JPH07245363A - 電力半導体用冷却装置 - Google Patents

電力半導体用冷却装置

Info

Publication number
JPH07245363A
JPH07245363A JP3248994A JP3248994A JPH07245363A JP H07245363 A JPH07245363 A JP H07245363A JP 3248994 A JP3248994 A JP 3248994A JP 3248994 A JP3248994 A JP 3248994A JP H07245363 A JPH07245363 A JP H07245363A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power semiconductor
semiconductor element
cooling
temperature
heat transfer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3248994A
Other languages
English (en)
Inventor
Manji Suzuki
万治 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP3248994A priority Critical patent/JPH07245363A/ja
Publication of JPH07245363A publication Critical patent/JPH07245363A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • 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
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • 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
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Abstract

(57)【要約】 【目的】 第一に常に後追いの制御になることを防止す
ること、また第二に電力用半導体素子の温度を厳密に測
定することである。 【構成】 電力用半導体モジュール２１は、電力用半導
体素子１０がはんだ１０１，素子搭載基板１０２を介し
て固定されている半導体モジュール取付板２１１、電力
用半導体素子１０を保護するシリコンゲル２１２を封じ
込める半導体モジュールケース２１３からなり、取付ネ
ジ２１４により冷却板１８に固定されている。そして温
度検出手段である熱電対１２が、半導体モジュール取付
板２１１に横方向から取付ネジ２１４を避けて開けられ
た穴を通して、電力用半導体素子１０の直下に配設され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一方の面に電力半導体
素子が取り付けられており他方の面が冷却媒体に接して
いる熱伝達板を有し、この冷却媒体によって上記電力半
導体素子を冷却する冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Tran
sistor) に代表される電力半導体素子は、大電流のスイ
ッチング素子としてインバータ等に広く用いられてい
る。これらの用途で問題となるのは、大電流のスイッチ
ングの際に生じるスイッチング損失及びオン抵抗損失に
よる電力用半導体素子からの大発熱と、それに伴う電力
用半導体素子の温度上昇・降下の熱サイクルによる電力
用半導体素子の寿命低下、素子実装部分のはんだクラッ
ク、ワイヤボンディング部の剥がれ等による信頼性の低
下等である。
【０００３】上記問題に対して、例えば特開昭６２−２
７４６４４号公報に開示された冷却装置のように、トラ
ンジスタの発熱により冷却能力を可変するため、トラン
ジスタ表面の温度を感温素子で検出し、そのトランジス
タ表面の温度に応じて補機である冷却ファンの回転速度
を制御するものがある。また、熱サイクルを限りなく小
さくすることを目的として例えば特開平５−１０２３５
２号公報に開示された図１２に示した冷却装置のよう
に、パワーモジュール近傍のフィン温度を感温素子で検
出することにより、必要に応じて発熱体と冷却ファンを
制御して熱サイクルを低減させるものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報
に開示された冷却装置は、発熱体であるトランジスタの
ケース表面や電力用半導体素子を覆っているパワーモジ
ュール近傍の温度を検出し、その温度で補機を制御して
いる。ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子の発熱密度が大き
いため、冷却系の冷却能力が充分な場合、熱が電力用半
導体素子の直下方向にしか流れずパワーモジュール近傍
または電力用半導体素子近傍の温度が殆ど上昇せず、パ
ワーモジュール取り付け部には図４に示すように温度分
布が発生し、感温素子は半導体素子温度上昇を正確に検
出しない。また図５に示すように発熱が大きくなって冷
却系の冷却能力が不足気味になるに従って直下方向で逃
がしきれない熱が周囲方向に拡散し、拡散後感温素子が
温度を検出していため、半導体素子の温度変化に対し
て、常に後追いの制御になるという問題があった。
【０００５】また、電力用半導体素子１０の発熱量が小
さい場合、冷却媒体は電力用半導体素子の発した熱を効
率良く吸収できるため、図４の破線のように温度分布は
比較的疎になる。しかし、電力用半導体素子１０の発熱
量が大きくなった場合、冷却媒体２０は電力用半導体素
子１０の発した熱を吸収しきれなくなり、図５の破線の
ように温度分布は密になる。この図から明らかなよう
に、パワーモジュール近傍（温度検出位置Ａ）では電力
用半導体素子１０の発熱量によって温度分布が変化し、
結果電力用半導体素子１０の温度が正確に把握できな
い。また、電力用半導体素子１０表面近傍の封止剤中
（温度検出位置Ｂ）においては、電力用半導体素子１０
の発した熱が半導体モジュール２１３方向に伝わりにく
く熱が滞留してしまうため、感熱素子は電力用半導体素
子１０の温度上昇過程は検出できるが、温度降下過程は
精度良く検出できない。従って、感温素子をパワーモジ
ュール近傍又は電力半導体素子表面の近傍に設置した場
合には、実際の電力半導体の温度と感温素子の検出した
温度との差が発熱状態や放熱状態によって変化してしま
うため、厳密な相関関係が規定できず、この結果冷却補
機による厳密な温度制御が困難という問題もあった。
【０００６】本発明は上記問題に鑑みたものであり、そ
の目的は、第一に常に後追いの制御になることを防止す
ること。また第二に電力用半導体素子の温度を厳密に測
定することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に構成された第１発明の電力半導体用冷却装置は、熱伝
達板と、前記熱伝達板に固定されるとともに、作動によ
って発熱する電力用半導体素子と、前記熱伝達板に接す
るとともに、前記電力用半導体素子の発した熱を吸収す
る冷却媒体と、前記熱伝達板における前記電力用半導体
素子の直下部位であり、かつ前記電力用半導体素子の発
する熱を検出可能な部位に配設された温度検出手段とを
備えたことを特徴としている。
【０００８】また、上記目的を達成するために構成され
た第２発明の電力半導体用冷却装置は、一方の面が冷却
媒体に接した熱伝達板と、前記熱伝達板の他方面側に固
定されるとともに、作動によって発熱する電力用半導体
素子と、前記熱伝達板の前記電力用半導体素子の直下部
位であり、かつ前記電力用半導体素子の発する熱を検出
可能な部位に配設された温度検出手段とを備えたことを
特徴としている。
【０００９】ここで、前記温度検出手段は熱電対を有
し、かつ前記熱伝達板は前記電力用半導体素子直下に達
する穴部を有し、前記熱電対は前記穴部から前記熱伝導
板に挿入されて前記電力用半導体素子直下に配設される
ことが好ましい。また、前記熱伝達板は半導体素子を固
定する半導体モジュール取付板と、前記冷却液に接する
冷却板とを有することが好ましい。
【００１０】さらに、前記温度検出手段は、前記半導体
モジュール取付板に配設されていても良いし、前記冷却
板に配設されていても良い。また、第１発明乃至第２発
明において、前記電力用半導体素子を制御するゲート信
号を出力する電力用半導体制御回路、前記温度検出手段
から出された温度信号と前記ゲート信号とを入力し、温
度信号と前記ゲート信号に応じた動作制御信号を出力す
る冷却補機制御回路、及び、前記動作制御信号を入力し
前記動作制御信号に応じた冷却能力で前記冷却媒体を冷
却する冷却補機を備えていても良い。
【００１１】
【作用】請求項１乃至請求項２記載の発明によれば、熱
伝達板の内部における電力用半導体素子の直下に、電力
用半導体素子の発する熱を検出する温度検出手段を配設
している。これにより温度検出手段は外部の影響を受け
ずに前記電力用半導体素子の発した熱を検出する。
【００１２】請求項３記載の発明によれば、温度検出手
段は熱電対を有している。また、熱伝達板は電力用半導
体素子直下に達する穴部を有している。そして、この熱
電対は穴部から熱伝導板に挿入されて電力用半導体素子
の直下に配設され、電力用半導体素子の温度を厳密に検
出する。請求項７記載の発明によれば、電力用半導体制
御回路から電力用半導体素子を制御するゲート信号が出
力され、電力用半導体素子が発熱し電力用半導体素子の
温度が上昇する。そして、温度検出手段は電力用半導体
素子の温度を厳密に検出し、温度信号を出力する。冷却
補機制御回路はゲート信号と温度信号を入力し、温度信
号と前記ゲート信号に応じた動作制御信号を出力する。
そして冷却補機は、動作制御信号に応じた冷却能力で冷
却媒体を冷却する。
【００１３】
【発明の効果】請求項１乃至請求項２記載の発明によれ
ば、温度検出手段は前記電力用半導体素子の発した熱を
外部の影響を受けずに検出するため、厳密に電力用半導
体素子の温度を検出することができる。請求項３記載の
発明によれば、熱電対を穴部から熱伝導板に挿入して電
力用半導体素子の直下に配設するから、熱電対は電力用
半導体素子の温度を厳密に検出することができる。
【００１４】請求項８記載の発明によれば、冷却補機制
御回路がゲート信号と温度信号とを入力し、これら温度
信号と前記ゲート信号に応じた動作制御信号を出力する
ことにより、冷却補機の制御が電力用半導体素子の温度
変化を後追いする制御になることを防止することができ
る。
【００１５】
【実施例】
（第１実施例）以下に、本発明の第１実施例である電力
半導体用冷却装置を図面を用いて説明する。図１は本発
明の第１実施例における電力半導体用冷却装置を示す図
であり、図２はそれを循環冷却型の冷却装置に応用した
場合の概略図である。
【００１６】図２において、電力半導体用冷却装置は発
熱体である電力用半導体素子１０、この電力用半導体素
子１０を制御するゲート信号Ｓ１を発生する電力用半導
体制御回路１１、電力用半導体素子１０の熱流束方向に
おける近傍に配設された温度検出手段である熱電対１
２、熱電対１２から出された温度信号Ｓ２とゲート信号
Ｓ１を入力し、循環ポンプ１５，冷却ファン１６等の冷
却補機に対して冷却能力を制御する冷却補機制御回路１
７、循環ポンプ１５によって冷却板１８内を循環し、電
力用半導体素子１０の発した熱を放熱器１９に伝える冷
却媒体２０から構成されている。
【００１７】また、図２における電力用半導体素子１０
が固定されている電力用半導体モジュール２１は、図１
のような構成になっている。即ち図１において電力用半
導体モジュール２１は、電力用半導体素子１０がはんだ
１０１，素子搭載基板１０２を介して固定されている半
導体モジュール取付板２１１（固定板に相当）、電力用
半導体素子１０を保護するシリコンゲル２１２を封じ込
める半導体モジュールケース２１３からなり、取付ネジ
２１４により冷却板１８に固定されている。また本実施
例において熱電対１２は、半導体モジュール取付板２１
１に横方向から取付ネジ２１４を避けて開けられた穴を
通して、電力用半導体素子１０の直下に配設されてい
る。
【００１８】このような構成を有する電力半導体用冷却
装置の作用について説明する。図３は、本実施例の電力
半導体用冷却装置の一制御例を示す制御アルゴリズムで
ある。この制御方法では、冷却補機制御回路１７は、電
力用半導体制御回路１１から電力用半導体素子１０に送
出されるゲート信号Ｓ１のパターンから電力用半導体素
子１０における損失発熱を予測した素子発熱予測データ
と、電力用半導体素子１０の熱流束方向における近傍に
配設された熱電対１２から出された温度信号Ｓ２からの
温度データを入力し、その両データに応じて循環ポンプ
１５，冷却ファン１６等の冷却補機の最適な冷却能力を
決定する。そして冷却補機制御回路１７は、冷却補機に
制御信号を送出しその時々に応じた最適な冷却性能を得
る。
【００１９】ここで、冷却補機のデューティ制御を行う
際、ゲート信号Ｓ１からの発熱予測データと素子直下の
温度データの二つのデータを用いるのは、以下の理由に
より片方のデータのみでは最適な冷却性能が決定できな
いためである。第一にゲート信号Ｓ１のみで制御した場
合、例えば連続的に大発熱が続いた後に電力用半導体素
子１０をオフした時に冷却装置は冷却補機の冷却能力を
抑制させる制御を行ってしまうため、冷却板１８や半導
体モジュール取付板２１１の温度が低下せず、その後直
ちに電力用半導体素子１０をオンした場合、温度上昇が
非常に大きくなってしまう。また、逆に温度信号Ｓ２の
みで制御した場合、例えば冷却板１８や半導体モジュー
ル取付板２１１が低温時に電力用半導体素子１０をオン
した時、冷却補機が作動するまでに時間遅れが生じ、こ
れにより電力用半導体素子１０の温度上昇が非常に速く
なり、結果その上昇幅も非常に大きくなってしまうから
である。
【００２０】次に本発明における電力半導体用冷却装置
の効果を、電力用半導体素子１０近傍の温度分布の比較
により説明する。図４は、電力用半導体素子１０の発熱
量が小さい場合における本発明と従来の電力用半導体素
子１０近傍の温度分布を表した図であり、また図５は、
発熱量が大きい場合の温度分布を表した図である。電力
用半導体素子１０の発熱量が小さい場合、冷却媒体２０
は電力用半導体素子１０の発した熱を効率良く吸収でき
るため、図４の破線のように温度分布は比較的疎にな
る。しかし、電力用半導体素子１０の作動が続いて発熱
量が大きくなった場合、冷却媒体２０は電力用半導体素
子１０の発した熱を吸収しきれなくなり、図５の破線の
ように温度分布は密になる。
【００２１】本実施例においては、熱電対１２等の感温
素子を、半導体モジュール取付板２１１における電力用
半導体素子１０の直下に配設するため、電力用半導体素
子１０の温度が正確に把握できる。また、電力用半導体
素子１０と冷却媒体２０の間に配設したため、電力用半
導体素子１０の温度降下も精度良く検出することができ
る。これにより電力用半導体素子１０の発熱量による温
度分布の変化を考慮する必要がなく、冷却補機制御回路
１７等の設計を簡単にすることができる。従って、電力
用半導体素子の温度を厳密に測定し、冷却補機による厳
密な温度制御が可能となる。
【００２２】図６は、以上の温度変化を時系列的に表し
た模式図である。ゲート信号Ｓ１のパターンからゲート
信号デューティが（ａ）のように変化すると、本発明の
温度測定点での温度は（ｂ）の実線のように変化する。
即ち本発明では時間遅れなしに実際の電力用半導体素子
１０の温度を比較的正確に検出することができる。そし
てこの検出温度によって冷却補機の冷却能力を制御する
と例えば（ｃ）のようになる。このように時間遅れなし
に冷却補機の制御が行えるため、電力用半導体素子１０
の温度は（ｄ）のように変化する。従って、電力用半導
体素子の温度を厳密に測定し、冷却補機による厳密な温
度制御が可能となるばかりでなく、従来のような時間遅
れから起因する温度のオーバーシュートやアンダーシュ
ートを抑制することができ、電力用半導体素子１０の温
度上昇・降下の熱サイクルによる素子自体の寿命低下、
素子実装部分のはんだクラック、ワイヤボンディング部
の剥がれ等による信頼性の低下等も防止することができ
る。
【００２３】さらに本実施例においては、電力用半導体
素子１０を制御する電力用半導体制御回路１１から出さ
れるゲート信号Ｓ１のパターンから、スイッチング損失
・オン抵抗損失を概算することにより、電力用半導体素
子１０からの発熱を熱電対１２等の感温素子よりも先に
予測して、その予測発熱量及び感温素子からの温度デー
タＳ２より最適な冷却能力を決定して冷却補機に動作制
御信号Ｓ３を送ることにより、電力用半導体素子１０の
温度変化をさらに誤差や時間遅れなく検出することがで
きる。 （第２実施例）以下に、本発明の第２実施例である電力
半導体用冷却装置を図面を用いて説明する。図７は本発
明の第２実施例における電力半導体用冷却装置を示す図
であり、図８はそれを循環冷却型の冷却装置に応用した
場合の概略図である。
【００２４】本実施例において第１実施例と異なるの
は、熱電対１２等の感温素子を冷却板１８に埋め込んだ
ことである。この場合においても第１実施例と同様に、
熱電対１２等の感温素子を、電力用半導体素子１０の直
下に配設するため、電力用半導体素子１０の温度が正確
に把握できる。また、電力用半導体素子１０と冷却媒体
２０の間に配設したため、電力用半導体素子１０の温度
降下も精度良く検出することができる。さらに、感温素
子を冷却板１８に埋め込むことで電力用半導体モジュー
ル２１が故障変換する際にも感温素子部はそのままで使
用できる。
【００２５】またこれにより電力用半導体素子１０の発
熱量による温度分布の変化を考慮する必要がなく、冷却
補機制御回路１７等の設計を簡単にすることができる。
従って、電力用半導体素子の温度を厳密に測定し、冷却
補機による厳密な温度制御が可能となる。 （第３実施例）以下に、本発明の第３実施例である電力
半導体用冷却装置を図面を用いて説明する。図９は本発
明の電力半導体用冷却装置を非循環の間接沸騰冷却型の
冷却装置に応用した場合の概略図である。
【００２６】図９において、電力半導体用冷却装置は発
熱体である電力用半導体素子１０、この電力用半導体素
子１０を制御するゲート信号Ｓ１を発生する電力用半導
体制御回路１１、電力用半導体素子１０の熱流束方向に
おける近傍に配設された温度検出手段である熱電対１
２、熱電対１２から出された温度信号Ｓ２とゲート信号
Ｓ１を入力し、冷却ファン１６等の冷却補機に対して冷
却能力を制御する冷却補機制御回路１７、電力用半導体
素子１０の発した熱を放熱器１９に伝える冷却媒体２０
から構成されている。また、図９における電力用半導体
素子１０が固定されている電力用半導体モジュール２１
は、前記図１又は図７のような構成になっている。
【００２７】即ち図１において電力用半導体モジュール
２１は、電力用半導体素子１０がはんだ１０１，素子搭
載基板１０２を介して固定されている半導体モジュール
取付板２１１、電力用半導体素子１０を保護するシリコ
ンゲル２１２を封じ込める半導体モジュールケース２１
３からなり、取付ネジ２１４により冷却板１８に固定さ
れている。また、本実施例において熱電対１２は、半導
体モジュール取付板２１１に横方向から取付ネジ２１４
を避けて開けられた穴を通して、電力用半導体素子の直
下の熱流束方向における近傍に配設されている。また図
７では、熱電対１２は、放熱器１９における電力用半導
体モジュール２１取付部の冷却板１８に横方向から取付
ネジ２１４を避けて開けられた穴を通して、電力用半導
体素子の直下に配設されている。
【００２８】このような構成を有する電力半導体用冷却
装置の作用は第１実施例同様に図３を用いて説明するこ
とができる。即ちこの制御方法では、冷却補機制御回路
１７は、電力用半導体制御回路から電力用半導体素子１
０に送出されるゲート信号Ｓ１のパターンから電力用半
導体素子１０における損失発熱を予測した素子発熱予測
データと、電力用半導体素子１０の熱流束方向における
近傍に配設された熱電対１２から出された温度信号Ｓ２
からの温度データを入力し、その両データに応じて冷却
ファン１６等の冷却補機の最適な冷却能力を決定する。
そして冷却補機制御回路１７は、冷却補機に制御信号を
送出しその時々に応じた最適な冷却性能を得る。
【００２９】以上のように、本実施例においても熱電対
１２等の感温素子を電力用半導体素子１０の発した熱の
熱流束方向の近傍に配設するため、電力用半導体素子１
０の温度が正確に把握できる。また、電力用半導体素子
１０と冷却媒体２０の間に配設したため、電力用半導体
素子１０の温度降下も精度良く検出することができる。
【００３０】またこれにより電力用半導体素子１０の発
熱量による温度分布の変化を考慮する必要がなく、冷却
補機制御回路１７等の設計を簡単にすることができる。
従って、電力用半導体素子の温度を厳密に測定し、冷却
補機による厳密な温度制御が可能となるばかりでなく、
従来のような時間遅れから起因する温度のオーバーシュ
ートやアンダーシュートを抑制することができ、電力用
半導体素子１０の温度上昇・降下の熱サイクルによる素
子自体の寿命低下、素子実装部分のはんだクラック、ワ
イヤボンディング部の剥がれ等による信頼性の低下等も
防止することができる。
【００３１】さらに本実施例においては、電力用半導体
素子１０を制御する電力用半導体制御回路１１から出さ
れるゲート信号Ｓ１のパターンから、スイッチング損失
・オン抵抗損失を概算することにより、電力用半導体素
子１０からの発熱を熱電対１２等の感温素子よりも先に
予測して、その予測発熱量及び感温素子からの温度デー
タＳ２より最適な冷却能力を決定して冷却補機に動作制
御信号Ｓ３を送ることにより、電力用半導体素子１０の
温度変化をさらに誤差や時間遅れなく検出することがで
きる。 （第４実施例）以下に、本発明の第４実施例である電力
半導体用冷却装置を図面を用いて説明する。図１０は本
発明の電力半導体用冷却装置を非循環の直接沸騰冷却型
の冷却装置に応用した場合の概略図である。
【００３２】図１０において、電力半導体用冷却装置は
発熱体である電力用半導体素子１０、この電力用半導体
素子１０を制御するゲート信号Ｓ１を発生する電力用半
導体制御回路１１、電力用半導体素子１０の熱流束方向
における近傍に配設された温度検出手段である熱電対１
２、熱電対１２から出された温度信号Ｓ２とゲート信号
Ｓ１を入力し、冷却ファン１６等の冷却補機に対して冷
却能力を制御する冷却補機制御回路１７、電力用半導体
素子１０の発した熱を放熱器１９に伝える冷却媒体２０
から構成されている。
【００３３】即ち図１０において電力用半導体素子１０
は、はんだ，素子搭載基板２４を介して半導体取付板２
３に固定され、半導体取付板２３は放熱器１９の底面に
固定されている。本実施例において熱電対１２は、半導
体取付板２３に開けられた穴を通して、電力用半導体素
子の直下における近傍に配設されている。このような構
成を有する電力半導体用冷却装置の作用は第１実施例同
様に図３を用いて説明することができる。即ちこの制御
方法では、冷却補機制御回路１７は、電力用半導体制御
回路から電力用半導体素子１０に送出されるゲート信号
Ｓ１のパターンから電力用半導体素子１０における損失
発熱を予測した素子発熱予測データと、電力用半導体素
子１０の熱流束方向における近傍に配設された熱電対１
２から出された温度信号Ｓ２からの温度データを入力
し、その両データに応じて冷却ファン１６等の冷却補機
の最適な冷却能力を決定する。そして冷却補機制御回路
１７は、冷却補機に制御信号を送出しその時々に応じた
最適な冷却性能を得る。
【００３４】以上のように、本実施例においても熱電対
１２等の感温素子を電力用半導体素子１０の発した熱の
熱流束方向の近傍に配設するため、電力用半導体素子１
０の温度が正確に把握できる。また、電力用半導体素子
１０と冷却媒体２０の間に配設したため、電力用半導体
素子１０の温度降下も精度良く検出することができる。
これにより電力用半導体素子１０の発熱量による温度分
布の変化を考慮する必要がなく、冷却補機制御回路１７
等の設計を簡単にすることができる。従って、電力用半
導体素子の温度を厳密に測定し、冷却補機による厳密な
温度制御が可能となるばかりでなく、従来のような時間
遅れから起因する温度のオーバーシュートやアンダーシ
ュートを抑制することができ、電力用半導体素子１０の
温度上昇・降下の熱サイクルによる素子自体の寿命低
下、素子実装部分のはんだクラック、ワイヤボンディン
グ部の剥がれ等による信頼性の低下等も防止することが
できる。
【００３５】さらに本実施例においては、電力用半導体
素子１０を制御する電力用半導体制御回路１１から出さ
れるゲート信号Ｓ１のパターンから、スイッチング損失
・オン抵抗損失を概算することにより、電力用半導体素
子１０からの発熱を熱電対１２等の感温素子よりも先に
予測して、その予測発熱量及び感温素子からの温度デー
タＳ２より最適な冷却能力を決定して冷却補機に動作制
御信号Ｓ３を送ることにより、電力用半導体素子１０の
温度変化をさらに誤差や時間遅れなく検出することがで
きる。
【００３６】なお、本発明において電力用半導体素子の
直下及び真下というのは、上記実施例の位置に限定され
たものではなく、上下関係の下を意味するものではな
い。図９に示されるように真上等図１及び図７がどの方
向に用いられてもよく図１１の太線で囲まれる範囲のこ
とである。即ち、電力用半導体素子１０よりも冷却媒体
２０側にある素子搭載基板，半導体モジュール取付板２
１１，さらに半導体モジュール取付板２１１の真下部分
を言う。なお、この範囲内でもさらに網掛け部分が望ま
しいことは、上記の説明で明白である。
【００３７】また、上記第１〜第４実施例において、冷
却補機の制御方法は図３に示されたアルゴリズムを用い
て説明したが、本発明において冷却補機の制御方法はど
のようなものでも良い。即ち、本発明の冷却装置ではど
の様な冷却方法・装置を用いても従来よりも厳密な温度
制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における電力半導体用冷却
装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例における電力半導体用冷却
装置を示す概略図である。
【図３】図１に示した電力半導体用冷却装置の一制御ア
ルゴリズムを示す図である。
【図４】本発明の第１実施例における電力半導体用冷却
装置を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施例における電力半導体用冷却
装置を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施例における電力半導体用冷却
装置を説明する図である。
【図７】本発明の第２実施例における電力半導体用冷却
装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第２実施例における電力半導体用冷却
装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第３実施例における電力半導体用冷却
装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第４実施例における電力半導体用冷
却装置を示す概略図である。
【図１１】本発明の感温素子を配設する範囲を説明する
図である。
【図１２】従来の電力半導体用冷却装置を示す概略図で
ある。
【符号の説明】
１０ 電力用半導体素子 １０１ はんだ １０２ 素子搭載基板 １１ 電力用半導体制御回路 １２ 熱電対 １５ 循環ポンプ １６ 冷却ファン １７ 冷却補機制御回路 １８ 冷却板 １９ 放熱器 ２０ 冷却媒体 ２１ 電力用半導体モジュール ２１１ 半導体モジュール取付板 ２１２ シリコンゲル ２１３ 半導体モジュールケース ２１４ 取付ネジ ２３ 半導体取付板 ２４ 素子搭載基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱伝達板と、 前記熱伝達板に固定されるとともに、作動によって発熱
    する電力用半導体素子と、 前記熱伝達板に接するとともに、前記電力用半導体素子
    の発した熱を吸収する冷却媒体と、 前記熱伝達板における前記電力用半導体素子の直下部位
    であり、かつ前記電力用半導体素子の発する熱を検出可
    能な部位に配設された温度検出手段とを備えたことを特
    徴とする電力半導体用冷却装置。
  2. 【請求項２】 一方の面が冷却媒体に接した熱伝達板
    と、 前記熱伝達板の他方面側に固定されるとともに、作動に
    よって発熱する電力用半導体素子と、 前記熱伝達板の前記電力用半導体素子の直下部位であ
    り、かつ前記電力用半導体素子の発する熱を検出可能な
    部位に配設された温度検出手段とを備えたことを特徴と
    する電力半導体用冷却装置。
  3. 【請求項３】 前記温度検出手段は熱電対を有し、かつ
    前記熱伝達板は前記電力用半導体素子直下に達する穴部
    を有し、前記熱電対は前記穴部から前記熱伝導板に挿入
    されて前記電力用半導体素子直下に配設されることを特
    徴とする請求項１乃至請求項２記載の電力半導体用冷却
    装置。
  4. 【請求項４】 前記熱伝達板は半導体素子を固定する半
    導体モジュール取付板と、前記冷却液に接する冷却板と
    を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の
    電力半導体用冷却装置。
  5. 【請求項５】 前記温度検出手段は、前記半導体モジュ
    ール取付板に配設されることを特徴とする請求項１乃至
    請求項４記載の電力半導体用冷却装置。
  6. 【請求項６】 前記温度検出手段は、前記冷却板に配設
    されることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の電
    力半導体用冷却装置。
  7. 【請求項７】 前記電力用半導体素子を制御するゲート
    信号を出力する電力用半導体制御回路、 前記温度検出手段から出された温度信号と前記ゲート信
    号とを入力し、温度信号と前記ゲート信号に応じた動作
    制御信号を出力する冷却補機制御回路、 及び、前記動作制御信号を入力し前記動作制御信号に応
    じた冷却能力で前記冷却媒体を冷却する冷却補機を備え
    ることを特徴とする請求項１乃至請求項６記載の電力半
    導体用冷却装置。
JP3248994A 1994-03-02 1994-03-02 電力半導体用冷却装置 Pending JPH07245363A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3248994A JPH07245363A (ja) 1994-03-02 1994-03-02 電力半導体用冷却装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3248994A JPH07245363A (ja) 1994-03-02 1994-03-02 電力半導体用冷却装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07245363A true JPH07245363A (ja) 1995-09-19

Family

ID=12360410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3248994A Pending JPH07245363A (ja) 1994-03-02 1994-03-02 電力半導体用冷却装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07245363A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005059996A1 (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Sony Computer Entertainment Inc. 電子デバイス冷却装置、電子デバイス冷却方法および電子デバイス冷却制御プログラム
JP2006191742A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Origin Electric Co Ltd 電子部品装置、それを用いた直流高電圧電源装置、及びその高安定化方法
US9693483B2 (en) 2014-10-01 2017-06-27 Fujitsu Limited Cooling device for heat-generating devices
US20210120706A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005059996A1 (ja) * 2003-12-15 2005-06-30 Sony Computer Entertainment Inc. 電子デバイス冷却装置、電子デバイス冷却方法および電子デバイス冷却制御プログラム
KR100775717B1 (ko) * 2003-12-15 2007-11-09 가부시키가이샤 소니 컴퓨터 엔터테인먼트 전자 디바이스 냉각장치, 전자 디바이스 냉각방법 및 전자디바이스 냉각 제어 프로그램
US7369409B2 (en) 2003-12-15 2008-05-06 Sony Computer Entertainment Inc. Apparatus, method, and control program for cooling electronic devices
CN100390978C (zh) * 2003-12-15 2008-05-28 索尼计算机娱乐公司 电子器件冷却装置及电子器件冷却方法
JP2006191742A (ja) * 2005-01-06 2006-07-20 Origin Electric Co Ltd 電子部品装置、それを用いた直流高電圧電源装置、及びその高安定化方法
US9693483B2 (en) 2014-10-01 2017-06-27 Fujitsu Limited Cooling device for heat-generating devices
US20210120706A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module
US11825591B2 (en) * 2019-10-18 2023-11-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5408136B2 (ja) インバータ装置、インバータコントロールシステム、モータ制御システム、インバータ装置の制御方法
JP5016967B2 (ja) 電力変換装置及びパワーサイクル寿命予測方法
US4689659A (en) Temperature controller for semiconductor device
JPWO2007034544A1 (ja) 電動機制御装置の過温検出方式
JP2009043780A (ja) 半導体装置
JP2007312536A (ja) インバータ装置
JP2007024860A (ja) 温度計測装置、温度計測方法、および温度検出用ダイオードの温度特性決定方法
JP5206483B2 (ja) 電力変換装置の冷却システム
JP6653609B2 (ja) インバータ冷却装置の水抜け検知装置
US11736000B2 (en) Power converter with thermal resistance monitoring
KR20210133375A (ko) 파워 모듈의 전력 반도체 소자 정션 온도 추정 방법 및 장치
JP6637812B2 (ja) 半導体装置
JP2006237331A (ja) 過温度検出回路及び過温度保護回路
JPH07245363A (ja) 電力半導体用冷却装置
JP2017147259A (ja) 電子装置およびその検査方法
JP2005354812A (ja) インバータ装置
JP4677756B2 (ja) パワーモジュール
JP6847158B2 (ja) 電力変換装置
JP2010124570A (ja) 電力変換装置
JP4366269B2 (ja) 半導体素子の温度検出方法及び電力変換装置
JP4595696B2 (ja) 温度計測装置、および温度計測方法
JP2002095155A (ja) 静止型電力変換装置の冷却系保全方法
JP2007089256A (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ、半導体モジュール及びその温度検出装置
JP6511220B2 (ja) 電力変換装置及び方法
JP2014096886A (ja) 電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20021008