JP5070877B2 - 半導体電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は半導体電力変換装置に関し、特に、半導体電力変換装置を構成する半導体素子を冷却する冷却体の構造に適用して好適なものである。

インバータなどの半導体電力変換装置では、半導体電力変換装置を構成する半導体素子を効率的に冷却できるようにするために、半導体素子をヒートシンクに取り付けることが行われている。
図２（ａ）は、従来の半導体電力変換装置の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す正面図である。

図２において、半導体電力変換装置には、スイッチング動作を行う複数の半導体素子１が設けられている。そして、これらの半導体素子１は冷却体２上に配置されるとともに、接続導体３を介して互いに接続されている。
ここで、冷却体２には、半導体素子１から発生した熱を外部に逃がすための放熱フィン６が設けられている。そして、放熱フィン６の間に冷却空気を送ることで、半導体素子１から発生した熱を効率よく外部に逃がすことができる。

また、例えば、特許文献１には、半導体素子を用いて所定の周波数の電力を出力する電力変換装置において、発生損失が少ないダイオード整流器を第１ヒートシンク上に設置し、発生損失が多いインバータ回路を第２ヒートシンク上に設置し、第１ヒートシンク及び第２ヒートシンクの熱抵抗値をこれらに設置されるダイオード整流器及びインバータ回路の発生損失に基づいて異なる値に設定する方法が開示されている。
特開２００３−２５９６５７号公報

しかしながら、従来の半導体電力変換装置では、半導体素子１間で熱的な干渉が発生するのを防止するため、冷却体２上に配置される半導体素子１間の間隔を大きくする必要がある。このため、従来の半導体電力変換装置では、半導体電力変換装置が大型化し、大きな設置スペースが必要になることから、半導体電力変換装置が設置される電気室の寸法が大きくなるという問題があった。

また、従来の半導体電力変換装置では、冷却体２上に配置される半導体素子１間の間隔を大きいため、半導体素子１を接続する接続導体３が長くなる。このため、従来の半導体電力変換装置では、配線インダクタンスが増大し、半導体素子１の保護機能が低下することから、半導体電力変換装置の容量が制限されるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、冷却体上に配置される半導体素子間の熱的な干渉を抑制しつつ、冷却体上に配置される半導体素子間の間隔を小さくすることが可能な半導体電力変換装置を提供することである。

上述した問題を解決するために、請求項１記載の半導体電力変換装置によれば、スイッチング動作を行う複数の複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子が配置され、前記半導体素子から発生した熱を熱伝導にて放散させる冷却体と、前記半導体素子間に配置されるようにして前記冷却体に形成された溝と、前記溝の位置に配置され、前記半導体素子間で干渉する熱を放散させる補助フィンとを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、冷却体に溝を形成することにより、半導体素子間で発生する熱的な干渉を低減することが可能となるとともに、溝の位置に補助フィンを設けることにより、半導体素子間で干渉する分の熱を放散させることができる。このため、冷却体上に配置される半導体素子の冷却性能を向上させつつ、冷却体上に配置される半導体素子間の間隔を小さくすることが可能となり、半導体電力変換装置を小型化することを可能として、設置スペースを節約することが可能となるとともに、半導体素子間の配線インダクタンスを低減することができ、半導体素子の保護機能を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る半導体電力変換装置について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体電力変換装置の概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す正面図である。

図１において、半導体電力変換装置には、スイッチング動作を行う複数の半導体素子１が設けられている。なお、半導体素子１としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の他、パワーＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどを用いるようにしてもよい。

そして、これらの半導体素子１は冷却体２上に配置されるとともに、接続導体３を介して互いに接続されている。なお、冷却体２としては、例えば、アルミニウムや銅などの熱伝導率に優れた金属からなるヒートシンクを用いることができる。
ここで、冷却体２には、半導体素子１から発生した熱を外部に逃がすための放熱フィン６が、半導体素子１の配置面とは反対側に設けられている。そして、放熱フィン６の間に冷却空気を送ることで、半導体素子１から発生した熱を効率よく外部に逃がすことができる。

また、冷却体２には、半導体素子１間に配置された溝４が半導体素子１の配置面上に形成されるとともに、溝４の位置には、半導体素子１間で干渉する熱を放散させる補助フィン５が設けられている。なお、補助フィン５は、ロウ付けまたはカシメなどの方法にて溝４に取り付けることができる。また、図１の例では、補助フィン５は、溝４の壁面に沿ってそれぞれ２枚ずつ取り付ける方法について示したが、半導体素子１にて発生される熱量により１枚ずつ取り付けるようにしてもよい。

ここで、冷却体２に溝４を形成することにより、半導体素子１間で発生する熱的な干渉を低減することが可能となるとともに、溝４の位置に補助フィン５を設けることにより、半導体素子１間で干渉する分の熱を放散させることができる。このため、冷却体２上に配置される半導体素子１の冷却性能を向上させつつ、冷却体２上に配置される半導体素子間の間隔を小さくすることが可能となり、半導体電力変換装置を小型化することを可能として、設置スペースを節約することが可能となるとともに、半導体素子１間の配線インダクタンスを低減することができ、半導体素子１の保護機能を向上させることができる。

なお、図１の例では、半導体素子１間に配置された溝４を前後方向に形成する方法について説明したが、半導体素子１間に配置された溝４を左右方向に形成するようにしてもよく、冷却体２上に配置される全ての半導体素子１が溝４にて分断されるようにしてもよいし、熱の発生の大きな半導体素子１が熱の発生の小さな半導体素子１と分断されるように冷却体２に溝４を形成するようにしてもよい。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体電力変換装置の概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す側面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す正面図である。 図２（ａ）は、従来の半導体電力変換装置の概略構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す側面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の半導体電力変換装置の概略構成を示す正面図である。

符号の説明

１ 半導体素子
２ 冷却体
３ 接続導体
４ 溝
５ 補助フィン
６ 放熱フィン

Claims (1)

1. スイッチング動作を行う複数の複数の半導体素子と、
   前記複数の半導体素子が配置され、前記半導体素子から発生した熱を熱伝導にて放散させる冷却体と、
   前記半導体素子間に配置されるようにして前記冷却体に形成された溝と、
   前記溝の位置に配置され、前記半導体素子間で干渉する熱を放散させる補助フィンとを備えることを特徴とする半導体電力変換装置。

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