KR960001606B1 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명을 적용하는데 적합한 인버터의 회로도.1 is a circuit diagram of an inverter suitable for applying the present invention.
제2도는 제1도의 인버터의 1상분의 종래의 접속도.2 is a conventional connection diagram of one phase of the inverter of FIG.
제3도는 종래의 반도체장치의 일예의 단면도.3 is a cross-sectional view of an example of a conventional semiconductor device.
제4a도, 제4b도는 인버터를 전기차용모우터제어에 사용한 경우의 열부하특성도.4A and 4B show thermal load characteristics when an inverter is used for electric motor control.
제5도는 본 발명을 제1도의 인버터에 적용한 경우의 실시예인 반도체장치의 단면도.5 is a cross-sectional view of a semiconductor device which is an embodiment in which the present invention is applied to the inverter of FIG.
제6도는 제5도의 각 반도체소자의 적층순서표시도.6 is a lamination order display diagram of each semiconductor device of FIG.
제7도는 제5도의 실시예의 변형예를 표시한 단면도.FIG. 7 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG.
제8도는 제5도의 실시예의 다른 변형예의 표시도.8 is a display diagram of another modification of the embodiment of FIG.
제9도는 본 발명을 제1도의 인버터에 적용한 경우의 실시예인 반도체장치의 단면도.9 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment in which the present invention is applied to the inverter of FIG.
제10도는 제9도의 실시예의 각 반도체소자의 적층순서의 표시도.FIG. 10 is a display diagram showing the stacking order of respective semiconductor elements in the embodiment of FIG.
제11도는 제9도, 제10도의 실시예의 변형예에 있어서의 각 반도체소자의 적층 순서표시도.FIG. 11 is a flowchart showing the stacking order of the semiconductor elements in the modification of the embodiment shown in FIG. 9 and FIG.
제12도는 본 발명에 적용해야할 인버터회로의 다른 예를 표시하는 회로도.12 is a circuit diagram showing another example of an inverter circuit to be applied to the present invention.
제13도는 제12도의 인버터회로에 본 발명을 적용한 경우의 각 반도체소자의 적층 순서표시도.FIG. 13 is a flowchart showing the stacking order of semiconductor devices in the case where the present invention is applied to the inverter circuit of FIG.
제14도는 본 발명을 적용해야 할 쵸퍼회로의 대표적인 회로도.14 is a representative circuit diagram of a chopper circuit to which the present invention is to be applied.
제15도는 제14도의 쵸퍼회로에 본 발명을 적용한 경우의 각 반도체소자의 적층순서표시도.FIG. 15 is a lamination order display diagram of each semiconductor element when the present invention is applied to the chopper circuit of FIG.
제16도는 제15도의 실시예에 의한 반도체장치의 단면도.FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor device according to the embodiment of FIG.
제17도는 본 발명을 적용해야할 반도체장치를 표시하는 회로도.17 is a circuit diagram showing a semiconductor device to which the present invention is to be applied.
제18도는 제17도에 본 발명을 적용해야 하는 경우의 적층순서표시도.18 is a lamination order display diagram when the present invention is to be applied to FIG. 17. FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 콘덴서 4 : 리액터1: condenser 4: reactor
5 : 다이오우드 9 : 응축기5: diode 9: condenser
5, 21, 22, 31, 32 : U상의 반도체 소자 61∼65 : 핀5, 21, 22, 31, 32: U-phase semiconductor elements 61-65: pin
81∼85 : 절연관 l1, l2: GTO의 열부하특성81 ~ 85: Insulation tube l 1 , l 2 : Thermal load characteristics of GTO
본 발명은 반도체장치에 있어 특히 소형화에 적합한 반도체장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device particularly suitable for miniaturization in a semiconductor device.
반도체장치의 한가지 예로서 2종류의 반도체소자를 역극성으로 하여 병렬로 접속하여 이 역병렬체를 복수개 직렬로 접속하여 회로를 소유하고 있는 것이 종래부터 알려져 있다.As one example of a semiconductor device, it has conventionally been known to possess a circuit by connecting two kinds of semiconductor elements in reverse polarity and connecting a plurality of these anti-parallel bodies in series.
이 종류의 회로의 한가지 예로서 가령 게이트턴오프 사이리스터(gate turn-off thyristors, 이하 GTO라 칭한다)를 사용한 인버터(inverter)가 알려져 있고 예를 들면 특개소 58-9349호에 명시되어 있다.Inverters using gate turn-off thyristors (hereinafter referred to as GTO) as one example of this type of circuit are known and are described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-9349.
상기 공보에서도 널리 알려져 있지만 반도체장치에 있어서는 반도체의 냉각이 중요한 과제이고 각종의 제안이 나오고 있다.Although widely known in the above publications, cooling of semiconductors is an important problem in semiconductor devices, and various proposals have been made.
상기 출원에서는 각 역병렬체에 있어 GTO를 2개 병렬 접속한 경우에 대하여 말하고 있으나 그후 GTO의 대용량화가 발달하여 근년에는 한 개의 GTO를 사용하도록 되어 있다.The above application describes a case where two GTOs are connected in parallel in each anti-parallel. However, since a large capacity of the GTO has been developed, one GTO has been used in recent years.
그러나 GTO의 대용량화에 동반하여 GTO 한개당의 발열량을 증대하여 그만큼 GTO의 냉각이 주용한 과제로 되고 있다.However, with the increase in the capacity of GTO, the amount of heat generated per GTO is increased, and the cooling of the GTO has become a major problem.
제1도는 GTO를 사용한 인버터의 한가지 예인 3상 인버터의 개략 결선도를 표시한 것이고 각 역병렬체는 한개의 GTO를 소유하고 있는 것이다. 해당 인버터회로의 각 상, 예를들면 U상(16)에 있어서는 GTO(21)와 역병렬이 다이오우드(31)가 접속되어 더한층 이 역병렬체에 직렬로 GTO(22)와 다이오우드(32)의 역병렬체가 접속되어 있다.1 shows a schematic connection diagram of a three-phase inverter, which is an example of an inverter using a GTO, and each anti-parallel owns one GTO. In each phase of the inverter circuit, for example, the
다른 V상(17), W상(18)도 마찬가지인 모양으로 구성되어 각 상은부하 예를들면 모우터(19)에 접속되어져 있다.The
도면에 있어 1은 콘덴서, 4는 리액터, 5는 다이오우드이고 12, 13은 전원(도면에 없음)에 접속된 입구단자이다. 지금 이 1상분, 예를들면 U상의 반도체소자(5), (21), (22), (31), (32)를 끄집어내 그 적층순서 접속관계를 보면 제2도와 같고 또 이러한 반도체소자는 제3도에 표시한 것과 같이 냉각장치에 넣어져 있다. 제3도에 표시한 냉각장치는 공지의 전형적인 예이고 냉각매체의 증발작용을 이용하여 반도체를 냉각하는 것이고 예를들면 특개소 50-123277호에 표시되어 있다.In the figure, 1 is a condenser, 4 is a reactor, 5 is a diode, and 12 and 13 are inlet terminals connected to a power source (not shown). Now, this one-phase, for example,
도면에서 61∼65 각각은 내부에 증발 가능한 냉각 매체, 예를들면 프론(fron)을 내용으로 하는 냉각 핀(fin)이고 인접해 있는 반도체소자의 발열에 의해 냉매가 증발하여 기화해 반도체소자의 열을 빼앗을 수 있게 구성되어 있다.In the figures, each of 61 to 65 is a cooling medium capable of evaporating inside, for example, a cooling fin having a content of a fron. The refrigerant evaporates and vaporizes due to the heat generated by the adjacent semiconductor elements. It is configured to take away.
여기서 발생한 증기는 절연관(81∼85)을 통하여 응축기(9)로 이끄려져 여기서 외기와 열교환을 이루는 것이다.The steam generated here is led to the
제3도에 있어서 각 핀(61∼65)은 양측면에 인접하는 반도체에 의해 가열되어지기 때문에 양측면의 반도체를 냉각하기에 충분한 냉각능력이 요구되어 냉각핀을 대형화하지 않으면 않되게 되었다.In Fig. 3, each of the
한쪽 전차의 마루바닥에 탑재하는 구동모터 제어용의 인버터등에 있어서는 장치칫수의 제약이 엄격하므로 냉각핀의 대형화에는 한계가 있어 그 개선이 요망되어 있다.In an inverter for controlling a drive motor mounted on the floor of one tank, the size of the device is severely limited, so the size of the cooling fin is limited, and improvement is desired.
본 발명의 목적은 종래의 장치의 결점을 제거하여 소형화로 적합한 반도체장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a semiconductor device suitable for miniaturization by eliminating the drawbacks of conventional devices.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 적어도 한개의 제1반도체소자와 제2반도체소자를 역병렬로 접속하여 해당 역병렬체를 복수개 직력에 접속한 회로를 소유하는 반도체장치에 있어 제1, 제2반도체소자를 서로 번갈아 적층하여 각 냉각핀을 인접하고 있는 제1, 제2반도체소자의 사이에 배치하여 그것으로부터 인접하는 반도체소자를 냉각하는 것과 동시에 그들을 서로 전기적으로 접속하여 적어도 한개의 접속도체에 의해 두개의 냉각핀을 전기적으로 접속하여 제1, 제2반도체소자의 역병렬체를 복수개 직렬로 접속할 수 있도록 구성한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention is directed to a semiconductor device having a circuit in which at least one first semiconductor element and a second semiconductor element are connected in anti-parallel and have a circuit in which the anti-parallel is connected to a plurality of series forces. By alternately stacking semiconductor elements, each cooling fin is disposed between adjacent first and second semiconductor elements to cool adjacent semiconductor elements therefrom, and at the same time electrically connected to each other by at least one connection conductor. Two cooling fins are electrically connected to each other so that a plurality of anti-parallel bodies of the first and second semiconductor elements can be connected in series.
본 발명자들은 제1, 제2반도체소자의 역병렬체를 복수개 직렬로 접속한 회로에 있어서는 제1, 제2의 반도체소자는 원칙적으로 각각의 부하 최대시점이 틀리다고한다는 점에 착안하여 제1, 제2반도체소자를 번갈아 냉각핀을 끼어서 적층하므로서 냉각핀의 대형화를 방지할 수 있다는 것을 발견했다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors pay attention to the fact that in the circuit which connected several antiparallel bodies of a 1st, 2nd semiconductor element in series, the 1st, 2nd semiconductor element has a different load maximum time point in principle. By alternately stacking two semiconductor elements with cooling fins, it has been found that the cooling fins can be prevented from being enlarged.
즉 냉각핀을 끼운 제1, 제2의 반도체소자는 한쪽이 최대부하가 될 때 원칙적으로 다른쪽은 최대부하가 아니기 때문에 각 냉각핀의 냉각능력의 균일화가 도모되어 반도체장치를 소형화로 할 수가 있다.In other words, when the first and second semiconductor elements with the cooling fins are loaded at maximum, one of them is not the maximum load in principle, so that the cooling capacity of each cooling fin can be equalized, thereby miniaturizing the semiconductor device. .
예를들면 제1도의 인버터를 전기차용 유도전동기의 제어용으로서 사용한 경우 GTO와 다이오우드의 열부하와 전기차의 운전모우드와의 관계의 대표적인 예는 제4A, 4B도에 표시한 것과 같다.For example, when the inverter of FIG. 1 is used for controlling an induction motor for an electric vehicle, a representative example of the relationship between the heat load of the GTO and the diode and the driving mode of the electric vehicle is shown in FIGS. 4A and 4B.
이러한 도면에 있어 l1, l2는 GTO의 열부하성, l3는 다이오우드의 열부하특성을 표시하는 곡선, l4는 GTO와 다이오우드의 합계의 열부하특성(즉, l1과 l3의 합계열부하)을 각각 표시한다. 구간 A1, A2는 각기 배체곡선 l1, l2에 대항하는 전기차의 역행기간(기동기간), 구간 B는 타행운전기간, 구간 C는 회생제동기간을 표시한다.In these figures, l 1 , l 2 are the heat load characteristics of the GTO, l 3 is the curve indicating the thermal load characteristics of the diode, and l 4 is the heat load characteristic of the sum of the GTO and the diode (ie, the total heat load of l 1 and l 3 ). Are displayed respectively. Sections A 1 and A 2 indicate the reversal period (starting period) of the electric vehicle against the distribution curves l 1 and l 2 , section B the other driving period and section C the regenerative braking period.
그위에 또 점선 l2는 기동후 타행(惰行)운전(coasting operation)을 행한 경우를 표시한다.In addition, the dashed line l 2 indicates the case where a coasting operation is performed after starting.
도면에서 명백하게된 것과 같이 통상 기동시에는 GTO의 열부하, 즉 발열량은 최대가 되고 한편 다이오우드의 열부하는 최대가 아니고 그 값은 GTO의 열부하에 비하면 적다.As apparent from the figure, during normal startup, the heat load of the GTO, that is, the heat generation amount, becomes maximum, while the heat load of the diode is not the maximum, and the value thereof is smaller than the heat load of the GTO.
그리고 또 회생 제동시에는 GTO의 열부하는 적고 한편 다이오우드의 열부하는 최대가 되고 GTO의 열부하보다 크다.In addition, during regenerative braking, the heat load of the GTO is small while the heat load of the diode is maximized and is larger than the heat load of the GTO.
한편 증발작용을 이용하여 냉각을 하는 냉각핀의 열 시정수는 5-10초로 짧고 역행시간이나 제동시간에 비해 단시간이 된다.On the other hand, the heat time constant of the cooling fins cooled by evaporation is short, 5-10 seconds, and shorter than the retrograde time or braking time.
지금 종래의 예로서 표시한 제3도로 이 부하조건을 생각하면 냉각핀(62)으로서는 그의 양측에서 GTO(21), (22)에서 열을 동시에 받기 때문에 역행시에는 양측에서 최대의 열부하를 받게 된다.Considering this load condition in the third road shown as a conventional example, since the
따라서 냉각핀(62)으로서는 타의 냉각핀(61)(63∼65)에 비해 낮은 열저항의 대형의 냉각핀이어야 한다는 것이 필요하다.Therefore, as the
그리고 또 회생브레이크시에는 양 다이오우드(31), (32)에 끼어져 있는 냉각핀(64)의 열적부하가 크고 냉각핀(64)은 대형화하지 않으면 않된다는 것을 알았다.In addition, it was found that during the regenerative brake, the thermal load of the cooling
본 발명자들은 이와같이 GTO가 최대부하시에 다이오우드가 최대부하가 아니고 GTO가 최대부하가 아닌때는 다이오우드가 최대 부하인 것을 착안하여 더욱 이와같은 사실은 일반적으로 제1과 제2의 반도체소자의 역병렬체를 복수개 접속한 회로, 예를들면 쵸퍼회로에 상당한다는 것을 착안하여 제1과 제2의 반도체소자를 서로 번갈아서 적층하도록 하였다.The inventors have found that the diode is the maximum load when the GTO is not at maximum load and the GTO is not at maximum load. Thus, the fact is that this is generally the antiparallel of the first and second semiconductor devices. The first and second semiconductor elements are stacked alternately with each other, considering that they correspond to a circuit connected to a plurality of circuits, for example, a chopper circuit.
즉 제1과 제2의 반도체소자를 냉각핀을 끼워서 서로 번갈아서 병행하는 것으로서 반도체소자의 일방이 최대부하시 타방이 최대부하가 되지 않도록 하여 이것에 의해 냉각핀의 열부담을 경감하여 냉각핀의 소형화, 더 나아가서는 장치의 소형화를 도모하려 하는 것이다.In other words, the first and second semiconductor elements are alternately inserted by inserting cooling fins so that one side of the semiconductor element is at maximum load and the other is not at maximum load, thereby reducing the heat burden of the cooling fins and miniaturizing the cooling fins. In addition, further attempts are made to miniaturize the device.
제5도는 본 발명을 제1도에 표시하는 인버터에 적용한 경우와 실시예인 반도체장치의 단면도를 가르킨다.FIG. 5 shows a cross-sectional view of the semiconductor device in the case where the present invention is applied to the inverter shown in FIG.
도면 제1도의 인버터의 U상(16) 부분의 GTO(21), (22) 그리고 다이오우드(5), (31), (32)의 배열을 표시한 것이고 다른 V상, W상도 같은 구조이다.The arrangement of the
도면중 제3도와 동일 기능을 소유하는 것에는 동일번호가 붙여져 있다.In the drawings, the same reference numerals are assigned to those having the same functions as those in FIG.
제6도는 각 반도체소자(5), (21), (22), (31), (32)의 적층 순서를 표시하는 도면이다.6 is a diagram showing the stacking order of the
제5도, 제6도에서 명확한 것과 같이 다이오우드와 GTO는 서로 번갈아서 적층되어 그것들 사이에는 냉각핀이 개재되어 인접해 있는 GTO와 다이오우드가 전기적으로 접속되어 있다.As is clear from FIG. 5 and FIG. 6, the diodes and the GTO are alternately stacked with each other, and the GTO and the diode which are adjacent to each other through the cooling fin are interposed therebetween.
더욱 특별하게 냉각핀(101∼104)의 각각의 한쪽이 GTO에 접하여 다른쪽을 다이오우드에 접하고 있으므로 인접하고 있는 양소자는 동시에 열부하가 최대로 되는 경우는 없다.More specifically, since each of the cooling
냉각핀은 바람직하게는 냉매의 증발작용을 이용하여 냉각을 하는 것인데 제3도의 것과 동일하여 좋다.The cooling fin is preferably cooled by the evaporation of the refrigerant, which may be the same as that of FIG.
이경우 냉각핀의 열시정수는 GTO와 다이오우드의 부하시간(비교적 큰 부하가 지속되는 시간)에 대해 짧기 때문에 부하의 최대치에 대응하는 열저항이 요구되지만 양측이 동시에 최대부하가 되는 일은 없기 때문에 냉각핀은 소형이라도 필요한 열적조건을 만족할 수가 있다.In this case, since the thermal time constant of the cooling fin is short with respect to the load time of the GTO and the diode (compared with a large load duration), the thermal resistance corresponding to the maximum value of the load is required, but since both sides are not at the same time, the cooling fin is Even small size can satisfy required thermal conditions.
제5도, 제6도에 있어 41, 42는 각각 대응하는 두개의 냉각핀을 접속하는 접속도체이고 이것으로부터 GTO와 다이오우드의 역병렬체기 두개 직렬로 형성되어 있다.41 and 42 in FIG. 5 and FIG. 6 are connection conductors respectively connecting two cooling fins, and two anti-parallel groups of GTO and diode are formed in series.
즉 접속도체(41)는 냉각핀(101), (105)으로 전기적으로 접속하고 접속도체(42)는 냉각핀(102), (104)으로 전기적으로 접속하였다.That is, the
제5도에 있어 다이오우드(5)의 좌측에 냉각핀이 놓여져 있지 않지만 이 다이오우드(5)는 타의 반도체소자에 비해 발열량이 적고 일면만의 냉각으로 충분하기 때문에 타방면의 냉각핀을 생략한 것이다.In FIG. 5, the cooling fins are not placed on the left side of the
제7도는 제5도의 실시예의 변형예이고 GTO(21), (22), 다이오우드(31), (32)의 전열량이 적은 경우를 표시하고 있다.FIG. 7 shows a modification of the embodiment of FIG. 5 and shows a case where the heat transfer amount of the
제5도에 표시된 GTO(21)의 일방측의 냉각핀(101)과 다이오우드(31)의 일방측의 냉각핀(105)은 생략한 것이다.The cooling
이것은 다이오우드(31), GTO(21)는 각기 냉각핀(102), (104)만으로서도 충분하게 냉각할 수 있을 경우이고 제1실시예와 같은 효과를 얻을 수가 있다.This is the case where the
더욱 다이오우드(5)는 발열량이 적기때문에 GTO(21)의 전극에 연결하는 것이다.Furthermore, since the heat generation amount of the
본 실시예에 있어서는 제5도의 실시예에서 반도체장치를 더욱 소형화로 할 수가 있다.In this embodiment, the semiconductor device can be further miniaturized in the embodiment of FIG.
제8도는 제5도의 실시예의 변형예의이고 반도체소자의 접속순서를 변경한 것이다. 즉 제5도의 다이오우드(5)를 냉각핀(105)의 옆에 배치한 것이다.FIG. 8 shows a modification of the embodiment of FIG. 5 and changes the connection order of the semiconductor elements. That is, the
접속도체(47), (48)는 각각 제5도의 접속도체(41), (42)에 대응한다.The connecting
상기의 각 실시예에 있어서는 제5도 또는 제7도에 표시하는 구성을 각 상면에 따로따로 설치한 것이나 U상, V상, W상을 일체로 구성하여 인버터를 소형화로 하도록한 실시예를 제9도에 표시하였다.In each of the above embodiments, the configuration shown in FIG. 5 or FIG. 7 is provided separately on each top surface, or the embodiment in which the inverter is miniaturized by integrally configuring the U phase, V phase, and W phase. It is shown at 9 degrees.
제9도에서 명백해진 것과 각 상의 구성은 대략 제5도의 실시예와 동일하고 U상(16)의냉각핀(105)에 인접하여 V상(17)의 GTO(22)가 배열되어 있다.The configuration shown in FIG. 9 and each phase is approximately the same as the embodiment of FIG. 5, and the
더한층 V상의 냉각핀(109)에 인접하여 W상의 GTO(222)가 배치되어 있다.Further, the
그 위에 도면에서는 W상의 GTO(222), 냉각핀(110)이외의 W상의 타의 구성은 생략하고 있다.In the drawings, other configurations of the W phase other than the
각 상의 다이오우드(5), (15), (25)는각각 냉각핀(103), (107), (111)에 접속하여도 좋은 것이다.The
본 실시예에 있어 각 상의 경계부는 각각 냉각핀(105), (109)을 개입해서 GTO와 다이오우드가 인접할 수 있도록 배치되어 있다.In this embodiment, the boundary of each phase is arranged so that the GTO and the diode may be adjacent to each other via the cooling
그래서 제5도의 실시예와 같이 모든 냉각핀은 양측이 GTO에 인접한다는 것은 없기 때문에 냉각핀의 열부담을 경감하여 냉각핀을 소형화로 할 수가 있다.Therefore, as in the embodiment of FIG. 5, since all cooling fins do not have both sides adjacent to the GTO, the cooling fins can be miniaturized by reducing the heat burden of the cooling fins.
즉 3상분의 GTO와 다이오우드를 서로 번갈아 적층하는 것에서 각 상을 인접하여 배치할 수 있는 것이 가능하다.That is, by laminating | stacking three phases GTO and a diode alternately, it is possible to arrange | position each phase adjacently.
종래 장치보다도 대폭으로 소형화할 수 있는 것이다.It can be made much smaller than the conventional apparatus.
그리고 또 U, V, W상이 각각 독립하여 구성하고 있는 경우에는 상간이 전기 절연이 필요하여 이 때문에 스페이스가 필요했으나 제9도에서는 이 절연 스페이스가 불필요한 것외에 상간이 냉각핀을 공유하는 구조로 하고 있기 때문에 즉 도면중 101∼113은 냉각핀, 41∼46은 접속도체, 87∼93은 절연관이다.In addition, when the U, V, and W phases are configured independently, electrical insulation is required between phases, which is why a space is necessary. However, in FIG. In other words, in the drawings, 101 to 113 are cooling fins, 41 to 46 are connection conductors, and 87 to 93 are insulated pipes.
제10도의 실시예에 있어서의 각 반도체소자의 적층순서를 표시하는 도면이다.Fig. 10 shows the lamination order of each semiconductor element in the embodiment of Fig. 10.
제11도는 제9도, 제10도의 실시예의 변형예에 있어서의 각 반도체소자의 적층순서를 표시하는 도면이다.FIG. 11 is a diagram showing the stacking order of the semiconductor elements in the modification of the embodiment shown in FIG. 9 and FIG.
제11도에 있어서는 제10도의 실시예와 반도체소자의 적층순서를 조금 변경한 것이다.In FIG. 11, the stacking order of the embodiment of FIG. 10 and the semiconductor element is slightly changed.
즉 GTO(21), 다이오우드(32), GTO(22), 다이오우드(31), GTO(121), 다이오우드(132), GTO(122), 다이오우드(131), GTO(221), 다이오우드(232), GTO(222), 다이오우드(231)의 순서로 적층한 것이고 인접한 GTO와 다이오우드 사이에 냉각핀을 개재하여 다이오우드(5), (15), (25)는 각각 GTO(22), (121), (222)의 음극측의 냉각핀에 붙인 것이다.That is, the
도면중 점선(51∼56)은 접속도체이다.In the drawing, dotted
제12도는 본 발명을 적용해야할 인버터회로의 다른 예의 1상을 표시한 회로도이다.12 is a circuit diagram showing one phase of another example of an inverter circuit to which the present invention is to be applied.
제12도의 인버터회로(161)는 제1도에 있어서의 GTO(21), (22), 다이오우드(31), (32)의 회로를 직렬로 두개 접속한 구성을 가진다.The
제12도의 인버터회로에 본 발명을 적용한 경우의 각 반도체소자(다이오우드 5, 311, 312, 321, 322) 그리고 GTO(411, 412, 421, 422)의 적층순서를 제13도에 표시하고 있다.13 shows the stacking order of the semiconductor elements (
제13도에서는 접속도체는 생략하고 있다.In Fig. 13, the connecting conductor is omitted.
제14도는 직류전동기의 전류를 제어하는 쵸퍼회로의 전형예의 요부를 표시한 것이나 이 경우에도 동일하게 본 발명사상을 적용하므로서 상술한 것과 같은 효과를 얻을 수가 있다.Fig. 14 shows the main parts of a typical example of a chopper circuit for controlling the current of a DC motor, but in this case as well, the same effect as described above can be obtained by applying the present invention.
도면에서 표시한 쵸퍼회로는 표시되어 있지 않은 직류전원에서 필터콘덴서(1)를 개입해서 직류전압이 직류전동기(20)의 전기자(201)와 개자(202) 및 쵸퍼(100)의 직렬회로에 주어진다.In the chopper circuit shown in the drawing, a direct current voltage is applied to the
쵸퍼(100)는 GTO사이리스터(521), (522)의 직렬체와 이러한 사이리스터에 각각 역병렬 접속되어진 다이오우드(531), (532)를 주 구성요소로 하고 있다.The
직류직권전동기(20)에는 병렬에 프리휠다이오우드(57), (58)가 접속되어 있다.
제14도의 쵸퍼회로에 본 발명을 적용한 경우의 각 반도체소자의 적층순서를 제15도에 표시하였다.The lamination order of each semiconductor element in the case where the present invention is applied to the chopper circuit of FIG. 14 is shown in FIG.
제15도에서 명백하게 된 것과 같이 다이오우드(57),(58), GTO(521), 다이오우드(532), GTO(522), 다이오우드(531)의 순서로 적층하는 것인데 GTO와 다이오우드의 사이에는 냉각핀이 개재되어 있다.As apparent from Fig. 15, the stacking is performed in the following order:
본 실시예에서 GTO(521), (522)의 오프시에는 다이오우드(57), (58)에 큰 전류가 흐르기 때문에 다이오우드(57), (58)사이에도 냉각핀을 개재하여 놓는 것이 바람직하다.In the present embodiment, when a large current flows through the
도면중 541, 542는 접속도체이다.In the figure, 541 and 542 are connection conductors.
제16도는 본 실시예인 반도체장치의 단면도로서 냉각핀(105)은 생략하여도 좋다.16 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the present embodiment, and the cooling
상기와 같이 사이리스터와 다이오우드를 서로 역극성으로 하여 병렬로 접속하고 이것들을 복수개 직렬로 접속한 회로를 가지고 있는 반도체장치에 있어서는 사이리스터와 다이오우드를 서로 번갈아 적층하여 이 상호간에 바람직하게 냉매의 비등작용을 이용한 냉각핀을 개재하도록 구성한다.As described above, in a semiconductor device having a circuit in which the thyristors and the diodes are connected to each other in reverse polarity and connected in parallel with each other, the thyristors and the diodes are alternately stacked with each other so that the boiling effect of the refrigerant is preferably used. It is configured to interpose the cooling fins.
이것에 의해 시간적으로 부하조건이 다른 사이리스터와 다이오우드가 냉각핀을 공용하는 것으로서 냉각핀은 대략 일방소자의 최대 부하조건에 균형이 잡힌 냉각능력을 가지면 좋고 소형화가 가능하게 된다.As a result, thyristors and diodes having different load conditions in time share the cooling fins, and the cooling fins can be miniaturized as long as the cooling fins have a balanced cooling capacity with approximately the maximum load condition of one element.
또 도전성의 냉각핀을 사용하는 것으로서 서로 접근에 있는 사이리스터와 다이오우드가 동전위로 되어 중간에 절연층을 설치할 필요가 없고 이러한 점에서도 소형화에 기여하고 있다.In addition, the use of conductive cooling fins allows the thyristor and diode to be approached to each other so that there is no need to install an insulating layer in the middle, which contributes to miniaturization.
상기와 같이 본 발명에 의하면 냉각핀의 소형화에 의해 반도체장치를 소형화로 할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the semiconductor device can be miniaturized by miniaturization of the cooling fins.
상기 실시예에서는 본 발명을 인버터회로, 쵸퍼회로에 적용한 경우에 대해서 설명했으나 본 발명은 이들의 회로에 한정하지 않고 이른바 제1과 제2의 반도체소자를 역병렬로 접속하여 이역병렬체를 복수개 직렬로 접속한 회로이고, 제1, 제2반도체소자의 부하 최대시점이 틀리는 회로에 적용가능하다.In the above embodiment, the present invention has been described in the case where the present invention is applied to an inverter circuit and a chopper circuit, but the present invention is not limited to these circuits, but the so-called first and second semiconductor elements are connected in reverse parallel to connect a plurality of inverse parallel bodies. This circuit is connected to the circuit board, and is applicable to a circuit in which the maximum load time point of the first and second semiconductor elements is different.
그리고 또 상기 각 실시예에서는 두개의 소자를 역병렬로 접속한 것을 복수개 직렬에 접속한 회로인 경우에 대해서도 설명했으나 3개 이상의 소자를 역병렬로 한 것을 복수개 직렬에 접속한 회로에도 적용할 수 있는 것은 언급할 필요도 없는 것이다.In addition, in the above embodiments, the case where the circuit in which two elements are connected in reverse parallel is connected to a plurality of series has been described. However, the circuit in which three or more elements in parallel are connected to a plurality of series is also applicable. It is not necessary to mention.
제17도는 두개의 GTO의 두개의 다이오우드를 역직렬 접속한 경우의 회로도이다.FIG. 17 is a circuit diagram when two diodes of two GTOs are connected in series.
제18도는 제17도의 개별 반도체소자가 적층하는 순서를 표시하는 것이다.FIG. 18 shows the order in which the individual semiconductor elements of FIG. 17 are stacked.
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