JPH07507658A - 流体により冷却される出力トランジスタ装置 - Google Patents

流体により冷却される出力トランジスタ装置

Info

Publication number
JPH07507658A
JPH07507658A JP6500085A JP50008594A JPH07507658A JP H07507658 A JPH07507658 A JP H07507658A JP 6500085 A JP6500085 A JP 6500085A JP 50008594 A JP50008594 A JP 50008594A JP H07507658 A JPH07507658 A JP H07507658A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluid
output transistor
cooled
cooling
cooling fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP6500085A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2532352B2 (ja
Inventor
ルッツ,ディーター
Original Assignee
マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19924217289 external-priority patent/DE4217289C2/de
Application filed by マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト filed Critical マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト
Publication of JPH07507658A publication Critical patent/JPH07507658A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2532352B2 publication Critical patent/JP2532352B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/02Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33Drive circuits, e.g. power electronics
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/197Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil in which the rotor or stator space is fluid-tight, e.g. to provide for different cooling media for rotor and stator
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/4901Structure
    • H01L2224/4903Connectors having different sizes, e.g. different diameters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301Thyristor
    • H01L2924/13033TRIAC - Triode for Alternating Current - A bidirectional switching device containing two thyristor structures with common gate contact
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • H01L2924/1815Shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 流体により冷却される出力トランジスタ装置本発明は、一般的に流体による半導 体素子の冷却に関し、詳細には流体により冷却される出力トランジスタ装置に関 する。
電気機器及び機械を制御するために半導体スイッチヵ吠規模に使用される。使用 するスイッチの形式にとって重要なのは、一方では制御する出力量であり、他方 では最大動作周波数である。サイリスク及びトライアックは、配電網周波数にお いてすなわち50Hzのオーダにおいて使用され、10メガワツトのオーダまで の出力制御を可能にする。しかし多数の用途では、とりわけ電気機械の制御では 、メガヘルツ領域の近くまで到達する高いスイッチング周波数が要求される。
10〜100kWのオーダの出力で10kHzの周波数領域内ではBIMOS出 力トラ出力サイリスタBT出力トランジスタ(Insulated Gate  Bipolar Transistor)を使用できる。しかし、出力がより小 さく周波数がより高い場合、通常はMO3FET出力トランジスタが使用される 。
出力半導体素子は冷却されなければならない。半導体素子のアクティブ領域内で は温度は、比較的低温の値を越えてはならない。損失熱は、半導体基板だけでな く、半導体基板に装着されている電極薄板及び多層担体プレートも通して排出し なければならない。前述の形式の出力トランジスタでは半導体基板は、少なくと も1つの側で、平面的に基板の全アクティブ領域に重なり、タイプに依存してコ レクタ又はドレイン電極を形成する、ベース金属薄板を備えている。トランジス タのその他の電極、すなわちベース及びエミッタ又はゲートすなわちソース電極 は、半導体基板の対向して位置する平面の上に装着されている。従来の出力トラ ンジスタでは、面的なベース金属薄板に流体により冷却される冷却装置か接続さ れ、この冷却体装置は、トランジスタのアクティブ領域の損失熱を半導体基板及 びベース金属薄板を通して排出する。アクティブ領域内の温度は一様に所定限界 値の中に保持しなければならないので、冷却装置が一様な熱電圧特性で面的に半 導体素子の半導体基板に接続することか重要である。半導体基板への冷却体の直 接的接続は、高い電圧(100V以上)及び高い電流(例えば100アンペア) に起因して通常は不可能であり、従って半導体基板は絶縁担体の上に装着されな ければならす、従来の出力トランジスタ装置では絶縁担体を介して損失熱が半導 体素子から冷却装置の中にυF出されなければならない。従って通常は、半導体 素子を、両側か銅薄板で装着されたセラミックプレートの」二に装着し、セラミ ックプレートの半導体素子から離れて位置する平面を例えば鋼等の担体プレート の上にはんだ付けすることが行われる。鋼プレートは、熱伝導性ペーストの中間 層を介して、例えば水により冷却される冷却素子の上に装着される。適切な冷却 体装置は、例えばヨーロッパ特許出願公開第447835号公報から公知である 。しかし、出力トランジスタのスイッチング能力が多くの場合に完全に利用でき ないか、又はセラミックプレートを鋼プレートに接合するはんだ層の中に又は熱 伝導性層の中に、半導体素子が局所的に過熱されてトランジスタを破壊すること かある非一様性か残ると出力トランジスタに故障が発生することが分かった。
出力トランジスタの冷却効果を改善するために、基板から遠く離れて位置する帯 状り−1・線に、半導体素子のアクティブ領域の冷却を強化する冷却体を設ける ことか公知である(ヨーロッパ特許出願公開第EP−A−252429号公報及 びヨーロッパ特許出願公開第EP−A−449435号公報)。半導体素子のア クティブ面から遠く離れて位置する平面に、冷却リブか設けられている冷却体を 素材結合し、冷却リブを冷却空気流にさらすことも公知である(ヨーロッパ特許 出願公開第EP−A−260370号公報)。
最後に、ドイツ特許出願公開第DE−A−4101205号公報がら、出力ダイ オート又は出力サイリスタのプレート状の半導体素子を冷却流体チャネルの中に 配置し、両側で、可撓性のコンタクトブラシにより接触することが公知である。
コンタクトブラシは、半導体素子に沿って流れる冷却流体により冷却される互い に平行な個々の多数の短いワイヤから成る。しかしコンタクトブラシでは、出力 トランジスタの半導体素子の冷却に必要な面的な熱排出は不可能である。ドイツ 特許出願公開第DE−A−4101205号公報では冷却流体として水、空気、 油、炭化水素を含有する冷却剤が提案されている。
本発明の課題は、従来技術に比してより確実に出力トランジスタ装置の半導体素 子の一様な冷却を保証する流体により冷却される出力トランジスタ装置を提供す ることにある。
本発明は、プレート状のトランジスタ半導体素子を具備し、トランジスタ半導体 素子はその平面のうちの第1の平面の上に、半導体素子にその全面を被覆して素 材結合されている金属電極を備え、第2の平面の上に、互いに間隔をおいて半導 体素子の中に素材結合されている端子を備え、第1の平面に向かって前記半導体 素子を越えて拡がっている電気絶縁性の絶縁担体をさらに具備し、絶縁担体に半 導体素子の絶縁担体から背いて位置する第1の平面が保持され、 冷却流体チャネルを有し半導体素子のうちの平面のうちの少なくとも1つの平面 に熱伝導接触している流体形冷却装置と、冷却チャネルの中で冷却流体の強制流 動を発生する手段とをさらに具備する、電気スイッチ装置のための、流体により 冷却される出力トランジスタ装置から出発する。なお素材結合とは、蒸着、渡合 、融着はんだ等により素材として一体に形成することをいう。
このような出力トランジスタ装置から出発して上記課題は本発明により請求の範 囲第1項の特徴部分により、すなわち、絶縁担体の上に半導体素子のための制御 及び保護回路も装着され、絶縁担体及び/又は半導体の平面のうちの少なくとも 1つの平面が、直接に冷却流体チャネルの中の冷却流体の強制流動にさらされ、 冷却流体との接触が平面のほぼ全面で行われることにより解決される。
本発明の有利な実施例は第2項〜第28項に記載されている。
本発明の基礎となる知見は、従来のトランジスタでは固定するために冷却体に設 けられている担体プレートを、作動に必要な絶縁担体を除いて除去し、その代り に少なくとも1つの平面有利には絶縁担体及び場合に応じて半導体素子をその金 属電極の領域内で直接にかつできるだけその全平面にわたり冷却流体にさらすこ とにある。付加的に場合に応じて保護薄膜層が被着されている半導体素子は絶縁 担体から背いて位置する側も冷却流体にさらすことができる。金属電極は絶縁担 体に素材結合され、その際に有利には金属電極は絶縁担体により全面を被覆され る。金属電極の平面の広がりは、半導体素子の平面を大幅に越えていなければな らず、有利には半導体素子の平面より少なくとも50%大きくなければならない 。すなわちこの場合、金属電極は電気的役割の外に別の1つの重要な役割を果た さなければならない、すなわち発生熱を迅速に吸収してさらに伝導するだけでな く、その上、面の中にも分散しなければなければならない役割を果たさなければ ならない。このようにして、半導体素子を一様に冷却できる、何故ならば順次に 続く材料層例えば担体プレート等の間の素材結合は、最小に制限されているがら である。冷却流体は、ガス例えば大気圧が印加されているガス有利にはN2、又 は液体有利には水又は油例えば鉱油又はパラフィン浦又は合成石油であることも あるが、しかし2相流体有利には冷媒又はCO2であることもある。
半導体のための制御及び保護回路を同一の絶縁担体の上に装着すると一連の利点 を得られる。すなわち、関与する素子の熱結合が行われるだけでなく、制御及び 保護回路を別個に冷却することが不要となる。さらに、所要の接続線が最小化さ れ、これにより障害が発生しにくくなる。さらに、外部への接続線の数が少なく なる。
本発明は、例えばIGBT出力トランジスタに適するが、しかし高い動作周波数 で100kW以上の領域内の出力と、とりわけ100〜100OVの電圧で5〜 100Aの電流とをスイッチングできるMO8FET出力トランジスタにも適す る。
絶縁担体は、従来と同様に半導体素子の固定に用いられる。絶縁担体は、絶縁材 例えばセラミックから成る担体プレートであることもあり、担体プレートには、 金属電極を有する半導体素子がその全面を担体プレートにより被覆されて素材結 合されている。しかし絶縁担体は、少なくとも1つの平面の上に絶縁層が被着さ れている金属プレートとしても形成できる、すなわち例えば絶縁酸化層を被着さ れている金属プレートとして形成できる。最後に記載の構成はとりわけ、金属プ レートが同時に金属電極を一体的に形成できるので有利である。
半導体素子を完全に冷却流体チャネルの中に配置することもでき、これにより冷 却流体は、半導体素子の好適にはプレートとして形成されている絶縁担体の側で も、半導体素子の絶縁担体から背いて位置する側でも平面に沿って流れて冷却す る。しかし、プレート状の絶縁担体を有する1つの有利な実施例では、絶縁担体 が冷却流体チャネルの1つの壁を形成する。この構成は絶縁担体が、隣接し例え ば冷却流体強制流動の方向で順次に配置されている複数の半導体素子を装着され ている場合に有利である、何故ならばこのようにして例えば1つ又は複数の半ブ リッジ又は全ブリッジの形の複数の電気弁をモジュールとして形成できるからで ある。1つの簡単な解決方法では、冷却流体チャネルの少なくとも互いに対向し て位置する2つの壁が、それぞれ少なくとも1つの半導体素子が装着されている プレート状の絶縁担体により形成されている。一様な冷却及び熱拡散を得るため に、対向して位置する2つの絶縁担体は、有利には同一の数の半導体素子を有す る。1つの簡単な構成の実施例では、対向して位置する絶縁担体が密封枠部材に より、周方向で閉じている冷却流体チャネルに連結されている。
絶縁担体が冷却流体チャネルの壁を形成する前述の実施例では、半導体素子を冷 却流体チャネルの内面に装着することも、外面に装着することもでき、後者の構 成は、リード線等の接続が容易である利点を有する。
従来の出力トランジスタでは通常はプレート状の絶縁担体が、半導体素子にその 全面を被覆して重畳する。1つの有利な実施例では、従来の出力トランジスタの 絶縁担体とは異なり、絶縁担体は部分的にしか半導体に重ならず、有利には半導 体素子が恒久的に絶縁担体に固定されることが丁度可能となる程度の広さでしか 重ならない。これは、半導体素子の金属電極が設けられている平面を、絶縁担体 を中間に挿入せずに直接に冷却流体流にさらすことかできる利点を有する。この 場合、絶縁担体として冷却流体チャネルの壁が利用される。絶縁材のプレートで あることもある絶縁担体は、好適には貫通凹部が設けられており、貫通凹部の端 縁に半導体素子が固定され、少なくともその第1の平面が、貫通凹部を貫流する 冷却流体流にさらされる。とりわけその上、絶縁担体が、半導体素子の第1の平 面に対して横方向に延在する冷却流体チャネル側壁を有することが可能であり、 例えばこれは、絶縁担体が少なくとも四部領域内でほぼU形横断面を有し、従っ てU形横断面により形成されている脚部の端縁に半導体素子が装着され、全体で ほぼ長方形横断面を有する冷却流体チャネルが形成されるように構成される。
絶縁担体か部分的にしか半導体素子の平面に重畳していない実施例でも、半導体 素子のうちの複数の半導体素子か統合されて1つのモジュールを形成できること は自明である。これは例えば、絶縁担体が所定横断面の成形体すなわち形材とし て形成され、この形材は、冷却流体の流れ方向で順次に配置されている少なくと も1つ又は複数の半導体素子を有し、それらのうちのそれぞれは、少なくとも1 つの出力トランジスタを有する。冷却流体チャネルを形成するために用いられる 絶縁担体は、半導体素子に対して横方向に延在する冷却流体チャネル側壁の外に 、半導体素子の平面の中で延在する壁の一部も形成する。
前述の実施例では半導体素子は、それぞれ固有にかつ互いに別個に形材に固定で きる。しかし半導体素子が、従来の製造方法により大きい個数で1つの共通の半 導体基板の上に形成された後、1つの有利な実施例では、それぞれ複数の一体的 に互いに接合されている半導体素子が形材に固定される。これにより冷却流体チ ャネルの密封が容易になる。
複数の半導体素子が統合されて1つのモジュールを形成している1つの簡単な構 成の実施例では、冷却流体チャネルの少なくとも互いに対向して位置する2つの 壁がほぼ完全にそれぞれ少なくとも1つの半導体により形成され、対向して位置 する半導体素子が密封枠部材により、周方向で閉じている冷却流体チャネルに連 結されている。密封枠部材は、場合に応じて半導体素子の幅の値を越える値の高 さを有する壁により形成されることもあるが、しかし密封枠部材は、比較的偏平 な枠部材であることもある。
冷却流体流は、十分な熱伝導を保証するために強制流動である。半導体又は絶縁 担体の汚染物付着又は汚染を防止するために、好適には流体形冷却装置は、冷却 流体が冷却流体チャネルと冷却器すなわち熱を外部へ排出する熱交換器とを順次 に通過して循環する閉じた冷却流体循環路を有する。冷却流体として2相流体か 使用される場合、冷却流体循環路は、有利には蒸発器及び凝縮器を有し、冷却流 体チャネルは蒸発器を形成する。熱ポンプの形成で動作するこのような装置は、 流体流か僅かな場合でも十分な冷却を可能にする。
とりわけ、半導体素子にその全面を被覆して接合されている絶縁担体の場合、絶 縁担体の半導体素子から背いて位置し冷却流体流にさらされる側に熱交換面を広 げる構造とりわけリブ又は突出部か設けられていると、冷却能力か高まる。以上 の説明においてそれぞれプレート状絶縁担体は、このような構造を有するものと する。
例えば冷却体等の冷却装置において熱交換面を広げるためにリブ等を使用するこ とは、公知である。第2の形態において本発明は、流体冷却装置の冷却能力を高 めることができる措置に関する。このような流体形冷却装置は、前述の形式の出 力トランジスタ装置において使用できるばかりでなく、通常の半導体素子の冷却 にも適し、場合に応じて流体により冷却される冷却体を介しての間接的に冷却さ れる半導体素子の冷却にも適する。本発明の第2の形態では、冷却流体流にさら される冷却流体チャネルの壁表面の少なくとも一部が、又は前述の形式の出力ト ランジスタ装置においては絶縁担体又は半導体素子の表面の少なくとも一部に、 冷却流体流境界の層流の厚さを減少させる表面ミクロ構造が設けられている。こ の場合、本発明の基礎となる知見は、冷却流体流の冷却効果は、流体境界の層流 の厚さが薄いほど大きいことである。この層流の中では冷却流体流が剪断作用に より負荷され制動される。予想外にも、表面摩擦を減少するミクロ構造が冷却流 体流の冷却効果を改善することが分かった。これは、ミクロ構造が境界の層流の 厚さを減少することに起因する。表面における流体の摩擦を減少させるミクロ構 造は、公知であり、とりわけ鮫の皮膚において研究された(D、 Becher t及びM。
Bartenwerfer共著“縦方向リブを有する表面における粘性流” D 、 Fluidmec、 1989、 Vol、206.105〜129頁)及 びり、 Bechert、 G、 Hoppe共著“鮫の皮膚の抵抗減少”(A IAA剪断流制御会議、 1985年3月12〜14B、 Boulder、  Co1orado))。
冷却流体流の流れ方向に延在しほぼ平行なミクロリブを有するリブ模様として形 成されているミクロ構造は、冷却能力の改善にとりわけ適することが分がった。
これは、ミクロリブか少なくとも近似的に、先細りになって刃となる山部を有す る場合にとりわけ当てはまる。リブの高さ及びそれらの横方向の相互間隔は、好 適には境界層厚さのオーダにあるか、又は境界層厚の値より小さい。冷却流体は 、好適には1成分系である。
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
第1図は流体により冷却される出力トランジスタ装置の部分的に断面が示されて いる斜視図、 第2図〜第4図は第1図の出力トランジスタ装置の変形の断面図、第5図は複数 の出力トランジスタを有する流体により冷却されるモジュールの斜視図、 第6図は第5図のVl−Vl切断線に沿って切断して示すモジュールの断面図、 第7図は第5図のモジュールの変形の断面図、第8図は複数のモジュールから成 るユニットの断面図、第9図は出力トランジスタのための流体形冷却装置のブロ ック回路図、第10図は出力トランジスタのための冷媒形冷却装置のブロック回 路図、第11図は出力トランジスタのためのガス状の冷却流体を有する冷却装置 のブロック回路図、 第12図は冷却能力を改善するための表面ミクロ構造の斜視図、第13図は表面 構造の変形の斜視図、 第14図は第13図のXIV−XIV切断線に沿って切断して示す表面ミクロ構 造の断面図である。
第1図は、個々の要素の厚さの比は寸法通りに示さずに、複数の出力トランジス タを有するトランジスタ回路を有する第1のチップすなわち半導体素子1と、出 力トランジスタのための電子制御装置及び保護回路を有し接続線5を介して第1 の半導体素子1に接続されている第2のチップとを有するこの場合にはIGBT モジュールである出カドランジスタモジュールを示す。半導体素子1.3は素材 結合により、例えば銅から成る金属薄板7にしっかりと接合されている。金属薄 板7は、半導体素子1の出力トランジスタのコレクタを形成し、半導体素子1と 同様にセラミック絶縁プレート9とも素材結合により量的にかつ一様に接合され ている。絶縁プレート9は、部分的に端縁側で、周方向で閉鎖されている冷却流 体チャネル13の線路11の中に保持され、その際、半導体素子1の絶縁プレー ト9から背いて位置する平面も、絶縁プレート9の半導体素子1から背いて位置 する平面も、矢印15により示されている冷却流体の流れにさらされるように保 持されている。細いワイヤとして形成されている制御線17と、銅帯として形成 されている電流線路19とが、半導体素子1.3の回路を、冷却チャネル13の 外面に配置されている端子21に接続する。双方の半導体素子1.3のうちの少 なくとも半導体素子1は、熱通路に関しては実質的に直接に冷却流体流15にさ れされ、従って両側から全面が冷却される。コンパクトな寸法にもかかられず、 このようにして高い出力密度を得ることができる。半導体素子1と絶縁プレート 9との間には金属薄板7のみしか中間層として存在しないので、十分な確実性で 半導体素子1と絶縁プレート9との間の一様な素材結合が実現でき、これにより IGBTモジュールの耐温度性及び動作信頼性が良好になる。線路11は、有利 には(例えばエラストマーから成り)弾性かつ絶縁性に形成される。
23において示されているように、冷却チャネル13の中には複数のIGBTモ ジュールを流れ方向15で順次に1つの共通の絶縁プレートの上に配置できる。
冷却流体が絶縁プレート9の両側で冷却チャネル13を貫流案内される必要はな いことは自明である。個々の場合には、半導体素子1,3から背いて位置する側 のみで絶縁プレート9と連続鋳造13との間を冷却流体を貫流させるだけで十分 なこともある。これに代え、冷却チャネル13の半導体素子1.3を被覆する部 分のみを設は又は冷却流体の流れのために用いることもできる。IGBTモジュ ールの代りに半導体素子1.3を別の出力トランジスタタイプ、例幻1駆動段又 は保護回路を有する又は有しないバイポーラ出力トランジスタ又はMOSFET 出力トランジスタにより実現することも可能である。半導体素子3の上に設けら れている制御回路を、外部の電子回路により置換することも可能である。
第2図は第1図の構造とは次の点のみが異なるIGBTモジュールの変形を示す 。すなわち金属部7aを介してセラミック絶縁プレート9aに素材結合されて絶 縁プレート9aにより全面を被覆され、この場合もプレート状である半導体素子 1a、3aは、制御線又はコンタクト帯19aのコンタクト個所を除いて、半導 体素子La、3aのアクティブゾーンを冷却流体による汚染から保護する薄膜保 護層25により被覆されている。保護層25は、例えば金属シートにより外方に 対して被覆されているシリコンゴム被覆層である。さらに説明するために、次ぎ に説明する実施例の場合と同様に先行の図及びそれらの説明を用いて、同様の要 素の参照番号は先行の図の参照番号を用いるが、しかし異なる添字を付加する。
第3図はIGBTモジュールの変形であり、この変形の半導体1b、3bは、金 属部7の機能に相応しこの変形では例えば銅プレート等の金属プレート7bに素 材結合されてこの金属プレート7bに密着している。金属プレート7bは、半導 体素子1b、3bの領域の外部にあるが、しかし少なくとも、半導体素子1b。
3bから背いて位置する平面は絶縁層例えば薄膜酸化層9bにより被覆されてい る。金属プレート7bは、電極としての役割の外に第1図の絶縁プレート9を固 定する役割も果たす。
第4図に示されている変形では、半導体素子1c、3cがその全面が金属部7C に接合されている。金属部7Cは電極としての機能を有する。これに対して絶縁 プレート9cには、少なくとも化ツノトランジスタを有する半導体素子ICによ り覆われている貫通凹部27が設けられ、貫通凹部27を貫通して冷却流体が直 接に金属部7C及びひいては半導体素子ICに熱交換接触することができ、これ により損失熱の排出が容易になる。凹部27は、半導体素子7Cをほぼ完全に重 なる。半導体素子ICは、凹部27の端縁領域内でのみ絶縁プレートICにより 支持されている。第4図に破線13cにより示されているように、冷却チャネル は絶縁プレート9Cと一緒に、この場合には場合に応じて一体的な長方形横断面 の管13cである一定横断面の管の形状をとることもでき、この一定積断面の管 13cの上に半導体素子1c、3cが後から外部から固定される。このような冷 却チャネル構造が第1図〜第3図の変形においても使用できることは自明である 。
第5図は、前述の例と同様にそれぞれのIGBTモジュールが電気スイッチを形 成している複数のIGBTモジュールをスイッチモジュールに統合でき、スイッ チモジュールは、例えば半ブリツジ形又は全ブリッジ形でであり、部分的に並列 回路又は直列回路であり、場合に応じてこれらのブリッジのうちの複数のブリッ ジを統合することもできる1つの実施例を示す。29により示されているモジュ ールは、互いに平行に配置されている2つのセラミック絶縁プレート9dを有( 7、絶縁プレート9dは、それらの長手端縁に沿って有利には弾性の密封枠部材 31により互いに連結し、これにより、周方向で閉鎖されている冷却チャネル1 3dか形成される。矢印15dは、冷却流体の流れ方向を示す。2つの絶縁プレ ート9dのそれぞれは、その冷却チャネルから遠く離れて位置する平面の上に、 流れ方向15dで順次に配置されている複数の半導体素子1dを備え、半導体素 子1dのそれぞれは、別個のIGBTスイッチを形成する。2つの絶縁プレート 9dのそれぞれに配置されている半導体素子1dの数は、同一である。第6図か ら分かるように半導体素子1dも、その全面が金属部7dを介して絶縁プレート 9dに素材結合されている。端子は19に示されている。IGBTモジュールの ための保護回路及び制御回路は、第6図〜第8図と同様に別個には示されていな い。第2図〜第4図の変形は、モジュール29に適用できることは自明である。
第5図において、各スイッチの半導体素子1dか互いに別個に間隔をおいて絶縁 プレート9の上に配置されている。当該の形式の半導体素子は、通常は同一の形 状で多数個を隣接して半導体基板ディスクの上に製造できるので、場合に応じて 半導体素子1dのうちの複数の半導体素子を、第5図の33に示されているよう に一体的に互いに接合できる。
第7図は、一体的に互いに接合されている半導体素子1eを基礎とする別の1つ の変形を示す。それぞれ複数の電気スイッチの半導体素子1eは一緒に、前述の 基板ディスクから切取って、金属部(金属電極7e)を被着できる。金属電極7 eは、冷却流体に向いて位置する面に電気絶縁層を有する。半導体素子プレート 1eは、互いに平行に配置され、密封するスペーサ枠部材31eを介して互いに 連結されている。スペーサ枠部材31eと一緒に半導体素子プレート1eは、周 方向で閉鎖されている冷却チャネル13eの境界を定めている。電気スイッチの 端子は19eに示されている。
第8図は、第5図〜第7図のモジュール29のうちの複数のモジュールが1つの ユニットに統合されているのを示す。モジュール29fは1つの共通のケーシン グ35の中に互いに平行に弾性線路37の中に保持されている。チャネル13f の一端は、共通の冷却流体供給チャネル39に接続され、他端は、共通の冷却流 体排出チャネル41に接続されている。モジュール29fには、モジュール平面 の中に配置されている保護ウェブ43か配置され、保護ウェブ43には、端子機 構45が設けられている。端子機構45は、制御線及び電流線路の接続に用いら れ、導線19fにより示されているようにモジュール29fの半導体素子1fに 接続されている。
冷却流体は、大気圧か印加されているガス例えば窒素、液体例えば水又は油例え ば鉱油又はパラフィン油又は合成石油等である。しかし2相流体例えば冷媒又は CO7等でも可である。冷却流体は、強制的に流されて循環して冷却チャネルを 貫流案内される。
第9図は、冷却流体としての液体を有する冷却装置の実施例を示す。冷却流体は 、ポンプ47により冷却器又は熱交換器49を介して冷却チャネル13gに循環 路で供給される。冷却装置は温度閉ループ制御回路51を有し、温度閉ループ制 御回路51は温度センサ53により、1gにより示されており冷却流体と熱交換 接触している半導体素子の温度を測定し、例えば冷却器49の冷却能力を制御す るブロワ55により半導体温度を、57で調整可能な目標値に保持する。図を明 瞭にする59により冷却流体のための補償容器が示されている。
第10図は、半導体素子1hを冷却するために2相冷媒が使用される変形実施例 を示す。熱ポンプの形式で、圧縮機61により圧縮された冷媒が凝縮器63の中 で例えばブロワ65により冷却され液化される。冷却チャネル13hは蒸発器を 形成し、蒸発器の中に流体冷媒がノズル67等を介して導入されて熱を吸収して 蒸発する。冷却流体として冷媒を使用することにより冷却装置の構造をコンパク ト化できる。
第11図は、図を明瞭にするために、ガス状の冷却流体のための冷却剤閉鎖循環 路を示し、ガス状冷却剤は、圧縮機59により圧縮され、次いで冷却又は熱交換 器72で冷却され、次いで冷却チャネル13iに供給されて半導体素子11と熱 接触される。第10図及びdllの変形実施例も温度の閉ループ制御が可能なよ うに形成できることは自明である。
半導体素子の冷却する表面、又は半導体素子にその全面を被覆して素材結合され ている金属薄板及び絶縁プレートの冷却する表面の熱伝導は、例えば冷却流体と しての液体を、冷却流体の境界の層流の厚さを減少する表面ミクロ構造を貫流さ せることにより改冴できる。境界の層流とは、流体が壁面と摩擦し及び壁面に付 着することにより流れ速度が減少する流体の層流の領域のことである。鮫の皮膚 状の表面構造は壁表面の流体摩擦を低減するだけでなく、境界層厚さも減少する ことが分かった。境界層の厚さが減少すると、放熱面と吸熱冷却流体の流動領域 の間の間隔が短縮する。
第12図は、境界層厚さを減少するこのような表面ミクロ構造の例を示す。ミク ロ構造、冷却流体の流れ方向15kに延在する多数の互いに平行なリブ71から 成り、リブ71の側面は楔状に刃状の山部73に向かって先細りする。リブ71 は、凹状に湾曲している溝を経て互いに移行する。リブ71の高さの値とそれら の相互間隔の値は、有利には境界層厚さの値より小さい。
第12図に示されているリブ形状は、好適であることが分かった。しかし、丸形 の山部又は台形の山部を有するリブ等別のリブ形状でもよい。
第13図及び第14図は、境界層厚さを減少する別の表面構造を示す。これらの 図の上面図は、冷却する表面に対して垂直に冷却流体の流れ方向151で走行す る平面の中で楔状に上昇するひし形のけば又は***部75を示す。***部75に より形成されている屋根面は、平面状でもよく、711により示されているよう に第12図に類似のミクロリブを設けてもよい。第13図の上面図にひし形状の 輪郭の代りに***部75は、通常は多角形等の別の輪郭を有することも可能であ る。とりわけ、1つの角が流れ方向151を指す三角形が適している。第13図 及び第14図の実施例においても***部75の寸法は、境界層厚さの値のオーダ である。
本発明のスイッチ構造の1つの重要な利点は、冷却装置を改善して全体のスペー スを小さくできることにある。これにより電気スイッチを、制御する電気機器の 空間的近辺にの中に従来技術に比してより良好に配置することが可能になる。
これは、例えば電気スイッチによりスイッチングする界磁巻線を有する電動機又 は発電機等の電気機械において重要な利点である、何故ならばこれにより界磁巻 線を非常に短いリード線を介して端子に接続できるからである。リード線を短縮 することによりスイッチング回路のインダクタンスが減少し、ひいては電気スイ ッチの応動時間か短縮する。
補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成6年11月25日

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.プレート状のトランジスタ半導体素子(1)を具備し、前記トランジスタ半 導体素子(1)はその平面のうちの第1の平面の上に、半導体素子(1)に密着 して素材結合されている金属電極(7)を備え、第2の平面の上に、互いに間隔 をおいて半導体素子(1)の中に素材結合されている端子(5)を備え、前記第 1の平面に向かって前記半導体素子(1)を越えて突出している電気地縁性の絶 縁担体(9;9a;7b,9b;9c)をさらに具備し、前記絶縁担体(9;9 a;7b,9b;9c)に前記半導体素子(1)の前記絶縁担体(9;9a;7 b,9b;9c)から背いて位置する前記第1の平面が保持され、冷却流体チャ ネル(13)を有し前記半導体素子(1)のうちの平面のうちの少なくとも1つ の平面に熱伝導接触している流体形冷却装置と、前記冷却チャネル(13)の中 で冷却流体の強制流動(15)を発生する手段とをさらに具備する、電気スイッ チ装置のための例えばIGBT又はMOSFET又はBIMOS等の形の流体に より冷却される出力トランジスタ装置において、前記絶縁担体(9;9a;7b ,9b;9c)の上に半導体素子(1)のための制御及び保護回路(3)も装着 され、前記絶縁担体(9;9a;7b,9b;9c)及び/又は半導体(1)の 平面のうちの少なくとも1つの平面が、直接に前記冷却流体チャネル(13)の 中の前記冷却流体強制流動にさらされ、冷却流体との接触が前記平面のほぼ全面 で行われることを特徴とする流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  2. 2.半導体素子(1,1a,1d)の金属電極(7b,7a,7d)が密着して 絶縁担体(9,9a,9d)に素材結合されていることを特徴とする請求の範囲 第1項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  3. 3.絶縁担体(9,9a,9c,9d)が全体的に絶縁材有利にはセラミックか ら形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の流体に より冷却される出力トランジスタ装置。
  4. 4.絶縁担体が、少なくともその1つの平面の上に絶縁層(9b)を備えている 金属プレート(7b)として形成されていることを特徴とする請求の範囲第1項 又は第2項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  5. 5.金属プレート(7b)及び金属電極が一体的に形成されていることを特徴と する請求の範囲第4項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  6. 6.半導体素子(1,1a,1b)から背いて位置する平面が、冷却流体強制流 動にされされていることを特徴とする請求の範囲第1項から第5項のうちのいず れか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  7. 7.半導体素子(1a)の絶縁担体(9a)に背いて位置し有利には保護層(2 5)を備えている平面も、直接に冷却流体強制流動にさらされていることを特徴 とする請求の範囲節6項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  8. 8.金属電極(7,7a,7b,7c,7d)が、半導体素子(1)の第1の平 面を大幅に有利には50%越えて被覆する寸法を有する金属プレートの形に形成 されている請求の範囲第1項から第7項のうちのいずれか1つの項に記載の流体 により冷却される出力トランジスタ装置。
  9. 9.絶縁担体(9;9d)プレートとして形成され、冷却流体チャネル(13; 13d)のカバーを形成することを特徴とする請求の範囲第1項から第8項のう ちのいずれか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  10. 10.絶縁担体(91;9d)が、隣接し例えば冷却流体強制流動(15;15 d)の方向で順次に配置されている複数の半導体素子(1;1d)を装着されて いることを特徴とする請求の範囲第9項に記載の流体により冷却される出力トラ ンジスタ装置。
  11. 11.冷却流体チャネル(13d)の少なくとも互いに対向して位置する2つの 壁が、それぞれ少なくとも1つの半導体素子(1d)を装着されているプレート 状の絶縁担体(9d)により形成されていることを特徴とする請求の範囲第10 項又は第11項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  12. 12.互いに対向して位置する2つの絶縁担体(9d)が、同一の数の半導体素 子(1d)を装着されていることを特徴とする請求の範囲第11項に記載の流体 により冷却される出力トランジスタ装置。
  13. 13.対向して位置する絶縁担体(9d)が密封枠部材(31)により、周方向 で閉じている冷却流体チャネル(13d)に連結されていることを特徴とする請 求の範囲第11項又は第12項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ 装置。
  14. 14.例えば絶縁材製担体プレートとして形成されている絶縁担体(9c)が、 半導体素子(1c)により被覆されている貫通凹部(27)を有し、前記貫通凹 部(27)の端縁に前記半導体素子(1c)固定され、前記半導体素子(1c) の少なくとも金属電極(7c)を有する第1の平面が、貫通凹部(27)をして 到来する冷却流体流にさらされることを特徴とする請求の範囲第1項から第13 項のうちのいずれか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装 置。
  15. 15.絶縁担体(9c)が、長方形横断面の管の冷却流体チャネル(13c)を 形成する部分であることを特徴とする請求の範囲第14項に記載の流体により冷 却される出力トランジスタ装置。
  16. 16.絶縁担体(9,9a,9c,9d)が、有利には一体的に互いに接合され 冷却流体の流れ方向で順次に配置されている複数の半導体素子(1,1a,1c ,1d)を装着され、それぞれの前記半導体素子(1,1a,1c,1d)が、 少なくとも1つの出力トランジスタを有することを特徴とする請求の範囲第1項 から第15項のうちのいずれか1つの項に記載の流体により冷却される出力トラ ンジスタ装置。
  17. 17.冷却流体チャネル(13d)の少なくとも互いに対向して位置する2つの 壁が実質的に、有利には複数の一体的に互いに接合され冷却流体の流れ方向で順 次に配置されそれぞれ少なくとも1つの出力トランジスタを有するそれぞれ少な くとも1つの半導体素子(1d)のみにより形成され、対向して位置する半導体 素子(1d)が密封枠部材(31)により、局方向で閉じている冷却流体チャネ ルに連結されていることを特徴とする請求の範囲第1項から第16項のうちのい ずれか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  18. 18.流体形冷却装置が、冷却流体が冷却流体チャネル(13g;13h;13 i)と冷却器(49;63;71)とを順次に循環する閉じている冷却流体循環 路(13g,47,49;13h,61,63;13i,69,71)を有する ことを特徴とする請求の範囲第1項から第17項のうちのいずれか1つの項に記 載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  19. 19.冷却流体循環路が蒸発器及び凝縮器(63)を有し、冷却流体チャネルが 蒸発器(13h)を形成することを特徴とする請求の範囲第18項に記載の流体 により冷却される出力トランジスタ装置。
  20. 20.冷却流体が、ガス例えば大気圧が印加されているガス有利にはN2、又は 液体有利には水又は油例えば鉱油又はパラフィン油又は合成石油、又は2相流体 有利には冷媒又はCO2であることを特徴とする請求の範囲第1項から第19項 のうちのいずれか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置 。
  21. 21.絶縁担体(9;7b,9b)に、冷却流体流にさらされている領域の中で 、熱交換面を広げる構造例えばリプ(71)又は***部(75)が設けられてい る請求の範囲第1項から第20項のうちのいずれか1つの項に記載の流体により 冷却される出力トランジスタ装置。
  22. 22.絶縁担体(9;7b,9b)又は半導体素子(1)の冷却流にさらされる 表面に、冷却流体流の境界層厚さを減少する表面ミクロ構造(71;75)が設 けられていることを特徴とする請求の範囲第1項から第21項のうちのいずれか 1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  23. 23.ミクロ構造が、冷却流体流の流れ方向(15k)に沿って延在しほぼ平行 なミクロリプ(71)を有するリプ模様として形成されていることを特徴とする 請求の範囲第22項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  24. 24.ミクロリプ(71)が、先細りして少なくとも近似的に刃(73)を形成 する山部を有することを特徴とする請求の範囲第23項に記載の流体により冷却 される出力トランジスタ装置。
  25. 25.リプ(71)の高さと前記リプ(71)の横方向の相互間隔が、境界層厚 さの値のオーダである又はそれより小さいことを特徴とする請求の範囲第23項 又は第24項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  26. 26.ミクロ構造が、有利にはラスタ状に配置されている多数のミクロ***部( 75)を有することを特徴とする請求の範囲第22項から第25項のうちのいず れか1つの項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
  27. 27.ミクロ***部(75)が、上面図で見て多角形例えば3角形又は4角形を 有することを特徴とする請求の範囲第26項に記載の流体により冷却される出力 トランジスタ装置。
  28. 28.ミクロ***部(75)が、流れ方向(151)で走行する平面の中で見て 表面に対して垂直に楔状に上昇することを特徴とする請求の範囲第26項又は第 27項に記載の流体により冷却される出力トランジスタ装置。
JP6500085A 1992-05-25 1993-05-24 流体により冷却される出力トランジスタ装置 Expired - Fee Related JP2532352B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19924217289 DE4217289C2 (de) 1992-05-25 1992-05-25 Fluidgekühlte Leistungstransistoranordnung
DE4217289.6 1992-05-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07507658A true JPH07507658A (ja) 1995-08-24
JP2532352B2 JP2532352B2 (ja) 1996-09-11

Family

ID=6459694

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6500085A Expired - Fee Related JP2532352B2 (ja) 1992-05-25 1993-05-24 流体により冷却される出力トランジスタ装置
JP6500086A Expired - Fee Related JP2660879B2 (ja) 1992-05-25 1993-05-24 半導体スイッチを有する電気機械

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6500086A Expired - Fee Related JP2660879B2 (ja) 1992-05-25 1993-05-24 半導体スイッチを有する電気機械

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5606201A (ja)
EP (2) EP0642698B1 (ja)
JP (2) JP2532352B2 (ja)
DE (2) DE59302279D1 (ja)
WO (2) WO1993024955A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002314037A (ja) * 2001-04-17 2002-10-25 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
WO2011125348A1 (ja) * 2010-04-01 2011-10-13 住友電装株式会社 端子圧着電線の製造方法、端子圧着電線及び端子圧着装置
US8061412B2 (en) 2005-03-18 2011-11-22 Mitsubishi Electric Corporation Cooling structure, heatsink and cooling method of heat generator

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6400012B1 (en) 1997-09-17 2002-06-04 Advanced Energy Voorhees, Inc. Heat sink for use in cooling an integrated circuit
GB2347020B (en) 1999-02-02 2003-05-14 3Com Technologies Ltd Cooling equipment
US6548328B1 (en) * 2000-01-31 2003-04-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Circuit device and manufacturing method of circuit device
US7091606B2 (en) * 2000-01-31 2006-08-15 Sanyo Electric Co., Ltd. Circuit device and manufacturing method of circuit device and semiconductor module
DE10017971A1 (de) * 2000-04-11 2001-10-25 Bosch Gmbh Robert Kühlvorrichtung zur Kühlung von Bauelementen der Leistungselektronik mit einem Mikrowärmeübertrager
ATE267507T1 (de) * 2000-09-29 2004-06-15 Nanostream Inc Mikrofluidische vorrichtung zur wärmeübertragung
US6531206B2 (en) 2001-02-07 2003-03-11 3M Innovative Properties Company Microstructured surface film assembly for liquid acquisition and transport
US7654100B2 (en) * 2001-04-26 2010-02-02 Rini Technologies, Inc. Method and apparatus for high heat flux heat transfer
US6993926B2 (en) * 2001-04-26 2006-02-07 Rini Technologies, Inc. Method and apparatus for high heat flux heat transfer
US20030155434A1 (en) * 2002-02-01 2003-08-21 Rini Daniel P. Spray nozzle apparatus and method of use
FR2826508B1 (fr) * 2001-06-20 2004-05-28 Alstom Module electronique de puissance et composant de puissance destine a equiper un tel module
WO2003063241A2 (en) * 2002-01-22 2003-07-31 Rini Technologies, Inc. Method and apparatus for high heat flux heat transfer
US6980450B2 (en) * 2002-01-24 2005-12-27 Inverters Unlimited, Inc. High power density inverter and components thereof
FR2853808B1 (fr) * 2003-04-09 2006-09-15 Alstom Module de commutation de puissance et ondulateur equipe de ce module
JP4015975B2 (ja) * 2003-08-27 2007-11-28 三菱電機株式会社 半導体装置
US6992887B2 (en) * 2003-10-15 2006-01-31 Visteon Global Technologies, Inc. Liquid cooled semiconductor device
US20050083655A1 (en) * 2003-10-15 2005-04-21 Visteon Global Technologies, Inc. Dielectric thermal stack for the cooling of high power electronics
US20050092478A1 (en) * 2003-10-30 2005-05-05 Visteon Global Technologies, Inc. Metal foam heat sink
US20050106360A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Johnston Raymond P. Microstructured surface building assemblies for fluid disposition
US8125781B2 (en) 2004-11-11 2012-02-28 Denso Corporation Semiconductor device
US20070252268A1 (en) * 2006-03-31 2007-11-01 Chew Tong F Thermally controllable substrate
DE102006037496B4 (de) * 2006-08-10 2008-08-14 Compact Dynamics Gmbh Bremsaggregat für ein Landfahrzeug
JP4678385B2 (ja) * 2007-06-13 2011-04-27 トヨタ自動車株式会社 駆動装置および駆動装置を備えた車両
KR20090103600A (ko) * 2008-03-28 2009-10-01 페어차일드코리아반도체 주식회사 전력 소자용 기판 및 이를 포함하는 전력 소자 패키지
DE102010022517B4 (de) * 2010-06-02 2012-04-19 Grenzebach Bsh Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur solarthermischen Erzeugung von Prozesswärme
US8243451B2 (en) 2010-06-08 2012-08-14 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling member for heat containing device
DE102014102262A1 (de) * 2014-02-21 2015-08-27 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Schalteinrichtung
DE102015220852A1 (de) * 2015-10-26 2017-04-27 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
KR101755881B1 (ko) * 2015-11-05 2017-07-07 현대자동차주식회사 차량 공조시스템의 블로워 모터
EP3443644B1 (en) * 2016-04-12 2021-10-13 DANA TM4 Inc. Liquid cooled electric machine with enclosed stator
GB2552342A (en) * 2016-07-19 2018-01-24 Sevcon Ltd Electric motor
US10950522B2 (en) * 2017-02-13 2021-03-16 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Electronic device
DE102017222822A1 (de) 2017-12-14 2019-06-19 Robert Bosch Gmbh Elektrische Maschine
US10424528B2 (en) * 2018-02-07 2019-09-24 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Layered cooling structure including insulative layer and multiple metallization layers
US10462944B1 (en) * 2018-09-25 2019-10-29 Getac Technology Corporation Wave absorbing heat dissipation structure
CN111403365B (zh) * 2020-02-18 2022-03-22 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 智能功率模块

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3250929A (en) * 1963-10-28 1966-05-10 Syncro Corp Heat sink construction for generator regulators
AT282990B (de) * 1967-11-30 1970-07-27 Siemens Ag Antrieb für batteriegespeiste Tonwiedergabegeräte, insbesondere Tonbandgeräte
US3896320A (en) * 1971-10-19 1975-07-22 United Aircraft Corp High speed electric generator
GB1488386A (en) * 1974-10-04 1977-10-12 Semikron Gleichrichterbau Semiconductor rectifier arrangement
DE2828473A1 (de) * 1978-06-29 1980-01-17 Bosch Gmbh Robert Oelgekuehlte elektrische maschine
US4203129A (en) * 1978-07-11 1980-05-13 International Business Machines Corporation Bubble generating tunnels for cooling semiconductor devices
US4296455A (en) * 1979-11-23 1981-10-20 International Business Machines Corporation Slotted heat sinks for high powered air cooled modules
FR2512601B1 (fr) * 1981-09-08 1986-05-16 Bosch Gmbh Robert Generateur de courant alternatif avec des redresseurs refroidis par l'air
FR2538989B1 (fr) * 1982-12-30 1985-10-04 Thomson Csf Structure d'assemblage de circuits electroniques complexes, et procede d'amelioration de la fiabilite d'un tel assemblage
EP0217676B1 (en) * 1985-10-04 1993-09-01 Fujitsu Limited Cooling system for electronic circuit device
US4739204A (en) * 1986-01-30 1988-04-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Liquid cooled a.c. vehicle generator
US4883982A (en) * 1988-06-02 1989-11-28 General Electric Company Electronically commutated motor, blower integral therewith, and stationary and rotatable assemblies therefor
US5077601A (en) * 1988-09-09 1991-12-31 Hitachi, Ltd. Cooling system for cooling an electronic device and heat radiation fin for use in the cooling system
US5049982A (en) * 1989-07-28 1991-09-17 At&T Bell Laboratories Article comprising a stacked array of electronic subassemblies
DE4010193C3 (de) * 1990-03-30 1998-03-26 Rheinmetall Ind Ag Leiterkarte für eine Leistungs-Elektronikschaltung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002314037A (ja) * 2001-04-17 2002-10-25 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
US8061412B2 (en) 2005-03-18 2011-11-22 Mitsubishi Electric Corporation Cooling structure, heatsink and cooling method of heat generator
WO2011125348A1 (ja) * 2010-04-01 2011-10-13 住友電装株式会社 端子圧着電線の製造方法、端子圧着電線及び端子圧着装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0642703B1 (de) 1996-04-17
JPH07507438A (ja) 1995-08-10
WO1993024983A1 (de) 1993-12-09
JP2532352B2 (ja) 1996-09-11
EP0642698A1 (de) 1995-03-15
EP0642703A1 (de) 1995-03-15
JP2660879B2 (ja) 1997-10-08
DE59303891D1 (de) 1996-10-24
DE59302279D1 (de) 1996-05-23
WO1993024955A1 (de) 1993-12-09
EP0642698B1 (de) 1996-09-18
US5606201A (en) 1997-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07507658A (ja) 流体により冷却される出力トランジスタ装置
US6992887B2 (en) Liquid cooled semiconductor device
US9059334B2 (en) Power semiconductor module and method of manufacturing the same
US7768121B2 (en) Apparatus and methods for cooling semiconductor integrated circuit package structures
EP1416534B1 (en) Integrated circuit system with a latent heat storage module
US6767766B2 (en) Electronic module with integrated programmable thermoelectric cooling assembly and method of fabrication
JP3826667B2 (ja) 両面冷却型半導体カ−ドモジュ−ル及びそれを用いた冷媒間接冷却型半導体装置
EP2328172A1 (en) A power-electronic arrangement
US6989592B2 (en) Integrated power module with reduced thermal impedance
CN112335040A (zh) 用于电结构元件的冷却组件、具有冷却组件的整流器以及具有整流器的空中行驶工具
JP2009105389A (ja) パワーモジュール
WO2015194023A1 (ja) パワーモジュール装置及び電力変換装置
CN213692016U (zh) 功率半导体装置
JP2011220577A (ja) 冷凍装置
CN116582017A (zh) 逆变器的开关模块、具有多个这种开关模块的逆变器以及具有逆变器的车辆
JP5402778B2 (ja) 半導体モジュールを備えた半導体装置
JP2010062491A (ja) 半導体装置および複合半導体装置
WO2022075199A1 (ja) 発熱体冷却構造および電力変換装置
WO2019142543A1 (ja) パワー半導体装置
CN105280564A (zh) 载体、半导体模块及其制备方法
JP2020141023A (ja) 半導体装置
JP4158648B2 (ja) 半導体冷却ユニット
CN210092064U (zh) 立式结构的功率模块
JP4453230B2 (ja) 半導体素子用冷却構造体
JP7305023B2 (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080627

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090627

Year of fee payment: 13

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees