JP2019041074A - 半導体モジュール用の冷却器、栓部材、及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷却器では、搬送時に、塵やほこり等の異物が冷却器の筐体内に混入するおそれがあった。【解決手段】冷却筐体と、冷却筐体の内部と、冷却筐体の外部とをつなぐ貫通孔と、貫通孔を塞ぐ栓部材と、を備える半導体用モジュール用の冷却器を提供する。栓部材は、先端が前記貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、少なくとも一部が、前記第１の径より大きい第２の径を有し、前記挿入穴へ挿入されるピンと、を有してよい。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュール用の冷却器、栓部材、及びシステムに関する。

従来、半導体モジュール用の水冷式の冷却器において、水冷用の液体を流入する貫通孔を有する冷却器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１４−２３９１７７号公報

しかしながら、従来の冷却器では、搬送時に、塵やほこり等の異物が冷却器の筐体内に混入するおそれがあった。

本発明の第１の態様においては、冷却筐体と、冷却筐体の内部と冷却筐体の外部とをつなぐ貫通孔と、貫通孔を塞ぐ栓部材と、を備える半導体用モジュール用の冷却器を提供する。栓部材は、先端が貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、少なくとも一部が第１の径より大きい第２の径を有し、挿入穴へ挿入されるピンと、を有してよい。

本体部は、先端が貫通孔に挿入された状態でピンが挿入されることにより本体部が貫通孔の径方向に広がり、貫通孔の内壁を押圧するものであってよい。

本体部は、ピンよりも弾性率の小さな弾性材料を有してよい。

本体部は、貫通孔の径方向に延在する少なくとも１つの突起部を有してよい。突起部は、ピンが挿入されることにより、貫通孔の内壁に押圧されてよい。

本体部は、貫通孔に挿入される側の前端と、前端と反対側に設けられた後端と、前端と後端との間において、貫通孔の径方向に貫通孔の内壁の径よりも小さな第３の径まで延在する突起部とを有する先端部と、後端に接続され、第３の径よりも大きな第４の径を有する台部とを有してよい。突起部は、ピンが挿入されることにより、貫通孔の内壁に押圧されてよい。

突起部は、前端から後端との間において、貫通孔の径方向の高さが最大となる頂部と、前端から頂部にかけて、貫通孔の径方向の高さが増加する第１傾斜部と、頂部から後端にかけて、貫通孔の径方向の高さが減少する第２傾斜部とを有してよい。

第１傾斜部および第２傾斜部の少なくとも一方は、予め定められた傾斜角で径方向の高さが変化する平坦面を含んでよい。

頂部は、前端と後端との間の中央より前端側に設けられてよい。

第１傾斜部は、予め定められた第１傾斜角で傾斜してよい。第２傾斜部は、第１傾斜角よりも小さな第２傾斜角で傾斜してよい。

第１傾斜部および第２傾斜部の平坦面の幅は、頂部に向かうにつれて増大してよい。

突起部は、螺旋状に先端部の周囲を回って配置されてよい。

本体部は、径方向の断面上で第３の径の中心に点対称な位置に複数の突起部を有してよい。

本体部は、台部の径方向に台部から延在する襞部を有してよい。

ピンは、第２の径の径方向に隆起し、挿入完了時において、頂部の位置に対応して設けられた隆起部を有してよい。

本体部は、前端において、貫通孔以上の長さの先端部と、先端部の先に設けられた貫通孔の内径よりも小さな径の返し部を有してよい。挿入穴は、本体部から返し部の少なくとも一部まで延在してよい。返し部は、ピンの挿入完了時に、貫通孔の内径よりも広がり、ピンの非挿入時に、貫通孔の内径よりも小さくなってよい。

ピンは、第２の径の径方向に隆起し、挿入完了時において、返し部の位置に対応して設けられる隆起部を有してよい。

挿入穴は、挿入穴の底部と前端とを貫通する接続穴を有してよい。

本発明の第２の態様においては、半導体モジュールの冷却器の貫通孔を塞ぐ栓部材であって、先端が貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、少なくとも一部が、第１の径より大きい第２の径を有し、挿入穴へ挿入されるピンと、を有する、栓部材を提供する。

本発明の第３の態様においては、半導体モジュールと、半導体モジュールに接して設けられた冷却器と、を備えるシステムを提供する。冷却器は、冷却筐体と、冷却筐体の内部と、冷却筐体の外部とをつなぐ貫通孔と、貫通孔を塞ぐ栓部材と、を備えてよい。栓部材は、先端が貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、少なくとも一部が、第１の径より大きい第２の径を有し、挿入穴へ挿入されるピンと、を有してよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

実施例１に係る半導体モジュール１０２および冷却器１１０を備えるシステム１００の断面図の概略を示す。 比較例に係るシステム２００を示す断面図の一例である。 実施例１に係るピン１２４の挿入前におけるシステム１００の拡大断面図である。 実施例１に係るピン１２４の挿入後におけるシステム１００の拡大断面図である。 実施例２に係る栓部材１２０を示す斜視図である。 実施例２に係る本体部１２２のＸ軸方向の正側から視た図である。 実施例２に係る栓部材１２０の挿入前におけるシステム１００の断面図の概略を示す。 実施例２に係る栓部材１２０の挿入後におけるシステム１００の断面図の概略である。 実施例３に係る本体部５００を示す斜視図である。 実施例３に係る栓部材１２０を貫通孔１１４に挿入した状態を示す拡大断面図である。 一実施形態における突起部４１１の頂部４１４を示す拡大斜視図である。 別の実施形態における突起部４１１の頂部４１４を示す拡大斜視図である。 更に別の実施形態における突起部４１１の頂部を示す拡大斜視図である。 実施例４に係る本体部７００を示す斜視図である。 実施例５に係るピン８００を示す斜視図である。 実施例５に係るピン８００を挿入した場合のシステム１００の拡大断面図である。 栓部材１２０の別の実施形態を示す拡大断面図である。 半導体モジュール１０２として実装される回路の例であるインバータ回路９００を示した回路図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

なお、本明細書において、「上」、「下」、「上方」および「下方」等を用いるが、これらの用語は、重力方向における上下方向に限定されるものではない。また本明細書における各部材の大きさは、摂氏２５度における大きさを指している。

図１は、半導体モジュール１０２と、冷却器１１０と、栓部材１２０とを備えるシステム１００の断面図の概略を示す。

半導体モジュール１０２は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴ等の半導体チップを有する。一例において、半導体モジュール１０２は、樹脂等で形成されたケース部と、ケース部に収容された半導体チップとを有する。ケース部の内部には、金属ベースと、絶縁基板と、配線層と、半導体チップとの積層構造が設けられてもよい。金属ベースは、ケース部の底面から露出してよい。もしくは、ケース部の内部に絶縁基板と、配線層と、半導体チップとの積層構造が設けられ、絶縁基板の金属層がケース部の底面において冷却器１１０と接してもよい。本例の半導体モジュール１０２は、半導体チップと外部とを接続する出力用端子１０４を有する。さらに入力用端子を有してもよい。

冷却器１１０は、半導体モジュール１０２に接して設けられ、発熱した半導体モジュール１０２を冷却する。冷却器１１０は、半導体モジュール１０２のケース部の底面に露出した金属ベースと接して設けられてよい。本例の冷却器１１０は、冷却筐体１１２と、貫通孔１１４と、冷却フィン１１６とを有する。本例の冷却器１１０は箱型を有しており、冷却フィン１１６は、冷却筐体１１２の内壁に固定されている。他の例においては、冷却フィン１１６が半導体モジュール１０２の金属ベースの底面に固定されていてもよい。この場合、冷却筐体１１２は、冷却フィン１１６を覆うように配置される。

冷却筐体１１２は、半導体モジュール１０２に接して設けられている。冷却筐体１１２は、金属等の導電性の材料を有する。例えば、冷却筐体１１２の材料は、アルミニウムである。半導体モジュール１０２の金属ベースもしくは絶縁基板は、熱伝導性のグリース、コンパウンドやシートを間に挟んで冷却筐体１１２上に配置されてもよいし、半田等により冷却筐体１１２上に接合されてもよい。冷却筐体１１２は、内部に空洞を有する。冷却筐体１１２の空洞内には、予め定められた冷却液が流される。冷却筐体１１２および冷却フィン１１６は、半導体モジュール１０２の熱を冷却液側に伝達する。

冷却液は、冷却筐体１１２および冷却フィン１１６を介して半導体モジュール１０２の熱を受け取り、半導体モジュール１０２を冷却する。冷却液は、水及びエチレングリコールの混合物であってよく、水であってもよい。冷却液は、水と他のＬＬＣ（ロング・ライフ・クーラント）との混合物であってもよい。

冷却フィン１１６は、冷却筐体１１２の内部において、冷却液との接触面積を増加させるフィン構造を有する。本例の冷却フィン１１６は、予め定められた方向に延在して設けられた板形状のフィンである。他の例では、冷却フィン１１６は棒形状のフィンであってもよい。本例では、複数の冷却フィン１１６が予め定められた間隔で配列されている。例えば、複数の冷却フィン１１６は、０．５ｍｍから１ｍｍ程度のフィン間隔で配列される。複数の冷却フィン１１６の各々の間には、冷却液の流路が形成される。複数の冷却フィン１１６は、冷却筐体１１２に接して設けられ、半導体モジュール１０２からの熱を冷却液に伝達する。冷却フィン１１６は、冷却液との接触面積を増やすことにより、冷却液と冷却筐体１１２との間で効率的に熱を伝達する。

貫通孔１１４は、冷却筐体１１２に設けられ、冷却筐体１１２の外部と内部とを接続する。冷却器１１０は、複数の貫通孔１１４を有してよい。本例の冷却器１１０は、貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂの２つの貫通孔を有する。一例において、貫通孔１１４ａは、冷却液の流入口として機能し、貫通孔１１４ｂは、冷却液の流出口として機能する。なお、本例では、栓部材１２０が貫通孔１１４ａに設けられる場合について図示しているが、栓部材１２０は、貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂの両方に設けられてもよい。貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂの設けられる位置は特に限定されない。

貫通孔１１４は、予め定められた幅Ｄの開口（または断面）を有する。貫通孔１１４の開口は径Ｄの円形状であってよい。貫通孔１１４は、一定の大きさの径Ｄを有することにより、貫通孔１１４を通過する冷却液の圧力損失が生じにくくなる。これにより、冷却液を貫通孔１１４に流す際の冷却効率が低下しにくい。本例の貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂは、同一の大きさの径Ｄを有する。但し、貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂは、異なる径の開口を有していてもよい。この場合、貫通孔１１４ａおよび貫通孔１１４ｂ毎に異なる栓部材１２０を用いてよい。

栓部材１２０は、先端を貫通孔１１４に挿入することにより、貫通孔１１４を塞ぐ。栓部材１２０は、本体部１２２およびピン１２４を有する。本明細書において、栓部材１２０の挿入方向をＸ軸方向とする。ＸＹＺ軸が成す系は右手系である。本例においては、Ｚ軸方向に、半導体モジュール１０２および冷却器１１０が積層されているが、積層方向は異なっていてもよい。

本体部１２２は、貫通孔１１４に挿入される。本体部１２２は、貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも小さな径を有する。本体部１２２は、貫通孔１１４に挿入される側の径（即ち、Ｘ軸方向の正側の径）が、挿入側と反対側の径（即ち、Ｘ軸方向の負側の径）よりも小さいテーパー状の断面を有する。本体部１２２の外形はＸ軸方向を回転軸とする略円すい台であってよい。これにより、本体部１２２を貫通孔１１４に抜き差ししやすくなる。本体部１２２は、本体部１２２の内部において、Ｘ軸方向の負側の端部から、Ｘ軸方向の正側に延伸した挿入穴１２３を有する。

挿入穴１２３は、ＹＺ断面において、予め定められた第１の径ｄ１を有する。挿入穴１２３は、Ｘ軸方向の負側の端部から予め定められた深さで形成されている。挿入穴１２３は、本体部１２２を貫通していてもよい。本体部１２２が略円すい台形状である場合、挿入穴１２３は回転軸に沿って設けられてよい。

ピン１２４は、本体部１２２を貫通孔１１４に挿入した状態で、挿入穴１２３に挿入される。ピン１２４は、軸部１２６および背面部１２８を有する。

軸部１２６は、ＹＺ断面において、予め定められた第２の径ｄ２を有する。第２の径ｄ２は、第１の径ｄ１よりも大きい。軸部１２６は、挿入穴１２３に挿入される。軸部１２６は、第２の径ｄ２が第１の径ｄ１よりも大きいので、挿入穴１２３に挿入されることにより、本体部１２２を貫通孔１１４の内壁の径方向に押圧する。これにより、本体部１２２が貫通孔１１４に固定され、貫通孔１１４を密封する。軸部１２６は、挿入穴１２３の内壁に応じた形状を有する。本例の軸部１２６は、断面が円形である挿入穴１２３の内壁に対応して、円形の断面形状を有する。また、挿入穴１２３の内壁が溝を有する場合、軸部１２６は、挿入穴１２３の溝に対応する凸部を有してもよい。溝および凸部は、ネジ山のように螺旋状に形成されてよい。また、挿入穴１２３および軸部１２６はＸ軸の負方向に径が大きくなるテーパーを有してもよい。

背面部１２８は、軸部１２６の挿入穴１２３に挿入される側（即ち、Ｘ軸方向の正側）と反対側（即ち、Ｘ軸方向の負側）の端部に設けられる。背面部１２８は、少なくとも一部が第２の径ｄ２よりも大きな径を有する。背面部１２８を用いれば、ピン１２４を挿入穴１２３から容易に引き抜くことができる。背面部１２８の形状は、手又は機械等によりピン１２４を引き抜けるものであれば特に限定されない。本例の背面部１２８は、円形の断面形状を有する。背面部１２８を設けることにより、特殊な工具を用いることなくピン１２４を挿入穴１２３から引き抜くことができる。

図２は、比較例に係るシステム２００を示す断面図の一例である。本例のシステム２００は、栓部材１２０を有しない点で実施例に係るシステム１００と相違する。システム２００は、栓部材１２０を有さないので、冷却器１１０の組立工程から冷却液を循環させるための冷却液用ホース２１０の取り付けまでの間に、塵やほこり等の異物が冷却筐体１１２の内部に混入するおそれがある。冷却筐体１１２の内部に異物が混入すると、冷却フィン１１６の目詰まり２１２が生じる場合がある。目詰まり２１２は、冷却筐体１１２の内部の圧力損失を生じさせ得る。また、異物の混入を防止するためにマスキング用のテープを貫通孔１１４に貼ると、接着剤が貫通孔１１４の周囲に残り水漏れの原因となる場合もある。

図３Ａは、実施例１に係るピン１２４の挿入前におけるシステム１００の拡大断面図である。本例では、本体部１２２が貫通孔１１４に挿入された後であって、ピン１２４が挿入穴１２３に挿入される前の状態を示している。

本体部１２２は、ピン１２４よりも弾性率の小さな弾性材料であってよい。例えば、本体部１２２は、シリコンやゴム等で形成される。本体部１２２は、常温、半導体モジュール１０２の発熱時、冷却液が流れた状態、空輸等の輸送環境における低温下のような様々な状況において、弾性変形し易い軟らかい材料であることが好ましい。また、本体部１２２は、冷却器１１０より摩擦係数が高く発塵しづらい材料であることが好ましい。

また、例えば、ピン１２４の材料は、金属や硬質の樹脂等である。軸部１２６および背面部１２８は、金型を用いた一体成型で形成されてよい。

挿入方向３１０は、ピン１２４の挿入穴１２３への挿入方向を示す。本例の挿入方向３１０は、本体部１２２の貫通孔１１４への挿入方向と同一の方向である。但し、ピン１２４は、本体部１２２の貫通孔１１４への挿入方向と異なる方向に挿入されてもよい。

押圧方向３１２は、ピン１２４の挿入穴１２３への挿入により、本体部１２２が貫通孔１１４を押圧する方向を指す。本体部１２２が弾性を有することで、本体部１２２の先端が貫通孔１１４に挿入された場合に、本体部１２２が径方向の押圧方向３１２へと貫通孔１１４の内壁の径Ｄまで広がる。これにより、本体部１２２は、貫通孔１１４の内壁を押圧し、貫通孔１１４を塞ぐことができる。本体部１２２および本体部１２２が円形の断面形状を有する場合、貫通孔１１４の径方向に均一に本体部１２２が押圧される。本体部１２２は、弾性を有するので、本体部１２２自体の破損による異物の発生が生じにくい。

図３Ｂは、実施例１に係るピン１２４の挿入後におけるシステム１００の拡大断面図である。挿入穴１２３がピン１２４の挿入により膨張し、栓部材１２０は、貫通孔１１４の内壁を押圧している。ピン１２４の挿入により栓部材１２０を貫通孔１１４に固定し、異物の侵入を有効に防ぐことができる。

栓部材１２０は、ピン１２４の挿入により、本体部１２２を貫通孔１１４に押圧する。これにより、単なるゴム栓を用いた場合と比較して、システム１００の輸送中にゴム栓が外れる問題が生じにくい。また、栓部材１２０は、ピン１２４の抜き差しによって、本体部１２２を貫通孔１１４に押圧するか否かを切り替える。即ち、システム１００は、貫通孔１１４を塞ぐために、異物の原因となる接着剤等を用いる必要がない。よって、システム１００は、冷却フィン１１６の目詰まりや、貫通孔１１４の水漏れを防止できる。したがって、システム１００は、冷却器１１０の冷却性能の低下による半導体モジュール１０２の加熱破壊を防止できる。さらに、システム１００は、冷却器１１０への異物の混入を想定して、エアーブロー等の清掃を行う必要もなく、コストを低減できる。

図４Ａは、実施例２に係る栓部材１２０を示す斜視図である。本例の本体部１２２は、先端部４１０と、台部４２０と、襞部４３０とを備える点で実施例１に係る栓部材１２０と相違する。本例では、実施例１と相違する点について特に説明する。

先端部４１０は、貫通孔１１４に挿入される。先端部４１０は、貫通孔１１４の径方向に延在する少なくとも１つの突起部４１１を有する。先端部４１０は、予め定められた径ｄ３を有する。第３の径ｄ３は、貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも小さい。これにより、先端部４１０を貫通孔１１４に挿入しやすくなる。なお、本明細書において、第３の径ｄ３は、先端部４１０が貫通孔１１４に挿入されていない状態での径を指す。本例の先端部４１０は、挿入方向３１０に先細りしたテーパー部４１８を有する。これにより、本体部１２２を貫通孔１１４に抜き差ししやすくなる。先端部４１０はＸ軸のまわりに回転対称な形状であってよい。

突起部４１１は、挿入穴１２３にピン１２４が挿入されることにより、貫通孔１１４の内壁に押圧される。本例の本体部１２２は、突起部４１１を有するので、本体部１２２の全体を貫通孔１１４の内壁に押圧する場合に比べ、栓部材１２０を貫通孔１１４への抜き差しを容易にすることができる。栓部材１２０は、栓部材１２０と貫通孔１１４との摩擦により貫通孔１１４に固定される。

突起部４１１は、先端部４１０の前端４１７と後端４１９との間において、貫通孔１１４の径方向に貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも小さな第３の径ｄ３まで延在する。本明細書において、前端４１７とは貫通孔１１４に挿入される側の端部であり、Ｘ軸方向の正側の端部を指す。後端４１９とは貫通孔１１４に挿入される側と反対側の端部であり、Ｘ軸方向の負側の端部を指す。突起部４１１は、頂部４１４と、第１傾斜部４１２と、第２傾斜部４１６とを有する。

頂部４１４は、先端部４１０の前端４１７と後端４１９との間において、貫通孔１１４の径方向の高さが最大となる部分である。即ち、先端部４１０は、少なくとも頂部４１４により貫通孔１１４の内壁を押圧する。頂部４１４の形状は特に限定されない。頂部４１４は、点状、線状、又は面状のいずれであってもよい。

第１傾斜部４１２は、Ｘ軸に対して予め定められた第１傾斜角で傾斜する。第１傾斜部４１２は、先端部４１０の前端４１７から頂部４１４にかけて貫通孔１１４の径方向の高さが増加する。第１傾斜部４１２を有することにより、突起部４１１は、貫通孔１１４の中に挿入し易くなる。

第２傾斜部４１６は、Ｘ軸に対して予め定められた第２傾斜角で傾斜する。第２傾斜部４１６は、頂部４１４から後端４１９にかけて貫通孔１１４の径方向の高さが減少する。第２傾斜部４１６は、第１傾斜角よりも小さな第２傾斜角で傾斜してよい。第２傾斜部４１６を有することにより、突起部４１１は、貫通孔１１４に押圧されやすくなる。

台部４２０は、第３の径ｄ３よりも大きな第４の径ｄ４を有する。台部４２０は、少なくとも一部が第３の径ｄ３よりも大きい。台部４２０は、本体部１２２を貫通孔１１４に挿入した場合に、本体部１２２の全体が貫通孔１１４に挿入されるのを防止する。これにより、本体部１２２が貫通孔１１４から引き抜き易くなる。また、第４の径ｄ４は、貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも大きいことが好ましい。台部４２０は、貫通孔１１４の全体を覆うことができる大きさを有することが好ましい。これにより、突起部４１１により栓部材１２０を貫通孔１１４に固定した状態で、台部４２０により貫通孔１１４を封止できる。台部４２０の外形は、円柱形状あるいは円すい台形状であってよい。

襞部４３０は、台部４２０の径方向に台部４２０から延在する。襞部４３０は、台部４２０の後端４１９に接続される。Ｘ軸方向において、襞部４３０は台部４２０よりも薄く形成されている。襞部４３０は細片であってよい。栓部材１２０は、台部４２０からさらに延在する襞部４３０を有するので、特殊な工具なしに貫通孔１１４から本体部１２２を容易に引き抜くことができる。先端部４１０、台部４２０および襞部４３０は、予め定められた金型により一体成型されてよい。本例の襞部４３０は、限定するものではないが、ＹＺ面において略長方形状の断面形状を有する。これにより、襞部４３０を掴んで本体部１２２を引き抜き易くなる。

図４Ｂは、実施例２に係る本体部１２２のＸ軸方向の正側から視た図である。本例の本体部１２２は、径方向の断面上で第３の径ｄ３の中心に点対称な位置に複数の突起部４１１を有する。本例の本体部１２２は、４つの突起部４１１を有する。複数の突起部４１１の外周に沿った外接円は、破線で示された挿入穴１２３の中心と同一の中心を有する。頂部４１４の位置の外接円の直径が第３の径ｄ３である。本体部１２２は、第３の径ｄ３の中心に点対称な位置に複数の突起部４１１を有するので、ピン１２４を挿入穴１２３に挿入した場合に、本体部１２２の中心から均一に貫通孔１１４の内壁を押圧できる。これにより、栓部材１２０は、安定して貫通孔１１４を塞ぐことができる。

台部４２０は、ＹＺ断面において、貫通孔１１４の断面を拡大した相似形状を有する。但し、台部４２０の断面形状は、貫通孔１１４の断面と相似していなくてもよい。台部４２０の断面形状を貫通孔１１４の断面形状と同一にすることにより、本体部１２２を安定して貫通孔１１４に挿入しやすくなる。栓部材１２０が貫通孔１１４に挿入された状態で、台部４２０において冷却筐体１１２と接する面と、冷却筐体１１２において台部４２０と接する面とは、互いに平行に形成されることが好ましい。台部４２０は、冷却器１１０と接する側の面を貫通孔１１４の周囲の面と合わせることにより、貫通孔１１４の周囲に密着して、異物の混入を防止する。

図４Ｃは、実施例２に係る栓部材１２０の挿入前におけるシステム１００の断面図の概略である。本例のシステム１００は、複数の突起部４１１を有する栓部材１２０を備える。本例では、貫通孔１１４ａに対応して実施例２に係る栓部材１２０が設けられているが、貫通孔１１４ｂにも実施例２に係る栓部材１２０が設けられてよい。また、貫通孔１１４ａと貫通孔１１４ｂとで異なる形状の栓部材１２０が設けられてもよい。

図４Ｄは、実施例２に係る栓部材１２０を貫通孔１１４に挿入した後のシステム１００の拡大断面図である。本例では、貫通孔１１４に栓部材１２０が挿入されている。本体部１２２は、ピン１２４を挿入穴１２３に挿入することにより、貫通孔１１４の内壁まで先端部４１０が膨張する。本体部１２２は、頂部４１４により貫通孔１１４の内壁を押圧する。また、本体部１２２は、頂部４１４に加えて、第１傾斜部４１２および第２傾斜部４１６の少なくとも一方で貫通孔１１４の内壁を押圧してよい。

図５Ａは、実施例３に係る本体部５００を示す斜視図である。本例の本体部５００は、本体部１２２の前端４１７に返し部５０２を有する点で実施例２に係る本体部１２２と相違する。

返し部５０２は、ピン１２４が挿入されていない状態で、先端部４１０の前端４１７において貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも小さな径を有する。先端部４１０は、Ｘ軸方向において貫通孔１１４以上の長さを有する。また、挿入穴１２３は、本体部５００から返し部５０２の少なくとも一部まで延在する。これにより、返し部５０２は、ピン１２４の挿入完了時に貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも広がり、ピン１２４の非挿入時に貫通孔１１４の内壁の径Ｄよりも小さくなってよい。

ピン１２４を挿入して返し部５０２の径が拡張することで、返し部５０２が貫通孔１１４の内壁に引っ掛かり、本体部５００が貫通孔１１４から脱落することを防止できる。特に先端部４１０における軸方向の長さと貫通孔１１４の内壁の軸方向の長さとを等しくすることにより、台部４２０を貫通孔１１４の流入口及び流出口周辺に密着させ、かつ、返し部５０２によって貫通孔１１４を挟み込むことが可能となり、ごみや塵が冷却器１１０内部に侵入することをより有効的に防止できる。

返し部５０２は、低温時の栓部材１２０の収縮により栓部材１２０が抜けやすくなることも防止し得る。挿入穴１２３を返し部５０２の少なくとも一部に延在させることにより、ピン１２４の挿入時に先端部４１０のみならず返し部５０２も貫通孔１１４の径方向に膨張する。返し部５０２の径の大きさは、第３の径ｄ３の大きさと関係なく自由に設定してよい。例えば、返し部５０２の径は、突起部４１１の第３の径ｄ３と同一である。また、ピン１２４が挿入されていない状態で、返し部５０２の径は、第３の径ｄ３より大きくてもよいし、第３の径ｄ３よりも小さくてもよい。

図５Ｂは、実施例３に係る栓部材１２０を貫通孔１１４に挿入した状態を示す拡大断面図である。先端部４１０のＸ軸方向の長さと、貫通孔１１４の内壁のＸ軸方向における長さとが等しい例が示されている。図５Ｂに示すように、ピン１２４を挿入穴１２３に挿入することにより、突起部４１１が貫通孔１１４の内壁の径Ｄまで膨張し、返し部５０２は、貫通孔１１４の内壁に引っかかるように貫通孔１１４の内壁の径Ｄを超えて膨張してよい。

図６Ａは、一実施形態における突起部４１１の頂部４１４を示す拡大斜視図である。本例の突起部４１１は、点状の頂部４１４を有する。頂部４１４が点状の場合、第１傾斜部４１２および第２傾斜部４１６のＹ軸方向の幅は、頂部４１４に近づくにつれて徐々に小さくなる。これにより、突起部４１１は、貫通孔１１４の内壁に点で押圧される。

図６Ｂは、別の実施形態における突起部４１１の頂部４１４を示す拡大斜視図である。本例の突起部４１１は、線状の頂部４１４を有する。頂部４１４が線状の場合、突起部４１１は、貫通孔１１４の内壁に線で押圧される。これにより、栓部材１２０は、貫通孔１１４の内壁に対し突起部４１１を強固に押圧することができる。

図６Ｃは、更に別の実施形態における突起部４１１の頂部を示す拡大斜視図である。本例の突起部４１１は、面状の頂部４１４を有する。本例の突起部４１１は、頂部４１４が点状又は線状の場合と比較して、貫通孔１１４の内壁に対し突起部４１１をより強固に押圧することができる。

第１傾斜部４１２および第２傾斜部４１６の少なくとも一方は、予め定められた傾斜角で径方向の高さが変化する平坦面６０２を含んでよい。このような突起部４１１を有することにより、本体部１２２を貫通孔１１４に抜き差しし易くなる。

図６Ａから図６Ｃにおいて示されるように、頂部４１４は、先端部４１０の前端４１７と後端４１９の間の中央の位置よりも前端４１７側に設けられてよい。第２傾斜部４１６は、第１傾斜角よりも小さな第２傾斜角で傾斜してよい。第１傾斜部４１２が第２傾斜部４１６よりも急な傾斜を有することにより、栓部材１２０を貫通孔１１４に挿入し易くなる。一方で、第２傾斜部４１６は、第１傾斜部４１２より緩やかな傾斜を有するので貫通孔１１４に対して押圧しやすくなる。また、頂部４１４を先端部４１０の前端４１７に近い位置に設ける場合、台部４２０と冷却器１１０とが接触する部分と、頂部４１４と貫通孔１１４の内壁とが接触する部分の距離が長くなるので、本体部１２２が貫通孔１１４の内部で安定する。

なお、第１傾斜部４１２および第２傾斜部４１６の平坦面６０２の幅は、頂部４１４に向かうにつれて増大してよい。これにより突起部４１１の頂部４１４を広く設けることができ、貫通孔１１４に対する押圧を強固にすることができる。

図７は、実施例４に係る本体部７００を示す斜視図である。突起部４１１は、螺旋状に先端部４１０の周囲を回って配置されてよい。突起部４１１が螺旋状に配置されるとは、先端部４１０の前端４１７における突起部４１１の始点が、先端部４１０の後端４１９における突起部４１１の終点と異なっている場合を指す。始点と終点が異なるとは、突起部４１１の周方向の角度が、始点と終点とで異なっていることを指す。例えば、本例の突起部４１１は、始点と終点とで時計回りに９０度湾曲して設けられている。また、突起部４１１は、先端部４１０の前端４１７から頂部４１４の間において、径方向の外側方向の径を増大させながら時計回りに湾曲している。そして、突起部４１１は、頂部４１４から先端部４１０の後端４１９において、径方向の外側方向の径を減少させながら時計回りに湾曲している。

突起部４１１が螺旋状に配置される場合、栓部材１２０は、貫通孔１１４にねじり込むように挿入されてよい。この場合、栓部材１２０は、ピン１２４の貫通孔１１４への挿入時に、貫通孔１１４からより抜けにくくなる。さらに、突起部４１１の螺旋構造は、栓部材１２０の引き抜き時に栓部材１２０から発塵した異物を貫通孔１１４の外部に出し易くする。

図８Ａは、実施例５に係るピン８００を示す斜視図である。ピン８００は、隆起部８０１を有する。ピン８００の隆起部８０１以外の構造は、ピン１２４と同様であってよい。本例のピン８００は、複数の隆起部８０１ａおよび隆起部８０１ｂを有する。

隆起部８０１は、軸部１２６において第２の径ｄ２の径方向に隆起している。隆起部８０１は、栓部材１２０の貫通孔１１４への押圧および固定を強固にする。隆起部８０１は、軸部１２６および背面部１２８と一体成型されてよい。

隆起部８０１ａは、ピン８００の挿入完了時において、突起部４１１の頂部４１４の位置に対応して設けられる。つまり、ピン８００の挿入完了時において、隆起部８０１ａが設けられるＸ軸上の位置と、頂部４１４のＸ軸上の位置とが重なる。隆起部８０１ａおよび頂部４１４の少なくとも一方は、Ｘ軸上において所定の範囲に渡って設けられてよい。この場合、隆起部８０１ａが設けられるＸ軸上の位置範囲と、頂部４１４のＸ軸上の位置範囲とが、少なくとも部分的に重なる。隆起部８０１ａは、頂部４１４の貫通孔１１４の内壁への押圧を強くする。これにより、隆起部８０１ａは、栓部材１２０を貫通孔１１４から抜けにくくする。

隆起部８０１ｂは、ピン８００の挿入完了時において、返し部５０２の位置に対応して設けられる。つまり、ピン８００の挿入完了時において、隆起部８０１ｂが設けられるＸ軸上の位置範囲と、返し部５０２が設けられるＸ軸上の位置範囲とが、少なくとも部分的に重なる。隆起部８０１ｂは、ピン８００の挿入穴１２３への挿入完了時において、返し部５０２を径方向の外側により強固に押圧し、栓部材１２０がより強固に貫通孔１１４に固定されることを促進する。ピン８００の挿入穴１２３への挿入完了時に、隆起部８０１ｂは、貫通孔１１４の軸方向において、返し部５０２の底部よりわずかに貫通孔１１４の奥側に位置付けられることが好ましい。例えば、空輸等により低温且つ低圧の環境を経由する場合には、栓部材１２０が収縮し得るが、返し部５０２を設けることで、栓部材１２０を貫通孔１１４から抜けにくくすることができる。

隆起部８０１は、ピン８００の軸部１２６の周囲に広がるリング状の隆起であってよい。隆起部８０１ａ及び８０１ｂがリング状に隆起することにより、貫通孔１１４の軸方向に対して横断する断面において突起部４１１が先端部４１０に存在する角度に合わせる必要がない。したがって、ピン８００を挿入穴１２３に挿入する角度を調整するという手間が軽減する。

図８Ｂは、実施例５に係るピン８００を挿入した場合のシステム１００の拡大断面図である。隆起部８０１ａは、ピン８００の挿入穴１２３への挿入完了時において、突起部４１１の頂部４１４に対応して設けられている。また、隆起部８０１ｂは、返し部５０２に対応して設けられている。隆起部８０１ｂは、返し部５０２と先端部４１０との境界よりも奥側（即ち、Ｘ軸方向の正側）に設けられることが好ましい。

図９は、栓部材１２０の別の実施形態を示す拡大断面図である。本例の栓部材１２０は、接続穴１２５を有する。接続穴１２５は、挿入穴１２３の底部と本体部１２２の前端４１７とを貫通する。挿入穴１２３は、複数の接続穴１２５を有し得る。別の実施形態において、挿入穴１２３自体が、本体部１２２全体を貫通する貫通穴であってもよい。栓部材１２０は、接続穴１２５を設けることにより、冷却器１１０の内部の空気圧を逃がすことができる。これにより、栓部材１２０が流入口と流出口との両方に適用される場合、後から挿入される栓部材１２０を挿入しやすくなる。

図１０は、半導体モジュール１０２として実装される回路の例であるインバータ回路９００を示した回路図である。図１０において、複数の半導体モジュール９０１を有するインバータ回路９００が示される。インバータ回路９００は、車のモーターを駆動する車載用パワーモジュールの一部であってよい。半導体モジュール９０１‐１において、複数の半導体チップ９０‐１、９０‐２および９０‐３と複数の半導体チップ９０‐４、９０‐５および９０‐６との各々は、ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップであってよい。ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップにおいて、ＩＧＢＴおよび還流ダイオード（ＦＷＤ）は一体形成され、且つ、ＩＧＢＴおよびＦＷＤは逆並列に接続されてよい。なお、図１０においては、ＦＷＤの記号を省略しているが、各半導体チップ９０はＦＷＤを有してよい点に注意されたい。

半導体チップ９０‐１、９０‐２および９０‐３において、各コレクタ電極は電気的に並列に接続してよく、各エミッタ電極も電気的に並列に接続してよい。また、各コレクタ電極は入力端子Ｐ１に、各エミッタ電極は出力端子Ｕに、それぞれ電気的に接続してよい。さらに、半導体チップ９０‐４、９０‐５および９０‐６において、各コレクタ電極は電気的に並列に接続してよく、各エミッタ電極も電気的に並列に接続してよい。また、各コレクタ電極は出力端子Ｕに、各エミッタ電極は他の入力端子Ｎ１に、それぞれ電気的に接続してよい。

各半導体チップ９０‐１から９０‐６は、半導体チップ９０の制御電極パッドに入力される信号により交互にスイッチングされてよい。本例において、各半導体チップ９０はＲＣ‐ＩＧＢＴであるので、スイッチ・オン時にＩＧＢＴ領域が発熱し、スイッチ・オフ時にＦＷＤ領域が発熱してよい。入力端子Ｐ１は外部電源の正極に、他の入力端子Ｎ１は負極に、出力端子Ｕは負荷にそれぞれ接続してよい。複数の半導体チップ９０‐１、９０‐２および９０‐３はインバータ回路９００における上アームを、複数の半導体チップ９０‐４、９０‐５および９０‐６はインバータ回路９００における下アームを構成してよい。

半導体モジュール９０１‐２および９０１‐３も、半導体モジュール９０１‐１と同様の構成を有してよい。ただし、半導体モジュール９０１‐２において、半導体チップ９０‐１、９０‐２および９０‐３のコレクタ電極およびエミッタ電極は入力端子Ｐ２および出力端子Ｖにそれぞれ電気的に接続してよく、半導体チップ９０‐４、９０‐５および９０‐６のコレクタ電極およびエミッタ電極は出力端子Ｖおよび他の入力端子Ｎ２にそれぞれ電気的に接続してよい。また、半導体モジュール９０１‐３においては、半導体チップ９０‐１、９０‐２および９０‐３のコレクタ電極およびエミッタ電極は入力端子Ｐ３および出力端子Ｗにそれぞれ電気的に接続してよく、半導体チップ９０‐４、９０‐５および９０‐６のコレクタ電極およびエミッタ電極は出力端子Ｗおよび他の入力端子Ｎ３に電気的に接続してよい。

入力端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は互いに電気的に接続されてよく、また、他の入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３も互いに電気的に接続されてよい。本例のインバータ回路９００は、出力端子Ｕ、ＶおよびＷを有する三相交流インバータ回路として機能してよい。半導体モジュール９０１‐１、９０１‐２および９０１‐３は、ケースに搭載されて一体化されてよく、機械的に連結されることにより一体化されてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００・・・システム、１０２・・・半導体モジュール、１０４・・・出力用端子、１１０・・・冷却器、１１２・・・冷却筐体、１１４・・・貫通孔、１１６・・・冷却フィン、１２０・・・栓部材、１２２・・・本体部、１２３・・・挿入穴、１２４・・・ピン、１２５・・・接続穴、１２６・・・軸部、１２８・・・背面部、２００・・・システム、２１０・・・冷却液用ホース、２１２・・・目詰まり、３１０・・・挿入方向、３１２・・・押圧方向、４１０・・・先端部、４１１・・・突起部、４１２・・・第１傾斜部、４１４・・・頂部、４１６・・・第２傾斜部、４１７・・・前端、４１８・・・テーパー部、４１９・・・後端、４２０・・・台部、４３０・・・襞部、５００・・・本体部、５０２・・・返し部、６０２・・・平坦面、７００・・・本体部、８００・・・ピン、８０１・・・隆起部、９０・・・半導体チップ、９００・・・インバータ回路、９０１・・・半導体モジュール

Claims (19)

1. 冷却筐体と、
   前記冷却筐体の内部と、前記冷却筐体の外部とをつなぐ貫通孔と、
   前記貫通孔を塞ぐ栓部材と、
   を備え、
   前記栓部材は、
   先端が前記貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、
   少なくとも一部が、前記第１の径より大きい第２の径を有し、前記挿入穴へ挿入されるピンと、
   を有する、
   半導体モジュール用の冷却器。
2. 前記本体部は、前記先端が前記貫通孔に挿入された状態で前記ピンが挿入されることにより前記貫通孔の径方向に広がり、前記貫通孔の内壁を押圧する、
   請求項１に記載の半導体モジュール用の冷却器。
3. 前記本体部は、前記ピンよりも弾性率の小さな弾性材料を有する、請求項１又は２に記載の半導体モジュール用の冷却器。
4. 前記本体部は、前記貫通孔の径方向に延在する少なくとも１つの突起部を有し、
   前記突起部は、前記ピンが挿入されることより、前記貫通孔の内壁に押圧される、請求項１又は２に記載の半導体モジュール用の冷却器。
5. 前記本体部は、
   前記貫通孔に挿入される側の前端と、前記前端と反対側に設けられた後端と、前記前端と前記後端との間において、前記貫通孔の径方向に前記貫通孔の内壁の径よりも小さな第３の径まで延在する突起部とを有する先端部と、
   前記後端に接続され、前記第３の径よりも大きな第４の径を有する台部と
   を有し、
   前記突起部は、前記ピンが挿入されることにより、前記貫通孔の内壁に押圧される、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
6. 前記突起部は、
   前記前端から前記後端との間において、前記貫通孔の径方向の高さが最大となる頂部と、
   前記前端から前記頂部にかけて、前記貫通孔の径方向の高さが増加する第１傾斜部と、
   前記頂部から前記後端にかけて、前記貫通孔の径方向の高さが減少する第２傾斜部と
   を有する
   請求項５に記載の半導体モジュール用の冷却器。
7. 前記第１傾斜部および前記第２傾斜部の少なくとも一方は、予め定められた傾斜角で径方向の高さが変化する平坦面を含む、請求項６に記載の半導体モジュール用の冷却器。
8. 前記頂部は、前記前端と前記後端との間の中央より前記前端側に設けられる
   請求項７に記載の半導体モジュール用の冷却器。
9. 前記第１傾斜部は、予め定められた第１傾斜角で傾斜し、
   前記第２傾斜部は、前記第１傾斜角よりも小さな第２傾斜角で傾斜する
   請求項８に記載の半導体モジュール用の冷却器。
10. 前記第１傾斜部および前記第２傾斜部の前記平坦面の幅は、前記頂部に向かうにつれて増大する、請求項７から９のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
11. 前記突起部は、螺旋状に前記先端部の周囲を回って配置される、請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
12. 前記本体部は、径方向の断面上で前記第３の径の中心に点対称な位置に複数の突起部を有する、請求項６から１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
13. 前記本体部は、前記台部の径方向に前記台部から延在する襞部を有する、請求項６から１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
14. 前記ピンは、前記第２の径の径方向に隆起し、挿入完了時において、前記頂部の位置に対応して設けられた隆起部を有する、請求項６から１３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
15. 前記本体部は、前記貫通孔以上の長さの前記先端部と、
    前記先端部の先の前記前端において設けられた、前記貫通孔の内径よりも小さな径の返し部と、を有し、
    前記挿入穴は、前記本体部から前記返し部の少なくとも一部まで延在し、
    前記返し部は、前記ピンの挿入完了時に、前記貫通孔の内径よりも広がり、前記ピンの非挿入時に、前記貫通孔の内径よりも小さくなる、請求項５から１４のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
16. 前記ピンは、前記第２の径の径方向に隆起し、挿入完了時において、前記返し部の位置に対応して設けられる隆起部を有する、請求項１５に記載の半導体モジュール用の冷却器。
17. 前記挿入穴は、前記挿入穴の底部と前記前端とを貫通する接続穴を有する、請求項５から１６のいずれか一項に記載の半導体モジュール用の冷却器。
18. 半導体モジュールの冷却器の貫通孔を塞ぐための栓部材であって、
    前記貫通孔に挿入され得る先端、および予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、
    少なくとも一部が、前記第１の径より大きい第２の径を有し、前記挿入穴へ挿入されるピンと、
    を有する、栓部材。
19. 半導体モジュールと、前記半導体モジュールに接して設けられた冷却器と、を備えるシステムであって、
    前記冷却器は、
    冷却筐体と、
    前記冷却筐体の内部と、前記冷却筐体の外部とをつなぐ貫通孔と、
    前記貫通孔を塞ぐ栓部材と、
    を備え、
    前記栓部材は、
    先端が前記貫通孔に挿入され、予め定められた第１の径の挿入穴を有する本体部と、
    少なくとも一部が、前記第１の径より大きい第２の径を有し、前記挿入穴へ挿入されるピンと、
    を有する、システム。

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