(57)【要約】【課題】半導体素子の接合部分の温度変化の変化幅を低減することにより、当該接合部分の寿命を向上させるパワーモジュール用冷却装置を提供する。【解決手段】冷却液用通路２３内に開閉可能に設けられ、開いたときには冷却液用通路２３を冷却液８が流れ、閉じたときには冷却液８の流れが止まるように構成された複数のドア２９を備えている。筐体７にパワーモジュール１５を当接した状態で配設し、冷却液８の冷却液用通路２３への流入を止めたときに、複数のドア２９を閉じて、隣接するドア２９，２９の間に収容された冷却液８を封止するように構成している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（５８）を実装した基板（５６）を有するパワーモジュール（１５）を、ポンプの駆動力で流通させる冷却液（８）によって冷却するパワーモジュール用冷却装置（１）であって、
前記冷却液が流通可能な冷却液用通路（２３）が内方に設けられた筐体（７）と、
前記冷却液用通路内に開閉可能に設けられ、開いたときには冷却液用通路を冷却液が流れ、閉じたときには冷却液の流れが止まるように構成された複数のドア（２９）と、を備え、
前記筐体にパワーモジュールを当接した状態で配設し、
前記冷却液の冷却液用通路への流入を止めたときに、前記複数のドアを閉じて、隣接するドアの間に収容された冷却液を封止するように構成したことを特徴とするパワーモジュール用冷却装置。
【請求項２】
前記ドア（２９）は、付勢手段によって閉方向に付勢されており、
前記ドアに対して冷却液の流れによる液圧が掛かったときには前記付勢手段に抗してドアが開き、液圧が掛からないときには付勢手段によってドアが閉じるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール用冷却装置。
【請求項３】
前記ドア（２９）を磁性体から形成し、前記筐体におけるドアの近傍に電磁石（７１）を配設し、該電磁石に電流を流して発生した電磁力で前記ドアを引きつけることによりドアを開くように構成したことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール用冷却装置。
【請求項４】
前記複数のドア（２９）における隣接するドア同士の間に対応する位置に前記パワーモジュール（１５）が配置されており、
パワーモジュールの通常使用時にはドアを開状態に保持する一方、通常使用時よりもパワーモジュールの発熱量が高くなったときは、ドアを途中段階まで閉じるように構成したことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール用冷却装置。
【請求項５】
前記複数のドア（２９）のそれぞれは、断熱材から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパワーモジュール用冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール用冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーモジュール用冷却装置としては、下記特許文献１に記載されたものが公知である。このパワーモジュール用冷却装置は、半導体素子を冷却液で冷却する冷却体と、内部を冷却液が流通する配管と、該配管内に冷却液を送る駆動力を有するポンプと、配管の冷却液を冷却する熱交換器と、を備えている。前記配管は、ポンプから冷却体を介して熱交換器を配索されたのち、ポンプに戻るような閉回路に構成されている。また、配管には、熱交換器を通らないバイパス配管が分岐して設けられている。
【０００３】
前述の構成を有するパワーモジュール用冷却装置においては、車両走行時には、熱交換器を冷却液が流通して半導体素子が冷却される一方、車両停止時には、冷却液が熱交換器を通らずにバイパス配管を通ることにより半導体素子を過度に冷却しないように設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６８１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１に開示されるパワーモジュール用冷却装置においては、車両を停止して車両全体の電源をＯＦＦにした場合、冷却体を通る配管内の冷却液が自然対流によって配管内を移動し、半導体素子の近傍に低温の冷却液が集まることによって半導体素子を過度に冷却することがある。
【０００６】
ここで、半導体素子は基板にはんだ付け等で接合されているため、当該接合部分が高温になったり低温になったりというように温度変化を繰り返すと、熱による膨張と収縮を繰り返すので、接合部分の寿命が短くなるという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、半導体素子の接合部分の温度変化の変化幅を低減することにより、当該接合部分の寿命を向上させるパワーモジュール用冷却装置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】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明に係るパワーモジュール用冷却装置の第１の態様においては、半導体素子を実装した基板を有するパワーモジュールを、ポンプの駆動力で流通させる冷却液によって冷却するパワーモジュール用冷却装置であって、前記冷却液が流通可能な冷却液用通路が内方に設けられた筐体と、前記冷却液用通路内に開閉可能に設けられ、開いたときには冷却液用通路を冷却液が流れ、閉じたときには冷却液の流れが止まるように構成された複数のドアと、を備え、前記筐体にパワーモジュールを当接した状態で配設し、前記冷却液の冷却液用通路への流入を止めたときに、前記複数のドアを閉じて、隣接するドアの間に収容された冷却液を封止するように構成した。
【０００９】
本発明に係るパワーモジュール用冷却装置の第２の態様においては、前記ドアは、付勢手段によって閉方向に付勢されており、前記ドアに対して冷却液の流れによる液圧が掛かったときには前記付勢手段に抗してドアが開き、液圧が掛からないときには付勢手段によってドアが閉じるように構成した。
【００１０】
本発明に係るパワーモジュール用冷却装置の第３の態様においては、前記ドアを磁性体から形成し、前記筐体におけるドアの近傍に電磁石を配設し、該電磁石に電流を流して発生した電磁力で前記ドアを引きつけることによりドアを開くように構成した。
【００１１】
本発明に係るパワーモジュール用冷却装置の第４の態様においては、前記複数のドアにおける隣接するドア同士の間に対応する位置に前記パワーモジュールが配置されており、パワーモジュールの通常使用時にはドアを開状態に保持する一方、通常使用時よりもパワーモジュールの発熱量が高くなったときは、ドアを途中段階まで閉じるように構成した。
【００１２】
本発明に係るパワーモジュール用冷却装置の第５の態様においては、前記複数のドアのそれぞれは、断熱材から形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
【００１４】
第１の態様に係るパワーモジュール用冷却装置では、冷却液の冷却液用通路への流入を止めたときに、隣接するドアの間に収容された冷却液が封止されるため、この封止された冷却液が自然対流によって移動することが抑制される。つまり、自然対流による温度低下が減少する分だけ、封止された冷却液はゆっくりと冷却される。
【００１５】
一方、ドアを開いた状態にしておくと、冷却液用通路への流入を止めた場合でも、冷却液の自然対流が発生して液温の高い部位から低い部位に向けて冷却液が移動する。よって、自然対流によって液温が過度に低下する可能性がある。
【００１６】
ここで、パワーモジュールは、半導体素子を実装した基板を有すると共に筐体に当接されている。このため、パワーモジュール用冷却装置全体の電源をＯＦＦにして稼働を止めたときなどに、パワーモジュールが急激に冷えることが抑制される。よって、パワーモジュールにおける半導体素子の接合部分の温度変化が抑制され、当該接合部分の耐久性が向上する。
【００１７】
また、第２の態様に係るパワーモジュール用冷却装置によれば、ドアは、付勢手段によって閉方向に付勢されている。従って、簡単かつ安価な構造で、冷却液の冷却液用通路への流入を止めたときにドアを閉じる構成を達成することができる。
【００１８】
さらに、第３の態様に係るパワーモジュール用冷却装置によれば、ドアを電磁石で開くように設定したため、電流の大きさを変えることで微妙な開き角度を正確に調整することができる。
【００１９】
さらに、第４の態様に係るパワーモジュール用冷却装置によれば、ドアを途中段階まで閉じると、当該ドアの近傍における冷却液が流れる断面積が他の部分の断面積よりも小さくなる。従って、途中段階まで閉じたドアの近傍における冷却液の流速は、他の部位よりも大きくなるため、冷却効果も高くなる。従って、高温になったパワーモジュールを効率的に冷却することができる。
【００２０】
さらに、第５の態様に係るパワーモジュール用冷却装置によれば、このように、隣接するドア同士の間に封止された冷却液とドアの外方に位置する冷却液との間にドアが介在するため、それぞれの冷却液同士の熱交換が抑制される。よって、封止された冷却液は、更にゆっくりと冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るパワーモジュール用冷却装置の全体を示す斜視図である。
【図２】図１のパワーモジュール用冷却装置を斜め上方から見た斜視図である。
【図３】図２の分解斜視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線による断面図であり、全てのドアが完全に閉じた状態を示している。
【図５】図４のＢ部を拡大した断面図である。
【図６】図１のＡ−Ａ線による断面図であり、全てのドアが完全に開いた状態を示している。
【図７】図１のＡ−Ａ線による断面図であり、６つのドアのうち冷却液の流れ方向における中央部に配置された２つのドアが途中段階まで開いた状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一例としての実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下においては、便宜的に、冷却液の流れ方向の上流側に向かう方向を前側ＦＲ、下流側に向かう方向を後側ＲＲとする。
【００２３】
図１〜４に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール用冷却装置１は、図外のポンプから延びる配管３に接続された前側ジョイント５と、該前側ジョイント５に接続されて扁平状に形成された筐体７と、該筐体７における後側ＲＲ（冷却液８の流れ方向の後流側）の端部に接続された後側ジョイント９と、を備えている。なお、筐体７の上壁１１（図４参照）の上面１３には、パワーモジュール１５が当該上面１３に当接した状態で配設されている。
【００２４】
前記前側ジョイント５には、前側に突出する円筒状の接続管１７が設けられ、この接続管１７は、ポンプに接続された配管３に嵌合される。
【００２５】
前記筐体７は、上側に配置された上壁１１と、該上壁１１の下方に配置された下壁１９と、これらの上壁１１および下壁１９の左右両端同士を上下方向に結ぶ側壁２１と、から筒状に構成されている。即ち、これらの上壁１１、下壁１９および側壁２１によって、筐体７の内方に前後方向に延在する冷却液用通路２３が画成されている。また、筐体７の前端および後端は、シール材２５を介して前側ジョイント５および後側ジョイント９に嵌合されている。なお、図２，３に示すように、筐体７の前端に冷却液８の流入口２７が形成されており、該流入口２７から冷却液用通路２３の内部に冷却液８が入り込む。
【００２６】
さらに、図３〜５に示すように、筐体７の下壁１９の上面１９ａ（内面）には、平板状に形成された金属製のドア２９が開閉可能に配設されている。具体的には、本実施形態に係るドア２９は、下端部２９ａが軸支されることにより、下端部２９ａを中心として上下方向に回動可能に構成されている。なお、ドア２９は、前方から後方にかけて所定間隔をおいて複数配設されており、それぞれのドア２９は、前側から第１のドア３１、第２のドア３３、第３のドア３５、第４のドア３７、第５のドア３９、および、第６のドア４１になっている。これらのドアは、下端部の軸支部分に設けた図外のスプリングを介して上方に向けて付勢されている。よって、通常状態では、図４に示すように、スプリングの付勢力によってドア２９が開いてドア２９の上端２９ｂが筐体７の上壁１１の下面１４（内面）に当接するため、冷却液用通路２３が封止される。そして、筐体７の下壁１９の下面には、前記ドア２９の下方に対応する下壁１９の部位に電磁石７１が複数（本実施形態では、６つ）配設されている。従って、電磁石７１に電流を流して電磁力を発生させると、図６に示すように、磁性体である金属製のドア２９がスプリングの付勢力に抗して下方に向けて引き付けられて回動し、ドア２９が開くように構成されている。
【００２７】
一方、前記パワーモジュール１５は、本実施形態では、前後方向に沿って合計３つ配設されている。具体的には、パワーモジュール１５は、最も前側に配置された第１のパワーモジュール５１、前後方向中間に配置された第２のパワーモジュール５３、および、最も後側に配置された第３のパワーモジュール５５からなる。各々のパワーモジュール１５は、筐体７の上壁１１に当接した状態で上壁１１にはんだ接合された基板５６と、該基板５６の上にはんだ接合された回路層５７と、該回路層５７の上にはんだ接合された半導体素子５８と、から構成されている。
【００２８】
また、第１のパワーモジュール５１には、第１の半導体素子６１および第２の半導体素子６３が実装されている。第２のパワーモジュール５３には、第３の半導体素子６５および第４の半導体素子６７が実装されている。第３のパワーモジュール５５には、第５の半導体素子６９および第６の半導体素子７０が実装されている。
【００２９】
ここで、図４から明らかなように、それぞれの半導体素子５８の下方には、ドア２９および電磁石７１が一つずつ配置されている。例えば、第１のパワーモジュール５１に実装された第１の半導体素子６１の下方には第１のドア３１が回動可能に配設され、これらの第１の半導体素子６１および第１のドア３１の下方には、第１の電磁石７３が配置されている。また、第１のパワーモジュール５１に実装された第２の半導体素子６３の下方には第２のドア３３が回動可能に配設され、これらの第２の半導体素子６３および第２のドア３３の下方には、第２の電磁石７５が配置されている。そして、第１のパワーモジュール５１の下方に配置される冷却液用通路２３において、前記第１のドア３１と第２のドア３３との間は、両ドア３１，３３が閉じたときに閉空間７６となる。また、第２の電磁石７５の後方には、それぞれ、第３の電磁石７７、第４の電磁石７９、第５の電磁石８１、および、第６の電磁石８３が配設されている。
【００３０】
次いで、ドア２９の開き度合いに応じた冷却液用通路２３中の冷却液８の流れを説明する。
【００３１】
図４に示すように、全ての電磁石７１に電流を流さない場合は、電磁石７１からの電磁力が発生しないため、全てのドア２９はスプリングの付勢力によって完全に閉じる。従って、冷却液用通路２３については、それぞれのパワーモジュール１５の下方に、ドア２９が閉じることによる閉空間７６が画成される。よって、この閉空間７６内に冷却液８が封止される。
【００３２】
図５に示すように、電磁石７１に電流を流す場合は、電磁石７１からの電磁力が発生し、ドア２９を下方に引きつける。ここで、ドア２９はスプリングの付勢力によって閉じようとするが、当該付勢力よりも前記電磁力が大きくなるように設定している。従って、電磁石７１に電流を流すと、ドア２９が開くため、冷却液用通路２３を冷却液８が流れる。
【００３３】
図７に示すように、図６の場合よりもやや小さい電流を第３および第４の電磁石７７，７９に流す場合は、電磁石７７，７９による電磁力とスプリングによる付勢力とがつりあう。このため、第３および第４のドア３５，３７は、高さ方向の中央近傍まで開いた状態で保持される。よって、第２のパワーモジュール５３の下方部位においては、第３および第４のドア３５，３７の上端と筐体７の上壁１１との間の部分しか冷却液８が流れないため、冷却液８が流通する断面積は、他の完全に開いたドア２９の部位の流通断面積よりも小さくなる。従って、第３および第４のドア３５，３７の近傍を流れる冷却液８の流速は、他のドア２９の近傍を流れる冷却液８の流速よりも大きくなる。なお、図６，７における矢印の長さは、冷却液８の流速の大きさにほぼ比例するように示している。
【００３４】
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
【００３５】
（１）本実施形態に係るパワーモジュール用冷却装置１は、半導体素子５８を実装した基板５６を有するパワーモジュール１５を、ポンプの駆動力で流通させる冷却液８によって冷却する。そして、前記冷却液８が流通可能な冷却液用通路２３が内方に設けられた筐体７と、前記冷却液用通路２３内に開閉可能に設けられ、開いたときには冷却液用通路２３を冷却液８が流れ、閉じたときには冷却液８の流れが止まるように構成された複数のドア２９と、を備えている。前記筐体７にパワーモジュール１５を当接した状態で配設し、前記冷却液８の冷却液用通路２３への流入を止めたときに、前記複数のドア２９を閉じて、隣接するドア２９，２９の間に収容された冷却液８を封止するように構成している。
【００３６】
従って、冷却液８の冷却液用通路２３への流入を止めたときに、図４に示すように、隣接するドア２９，２９の間に収容された冷却液８が封止されため、この封止された冷却液８が自然対流によって移動することが抑制される。つまり、自然対流による温度低下が減少する分だけ、封止された冷却液８はゆっくりと冷却される。
【００３７】
一方、ドア２９を開いた状態にしておくと、冷却液用通路２３への流入を止めた場合でも、冷却液８の自然対流が発生して液温の高い部位から低い部位に向けて冷却液８が移動する。よって、自然対流によって液温が過度に低下する可能性がある。
【００３８】
ここで、パワーモジュールは、半導体素子を実装した基板を有すると共に筐体７に当接されている。このため、パワーモジュール用冷却装置１全体の電源をＯＦＦにして稼働を止めたときなどに、パワーモジュールが急激に冷えることが抑制される。よって、パワーモジュールにおける半導体素子の接合部分の温度変化が抑制され、当該接合部分の耐久性が向上する。
【００３９】
（２）前記ドア２９は、スプリング（付勢手段）によって閉方向に付勢されており、前記ドア２９に対して冷却液８の流れによる液圧が掛かったときにはスプリングに抗してドアが開き、液圧が掛からないときにはスプリングによってドア２９が閉じるように構成している。
【００４０】
ドア２９は、スプリングによって閉方向に付勢されている。従って、簡単かつ安価な構造で、冷却液８の冷却液用通路２３への流入を止めたときにドア２９を閉じる構成を達成することができる。
【００４１】
（３）前記ドア２９を磁性体から形成し、前記筐体７におけるドア２９の近傍に電磁石７１を配設し、該電磁石７１に電流を流して発生した電磁力で前記ドア２９を引きつけることによりドア２９を開くように構成している。
【００４２】
このように、ドア２９を電磁石で開くように設定したため、電流の大きさを変えることで微妙な開き角度を正確に調整することができる。
【００４３】
（４）前記複数のドア２９における隣接するドア同士２９，２９の間に対応する位置に前記パワーモジュール１５が配置されており、パワーモジュール１５の通常使用時にはドア２９を開状態に保持する一方、通常使用時よりもパワーモジュール１５の発熱量が高くなったときは、ドア２９を途中段階まで閉じるように構成している。
【００４４】
図７に示すように、第３のドア３５および第４のドア３７を途中段階まで閉じると、当該ドア３５，３７の近傍における冷却液８が流れる断面積が他の部分の断面積よりも小さくなる。従って、途中段階まで閉じたドア３５，３７の近傍における冷却液８の流速は、他の部位よりも大きくなるため、冷却効果も高くなる。従って、高温になったパワーモジュール１５を効率的に冷却することができる。
【００４５】
（５）前記複数のドア２９のそれぞれは、断熱材から形成されている。
【００４６】
このように、隣接するドア同士の間に封止された冷却液８とドア２９の外方に位置する冷却液８との間にドア２９が介在するため、それぞれの冷却液８同士の熱交換が抑制される。よって、封止された冷却液８は、更にゆっくりと冷却される。
【００４７】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨に基づいて、種々の変形および変更が可能である。
【００４８】
例えば、ドア２９の材質を断熱材としてもよい。断熱材にすることによって、図４のようにドア２９を閉じた場合に、一対のドア同士の間の閉空間７６に封じ込められた冷却液８と、閉空間７６の外側の冷却液８と、の熱交換が抑制される。このため、閉空間７６の上方に配置されたパワーモジュールの温度低下が更に緩和される。
【符号の説明】
【００４９】
１  パワーモジュール用冷却装置
７  筐体
８  冷却液
１５  パワーモジュール
２３  冷却液用通路
２９  ドア
５６  基板
５８  半導体素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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