JPH09129794A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH09129794A
JPH09129794A JP28702095A JP28702095A JPH09129794A JP H09129794 A JPH09129794 A JP H09129794A JP 28702095 A JP28702095 A JP 28702095A JP 28702095 A JP28702095 A JP 28702095A JP H09129794 A JPH09129794 A JP H09129794A
Authority
JP
Japan
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cooling
cooling fins
fins
semiconductor
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
JP28702095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuaki Saito
克明 斉藤
Yutaka Sato
佐藤  裕
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP28702095A priority Critical patent/JPH09129794A/en
Publication of JPH09129794A publication Critical patent/JPH09129794A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable reduction in unevenness of element temperature by alternately arraying codling fins and semiconductor elements with the cooling fins located at the ends and raising the cooling efficiency of the cooling fins other than the cooling fins at both ends so as to be higher than the cooling efficiency of the cooling fins at both ends. SOLUTION: Seven cooling fins 1021-1027 and six flat thyristor elements 1011-1016 are alternately provided in parallel with the cooling fins 1021-1027 located at the ends. Cooling media for the cooling fins 1021-1027 are introduced in parallel through insulating pipes 1041-1047. On the insulating pipes 1041 and 1047 at both ends, flow rate regulating valves 1051 and 1052 are provided so that the cooling efficiency of the cooling fins 1022-1026 other than the cooling fins 1021 and 1027 at both ends is raised to be higher than the cooling efficiency of the cooling fins 1021 and 1027. Thus, unevenness of temperature of the thyristor elements 1011-1016 may be reduced.

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】本発明は大容量の半導体装置
に関わる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a large capacity semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧延機用インバータ等の大容量の電力を
扱う装置においては、高耐圧,大電流容量の整流機能を
有する半導体整流素子が用いられる。高耐圧半導体整流
素子にはダイオード,サイリスタ,GTO(ゲートター
ンオフサイリスタ),トライアック,逆導通サイリスタ
や絶縁ゲート型サイリスタ等といった素子がある。これ
ら大容量の半導体整流素子としては、二つの主電極を有
し、この両主電極面より加圧し、電気的な接触をとる平
型半導体整流素子が用いられる。
2. Description of the Related Art A semiconductor rectifying device having a high withstand voltage and a large current capacity rectifying function is used in a device handling a large amount of electric power such as an inverter for a rolling mill. High-voltage semiconductor rectifiers include elements such as diodes, thyristors, GTOs (gate turn-off thyristors), triacs, reverse conducting thyristors and insulated gate thyristors. As these large-capacity semiconductor rectifiers, there are used flat semiconductor rectifiers having two main electrodes and being pressed by both main electrode surfaces to make electrical contact.

【0003】また、大容量装置では複数の半導体整流素
子が並列や直列あるいはブリッジ型に接続されて用いら
れる。半導体整流素子は、その温度が定格よりも高くな
ると、電圧阻止能力の低下,損失の上昇等を引き起こし
正常な装置動作を得ることが困難となる。このため、大
容量の平型半導体整流素子は両面に冷却フィンを加圧圧
接して用いられる。
Further, in a large capacity device, a plurality of semiconductor rectifying elements are used in parallel, in series, or connected in a bridge type. When the temperature of the semiconductor rectifying element becomes higher than the rated value, the voltage blocking capability is lowered, loss is increased, etc., and it becomes difficult to obtain normal device operation. For this reason, a large-capacity flat semiconductor rectifying element is used by pressing the cooling fins on both sides under pressure.

【0004】このような従来技術としては、例えば特開
昭57−183060号公報,特開昭58−131754号公報,特開昭
59−9949号公報に記載されているものがある。
Examples of such conventional techniques include, for example, JP-A-57-183060, JP-A-58-131754, and JP-A-58-131754.
Some are described in Japanese Patent No. 59-9949.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】半導体整流素子が順方
向の導通状態から、阻止状態へ変化する際に、流れる電
流の時間積分値によって定義される阻止状態回復電荷が
ある。以降これをQrrと呼ぶ。大容量の半導体整流素
子を多数接続する場合、Qrrの値によって電圧の分担
が決定される。つまり、Qrrの大きな素子に印加され
る阻止電圧は小さく、逆にQrrの小さい素子に印加さ
れる阻止電圧は大きくなる。このため、Qrrのばらつ
きが大きくなると素子の破損をきたすことがある。この
ため、複数の素子を直列ないし並列に接続する場合に
は、一般に素子特性のよりそろった半導体整流素子を選
んで用いていた。しかし、同じ特性の素子を用いても、
その冷却性能にバラツキがあると、半導体層の温度が異
なり、素子自体の特性に変動を生じさせる。
There is a blocking state recovery charge defined by the time integral value of the flowing current when the semiconductor rectifying device changes from the forward conduction state to the blocking state. Hereinafter, this is called Qrr. When many large-capacity semiconductor rectifiers are connected, the voltage sharing is determined by the value of Qrr. That is, the blocking voltage applied to the element having a large Qrr is small, and conversely, the blocking voltage applied to the element having a small Qrr is large. Therefore, if the variation of Qrr becomes large, the element may be damaged. Therefore, when a plurality of elements are connected in series or in parallel, a semiconductor rectifying element having more uniform element characteristics is generally selected and used. However, even if elements with the same characteristics are used,
If there is variation in the cooling performance, the temperature of the semiconductor layer will be different, and the characteristics of the element itself will fluctuate.

【0006】上記従来技術においては半導体素子の冷却
能率のばらつきを低減するものである。冷却に用いられ
る媒体をシリーズに冷却フィンに導入するため媒体の温
度がファンから遠ざかるにつれて加熱され高温となり、
素子温度にバラツキを生じさせる。これら従来技術にお
いてはこの冷却ファンからの遠近による温度勾配を低減
する技術であった。冷媒を並列に導入した場合、冷媒の
温度は同じ温度となる。そのため、このような冷却フィ
ンへの導入時に生じる冷却媒体の温度バラツキが均一化
される。
The above-mentioned prior art is intended to reduce variations in cooling efficiency of semiconductor elements. Since the medium used for cooling is introduced into the cooling fins in the series, the temperature of the medium heats up as the distance from the fan rises and becomes high.
It causes variations in element temperature. These conventional techniques are techniques for reducing the temperature gradient due to the distance from the cooling fan. When the refrigerants are introduced in parallel, the refrigerants have the same temperature. Therefore, the temperature variation of the cooling medium that occurs when the cooling medium is introduced into the cooling fins is made uniform.

【0007】しかし、三つ以上の平型半導体素子が、そ
れらの各々が冷却フィンによりはさまれるようにして加
圧接触される場合には、同じ冷却媒体を、同じ量,同じ
構造の冷却フィンに導入し、ほぼ同等の負荷を半導体整
流素子に与え発熱を生じさせているにも関わらず、両最
端部の半導体素子の電圧分担が大きくなる。
However, when three or more flat semiconductor devices are brought into pressure contact with each of them being sandwiched by cooling fins, the same cooling medium, the same amount and the same structure of the cooling fins are used. However, even though the semiconductor rectifying element is applied with almost the same load to generate heat, the voltage sharing of the semiconductor elements at both ends becomes large.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明においては、整流
機能を有する三つ以上の平型半導体素子が冷却フィンに
より両面より冷却され、冷却フィンの数は半導体素子の
数よりも一つ多く、冷却フィンと半導体整流素子は冷却
フィンを最端部として交互に並べられ、冷却フィンには
冷却媒体が並列に導入され、冷却フィンの外部より加圧
接触せしめられている半導体装置において、両最端部の
冷却フィンの冷却効率に比べそれ以外の冷却フィンの冷
却効率を高める。
In the present invention, three or more flat semiconductor elements having a rectifying function are cooled from both sides by cooling fins, and the number of cooling fins is one more than the number of semiconductor elements. In the semiconductor device in which the cooling fins and the semiconductor rectifying elements are alternately arranged with the cooling fins as the outermost ends, the cooling medium is introduced in parallel to the cooling fins, and the pressurizing contact is made from the outside of the cooling fins, The cooling efficiency of the other cooling fins is higher than that of the other cooling fins.

【0009】上記手段は以下の作用を有する。The above means has the following actions.

【0010】まず、本発明が解決しようとする課題で記
載した問題点は以下のような理由により生じる。
First, the problems described in the problems to be solved by the present invention occur due to the following reasons.

【0011】一般に、平型半導体素子が冷却フィンによ
り両面より冷却され、冷却フィンの数は半導体素子の数
よりも一つ多く、冷却フィンと半導体素子は冷却フィン
を最端部として交互に並べられる。既に述べたように、
冷却フィンには、素子温度の均一化を図るために冷却媒
体が導入される。従って、半導体素子を3個以上加圧接
触する場合、最端部の冷却フィンは隣接する最端部の半
導体素子のみを冷却することとなる。
Generally, a flat semiconductor element is cooled from both sides by cooling fins, the number of cooling fins is one more than the number of semiconductor elements, and the cooling fins and the semiconductor elements are alternately arranged with the cooling fins being the end portions. . As already mentioned,
A cooling medium is introduced into the cooling fins in order to make the element temperature uniform. Therefore, when three or more semiconductor elements are brought into pressure contact with each other, the cooling fins at the outermost ends cool only the adjacent semiconductor elements at the outermost ends.

【0012】一方、最端部以外の冷却フィンはその両側
に半導体素子を有するために、その両側の二つの半導体
素子を冷却することとなる。
On the other hand, since the cooling fins other than the outermost portion have the semiconductor elements on both sides thereof, the two semiconductor elements on both sides thereof are cooled.

【0013】冷却フィン中に流れる冷却媒体はフィン中
を通過する際に加熱昇温される。このため、最端部の冷
却フィン中の冷却媒体の上昇温度にくらべ、それ以外の
フィン中における上昇温度の方が大きくなる。このた
め、最端部のフィンの冷却効率がそれ以外のフィンの冷
却効率よりも高くなる。よって、冷却効率の高い最端部
の冷却フィンに隣接する両最端部の半導体素子の温度が
それ以外の半導体素子の温度よりも低くなる。この結
果、半導体素子の温度バラツキが許容値よりも大きくな
ると、Qrrの温度依存性により最端部の半導体素子の
みが他の半導体素子よりもQrrが低くなり、印加され
る逆方向電圧にアンバランスが生じるものである。
The cooling medium flowing in the cooling fins is heated and heated when passing through the fins. Therefore, the temperature rises in the other fins are higher than the temperature rise of the cooling medium in the cooling fins at the extreme end. For this reason, the cooling efficiency of the fins at the outermost end is higher than the cooling efficiency of the other fins. Therefore, the temperatures of the semiconductor elements at both end portions adjacent to the cooling fin at the end portion having high cooling efficiency are lower than the temperatures of the other semiconductor elements. As a result, when the temperature variation of the semiconductor element becomes larger than the allowable value, only the outermost semiconductor element has a lower Qrr than the other semiconductor elements due to the temperature dependency of Qrr, and the imbalance in the reverse voltage applied is applied. Occurs.

【0014】そこで、このような半導体装置において両
最端部の冷却フィンの冷却効率に比べそれ以外の冷却フ
ィンの冷却効率を高めることで、上記のような最端部の
フィンへの熱流量が、他のフィンの一方の面より流れ込
む熱流量と同等とするものである。この結果、両最端部
の半導体素子の温度を最端部あるいは内部に関わらず同
等とすることが可能となる。さらに、半導体素子の温度
を同等とすることでQrrのバラツキをなくし、またさ
らに、印加される逆電圧のバラツキを低減することがで
きる。
Therefore, in such a semiconductor device, the cooling efficiency of the cooling fins other than the cooling fins is increased as compared with the cooling efficiency of the cooling fins at the extreme ends, so that the heat flow rate to the fins at the extreme ends is increased. , And the heat flow rate flowing from one surface of the other fin. As a result, it becomes possible to make the temperatures of the semiconductor elements at both ends the same regardless of the inside or inside. Further, by making the temperatures of the semiconductor elements equal, it is possible to eliminate the variation of Qrr and further reduce the variation of the reverse voltage applied.

【0015】本発明をさらに具体的に説明する。The present invention will be described more specifically.

【0016】上記、半導体装置の両最端部の冷却フィン
を風冷し、それ以外の冷却フィンを水または油を循環し
て冷却することで、素子温度のバラツキを低減すること
ができる。これは、風冷冷却フィンに比べ、水冷あるい
は油冷フィンの方が熱交換効率が優れているために最端
部の冷却フィンよりも内部の冷却フィンの方が放熱効率
が向上するからである。
By cooling the cooling fins at both ends of the semiconductor device with air and cooling the other cooling fins by circulating water or oil, it is possible to reduce variations in element temperature. This is because the water-cooled or oil-cooled fins have higher heat exchange efficiency than the air-cooled cooling fins, and therefore the heat dissipation efficiency of the inner cooling fins is higher than that of the outermost cooling fins. .

【0017】また、水冷あるいは油冷フィンの数も従来
技術による方法に比べ一つのモジュールあたり2個低減
するためにトータルの循環冷却媒体の流量は同じでも、
一つのフィンあたりの流量が増すために素子温度の低減
を図ることができる。
Further, since the number of water-cooled or oil-cooled fins is reduced by two per module as compared with the conventional method, even if the total flow rate of the circulating cooling medium is the same,
Since the flow rate per fin increases, the element temperature can be reduced.

【0018】また、両最端部冷却フィンにおける冷却媒
体の流量をそれ以外の冷却フィンにおける冷却媒体の流
量よりも低下させることで、最端部の冷却フィンよりも
内部の冷却フィンの方が放熱効率が向上し素子温度のバ
ラツキを低減することができる。また、フィンの数も従
来技術による方法に比べ内部のフィンにおいては一つの
フィンあたりの流量が増すために素子温度の低減,損失
の低減,高信頼化を図ることができる。
Further, by lowering the flow rate of the cooling medium in the both endmost cooling fins than the flow rate of the cooling medium in the other cooling fins, the internal cooling fins radiate heat more than the endmost cooling fins. It is possible to improve efficiency and reduce variations in element temperature. Further, as for the number of fins, in the internal fins, the flow rate per fin increases in the internal fins, so that the element temperature can be reduced, the loss can be reduced, and the reliability can be improved.

【0019】また、最端部の冷却フィンの循環経路のコ
ンダクタンスをそれ以外の冷却フィンのコンダクタンス
よりも低める手段を有することで最端部のフィンの水量
を自由に調節可能となり同様の効果を得ることができ
る。
Further, by providing a means for lowering the conductance of the circulation path of the cooling fin at the endmost than the conductance of the cooling fins other than that, the water amount of the fin at the endmost can be freely adjusted and the same effect can be obtained. be able to.

【0020】また、いずれのフィンにおいても同じ流量
の冷却媒体が流れる場合においても、フィンの入り口に
おける冷却媒体の温度が最端部のフィンについてのみ高
く設定することでフィンの冷却能率に分布を持たせ素子
温度を一定とすることができる。
Further, even when the cooling medium of the same flow rate flows in any of the fins, the cooling efficiency of the fins has a distribution by setting the temperature of the cooling medium at the inlet of the fins high only for the fins at the extreme ends. The element temperature can be kept constant.

【0021】また、最端部の半導体素子と最端部の冷却
フィンとの間に導電体を有し該導電体により加圧するこ
とで、最端部の素子から最端部のフィンに流れる熱量を
調節可能となり、素子温度を一定にすることができる。
In addition, a conductor is provided between the semiconductor element at the end and the cooling fin at the end, and pressure is applied by the conductor so that the amount of heat flowing from the element at the end to the fin at the end. Can be adjusted, and the element temperature can be kept constant.

【0022】また、最端部の冷却フィンの熱抵抗を他の
冷却フィンの熱抵抗よりも高くして、最端部の素子から
最端部のフィンに流れる熱量を調節し、素子温度を一定
にすることができる。
Further, the thermal resistance of the cooling fins at the end is made higher than the thermal resistance of the other cooling fins, and the amount of heat flowing from the element at the end to the fin at the end is adjusted to keep the element temperature constant. Can be

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面を用
い説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】(実施例1)図1には本発明の第一の実施
例である複数のサイリスタを直列接続した半導体装置
(以下サイリスタモジュールと記す)と各冷却フィンに流
れる冷却媒体の流量を示した。本モジュールは6ケの平
型サイリスタ(1011,1012,1013,101
4,1015,1016)と7ケの冷却フィン(102
1,1022,1023,1024,1025,102
6,1027)、及び加圧器(1030)より構成されて
いる。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a semiconductor device in which a plurality of thyristors, which is a first embodiment of the present invention, are connected in series.
(Hereinafter, referred to as a thyristor module) and the flow rate of the cooling medium flowing through each cooling fin are shown. This module consists of 6 flat thyristors (1011, 1012, 1013, 101
4,1015,1016) and seven cooling fins (102
1,1022,1023,1024,1025,102
6, 1027) and a pressurizer (1030).

【0025】各冷却フィンに流れる冷却媒体としては純
水が用いられている。純水は各フィンにテフロン製の絶
縁パイプ(1041,1042,1043,1044,10
45,1046,1047)を経由して並列に導入され
ている。両方の最端部の冷却フィンに導入されるテフロ
ンパイプには流量調節用バルブ(1051,1052)に
よって純水の流量が調節される。図1上部のグラフが示
すように、フィン1には7.5リットル/分、フィン2
からフィン6には約12.5リットル/分、フィン7に
は9リットル/分の流量で冷却水が導入され各サイリス
タを冷却している。
Pure water is used as a cooling medium flowing through each cooling fin. Pure water is applied to each fin with an insulating pipe made of Teflon (1041, 1042, 1043, 1044, 10).
45, 1046, 1047) and introduced in parallel. The flow rate of pure water is adjusted by the flow rate adjusting valves (1051, 1052) in the Teflon pipes introduced into the cooling fins at the extreme ends of both. As shown in the graph at the top of Figure 1, fin 1 has 7.5 liters / minute, fin 2 has
Therefore, the cooling water is introduced into the fins 6 at a flow rate of about 12.5 liters / minute and the fins 7 at a flow rate of 9 liters / minute to cool each thyristor.

【0026】図2には従来技術によるサイリスタモジュ
ールと各サイリスタの素子温度とターンオフ後に印加さ
れる逆方向電圧を示した。本モジュールでも図1と同様
に6ケの平型サイリスタ(3011,3012,301
3,3014,3015,3016)と7ケの冷却フィ
ン(3021,3022,3023,3024,302
5,3026,3027)、及び加圧器(3030)よ
り構成されている。いずれのフィンにおいても7.1 リ
ットル/分の流量の冷却水が循環しており、フィン入り
口における水温もほぼ同等の温度となっている。7つの
フィンの合計の水量は図1に示した本発明の実施例と同
じ流量である。
FIG. 2 shows the thyristor module according to the prior art, the element temperature of each thyristor and the reverse voltage applied after turn-off. Also in this module, as in FIG. 1, six flat thyristors (3011, 3012, 301)
3, 3014, 3015, 3016) and seven cooling fins (3021, 3022, 3023, 3024, 302)
5, 3026, 3027) and a pressurizer (3030). Cooling water with a flow rate of 7.1 liters / minute circulates in all the fins, and the water temperature at the fin inlet is almost the same. The total amount of water in the seven fins is the same as that of the embodiment of the present invention shown in FIG.

【0027】図2のモジュールが連続動作を行っている
時の素子温度は素子1では37度、素子2から5では6
5度、素子6では51度である。また、ターンオフ後に
印加される逆方向電圧は素子2から5では1kVである
のに対し、素子1及び6ではその倍の2kVが印加され
る。
The element temperature when the module of FIG. 2 is continuously operating is 37 degrees in the element 1 and 6 in the elements 2 to 5.
5 degrees and 51 degrees for element 6. Further, the reverse voltage applied after the turn-off is 1 kV in the elements 2 to 5, whereas 2 kV, which is twice that in the elements 1 and 6, is applied.

【0028】これに対して、図1に記載した、本発明の
実施例の場合の素子温度と逆方向電圧を図3に示してい
る。素子温度は50度、逆方向電圧はすべて、1.3 k
Vで一定である。また、逆方向電圧が均一化されている
ので、トータル損失が図2のモジュールに比べ、約5%
程度減少している。また、図3にはターンオフ時の素子
電流及び素子電圧の一例をしめした。最端部の素子1が
その内側の素子2と同等の特性を示している。
On the other hand, the element temperature and the reverse voltage in the case of the embodiment of the present invention described in FIG. 1 are shown in FIG. Element temperature is 50 degrees, reverse voltage is all 1.3 k
V is constant. Moreover, since the reverse voltage is made uniform, the total loss is about 5% compared to the module of FIG.
The degree is decreasing. Further, FIG. 3 shows an example of the device current and the device voltage at the time of turn-off. The element 1 at the end has the same characteristics as the element 2 inside thereof.

【0029】これに対し、図4には図3と同じタイミン
グで電流が減少した場合、従来モジュールにおける、電
流電圧波形例を示す。本図は、図2に示した、ターンオ
フ時に最大の電圧が印加される素子1及び最小の電圧が
印加される素子2についてその波形を示したものであ
る。
On the other hand, FIG. 4 shows a current-voltage waveform example in the conventional module when the current decreases at the same timing as in FIG. This figure shows the waveforms of the element 1 to which the maximum voltage is applied and the element 2 to which the minimum voltage is applied, which are shown in FIG.

【0030】素子2では逆方向電圧が印加された後に順
方向電圧が印加されるまでの期間は、素子1に比べ短
く、素子2のターンオフ時間よりも短い時間内に順方向
電圧が加わるために、順方向電圧が加わった後に誤点弧
が生じ、ターンオンしてしまう。このような、誤動作を
防ぐために、従来技術では個々の素子のターンオフ時間
以上のターンオフ期間となるように外部回路より制御す
る必要がある。これに対し、本実施例によれば素子のタ
ーンオフ期間と同等のオフ期間まで、制御範囲を広げる
ことができる。
In the device 2, the period from the application of the reverse voltage to the application of the forward voltage is shorter than that of the device 1, and the forward voltage is applied within the time shorter than the turn-off time of the device 2. , A false ignition occurs after the forward voltage is applied, and it turns on. In order to prevent such a malfunction, in the conventional technique, it is necessary to control from an external circuit so that the turn-off period is longer than the turn-off time of each element. On the other hand, according to the present embodiment, the control range can be expanded to the off period which is equivalent to the turn off period of the device.

【0031】半導体素子の損失は定常運転時はほぼ同じ
損失を生じるが、負荷の変動による送電量の変動等によ
り損失が変動し図1に示す水量が素子温度あるいは電圧
分担を均一にする最適な水量からずれが生じる場合があ
る。このような場合には、次のようにして水量をコント
ロールすればよい。
Although the loss of the semiconductor element is almost the same during the steady operation, the loss fluctuates due to the fluctuation of the power transmission amount due to the fluctuation of the load and the amount of water shown in FIG. The amount of water may deviate. In such a case, the amount of water may be controlled as follows.

【0032】図7に水量演算部の模式図を示す。それぞ
れの半導体素子の電流(I1〜I6)電圧(V1〜V6)
が随時モニタされ、あらかじめ与えられている定数を基
に演算処理が施され、演算結果に基づいて水量を調節す
ることにより素子温度をあらかじめ設定された温度にコ
ントロールすることができる。
FIG. 7 shows a schematic diagram of the water amount calculation unit. Current (I1 to I6) voltage (V1 to V6) of each semiconductor element
Is monitored at any time, arithmetic processing is performed based on a given constant, and the element temperature can be controlled to a preset temperature by adjusting the amount of water based on the arithmetic result.

【0033】図8に演算部で用いるモジュールのモデル
を示す。あらかじめ与えられているパラメータとして
は、サイリスタの半導体基板から、アノード加圧電極表
面までの熱抵抗(RthA),同様にカソード加圧電極
表面までの熱抵抗(RthK),冷却フィン表面から冷却
水までの熱抵抗(RThf),半導体素子と冷却フィン
の接触熱抵抗(Rthc)である。これを、実測に基づ
き各半導体素子の損失が求められる。これら、値を基
に、各半導体素子の温度(Tj1〜Tj6)が所定の値
となるような、循環水の熱抵抗(RthW1からRth
W7)が算出される。さらに、これらの値となるような
循環水の水量が算出される。これによって負荷の変動に
より損失が変動しても高速に、素子温度をコントロール
することができる。
FIG. 8 shows a model of a module used in the arithmetic unit. The parameters given in advance include the thermal resistance from the semiconductor substrate of the thyristor to the anode pressing electrode surface (RthA), the thermal resistance to the cathode pressing electrode surface (RthK), and the cooling fin surface to the cooling water. Thermal resistance (RThf) and the contact thermal resistance (Rthc) between the semiconductor element and the cooling fin. From this, the loss of each semiconductor element is obtained based on actual measurement. Based on these values, the thermal resistance (RthW1 to Rth) of the circulating water such that the temperature (Tj1 to Tj6) of each semiconductor element becomes a predetermined value.
W7) is calculated. Further, the amount of circulating water that gives these values is calculated. As a result, the element temperature can be controlled at high speed even if the loss varies due to the variation of the load.

【0034】(実施例2)図5に本発明の第二の実施例
を示す。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.

【0035】本モジュールも実施例1と同様に6ケの平
型サイリスタ(1011,1012,1013,101
4,1015,1016)よりなる。また、冷却油を循
環させる5ケの冷却フィン(5011,5012,50
13,5014,5015)がある。さらに、最端部に
空気との接触面を広くとった空冷冷却フィン(5021,5
022)を備える。これらの、サイリスタ及び冷却フィ
ンは加圧器(1030)により加圧圧接されている。
This module, like the first embodiment, includes six flat thyristors (1011, 1012, 1013, 101).
4,1015,1016). In addition, five cooling fins (5011, 5012, 50) that circulate cooling oil
13, 5014, 5015). Furthermore, the air-cooling cooling fins (5021, 5
022). These thyristors and cooling fins are pressed against each other by a pressurizer (1030).

【0036】風冷冷却フィンに比べ、水冷あるいは油冷
フィンの方が熱交換効率が優れているために最端部の冷
却フィンよりも内部の冷却フィンの方が放熱効率が向上
し実施例1と同様に素子温度の均一化を図ることができ
るようになる。また、フィンの数も従来技術による方法
に比べ一つのモジュールあたり2個低減するためにトー
タルの循環冷却媒体の流量は同じでも、一つのフィンあ
たりの流量が増すために素子温度の低減を図ることがで
きる。
Since the water-cooled or oil-cooled fins have higher heat exchange efficiency than the air-cooled cooling fins, the heat dissipation efficiency of the inner cooling fins is higher than that of the cooling fins at the end, and the heat dissipation efficiency is improved. Similar to the above, it becomes possible to make the element temperature uniform. In addition, the number of fins is reduced by 2 per module as compared with the conventional method, so that the flow rate of the total circulating cooling medium is the same, but the element temperature is reduced because the flow rate per fin is increased. You can

【0037】(実施例3)図6に本発明の第三の実施例
を示す。
(Embodiment 3) FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.

【0038】本モジュールも実施例1と同様に6ケの平
型サイリスタと冷却水を循環させる7つの冷却フィンが
加圧器により加圧圧接されている。図1と異なるのは両
最端部のサイリスタと冷却フィンとの間には熱抵抗補償
導体(801,802)が挟まれていることである。熱
抵抗補償導体はモリブデン,タングステン,銅等の金属
が用いられている。また、必要に応じメッキ処理が施さ
れる。本実施例では、直径155mmの無酸素銅が用いら
れている。また、表面には数ミクロンのニッケルメッキ
が施されている。また、冷却フィンあるいはサイリスタ
との接触面で設計値と大きく異なる熱抵抗を生じること
を防止するために、表面ラップ処理が施され接触面の平
坦度は10ミクロン以内、平行度10ミクロン以内、ま
た面荒さは0.5 ミクロン以内とする。熱抵抗補償導体
は801と802では必要に応じ異なる厚さとすること
も可能である。
Also in this module, as in the first embodiment, six flat thyristors and seven cooling fins for circulating cooling water are press-contacted by a pressurizer. The difference from FIG. 1 is that the thermal resistance compensation conductors (801, 802) are sandwiched between the thyristors at both ends and the cooling fins. A metal such as molybdenum, tungsten, or copper is used for the thermal resistance compensation conductor. Moreover, a plating process is performed as needed. In this embodiment, oxygen-free copper having a diameter of 155 mm is used. The surface is plated with nickel of several microns. Also, in order to prevent the occurrence of a thermal resistance that greatly differs from the design value on the contact surface with the cooling fin or the thyristor, surface wrapping is applied to make the contact surface flatness within 10 microns, parallelism within 10 microns, and Surface roughness should be within 0.5 micron. The thermal resistance compensating conductors 801 and 802 can have different thicknesses if necessary.

【0039】すべての冷却フィンには同じ水温,水量の
純水が循環されている。熱抵抗補償導体が、最端部の素
子から、冷却フィンへと流れる熱量を制限するために、
すべてのサイリスタは同じ素子温度となる。
Pure water having the same water temperature and amount is circulated in all the cooling fins. In order to limit the amount of heat that the thermal resistance compensation conductor flows from the element at the end to the cooling fin,
All thyristors have the same element temperature.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、複数個加圧圧接される
平型半導体素子の素子温度を均一化し、特性のバラツキ
を防止できる。
According to the present invention, it is possible to make uniform the element temperature of a plurality of flat type semiconductor elements that are pressed against each other and prevent variations in characteristics.

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

【図1】本発明の第一の実施例であるサイリスタモジュ
ールと各冷却フィンに流れる冷却媒体の流量。
FIG. 1 is a flow chart of a cooling medium flowing through a thyristor module and each cooling fin according to a first embodiment of the present invention.

【図2】従来技術によるサイリスタモジュールと各サイ
リスタの温度とターンオフ後に印加される逆方向電圧。
FIG. 2 shows the temperature of a thyristor module according to the prior art and the temperature of each thyristor and the reverse voltage applied after turn-off.

【図3】第一の実施例のサイリスタモジュール中の各サ
イリスタの素子温度と逆方向電圧とサイリスタがターン
オフするときの電流及び電圧。
FIG. 3 is an element temperature of each thyristor in the thyristor module of the first embodiment, a reverse voltage, and a current and a voltage when the thyristor is turned off.

【図4】従来技術によるサイリスタモジュールにおいて
誤動作が生じた際の電流,電圧波形。
FIG. 4 shows current and voltage waveforms when a malfunction occurs in the conventional thyristor module.

【図5】本発明の第二の実施例であるサイリスタモジュ
ール。
FIG. 5 is a thyristor module that is a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三の実施例であるサイリスタモジュ
ール。
FIG. 6 is a thyristor module that is a third embodiment of the present invention.

【図7】冷却フィンの水量演算部の模式図。FIG. 7 is a schematic diagram of a water amount calculation unit of a cooling fin.

【図8】図7に示す演算部で用いるモデル。FIG. 8 is a model used in the arithmetic unit shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1011〜1016,3011〜3016…平型サイリ
スタ、1021〜1027,3021〜3027…冷却フィ
ン、1041〜1047…絶縁パイプ、1051,1052
…流量調節用バルブ。
1011 to 1016, 3011 to 3016 ... Flat thyristor, 1021 to 1027, 3021 to 3027 ... Cooling fin, 1041 to 1047 ... Insulation pipe, 1051, 1052
… Valve for adjusting flow rate.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】三つ以上の平型半導体素子が冷却フィンに
より両面より冷却され、冷却フィンの数は平型半導体素
子の数よりも一つ多く、冷却フィンと平型半導体素子は
冷却フィンを最端部として交互に並べられ、冷却フィン
には冷却媒体が並列に導入され、冷却フィンの外部より
加圧接触せしめられている半導体装置において、両最端
部の冷却フィンの冷却効率に比べそれ以外の冷却フィン
の冷却効率が高いことを特徴とする半導体装置。
1. Three or more flat semiconductor elements are cooled from both sides by cooling fins, the number of cooling fins is one more than the number of flat semiconductor elements, and the cooling fins and the flat semiconductor elements have cooling fins. In a semiconductor device in which the cooling mediums are alternately arranged as the outermost ends, the cooling medium is introduced in parallel to the cooling fins, and they are brought into pressure contact with each other from the outside of the cooling fins, compared with the cooling efficiency of the cooling fins at the outermost ends. A semiconductor device having high cooling efficiency for cooling fins other than the above.
【請求項2】請求項1記載の半導体整流装置であって、
両最端部の冷却フィンは風冷でありそれ以外の冷却フィ
ンは水または油が循環され冷却することを特徴とする半
導体装置。
2. The semiconductor rectifier according to claim 1, wherein
A semiconductor device characterized in that the cooling fins at both ends are air-cooled, and the other cooling fins are cooled by circulating water or oil.
【請求項3】請求項1記載の半導体整流装置であって、
該冷却フィンはいずれも冷却媒体を循環させて冷却し、
両最端部冷却フィンにおける冷却媒体の流量はそれ以外
の冷却フィンにおける冷却媒体の流量よりも少ないこと
を特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor rectifying device according to claim 1, wherein
Each of the cooling fins circulates a cooling medium to cool it,
A semiconductor device characterized in that the flow rate of the cooling medium in both the endmost cooling fins is smaller than the flow rate of the cooling medium in the other cooling fins.
【請求項4】請求項3記載の半導体整流装置であって、
該最端部の冷却フィンの循環経路のコンダクタンスをそ
れ以外の冷却フィンのコンダクタンスよりも低いことを
特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor rectifier according to claim 3,
A semiconductor device characterized in that the conductance of the circulation path of the cooling fin at the extreme end is lower than the conductance of the other cooling fins.
【請求項5】請求項1記載の半導体装置であって、最端
部の冷却フィンの熱抵抗は他の冷却フィンの熱抵抗より
も大きいことを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal resistance of the cooling fin at the end is larger than the thermal resistance of the other cooling fins.
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