JP2004119667A - 電力用半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電力用半導体素子の放熱効率が高く、かつ製造コストが低減された電力用半導体装置を得る。
【解決手段】個別半導体装置１は、ケース本体５の上壁部とケース底板７とによって上下から挟み込まれることにより、ケースに固定されている。個別半導体装置１は、ケースに嵌合されることによって、ケース内の所定箇所に高精度に位置決めされて配設されている。個別半導体装置１の側面とケースの内壁とによって規定される空間が、個別半導体装置１を冷却するための冷媒の流路９を構成している。主電極２Ａ，２Ｂ及び信号端子３を除いて、個別半導体装置１は冷媒中に浸漬されている。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、少なくとも一つの個別半導体装置がケース内に配設された、電力用半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力用半導体装置では、樹脂封止された電力用半導体素子を、グリスを介在させて冷却フィンに取り付けることによって、電力用半導体素子の放熱を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２５０９１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力用半導体装置では、グリスの熱伝導率が低いため、十分な放熱性を確保できないという問題がある。
【０００５】
また、フィン取り付け面の平面度が放熱性に大きく影響するため、フィン取り付け面に関して高い平面度が要求され、製造コストが上昇するという問題もある。
【０００６】
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、電力用半導体素子の放熱効率が高く、かつ製造コストが低減された電力用半導体装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力用半導体装置は、中空状のケースと、外部接続用の端子を有する個別半導体装置とを備え、個別半導体装置は、ケースに嵌合されることによって、端子がケースの外部に突出しつつ、ケース内の所定箇所に位置決めされて配設されており、個別半導体装置の表面とケースの内壁とによって規定される空間が、個別半導体装置を浸漬して冷却するための冷媒の流路を構成しているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図であり、図２及び図３はそれぞれ、図１に示したラインＩＩ−ＩＩ及びラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図１では、ケースの上壁部の記載を省略している。
【０００９】
図１〜３を参照して、本実施の形態１に係る電力用半導体装置は、ケース本体５及びケース底板７から成るケースと、個別半導体装置１とを備えている。個別半導体装置１は、ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子がモールド樹脂によって封止されることにより構成されている。これにより、後述の冷媒に対する電力用半導体素子の防水性が高まる。ケース本体５とケース底板７とは、ネジ８によって互いに固定されている。但し、樹脂による封止ではなく、他の材料によって電力用半導体素子が封止されていてもよい。
【００１０】
個別半導体装置１は、外部接続用の端子（主電極２Ａ，２Ｂ及び信号端子３）を有している。主電極２Ａ，２Ｂ及び信号端子３の全てが、個別半導体装置１の同一面（この例では上面）から突出している。これにより、後述するバスバーや制御回路基板の取り付けが容易となる。
【００１１】
個別半導体装置１は、ケース本体５の上壁部とケース底板７とによって上下から挟み込まれることにより、ケースに固定されている。これにより、個別半導体装置１とケースとの取り付けが容易となるとともに、個別半導体装置１そのものにはネジ穴を設ける必要がないため、個別半導体装置１の小型化を図ることもできる。ここで、個別半導体装置１は、ケース本体５の上壁部の形状に嵌合する位置決め構造２１を有している。また、ケース本体５の上壁部には、個別半導体装置１の頂部の形状に嵌合する挿入口が設けられている。さらに、ケース底板７には、個別半導体装置１の底部の形状に嵌合するＶ字形の溝が設けられている。これらの構造により、個別半導体装置１は、ケースに嵌合されることによって、ケース内の所定箇所に高精度に位置決めされて配設されている。これにより、後述する制御回路基板等の取り付け精度が向上する。なお、主電極２Ａ，２Ｂ及び信号端子３は、ケースの外部に突出している。
【００１２】
個別半導体装置１の側面とケースの内壁とによって規定される空間が、個別半導体装置１を冷却するための冷媒（冷水等）の流路９を構成している。主電極２Ａ，２Ｂ及び信号端子３を除いて、個別半導体装置１は冷媒中に浸漬されている。個別半導体装置１とケース本体５との接触部分にシーリング材６を設けることによって、冷媒がケースの上壁部からケース外部に漏れ出すことが防止されている。
【００１３】
個別半導体装置１の側面にはフィン４が配設されており、フィン４も冷媒中に浸漬される。これにより、個別半導体装置１の冷却効率が向上する。フィン４の材質がモールド樹脂である場合は、電力用半導体素子の樹脂封止工程においてフィン４を併せて形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。但し、個別半導体装置１の側面にフィン４を形成するのではなく、個別半導体装置１の側面に多数の凹凸をつけることによっても、個別半導体装置１と冷媒との接触面積が増大するため、個別半導体装置１の冷却効率を高めることができる。図１を参照して、矢印Ｘに示すように、冷媒は、冷媒入口５０Ａからケース内に流れ込み、個別半導体装置１を冷却しながら流路９に沿って流れた後、冷媒出口５０Ｂからケースの外部に流れ出す。
【００１４】
図４は、個別半導体装置１の構造を具体的に示す断面図である。銅等の金属膜５１、樹脂やセラミック等の絶縁層５２、及び銅等の金属基板５３がこの順に積層されることにより、基板が構成されている。金属膜５１は、個別半導体装置１の側面に露出している。フィン４は、金属膜５１に接合されている。金属基板５３には、ＩＧＢＴ５４等の電力用半導体素子や環流ダイオード５５が実装されている。ＩＧＢＴ５４と環流ダイオード５５とは、ワイヤ５７によって互いに接続されている。また、信号端子３とＩＧＢＴ５４とは、ワイヤ５６によって互いに接続されている。
【００１５】
図５は、図１に対応させて、本実施の形態１の変形例を示す上面図である。図１に示した例では冷媒の流路９が直線状であったが、図５に示す例では、流路９がＵ字状となっている。矢印Ｘに示すように、冷媒は、冷媒入口５０Ａからケース内に流れ込み、個別半導体装置１の第１の側面（フィン４が配設されている側の側面）を冷却しながら流路９に沿って流れた後、Ｕターンし、個別半導体装置１の第２の側面（フィン４が配設されていない側の側面）を冷却しながらさらに流路９に沿って流れ、その後に冷媒出口５０Ｂからケースの外部に流れ出す。これにより、図１に示した例よりも個別半導体装置１の冷却効率を高めることができる。なお、個別半導体装置１の第２の側面にもフィン４を設けてもよい。
【００１６】
このように本実施の形態１に係る電力用半導体装置によると、個別半導体装置１が冷媒中に浸漬される。そのため、冷媒によって個別半導体装置１を直接的に冷却することができ、個別半導体装置１の冷却効率を従来よりも高めることができる。また、フィン４の取り付け面に関して、従来ほど高い平面度が要求されることもなくなるため、製造コストの低減を図ることもできる。
【００１７】
実施の形態２．
図６は、電力回路の一例として、インバータ回路の構成を示す回路図である。６個のＩＧＢＴ５４１〜５４６と６個の環流ダイオード５５１〜５５６とによって、インバータ回路が構成されている。図４を参照して、１個の個別半導体装置１には、１個のＩＧＢＴ５４と１個の環流ダイオード５５とが組み込まれている。従って、図６に示したインバータ回路を構成するためには、６個の個別半導体装置１１〜１６が必要となる。
【００１８】
図７は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図であり、図８は、図７に示したラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図７では、ケースの上壁部の記載を省略している。図７を参照して、図６に示したインバータ回路を構成する複数の個別半導体装置１１〜１６が、２行×３列の態様で並んで、ケース内に配設されている。所望の電力回路を構成する複数の個別半導体装置１１〜１６を一つのケース５内に格納することにより、使用上の利便性が向上する。ケース内には、個別半導体装置１１〜１６同士の間に、蛇行する流路９が規定されている。個別半導体装置１１〜１６には、図６に示したＩＧＢＴ５４１〜５４６と環流ダイオード５５１〜５５６とがそれぞれ組み込まれている。但し、他の素子が併せて内蔵されていてもよい。
【００１９】
図８を参照して、ケースは、ネジ８によって互いに固定されたケース本体５とケース底板７とを有している。電力用半導体装置の組み立て工程において、複数の個別半導体装置１１〜１６は、ケース本体５の上壁部とケース底板７とによって上下からまとめて挟み込まれることにより、まとめてケースに固定される。これにより、電力用半導体装置の組み立てが容易となる。
【００２０】
ここで、個別半導体装置１１〜１６間で発熱量に差が生じている場合には、発熱量が大きいものから順に、前記冷媒の流路９の上流側（即ち冷媒入口５０Ａの近く）に配設するのが望ましい。具体的には、個別半導体装置１１〜１６のうち最も発熱量が大きいものを、図７で個別半導体装置１４が配設されている箇所に配設する。これにより、発熱量が大きい個別半導体装置１を、冷媒の温度が低い状態で効果的に冷却することができる。
【００２１】
図９は、図７に示した構造にバスバーを接続した状態を示す上面図であり、図１０は、図９に示したラインＸ−Ｘに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図９では、ケースの上壁部の記載を省略している。入力用のバスバー１０Ｐは主電極２Ａ１〜２Ａ３に共通して接続されており、入力用のバスバー１０Ｎは主電極２Ａ４〜２Ａ６に共通して接続されている。主電極２Ａ１〜２Ａ３と主電極２Ａ４〜２Ａ６とが互いに対向するように個別半導体装置１１〜１６が並んでいるため、バスバー１０Ｐとバスバー１０Ｎとは、互いに隣接して平行に配置されている。バスバー１０Ｐとバスバー１０Ｎとでは流れる電流の向きが逆であるため、バスバー１０Ｐ，１０Ｎを互いに隣接して配置することにより、バスバー１０Ｐ，１０Ｎ間のインダクタンスを低減することができる。
【００２２】
出力用のバスバー１１Ｕ１，１１Ｖ１，１１Ｗ１，１１Ｕ２，１１Ｖ２，１１Ｗ２は、それぞれ主電極２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５，２Ｂ６に接続されている。
【００２３】
図１１は、図９に示した構造にケース蓋１２を取り付けた状態を示す上面図であり、図１２は、図１１に示したラインＸＩＩ−ＸＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ケース蓋１２を取り付けることにより、電力用半導体装置のモジュールが得られる。
【００２４】
ここで、ケース本体５、ケース底板７、及びケース蓋１２を、アルミニウム合金等の金属で構成してもよい。これにより、電力用半導体装置が周囲に発するノイズによる影響、及び周囲から電力用半導体装置が受けるノイズによる影響を、ともに回避することができる。
【００２５】
図１３は、図９に示した構造に制御回路基板１３を取り付けた状態を示す上面図であり、図１４は、図１３に示したラインＸＩＶ−ＸＩＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図１３では、ケースの上壁部の記載を省略している。制御回路基板１３には、個別半導体装置１１〜１６を制御するための制御回路（図示せず）が形成されている。制御回路基板１３は、信号端子３（図１３，１４には表れない）を介して、個別半導体装置１１〜１６に電気的に接続されている。制御回路基板１３上には、コネクタ１４が配設されている。個別半導体装置１１〜１６と制御回路基板１３とが互いに垂直になるように制御回路基板１３が配設されているため、装置の小型化を図ることができる。
【００２６】
図１５は、図１３に示した構造に蓋１５を取り付けた状態を示す上面図であり、図１６は、図１５に示したラインＸＶＩ−ＸＶＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ケース本体５に蓋１５を取り付けることにより、製品（ＩＰＭ）が得られる。
【００２７】
ここで、ケース本体５、ケース底板７、及び蓋１５を、アルミニウム合金等の金属で構成してもよい。これにより、電力用半導体装置が周囲に発する電磁波ノイズによる影響、及び電力用半導体装置が周囲から受ける電磁波ノイズによる影響を、ともに回避することができる。
【００２８】
図１７は、図９に対応させて、本実施の形態２の変形例を示す上面図であり、図１８は、図１７に示したラインＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。主電極２Ｂ１，２Ｂ４はバスバー１１Ｕに接続されており、主電極２Ｂ２，２Ｂ５はバスバー１１Ｖに接続されており、主電極２Ｂ３，２Ｂ６はバスバー１１Ｗに接続されている。バスバー１１Ｕ〜１１Ｗとバスバー１０Ｐ，１０Ｎとの接触を回避するために、バスバー１１Ｕ〜１１Ｗは、バスバー１０Ｐ，１０Ｎよりも上方に配設されている。即ち、バスバー１１Ｕ〜１１Ｗとバスバー１０Ｐ，１０Ｎとは、立体的に交差している。また、バスバー１１Ｕ〜１１Ｗと主電極２Ａ１〜２Ａ６との接触を回避するため、バスバー１１Ｕ〜１１Ｗは、蛇行した上面形状を有している。図１７に示した構造によると、出力用のバスバー１１Ｕ〜１１Ｗを一方向から取り出すことができる。
【００２９】
図１９は、図１７に示した構造にケース蓋１２を取り付けた状態を示す上面図であり、図２０は、図１９に示したラインＸＸ−ＸＸに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。ケース蓋１２を取り付けることにより、電力用半導体装置のモジュールが得られる。また、図１５，１６と同様に、制御回路基板１３及び蓋１５を取り付けることにより、ＩＰＭが得られる。
【００３０】
実施の形態３．
図２１は、図８に対応させて、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。ネジ８によって互いに固定されたケース本体５及びケース底板７の代わりに、ネジ８ａによって互いに固定されたケース本体５ａ及びケース上板７ａが設けられている。ケース本体５ａは、一体的に形成され、ケースの側壁と底壁とを構成している。
【００３１】
図８に示した構造では、物理的に分離したケース本体５とケース底板７とに冷媒が接触している。従って、ケース本体５とケース底板７との接触部における熱抵抗によって、ケースを通した熱の還流（矢印Ｙ）が妨げられる。これに対して本実施の形態３に係る電力用半導体装置によると、冷媒は一体的に形成されたケース本体５ａに接触する。そのため、冷媒入口５０Ａ付近の温度と冷媒出口５０Ｂ付近の温度との差に起因して発生する熱の還流が、ケースを通して効率的に行われる。その結果、ケース内での温度分布のばらつきが抑制され、冷却効率の均一化を図ることができる。なお、少なくともケース本体５ａをアルミニウム合金等の金属で構成することにより、上記効果が顕著となる。
【００３２】
実施の形態４．
図２２は、図１６に対応させて、本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。バスバー１０Ｐと制御回路基板１３との間に、金属製のシールド板１６が配設されている。シールド板１６は、平面視上、ケースの全面に渡って配設されている。また、シールド板１６は、ケースの一部である蓋１６に接続されており、これにより、シールド板１６の電位はグランドレベルに保たれている。
【００３３】
このように本実施の形態４に係る電力用半導体装置によれば、シールド板１６を配設することにより、個別半導体装置１１〜１６及びバスバー１０Ｐ，１０Ｎ，１１Ｕ〜１１Ｗが発生する電磁波ノイズによって制御回路が影響を受けることを回避でき、誤動作を防止することができる。
【００３４】
実施の形態５．
図２３は、図９に対応させて、本発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図であり、図２４は、図２３に示したラインＸＸＩＶ−ＸＸＩＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図２３を参照して、図９に示したバスバー１０Ｐ，１０Ｎの代わりに、バスバー１７が設けられている。図２４を参照して、バスバー１７は、バスバー１７Ｐ，１７Ｎを有している。バスバー１７Ｐ，１７Ｎはいずれも平板状であり、絶縁膜１８によって互いに電気的に絶縁されつつ、対面して配設されている。バスバー１７Ｐは主電極２Ａ１〜２Ａ３に電気的に接続されており、バスバー１７Ｎは主電極２Ａ４〜２Ａ６に電気的に接続されている。
【００３５】
このように本実施の形態５に係る電力用半導体装置によれば、平板状のバスバー１７Ｐ，１７Ｎを互いに対面して配設することにより、図９に示した構造よりも、バスバー１７Ｐ，１７Ｎ間のインダクタンスを低減することができる。
【００３６】
実施の形態６．
図２５は、図９に対応させて、本発明の実施の形態６に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図であり、図２６は、図２５に示したラインＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。個別半導体装置１１〜１６とともに電力回路を構成する電子部品（図２５の例では平滑コンデンサ２０）が、個別半導体装置１１〜１６とともにケース内に格納されている。ケースは、ネジ８，２３によって互いに固定されたケース本体５，２２とケース底板７とによって構成されており、平滑コンデンサ２０は、ケース２２本体内に配設されている。ケース本体２２内には、ケース本体５内の冷媒の流路９に繋がる、流路２１０が形成されている。矢印Ｚに示すように、冷媒は、冷媒入口５０Ａからケース本体５内に流れ込み、個別半導体装置１を冷却しながら流路９に沿って流れた後、ケース本体２２内に流れ込み、平滑コンデンサ２０を冷却しながら流路２１０に沿って流れる。その後、冷媒出口５０Ｂからケース本体２２の外部に流れ出す。
【００３７】
図２７は、図２５に示した構造に制御回路基板１３及び蓋１５を取り付けた状態を示す上面図であり、図２８は、図２７に示したラインＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。制御回路基板１３及び蓋１５を取り付けることにより、ＩＰＭが得られる。
【００３８】
このように本実施の形態６に係る電力用半導体装置によれば、個別半導体装置１１〜１６の冷却に使用した冷媒を用いて平滑コンデンサ２０を冷却する構成としたため、装置の簡素化及び小型化を図ることができる。
【００３９】
実施の形態７．
図２９は、図３に対応させて、本発明の実施の形態７に係る個別半導体装置１００の構造を示す断面図である。図３に示した個別半導体装置１との相違点は、入力端子である主電極２Ａと、出力端子である主電極２Ｂとの配置が逆になっていることである。
【００４０】
図３０は、図７に対応させて、本実施の形態７に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図であり、図３１は、図３０に示したラインＸＸＸＩ−ＸＸＸＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。図３０を参照して、図６に示したインバータ回路を構成する合計６個の個別半導体装置１，１００が、１行×６列の態様で並んで、ケース内に配設されている。個別半導体装置１と個別半導体装置１００とが、交互に並んで配設されている。個別半導体装置１，１００がそれぞれ有する主電極２Ａは、ケースの第１辺Ｌ１に沿って並設されている。また、個別半導体装置１，１００がそれぞれ有する主電極２Ｂは、第１辺Ｌ１に対向するケースの第２辺Ｌ２に沿って並設されている。ケース内には、個別半導体装置１，１００同士の間に、蛇行する流路９が規定されている。
【００４１】
図３２は、図３０に示した構造にバスバーを接続した状態を示す上面図であり、図３３は、図３２に示したラインＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図３２では、ケースの上壁部の記載を省略している。また、図３３では、ラインＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩに沿った位置に関する断面では実際には表れないバスバー３０Ｐ，３０Ｎを、併せて示している。
【００４２】
入力用のバスバー３０Ｐは、個別半導体装置１が有する主電極２Ａに共通して接続されており、入力用のバスバー３０Ｎは、個別半導体装置１００が有する主電極２Ａに共通して接続されている。バスバー３０Ｐ，３０Ｎは、上記実施の形態５と同様に、絶縁膜を間に挟んで積層してもよい。出力用のバスバー３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗはそれぞれ、個別半導体装置１が有する主電極２Ｂと個別半導体装置１００が有する主電極２Ｂとに接続されている。
【００４３】
図３４は、図３２に示した構造に制御回路基板１３及び蓋１５を取り付けた状態を示す上面図であり、図３５は、図３４に示したラインＸＸＸＶ−ＸＸＸＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。但し、図３４では、ケースの上壁部の記載を省略している。また、図３５では、ラインＸＸＸＶ−ＸＸＸＶに沿った位置に関する断面では実際には表れない主電極２Ｂ及びバスバー３０Ｐ，３０Ｎ，３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを、併せて示している。ケース本体５に制御回路基板１３及び蓋１５を取り付けることにより、ＩＰＭが得られる。
【００４４】
図９に示した構造によると、バスバー１１Ｕ１とバスバー１１Ｕ２、バスバー１１Ｖ１とバスバー１１Ｖ２、及びバスバー１１Ｗ１とバスバー１１Ｗ２を、ケースの外部において互いに電気的に接続する必要がある。また、図１７に示した構造によると、バスバー１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗとバスバー１０Ｐ，１０Ｎとを立体的に交差させる必要があるため、配線が複雑になる。これに対して本実施の形態７に係る電力用半導体装置によると、このような不都合はなく、装置構成や配線接続の簡略化を図ることができる。
【００４５】
実施の形態８．
図３６は、図１に対応させて、本発明の実施の形態８に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。図１に示した樹脂製のフィン４の代わりに、銅等の金属製のフィン４０が配設されている。これにより、上記実施の形態１と比較して、個別半導体装置１の放熱効率を高めることができる。
【００４６】
また、図３７は、図２に対応させて、本実施の形態８の変形例を示す断面図である。図３６に示したフィン４０の代わりに、個別半導体装置１の側面によって押圧されつつ冷媒の流路９内に配設された、弾性を有する銅等の金属製の部材４１が設けられている。具体的に、部材４１は、加圧された状態で個別半導体装置１の側面とケース本体５の内壁との間に挟まれて、その弾性復元力によって、個別半導体装置１の側面を押圧している。これにより、部材４１は個別半導体装置１の側面に確実に接触するため、個別半導体装置１からの発熱は、部材４１を通して冷媒に熱伝達される。フィン４，４０は半田付け等によって個別半導体装置１に接合する必要があるが、部材４１は個別半導体装置１とケース本体５との間に挟み込むだけでよい。そのため、フィン４，４０の代わりに部材４１を使用することによって、電力用半導体装置の製造が容易となる。
【００４７】
なお、図７に示した構造において、フィン４の代わりに部材４１を使用する場合は、部材４１は、個別半導体装置１の側面とケース本体５の内壁との間、又は個別半導体装置１の側面同士の間に挟まれることになる。
【００４８】
実施の形態９．
図３８は、図２に対応させて、本発明の実施の形態９に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。少なくとも冷媒と接触する部分に関して、個別半導体装置１の表面が金属膜４２によって覆われている。金属膜４２は、メッキや半田付け等によって形成することができる。
【００４９】
このように本実施の形態８に係る電力用半導体装置によれば、金属膜４２を形成することによって、個別半導体装置１の放熱性が向上するとともに、冷媒に対する防水性を高めることができる。
【００５０】
なお、上記各実施の形態では、入力と出力とを各１セットずつ持つ、いわゆる１ｉｎ１機能の個別半導体装置を例にとり説明したが、２ｉｎ１、６ｉｎ１、７ｉｎ１等の多機能の個別半導体装置や、ＩＣ等の機能を含む個別半導体装置を用いることもできる。
【００５１】
【発明の効果】
この発明に係る電力用半導体装置によれば、個別半導体装置が冷媒中に浸漬される。そのため、冷媒によって個別半導体装置を直接的に冷却することができ、個別半導体装置の冷却効率を高めることができる。
【００５２】
また、個別半導体装置は、ケースに嵌合されることによって、ケース内の所定箇所に位置決めされて配設されている。これにより、制御回路基板等の取り付け精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図２】図１に示したラインＩＩ−ＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図３】図１に示したラインＩＩＩ−ＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図４】個別半導体装置の構造を具体的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例を示す上面図である。
【図６】インバータ回路の構成を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図８】図７に示したラインＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図９】図７に示した構造にバスバーを接続した状態を示す上面図である。
【図１０】図９に示したラインＸ−Ｘに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１１】図９に示した構造にケース蓋を取り付けた状態を示す上面図である。
【図１２】図１１に示したラインＸＩＩ−ＸＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１３】図９に示した構造に制御回路基板を取り付けた状態を示す上面図である。
【図１４】図１３に示したラインＸＩＶ−ＸＩＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１５】図１３に示した構造に蓋を取り付けた状態を示す上面図である。
【図１６】図１５に示したラインＸＶＩ−ＸＶＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の変形例を示す上面図である。
【図１８】図１７に示したラインＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図１９】図１７に示した構造にケース蓋を取り付けた状態を示す上面図である。
【図２０】図１９に示したラインＸＸ−ＸＸに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図２４】図２３に示したラインＸＸＩＶ−ＸＸＩＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態６に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図２６】図２５に示したラインＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図２７】図２５に示した構造に制御回路基板及び蓋を取り付けた状態を示す上面図である。
【図２８】図２７に示したラインＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態７に係る個別半導体装置の構造を示す断面図である。
【図３０】本発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図３１】図３０に示したラインＸＸＸＩ−ＸＸＸＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図３２】図３０に示した構造にバスバーを接続した状態を示す上面図である。
【図３３】図３２に示したラインＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図３４】図３２に示した構造に制御回路基板及び蓋を取り付けた状態を示す上面図である。
【図３５】図３４に示したラインＸＸＸＶ−ＸＸＸＶに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態８に係る電力用半導体装置の構造を示す上面図である。
【図３７】本発明の実施の形態８の変形例を示す断面図である。
【図３８】本発明の実施の形態９に係る電力用半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１〜１６，１００　個別半導体装置、２Ａ，２Ａ１〜２Ａ６，２Ｂ，２Ｂ１〜２Ｂ６　主電極、４　フィン、５，２２　ケース本体、７　ケース底板、９，２１０　流路、１０Ｐ，１０Ｎ，１７，１７Ｐ，１７Ｎ，３０Ｐ，３０Ｎ　バスバー、１２　ケース蓋、１３　制御回路基板、１５　蓋、１６　シールド板、１８　絶縁膜、２０　平滑コンデンサ、２１　位置決め構造、４１　部材、４２　金属膜、５４　ＩＧＢＴ。

Claims (18)

  1. 中空状のケースと、
    外部接続用の端子を有する個別半導体装置と
    を備え、
    前記個別半導体装置は、前記ケースに嵌合されることによって、前記端子が前記ケースの外部に突出しつつ、前記ケース内の所定箇所に位置決めされて配設されており、
    前記個別半導体装置の表面と前記ケースの内壁とによって規定される空間が、前記個別半導体装置を浸漬して冷却するための冷媒の流路を構成している、電力用半導体装置。
  2. 前記ケースは、互いに固定されたケース本体とケース底板とを有しており、
    前記個別半導体装置は、前記ケース底板と前記ケース本体とによって両側から挟み込まれることにより、前記ケースに固定されている、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  3. 前記個別半導体装置は複数であり、
    前記ケースは、互いに固定されたケース本体とケース底板とを有しており、
    複数の前記個別半導体装置は、前記ケース底板と前記ケース本体とによって両側から挟み込まれることにより、前記ケースに固定されている、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  4. 前記個別半導体装置は、電力用半導体素子が樹脂によって封止されることにより構成されている、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  5. 前記端子は複数であり、
    複数の前記端子の全てが、前記個別半導体装置の同一面から突出している、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  6. 前記個別半導体装置は、前記ケース内での配設位置を規定するための、前記ケースに嵌合する位置決め構造をさらに有している、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  7. 前記個別半導体装置の前記表面によって押圧されつつ前記空間内に配設された、弾性を有する金属製の部材をさらに備える、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  8. 前記個別半導体装置の前記表面上に配設されたフィンをさらに備える、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  9. 前記個別半導体装置の前記表面を覆う金属膜をさらに備える、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  10. 前記個別半導体装置は複数であり、
    複数の前記個別半導体装置によって所定の電力回路が構成されており、
    複数の前記個別半導体装置が前記ケース内に並設されている、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  11. 前記端子は、第１及び第２の入力端子を含んでおり、
    複数の前記個別半導体装置は、前記第１及び第２の入力端子をそれぞれ有しており、
    複数の前記個別半導体装置がそれぞれ有する前記第１の入力端子同士は、第１のバスバーによって互いに電気的に接続されており、
    複数の前記個別半導体装置がそれぞれ有する前記第２の入力端子同士は、第２のバスバーによって互いに電気的に接続されており、
    前記第１のバスバーと前記第２のバスバーとは、互いに隣接して配設されている、請求項１０に記載の電力用半導体装置。
  12. 前記第１及び第２のバスバーはいずれも平板状であり、
    前記第１及び第２のバスバーが、互いに絶縁されつつ、対面して配設されている、請求項１１に記載の電力用半導体装置。
  13. 複数の前記個別半導体装置は、発熱量が大きいものから順に、前記冷媒の流路の上流側に配設されている、請求項１０に記載の電力用半導体装置。
  14. 前記端子は、所定の入力端子及び信号端子を含んでおり、
    複数の前記個別半導体装置は、前記入力端子及び前記信号端子をそれぞれ有しており、
    複数の前記個別半導体装置がそれぞれ有する前記入力端子同士は、バスバーによって互いに電気的に接続されており、
    前記信号端子を介して複数の前記個別半導体装置に電気的に接続され、複数の前記個別半導体装置を制御するための制御回路が形成された制御回路基板と、
    前記制御回路基板と前記バスバーとの間に配設され、前記ケースに接続されたシールド板と
    をさらに備える、請求項１０に記載の電力用半導体装置。
  15. 前記端子は、所定の入力端子と所定の出力端子とを含んでおり、
    複数の前記個別半導体装置は、前記入力端子及び前記出力端子をそれぞれ有しており、
    複数の前記個別半導体装置がそれぞれ有する前記入力端子は、前記ケースの第１辺に沿って並設されており、
    複数の前記個別半導体装置がそれぞれ有する前記出力端子は、前記第１辺に対向する前記ケースの第２辺に沿って並設されている、請求項１０に記載の電力用半導体装置。
  16. 前記個別半導体装置とともに所定の電力回路を構成する電子部品をさらに備え、
    前記電子部品は、前記ケース内に配設されて、前記冷媒によって冷却される、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  17. 前記ケースは、
    一体的に形成され、前記ケースの側壁と底壁とを構成するケース本体と、
    前記ケース本体に固定されたケース上板と
    を有している、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  18. 前記ケース本体の材質は金属である、請求項１７に記載の電力用半導体装置。
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