JPH0680755B2 - 電力用半導体素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は放熱性能を著しく向上させた電力用半導体素子
に関するものである。

（従来の技術） サイリスタ、トランジスタ、ダイオードのような大型の
電力用半導体素子に大電流を流すと、半導体基体に大量
の熱が発生する。このため、従来から半導体基体の両面
の導電部を銅のような熱伝導率の良い材料からなる大型
のものとするとともに、更にその外側に冷却用のヒート
シンクを接合させ、半導体基体の熱を除去するようにし
た構造のものが工夫されている。

第２図はこのような従来型の電力用半導体素子を示すも
のであり、半導体基体（20）の両面の導電部（21）の外
側に銅やアルミニウム等からなる大型の冷却フィン（2
2）を密着させたものである。またこのほか、導電部（2
1）の外側に銅等からなる金属ブロックを密着させ、こ
の金属ブロックに更にヒートパイプを埋込んで冷却効果
を高めるようにしたものも工夫されている。

ところがこのような従来のものは、半導体基体（20）で
発生した熱がまず導電部（21）へ伝わり、更にその外側
の冷却フィン（22）や金属ブロックに伝わる構造のもの
で、これらの各部間の接触熱抵抗が無視できぬ大きさと
なり、また発熱部と放熱部の間の熱伝導距離が長くな
り、冷却効果を高めるためには半導体基体に比較して極
めて大きいヒートシンクを設ける必要があるため、全体
が大型化してしまう問題があった。しかもそれでもなお
冷却能力に限界があり、半導体素子の電流容量が発熱に
よって制限されてしまうという問題があった。そこで、
特開昭61−102099号公報に示されるようにヒートパイプ
により半導体素子を冷却するものも提案されているが、
ヒートパイプは絶縁材で被覆されるうえに該絶縁材上に
電極端子を取り付け、該電極端子上に半導体素子を取り
付けるため、放熱効率が悪いという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はこのような従来の問題点を解決して、ヒートパ
イプの機能を最大限発揮して半導体基体の発熱を効率良
く冷却することができる、放熱性能に優れた電力用半導
体素子を提供するために完成されたものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するためになされた発明は、両面に一
対の導電部を取り付けた半導体基体を絶縁部材の内部に
密封するとともに、該絶縁部材を貫通させてヒートパイ
プの端部を取付け、ヒートパイプの内部の絶縁液体冷媒
と半導体基体とを直接接触させるとともに、ヒートパイ
プ上に多数の冷却フィンを取付けたことを特徴とするも
のである。

以下にこれらの発明を実施例により更に詳細に説明す
る。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示すもので、（１）は平型の
サイリスタである半導体基体、（２）、（２）はその両
面に密着された温度補償板、（３）、（３）はその外面
に取付けられた電極と放熱板を兼ねる銅製の導電部、
（４）は半導体基体（１）を内部に密封している絶縁部
材である。本発明においては、この絶縁部材（４）を貫
通させてヒートパイプ（５）の端部が直結されており、
ヒートパイプ（５）の内部の絶縁液体冷媒（８）が直接
に絶縁部材（４）内の半導体基体（１）と接触すること
ができる構造となっている。またヒートパイプ（５）の
基部には碍子状の絶縁管部（６）が絶縁部材（４）と一
体化して設けられて電気的な絶縁を確保しており、その
外側のヒートパイプ（５）上には冷却フィン（７）が多
数取付けられている。

このように構成された本発明の電力用半導体素子は、そ
の導電部（３）、（３）を通じて半導体基体（１）に大
電流を流した際に発生する大量の熱を半導体基体（１）
と直接接触しているヒートパイプ（５）の絶縁液体冷媒
（８）により極めて迅速に冷却フィン（７）まで移動さ
せて該冷却フィン（７）により放熱を行わせることがで
きるので、ヒートパイプと絶縁材及び電極端子を介在さ
せて半導体素子を冷却させている従来の構造に比較し
て、半導体基体（１）と絶縁液体冷媒（８）間に受熱体
が介在されないので、半導体基体（１）の発熱は絶縁液
冷媒（８）により直接放熱されることとなり、放熱効率
を従来のものに比較して著しく向上させることができ
る。なお、ヒートパイプ（５）の絶縁液体冷媒（８）は
半導体基体（１）の正極と負極とに同時に接触すること
になるが、十分な絶縁性を持つので、短絡等のトラブル
を生ずるおそれはない。

（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によれば従来の電力用半
導体素子において放熱性能を低下させる原因となってい
た半導体基体とヒートパイプとの間に介在される受熱体
をなくして接触熱抵抗を減少させることにより、半導体
素子の放熱性能を著しく向上させることができるので、
大電流を流すことが可能となり、半導体素子の電流容量
を増加させることができるとともに、電流容量を一定と
した場合には全体の大きさを縮小することができる。

よって本発明は従来の問題点を一掃した電力用半導体素
子として、産業の発展に寄与するところは極めて大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す部分断面図、第２図は従
来例を示す断面図である。 （１）：半導体基体、（３）：導電部、（４）：絶縁部
材、（５）：ヒートパイプ、（７）：冷却フィン、
（８）：絶縁液体冷媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両面に一対の導電部（３）、（３）を取り
   付けた半導体基体（１）を絶縁部材（４）の内部に密封
   するとともに、該絶縁部材（４）を貫通させてヒートパ
   イプ（５）の端部を取付け、ヒートパイプ（５）の内部
   の絶縁液体冷媒（８）と半導体基体（１）とを直接接触
   させるとともに、ヒートパイプ（５）上に多数の冷却フ
   ィン（７）を取付けたことを特徴とする電力用半導体素
   子。