(57)【要約】【課題】冷却媒体の漏れを抑制してパワー半導体モジュールの導電部への冷却媒体の接触を抑制する。 【解決手段】互いに締結固定されるパワー半導体モジュール１の金属ベース３と冷却カバー１９との間に、周囲がシール部材２３でシールされる冷却媒体流路２５が形成される。バスバー３７，３９が一体成形される樹脂モールド体２９は、冷却カバー１９に締結固定されて、樹脂モールド体２９と冷却カバー１９との間に空間３５が形成される。パワー半導体モジュール１の複数の信号入力端子３３は、樹脂モールド体２９の内側薄肉部２９ｂを貫通して上部に突出している。信号入力端子３３の周囲を含む内側薄肉部２９ｂ上及び、バスバー３７，３９の上面３７ｂ１，３９ｂ１上に、エポキシ樹脂による樹脂封止部４５を形成して、空間３５を密閉する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュール（１）の金属ベース（３）の放熱面側に設けられ、冷却媒体が収容される冷却媒体収容部（２５）と、
前記冷却媒体収容部（２５）を、前記金属ベース（３）との間に形成する冷却カバー（１９）と、
前記冷却カバー（１９）と前記金属ベース（３）とを締結具（２１）により締結固定する際に、前記冷却カバー（１９）と前記金属ベース（３）との間に介装されるシール部材（２３）と、
前記半導体モジュール（１）の端子（７，９，１１，１３，１５）に接続されるバスバー（３７，３９）と一体成形され、前記半導体モジュール（１）を覆うようにして前記冷却カバー（１９）に取り付けられる樹脂モールド体（２９）と、
前記樹脂モールド体（２９）と前記冷却カバー（１９）との間の前記半導体モジュール（１）が収容される空間（３５）と、
前記半導体モジュール（１）の前記端子（７，９，１１，１３，１５）側に設けられ、前記樹脂モールド体（２９）の前記空間（３５）と反対の外側を樹脂で密閉する樹脂封止部（４５）と、を有することを特徴とする半導体モジュールの冷却装置。
【請求項２】
前記半導体モジュール（１）が収容される前記空間（３５）は、大気圧を超える圧力に加圧されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの冷却装置。
【請求項３】
前記半導体モジュール（１）が収容される前記空間（３５）内に設けられた圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出する前記空間（３５）内の圧力が規定値を超えたときに、警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュールの冷却装置。
【請求項４】
前記半導体モジュール（１）が収容される前記空間（３５）内に設けられた圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出する前記空間（３５）の圧力が規定値を下回ったときに、警報を出力する警報出力手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュールの冷却装置。
【請求項５】
前記半導体モジュール（１）の前記金属ベース（３）と反対側に突出するピン状の端子（３３）が、前記樹脂モールド体（２９）の貫通孔（２９ｂ１）を貫通し、樹脂封止部（４５）は、前記ピン状の端子（３３）の周囲の前記貫通孔（２９ｂ１）に対応する部位を密閉していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体モジュールの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にパワー半導体素子を備える半導体モジュールの冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、半導体モジュール、特にパワー半導体モジュールにおける金属ベースの放熱側に冷却水路を形成することで、パワー半導体モジュールの冷却を行っている（下記特許文献１参照）。上記した冷却水路は、金属ベースの下面に水路カバーをボルトにより締結固定することで形成され、その際、ボルト締結部の内側に、冷却水路をシールするためのシール部材を介装している。
【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、上記した従来の半導体モジュールの冷却装置では、冷却水路内の冷却水がシール部材を超えて漏れたときに、ボルト締結部を通って外部に流出し、半導体モジュールの導電部に接触する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、冷却媒体の漏れを抑制して半導体モジュールの導電部への冷却媒体の接触を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、半導体モジュールの金属ベースの放熱面側に設けられ、冷却媒体が収容される冷却媒体収容部と、前記冷却媒体収容部を、前記金属ベースとの間に形成する冷却カバーと、前記冷却カバーと前記金属ベースとを締結具により締結固定する際に、前記冷却カバーと前記金属ベースとの間に介装されるシール部材と、前記半導体モジュールの端子に接続されるバスバーと一体成形され、前記半導体モジュールを覆うようにして前記冷却カバーに取り付けられる樹脂モールド体と、前記樹脂モールド体と前記冷却カバーとの間の前記半導体モジュールが収容される空間と、前記半導体モジュールの前記端子側に設けられ、前記樹脂モールド体の前記空間と反対の外側を樹脂で密閉する樹脂封止部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、樹脂モールド体と冷却カバーとの間の半導体モジュールが収容される空間は、樹脂封止部を設けることによって一定の圧力が保持されるので、冷却媒体収容部内の冷却媒体はシール部材を通して空間側に漏れにくくなり、冷却媒体の半導体モジュールにおける導電部への接触を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係わるパワー半導体モジュールの冷却装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の冷却装置に使用されるパワー半導体モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係わる半導体モジュールとしてのパワー半導体モジュールの冷却装置を示す断面図である。図２に斜視図で示すパワー半導体モジュール１は、金属板で構成される金属ベース３上に、図示しないパワー半導体素子を内蔵するモジュール本体５を備えている。モジュール本体５は一方の側部上面に電源（Ｐ）端子７、グランド（Ｎ）端子９が３組設けられ、これらのＰ，Ｎ端子７，９に対応して反対側の側部上面にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子１１，１３，１５が設けられている。
【００１１】
金属ベース３のモジュール本体５と反対側の放熱面となる下面にはピン状の冷却フィン１７を複数備えている。この冷却フィン１７を覆うように金属ベース３の下方には冷却カバー１９を配置し、冷却カバー１９の内側締結面１９ａと金属ベース３とは、締結具としての金属ベース取付ボルト２１によって締結固定する。金属ベース取付ボルト２１による締結部の内側の金属ベース３の下面と冷却カバー１９の内側締結面１９ａとの間には、Ｏリングなどからなるシール部材２３を全周にわたり設けている。
【００１２】
金属ベース取付ボルト２１は、金属ベース３のボルト挿入孔３ａに挿入される。ボルト挿入孔３ａは、金属ベース３の四隅の４箇所に設けてあり、図２に示すように、モジュール本体５の側部を切り欠いた切欠部５ａによって外部に露出している。
【００１３】
冷却カバー１９の冷却フィン１７に対応する位置には、内側締結面１９ａに対して凹部１９ｂが形成されており、冷却カバー１９と金属ベース３とを締結固定することで、これら相互間の凹部１９ｂを含む領域に冷却媒体収容部としての冷却媒体流路２５が形成される。冷却媒体流路２５には、冷却液として例えば冷却水が収容され、該冷却水は、上記したシール部材２３によって漏れを抑制している。また、上記した冷却水が金属ベース３を介してパワー半導体素子から受ける熱は、外部の図示しない放熱器で放熱され、放熱されて温度低下した冷却水は、再度冷却媒体流路２５に戻されてパワー半導体素子の冷却に供される。
【００１４】
冷却カバー１９は、金属ベース３よりも外周側が全周にわたり外側に突出していて金属ベース３よりも大きく、その外周側の外側締結面１９ｃに平板形状のガスケット２７を介して樹脂モールド体２９が、樹脂モールド体取付ボルト３１によって締結固定されている。外側締結面１９ｃと内側締結面１９ａとの間には段差が形成されていて、外側締結面１９ｃは内側締結面１９ａよりも上方の樹脂モールド体２９側に突出している。
【００１５】
樹脂モールド体２９は、樹脂モールド体取付ボルト３１が設けられた厚肉の外側厚肉部２９ａと、外側厚肉部２９ａに対してその内側上部に位置して厚さが薄い内側薄肉部２９ｂとを備えている。内側薄肉部２９ｂは、モジュール本体５の上部を覆うように形成され、複数のピン状の端子である信号入力端子３３が挿入される貫通孔２９ｂ１を備えている。信号入力端子３３は、ゲート信号などの入力端子であり、貫通孔２９ｂ１に挿入されて内側薄肉部２９ｂから上方に突出している。そして、この樹脂モールド体２９と冷却カバー１９との間に、パワー半導体モジュール１が収容される空間３５が形成される。
【００１６】
上記した樹脂モールド体２９は、モジュール本体５のＰ，Ｎ端子７，９に接続されるバスバー３７及び、モジュール本体５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各端子１１，１３，１５に接続されるバスバー３９を一体成形している。
【００１７】
Ｐ，Ｎ端子７，９側のバスバー３７は、外側厚肉部２９ａの上面から上方に突出して外部に露出する外側接続部３７ａを有し、外側接続部３７ａに図示しない外部端子が接続される。バスバー３７は、外側接続部３７ａよりも薄肉の内側接続部３７ｂが、外側接続部３７ａの下部から内側に向けて突出している。内側接続部３７ｂの先端は、図２に示すＰ，Ｎ端子７，９に上にそれぞれ載置されて、シール付ボルト４１により締結固定される。この内側接続部３７ｂの先端側は、外側厚肉部２９ａの内側端部の上部から内方に向けて突出している凸部２９ｃの先端から、モジュール本体５の上面に向けて突出している。
【００１８】
同様にして、端子１１，１３，１５側のバスバー３９は、外側厚肉部２９ａの上面から上方に突出して外部に露出する外側接続部３９ａを有し、外側接続部３９ａに図示しない外部端子が接続される。バスバー３９は、外側接続部３９ａよりも薄肉の内側接続部３９ｂが、外側接続部３９ａの下部から内側に向けて突出している。内側接続部３９ｂの先端は、図２に示す各端子１１，１３，１５に上にそれぞれ載置されて、シール付ボルト４３により締結固定される。この内側接続部３９ｂの先端側は、外側厚肉部２９ａの内側端部の上部から内方に向けて突出している前記した凸部２９ｃの先端から、モジュール本体５の上面に向けて突出している。
【００１９】
上記した樹脂モールド体２９の凸部２９ｃは、外側厚肉部２９ａの全周にわたり形成されており、外側厚肉部２９ａと内側薄肉部２９ｂとの間に位置している。凸部２９ｃは内側薄肉部２９ｂよりも厚肉で、かつ、凸部２９ｃの上面２９ｃ１に対して内側薄肉部２９ｂの上面２９ｂ２が図１中で下方に位置し、これら上面２９ｃ１，上面２９ｂ２相互間で段差が形成されている。したがって、樹脂モールド体２９は、凸部２９ｃに周囲を囲まれた位置にある内側薄肉部２９ｂ上に凹部２９ｄが形成されることになる。この際、内側薄肉部２９ｂの上面２９ｂ２と、バスバー３７，３９の内側接続部３７ｂ，３９ｂの上面３７ｂ１，３９ｂ１とはほぼ同一面となっている。
【００２０】
そして、上記した樹脂モールド体２９の凹部２９ｄ、つまり樹脂モールド体２９における内側薄肉部２９ｂの空間３５と反対の外側に、樹脂封止部４５を設け、この樹脂封止部４５によって前記した空間３５を密閉封止する。樹脂封止部４５は、溶融状態のエポキシ樹脂を凹部２９ｄ内に流し込んで固化させたもので、内側薄肉部２９ｂの上面２９ｂ２及び、バスバー３７，３９の上面３７ｂ１，３９ｂ１に接触している。
【００２１】
また、樹脂封止部４５は、バスバー３７，３９を固定するシール付ボルト４１，４３の周囲を囲むように形成されてシール付ボルト４１，４３の周囲を密閉している。さらに、この樹脂封止部４５は、内側薄肉部２９ｂの貫通孔２９ｂ１から突出する信号入力端子３３の周囲を囲むように形成され、これにより貫通孔２９ｂ１と該貫通孔２９ｂ１に挿入される信号入力端子３３との隙間を密閉している。
【００２２】
このように構成されたパワー半導体モジュールの冷却装置は、パワー半導体モジュール１を冷却カバー１９に金属ベース３を介して金属ベース取付ボルト２１により締結固定することで、シール部材２３により周囲をシールされた冷却媒体流路２５が形成される。さらに、バスバー３７，３９が一体成形されている樹脂モールド体２９を、パワー半導体モジュール１を覆うようにして冷却カバー１９上に載置して樹脂モールド体取付ボルト３１により締結固定する。このとき、ガスケット２７を設けることで、樹脂モールド体２９と冷却カバー１９との間を密閉する。また、信号入力端子３３は、内側薄肉部２９ｂの貫通孔２９ｂ１に挿入されて上方に突出した状態となる。
【００２３】
そして、樹脂封止部４５を、樹脂モールド体２９の内側薄肉部２９ｂの上面２９ｂ２及び、バスバー３７，３９の上面３７ｂ１，３９ｂ１にそれぞれ接触するようにして、樹脂モールド体２９の凹部２９ｄ内に形成する。これにより、冷却カバー１９と樹脂モールド体２９との間に形成される空間３５が密閉されて一定の圧力（例えば大気圧）下に確保される。
【００２４】
したがって、本実施形態では、上記したように空間３５内が一定の圧力下に確保されているので、冷却媒体流路２５内の冷却水がシール部材２３を超えて漏れにくくなり、例え漏れたとしても、空間３５内の一定圧力によってそれ以上の漏れが抑制される。このような冷却水の漏れに関しては、空間３５内の圧力と冷却媒体流路２５内の圧力（水圧）とのバランスによって左右される。このため、冷却媒体流路２５内の圧力を一定以上高くならないようにする一方、空間３５内の圧力を、後述するように加圧によって大気圧よりも高くすることで漏れ対策に有効となる。
【００２５】
このようなパワー半導体モジュール１を備える冷却装置は、特に、図１のように、パワー半導体モジュール１の金属ベース３に対し、冷却媒体流路２５が下方側に位置し、モジュール本体５が上方側に位置する状態で使用する場合に有効である。このように、冷却媒体流路２５が下方側に位置し、モジュール本体５が上方側に位置する状態とすることで、シール部材２３を超えて空間３５側に漏れた冷却水は、空間３５内の水位の上昇が抑えられて上部の導電部、特にＰ，Ｎ端子７，９への接触を回避でき、製品の信頼性が向上する。
【００２６】
また、空間３５は、内部の圧力を大気圧としてもよいが、大気圧を超える圧力に加圧した状態で、樹脂封止部４５により封止してもよい。この場合には、冷却媒体流路２５内の冷却水のシール部材２３を超えての漏れをより確実に抑えることができる。
【００２７】
また、空間３５内に圧力検出手段としての圧力センサ４７を設置し、該圧力センサ４７の検出値が規定値を超えて上昇したときに、警報出力手段としての警報出力部４９から警報を出力するようにすることもできる。この場合、冷却媒体流路２５内の冷却水がシール部材２３を超えて空間３５内に漏れると、空間３５内の圧力がその分上昇するので、その圧力上昇を圧力センサ４７が検知して警報を出力する。
【００２８】
また、空間３５内を、大気圧を超える圧力に加圧した場合に、空間３５内に設けてある圧力センサ４７の検出値が規定値を下回って下降したときに、警報出力手段としての警報出力部４９から警報を出力するようにすることもできる。この場合、空間３５内をあらかじめ加圧していた圧力が低下したことを、圧力センサ４７が検知して警報を出力する。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワー半導体モジュール（半導体モジュール）
３  金属ベース
７  電源（Ｐ）端子（半導体モジュールの端子）
９  グランド（Ｎ）端子（半導体モジュールの端子）
１１  Ｕ相端子（半導体モジュールの端子）
１３  Ｖ相端子（半導体モジュールの端子）
１５  Ｗ相端子（半導体モジュールの端子）
１９  冷却カバー
２１  金属ベース取付ボルト（締結具）
２３  シール部材
２５  冷却媒体流路（冷却媒体収容部）  
２９  樹脂モールド体
２９ｂ１  樹脂モールド体の貫通孔
３３  信号入力端子（ピン状の端子）
３５  樹脂モールド体と冷却カバーとの間の空間
３７，３９  バスバー
４５  樹脂封止部
４７  圧力センサ（圧力検出手段）
４９  警報出力部（警報出力手段）
【図１】
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【図２】
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