JP2014216446A - 半導体パワーモジュール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筐体の内部にまで冷却水が浸入することを効果的に抑制することができる半導体パワーモジュール装置を提供する。【解決手段】金属ベース５および水路カバー７は、それぞれの周縁部同士５９，５７が互いに当接した状態で、ベースプレート３の下側から開口部１７に挿入されたのち、ベースプレート用カバー１１がベースプレート３に取り付けられる。金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を受ける溜まり部５５を設けている。これにより、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を溜まり部５５に一時的に保持することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体パワーモジュール装置に関する。

従来の半導体パワーモジュール装置においては、上面にパワーモジュールが設けられ、下面に冷却フィンが設けられた金属ベースと、面方向の中央部が下方に凹んだ収容部を有する水路カバーとを、互いの周縁部同士を突き合わせて組み付けている。また、水路カバーの周縁部には、凹溝を形成し、該凹溝内にＯ−リングを配置することにより、水路カバーの収容部に収容された冷却水が筐体内に漏れないようにしている（例えば、特許文献１参照）

特開２００４−２５９７９１号公報

しかしながら、従来の半導体パワーモジュール装置では、Ｏ−リングが経時劣化した場合などに、冷却水がＯ−リングから外側に漏れたのち、筐体内に浸入するおそれがあった。

そこで、本発明は、筐体の内部にまで冷却水が浸入することを効果的に抑制することができる半導体パワーモジュール装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体パワーモジュール装置は、筐体の底面を構成すると共に開口部を有するベースプレートと、上面にパワーモジュールが実装され、下面に冷却フィンが設けられた金属ベースと、前記金属ベースの下側に配置され、金属ベースの冷却フィンを収容すると共に冷却水が貯留可能な収容部を有する水路カバーと、前記ベースプレートの開口部を覆うようにベースプレートの下側に取り付けられるベースプレート用カバーと、を備えている。

前記金属ベースおよび水路カバーは、シール材を挟み、ボルト等にて締結されることでシール材が圧縮され、それぞれの周縁部同士が互いに当接した状態で、前記ベースプレートの下側から開口部に挿入されたのち、ベースプレート用カバーがベースプレートに取り付けられる。ここで、前記金属ベース周縁部と水路カバーの周縁部との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を受ける溜まり部を設けている。

本発明に係る半導体パワーモジュール装置によれば、金属ベースの周縁部と水路カバーの周縁部との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を溜まり部に一時的に保持することができる。従って、筐体の内部にまで冷却水が浸入することを効果的に抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体パワーモジュール装置を斜め上方から見た分解斜視図である。 図１の半導体パワーモジュール装置を斜め下方から見た分解斜視図である。 図１，２における水路カバー、補強ブラケット、ベースプレート用カバーを組み付けた状態を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図である。 図４の要部を拡大した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体パワーモジュール装置の要部を拡大した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体パワーモジュール装置の要部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置を図面と共に詳述する。なお、便宜上、以下の図面において、半導体パワーモジュール装置の幅方向をＷ、前方側をＦＲ、後方側をＲＲ、上方側をＵＰＲ、下方側をＬＷＲとする。

[第１実施形態]
まず、本発明の第１実施形態について説明する。

図１〜４に示すように、第１実施形態に係る半導体パワーモジュール装置１は、ベースプレート３、金属ベース５、水路カバー７、補強ブラケット９、ベースプレート用カバー１１および冷却水用パイプ１３，１５を備えている。

前記ベースプレート３は、筐体（図示せず）の底面を構成し、平面視が矩形状の開口部１７を有する。ベースプレート３の上面には、開口部１７を取り囲むように平面視がロ字状の突設部１９が上方に向けて突出して形成されている。前記突設部１９には、周方向に所定間隔をおいて合計１２箇所にボルト留め部２１が形成されている。このボルト留め部２１は、円筒状に形成されており、ベースプレート用カバー１１に形成されたボルト挿通孔１２に対応して配置されている。即ち、突設部１９は、円筒状のボルト留め部２１と、隣接するボルト留め部同士２１，２１を繋ぐ一般壁部２３と、から一体に縦壁状に形成されている。

前記ベースプレート用カバー１１は、ベースプレート３の開口部１７よりも大きく形成された平面視が矩形状の板状部材である。ベースプレート用カバー１１の周縁には、周方向に沿って合計１２箇所のボルト挿通孔１２が形成されており、前後方向に所定間隔をおいて一対のパイプ用挿通孔２５，２７が形成されている。前記ボルト挿通孔１２は、前述したベースプレート３のボルト留め部２１に対応して配置されている。そして、ボルトＢＴを、ベースプレート用カバー１１の下側からベースプレート用カバー１１のボルト挿通孔１２とベースプレート３のボルト留め部２１に挿入して締結する。これにより、前記ベースプレート３の開口部１７を覆うようにベースプレート３の下側にベースプレート用カバー１１を取り付ける。

前記金属ベース５は、上面にパワーモジュール２９が実装され、下面に冷却フィン３１が設けられる。即ち、金属ベース５は、上下方向（厚さ方向）の中央に配置されるベース本体３３と、該ベース本体３３に一体形成され、ベース本体３３の下面から下方に延びる複数の冷却フィン３１と、ベース本体３３の上面に実装されたパワーモジュール２９と、を有する。金属ベース５の周縁には、周方向に沿って合計８箇所のボルト挿通孔３５が形成されている。また、前記冷却フィン３１は、ピン状に形成されており、周縁部を除く中央部分に所定間隔をおいて複数配置されている。なお、金属ベース５には、導電部２０が設けられている。

前記水路カバー７は、周縁部５７が平坦に形成され、中央部が下方に凹んだ収容部４１に形成されている。前記周縁部５７には、金属ベース５のボルト挿通孔３５に対応して合計８箇所のボルト挿通孔４７が形成されている。また、収容部４１の底面には、円形のパイプ用保持孔４３，４５が前後一対に２箇所形成されている。これらのパイプ用保持孔４３，４５は、ベースプレート用カバー１１に設けたパイプ用挿通孔２５，２７に対応して配置されている。ここで、水路カバー７と金属ベース５とを組み付けた状態では、前記収容部４１には、金属ベース５の冷却フィン３１が収容され、収容部４１には冷却水が貯留される。

前記補強ブラケット９は、平面視がロ字状に形成され、外周縁は、水路カバー７の外周縁とほぼ同一の大きさに形成されている。補強ブラケット９は、断面が逆Ｕ字状に形成されて下側が開放されている。なお、補強ブラケット９の下面には、合計８箇所のウェルドナットＷＮ（袋形状）が接合されている。これらのウェルドナットＷＮは、前記金属ベース５のボルト挿通孔３５および水路カバー７のボルト挿通孔４７に対応した位置に配置されている。

前記冷却水用パイプ１３，１５は、図１，２では、正面視がＬ字状に屈曲した先端部のみを図示している。図２において、冷却水用パイプは、後方側に配置された給水側の冷却水用パイプ１３と、前方側に配置された排水側の冷却水用パイプ１５と、からなる。

次に、半導体パワーモジュール装置１の組付手順を説明する。

図１，２に示すように、まず、金属ベース５、水路カバー７および補強ブラケット９を一体に結合してユニットが形成される。

具体的には、金属ベース５のボルト挿通孔３５と水路カバー７のボルト挿通孔４７と補強ブラケット９のウェルドナットＷＮの位置を合わせ、金属ベース５の上側からボルトＢＴをボルト挿通孔３５に挿入して補強ブラケット９のウェルドナットＷＮに締結させる。なお、水路カバー７の周縁部５７にはシール材が塗布されている。これにより、図４に示すように、金属ベース５、水路カバー７および補強ブラケット９が一体となったユニットが構成される。なお、図４，５に示すように、補強ブラケット９の側面には、予め、コード式の漏水センサー５１が取り付けられている。この漏水センサー５１は、補強ブラケット９の側面に沿って配索されている。なお、漏水センサー５１に冷却水が接触した場合には、図外の警報装置に漏水情報が伝達される。

次に、前記ユニットにおける水路カバー７の収容部４１の底面とベースプレート用カバー１１の上面とをろう付けすることにより、ユニットをベースプレート用カバー１１に結合する。

そして、前記冷却水用パイプ１３，１５を、ベースプレート用カバー１１のパイプ用挿通孔２５，２７に挿入し、さらに水路カバー７のパイプ用保持孔４３，４５に挿入し、この状態で冷却水用パイプ１３，１５の先端を水路カバー７のパイプ用保持孔４３，４５にろう付けする。これにより、冷却水用パイプ１３，１５をユニットに結合する。

さらに、前記ユニット、ベースプレート用カバー１１および冷却水用パイプ１３，１５をベースプレート用カバー１１の下側に配置したのち上方に移動させて、ユニットを開口部１７に挿入すると共にベースプレート用カバー１１のボルト挿通孔１２をベースプレート３のボルト留め部２１に対応させる。この状態で、ベースプレート用カバー１１のボルト挿通孔１２にボルトＢＴを挿入してベースプレート３のボルト留め部２１に締結させる。これによって、半導体パワーモジュール装置１の組付作業が完了する。

なお、図４に示すように、水路カバー７の収容部４１と金属ベース５のベース本体３３とによって、冷却水を貯留する冷却水路５３が画成される。

なお、以下に、冷却水の流れを簡単に説明する。

図２に示す給水側の冷却水用パイプ１３から図４に示す冷却水路５３に冷却水が導入される。この冷却水は、収容部４１内の冷却水路５３を前方に向けて流れるときに冷却フィン３１に当たるため、冷却フィン３１とベース本体３３を介してパワーモジュール２９が冷却される。こののち、冷却水は図２に示す排水側の冷却水用パイプ１５を介して排出される。

ここで、図４，５に示すように、本実施形態では、冷却水の溜まり部５５が設けられている。この溜まり部５５は、ベースプレート３の突設部１９の内周面と、ベースプレート３の開口部１７の内周面と、ベースプレート用カバー１１の上面と、水路カバー７の収容部４１の外周面と、水路カバー７の周縁部５７の下面とで画成される。なお、前記溜まり部５５は、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部よりも下側に配置されている。

前記水路カバー７の収容部４１の内部には、冷却水が貯留されており、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７とは、互いに当接した状態になっている。従って、通常状態では、冷却水が水路カバー７の収容部４１に収容されている。しかし、車両が走行する際の振動等によって、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部の間から冷却水が外方に漏れた場合であっても、この漏れた冷却水が前記溜まり部５５に溜まる。さらに、溜まり部５５に貯留された冷却水の液面が高くなって、前記漏水センサー５１に冷却水が接触した場合には、警報装置に漏水情報が伝達される。

以下に、第１実施形態による作用効果を説明する。

（１）本実施形態に係る半導体パワーモジュール装置１は、筐体の底面を構成すると共に開口部１７を有するベースプレート３と、上面にパワーモジュール２９が実装され、下面に冷却フィン３１が設けられた金属ベース５と、前記金属ベース５の下側に配置され、金属ベース５の冷却フィン３１を収容すると共に冷却水が貯留可能な収容部４１を有する水路カバー７と、前記ベースプレート３の開口部１７を覆うようにベースプレート３の下側に取り付けられるベースプレート用カバー１１と、を備えている。

前記金属ベース５および水路カバー７は、それぞれの周縁部同士５９，５７が互いに当接した状態で、前記ベースプレート３の下側から開口部１７に挿入されたのち、ベースプレート用カバー１１がベースプレート３に取り付けられる。

前記金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を受ける溜まり部５５を設けている。

このように、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を溜まり部５５に一時的に保持することができる。従って、筐体の内部にまで冷却水が浸入することを効果的に抑制することができる。具体的には、導電部２０（図１，４参照）にまで冷却水が到達することを防止することができる。

（２）前記ベースプレート３の上面には、上方に突設して開口部１７を取り囲む突設部１９が設けられ、この突設部１９、前記ベースプレート用カバー１１、および水路カバー７で画成される部位を前記溜まり部５５としている。

従って、簡単な構造で、溜まり部５５を構成することができる。

（３）前記金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部よりも下側に前記溜まり部５５を配置している。

従って、金属ベース５の周縁部５９と水路カバー７の周縁部５７との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水は重力によって溜まり部５５に効率的に流れ込むようにすることができる。

（４）前記溜まり部５５に、コード式の漏水センサー５１を配設している。

従って、溜まり部５５に冷却水が溜まったことを確実に検知することができる。

[第２実施形態]
次いで、本発明の第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態と同一構造の部位には、同一符号を付けて説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態では、第１実施形態に係る水路カバー７の周縁部を外周側に向けて延設して段差部１０１を形成している。具体的には、段差部１０１は、第２実施形態に係る水路カバー１０７の周縁部１５７の先端を外周側に延ばした延設部１５９と、該延設部１５９の先端から屈曲して上方に延びる縦壁部１６１とから構成される。即ち、本実施形態では、前記水路カバー１０７の周縁部１５７を外周側に向けて延設したのち上方に屈曲させて段差部１０１を形成し、この段差部１０１と前記金属ベース５のべース本体３３の外周側の側面とで画成される部位を溜まり部１５５としている。また、本実施形態でも、溜まり部１５５の内部に漏水センサー５１を配索している。具体的には、金属ベース５のべース本体３３の外周側の側面と水路カバーの段差部１０１の縦壁部１６１の内周側の側面との間に挟持されている。

なお、縦壁部１６１の上端から屈曲して外周側に延びるフランジ部１６３も形成されている。前記フランジ部１６３は、ボルトＢＴを介してベースプレート１０３に締結されている。

また、水路カバー１０７の周縁部１５７の下面には、袋ナット１６５が接合されており、金属ベース５の周縁部５９および水路カバー１０７の周縁部１５７には、ボルト挿通孔が形成されている。従って、金属ベース５の周縁部５９のボルト挿通孔および水路カバー１０７の周縁部１５７のボルト挿通孔にボルトＢＴを挿通させたのち、袋ナット１６５に締結させることにより、金属ベース５と水路カバー１０７とを固定することができる。なお、水路カバー１０７の周縁部１５７にはシール材が塗布されている。

以下に、第２実施形態による作用効果を説明する。

（１）前記水路カバー１０７の周縁部１５７を外周側に向けて延設したのち上方に屈曲させて段差部１０１を形成し、この段差部１０１と前記金属ベース５とで画成される部位を前記溜まり部１５５としている。

このように、従来の半導体パワーモジュール装置に簡単な改造を加えるだけで、溜まり部１５５を形成することができるため、溜まり部１５５を形成する作成工数が小さくて済む。

[第３実施形態]
次いで、本発明の第３実施形態について説明するが、前述した第１および第２実施形態と同一構造の部位には、同一符号を付けて説明を省略する。

図７に示すように、第３実施形態では、水路カバー２０７の周縁部２５７を外周側に向けて延ばして延設部２５９を形成し、該延設部２５９の先端をさらに外周側に延ばしてフランジ部１６３を形成している。そして、前記延設部２５９は、断面Ｖ字状に屈曲することにより、下方に凹んだ凹部２６１に形成されている。本実施形態では、この凹部２６１を溜まり部２５５に構成している。なお、溜まり部２５５の底面に漏水センサー５１が配索されている。

以下に、第３実施形態による作用効果を説明する。

（１）前記水路カバー２０７の周縁部２５７を外周側に向けて延設したのち下方に凹ませて凹部２６１を形成し、この凹部２６１を前記溜まり部２５５としている。

このように、従来の半導体パワーモジュール装置に簡単な改造を加えるだけで、溜まり部２５５を形成することができる。

１ 半導体パワーモジュール装置
３ ベースプレート
５ 金属ベース
７ 水路カバー
１１ ベースプレート用カバー
１７ 開口部
１９ 突設部
２９ パワーモジュール
３１ 冷却フィン
４１ 収容部
５１ 漏水センサー
５３ 冷却水路
５５ 溜まり部
５７ 周縁部
５９ 周縁部
１０１ 段差部
１０３ ベースプレート
１０７ 水路カバー
１５５ 溜まり部
１５７ 周縁部
２０７ 水路カバー
２５５ 溜まり部
２５７ 周縁部
２６１ 凹部

Claims (6)

1. 筐体の底面を構成すると共に開口部（１７）を有するベースプレート（３）と、
   上面にパワーモジュール（２９）が実装され、下面に冷却フィン（３１）が設けられた金属ベース（５）と、
   前記金属ベース（５）の下側に配置され、金属ベース（５）の冷却フィン（３１）を収容すると共に冷却水が貯留可能な収容部（４１）を有する水路カバー（７）と、
   前記ベースプレートの開口部（１７）を覆うようにベースプレート（３）の下側に取り付けられるベースプレート用カバー（１１）と、を備え、
   前記金属ベース（５）および水路カバー（７）は、それぞれの周縁部同士（５９，５７）が互いに当接した状態で、前記ベースプレート（３）の下側から開口部（１７）に挿入されたのち、ベースプレート用カバー（１１）がベースプレート（３）に取り付けられる半導体パワーモジュール装置（１）であって、
   前記金属ベース（５）の周縁部（５９）と水路カバー（７）の周縁部（５７）との当接部から冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水を受ける溜まり部（５５）を設けたことを特徴とする半導体パワーモジュール装置。
2. 前記ベースプレート（３）の上面には、上方に突設して開口部（１７）を取り囲む突設部（１９）が設けられ、
   この突設部（１９）、前記ベースプレート用カバー（１１）、および水路カバー（７）で画成される部位を前記溜まり部（５５）としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール装置。
3. 前記水路カバー（１０７）の周縁部（１５７）を外周側に向けて延設したのち上方に屈曲させて段差部（１０１）を形成し、この段差部（１０１）と前記金属ベース（５）とで画成される部位を前記溜まり部（１５５）としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール装置。
4. 前記水路カバー（２０７）の周縁部（２５７）を外周側に向けて延設したのち下方に凹ませて凹部（２６１）を形成し、この凹部（２６１）を前記溜まり部（２５５）としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体パワーモジュール装置。
5. 前記金属ベース（５）の周縁部（５９）と水路カバー（７）の周縁部（５７）との当接部よりも下側に前記溜まり部（５５，２５５）を配置したことを特徴とする請求項１，２，４のいずれか１項に記載の半導体パワーモジュール装置。
6. 前記溜まり部（５５，１５５，２５５）に、コード式の漏水センサー（５１）を配設したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体パワーモジュール装置。

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