JP2002043487A - ヒートパイプ式半導体スタック - Google Patents

ヒートパイプ式半導体スタック

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JP2002043487A
JP2002043487A JP2000223443A JP2000223443A JP2002043487A JP 2002043487 A JP2002043487 A JP 2002043487A JP 2000223443 A JP2000223443 A JP 2000223443A JP 2000223443 A JP2000223443 A JP 2000223443A JP 2002043487 A JP2002043487 A JP 2002043487A
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heat pipe
pipe type
semiconductor element
heat
semiconductor
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Akio Sekimoto
暁郎 関本
Takashi Hashimoto
隆 橋本
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Toshiba Corp
Toshiba Transport Engineering Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Transport Engineering Inc
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱部の容積を大きくして熱時定数を実質的に
大きくし、小型でも熱効率の良いヒートパイプ式半導体
スタックを提供する。 【解決手段】電力変換用半導体素子で高速スイッチング
可能な高周波スイッチング素子で構成されるアーム回路
を直列に接続した電力変換装置を、ヒートパイプ式冷却
器により冷却されるように組立てられるヒートパイプ式
半導体スタックにおいて、１個のヒートパイプ式冷却器
の沸騰部ブロックの一方の側にアーム回路を構成する前
記半導体素子を取り付け、前記沸騰部ブロックの他方の
側に前記アーム回路と直列に接続される他のアーム回路
を構成する前記半導体素子を取り付け、交互に発熱する
前記半導体素子の平均的な発熱量に見合った大きさの放
熱部を前記沸騰部ブロックに接続しているので、半導体
素子のいずれの発熱に対してもヒートパイプを用いて効
率良く放熱部から放散させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を用い
た電力変換装置のヒートパイプ式半導体スタックに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のヒートパイプ式半導体スタックを
図を参照して説明する。図１６は従来の一般的な電力変
換装置としてのインバータのアーム回路の１相分を示し
ており、図１７及び図１８はこのようなインバータに使
用されるそれぞれ異なるヒートパイプ式半導体スタック
の構成図である。
【０００３】図１６に示すように、インバータのアーム
回路の１相分は、一般的に電力変換用半導体素子で高速
スイッチング可能な高周波スイッチング素子が用いられ
ている。例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａ
ｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔａｒ）やＩＥ
ＧＴ（Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｇａｔ
ｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔａｒ）のような半導体素子１，１
ａを２個直列に接続し、この直列接続された半導体素子
１，１ａの正極Ｐ及び負極Ｎの両端子に並列接続したフ
ィルタコンデンサ兼サージ電圧吸収用コンデンサ２を取
り付けることにより構成される。このような一般的な電
力変換装置において、１相分のアーム回路に対する冷却
のための冷却器、例えばヒートパイプ式冷却器３を使用
した従来の冷却スタックは、図１７に示すように、ヒー
トパイプ式冷却器３と半導体素子１，１ａとが交互に直
列に積層され、軸方向に圧接されている。そして、ヒー
トパイプ式冷却器３の沸騰部ブロック４に接続された端
子５が正極端子、負極端子、出力端子となり、１相分の
アーム回路が実現されている。また沸騰部ブロック４と
ヒートパイプ９とは絶縁管８を介して接続されている。
【０００４】このように従来のヒートパイプ式半導体ス
タックでは、半導体素子１，１ａの厚みと沸騰部ブロッ
ク４の厚みとからヒートパイプ式冷却器３の放熱部６の
スペースが制限されてしまい、これにより冷却器も制限
を受けてしまうという問題があった。
【０００５】これを解決するために、図１８に示すよう
に、スペーサ７を沸騰部ブロック４と半導体素子１との
積層部に直列に挿入することにより放熱部６を拡大し放
熱性能を向上させるようにした構成のヒートパイプ式半
導体スタックが提案されている。しかしながら、このよ
うな従来のヒートパイプ式半導体スタックでは、スペー
サ７の挿入により装置全体としての形状が大型化すると
いう問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のヒートパイプ式半導体スタックでは、装置の小型化を
図ろうとすると冷却性能が十分に取れず、逆に冷却性能
を上げようとすると装置全体が大型化してしまう。
【０００７】ところで、一般的な電力変換装置に使用さ
れるインバータのアーム回路の１相分を構成する２個直
列配置した半導体素子は、交互に発熱する回路である。
一方、ヒートパイプ式冷却器では、熱時定数が小さいた
めに、上述のような間欠的に発熱される場合、浸漬式沸
騰冷却方式のような熱時定数の大きな冷却器とは異な
り、最大発熱時に合わせた大きさの装置が必要であり、
放熱部を各半導体素子ごとに個別に設けるようにしてい
たため、全体として熱時定数が小さくて、装置の大型化
が避けられなかった。
【０００８】本発明は、このような情況に対処するため
になされたものである。すなわち半導体素子が交互に発
熱作用が起こることに着目して、これらの沸騰部ブロッ
クを共用するように構成することで、２つを１つにまと
め、放熱部の容積を大きくして熱時定数を実質的に大き
くし、小型でも熱効率の良いヒートパイプ式半導体スタ
ックを提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
電力変換用半導体素子で高速スイッチング可能な高周波
スイッチング素子で構成されるアーム回路を直列に接続
した電力変換装置を、ヒートパイプ式冷却器により冷却
されるように組立てられるヒートパイプ式半導体スタッ
クにおいて、１個のヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブロ
ックの一方の側にアーム回路を構成する前記半導体素子
を取り付け、前記沸騰部ブロックの他方の側に前記アー
ム回路と直列に接続される他のアーム回路を構成する前
記半導体素子を取り付け、交互に発熱する前記半導体素
子の平均的な発熱量に見合った大きさの放熱部を前記沸
騰部ブロックに接続してなることを特徴とする。
【００１０】請求項１記載の発明によると、半導体素子
が圧接形の場合、絶縁管を介して接続することにより、
交互に発熱する前記半導体素子のいずれの発熱に対して
もヒートパイプを用いて効率良く放熱部から放散させる
ことができる。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載のヒ
ートパイプ式半導体スタックにおいて、ヒートパイプ式
冷却器の沸騰部ブロックがヒートパイプの軸方向に比較
的長くなっており、その沸騰部ブロック面の一方の側
に、直列接続した前記半導体素子を沸騰部ブロックの上
下に取り付けたことを特徴とする。
【００１２】請求項２記載の発明によると、半導体素子
をヒートパイプの軸方向に取り付け、組立てられること
により、交互に発熱する前記半導体素子のいずれの発熱
に対してもヒートパイプを用いて効率良く放熱部から放
散させることができる。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載のヒ
ートパイプ式半導体スタックにおいて、ヒートパイプ式
冷却器の沸騰部ブロックの一方の側に直列接続した前記
半導体素子を前記沸騰部ブロックの左右に取り付けたこ
とを特徴とする。
【００１４】請求項３記載の発明によると、半導体素子
をヒートパイプの軸方向に対し垂直方向に取り付け、組
立てられることにより交互に発熱する前記半導体素子の
いずれの発熱に対してもヒートパイプを用いて効率良く
放熱部から放散させることができる。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１記載のヒ
ートパイプ式半導体スタックにおいて、ヒートパイプ式
冷却器は沸騰部ブロックがヒートパイプの軸方向に比較
的長くなっており１個の冷却器の受熱ブロックの一方の
側にアーム回路を構成する複数個並列接続された前記半
導体素子の１個以上を取り付け、前記沸騰部ブロックの
他方の側の前記複数個並列接続された前記半導体素子の
１個以上を取り付け、ヒートパイプの軸方向に、前記ア
ーム回路と直列に接続される他のアーム回路を構成する
複数個並列接続された前記半導体素子を、前記アーム回
路を構成する前記半導体素子同様に前記沸騰部ブロック
の両面に前記半導体素子に隣接するように取り付けたこ
とを特徴とする。請求項４記載の発明によると、交互に
発熱する前記半導体素子のいずれの発熱に対してもヒー
トパイプを用いて効率良く放熱部から放散させることが
できる。
【００１６】請求項５記載の発明は、請求項１記載のヒ
ートパイプ式半導体スタックにおいて、ヒートパイプ式
冷却器の沸騰部ブロックの両側面に取り付けられた前記
半導体素子をヒートパイプの軸方向に対し垂直方向にず
らして取り付けたことを特徴とする。
【００１７】請求項５記載の発明によると、前記半導体
素子でモジュール形半導体素子の場合、素子内部におい
て、高速スイッチング可能な自己消弧型素子部を両側に
配置し、これに挟まれるように並列接続されるフライホ
イールダイオード部が配置されているため、前記半導体
素子を前記沸騰部ブロックの両側に対向して整列配置す
ると、比較的発熱量が大きい自己消弧型素子部が向かい
合った部分と、比較的発熱量が小さいフライホイールダ
イオード部が向き合った部分があり、前記沸騰部ブロッ
ク面において、受熱量が不均一となり、ブロック面の温
度が局部的に上昇するため、半導体素子相互間の位置を
ずらし、発熱量が大きい部分と小さい部分が重ねること
により、前記沸騰部ブロック面における受熱量が均一と
なり、受熱ブロック面の温度分布が均一となり、発熱量
が大きい部分での温度低減が可能となる。更には、交互
に発熱する前記半導体素子のいずれの発熱に対してもヒ
ートパイプを用いて効率良く放熱部から放散させること
もできる。
【００１８】請求項６記載の発明は、請求項２または請
求項３記載のヒートパイプ式半導体スタックにおいて、
ヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブロックの一方の側に配
置した前記半導体素子の沸騰部ブロックの他方の側面
に、前記直列接続した半導体素子の正極及び負極の両端
子に並列接続したフィルタコンデンサ兼サージ電圧吸収
用コンデンサを取り付けることを特徴とする。
【００１９】請求項６記載の発明によると、半導体素子
の遮断時に発生するサージ電圧を吸収するフィルタコン
デンサ兼サージ電圧吸収用コンデンサを前記半導体素子
の直近に配置することができ、前記半導体素子とフィル
タコンデンサ兼サージ電圧吸収用コンデンサ間の接続導
体が短くできるため、回路の低インダクタンス化も図れ
ることになる。
【００２０】請求項７記載の発明は、請求項１ないし請
求項６のいずれかに記載のヒートパイプ式半導体スタッ
クにおいて、半導体素子は高周波スイッチング素子と逆
並列に接続されるダイオードが同一パッケージに内蔵さ
れていることを特徴とする。請求項７記載の発明による
と、半導体素子の集約化による部品点数の削減ができ、
装置の小型軽量化ができる。
【００２１】請求項８記載の発明は、請求項７記載のヒ
ートパイプ式半導体スタックにおいて、半導体素子は押
圧面が電極を兼用する平形半導体素子であり、直列に接
続された半導体素子の正極の半導体素子はその負極側
を、また負極の半導体素子はその正極をヒートパイプ式
冷却器の沸騰部ブロックに押圧することを特徴とする。
【００２２】請求項８記載の発明によると、ヒートパイ
プ式冷却器の沸騰部ブロックを導体及び、回路の端子と
することができるため、部品の共有化による部品点数の
削減ができ、装置の小型軽量化はもとより、正極の半導
体素子と負極の半導体素子間の距離が最小となることか
ら、回路の低インダクタンス化が図れる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１対応）の構成図であり、図２は第１実施例の変形例の
構成図である。
【００２４】図１において、本実施例に係る１個のヒー
トパイプ式冷却器３の沸騰部ブロック４の一方の側にア
ーム回路を構成する圧接形半導体素子１を取り付け、こ
の沸騰部ブロック４の他方の側に前記アーム回路と直列
に接続される他のアーム回路を構成する半導体素子１を
取り付け、交互に発熱する半導体素子１の平均的な発熱
量に見合った大きさの放熱部をヒートパイプ９で沸騰部
ブロック４に半導体素子１が圧接形の場合絶縁管８を介
して接続し、半導体素子１がそれぞれ沸騰部ブロック４
を挟んだ状態に組立てられている。
【００２５】次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例に係る電力変換装置は、２個直列配置した半導
体素子１が交互に発熱する回路構成であり、一方の半導
体素子１が発熱しているときには、沸騰部ブロック４は
この半導体素子１からの熱を受熱し、ヒートパイプ式冷
却器３のヒートパイプ９によって放熱部６に輸送し、放
熱部６では大気へ熱を放散する。このとき他方の半導体
素子１の発熱は、一方の半導体素子１に比べて小さいの
で、ヒートパイプ式冷却器３は主に一方の半導体素子１
の冷却に寄与している。他方の半導体素子１が主に発熱
している時には、この半導体素子１からの発熱も同様に
して、沸騰部ブロック４が受熱してヒートパイプ９によ
って放熱部６へ熱輸送し、放熱部６から大気へ放散す
る。このとき他方の半導体素子１の発熱は、一方の半導
体素子１に比べて小さいので、ヒートパイプ式冷却器３
は主に他方の半導体素子１の冷却に寄与している。
【００２６】図２は図１の第１実施例の変形例であり、
図１の圧接形半導体素子の代りにモジュール形半導体素
子１ａを用いたものである。本変形例でも一方の半導体
素子１ａが発熱しているときには、沸騰部ブロック４は
この半導体素子１ａからの熱を受熱し、ヒートパイプ式
冷却器３のヒートパイプ９によって放熱部６に輸送し、
放熱部６では大気へ熱を放散する。このとき他方の半導
体素子１ａの発熱は、一方の半導体素子１ａに比べて小
さいので、ヒートパイプ式冷却器３は主に一方の半導体
素子１ａの冷却に寄与している。また、他方の半導体素
子１ａが主に発熱している時には、この半導体素子１ａ
からの発熱も同様にして、沸騰部ブロック４が受熱して
ヒートパイプ９によって放熱部６へ熱輸送し、放熱部６
から大気へ放散する。他方半導体素子１ａの発熱は、一
方の半導体素子１ａに比べて小さいので、ヒートパイプ
式冷却器３は主に他方の半導体素子１ａの冷却に寄与し
ている。
【００２７】このように図１及び図２に示す１相分のア
ーム回路では２個直列配置した半導体素子１，１ａが交
互に発熱しているが、ヒートパイプ式冷却器３に連続的
に平均した熱負荷がかかり、常に沸騰部ブロック４はそ
の冷却能力に適した熱量を連続的に輸送し、放熱部６も
その放熱能力に適した熱量を連続的に放熱することがで
きる。
【００２８】したがって、本実施例また本変形例のヒー
トパイプ式半導体スタックによれば、１相分の半導体素
子１，１ａを１つのヒートパイプ式冷却器３によって冷
却されるので、それぞれの半導体素子１，１ａが交互に
発熱する間欠発熱負荷を効率良く大気へ放散することが
でき、小型であっても、ヒートパイプ式冷却器３の熱時
定数が小さいという欠点を補いながら効果的にヒートパ
イプ冷却を行うことができる。
【００２９】図３は本発明の第２実施例（請求項２対
応）の構成図であり、図４は第２実施例の変形例の構成
図である。図３に示すように、本実施例に係るパイプ式
冷却器３が上記第１実施例と相違する構成は、沸騰部ブ
ロック４がヒートパイプ９の軸方向に比較的長くなって
おり、また沸騰部ブロック４の片側に直列接続した半導
体素子１をヒートパイプ９の軸方向に取り付けた点にあ
り、その他の構成は同一である。
【００３０】図４は図３の第２実施例の変形例であり、
図３の圧接形半導体素子１の代りにモジュール形半導体
素子１ａを用いたものである。本実施例及び本変形例も
第１実施例と同じように、１相分の半導体素子１，１ａ
を１つのヒートパイプ式冷却器３によって冷却されるの
で、それぞれの半導体素子１，１ａが交互に発熱する間
欠発熱負荷を効率良く大気へ放散することができ、小型
であっても、ヒートパイプ式冷却器３の熱時定数が小さ
いという欠点を補いながら効果的にヒートパイプ９の冷
却を行うことができる。
【００３１】図５は本発明の第３実施例（請求項３対
応）の構成図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）
は正面図である。図５に示すように、本実施例のパイプ
式冷却器３が図１の第１実施例と相違する構成は、ヒー
トパイプ式冷却器３の沸騰部ブロック４の片側に直列接
続した圧接形半導体素子１をヒートパイプ９の軸方向に
対し垂直に取り付けた点であり、その他の構成は同一で
ある。
【００３２】図６は図５の第３実施例の変形例であり、
同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は正面図である。本変
形例では図５の圧接形半導体素子１の代りにモジュール
形半導体１ａを用いたものである。
【００３３】本実施例及び本変形例も図１の第１実施例
と同じように、１相分の半導体素子１，１ａを１つのヒ
ートパイプ式冷却器３によって冷却されるので、それぞ
れの半導体素子１，１ａが交互に発熱する間欠発熱負荷
を効率良く大気へ放散することができ、小型であって
も、ヒートパイプ式冷却器３の熱時定数が小さいという
欠点を補いながら効果的にヒートパイプ９の冷却を行う
ことができる。
【００３４】図７は本発明の第４実施例（請求項４対
応）の構成図である。図７に示すように、本実施例で
は、図１の第１実施例において、ヒートパイプ式冷却器
３は沸騰部ブロック４がヒートパイプ９の軸方向に比較
的長くなっており、１個のヒートパイプ式冷却器３の沸
騰部ブロック４の片側にアーム回路を構成する複数個並
列接続された圧接形半導体素子１の１個以上を取り付
け、沸騰部ブロック４の他方の側に複数個並列接続され
た圧接形半導体素子１の１個以上を取り付け、ヒートパ
イプ９軸方向に対し、アーム回路と直列に接続される他
のアーム回路を構成する複数個並列接続された半導体素
子１をアーム回路を構成する半導体素子１同様に沸騰部
ブロック４の両面に半導体素子１に隣接するように取り
付け組立てられている。
【００３５】図８は第４実施例の変形例であり、本変形
例では、図７の第４実施例の圧接形半導体素子１の代り
にモジュール形半導体１ａを用いたものである。本実施
例及び本変形例も図１の第１実施例と同じように、１相
分の半導体素子１，１ａを１つのヒートパイプ式冷却器
３によって冷却されるので、それぞれの半導体素子１，
１ａが交互に発熱する間欠発熱負荷を効率良く大気へ放
散することができ、小型であっても、ヒートパイプ式冷
却器３の熱時定数が小さいという欠点を補いながら効果
的にヒートパイプ９の冷却を行うことができる。
【００３６】図９は本発明の第５実施例（請求項５対
応）に係るモジュール形半導体素子の正面図であり、図
１０は図９の断面図、図１１は本発明の第５実施例の構
成図、図１２は図１１の沸騰部ブロック部分の断面図で
ある。
【００３７】図に示すように、本実施例では、図１の第
１実施例において、ヒートパイプ式冷却器３の沸騰部ブ
ロック４の両側面に取り付けられたモジュール形半導体
素子１ａを、ヒートパイプ９の軸方向に対し垂直方向に
ずらし、取り付け組立てられている。
【００３８】次に、本実施例の作用について説明する。
モジュール形半導体素子１ａの場合、モジュール形半導
体素子１ａ内部において、図１０に示すように高速スイ
ッチング可能な自己消弧型素子部１０を両側に配置し、
これに挟まれるように並列接続されるフライホイールダ
イオード部１１が配置されているため、モジュール形半
導体素子１ａを沸騰部ブロック４の両側に対向して整列
配置すると、比較的発熱量が大きい自己消弧型素子部１
０が向い合った部分と、比較的発熱量が小さいフライホ
イールダイオード部１１が向き合った部分が存在するた
め、沸騰部ブロック４では、受熱量が不均一となり、沸
騰部ブロック４の温度が局部的に上昇する。このため、
モジュール形半導体素子１ａの相互間の位置をずらし、
発熱量が大きい部分と小さい部分が重なるようにする
と、前記沸騰部ブロック４における受熱量が均一とな
り、沸騰部ブロック４の温度分布が均一となる。
【００３９】本実施例は図１の第１実施例と同じよう
に、１相分の半導体素子１ａを１つのヒートパイプ式冷
却器３によって冷却されるので、それぞれの半導体素子
１ａが交互に発熱する間欠発熱負荷を効率良く大気へ放
散することができ、小型であっても、ヒートパイプ式冷
却器３の熱時定数が小さいという欠点を補いながら効果
的にヒートパイプ９の冷却を行うことができる。さら
に、本実施例では沸騰部ブロック４の温度分布が均一と
なり、発熱量が大きい部分での温度低減が可能となる。
【００４０】図１３は本発明の第６実施例（請求項６対
応）の構成図である。図に示すように、本実施例では、
図３の第２実施例において、ヒートパイプ式冷却器３の
沸騰部ブロック４の片側に配置したモジュール形半導体
素子１ａの沸騰部ブロック４の他方の側面に直列接続し
たモジュール形半導体素子１ａの正極及び負極の両端子
に導体１２で並列接続したフィルタコンデンサ兼サージ
電圧吸収用コンデンサ２を取り付け、組み立てられてい
る。
【００４１】次に、本実施例の作用を説明する。モジュ
ール形半導体素子１ａの遮断時に発生するサージ電圧を
吸収するフィルタコンデンサ兼サージ電圧吸収用コンデ
ンサ２をモジュール形半導体素子１ａの直近に配置する
ことができるので、モジュール形半導体素子１ａとフィ
ルタコンデンサ兼サージ吸収用コンデンサ２間の接続導
体１２が短くできる。
【００４２】その結果、本実施例は図１の第１実施例と
同じように、１相分の半導体素子１ａを１つのヒートパ
イプ式冷却器３によって冷却されるので、それぞれの半
導体素子１ａが交互に発熱する間欠発熱負荷を効率良く
大気へ放散することができ、小型であっても、ヒートパ
イプ式冷却器３の熱時定数が小さいという欠点を補いな
がら効果的にヒートパイプ９の冷却を行うことができ
る。さらに、本実施例では回路の低いインダクタンス化
も図れることになる。
【００４３】図１４は本発明の第７実施例（請求項７対
応）に用いられる半導体素子の構成図である。図に示す
ように、本実施例では、高周波スイッチング素子１３と
逆並列に接続されるダイオード１４が同一パッケージ１
５に内蔵されている。その他の構成は第１ないし第６実
施例の構成と同じである。本実施例によると、半導体素
子１，１ａの集約化による部品点数の削減ができ、装置
の小型軽量化が可能となる。
【００４４】図１５は本発明の第８実施例（請求項８対
応）の構成図である。図に示すように、本実施例は、図
１の第１実施例と同じ構成であるが、半導体素子１は押
圧面が電極を兼用する平形の半導体素子であり、直列に
接続された半導体素子１の正極の半導体素子１はその負
極１７側を、また負極の半導体素子１はその正極１６側
をヒートパイプ式冷却器３の沸騰部ブロック４に押圧す
ることにより、ヒートパイプ式冷却器３の沸騰部ブロッ
ク４を導体１２及び回路の端子５とすることができる。
【００４５】したがって、本実施例によると、部品の共
有化による部品点数の削減ができ、装置の小型軽量化は
もとより、正極の半導体素子１と負極の半導体素子１間
の距離が最小となることから、回路の低インダクタンス
化が図れる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えばインバータのような電力変換装置を構成する半導
体素子を１つの沸騰部ブロックの一方の面に取り付け、
沸騰部ブロックの他方の面には、もう１つの半導体素子
を取り付け交互に発熱する半導体素子の平均的な発熱量
に見合った大きさの１つの放熱部を沸騰部ブロックに接
続した構成であるため、従来のように半導体素子ごとに
その冷却用の沸騰ブロックを積層構造して組立てたもの
に比べて、構造が単純化できるとともに小型化が図れ
る。
【００４７】また、半導体スタックの全体的な長さが短
くできるために、耐振性を向上させることができ、同時
にこのような半導体スタックを組み込む電力変換装置の
小型化、軽量化が図れる。
【００４８】更に、半導体素子の遮断時に発生するサー
ジ電圧を吸収するフィルタコンデンサ兼サージ電圧吸収
用コンデンサを、沸騰部ブロックに取り付けるようにす
れば半導体素子との接続導体も短くでき、回路の低イン
ダクタンス化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成図。
【図２】図１の第１実施例の変形例の構成図。
【図３】本発明の第２実施例の構成図。
【図４】図３の第２実施例の変形例の構成図。
【図５】本発明の第３実施例の構成図。
【図６】図５の第３の実施例の変形例の構成図。
【図７】本発明の第４実施例の構成図。
【図８】図７の第４実施例の変形例の構成図。
【図９】本発明の第５実施例に係るモジュール形半導体
素子の正面図。
【図１０】図９の断面図。
【図１１】本発明の第５実施例の構成図。
【図１２】図１１の沸騰部ブロック部分の断面図。
【図１３】本発明の第６実施例の構成図。
【図１４】本発明の第７実施例に係る半導体素子の回路
図。
【図１５】本発明の第８実施例の構成図。
【図１６】一般的な電力変換装置のインバータのアーム
回路の１相分の構成を示す回路図。
【図１７】従来のヒートパイプ式半導体スタックの構成
図。
【図１８】従来の他のヒートパイプ式半導体スタックの
構成図。
【符号の説明】
１…圧接形半導体素子、１ａ…モジュール形半導体素
子、２…フィルタコンデンサ兼サージ電圧吸収用コンデ
ンサ、３…ヒートパイプ式冷却器、４…沸騰部ブロッ
ク、５…端子、６…放熱部、７…スペーサ、８…絶縁
管、９…ヒートパイプ、１０…自己消弧形素子部、１１
…フライホイールダイオード部、１２…導体、１３…高
周波スイッチング素子、１４…ダイオード、１５…パッ
ケージ、１６…正極、１７…負極。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０１Ｌ 25/14 Ａ (72)発明者 橋本 隆 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AA11 AB11 DB10 5F036 AA01 BB53 BB60 BC08 BE06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電力変換用半導体素子で高速スイッチン
    グ可能な高周波スイッチング素子で構成されるアーム回
    路を直列に接続した電力変換装置を、ヒートパイプ式冷
    却器により冷却されるように組立てられるヒートパイプ
    式半導体スタックにおいて、１個のヒートパイプ式冷却
    器の沸騰部ブロックの一方の側にアーム回路を構成する
    前記半導体素子を取り付け、前記沸騰部の他方の側に前
    記アーム回路と直列に接続される他のアーム回路を構成
    する前記半導体素子を取り付け、交互に発熱する前記半
    導体素子の平均的な発熱量に見合った大きさの放熱部を
    前記沸騰部ブロックに接続してなることを特徴とするヒ
    ートパイプ式半導体スタック。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のヒートパイプ式半導体ス
    タックにおいて、前記ヒートパイプ冷却器の沸騰部ブロ
    ックがヒートパイプの軸方向に長くなっており、前記沸
    騰部ブロック面の一方の側に、直列接続した前記半導体
    素子を前記沸騰部ブロックの上下に取り付けたことを特
    徴とするヒートパイプ式半導体スタック。
  3. 【請求項３】 請求項１記載のヒートパイプ式半導体ス
    タックにおいて、前記ヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブ
    ロックの一方の側に、直列接続した前記半導体素子を前
    記沸騰部ブロックの左右に取り付けたことを特徴とする
    ヒートパイプ式半導体スタック。
  4. 【請求項４】 請求項１記載のヒートパイプ式半導体ス
    タックにおいて、アーム回路内における前記半導体素子
    を複数個並列接続して構成する電力変換装置の１個のヒ
    ートパイプ式冷却器の沸騰部ブロックの一方の側に、ア
    ーム回路を構成する複数個並列接続された前記半導体素
    子の１個以上を取り付け、前記沸騰部ブロックの他方の
    側に前記複数個並列接続された前記半導体素子の１個以
    上を取り付け、ヒートパイプ軸方向に前記アーム回路と
    直列に接続される他のアーム回路を構成する複数個並列
    接続された前記半導体素子を、前記アーム回路を構成す
    る前記半導体素子同様に前記沸騰部ブロックの両面に前
    記半導体素子に隣接するように取り付けたことを特徴と
    するヒートパイプ式半導体スタック。
  5. 【請求項５】 請求項１記載のヒートパイプ式半導体ス
    タックにおいて、ヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブロッ
    クの両側面に取り付けられた前記半導体素子を、ヒート
    パイプの軸方向に対し垂直方向にずらして取り付けたこ
    とを特徴とするヒートパイプ式半導体スタック。
  6. 【請求項６】 請求項２または請求項３記載のヒートパ
    イプ式半導体スタックにおいて、ヒートパイプ冷却器の
    沸騰部ブロックの一方の側に配置した前記半導体素子の
    沸騰部ブロックの他方の側面に、前記直列接続した半導
    体素子の正極及び負極の両端子に並列接続したフィルタ
    コンデンサ兼サージ電圧吸収用コンデンサを取り付けた
    ことを特徴とするヒートパイプ式半導体スタック。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
    載のヒートパイプ式半導体スタックにおいて、半導体素
    子は高周波スイッチング素子と逆並列に接続されるダイ
    オードが同一パッケージに内蔵されていることを特徴と
    するヒートパイプ式半導体スタック。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のヒートパイプ式半導体ス
    タックにおいて、半導体素子は押圧面が電極を兼用する
    平形半導体素子であり、直列に接続された半導体素子の
    正極の半導体素子はその負極側を、また負極の半導体は
    その正極をヒートパイプ式冷却器の沸騰部ブロックに押
    圧することを特徴とするヒートパイプ式半導体スタッ
    ク。
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