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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024081014
(43)【公開日】2024-06-17
(54)【発明の名称】レーザ溶接方法、構造物
(51)【国際特許分類】
B23K 26/21 20140101AFI20240610BHJP
B23K 26/323 20140101ALI20240610BHJP
【ＦＩ】
B23K26/21 G
B23K26/323
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022194419
(22)【出願日】2022-12-05
(71)【出願人】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】株式会社レゾナック
(74)【代理人】
【識別番号】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100125346
【弁理士】
【氏名又は名称】尾形 文雄
(74)【代理人】
【識別番号】100173598
【弁理士】
【氏名又は名称】高梨 桜子
(72)【発明者】
【氏名】伊川 俊輔
【テーマコード（参考）】
4E168
【Ｆターム（参考）】
4E168BA02
4E168BA87
4E168BA89
(57)【要約】
【課題】アルミニウム材を用いて成形された部材とアルミニウム材と銅とのクラッド材を用いて成形された部材とをレーザ溶接にて接合する場合に、反りを小さくすることができる技術を提供する。
【解決手段】アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたカバー２２と、をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法であって、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射し、溶接部４０が第２層２２２まで到達するように照射する。
【選択図】図４
【解決手段】アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたカバー２２と、をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法であって、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射し、溶接部４０が第２層２２２まで到達するように照射する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アルミニウム材にて成形された平板状部を有する第１部材と、
アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、
をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法であって、
前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光を照射し、溶接部が前記第２層まで到達するように照射する、
レーザ溶接方法。
アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、
をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法であって、
前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光を照射し、溶接部が前記第２層まで到達するように照射する、
レーザ溶接方法。
【請求項2】
前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上となるように前記レーザ光を照射する、
請求項１記載のレーザ溶接方法。
請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項3】
前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、
前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に前記レーザ光を照射する、
請求項１記載のレーザ溶接方法。
前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に前記レーザ光を照射する、
請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項4】
アルミニウム材にて成形された平板状部を有する第１部材と、
アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、
を備え、
前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光が照射され、前記第２層まで到達した溶接部を有する、
構造物。
アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、
を備え、
前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光が照射され、前記第２層まで到達した溶接部を有する、
構造物。
【請求項5】
前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上である、
請求項４記載の構造物。
請求項４記載の構造物。
【請求項6】
前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、
前記溶接部は、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に形成されている、
請求項４記載の構造物。
前記溶接部は、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に形成されている、
請求項４記載の構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ溶接方法及び構造物に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、レーザ溶接を行った部位が熱収縮して変形することに起因してレーザ溶接を行っていない部位が反り、所望の形状と異なってしまうことを抑制する技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の製造方法は、板状の第１の部材に重ね合わされた第２の部材にレーザ光の照射を行うことにより当該第１の部材と当該第２の部材とを接合する接合工程と、前記第１の部材における、前記第２の部材が重ね合わされる面とは反対側の面を溶融させる溶融工程と、を有する。
例えば、特許文献１に記載の製造方法は、板状の第１の部材に重ね合わされた第２の部材にレーザ光の照射を行うことにより当該第１の部材と当該第２の部材とを接合する接合工程と、前記第１の部材における、前記第２の部材が重ね合わされる面とは反対側の面を溶融させる溶融工程と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－８９９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
レーザ溶接にて接合する２つの部材としては、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材を用いて成形された部材と、アルミニウム材と銅とのクラッド材を用いて成形された部材とが考えられる。これら２つの部材をレーザ溶接にて接合する場合においても、反りが小さいことが望ましい。
本発明は、アルミニウム材を用いて成形された部材とアルミニウム材と銅とのクラッド材を用いて成形された部材とをレーザ溶接にて接合する場合に、反りを小さくすることができるレーザ溶接方法等を提供することを目的とする。
本発明は、アルミニウム材を用いて成形された部材とアルミニウム材と銅とのクラッド材を用いて成形された部材とをレーザ溶接にて接合する場合に、反りを小さくすることができるレーザ溶接方法等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】
【0005】
かかる目的のもと完成させた本発明は、アルミニウム材にて成形された平板状部を有する第１部材と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法であって、前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光を照射し、溶接部が前記第２層まで到達するように照射する、レーザ溶接方法である。
ここで、前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上となるように前記レーザ光を照射しても良い。
また、前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に前記レーザ光を照射しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、アルミニウム材にて成形された平板状部を有する第１部材と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、を備え、前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光が照射され、前記第２層まで到達した溶接部を有する、構造物である。
ここで、前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上であっても良い。
また、前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、前記溶接部は、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に形成されていても良い。
ここで、前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上となるように前記レーザ光を照射しても良い。
また、前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に前記レーザ光を照射しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、アルミニウム材にて成形された平板状部を有する第１部材と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層と、銅にて成形された平板状の第２層とが積層された第２部材と、を備え、前記第１部材の前記平板状部と前記第２部材の前記第１層とを重ね合わせた状態で当該平板状部に対してレーザ光が照射され、前記第２層まで到達した溶接部を有する、構造物である。
ここで、前記平板状部の厚さと前記第１層の厚さとを合わせた厚さをＴ、前記第２層における前記溶接部の深さをＤとしたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上であっても良い。
また、前記第１部材は、前記平板状部から板面に交差する方向に突出した複数のフィンを有し、前記溶接部は、前記複数のフィンの内の一のフィンと他のフィンとの間に形成されていても良い。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、アルミニウム材を用いて成形された部材とアルミニウム材と銅とのクラッド材を用いて成形された部材とをレーザ溶接にて接合する場合に、反りを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係る冷却装置を構成する部品を分解した図の一例である。
【図2】第１実施形態に係る冷却装置の断面の一例を示す図である。
【図3】ヒートシンクとカバーとの接合を説明するための図である。
【図4】溶接部の一例を示す図である。
【図5】溶接部の深さと反りの大きさとの相関関係の一例を示す実験結果である。
【図6】第２実施形態に係る冷却装置の断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る冷却装置１を構成する部品を分解した図の一例である。
図２は、第１実施形態に係る冷却装置１の断面の一例を示す図である。
第１実施形態に係る冷却装置１は、フィン１２を有するヒートシンク１０と、ヒートシンク１０を収容するとともに、冷却液が流通する空間を形成するケース２０とを備えている。冷却装置１は、発熱体の一例としての半導体モジュール５を、冷却液及びヒートシンク１０を用いて冷却する液冷式冷却装置である。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る冷却装置１を構成する部品を分解した図の一例である。
図２は、第１実施形態に係る冷却装置１の断面の一例を示す図である。
第１実施形態に係る冷却装置１は、フィン１２を有するヒートシンク１０と、ヒートシンク１０を収容するとともに、冷却液が流通する空間を形成するケース２０とを備えている。冷却装置１は、発熱体の一例としての半導体モジュール５を、冷却液及びヒートシンク１０を用いて冷却する液冷式冷却装置である。
【0009】
（ケース２０）
ケース２０は、凹状のケース本体２１と、ケース本体２１の開口部を覆うカバー２２と、ケース本体２１とカバー２２との間を密封するＯリング２３と、ケース本体２１とカバー２２とを締め付けるボルト２４とを備えている。また、ケース２０は、ケース２０内に冷却液を流入させる流入管２５と、ケース２０内から冷却液を流出させる流出管２６とを備えている。
ケース２０は、凹状のケース本体２１と、ケース本体２１の開口部を覆うカバー２２と、ケース本体２１とカバー２２との間を密封するＯリング２３と、ケース本体２１とカバー２２とを締め付けるボルト２４とを備えている。また、ケース２０は、ケース２０内に冷却液を流入させる流入管２５と、ケース２０内から冷却液を流出させる流出管２６とを備えている。
【0010】
（（ケース本体２１））
ケース本体２１は、平板状の矩形の底部３１と、底部３１における周囲の端部から底部３１の板面に直交する方向に突出した４つの側壁３２とを有している。
４つの側壁３２の内の第１側壁３２１には、第１側壁３２１を貫通する第１貫通孔３２３が形成されている。また、４つの側壁３２の内の、第１側壁３２１に対向する第２側壁３２２には、第２側壁３２２を貫通する第２貫通孔３２４が形成されている。第１貫通孔３２３には、流入管２５が嵌め込まれ、第２貫通孔３２４には、流出管２６が嵌め込まれている。
ケース本体２１は、平板状の矩形の底部３１と、底部３１における周囲の端部から底部３１の板面に直交する方向に突出した４つの側壁３２とを有している。
４つの側壁３２の内の第１側壁３２１には、第１側壁３２１を貫通する第１貫通孔３２３が形成されている。また、４つの側壁３２の内の、第１側壁３２１に対向する第２側壁３２２には、第２側壁３２２を貫通する第２貫通孔３２４が形成されている。第１貫通孔３２３には、流入管２５が嵌め込まれ、第２貫通孔３２４には、流出管２６が嵌め込まれている。
【0011】
また、４つの側壁３２におけるカバー２２側の端面には、ケース本体２１の開口部の周囲に、Ｏリング２３が嵌め込まれる溝３２５と、溝３２５の外側の四隅それぞれに、ボルト２４が締め付けられる雌ねじ３２６とが形成されている。
ケース本体２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材にて成形されていることを例示することができる。
ケース本体２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム材にて成形されていることを例示することができる。
【0012】
（（カバー２２））
カバー２２は、平板状の部材であり、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたクラッド材を用いて成形された部材である。
カバー２２の四隅には、それぞれ、ボルト２４を通すための孔２２３が形成されている。
カバー２２は、平板状の部材であり、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたクラッド材を用いて成形された部材である。
カバー２２の四隅には、それぞれ、ボルト２４を通すための孔２２３が形成されている。
【0013】
カバー２２におけるケース本体２１側の面である内面２２４には、ヒートシンク１０が接合されている。
一方、カバー２２における内面２２４とは反対側の面である外面２２５には、半導体モジュール５が接合されている。
一方、カバー２２における内面２２４とは反対側の面である外面２２５には、半導体モジュール５が接合されている。
【0014】
カバー２２においては、アルミニウム材にて成形された第１層２２１にヒートシンク１０が接合され、銅にて成形された第２層２２２に半導体モジュール５が接合される。これにより、半導体モジュール５の熱を早期にヒートシンク１０に伝導させ、冷却装置１の冷却性能を高めている。
【0015】
ここで、半導体モジュール５は、絶縁層５１と、絶縁層５１上に設けられた配線層５２と、配線層５２に、はんだ層５４を介して装着された半導体素子５３とを有している。また、半導体モジュール５は、絶縁層５１からの熱を冷却装置１に伝達する伝熱層５５を有している。
そして、半導体モジュール５は、伝熱層５５がカバー２２の外面２２５に接合されている。伝熱層５５とカバー２２とを接合する手法としては、ろう付、はんだ付け、シンタリング(焼結)、樹脂による接着、熱伝導グリスによる貼り付け等を例示することができる。
そして、半導体モジュール５は、伝熱層５５がカバー２２の外面２２５に接合されている。伝熱層５５とカバー２２とを接合する手法としては、ろう付、はんだ付け、シンタリング(焼結)、樹脂による接着、熱伝導グリスによる貼り付け等を例示することができる。
【0016】
（（ヒートシンク１０））
ヒートシンク１０は、アルミニウム材を用いて成形された部材であり、鍛造、押出、及び、切削の少なくともいずれかにて成形されることを例示することができる。ヒートシンク１０は、平板状の平板状部１１と、平板状部１１から板面に直交する方向に突出した複数のフィン１２とを有している。
フィン１２は、平板状部１１からの突出方向が柱方向となる柱状であることを例示することができる。そして、フィン１２における突出方向に見た場合の形状、言い換えれば、突出方向に直交する面にて切断した形状（以下、「断面形状」と称する場合がある。）は、円や楕円であることを例示することができる。また、断面形状は、正方形、長方形、ひし形等の四角形であることを例示することができる。また、フィン１２は、平板状であっても良い。平板状である場合には、流入管２５から流出管２６への方向に平行であっても良いし、流入管２５から流出管２６への方向に傾斜した部位を有する波状であっても良い。
ヒートシンク１０は、アルミニウム材を用いて成形された部材であり、鍛造、押出、及び、切削の少なくともいずれかにて成形されることを例示することができる。ヒートシンク１０は、平板状の平板状部１１と、平板状部１１から板面に直交する方向に突出した複数のフィン１２とを有している。
フィン１２は、平板状部１１からの突出方向が柱方向となる柱状であることを例示することができる。そして、フィン１２における突出方向に見た場合の形状、言い換えれば、突出方向に直交する面にて切断した形状（以下、「断面形状」と称する場合がある。）は、円や楕円であることを例示することができる。また、断面形状は、正方形、長方形、ひし形等の四角形であることを例示することができる。また、フィン１２は、平板状であっても良い。平板状である場合には、流入管２５から流出管２６への方向に平行であっても良いし、流入管２５から流出管２６への方向に傾斜した部位を有する波状であっても良い。
【0017】
以上のように構成された冷却装置１と半導体モジュール５とは、以下のように組み立てられることを例示することができる。
先ず、カバー２２とヒートシンク１０とをレーザ溶接にて接合する。この接合については後で詳述する。
その後、カバー２２と半導体モジュール５とをろう付する。
そして、ヒートシンク１０が接合されたカバー２２を、半導体モジュール５が外部に位置し、ヒートシンク１０がケース２０の内部に収容されるように、ケース本体２１に被せ、ケース本体２１の開口部をカバー２２で覆う。ケース本体２１にカバー２２を被せるときには、ケース本体２１に形成された溝３２５にＯリング２３を嵌め込んでおく。
ケース本体２１にカバー２２を被せた後、カバー２２に形成された孔２２３に通したボルト２４を、ケース本体２１に形成された雌ねじ３２６に締め付ける。
これにより、ヒートシンク１０とケース本体２１の凹部３４との間に囲まれた空間に冷却液が流通する流通空間３５が形成される。流通空間３５は、Ｏリング２３にて密封される。
先ず、カバー２２とヒートシンク１０とをレーザ溶接にて接合する。この接合については後で詳述する。
その後、カバー２２と半導体モジュール５とをろう付する。
そして、ヒートシンク１０が接合されたカバー２２を、半導体モジュール５が外部に位置し、ヒートシンク１０がケース２０の内部に収容されるように、ケース本体２１に被せ、ケース本体２１の開口部をカバー２２で覆う。ケース本体２１にカバー２２を被せるときには、ケース本体２１に形成された溝３２５にＯリング２３を嵌め込んでおく。
ケース本体２１にカバー２２を被せた後、カバー２２に形成された孔２２３に通したボルト２４を、ケース本体２１に形成された雌ねじ３２６に締め付ける。
これにより、ヒートシンク１０とケース本体２１の凹部３４との間に囲まれた空間に冷却液が流通する流通空間３５が形成される。流通空間３５は、Ｏリング２３にて密封される。
【0018】
次に、ヒートシンク１０をカバー２２に接合する方法について説明する。
図３は、ヒートシンク１０とカバー２２との接合を説明するための図である。
図４は、溶接部４０の一例を示す図である。
図３に示すように、カバー２２の第１層２２１の上に、ヒートシンク１０の平板状部１１が接触して載るように、カバー２２とヒートシンク１０とを重ね合わせる。そして、ヒートシンク１０の複数のフィン１２側から、複数のフィン１２間における平板状部１１に対して、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光１５２を照射する。そして、複数のフィン１２間の隙間の形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させることで、レーザ光１５２を連続的に照射する。
図３は、ヒートシンク１０とカバー２２との接合を説明するための図である。
図４は、溶接部４０の一例を示す図である。
図３に示すように、カバー２２の第１層２２１の上に、ヒートシンク１０の平板状部１１が接触して載るように、カバー２２とヒートシンク１０とを重ね合わせる。そして、ヒートシンク１０の複数のフィン１２側から、複数のフィン１２間における平板状部１１に対して、レーザ装置１５０のレーザヘッド１５１からレーザ光１５２を照射する。そして、複数のフィン１２間の隙間の形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させることで、レーザ光１５２を連続的に照射する。
【0019】
ヒートシンク１０の平板状部１１に対してレーザ光１５２が照射されると、レーザ光１５２のエネルギーが熱に変換されることによって、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の母材自体が溶融し、その後急速に冷却される。この急速加熱・急速冷却により溶接部４０が形成される。
【0020】
そして、溶接部４０が銅にて成形された第２層２２２まで到達するようにレーザ光１５２が照射されている。これは、本発明者等の鋭意研究により、溶接部４０が銅にて成形された第２層２２２まで到達することで、第２層２２２の外面２２５の反りを抑制できることを見出したためである。
【0021】
溶接部４０が第２層２２２まで到達するようにレーザ溶接するためには、単位時間当たりのエネルギー密度を調整すれば良い。単位時間当たりのエネルギー密度が大きくなるのに応じて、より深い溶接部４０が成形されるため、単位時間当たりのエネルギー密度を第２層２２２まで到達する大きさとする。単位時間当たりのエネルギー密度を大きくするには、レーザヘッド１５１の移動速度を小さくすれば良い。また、単位時間当たりのエネルギー密度を大きくするには、レーザ出力を大きくすれば良い。それゆえ、レーザヘッド１５１の移動速度を小さくするか、又は、レーザ出力を大きくするか、の少なくともいずれかの手法を採用することで、溶接部４０が第２層２２２まで到達するようにレーザ溶接を施すことが可能となる。
【0022】
次に、溶接部４０の深さＤ４０と反りの大きさとの相関関係について説明する。
溶接部４０の深さＤ４０に応じて、言い換えれば、銅にて成形された第２層２２２における溶接部４０の深さＤ２２２に応じて、カバー２２の外面２２５の反りの大きさがどのように変化するかを把握するために実験を行った。
溶接部４０の深さＤ４０に応じて、言い換えれば、銅にて成形された第２層２２２における溶接部４０の深さＤ２２２に応じて、カバー２２の外面２２５の反りの大きさがどのように変化するかを把握するために実験を行った。
【0023】
図５は、溶接部４０の深さＤ４０と反りの大きさとの相関関係の一例を示す実験結果である。
ヒートシンク１０として、平板状部１１の厚さＴ１１が９００（μｍ）のアルミニウム材を用いた。
カバー２２として、アルミニウム材にて成形された厚さＴ２２１が４５０（μｍ）の第１層２２１と、銅にて成形された厚さＴ２２２が１６５０（μｍ）の第２層２２２とが積層されたクラッド材を用いた。
ヒートシンク１０として、平板状部１１の厚さＴ１１が９００（μｍ）のアルミニウム材を用いた。
カバー２２として、アルミニウム材にて成形された厚さＴ２２１が４５０（μｍ）の第１層２２１と、銅にて成形された厚さＴ２２２が１６５０（μｍ）の第２層２２２とが積層されたクラッド材を用いた。
【0024】
カバー２２の第１層２２１とヒートシンク１０の平板状部１１とが接触するように、カバー２２の上にヒートシンク１０を載せた状態でヒートシンク１０のフィン１２間における平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射し、溶接部４０が第２層２２２まで到達するようにレーザ溶接を施した。さらに、試料に応じて単位時間当たりのエネルギー密度を変えて、溶接部４０の深さＤ４０を変えた。
【0025】
レーザ溶接を施した後の溶接部４０の深さＤ４０（単位は（μｍ））は、図５に示すように、試料１が１４５０、試料２が１５２３、試料３が１５２０、試料４が１７３８、試料５が１６８３、試料６が１７９６、試料７が１９０４、試料８が２０１８、試料９が１９８１であった。
【0026】
第２層２２２まで到達しているので、溶接部４０の深さＤ４０（μｍ）から、平板状部１１の厚さＴ１１（μｍ）とカバー２２の第１層２２１の厚さＴ２２１（μｍ）とを合計したアルミニウム材の厚さＴａ（＝１３５０（μｍ））を減算した値が銅にて成形された第２層２２２における深さＤ２２２（μｍ）である。
【0027】
各試料における深さＤ２２２（単位は（μｍ））は、図５に示すように、試料１が１００、試料２が１７３、試料３が１７０、試料４が３８８、試料５が３３３、試料６が４４６、試料７が５５４、試料８が６６８、試料９が６３１であった。
【0028】
各試料のカバー２２の外面２２５の反りの大きさを目視したところ、深さＤ２２２が０より大きく１７３（μｍ）以下の試料１～３、深さＤ２２２が３３３（μｍ）以上でありかつ４４６（μｍ）以下の試料４～６、深さＤ２２２が５５４（μｍ）以上でありかつ６６８（μｍ）以下の試料７～９の順に、反りが大きかった。
【0029】
ただし、反りが大き目の試料１～３の反りは、溶接部４０が第２層２２２まで到達せずに、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とに溶接部４０が形成されて接合された場合における反りよりも小さかった。
【0030】
以上より、溶接部４０が銅にて成形された第２層２２２まで到達するようにレーザ溶接を施すことで、溶接部４０が第２層２２２まで到達しないようにレーザ溶接が施された場合よりもカバー２２の外面２２５の反りを小さくすることができる。
そして、銅にて成形された第２層２２２における溶接部４０の深さＤ２２２が深いほどカバー２２の外面２２５の反りを小さくすることができる。例えば、深さＤ２２２が３００（μｍ）以上であると好ましく、深さＤ２２２が５００（μｍ）以上であるとより好ましい。また、深さＤ２２２は、第２層２２２の厚さＴ２２２未満であることが好ましい。
そして、銅にて成形された第２層２２２における溶接部４０の深さＤ２２２が深いほどカバー２２の外面２２５の反りを小さくすることができる。例えば、深さＤ２２２が３００（μｍ）以上であると好ましく、深さＤ２２２が５００（μｍ）以上であるとより好ましい。また、深さＤ２２２は、第２層２２２の厚さＴ２２２未満であることが好ましい。
【0031】
また、アルミニウム材の部分における溶接部４０の深さＤａｌは全ての試料が１３５０（μｍ）であることから、各試料の、アルミニウム材の部分における溶接部４０の深さＤａｌに対する銅の部分における溶接部４０の深さＤ２２２の割合は以下の通りである。つまり、図５に示すように、試料１が７％、試料２が１３％、試料３が１３％、試料４が２９％、試料５が２５％、試料６が３３％、試料７が４１％、試料８が４９％、試料９が４７％であった。
【0032】
それゆえ、アルミニウム材の部分における深さＤａｌに対する銅の部分における深さＤ２２２の割合が２０％以上であると好ましく、深さＤａｌに対する深さＤ２２２の割合が４０％以上であるとより好ましい。
【0033】
また、各試料のカバー２２の外面２２５の状態を目視したところ、深さＤ２２２が０より大きく１７３（μｍ）以下の試料１～３には割れが発生しており、深さＤ２２２が３３３（μｍ）以上でありかつ４４６（μｍ）以下の試料４～６、及び、深さＤ２２２が５５４（μｍ）以上でありかつ６６８（μｍ）以下の試料７～９には割れが発生していなかった。それゆえ、カバー２２の外面２２５に割れが発生しないようにするという観点においても、例えば、深さＤ２２２が３００（μｍ）以上であると好ましく、アルミニウム材の部分における深さＤａｌに対する銅の部分における深さＤ２２２の割合が２０％以上であると好ましい。
【0034】
以上、説明したように、ヒートシンク１０とカバー２２とを接合するレーザ溶接方法は、アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０（第１部材の一例）と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたカバー２２（第２部材の一例）と、をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法である。そして、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射し、溶接部４０が第２層２２２まで到達するように照射する。これにより、カバー２２の第２層２２２の外面２２５の反りを抑制できる。
【0035】
そして、平板状部１１の厚さＴ１１と第１層２２１の厚さＴ２２１とを合わせた厚さをＴ（＝Ｔ１１＋Ｔ２２１）、第２層２２２における溶接部４０の深さをＤ（＝Ｄ２２２）としたとき、Ｔに対するＤの割合が２０％以上となるようにレーザ光１５２を照射することが好ましい。これにより、例えば、Ｔに対するＤの割合が２０％未満となるようにレーザ光１５２を照射した場合と比べて、カバー２２の第２層２２２の外面２２５の反りを小さくすることができる。
【0036】
また、ヒートシンク１０は、平板状部１１から板面に交差する方向に突出した複数のフィン１２を有し、複数のフィン１２の内の一のフィン１２と他のフィン１２との間にレーザ光１５２を照射することが好ましい。これにより、平板状部１１とカバー２２とを確度高く接合することができる。
【0037】
また、カバー２２における半導体モジュール５を保持する部位である外面２２５に溶接部４０が形成されることに起因して、外面２２５に凹凸が発生することが抑制される。例えば、ヒートシンク１０とカバー２２とを接合するために、カバー２２の外面２２５に対してレーザ光１５２を照射する場合には、カバー２２の外面２２５に溶接部が形成されて凹凸が形成される。そして、この凹凸により、カバー２２と半導体モジュール５との間の隙間が大きくなると、半導体モジュール５からの熱を効率良くカバー２２に伝達することができずに冷却性能が悪化するおそれがある。これに対して、冷却装置１によれば、平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射するので、カバー２２の外面２２５に凹凸が形成されることを抑制することができる。
【0038】
また、以上のように構成された冷却装置１は、アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層２２１と、銅にて成形された平板状の第２層２２２とが積層されたカバー２２とを備える構造物の一例である。そして、冷却装置１は、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２が照射され、第２層２２２まで到達した溶接部４０を有する。
【0039】
冷却装置１によれば、例えば、ヒートシンク１０の平板状部１１とカバー２２の第１層２２１とに溶接部が形成される構成と比べて、カバー２２の第２層２２２の外面２２５の反りが小さくなる。その結果、カバー２２の第２層２２２の外面２２５と半導体モジュール５との間の隙間が小さくなり、半導体モジュール５からの熱を効率良くカバー２２に伝達することができるので、冷却性能を向上させることができる。
【0040】
そして、平板状部１１の厚さＴ１１と第１層２２１の厚さとを合わせた厚さをＴ（＝Ｔ１１＋Ｔ２２１）、第２層２２２における溶接部４０の深さをＤ（＝Ｄ２２２）としたとき、Ｔに対するＤの割合が２割以上であることが好ましい。これにより、例えば、Ｔに対するＤの割合が２０％未満となるようにレーザ光１５２を照射した場合と比べて、カバー２２の第２層２２２の外面２２５の反りが小さくなる。
【0041】
また、ヒートシンク１０は、平板状部１１から板面に交差する方向に突出した複数のフィン１２を有し、溶接部４０は、複数のフィン１２の内の一のフィン１２と他のフィン１２との間に形成されていることが好ましい。これにより、例えば複数のフィン１２間の隙間の形状に沿ってレーザヘッド１５１を移動させてレーザ光１５２を照射することができるので、確度高く平板状部１１とカバー２２とを接合することができる。
【0042】
なお、上述した冷却装置１と半導体モジュール５とを組み立てる方法においては、カバー２２とヒートシンク１０とを接合した後に半導体モジュール５をろう付する方法を例示したが特にかかる態様に限定されない。例えば、先ず、カバー２２と半導体モジュール５とをろう付し、その後、半導体モジュール５が接合されたカバー２２とヒートシンク１０とをレーザ溶接にて接合しても良い。
【0043】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る冷却装置２は、発熱体の一例としての半導体モジュール５を、空気及びヒートシンク１０を用いて冷却する空冷式の冷却装置である点が第１の実施形態に係る冷却装置１と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。第１の実施形態と第２実施形態とで、同じ機能を有するものについては同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
第２実施形態に係る冷却装置２は、発熱体の一例としての半導体モジュール５を、空気及びヒートシンク１０を用いて冷却する空冷式の冷却装置である点が第１の実施形態に係る冷却装置１と異なる。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。第１の実施形態と第２実施形態とで、同じ機能を有するものについては同じ符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【0044】
図６は、第２実施形態に係る冷却装置２の断面の一例を示す図である。
冷却装置２は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０を保持するベース６０とを備えている。
ベース６０は、平板状の部材であり、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層６１と、銅にて成形された平板状の第２層６２とが積層されたクラッド材を用いて成形された部材である。
冷却装置２は、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０を保持するベース６０とを備えている。
ベース６０は、平板状の部材であり、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層６１と、銅にて成形された平板状の第２層６２とが積層されたクラッド材を用いて成形された部材である。
【0045】
ベース６０には、例えば四隅に、冷却装置２が装着される製品に取り付けるためのボルト７０を通すための孔６３が形成されている。
そして、ベース６０には、第１実施形態に係るカバー２２と同様に、第１層６１における第２層６２とは反対側の面である第１面６４にヒートシンク１０が接合され、第２層６２における第１層６１とは反対側の面である第２面６５に半導体モジュール５が接合されている。
そして、ベース６０には、第１実施形態に係るカバー２２と同様に、第１層６１における第２層６２とは反対側の面である第１面６４にヒートシンク１０が接合され、第２層６２における第１層６１とは反対側の面である第２面６５に半導体モジュール５が接合されている。
【0046】
ベース６０に半導体モジュール５を接合する方法は、第１実施形態に係るカバー２２に半導体モジュール５を接合する方法と同様である。
また、ベース６０にヒートシンク１０を接合する方法は、第１実施形態に係るカバー２２にヒートシンク１０を接合する方法と同様である。つまり、ベース６０の第１面６４上に、ヒートシンク１０の平板状部１１が接触して載るように、ベース６０とヒートシンク１０とを重ね合わせる。そして、ヒートシンク１０の複数のフィン１２側から、複数のフィン１２間における平板状部１１に対して、レーザ光１５２を照射する。そして、溶接部（不図示）が銅にて成形された第２層６２まで到達するようにレーザ光１５２を照射する。
また、ベース６０にヒートシンク１０を接合する方法は、第１実施形態に係るカバー２２にヒートシンク１０を接合する方法と同様である。つまり、ベース６０の第１面６４上に、ヒートシンク１０の平板状部１１が接触して載るように、ベース６０とヒートシンク１０とを重ね合わせる。そして、ヒートシンク１０の複数のフィン１２側から、複数のフィン１２間における平板状部１１に対して、レーザ光１５２を照射する。そして、溶接部（不図示）が銅にて成形された第２層６２まで到達するようにレーザ光１５２を照射する。
【0047】
以上、説明したように、ヒートシンク１０とベース６０とを接合するレーザ溶接方法は、アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０（第１部材の一例）と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層６１と、銅にて成形された平板状の第２層６２とが積層されたベース６０（第２部材の一例）と、をレーザ溶接にて接合するレーザ溶接方法である。そして、ヒートシンク１０の平板状部１１とベース６０の第１層６１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２を照射し、溶接部４０が第２層６２まで到達するように照射する。これにより、ベース６０の第２層６２の第２面６５の反りを抑制できる。
【0048】
また、以上のように構成された冷却装置２は、アルミニウム材にて成形された平板状部１１を有するヒートシンク１０と、アルミニウム材にて成形された平板状の第１層６１と、銅にて成形された平板状の第２層６２とが積層されたベース６０とを備える構造物の一例である。そして、冷却装置２は、ヒートシンク１０の平板状部１１とベース６０の第１層６１とを重ね合わせた状態で平板状部１１に対してレーザ光１５２が照射され、第２層６２まで到達した溶接部４０を有する。
【0049】
冷却装置２によれば、例えば、ヒートシンク１０の平板状部１１とベース６０の第１層６１とに溶接部が形成される構成と比べて、ベース６０の第２層６２の第２面６５の反りが小さくなる。その結果、ベース６０の第２層６２の第２面６５と半導体モジュール５との間の隙間が小さくなり、半導体モジュール５からの熱を効率良くベース６０に伝達することができるので、冷却性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【0050】
１，２…冷却装置（構造物の一例）、１０…ヒートシンク（第１部材の一例）、１１…平板状部、１２…フィン、２０…ケース、２２…カバー（第２部材の一例）、４０…溶接部、６０…ベース（第２部材の一例）、６１…第１層、６２…第２層、１５１…レーザヘッド、１５２…レーザ光、２２１…第１層、２２２…第２層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
