摩擦攪拌接合構(gòu)造及功率半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的技術(shù)課題是在使用摩擦攪拌接合的接合構(gòu)造中，減少接合工具與被接合部件的摩擦熱和接合工具插入的按壓載荷導(dǎo)致的被接合部件整體的變形。本發(fā)明的摩擦攪拌接合構(gòu)造在通過摩擦攪拌接合一體化的第一部件和第二部件中的任一方，沿著摩擦攪拌接合部形成有小厚度部。利用該小厚度部，使得在摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的熱不易向被接合部件的中央側(cè)傳遞，能夠抑制被接合部件的主要部分的熱變形。此外，小厚度部由于通過摩擦攪拌接合而作用于被接合部件的按壓載荷而變形，因此能夠抑制被接合部件的主要部分的變形。
【專利說明】摩擦攪拌接合構(gòu)造及功率半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用摩擦攪拌接合的接合構(gòu)造和使用它的功率半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]作為金屬部件的相互接合方法，已知有摩擦攪拌接合(FSW:Friction StirWelding)。摩擦攪拌接合是指如下方法:將旋轉(zhuǎn)的工具(以下稱為接合工具)按壓到與要進行接合的金屬部件之間的分界面并插入，從而利用摩擦熱使要進行接合的部件加熱、軟化，隨接合工具的旋轉(zhuǎn)塑性流動，由此進行接合。
[0003]專利文獻1中公開了由具有部分開口的凹部的套主體和密封凹部的開口的密封體所構(gòu)成的水冷套的制造方法。該制造方法中，由在套主體的開口設(shè)置的臺階的側(cè)面和密封體的側(cè)面形成對接接頭，通過摩擦攪拌接合來接合該對接面。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2010-140951號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0008]在摩擦攪拌接合中，在使接合工具旋轉(zhuǎn)的同時將其按壓插入到相互接合的金屬部件(被接合部件)中，因此在被接合部件中產(chǎn)生與接合工具的摩擦熱和按壓載荷。因此，在利用摩擦攪拌接合的被接合部件中產(chǎn)生由摩擦熱和載荷導(dǎo)致的變形。
[0009]用于解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種通過摩擦攪拌接合將第一部件和第二部件一體化的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其中，至少在第一部件和第二部件中的任一方沿著摩擦攪拌接合部形成有小厚度部。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在第一方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選第一部件和第二部件作為搭接接頭而抵接，其抵接面進行摩擦攪拌接合。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在第二方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選第一部件的抗拉強度S1規(guī)定得比第二部件的抗拉強度S2小，第一部件的小厚度部的厚度L1與摩擦攪拌接合部的接合深度D1的關(guān)系規(guī)定為:(2XS1)/ (SI + S2) XL1 < D1。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在第三方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選第一部件為矩形平板，第二部件具有被矩形平板封閉的開口部，在第二部件的開口部形成臺階，在第一部件的外周緣形成載置于臺階的接合部，第一部件的外周緣與第二部件的開口部的臺階內(nèi)面的對接部通過摩擦攪拌接合被全周接合，沿著第一部件的摩擦攪拌接合部形成有小厚度部。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第五方面，具有第四方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造的功率半導(dǎo)體器件包括:功率半導(dǎo)體組件；容納功率半導(dǎo)體組件的殼體；和冷卻功率半導(dǎo)體組件的散熱板，其中，第二部件為殼體，第一部件為封閉第二部件的開口部的散熱板。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在第一方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選在第一部件和第二部件這兩者中具有小厚度部。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在第六方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選第一部件與第二部件作為對接接頭而抵接，進行摩擦攪拌接合。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在第七方面的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，優(yōu)選第一部件的抗拉強度S1規(guī)定得比第二部件的抗拉強度S2小，令第一部件的小厚度部的厚度為L1、第二部件的小厚度部的厚度為L2、摩擦攪拌接合部的接合深度為D1時，滿足:(2XS1)/ (S1 +S2) XL1 < D1 和(S1/S2) XL1 < L2。
[0018]發(fā)明效果
[0019]利用本發(fā)明的摩擦攪拌接合構(gòu)造，在被接合部件的至少一方的被接合部件設(shè)置有小厚度部，因此在摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的熱不易傳遞到被接合部件的中央側(cè)，能夠抑制被接合部件的主要部分的熱變形。此外，小厚度部由于利用摩擦攪拌接合對被接合部件施加的按壓載荷而變形，因此能夠抑制被接合部件的主要部分的變形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1A是表示通過第一實施方式接合的一對被接合部件的對接狀態(tài)的概要立體圖。
[0021]圖1B是說明第一實施方式的摩擦攪拌接合的實行的概要立體圖。
[0022]圖1C是表示第一實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0023]圖1D是表不第一實施方式的應(yīng)用例的分解立體圖。
[0024]圖1E是從背面觀察圖1D的應(yīng)用例的蓋的立體圖。
[0025]圖2A是表示通過第二實施方式接合的一對被接合部件的對接狀態(tài)的概要立體圖。
[0026]圖2B是說明第二實施方式的摩擦攪拌接合的實行的概要立體圖。
[0027]圖2C是表示第二實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0028]圖3A是表示通過第三實施方式接合的一對被接合部件的對接狀態(tài)的概要立體圖。
[0029]圖3B是說明第三實施方式的摩擦攪拌接合的實行的概要立體圖。
[0030]圖3C是表示第三實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0031]圖4A是表示通過第四實施方式接合的一對被接合部件的對接狀態(tài)的概要立體圖。
[0032]圖4B是說明第四實施方式的摩擦攪拌接合的實行的概要立體圖。
[0033]圖4C是表示第四實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0034]圖5是表示第五實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0035]圖6是表示第六實施方式的摩擦攪拌接合部的放大截面圖。
[0036]圖7是第七實施方式的功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖8是圖7的VII1-VIII線截面圖。
[0038]圖9是圖8的IX部分放大圖。[0039]圖10是說明小厚度部的有無對平面度的大小的影響的表。
【具體實施方式】
[0040][第一實施方式]
[0041]圖1A?圖1C是說明第一實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造的圖。
[0042]本實施方式中，對圖1A所示的被接合部件10的端面與被接合部件50的端面的對接面W1進行摩擦攪拌接合使其一體化。即，將被接合部件10和被接合部件50作為搭接接頭來抵接，對其抵接面進行摩擦攪拌接合。圖1B是表示在對接面W1形成的摩擦攪拌接合部FSW1的圖，圖1C是表示摩擦攪拌接合部FSW1的放大截面圖。
[0043]被接合部件10為平板，在背面設(shè)有凹部11。利用該凹部11，在被接合部件10形成小厚度部12。被接合部件50為比被接合部件10厚的板材，在與被接合部件10的接合部設(shè)有臺階51。
[0044]將被接合部件10的端面載置于在被接合部件50的端面形成的臺階51上，如圖1B所示，從對接面W1的上表面(圖1的上方)以載荷F1在P1方向上按壓旋轉(zhuǎn)的接合工具T0，將其插入到對接面W1中。進一步，在使接合工具T0在Ml方向上移動的同時將被接合部件10和被接合部件50摩擦攪拌接合，獲得如圖1C中詳細表示的摩擦攪拌接合部FSW1。
[0045]小厚度部12位于摩擦攪拌接合部FSW1附近，因此能夠達到如下作用效果。摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱被傳遞到被接合部件10側(cè)。與形成摩擦攪拌接合部FSW1的被接合部件10的端面的熱傳遞面積，設(shè)于被接合部件10的小厚度部12的熱傳遞面積縮小，熱阻增大。因此抑制了向小厚度部12之外的被接合部件10側(cè)的熱傳遞。其結(jié)果是能夠降低被接合部件10的熱變形。
[0046]此外，同時地，雖然在接合中來自接合工具T0的載荷F1被施加于被接合部件10，但通過比周圍薄而剛性較低的小厚度部12首先變形，能夠降低小厚度部以外的被接合部件10的變形。
[0047]總之，通過沿著摩擦攪拌接合部FSW1設(shè)置小厚度部12，能夠抑制摩擦攪拌接合時的摩擦熱和來自接合工具T0的載荷傳遞到被接合部件10整體，能夠降低被接合部件10中的變形的發(fā)生量。
[0048]在第一實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造中，不限定被接合部件10的形狀。圖1A?圖1C所示的接合構(gòu)造中，在一邊設(shè)置有對接面W1，但也可以在兩邊、三邊設(shè)置有對接面。在兩邊形成摩擦攪拌接合部的情況下沿著兩邊形成小厚度部12，在三邊形成摩擦攪拌接合部的情況下沿著三邊形成小厚度部12。也可以在被接合部件10的整個周緣實施摩擦攪拌接合。此時，在整個周緣的內(nèi)側(cè)遍及整周地形成凹部11即小厚度部12。
[0049]以上的說明對以下的第二實施方式?第四實施方式也共通地適用。
[0050]圖1D、圖1E是表示將第一實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造應(yīng)用于發(fā)熱性電子部件的冷卻裝置的應(yīng)用例。
[0051]如圖1D所示，冷卻裝置CA具有:設(shè)有流過致冷劑的凹部151的作為冷卻套的容器150 ;和密封凹部151的開口 152的蓋110。在開口 152形成有臺階153。在容器150設(shè)有未圖示的致冷劑入口和出口。
[0052]在蓋110的正面安裝有作為被冷卻部件的發(fā)熱性電子部件115。在蓋110的背面設(shè)有:在周緣形成的臺階111 ;和被形成臺階111的大厚度部113和蓋中央的大厚度部114包圍的凹部112。由凹部112形成的小厚度部相當于圖1A的小厚度部12。
[0053]該冷卻裝置CA使致冷劑流過凹部151來冷卻安裝在蓋110的正面的發(fā)熱性電子部件115。由此，需要將發(fā)熱性電子部件115與蓋110的正面緊密接觸地安裝。蓋110與容器150相比強度較低，因此容易由于摩擦攪拌接合時的載荷F1、熱導(dǎo)致變形，希望能夠防止蓋110的安裝面由于摩擦攪拌接合而變形。
[0054]于是，在圖1D、圖1E所示的第一實施方式的應(yīng)用例中，在蓋110的周緣內(nèi)側(cè)設(shè)置凹部112，形成小厚度部。該小厚度部與大厚度部113、114相比板厚更薄。其結(jié)果是，與大厚度部114相比導(dǎo)熱截面積變小，因此能夠抑制由于摩擦攪拌接合而產(chǎn)生的熱向安裝面的輸入，能夠抑制熱導(dǎo)致的蓋正面、中央大厚度部114的變形。此外，小厚度部112由于摩擦攪拌接合時的載荷F1變形，因此也能夠獲得抑制蓋110的中央大厚度部114的變形的效果。
[0055][第二實施方式]
[0056]圖2A?圖2C是說明第二實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造的圖。
[0057]本實施方式對圖2A所示的被接合部件20的端面與被接合部件60的端面的對接面W2進行摩擦攪拌接合使其一體化。即，將被接合部件20和被接合部件60作為對接接頭而抵接，進行摩擦攪拌接合。圖2B是表示在對接面W2形成的摩擦攪拌接合部FSW2的圖，圖2C是表示摩擦攪拌接合部FSW2的放大截面圖。
[0058]被接合部件20為平板，在背面設(shè)有凹部21。利用該凹部21，在被接合部件20形成小厚度部22。被接合部件60為平板，在背面設(shè)有凹部61。利用該凹部61，在被接合部件60形成小厚度部62。
[0059]將被接合部件20的端面抵接在被接合部件60的端面，如圖2B所示，從對接面W2的上表面(圖2B的上方)在P2方向上以載荷F2按壓旋轉(zhuǎn)的接合工具T0，將其插入到對接面W2中。進一步，在使接合工具T0在M2方向上移動的同時對被接合部件20和被接合部件60進行摩擦攪拌接合，獲得如圖2C詳細表示的摩擦攪拌接合部FSW2。
[0060]在該摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱被傳遞到被接合部件20和60側(cè)。與形成摩擦攪拌接合部FSW2的被接合部件20、60的端面的熱傳遞面積相比，設(shè)于被接合部件20、60的小厚度部22、62的熱傳遞面積縮小，熱阻增大。因此能夠抑制向小厚度部22、62之外的被接合部件20側(cè)和60側(cè)的熱傳遞。其結(jié)果是能夠降低被接合部件20和60的熱變形。
[0061]此外，同時雖然在接合中來自接合工具T0的載荷F2被施加于被接合部件20、60，但比周圍薄而剛性較低的小厚度部22、62首先變形，由此能夠降低小厚度部22、62以外的被接合部件20、60的變形。
[0062][第三實施方式]
[0063]圖3A?圖3C是說明第三實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造的圖。
[0064]本實施方式將圖3A所示的被接合部件30的端部和被接合部件70的端面重合，對其重合面W3進行摩擦攪拌接合使其一體化。即，將被接合部件30和被接合部件70作為搭接接頭而抵接，該抵接面被摩擦攪拌接合。圖3B是表示在重合面W3形成的摩擦攪拌接合部FSW3的圖，圖3C是表示摩擦攪拌接合部FSW3的放大截面圖。
[0065]被接合部件30為平板，在背面設(shè)有凹部31。利用該凹部31，在被接合部件30形成小厚度部32。被接合部件70為比被接合部件30厚的平板。[0066]將被接合部件30的端部與被接合部件70的端部重合，如圖3B所示，從被接合部件30的上表面(正面)側(cè)向其重合面W3在P3方向上以載荷F3按壓旋轉(zhuǎn)的接合工具T0。接合工具T0被插入到被結(jié)合部件30中，貫通對接面W3而到達被接合部件70后，在使接合工具T0在M3方向上移動的同時對被接合部件30和被接合部件70進行摩擦攪拌接合，獲得如圖3C詳細表示的摩擦攪拌接合部FSW3。
[0067]在該摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱被傳遞到被接合部件30和70側(cè)。與形成摩擦攪拌接合部FSW3的被接合部件30的端部的熱傳遞面積相比，設(shè)于被接合部件30的小厚度部32的熱傳遞面積縮小，熱阻增大。因此能夠抑制向小厚度部32之外的被接合部件30側(cè)的熱傳遞。其結(jié)果是能夠降低被接合部件30的熱變形。
[0068]此外，同時雖然在接合中來自接合工具T0的載荷F3被施加于被接合部件30，但比周圍薄而剛性較低的小厚度部32首先變形，由此能夠降低小厚度部32以外的被接合部件30的變形。
[0069][第四實施方式]
[0070]圖4A?圖4C是說明第四實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造的圖。
[0071]本實施方式將圖4A所示的被接合部件40的端部與被接合部件80的端部重合，對其重合面W4進行摩擦攪拌接合使其一體化。即，將被接合部件40與被接合部件80作為搭接接頭而抵接，對其抵接面(重合面W4)進行摩擦攪拌接合。圖4B是表示在重合面W4形成的摩擦攪拌接合部FSW4的圖，圖4C是表示摩擦攪拌接合部FSW4的放大截面圖。
[0072]被接合部件40為平板，在背面設(shè)有凹部41。利用該凹部41，在被接合部件40形成小厚度部42。被接合部件80為比被接合部件40厚的平板，在背面設(shè)有凹部81。利用該凹部81，在被接合部件80形成小厚度部82。
[0073]將被接合部件40的端部與被接合部件80的端部重合，如圖4B所示，從被接合部件40的上表面(正面)側(cè)向其重合面W4在P4方向上以載荷F4按壓旋轉(zhuǎn)的接合工具T0。接合工具T0被插入到被結(jié)合部件40中，貫通對接面W4而到達被接合部件80后，在使接合工具T0在M4方向上移動的同時對被接合部件40和被接合部件80進行摩擦攪拌接合，獲得如圖4C詳細表示的摩擦攪拌接合部FSW4。
[0074]該摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱被傳遞到被接合部件40和80側(cè)。與形成摩擦攪拌接合部FSW4的被接合部件40的端部的熱傳遞面積相比，設(shè)于被接合部件40的小厚度部42的熱傳遞面積縮小，熱阻增大。因此能夠抑制向小厚度部42之外的被接合部件40側(cè)的熱傳遞。其結(jié)果是能夠降低被接合部件40的熱變形。
[0075]同樣地，與形成摩擦攪拌接合部FSW4的被接合部件80的端部的熱傳遞面積相比，設(shè)于被接合部件80的小厚度部82的熱傳遞面積縮小，熱阻增大。因此能夠抑制向小厚度部82之外的被接合部件80側(cè)的熱傳遞。其結(jié)果是能夠降低被接合部件80的熱變形。
[0076]此外，同時雖然在接合中來自接合工具T0的載荷F4被施加于被接合部件40，但比周圍薄而剛性較低的小厚度部42首先變形，由此能夠降低小厚度部42以外的被接合部件40的變形。被接合部件80也是同樣，由于剛性較低的小厚度部82首先變形，能夠降低小厚度部82以外的被接合部件80的變形。
[0077][第五實施方式]
[0078]本實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造是對第一實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造分別規(guī)定了被接合部件10和50的材料、小厚度部12的厚度、摩擦攪拌接合部FSW5的深度而得的，是將抗拉強度S1的被接合部件10與抗拉強度S2的被接合部件50接合的構(gòu)造。
[0079]第五實施方式的條件為如下的(I)、(II)。
[0080](I)條件 1
[0081]抗拉強度S1和S2設(shè)定為滿足
[0082]SI < S2......(1)，
[0083](II)條件 2
[0084]摩擦攪拌接合部FSW5的接合深度D1和被接合部件10的小厚度部12的板厚L1設(shè)定為滿足
[0085]{ (2XS1) / (SI + S2) } XL1 < D1......(2)。
[0086]由此，能夠提供使摩擦攪拌接合部FSW5的強度比小厚度部12的強度大的摩擦攪拌接合構(gòu)造。而且，在滿足(1)式和(2)式的關(guān)系的條件下使接合深度D1最小化，能夠減小摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱和載荷，能夠進一步降低變形。
[0087][第六實施方式]
[0088]本實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造是對第二實施方式的摩擦攪拌接合構(gòu)造分別規(guī)定了被接合部件20和60的材料、小厚度部22、62的厚度、摩擦攪拌接合部FSW6的深度而得的，是將抗拉強度S1的被接合部件20與抗拉強度S2的被接合部件60接合的構(gòu)造。
[0089]第六實施方式的條件為如下的(I)、(II)、(III)。
[0090]( I)條件 1
[0091]抗拉強度S1和S2設(shè)定為滿足
[0092]SI < S2......(1)，
[0093](II)條件 2
[0094]摩擦攪拌接合部FSW6的接合深度D1和被接合部件20的小厚度部22的板厚L1設(shè)定為滿足
[0095]{ (2XS1) / (SI + S2) } XL1 < D1......(2)，
[0096](III)條件 3
[0097]被接合部件20的小厚度部22的板厚L1和被接合部件60的小厚度部62的板厚L2設(shè)定為滿足
[0098](S1/S2) XL1 < L2......(3)。
[0099]由此，能夠提供使摩擦攪拌接合部FSW6的強度比小厚度部22和小厚度部62的強度更大的摩擦攪拌接合構(gòu)造。而且，在滿足(1)式?(3)式的關(guān)系的條件下使接合深度D1最小化，能夠減小摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱和載荷，能夠進一步降低變形。
[0100][第七實施方式]
[0101]第七實施方式將本發(fā)明的摩擦攪拌接合構(gòu)造應(yīng)用于帶散熱翼片的功率組件半導(dǎo)體器件。參考圖7?圖9進行說明。圖7是功率半導(dǎo)體器件100的正面圖，圖8是圖7的VII1-VIII截面圖，圖9是圖8的IX部分的放大圖。
[0102]如圖7所示，帶散熱翼片的功率半導(dǎo)體器件100包括:殼體110 ;容納在殼體110內(nèi)的功率半導(dǎo)體組件120 ;與功率半導(dǎo)體組件120的正負極直流端子分別連接的外部直流正負極端子130 ;向電動機供給交流電力的交流外部端子140 ;功率半導(dǎo)體組件120的各柵極信號用外部端子150 ;和發(fā)射極電壓檢測用外部端子160。
[0103]在對三相交流電動機進行驅(qū)動控制時，在U相、V相、W相各相設(shè)置有帶散熱翼片的功率半導(dǎo)體器件100，構(gòu)成三相橋式電路。各相的功率半導(dǎo)體器件100的功率半導(dǎo)體組件120具有上臂用IGBT121 (參考圖8)和下臂用IGBT121。功率半導(dǎo)體器件100浸潰于未圖示的冷卻套的流路中而被冷卻。
[0104]參考圖8，殼體110包括:在內(nèi)部容納功率半導(dǎo)體組件120的殼體主體200 ;和一對帶翼片的散熱板250。在殼體主體200的兩面分別設(shè)有開口 210，帶翼片的散熱板250分別與各開口 210的周緣摩擦攪拌接合，封閉殼體主體200的內(nèi)部。圖7和圖9的附圖標記FSW7表示摩擦攪拌接合部。在殼體110的內(nèi)部，構(gòu)成功率半導(dǎo)體組件120的IGBT121與作為帶翼片的散熱板250的殼體內(nèi)表面的緊貼面255緊密接觸。
[0105]構(gòu)成功率半導(dǎo)體組件120的IGBT121中產(chǎn)生的熱通過引線框架122和緊貼面255傳遞到分別緊密接觸的帶翼片散熱板250，傳熱到流過冷卻套的流體，由此被散熱。
[0106]殼體主體200為鋁鑄制造，能夠確保強度并且降低制造成本。帶翼片的散熱板250也為高熱傳導(dǎo)率的鋁材料，確保散熱性能。通過這樣地利用殼體主體200和散熱板250制造殼體110，能夠?qū)崿F(xiàn)兼顧強度、制造成本和散熱性能的殼體110。
[0107]—對帶翼片的散熱板250為相同部件。帶翼片的散熱板250具有散熱板主體251和從散熱板主體251表面突起設(shè)置的多個針翼252。參考圖9進行說明，散熱板主體251具有:中央部的矩形厚板部251a ;四角環(huán)狀(方環(huán)狀)地設(shè)置于矩形厚板部251a的周緣的小厚度部251b ;和四角環(huán)狀地設(shè)置于小厚度部251b的更外側(cè)的周緣的、比小厚度部251b更厚的摩擦攪拌接合部251c。
[0108]如圖9所示，在殼體主體200的開口 210的內(nèi)周緣形成有從殼體表面以深度T1凹陷的、向開口 210的中心側(cè)突出設(shè)置的散熱板載置部211。載置部211具有載置面211a和從載置面211a向殼體外側(cè)立起的側(cè)壁211b。散熱板250的接合部251c的殼體內(nèi)側(cè)面253被載置在載置面211a上，散熱板接合部251c的殼體外周面254抵接在側(cè)壁211b上。
[0109]摩擦攪拌接合部FSW7通過下述方式形成:將帶翼片的散熱板250的接合部251c載置于在殼體主體200形成的載置面211a上，通過接合工具對帶翼片的散熱板250的殼體外周面254和從殼體主體200的載置面21 la立起的側(cè)壁211b的抵接面進行摩擦攪拌接合。如圖7所示，摩擦攪拌接合部FSW7沿著散熱板250的整個周緣四角環(huán)狀地設(shè)置。
[0110]在圖9中，令帶翼片的散熱板250的摩擦攪拌接合部251c的板厚T1為1mm、具有緊貼面255的散熱板主體251的板厚T2為2.5mm、小厚度部251b的板厚L3為0.5mm、摩擦攪拌接合部FSW7的接合深度D1為0.7mm。
[0111]此外，在圖9中用W表示小厚度部251b的長度。該小厚度部251b的長度能夠定義為帶翼片的散熱板250的摩擦攪拌接合部251c與功率半導(dǎo)體組件120的散熱板主體251之間的小厚度部251b的長度。
[0112]圖10表示滿足上述條件(1)?(3)的圖9的摩擦攪拌接合構(gòu)造中相對于小厚度部長度W的緊貼面255平面度。
[0113]根據(jù)圖10可知，通過在摩擦攪拌接合部251c附近設(shè)置小厚度部251b，能夠?qū)б砥纳岚?50的平面度的劣化降低至一半左右。由此，能夠提高功率半導(dǎo)體組件120與散熱板250的緊貼性，能夠提高功率半導(dǎo)體器件100的散熱性能。[0114]總之，圖9的摩擦攪拌接合構(gòu)造中形成了板厚L3的小厚度部251b，能夠抑制在摩擦攪拌接合時產(chǎn)生的摩擦熱和來自接合工具的按壓載荷傳遞到緊貼面255而導(dǎo)致的緊貼面255的平面度的劣化。
[0115]以上說明的實施方式僅為一個例子，本發(fā)明并不限定于實施方式。由此，本發(fā)明的摩擦攪拌接合構(gòu)造的適用部件并不限定于功率半導(dǎo)體器件。
[0116]以上說明了各種實施方式和變形例，但本發(fā)明并不限定于這些內(nèi)容。在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)的其它方式也包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0117]下述優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容作為引文包含于此。
[0118]日本專利申請2011年第179706號(2011年8月19日申請)
【權(quán)利要求】
1.一種通過摩擦攪拌接合將第一部件和第二部件一體化的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:至少在所述第一部件和第二部件中的任一方沿著摩擦攪拌接合部形成有小厚度部。
2.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:所述第一部件和所述第二部件作為搭接接頭而抵接，其抵接面進行摩擦攪拌接合。
3.如權(quán)利要求2所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:所述第一部件的抗拉強度S1規(guī)定得比所述第二部件的抗拉強度S2小，所述第一部件的所述小厚度部的厚度L1與所述摩擦攪拌接合部的接合深度D1的關(guān)系規(guī)定為:(2XS1) / (SI + S2) XL1 < D1。
4.如權(quán)利要求3所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:所述第一部件為矩形平板，所述第二部件具有被所述矩形平板封閉的開口部，在所述第二部件的所述開口部形成臺階，在所述第一部件的外周緣形成載置于所述臺階的接合部，所述第一部件的所述外周緣與所述第二部件的所述開口部的臺階內(nèi)面的對接部通過摩擦攪拌接合被全周接合，沿著所述第一部件的所述摩擦攪拌接合部形成有所述小厚度部。
5.一種具有如權(quán)利要求4所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造的功率半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括:功率半導(dǎo)體組件；容納所述功率半導(dǎo)體組件的殼體；和冷卻所述功率半導(dǎo)體組件的散熱板，其中，所述第二部件為所述殼體，所述第一部件為封閉所述第二部件的所述開口部的散熱板。
6.如權(quán)利要求1所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:在所述第一部件和第二部件這兩者中具有所述小厚度部。
7.如權(quán)利要求6所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:所述第一部件與所述第二部件作為對接接頭而抵接，進行摩擦攪拌接合。
8.如權(quán)利要求7所述的摩擦攪拌接合構(gòu)造，其特征在于:所述第一部件的抗拉強度S1規(guī)定得比所述第二部件的抗拉強度S2小，令所述第一部件的所述小厚度部的厚度為L1、所述第二部件的所述小厚度部的厚度為L2、摩擦攪拌接合部的接合深度為D1時，滿足:(2XS1) / (SI + S2) XL1 < D1和(S1/S2) XL1 < L2。
【文檔編號】H01L23/473GK103732346SQ201280039889
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月19日
【發(fā)明者】堀俊夫, 浦城慶一, 樋熊真人, 金子裕二朗, 平野聰, 佐藤章弘 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社