JP2001077260A - 半導体装置及びインバータ装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、冷却効率を向上すると共に小型
化した半導体装置及びインバータ装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、内部が中空で冷媒流路１９
が構成されている冷却器１２の上部に絶縁基板２が接台
され、絶縁基板２の上部に金属電極３が接台され、金属
電極３の上部に半導体チップであるＩＧＢＴ４１〜４６
及びダイオード１３１〜１３６が接合されている。
化した半導体装置及びインバータ装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、内部が中空で冷媒流路１９
が構成されている冷却器１２の上部に絶縁基板２が接台
され、絶縁基板２の上部に金属電極３が接台され、金属
電極３の上部に半導体チップであるＩＧＢＴ４１〜４６
及びダイオード１３１〜１３６が接合されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、小型で冷却効率が
良く、かつ配線インダクタンスが小さい半導体装置及び
インバータ装置に関するものである。
良く、かつ配線インダクタンスが小さい半導体装置及び
インバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車ではインバータ装置の小型
化、高信頼性が要求されている。インバータ装置の小型
化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良くかつ配線
インダクタンスが小さい電力用半導体装置が必要とな
る。以下、従来のインバータ装置の電力用半導体装置の
構造を、図９及び図１０を参照して説明する。
化、高信頼性が要求されている。インバータ装置の小型
化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良くかつ配線
インダクタンスが小さい電力用半導体装置が必要とな
る。以下、従来のインバータ装置の電力用半導体装置の
構造を、図９及び図１０を参照して説明する。
【０００３】図９は、従来の電力用半導体装置の断面
図、図１０は、従来の電力用半導体装置の冷却器への搭
載図である。図９において、電力用半導体装置は、放熱
用金属板１の上部に半導体チップ４１及び１３１と放熱
用金属板１とを絶縁するための絶縁基板２、絶縁基板２
の上部に金属電極３、金属電極３の上部に半導体チップ
４１及び１３１が積層され且つ接合され、半導体チップ
４１及び１３１、金属電極３、絶縁基板２が絶縁性を有
する樹脂製パッケージ５に収納され、更に放熱用金属板
１と樹脂製パッケージ５は端部で接着されている。樹脂
製パッケージ５の内部には、絶縁性のゲル６が封入され
ている。
図、図１０は、従来の電力用半導体装置の冷却器への搭
載図である。図９において、電力用半導体装置は、放熱
用金属板１の上部に半導体チップ４１及び１３１と放熱
用金属板１とを絶縁するための絶縁基板２、絶縁基板２
の上部に金属電極３、金属電極３の上部に半導体チップ
４１及び１３１が積層され且つ接合され、半導体チップ
４１及び１３１、金属電極３、絶縁基板２が絶縁性を有
する樹脂製パッケージ５に収納され、更に放熱用金属板
１と樹脂製パッケージ５は端部で接着されている。樹脂
製パッケージ５の内部には、絶縁性のゲル６が封入され
ている。
【０００４】また、外部引き出し端子７及び８と半導体
チップ４１及び１３１はワイヤボンディング９により電
気的に接続されている。このように構成された電力用半
導体装置においては、半導体チップ４１及び１３１が通
電されたときに熱損失が発生する。半導体チップ４１及
び１３１の上部には断熱材である絶縁性のゲル６が封入
されているので、半導体チップ４１及び１３１で発生し
た熱損失の大部分は、下部の金属電極３に熱伝導する。
金属電極３に熱伝導した熱損失は、絶縁基板２を伝わり
放熱用金属板１に熱伝導する。放熱用金属板１は、図１
０に示すように取付けねじ１１により冷却器１２に加圧
接触され、熱損失が冷却器１２により放熱される。
チップ４１及び１３１はワイヤボンディング９により電
気的に接続されている。このように構成された電力用半
導体装置においては、半導体チップ４１及び１３１が通
電されたときに熱損失が発生する。半導体チップ４１及
び１３１の上部には断熱材である絶縁性のゲル６が封入
されているので、半導体チップ４１及び１３１で発生し
た熱損失の大部分は、下部の金属電極３に熱伝導する。
金属電極３に熱伝導した熱損失は、絶縁基板２を伝わり
放熱用金属板１に熱伝導する。放熱用金属板１は、図１
０に示すように取付けねじ１１により冷却器１２に加圧
接触され、熱損失が冷却器１２により放熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の電力用
半導体装置では、以下のような問題点がある。 （１）電力用半導体装置１０の周囲にある取付けねじ１
１により放熱用金属板１を冷却器１２に加圧接触させて
いるので、加圧力が放熱用金属板１全体に均等にかから
ない。そのため、接触熱抵抗は電力用半導体装置内部の
熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり、冷却効率が悪
い。
半導体装置では、以下のような問題点がある。 （１）電力用半導体装置１０の周囲にある取付けねじ１
１により放熱用金属板１を冷却器１２に加圧接触させて
いるので、加圧力が放熱用金属板１全体に均等にかから
ない。そのため、接触熱抵抗は電力用半導体装置内部の
熱抵抗とほぼ同等と非常に大きくなり、冷却効率が悪
い。
【０００６】（２）接触熱抵抗が大きく冷却効率が悪い
ため半導体チップ４１及び１３１を密集配置できず、電
力用半導体装置が大型化する。同様に、冷却器１２も大
型化する。
ため半導体チップ４１及び１３１を密集配置できず、電
力用半導体装置が大型化する。同様に、冷却器１２も大
型化する。
【０００７】（３）半導体チップ４１及び１３１がワイ
ヤボンディング９により電気的に接続されているので、
ワイヤボンディング９の熱応力による切断なども考えら
れ信頼性が低い。
ヤボンディング９により電気的に接続されているので、
ワイヤボンディング９の熱応力による切断なども考えら
れ信頼性が低い。
【０００８】（４）外部引出し端子７から半導体チップ
４１または１３１をへて外部引き出し端子８へ流れる電
流のループが広く電力用半導体装置内部の配線インダク
タンスが大きくなり、損失が増大する。更に、急峻な電
圧変化による破壊を防ぐためのスナバ回路も必要にな
る。
４１または１３１をへて外部引き出し端子８へ流れる電
流のループが広く電力用半導体装置内部の配線インダク
タンスが大きくなり、損失が増大する。更に、急峻な電
圧変化による破壊を防ぐためのスナバ回路も必要にな
る。
【０００９】従って、本発明は、上記問題点を鑑み、冷
却効率を向上すると共に小型化した半導体装置及び冷却
効率を向上すると共に小型化し、半導体装置の損失を低
減し、スナバ回路を削減したインバータ装置を提供する
ことを目的とする。
却効率を向上すると共に小型化した半導体装置及び冷却
効率を向上すると共に小型化し、半導体装置の損失を低
減し、スナバ回路を削減したインバータ装置を提供する
ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、冷媒が通るように中空構
造を形成した液冷式冷却器と、この液冷式冷却器に接合
された絶縁基板と、この絶縁基板に接合された金属電極
と、この金属電極に接合された半導体チップと、この半
導体チップと前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する
絶縁性を有する樹脂製パッケージとを備えたことを特徴
とする。
めに、請求項１記載の発明は、冷媒が通るように中空構
造を形成した液冷式冷却器と、この液冷式冷却器に接合
された絶縁基板と、この絶縁基板に接合された金属電極
と、この金属電極に接合された半導体チップと、この半
導体チップと前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する
絶縁性を有する樹脂製パッケージとを備えたことを特徴
とする。
【００１１】従って、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。又、請求
項２記載の発明は、複数の半導体チップを幅広導体で電
気的に接続したことを特徴とする。
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。又、請求
項２記載の発明は、複数の半導体チップを幅広導体で電
気的に接続したことを特徴とする。
【００１２】従って、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。更に、請
求項３記載の発明は、液冷式冷却器を、銅やアルミニウ
ムなどの金属又はこの金属とセラミックスの複合材料で
ある金属基複合材料で形成したことを特徴とする。
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。更に、請
求項３記載の発明は、液冷式冷却器を、銅やアルミニウ
ムなどの金属又はこの金属とセラミックスの複合材料で
ある金属基複合材料で形成したことを特徴とする。
【００１３】従って、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。又、請求
項４記載の発明は、直流電源と、冷媒が通るように中空
構造を形成した液冷式冷却器とこの液冷式冷却器に接合
された絶縁基板とこの絶縁基板に接合された金属電極と
この金属電極に接合された半導体チップとこの半導体チ
ップと前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する絶縁性
を有する樹脂製パッケージとから成る半導体装置と、直
流電源平滑用コンデンサと、上記半導体装置を駆動制御
する制御回路とを備えたことを特徴とする。
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。又、請求
項４記載の発明は、直流電源と、冷媒が通るように中空
構造を形成した液冷式冷却器とこの液冷式冷却器に接合
された絶縁基板とこの絶縁基板に接合された金属電極と
この金属電極に接合された半導体チップとこの半導体チ
ップと前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する絶縁性
を有する樹脂製パッケージとから成る半導体装置と、直
流電源平滑用コンデンサと、上記半導体装置を駆動制御
する制御回路とを備えたことを特徴とする。
【００１４】従って、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。更に、請
求項５記載の発明は、半導体装置が、電流の流れる方向
が対抗するように平行に近接配置し樹脂製パッケージで
固定し、直流電源と接続する正極側導体及び負極側導体
と、上記樹脂製パッケージで固定し、負荷と接続する出
力導体とを有し、直流電源平滑用コンデンサは、上記樹
脂製パッケージに近接配置し且つ上記正極側導体及び負
極側導体と接続され、電解コンデンサとしたことを特徴
とする。
向上すると共に、パッケージ内部の配線インダクタンス
が低減でき損失が低減し、信頼性も向上する。更に、請
求項５記載の発明は、半導体装置が、電流の流れる方向
が対抗するように平行に近接配置し樹脂製パッケージで
固定し、直流電源と接続する正極側導体及び負極側導体
と、上記樹脂製パッケージで固定し、負荷と接続する出
力導体とを有し、直流電源平滑用コンデンサは、上記樹
脂製パッケージに近接配置し且つ上記正極側導体及び負
極側導体と接続され、電解コンデンサとしたことを特徴
とする。
【００１５】従って、パッケージ内部の配線インダクタ
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
【００１６】又更に、請求項６記載の発明は、直流電源
平滑用コンデンサを電解コンデンサとし、且つその内部
が中空で冷媒が通る液冷式コンデンサとし、樹脂製パッ
ケージに近接配置し正極側導体及び負極側導体と電気的
に接続したことを特徴とする。
平滑用コンデンサを電解コンデンサとし、且つその内部
が中空で冷媒が通る液冷式コンデンサとし、樹脂製パッ
ケージに近接配置し正極側導体及び負極側導体と電気的
に接続したことを特徴とする。
【００１７】従って、パッケージ内部の配線インダクタ
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
【００１８】又、請求項７記載の発明は、直流電源平滑
用コンデンサを電解コンデンサとし、且つ内部が中空で
冷媒が通り、更にその外周部も中空で冷媒が通る液冷式
コンデンサとし、樹脂製パッケージに近接配置し、正極
側導体及び負極側導体と電気的に接続したことを特徴と
する。
用コンデンサを電解コンデンサとし、且つ内部が中空で
冷媒が通り、更にその外周部も中空で冷媒が通る液冷式
コンデンサとし、樹脂製パッケージに近接配置し、正極
側導体及び負極側導体と電気的に接続したことを特徴と
する。
【００１９】従って、パッケージ内部の配線インダクタ
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
【００２０】請求項８記載の発明は、直流電源平滑用コ
ンデンサをセラミックコンデンサとし、液冷式冷却器に
絶縁シートを介して取付け、樹脂製パッケージに近接配
置し、正極側導体及び負極側導体と電気的に接続したこ
とを特徴とする。
ンデンサをセラミックコンデンサとし、液冷式冷却器に
絶縁シートを介して取付け、樹脂製パッケージに近接配
置し、正極側導体及び負極側導体と電気的に接続したこ
とを特徴とする。
【００２１】従って、パッケージ内部の配線インダクタ
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
ンスのみでなく、直流電源平滑用コンデンサまでの配線
インダクタンスも低減でき、また直流電源平滑用コンデ
ンサも小型化でき、スナバ回路が省略できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２３】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明す
る。図１は、本実施の形態の電力用半導体装置の縦断面
図、図２は、本実施の形態の電力用半導体装置の水平断
面図、図３は、本実施の形態のインバータ装置の回路図
である。
の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明す
る。図１は、本実施の形態の電力用半導体装置の縦断面
図、図２は、本実施の形態の電力用半導体装置の水平断
面図、図３は、本実施の形態のインバータ装置の回路図
である。
【００２４】図１及び図２において、電力用半導体装置
は、内部が中空で冷媒流路１９が構成されている冷却器
１２の上部に絶縁基板２が接台され、絶縁基板２の上部
に金属電極３が接台され、金属電極３の上部に半導体チ
ップであるＩＧＢＴ４１〜４６及びダイオード１３１〜
１３６が接合されている。
は、内部が中空で冷媒流路１９が構成されている冷却器
１２の上部に絶縁基板２が接台され、絶縁基板２の上部
に金属電極３が接台され、金属電極３の上部に半導体チ
ップであるＩＧＢＴ４１〜４６及びダイオード１３１〜
１３６が接合されている。
【００２５】更に、図１に示すように、ＩＧＢＴ４１，
４２及びダイオード１３１，１３２の上部には、熱応力
を緩衝する目的の緩衝板１４１〜１４４が接合されてい
る。緩衝板１４１〜１４４の材質は、例えばモリブデン
などである。同様に他のＩＧＢＴ４３〜４６及びダイオ
ード１３３〜１３６にも、緩衝板が接合されている。
４２及びダイオード１３１，１３２の上部には、熱応力
を緩衝する目的の緩衝板１４１〜１４４が接合されてい
る。緩衝板１４１〜１４４の材質は、例えばモリブデン
などである。同様に他のＩＧＢＴ４３〜４６及びダイオ
ード１３３〜１３６にも、緩衝板が接合されている。
【００２６】ＩＧＢＴ４１、４３、４５及びダイオード
１３１、１３３、１３５は直流電源の正極側と接続する
第１の幅広導体１６と緩衝板を介し接続され、ＩＧＢＴ
４２、４４、４６及びダイオード１３２、１３４、１３
６は直流電源の負極側と接続する第２の幅広導体１７と
緩衝板を介し接続されている。更に、第１の幅広導体１
６と第２の幅広導体１７は、絶緑物１５を介して積層さ
れている。また、ＩＧＢＴ４１〜４６は、ゲートリード
１８により駆動される。
１３１、１３３、１３５は直流電源の正極側と接続する
第１の幅広導体１６と緩衝板を介し接続され、ＩＧＢＴ
４２、４４、４６及びダイオード１３２、１３４、１３
６は直流電源の負極側と接続する第２の幅広導体１７と
緩衝板を介し接続されている。更に、第１の幅広導体１
６と第２の幅広導体１７は、絶緑物１５を介して積層さ
れている。また、ＩＧＢＴ４１〜４６は、ゲートリード
１８により駆動される。
【００２７】ＩＧＢＴ４１〜４６及びダイオード１３１
〜１３６、絶縁基板２、金属電極３、緩衝板、第１の幅
広導体１６、第２の幅広導体１７、絶縁物１５、ゲート
リード１８は絶縁性を有する樹脂製パッケージ５に収納
され、更に冷却器１２と樹脂製パッケージ５は端部で接
着されている。樹脂製パッケージ５の内部には、絶縁性
のゲル６が封入されている。
〜１３６、絶縁基板２、金属電極３、緩衝板、第１の幅
広導体１６、第２の幅広導体１７、絶縁物１５、ゲート
リード１８は絶縁性を有する樹脂製パッケージ５に収納
され、更に冷却器１２と樹脂製パッケージ５は端部で接
着されている。樹脂製パッケージ５の内部には、絶縁性
のゲル６が封入されている。
【００２８】また、冷却器１２の材質は、絶縁基板２と
熱膨張係数の近い金属とセラミックスの複合材料である
金属基複合材料が望ましいが、冷却効率の向上や低コス
ト化のために材質を銅やアルミニウムなどの金属とした
場合には、絶縁基板２と冷却器１２を接合するはんだ層
の厚みを通常よりも厚くして熱応力を緩衝する。
熱膨張係数の近い金属とセラミックスの複合材料である
金属基複合材料が望ましいが、冷却効率の向上や低コス
ト化のために材質を銅やアルミニウムなどの金属とした
場合には、絶縁基板２と冷却器１２を接合するはんだ層
の厚みを通常よりも厚くして熱応力を緩衝する。
【００２９】図１及び図２のように構成された本実施の
形態の電力用半導体装置においては、ＩＧＢＴ４１〜４
６及びダイオード１３１〜１３６と冷却器１２とが接合
されているため、従来の電力用半導体装置のような冷却
器との間の接触熱抵抗がなくなり、ＩＧＢＴ及びダイオ
ードから冷却器までの熱抵抗が半減し冷却効率が向上す
る。
形態の電力用半導体装置においては、ＩＧＢＴ４１〜４
６及びダイオード１３１〜１３６と冷却器１２とが接合
されているため、従来の電力用半導体装置のような冷却
器との間の接触熱抵抗がなくなり、ＩＧＢＴ及びダイオ
ードから冷却器までの熱抵抗が半減し冷却効率が向上す
る。
【００３０】更に、第１の幅広導体１６と第２の幅広導
体１７が絶縁物１５を介し電流の流れの向きが対抗する
ように積層されているため、インダクタンスが相殺され
てパッケージ内部の配線インダクタンスが非常に小さく
なる。
体１７が絶縁物１５を介し電流の流れの向きが対抗する
ように積層されているため、インダクタンスが相殺され
てパッケージ内部の配線インダクタンスが非常に小さく
なる。
【００３１】また更に、ＩＧＢＴ４１〜４６及びダイオ
ード１３１〜１３６が、第１の幅広導体１６及び第２の
幅広導体１７により接続されているので、ワイヤボンデ
ィングにより接続されている場合に比べ切断の可能性が
ほとんどなく信頼性が向上する。また、ＩＧＢＴ４１〜
４６及びダイオード１３１〜１３６の過渡的な熱耐量も
向上する。
ード１３１〜１３６が、第１の幅広導体１６及び第２の
幅広導体１７により接続されているので、ワイヤボンデ
ィングにより接続されている場合に比べ切断の可能性が
ほとんどなく信頼性が向上する。また、ＩＧＢＴ４１〜
４６及びダイオード１３１〜１３６の過渡的な熱耐量も
向上する。
【００３２】図１及び図２に示した構造の電力用半導体
装置においては、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が向上
するので、ＩＧＢＴ及びダイオードを密集配置でき、電
力用半導体装置及び冷却器を小型化しインバータ装置を
小型化することができる。
装置においては、接触熱抵抗がなくなり冷却効率が向上
するので、ＩＧＢＴ及びダイオードを密集配置でき、電
力用半導体装置及び冷却器を小型化しインバータ装置を
小型化することができる。
【００３３】また、電力用半導体装置の信頼性が向上
し、インバータ装置の信頻性も向上する。そして、更に
電力用半導体装置内部の配線インダクタンスを低減する
ことができるので、損失が低減し、インバータ装置を小
型化、低コスト化することができる。
し、インバータ装置の信頻性も向上する。そして、更に
電力用半導体装置内部の配線インダクタンスを低減する
ことができるので、損失が低減し、インバータ装置を小
型化、低コスト化することができる。
【００３４】そして、図３に示すように、電力用半導体
装置を３相インバータに適用し、直流電源を入力とし、
負荷（図示せず）に３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電源を給
電している。
装置を３相インバータに適用し、直流電源を入力とし、
負荷（図示せず）に３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電源を給
電している。
【００３５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を、図４を参照して説明する。図４は、本
発明の第２の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
の実施の形態を、図４を参照して説明する。図４は、本
発明の第２の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
【００３６】図４において、インバータ装置は、直流電
源と接続する正極側導体２１及び負極側導体２２を、電
流の流れる方向が対抗するように平行に近接配置し樹脂
製パッケージ５で固定する。樹脂製パッケージ５の外部
では、近接配置した正極側導体２１と負極側導体２２の
間には絶縁シートを挿入する。また、負荷と接続する３
相出力導体２４も樹脂製パッケージ５で固定する。更
に、直流電源平滑用コンデンサを電解コンデンサ２０Ａ
とし、樹脂製パッケージ５に近接配置し、且つ正極側導
体２１及び負極側導体２２と取付けねじ２７により電気
的に接続する。このとき、電解コンデンサ２０Ａは、半
導体装置と平行に配置される。その他の構造は、第１の
実施の形態と同様である。
源と接続する正極側導体２１及び負極側導体２２を、電
流の流れる方向が対抗するように平行に近接配置し樹脂
製パッケージ５で固定する。樹脂製パッケージ５の外部
では、近接配置した正極側導体２１と負極側導体２２の
間には絶縁シートを挿入する。また、負荷と接続する３
相出力導体２４も樹脂製パッケージ５で固定する。更
に、直流電源平滑用コンデンサを電解コンデンサ２０Ａ
とし、樹脂製パッケージ５に近接配置し、且つ正極側導
体２１及び負極側導体２２と取付けねじ２７により電気
的に接続する。このとき、電解コンデンサ２０Ａは、半
導体装置と平行に配置される。その他の構造は、第１の
実施の形態と同様である。
【００３７】図４のように構成された本実施の形態のイ
ンバータ装置においては、第１の実施の形態に加え、電
解コンデンサ２０Ａが樹脂製パッケージ５に近接配置さ
れているので、正極側導体２１及び負極側導体２２の配
線長が短く、更に正極側導体２１及び負極側導体２２が
電流の流れる向きが対抗するように近接配置されている
ので配線インダクタンスが相殺される。故に、パッケー
ジ内部の配線インダクタンスのみでなく、電源平滑用コ
ンデンサまでの配線インダクタンスも非常に小さくで
き、ＩＧＢＴ４１〜４６がターンオフする場合にＩＧＢ
Ｔかかるスパイク電圧が非常に小さくなり、急峻な電圧
変化を抑制するためのスナバ回路が省略できる。このと
き、第１の実施の形態と同様の効果に加え、更にインバ
ータ装置を小型化、低コスト化できる。
ンバータ装置においては、第１の実施の形態に加え、電
解コンデンサ２０Ａが樹脂製パッケージ５に近接配置さ
れているので、正極側導体２１及び負極側導体２２の配
線長が短く、更に正極側導体２１及び負極側導体２２が
電流の流れる向きが対抗するように近接配置されている
ので配線インダクタンスが相殺される。故に、パッケー
ジ内部の配線インダクタンスのみでなく、電源平滑用コ
ンデンサまでの配線インダクタンスも非常に小さくで
き、ＩＧＢＴ４１〜４６がターンオフする場合にＩＧＢ
Ｔかかるスパイク電圧が非常に小さくなり、急峻な電圧
変化を抑制するためのスナバ回路が省略できる。このと
き、第１の実施の形態と同様の効果に加え、更にインバ
ータ装置を小型化、低コスト化できる。
【００３８】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を、図５を参照して説明する。図５は、本
発明の第３の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
の実施の形態を、図５を参照して説明する。図５は、本
発明の第３の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
【００３９】図５に示すように、本実施の形態において
は、第２の実施の形態における電解コンデンサ２０Ａを
樹脂製パッケージ５に段詰みしたことを特徴とする。そ
の際、インバータ装置は、直流電源と接続する正極側導
体２１及び負極側導体２２を、電流の流れる方向が対抗
するように平行に近接配置し樹脂製パッケージ５で固定
する。樹脂製パッケージ５の外部では、近接配置した正
極側導体２１と負極側導体２２の間には絶縁シートを挿
入する。また、負荷と接続する３相出力導体２４も樹脂
製パッケージ５で固定する。更に、直流電源平滑用コン
デンサを電解コンデンサ２０Ａとし、樹脂製パッケージ
５に近接配置し、且つ正極側導体２１及び負極側導体２
２と取付けねじ２７により電気的に接続する。その他の
構造は、第１の実施の形態と同様である。
は、第２の実施の形態における電解コンデンサ２０Ａを
樹脂製パッケージ５に段詰みしたことを特徴とする。そ
の際、インバータ装置は、直流電源と接続する正極側導
体２１及び負極側導体２２を、電流の流れる方向が対抗
するように平行に近接配置し樹脂製パッケージ５で固定
する。樹脂製パッケージ５の外部では、近接配置した正
極側導体２１と負極側導体２２の間には絶縁シートを挿
入する。また、負荷と接続する３相出力導体２４も樹脂
製パッケージ５で固定する。更に、直流電源平滑用コン
デンサを電解コンデンサ２０Ａとし、樹脂製パッケージ
５に近接配置し、且つ正極側導体２１及び負極側導体２
２と取付けねじ２７により電気的に接続する。その他の
構造は、第１の実施の形態と同様である。
【００４０】図５のように構成された本実施の形態のイ
ンバータ装置においては、第１の実施の形態に加え、電
解コンデンサ２０Ａが樹脂製パッケージ５に近接配置さ
れているので、正極側導体２１及び負極側導体２２の配
線長が短く、更に正極側導体２１及び負極側導体２２が
電流の流れる向きが対抗するように近接配置されている
ので配線インダクタンスが相殺される。故に、パッケー
ジ内部の配線インダクタンスのみでなく、電源平滑用コ
ンデンサまでの配線インダクタンスも非常に小さくで
き、ＩＧＢＴ４１〜４６がターンオフする場合にＩＧＢ
Ｔかかるスパイク電圧が非常に小さくなり、急峻な電圧
変化を抑制するためのスナバ回路が省略できる。このと
き、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができ
る。
ンバータ装置においては、第１の実施の形態に加え、電
解コンデンサ２０Ａが樹脂製パッケージ５に近接配置さ
れているので、正極側導体２１及び負極側導体２２の配
線長が短く、更に正極側導体２１及び負極側導体２２が
電流の流れる向きが対抗するように近接配置されている
ので配線インダクタンスが相殺される。故に、パッケー
ジ内部の配線インダクタンスのみでなく、電源平滑用コ
ンデンサまでの配線インダクタンスも非常に小さくで
き、ＩＧＢＴ４１〜４６がターンオフする場合にＩＧＢ
Ｔかかるスパイク電圧が非常に小さくなり、急峻な電圧
変化を抑制するためのスナバ回路が省略できる。このと
き、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができ
る。
【００４１】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態を、図６を参照して説明する。図６は本発
明の第４の実施の形態であるインバータ装置の縦断面図
である。
の実施の形態を、図６を参照して説明する。図６は本発
明の第４の実施の形態であるインバータ装置の縦断面図
である。
【００４２】図６において、インバータ装置は、直流電
源平滑用コンデンサを電解コンデンサとし、且つ内部が
中空で冷媒流路１９が構成され冷媒３０が流れる液冷式
電解コンデンサ２０Ｂとし、樹脂製パッケージ５に近接
配置し正極側導体２１及び負極側導体２２と接続ねじ２
７により電気的に接続する。その他の構造は、上述した
実施の形態と同様である。
源平滑用コンデンサを電解コンデンサとし、且つ内部が
中空で冷媒流路１９が構成され冷媒３０が流れる液冷式
電解コンデンサ２０Ｂとし、樹脂製パッケージ５に近接
配置し正極側導体２１及び負極側導体２２と接続ねじ２
７により電気的に接続する。その他の構造は、上述した
実施の形態と同様である。
【００４３】図６のように構成されたインバータ装置に
おいては、上述した実施の形態に加え、液冷式電解コン
デンサ２０Ｂの内部のコンデンサ素子が冷媒３０により
液冷されているので、自然空冷の場合に比べ同一体積で
もより多くのリップル電流を流すことができる。また、
同一リップル電流を流す場合には、液冷式電解コンデン
サ２０Ｂの体積を小さくすることができる。また、液冷
式電解コンデンサ２０Ｂの体積が小さくなるので、樹脂
製パッケージ５のより近くに配置することができ、配線
インダクタンスも更に小さくなる。更に、液冷されてい
るため、コンデンサ素子の動作温度が低く寿命も向上す
る。このとき、上述した実施の形態と同様の効果に加
え、更にインバータ装置を小型化、低コスト化できる。
おいては、上述した実施の形態に加え、液冷式電解コン
デンサ２０Ｂの内部のコンデンサ素子が冷媒３０により
液冷されているので、自然空冷の場合に比べ同一体積で
もより多くのリップル電流を流すことができる。また、
同一リップル電流を流す場合には、液冷式電解コンデン
サ２０Ｂの体積を小さくすることができる。また、液冷
式電解コンデンサ２０Ｂの体積が小さくなるので、樹脂
製パッケージ５のより近くに配置することができ、配線
インダクタンスも更に小さくなる。更に、液冷されてい
るため、コンデンサ素子の動作温度が低く寿命も向上す
る。このとき、上述した実施の形態と同様の効果に加
え、更にインバータ装置を小型化、低コスト化できる。
【００４４】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態を、図７を参照して説明する。図７は、本
発明の第５の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
の実施の形態を、図７を参照して説明する。図７は、本
発明の第５の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
【００４５】図７において、インバータ装置は、直流電
源平滑用コンデンサを液冷式電解コンデンサ２０Ｃと
し、コンデンサ素子３１を取り囲むように、内部及び外
周部が中空で冷媒流路１９が構成され冷媒３０が通る液
冷式電解コンデンサとし、樹脂製パッケージ５に近接配
置し正極側導体２１及び負極側導体２２と接続ねじ２７
に電気的に接続する。その他の構造は、上述した実施の
形態と同様である。図７のように構成されたインバータ
装置においては、第４の実施の形態以上にコンデンサ素
子３１が効率よく冷却される。
源平滑用コンデンサを液冷式電解コンデンサ２０Ｃと
し、コンデンサ素子３１を取り囲むように、内部及び外
周部が中空で冷媒流路１９が構成され冷媒３０が通る液
冷式電解コンデンサとし、樹脂製パッケージ５に近接配
置し正極側導体２１及び負極側導体２２と接続ねじ２７
に電気的に接続する。その他の構造は、上述した実施の
形態と同様である。図７のように構成されたインバータ
装置においては、第４の実施の形態以上にコンデンサ素
子３１が効率よく冷却される。
【００４６】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態を、図８を参照して説明する。図８は、本
発明の第６の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
の実施の形態を、図８を参照して説明する。図８は、本
発明の第６の実施の形態であるインバータ装置の縦断面
図である。
【００４７】図８において、インバータ装置は、直流電
源平滑用コンデンサをセラミックコンデンサ２０Ｄと
し、内部が中空で冷媒流路１９が構成されている液冷式
冷却器１２に絶緑シート３２を介して取付け、樹脂製パ
ッケージ５に近接配置し正極側導体２１及び負極側導体
２２と接続ねじ２７により電気的に接続する。その他の
構造は、上述した実施の形態と同様である。
源平滑用コンデンサをセラミックコンデンサ２０Ｄと
し、内部が中空で冷媒流路１９が構成されている液冷式
冷却器１２に絶緑シート３２を介して取付け、樹脂製パ
ッケージ５に近接配置し正極側導体２１及び負極側導体
２２と接続ねじ２７により電気的に接続する。その他の
構造は、上述した実施の形態と同様である。
【００４８】図８のように構成されたインバータ装置に
おいては、電源平滑用コンデンサに同一容量で比較して
電解コンデンサよりも体積が小さいセラミックコンデン
サ２０Ｄを用いているので、樹脂製パッケージ５のより
近くに配置でき配線インダクタンスがより小さくなる。
おいては、電源平滑用コンデンサに同一容量で比較して
電解コンデンサよりも体積が小さいセラミックコンデン
サ２０Ｄを用いているので、樹脂製パッケージ５のより
近くに配置でき配線インダクタンスがより小さくなる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体装置及びインバータ装置において冷却効率を向上
させることができると共に、小型化することができる。
また、インバータ装置において、半導体装置の損失が低
減するので、スナバ回路を削減できる。
半導体装置及びインバータ装置において冷却効率を向上
させることができると共に、小型化することができる。
また、インバータ装置において、半導体装置の損失が低
減するので、スナバ回路を削減できる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態である半導体装
置を示す縦断面図。
置を示す縦断面図。
【図２】 本発明の第１の実施の形態である半導体装
置を示す水平断面図。
置を示す水平断面図。
【図３】 本発明の第１の実施の形態であるインバー
タ装置を示す回路図。
タ装置を示す回路図。
【図４】 本発明の第２の実施の形態であるインバー
タ装置を示す縦断面図。
タ装置を示す縦断面図。
【図５】 本発明の第３の実施の形態であるインバー
タ装置を示す縦断面図。
タ装置を示す縦断面図。
【図６】 本発明の第４の実施の形態であるインバー
タ装置を示す縦断面図。
タ装置を示す縦断面図。
【図７】 本発明の第５の実施の形態であるインバー
タ装置を示す縦断面図。
タ装置を示す縦断面図。
【図８】 本発明の第６の実施の形態であるインバー
タ装置を示す縦断面図。
タ装置を示す縦断面図。
【図９】 従来の半導体装置の縦断面図。
【図１０】 従来の電力用半導体装置の冷却器への搭載
図。
図。
２：絶縁基板、３：金属電極、４１〜４６：半導体チッ
プ、５：樹脂製パッケージ、１０：電力用半導体装置、
１２：冷却器、１３１〜１３６：半導体チップ、１４１
〜１４４：緩衝板、１５：絶縁物、１６：第１の幅広導
体、１７：第２の幅広導体、１８：ゲートリード、１
９：冷媒流路、２０：電源平滑用コンデンサ、２０Ａ：
電解コンデンサ、２０Ｂ：液冷式電解コンデンサ、２０
Ｃ：液冷式電解コンデンサ、２０Ｄ：セラミックコンデ
ンサ、２１：正極側導体、２２：負極側導体、２４〜２
６：３相出力導体、２９：駆動／制御回路、３０：冷
媒、３１：コンデンサ素子、３２：絶縁シート
プ、５：樹脂製パッケージ、１０：電力用半導体装置、
１２：冷却器、１３１〜１３６：半導体チップ、１４１
〜１４４：緩衝板、１５：絶縁物、１６：第１の幅広導
体、１７：第２の幅広導体、１８：ゲートリード、１
９：冷媒流路、２０：電源平滑用コンデンサ、２０Ａ：
電解コンデンサ、２０Ｂ：液冷式電解コンデンサ、２０
Ｃ：液冷式電解コンデンサ、２０Ｄ：セラミックコンデ
ンサ、２１：正極側導体、２２：負極側導体、２４〜２
６：３相出力導体、２９：駆動／制御回路、３０：冷
媒、３１：コンデンサ素子、３２：絶縁シート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB08 BB41 BD01 BD13 BE01 BE09 5H006 CA01 CB01 CC02 DB01 HA03 HA83 5H007 CA01 CB05 CC03 DB01 HA02 HA03 HA04 HA06
Claims (8)
- 【請求項１】 冷媒が通るように中空構造を形成した
液冷式冷却器と、この液冷式冷却器に接合された絶縁基
板と、この絶縁基板に接合された金属電極と、この金属
電極に接合された半導体チップと、この半導体チップと
前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する絶縁性を有す
る樹脂製パッケージとを具備したことを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項２】 複数の前記半導体チップを幅広導体で
電気的に接続したことを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 前記液冷式冷却器を、銅やアルミニウ
ムなどの金属又はこの金属とセラミックスの複合材料で
ある金属基複合材料で形成したことを特徴とする請求項
１又は２記載の半導体装置。 - 【請求項４】 直流電源と、冷媒が通るように中空構
造を形成した液冷式冷却器とこの液冷式冷却器に接合さ
れた絶縁基板とこの絶縁基板に接合された金属電極とこ
の金属電極に接合された半導体チップとこの半導体チッ
プと前記絶縁基板と前記金属電極とを収納する絶縁性を
有する樹脂製パッケージとから成る半導体装置と、直流
電源平滑用コンデンサと、前記半導体装置を駆動制御す
る制御回路とを具備したことを特徴とするインバータ装
置。 - 【請求項５】 前記半導体装置は、電流の流れる方向
が対抗するように平行に近接配置し前記樹脂製パッケー
ジで固定し、前記直流電源と接続する正極側導体及び負
極側導体と、前記樹脂製パッケージで固定し、負荷と接
続する出力導体とを有し、前記直流電源平滑用コンデン
サは、前記樹脂製パッケージに近接配置し且つ前記正極
側導体及び負極側導体と接続され、電解コンデンサとし
たことを特徴とする請求項４記載のインバータ装置。 - 【請求項６】 前記直流電源平滑用コンデンサを電解
コンデンサとし、且つその内部が中空で冷媒が通る液冷
式コンデンサとし、前記樹脂製パッケージに近接配置し
前記正極側導体および負極側導体と電気的に接続したこ
とを特徴とする請求項４又は５記載のインバータ装置。 - 【請求項７】 前記直流電源平滑用コンデンサを電解
コンデンサとし、且つ内部が中空で冷媒が通り、更にそ
の外周部も中空で冷媒が通る液冷式コンデンサとし、前
記樹脂製パッケージに近接配置し、前記正極側導体及び
負極側導体と電気的に接続したことを特徴とする請求項
４乃至６のいずれかに記載のインバータ装置。 - 【請求項８】 前記直流電源平滑用コンデンサをセラ
ミックコンデンサとし、前記液冷式冷却器に絶縁シート
を介して取付け、前記樹脂製パッケージに近接配置し、
前記正極側導体及び負極側導体と電気的に接続したこと
を特徴とする請求項４乃至７記載のインバータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24947699A JP3529675B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体装置及びインバータ装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24947699A JP3529675B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体装置及びインバータ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077260A true JP2001077260A (ja) | 2001-03-23 |
| JP3529675B2 JP3529675B2 (ja) | 2004-05-24 |
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ID=17193542
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24947699A Expired - Fee Related JP3529675B2 (ja) | 1999-09-03 | 1999-09-03 | 半導体装置及びインバータ装置 |
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-
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- 1999-09-03 JP JP24947699A patent/JP3529675B2/ja not_active Expired - Fee Related
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