冷却装置的制作方法

1.本实用新型涉及冷却装置。


背景技术：

2.例如，专利文献1中记载的冷却装置具备由四边形的放热基板和护套形成冷却介质流通空间的冷却器。放热基板在中央部一体地直立设有大量的翅片，翅片组的周围为凸缘。护套为具有收容翅片组的凹部的箱型。用放热基板覆盖护套，将翅片组收容在凹部中并使用放热基板使凹部的开口部闭合。冷却器通过将焊料夹设在放热基板与护套的接合部位进行组装并对组装物进行钎焊加热而制造。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2019-220539号公报


技术实现要素：

6.实用新型要解决的课题
7.在专利文献1所记载的冷却装置中，放热基板与护套之间的接合部位成为角部，存在应力在该角部集中的可能。因此，在该冷却装置设置在例如发生振动的场所的情况下，应力反复集中，在耐久性低的方面存在进一步改善的余地。
8.本实用新型目的在于提供能够提高耐久性的冷却装置等。
9.用于解决课题的手段
10.基于该目的完成的本实用新型为冷却装置，其具有：第1构件，其具有凹部；和第2构件，其以与所述第1构件一起形成供冷却介质流通的空间的方式接合于该第1构件，所述第2构件以载置在所述第1构件之上的状态被焊接，该第1构件中的所述空间侧的面与该第2构件中的该空间侧的面相交的部位形成有熔融部并成为r形状。
11.在此，所述焊接可以是激光焊或电子束焊。
12.另外，也可以是，从所述第2构件的与所述第1构件相反的一侧照射激光或电子束。
13.另外，也可以是，所述第2构件由焊接性比所述第1构件好的材料成型。
14.另外，也可以是，所述第1构件及所述第2构件由铝合金或铝合金的钎焊片成型。
15.另外，也可以是，所述第2构件为平板状并以板面与所述第1构件的侧壁正交的方式被载置，向所述第2构件的与所述第1构件相反的一侧的面照射激光或电子束。
16.另外，从其他观点出发，本实用新型为冷却装置的制造方法，其中，将第2构件载置在具有凹部的第1构件之上，其中，该第2构件与该第1构件一起形成供冷却介质流通的空间，从所述第2构件的与所述第1构件相反的一侧照射激光或电子束。
17.在此，也可以是，所述第2构件为平板状并以板面与所述第1构件的侧壁正交的方式载置该第2构件，向所述第2构件的与所述第1构件相反的一侧的面照射所述激光或所述电子束。
18.实用新型效果
19.根据本实用新型，能够提供能提高耐久性的冷却装置等。
附图说明
20.图1是将构成实施方式的冷却装置的部件分解的图的一例。
21.图2是示出冷却装置的截面的一例的图。
22.图3是示出将壳体主体与罩接合的情形的一例的图。
23.图4是示出成型焊接部的过程的一例的图。
24.图5是示出焊接部的其他例的图。
25.图6是示出焊接部的其他例的图。
26.图7是示出实际的照射部位从目标照射部位向罩侧偏移的情况的焊接部的一例的图。
27.图8是示出实际的照射部位从目标照射部位向壳体主体侧偏移的情况的成型焊接部的过程的一例的图。
28.附图标记说明
[0029]1…
冷却装置、5
…
半导体模块、10
…
散热器、20
…
壳体、21
…
壳体主体、22
…
罩、31
…
底部、35
…
流通空间、40
…
焊接部、41
…
熔融部、42
…
热影响部、151
…
激光头、411
…
凸部、l
…
激光
具体实施方式
[0030]
以下，参照附图详细说明实施方式。
[0031]
图1是将构成实施方式的冷却装置1的部件分解的图的一例。
[0032]
图2是示出冷却装置1的截面的一例的图。
[0033]
实施方式的冷却装置1具备：散热器10，其具有翅片12；和壳体20，其收容散热器10，并形成供冷却液流通的空间。冷却装置1为使用冷却液及散热器10对作为发热体的一例的半导体模块5进行冷却的液冷式冷却装置。
[0034]
(壳体20)
[0035]
壳体20具备有底凹状的壳体主体21和覆盖壳体主体21的开口部的罩22。另外，壳体20具备：流入管25，其使冷却液流入壳体20内；以及流出管26，其使冷却液从壳体20内流出。
[0036]
壳体主体21具有：平板状的矩形的底部31；以及4个侧壁32，其从底部31的周围的端部向与底部31的板面正交的方向突出。并且，壳体主体21具有由底部31和4个侧壁32形成的凹部33。
[0037]
在4个侧壁32内的第1侧壁321形成有贯通第1侧壁321的第1贯通孔323。另外，在4个侧壁32内的与第1侧壁321相对的第2侧壁322形成有贯通第2侧壁322的第2贯通孔324。流入管25嵌入在第1贯通孔323中，流出管26嵌入在第2贯通孔324中。
[0038]
罩22为平板状的构件。散热器10与罩22中的壳体主体21侧的面即内表面222接合。其接合方法如后详述。
[0039]
另一方面，半导体模块5与罩22的位于内表面222的相反侧的面即外表面223接合。
[0040]
在此，半导体模块5具有：绝缘基板51；布线层52，其设置在绝缘基板51上；和半导体元件53，其经由焊料层54安装于布线层52。另外，半导体模块5具有将来自的绝缘基板51的热量向冷却装置1传递的传热层55。
[0041]
并且，半导体模块5的传热层55与罩22的外表面223接合。作为将传热层55与罩22接合的方法，能够例示钎焊、锡焊、烧结(烧制)、使用树脂的粘接、使用热传导润滑脂的贴附等。
[0042]
(散热器10)
[0043]
散热器10具有：平板状的平板状部11；和多个翅片12，其从平板状部11向与板面正交的方向突出。
[0044]
翅片12能够例示为从平板状部11的突出方向成为柱方向的柱状。并且，翅片12中的以与突出方向正交的面切断的形状(以下，存在称为“截面形状”的情况。)能够例示圆、椭圆。另外，截面形状能够例示正方形、长方形、菱形等四边形。另外，翅片12也可以是平板状。在平板状的情况下，既可以与从流入管25到流出管26的方向平行，也可以是具有相对于从流入管25向流出管26的方向倾斜的部位的波状。
[0045]
散热器10能够例示通过锻造成型。另外，散热器10的材质能够例示铜、a1100等纯铝的a1000系。
[0046]
散热器10与罩22的内表面222接合。散热器10与罩22的接合能够例示压合、粘接、钎焊、激光焊、电子束焊。
[0047]
按照以上方式构成的冷却装置1与半导体模块5按照以下方式组装。
[0048]
首先，将罩22与半导体模块5接合。另外，将罩22与散热器10接合。
[0049]
然后，以半导体模块5位于外部、散热器10收容在壳体20的内部的方式，使散热器10与半导体模块5接合后的罩22覆盖壳体主体21，由罩22覆盖壳体主体21的开口部。
[0050]
之后，使用激光焊或电子束焊将壳体主体21与罩22接合。
[0051]
由此，在由散热器10、罩22及壳体主体21包围的空间中形成供冷却液流通的流通空间35。
[0052]
接下来，说明将壳体主体21与罩22接合的方法。
[0053]
图3是示出将壳体主体21与罩22接合的情形的一例的图。
[0054]
图4是示出成型焊接部40的过程的一例的图。
[0055]
如图3所示，将罩22载置在壳体主体21的4个侧壁32之上。然后，从激光装置150的激光头151向罩22的外表面223照射激光l。然后，通过使激光头151沿着壳体主体21的4个侧壁32的上端面320的形状移动，从而连续地照射激光l，在半导体模块5的周围形成焊接部40。
[0056]
若向罩22照射激光l，则激光l的能量转换为热，从而罩22与壳体主体21的母材自身熔融，之后急速冷却。通过该急速加热、急速冷却，焊接部40发生组织变化，焊接部40由熔融并固化的熔融部41和通过焊接热而发生组织变化的热影响部42构成。热影响部42由罩22的热影响部42c和壳体主体21的热影响部42h构成。
[0057]
并且，在本实施方式中，以熔融部41中的流通空间35内的形状成为r形状的方式实施激光焊。例如，如图4的(d)所示，熔融部41具有向流通空间35侧突出的凸部411，以凸部411的流通空间35侧的形状即前端形状弯曲的方式实施激光焊。
[0058]
在此，熔融部41的大小由每单位时间的能量密度决定。对应于每单位时间的能量密度变大，从而成型出更大的熔融部41。另外，关于熔融部41的形状会变得怎样，其由向罩22照射激光l的位置决定。考虑上述事项，以熔融部41中的流通空间35内的形状成为r形状的方式设定每单位时间的能量密度及激光l的照射位置。
[0059]
图5、图6是示出焊接部40的其他例的图。
[0060]
关注每单位时间的能量密度，若能量密度小，则如图5的(a)所示，仅罩22熔融而壳体主体21不熔融。或者，若能量密度小，则如图5的(b)所示，罩22及壳体主体21的侧壁32的上端部的一部分熔融，熔融部41落入壳体主体21的侧壁32的厚度方向的大小w内。其结果，罩22与壳体主体21的接合强度变小，针对冷却液从流通空间35内泄漏的可靠性下降。
[0061]
另一方面，关注激光l的照射位置，若向壳体主体21的与侧壁32的内表面211的延长线le上相比的内侧(流通空间35侧)照射激光l，则如图6的(a)所示，仅罩22熔融而壳体主体21不熔融。或者，若向壳体主体21的与内表面211的延长线le相比的内侧(流通空间35侧)照射激光l，则如图6的(b)所示，仅罩22和壳体主体21的侧壁32的上端部的内侧的部位的一部分熔融。其结果，罩22与壳体主体21的接合强度变小，针对冷却液从流通空间35内泄漏的可靠性下降。
[0062]
另一方面，若向壳体主体21的与内表面211的延长线le相比的外侧照射激光l，则如图6的(c)所示，即使壳体主体21的侧壁32也熔融，熔融部.41也落入壳体主体21的侧壁32的厚度方向的大小w内，存在熔融部41不向流通空间35内突出的可能。例如，若向壳体主体21的侧壁32的与厚度方向的中央部c相比的外侧照射激光l，则如图6的(c)所示，即使能量密度大，也存在熔融部41不向流通空间35内突出的可能。
[0063]
鉴于以上事项，在本实施方式中，将照射激光l的目标位置设定为罩22的外表面223中的、壳体主体21的内表面211的延长线le上的部位(以下，存在将该部位称为“目标照射部位lt”的情况)(参照图4的(a))。其中，即使以目标照射部位lt为目标照射激光l，存在实际的照射部位从目标照射部位lt偏移的可能。因此，在向设想为从目标照射部位lt以最大限偏移的部位照射激光l的情况下，也以熔融部41具有向流通空间35侧突出的凸部411且凸部411的前端形状弯曲的方式设定能量密度。
[0064]
需要说明的是，关于对每单位时间的能量密度进行调节，可以采用对激光头151的移动速度调节和对激光输出调节中的至少某一种方法。例如，对于增大每单位时间的能量密度而言，可以采用减小激光头151的移动速度和增大激光输出中的至少某一种方法。
[0065]
按照以上方式构成的冷却装置1具备：作为第1构件的一例的壳体主体21，其具有凹部33；以及作为第2构件的一例的罩22，其以与壳体主体21一起形成供作为冷却介质的一例的冷却液流通的作为空间的一例的流通空间35的方式接合于壳体主体21。并且，冷却装置1以罩22载置在壳体主体21之上的状态被施以激光焊。由此，例如，与壳体主体21和罩22通过钎焊接合的构成比较，在将壳体主体21与罩22钎焊时，通过钎焊等接合的罩22及散热器10未进行退火，因此能够抑制因退火而使罩22、散热器10的强度降低。
[0066]
在此，例如，在将壳体主体21与罩22钎焊的情况下，由于壳体主体21的内表面211与罩22的内表面222以90度相交的状态接合，因此存在在接合后形成90度以下的角部的可能。并且，在设置于例如发生振动的场所的情况下，应力反复集中，存在耐久性下降的可能。
[0067]
与此相对，在冷却装置1中，壳体主体21中的流通空间35侧的面即内表面211与罩
22中的作为流通空间35侧的面的一例的内表面222相交的部位形成有熔融部41并成为r形状。因此，能够抑制应力在壳体主体21的内表面211与罩22的内表面222相交的部位集中。其结果，能够提高冷却装置1的耐久性。
[0068]
并且，在冷却装置1的制造方法中，在将壳体主体21与罩22接合时，将罩22载置在壳体主体21之上，从罩22中的与壳体主体21相反的一侧照射激光l。换言之，在使壳体主体21与罩22重合的状态下，向罩22照射激光l。
[0069]
在此，例如考虑下述方法：在将罩22载置在壳体主体21之上的状态下，与罩22的板面平行地向壳体主体21与罩22的接触部位照射激光l，换言之，与罩22的板面平行地向罩22与壳体主体21的对接部位照射激光l。以下，存在将该方法称为“对接焊接”的情况。
[0070]
考虑下述情况：在壳体主体21的侧壁32的上端面320与罩22的内表面222的接触面上设定对接焊接时的照射激光l的目标位置的情况，换言之，考虑将对接焊接时的目标照射部位lp设定在壳体主体21的上端面320与罩22的内表面222的接触面上的情况。
[0071]
图7是示出实际的照射部位从目标照射部位lp向罩22侧偏移的情况的焊接部140的一例的图。
[0072]
在实际的照射部位从目标照射部位lp向罩22侧偏移的情况下，仅罩22熔融而壳体主体21不熔融。或者，如图7所示，仅罩22和壳体主体21的侧壁32的上端部的外侧的部位的一部分熔融。其结果，罩22与壳体主体21的接合强度变小，针对冷却液从流通空间35内泄漏的可靠性下降。
[0073]
图8是示出实际的照射部位从目标照射部位lp向壳体主体21侧偏移的情况的成型焊接部140的过程的一例的图。
[0074]
如图8的(a)所示，在实际的照射部位从目标照射部位lp向壳体主体21侧偏移的情况下，如图8的(d)所示，存在仅壳体主体21的侧壁32熔融而壳体主体21与罩22未接合的可能。
[0075]
与此相对，在制造冷却装置1时，在壳体主体21与罩22重合的状态下，由于从罩22的与壳体主体21相反的一侧照射激光l，因此能够高精度地使壳体主体21与罩22接合。因此，能够增大实际的照射部位相对于目标照射部位lt的偏移量的容许值，因此能够容易地制造。
[0076]
并且，在冷却装置1中，优选罩22由焊接性比壳体主体21好的材质成型。若罩22的材质的焊接性比壳体主体21的材质好，则相比于壳体主体21的材质的焊接性比罩22的材质好的情况，热量容易向壳体主体21传导，即使每单位时间的能量密度相同，罩22与壳体主体21的接合强度也容易变大。
[0077]
例如，能够例示罩22的材质为a3003等铝合金的a3000系，壳体主体21的材质为铜、a6063等铝合金的a6000系。另外，罩22的材质为将铝合金的a3000系和作为焊料的铝合金的a4000系在热轧工序中复合轧制(压合)而得的钎焊片，壳体主体21的材质能够例示铜、a6063等铝合金的a6000系。另外，罩22的材质能够例示铝合金的a3000系与铝合金的a4000系的钎焊片，壳体主体21的材质能够例示铝合金的a6000系与铝合金的a4000系的钎焊片。通过作为壳体主体21或罩22的材质使用钎焊片，从而能够提高壳体20的耐腐蚀。
[0078]
另外，在冷却装置1中，可以设定罩22的厚度方向的大小比壳体主体21的侧壁32的厚度方向的大小w小。通过这样设定，从而与罩22的厚度方向的大小为壳体主体21的侧壁32
的大小w以上的情况相比，热量容易向壳体主体21传导，即使每单位时间的能量密度相同，罩22与壳体主体21的接合强度也容易变大。
[0079]
需要说明的是，在上述实施方式中，将壳体主体21与罩22通过激光焊接合，但不特别限定于激光焊。例如，也可以通过电子束焊将壳体主体21与罩22接合。在电子束焊中，也可以在使壳体主体21与罩22重合的状态下，使电子束从罩22的与壳体主体21相反的一侧与罩22碰撞。另外，也可以以熔融部41中的流通空间35内的形状成为r形状的方式设定每单位时间的能量密度及使电子束碰撞的位置。