JPS6396946A

JPS6396946A - 半導体装置

Info

Publication number: JPS6396946A
Application number: JP24361586A
Authority: JP
Inventors: Hajime Maeda; 前田　甫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-10-13
Filing date: 1986-10-13
Publication date: 1988-04-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、半導体装置に関し、さらに詳しくは、半導
体素子の両面に電流端子、冷却ブロックを順に重ね、加
圧挟持して構成する半導体装置構造の改良に係るもので
ある。

〔従来の技術〕

一般に半導体装置、特にダイオード、サイリスタ、それ
にトランジスタなどの半導体素子においては、発熱温度
によりその特性が著しく変化し、かつ放熱作用の悪い環
境では、局部発熱によって破壊する危険すらあるために
、その対策として、従来から放熱手段を講じた種々の半
導体装置構成が提案されている。

従来例によるこの種の放熱手段を講じた半導体装置とし
て、こ−では水冷式半導体装置の構成を第２図に示す。

すなわち、この第２図従来例構成において、符号１は半
導体素子、こ翫ではダイオードを示し。

２はこの半導体素子１の両端側に配した一対の電流端子
、３はさらにこれらの各電流端子の外側に配した熱伝導
性の良好な金属からなる一対の冷却ブロックで、それぞ
れの内部には、冷却水の水路４が形成され、各水路には
、黄銅などの金属からなるホースニップル５をねじ込み
またはロー付けにより取付けると共に、一方のニップル
５．５間を配管ホースＢにより連結させ、他方のニップ
ル５゜５を通して、矢印のように冷却水を通水させ、前
記半導体素子ｌの発熱を、これら一対づへの電流端子２
，２および冷却ブロック３．３を介して冷却し得るよう
にしてあり、また、７は絶縁座で、前記半導体素子ｌ、
各電流端子２．２および各冷却ブロック３．３を挟持し
て、矢印に示す圧接力を受けるようにすると共に、図示
しない加圧構造部との電気的絶縁をとるようにしたもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかして、前記第２図従来例構成での半導体装置におけ
る最大の難点とするところは、各冷却ブロック３．３の
水路４，４が帯電されることにあり、このために半導体
素子１の両端にか−る電圧が、そのま覧配管ホース６、
および内部の冷却水にも印加されて、この冷却水の抵抗
が低いと、多くの洩れ電流が冷却経路を流れ、特に直流
電圧がかけられている場合には、ホースニップル５．５
が電流腐食で溶解、損耗することがあって、短期間で各
冷却ブロック３．３が使用不能になるほか、このように
冷却水の抵抗が低いと、感電の惧れすらあって危険であ
り、これを防止するためには、冷却水の抵抗を可及的に
高くする必要があって、その水質の管理も容易でないな
どの不利がある。

そこで、これらの対策として、第３図の部分断面に示す
ように、電流端子２と冷却ブロック３との間に、ベリリ
アとかボロンナイトライド（ＢＮ）などの熱伝導性の良
好な絶縁板８を介在させて、電気経路と冷却経路とを絶
縁した構成が提案されている。なお、この場合、絶縁板
８の厚さは、おｋよそ０．５〜１．５１腸程度が一般的
である。

そして、この第３図従来例構成の場合、半導体素子１に
生ずる発熱は、電流端子２．絶縁板８．および冷却ブロ
ック３を経て冷却水に伝達吸収されるが、電流端子２と
冷却ブロック３間の絶縁耐電圧を十分に確保するために
絶縁板８の外形を大きくさせて、その沿面距離を可及的
に延長させるようにしている。

しかし一方、冷却水を用いる上では、絶縁板８の表面で
の結露問題を避けることはできず、この表面結露によっ
て電流が洩れる現象を発生しており、この点は、単に沿
面距離を延長させるだけでは解決し得ない問題であって
、電気経路と冷却経路間の耐電圧にはおのずと限界があ
り、これは半導体素子１の有する特性、定格を十分には
活用し得ないことを意味していて、この種の装置構成に
とって好ましくないものであった。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、半導体素子
の有する特性、定格を十分に発揮し得て、電流腐食を発
生せず、かつ感電事故の慣れのない高耐圧の半導体装置
を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、この発明に係る半導体装置
は、電流端子と冷却ブロックとの接圧面間に絶縁板を介
在、挿入させると共に、加圧構造部を含めた装置全体を
絶縁材料で封止させたものである。

〔作　　　用〕

すなわち、この発明では、電流端子と冷却ブロック間に
絶縁板を挿入介在させることにより、電気経路と冷却経
路を完全に絶縁でき、併せて装置全体を絶縁材料で封止
させることにより、絶縁板面の結露などを阻１ヒし得て
、電気経路と冷却経路間の耐電圧を格段に向上できるの
である。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係る半導体装置の一実施例につき、第
１図を参照して詳細に説明する。

第１図はこの実施例による半導体装置の概要構成を示す
断面図であり、この第１図実施例において、前記第２図
、第３図従来例と同一符号は同一または相邑部分を示し
ている。

すなわち、この第１図実施例においても、符号１は半導
体素子、こ−ではダイオードを示し、２はこの半導体素
子１の両端側に配した一対の電流端子、３はさらにこれ
らの各電流端子の外側に配した銅などの熱伝導性の良好
な金属からなる一対の冷却ブロックで、それぞれの内部
には、冷却水の水路４が形成され、各水路には、黄銅な
どの金属からなるホースニップル５をねじ込みまたはロ
ー付けにより取付けると共に、一方のニップル５゜５間
を配管ホース８により連結させ、他方のニップル５，５
を通して、矢印のように冷却水を通水させ、前記半導体
素子１の発熱を、これら一対づ−の電流端子２．２およ
び冷却ブロック３．３を介して冷却し得るようにしであ
る。

また、８はアルミナ、窒化アルミニウムとか、ポロンナ
イトライドなどの、熱伝導性の良好な電気絶縁材料から
なる絶縁板であって、前記各電流端子２と冷却ブロック
３との間に介在、挿入されており、この絶縁板８の厚さ
は、通常の場合、その耐電圧によって決定されるが、０
．５〜１．５ｍｍ程度の範囲が一般的である。

さらに、３は前記各部品相互を加圧挟持させるための加
圧構造部であり、９ａは規定の圧接力を与えるための板
バネ、９ｂはこの圧接力を保持するためのボルトである
。

そしてまた、１０は前記各電流端子２の外部への接続部
分２ａと、前記各冷却ブロック３の外部への熱伝達部分
５ａとを除き、かつ前記加圧構造部９の全体を含んで、
これらを外部に対して被覆封止するための１例えば、エ
ポキシ樹脂、ゴムなどの絶縁材料からなる封止外装であ
る。

しかして、この実施例構造の場合、半導体素子１からの
発生熱は、その両面側での電流端子２．絶縁板８．およ
び冷却ブロック３を経て、冷却水により吸収排除され、
所期の半導体素子１の冷却作用が果されるのであり、こ
の際の熱伝導効率は、絶縁板８の介在による僅かな影響
のみであって、大幅に悪くはならず、また、この絶縁板
８が介在されているために、電気経路、冷却経路間が電
気的に絶縁されて、冷却水には帯電せず、従って冷却水
の水質管理が不要になり、かつ電流腐食を生ずる惧れも
ない。

さらに、外部での接続部分２ａ、および外部への熱伝達
部分５ａを除き、かつ加圧構造部８を含んだ全体を、絶
縁材料からなる封止外装置０により封止させているため
に、絶縁板８の表面に生ずる結露を防止できて、表面側
での洩れ電流が効果的に抑制され、電気経路、冷却経路
間の高耐圧化が可能になり、これらによって、従来、純
水を使用しなければならなかった超高圧の半導体装置を
も容易に実現し得るのである。

なお、前記実施例構造においては、水冷式の半導体装置
に適用する場合について述べたが、その他、自冷式とか
風冷式などの任意の冷却方式による半導体装置に適用し
ても同様な作用、硬化が得られる。そしてまた、この実
施例構造では、半導体素子を１個だけ用いる場合につい
て述べたが、これを複数個組合せて用いる場合にも広く
適用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、半導体素子の
両面に電流端子、冷却ブロックをそれぞれ順次に重ね、
かつこれらの相互を加圧構造部により加圧挟持して構成
する半導体装置構造において、各電流端子と冷却ブロッ
クとの接圧面間に絶縁板を介在、挿入させて、電気的に
絶縁すると共に、各電流端子の外部への接続部分と、各
冷却ブロックの外部への熱伝達部分とを除き、かつ加圧
構造部を含み、これらの全体を絶縁材料により封止させ
た構造にした−めに、電気経路、冷却経路間が電気的に
絶縁されることになり、冷却水には帯電せず、従って感
電事故とか電流腐食を生ずる惧れがなく、また、絶縁板
での表面の結露を防止でき、表面側での洩れ電流を抑制
でき、かつ電気経路、冷却経路間の高耐圧化が可能にな
り、さらには全体構造も比較的簡単で、容易に実施し得
るなどの優れた特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る半導体装置の一実施例による概
要構成を示す縦断面図であり、また第２図、および第３
図は同上装置の従来例による概要構成をそれぞれに示す
縦断面図である。１・・・・半導体素子、２・・・・電流端子、３・・・
・冷却ブロック、４・・・・水路、８・・・・絶縁板、
８・・・・加圧構造部、３ａ・・・・板バネ、８ｂ・・
・・加圧ボルト、！０・・・・封旧外装上層抵抗体。第１＠合

Claims

【特許請求の範囲】

半導体素子の両面に電流端子、冷却ブロックをそれぞれ
順次に重ね、かつこれらの相互を加圧構造部により加圧
挟持して構成する半導体装置構造において、前記各電流
端子と冷却ブロックとの接圧面間に絶縁板を介在、挿入
させて、電気的に絶縁すると共に、前記各電流端子の外
部への接続部分と、前記各冷却ブロックの外部への熱伝
達部分とを除き、かつ前記加圧構造部を含み、これらの
全体を絶縁材料により封止させて構成したことを特徴と
する半導体装置。