JP2000315757A - 電力用半導体装置の冷却構造 - Google Patents
電力用半導体装置の冷却構造Info
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力用半導体装置を短絡させることなく、効
率的に冷却することのできる半導体装置の冷却構造を提
供すること。 【解決手段】 バスバー上に電力用半導体装置を接合す
ると共に、前記電力用半導体装置を絶縁冷媒によって冷
却するように構成する。また、バスバーの裏面に絶縁膜
を形成すると共に、冷媒として冷却水を用いるように構
成する。さらに、バスバーが、樹脂形成されたケースと
一体に成形され、冷媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケ
ースは、突起部を有し、この突起部は前記冷却ジャケッ
トと所定の隙間を有して、接続されるように構成する。
率的に冷却することのできる半導体装置の冷却構造を提
供すること。 【解決手段】 バスバー上に電力用半導体装置を接合す
ると共に、前記電力用半導体装置を絶縁冷媒によって冷
却するように構成する。また、バスバーの裏面に絶縁膜
を形成すると共に、冷媒として冷却水を用いるように構
成する。さらに、バスバーが、樹脂形成されたケースと
一体に成形され、冷媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケ
ースは、突起部を有し、この突起部は前記冷却ジャケッ
トと所定の隙間を有して、接続されるように構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力用半導体装置の
冷却構造に関し、特に電力用半導体装置を短絡させるこ
となく、効率的に冷却することのできる冷却構造に関す
る。
冷却構造に関し、特に電力用半導体装置を短絡させるこ
となく、効率的に冷却することのできる冷却構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、定格電力の大きい半導体装置が実
用化されており、その半導体装置により、例えば数十ボ
ルト〜数百ボルトの駆動装置（例えば、モータ等）を駆
動させている。その半導体装置は、駆動電力も大きいた
めに、一般的に発熱が多くなり、十分な機能を発揮する
ために、その電力用半導体装置を冷却しつつ、使用する
ことが多い。
用化されており、その半導体装置により、例えば数十ボ
ルト〜数百ボルトの駆動装置（例えば、モータ等）を駆
動させている。その半導体装置は、駆動電力も大きいた
めに、一般的に発熱が多くなり、十分な機能を発揮する
ために、その電力用半導体装置を冷却しつつ、使用する
ことが多い。
【０００３】以下に、図４を用いて、従来の電力用半導
体装置の冷却構造を説明する。１は電力用半導体装置で
あり、高温ハンダ２によって、複数個、基板３にハンダ
付けされている。基板３はそのもの単体では、絶縁性を
有しており、表面に所定パターンにパターニングされた
銅箔が貼り付けられており、電力用半導体装置１と基板
３との接続を行っている。
体装置の冷却構造を説明する。１は電力用半導体装置で
あり、高温ハンダ２によって、複数個、基板３にハンダ
付けされている。基板３はそのもの単体では、絶縁性を
有しており、表面に所定パターンにパターニングされた
銅箔が貼り付けられており、電力用半導体装置１と基板
３との接続を行っている。
【０００４】５はヒートシンクであり、ヒートシンク５
には、低温ハンダ４を介して、電力用半導体装置１が接
合された基板３が接合されている。またヒートシンク５
上には、複数のバスバー６が接合されている。ヒートシ
ンク５は、半導体装置１の発熱を吸収すると共に、後述
する冷却ジャケット９へと熱を伝達する働きをする。
には、低温ハンダ４を介して、電力用半導体装置１が接
合された基板３が接合されている。またヒートシンク５
上には、複数のバスバー６が接合されている。ヒートシ
ンク５は、半導体装置１の発熱を吸収すると共に、後述
する冷却ジャケット９へと熱を伝達する働きをする。
【０００５】半導体装置１は、図５及び図６に示すよう
に、表面がエミッタ（電極）、裏面がコレクタ（電極）
となっていて、コレクタは直接基板３と接続され、エミ
ッタはワイヤ７を介して、バスバー６または基板３と接
続されるようになっている。
に、表面がエミッタ（電極）、裏面がコレクタ（電極）
となっていて、コレクタは直接基板３と接続され、エミ
ッタはワイヤ７を介して、バスバー６または基板３と接
続されるようになっている。
【０００６】９は冷却ジャケットであり、その中には冷
却水１０が冷媒として流れており、半導体装置１の発熱
を冷却している。この冷却ジャケット９とヒートシンク
５は、放熱グリス８を介して、ボルト１１によって、接
続されている。
却水１０が冷媒として流れており、半導体装置１の発熱
を冷却している。この冷却ジャケット９とヒートシンク
５は、放熱グリス８を介して、ボルト１１によって、接
続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の半導体装置の冷却構造においては、発熱源で
ある半導体装置１と冷却水１０との間に、高温ハンダ
２、基板３、低温ハンダ４、ヒートシンク５、放熱グリ
ス８、冷却ジャケット９と、いくつもの構成部品が介在
していたために、熱抵抗が大きくなってしまい、効率的
に半導体装置１を冷却することができなかった。
うな従来の半導体装置の冷却構造においては、発熱源で
ある半導体装置１と冷却水１０との間に、高温ハンダ
２、基板３、低温ハンダ４、ヒートシンク５、放熱グリ
ス８、冷却ジャケット９と、いくつもの構成部品が介在
していたために、熱抵抗が大きくなってしまい、効率的
に半導体装置１を冷却することができなかった。
【０００８】そこで、バスバー６上に半導体装置１を直
接ハンダ付けし、このバスバー裏面を直接冷却水で冷却
する構成が考えられるが、この場合には、図７に示すよ
うに、電位の異なる隣り合うバスバー６間を冷却水によ
って電気的に短絡してしまい、回路として成立しなくな
ってしまっていた。
接ハンダ付けし、このバスバー裏面を直接冷却水で冷却
する構成が考えられるが、この場合には、図７に示すよ
うに、電位の異なる隣り合うバスバー６間を冷却水によ
って電気的に短絡してしまい、回路として成立しなくな
ってしまっていた。
【０００９】本発明は、上記課題を鑑みて、電力用半導
体装置を短絡させることなく、効率的に冷却することの
できる半導体装置の冷却構造を提供することを目的とす
る。
体装置を短絡させることなく、効率的に冷却することの
できる半導体装置の冷却構造を提供することを目的とす
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記載の発明においては、電力用半導体装置
とバスバーとを接続することによって所望の回路を構成
し、前記電力用半導体装置を冷媒によって冷却する電力
用半導体装置の冷却構造において、バスバー上に電力用
半導体装置を接合すると共に、前記電力用半導体装置を
絶縁冷媒によって冷却するようにした。
に、請求項１記載の発明においては、電力用半導体装置
とバスバーとを接続することによって所望の回路を構成
し、前記電力用半導体装置を冷媒によって冷却する電力
用半導体装置の冷却構造において、バスバー上に電力用
半導体装置を接合すると共に、前記電力用半導体装置を
絶縁冷媒によって冷却するようにした。
【００１１】また、請求項２記載の発明においては、請
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーの裏面に絶縁膜を形成すると共に、冷媒として冷
却水を用いるようにした。
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーの裏面に絶縁膜を形成すると共に、冷媒として冷
却水を用いるようにした。
【００１２】また、請求項３記載の発明においては、請
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーが、樹脂形成されたケースと一体に成形され、冷
媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケースは、突起部を有
し、この突起部は前記冷却ジャケットと所定の隙間を有
して、接続されるようにした。
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーが、樹脂形成されたケースと一体に成形され、冷
媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケースは、突起部を有
し、この突起部は前記冷却ジャケットと所定の隙間を有
して、接続されるようにした。
【００１３】
【発明の効果】請求項１記載の発明においては、バスバ
ー上に電力用半導体装置を接合すると共に、前記電力用
半導体装置を絶縁冷媒によって冷却するようにしたの
で、絶縁冷媒が電位の異なるバスバー間を電気的に短絡
することがないと共に、電力用半導体装置と絶縁冷媒と
の介在物を少なくすることができるので、熱抵抗が小さ
くなり、電力用半導体装置の発熱を効率良く冷却するこ
とができる。
ー上に電力用半導体装置を接合すると共に、前記電力用
半導体装置を絶縁冷媒によって冷却するようにしたの
で、絶縁冷媒が電位の異なるバスバー間を電気的に短絡
することがないと共に、電力用半導体装置と絶縁冷媒と
の介在物を少なくすることができるので、熱抵抗が小さ
くなり、電力用半導体装置の発熱を効率良く冷却するこ
とができる。
【００１４】また、請求項２記載の発明においては、請
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーの裏面に絶縁膜を形成すると共に、冷媒として冷
却水を用いるようにしたので、これによって、請求項１
記載の発明の有する効果に加えて、冷媒として高価な絶
縁冷媒ではなく、安価な冷却水を用いて、電位の異なる
バスバー間を電気的には接続しないようにできると共
に、冷却水が放熱性が高いので、専用のオイルクーラを
用いなくて済む。
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーの裏面に絶縁膜を形成すると共に、冷媒として冷
却水を用いるようにしたので、これによって、請求項１
記載の発明の有する効果に加えて、冷媒として高価な絶
縁冷媒ではなく、安価な冷却水を用いて、電位の異なる
バスバー間を電気的には接続しないようにできると共
に、冷却水が放熱性が高いので、専用のオイルクーラを
用いなくて済む。
【００１５】また、請求項３記載の発明においては、請
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーが、樹脂形成されたケースと一体に成形され、冷
媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケースは、突起部を有
し、この突起部は前記冷却ジャケットと所定の隙間を有
して、接続されるようにしたので、請求項１記載の発明
の有する効果に加え、シール部材が破けてしまった場合
に、絶縁冷媒は、突起部によって半導体装置側へと回り
込むことがなく、隙間を通じて外部へと漏れる。従っ
て、冷媒が半導体装置等と接触することがなくなるとい
う効果を有する。
求項１記載の電力用半導体装置の冷却構造において、バ
スバーが、樹脂形成されたケースと一体に成形され、冷
媒は冷却ジャケット内部を流れ、ケースは、突起部を有
し、この突起部は前記冷却ジャケットと所定の隙間を有
して、接続されるようにしたので、請求項１記載の発明
の有する効果に加え、シール部材が破けてしまった場合
に、絶縁冷媒は、突起部によって半導体装置側へと回り
込むことがなく、隙間を通じて外部へと漏れる。従っ
て、冷媒が半導体装置等と接触することがなくなるとい
う効果を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明による電力用半導体
装置の冷却構造の実施の形態を添付図面を参照して詳細
に説明する。
装置の冷却構造の実施の形態を添付図面を参照して詳細
に説明する。
【００１７】（第１の実施の形態）以下、本発明の第１
の実施の形態について、図１を用いて説明を行う。１は
電力用半導体装置であり、ハンダ１４を介してバスバー
１５に接続されている。バスバー１５は、樹脂をモール
ド成形したヒートシンク２５と一体成形されている。半
導体装置１は、裏面がコレクタ電極となっており、表面
がエミッタ電極となっている。
の実施の形態について、図１を用いて説明を行う。１は
電力用半導体装置であり、ハンダ１４を介してバスバー
１５に接続されている。バスバー１５は、樹脂をモール
ド成形したヒートシンク２５と一体成形されている。半
導体装置１は、裏面がコレクタ電極となっており、表面
がエミッタ電極となっている。
【００１８】１２は冷却ジャケットであり、その内部を
冷媒である絶縁オイル２２が流れるようになっている。
この冷却ジャケット１２は、シール材１３を介して、ヒ
ートシンク２５とボルト１１によって接続されるように
なっている。
冷媒である絶縁オイル２２が流れるようになっている。
この冷却ジャケット１２は、シール材１３を介して、ヒ
ートシンク２５とボルト１１によって接続されるように
なっている。
【００１９】次に作用を説明すると、半導体装置１の発
熱は、ハンダ１４、バスバー１５を介して、絶縁オイル
２２によって冷却される。従って、これらの介在物が少
ないために効率的に半導体装置を冷却することができ
る。また、冷媒として絶縁オイルを用いているために、
電位の異なるバスバー間を絶縁オイル２２で流体的に接
続しているが、電気的には接続しておらず、従って電気
的短絡を生じることがなく、所望の回路が得られる。
熱は、ハンダ１４、バスバー１５を介して、絶縁オイル
２２によって冷却される。従って、これらの介在物が少
ないために効率的に半導体装置を冷却することができ
る。また、冷媒として絶縁オイルを用いているために、
電位の異なるバスバー間を絶縁オイル２２で流体的に接
続しているが、電気的には接続しておらず、従って電気
的短絡を生じることがなく、所望の回路が得られる。
【００２０】また、従来、高温ハンダ及び低温ハンダを
用いていたハンダ付けが、１回のハンダ付けで済むの
で、半田付けのプロセスを少なくすることができるの
で、このハンダ付け時の加熱による半導体装置のオン抵
抗の上昇が抑えられ、半導体装置の損失を低減すること
ができる。
用いていたハンダ付けが、１回のハンダ付けで済むの
で、半田付けのプロセスを少なくすることができるの
で、このハンダ付け時の加熱による半導体装置のオン抵
抗の上昇が抑えられ、半導体装置の損失を低減すること
ができる。
【００２１】また、半導体装置１の裏面が直接バスバー
１５に接続されているので、ワイヤ７の本数を少なくす
ることができ、安価にすることができると共に、生産性
を向上することができる。
１５に接続されているので、ワイヤ７の本数を少なくす
ることができ、安価にすることができると共に、生産性
を向上することができる。
【００２２】（第２の実施の形態）次に、図２を用い
て、本発明の第２の実施の形態について、説明を行う。
図２に示す第２の実施の形態は、第１の実施の形態にお
いて、バスバー１５の裏面に絶縁膜２３を形成すると共
に、冷媒として従来の絶縁効果のない冷却水（例えば、
水、エチレングリコール水溶液）１０を用いた点が異な
る。
て、本発明の第２の実施の形態について、説明を行う。
図２に示す第２の実施の形態は、第１の実施の形態にお
いて、バスバー１５の裏面に絶縁膜２３を形成すると共
に、冷媒として従来の絶縁効果のない冷却水（例えば、
水、エチレングリコール水溶液）１０を用いた点が異な
る。
【００２３】これによって、第１の実施の形態の有する
効果に加えて、絶縁膜２３をバスバー１５の裏面に形成
したので、冷媒として高価な絶縁オイルではなく、安価
な冷却水を用いて、電位の異なるバスバー間を電気的に
は接続しないようにできる。また、この冷却水１０自体
が放熱性が高いので、専用のオイルクーラを用いなくて
も済む。従って、電気的短絡を生じることがなく、所望
の回路が安価に得られるという効果を有する。
効果に加えて、絶縁膜２３をバスバー１５の裏面に形成
したので、冷媒として高価な絶縁オイルではなく、安価
な冷却水を用いて、電位の異なるバスバー間を電気的に
は接続しないようにできる。また、この冷却水１０自体
が放熱性が高いので、専用のオイルクーラを用いなくて
も済む。従って、電気的短絡を生じることがなく、所望
の回路が安価に得られるという効果を有する。
【００２４】（第３の実施の形態）次に図３を用いて、
発明の第３の実施の形態を説明する。図３は、図１に示
した第１の実施の形態に対して、樹脂のヒートシンク１
９の一部に突起部２６を設け、その突起部２６に対して
隙間Ａを有して、冷却ジャケット１８を設けるようにし
た点が異なる。
発明の第３の実施の形態を説明する。図３は、図１に示
した第１の実施の形態に対して、樹脂のヒートシンク１
９の一部に突起部２６を設け、その突起部２６に対して
隙間Ａを有して、冷却ジャケット１８を設けるようにし
た点が異なる。
【００２５】この構成により、仮にシール材１６が破け
てしまった場合に、絶縁オイル２２は、突起部２６によ
って半導体装置１側へと回り込むことがなく、隙間Ａを
通じて外部へと漏れる。従って、半導体装置１等と接触
することがなくなるという効果を有する。
てしまった場合に、絶縁オイル２２は、突起部２６によ
って半導体装置１側へと回り込むことがなく、隙間Ａを
通じて外部へと漏れる。従って、半導体装置１等と接触
することがなくなるという効果を有する。
【図１】本発明の第１の実施の形態の電力用半導体装置
の冷却構造を示す断面図である。
の冷却構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の電力用半導体装置
の冷却構造を示す断面図である。
の冷却構造を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の電力用半導体装置
の冷却構造を示す断面図である。
の冷却構造を示す断面図である。
【図４】従来の電力用半導体装置の冷却構造を示す断面
図である。
図である。
【図５】従来の電力用半導体装置の回路図である。
【図６】従来の電力用半導体装置の回路接続を説明する
図である。
図である。
１ 電力用半導体装置 １０ 冷却水 １１ ボルト １２ 冷却ジャケット １３ シール材 １４ ハンダ １５ バスバー １６ シール材 １８ 冷却ジャケット １９ ヒートシンク ２２ 絶縁オイル ２３ 絶縁膜 ２５ ヒートシンク ２６ 突起部
Claims (3)
- 【請求項１】 電力用半導体装置とバスバーとを接続す
ることによって所望の回路を構成し、前記電力用半導体
装置を冷媒によって冷却する電力用半導体装置の冷却構
造において、 バスバー上に電力用半導体装置を接合すると共に、前記
電力用半導体装置を絶縁冷媒によって冷却することを特
徴とする電力用半導体装置の冷却構造。 - 【請求項２】 請求項１記載の電力用半導体装置の冷却
構造において、 前記バスバーの裏面に絶縁膜を形成すると共に、冷媒と
して冷却水を用いることを特徴とする電力用半導体装置
の冷却構造。 - 【請求項３】 請求項１記載の電力用半導体装置の冷却
構造において、 前記バスバーが、樹脂形成されたケースと一体に成形さ
れ、 前記冷媒は冷却ジャケット内部を流れ、 前記ケースは、突起部を有し、この突起部は前記冷却ジ
ャケットと所定の隙間を有して、接続されていることを
特徴とする電力用半導体装置の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12587599A JP2000315757A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 電力用半導体装置の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12587599A JP2000315757A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 電力用半導体装置の冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000315757A true JP2000315757A (ja) | 2000-11-14 |
Family
ID=14921095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12587599A Pending JP2000315757A (ja) | 1999-05-06 | 1999-05-06 | 電力用半導体装置の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000315757A (ja) |
Cited By (8)
| 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 |
| JP2008016515A (ja) * | 2006-07-03 | 2008-01-24 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体モジュール |
| JP2011018847A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-01-27 | Toyota Motor Corp | 冷却装置付きパワーモジュール |
| JP2014013808A (ja) * | 2012-07-04 | 2014-01-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| WO2018043073A1 (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 電気接続箱 |
| CN109155592A (zh) * | 2016-04-28 | 2019-01-04 | 日产自动车株式会社 | 车载用电力变换装置 |
| WO2022071177A1 (ja) * | 2020-10-01 | 2022-04-07 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置およびホイール内蔵システム |
| EP4135029A1 (en) * | 2021-08-11 | 2023-02-15 | Hamilton Sundstrand Corporation | Power semiconductor cooling assembly |
-
1999
- 1999-05-06 JP JP12587599A patent/JP2000315757A/ja active Pending
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