冷却ブロックを接触させることが好ましく、これにより均一な冷却状態が実現できる。
【００５１】
そして、このような本実施の形態に基づく冷却ブロック機構部７０の構成によれば、接合ハンダの冷却速度が安定するため、ハンダ結晶粒のサイズを揃える（均一にする）ことができ、製品信頼性の保障期間（保持期間）を長期化できる。また、凝固時のハンダ温度分布が均一となり、接合面ハンダのボイド発生を抑制できる。更に、安定した製品製造が可能となり、生産性が向上し、スループットと歩留まりの改善を可能とした。
なお、冷却突起部７１の位置が固定されているため、実施の形態１または２のように、絶縁基板２０２の配置等異なるパワー半導体モジュール間での共有化は難しいが、反面、その構成が単純であるので冷却ブロック自体は安価に製造することができ、また耐久性にも優れるので、同一のパワー半導体モジュールが一定数量を超えて生産処理される場合にはコスト低減等の効果を奏する。
【００５２】
実施の形態１または２では、１つの冷却ブロックに１つの冷却突起部を設けるようにしたが、１つの冷却ブロックに複数の突起を設けるようにしてもよく、絶縁基板間隔が狭い場合や、絶縁基板間の距離が一定な関係にある場合などにおいて特に有効である。また、冷却突起部の形状は円形だけに限らず、絶縁基板の形状に合わせて矩形やその他の形状を採用して更に最適化するようにしてもよい。
【００５３】
実施の形態３では、冷却ブロックの冷却突起部７１の先端に、或いは冷却突起部７１と置き換えるように金属ベローズを配置するようにしてもよく、それによって同様の効果が得られるだけでなく、金属ベローズの弾性力によって、より良好な接触状態となるが期待できる。
【００５４】
また、実施の形態１乃至３にあって、冷却突起部の先端に伝熱性軟質パッドを配すれば、金属ベース板との熱接触性が更に改善されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本願発明の実施の形態１に係る冷却ブロック機構部の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図２】金属ベース板冷却装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】本願発明の実施の形態１に係る冷却ブロックの拡大断面図である。
【図４】金属ベース板と冷却ブロック（冷却突起部）との接触想定範囲を、本願発明（ａ）と従来技術（ｂ）とにおいて比較した平面図である。
【図５】本願発明の実施の形態１変形例に係る冷却ブロックの拡大断面図である。
【図６】本願発明の実施の形態２に係る冷却ブロック機構部の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図７】本願発明の実施の形態２に係る冷却ブロックの拡大断面図である。
【図８】本願発明の実施の形態３に係る冷却ブロック機構部の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００５６】
１  冷却突起部
２  冷却突起ガイド部
３  冷却ブロック躯体
４  バネ
６  冷却媒体導入路形成部
７  冷却媒体排出路形成部
１０  冷却ブロック
２５  冷却ブロック固定枠
２８  冷却ブロック支持台
３０  冷却ブロック機構部
９０  冷却媒体循環器（チラー）
９５  断熱性ホース
１００  金属ベース板冷却装置
【図１】
0005104259.tif 000002
【図２】
0005104259.tif 000003
【図３】
0005104259.tif 000004
【図４】
0005104259.tif 000005
【図５】
0005104259.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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