JP5997956B2

JP5997956B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP5997956B2
Application number: JP2012158696A
Authority: JP
Inventors: 純一野村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: JP2014022509A

Description

本発明は、半導体装置に関する。

一般に、半導体を用いる様々な半導体装置が知られている。例えば、このような半導体装置としては、パワー半導体を用いる半導体電力変換装置がある。また、半導体などの電気部品は、冷却を必要とすることが多い。そこで、半導体装置に冷却構造を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３２４６２６号公報

しかしながら、発熱量の異なる電気部品が複数ある場合、半導体などの発熱量の高い電気部品によりコンデンサなどの発熱量の低い電気部品が加熱されることを避けるため、これらの電気部品を同一の冷却装置で冷却できないことがある。しかし、複数の電気部品を別々の冷却装置で冷却しようとすると、これらの電気部品を実装した位置間が離れる。この場合、これらの電気部品で構成される電気回路の低インダクタンス化を図るためには、ラミネートブスなどの導体でこれらの電気部品を接続する必要がある。このようにラミネートブスなどを用いると、半導体装置全体のコストが増加することになる。

そこで、本発明の目的は、低インダクタンス化を図り、複数の電気部品を効率的に冷却することのできる半導体装置を提供することにある。

本発明の観点に従った半導体装置は、半導体と、前記半導体とともに電気回路を構成し、端子が前記半導体に直付けされ、前記半導体よりも発熱量が低い素子と、前記半導体が接合され、冷却風を流すための第１の空胴が設けられた第１の冷却手段と、前記素子が前記半導体と同一平面側に接合され、冷却風を流すための第２の空胴が前記第１の冷却手段の前記第１の空胴と連結するように設けられた第２の冷却手段と、前記第２の冷却手段の前記第２の空胴から前記第１の冷却手段の前記第１の空胴に流すための冷却風を発生させる冷却ファンとを備えている。

本発明によれば、低インダクタンス化を図り、複数の電気部品を効率的に冷却することのできる半導体装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を示す斜視図。本実施形態に係る半導体装置の構成を示す側面図。本実施形態に係る半導体装置の電力変換回路の構成を示す回路図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１の構成を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る半導体装置１の構成を示す側面図である。図３は、本実施形態に係る半導体装置１の電力変換回路の構成を示す回路図である。図中の矢印は、冷却風の流れる方向を示している。なお、図中における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

半導体装置１は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。半導体装置１は、強制風冷式の装置である。半導体装置１は、直流コンデンサ２、２つのパワー半導体３ａ，３ｂ、２つの冷却フィン４ａ，４ｂ、及び冷却ファン５を備えている。

図３に示すように、直流コンデンサ２及び２つのパワー半導体３ａ，３ｂは、電力変換回路を構成する。直流コンデンサ２および２つのパワー半導体３ａ、３ｂは、電力変換回路の直流回路に接続されている。各パワー半導体３ａ，３ｂは、直列に接続された２つのスイッチング素子及び２つのスイッチング素子にそれぞれ接続された逆並列ダイオードにより構成されている。パワー半導体３ａの２つのスイッチング素子の接続点とパワー半導体３ｂの２つのスイッチング素子の接続点との間で、単相交流電力が出力される。

冷却フィン４ａは、直流コンデンサ２を冷却するためのものである。冷却フィン４ｂは、２つのパワー半導体３ａ，３ｂを冷却するためのものである。２つの冷却フィン４ａ，４ｂは、それぞれ、平たい直方形状の中央部が、冷却風が通り抜けるための空胴で貫かれたような形状になっている。２つの冷却フィン４ａ，４ｂは、それぞれに設けられた空胴が一体化して１つの空胴になるように連結されている。また、２つの冷却フィン４ａ，４ｂは、外形が１つの平たい直方形状となるように接合されている。従って、２つの冷却フィン４ａ，４ｂのそれぞれに接合される直流コンデンサ２及びパワー半導体３ａ，３ｂの表面は同一平面を形成するように接合されている。

直流コンデンサ２は、冷却フィン４ａの表面に接合されている。直流コンデンサ２は、半導体装置１に入力される直流電圧を平滑化する素子である。直流コンデンサ２は、直方形状の１側面から４つの端子Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔｂ１，Ｔｂ２が突き出ている形状である。

パワー半導体３ａ，３ｂは、直流コンデンサ２が接合されている冷却フィン４ａの表面と同一平面側の冷却フィン４ｂの表面に接合されている。２つのパワー半導体３ａ，３ｂは、並べて配置されている。２つのパワー半導体３ａ，３ｂは、それぞれ直流コンデンサ２の端子Ｔａ１〜Ｔｂ２に直付けされている。パワー半導体３ａは、端子Ｔａ１，Ｔａ２に電気的に接続されている。パワー半導体３ｂは、端子Ｔｂ１，Ｔｂ２に電気的に接続されている。パワー半導体３ａ，３ｂは、平たい直方形状をしている。パワー半導体３ａ，３ｂは、半導体のスイッチング素子である。パワー半導体３ａ，３ｂがスイッチングすることにより、半導体装置１に入力される直流電力が交流電力に変換される。

冷却ファン５は、冷却フィン４ａに設けられた空胴の入口部分に設けられている。冷却ファン５は、２つの冷却フィン４ａ，４ｂにより形成される空胴を通り抜けるように冷却風を発生させる。これにより、直流コンデンサ２及びパワー半導体３ａ，３ｂは、共通の冷却風により強制風冷される。

次に、半導体装置１の冷却方法について説明する。

直流コンデンサ２から発生した熱は、冷却フィン４ａに伝導する。一方、パワー半導体３ａ，３ｂから発生した熱は、冷却フィン４ｂに伝導する。

ここで、パワー半導体３ａ，３ｂから発生した熱は、直流コンデンサ２から発生した熱よりも高温である。従って、仮に、直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂのそれぞれから発生した熱を共通の冷却フィンに伝導させた場合、パワー半導体３ａ，３ｂから発生した熱がこの共通の冷却フィンに伝導することにより、直流コンデンサ２の冷却効果が悪くなり、直流コンデンサ２が加熱される可能性もある。そこで、半導体装置１では、直流コンデンサ２から発生した熱とパワー半導体３ａ，３ｂから発生した熱は、別々の冷却フィン４ａ，４ｂに伝導させている。

それぞれの冷却フィン４ａ，４ｂに伝導した熱は、冷却フィン４ａ，４ｂの空胴を通り抜ける冷却ファン５から発生した共通の冷却風により放熱される。この冷却風は、先に発熱量の低い直流コンデンサ２から放熱された冷却フィン４ａを冷却し、次に発熱量の高いパワー半導体３ａ，３ｂから放熱された冷却フィン４ｂを冷却する。これにより、それぞれの冷却フィン４ａ，４ｂを別々に冷却することができる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

半導体装置１では、発熱量の異なる直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂを１つの空胴を形成する２つの冷却フィン４ａ，４ｂに別々に実装することにより、直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂを冷却するとともに、直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂを近接して配置することができる。従って、直流コンデンサ２の端子Ｔａ１〜Ｔｂ２にパワー半導体３ａ，３ｂを直付けすることができ、ラミネートブスなどの直流ブスなどを用いなくても低インダクタンス化を図ることができる。

また、半導体装置１では、直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂを共通の冷却風で冷却する構造としている。このため、冷却装置を直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂにそれぞれ設けた場合に比べ、半導体装置１を小型化し、製造コストを抑制することができる。

なお、実施形態において、冷却フィン４ａ，４ｂの空胴を通り抜けるように冷却風を流すのであれば、冷却ファン５は何処に設けてもよいし、必ずしも半導体装置１の構成としなくてもよい。また、冷却ファン５は、上述したような冷却風は発生させるのであれば、どのようなファンでもよい。

また、実施形態では、半導体をパワー半導体としたが、これ以外の半導体でもよい。また、直流コンデンサ２についても、冷却する必要のある素子であれば他の素子でもよい。即ち、共通の電気回路を構成する半導体及び素子であれば、どのような電気部品の組合せでもよい。

さらに、実施形態において、２つの冷却フィン４ａ，４ｂは、断熱材などの熱伝導率が低下するような部材を介して接続させてもよい。

また、実施形態では、直流コンデンサ２の端子Ｔａ１〜Ｔｂ２にパワー半導体３ａ，３ｂを直付けしたが、低インダクタンス化されるように接続されていればどのように接続されていてもよい。直流コンデンサ２とパワー半導体３ａ，３ｂは、近接して配置されているため、単に短い導体で接続しても、低インダクタンス化した接続にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…半導体装置、２…直流コンデンサ、３ａ，３ｂ…パワー半導体、４ａ，４ｂ…冷却フィン、５…冷却ファン、Ｔａ１，Ｔａ２，Ｔｂ１，Ｔｂ２…端子。

Claims

半導体と、
前記半導体とともに電気回路を構成し、端子が前記半導体に直付けされ、前記半導体よりも発熱量が低い素子と、
前記半導体が接合され、冷却風を流すための第１の空胴が設けられた第１の冷却手段と、
前記素子が前記半導体と同一平面側に接合され、冷却風を流すための第２の空胴が前記第１の冷却手段の前記第１の空胴と連結するように設けられた第２の冷却手段と、
前記第２の冷却手段の前記第２の空胴から前記第１の冷却手段の前記第１の空胴に流すための冷却風を発生させる冷却ファンと
を備えたことを特徴とする半導体装置。
前記半導体は、スイッチング素子であり、
前記素子は、前記スイッチング素子とともに電力変換回路を構成するコンデンサであること
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
半導体と前記半導体よりも発熱量が低い素子で電気回路が構成され、前記素子の端子が前記半導体に直付けされる半導体装置の冷却方法であって、
冷却風を流すための第１の空胴が設けられた第１の冷却フィンに、前記半導体を接合し、
冷却風を流すための第２の空胴が前記第１の冷却フィンの前記第１の空胴と連結するように設けられた第２の冷却フィンに、前記素子を接合し、
前記第２の冷却フィンの前記第２の空胴から前記第１の冷却フィンの前記第１の空胴に、冷却ファンにより発生させた冷却風を流すこと
を含むことを特徴とする半導体装置の冷却方法。