(57)【要約】【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、この半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法、および、前記半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法を提供する。【解決手段】金属ベース本体（２１）および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の間隙ＧのうちＯ−リング７よりも外周側の部位と、水路カバー５の延設部３７および縦壁部３９と金属ベース本体（２１）の周縁部４３とで画成される部位と、から形成される空間部５７に冷却水封止材９を充填させている。これにより、Ｏ−リング７から冷却水３０が漏れた場合に、この漏れた冷却水３０が冷却水封止材９によって封じ込められる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース本体（２１）、該金属ベース本体（２１）の上面に実装されたパワー半導体（１５）、および、金属ベース本体（２１）の下面に設けられた冷却フィン（１９）を有するパワーモジュール（３）と、
前記パワーモジュール（３）の下側に配置され、前記冷却フィン（１９）を収容すると共に冷却水（３０）が貯留可能な収容部（２７）を有する水路カバー（５）と、
前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）の周縁部同士（４３，３１）の間に挟持されたＯ−リング（７）と、
を備え、
前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）は、それぞれの周縁部同士（４３，３１）が前記Ｏ−リング（７）を介して互いに近接して所定の間隙（Ｇ）をもった状態で、前記Ｏ−リング（７）よりも外周側に配置した締結具（１３）によってそれぞれの周縁部同士（４３，３１）が結合される半導体パワーモジュール装置（１）であって、
前記水路カバー（５）の周縁部（３１）を外周側に向けて延ばして延設部（３７）を形成し、該延設部（３７）の先端を屈曲させて上方に延ばして縦壁部（３９）を形成し、
前記Ｏ−リング（７）と前記締結具（１３）との間における水路カバー（５）の所定部位に水路カバー（５）を厚さ方向に貫通する空気抜き孔（５１）を形成し、該空気抜き孔（５１）は、前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）の周縁部同士（４３，３１）の前記間隙（Ｇ）に連通しており、
前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）の周縁部同士（４３，３１）の前記間隙（Ｇ）のうち前記Ｏ−リング（７）よりも外周側の部位と、水路カバー（５）の延設部（３７）および縦壁部（３９）と前記金属ベース本体（２１）の周縁部（４３）とで画成される部位と、から形成される空間部（５７）に冷却水封止材（９）を充填させた
ことを特徴とする半導体パワーモジュール装置。
【請求項２】
前記冷却水（３０）は、着色されており、
前記空気抜き孔（５１）を、透明な封止栓（１１）で封鎖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。
【請求項３】
前記空気抜き孔（５１）は、複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体パワーモジュール装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法であって、
前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）の周縁部同士（４３，３１）の前記間隙（Ｇ）のうち前記Ｏ−リング（７）よりも外周側の部位と、水路カバー（５）の延設部（３７）および縦壁部（３９）と前記金属ベース本体（２１）の周縁部（４３）とで画成される部位と、から形成される空間部（５７）に、流動状態の冷却水封止材（９）を流入させるステップと、
前記冷却水封止材（９）を前記空間部（５７）に流入させる際に、該空間部（５７）に連通している前記空気抜き孔（５１）から空気（６０）が外方に排出されるステップと、
前記冷却水封止材（９）が固化することにより前記空間部（５７）が冷却水封止材（９）で充填されるステップと、
前記空気抜き孔（５１）を封止栓（１１）で封鎖するステップと、
を有することを特徴とする半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載の半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法であって、
前記透明な封止栓（１１）に光（６１）を照射することにより、前記金属ベース本体（２１）および水路カバー（５）の周縁部同士（４３，３１）の前記間隙（Ｇ）のうち前記Ｏ−リング（７）よりも外周側の部位における前記着色した冷却水（３０）の有無を視認するステップと、
前記Ｏ−リング（７）よりも外周側の間隙（Ｇ）に前記着色した冷却水（３０）があると視認した場合には、前記Ｏ−リング（７）よりも外周側に冷却水（３０）が漏れていると判断するステップと、
を有することを特徴とする半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パワーモジュール装置、半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法、および、半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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浸入しないようにしている（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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−リングを含む水密部が経時変化した場合などに、冷却水がＯ−リングを含む水密部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。
【０００５】
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、この半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法、および、前記半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法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】
【０００６】
（１）請求項１に係る半導体パワーモジュール装置は、
金属ベース本体、該金属ベース本体の上面に実装されたパワー半導体、および、金属ベース本体の下面に設けられた冷却フィンを有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュールの下側に配置され、前記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、
前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の間に挟持されたＯ−リングと、を備えている。
【０００７】
前記金属ベース本体および水路カバーは、それぞれの周縁部同士が前記Ｏ−リングを介して互いに近接して所定の間隙をもった状態で、前記Ｏ−リングよりも外周側に配置した締結具によってそれぞれの周縁部同士が結合される。
【０００８】
前記水路カバーの周縁部を外周側に向けて延ばして延設部を形成し、該延設部の先端を屈曲させて上方に延ばして縦壁部を形成し、
前記Ｏ−リングと前記ボルトとの間における水路カバーの所定部位に水路カバーを厚さ方向に貫通する空気抜き孔を形成し、該空気抜き孔は、前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の前記間隙に連通している。
【０００９】
前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の前記間隙のうち前記Ｏ−リングよりも外周側の部位と、水路カバーの延設部および縦壁部と前記金属ベース本体の周縁部とで画成される部位と、から形成される空間部に冷却水封止材を充填させている。
【００１０】
（２）請求項２は、請求項１に記載の半導体パワーモジュール装置であって、前記冷却水は、着色されており、前記空気抜き孔を、透明な封止栓で封鎖している。
【００１１】
（３）請求項３は、請求項１または２に記載の半導体パワーモジュール装置であって、
前記空気抜き孔は、複数設けられている。
【００１２】
（４）請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法であって、
前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の前記間隙のうち前記Ｏ−リングよりも外周側の部位と、水路カバーの延設部および縦壁部と前記金属ベース本体の周縁部とで画成される部位と、から形成される空間部に、流動状態の冷却水封止材を流入させるステップと、
前記冷却水封止材を前記空間部に流入させる際に、該空間部に連通している前記空気抜き孔から空気が外方に排出されるステップと、
前記冷却水封止材が固化することにより前記空間部が冷却水封止材で充填されるステップと、
前記空気抜き孔を封止栓で封鎖するステップと、
を有する。
【００１３】
（５）請求項５は、請求項２または３に記載の半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法であって、
透明な封止栓に光を照射することにより、前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の前記間隙のうち前記Ｏ−リングよりも外周側の部位における前記着色した冷却水の有無を視認するステップと、
前記Ｏ−リングよりも外周側の間隙に前記着色した冷却水があると視認した場合には、前記Ｏ−リングよりも外周側に冷却水が漏れていると判断するステップと、
を有する。
【発明の効果】
【００１４】
（１）請求項１に係る半導体パワーモジュール装置によれば、金属ベース本体の周縁部と水路カバーの周縁部との間のＯ−リングから冷却水が漏れた場合に、この漏れた冷却水が冷却水封止材によって封じ込められる。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。
【００１５】
（２）請求項２に係る半導体パワーモジュール装置によれば、透明な封止栓から光を空気抜き孔に当てれば、Ｏ−リングから冷却水が漏れているか否かを容易に視認することができる。
【００１６】
（３）請求項３に係る半導体パワーモジュール装置によれば、水路カバーにおける複数の箇所においてＯ−リングから冷却水が漏れているか否かを視認することができる。即ち、所定の空気抜き孔では漏れていない場合でも、他の空気抜き孔で漏れていることが視認することができるため、冷却水の漏れを確実に検出することができる。
【００１７】
（４）請求項４に係る半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法によれば、流動状態の冷却水封止材を前記空間部に流入させる際に、該空間部に連通している前記空気抜き孔から空気が外方に排出される。従って、空間部への冷却水封止材の充填を効率的に行うことができる。
【００１８】
（５）請求項５に係る半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法によれば、前記金属ベース本体および水路カバーの周縁部同士の前記間隙のうち前記Ｏ−リングよりも外周側の部位に冷却水が漏れているか否かを容易に視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置の断面図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１の半導体パワーモジュール装置における空間部に、流動状態の冷却水封止材を流入させる前の状態を示す断面図である。
【図４】図３の半導体パワーモジュール装置における空間部に、流動状態の冷却水封止材を流入させた後の状態を示す断面図である。
【図５】空気抜き孔に挿入した透明な封止栓に光を照射することにより、着色した冷却水の有無を視認する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、上方側をＵＰＲ、下方側をＬＷＲとする。
【００２１】
[半導体パワーモジュール装置の構造]
図１，２に示すように、本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置１は、パワーモジュール３、水路カバー５、Ｏ−リング７、冷却水封止材９、封止栓１１、および締結具であるボルト１３を備えている。
【００２２】
前記パワーモジュール３においては、平板状に形成された金属ベース本体２１の上面にパワー半導体１５が実装され、該金属ベース本体２１の下面に冷却フィン１９が設けられ、パワー半導体１５の周囲を壁部１７が取り囲んでいる。即ち、パワーモジュール３は、上下方向（厚さ方向）の中央に配置される金属ベース本体２１と、該金属ベース本体２１に一体形成され、金属ベース本体２１の下面から下方に延びる複数の冷却フィン１９と、金属ベース本体２１の上面に設けられたパワー半導体１５および壁部１７と、を有する。
【００２３】
前記冷却フィン１９は、ピン状に形成されており、周縁部を除く中央部分に複数配置されている。また、金属ベース本体２１の壁部１７は、パワー半導体１５を周囲から囲むように金属ベース本体２１の上面から上方に向けて突出して形成され、該壁部１７の上面には導電部２３が設けられている。
【００２４】
前記水路カバー５は、下面２５の全体が平坦に形成されており、上面は、幅方向および該幅方向に直交する前後方向における中央部が下方に凹んだ収容部２７に形成されている。水路カバー５を金属ベース本体２１に組み付けた状態では、収容部２７には、前記冷却フィン１９が収容される。また、収容部２７には、着色された冷却水３０（図５参照）が収容される。具体的には、冷却水３０は、緑やオレンジ色等に着色される。なお、着色の色は、透明以外なら特に限定されない。
【００２５】
また、収容部２７の外周側には、収容部２７の底面よりも上側に配置された周縁部３１が設けられている。即ち、水路カバー５の周縁部３１は、収容部２７の内周面３３から金属ベース本体２１の外周縁３５までに亘る部位である。さらに、周縁部３１の外周側には、周縁部３１を外周側に延ばした延設部３７と該延設部３７の先端から上方に向けて延びる縦壁部３９とが断面Ｌ字状に一体に形成されている。
【００２６】
前記水路カバー５の周縁部３１の上面のうち、内周側の部位には、下方に凹む断面Ｕ字状の凹溝４１が形成されており、該凹溝４１にＯ−リング７が嵌合されている。このＯ−リング７によって、金属ベース本体２１の周縁部４３の下面４３ａと水路カバー５の周縁部３１の上面３１ａとの間には、上下方向に所定の間隙Ｇが設けられている。このように、Ｏ−リング７は、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の間に挟持されている。
【００２７】
前記凹溝４１の外周側には、水路カバー５の周縁部３１を厚さ方向（上下方向）に貫通する空気抜き孔５１が形成されている。この空気抜き孔５１は、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇに連通している。また、空気抜き孔５１には、透明な封止栓１１（例えば、ボルト）が挿入されて空気抜き孔５１が塞がれている。なお、空気抜き孔５１は、水路カバー５を平面視で見た場合に、水路カバー５の周縁部３１に所定間隔をおいて複数配置されている。
【００２８】
そして、空気抜き孔５１の外周側には、ボルト孔５３が形成されている。一方、金属ベース本体２１の周縁部４３には、前記ボルト孔５３に対応する部位に挿通孔５５が形成されている。従って、金属ベース本体２１の挿通孔５５および水路カバー５のボルト孔５３にボルト１３（締結具）を挿入して締結させることにより、金属ベース本体２１の周縁部４３と水路カバー５の周縁部３１とを結合させることができる。
【００２９】
前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士３１，４３の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位と、水路カバー５の延設部３７および縦壁部３９と前記金属ベース本体２１の周縁部４３とで画成される部位と、から形成される空間部５７には、冷却水封止材９を充填させている。なお、前記間隙Ｇのうちボルト１３の軸部近傍まで冷却水封止材９が充填されている。
【００３０】
[半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法]
次に、半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法について、図３，４を用いて説明する。
【００３１】
図３は、図１における半導体パワーモジュール装置１から封止栓１１と冷却水封止材９を除いた状態を示している。
【００３２】
前述したように、図３においては、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士３１，４３の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位と、水路カバー５の延設部３７および縦壁部３９と前記金属ベース本体２１の周縁部４３とで画成される部位と、から空間部５７が形成されている。また、図３では、封止栓１１が空気抜き孔５１に嵌合されていない。
【００３３】
図４に示すように、前記空間部５７に、流動状態の冷却水封止材９を流し込むと、該冷却水封止材９は、間隙Ｇを含む空間部５７に充填される。ここで、間隙Ｇでは、金属ベース３の挿通孔５５の近傍まで冷却水封止材９が流れ込む。なお、前記空気抜き孔５１は、間隙Ｇに連通しているため、冷却水封止材９の流入によって、空気抜き孔５１の下側から空気６０（矢印で示す）が外方（空気中）に排出される。この間隙Ｇは狭小の隙間であり、冷却水封止材９が流れ込むのはわずかであるので、間隙Ｇに連通している前記空気抜き孔５１より強制的に空気抜き孔５１の下側から空気６０（矢印で示す）を外方（空気中）に排出させる。このように、空気抜き孔５１から空気６０を排出させることによって、冷却水封止材９がスムーズに空間部５７に流入する。
【００３４】
こののち、流動状態の冷却水封止材９が固化することにより、空間部５７は冷却水封止材９で充填される。
【００３５】
そして、図１に示すように、空気抜き孔５１に封止栓１１を嵌合させることにより、半導体パワーモジュール装置１が完成する。
【００３６】
なお、本実施形態では、冷却水封止材９の上面を壁部１７まで高く配置したが、金属ベース本体２１の周縁部４３の上面および外周縁３５を覆う高さであればよい。
【００３７】
[半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法]
次いで、半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法について、図５を用いて説明する。
【００３８】
前述したように、図１に示す半導体パワーモジュール装置１では、空気抜き孔５１には透明な封止栓１１が嵌合されている。また、収容部２７の内部の冷却水３０は、着色されている。そして、図５においては、間隙ＧのうちＯ−リング７よりも外周側の部位に冷却水３０が漏れた場合を示している。
【００３９】
そして、図５に示すように、前記透明な封止栓１１に下側から光を照射する。これにより、前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位に冷却水３０が漏れていることが視認できる。これにより、間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位に冷却水３０が漏れていると判断することができる。
【００４０】
以下に、本発明の実施形態による作用効果を説明する。
【００４１】
（１）  本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置１は、
金属ベース本体２１、該金属ベース本体２１の上面に実装されたパワー半導体１５、および、金属ベース本体２１の下面に設けられた冷却フィン１９を有するパワーモジュール３と、
前記パワーモジュール３の下側に配置され、前記冷却フィン１９を収容すると共に冷却水３０が貯留可能な収容部２７を有する水路カバー５と、
前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の間に挟持されたＯ−リング７と、を備えている。
【００４２】
前記金属ベース本体２１および水路カバー５は、それぞれの周縁部同士４３，３１が前記Ｏ−リング７を介して互いに近接して所定の間隙Ｇをもった状態で、前記Ｏ−リング７よりも外周側に配置したボルト１３（締結具）によってそれぞれの周縁部同士４３，３１が結合される。
【００４３】
前記水路カバー５の周縁部３１を外周側に向けて延ばして延設部３７を形成し、該延設部３７の先端を屈曲させて上方に延ばして縦壁部３９を形成し、
前記Ｏ−リング７と前記ボルト１３との間における水路カバー５の所定部位に水路カバー５を厚さ方向に貫通する空気抜き孔５１を形成し、該空気抜き孔５１は、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇに連通している。
【００４４】
前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位と、水路カバー５の延設部３７および縦壁部３９と前記金属ベース本体２１の周縁部４３とで画成される部位と、から形成される空間部５７に冷却水封止材９を充填させている。
【００４５】
これにより、金属ベース本体２１の周縁部４３と水路カバー５の周縁部３１との間のＯ−リング７から冷却水３０が漏れた場合に、この漏れた冷却水３０が冷却水封止材９によって封じ込められる。従って、筐体の内部にまで冷却水３０が浸入することを効果的に抑制することができる。
【００４６】
（２）前記冷却水３０は、着色されており、前記空気抜き孔５１を、透明な封止栓１１で封鎖している。
【００４７】
従って、透明な封止栓１１から光６１を空気抜き孔５１に当てれば、Ｏ−リング７から冷却水３０が漏れているか否かを容易に視認することができる。
【００４８】
（３）前記空気抜き孔５１は、複数設けられている。
【００４９】
従って、水路カバー５０における複数の箇所においてＯ−リング７から冷却水３０が漏れているか否かを容易に視認することができる。即ち、所定の空気抜き孔５１では漏れていない場合でも、他の空気抜き孔５１で漏れていることが視認することができるため、冷却水３０の漏れを広い範囲で確実に検出することができる。
【００５０】
（４）本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置における冷却水封止材の充填方法は、
前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位と、水路カバー５の延設部３７および縦壁部３９と前記金属ベース本体２１の周縁部４３とで画成される部位と、から形成される空間部５７に、流動状態の冷却水封止材９を流入させるステップと、
前記冷却水封止材９を前記空間部５７に流入させる際に、該空間部５７に連通している前記空気抜き孔５１から空気６０が外方に排出されるステップと、
前記冷却水封止材９が固化することにより前記空間部５７が冷却水封止材９で充填されるステップと、
前記空気抜き孔５１を封止栓１１で封鎖するステップと、
を有する。
【００５１】
このように、流動状態の冷却水封止材９を前記空間部５７に流入させる際に、該空間部５７に連通している前記空気抜き孔５１から空気６０が外方に排出される。従って、空間部５７への冷却水封止材９の充填を効率的に行うことができる。
【００５２】
（５）本発明の実施形態に係る半導体パワーモジュール装置における冷却水の漏れの検査方法は、
前記透明な封止栓１１に光６１を照射することにより、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位における前記着色した冷却水３０の有無を視認するステップと、
前記Ｏ−リング７よりも外周側の間隙Ｇに前記着色した冷却水３０があると視認した場合には、前記Ｏ−リング７よりも外周側に冷却水３０が漏れていると判断するステップと、
を有する。
【００５３】
従って、前記金属ベース本体２１および水路カバー５の周縁部同士４３，３１の前記間隙Ｇのうち前記Ｏ−リング７よりも外周側の部位に冷却水３０が漏れているか否かを容易に視認することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１  半導体パワーモジュール装置
３  パワーモジュール
５  水路カバー
７  Ｏ−リング
９  冷却水封止材
１１  封止栓
１３  ボルト（締結具）
１５  パワー半導体
１９  冷却フィン
２１  金属ベース本体    
２７  収容部
３０  冷却水
３１  周縁部
３７  延設部
３９  縦壁部
４３  周縁部
５１  空気抜き孔
５７  空間部
【図１】
2014239177.tif 000003
【図２】
2014239177.tif 000004
【図３】
2014239177.tif 000005
【図４】
2014239177.tif 000006
【図５】
2014239177.tif 000007