JP2001057407A - Assembled heat sinks - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体電力変換
器に用いられる電力用半導体素子を高電圧化させるため
に、その素子を直列接続したときのヒートシンク配置装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat sink arrangement device in which power semiconductor devices used in a semiconductor power converter are connected in series in order to increase the voltage of the power semiconductor devices.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体電力変換器に用いられる電力用半
導体素子の耐圧には限界がある。近年、この耐圧をさら
に高めた高電圧・大容量の半導体電力変換器の需要が高
まりつつある。このような高電圧・大容量の半導体電力
変換器を実現する一手段として、電力用半導体素子を複
数個直列に接続して１個のスイッチとして取り扱う手段
がある。2. Description of the Related Art The withstand voltage of a power semiconductor element used in a semiconductor power converter has a limit. In recent years, demand for a high-voltage, large-capacity semiconductor power converter with a further increased withstand voltage has been increasing. As one means for realizing such a high-voltage / large-capacity semiconductor power converter, there is a means for connecting a plurality of power semiconductor elements in series and treating them as one switch.
【０００３】電力用半導体素子は、大きくモジュール形
と圧接形に分けられる。モジュール形電力用半導体素子
では、べ一ス板と主端子の間の絶縁耐圧が定義されてお
り、この絶縁耐圧を越える電圧が印加されないようにす
る必要がある。電力用半導体素子を用いる際には、放熱
用にヒートシンクを配置するのが普通である。ヒートシ
ンクは、通常、金属製で導電性があるため、直列接続す
る複数個のモジュール形素子を１個のヒートシンク上に
配置する場合、直列数が多いときは絶縁耐圧を超える電
圧がかかるおそれがある。[0003] Power semiconductor devices are roughly classified into a module type and a pressure contact type. In the module-type power semiconductor device, the withstand voltage between the base plate and the main terminal is defined, and it is necessary to prevent a voltage exceeding the withstand voltage from being applied. When using a power semiconductor element, it is common to arrange a heat sink for heat dissipation. Since the heat sink is usually made of metal and conductive, when a plurality of module-type elements connected in series are arranged on one heat sink, a voltage exceeding the withstand voltage may be applied when the number of series is large. .
【０００４】このため、１個のヒートシンク上に配置で
きるモジュール形電力半導体素子の個数には限界があ
り、それ以上を直列接続する場合にはヒートシンクを分
離し、ヒートシンク間で絶縁を確保する必要がある。な
お、圧接形電力用半導体素子の場合は構造上そのような
問題は発生しない。For this reason, there is a limit to the number of module-type power semiconductor elements that can be arranged on one heat sink. When more than one module-type power semiconductor element is connected in series, it is necessary to separate the heat sink and ensure insulation between the heat sinks. is there. In the case of a press-contact type power semiconductor device, such a problem does not occur due to its structure.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のようにモジュー
ル形電力用半導体素子を直列接続する場合、その半導体
素子に取り付けられるヒートシンクを分離する必要があ
るため、ヒートシンク配置の関係から半導体電力変換器
全体の装置が大型化しやすくなるという問題がある。When the module-type power semiconductor elements are connected in series as described above, it is necessary to separate the heat sink attached to the semiconductor elements. There is a problem that the apparatus tends to be large.
【０００６】また、圧接形電力用半導体素子に比較して
主回路の配線長が長くなりやすいため、主回路のインダ
クタンスが大きくなって、結果的に必要なスナバコンデ
ンサの容量が大きくなるという問題がある。スナバコン
デンサの容量が大きくなるとスナバ損失が増大し、変換
効率が低下する問題も発生する。Further, since the wiring length of the main circuit is likely to be longer than that of the pressure-contact type power semiconductor element, the inductance of the main circuit is increased, and as a result, the required capacity of the snubber capacitor is increased. is there. When the capacitance of the snubber capacitor increases, the snubber loss increases, and a problem that conversion efficiency lowers also occurs.
【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁して、小
型化および主回路インダクタンスの低下を図るようにし
たヒートシンク配置装置を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a heat sink arranging apparatus in which the heat sinks are insulated with a high dielectric constant insulator to reduce the size and reduce the main circuit inductance. As an issue.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、モジュール形半導体素
子を複数個直列接続して使用するものにおいて、各半導
体素子をそれぞれのヒートシンクに配置し、各ヒートシ
ンクを各半導体素子の一方の主端子に電気的に接続し、
各ヒートシンク間に絶縁体を設けてヒートシンクを電気
的に分離し、各半導体素子のエミッタ電極間に等価コン
デンサを形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to use a plurality of module type semiconductor elements connected in series. And each heat sink is electrically connected to one main terminal of each semiconductor element,
An insulator is provided between the heat sinks to electrically separate the heat sinks, so that an equivalent capacitor is formed between the emitter electrodes of the semiconductor elements.
【０００９】第２発明は、前記等価コンデンサが形成さ
れない側のヒートシンクに金属板を設置し、この金属板
とヒートシンクの間に絶縁体を設けたことを特徴とする
ものである。The second invention is characterized in that a metal plate is provided on the heat sink on which the equivalent capacitor is not formed, and an insulator is provided between the metal plate and the heat sink.
【００１０】第３発明は、前記絶縁体は高誘電率かつ高
絶縁耐圧を有することを特徴とするものである。[0010] A third invention is characterized in that the insulator has a high dielectric constant and a high withstand voltage.
【００１１】第４発明は、前記各ヒートシンクを各半導
体素子の一方の主端子に電気的に接続する際に抵抗を介
して接続し、この抵抗にスナバ抵抗の機能を持たせたこ
とを特徴とするものである。A fourth aspect of the present invention is characterized in that each of the heat sinks is electrically connected to one of the main terminals of each of the semiconductor elements via a resistor, and this resistor has a snubber resistance function. Is what you do.
【００１２】第５発明は、前記ヒートシンク同士が対向
する面に波形部を形成し、この波形部を挟み込むように
構成し、両ヒートシンクの波形部間絶縁体を設けて、等
価コンデンサの容量を増加させたようにしたことを特徴
するものである。According to a fifth aspect of the present invention, a corrugated portion is formed on a surface facing the heat sinks, and the corrugated portion is sandwiched between the corrugated portions. It is characterized by having made it do.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はこの発明による実施の形態
を示すヒートシンクの配置装置の側面図で、この実施の
形態は、各ヒートシンクに１個づつのモジュール形電力
用半導体素子（以下電力用半導体素子と称す）を配置し
た例を示している。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of a heat sink arrangement apparatus showing an embodiment according to the present invention. In this embodiment, one module type power semiconductor element (hereinafter referred to as a power semiconductor element) is arranged on each heat sink. An example is shown.
【００１４】図１において、各ヒートシンク１１ａ〜１
１ｄには、各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのいずれ
かの主端子（図示省略）が電気的に接続されている。ま
た、べ一ス板（図示省略）と主端子の間には、べース−
エミッタ間の電圧以上の電圧が印加されないように構成
されている。なお、１３は主回路配線で、この主回路配
線１３は電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄに電気的に接
続されている。In FIG. 1, each of the heat sinks 11a to 11a
1d is electrically connected to one of the main terminals (not shown) of each of the power semiconductor elements 12a to 12d. In addition, a base is provided between the base plate (not shown) and the main terminal.
The configuration is such that a voltage higher than the voltage between the emitters is not applied. Reference numeral 13 denotes a main circuit wiring, and the main circuit wiring 13 is electrically connected to the power semiconductor elements 12a to 12d.
【００１５】各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ間には、そ
れぞれのヒートシンクを電気的に分離絶縁をするため
に、絶縁体１４ａ，１４ｂ，１４ｃが挟持されている。
なお、小型化および主回路インダクタンス低下のため
に、ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ間はできるだけ密着さ
せるように配置する。各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄ同
士は、その対向する面を平面に形成しておくと、ヒート
シンク間で後述するようなコンデンサが形成されるよう
になる。Insulators 14a, 14b, 14c are interposed between the heat sinks 11a to 11d to electrically separate and insulate the heat sinks.
The heat sinks 11a to 11d are arranged as closely as possible to reduce the size and lower the main circuit inductance. If the opposing surfaces of the heat sinks 11a to 11d are formed to be flat, a capacitor to be described later is formed between the heat sinks.
【００１６】このコンデンサは、図２の等価回路図に示
すように各電力用半導体素子１２ａ〜１２ｄのエミッタ
電極間に等価コンデンサＣ1〜Ｃ3として入る。この等価
コンデンサＣ1〜Ｃ3は、図示しないスナバコンデンサの
補助として働き、結果的にサージ電圧の低下及び必要な
スナバコンデンサ容量の低下を可能にする。ヒートシン
ク１１ａ〜１１ｄ間に挟む絶縁体１４ａ〜１４ｃとして
は高誘電率・高絶縁耐圧のものが好ましい。例えば、高
耐圧なフィルムコンデンサの誘電体として用いられるメ
タライズドポリエステルフィルムなどが好適である。[0016] The capacitor enters the equivalent capacitor C 1 -C 3 between the emitter electrode of the semiconductor element 12a~12d for each power as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. This equivalent capacitor C 1 -C 3 acts as an auxiliary of the snubber capacitor (not shown), consequently allowing a reduction in the degradation and required snubber capacitor capacitance of the surge voltage. The insulators 14a to 14c sandwiched between the heat sinks 11a to 11d are preferably those having a high dielectric constant and a high withstand voltage. For example, a metallized polyester film used as a dielectric of a high withstand voltage film capacitor is suitable.
【００１７】図２に示す等価回路図から明らかなよう
に、この実施の形態では、形成される等価コンデンサＣ
1〜Ｃ3の数は、電力用半導体素子の直列数から「１」を
引いた値となる。すなわち、最上段の電力用半導体素子
もしくは最下段の電力用半導体素子のみに等価コンデン
サが形成されない。As is clear from the equivalent circuit diagram shown in FIG. 2, in this embodiment, the equivalent capacitor C is formed.
1 The number of -C 3 is a value obtained by subtracting "1" from the number of series power semiconductor devices. That is, an equivalent capacitor is not formed only in the uppermost power semiconductor element or the lowermost power semiconductor element.
【００１８】この結果、スナバコンデンサの合成容量に
ばらつきが生じる。スナバコンデンサのばらつきは、直
列接続した電力用半導体素子の電圧分担を悪化させる原
因となるので、好ましくない。これを解決するために、
図３に示すように等価コンデンサが形成されない側のヒ
ートシンク（図３では図示最上段のヒートシンク）に金
属板１５を設置し、この金属板１５とヒートシンク１１
ａの間に絶縁体１４ｄを挟み込む。この金属板１５を直
列接続の末端の端子（図３では最上段の電力用半導体素
子１２ａのコレクタ）に接続することで全ての電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄに等価コンデンサＣ1〜Ｃ4が形
成されることになる。As a result, variations occur in the combined capacitance of the snubber capacitors. Variations in the snubber capacitors are not preferable because they cause deterioration in voltage sharing of the power semiconductor elements connected in series. To solve this,
As shown in FIG. 3, the metal plate 15 is installed on the heat sink on which the equivalent capacitor is not formed (the uppermost heat sink in FIG. 3).
The insulator 14d is interposed between a. The metal plate 15 a series connection terminal Terminal (Figure 3, top of the collector of the power semiconductor element 12a) equivalent capacitor C 1 -C 4 all of the power semiconductor element 12a~12d by connecting to the of form Will be done.
【００１９】形成される等価コンデンサＣ1〜Ｃ4は、電
気的に図示しないスナバ回路と同じ位置に接続されるの
で、コンデンサの容量やインダクタンスによってはスナ
バ抵抗を接続する必要がある。この場合、図４に示すよ
うに、各ヒートシンク１１ａ〜１１ｄには、各電力用半
導体素子１２ａ〜１２ｄの主端子の一方を接続する際に
抵抗Ｒ1〜Ｒ5を介して接続すればよい。Since the formed equivalent capacitors C 1 to C 4 are electrically connected to the same position as the snubber circuit (not shown), it is necessary to connect a snubber resistor depending on the capacitance and inductance of the capacitor. In this case, as shown in FIG. 4, each heat sink 11 a to 11 d, it may be connected through a resistor R 1 to R 5 when connecting the one main terminal of each power semiconductor element 12 a to 12 d.
【００２０】図５は形成される等価コンデンサ容量を大
きくするためのヒートシンク形状を示す側面図で、この
図５に示すようにヒートシンク２１ａ，２１ｂが対向す
る面に波形部２２ａ，２２ｂを持つヒートシンク２１
ａ，２１ｂを用い、両波形部２２ａ，２２ｂが対面する
空間に図に示すような波形形状の絶縁体２３を挿入する
ことで、コンデンサとして機能する面積が増大し、等価
コンデンサ容量の増加が可能となる。FIG. 5 is a side view showing the shape of a heat sink for increasing the capacitance of an equivalent capacitor to be formed. As shown in FIG. 5, the heat sink 21 has corrugated portions 22a and 22b on the surface facing the heat sinks 21a and 21b.
By using the a and 21b and inserting the insulator 23 having a waveform shape as shown in the space where the two waveform portions 22a and 22b face each other, the area functioning as a capacitor increases, and the equivalent capacitor capacity can be increased. Becomes
【００２１】上記実施の形態では１個のヒートシンクに
１個の電力用半導体素子を配置した場合について述べた
が、電力用半導体素子の耐圧の問題がない範囲では、１
個のヒートシンクに複数個の電力用半導体素子を配置す
るようにしてもよい。In the above embodiment, the case where one power semiconductor element is disposed on one heat sink has been described. However, as long as there is no problem with the withstand voltage of the power semiconductor element, one power semiconductor element is provided.
A plurality of power semiconductor elements may be arranged on one heat sink.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
ヒートシンク間を高誘電率絶縁体で絶縁することで、小
型化・主回路インダクタンスの低下が可能となり、ま
た、ヒートシンク間でコンデンサが形成されるため、ス
ナバコンデンサ容量の小型化が可能となり、しかも、主
回路損失が低下を図ることができる利点がある。As described above, according to the present invention,
By insulating the heat sinks with a high dielectric constant insulator, it is possible to reduce the size and reduce the main circuit inductance.Moreover, since a capacitor is formed between the heat sinks, the snubber capacitor capacity can be reduced, and There is an advantage that the main circuit loss can be reduced.
【図１】この発明の実施の形態を示す側面図。FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the present invention.
【図２】等価コンデンサが形成される状態を示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state in which an equivalent capacitor is formed.
【図３】ヒートシンクの一端に金属板を増設した場合の
構成説明図。FIG. 3 is a configuration explanatory view in the case where a metal plate is added to one end of a heat sink.
【図４】半導体素子の主端子とヒートシンクの間を抵抗
で接続した場合の構成説明図。FIG. 4 is a configuration explanatory view in the case where a main terminal of a semiconductor element and a heat sink are connected by a resistor.
【図５】等価コンデンサ容量を増大させるためのヒート
シンク形状を示す側面図。FIG. 5 is a side view showing the shape of a heat sink for increasing the equivalent capacitor capacitance.
１１ａ〜１１ｄ…ヒートシンク １２ａ〜１２ｄ…電力用半導体素子 １３…主回路配線 １４ａ〜１４ｄ…絶縁体 １５…金属板 Ｃ1〜Ｃ4…等価コンデンサ Ｒ1〜Ｒ5…抵抗11 a to 11 d ... heat sink 12 a to 12 d ... power semiconductor device 13 ... main circuit wiring 14a to 14d ... insulator 15 ... metal plate C 1 -C 4 ... equivalent capacitor R 1 to R 5 ... resistance
Claims (5)
続して使用するものにおいて、 各半導体素子をそれぞれのヒートシンクに配置し、各ヒ
ートシンクを各半導体素子の一方の主端子に電気的に接
続し、各ヒートシンク間に絶縁体を設けてヒートシンク
を電気的に分離して、各半導体素子のエミッタ電極間に
等価コンデンサを形成するようにしたことを特徴とする
ヒートシンク配置装置。1. A semiconductor device comprising a plurality of modular semiconductor elements connected in series, wherein each semiconductor element is arranged on a respective heat sink, and each heat sink is electrically connected to one main terminal of each semiconductor element. A heat sink arranging device, wherein an insulator is provided between each heat sink to electrically separate the heat sink to form an equivalent capacitor between emitter electrodes of each semiconductor element.
ヒートシンクに金属板を設置し、この金属板とヒートシ
ンクの間に絶縁体を設けたことを特徴とする請求項１記
載のヒートシンク配置装置。2. The heat sink disposing apparatus according to claim 1, wherein a metal plate is provided on the heat sink on which the equivalent capacitor is not formed, and an insulator is provided between the metal plate and the heat sink.
有することを特徴とする請求項１、２記載のヒートシン
ク配置装置。3. The heat sink disposing apparatus according to claim 1, wherein said insulator has a high dielectric constant and a high withstand voltage.
方の主端子に電気的に接続する際に抵抗を介して接続
し、この抵抗にスナバ抵抗の機能を持たせたことを特徴
とする請求項１〜３記載のヒートシンク配置装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the heat sinks is electrically connected to one main terminal of each of the semiconductor elements via a resistor, and the resistor has a snubber resistance function. The heat sink arrangement device according to any one of claims 1 to 3.
形部を形成し、この波形部を挟み込むように構成し、両
ヒートシンクの波形部間絶縁体を設けて、等価コンデン
サの容量を増加させたようにしたことを特徴する請求項
３、４記載のヒートシンク配置装置。5. A configuration in which a corrugated portion is formed on a surface of the heat sinks facing each other, the corrugated portion is sandwiched between the corrugated portions, and insulators between corrugated portions of both heat sinks are provided to increase the capacitance of the equivalent capacitor. The heat sink disposing device according to claim 3, wherein
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23209399A JP2001057407A (en) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | Assembled heat sinks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23209399A JP2001057407A (en) | 1999-08-19 | 1999-08-19 | Assembled heat sinks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001057407A true JP2001057407A (en) | 2001-02-27 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216730A (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Power semiconductor module |
| US10164519B2 (en) | 2013-10-04 | 2018-12-25 | Abb Schweiz Ag | Semiconductor stack for converter with snubber capacitors |
-
1999
- 1999-08-19 JP JP23209399A patent/JP2001057407A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006216730A (en) * | 2005-02-03 | 2006-08-17 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | Power semiconductor module |
| JP4581717B2 (en) * | 2005-02-03 | 2010-11-17 | 富士電機ホールディングス株式会社 | Power semiconductor module |
| US10164519B2 (en) | 2013-10-04 | 2018-12-25 | Abb Schweiz Ag | Semiconductor stack for converter with snubber capacitors |
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