JP2015159159A - 半導体液冷モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】早期に効率よく冷却液の液漏れを検知することができる半導体液冷モジュールを提供する。
【解決手段】冷却液１３を収容する冷却液用通路５が設けられた筐体３の周縁部に溝部１５を設け、溝部１５に嵌合されるゴムシール１７に位置決め用突設部２１を設けている。筐体３の溝部１５の外周側には、外周方向に向けて開放される切欠き部５５が溝部１５に連通して形成されている。切欠き部５５に、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１と液漏れ検知センサーの検知部６９，７１とを設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体液冷モジュールに係り、特に、冷却液の漏れを検知する液漏れ検知センサーを設けた半導体液冷モジュールに関する。

従来から、ハイブリッド車や電気自動車等の車両に搭載される半導体液冷モジュールの開発が進められている（例えば、特許文献１等参照）。

この特許文献１の図１０に記載された半導体液冷モジュールにおいては、半導体チップを冷却水路の冷却液で冷却する。具体的には、冷却液が冷却水路から外部に漏れないようにシールするために、径寸法が異なる大小２つのＯリング（ゴムシール）を設けると共に、これらのＯリングとハウジングとによって気密空間を画成し、該気密空間内の上部に漏水センサーを配置している。

特開平４−１９６３４７号公報

前述した特許文献１に開示される半導体液冷モジュールにおいては、冷却液がＯリングを越えて気密空間内に浸入し、一定以上の液面高さまで達して漏水センサーに接触したときに、冷却液の液漏れを検知する。従って、冷却液の液漏れを検知するまでに所定量以上の冷却液の漏れが必要になり、迅速な漏れ検知が困難であった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、早期に効率よく冷却液の液漏れを検知することができる半導体液冷モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る半導体液冷モジュールの第１の態様においては、半導体素子を実装した基板を冷却する冷却液を収容する冷却液用通路が設けられた筐体と、前記筐体における冷却液用通路の周囲に沿って環状に形成された溝部と、前記溝部に嵌合されて、冷却液用通路の冷却液が外方に漏れることを防止する環状のゴムシールと、このゴムシールの外周側に配置され、ゴムシールを越えて冷却液が外方に漏水したことを検知する液漏れ検知センサーと、を備えた半導体液冷モジュールであって、前記ゴムシールの側部には、外周側に向けて突出する位置決め用突設部が設けられ、前記筐体の溝部の外周側には、外周方向に向けて開放される切欠き部が前記溝部に連通して形成され、前記切欠き部に、ゴムシールの位置決め用突設部と該位置決め用突設部の下側に位置する液漏れ検知センサーの検知部とを設けている。

本発明に係る半導体液冷モジュールの第２の態様においては、前記筐体の切欠き部における底面を、前記溝部の底面の高さ以下に配置している。

本発明に係る半導体液冷モジュールの第３の態様においては、前記筐体の切欠き部を１箇所のみ設けている。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。

すなわち、第１の態様に係る半導体液冷モジュールでは、筐体の切欠き部に、ゴムシールの位置決め用突設部と液漏れ検知センサーの検知部とを設けた。従って、ゴムシールを越えて冷却液が外方に漏れると、液漏れ検知センサーの検知部に冷却液が接触することによって液漏れを検知することができる。このように、ゴムシールの位置決め用突設部の下側に液漏れ検知センサーを配置することで、早期に効率よく冷却液の液漏れを検知することができる。

また、ゴムシールの位置決め用突設部を嵌合する切欠き部に、液漏れ検知センサーの検知部を配置するため、液漏れ検知センサーを設置する部位を新たに設ける必要がない。このように、既存の切欠き部を有効活用するので、コスト低減を図ることができる。

また、第２の態様に係る半導体液冷モジュールによれば、ゴムシールを越えて冷却液が外方に漏れると、冷却液が溝部の底面から切欠き部の底面までスムーズに流れ、液漏れ検知センサーの検知部に冷却液が接触しやすくなる。従って、早期、確実、かつ効率よく冷却液の液漏れを検知することができる。

さらに、第３の態様に係る半導体液冷モジュールによれば、ゴムシールを越えて外方に漏れる冷却液が、１箇所の切欠き部に集中する。従って、漏水する冷却液の量が少ない場合でも、確実、かつ効率よく冷却液の液漏れを検知することができる。

本発明の実施形態に係る半導体液冷モジュールの全体を示す断面図である。 図１の要部を拡大した分解斜視図である。 図２の切欠き部に液漏れ検知センサーの検知部を配置した状態を示す斜視図である。 図３に示す液漏れ検知センサーの検知部の上に、ゴムシールの位置決め用突設部を配設した状態を示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ線による断面図である。 図４のＢ−Ｂ線による断面図である。

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。

図１，２に示すように、本実施形態に係る半導体液冷モジュール１は、下側に配置した筐体３と、該筐体３の上に配設した放熱板７と、該放熱板７の上に配設したパワーモジュール９と、該パワーモジュール９の上に配設したモジュールドライブ基板１１と、を備える。

前記筐体３における面方向（横方向）の中央部には、平面視が矩形状に形成され、下方に凹む冷却液用通路５が形成され、該冷却液用通路５内を冷却液１３が流通する。また、冷却液用通路５の外周には、平面視が矩形状の溝部１５が環状に形成されている。即ち、溝部１５は、冷却液用通路５の外周縁に沿って形成されており、溝部１５には、環状のゴムシール１７が嵌合されている。なお、溝部１５の周辺の構成については、詳細に後述する。

このゴムシール１７は、長尺状で円柱状に形成されたゴムシール本体１９と、該ゴムシール本体１９における外周側の側部に一体形成され、外周側に突出する位置決め用突設部２１と、を有する。この位置決め用突設部２１は、直方体状に形成されている。なお、前記ゴムシール１７は、前記溝部１５と同様に、平面視で矩形状に形成されている。このため、溝部１５に嵌合する際の周方向の嵌合位置を一定位置にすることが好ましく、よって、位置決め用突設部２１を設けている。

また、前記放熱板７は、平板状の放熱板本体２３と、該放熱板本体２３の下面から下方に向けて延びる複数のフィン２５と、が一体に形成されてなる。放熱板本体２３の周縁部は、ボルト２７とナット２９を介して筐体３に結合されている。なお、冷却液用通路５には、冷却液１３が流れており、放熱板７のフィン２５が冷却液１３内に浸水されている。

前記放熱板７の上には、パワーモジュール９が配設される。このパワーモジュール９においては、基板３１の上に半導体素子３３が実装されており、基板３１の下面は、前記放熱板本体２３の上面に当接した状態で放熱板７に固定されている。また、これらの半導体素子３３および基板３１は、パワーモジュールケース３５の内方に収容されている。なお、パワーモジュール９は、上方に延在する複数のピン３７を介してモジュールドライブ基板１１に電気的に接続されている。なお、前記放熱板７のフィン２５が冷却液１３で冷却されることによって、放熱板本体２３および基板３１を介して半導体素子３３が冷却される。

前記モジュールドライブ基板１１においては、パワーモジュール９を駆動させるための電子部品３９を基板４１に実装している。また、モジュールドライブ基板１１には、後述する液漏れ検知センサーの一例であるフレキシブルプリント基板４３（ＦＰＣ）の上端が接続されたフレキシブルプリント基板用コネクタ４５が配設されている。

次いで、図２〜図７を用いて、筐体３における溝部１５の近傍の構造を説明する。

前述したように、冷却液用通路５の外周には、平面視が矩形状の溝部１５が環状に形成されている。この溝部１５は、全周に亘って断面がＵ字状の凹溝に形成されている。具体的には、図５に詳細に示すように、溝部１５は、底面４７と、該底面４７における内側端４７ａから上方に屈曲して延びる内側壁４９と、底面４７における外側端４７ｂから上方に屈曲して延びる外側壁５１と、からＵ字状に画成されている。この外側壁５１は、溝部１５の外周側に配置されて周方向に沿って延在する凸部５３の内周面となっている。

ここで、図２，６に示すように、凸部５３における周方向に沿った所定部位には、溝部１５に連通する切欠き部５５が１箇所のみ形成されている。この切欠き部５５は、溝部１５から外周方向に向けて開放されている。切欠き部５５は、底面５７と、該底面５７における一対の周方向端から屈曲して上方に延びる一対の側面５９，６１と、からＵ字状に画成されている。そして、切欠き部５５の底面５７は、溝部１５の底面４７と同じ高さに形成されている。即ち、切欠き部５５の底面５７と溝部１５の底面４７とは、面一状に形成されている。なお、切欠き部５５の底面５７は、凸部５３の外周側の一般面６３よりも一段高く形成されている。また、切欠き部５５の底面５７には、係合ピン６５が上方に向けて突出して設けられている。

そして、フレキシブルプリント基板（液漏れ検知センサー）４３の下部は、側面視でＬ字状に屈曲しており、水平方向に延在する端部６７には、フレキシブルプリント基板４３の幅方向に離間して配置された一対の検知部６９，７１が設けられている。前記検知部６９，７１は、フレキシブルプリント基板４３の長手方向に沿って延在する細長い形状をしている。これら一対の検知部６９，７１の上に冷却液１３等の液体が存在すると、一対の検知部間の抵抗値が変化するため、冷却液１３の液漏れを検出することができる。なお、フレキシブルプリント基板４３の端部６７には貫通孔７３が形成されており、この貫通孔７３には、前記切欠き部５５の底面５７に設けた係合ピン６５が挿入可能に構成されている。

次いで、前記切欠き部５５に、フレキシブルプリント基板４３の端部６７およびゴムシール１７の位置決め用突設部２１を配置する構成を説明する。

まず、図２，３に示すように、筐体３の切欠き部５５に、フレキシブルプリント基板４３の端部６７を嵌合する。具体的には、切欠き部５５の底面５７に設けた係合ピン６５に、フレキシブルプリント基板４３の端部６７の貫通孔７３を通してフレキシブルプリント基板４３を保持する。ここで、フレキシブルプリント基板４３の端部６７の幅寸法は、切欠き部５５の幅寸法とほぼ同じであるため、フレキシブルプリント基板４３の端部６７は安定して保持される。

次に、筐体３の切欠き部５５に、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１を嵌合する。具体的には、図２，４に示すように、位置決め用突設部２１の幅寸法は、切欠き部５５の幅寸法とほぼ同じであるため、位置決め用突設部２１を切欠き部５５に嵌合しつつ、ゴムシール本体１９を溝部１５に嵌合することにより、ゴムシール１７を筐体３に装着する。

この状態では、図５に示すように、筐体３の凸部５３の上端５３ａと放熱板７の下面との間には、多少の隙間Ｇが形成される。即ち、ゴムシール本体１９の直径の方が、溝部１５の深さよりも大きいため、ゴムシール本体１９の上端は、凸部５３の上端５３ａよりも上側に配置されると共に、放熱板７の下面に当接する。これにより、冷却液用通路５内の冷却液１３は、ゴムシール１７よりも内周側に封止される。

一方、図６に示すように、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１の部分では、切欠き部５５の底面５７の上に、フレキシブルプリント基板４３の端部６７が載置され、フレキシブルプリント基板４３の端部６７の上に、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１が配置される。そして、フレキシブルプリント基板４３の端部６７の先端は、位置決め用突設部２１の根本部２１ａに近接して配置される。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）筐体３の切欠き部５５に、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１と液漏れ検知センサー４３の検知部６９，７１とを設けた。従って、ゴムシール１７を越えて冷却液が外方に漏れると、フレキシブルプリント基板４３の検知部６９，７１に冷却液が接触することによって液漏れを検知することができる。このように、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１の下側にフレキシブルプリント基板４３を配置することで、早期に効率よく冷却液１３の液漏れを検知することができる。

また、ゴムシール１７の位置決め用突設部２１を嵌合する切欠き部５５に、フレキシブルプリント基板４３の検知部６９，７１を配置するため、フレキシブルプリント基板４３を設置する部位を新たに設ける必要がない。このように、既存の切欠き部５５を有効活用するので、コスト低減を図ることができる。

（２）筐体３の切欠き部５５における底面５７を、溝部の底面４７の高さと同一に設定している。これによれば、ゴムシール１７を越えて冷却液１３が外方に漏れると、冷却液１３が溝部１５の底面４７から切欠き部５５の底面５７までスムーズに流れる。よって、フレキシブルプリント基板４３の検知部６９，７１に冷却液１３が接触しやすくなり、早期、確実、かつ効率よく冷却液１３の液漏れを検知することができる。

（３）筐体３の切欠き部５５は、１箇所のみ設けているため、ゴムシール１７を越えて外方に漏れる冷却液１３が、１箇所の切欠き部５５に集中する。従って、漏水する冷却液１３の量が少ない場合でも、確実、かつ効率よく冷却液１３の液漏れを検知することができる。

（４）フレキシブルプリント基板４３の端部６７に検知部６９，７１を配設し、この端部６７の先端は、位置決め用突設部２１の根本部２１ａに近接して配置されている。従って、ゴムシール１７から漏れた冷却液１３がフレキシブルプリント基板４３の検知部６９，７１に早期に到達するため、さらに効率よく冷却液１３の液漏れを検知することができる。

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。

例えば、本実施形態では、筐体３の切欠き部５５における底面５７の高さを、溝部の底面４７の高さと同一に設定した。しかし、切欠き部５５における底面５７の高さを、溝部の底面４７の高さよりも低く設定してもよい。これによれば、ゴムシール１７を越えて漏れた冷却液１３が、溝部１５の底面４７から切欠き部５５の底面５７までさらにスムーズに流れる。

１ 半導体液冷モジュール
３ 筐体
５ 冷却液用通路
１３ 冷却液
１５ 溝部
１７ ゴムシール
２１ 位置決め用突設部
３１ 基板
３３ 半導体素子
４３ フレキシブルプリント基板（液漏れ検知センサー）
４７ 底面
５５ 切欠き部
５７ 底面
６９，７１ 検知部

Claims (3)

1. 半導体素子（３３）を実装した基板（３１）を冷却する冷却液（１３）を収容する冷却液用通路（５）が設けられた筐体（３）と、
   前記筐体における冷却液用通路の周囲に沿って環状に形成された溝部（１５）と、
   前記溝部に嵌合されて、冷却液用通路の冷却液が外方に漏れることを防止する環状のゴムシール（１７）と、
   このゴムシールの外周側に配置され、ゴムシールを越えて冷却液が外方に漏水したことを検知する液漏れ検知センサー（４３）と、を備えた半導体液冷モジュール（１）であって、
   前記ゴムシールの側部には、外周側に向けて突出する位置決め用突設部（２１）が設けられ、
   前記筐体の溝部の外周側には、外周方向に向けて開放される切欠き部（５５）が前記溝部に連通して形成され、
   前記切欠き部に、ゴムシールの位置決め用突設部と該位置決め用突設部の下側に位置する液漏れ検知センサーの検知部（６９，７１）とを設けたことを特徴とする半導体液冷モジュール。
2. 前記筐体の切欠き部における底面（５７）を、前記溝部の底面（４７）の高さ以下に配置したことを特徴とする請求項１に記載の半導体液冷モジュール。
3. 前記筐体の切欠き部は、１箇所のみ設けることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体液冷モジュール。

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