電子部品用冷却装置及びその製造方法
【課題】電子部品の冷却効率を十分に高めることが可能な電子部品用冷却装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面上に配置された金属箔２０と、金属パイプ５０の外面と金属箔２０とを接着する熱硬化した樹脂層１０と、を有する電子部品用冷却装置１００である。
【解決手段】金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面上に配置された金属箔２０と、金属パイプ５０の外面と金属箔２０とを接着する熱硬化した樹脂層１０と、を有する電子部品用冷却装置１００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用冷却装置に関し、特に、電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等に搭載されるインバータ内のパワー半導体等の自動車用電子部品の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に代わり、電気を駆動力として用いる電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等が注目されている。これらの自動車では、バッテリに蓄えられた電気エネルギーを用いて、インバータを介してモータを駆動し、動力を得ている。これらのインバータには大電流が流れるため、インバータを構成しているＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワー半導体と呼ばれる電子部品の発熱が大きくなる。したがって、電子部品を冷却するための冷却能力の大きな冷却装置が必要とされている。
【０００３】
特許文献１（特開２００８−２２１９５１号公報）には、金属パイプからなる冷却装置上に直接電子部品（インバータ１０）を固定し、該冷却装置の金属パイプ内に冷却液を流して電子部品を冷却する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属パイプの表面には、金属パイプの製造時等に形成されるうねり等の細かな凹凸がある場合が多く、金属パイプの表面に直接、金属パイプとは電気絶縁機能を有する電子部品を固定しても電子部品と金属パイプとの表面との間の凹凸を吸収することができず微少なボイドが発生し、電子部品の冷却効率が十分でない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電子部品の冷却効率を十分に高めることが可能な電子部品用冷却装置及びその製造方法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】
【０００７】
本発明は、金属パイプと、前記金属パイプの外面上に配置された金属箔と、前記金属パイプの外面と前記金属箔とを接着する熱硬化した樹脂層と、を有する電子部品用冷却装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば以下のような作用がある。まず、熱硬化前の樹脂の柔軟性を利用することにより、表面に凹凸がある金属パイプの外面と、金属箔とをボイドが少ない状態で接着することが容易である。この金属箔上に電子部品を半田等によりボイドが少ない状態で接着させることにより、最終的に、電子部品と金属パイプの外面との間のボイドを十分少なくしてこれらに電気絶縁機能をもたせた状態で熱的に接触させることができ、電子部品の冷却効率を高くできる。
【０００９】
ここで、前記熱硬化した樹脂層は、セラミックス粒子を含むことが好ましい。セラミックス粒子は、樹脂よりも熱伝導性がよいので、より一層冷却効率を高められる。
【００１０】
本発明に係る電子部品用冷却装置の製造方法は、金属パイプと、金属パイプ外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シートと、樹脂シート上に積層された金属箔と、を有する構造体を、可撓性の容器内に収容する収容工程と、可撓性の容器内を減圧する減圧工程と、減圧された状態の可撓性の容器を、外側からガスにより加圧する加圧工程と、減圧及び加圧がなされた状態で、樹脂シートを加熱する加熱工程と、を含む。
【００１１】
上記方法によれば、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート及び金属箔が積層された金属パイプを可撓性の容器内に収容し、可撓性の容器内を減圧することにより、可撓性の容器が金属パイプに押しつけられて、金属箔が樹脂シートに密着し、樹脂シートが金属パイプに密着することにより、金属箔と樹脂シートとの間及び樹脂シートと金属パイプとの間の両接着界面間のボイドが除去される。さらに、容器内を減圧しつつ、外側から可撓性の容器を加圧することにより、より一層金属箔と樹脂シート及び樹脂シートと金属パイプが密着し、両接着界面間の微小なボイドまでもがさらに除去される。その後、減圧及び加圧した状態のまま樹脂シートを加熱することにより、金属箔と樹脂シート及び樹脂シートと金属パイプが密着した状態のまま、すなわち、ボイドが除去された状態のまま、熱硬化性樹脂が硬化される。このようにして、金属パイプと樹脂シートとの間及び樹脂シートと金属パイプとの間の両接着界面間に存在するボイドが低減された冷却装置を容易に得ることができる。
【００１２】
また、加熱工程の後に、可撓性の容器内から構造体を取り出して、樹脂シートを加熱工程よりさらに高い温度で加熱するアニーリング工程、をさらに含むことが好ましい。これによって、樹脂シートの硬化をより一層進めることができ、より強固に金属パイプと金属箔とを接着することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気絶縁機能を有する冷却効率の高い電子部品用冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品用冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）は、図１の金属パイプ５０の変形例を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す斜視図である。図３（ｂ）は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す図３（ａ）に続く斜視図である
【図４】図４は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す図３（ｂ）に続く断面図である。
【図５】図５は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第２例を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置にパワー半導体３００を実装した、電子部品用冷却装置の使用例を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
＜電子部品用冷却装置の第１実施形態＞
図１は、本発明に係る実施形態の一例にかかる電子部品用冷却装置１００の基本構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置１００のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００は、図１に示すように、主として、金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面の一部５０ａ上に配置された金属箔２０と、金属パイプ５０と金属箔２０とを接着する樹脂層１０と、を有する。
【００１８】
（金属パイプ）
金属パイプ５０は、上面及び下面が平行な平板状であり、両側面が丸みを帯びており、全体として筒状をなしている。金属パイプ５０の大きさは特に限定されないが、例えば、軸方向（Ｙ方向）の長さを１００〜４００ｍｍ、高さ（Ｚ方向）を１０〜３０ｍｍ、幅（Ｘ方向）を３０〜６０ｍｍとすることができる。
【００１９】
筒状の金属パイプ５０の軸方向両端には、それぞれ、拡径パイプ５１を介して、冷却液の流入又は流出用のノズル５２がそれぞれ設けられており、金属パイプ５０の内に冷却液を流通できるようになっている。
【００２０】
金属パイプ５０、拡径部５１、ノズル５２を形成する金属としては、例えば、銅及びアルミニウム並びにこれらの金属の合金等を用いることができるが、加工がしやすく、熱伝導率が高いことから、銅又は銅合金が特に好ましい。金属の板の厚みは、例えば、０．５〜２ｍｍとすることができる。
【００２１】
なお、金属パイプ５０は、図２（ｂ）に示すように、上面及び下面が平行な平板状でなくてもよく、幅方向（Ｘ方向）及び／又は長さ方向（Ｙ方向）に微少な丸みを帯びた凸形状であってもよい。
【００２２】
また、金属パイプ５０は、図２（ａ）以外の形態として、内管を収容したものでもよい。内管の数は限定しない。
【００２３】
（電気絶縁性樹脂層）
図１に戻って、金属パイプ５０の外面上には、金属パイプの外面５０と金属箔２０とを接着する樹脂層１０が積層されている。樹脂層１０の形状は特に限定されないが、本実施形態では矩形状である。樹脂層１０の数も特に限定されないが、本実施形態では、金属パイプ５０の外面上に軸方向に沿って１枚１層ずつ一列に整列している。１枚の樹脂層１０の大きさも特に限定されないが、金属箔２０と金属パイプ５０との沿面耐圧の関係から、樹脂層１０の上部に貼り合わせられる金属箔２０の大きさよりも大きくする必要がある。金属箔２０と金属パイプ５０との沿面距離は、実装される電子部品の電流や電圧の関係で決定される。また、樹脂層１０の厚さも特に限定されないが、電子部品に要求される耐電圧性能を満足する厚みであることが好ましい。
【００２４】
樹脂層１０は、熱硬化性樹脂を硬化することにより形成される電気絶縁性の樹脂層であり、金属パイプ５０と接着するとともに、金属箔２０とも接着している。樹脂層１０を形成するための熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂等の公知の種々の熱硬化性樹脂を使用できる。
【００２５】
樹脂層１０を形成する熱硬化性樹脂は、架橋により硬化した樹脂成分に加えて、電気絶縁性のセラミックス粒子を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂がセラミックス粒子を含む場合、セラミックス粒子が樹脂よりも熱伝導性がよいことから、より一層電子部品の冷却効率を高くできる。このようなセラミックス粒子としては、例えば、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子、窒化アルミニウム粒子等が挙げられる。これらの粒子の粒径は特に限定されない。また、セラミックス粒子の含有量は特に限定されない。
【００２６】
（金属箔）
各樹脂層１０には、金属箔２０が１枚接着されている。金属箔２０の大きさや形状は特に限定されず、固定されるべき電子部品の形状に合わせて適宜設定できるが、樹脂層１０よりも面積が小さいことが好ましい。金属箔２０の厚さも特に限定されないが、電子部品を駆動できる電流容量を許容できる厚みと面積を有していることが好ましい。金属箔２０は、圧延法等により製造されたものを使用できる。
【００２７】
金属箔２０を形成する金属としては、例えば、銅、銅合金、アルミ等を用いることができ、この中でも電気伝導度の大きいことから、銅が好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００によれば、熱硬化性樹脂を硬化して形成される樹脂層１０は、熱硬化前の樹脂の柔軟性を利用することにより、表面に凹凸がある金属パイプ５０の外面と、金属箔２０とをボイドが少ない状態で接着させることが容易である。次いで、電子部品と金属箔２０とを半田等によりボイドが少ない状態で接着させることにより、電子部品と金属パイプ５０の外面との間のボイドが十分少なくなりこれらが電気絶縁機能を有した状態で熱的に接触することができ、電子部品の冷却効率を高くできる。
【００２９】
＜電子部品用冷却装置の製造方法の第１例＞
次に、上記実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００の製造方法の第１例について図２〜図４を用いて説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように軸方向両端に拡径部５１とノズル５２が設けられた金属パイプ５０を用意する。
【００３１】
続いて、図３（ａ）に示す、矩形状の、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを用意する。
【００３２】
ここで、熱硬化性樹脂のＡステージ、Ｂステージ、Ｃステージについて説明する。
【００３３】
Ａステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応の初期の状態であり、溶剤に溶け、また、加熱すると溶融し、シート形状を維持することは困難である。
【００３４】
Ｂステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応における中間段階であり、溶媒に完全には溶解せず、樹脂を加熱しても完全には溶融せず、また、さらなる硬化が可能でありかつシート形状を維持できる状態である。
【００３５】
Ｃステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応の最終段階であり、樹脂が溶媒にも不溶であり、加熱しても不融である状態をいう。
【００３６】
Ｂステージの熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂を任意好適に選択できるがエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、エポキシ基を有するプレポリマー成分と、硬化剤とを含む。この熱硬化性樹脂は、前述のように電気絶縁性のセラミックス粒子を含むことが好ましい。
【００３７】
このようなＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂは、例えば、板状の基材上に、溶剤を含有するＡステージのエポキシ樹脂を塗布した後、加熱して、ある程度まで溶剤を気化させて熱硬化性樹脂分子の架橋を起こさせる（半硬化）ことにより形成できる。
【００３８】
そして、このようなＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０の外面の一部５０ａ上に積層する。積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂの上に、矩形状の金属箔２０をさらに積層する。このようにして、金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂと、樹脂シート１０ｂ上に積層された金属箔２０と、を有する構造体２００を作製する。なお、構造体２００を作製するには、予めＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂ上に矩形状の金属箔２０を積層した積層体３０を、積層体３０の熱硬化性樹脂シート側が金属パイプ５０の外面の一部５０ａに接するように積層してもよい。
【００３９】
（収容工程）
次に、上述の構造体２００を、図３（ａ）に示すように、可撓性の容器６０に収容する。ここで、可撓性の容器６０は筒状であり、両端部６０ｅが開かれた容器となっており、一方の端部６０ｅから構造体２００を挿入し、もう一方の端部６０ｅから金属パイプ５０の一方の末端に設けられた拡径部５１及びノズル５２が出るまで通すことにより、構造体２００を可撓性の容器６０で覆うように収容できる。可撓性容器６０のＹ軸周りの内周の長さを、金属パイプ５０のＹ軸周りの外周の長さよりも長くし、構造体２００を幅方向に空間に余裕をもって収容できる大きさとすることが好ましい。このような大きさとすることで、積層したＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０とが、構造体２００を可撓性の容器６０に挿入する際に、金属パイプ５０の積層した位置５０ａからずれたり、剥がれたりすることを抑制できる。また、可撓性の容器６０は、筒状の側面部に真空引き用の側管６０ｃを有している。
【００４０】
可撓性の容器６０が熱硬化性樹脂シート１０ｂと金属箔２０との積層体３０を覆うように、可撓性の容器６０内に構造体２００を収容すればよく、可撓性の容器６０が金属パイプ５０の両端に設けられた拡径部５１及びノズル５２を覆わないようにすることが好ましい。拡径部５１及びノズル５２も含めて、構造体２００の全体を可撓性の容器６０で覆って収容すると、後述する減圧工程及び加圧工程を経る際に可撓性の容器６０全体に均一に圧力がかかってしまい、熱硬化性樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０に、ボイドを除去するのに必要な圧力がかかりにくくなる上に、構造体２００が圧力で潰れてしまう可能性があるからである。したがって、筒状の可撓性容器６０の軸方向（Ｙ軸方向）の長さを、金属パイプ５０の軸方向の長さ以下とすることが好ましい。
【００４１】
可撓性の容器６０は、例えば、シリコンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド等の可撓性のある材質で形成されており、容器６０内を減圧すると容易に変形して金属パイプ５０等に密着できるようになっている。
【００４２】
構造体２００を可撓性の容器６０に収容した後、可撓性の容器６０の両端部６０ｅと、金属パイプ５０の外面とを、空気が漏れないように密着させて封止する。封止するために、テープ等を用いてもよい。
【００４３】
（減圧工程）
続いて、側管６０ｃから、可撓性の容器６０内を真空引きし、容器６０内を減圧する。これにより、図３の（ｂ）に示すように、可撓性の容器６０が金属パイプ５０に密着する。減圧時の容器６０内の圧力は特に限定されないが、絶対圧で、５００Ｔｏｒｒ（０．０７ＭＰａ）以下とすることが好ましく、４００Ｔｏｒｒ（０．０５ＭＰａ）以下とすることがより好ましい。
【００４４】
（加圧工程）
このようにして構造体２００を収容した可撓性容器６０を減圧した後、その減圧した状態のまま、可撓性容器６０をさらに外側からガスにより加圧する。加圧時のガスの圧力も特に限定されない。
【００４５】
（加熱工程）
続いて、可撓性の容器６０内を減圧し、外側からガスで加圧した状態のまま、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂの加熱を開始する。ここで、可撓性の容器６０への加圧力がゲージ圧で１ＭＰａ〜５ＭＰａになった状態で加熱を開始することが、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０に十分に押しつけてボイドを低減できた状態で接着できることから好ましい。また、加熱温度、加熱時間は、使用する樹脂の特性により選択できる。
【００４６】
なお、この減圧、加圧、及び、加熱工程は、例えばオートクレーブ内で順次行うことができる。図４は、オートクレーブ８０内で、真空ラインＬ１により可撓性容器６０の側管６０ｃから真空引きすることにより可撓性の容器６０内を減圧しつつ、ポンプ８０Ｐによって可撓性の容器６０を外側から加圧し、さらに、ヒータ８０ｈにより樹脂シート１０ｂを加熱している様子を示す図である。可撓性の容器６０内を減圧し、さらに外側からガスで加圧することにより樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０が積層された金属パイプ５０に押しつけられ、その状態で加熱されることにより、熱硬化性樹脂シート１０ｂの硬化が十分に進み、接着が行われる。
【００４７】
次に、加熱を終了して冷却すると同時に、可撓性の容器の内外の圧力解放も行い、減圧、加圧、及び、加熱を終了する。そして、可撓性容器６０の中から構造体２００を取り出すことにより、上記実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００が得られる。
【００４８】
（アニーリング工程）
なお、可撓性容器６０の中から電子部品用冷却装置１００を取り出した後、オートクレーブ８０内での上記加熱工程での加熱温度よりもさらに高い温度で樹脂シート１０ｂを加熱してもよい。これにより、樹脂シート１０ｂがより十分に硬化され、より強固に金属箔２０と金属パイプ５０とを接着できるので好ましい。この加熱は、例えば、バッチ式の熱硬化炉に電子部品用冷却装置１００を投入することにより行うことができる。加熱条件は特に限定されない。
【００４９】
本例によれば、金属パイプ５０に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂと、熱硬化性樹脂シート１０ｂ上に積層された金属箔２０と、を有する構造体２００を収容する可撓性の容器６０内を減圧することで、可撓性の容器６０が変形して可撓性容器６０の内壁が金属パイプ５０に押しつけられる。これにより、金属箔２０がＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂに押しつけられて、金属箔２０と熱硬化性樹脂シート１０ｂとの接着界面間のボイドが除去される。同様に、熱硬化性樹脂シート１０ｂが金属パイプ５０に押しつけられて、熱硬化性樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との接着界面間のボイドが除去される。
【００５０】
さらに、可撓性の容器６０内を減圧した状態のまま、外側からガスにより可撓性の容器６０を加圧することにより、より強く可撓性の容器６０の内壁が金属パイプ５０に押しつけられ、上述のボイド除去の効果が高まる。そして、金属パイプ５０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の各接着界面間に存在するボイドが除去された状態で、樹脂シート１０ｂが加熱されることにより樹脂シート１０ｂが硬化され、これらの界面での接着が行われる。
【００５１】
このようにして得られる電子部品用冷却装置１００では、金属箔２０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の接着界面間のボイドが極めて低減されている。また、樹脂シート１０ｂは金属パイプ５０と金属箔２０とを十分に接着しており、樹脂シート１０ｂが金属パイプ５０から剥離したり、金属箔２０が樹脂シート１０ｂから剥離したりしにくい。
【００５２】
なお、本実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００を製造する場合に金属箔２０と金属パイプ５０とを熱硬化性樹脂シート１０ｂを用いて接着する方法として、上述の方法以外にも、熱プレス機若しくは真空熱プレス機、熱ローラ機、又はトランスファー成型機等によって、金属箔２０を積層した樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０に貼り合わせる方法を用いることもできるが、ボイドを十分に低減できるという観点からは、上述の第１例にかかる製造方法が好ましい。
【００５３】
＜電子部品用冷却装置の製造方法の第２例＞
電子部品用冷却装置の製造方法の第２例について説明する。本例では、第１例との差異点のみ説明する。第１例では、図３（ａ）に示したように、減圧用の可撓性の容器として、フィルム状の可撓性の容器６０を使用していたが、図５に示すように、上下に分離できる一対の可撓性の型７０ａ，７０ｂからなる可撓性の容器７０を利用することもできる。可撓性の容器７０は、凹部を有する上型７０ａと凹部を有する下型７０ｂとからなり、上型７０ａの凹部と下型７０ｂの凹部とを向かい合わせてできる空間部７０ｖの形状は、金属パイプ５０の立体形状と対応するように形成され、金属パイプ５０をちょうど収容できるようになっている。また、可撓性の容器７０は、複数の構造体２００の金属パイプ５０を収容できるように複数の空間部７０ｖを有している。また、容器７０の複数の空間７０ｖは図示しない連通路により互いに連通しており、上型７０ａには、外部と空間部７０ｖとを連通する側管７０ｃが設けられている。そして、側管７０ｃから可撓性の容器７０内の各空間部７０ｖを真空引きし、減圧することにより、第１例と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態のような容器７０を用いる場合、一つの容器７０を用いて複数の構造体２００に対して同時に上述の減圧工程を行なうことが容易であるが、一つの構造体２００のみに対して上述の減圧工程を行なってもよい。
【００５４】
＜電子部品用冷却装置の使用例＞
以下に、本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００の一使用例について説明する。図６（ａ）は、電子部品用冷却装置１００にパワー半導体３００を実装した斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。パワー半導体３００は、その放熱面を金属箔２０に半田付けすることにより、実装できる。パワー半導体３００は特に限定されないが、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、Ｄｉｏｄｅ等が挙げられる。
【００５５】
このような電子部品用冷却装置１００において、発熱するパワー半導体３００を冷却する際には、一方のノズル５２から冷却液を流入させる。冷却液は、ノズル５２から拡径部５１を経て、金属パイプ５０に流れ、もう一方の拡径部５１に流れ、ノズル５２から流出する。一方、パワー半導体３００からの熱は、半田層３１０を介して金属箔２０へと伝熱され、金属箔２０から伝熱性の樹脂層１０へと伝熱される。さらに、樹脂層１０から伝わった熱が、金属パイプ５０の管壁全体へ熱伝導により広がり、金属パイプ５０を流れる冷却液によって冷却される。
【００５６】
本実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００は、金属箔２０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の接着界面間に存在するボイドが微小なボイドも含めて低減可能であるので、接着界面間に存在するボイドが多い場合よりも伝熱面積が上昇し、パワー半導体等の電子部品を、電子部品との電気絶縁機能を有した状態で、効率よく冷却できる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、金属パイプ５０が内管を有していない態様について説明したが、金属パイプ５０内に内管を設けてもよい。内管の数が多ければ、伝熱面積がその分上昇するので、冷却効率がさらに高くなる。
【００５９】
また、上記実施形態では、金属パイプ５０の両側面が丸みを帯びている態様について説明したが、両側面は丸みを帯びていなくてもよく、角張っていてもよい。また、金属パイプ５０は屈曲していてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、樹脂層１０と金属箔２０との積層体が一つの金属パイプ５０に複数個積層された態様について説明したが、金属パイプ５０に積層する樹脂層１０と金属箔２０との積層体の数は、複数個でなくてもよく、１個であってもよい。
【００６１】
また、上記使用例では、本発明をパワー半導体３００の冷却装置として用いた場合について説明したが、本発明の電子部品用冷却装置は、電子部品はパワー半導体に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の電子部品用冷却装置によれば、電子部品の冷却効率を十分に高めることができ、そのため、冷却装置の小型化、軽量化が図れる。したがって、電気自動車や燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等の、搭載する装置の小型化、軽量化が求められる分野において有利に使用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…樹脂層、１０ｂ…樹脂シート、２０…金属箔、３０…積層体、５０…金属パイプ、５０ａ…金属パイプ５０の樹脂層が積層される部分、５１…拡径部、５２…ノズル、６０、７０…可撓性の容器、６０ｃ、７０ｃ…側管、６０ｅ…可撓性の容器６０の端部、７０ａ…上型、７０ｂ…下型、８０…オートクレーブ、８０ｈ…ヒータ、８０Ｐ…ポンプ、１００、１１０…電子部品用冷却装置、３００…パワー半導体、３１０…半田層、Ｌ１…真空ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品用冷却装置に関し、特に、電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等に搭載されるインバータ内のパワー半導体等の自動車用電子部品の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に代わり、電気を駆動力として用いる電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等が注目されている。これらの自動車では、バッテリに蓄えられた電気エネルギーを用いて、インバータを介してモータを駆動し、動力を得ている。これらのインバータには大電流が流れるため、インバータを構成しているＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のパワー半導体と呼ばれる電子部品の発熱が大きくなる。したがって、電子部品を冷却するための冷却能力の大きな冷却装置が必要とされている。
【０００３】
特許文献１（特開２００８−２２１９５１号公報）には、金属パイプからなる冷却装置上に直接電子部品（インバータ１０）を固定し、該冷却装置の金属パイプ内に冷却液を流して電子部品を冷却する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２１９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属パイプの表面には、金属パイプの製造時等に形成されるうねり等の細かな凹凸がある場合が多く、金属パイプの表面に直接、金属パイプとは電気絶縁機能を有する電子部品を固定しても電子部品と金属パイプとの表面との間の凹凸を吸収することができず微少なボイドが発生し、電子部品の冷却効率が十分でない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電子部品の冷却効率を十分に高めることが可能な電子部品用冷却装置及びその製造方法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】
【０００７】
本発明は、金属パイプと、前記金属パイプの外面上に配置された金属箔と、前記金属パイプの外面と前記金属箔とを接着する熱硬化した樹脂層と、を有する電子部品用冷却装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば以下のような作用がある。まず、熱硬化前の樹脂の柔軟性を利用することにより、表面に凹凸がある金属パイプの外面と、金属箔とをボイドが少ない状態で接着することが容易である。この金属箔上に電子部品を半田等によりボイドが少ない状態で接着させることにより、最終的に、電子部品と金属パイプの外面との間のボイドを十分少なくしてこれらに電気絶縁機能をもたせた状態で熱的に接触させることができ、電子部品の冷却効率を高くできる。
【０００９】
ここで、前記熱硬化した樹脂層は、セラミックス粒子を含むことが好ましい。セラミックス粒子は、樹脂よりも熱伝導性がよいので、より一層冷却効率を高められる。
【００１０】
本発明に係る電子部品用冷却装置の製造方法は、金属パイプと、金属パイプ外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シートと、樹脂シート上に積層された金属箔と、を有する構造体を、可撓性の容器内に収容する収容工程と、可撓性の容器内を減圧する減圧工程と、減圧された状態の可撓性の容器を、外側からガスにより加圧する加圧工程と、減圧及び加圧がなされた状態で、樹脂シートを加熱する加熱工程と、を含む。
【００１１】
上記方法によれば、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート及び金属箔が積層された金属パイプを可撓性の容器内に収容し、可撓性の容器内を減圧することにより、可撓性の容器が金属パイプに押しつけられて、金属箔が樹脂シートに密着し、樹脂シートが金属パイプに密着することにより、金属箔と樹脂シートとの間及び樹脂シートと金属パイプとの間の両接着界面間のボイドが除去される。さらに、容器内を減圧しつつ、外側から可撓性の容器を加圧することにより、より一層金属箔と樹脂シート及び樹脂シートと金属パイプが密着し、両接着界面間の微小なボイドまでもがさらに除去される。その後、減圧及び加圧した状態のまま樹脂シートを加熱することにより、金属箔と樹脂シート及び樹脂シートと金属パイプが密着した状態のまま、すなわち、ボイドが除去された状態のまま、熱硬化性樹脂が硬化される。このようにして、金属パイプと樹脂シートとの間及び樹脂シートと金属パイプとの間の両接着界面間に存在するボイドが低減された冷却装置を容易に得ることができる。
【００１２】
また、加熱工程の後に、可撓性の容器内から構造体を取り出して、樹脂シートを加熱工程よりさらに高い温度で加熱するアニーリング工程、をさらに含むことが好ましい。これによって、樹脂シートの硬化をより一層進めることができ、より強固に金属パイプと金属箔とを接着することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気絶縁機能を有する冷却効率の高い電子部品用冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品用冷却装置を示す斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）は、図１の金属パイプ５０の変形例を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す斜視図である。図３（ｂ）は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す図３（ａ）に続く斜視図である
【図４】図４は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第１例を示す図３（ｂ）に続く断面図である。
【図５】図５は、図１の電子部品用冷却装置の製造方法の第２例を示す斜視図である。
【図６】図６（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置にパワー半導体３００を実装した、電子部品用冷却装置の使用例を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１６】
＜電子部品用冷却装置の第１実施形態＞
図１は、本発明に係る実施形態の一例にかかる電子部品用冷却装置１００の基本構成を示す斜視図である。図２（ａ）は、図１の電子部品用冷却装置１００のＡ−Ａ断面図である。
【００１７】
本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００は、図１に示すように、主として、金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面の一部５０ａ上に配置された金属箔２０と、金属パイプ５０と金属箔２０とを接着する樹脂層１０と、を有する。
【００１８】
（金属パイプ）
金属パイプ５０は、上面及び下面が平行な平板状であり、両側面が丸みを帯びており、全体として筒状をなしている。金属パイプ５０の大きさは特に限定されないが、例えば、軸方向（Ｙ方向）の長さを１００〜４００ｍｍ、高さ（Ｚ方向）を１０〜３０ｍｍ、幅（Ｘ方向）を３０〜６０ｍｍとすることができる。
【００１９】
筒状の金属パイプ５０の軸方向両端には、それぞれ、拡径パイプ５１を介して、冷却液の流入又は流出用のノズル５２がそれぞれ設けられており、金属パイプ５０の内に冷却液を流通できるようになっている。
【００２０】
金属パイプ５０、拡径部５１、ノズル５２を形成する金属としては、例えば、銅及びアルミニウム並びにこれらの金属の合金等を用いることができるが、加工がしやすく、熱伝導率が高いことから、銅又は銅合金が特に好ましい。金属の板の厚みは、例えば、０．５〜２ｍｍとすることができる。
【００２１】
なお、金属パイプ５０は、図２（ｂ）に示すように、上面及び下面が平行な平板状でなくてもよく、幅方向（Ｘ方向）及び／又は長さ方向（Ｙ方向）に微少な丸みを帯びた凸形状であってもよい。
【００２２】
また、金属パイプ５０は、図２（ａ）以外の形態として、内管を収容したものでもよい。内管の数は限定しない。
【００２３】
（電気絶縁性樹脂層）
図１に戻って、金属パイプ５０の外面上には、金属パイプの外面５０と金属箔２０とを接着する樹脂層１０が積層されている。樹脂層１０の形状は特に限定されないが、本実施形態では矩形状である。樹脂層１０の数も特に限定されないが、本実施形態では、金属パイプ５０の外面上に軸方向に沿って１枚１層ずつ一列に整列している。１枚の樹脂層１０の大きさも特に限定されないが、金属箔２０と金属パイプ５０との沿面耐圧の関係から、樹脂層１０の上部に貼り合わせられる金属箔２０の大きさよりも大きくする必要がある。金属箔２０と金属パイプ５０との沿面距離は、実装される電子部品の電流や電圧の関係で決定される。また、樹脂層１０の厚さも特に限定されないが、電子部品に要求される耐電圧性能を満足する厚みであることが好ましい。
【００２４】
樹脂層１０は、熱硬化性樹脂を硬化することにより形成される電気絶縁性の樹脂層であり、金属パイプ５０と接着するとともに、金属箔２０とも接着している。樹脂層１０を形成するための熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂等の公知の種々の熱硬化性樹脂を使用できる。
【００２５】
樹脂層１０を形成する熱硬化性樹脂は、架橋により硬化した樹脂成分に加えて、電気絶縁性のセラミックス粒子を含むことが好ましい。熱硬化性樹脂がセラミックス粒子を含む場合、セラミックス粒子が樹脂よりも熱伝導性がよいことから、より一層電子部品の冷却効率を高くできる。このようなセラミックス粒子としては、例えば、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子、窒化アルミニウム粒子等が挙げられる。これらの粒子の粒径は特に限定されない。また、セラミックス粒子の含有量は特に限定されない。
【００２６】
（金属箔）
各樹脂層１０には、金属箔２０が１枚接着されている。金属箔２０の大きさや形状は特に限定されず、固定されるべき電子部品の形状に合わせて適宜設定できるが、樹脂層１０よりも面積が小さいことが好ましい。金属箔２０の厚さも特に限定されないが、電子部品を駆動できる電流容量を許容できる厚みと面積を有していることが好ましい。金属箔２０は、圧延法等により製造されたものを使用できる。
【００２７】
金属箔２０を形成する金属としては、例えば、銅、銅合金、アルミ等を用いることができ、この中でも電気伝導度の大きいことから、銅が好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００によれば、熱硬化性樹脂を硬化して形成される樹脂層１０は、熱硬化前の樹脂の柔軟性を利用することにより、表面に凹凸がある金属パイプ５０の外面と、金属箔２０とをボイドが少ない状態で接着させることが容易である。次いで、電子部品と金属箔２０とを半田等によりボイドが少ない状態で接着させることにより、電子部品と金属パイプ５０の外面との間のボイドが十分少なくなりこれらが電気絶縁機能を有した状態で熱的に接触することができ、電子部品の冷却効率を高くできる。
【００２９】
＜電子部品用冷却装置の製造方法の第１例＞
次に、上記実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００の製造方法の第１例について図２〜図４を用いて説明する。
【００３０】
まず、図３（ａ）に示すように軸方向両端に拡径部５１とノズル５２が設けられた金属パイプ５０を用意する。
【００３１】
続いて、図３（ａ）に示す、矩形状の、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを用意する。
【００３２】
ここで、熱硬化性樹脂のＡステージ、Ｂステージ、Ｃステージについて説明する。
【００３３】
Ａステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応の初期の状態であり、溶剤に溶け、また、加熱すると溶融し、シート形状を維持することは困難である。
【００３４】
Ｂステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応における中間段階であり、溶媒に完全には溶解せず、樹脂を加熱しても完全には溶融せず、また、さらなる硬化が可能でありかつシート形状を維持できる状態である。
【００３５】
Ｃステージとは、熱硬化性樹脂の硬化反応の最終段階であり、樹脂が溶媒にも不溶であり、加熱しても不融である状態をいう。
【００３６】
Ｂステージの熱硬化性樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂を任意好適に選択できるがエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、エポキシ基を有するプレポリマー成分と、硬化剤とを含む。この熱硬化性樹脂は、前述のように電気絶縁性のセラミックス粒子を含むことが好ましい。
【００３７】
このようなＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂは、例えば、板状の基材上に、溶剤を含有するＡステージのエポキシ樹脂を塗布した後、加熱して、ある程度まで溶剤を気化させて熱硬化性樹脂分子の架橋を起こさせる（半硬化）ことにより形成できる。
【００３８】
そして、このようなＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０の外面の一部５０ａ上に積層する。積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂの上に、矩形状の金属箔２０をさらに積層する。このようにして、金属パイプ５０と、金属パイプ５０の外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂと、樹脂シート１０ｂ上に積層された金属箔２０と、を有する構造体２００を作製する。なお、構造体２００を作製するには、予めＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂ上に矩形状の金属箔２０を積層した積層体３０を、積層体３０の熱硬化性樹脂シート側が金属パイプ５０の外面の一部５０ａに接するように積層してもよい。
【００３９】
（収容工程）
次に、上述の構造体２００を、図３（ａ）に示すように、可撓性の容器６０に収容する。ここで、可撓性の容器６０は筒状であり、両端部６０ｅが開かれた容器となっており、一方の端部６０ｅから構造体２００を挿入し、もう一方の端部６０ｅから金属パイプ５０の一方の末端に設けられた拡径部５１及びノズル５２が出るまで通すことにより、構造体２００を可撓性の容器６０で覆うように収容できる。可撓性容器６０のＹ軸周りの内周の長さを、金属パイプ５０のＹ軸周りの外周の長さよりも長くし、構造体２００を幅方向に空間に余裕をもって収容できる大きさとすることが好ましい。このような大きさとすることで、積層したＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０とが、構造体２００を可撓性の容器６０に挿入する際に、金属パイプ５０の積層した位置５０ａからずれたり、剥がれたりすることを抑制できる。また、可撓性の容器６０は、筒状の側面部に真空引き用の側管６０ｃを有している。
【００４０】
可撓性の容器６０が熱硬化性樹脂シート１０ｂと金属箔２０との積層体３０を覆うように、可撓性の容器６０内に構造体２００を収容すればよく、可撓性の容器６０が金属パイプ５０の両端に設けられた拡径部５１及びノズル５２を覆わないようにすることが好ましい。拡径部５１及びノズル５２も含めて、構造体２００の全体を可撓性の容器６０で覆って収容すると、後述する減圧工程及び加圧工程を経る際に可撓性の容器６０全体に均一に圧力がかかってしまい、熱硬化性樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０に、ボイドを除去するのに必要な圧力がかかりにくくなる上に、構造体２００が圧力で潰れてしまう可能性があるからである。したがって、筒状の可撓性容器６０の軸方向（Ｙ軸方向）の長さを、金属パイプ５０の軸方向の長さ以下とすることが好ましい。
【００４１】
可撓性の容器６０は、例えば、シリコンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド等の可撓性のある材質で形成されており、容器６０内を減圧すると容易に変形して金属パイプ５０等に密着できるようになっている。
【００４２】
構造体２００を可撓性の容器６０に収容した後、可撓性の容器６０の両端部６０ｅと、金属パイプ５０の外面とを、空気が漏れないように密着させて封止する。封止するために、テープ等を用いてもよい。
【００４３】
（減圧工程）
続いて、側管６０ｃから、可撓性の容器６０内を真空引きし、容器６０内を減圧する。これにより、図３の（ｂ）に示すように、可撓性の容器６０が金属パイプ５０に密着する。減圧時の容器６０内の圧力は特に限定されないが、絶対圧で、５００Ｔｏｒｒ（０．０７ＭＰａ）以下とすることが好ましく、４００Ｔｏｒｒ（０．０５ＭＰａ）以下とすることがより好ましい。
【００４４】
（加圧工程）
このようにして構造体２００を収容した可撓性容器６０を減圧した後、その減圧した状態のまま、可撓性容器６０をさらに外側からガスにより加圧する。加圧時のガスの圧力も特に限定されない。
【００４５】
（加熱工程）
続いて、可撓性の容器６０内を減圧し、外側からガスで加圧した状態のまま、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂの加熱を開始する。ここで、可撓性の容器６０への加圧力がゲージ圧で１ＭＰａ〜５ＭＰａになった状態で加熱を開始することが、Ｂステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０に十分に押しつけてボイドを低減できた状態で接着できることから好ましい。また、加熱温度、加熱時間は、使用する樹脂の特性により選択できる。
【００４６】
なお、この減圧、加圧、及び、加熱工程は、例えばオートクレーブ内で順次行うことができる。図４は、オートクレーブ８０内で、真空ラインＬ１により可撓性容器６０の側管６０ｃから真空引きすることにより可撓性の容器６０内を減圧しつつ、ポンプ８０Ｐによって可撓性の容器６０を外側から加圧し、さらに、ヒータ８０ｈにより樹脂シート１０ｂを加熱している様子を示す図である。可撓性の容器６０内を減圧し、さらに外側からガスで加圧することにより樹脂シート１０ｂ及び金属箔２０が積層された金属パイプ５０に押しつけられ、その状態で加熱されることにより、熱硬化性樹脂シート１０ｂの硬化が十分に進み、接着が行われる。
【００４７】
次に、加熱を終了して冷却すると同時に、可撓性の容器の内外の圧力解放も行い、減圧、加圧、及び、加熱を終了する。そして、可撓性容器６０の中から構造体２００を取り出すことにより、上記実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００が得られる。
【００４８】
（アニーリング工程）
なお、可撓性容器６０の中から電子部品用冷却装置１００を取り出した後、オートクレーブ８０内での上記加熱工程での加熱温度よりもさらに高い温度で樹脂シート１０ｂを加熱してもよい。これにより、樹脂シート１０ｂがより十分に硬化され、より強固に金属箔２０と金属パイプ５０とを接着できるので好ましい。この加熱は、例えば、バッチ式の熱硬化炉に電子部品用冷却装置１００を投入することにより行うことができる。加熱条件は特に限定されない。
【００４９】
本例によれば、金属パイプ５０に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂと、熱硬化性樹脂シート１０ｂ上に積層された金属箔２０と、を有する構造体２００を収容する可撓性の容器６０内を減圧することで、可撓性の容器６０が変形して可撓性容器６０の内壁が金属パイプ５０に押しつけられる。これにより、金属箔２０がＢステージの熱硬化性樹脂シート１０ｂに押しつけられて、金属箔２０と熱硬化性樹脂シート１０ｂとの接着界面間のボイドが除去される。同様に、熱硬化性樹脂シート１０ｂが金属パイプ５０に押しつけられて、熱硬化性樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との接着界面間のボイドが除去される。
【００５０】
さらに、可撓性の容器６０内を減圧した状態のまま、外側からガスにより可撓性の容器６０を加圧することにより、より強く可撓性の容器６０の内壁が金属パイプ５０に押しつけられ、上述のボイド除去の効果が高まる。そして、金属パイプ５０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の各接着界面間に存在するボイドが除去された状態で、樹脂シート１０ｂが加熱されることにより樹脂シート１０ｂが硬化され、これらの界面での接着が行われる。
【００５１】
このようにして得られる電子部品用冷却装置１００では、金属箔２０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の接着界面間のボイドが極めて低減されている。また、樹脂シート１０ｂは金属パイプ５０と金属箔２０とを十分に接着しており、樹脂シート１０ｂが金属パイプ５０から剥離したり、金属箔２０が樹脂シート１０ｂから剥離したりしにくい。
【００５２】
なお、本実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００を製造する場合に金属箔２０と金属パイプ５０とを熱硬化性樹脂シート１０ｂを用いて接着する方法として、上述の方法以外にも、熱プレス機若しくは真空熱プレス機、熱ローラ機、又はトランスファー成型機等によって、金属箔２０を積層した樹脂シート１０ｂを金属パイプ５０に貼り合わせる方法を用いることもできるが、ボイドを十分に低減できるという観点からは、上述の第１例にかかる製造方法が好ましい。
【００５３】
＜電子部品用冷却装置の製造方法の第２例＞
電子部品用冷却装置の製造方法の第２例について説明する。本例では、第１例との差異点のみ説明する。第１例では、図３（ａ）に示したように、減圧用の可撓性の容器として、フィルム状の可撓性の容器６０を使用していたが、図５に示すように、上下に分離できる一対の可撓性の型７０ａ，７０ｂからなる可撓性の容器７０を利用することもできる。可撓性の容器７０は、凹部を有する上型７０ａと凹部を有する下型７０ｂとからなり、上型７０ａの凹部と下型７０ｂの凹部とを向かい合わせてできる空間部７０ｖの形状は、金属パイプ５０の立体形状と対応するように形成され、金属パイプ５０をちょうど収容できるようになっている。また、可撓性の容器７０は、複数の構造体２００の金属パイプ５０を収容できるように複数の空間部７０ｖを有している。また、容器７０の複数の空間７０ｖは図示しない連通路により互いに連通しており、上型７０ａには、外部と空間部７０ｖとを連通する側管７０ｃが設けられている。そして、側管７０ｃから可撓性の容器７０内の各空間部７０ｖを真空引きし、減圧することにより、第１例と同様の作用効果を奏することができる。本実施形態のような容器７０を用いる場合、一つの容器７０を用いて複数の構造体２００に対して同時に上述の減圧工程を行なうことが容易であるが、一つの構造体２００のみに対して上述の減圧工程を行なってもよい。
【００５４】
＜電子部品用冷却装置の使用例＞
以下に、本実施形態に係る電子部品用冷却装置１００の一使用例について説明する。図６（ａ）は、電子部品用冷却装置１００にパワー半導体３００を実装した斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。パワー半導体３００は、その放熱面を金属箔２０に半田付けすることにより、実装できる。パワー半導体３００は特に限定されないが、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、Ｄｉｏｄｅ等が挙げられる。
【００５５】
このような電子部品用冷却装置１００において、発熱するパワー半導体３００を冷却する際には、一方のノズル５２から冷却液を流入させる。冷却液は、ノズル５２から拡径部５１を経て、金属パイプ５０に流れ、もう一方の拡径部５１に流れ、ノズル５２から流出する。一方、パワー半導体３００からの熱は、半田層３１０を介して金属箔２０へと伝熱され、金属箔２０から伝熱性の樹脂層１０へと伝熱される。さらに、樹脂層１０から伝わった熱が、金属パイプ５０の管壁全体へ熱伝導により広がり、金属パイプ５０を流れる冷却液によって冷却される。
【００５６】
本実施形態にかかる電子部品用冷却装置１００は、金属箔２０と樹脂シート１０ｂとの間及び樹脂シート１０ｂと金属パイプ５０との間の接着界面間に存在するボイドが微小なボイドも含めて低減可能であるので、接着界面間に存在するボイドが多い場合よりも伝熱面積が上昇し、パワー半導体等の電子部品を、電子部品との電気絶縁機能を有した状態で、効率よく冷却できる。
【００５７】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態では、金属パイプ５０が内管を有していない態様について説明したが、金属パイプ５０内に内管を設けてもよい。内管の数が多ければ、伝熱面積がその分上昇するので、冷却効率がさらに高くなる。
【００５９】
また、上記実施形態では、金属パイプ５０の両側面が丸みを帯びている態様について説明したが、両側面は丸みを帯びていなくてもよく、角張っていてもよい。また、金属パイプ５０は屈曲していてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、樹脂層１０と金属箔２０との積層体が一つの金属パイプ５０に複数個積層された態様について説明したが、金属パイプ５０に積層する樹脂層１０と金属箔２０との積層体の数は、複数個でなくてもよく、１個であってもよい。
【００６１】
また、上記使用例では、本発明をパワー半導体３００の冷却装置として用いた場合について説明したが、本発明の電子部品用冷却装置は、電子部品はパワー半導体に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の電子部品用冷却装置によれば、電子部品の冷却効率を十分に高めることができ、そのため、冷却装置の小型化、軽量化が図れる。したがって、電気自動車や燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等の、搭載する装置の小型化、軽量化が求められる分野において有利に使用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…樹脂層、１０ｂ…樹脂シート、２０…金属箔、３０…積層体、５０…金属パイプ、５０ａ…金属パイプ５０の樹脂層が積層される部分、５１…拡径部、５２…ノズル、６０、７０…可撓性の容器、６０ｃ、７０ｃ…側管、６０ｅ…可撓性の容器６０の端部、７０ａ…上型、７０ｂ…下型、８０…オートクレーブ、８０ｈ…ヒータ、８０Ｐ…ポンプ、１００、１１０…電子部品用冷却装置、３００…パワー半導体、３１０…半田層、Ｌ１…真空ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属パイプと、前記金属パイプの外面上に配置された金属箔と、前記金属パイプの外面と前記金属箔とを接着する熱硬化した樹脂層と、を有する電子部品用冷却装置。
【請求項２】
前記熱硬化した樹脂層は、セラミックス粒子を含む請求項１記載の電子部品用冷却装置。
【請求項３】
金属パイプと、前記金属パイプ外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シートと、前記樹脂シート上に積層された金属箔と、を有する構造体を、可撓性の容器内に収容する収容工程と、
前記可撓性の容器内を減圧する減圧工程と、
減圧された状態の前記可撓性の容器を、外側からガスにより加圧する加圧工程と、
前記減圧及び前記加圧がなされた状態で、前記樹脂シートを加熱する加熱工程と、
を含む、電子部品用冷却装置の製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程の後に、前記可撓性の容器内から前記構造体を取り出して、前記樹脂シートを前記加熱工程よりさらに高い温度で加熱するアニーリング工程、をさらに含む、請求項３に記載の電子部品用冷却装置の製造方法。
【請求項１】
金属パイプと、前記金属パイプの外面上に配置された金属箔と、前記金属パイプの外面と前記金属箔とを接着する熱硬化した樹脂層と、を有する電子部品用冷却装置。
【請求項２】
前記熱硬化した樹脂層は、セラミックス粒子を含む請求項１記載の電子部品用冷却装置。
【請求項３】
金属パイプと、前記金属パイプ外面上に積層されたＢステージの熱硬化性樹脂シートと、前記樹脂シート上に積層された金属箔と、を有する構造体を、可撓性の容器内に収容する収容工程と、
前記可撓性の容器内を減圧する減圧工程と、
減圧された状態の前記可撓性の容器を、外側からガスにより加圧する加圧工程と、
前記減圧及び前記加圧がなされた状態で、前記樹脂シートを加熱する加熱工程と、
を含む、電子部品用冷却装置の製造方法。
【請求項４】
前記加熱工程の後に、前記可撓性の容器内から前記構造体を取り出して、前記樹脂シートを前記加熱工程よりさらに高い温度で加熱するアニーリング工程、をさらに含む、請求項３に記載の電子部品用冷却装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１１９４７５（Ｐ２０１２−１１９４７５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６７５０９（Ｐ２０１０−２６７５０９）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００２４１４９６）豊田鉄工株式会社 (104)
【出願人】（０００２１４２７２）長瀬産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００２４１４９６）豊田鉄工株式会社 (104)
【出願人】（０００２１４２７２）長瀬産業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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