JP2000243886A - 電力用半導体素子の冷却体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部貫流型の電力用半導体素子の冷却体にお
いて、冷却液圧力を増加させることなく冷却効率を向上
させた電力用半導体素子の冷却体を提供する。 【解決手段】 冷却体１の中央部に円形の穴を両面から
あけ、その穴の底部となる仕切り板３に金属製の円柱４
を複数個配置し、円形の穴の外周部にＯリング２を取付
けるとともに、冷却液の入口配管６ａ、出配管６ｂを取
付ける。このように構成した冷却体１と電力用半導体素
子とを圧接し積層すると、冷却体内部の冷却液５は、電
力用半導体素子の電極面と直接接触するため冷却効率が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子のうちで
も両面に接触電極を有する電力用半導体素子の両面に接
触させて冷却を行なう冷却体に係わり、特に冷却媒体が
液体、例えば水が内部を貫流することにより冷却を行な
うようにした電力用半導体素子の冷却体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体変換装置は大容量化（高電圧化）
の傾向にあり、それに伴い多数個の電力用半導体素子が
用いられるようになってきている。半導体変換装置は複
数個の電力用半導体素子と、その電力用半導体素子を冷
却するための冷却体を交互に積層し弾性的な押圧力を負
荷する電力用半導体素子用スタック（以下単にスタック
とも言う）を半導体変換装置の回路構成要素として多数
使用している。

【０００３】このような大容量の電力用半導体素子で
は、僅か数１０ｃｍ² の小さい電極面から数ｋＷ以上の
熱損失が発生する。従って、このような電力用半導体素
子においては、この小さい電極面から大量の熱を奪う、
より冷却効率の良い冷却体を得ることが重要になってい
る。

【０００４】以下、従来のこの種の液体による内部貫流
型冷却体について、図１５乃至図１７を用いて説明す
る。図１５において、冷却体１は、例えばダイオード、
サイリスタ、ＧＴＯ、ＩＥＧＴ等の電力用半導体素子７
と交互に積層してスタック２７を構成し、このスタック
２７の両端から数トンの圧力で圧接されている。また、
冷却体１は、絶縁パイプ２８を介して相互に接続されて
いる。このように構成されたスタック２７において、例
えば水のような冷却液５は、絶縁主パイプ２９を介して
熱交換器３０に至る経路で、循環ポンプ３１で循環す
る。

【０００５】冷却体１には種々の構成のものがあり、図
１６及び図１７にその一例を示す。図１６は、冷却体１
の外観を示す斜視図である。同図に示すように冷却体１
は、熱伝導性、導電性の優れた例えば銅またはアルミニ
ウムで平板状に形成された両面を電力用半導体素子との
接触面３２とした主体部３３を有し、この主体部３３の
内部に設けた貫流路（図示しない）の両端となる部分
に、絶縁パイプ２８または絶縁主パイプ２９を接続する
ための口出部６ａ、６ｂを設けている。冷却液は、一方
の口出部６ａから流入し、貫流路（図示しない）に沿っ
て流れ、他方の口出部６ｂより流出する。

【０００６】図１７は冷却体１の主体部３３の断面を示
し、同図（ａ）は水平断面図、（ｂ）は同図（ａ）の点
Ｒ１から点Ｒ２までの貫流路に沿った主体部３３の部分
断面図、（ｃ）はＳ−Ｓ断面図である。

【０００７】同図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように
主体部３３は、両面を電力用半導体素子との接触面３２
とし、内部には、半円部と直線部とから構成され、かつ
一線状に接続された貫流路３４を設けている。この貫流
路３４の両端の開口部には、絶縁パイプ２８または絶縁
主パイプ２９を接続するための口出部が設けられ、一方
の口出部６ａ（図１６参照）から流入した冷却液は、図
１７（ａ）に矢印で示すように往路３５から復路３６へ
と流れ、他方の口出部６ｂ（図１６参照）から流出す
る。電力用半導体素子からの熱は冷却体１の接触面３２
から冷却体の主体部３３を通り冷却媒体である冷却液５
に伝わる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、サイリスタ素子
等の電力用半導体素子は、その大容量化に伴って発熱量
も増大しており、冷却効率の高い冷却体が要求されてい
る。ところが、従来の冷却体で冷却効率を向上させるに
は、冷却液の流量を増加させればよいが装置全体の冷却
液総量が増大するため、配管の大口径化、冷却液を循環
させるためのポンプの大型化などが必要となる。このよ
うに、電力用半導体素子の大容量化は、部品の大型化を
招くばかりでなく装置全体が大きくなり変換装置が大型
化するという間題がある。

【０００９】本発明の目的は、上記に鑑みてなされたも
ので、内部貫流型の電力用半導体素子の冷却体におい
て、冷却液圧力を増加させることなく冷却効率を向上さ
せた電力用半導体素子の冷却体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、内部に冷却液を貫流させる
流路を設けた電力用半導体素子の冷却体において、流路
の冷却液を電力用半導体素子の電極面に接触させること
を要旨とする。

【００１１】この構成により電力用半導体素子の冷却効
率を向上させることができる。請求項２記載の発明は、
請求項１記載の電力用半導体素子用冷却体において、冷
却体の中央部に円形の穴を両面から任意の深さ設け、そ
の穴の底部に金属製の支柱を複数個配置し、穴の外周の
冷却体両面の表面に、穴の直径より大きな直径のＯリン
グを１個または複数個取付けたことを要旨とする。

【００１２】この構成により金属製の支柱で通電と圧接
力支持伝達ができる。また、Ｏリングで冷却体の冷却液
が漏れ出さないようにすることができる。請求項３記載
の発明は、請求項１記載の電力用半導体素子用冷却体に
おいて、冷却体の流路を構成する部分と冷却体の外枠部
分とを分離可能な別部品により構成したことを要旨とす
る。

【００１３】この構成により電力用半導体素子の発熱特
性に応じた冷却流路を構成することができる。請求項４
記載の発明は、請求項１記載の電力用半導体素子用冷却
体において、冷却体の外枠部分に、冷却体中央の厚み方
向に電力用半導体素子の電極面の面積より小さい面積の
貫通穴を設けたことを要旨とする。

【００１４】この構成により電力用半導体素子の電極面
の面積に応じた冷却液との接触面積を構成することがで
きる。請求項５記載の発明は、請求項１記載の電力用半
導体素子用冷却体において、冷却体の流路を構成する部
分に、流路を縦に仕切る仕切り板を設け、この仕切り板
に柱状の支柱を複数個配置して構成した流路構成部材を
取付け、この流路構成部材で圧接力を伝達することを要
旨とする。

【００１５】この構成によって、冷却流路を構成する部
材で圧接力も伝達することができる。請求項６記載の発
明は、請求項１記載の電力用半導体素子用冷却体におい
て、前記流路を構成するとともに圧接力を伝達する部分
を、冷却液流路用の貫通穴を設けた１個または複数個の
リング状のものとするとともに、冷却液の配管と接続
し、前記冷却体の中央に配置したことを要旨とする。

【００１６】この構成によってリング状のもので圧接力
の支持と冷却液の流路構成の両方の効果が得られる。請
求項７記載の発明は、請求項１記載の電力用半導体素子
用冷却体において、冷却液の入口を冷却体の中央とし、
出口を冷却体の外周部分とすることを要旨とする。

【００１７】この構成によって冷却液は冷却体の中央か
ら外周部に流れるため、冷却体と接触している電力用半
導体素子の電極面を均等に冷却することができる。請求
項８記載の発明は、請求項１記載の電力用半導体素子用
冷却体において、流路を構成する部材である支柱を、冷
却体を縦に仕切る仕切り板の両面に放射状に配置し、仕
切り板に複数個の穴を設けたことを要旨とする。

【００１８】この構成によって、冷却液が仕切り板の両
面を自由に流れ冷却効率が良くなる。請求項９記載の発
明は、請求項１記載の電力用半導体素子用冷却体におい
て、冷却体を複数個のシリコンチップを内蔵したマルチ
チップ型電力用半導体素子を冷却する冷却体とし、流路
を構成する部材である支柱を、マルチチップ型電力用半
導体素子内部の複数個のシリコンチップと同数配置した
ことを要旨とする。

【００１９】この構成によりシリコンチップごとの冷却
と圧接を行なうことができる。請求項１０記載の発明
は、請求項１記載の電力用半導体素子用冷却体におい
て、冷却体の外枠を、樹脂（プラスチック）や絶縁セラ
ミック等の絶縁物で構成したことを要旨とする。

【００２０】この構成により配管部品を絶縁物で構成で
きるため、冷却体の外枠と配管を同じ材料とすることに
より冷却体の質量を低減できると共に積層された冷却体
同士の絶縁も容易に得ることができる。

【００２１】請求項１１記載の発明は、請求項１記載の
電力用半導体素子用冷却体において、冷却体の冷却液の
流路空間を内部に構成した外枠を一体成形または注形可
能な絶縁物で構成し、複数個連続して配管部分で連結し
て、一体絶縁構造としたことを要旨とする。

【００２２】この構成により配管部品を別材料や接続用
の継手を必要としないため、冷却体の質量を低減できる
と共に積層された冷却体同士の絶縁も容易に得ることが
できる。

【００２３】請求項１２記載の発明は、請求項１記載の
電力用半導体素子用冷却体において、冷却体の外枠を複
数個連結し同一絶縁材料で一体化するとともに、冷却体
の外枠内部の冷却液流路の形状を長方形とし、電力用半
導体を取付ける部分以外は、冷却液の入口から出口まで
同じ形状で貫通し冷却流路を構成することを要旨とす
る。

【００２４】この構成により冷却液を多量にしかも低い
圧力で流すことができるため冷却効率が向上する。請求
項１３記載の発明は、請求項１記載の電力用半導体素子
用冷却体において、冷却体の外枠を複数個連結し同一絶
縁材料で一体化するとともに、冷却体の外枠に複数の冷
却液排出口を設けたことを要旨とする。

【００２５】この構成により保守時などにスタック部の
任意の冷却体の冷却液を抜くことができるため作業が容
易となる。請求項１４記載の発明は、請求項１記載の電
力用半導体素子用冷却体において、冷却体に取付ける前
記電力用半導体素子をモジュール型の電力用半導体素子
としたことを要旨とする。この構成により圧接を不要と
するモジュール型のＩＧＢＴ等の電力用半導体素子の冷
却を行なうことができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。

【００２７】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る冷却体の構成を示す斜視図である。図
は、冷却体の片面の形状を示したもので裏側も同じ形状
をしている。

【００２８】この実施形態は、同図に示すように、冷却
体１の中央部に円形の穴を両面から任意の深さあけ、そ
の穴の底部となる部分に金属製の円柱４を複数個配置
し、前記穴の外周の冷却体両面の表面に前記穴直径より
大きな直径の１個または複数のＯリング２を取付けたも
のである。（なお、Ｏリング２を複数取付ける場合は同
心円的に配置する。） 冷却体の両面から穴をあけていくと、あけた穴の底の部
分は冷却体１を縦に仕切る仕切り板３が形成され、その
仕切り板３の部分に冷却体１の厚さより少し長い円柱状
の円柱４を複数個挿入し、その外周部に１個または複数
のＯリング２を取付け、矢印で流れを示す冷却液５の出
入口の配管即ち入口配管６ａ、出配管６ｂを取付ける。

【００２９】この実施形態によれば、図２に示すように
電力用半導体素子７と冷却体１を圧接し積層すると、冷
却体１内部の冷却液５は、電力用半導体素子７の電極面
８と直接接触するため冷却効率が向上する。さらに、図
１７に示す従来例よりも直線的な流路構成であるため、
流体の抵抗も少ないので、流量が増加することで発熱し
た電極面８の高い冷却効果を得ることができる。冷却液
５は、圧接力を加えることで冷却体１の中央の穴の部分
に取付けられたＯリング２で密閉され外部へ漏れ出すこ
とはない。

【００３０】（第２の実施形態）次に、図３及び図４
に、本発明の第２の実施形態を示す。図３は第２の実施
形態に係る冷却体の外枠９を示す斜視図、図４は冷却体
の冷却液の流路構成部１０を示す斜視図である。

【００３１】この実施形態においては、冷却体１は、図
３及び図４に示すように、外枠部分と流路構成部分とを
別々にしたものである。冷却体の外枠９は、図３に示す
ように、中央に電力用半導体素子７の電極面８より小さ
い面積の貫通穴１１を設けたものである。流路構成部１
０は、図４に示すように、仕切り板３に冷却体の外枠９
の厚さより少しだけ長い円柱４を挿入し固定したもので
ある。円柱４は仕切り板３に挿入後ロウ付け等で固定す
る。あるいは、円柱４に、おねじ加工を施し、薄い円板
にねじの谷径相当の穴をあけてねじ溝を利用して円柱４
を貫通させるなどの方法により取付ける。仕切り板３の
材料は銅やアルミニウムなどの金属の他にフッ素樹脂な
どのプラスチックあるいはセラミック等の絶縁物でも構
成することができる。

【００３２】この実施形態によれば、流路構成部１０と
冷却体の外枠９を別々にすることにより、電力用半導体
素子７の発熱に応じた冷却流路を構成することができ
る。また、圧接荷重が大きくなると円柱４の径を大きく
したり、配置を変えたり、本数を増やすなど電力用半導
体素子７の特性に応じた冷却液５の流路部分の設定がで
きる。

【００３３】また、冷却体の外枠９にはＯリング２を電
力用半導体素子の電極面８と接触させて冷却液５をシー
ルするためのＯリング取付け溝１２を設けるため、電力
用半導体素子の電極面８の面積より小さい面積の貫通穴
１１があいている。この貫通穴１１に冷却液５を流入さ
せるために冷却体の外枠９の上下に冷却体の流路穴１３
があけられ入口配管６ａ及び出口配管６ｂが接続されて
いる。

【００３４】流路構成部１０の仕切り板３に取付ける円
柱４は、銅などの金属とし、通電と圧接荷重を伝達す
る。冷却液５が流れるときにこの円柱４により流れに乱
れを発生させて、冷却効率を向上する。複数の円柱４の
長さは冷却体の外枠９の厚さより少しだけ長く設定し、
圧接したとき電力用半導体素子の電極面８と冷却体の外
枠９とが接触しないようにしてある。両者はＯリング２
を介して接触する。

【００３５】こうすることで圧接力は冷却体の外枠９に
はＯリング２を圧縮する程度しか作用せず、ほとんどの
圧接力は流路構成部１０の円柱４のみを介して伝達され
るため電力用半導体素子７に偏荷重が生じること無く均
等に圧接することができる。

【００３６】円柱４の仕切り板３への取付け方法とし
て、円柱４にねじ溝加工し、仕切り板３にねじ込むこと
でも同様の効果が得られる。このとき仕切り板３は薄い
金属板または絶縁物とし、円柱４をねじ込む量の寸法差
による高低差を仕切り板３の変形で吸収することができ
る。また、ねじ加工するとねじ加工面の冷却液との接触
面積が広くなるため冷却効率が良くなる。

【００３７】（第３の実施形態）図５及び図６に本発明
の第３の実施形態に係る冷却体の構成を示す。図５に示
すものは、冷却液５の入口を冷却体１の中央とし、出口
を冷却体１に設けた貫通穴１１の内側の出口配管６ｂ部
分とするものである。冷却体１の中央部には金属製のリ
ング状の冷却液流路構成部１５があり、このリング状の
冷却液流路構成部１５に冷却液流入口１４を設け、接続
流路構成部１７を介して入口配管６ａと接合して、冷却
体１を構成する。

【００３８】また、図６に示すように、リング状の冷却
液流路構成部１５を冷却液の入口側の入口配管６ａを延
長し、冷却体中央部で接続する構成とすることもでき
る。リング状の冷却液流路構成部１５には、図５及び図
６に示すように、冷却液の通路用の貫通流路穴１６が複
数個あけてあるものである。この貫通流路穴１６は冷却
液の入口配管６ａに近い部分に大小複数個設けたもの
で、反対側の出口側にはこのような冷却液の貫通流路穴
１６は設けない。

【００３９】また、図７に示すように、直径の違う複数
個のリング状の冷却液流路構成部１５ａ、１５ｂを取付
け、流路を構成するようにしてもよい。なお、この場合
貫通流路穴１６を設ける位置は、内側のリング状の冷却
液流路構成部１５ａについては出口配管６ｂに近い方
に、また外側のリング状の冷却液流路構成部１５ｂにつ
いては入口配管６ａに近い方に設けるのがよい。

【００４０】この実施形態によれば、矢印で示す冷却液
５は、圧接力の伝達も兼ねるリング状の冷却液流路構成
部１５のリング内径部分から冷却体１に流入し、リング
に設けた複数の貫通流路穴１６を抜けて、リング外径部
分を通り、冷却液入口配管６ａとは反対側の場所にある
出口配管６ｂへと流れる。リングに設けた複数の貫通流
路穴１６の位置は、冷却液入口配管６ａ側に近い部分に
設けるため、冷却液５は、リング外径側面と、冷却体１
の貫通穴１１の内径側面との間を流路として一回りしな
がら流れる。このように、冷却液を冷却体１全体に回す
ことができるので電力用半導体素子７を均等に冷却する
ことができる。また、図７に示すようにこのリングを複
数個取付けたものにおいても同様の効果が得られる。

【００４１】（第４の実施形態）図８に、本発明の第４
の実施形態に係る冷却体の要部の構成を示す。図８に示
すものは、冷却体１の流路を構成する部分、即ち流路構
成部１０において、仕切り板３の表裏両面に円柱４を複
数個放射状に配置し、仕切り板３に複数個の流路穴１８
を設けたものである。

【００４２】この実施形態によれば、冷却液５が仕切り
板３の流路穴１８を通ることにより、仕切り板３の表裏
間にも冷却液５の流れが生じ、流れが乱れることにより
冷却効果が向上する。また、円柱４を放射状に配置する
ことにより、圧接負荷のバランスをとることができる。

【００４３】また、流路を構成する円柱４は仕切り板３
を貫通して取付けても同じ効果が得られる。円柱４の長
さは第２の実施形態の場合と同様に、冷却体の外枠９の
厚さより少しだけ長くすればよい。

【００４４】（第５の実施形態）図９に、第５の実施形
態として、本発明をマルチチップ型電力用半導体素子に
適用した場合の構成を示す。

【００４５】図９は、冷却体１の流路を構成する部分に
おいて、仕切り板３を貫通して設けた複数個の円柱４を
マルチチップ型電力用半導体素子１９内部のシリコンチ
ップ２０の配置と合致するように円柱４を配置させ、冷
却体１と共に積層した状態の断面を示したものである。
図１０はシリコンチップ２０を示したもので、シリコン
チップ２０の外周に絶縁フレーム２１が取付けられてい
る。

【００４６】この実施形態は、複数個のシリコンチップ
２０を圧接板２２と共に、絶縁碍管２３の内部に配置
し、金属板２４で密閉し構成したマルチチップ型の電力
用半導体素子１９において、電極でもある前記金属板２
４を介し、シリコンチップ１９の面と合致するように円
柱４を接触させ圧接することにより、円柱４で圧接力と
シリコンチップ１９から発生する熱を伝達し、冷却する
ことができる。金属板２４は薄い板状のものとすること
で、円柱４により加える圧接荷重の妨げとはならない。

【００４７】このように各円柱４を各シリコンチップ２
０にできるだけ近づけることで、シリコンチップ２０か
ら発生する熱を効率良く吸収伝達できるので、冷却効率
が向上する。

【００４８】（第６の実施形態）次に、本発明の第６の
実施形態について説明する。この実施形態は、図３に示
した冷却体の外枠９を樹脂（プラスチック）や絶縁セラ
ミックなどの絶縁物で構成するものである。

【００４９】プラスチックで構成する場合は、冷却体の
外枠９に取付けられている冷却液の入口配管６ａ及び出
口配管６ｂもプラスチックで構成し、冷却体の外枠９と
一体化する。

【００５０】この実施形態によれば、冷却体の外枠９が
樹脂（プラスチック）などの絶縁物で構成されるため配
管部分も同じ材料とすることで一体化して製造できる。
また、質量も軽くなるため軽量化できる。さらに冷却体
同士の絶縁も容易となる。

【００５１】（第７の実施形態）図１１に、本発明の第
７の実施形態に係る冷却体の構成を示す。この実施形態
は、図１１に示すように、冷却体の外枠９を樹脂（プラ
スチック）等の一体成形または注形可能な絶縁物で構成
したものである。

【００５２】冷却体の外枠９に取付けられている冷却液
配管２５も冷却体の外枠９と同一材料で連続して構成
し、冷却体の外枠９と一体化する。さらに１つのスタッ
クに必要な数だけ冷却体の外枠９を冷却液配管２５部分
で連結し、複数の冷却体を一体化する。

【００５３】この実施形態によれば、スタック１台分全
ての冷却体の外枠９が連続して一体化されるため、冷却
液配管２５の接続部分は、スタックの両端部２箇所とな
り冷却体配管の接続部分を減らすことができる。また、
質量も軽くなるため軽量化できる。さらに冷却体同士の
絶縁も容易となる。

【００５４】（第８の実施形態）図１２は、本発明の第
８の実施形態に係る冷却体の構成を示したものである。
この実施形態は、図１２に示すように、冷却体の外枠９
を樹脂（プラスチック）等の一体成形または注形可能な
絶縁物で構成したもので、特に冷却液の流路の断面形状
を幅広の長方形としたものである。図１２の場合、冷却
液の流路の幅は、冷却体の外枠９に設けてある貫通穴１
１の直径と同じで、開口高さｈは冷却特性にあわせて任
意とする長方形をしている。

【００５５】図１３は１個の冷却体の外枠９の断面を示
したもので、冷却液の流路の開口高さｈは中央の電力用
半導体素子７を取付ける部分で広がる以外は、冷却液の
入口から出口まで同じ形状である。この幅広の長方形を
した流路穴は、図１２に示すように複数の冷却体を連続
して貫通し構成されている。両端部は図示しないが、長
方形から円形に徐々に変化するような形状の継手が接続
され冷却液の循環配管と接続されている。

【００５６】この実施形態によれば、円形の配管と比較
し、幅広の長方形をした流路は断面積が大きいので冷却
液を多量に流すことができるため、スタックの冷却体内
部に直列に冷却液を流しても、冷却液の温度上昇を少な
くすることができる。またポンプの圧力を上げることな
く流量を増やすことができる。

【００５７】図１４は、電力用半導体素子７を冷却体の
間に挿入したスタックの一部分の例を示したもので、冷
却液のシールはＯリング２で行ない、図示していないが
冷却体の外枠９の中央の内部に圧接荷重を支持する流路
構成部１０が挿入してある。このように、配管のないス
タックが得られる。

【００５８】更に、この実施形態においては、図１２及
び図１４に示すように、樹脂（プラスチック）等の一体
成形または注形可能な絶縁物で構成した冷却体の外枠９
に、複数の冷却液の排出口２６を設けてある。冷却液の
排出口２６は、冷却体のねじ穴を加工した部分に、シー
ル剤を塗布した冷却体の外枠と同じ材料のねじ込み栓を
取付けたものである。

【００５９】このような構成とすることにより、保守時
など、複数の冷却液排出口２６の内、最低２箇所を開け
ることで２本の冷却体内部の冷却液を排出することがで
きる。この場合、２箇所の内１箇所は冷却液を排出しや
すくするための空気穴となる。例えば１個の電力用半導
体素子７を交換する場合、スタックすべての冷却体内部
の冷却液を排出することなく、交換する電力用半導体素
子７の前後の冷却体の冷却液のみを排出することができ
る。また、ねじ込み栓の材料を冷却体の外枠９と同じ材
料にすることによって、熱膨張の差による隙間が生じな
いので冷却液漏れを防止することができる。

【００６０】（第９の実施形態）次に、本発明の第８の
実施形態に係る冷却体について説明する。この実施形態
は、図示しないが、形状は図３に示す冷却体の外枠９と
ほぼ同じで、中央に設けてある貫通穴を、モジュール型
の電力用半導体素子、例えばモジュール型のＩＧＢＴ等
の冷却面に合せて四角形とし、〇リングと固定用のねじ
穴を複数個この貫通穴の周囲に設けたものである。冷却
体の材料は金属または絶縁材料である。

【００６１】この実施形態によれば、圧接不要のモジュ
ール型のＩＧＢＴ等の冷却面に冷却液を接触させる冷却
方式のため、冷却面を広くでき大容量のモジュール型の
ＩＧＢＴ等の冷却が可能となる。また冷却面は冷却液と
接触するため平面である必要がなく凹凸があっても良
い。さらに凹凸の代りに、冷却面の増大の目的でヒート
シンク形状とすると冷却効率が良くなる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電力用半
導体素子の冷却体によれば、冷却液を直接電力用半導体
素子の電極面に接触させることで冷却液との広い接触面
積が得られ、さらに幅広の流路構成とすることで流体の
抵抗も少なくなり大きな流量が得られるため、冷却効率
が向上する。さらに圧力ポンプや配管も小圧力用のもの
が使用できるために冷却装置の小型化が可能である。ま
た、流路を構成する部分以外は絶縁材料を使用できるた
め変換装置全体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態の構成を示す斜視
図。

【図２】 本発明の第１の実施形態の構成を示す断面
図。

【図３】 本発明の第２の実施形態における冷却体の外
枠を示す斜視図。

【図４】 本発明の第２の実施形態における冷却体の流
路構成部を示す斜視図。

【図５】 本発明の第３の実施形態の構成を示す斜視
図。

【図６】 本発明の第３の実施形態の他の構成を示す斜
視図。

【図７】 本発明の第３の実施形態の更に他の構成を示
す平面図。

【図８】 本発明の第４の実施形態の構成を示す斜視
図。

【図９】 本発明の第５の実施形態の構成を示す断面
図。

【図１０】 本発明の第５の実施形態におけるシリコン
チップの構成を示す一部切欠斜視図。

【図１１】 本発明の第７の実施形態の構成を示す斜視
図。

【図１２】 本発明の第８の実施形態の構成を示す斜視
図。

【図１３】 本発明の第８の実施形態の構成を示す断面
図。

【図１４】 本発明の第８の実施形態におけるスタック
の構成を示す斜視図。

【図１５】 電力用半導体素子、冷却体及びスタックの
構成図。

【図１６】 従来の冷却体を示す斜視図。

【図１７】 従来の冷却体の要部を説明するための断面
図。

【符号の説明】

１…冷却体 ２…Ｏリング ３…仕切り板 ４…支柱 ５…冷却液 ６ａ…入口配管 ６ｂ…出口配管 ７…電力用半導体素子 ８…電力用半導体素子の電極面 ９…冷却体の外枠 １０…流路構成部 １１…貫通穴 １２…Ｏリング取付け溝 １３…冷却体の流路穴 １４…冷却液流入口 １５、１５ａ、１５ｂ…リング状の冷却液流路構成部 １６…貫通流路穴 １７…接続流路構成部 １８…流路穴 １９…マルチチップ型電力用半導体素子 ２０…シリコンチップ ２１…絶縁フレーム ２２…圧接板 ２３…絶縁碍管 ２４…金属板 ２５…冷却液配管 ２６…冷却液の排出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊村 正幸 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA05 BB44 BB45

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に冷却液を貫流させる流路を設けた電
   力用半導体素子の冷却体において、前記流路の冷却液を
   電力用半導体素子の電極面に接触させることを特徴とす
   る電力用半導体素子の冷却体。
2. 【請求項２】前記冷却体の中央部に円形の穴を両面から
   任意の深さ設け、その穴の底部に金属製の支柱を複数個
   配置し、前記穴の外周の冷却体両面の表面に、前記穴の
   直径より大きな直径のＯリングを１個または複数個取付
   けたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体素
   子の冷却体。
3. 【請求項３】前記冷却体の流路を構成する部分と冷却体
   の外枠部分とを分離可能な別部品により構成したことを
   特徴とする請求項１に記載の電力用半導体素子の冷却
   体。
4. 【請求項４】前記冷却体の外枠部分に、冷却体中央の厚
   み方向に前記電力用半導体素子の電極面の面積より小さ
   い面積の貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１に記
   載の電力用半導体素子の冷却体。
5. 【請求項５】前記冷却体の流路を構成する部分におい
   て、流路を縦に仕切る仕切り板を設け、この仕切り板に
   支柱を複数個配置して構成した流路構成部材を取付け、
   この流路構成部材で圧接力を伝達することを特徴とする
   請求項１に記載の電力用半導体素子の冷却体。
6. 【請求項６】前記流路を構成するとともに圧接力を伝達
   する部分を、冷却液流路用の貫通穴を設けた１個または
   複数個のリング状のものとするとともに、冷却液の配管
   と接続し、前記冷却体の中央に配置したことを特徴とす
   る請求項１に記載の電力用半導体素子の冷却体。
7. 【請求項７】前記冷却体の冷却液の入口を冷却体の中央
   とし、出口を冷却体の外周部分とすることを特徴とする
   請求項１に記載の電力用半導体素子の冷却体。
8. 【請求項８】前記流路を構成する部材である支柱を、冷
   却体を縦に仕切る仕切り板の両面に放射状に配置し、仕
   切り板に複数個の穴を設けたことを特徴とする請求項１
   に記載の電力用半導体素子の冷却体。
9. 【請求項９】前記冷却体を複数個のシリコンチップを内
   蔵したマルチチップ型電力用半導体素子を冷却する冷却
   体とし、前記流路を構成する部材である支柱を、マルチ
   チップ型電力用半導体素子内部の複数個のシリコンチッ
   プと同数配置したことを特徴とする請求項１に記載の電
   力用半導体素子の冷却体。
10. 【請求項１０】前記冷却体の外枠を絶縁物で構成したこ
    とを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体素子の冷
    却体。
11. 【請求項１１】前記冷却体の冷却液の流路空間を内部に
    構成した外枠を一体成形または注形可能な絶縁物で構成
    し、複数個連続して配管部分で連結して、一体絶縁構造
    としたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体
    素子の冷却体。
12. 【請求項１２】前記冷却体の外枠を複数個連結し同一絶
    縁材料で一体化するとともに、冷却体の外枠内部の冷却
    液流路の形状を長方形とし、前記電力用半導体を取付け
    る部分以外は、冷却液の入口から出口まで同じ形状で貫
    通し冷却流路を構成することを特徴とする請求項１に記
    載の電力用半導体素子の冷却体。
13. 【請求項１３】前記冷却体の外枠を複数個連結し同一絶
    縁材料で一体化するとともに、冷却体の外枠に複数の冷
    却液排出口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
    電力用半導体素子の冷却体。
14. 【請求項１４】前記冷却体に取付ける前記電力用半導体
    素子をモジュール型の電力用半導体素子としたことを特
    徴とする請求項１に記載の電力用半導体素子の冷却体。