ろう付け方法及びろう付け構造
【課題】冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を向上させること。
【解決手段】ＨＶインバータの冷却器を構成する天板と絶縁基板をろう付けするろう付け方法であって、（１）天板の上にろう材層を介して絶縁基板を配置し、その後、レーザを照射することにより、天板と絶縁基板との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して絶縁基板を天板に仮固定する。（４）その後、ろう材層を加熱溶融させることにより複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として絶縁基板を天板の上にろう付けする。（５）ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分に対応して、絶縁基板の上にパワー半導体を接合する。
【解決手段】ＨＶインバータの冷却器を構成する天板と絶縁基板をろう付けするろう付け方法であって、（１）天板の上にろう材層を介して絶縁基板を配置し、その後、レーザを照射することにより、天板と絶縁基板との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して絶縁基板を天板に仮固定する。（４）その後、ろう材層を加熱溶融させることにより複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として絶縁基板を天板の上にろう付けする。（５）ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分に対応して、絶縁基板の上にパワー半導体を接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッドインバータ（ＨＶインバータ）の冷却器を構成する２つの部材をろう付けするためのろう付け方法及びろう付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が知られている。この技術では、冷却器の端面に、多数条をなすスリット、格子又はディンプルを形成し、その端面に対して半導体をろう付けするようにしている。これにより、冷却器と半導体との間のろう付け部分にボイドが発生するのを防止し、併せて、ろう材に働く応力を分散させ、ろう付け部分に剥離やクラックが発生するのを防止するようにしている。
【０００３】
ここで、「スリット」は、ろう材の流れを阻害することがあることから、すべてのスリット面にろう付けの起点が必要となり、未接合部分（ボイド）が発生するおそれがあった。また、「格子」も、ろう材の流れを阻害することがあることから、すべての格子面にろう付けの起点が必要となり、未接合部分（ボイド）が発生するおそれがあった。更に、「ディンプル」は、面ろう付けとなるため、部品に高い平面度が要求されることとなり、コスト高となるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２７５１７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の技術では、ろう付け時に、高温によって部品に反りが発生し、接合部分の隙間が増大し、ろう材流れを阻害するおそれがあった。特に、窒素雰囲気下での非腐食性フラックスろう付け法（ＮＢ法）によるろう付けでは、フラックスを使用することから、フラックスの残り滓がボイドとなって分散し、部品の接合率を低下させるおそれがあった。また、接合部にボイドが不規則に生じると、その接合部の上に発熱部品を固定した場合に、その発熱部品を効率良く冷却することができず、冷却器の機能低下を招く懸念があった。
【０００６】
また、冷却器の端面にスリットを成形する方法として、プレス成形及びエッチングが考えられる。しかし、プレス成形では、成形時に溝部の材料が平面部に移動することとなり、部品の平面度を確保できず、隙間が発生してろう材が流れず、未接合となる懸念があった。また、エッチングでは、部品の平面度は確保できるものの、コストが増大する傾向があった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を向上させることを可能としたろう付け方法及びろう付け構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材を配置し、その後、レーザを照射することにより、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して第２の部材を第１の部材に仮固定し、その後、ろう材層を加熱溶融させることにより複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として第２の部材を第１の部材の上にろう付けすることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として第２の部材が第１の部材の上にろう付けされるので、ろう付け起点の配置、すなわちレーザの照射位置を任意に設定することにより、ろう材層の中のボイドの発生位置を制御することが可能となる。すなわち、ボイドは、隣接する２つのろう付け起点の中間位置に集中する傾向があるので、ろう付け起点の配置を設定することにより、ボイドの発生位置を分散させることなく制御することが可能となる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応して、第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、複数のろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応したろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、ろう付け起点へ向けて、又は、複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、ろう付け起点へ向けて、又は、複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるようにしたろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材がろう付けされ、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間のろう材層の中に集中的にボイドが残存することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間のろう材層の中に集中的にボイドが残存するので、ボイドの分散が少なくなる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、複数の溶接痕で囲まれる領域内であって領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応して、第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、複数の溶接痕で囲まれる領域内であって領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応するろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、溶接痕へ向けて、又は、複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、溶接痕へ向けて、又は、複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるようにしたろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係り、ＨＶインバータの冷却器を示す斜視図。
【図２】同実施形態に係り、冷却器の概略を示す図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】同実施形態に係り、冷却器を示す平面図。
【図４】同実施形態に係り、天板と絶縁基板の接合関係を示す図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】同実施形態に係り、ろう付け方法の手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態に係り、天板への複数の絶縁基板の配置の工程を示す斜視図。
【図７】同実施形態に係り、天板への絶縁基板のレーザ溶接の工程を示す断面図。
【図８】同実施形態に係り、レーザ出力と照射時間の関係を示すグラフ。
【図９】同実施形態に係り、ケースへの冷却フィン及び天板等の配置の工程を示す斜視図。
【図１０】同実施形態に係り、天板とケースのレーザ溶接の工程を示す斜視図。
【図１１】同実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【図１２】同実施形態に係り、ろう付け前における天板と絶縁基板との関係を示す断面図。
【図１３】同実施形態に係り、ろう付け後における天板と絶縁基板との関係を示す断面図。
【図１４】第２実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【図１５】別の実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をＨＶインバータの冷却器に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１に、ＨＶインバータの冷却器１を斜視図により示す。図２に、この冷却器１の概略を、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図により示す。冷却器１は、箱形に形成されたケース２と、ケース２の中に設けられた冷却フィン３と、冷却フィン３の上に設けられた第１の部材としての天板４と、天板４の上に設けられた第２の部材としての複数の絶縁基板５とを備える。ケース２は、その外周にフランジ２ａを含む。天板４は、冷却フィン３の上を覆うように配置され、その外周にフランジ４ａを含む。各絶縁基板５の上には、それぞれ発熱体としての半導体素子９（図４参照）が固定されるようになっている。
【００２９】
図２に示すように、天板４のフランジ４ａは、ケース２のフランジ２ａに整合して配置され、ろう付けされる。すなわち、天板４のフランジ４ａと、ケース２のフランジ２ａとは、ろう材層６を介して接合される。また、天板４のフランジ４ａとケース２のフランジ２ａとの接合面には、所々にレーザ溶接による溶接痕７が残存する。この溶接痕７は、ろう付けする前に、天板４をケース２に仮固定するためのレーザ溶接による痕跡である。この実施形態では、ケース２のフランジ２ａの厚みが「３.０（ｍｍ）」、天板４のフランジ４ａの厚みが「０.６（ｍｍ）」、ろう材層６の厚みが「０.１５（ｍｍ）」、溶接痕７の直径が「１〜２（ｍｍ）」となっている。
【００３０】
図３に、冷却器１を平面図により示す。図４に、天板４と絶縁基板５との接合関係を、図３のＢ−Ｂ線断面図により示す。図３に示すように、各絶縁基板５は、天板４の凹部４ｂに配置され、ろう付けされる。すなわち、図４に示すように、天板４の凹部４ｂと、絶縁基板５とは、ろう材層６を介して接合される。また、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間の接合部には、所定の位置にレーザ溶接による溶接痕７が残存する。この溶接痕７は、ろう付けする前に、絶縁基板５を天板４の凹部４ｂに仮固定するためのレーザ溶接による痕跡である。また、その溶接痕７に隣接して、ろう材層６の中には、ボイド８が残存する。この実施形態では、上記した冷却器１につき、本発明のろう付け構造が構成される。
【００３１】
ここで、上記した冷却器１に関するろう付け方法について説明する。図５に、この実施形態のろう付け方法の手順をフローチャートにより示す。
【００３２】
先ず、図５（１）に示すように、天板４に複数の絶縁基板５をレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図６に斜視図で示すように、天板４の凹部４ｂに複数の絶縁基板５をろう材層６（図２，４参照）を介して配置し、図７に断面図で示すように、天板４の裏側から絶縁基板５を天板４に対し、例えば、ファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接することにより仮固定する。この実施形態では、ファイバレーザ装置２１によってレーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することにより、レーザを照射するようにしている。この実施形態では、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応してレーザ溶接が行われ、合計５つの溶接痕７を、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間に形成している（図１１参照）。
【００３３】
図８に、そのレーザ出力と照射時間の関係をグラフにより示す。図８に示すように、この実施形態では、レーザを３回のパルスに分けて照射するようになっている。各パルス出力は、立ち上がり時間Ｔｕ１，Ｔｕ２，Ｔｕ３が一律で、その後、ピーク時間Ｔｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐ３が制御され、立ち下がり時間Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が制御される。従って、各パルス出力の照射時間は、立ち上がり時間Ｔｕ１〜Ｔｕ３に、可変なピーク時間Ｔｐ１〜Ｔｐ３と、可変な立ち下がり時間Ｔｄ１〜Ｔｄ３をそれぞれ加算することで決定される。この実施形態では、レーザのパルス数、各パルス出力の照射時間、或いは、レーザのピーク出力を制御することで、ある一点に対するトータルのレーザ出力を調整するようになっている。この出力調整により、レーザを照射するようになっている。
【００３４】
次に、図５（２）に示すように、絶縁基板５を仮固定した天板４、冷却フィン３及びケース４等を互いに組み付ける。すなわち、図９に斜視図で示すように、ケース２の凹部２ｂに冷却フィン３を配置し、その冷却フィン３の上に天板４を配置するなどする。このとき、図２に示すように、ケース２のフランジ２ａと天板４のフランジ４ａとを合わせるのであるが、その間に所定の厚みを有するろう材層６を設けておく。
【００３５】
次に、図５（３）に示すように、天板４をケース２にレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図１０に斜視図で示すように、天板４のフランジ４ａ上の複数の箇所に対し、例えば、ファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接を施す。この実施形態では、上記と同様、ファイバレーザ装置２１によってレーザを複数回のパルスに分けて１点に照射するようになっている。
【００３６】
次に、図５（４）に示すように、各部品をろう付けする。すなわち、天板４のフランジ４ａをケース２のフランジ２ａにろう付けすると共に、各絶縁基板５を天板４にろう付けする。ここで、既に仮固定され、組み付けられたケース２、冷却フィン３、天板４及び絶縁基板５（冷却器１のアッシィ）を溶接炉に投入することで、天板４のフランジ４ａとケース２のフランジ２ａとをろう付けすると共に、各絶縁基板５と天板４とをろう付けする。これにより、図１，３に示すような、ろう付けされた冷却器１が得られる。
【００３７】
その後、図５（５）に示すように、各絶縁基板５の上に発熱体としての半導体素子を固定する。すなわち、図４の断面図に２点鎖線で示すように、絶縁基板５の上にパワー半導体９を固定する。
【００３８】
この実施形態では、図５（４）で各部品をろう付けした後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を接合して固定する。すなわち、この実施形態では、図１１に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応して、レーザ溶接による５つの溶接痕７が、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間のろう材層の中に残存する。そして、各頂点に対応する４つの溶接痕７により囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つの溶接痕７の上に対応して、絶縁基板５の上にパワー半導体９が接合される。
【００３９】
上記したこの実施形態のろう付け方法では、ＨＶインバータの冷却器１を構成する天板４と絶縁基板５をろう付けするに際して、天板４の凹部４ｂの上にろう材層６を介して複数の絶縁基板５を配置し、その後、レーザを照射することにより、天板４と各絶縁基板５との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して各絶縁基板５を天板４に仮固定し、その後、ろう材層６を加熱溶融させることにより、複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として各絶縁基板５を天板４の上にろう付けするようにしている。
【００４０】
また、前記ろう付け後には、４つのろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つのろう付け起点の上に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を接合するようにしている。
【００４１】
以上説明したこの実施形態のろう付け方法によれば、図１１に示すように、４つのレーザ溶接の位置（溶接痕７）をろう付け起点として、絶縁基板５が天板４の上にろう付けされるので、ろう付け起点の配置、すなわちレーザの照射位置を任意に設定することにより、ろう材層６中のボイド８の発生位置を制御することが可能となる。すなわち、ボイド８は、隣接する２つのろう付け起点（溶接痕７）のそれぞれを中心に、両起点間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中して発生する傾向がある。そして、ろう付け起点の配置を、本実施形態のように設定することにより、ボイド８の発生位置を分散させることなく制御することが可能となる。このため、冷却器１を構成する天板４と各絶縁基板５のろう付けに係り、ボイド８の発生位置を制御することで、それら天板４と絶縁基板５の接合効率を安定させ、向上させることができる。すなわち、ボイド８を、隣接する２つのろう付け起点（溶接痕７）のそれぞれを中心に、両起点間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中させるので、ボイド８が分散することがなく、天板４と各絶縁基板５とのろう付けによる接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００４２】
また、この実施形態では、絶縁基板５を天板４に対し、レーザ溶接により仮固定するので、ろう付けに際して、絶縁基板５が高温により反ることを防止することができる。この結果、天板４と絶縁基板５との間の隙間を管理することができる。
【００４３】
ここで、図１２に、ろう付け前における天板４と絶縁基板５との関係を断面図により示す。図１３に、ろう付け後における天板４と絶縁基板５との関係を断面図により示す。図１２に示すように、ろう付け前には、天板４と絶縁基板５との間が、レーザ溶接による溶接痕７及びろう材層６を介して仮接合されている。このとき、天板４と絶縁基板５との間には、複数の溶接痕７が残存しており、それら溶接痕７の間に、複数のボイド８と空間１０が存在する。そして、ろう材層６は、天板４の心材１１と一体をなすろう材１２と、そのろう材１２の上に形成された酸化膜１３とを含む。ボイド８と空間１０は、酸化膜１３と絶縁基板５との間に不規則に散らばって存在する。
【００４４】
これに対し、図１３に示すように、ろう付け後には、天板４と絶縁基板５とが、ろう材層６を介して仮接合されている。天板４と絶縁基板５との間には、溶接痕７の間に挟まれるように、ボイド８が集中的に存在する。ここで、ろう材層６は、天板４と一体をなしていたろう材１２と酸化膜１３とが融合して一体化している。また、溶接痕７が起点となり、ろう材１２が流動し、ボイド８が、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集まっている。
【００４５】
この実施形態では、図１１に示すように、複数のろう付け起点（溶接痕７）で囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つのろう付け起点（溶接痕７）の上に対応するろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、パワー半導体９が、ボイド８の上を避けて絶縁基板５の上に接合されることとなる。すなわち、図１１に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５に対し、その４つの頂点と対角線の交点とに対応して合計５つの溶接痕７を形成したとする。このとき、ボイド８は、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中することとなる。よって、各頂点に対応する４つの溶接痕７で囲まれる範囲内であってその中央部分に位置する１つの溶接痕７の上に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を固定する。この場合、パワー半導体９とボイド８が上下に重なり難くなり、パワー半導体９からの放熱が、ボイド８により阻害されることが少なくなる。このため、パワー半導体９を効率良く冷却することができ、冷却器１としての機能を向上させることができる。
【００４６】
更に、この実施形態では、ファイバレーザ装置２１によってレーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することにより、レーザを照射している。従って、レーザのエネルギー密度を高めることができ、短周期かつ高精度にレーザエネルギーを被照射位置に供給することができる。
【００４７】
また、この実施形態のろう付け構造によれば、天板４と絶縁基板５との間の接合部における任意の４つの位置と、それらの位置で囲まれる領域の中央部分にレーザ溶接による溶接痕７が残存し、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置のろう材層６の中に集中的にボイド８が残存するので、ボイド８の分散が少なくなる。この結果、冷却器１を構成する天板４と各絶縁基板５のろう付けに係り、天板４と絶縁基板５の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００４８】
更に、この実施形態のろう付け構造によれば、４つの溶接痕７で囲まれる領域の中央部分に対応するろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、パワー半導体９が、ボイド８の上を避けて絶縁基板５に接合されることとなる。このため、パワー半導体９を効率良く冷却することができ、冷却器１の機能を向上させることができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をＨＶインバータの冷却器に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
前記第１実施形態では、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応する位置にレーザ溶接を施した、すなわちレーザによる溶接痕７の配置を設定した。これに対し、この実施形態では、上記した対角線の交点に対応する溶接痕７を省略した点で、前記第１実施形態と構成が異なる。
【００５１】
すなわち、この実施形態では、「ろう付け方法」において、天板４に複数の絶縁基板５をレーザ溶接により仮固定するに際して、図１４に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点に対応してレーザ溶接が行われ、合計４つの溶接痕７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間に形成するようにしている。
【００５２】
そして、ろう付け後、４つのろう付け起点（溶接痕７Ａ〜７Ｄ）で囲まれる領域の中央部分から、４つのろう付け起点の一つへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の４つのパワー半導体９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄを接合するようにしている。
【００５３】
この場合、ボイド８は、４つのろう付け起点（溶接痕７Ａ〜７Ｄ）のそれぞれを中心に、二つのろう付け起点（例えば、溶接痕７Ａ，７Ｃ）の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置（すなわち、４つのろう付け起点で囲まれる領域の中央部分）に集中して発生する傾向がある。このため、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に４つのパワー半導体９Ａ〜９Ｄがそれぞれ接合される。
【００５４】
従って、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように、ろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄが、ボイド８の上を避けて絶縁基板５に接合されることとなる。このため、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄとボイド８が上下に重なり難くなり、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄからの放熱がボイド８により阻害されることが少なくなり、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄを効率良く冷却することができる、冷却器１としての機能を向上させることができる。
【００５５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００５６】
例えば、前記各実施形態では、本発明を、冷却器１を構成するケース２と天板４とをろう付けする場合に具体化したが、ケースと冷却フィンをろう付けする場合にも具体化することができる。
【００５７】
前記第２実施形態では、図１４に示すように、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に４つのパワー半導体９Ａ〜９Ｄをそれぞれ接合した。これに対し、図１５に示すように、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、４つのろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点（溶接痕７Ａ，７Ｂ及び溶接痕７Ｃ，７Ｄ）の間へ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に２つのパワー半導体９Ａ，９Ｂをそれぞれ接合するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、ＨＶインバータの冷却器に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷却器
４ 天板（第１の部材）
５ 絶縁基板（第２の部材）
６ ろう材層
７ 溶接痕
７Ａ〜７Ｄ 溶接痕
８ ボイド
９ パワー半導体（発熱体）
９Ａ〜９Ｄ パワー半導体（発熱体）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハイブリッドインバータ（ＨＶインバータ）の冷却器を構成する２つの部材をろう付けするためのろう付け方法及びろう付け構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が知られている。この技術では、冷却器の端面に、多数条をなすスリット、格子又はディンプルを形成し、その端面に対して半導体をろう付けするようにしている。これにより、冷却器と半導体との間のろう付け部分にボイドが発生するのを防止し、併せて、ろう材に働く応力を分散させ、ろう付け部分に剥離やクラックが発生するのを防止するようにしている。
【０００３】
ここで、「スリット」は、ろう材の流れを阻害することがあることから、すべてのスリット面にろう付けの起点が必要となり、未接合部分（ボイド）が発生するおそれがあった。また、「格子」も、ろう材の流れを阻害することがあることから、すべての格子面にろう付けの起点が必要となり、未接合部分（ボイド）が発生するおそれがあった。更に、「ディンプル」は、面ろう付けとなるため、部品に高い平面度が要求されることとなり、コスト高となるおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２７５１７０号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の技術では、ろう付け時に、高温によって部品に反りが発生し、接合部分の隙間が増大し、ろう材流れを阻害するおそれがあった。特に、窒素雰囲気下での非腐食性フラックスろう付け法（ＮＢ法）によるろう付けでは、フラックスを使用することから、フラックスの残り滓がボイドとなって分散し、部品の接合率を低下させるおそれがあった。また、接合部にボイドが不規則に生じると、その接合部の上に発熱部品を固定した場合に、その発熱部品を効率良く冷却することができず、冷却器の機能低下を招く懸念があった。
【０００６】
また、冷却器の端面にスリットを成形する方法として、プレス成形及びエッチングが考えられる。しかし、プレス成形では、成形時に溝部の材料が平面部に移動することとなり、部品の平面度を確保できず、隙間が発生してろう材が流れず、未接合となる懸念があった。また、エッチングでは、部品の平面度は確保できるものの、コストが増大する傾向があった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を向上させることを可能としたろう付け方法及びろう付け構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材を配置し、その後、レーザを照射することにより、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して第２の部材を第１の部材に仮固定し、その後、ろう材層を加熱溶融させることにより複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として第２の部材を第１の部材の上にろう付けすることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として第２の部材が第１の部材の上にろう付けされるので、ろう付け起点の配置、すなわちレーザの照射位置を任意に設定することにより、ろう材層の中のボイドの発生位置を制御することが可能となる。すなわち、ボイドは、隣接する２つのろう付け起点の中間位置に集中する傾向があるので、ろう付け起点の配置を設定することにより、ボイドの発生位置を分散させることなく制御することが可能となる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応して、第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、複数のろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応したろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ろう付け後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、ろう付け起点へ向けて、又は、複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを趣旨とする。
【００１３】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、ろう付け起点へ向けて、又は、複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるようにしたろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、第１の部材の上にろう材層を介して第２の部材がろう付けされ、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間のろう材層の中に集中的にボイドが残存することを趣旨とする。
【００１５】
上記発明の構成によれば、第１の部材と第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間のろう材層の中に集中的にボイドが残存するので、ボイドの分散が少なくなる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、複数の溶接痕で囲まれる領域内であって領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応して、第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを趣旨とする。
【００１７】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、複数の溶接痕で囲まれる領域内であって領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応するろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、溶接痕へ向けて、又は、複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを趣旨とする。
【００１９】
上記発明の構成によれば、請求項４に記載の発明の作用に加え、複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、溶接痕へ向けて、又は、複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるようにしたろう材層の中では、残存するボイドが少ない。従って、発熱体が、ボイドの上を避けて第２の部材に接合されることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、冷却器を構成する２つの部材のろう付けに係り、ボイドの発生位置を制御することで２つの部材の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、発熱体とボイドが上下に重なり難くなり、発熱体からの放熱がボイドにより阻害されることが少なくなり、発熱体を効率良く冷却することができる、冷却器としての機能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係り、ＨＶインバータの冷却器を示す斜視図。
【図２】同実施形態に係り、冷却器の概略を示す図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】同実施形態に係り、冷却器を示す平面図。
【図４】同実施形態に係り、天板と絶縁基板の接合関係を示す図３のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】同実施形態に係り、ろう付け方法の手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態に係り、天板への複数の絶縁基板の配置の工程を示す斜視図。
【図７】同実施形態に係り、天板への絶縁基板のレーザ溶接の工程を示す断面図。
【図８】同実施形態に係り、レーザ出力と照射時間の関係を示すグラフ。
【図９】同実施形態に係り、ケースへの冷却フィン及び天板等の配置の工程を示す斜視図。
【図１０】同実施形態に係り、天板とケースのレーザ溶接の工程を示す斜視図。
【図１１】同実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【図１２】同実施形態に係り、ろう付け前における天板と絶縁基板との関係を示す断面図。
【図１３】同実施形態に係り、ろう付け後における天板と絶縁基板との関係を示す断面図。
【図１４】第２実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【図１５】別の実施形態に係り、天板の上に接合された絶縁基板と、その絶縁基板の上に接合されたパワー半導体を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
＜第１実施形態＞
以下、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をＨＶインバータの冷却器に具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
図１に、ＨＶインバータの冷却器１を斜視図により示す。図２に、この冷却器１の概略を、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図により示す。冷却器１は、箱形に形成されたケース２と、ケース２の中に設けられた冷却フィン３と、冷却フィン３の上に設けられた第１の部材としての天板４と、天板４の上に設けられた第２の部材としての複数の絶縁基板５とを備える。ケース２は、その外周にフランジ２ａを含む。天板４は、冷却フィン３の上を覆うように配置され、その外周にフランジ４ａを含む。各絶縁基板５の上には、それぞれ発熱体としての半導体素子９（図４参照）が固定されるようになっている。
【００２９】
図２に示すように、天板４のフランジ４ａは、ケース２のフランジ２ａに整合して配置され、ろう付けされる。すなわち、天板４のフランジ４ａと、ケース２のフランジ２ａとは、ろう材層６を介して接合される。また、天板４のフランジ４ａとケース２のフランジ２ａとの接合面には、所々にレーザ溶接による溶接痕７が残存する。この溶接痕７は、ろう付けする前に、天板４をケース２に仮固定するためのレーザ溶接による痕跡である。この実施形態では、ケース２のフランジ２ａの厚みが「３.０（ｍｍ）」、天板４のフランジ４ａの厚みが「０.６（ｍｍ）」、ろう材層６の厚みが「０.１５（ｍｍ）」、溶接痕７の直径が「１〜２（ｍｍ）」となっている。
【００３０】
図３に、冷却器１を平面図により示す。図４に、天板４と絶縁基板５との接合関係を、図３のＢ−Ｂ線断面図により示す。図３に示すように、各絶縁基板５は、天板４の凹部４ｂに配置され、ろう付けされる。すなわち、図４に示すように、天板４の凹部４ｂと、絶縁基板５とは、ろう材層６を介して接合される。また、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間の接合部には、所定の位置にレーザ溶接による溶接痕７が残存する。この溶接痕７は、ろう付けする前に、絶縁基板５を天板４の凹部４ｂに仮固定するためのレーザ溶接による痕跡である。また、その溶接痕７に隣接して、ろう材層６の中には、ボイド８が残存する。この実施形態では、上記した冷却器１につき、本発明のろう付け構造が構成される。
【００３１】
ここで、上記した冷却器１に関するろう付け方法について説明する。図５に、この実施形態のろう付け方法の手順をフローチャートにより示す。
【００３２】
先ず、図５（１）に示すように、天板４に複数の絶縁基板５をレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図６に斜視図で示すように、天板４の凹部４ｂに複数の絶縁基板５をろう材層６（図２，４参照）を介して配置し、図７に断面図で示すように、天板４の裏側から絶縁基板５を天板４に対し、例えば、ファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接することにより仮固定する。この実施形態では、ファイバレーザ装置２１によってレーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することにより、レーザを照射するようにしている。この実施形態では、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応してレーザ溶接が行われ、合計５つの溶接痕７を、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間に形成している（図１１参照）。
【００３３】
図８に、そのレーザ出力と照射時間の関係をグラフにより示す。図８に示すように、この実施形態では、レーザを３回のパルスに分けて照射するようになっている。各パルス出力は、立ち上がり時間Ｔｕ１，Ｔｕ２，Ｔｕ３が一律で、その後、ピーク時間Ｔｐ１，Ｔｐ２，Ｔｐ３が制御され、立ち下がり時間Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が制御される。従って、各パルス出力の照射時間は、立ち上がり時間Ｔｕ１〜Ｔｕ３に、可変なピーク時間Ｔｐ１〜Ｔｐ３と、可変な立ち下がり時間Ｔｄ１〜Ｔｄ３をそれぞれ加算することで決定される。この実施形態では、レーザのパルス数、各パルス出力の照射時間、或いは、レーザのピーク出力を制御することで、ある一点に対するトータルのレーザ出力を調整するようになっている。この出力調整により、レーザを照射するようになっている。
【００３４】
次に、図５（２）に示すように、絶縁基板５を仮固定した天板４、冷却フィン３及びケース４等を互いに組み付ける。すなわち、図９に斜視図で示すように、ケース２の凹部２ｂに冷却フィン３を配置し、その冷却フィン３の上に天板４を配置するなどする。このとき、図２に示すように、ケース２のフランジ２ａと天板４のフランジ４ａとを合わせるのであるが、その間に所定の厚みを有するろう材層６を設けておく。
【００３５】
次に、図５（３）に示すように、天板４をケース２にレーザ溶接により仮固定する。すなわち、図１０に斜視図で示すように、天板４のフランジ４ａ上の複数の箇所に対し、例えば、ファイバレーザ装置２１によりレーザ溶接を施す。この実施形態では、上記と同様、ファイバレーザ装置２１によってレーザを複数回のパルスに分けて１点に照射するようになっている。
【００３６】
次に、図５（４）に示すように、各部品をろう付けする。すなわち、天板４のフランジ４ａをケース２のフランジ２ａにろう付けすると共に、各絶縁基板５を天板４にろう付けする。ここで、既に仮固定され、組み付けられたケース２、冷却フィン３、天板４及び絶縁基板５（冷却器１のアッシィ）を溶接炉に投入することで、天板４のフランジ４ａとケース２のフランジ２ａとをろう付けすると共に、各絶縁基板５と天板４とをろう付けする。これにより、図１，３に示すような、ろう付けされた冷却器１が得られる。
【００３７】
その後、図５（５）に示すように、各絶縁基板５の上に発熱体としての半導体素子を固定する。すなわち、図４の断面図に２点鎖線で示すように、絶縁基板５の上にパワー半導体９を固定する。
【００３８】
この実施形態では、図５（４）で各部品をろう付けした後、複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を接合して固定する。すなわち、この実施形態では、図１１に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応して、レーザ溶接による５つの溶接痕７が、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間のろう材層の中に残存する。そして、各頂点に対応する４つの溶接痕７により囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つの溶接痕７の上に対応して、絶縁基板５の上にパワー半導体９が接合される。
【００３９】
上記したこの実施形態のろう付け方法では、ＨＶインバータの冷却器１を構成する天板４と絶縁基板５をろう付けするに際して、天板４の凹部４ｂの上にろう材層６を介して複数の絶縁基板５を配置し、その後、レーザを照射することにより、天板４と各絶縁基板５との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して各絶縁基板５を天板４に仮固定し、その後、ろう材層６を加熱溶融させることにより、複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として各絶縁基板５を天板４の上にろう付けするようにしている。
【００４０】
また、前記ろう付け後には、４つのろう付け起点で囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つのろう付け起点の上に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を接合するようにしている。
【００４１】
以上説明したこの実施形態のろう付け方法によれば、図１１に示すように、４つのレーザ溶接の位置（溶接痕７）をろう付け起点として、絶縁基板５が天板４の上にろう付けされるので、ろう付け起点の配置、すなわちレーザの照射位置を任意に設定することにより、ろう材層６中のボイド８の発生位置を制御することが可能となる。すなわち、ボイド８は、隣接する２つのろう付け起点（溶接痕７）のそれぞれを中心に、両起点間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中して発生する傾向がある。そして、ろう付け起点の配置を、本実施形態のように設定することにより、ボイド８の発生位置を分散させることなく制御することが可能となる。このため、冷却器１を構成する天板４と各絶縁基板５のろう付けに係り、ボイド８の発生位置を制御することで、それら天板４と絶縁基板５の接合効率を安定させ、向上させることができる。すなわち、ボイド８を、隣接する２つのろう付け起点（溶接痕７）のそれぞれを中心に、両起点間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中させるので、ボイド８が分散することがなく、天板４と各絶縁基板５とのろう付けによる接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００４２】
また、この実施形態では、絶縁基板５を天板４に対し、レーザ溶接により仮固定するので、ろう付けに際して、絶縁基板５が高温により反ることを防止することができる。この結果、天板４と絶縁基板５との間の隙間を管理することができる。
【００４３】
ここで、図１２に、ろう付け前における天板４と絶縁基板５との関係を断面図により示す。図１３に、ろう付け後における天板４と絶縁基板５との関係を断面図により示す。図１２に示すように、ろう付け前には、天板４と絶縁基板５との間が、レーザ溶接による溶接痕７及びろう材層６を介して仮接合されている。このとき、天板４と絶縁基板５との間には、複数の溶接痕７が残存しており、それら溶接痕７の間に、複数のボイド８と空間１０が存在する。そして、ろう材層６は、天板４の心材１１と一体をなすろう材１２と、そのろう材１２の上に形成された酸化膜１３とを含む。ボイド８と空間１０は、酸化膜１３と絶縁基板５との間に不規則に散らばって存在する。
【００４４】
これに対し、図１３に示すように、ろう付け後には、天板４と絶縁基板５とが、ろう材層６を介して仮接合されている。天板４と絶縁基板５との間には、溶接痕７の間に挟まれるように、ボイド８が集中的に存在する。ここで、ろう材層６は、天板４と一体をなしていたろう材１２と酸化膜１３とが融合して一体化している。また、溶接痕７が起点となり、ろう材１２が流動し、ボイド８が、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集まっている。
【００４５】
この実施形態では、図１１に示すように、複数のろう付け起点（溶接痕７）で囲まれる領域内であってその領域内の中央部分に含まれる別の１つのろう付け起点（溶接痕７）の上に対応するろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、パワー半導体９が、ボイド８の上を避けて絶縁基板５の上に接合されることとなる。すなわち、図１１に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５に対し、その４つの頂点と対角線の交点とに対応して合計５つの溶接痕７を形成したとする。このとき、ボイド８は、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置に集中することとなる。よって、各頂点に対応する４つの溶接痕７で囲まれる範囲内であってその中央部分に位置する１つの溶接痕７の上に対応して、絶縁基板５の上に発熱体であるパワー半導体９を固定する。この場合、パワー半導体９とボイド８が上下に重なり難くなり、パワー半導体９からの放熱が、ボイド８により阻害されることが少なくなる。このため、パワー半導体９を効率良く冷却することができ、冷却器１としての機能を向上させることができる。
【００４６】
更に、この実施形態では、ファイバレーザ装置２１によってレーザのパルス数及び出力のうち少なくとも一方を調整することにより、レーザを照射している。従って、レーザのエネルギー密度を高めることができ、短周期かつ高精度にレーザエネルギーを被照射位置に供給することができる。
【００４７】
また、この実施形態のろう付け構造によれば、天板４と絶縁基板５との間の接合部における任意の４つの位置と、それらの位置で囲まれる領域の中央部分にレーザ溶接による溶接痕７が残存し、隣接する２つの溶接痕７のそれぞれを中心に、両溶接痕７の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置のろう材層６の中に集中的にボイド８が残存するので、ボイド８の分散が少なくなる。この結果、冷却器１を構成する天板４と各絶縁基板５のろう付けに係り、天板４と絶縁基板５の接合効率を安定させ、向上させることができる。
【００４８】
更に、この実施形態のろう付け構造によれば、４つの溶接痕７で囲まれる領域の中央部分に対応するろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、パワー半導体９が、ボイド８の上を避けて絶縁基板５に接合されることとなる。このため、パワー半導体９を効率良く冷却することができ、冷却器１の機能を向上させることができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明における「ろう付け方法及びろう付け構造」をＨＶインバータの冷却器に具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
前記第１実施形態では、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点及び対角線の交点に対応する位置にレーザ溶接を施した、すなわちレーザによる溶接痕７の配置を設定した。これに対し、この実施形態では、上記した対角線の交点に対応する溶接痕７を省略した点で、前記第１実施形態と構成が異なる。
【００５１】
すなわち、この実施形態では、「ろう付け方法」において、天板４に複数の絶縁基板５をレーザ溶接により仮固定するに際して、図１４に示すように、平面視で四角形状をなす絶縁基板５の各頂点に対応してレーザ溶接が行われ、合計４つの溶接痕７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを、天板４の凹部４ｂと絶縁基板５との間に形成するようにしている。
【００５２】
そして、ろう付け後、４つのろう付け起点（溶接痕７Ａ〜７Ｄ）で囲まれる領域の中央部分から、４つのろう付け起点の一つへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の４つのパワー半導体９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄを接合するようにしている。
【００５３】
この場合、ボイド８は、４つのろう付け起点（溶接痕７Ａ〜７Ｄ）のそれぞれを中心に、二つのろう付け起点（例えば、溶接痕７Ａ，７Ｃ）の間の半分の長さを半径とする円を描いた場合に、それらの円が重ならない位置（すなわち、４つのろう付け起点で囲まれる領域の中央部分）に集中して発生する傾向がある。このため、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に４つのパワー半導体９Ａ〜９Ｄがそれぞれ接合される。
【００５４】
従って、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように、ろう材層６の中では、残存するボイド８が少ない。従って、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄが、ボイド８の上を避けて絶縁基板５に接合されることとなる。このため、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄとボイド８が上下に重なり難くなり、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄからの放熱がボイド８により阻害されることが少なくなり、各パワー半導体９Ａ〜９Ｄを効率良く冷却することができる、冷却器１としての機能を向上させることができる。
【００５５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００５６】
例えば、前記各実施形態では、本発明を、冷却器１を構成するケース２と天板４とをろう付けする場合に具体化したが、ケースと冷却フィンをろう付けする場合にも具体化することができる。
【００５７】
前記第２実施形態では、図１４に示すように、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、各溶接痕７Ａ〜７Ｄへ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に４つのパワー半導体９Ａ〜９Ｄをそれぞれ接合した。これに対し、図１５に示すように、４つの溶接痕７Ａ〜７Ｄで囲まれる領域の中央部分から、４つのろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点（溶接痕７Ａ，７Ｂ及び溶接痕７Ｃ，７Ｄ）の間へ向けてずれた位置にて、その囲まれる領域と重なるように絶縁基板５の上に２つのパワー半導体９Ａ，９Ｂをそれぞれ接合するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
この発明は、ＨＶインバータの冷却器に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ 冷却器
４ 天板（第１の部材）
５ 絶縁基板（第２の部材）
６ ろう材層
７ 溶接痕
７Ａ〜７Ｄ 溶接痕
８ ボイド
９ パワー半導体（発熱体）
９Ａ〜９Ｄ パワー半導体（発熱体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、
前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材を配置し、
その後、レーザを照射することにより、前記第１の部材と前記第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して前記第２の部材を前記第１の部材に仮固定し、
その後、前記ろう材層を加熱溶融させることにより前記複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として前記第２の部材を前記第１の部材の上にろう付けする
ことを特徴とするろう付け方法。
【請求項２】
前記ろう付け後、前記複数のろう付け起点で囲まれる領域内であって前記領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応して、前記第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを特徴とする請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項３】
前記ろう付け後、前記複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、前記ろう付け起点へ向けて、又は、前記複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように前記第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを特徴とする請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項４】
ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、
前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材がろう付けされ、前記第１の部材と前記第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間の前記ろう材層の中に集中的にボイドが残存することを特徴とするろう付け構造。
【請求項５】
前記複数の溶接痕で囲まれる領域内であって前記領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応して、前記第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを特徴とする請求項４に記載のろう付け構造。
【請求項６】
前記複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、前記溶接痕へ向けて、又は、前記複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように前記第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを特徴とする請求項４に記載のろう付け構造。
【請求項１】
ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けするろう付け方法であって、
前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材を配置し、
その後、レーザを照射することにより、前記第１の部材と前記第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接を施して前記第２の部材を前記第１の部材に仮固定し、
その後、前記ろう材層を加熱溶融させることにより前記複数のレーザ溶接の位置をろう付け起点として前記第２の部材を前記第１の部材の上にろう付けする
ことを特徴とするろう付け方法。
【請求項２】
前記ろう付け後、前記複数のろう付け起点で囲まれる領域内であって前記領域内に含まれる別のろう付け起点の上に対応して、前記第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを特徴とする請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項３】
前記ろう付け後、前記複数のろう付け起点で囲まれる領域の中央部分から、前記ろう付け起点へ向けて、又は、前記複数のろう付け起点のうち隣り合う二つのろう付け起点の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように前記第２の部材の上に少なくとも発熱体を接合することを特徴とする請求項１に記載のろう付け方法。
【請求項４】
ＨＶインバータの冷却器を構成する第１の部材と第２の部材をろう付けしたろう付け構造であって、
前記第１の部材の上にろう材層を介して前記第２の部材がろう付けされ、前記第１の部材と前記第２の部材との間の接合部における任意の複数の位置にレーザ溶接による溶接痕が残存し、隣り合う溶接痕の間の前記ろう材層の中に集中的にボイドが残存することを特徴とするろう付け構造。
【請求項５】
前記複数の溶接痕で囲まれる領域内であって前記領域内に含まれる別の溶接痕の上に対応して、前記第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを特徴とする請求項４に記載のろう付け構造。
【請求項６】
前記複数の溶接痕で囲まれる領域の中央部分から、前記溶接痕へ向けて、又は、前記複数の溶接痕のうち隣り合う二つの溶接痕の間へ向けてずれた位置にて、前記領域と重なるように前記第２の部材の上に少なくとも発熱体が接合されたことを特徴とする請求項４に記載のろう付け構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４８３２６（Ｐ２０１２−１４８３２６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９７５６（Ｐ２０１１−９７５６）
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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