JP2001326324A - Method of connecting conductors of stack structure, and stack structure - Google Patents

Method of connecting conductors of stack structure, and stack structure

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JP2001326324A
JP2001326324A JP2000146343A JP2000146343A JP2001326324A JP 2001326324 A JP2001326324 A JP 2001326324A JP 2000146343 A JP2000146343 A JP 2000146343A JP 2000146343 A JP2000146343 A JP 2000146343A JP 2001326324 A JP2001326324 A JP 2001326324A
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stack
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flexible
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily connect the conductors of electric parts constituting the stacks without increasing the setup time, the number of parts, the storage space, etc. SOLUTION: A stack structure is composed of an inverter stack consisting of the stack of GTO thyristors 10 and 12 equipped with inflexible conductors 10A, 10K, 12A, and 12K and cooling bodies 22-24. The conductor 10A of the GTO thyristor 10 and the conductor 12K of the GTO thyristor 12 are connected with each other. In this connection method, one end face of a flexible lead 40 and the end face of the conductor 10A are connected with each other by electric beam welding, and the other end face of the flexible lead 40 and the end face of the conductor 12K are connected with each other by electronic beam welding, using the flexible lead 40 being a flexible conductor having an end in sectional form roughly equivalent to the sectional form of the conductors 10A and 12K.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、複数部品の積層
体から構成されるスタック構造体の2つの電気部品の導
体同士を接続するスタック構造体の導体接続方法に係
り、特に半導体素子と冷却部品とが交互に積層された半
導体スタックの半導体素子同士の導体を接続するスタッ
ク構造体の導体接続方法に関する。また、この発明は、
この導体接続方法によって接続された電気部品の積層体
から構成されるスタック構造体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of connecting conductors of a stack structure for connecting conductors of two electric components of a stack structure composed of a laminate of a plurality of components, and more particularly to a semiconductor element and a cooling component. The present invention relates to a method of connecting conductors of a stack structure for connecting conductors of semiconductor elements of a semiconductor stack in which are stacked alternately. In addition, the present invention
The present invention relates to a stack structure composed of a laminate of electric components connected by this conductor connection method.

【0002】[0002]

【従来の技術】大電流や高電圧の下で電気部品を動作さ
せるために、複数の電気部品を他の部品を介して積層し
てスタックを構成し、このスタック内の各電気部品同士
の導体を直列又は並列に電気的に接続して用いるのが一
般的である。例えば、パルス幅変調制御を行うインバー
タとして、複数のゲートターンオフサイリスタ(GTO
サイリスタ)と冷却体とを交互に積層することによって
インバータスタックを構成している。すなわち、GTO
サイリスタは、通電中に接合部温度が所定温度を超える
と熱破壊してその機能を喪失するので、接合部温度が所
定温度よりも大きくならないように沸騰冷却装置の冷却
体とGTOサイリスタとを交互に積層することによって
インバータスタックを構成している。
2. Description of the Related Art In order to operate electric components under a large current or a high voltage, a stack is formed by stacking a plurality of electric components via other components, and a conductor between the electric components in the stack is formed. Are generally used by electrically connecting them in series or in parallel. For example, as an inverter for performing pulse width modulation control, a plurality of gate turn-off thyristors (GTO
A thyristor) and a cooling body are alternately stacked to form an inverter stack. That is, GTO
The thyristor loses its function due to thermal destruction when the junction temperature exceeds a predetermined temperature during energization.Therefore, the cooling body of the boiling cooling device and the GTO thyristor are alternately arranged so that the junction temperature does not become higher than the predetermined temperature. To form an inverter stack.

【0003】図2は、従来のインバータスタックにおい
て半導体素子がどのように接続されていたのかを示す概
略図である。図では、2個の平型GTOサイリスタ1
0,12を、絶縁板となる窒化アルミニウム(ALN)
板14〜17を介して沸騰冷却装置20の冷却体22〜
24に加圧接触させることによって、冷却体22、AL
N板14、GTOサイリスタ10、ALN板15、冷却
体23、ALN板16、GTOサイリスタ12、ALN
板17、冷却体24からなる積層体、すなわちインバー
タスタックが構成されている。沸騰冷却装置20は、共
通凝縮器25、ベローズ気相管を含む連結管26〜2
8、液戻し管29〜31及び冷却体22〜24から構成
される。GTOサイリスタ10,12の発熱はALN板
14〜17を介して冷却体22〜24に伝達する。冷却
体22〜24では、その熱によって冷媒が沸騰して気化
する。気化した冷媒は、連結管26〜28を上昇して共
通凝縮器25に導かれ、そこで液化される。液化された
冷媒は、共通凝縮器25に一時的に貯留され、液戻し管
29〜31を介して冷却体22〜24に落下して戻るよ
うになっている。沸騰冷却装置は、冷却体22〜24で
冷媒を沸騰させて気化し、共通凝縮器25でそれを液化
させることによって、GTOサイリスタ10,12の温
度上昇を抑制している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing how semiconductor elements are connected in a conventional inverter stack. In the figure, two flat GTO thyristors 1
0 and 12 are aluminum nitride (ALN) to be the insulating plate
Cooling bodies 22-of boiling cooling device 20 via plates 14-17
24, the cooling body 22, AL
N plate 14, GTO thyristor 10, ALN plate 15, cooling body 23, ALN plate 16, GTO thyristor 12, ALN
A laminated body including the plate 17 and the cooling body 24, that is, an inverter stack is configured. The evaporative cooling device 20 includes a common condenser 25 and connecting pipes 26 to 2 including bellows gas phase pipes.
8. It is composed of liquid return pipes 29 to 31 and cooling bodies 22 to 24. Heat generated by the GTO thyristors 10 and 12 is transmitted to the cooling bodies 22 to 24 via the ALN plates 14 to 17. In the cooling bodies 22 to 24, the heat causes the refrigerant to boil and vaporize. The vaporized refrigerant rises up the connection pipes 26 to 28 and is led to the common condenser 25, where it is liquefied. The liquefied refrigerant is temporarily stored in the common condenser 25, and falls back to the cooling bodies 22 to 24 via the liquid return pipes 29 to 31 to return. The boiling cooling device suppresses an increase in the temperature of the GTO thyristors 10 and 12 by boiling and vaporizing the refrigerant in the cooling bodies 22 to 24 and liquefying the refrigerant in the common condenser 25.

【0004】このようにインバータスタックを構成する
電気部品である半導体素子すなわちGTOサイリスタ1
0,12の導体同士を接続する場合、その接続導体は個
々の部品の持つ寸法誤差を吸収した上で良好な接触状態
と接触面積を確保する必要がある。一方、GTOサイリ
スタ10,12のアノード導体10A,12A及びカソ
ード導体10K,12Kは、その面の平坦及び平面度等
が規定されていると共に経時的にその状態が変化しない
ことが要求されているため、一般的には、可撓性を示さ
ない不可撓性の1枚の銅板で構成されている。従って、
図2に示すように、GTOサイリスタ10,12が冷却
体22〜24に加圧接触され、お互いが直列に接続され
るような場合に、GTOサイリスタ10のアノード導体
10Aの端部とGTOサイリスタ12のカソード導体1
2Kの端部とが互いに平行になるように屈曲加工され、
また、もう一方のアノード導体12A及びカソード導体
10Kも、アノード導体10Aとカソード導体12Kと
を締め付けるボルト55及びナット56との絶縁距離を
確保するために屈曲加工されている。このような構成に
おいて、個々の部品の製作誤差を考慮し、アノード導体
10Aとカソード導体12Kとの間にあらかじめ隙間を
確保しておき、アノード導体10Aとカソード導体12
Kに応力が掛からないようにその端部間にはスペーサー
13が挿入され、ボルト55とナット56で締め付け接
続されている。
[0004] As described above, the semiconductor element which is an electric component constituting the inverter stack, that is, the GTO thyristor 1
When the 0 and 12 conductors are connected to each other, it is necessary for the connecting conductors to secure a good contact state and a good contact area after absorbing dimensional errors of individual parts. On the other hand, the anode conductors 10A and 12A and the cathode conductors 10K and 12K of the GTO thyristors 10 and 12 are required to have their flatness, flatness, and the like defined and not change their state over time. In general, it is composed of a single inflexible copper plate that does not exhibit flexibility. Therefore,
As shown in FIG. 2, when the GTO thyristors 10 and 12 are pressed into contact with the cooling bodies 22 to 24 and are connected to each other in series, the end of the anode conductor 10 </ b> A of the GTO thyristor 10 and the GTO thyristor 12 are connected. Cathode conductor 1
It is bent so that the 2K ends are parallel to each other,
Further, the other anode conductor 12A and cathode conductor 10K are also bent in order to secure an insulation distance between the bolt 55 and the nut 56 for tightening the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K. In such a configuration, a gap is previously secured between the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K in consideration of the manufacturing error of each component, and the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K are secured.
A spacer 13 is inserted between the ends so that no stress is applied to K, and the spacer 13 is tightened and connected by bolts 55 and nuts 56.

【0005】図3は、従来のインバータスタックにおい
て半導体素子がどのように接続されているのかを示す別
の概略図である。図3において、図2と同じ構成のもの
には同一の符号が付してあるので、その説明は省略す
る。このインバータスタックでは、GTOサイリスタ1
0,12のアノード導体10Aとカソード導体12K
は、何も加工されておらず、可撓性のあるフレキシブル
リード40を介してその端部同士がボルト55,57と
ナット56,58で締め付け接続されている。なお、G
TOサイリスタ10のカソード導体10KとGTOサイ
リスタ12のアノード導体12Aは、締め付け用のボル
ト55,57との間の絶縁距離を確保するために、図に
示すような階段状に屈曲加工されている。なお、図2及
び図3において、GTOサイリスタ10のカソード導体
10KとGTOサイリスタ12のアノード導体12A
は、それぞれボルト51,53とナット52,54で外
部導体に締め付け接続されている。
FIG. 3 is another schematic diagram showing how semiconductor elements are connected in a conventional inverter stack. 3, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In this inverter stack, the GTO thyristor 1
0, 12 anode conductor 10A and cathode conductor 12K
Is not processed, and its ends are tightened and connected by bolts 55 and 57 and nuts 56 and 58 via a flexible lead 40 having flexibility. Note that G
The cathode conductor 10 </ b> K of the TO thyristor 10 and the anode conductor 12 </ b> A of the GTO thyristor 12 are bent in a stepwise manner as shown in the figure in order to secure an insulation distance between the bolts 55 and 57 for fastening. 2 and 3, the cathode conductor 10K of the GTO thyristor 10 and the anode conductor 12A of the GTO thyristor 12 are shown.
Are connected to the outer conductor by bolts 51 and 53 and nuts 52 and 54, respectively.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図2の従来技術では、
隙間を予め見込んでGTOサイリスタ10,12のアノ
ード導体10Aとカソード導体12Kを屈曲加工し、イ
ンバータスタックを構成した際にアノード導体10Aと
カソード導体12Kとの間にできる隙間にスペーサー1
3を現物合わせで調整しながら挿入し、ボルト締めして
いる。また、図3の従来技術では、GTOサイリスタ1
0のアノード導体10AとGTOサイリスタ12のカソ
ード導体12Kの先端にフレキシブルリード40の両端
部をボルト締めで接続している。従って、導体の形状を
加工したり、ボルト締めしたりするために時間を要し、
スタックの全体的な組み立て時間が増大するという問題
がある。また、図2の場合には、スペーサ、ボルト、ナ
ット、ワッシャー等の部品が必要であり、図3の場合に
は、フレキシブルリード40の両端部にそれぞれボル
ト、ナット、ワッシャー等の部品が必要であり、部品点
数の増大を招くという問題もある。さらに、各導体間や
ボルトやナット等との間の絶縁距離を確保するために、
収納スペース等が増加するという問題もある。
In the prior art shown in FIG.
The spacer 1 is inserted into the gap formed between the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K when the inverter stack is formed by bending the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K of the GTO thyristors 10 and 12 in consideration of the gap in advance.
3 is inserted while adjusting it in kind and bolted. In the prior art shown in FIG. 3, the GTO thyristor 1
The both ends of the flexible lead 40 are connected to the leading ends of the anode conductor 10A of the No. 0 and the cathode conductor 12K of the GTO thyristor 12 by bolting. Therefore, it takes time to process the shape of the conductor and tighten the bolts,
The problem is that the overall assembly time of the stack increases. In the case of FIG. 2, parts such as spacers, bolts, nuts, and washers are required. In the case of FIG. 3, parts such as bolts, nuts, and washers are required at both ends of the flexible lead 40. There is also a problem that the number of parts is increased. Furthermore, in order to secure the insulation distance between conductors and between bolts and nuts,
There is also a problem that storage space and the like increase.

【0007】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、組み立て時間、部品点数、収納スペースなどを
増加させることなくスタックを構成する電気部品の導体
同士を容易に接続することのできるスタック構造体の導
体接続方法及びスタック構造体を提供することを目的と
する。
[0007] The present invention has been made in view of the above points, and can easily connect conductors of electric components constituting a stack without increasing the assembling time, the number of parts, the storage space, and the like. An object of the present invention is to provide a method for connecting conductors of a stack structure and a stack structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載されたス
タック構造体の導体接続方法の発明は、不可撓性導体を
備えた複数の電気部品と、前記電気部品以外の複数の部
品との積層体からなるスタック構造体の二つの電気部品
の前記不可撓性導体同士を電気的に接続するスタック構
造体の導体接続方法において、前記不可撓性導体の断面
形状とほぼ等価の断面形状の端部を有する可撓性導体を
用いて、前記可撓性導体の一方の端面と前記一方の電気
部品の前記不可撓性導体の端面とを電子ビーム溶接で接
続し、前記可撓性導体の他方の端面と前記他方の電気部
品の前記不可撓性導体の端面とを電子ビーム溶接で接続
したものである。この発明は、可撓性導体を電子ビーム
溶接で接続しているので、組み立て時間は短くでき、ボ
ルトやナットなどの締め付けるための部品が省略でき
る。また、電子ビーム溶接で接続することによって、電
気部品の不可撓性導体と可撓性導体との接触面状態を良
好に維持することができる。また、可撓性導体によって
接続されているので各部品の寸法誤差を吸収することが
できると共に収納スペースを極力抑えることができると
いう効果がある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for connecting a conductor of a stack structure to a plurality of electrical components having an inflexible conductor and a plurality of components other than the electrical component. In a conductor connection method for a stack structure, wherein said inflexible conductors of two electric components of a stack structure comprising a laminate are electrically connected to each other, an end of a cross-sectional shape substantially equivalent to a cross-sectional shape of said inflexible conductor Using a flexible conductor having a portion, connecting one end face of the flexible conductor to the end face of the inflexible conductor of the one electric component by electron beam welding, and connecting the other end of the flexible conductor And the end face of the inflexible conductor of the other electric component is connected by electron beam welding. According to the present invention, since the flexible conductor is connected by electron beam welding, the assembling time can be shortened, and parts for tightening such as bolts and nuts can be omitted. In addition, by connecting by electron beam welding, it is possible to maintain a good contact surface state between the inflexible conductor and the flexible conductor of the electric component. In addition, since the components are connected by the flexible conductor, it is possible to absorb a dimensional error of each component and to minimize a storage space.

【0009】請求項2に記載されたスタック構造体の導
体接続方法の発明は、請求項1において、前記可撓性導
体を、複数枚の薄板の積層体で構成したものである。積
層する薄板の幅及び枚数に応じて、その断面形状を任意
の大きさの長方形にすることができるので、電気部品の
不可撓性導体の断面形状とほぼ等価の断面形状の端部を
有する可撓性導体を容易に作成することができる。
According to a second aspect of the invention, there is provided a method of connecting a conductor to a stack structure, wherein the flexible conductor is formed of a laminate of a plurality of thin plates. According to the width and the number of thin plates to be laminated, the cross-sectional shape can be made to be a rectangle of an arbitrary size. A flexible conductor can be easily created.

【0010】請求項3に記載されたスタック構造体の導
体接続方法の発明は、請求項1において、前記スタック
構造体を、半導体素子手段と、この半導体素子手段を冷
却する冷却手段との積層体からなる半導体スタックで構
成したものである。スタック構造体には、種々の電気部
品を積層したものがあるが、この発明ではその電気部品
を冷却の必要な半導体素子に限定した。冷却の必要な半
導体素子は大電流高電圧用のものが多く、不可撓性の導
体を有する場合が多いからである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of connecting a conductor of a stack structure according to the first aspect, wherein the stack structure is formed by stacking a semiconductor element means and a cooling means for cooling the semiconductor element means. And a semiconductor stack composed of: There are stack structures in which various electric components are stacked, but in the present invention, the electric components are limited to semiconductor elements requiring cooling. This is because many semiconductor elements requiring cooling have a large current and a high voltage and often have an inflexible conductor.

【0011】請求項4に記載されたスタック構造体の導
体接続方法の発明は、請求項1において、前記可撓性導
体が全体的にU字型形状となっているものである。電子
ビーム溶接によって可撓性導体が全体的にU字型形状に
なると、この可撓性導体によって無駄なスペースが発生
しなくなるという効果を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the flexible conductor has a U-shape as a whole. When the flexible conductor is entirely U-shaped by electron beam welding, this flexible conductor has an effect that no useless space is generated.

【0012】請求項5に記載されたスタック構造体の発
明は、不可撓性導体を備えた複数の電気部品と、前記電
気部品以外の複数の部品との積層体からなるスタック構
造体において、前記不可撓性導体の断面形状とほぼ等価
の断面形状の端部を有する可撓性導体であって、前記可
撓性導体の一方の端面が前記一方の電気部品の前記不可
撓性導体の端面に電子ビーム溶接で接続され、前記可撓
性導体の他方の端面が前記他方の電気部品の前記不可撓
性導体の端面に電子ビーム溶接で接続されることによっ
て二つの前記電気部品の前記不可撓性導体同士を電気的
に接続する可撓性導体を備えたものである。この発明
は、請求項1に記載されたスタック構造体の導体接続方
法によって構成された可撓性導体を有するスタック構造
体に関するものである。従って、上述した請求項1の発
明と同じような種々の効果を享受することができるもの
である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a stack structure comprising a laminate of a plurality of electrical components having an inflexible conductor and a plurality of components other than the electrical components. A flexible conductor having an end having a cross-sectional shape substantially equivalent to the cross-sectional shape of the inflexible conductor, wherein one end surface of the flexible conductor is connected to an end surface of the inflexible conductor of the one electric component. The inflexibility of the two electrical components is connected by electron beam welding, and the other end face of the flexible conductor is connected to the end face of the inflexible conductor of the other electrical component by electron beam welding. It has a flexible conductor for electrically connecting the conductors. The present invention relates to a stack structure having a flexible conductor constituted by the method for connecting a conductor of a stack structure according to claim 1. Therefore, various effects similar to those of the first aspect of the invention can be obtained.

【0013】請求項6に記載されたスタック構造体の発
明は、請求項5において、前記可撓性導体を、複数枚の
薄板の積層体で構成したものである。これは、請求項2
の発明と同様の内容であり、電気部品の不可撓性導体の
断面形状とほぼ等価の断面形状の端部を有する可撓性導
体を容易に作成することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a stack structure according to the fifth aspect, wherein the flexible conductor is constituted by a laminate of a plurality of thin plates. This is claimed in claim 2
It is possible to easily produce a flexible conductor having an end having a cross section substantially equivalent to the cross section of the inflexible conductor of the electric component.

【0014】請求項7に記載されたスタック構造体の発
明は、請求項5において、前記スタック構造体を、半導
体素子手段と、この半導体素子手段を冷却する冷却手段
との積層体からなる半導体スタックで構成したものであ
る。これは、請求項3の発明と同様の内容であり、スタ
ック構造体を構成する電気部品を冷却の必要な半導体素
子に限定したものである。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fifth aspect, the stack structure comprises a stacked body of a semiconductor element means and a cooling means for cooling the semiconductor element means. It consists of. This is the same as the third aspect of the present invention, in which the electric components constituting the stack structure are limited to semiconductor elements requiring cooling.

【0015】請求項8に記載されたスタック構造体の発
明は、請求項5において、前記可撓性導体が全体的にU
字型形状となっているものである。これは、請求項4の
発明と同様の内容であり、可撓性導体によって無駄なス
ペースが発生しなくなるという効果を有する。
According to an eighth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the flexible conductor is entirely U-shaped.
It is shaped like a letter. This is the same as the fourth aspect of the present invention, and has an effect that useless space is not generated by the flexible conductor.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。図1は、本発明のスタック構造
体の導体接続方法及びスタック構造体の概略構成を示す
図である。図では、2個の平型GTOサイリスタ10,
12を絶縁板となる窒化アルミニウム(ALN)板14
〜17を介して沸騰冷却装置20の冷却体22〜24に
加圧接触させることによって、冷却体22、ALN板1
4、GTOサイリスタ10、ALN板15、冷却体2
3、ALN板16、GTOサイリスタ12、ALN板1
7、冷却体24からなる積層体、すなわちインバータス
タックが構成されている。沸騰冷却装置20は、共通凝
縮器25、ベローズ気相管を含む連結管26〜28、液
戻し管29〜31及び冷却体22〜24から構成され
る。共通凝縮器25は、大気との間で熱交換を行って気
化した冷媒を凝縮させて液化し、内部に貯留するもので
ある。冷却体22〜24は、銅やアルミニウムなどの金
属ブロックを機械加工により箱型に削り出し、その内部
に放熱用のフィンや仕切り板を多数有し、そこに冷媒を
貯留するような構成になっている。この冷媒にはエチレ
ングリコール水溶液などの導電性冷媒を使用する。従っ
て、GTOサイリスタ10,12と冷却体22〜24と
の間には、絶縁用のALN板14〜17が挿入されてい
る。従って、冷媒にフロンやフロロカーボンなどの絶縁
性冷媒を使用する場合には、このALN板14〜17を
省略することができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a method for connecting conductors of a stack structure according to the present invention and a schematic configuration of the stack structure. In the figure, two flat GTO thyristors 10,
12 is an aluminum nitride (ALN) plate 14 serving as an insulating plate
To the cooling bodies 22 to 24 of the boiling cooling device 20 through the cooling body 22, the ALN plate 1
4, GTO thyristor 10, ALN plate 15, cooling body 2
3, ALN plate 16, GTO thyristor 12, ALN plate 1
7. A laminated body composed of the cooling body 24, that is, an inverter stack is configured. The boiling cooling device 20 includes a common condenser 25, connecting pipes 26 to 28 including bellows gas phase pipes, liquid return pipes 29 to 31, and cooling bodies 22 to 24. The common condenser 25 exchanges heat with the atmosphere to condense and liquefy the vaporized refrigerant, and stores it inside. The cooling bodies 22 to 24 have a configuration in which a metal block such as copper or aluminum is cut into a box shape by machining and has a large number of fins and partitioning plates for heat dissipation therein, and the coolant is stored therein. ing. As the refrigerant, a conductive refrigerant such as an aqueous solution of ethylene glycol is used. Accordingly, ALN plates 14 to 17 for insulation are inserted between the GTO thyristors 10 and 12 and the cooling bodies 22 to 24. Therefore, when an insulating refrigerant such as chlorofluorocarbon or fluorocarbon is used as the refrigerant, the ALN plates 14 to 17 can be omitted.

【0017】冷却体22〜24と共通凝縮器25は、連
結管26〜28及び液戻し管29〜31によって接続さ
れている。連結管26〜28と液戻し管29〜31は、
2重管構造となっており、冷却体22〜24で加熱沸騰
して気化した冷媒は外側管の連結管26〜28と内側管
の液戻し管29〜31との間を上昇し、共通凝縮器25
に導かれる。連結管26〜28の一部に設けられたベロ
ーズ気相管は、温度変化による各部の膨張・収縮を吸収
するものである。なお、ベローズ気相管以外にも、冷却
体22〜24と共通凝縮器25との間を絶縁するための
絶縁管を連結管26〜28の途中に設ける場合がある。
The cooling bodies 22 to 24 and the common condenser 25 are connected by connecting pipes 26 to 28 and liquid return pipes 29 to 31. The connection pipes 26 to 28 and the liquid return pipes 29 to 31
The refrigerant, which has a double pipe structure, is heated and boiled by the cooling bodies 22 to 24, and the vaporized refrigerant rises between the connecting pipes 26 to 28 of the outer pipe and the liquid return pipes 29 to 31 of the inner pipe to form a common condensate. Table 25
It is led to. The bellows gas-phase tube provided in a part of the connecting tubes 26 to 28 absorbs expansion and contraction of each part due to a temperature change. In addition, in addition to the bellows gas phase tube, an insulating tube for insulating between the cooling bodies 22 to 24 and the common condenser 25 may be provided in the middle of the connecting tubes 26 to 28.

【0018】GTOサイリスタ10,12からの発熱は
ALN板14〜17を介して冷却体22〜24に伝達す
る。冷却体22〜24では、その熱によって冷媒が沸騰
して気化する。気化した冷媒は、外側管の連結管26〜
28と内側管の液戻し管29〜31との間を上昇して共
通凝縮器25に導かれ、そこで液化される。液化された
冷媒は、共通凝縮器25に一時的に貯留し、液戻し管2
9〜31を介して冷却体22〜24に落下して戻るよう
になっている。このようにして、沸騰冷却装置20は、
冷却体22〜24で冷媒を沸騰させて気化し、共通凝縮
器25でそれを液化させることによって、GTOサイリ
スタ10,12の温度上昇を抑制している。
Heat generated from the GTO thyristors 10 and 12 is transmitted to cooling bodies 22 to 24 via ALN plates 14 to 17. In the cooling bodies 22 to 24, the heat causes the refrigerant to boil and vaporize. The vaporized refrigerant is connected to the connecting pipes 26 to
It rises between 28 and the liquid return pipes 29 to 31 of the inner pipe and is led to the common condenser 25 where it is liquefied. The liquefied refrigerant is temporarily stored in the common condenser 25, and is returned to the liquid return pipe 2
It falls to cooling bodies 22-24 via 9-31 and returns. In this way, the ebullient cooling device 20
The refrigerant is boiled and vaporized by the cooling bodies 22 to 24, and liquefied by the common condenser 25, thereby suppressing the temperature rise of the GTO thyristors 10 and 12.

【0019】この実施の形態に係るスタック構造体の導
体接続方法では、GTOサイリスタ10,12から引き
出されたアノード導体10Aとカソード導体12Kの断
面形状とほぼ等価の断面形状を有する複数の薄板群から
構成されるフレキシブルリード40を電子ビーム溶接に
てU字型形状となるように各導体に溶接接合している。
電子ビーム溶接は、溶接される導体端面と薄板群によっ
て形成される端面との突き合わせ部に対して平行に電子
ビームが照射され、突き合わせ部の導体金属及び薄板金
属の両方を溶解させることによって両者を接着させるも
のである。両金属の突き合わせ部に形成される隙間はな
るべく小さいことが望ましい。従って、両金属の突き合
わせ部の表面を研磨して、隙間が極小になるように予め
加工しておく必要がある。
In the method for connecting the conductors of the stack structure according to the present embodiment, a plurality of thin plates having a cross-sectional shape substantially equivalent to the cross-sectional shapes of the anode conductor 10A and the cathode conductor 12K drawn from the GTO thyristors 10, 12 are used. The flexible lead 40 thus configured is welded to each conductor so as to form a U-shape by electron beam welding.
Electron beam welding is performed by irradiating an electron beam in parallel to a butt portion between a conductor end face to be welded and an end face formed by a group of thin plates, and melting both the conductor metal and the thin plate metal at the butt portion to form a weld. It is to be bonded. It is desirable that the gap formed between the butted portions of the two metals be as small as possible. Therefore, it is necessary to polish the surface of the butted portion of both metals and to process in advance so that the gap is minimized.

【0020】このように電子ビーム溶接を用いてフレキ
シブルリード40をU字型形状となるように接合するこ
とによって、GTOサイリスタ10,12のアノード導
体10Aとカソード導体12Kとフレキシブルリード4
0との接触面状態を良好に維持することができると共に
各部品の寸法誤差を吸収することができる。また、両者
の接合は蝋付けやTIG溶接などでも可能である。しか
しながら、これらの接合方法では、アノード導体10A
やカソード導体12Kの接触面を酸化防止の目的よりメ
ッキする必要があり、それぞれの導体表面を先にメッキ
すると蝋付けやTIG溶接の熱によってメッキ部が剥離
してしまい、溶接後にメッキしようとすると、フレキシ
ブルリード40の薄板の間にメッキ溶液が毛細管現象に
よって浸入し、その除去が非常に困難になり、時間の経
過と共に導体表面から腐食するという問題がある。これ
に対して、熱密度の大きな電子ビーム溶接を採用するこ
とにより、先に導体にメッキを施し、そのメッキを損傷
させることなく薄板と導体との溶接を行うことができ
る。
By joining the flexible leads 40 into a U-shape using electron beam welding in this manner, the anode conductors 10A, the cathode conductors 12K and the flexible leads 4 of the GTO thyristors 10, 12 are formed.
It is possible to maintain a good contact surface state with zero and to absorb a dimensional error of each part. In addition, joining of both can be performed by brazing, TIG welding, or the like. However, in these joining methods, the anode conductor 10A
And the contact surface of the cathode conductor 12K must be plated for the purpose of preventing oxidation. If the respective conductor surfaces are plated first, the plated portion will be peeled off by the heat of brazing or TIG welding, and if plating is attempted after welding, Further, there is a problem that the plating solution infiltrates between the thin plates of the flexible lead 40 due to the capillary phenomenon, making it very difficult to remove the plating solution and corroding from the conductor surface over time. On the other hand, by employing electron beam welding having a large heat density, the conductor can be plated first, and the thin plate and the conductor can be welded without damaging the plating.

【0021】なお、上述の実施の形態では、スタック構
造体として、GTOサイリスタと冷却体の積層体から構
成されるインバータスタックを例に説明したが、これに
限らず、これ以外の半導体スタック、燃料電池スタッ
ク、ダイオード整流器スタック、パワー半導体スタッ
ク、半導体スイッチスタックなどの各スタックを構成す
る電気部品の導体同士を接続する場合にも同様に適用す
ることができる。また、上述の実施の形態では、発熱体
を個別に冷却する個別冷却方式を例に説明したが、一括
冷却方式の場合にも同様に適用することができる。上述
の実施の形態では、インバータスタックが2個のGTO
サイリスタ10,12と3個の冷却体22〜24によっ
て構成された場合について説明したが、これ以上の個数
のGTOサイリスタ及び冷却体から構成されるインバー
タスタックにも同様に適用することができる。上述の実
施の形態では、連結管を気相管と戻し管の2重管構造の
場合を例に説明したが、気相管と戻し管を別個に配置し
たものにも同様に適用することができる。
In the above-described embodiment, an inverter stack composed of a stack of a GTO thyristor and a cooling body has been described as an example of the stack structure. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to a case where conductors of electric components constituting each stack such as a battery stack, a diode rectifier stack, a power semiconductor stack, and a semiconductor switch stack are connected. Further, in the above-described embodiment, the individual cooling method for individually cooling the heating elements has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to the collective cooling method. In the above-described embodiment, the inverter stack has two GTOs.
The case where the thyristors are configured by the thyristors 10 and 12 and three cooling bodies 22 to 24 has been described. However, the present invention can be similarly applied to an inverter stack including more GTO thyristors and cooling bodies. In the above-described embodiment, the case where the connecting pipe has a double pipe structure of a gas phase pipe and a return pipe has been described as an example, but the present invention can be similarly applied to a case where the gas phase pipe and the return pipe are separately arranged. it can.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明のスタック構造体の導体接続方法
及びスタック構造体によれば、組み立て時間、部品点
数、収納スペースなどを増加させることなくスタックを
構成する電気部品の導体同士を容易に接続することがで
きるという効果がある。
According to the method for connecting conductors of a stack structure and the stack structure of the present invention, conductors of electric components constituting a stack can be easily connected to each other without increasing the assembling time, the number of parts, and the storage space. There is an effect that can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のスタック構造体の導体接続方法及び
スタック構造体の概略構成を示す図
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for connecting conductors of a stack structure according to the present invention and a schematic configuration of the stack structure;

【図2】 従来のインバータスタックにおいて半導体素
子がどのように接続されていたのかを示す概略図
FIG. 2 is a schematic diagram showing how semiconductor elements are connected in a conventional inverter stack;

【図3】 従来のインバータスタックにおいて半導体素
子がどのように接続されているのかを示す別の概略図
FIG. 3 is another schematic diagram showing how semiconductor elements are connected in a conventional inverter stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,12 GTOサイリスタ 13 スペーサー 14〜17 冷却体 20 沸騰冷却装置 22〜24 冷却体 25 共通凝縮器 26〜28 連結管 29〜31 液戻し管 10A,12A アノード導体 10K,12K カソード導体 51,53,55 ボルト 52,54,56 ナット 40 フレキシブルリード 10, 12 GTO thyristor 13 spacer 14 to 17 cooling body 20 boiling cooling device 22 to 24 cooling body 25 common condenser 26 to 28 connecting pipe 29 to 31 liquid return pipe 10A, 12A anode conductor 10K, 12K cathode conductor 51, 53, 55 bolt 52, 54, 56 nut 40 flexible lead

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02M 7/48 H01L 23/46 A // B23K 101:38 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02M 7/48 H01L 23/46 A // B23K 101: 38

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不可撓性導体を備えた複数の電気部品
と、前記電気部品以外の複数の部品との積層体からなる
スタック構造体の二つの電気部品の前記不可撓性導体同
士を電気的に接続するスタック構造体の導体接続方法に
おいて、 前記不可撓性導体の断面形状とほぼ等価の断面形状の端
部を有する可撓性導体を用いて、前記可撓性導体の一方
の端面と前記一方の電気部品の前記不可撓性導体の端面
とを電子ビーム溶接で接続し、前記可撓性導体の他方の
端面と前記他方の電気部品の前記不可撓性導体の端面と
を電子ビーム溶接で接続したことを特徴とするスタック
構造体の導体接続方法。
An electrical connection between the inflexible conductors of two electrical components of a stack structure comprising a laminate of a plurality of electrical components having an inflexible conductor and a plurality of components other than the electrical component. In the method for connecting a conductor of a stack structure connected to a flexible conductor having an end having a cross-sectional shape substantially equivalent to the cross-sectional shape of the inflexible conductor, one end face of the flexible conductor and the An end face of the inflexible conductor of one electric component is connected by electron beam welding, and another end face of the flexible conductor and an end face of the inflexible conductor of the other electric component are connected by electron beam welding. A method for connecting a conductor of a stack structure, wherein the conductor is connected.
【請求項2】 請求項1において、 前記可撓性導体は、複数枚の薄板の積層体で構成されて
いることを特徴とするスタック構造体の導体接続方法。
2. The method according to claim 1, wherein the flexible conductor is formed of a laminate of a plurality of thin plates.
【請求項3】 請求項1において、 前記スタック構造体は、半導体素子手段と、この半導体
素子手段を冷却する冷却手段との積層体からなる半導体
スタックで構成されることを特徴とするスタック構造体
の導体接続方法。
3. The stack structure according to claim 1, wherein the stack structure is constituted by a semiconductor stack composed of a stack of semiconductor element means and cooling means for cooling the semiconductor element means. Conductor connection method.
【請求項4】 請求項1において、 前記前記可撓性導体が全体的にU字型形状となっている
ことを特徴とするスタック構造体の導体接続方法。
4. The method according to claim 1, wherein the flexible conductor has a U-shape as a whole.
【請求項5】 不可撓性導体を備えた複数の電気部品
と、前記電気部品以外の複数の部品との積層体からなる
スタック構造体において、 前記不可撓性導体の断面形状とほぼ等価の断面形状の端
部を有する可撓性導体であって、前記可撓性導体の一方
の端面が前記一方の電気部品の前記不可撓性導体の端面
に電子ビーム溶接で接続され、前記可撓性導体の他方の
端面が前記他方の電気部品の前記不可撓性導体の端面に
電子ビーム溶接で接続されることによって二つの前記電
気部品の前記不可撓性導体同士を電気的に接続する可撓
性導体を備えたことを特徴とするスタック構造体。
5. A stack structure comprising a laminate of a plurality of electric components having an inflexible conductor and a plurality of components other than the electric component, wherein a cross-section substantially equivalent to a cross-sectional shape of the inflexible conductor is provided. A flexible conductor having a shaped end, wherein one end face of the flexible conductor is connected to an end face of the inflexible conductor of the one electric component by electron beam welding, A flexible conductor that electrically connects the inflexible conductors of the two electric components by connecting the other end surface of the non-flexible conductor to the end surface of the inflexible conductor of the other electric component by electron beam welding. A stack structure comprising:
【請求項6】 請求項5において、 前記可撓性導体は、複数枚の薄板の積層体で構成される
ことを特徴とするスタック構造体。
6. The stack structure according to claim 5, wherein the flexible conductor is constituted by a laminate of a plurality of thin plates.
【請求項7】 請求項5において、 前記スタック構造体は、半導体素子手段と、この半導体
素子手段を冷却する冷却手段との積層体からなる半導体
スタックで構成されることを特徴とするスタック構造
体。
7. The stack structure according to claim 5, wherein the stack structure is a semiconductor stack composed of a stack of semiconductor element means and cooling means for cooling the semiconductor element means. .
【請求項8】 請求項5において、 前記可撓性導体が全体的にU字型形状となっていること
を特徴とするスタック構造体。
8. The stack structure according to claim 5, wherein the flexible conductor has a U-shape as a whole.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011064841A1 (en) * 2009-11-25 2011-06-03 トヨタ自動車株式会社 Cooling structure of semiconductor device

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