電力変換装置
【課題】放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、半導体モジュール２を両面から冷却するための冷却部材４とを積層配置してなる電力変換装置。半導体モジュール２と冷却部材４との間には、熱伝導性を有するゲルグリース５が介在している。ゲルグリース５は、架橋度が１６〜８０％である。また、半導体モジュール２等へのゲルグリース５の塗布は、スクリーン印刷法によって行う。
【解決手段】電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、半導体モジュール２を両面から冷却するための冷却部材４とを積層配置してなる電力変換装置。半導体モジュール２と冷却部材４との間には、熱伝導性を有するゲルグリース５が介在している。ゲルグリース５は、架橋度が１６〜８０％である。また、半導体モジュール２等へのゲルグリース５の塗布は、スクリーン印刷法によって行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却するための冷却部材とを積層してなる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、電気モータから大きな駆動トルクを得る必要があるため、駆動電流として大電流が必要となる。
そしてそのため、その電気モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
【０００３】
そこで、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一性高く冷却できるように、冷却媒体（冷媒）の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の扁平冷却管を配置し、該扁平冷却管の間に半導体モジュールを挟持した冷却管並列型の電力変換装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、電子部品と該電子部品の熱を放熱する放熱板との間に、熱伝導性のグリースを介在させることにより、電子部品の放熱性能を向上させる構造が開示されている（特許文献２参照）。
そして、半導体モジュールと冷却管との間にグリースを介在させて、両者の間の空間をグリースによって埋めることにより、上述した電力変換装置における半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【０００５】
しかしながら、グリースは、その両側に配された半導体モジュール及び冷却管による受熱及び冷却に起因する熱ストレスを受ける。また、電力変換装置が自動車のエンジンルーム等に配置されたとき、その使用環境に起因する熱ストレスがグリースにかかることもある。
これにより、グリース中の油分が分離するブリード現象が起こり、グリース中にエアが混入してしまうおそれがある。その結果、グリースの熱伝導性が低下し、半導体モジュールの放熱が不充分となるおそれがある。
【０００６】
かかる不具合を解消するために、グリースの油分を架橋させてゲル化することにより上記のブリード現象を抑制することが考えられる。ところが、ゲルは、粘度が高いため、半導体モジュールと冷却管との間に、薄く一様に配置することが困難となる。即ち、ゲルを半導体モジュールや冷却管の表面に塗布しようとすると、粘度が高いために、どうしてもかすれが生じてしまい、半導体モジュールと冷却管との間に、確実にゲルを薄く充填することは困難である。また、かすれのないようにゲルを半導体モジュールや冷却管の表面に塗布するためには、塗布速度を低くする必要があり、生産性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６２１５号公報
【特許文献２】特開２００５−５６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、熱伝導性を有するゲルグリースが介在しており、
該ゲルグリースは、架橋度が１６〜８０％であることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置においては、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間に、上記ゲルグリースが介在している。そのため、上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリースを介して密着させることができる。それ故、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
そして、上記ゲルグリースの架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュールと冷却部材との間に容易にゲルグリースを形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュールの放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュールや冷却部材の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。これにより、半導体モジュールの冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置の生産性を向上させることができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項４）。
【００１４】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置の製造方法は、上記塗布工程と上記積層工程とを有する。これにより、上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリースを介して密着させることができる。それ故、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
そして、上記塗布工程において上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に塗布する上記ゲルグリースの架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュールと冷却部材との間に容易にゲルグリースを形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュールの放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュールや冷却部材の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。
【００１６】
また、上記塗布工程においては、上記ゲルグリースをスクリーン印刷法によって塗布するため、ゲルグリースを半導体モジュールの主面等に、薄く均一に形成することが可能となる。
これにより、半導体モジュールの冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置の生産性を向上させることができる。
【００１７】
以上のごとく、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置の製造方法を提供することができる。
【００１８】
第３の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを、両者の間に絶縁部材を介して積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材との少なくとも一方の主面、及び上記冷却部材と上記絶縁部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材と上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項６）。
【００１９】
本発明の場合にも、上記第２の発明と同様の作用効果を得ることができる。即ち、半導体モジュールと冷却部材との間に絶縁部材を介在させる必要のある電力変換装置を製造するに当たっても、上記第２の発明と同様の作用効果を得ることができる。
従って、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
上記第１〜第３の発明において、上記ゲルグリースとしては、例えば、熱伝導を促進する添加材が混入されたものを用いることができる。そして、該添加材としては、例えば、酸化亜鉛等の金属粉を用いることができる。
また、上記ゲルグリースの架橋度が１６％未満の場合には、熱ストレスに起因するブリード現象を充分に抑制することが困難となる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を招き、半導体モジュールの放熱効率を充分に確保することが困難となるおそれがある。一方、上記架橋度が８０％を超える場合には、ゲルグリースの粘度が高くなりすぎて、半導体モジュールや冷却部材等の主面にゲルグリースを塗布する際に、かすれ等を生じるおそれがあり、均一に塗布することが困難となるおそれがある。
【００２１】
上記電力変換装置としては、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。
また、上記半導体モジュールとしては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、パワー集積回路等を内蔵したものがある。
【００２２】
次に、上記第１の発明（請求項１）において、上記ゲルグリースは、上記半導体モジュールと上記冷却部材との双方に直接密着していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、半導体モジュールと冷却部材との間に、上記ゲルグリースのみを介在させることとなる。それ故、熱抵抗の低減を図ることができる。
【００２３】
また、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、絶縁部材が介在しており、上記ゲルグリースは、上記絶縁部材と上記半導体モジュールとの間、及び上記絶縁部材と上記冷却部材との間の双方にそれぞれ介在していてもよい（請求項３）。
この場合には、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間の電気的絶縁を確保することができる。例えば、半導体モジュールの主面に電極と電気的に接続された放熱板等が配置されている場合に、この放熱板と冷却部材との間の電気的絶縁を確保し、電力変換装置の正常な動作を確保する必要がある。かかる場合においても、本発明を適用して、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２４】
次に、上記第２の発明（請求項４）又は上記第３の発明（請求項６）において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることが好ましい（請求項５、請求項７）。
この場合には、半導体モジュールと冷却部材との間、或いは、半導体モジュールと絶縁部材との間、及び絶縁部材と冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
即ち、上記塗布工程におけるゲルグリースの塗布厚みを２０〜１００μｍとすることにより、上記積層工程において、半導体モジュールと冷却部材とを、或いは、半導体モジュールと絶縁部材とを、或いは、絶縁部材と冷却部材とを、互いに加圧してゲルグリースを押し潰すとき、ゲルグリースを薄く均一に延ばすことが容易となる。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間、或いは、半導体モジュールと絶縁部材との間、及び絶縁部材と冷却部材との間のゲルグリースの厚みを充分に薄くすると共に、全体に充分に広げることができる。そのため、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００２６】
上記ゲルグリースの塗布厚みが２０μｍ未満の場合には、半導体モジュールと冷却部材との間等の接触面に、充分にゲルグリースを広げることが困難となるおそれがある。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間等に、空気が介在してしまうおそれがある。一方、上記塗布厚みが１００μｍを超えると、上記積層工程において、上記ゲルグリースを充分に押し潰すことが困難となり、最終的なゲルグリースの厚みを小さくすることが困難となるおそれがある。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗が大きくなり、半導体モジュールの冷却効率を向上させることが困難となるおそれがある。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びその製造方法につき、図１〜図７を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を両面から冷却するための冷却部材としての冷却管４とを積層配置してなる。
【００２８】
図１に示すごとく、半導体モジュール２と冷却管４との間には、熱伝導性を有するゲルグリース５が介在している。本例においては、半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材３が介在しており、ゲルグリース５は、絶縁部材３と半導体モジュール２との間、及び絶縁部材３と冷却部材４との間の双方にそれぞれ介在している。そして、このゲルグリース５の架橋度は１６〜８０％である。
【００２９】
上記ゲルグリース５としては、熱伝導を促進する添加材として酸化亜鉛等の金属粉を充填してなるシリコーンゲルグリースを用いることができる。即ち、上記金属粉を添加してなるシリコーングリスに架橋剤を添加等することによりゲル化して、上記ゲルグリース５を得る。
【００３０】
上記電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータである。
また、上記半導体モジュール２としては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子を内蔵したものがある。
そして、半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵するモジュール本体部２０と、該モジュール本体部２０から突出させた主電極端子２２１と信号端子２２２とを有する。また、モジュール本体部２０の両主面には、上記主電極端子と電気的に接続された放熱板２３が露出している。
この放熱板２３と上記絶縁部材３とが対向配置され、両者の間にゲルグリース５が介在している。
【００３１】
また、上記絶縁部材３はセラミック板からなり、冷却管４はアルミニウムからなる。
図１に示すごとく、冷却管４は、その内部に冷媒流路４１を有しており、これに冷却媒体を流通させることができるよう構成してある。また、図２に示すごとく、複数の冷却管４の両端をそれぞれ連結するように連結パイプ４０１を配置し、２箇所のヘッダ部４０２を形成してある。また、該２箇所のヘッダ部４０１、４０２の一方の端部には、冷却管４に接続された冷媒導入口４０３と冷媒排出口４０４とがそれぞれ設けてある。このようにして、複数の冷却管４を並列配置してなる冷却器４０が構成されている。
そして、隣り合う冷却管４の間に上述のごとく半導体モジュール２を挟持させ、冷却管４内に冷却媒体を流通させることにより、半導体モジュール２を両面から冷却することができる。
【００３２】
上記電力変換装置１を製造するに当たっては、図３〜図７に示すごとく、以下の塗布工程と積層工程とを繰り返す。即ち、塗布工程においては、半導体モジュール２と絶縁部材３との少なくとも一方の主面、及び冷却管４と絶縁部材との少なくとも一方の主面に、ゲルグリース５をスクリーン印刷法により塗布する。また、積層工程においては、半導体モジュール２と絶縁部材３と冷却部材４とを、ゲルグリース５を介して積層する。
【００３３】
以下に、図３〜図７を用いて具体的に説明する。
まず、図３に示すごとく、半導体モジュール２を、その一方の主面が上方を向く状態で、チャック治具６１によって保持する。そして、上記半導体モジュール２の主面（放熱板２３の表面）に、スクリーン印刷法によってゲルグリース５を印刷する。即ち、半導体モジュール２の主面に、印刷パターン６２１を有するスクリーンマスク６２を覆い被せる。そして、該スクリーンマスク６２の上面にゲルグリース５を載せると共に、ゲルグリース５を、スキージ６３によってこすり付けるようにスクリーンマスク６２の印刷パターン６２１からその下方の半導体モジュール２の主面に印刷する。
【００３４】
これにより、図４に示すごとく、半導体モジュール２の所望の位置、範囲に、ゲルグリース５を塗布する。このときのゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍの間で、略均一である。
次いで、図５に示すごとく、ゲルグリース５を塗布した半導体モジュール２の主面に、ゲルグリース５を介して、絶縁部材３を積層する。このとき、所定の加圧力で半導体モジュール２の主面に絶縁部材３を押し付けることにより、ゲルグリース５を押し潰して、半導体モジュール２と絶縁部材３との間に、薄く均一に拡げる。このときのゲルグリース５の膜厚は１０μｍ以下とする。
【００３５】
次いで、半導体モジュール２の反対側の主面にも、同様に、ゲルグリース５を塗布すると共に絶縁部材３を積層する。
次いで、図６に示すごとく、半導体モジュール２に積層した絶縁部材３の主面に、ゲルグリース５をスクリーン印刷する。スクリーン印刷の方法は、半導体モジュール２の主面への印刷時（図３）と同様である。
これにより、図７に示すごとく、絶縁部材３の主面に、ゲルグリース５を略均一厚みに形成する。このゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍである。
【００３６】
次いで、半導体モジュール２の反対側の主面に積層した絶縁部材３の主面にも、同様に、ゲルグリース５をスクリーン印刷する。
次いで、図１に示すごとく、半導体モジュール２を隣り合う冷却管４の間に配置すると共に、冷却管４によって、半導体モジュール２の両主面からゲルグリース５を介して挟み込む。このとき、ゲルグリース５を、膜厚が１０μｍ以下となるように押し潰す。
そして、複数の半導体モジュール２について、同様の組付け方法によって、冷却管４と積層することにより、図２に示すような電力変換装置１を得る。
【００３７】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、上記半導体モジュール２と上記冷却管４との間に、上記ゲルグリース５が介在している。そのため、半導体モジュール２と冷却管４とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができる。それ故、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００３８】
本例においては特に、上述のごとく半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材３を介在させ、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却管４との間に、それぞれゲルグリース５が介在している。そのため、半導体モジュール２と絶縁部材３とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができると共に、絶縁部材３と冷却管４とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができる。それ故、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００３９】
そして、上記ゲルグリース５の架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却管４との間に容易にゲルグリース５を形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリース５は、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリース５の熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュール２の放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリース５は、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュール２や冷却管４の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
【００４０】
また、本例の電力変換装置を製造するに当たり、上記塗布工程において、ゲルグリース５をスクリーン印刷法によって塗布するため、ゲルグリース５を半導体モジュール２の主面等に、薄く均一に形成することが可能となる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
【００４１】
そして、上記積層工程の前におけるゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍである。これにより、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却部材４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図８に示すごとく、半導体モジュール２と冷却管４との間に、絶縁部材（図１の符号３参照）を介在させずに、ゲルグリース５のみを介在させた構成の電力変換装置１の例である。
ゲルグリース５は、半導体モジュール２と冷却管４との双方に直接密着している。
また、本例の半導体モジュール２は、主面に放熱板（図１の符号２３参照）を露出させていない。そのため、半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材を介在させる必要がない。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合には、半導体モジュール２と冷却管４との間に一層のゲルグリース５を介在させるのみの構成とすることができるため、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗の低減を図ることができる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率をより向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図９に示すごとく、架橋度の異なる複数のゲルグリースの熱抵抗が、冷熱試験によってどのように変化するかを調べた例である。
試験に当たっては、架橋度をそれぞれ０％、５０％、６０％、７０％、８０％、１００％としたゲルグリースを用意した。そして、ゲルグリースの初期塗布厚を５０μｍとし、２つの部材で挟み込み、約５μｍの膜厚となるように押し潰した。そして、そのゲルグリースの表裏の間の熱抵抗を測定した。なお、冷熱試験を行う最中にゲルグリースの膜厚は多少薄くなる。
【００４６】
また、冷熱試験は、気相において、−３０℃の状態を３０分継続した後１１０℃の状態を３０時間継続するという工程を１サイクルとし、これを３０００サイクル繰り返すことにより行った。そして、冷熱試験の前の初期、冷熱試験の途中、そして３０００サイクル後において、それぞれゲルグリースの熱抵抗を測定した。
その結果を図９に示す。
【００４７】
同図において、冷熱サイクルの前（冷熱サイクル数０）の時点の熱抵抗がいずれも高いのは、初期状態においてはゲルグリースの膜厚が大きく、その後、冷熱サイクルを行う間に膜厚が小さくなり安定するためであると考えられる。それ故、ゲルグリースの膜厚が最初から安定していたとすれば、５００サイクル以上のデータから類推すると、５００サイクル目よりも熱抵抗が小さい値であると考えられる。
【００４８】
そして、図９から分かるように、５００サイクル目のデータ以降については、冷熱サイクルを行うにつれ、徐々に熱抵抗が大きくなっているが、架橋度が０％のサンプルについては、特に熱抵抗が高くなっている。これは、熱ストレスに起因するブリード現象が生じているためであると考えられる。逆に、架橋度が５０％以上のサンプルについては、比較的熱抵抗を小さく抑えることができる。
この結果から、架橋度０、即ちゲル化していないグリースの場合には、熱ストレスに起因するブリード現象によって、ゲルグリースの熱伝導性の低下を招くおそれがあり、架橋させることにより、熱伝導性の低下を抑制することができることが分かる。
【００４９】
（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、ゲルグリースの架橋度と塗布状態との関係を調べた例である。
即ち、架橋度の異なる複数のゲルグリースを、種々の印刷速度（スキージの速度）にて、半導体モジュールの主面にスクリーン印刷し、その印刷状態を目視によって確認した。
観察結果を図１０に示す。同図において、かすれのない良好なものを○、若干のかすれのあるものを△、かすれが多いものを×として表した。
【００５０】
試験結果から、架橋度が低いほど、印刷速度を速くしても良好な印刷が可能となることが分かる。そして、架橋度が８０％以下であれば、印刷速度を７５ｍｍ／秒としても、かすれを生じることなく良好な印刷を行うことができることが分かる。従って、架橋度を８０％以下とすることにより、スクリーン印刷を効率よく行うことができ、生産性を向上させることができることが分かる。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図１１に示すごとく、耐久性及び粘度の観点から、ゲルグリースの粘度の適正範囲を考察した例である。
即ち、上記実施例３において示した冷熱試験前後の熱抵抗の変化率についての架橋度依存性を、実線Ｌ１にて表す。また、架橋度と粘度との関係を実線Ｌ２にて表す。なお、図１１において、左側の縦軸に冷熱試験前後の熱抵抗の変化率のスケールを示し、右側の縦軸に粘度のスケールを示す。また、粘度については、マルコム粘度計を用いて測定した。
【００５２】
図１１の実線Ｌ１から分かるように、架橋度を１６％以上とすることにより、冷熱試験前後の熱抵抗変化率を１００％以下とすることができる。これは、架橋度を１６％以上とすれば、冷熱試験によって初期状態よりも熱抵抗が大きくなることを防ぐことができることを示し、耐久性を確保することができることを示す。
【００５３】
また、図１１の実線Ｌ２から分かるように、架橋度を約７０％以上に大きくしていくと、粘度が徐々に高くなる。そして、ゲルグリースの製造バラツキを考慮すると、印刷作業性の観点から架橋度を８０％以下とすることが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の一部を示す断面説明図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の斜視説明図。
【図３】実施例１における、半導体モジュールへのゲルグリースのスクリーン印刷方法の説明図。
【図４】実施例１における、半導体モジュールにゲルグリースを塗布した状態を示す説明図。
【図５】実施例１における、半導体モジュールにゲルグリースを介して絶縁部材を積層した状態を示す説明図。
【図６】実施例１における、絶縁部材へのゲルグリースのスクリーン印刷方法の説明図。
【図７】実施例１における、絶縁部材にゲルグリースを介して絶縁部材を積層した状態を示す説明図。
【図８】実施例２における、電力変換装置の一部を示す断面説明図。
【図９】実施例３における、冷熱試験による熱抵抗の変化を示す線図。
【図１０】実施例４における、ゲルグリースの架橋度と塗布状態との関係を示す線図。
【図１１】実施例５における、ゲルグリースの架橋度の適正範囲を示す線図。
【符号の説明】
【００５５】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 絶縁部材
４ 冷却管
５ ゲルグリース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールと該半導体モジュールを冷却するための冷却部材とを積層してなる電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、電気モータから大きな駆動トルクを得る必要があるため、駆動電流として大電流が必要となる。
そしてそのため、その電気モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。
【０００３】
そこで、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一性高く冷却できるように、冷却媒体（冷媒）の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の扁平冷却管を配置し、該扁平冷却管の間に半導体モジュールを挟持した冷却管並列型の電力変換装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、電子部品と該電子部品の熱を放熱する放熱板との間に、熱伝導性のグリースを介在させることにより、電子部品の放熱性能を向上させる構造が開示されている（特許文献２参照）。
そして、半導体モジュールと冷却管との間にグリースを介在させて、両者の間の空間をグリースによって埋めることにより、上述した電力変換装置における半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【０００５】
しかしながら、グリースは、その両側に配された半導体モジュール及び冷却管による受熱及び冷却に起因する熱ストレスを受ける。また、電力変換装置が自動車のエンジンルーム等に配置されたとき、その使用環境に起因する熱ストレスがグリースにかかることもある。
これにより、グリース中の油分が分離するブリード現象が起こり、グリース中にエアが混入してしまうおそれがある。その結果、グリースの熱伝導性が低下し、半導体モジュールの放熱が不充分となるおそれがある。
【０００６】
かかる不具合を解消するために、グリースの油分を架橋させてゲル化することにより上記のブリード現象を抑制することが考えられる。ところが、ゲルは、粘度が高いため、半導体モジュールと冷却管との間に、薄く一様に配置することが困難となる。即ち、ゲルを半導体モジュールや冷却管の表面に塗布しようとすると、粘度が高いために、どうしてもかすれが生じてしまい、半導体モジュールと冷却管との間に、確実にゲルを薄く充填することは困難である。また、かすれのないようにゲルを半導体モジュールや冷却管の表面に塗布するためには、塗布速度を低くする必要があり、生産性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２６２１５号公報
【特許文献２】特開２００５−５６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、熱伝導性を有するゲルグリースが介在しており、
該ゲルグリースは、架橋度が１６〜８０％であることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置においては、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間に、上記ゲルグリースが介在している。そのため、上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリースを介して密着させることができる。それ故、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
そして、上記ゲルグリースの架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュールと冷却部材との間に容易にゲルグリースを形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュールの放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュールや冷却部材の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。これにより、半導体モジュールの冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置の生産性を向上させることができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置を提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項４）。
【００１４】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置の製造方法は、上記塗布工程と上記積層工程とを有する。これにより、上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリースを介して密着させることができる。それ故、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００１５】
そして、上記塗布工程において上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に塗布する上記ゲルグリースの架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュールと冷却部材との間に容易にゲルグリースを形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュールの放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリースは、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュールや冷却部材の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。
【００１６】
また、上記塗布工程においては、上記ゲルグリースをスクリーン印刷法によって塗布するため、ゲルグリースを半導体モジュールの主面等に、薄く均一に形成することが可能となる。
これにより、半導体モジュールの冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置の生産性を向上させることができる。
【００１７】
以上のごとく、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置の製造方法を提供することができる。
【００１８】
第３の発明は、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを、両者の間に絶縁部材を介して積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材との少なくとも一方の主面、及び上記冷却部材と上記絶縁部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材と上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項６）。
【００１９】
本発明の場合にも、上記第２の発明と同様の作用効果を得ることができる。即ち、半導体モジュールと冷却部材との間に絶縁部材を介在させる必要のある電力変換装置を製造するに当たっても、上記第２の発明と同様の作用効果を得ることができる。
従って、本発明によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
上記第１〜第３の発明において、上記ゲルグリースとしては、例えば、熱伝導を促進する添加材が混入されたものを用いることができる。そして、該添加材としては、例えば、酸化亜鉛等の金属粉を用いることができる。
また、上記ゲルグリースの架橋度が１６％未満の場合には、熱ストレスに起因するブリード現象を充分に抑制することが困難となる。その結果、ゲルグリースの熱伝導性の低下を招き、半導体モジュールの放熱効率を充分に確保することが困難となるおそれがある。一方、上記架橋度が８０％を超える場合には、ゲルグリースの粘度が高くなりすぎて、半導体モジュールや冷却部材等の主面にゲルグリースを塗布する際に、かすれ等を生じるおそれがあり、均一に塗布することが困難となるおそれがある。
【００２１】
上記電力変換装置としては、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。
また、上記半導体モジュールとしては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、パワー集積回路等を内蔵したものがある。
【００２２】
次に、上記第１の発明（請求項１）において、上記ゲルグリースは、上記半導体モジュールと上記冷却部材との双方に直接密着していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、半導体モジュールと冷却部材との間に、上記ゲルグリースのみを介在させることとなる。それ故、熱抵抗の低減を図ることができる。
【００２３】
また、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、絶縁部材が介在しており、上記ゲルグリースは、上記絶縁部材と上記半導体モジュールとの間、及び上記絶縁部材と上記冷却部材との間の双方にそれぞれ介在していてもよい（請求項３）。
この場合には、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間の電気的絶縁を確保することができる。例えば、半導体モジュールの主面に電極と電気的に接続された放熱板等が配置されている場合に、この放熱板と冷却部材との間の電気的絶縁を確保し、電力変換装置の正常な動作を確保する必要がある。かかる場合においても、本発明を適用して、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置を得ることができる。
【００２４】
次に、上記第２の発明（請求項４）又は上記第３の発明（請求項６）において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることが好ましい（請求項５、請求項７）。
この場合には、半導体モジュールと冷却部材との間、或いは、半導体モジュールと絶縁部材との間、及び絶縁部材と冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００２５】
即ち、上記塗布工程におけるゲルグリースの塗布厚みを２０〜１００μｍとすることにより、上記積層工程において、半導体モジュールと冷却部材とを、或いは、半導体モジュールと絶縁部材とを、或いは、絶縁部材と冷却部材とを、互いに加圧してゲルグリースを押し潰すとき、ゲルグリースを薄く均一に延ばすことが容易となる。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間、或いは、半導体モジュールと絶縁部材との間、及び絶縁部材と冷却部材との間のゲルグリースの厚みを充分に薄くすると共に、全体に充分に広げることができる。そのため、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
【００２６】
上記ゲルグリースの塗布厚みが２０μｍ未満の場合には、半導体モジュールと冷却部材との間等の接触面に、充分にゲルグリースを広げることが困難となるおそれがある。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間等に、空気が介在してしまうおそれがある。一方、上記塗布厚みが１００μｍを超えると、上記積層工程において、上記ゲルグリースを充分に押し潰すことが困難となり、最終的なゲルグリースの厚みを小さくすることが困難となるおそれがある。これにより、半導体モジュールと冷却部材との間の熱抵抗が大きくなり、半導体モジュールの冷却効率を向上させることが困難となるおそれがある。
【実施例】
【００２７】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びその製造方法につき、図１〜図７を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図１、図２に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を両面から冷却するための冷却部材としての冷却管４とを積層配置してなる。
【００２８】
図１に示すごとく、半導体モジュール２と冷却管４との間には、熱伝導性を有するゲルグリース５が介在している。本例においては、半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材３が介在しており、ゲルグリース５は、絶縁部材３と半導体モジュール２との間、及び絶縁部材３と冷却部材４との間の双方にそれぞれ介在している。そして、このゲルグリース５の架橋度は１６〜８０％である。
【００２９】
上記ゲルグリース５としては、熱伝導を促進する添加材として酸化亜鉛等の金属粉を充填してなるシリコーンゲルグリースを用いることができる。即ち、上記金属粉を添加してなるシリコーングリスに架橋剤を添加等することによりゲル化して、上記ゲルグリース５を得る。
【００３０】
上記電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である電気モータに通電する駆動電流を生成するための、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータである。
また、上記半導体モジュール２としては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ等の半導体素子を内蔵したものがある。
そして、半導体モジュール２は、半導体素子を内蔵するモジュール本体部２０と、該モジュール本体部２０から突出させた主電極端子２２１と信号端子２２２とを有する。また、モジュール本体部２０の両主面には、上記主電極端子と電気的に接続された放熱板２３が露出している。
この放熱板２３と上記絶縁部材３とが対向配置され、両者の間にゲルグリース５が介在している。
【００３１】
また、上記絶縁部材３はセラミック板からなり、冷却管４はアルミニウムからなる。
図１に示すごとく、冷却管４は、その内部に冷媒流路４１を有しており、これに冷却媒体を流通させることができるよう構成してある。また、図２に示すごとく、複数の冷却管４の両端をそれぞれ連結するように連結パイプ４０１を配置し、２箇所のヘッダ部４０２を形成してある。また、該２箇所のヘッダ部４０１、４０２の一方の端部には、冷却管４に接続された冷媒導入口４０３と冷媒排出口４０４とがそれぞれ設けてある。このようにして、複数の冷却管４を並列配置してなる冷却器４０が構成されている。
そして、隣り合う冷却管４の間に上述のごとく半導体モジュール２を挟持させ、冷却管４内に冷却媒体を流通させることにより、半導体モジュール２を両面から冷却することができる。
【００３２】
上記電力変換装置１を製造するに当たっては、図３〜図７に示すごとく、以下の塗布工程と積層工程とを繰り返す。即ち、塗布工程においては、半導体モジュール２と絶縁部材３との少なくとも一方の主面、及び冷却管４と絶縁部材との少なくとも一方の主面に、ゲルグリース５をスクリーン印刷法により塗布する。また、積層工程においては、半導体モジュール２と絶縁部材３と冷却部材４とを、ゲルグリース５を介して積層する。
【００３３】
以下に、図３〜図７を用いて具体的に説明する。
まず、図３に示すごとく、半導体モジュール２を、その一方の主面が上方を向く状態で、チャック治具６１によって保持する。そして、上記半導体モジュール２の主面（放熱板２３の表面）に、スクリーン印刷法によってゲルグリース５を印刷する。即ち、半導体モジュール２の主面に、印刷パターン６２１を有するスクリーンマスク６２を覆い被せる。そして、該スクリーンマスク６２の上面にゲルグリース５を載せると共に、ゲルグリース５を、スキージ６３によってこすり付けるようにスクリーンマスク６２の印刷パターン６２１からその下方の半導体モジュール２の主面に印刷する。
【００３４】
これにより、図４に示すごとく、半導体モジュール２の所望の位置、範囲に、ゲルグリース５を塗布する。このときのゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍの間で、略均一である。
次いで、図５に示すごとく、ゲルグリース５を塗布した半導体モジュール２の主面に、ゲルグリース５を介して、絶縁部材３を積層する。このとき、所定の加圧力で半導体モジュール２の主面に絶縁部材３を押し付けることにより、ゲルグリース５を押し潰して、半導体モジュール２と絶縁部材３との間に、薄く均一に拡げる。このときのゲルグリース５の膜厚は１０μｍ以下とする。
【００３５】
次いで、半導体モジュール２の反対側の主面にも、同様に、ゲルグリース５を塗布すると共に絶縁部材３を積層する。
次いで、図６に示すごとく、半導体モジュール２に積層した絶縁部材３の主面に、ゲルグリース５をスクリーン印刷する。スクリーン印刷の方法は、半導体モジュール２の主面への印刷時（図３）と同様である。
これにより、図７に示すごとく、絶縁部材３の主面に、ゲルグリース５を略均一厚みに形成する。このゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍである。
【００３６】
次いで、半導体モジュール２の反対側の主面に積層した絶縁部材３の主面にも、同様に、ゲルグリース５をスクリーン印刷する。
次いで、図１に示すごとく、半導体モジュール２を隣り合う冷却管４の間に配置すると共に、冷却管４によって、半導体モジュール２の両主面からゲルグリース５を介して挟み込む。このとき、ゲルグリース５を、膜厚が１０μｍ以下となるように押し潰す。
そして、複数の半導体モジュール２について、同様の組付け方法によって、冷却管４と積層することにより、図２に示すような電力変換装置１を得る。
【００３７】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、上記半導体モジュール２と上記冷却管４との間に、上記ゲルグリース５が介在している。そのため、半導体モジュール２と冷却管４とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができる。それ故、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００３８】
本例においては特に、上述のごとく半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材３を介在させ、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却管４との間に、それぞれゲルグリース５が介在している。そのため、半導体モジュール２と絶縁部材３とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができると共に、絶縁部材３と冷却管４とを、両者間に空隙を形成することなく、ゲルグリース５を介して密着させることができる。それ故、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００３９】
そして、上記ゲルグリース５の架橋度は１６〜８０％であるため、充分な熱伝導性を確保することができると共に、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却管４との間に容易にゲルグリース５を形成することができる。即ち、上記架橋度を有することにより、ゲルグリース５は、熱ストレスに起因するブリード現象を抑制することができる。その結果、ゲルグリース５の熱伝導性の低下を抑制し、半導体モジュール２の放熱効率を確保することができる。また、上記架橋度を有することにより、ゲルグリース５は、粘度が高くなりすぎることもなく、半導体モジュール２や冷却管４の主面に、かすれ等を生じることなく均一に容易に塗布することができる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
【００４０】
また、本例の電力変換装置を製造するに当たり、上記塗布工程において、ゲルグリース５をスクリーン印刷法によって塗布するため、ゲルグリース５を半導体モジュール２の主面等に、薄く均一に形成することが可能となる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率を確保することができると共に、電力変換装置１の生産性を向上させることができる。
【００４１】
そして、上記積層工程の前におけるゲルグリース５の塗布厚みは２０〜１００μｍである。これにより、半導体モジュール２と絶縁部材３との間、及び絶縁部材３と冷却部材４との間の熱抵抗を低減して、半導体モジュール２の冷却効率を向上させることができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、放熱効率に優れ、生産性に優れた電力変換装置及びその製造方法を提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図８に示すごとく、半導体モジュール２と冷却管４との間に、絶縁部材（図１の符号３参照）を介在させずに、ゲルグリース５のみを介在させた構成の電力変換装置１の例である。
ゲルグリース５は、半導体モジュール２と冷却管４との双方に直接密着している。
また、本例の半導体モジュール２は、主面に放熱板（図１の符号２３参照）を露出させていない。そのため、半導体モジュール２と冷却管４との間に絶縁部材を介在させる必要がない。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合には、半導体モジュール２と冷却管４との間に一層のゲルグリース５を介在させるのみの構成とすることができるため、半導体モジュール２と冷却管４との間の熱抵抗の低減を図ることができる。これにより、半導体モジュール２の冷却効率をより向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図９に示すごとく、架橋度の異なる複数のゲルグリースの熱抵抗が、冷熱試験によってどのように変化するかを調べた例である。
試験に当たっては、架橋度をそれぞれ０％、５０％、６０％、７０％、８０％、１００％としたゲルグリースを用意した。そして、ゲルグリースの初期塗布厚を５０μｍとし、２つの部材で挟み込み、約５μｍの膜厚となるように押し潰した。そして、そのゲルグリースの表裏の間の熱抵抗を測定した。なお、冷熱試験を行う最中にゲルグリースの膜厚は多少薄くなる。
【００４６】
また、冷熱試験は、気相において、−３０℃の状態を３０分継続した後１１０℃の状態を３０時間継続するという工程を１サイクルとし、これを３０００サイクル繰り返すことにより行った。そして、冷熱試験の前の初期、冷熱試験の途中、そして３０００サイクル後において、それぞれゲルグリースの熱抵抗を測定した。
その結果を図９に示す。
【００４７】
同図において、冷熱サイクルの前（冷熱サイクル数０）の時点の熱抵抗がいずれも高いのは、初期状態においてはゲルグリースの膜厚が大きく、その後、冷熱サイクルを行う間に膜厚が小さくなり安定するためであると考えられる。それ故、ゲルグリースの膜厚が最初から安定していたとすれば、５００サイクル以上のデータから類推すると、５００サイクル目よりも熱抵抗が小さい値であると考えられる。
【００４８】
そして、図９から分かるように、５００サイクル目のデータ以降については、冷熱サイクルを行うにつれ、徐々に熱抵抗が大きくなっているが、架橋度が０％のサンプルについては、特に熱抵抗が高くなっている。これは、熱ストレスに起因するブリード現象が生じているためであると考えられる。逆に、架橋度が５０％以上のサンプルについては、比較的熱抵抗を小さく抑えることができる。
この結果から、架橋度０、即ちゲル化していないグリースの場合には、熱ストレスに起因するブリード現象によって、ゲルグリースの熱伝導性の低下を招くおそれがあり、架橋させることにより、熱伝導性の低下を抑制することができることが分かる。
【００４９】
（実施例４）
本例は、図１０に示すごとく、ゲルグリースの架橋度と塗布状態との関係を調べた例である。
即ち、架橋度の異なる複数のゲルグリースを、種々の印刷速度（スキージの速度）にて、半導体モジュールの主面にスクリーン印刷し、その印刷状態を目視によって確認した。
観察結果を図１０に示す。同図において、かすれのない良好なものを○、若干のかすれのあるものを△、かすれが多いものを×として表した。
【００５０】
試験結果から、架橋度が低いほど、印刷速度を速くしても良好な印刷が可能となることが分かる。そして、架橋度が８０％以下であれば、印刷速度を７５ｍｍ／秒としても、かすれを生じることなく良好な印刷を行うことができることが分かる。従って、架橋度を８０％以下とすることにより、スクリーン印刷を効率よく行うことができ、生産性を向上させることができることが分かる。
【００５１】
（実施例５）
本例は、図１１に示すごとく、耐久性及び粘度の観点から、ゲルグリースの粘度の適正範囲を考察した例である。
即ち、上記実施例３において示した冷熱試験前後の熱抵抗の変化率についての架橋度依存性を、実線Ｌ１にて表す。また、架橋度と粘度との関係を実線Ｌ２にて表す。なお、図１１において、左側の縦軸に冷熱試験前後の熱抵抗の変化率のスケールを示し、右側の縦軸に粘度のスケールを示す。また、粘度については、マルコム粘度計を用いて測定した。
【００５２】
図１１の実線Ｌ１から分かるように、架橋度を１６％以上とすることにより、冷熱試験前後の熱抵抗変化率を１００％以下とすることができる。これは、架橋度を１６％以上とすれば、冷熱試験によって初期状態よりも熱抵抗が大きくなることを防ぐことができることを示し、耐久性を確保することができることを示す。
【００５３】
また、図１１の実線Ｌ２から分かるように、架橋度を約７０％以上に大きくしていくと、粘度が徐々に高くなる。そして、ゲルグリースの製造バラツキを考慮すると、印刷作業性の観点から架橋度を８０％以下とすることが望ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】実施例１における、電力変換装置の一部を示す断面説明図。
【図２】実施例１における、電力変換装置の斜視説明図。
【図３】実施例１における、半導体モジュールへのゲルグリースのスクリーン印刷方法の説明図。
【図４】実施例１における、半導体モジュールにゲルグリースを塗布した状態を示す説明図。
【図５】実施例１における、半導体モジュールにゲルグリースを介して絶縁部材を積層した状態を示す説明図。
【図６】実施例１における、絶縁部材へのゲルグリースのスクリーン印刷方法の説明図。
【図７】実施例１における、絶縁部材にゲルグリースを介して絶縁部材を積層した状態を示す説明図。
【図８】実施例２における、電力変換装置の一部を示す断面説明図。
【図９】実施例３における、冷熱試験による熱抵抗の変化を示す線図。
【図１０】実施例４における、ゲルグリースの架橋度と塗布状態との関係を示す線図。
【図１１】実施例５における、ゲルグリースの架橋度の適正範囲を示す線図。
【符号の説明】
【００５５】
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
３ 絶縁部材
４ 冷却管
５ ゲルグリース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、熱伝導性を有するゲルグリースが介在しており、
該ゲルグリースは、架橋度が１６〜８０％であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ゲルグリースは、上記半導体モジュールと上記冷却部材との双方に直接密着していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、絶縁部材が介在しており、上記ゲルグリースは、上記絶縁部材と上記半導体モジュールとの間、及び上記絶縁部材と上記冷却部材との間の双方にそれぞれ介在していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを、両者の間に絶縁部材を介して積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材との少なくとも一方の主面、及び上記冷却部材と上記絶縁部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材と上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、熱伝導性を有するゲルグリースが介在しており、
該ゲルグリースは、架橋度が１６〜８０％であることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ゲルグリースは、上記半導体モジュールと上記冷却部材との双方に直接密着していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１において、上記半導体モジュールと上記冷却部材との間には、絶縁部材が介在しており、上記ゲルグリースは、上記絶縁部材と上記半導体モジュールとの間、及び上記絶縁部材と上記冷却部材との間の双方にそれぞれ介在していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記冷却部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
電力変換回路の一部を構成する半導体モジュールと、該半導体モジュールを両面から冷却するための冷却部材とを、両者の間に絶縁部材を介して積層配置してなる電力変換装置を製造する方法であって、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材との少なくとも一方の主面、及び上記冷却部材と上記絶縁部材との少なくとも一方の主面に、熱伝導性を有すると共に架橋度が１６〜８０％であるゲルグリースをスクリーン印刷法により塗布する塗布工程と、
上記半導体モジュールと上記絶縁部材と上記冷却部材とを、上記ゲルグリースを介して積層する積層工程とを有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、上記積層工程の前における上記ゲルグリースの塗布厚みは２０〜１００μｍであることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２３６１２０（Ｐ２００７−２３６１２０Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５１６１（Ｐ２００６−５５１６１）
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【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１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１日（２００６．３．１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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