JP5212088B2 - Semiconductor module cooling device - Google Patents

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Description

本発明は、サージ電圧を抑制でき、かつコンデンサを冷却しやすい半導体モジュール冷却装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor module cooling apparatus that can suppress a surge voltage and easily cool a capacitor.

従来から、ＩＧＢＴやフライホイールダイオード等の半導体素子を備える半導体モジュールが知られている。例えば下記特許文献１には、ＩＧＢＴとフライホイールダイオードを備え、さらにコンデンサをも封止した半導体モジュールが開示されている。
コンデンサを設けるのは、ノイズ低減のためである。すなわち、ＩＧＢＴをオンオフ制御するとリカバリサージが発生し、ノイズが生じる。上述のように半導体モジュール内にコンデンサを設けると、ＩＧＢＴのリカバリサージを抑制でき、ノイズを低減できるようになる。 2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor modules including semiconductor elements such as IGBTs and flywheel diodes are known. For example, Patent Document 1 below discloses a semiconductor module that includes an IGBT and a flywheel diode, and further encapsulates a capacitor.
The capacitor is provided to reduce noise. That is, when the IGBT is on / off controlled, a recovery surge is generated and noise is generated. If a capacitor is provided in the semiconductor module as described above, the recovery surge of the IGBT can be suppressed and noise can be reduced.

特開２００３−２８９１２９号公報JP 2003-289129 A

しかしながら従来の半導体モジュールは、ＩＧＢＴに大電流を流す場合に発熱量が大きくなるため、その熱によってコンデンサが破壊されるという問題がある。また、従来の半導体モジュールでは、リカバリサージを抑制することはできるが、正極端子と負極端子間にコンデンサが接続されていないため、配線のインダクタンスを十分に低減できない。そのため、スイッチングサージ電圧を十分に低減できない問題がある。   However, the conventional semiconductor module has a problem that the heat generation amount increases when a large current flows through the IGBT, and the capacitor is destroyed by the heat. Moreover, in the conventional semiconductor module, although the recovery surge can be suppressed, since the capacitor is not connected between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, the inductance of the wiring cannot be sufficiently reduced. Therefore, there is a problem that the switching surge voltage cannot be sufficiently reduced.

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コンデンサの冷却性能が高く、スイッチングサージ電圧を低減しやすい半導体モジュール冷却装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor module cooling device that has a high capacitor cooling performance and can easily reduce a switching surge voltage.

第１の発明は、半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを備える半導体モジュール冷却装置であって、
上記半導体モジュールは、直流電圧が印加される正極端子および負極端子と、
該正極端子に接続された金属製の正極側放熱板と、
上記負極端子に接続された金属製の負極側放熱板と、
上記正極側放熱板または上記負極側放熱板に電気的に接続された複数の半導体素子と、
上記正極側放熱板と上記負極側放熱板とに電気的に接続されたコンデンサと、
上記正極側放熱板と上記負極側放熱板と上記半導体素子と上記コンデンサとを封止する四辺形板状の封止部材と、
を備え、上記正極側放熱板と上記負極側放熱板とは、通電時に上記半導体素子から発生する熱を放熱し、
上記冷却管は、上記正極側放熱板と、上記負極側放熱板と、上記コンデンサとを冷却し、
上記半導体素子として、２個のＩＧＢＴ素子と２個のフライホイールダイオードとを備え、一方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子と他方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子とが電気的に接続され、上記フライホイールダイオードを、各々の上記ＩＧＢＴ素子に逆並列接続してあり、一方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子が上記正極側放熱板に電気的に接続し、他方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子が上記負極側放熱板に電気的に接続しており、
上記２個のＩＧＢＴ素子に対して１個の上記コンデンサを並列接続してあり、
上記封止部材の２つの主表面のうち一方の主表面から上記正極側放熱板と上記負極側放熱板と上記コンデンサとが露出し、上記コンデンサは上記正極側放熱板と上記負極側放熱板との間に位置し、
上記コンデンサは四辺形板状を呈しており、該コンデンサの厚さ方向は上記封止部材の厚さ方向に平行であることを特徴とする半導体モジュール冷却装置にある（請求項１）。 A first invention is a semiconductor module cooling device comprising a semiconductor module and a cooling pipe for cooling the semiconductor module,
The semiconductor module includes a positive terminal and a negative terminal to which a DC voltage is applied,
A metal positive-side heat sink connected to the positive terminal;
A metal negative-side heat sink connected to the negative terminal;
A plurality of semiconductor elements electrically connected to the positive side heat sink or the negative side heat sink;
A capacitor electrically connected to the positive side heat sink and the negative side heat sink;
A quadrilateral plate-shaped sealing member that seals the positive-side heat sink, the negative-side heat sink, the semiconductor element, and the capacitor;
The positive side heat sink and the negative side heat sink dissipate heat generated from the semiconductor element when energized,
The cooling pipe cools the positive-side heat sink, the negative-side heat sink, and the capacitor ,
The semiconductor element includes two IGBT elements and two flywheel diodes, and an emitter terminal of one of the IGBT elements and a collector terminal of the other IGBT element are electrically connected, and the flywheel diode Are connected in reverse parallel to each of the IGBT elements, the collector terminal of one of the IGBT elements is electrically connected to the positive side heat sink, and the emitter terminal of the other IGBT element is the negative side heat sink. Is electrically connected to
One capacitor is connected in parallel to the two IGBT elements,
The positive side heat sink, the negative side heat sink and the capacitor are exposed from one main surface of the two main surfaces of the sealing member, and the capacitor includes the positive side heat sink and the negative side heat sink. Located between
The capacitor has a quadrangular plate shape, and the thickness direction of the capacitor is parallel to the thickness direction of the sealing member . (Claim 1)

次に、第１の発明の作用効果につき説明する。
本発明では、半導体モジュールが正極側放熱板と負極側放熱板を備え、これらの放熱板に半導体素子およびコンデンサが接続されている。そして、冷却管によって正極側放熱板と、負極側放熱板と、コンデンサとを同時に冷却している。すなわち、半導体素子を冷却するための冷却管を使って、コンデンサも冷却するようにしている。これにより、半導体素子の発熱によってコンデンサが破壊されることを防止でき、サージ電圧に起因する配線インダクタンスを最小化することができる。 Next, the function and effect of the first invention will be described.
In the present invention, the semiconductor module includes a positive-side heat sink and a negative-side heat sink, and a semiconductor element and a capacitor are connected to the heat sink. And the positive electrode side heat sink, the negative electrode side heat sink, and the capacitor | condenser are cooled simultaneously with the cooling pipe. That is, the condenser is also cooled by using a cooling pipe for cooling the semiconductor element. Thereby, it is possible to prevent the capacitor from being destroyed by heat generation of the semiconductor element, and to minimize the wiring inductance caused by the surge voltage.

また、第２の発明は、ＩＧＢＴ素子と、該ＩＧＢＴ素子のエミッタ−コレクタ間に電気的に接続されたフライホイールダイオードとを有する半導体モジュールを備え、
該半導体モジュールは、一対に配置され、一方の半導体モジュールのエミッタ端子と他方の半導体モジュールのコレクタ端子とが接続されており、
上記一方の半導体モジュールのコレクタ端子と、上記他方の半導体モジュールのエミッタ端子との間にコンデンサが電気的に接続され、
上記一方の半導体モジュールと、上記他方の半導体モジュールと、上記コンデンサとを冷却する冷却管が設けられ、
上記一対の半導体モジュールおよび上記コンデンサと、上記冷却管とが複数個、積層されていることを特徴とする半導体モジュール冷却装置にある。 The second invention is a I GBT element, the emitter of the IGBT element - provided with a semiconductor module having electrically connected to flywheel diode between the collector,
The semiconductor modules are arranged in a pair, and the emitter terminal of one semiconductor module and the collector terminal of the other semiconductor module are connected,
A capacitor is electrically connected between the collector terminal of the one semiconductor module and the emitter terminal of the other semiconductor module,
A cooling pipe for cooling the one semiconductor module, the other semiconductor module, and the capacitor is provided;
And the pair of semiconductor modules and the capacitor, Ru near the semiconductor module cooling device, characterized in that the said cooling tube plurality are stacked.

次に、第２の発明の作用効果につき説明する。
本発明は、ＩＧＢＴ素子とフライホイールダイオードとを備える半導体モジュールを一対に備え、この半導体モジュールの直流端子（エミッタ、コレクタ）間にコンデンサが接続されている。また、これら半導体モジュールとコンデンサとが複数個、積層されている。そのため、例えば図１４に示すごとく、コンデンサを備えない半導体モジュール９５を複数個配置してインバータ９２を構成し、この複数個の半導体モジュール９５に対して１個のコンデンサ９４を設ける場合と比較して、正極端子、負極端子とコンデンサとを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、配線のインダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を低減できる。
また、冷却管を使って半導体モジュールとコンデンサとを同時に冷却している。そのため、コンデンサを効率よく冷却でき、半導体モジュールの発熱によってコンデンサが破壊されることを防止できる。 Next, the function and effect of the second invention will be described.
The present invention includes a pair of semiconductor modules each including an IGBT element and a flywheel diode, and a capacitor is connected between the DC terminals (emitter and collector) of the semiconductor module. A plurality of these semiconductor modules and capacitors are stacked. Therefore, for example, as shown in FIG. 14, a plurality of semiconductor modules 95 that do not include capacitors are arranged to constitute an inverter 92, and compared with the case where one capacitor 94 is provided for the plurality of semiconductor modules 95. In addition, the length of the wiring connecting the positive terminal, the negative terminal and the capacitor can be shortened. Thereby, the inductance of wiring can be made small and a switching surge voltage can be reduced.
In addition, the semiconductor module and the capacitor are simultaneously cooled using a cooling pipe. Therefore, the capacitor can be efficiently cooled, and the capacitor can be prevented from being destroyed by the heat generated by the semiconductor module.

以上のごとく、本発明によれば、コンデンサの冷却性能が高く、スイッチングサージ電圧を低減しやすい半導体モジュール冷却装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor module cooling device that has high capacitor cooling performance and can easily reduce the switching surge voltage.

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記コンデンサは、上記正極側放熱板と上記負極側放熱板との間に設けられている。
したがって、正極端子、負極端子とコンデンサとの接続距離を最も短くすることができる。そのため、配線インダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を小さくすることができる。 A preferred embodiment of the present invention described above will be described.
In the present invention (claim 1), the capacitor is that provided between the positive electrode side radiating plate and the negative electrode side radiating plate.
Therefore , the connection distance between the positive terminal, the negative terminal and the capacitor can be minimized. Therefore, the wiring inductance can be reduced and the switching surge voltage can be reduced.

また、上記半導体モジュールは上記半導体素子と、上記正極側放熱板および上記負極側放熱板と、上記コンデンサとを封止する四辺形板状の封止部材を備え、該封止部材の側面から上記正極端子および上記負極端子が突出するとともに、上記正極側放熱板と、上記負極側放熱板と、上記コンデンサとが上記封止部材の主表面から露出するよう構成されている。
したがって、封止部材の表面からコンデンサが露出しているため、該コンデンサを冷却管によって冷却しやすい。 The semiconductor module includes a quadrilateral plate-shaped sealing member that seals the semiconductor element, the positive-side heat radiating plate, the negative-electrode side heat radiating plate, and the capacitor, and the side surface of the sealing member with positive terminal and the negative electrode terminal are projected, and the positive electrode side radiating plate, the negative electrode side heat sink and the capacitor has been configured to expose the main surface of the sealing member.
Therefore , since the capacitor is exposed from the surface of the sealing member, the capacitor can be easily cooled by the cooling pipe.

また、上記半導体素子は、２個のＩＧＢＴ素子と２個のフライホイールダイオードからなり、一方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子と他方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子とが電気的に接続され、上記フライホイールダイオードは、各々の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ−コレクタ端子間に電気的に接続され、一方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子が上記正極側放熱板に接続され、他方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子が上記負極側放熱板に接続されている。
したがって、正極端子と負極端子間にコンデンサを接続することができる。そのため、全体の配線インダクタンスを小さくでき、これにより、スイッチングサージ電圧を低減することが可能となる。 The semiconductor element includes two IGBT elements and two flywheel diodes, and an emitter terminal of one of the IGBT elements and a collector terminal of the other IGBT element are electrically connected, and the flywheel The diode is electrically connected between the emitter and collector terminals of each of the IGBT elements, the collector terminal of one of the IGBT elements is connected to the positive-side heat dissipation plate, and the emitter terminal of the other IGBT element is connected to the negative electrode that is connected to the side radiator plate.
Therefore , a capacitor can be connected between the positive terminal and the negative terminal. As a result, the overall wiring inductance can be reduced, thereby making it possible to reduce the switching surge voltage.

また、上記半導体モジュールと上記冷却管とが交互に複数個積層され、複数個の上記半導体モジュールが接続されてインバータを構成していることが好ましい（請求項２）。
この場合には、例えば図１４に示すごとく、コンデンサが入っていない半導体モジュール９５を複数個設けてインバータを構成し、この複数個の半導体モジュール９５に対して１個のコンデンサ９４を並列接続した場合と比較して、半導体モジュールとコンデンサとの配線距離を短くできる。これにより配線インダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を小さくすることができる。 Further, the semiconductor module and the aforementioned cooling pipe are plural laminated alternately, it is preferable to form an inverter is connected to a plurality of the semiconductor module (claim 2).
In this case, for example, as shown in FIG. 14, an inverter is formed by providing a plurality of semiconductor modules 95 that do not contain capacitors, and one capacitor 94 is connected in parallel to the plurality of semiconductor modules 95. As compared with the above, the wiring distance between the semiconductor module and the capacitor can be shortened. As a result, the wiring inductance can be reduced, and the switching surge voltage can be reduced.

また、上記正極端子および上記負極端子は、上記半導体モジュールを挟持する一対の上記冷却管のうち一方の冷却管により冷却され、上記コンデンサは、上記正極端子および上記負極端子と、他方の上記冷却管とにより挟持されていてもよい。
このようにすると、コンデンサを冷却管によって直接、冷却することができる。また、正極端子および負極端子も冷却されているため、コンデンサは、これら正極端子および負極端子によっても冷却される。すなわち、上記構成により、コンデンサの一方の面を冷却管によって直接、冷却でき、他方の面を正極端子および負極端子を介して間接的に冷却することができる。これにより、高い冷却効果を奏することができる。 The positive terminal and the negative terminal are cooled by one of the pair of cooling pipes sandwiching the semiconductor module, and the capacitor includes the positive terminal, the negative terminal, and the other cooling pipe. And may be sandwiched between .
In this way, the condenser can be directly cooled by the cooling pipe. Further, since the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are also cooled, the capacitor is also cooled by the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. That is, according to the above configuration, one surface of the capacitor can be directly cooled by the cooling pipe, and the other surface can be indirectly cooled via the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. Thereby, a high cooling effect can be produced.

（実施例１）
本発明の実施例にかかる半導体モジュール冷却装置につき、図１〜図６を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の半導体モジュール冷却装置１は、半導体モジュール２と、該半導体モジュール２を冷却する冷却管７とを備える。
半導体モジュール２は、直流電圧が印加される正極端子４１および負極端子４２を備える。また、正極端子４１に接続された金属製の正極側放熱板５１と、負極端子４２に接続された金属製の負極側放熱板５２とを備える。さらに、正極側放熱板５１と負極側放熱板５２とに接続された半導体素子３（図３参照）と、半導体素子３に並列になるように、正極側放熱板５１と負極側放熱板５２とに電気的に接続されたコンデンサ６とを備える。そして、正極側放熱板５１と負極側放熱板５２とは、通電時に半導体素子３から発生する熱を放熱し、冷却管７は、正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２と、コンデンサ６とを冷却するよう構成されている。 Example 1
A semiconductor module cooling device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor module cooling device 1 of this example includes a semiconductor module 2 and a cooling pipe 7 that cools the semiconductor module 2.
The semiconductor module 2 includes a positive terminal 41 and a negative terminal 42 to which a DC voltage is applied. Further, a metal positive-side heat sink 51 connected to the positive terminal 41 and a metal negative-side heat sink 52 connected to the negative terminal 42 are provided. Further, the semiconductor element 3 (see FIG. 3) connected to the positive-side heat sink 51 and the negative-side heat sink 52, and the positive-side heat sink 51 and the negative-side heat sink 52 so as to be in parallel with the semiconductor element 3. And a capacitor 6 electrically connected to the capacitor. The positive-side heat radiating plate 51 and the negative-electrode-side heat radiating plate 52 radiate heat generated from the semiconductor element 3 when energized. And is configured to cool.

より詳しくは、本例の半導体モジュール冷却装置１は、冷却管７と、半導体モジュール２とが交互に複数個、積層されており、この複数個の半導体モジュール２が接続されてインバータ（図３参照）を構成している。   More specifically, in the semiconductor module cooling apparatus 1 of this example, a plurality of cooling pipes 7 and semiconductor modules 2 are alternately stacked, and the plurality of semiconductor modules 2 are connected to an inverter (see FIG. 3). ).

図１に示すごとく、冷却管７には冷媒７３の導入口７１と、導出口７２とが取り付けられている。また、冷却管７の間には接続部材７０が設けられている。これら全ての冷却管７に冷媒７３を流通させることにより、全ての半導体モジュール２を冷却するようになっている。   As shown in FIG. 1, the cooling pipe 7 is provided with an inlet 71 for the refrigerant 73 and an outlet 72. A connecting member 70 is provided between the cooling pipes 7. All the semiconductor modules 2 are cooled by allowing the refrigerant 73 to flow through all the cooling pipes 7.

図２に、半導体モジュール２の拡大斜視図を示す。半導体モジュール２は半導体素子３（図３参照）と、正極側放熱板５１および負極側放熱板５２と、コンデンサ６とを封止する四辺形板状の封止部材２０を備え、封止部材２０の側面から正極端子４１および負極端子４２が突出するとともに、正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２と、コンデンサ６とが封止部材２０の主表面から露出するよう構成されている。
また、本例の半導体モジュール２は、交流出力端子４３と、該交流出力端子４３に接続された交流側放熱板５３を備える。 FIG. 2 shows an enlarged perspective view of the semiconductor module 2. The semiconductor module 2 includes a quadrilateral plate-shaped sealing member 20 that seals the semiconductor element 3 (see FIG. 3), the positive-side radiator plate 51 and the negative-side radiator plate 52, and the capacitor 6. The positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 protrude from the side surfaces of the positive electrode side heat sink 51, the negative electrode side heat sink plate 52, and the capacitor 6 are exposed from the main surface of the sealing member 20.
Further, the semiconductor module 2 of this example includes an AC output terminal 43 and an AC-side heat dissipation plate 53 connected to the AC output terminal 43.

また、図２（Ａ）に示すごとく、コンデンサ６は、正極側放熱板５１と負極側放熱板５２との間に設けられている。   Further, as shown in FIG. 2A, the capacitor 6 is provided between the positive-side radiator plate 51 and the negative-side radiator plate 52.

図３に、半導体モジュール２および該半導体モジュール２により構成したインバータ８の回路図を示す。図示するごとく、半導体素子３は、２個のＩＧＢＴ素子３０と２個のフライホイールダイオード３１からなり、一方のＩＧＢＴ素子３０ａのエミッタ端子３３ａと他方のＩＧＢＴ素子３０ｂのコレクタ端子３２ｂとが接続され、フライホイールダイオード３１は、各々のＩＧＢＴ素子３０のエミッタ−コレクタ端子間に接続され、一方のＩＧＢＴ素子３０ａのコレクタ端子３２ａが正極側放熱板５１（図２参照）に接続され、他方のＩＧＢＴ素子３０ｂのエミッタ端子が負極側放熱板５２（図２参照）に接続されている。   FIG. 3 shows a circuit diagram of the semiconductor module 2 and the inverter 8 constituted by the semiconductor module 2. As illustrated, the semiconductor element 3 includes two IGBT elements 30 and two flywheel diodes 31, and an emitter terminal 33 a of one IGBT element 30 a and a collector terminal 32 b of the other IGBT element 30 b are connected. The flywheel diode 31 is connected between the emitter and collector terminals of each IGBT element 30, the collector terminal 32a of one IGBT element 30a is connected to the positive-side heat radiation plate 51 (see FIG. 2), and the other IGBT element 30b. Are connected to the negative-side heat radiating plate 52 (see FIG. 2).

また、これらＩＧＢＴ素子３０、フライホイールダイオード３１に並列になるように、コンデンサ６が設けられている。
さらに、一方のＩＧＢＴ素子３０ａのエミッタ端子３３ａと他方のＩＧＢＴ素子３０ｂのコレクタ端子３２ｂとが接続され、交流電圧を出力するようになっている。これらの端子は図２の交流出力端子４３および交流側放熱板５３に接続されている。 A capacitor 6 is provided so as to be in parallel with the IGBT element 30 and the flywheel diode 31.
Furthermore, the emitter terminal 33a of one IGBT element 30a and the collector terminal 32b of the other IGBT element 30b are connected to output an alternating voltage. These terminals are connected to the AC output terminal 43 and the AC side heat sink 53 of FIG.

また、図１、図３に示すごとく、本例では、半導体モジュール２と冷却管７とが交互に複数個積層され、複数個の半導体モジュール２が接続されてインバータ８を構成している。
このインバータ８は、例えば電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載して用いられる。車両には直流電源８３と、この直流電源８３の電圧を昇圧するコンバータ８２とが搭載されている。コンバータ８２により昇圧した電圧を、インバータ８の上記正極端子４１および負極端子４２に印加する。
また、交流出力端子４３は三相交流モータ８０，８１に接続されている。交流出力端子４３から出力される交流電力により、三相交流モータ８０，８１を駆動し、車両を走行させる。 As shown in FIGS. 1 and 3, in this example, a plurality of semiconductor modules 2 and cooling pipes 7 are alternately stacked, and a plurality of semiconductor modules 2 are connected to constitute an inverter 8.
The inverter 8 is used by being mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid car. The vehicle is equipped with a DC power supply 83 and a converter 82 that boosts the voltage of the DC power supply 83. The voltage boosted by the converter 82 is applied to the positive terminal 41 and the negative terminal 42 of the inverter 8.
The AC output terminal 43 is connected to the three-phase AC motors 80 and 81. The AC power output from the AC output terminal 43 drives the three-phase AC motors 80 and 81 to run the vehicle.

図２のａ−ａ断面図を図４に示し、図２のｂ−ｂ断面図を図５に示す。このように、半導体素子３（３０，３１）と、正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２と、交流側放熱板５３とが封止部材２０に封止されている。正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２と、交流側放熱板５３とは、封止部材２０の主表面２３から露出している。また、正極側放熱板５１と交流側放熱板５３との間に、ＩＧＢＴ素子３０ａおよびフライホイールダイオード３１ａが、はんだ２１により接続されている。さらに、負極側放熱板５２と交流側放熱板５３との間に、ＩＧＢＴ素子３０ｂおよびフライホイールダイオード３１ｂが接続されている。正極側放熱板５１と負極側放熱板５２とには、コンデンサ６が接続されている。   2 is a sectional view taken along the line aa in FIG. 2, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line bb in FIG. In this way, the semiconductor element 3 (30, 31), the positive-side heat radiating plate 51, the negative-electrode side heat radiating plate 52, and the AC-side heat radiating plate 53 are sealed by the sealing member 20. The positive side heat sink 51, the negative side heat sink 52, and the AC side heat sink 53 are exposed from the main surface 23 of the sealing member 20. Further, the IGBT element 30 a and the flywheel diode 31 a are connected by the solder 21 between the positive electrode side heat sink 51 and the AC side heat sink 53. Furthermore, the IGBT element 30 b and the flywheel diode 31 b are connected between the negative electrode side heat sink 52 and the AC side heat sink 53. A capacitor 6 is connected to the positive side heat sink 51 and the negative side heat sink 52.

なお、図４では、冷却管７とコンデンサ６との間に絶縁部材１０が介在しているが、図６に示すように、絶縁部材１０を介在させず、コンデンサ６と冷却管７とを直接、接触させてもよい。   In FIG. 4, the insulating member 10 is interposed between the cooling pipe 7 and the capacitor 6. However, as shown in FIG. 6, the insulating member 10 is not interposed and the capacitor 6 and the cooling pipe 7 are directly connected. , May be contacted.

次に、本例の半導体モジュール冷却装置１の作用効果について説明する。
本例の半導体モジュール冷却装置１は、図４に示すごとく、半導体モジュール２が正極側放熱板５１と負極側放熱板５２を備え、これらの放熱板５１，５２に半導体素子３およびコンデンサ６が接続されている。そして、図１に示すごとく、冷却管７によって正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２と、コンデンサ６とを同時に冷却している。すなわち、半導体素子３を冷却するための冷却管７を使って、コンデンサ６も冷却するようにしている。これにより、半導体素子３の発熱によってコンデンサ６が破壊されることを防止できる。 Next, the effect of the semiconductor module cooling device 1 of this example will be described.
In the semiconductor module cooling device 1 of this example, as shown in FIG. 4, the semiconductor module 2 includes a positive-side radiator plate 51 and a negative-side radiator plate 52, and the semiconductor element 3 and the capacitor 6 are connected to these radiator plates 51 and 52. Has been. As shown in FIG. 1, the positive side heat radiating plate 51, the negative side heat radiating plate 52, and the capacitor 6 are simultaneously cooled by the cooling pipe 7. That is, the condenser 6 is also cooled by using the cooling pipe 7 for cooling the semiconductor element 3. Thereby, it is possible to prevent the capacitor 6 from being destroyed by the heat generation of the semiconductor element 3.

また、図１、図２に示すごとく、コンデンサ６は、正極側放熱板５１と負極側放熱板５２との間に設けられている。
このようにすると、半導体素子３とコンデンサ６との接続距離を最も短くすることができる。そのため、配線インダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を小さくすることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the capacitor 6 is provided between the positive-side heat radiating plate 51 and the negative-side heat radiating plate 52.
In this way, the connection distance between the semiconductor element 3 and the capacitor 6 can be minimized. Therefore, the wiring inductance can be reduced and the switching surge voltage can be reduced.

また、図１、図２に示すごとく、本例では、コンデンサ６が封止部材２０の表面２３から露出している。
このようにすると、コンデンサ６を冷却管７によって冷却しやすくなる。そのため、半導体素子３からの発熱によりコンデンサ６が破壊される等の不具合を効果的に防止できる。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, in this example, the capacitor 6 is exposed from the surface 23 of the sealing member 20.
If it does in this way, it will become easy to cool the capacitor | condenser 6 with the cooling pipe 7. FIG. For this reason, it is possible to effectively prevent problems such as destruction of the capacitor 6 due to heat generated from the semiconductor element 3.

また、図３に示すごとく、１個の半導体モジュール２には２個のＩＧＢＴ素子３０と、２個のフライホイールダイオード３１が設けられ、これら２個のＩＧＢＴ素子３０とフライホイールダイオード３１に対して、１個のコンデンサ６が並列に接続されている。
このようにすると、例えば１個のＩＧＢＴ素子３０に１個のコンデンサ６を接続した場合と比較して、全体の配線インダクタンスを小さくでき、これにより、スイッチングサージ電圧を低減することが可能となる。 Further, as shown in FIG. 3, two IGBT elements 30 and two flywheel diodes 31 are provided in one semiconductor module 2, and these two IGBT elements 30 and flywheel diodes 31 are One capacitor 6 is connected in parallel.
In this way, for example, compared to the case where one capacitor 6 is connected to one IGBT element 30, the overall wiring inductance can be reduced, and thereby the switching surge voltage can be reduced.

また、図１、図３に示すごとく、上記半導体モジュール２と冷却管７とが交互に複数個積層され、複数個の半導体モジュール２が接続されてインバータ８を構成している。
このようにすると、例えば図１４に示すごとく、コンデンサが入っていない半導体モジュール９５を複数個設けてインバータを構成し、この複数個の半導体モジュール９５に対して１個のコンデンサ９４を並列接続した場合と比較して、半導体モジュールとコンデンサとの配線距離を短くできる。これにより配線インダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を小さくすることができる。 As shown in FIGS. 1 and 3, a plurality of the semiconductor modules 2 and cooling pipes 7 are alternately stacked, and a plurality of semiconductor modules 2 are connected to constitute an inverter 8.
In this case, for example, as shown in FIG. 14, an inverter is formed by providing a plurality of semiconductor modules 95 that do not contain capacitors, and one capacitor 94 is connected in parallel to the plurality of semiconductor modules 95. As compared with the above, the wiring distance between the semiconductor module and the capacitor can be shortened. As a result, the wiring inductance can be reduced, and the switching surge voltage can be reduced.

以上のごとく、本例によれば、コンデンサ６の冷却性能が高く、スイッチングサージ電圧を低減しやすい半導体モジュール冷却装置１を提供することができる。   As described above, according to this example, it is possible to provide the semiconductor module cooling device 1 in which the cooling performance of the capacitor 6 is high and the switching surge voltage can be easily reduced.

（比較例１）
本例は、コンデンサ６の配置位置を変えた例である。図７（Ｂ）は図７（Ａ）のａ−ａ断面図であり、図８は図７（Ａ）のｂ−ｂ断面図である。図示するごとく、正極端子４１および負極端子４２は、半導体モジュール２を挟持する一対の冷却管７ａ，７ｂのうち一方の冷却管７ａにより冷却され、コンデンサ６は、正極端子４１および負極端子４２と、他方の冷却管７ｂとにより挟持されている。
より詳しくは、正極端子４１および負極端子４２は、封止部材２０の一方の主表面２３ａに露出しており、コンデンサ６は他方の主表面２３ｂに露出している。そして、正極端子４１および負極端子４２は一方の冷却管７ａによって冷却されている。また、コンデンサ６は他方の冷却管７ｂに冷却されている。 ( Comparative Example 1 )
In this example, the arrangement position of the capacitor 6 is changed. 7B is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 7A, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG. 7A. As shown in the figure, the positive terminal 41 and the negative terminal 42 are cooled by one cooling pipe 7a of the pair of cooling pipes 7a and 7b sandwiching the semiconductor module 2, and the capacitor 6 includes the positive terminal 41 and the negative terminal 42, It is pinched by the other cooling pipe 7b.
More specifically, the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 are exposed on one main surface 23a of the sealing member 20, and the capacitor 6 is exposed on the other main surface 23b. The positive terminal 41 and the negative terminal 42 are cooled by one cooling pipe 7a. The capacitor 6 is cooled by the other cooling pipe 7b.

また、図９のようにすることもできる。図９の例では、コンデンサ６は封止部材２０に封止されておらず、正極端子４１および負極端子４２と、冷却管７ｂとに挟持されている。また、正極端子４１および負極端子４２は、コンデンサの主面６０に接触する第１部分４１ａ，４２ａと、コンデンサの側面６１に接触する４１ｂ，４２ｂとからなる。
その他、実施例１と同様の構成を有する。 Moreover, it can also be as shown in FIG. In the example of FIG. 9, the capacitor 6 is not sealed by the sealing member 20, but is sandwiched between the positive electrode terminal 41, the negative electrode terminal 42, and the cooling pipe 7b. The positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 include first portions 41 a and 42 a that contact the main surface 60 of the capacitor, and 41 b and 42 b that contact the side surface 61 of the capacitor.
In addition, the configuration is the same as that of the first embodiment.

比較例１の作用効果につき説明する。
上述の構成にすると、コンデンサ６を冷却管７によって直接、冷却することができる。また、正極端子４１および負極端子４２も冷却されているため、コンデンサ６は、これら正極端子４１および負極端子４２によっても冷却される。すなわち、上記構成により、コンデンサ６の一方の面を冷却管７によって直接、冷却でき、他方の面を正極端子４１および負極端子４２を介して間接的に冷却することができる。これにより、高い冷却効果を奏することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 The effect of the comparative example 1 is demonstrated.
With the above configuration, the condenser 6 can be directly cooled by the cooling pipe 7. Since the positive terminal 41 and the negative terminal 42 are also cooled, the capacitor 6 is also cooled by the positive terminal 41 and the negative terminal 42. That is, with the above configuration, one surface of the capacitor 6 can be directly cooled by the cooling pipe 7, and the other surface can be indirectly cooled via the positive terminal 41 and the negative terminal 42. Thereby, a high cooling effect can be produced.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（比較例２）
本例は、半導体モジュールを２個組み合わせた例である。図１０は、本例の半導体モジュール冷却装置１の斜視図である。また、図１１は要部拡大図であり、図１２は図１１のａ−ａ断面図である。図１３（Ａ）は図１１のｂ−ｂ断面図であり、図１３（Ｂ）は図１１のｃ−ｃ断面図である。
図示するごとく、本例では２個の半導体モジュール２ａ，２ｂを組み合わせて使用している。各半導体モジュール２ａ，２ｂには１個のＩＧＢＴ素子と１個のフライホイールダイオード３１が入っており、この半導体モジュール２ａ，２ｂを接続することにより、図３に示す１個の半導体モジュール２と同じ機能を持たせている。 ( Comparative Example 2 )
In this example, two semiconductor modules are combined. FIG. 10 is a perspective view of the semiconductor module cooling device 1 of this example. 11 is an enlarged view of a main part, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 13A is a cross-sectional view taken along line bb in FIG. 11, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line cc in FIG.
As illustrated, in this example, two semiconductor modules 2a and 2b are used in combination. Each semiconductor module 2a, 2b contains one IGBT element and one flywheel diode 31. By connecting the semiconductor modules 2a, 2b, the same semiconductor module 2 as shown in FIG. It has a function.

本例ではこのように、ＩＧＢＴ素子３０と、ＩＧＢＴ素子３０のエミッタ−コレクタ間に接続されたフライホイールダイオード３１とを有する半導体モジュール２ａ，２ｂを備える。半導体モジュール２ａ，２ｂは、一対に配置され、一方の半導体モジュール２ａのエミッタ端子と他方の半導体モジュール２ｂのコレクタ端子とが接続されている（図３参照）。さらに、一方の半導体モジュール２ａのコレクタ端子と、他方の半導体モジュール２ｂのエミッタ端子との間にコンデンサ６が接続されている（図１０、１１参照）。また、一方の半導体モジュール２ａと、他方の半導体モジュール２ｂと、コンデンサ６とを冷却する冷却管７が設けられている。そして、一対の半導体モジュール２ａ，２ｂおよびコンデンサ６と、冷却管７とが複数個、積層されている（図１０参照）。   In this example, the semiconductor modules 2a and 2b having the IGBT element 30 and the flywheel diode 31 connected between the emitter and the collector of the IGBT element 30 are thus provided. The semiconductor modules 2a and 2b are arranged in a pair, and the emitter terminal of one semiconductor module 2a and the collector terminal of the other semiconductor module 2b are connected (see FIG. 3). Further, a capacitor 6 is connected between the collector terminal of one semiconductor module 2a and the emitter terminal of the other semiconductor module 2b (see FIGS. 10 and 11). Further, a cooling pipe 7 for cooling one semiconductor module 2a, the other semiconductor module 2b, and the capacitor 6 is provided. A plurality of pairs of semiconductor modules 2a and 2b, a capacitor 6 and a cooling pipe 7 are stacked (see FIG. 10).

より詳しくは、コンデンサ６は、封止体２０の外に配置されている。図１２に示すごとく、正極端子４１、負極端子４２は一方の冷却管７ａにより冷却されており、コンデンサ６は、他方の冷却管７ｂにより冷却されている。そして、コンデンサ６は、正極端子４１および負極端子４２と、他方の冷却管７ｂとに挟持されている。   More specifically, the capacitor 6 is disposed outside the sealing body 20. As shown in FIG. 12, the positive terminal 41 and the negative terminal 42 are cooled by one cooling pipe 7a, and the capacitor 6 is cooled by the other cooling pipe 7b. The capacitor 6 is sandwiched between the positive terminal 41 and the negative terminal 42 and the other cooling pipe 7b.

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すごとく、ＩＧＢＴ素子３０およびフライホイールダイオード３１は、正極側放熱板５１と、負極側放熱板５２とに接続されている。また、正極側放熱板５１には正極端子４１が接続されており、負極側放熱板５２には負極端子４２が接続されている。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the IGBT element 30 and the flywheel diode 31 are connected to the positive-side heat radiating plate 51 and the negative-electrode-side heat radiating plate 52. Further, a positive electrode terminal 41 is connected to the positive electrode side heat sink 51, and a negative electrode terminal 42 is connected to the negative electrode side heat sink 52.

比較例２の作用効果につき説明する。
本例は、ＩＧＢＴ素子３０とフライホイールダイオード３１とを備える半導体モジュール２ａ，２ｂを一対に備え、この半導体モジュール２ａ，２ｂの直流端子（エミッタ、コレクタ）間にコンデンサ６が接続されている。また、これら半導体モジュール２とコンデンサ６とが複数個、積層されている。そのため、例えば図１４に示すごとく、複数個の半導体モジュール９５に対して１個のコンデンサ９４を設ける場合と比較して、半導体モジュールとコンデンサとを接続する配線の長さを短くすることができる。これにより、配線のインダクタンスを小さくでき、スイッチングサージ電圧を低減できる。
また、冷却管７を使って半導体モジュール２とコンデンサ６とを同時に冷却している。そのため、コンデンサ６を効率よく冷却でき、半導体モジュール２の発熱によってコンデンサ６が破壊されることを防止できる。 The effect of the comparative example 2 is demonstrated.
This example includes a pair of semiconductor modules 2a and 2b each including an IGBT element 30 and a flywheel diode 31, and a capacitor 6 is connected between the DC terminals (emitter and collector) of the semiconductor modules 2a and 2b. A plurality of these semiconductor modules 2 and capacitors 6 are stacked. Therefore, for example, as shown in FIG. 14, compared to the case where one capacitor 94 is provided for a plurality of semiconductor modules 95, the length of the wiring connecting the semiconductor modules and the capacitors can be shortened. Thereby, the inductance of wiring can be made small and a switching surge voltage can be reduced.
In addition, the semiconductor module 2 and the capacitor 6 are simultaneously cooled using the cooling pipe 7. Therefore, the capacitor 6 can be efficiently cooled, and the capacitor 6 can be prevented from being destroyed by the heat generated by the semiconductor module 2.

実施例１における、半導体モジュール冷却装置の分解斜視図。1 is an exploded perspective view of a semiconductor module cooling device in Embodiment 1. FIG. 実施例１における、半導体モジュールの（Ａ）斜視図（Ｂ）図２（Ａ）の裏側から見た斜視図。The semiconductor module in Example 1 (A) Perspective view (B) The perspective view seen from the back side of FIG. 2 (A). 実施例１における、半導体モジュールによって構成されるインバータの回路図。The circuit diagram of the inverter comprised in Example 1 by the semiconductor module. 図２（Ａ）のａ−ａ断面図であって、冷却管を併せて記載した図。It is aa sectional drawing of Drawing 2 (A), and is a figure which also indicated the cooling pipe. 図２（Ａ）のｂ−ｂ断面図であって、冷却管を併せて記載した図。It is bb sectional drawing of FIG. 2 (A), Comprising: The figure which described the cooling pipe together. 図４の変形例であって、コンデンサと冷却管とを直接、接触させた図。It is the modification of FIG. 4, Comprising: The figure which made the capacitor | condenser and the cooling pipe contact directly. 比較例１における、半導体モジュール冷却装置の断面図であって、（Ａ）図７（Ｂ）のｃ−ｃ断面図（Ｂ）図７（Ａ）のａ−ａ断面図。 It is sectional drawing of the semiconductor module cooling device in the comparative example 1 , Comprising: (A) cc sectional drawing of FIG. 7 (B) (B) Aa sectional drawing of FIG. 7 (A). 図７（Ａ）のｂ−ｂ断面図。Bb sectional drawing of FIG. 7 (A). 比較例１における、半導体モジュール冷却装置の断面図であって、（Ａ）図９（Ｂ）のｃ−ｃ断面図（Ｂ）図９（Ａ）のａ−ａ断面図。 It is sectional drawing of the semiconductor module cooling device in the comparative example 1 , Comprising: (A) cc sectional drawing of FIG. 9 (B) (B) Aa sectional drawing of FIG. 9 (A). 比較例２における、半導体モジュール冷却装置の斜視図。The perspective view of the semiconductor module cooling device in the comparative example 2. FIG. 比較例２における、半導体モジュール冷却装置の断面図であって、図１２のａ−ａ断面図。 It is sectional drawing of the semiconductor module cooling device in the comparative example 2 , Comprising: It is aa sectional drawing of FIG. 図１１のａ−ａ断面図。FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line aa in FIG. 11. （Ａ）図１１のｂ−ｂ断面図（Ｂ）図１１のｃ−ｃ断面図(A) bb sectional view of FIG. 11 (B) cc sectional view of FIG. 比較例としてのインバータの回路図。The circuit diagram of the inverter as a comparative example.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体モジュール冷却装置
２ 半導体モジュール
３ 半導体素子
３０ ＩＧＢＴ素子
３１ フライホイールダイオード
４１ 正極端子
４２ 負極端子
５１ 正極側放熱板
５２ 負極側放熱板
６ コンデンサ
７ 冷却管
８ インバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor module cooling device 2 Semiconductor module 3 Semiconductor element 30 IGBT element 31 Flywheel diode 41 Positive electrode terminal 42 Negative electrode terminal 51 Positive electrode side heat sink 52 Negative electrode side heat sink 6 Capacitor 7 Cooling tube 8 Inverter

Claims (2)

半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却管とを備える半導体モジュール冷却装置であって、
上記半導体モジュールは、直流電圧が印加される正極端子および負極端子と、
該正極端子に接続された金属製の正極側放熱板と、
上記負極端子に接続された金属製の負極側放熱板と、
上記正極側放熱板または上記負極側放熱板に電気的に接続された複数の半導体素子と、
上記正極側放熱板と上記負極側放熱板とに電気的に接続されたコンデンサと、
上記正極側放熱板と上記負極側放熱板と上記半導体素子と上記コンデンサとを封止する四辺形板状の封止部材と、
を備え、上記正極側放熱板と上記負極側放熱板とは、通電時に上記半導体素子から発生する熱を放熱し、
上記冷却管は、上記正極側放熱板と、上記負極側放熱板と、上記コンデンサとを冷却し、
上記半導体素子として、２個のＩＧＢＴ素子と２個のフライホイールダイオードとを備え、一方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子と他方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子とが電気的に接続され、上記フライホイールダイオードを、各々の上記ＩＧＢＴ素子に逆並列接続してあり、一方の上記ＩＧＢＴ素子のコレクタ端子が上記正極側放熱板に電気的に接続し、他方の上記ＩＧＢＴ素子のエミッタ端子が上記負極側放熱板に電気的に接続しており、
上記２個のＩＧＢＴ素子に対して１個の上記コンデンサを並列接続してあり、
上記封止部材の２つの主表面のうち一方の主表面から上記正極側放熱板と上記負極側放熱板と上記コンデンサとが露出し、上記コンデンサは上記正極側放熱板と上記負極側放熱板との間に位置し、
上記コンデンサは四辺形板状を呈しており、該コンデンサの厚さ方向は上記封止部材の厚さ方向に平行であることを特徴とする半導体モジュール冷却装置。 A semiconductor module cooling device comprising a semiconductor module and a cooling pipe for cooling the semiconductor module,
The semiconductor module includes a positive terminal and a negative terminal to which a DC voltage is applied,
A metal positive-side heat sink connected to the positive terminal;
A metal negative-side heat sink connected to the negative terminal;
A plurality of semiconductor elements electrically connected to the positive side heat sink or the negative side heat sink;
A capacitor electrically connected to the positive side heat sink and the negative side heat sink;
A quadrilateral plate-shaped sealing member that seals the positive-side heat sink, the negative-side heat sink, the semiconductor element, and the capacitor;
The positive side heat sink and the negative side heat sink dissipate heat generated from the semiconductor element when energized,
The cooling pipe cools the positive-side heat sink, the negative-side heat sink, and the capacitor ,
The semiconductor element includes two IGBT elements and two flywheel diodes, and an emitter terminal of one of the IGBT elements and a collector terminal of the other IGBT element are electrically connected, and the flywheel diode Are connected in reverse parallel to each of the IGBT elements, the collector terminal of one of the IGBT elements is electrically connected to the positive side heat sink, and the emitter terminal of the other IGBT element is the negative side heat sink. Is electrically connected to
One capacitor is connected in parallel to the two IGBT elements,
The positive side heat sink, the negative side heat sink and the capacitor are exposed from one main surface of the two main surfaces of the sealing member, and the capacitor includes the positive side heat sink and the negative side heat sink. Located between
2. The semiconductor module cooling device according to claim 1 , wherein the capacitor has a quadrangular plate shape, and a thickness direction of the capacitor is parallel to a thickness direction of the sealing member . 請求項１において、上記半導体モジュールと上記冷却管とが交互に複数個積層され、複数個の上記半導体モジュールが接続されてインバータを構成していることを特徴とする半導体モジュール冷却装置。 2. The semiconductor module cooling device according to claim 1, wherein a plurality of the semiconductor modules and the cooling pipes are alternately stacked, and a plurality of the semiconductor modules are connected to constitute an inverter.
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