JPH0714029B2 - 電力用半導体素子 - Google Patents

電力用半導体素子

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JPH0714029B2
JPH0714029B2 JP2027357A JP2735790A JPH0714029B2 JP H0714029 B2 JPH0714029 B2 JP H0714029B2 JP 2027357 A JP2027357 A JP 2027357A JP 2735790 A JP2735790 A JP 2735790A JP H0714029 B2 JPH0714029 B2 JP H0714029B2
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heat
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semiconductor
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semiconductor substrate
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千尋 石橋
浩幸 阿部
進 松岡
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
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    • H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐電圧特性を高めた大容量の電力用半導体素子
に関するものである。
（従来の技術） 高電圧で半導体素子を使用する際には、半導体基体の耐
電圧特性を高めるために半導体基体の厚さを増加させれ
ばよい。ところが半導体基体に電流が流れた際に発生す
る熱量はその厚さの増加とともに指数関数的に増加する
ために、半導体基体の厚さを増加させると熱損失が急激
に増加する。このため、耐電圧特性を高めるには半導体
素子を多数直列に接続して必要とする耐電圧特性を得る
方法が一般に採用されている。
第１図はその一例を示す図であり、半導体素子（15）で
あるサイリスタをフィン付のヒートパイプ（17）を挿入
したヒートシンク部（16）を挟み、２個直列に接続した
ものである。しかしこのように複数の半導体素子（15）
を接続すると、その個数に比例した占有空間が必要とな
り、装置として大型化し、組立及びメンテナンスを含め
たコストも高くなってしまう欠点があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記したような従来の問題点を解決して、高い
耐電圧特性を持ち、しかも装置の大型化やコストの増加
を最小限に抑えることができる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本発明は、複数枚
の半導体基体を相互間に温度補償板を介在させて単一ま
たは一体型のパッケージの内部に絶縁冷媒とともに封入
し、さらに冷却フィンを備えたヒートパイプの先端をこ
のパッケージの内部に接続したことを特徴とするもので
ある。
（作用） 本発明によれば、複数枚の半導体基体を相互間に温度補
償板を介在させて単一のパッケージの内部に絶縁冷媒と
ともに封入したので、従来のように半導体素子を複数直
列に接続したものに比較して全体の大きさを大幅に小型
化することができる。しかも、単一または一体型のパッ
ケージの内部で複数枚の半導体基体から発生した熱をヒ
ートパイプを通じて迅速に外部へ抜取り、冷却フィンに
より大気中へ放熱することができる。このため、通電容
量を増加させることができる。
以下に本発明を実施例により更に詳細に説明する。
（実施例） 実施例１ 第２図は第１の実施例を示すもので、（１）はサイリス
タのような複数枚の半導体基体、（２）は各半導体基体
（１）の両側に介在させた温度補償板、（３）は導電部
である。これらの複数枚の半導体基体（１）と温度補償
板（２）とはセラミックス等の絶縁材料からなる単一の
パッケージ（４）の内部に封入されている。このように
構成された電力用半導体素子は、単一のパッケージ
（４）の内部に複数枚の半導体基体（１）と温度補償板
（２）とを交互に封入したものであるから、大きい耐電
圧特性を持ち、また個々の半導体基体（１）の厚みを薄
くできるので、同じ耐電圧特性を持つ素子を一枚の半導
体基体で構成したものに比べ熱損失を小さくすることが
できる。また第１図に示した従来のものに比較して、全
体の大きさを著しく小型化することができる。
しかも、前記したパッケージ（４）の側壁を貫通して複
数本のヒートパイプ（６）が設けられており、これらの
ヒートパイプ（６）の先端部分には多数の冷却フィン
（７）が取り付けられている。このヒートパイプ（６）
の内部に封入された例えばパーフロロカーボンあるいは
純水等の絶縁冷媒がパッケージ（４）の内部空間に入る
ことができる構造となっており、絶縁冷媒が半導体基体
（１）と直接接触してその発生熱を奪うことができる。
実施例２ 第３図は第２の実施例を示す図であり、２組の半導体基
体（１）の中間部に銅のような熱伝導性に優れた金属か
らなるヒートシンク部（８）を設け、多数の冷却フィン
（７）を備えたヒートパイプ（６）の先端を、このヒー
トシンク部（８）に挿入したものである。またヒートパ
イプ（６）の基部に碍子状の絶縁管（９）を設け、これ
よりも先端部分を絶縁している。この実施例ではパッケ
ージ（４）の内部の熱はヒートシンク部（８）からヒー
トパイプ（６）を通じて奪われることとなる。なお
（５）はパッケージ（４）に形成されたフィンである。
実施例３ 第４図は第３の実施例を示す図であり、ヒートパイプ
（６）の先端を中央のヒートシンク部（８）のみなら
ず、電極となる両側の導電部（３）にも埋込んである。
従って、実施例２のものよりも、更に優れた放熱性を得
ることができ一層の小型化が可能となる。
実施例４ 第５図は第４の実施例を示す図であり、中央のヒートシ
ンク部（８）と両側の導電部（３）に孔（10）を設ける
とともに、ヒートパイプ（６）の内部の絶縁冷媒がこれ
らの孔（10）の内部に流入して熱を奪うことができる構
造となっている。従って、実施例３よりも更に多量の熱
をパッケージ（４）の内部から効率よく除去することが
できる。
実施例５ 第６図は第５の実施例を示す図であり、半導体基体
（１）が独立して封入された複数のパッケージ（４）が
中央の導電部（３）の両側に接合されて一体型のパッケ
ージ（４）を構成している。そしてヒートパイプ（６）
の先端はこの中央の導電部（３）の内部に挿入されて中
央の導電部（３）の両側から熱を奪っている。このよう
に半導体基体（１）を独立して封入すると、素子の組立
が容易となり、製造コストの低減が図れる利点がある。
実施例６ 第７図は第６の実施例を示す図であり、実施例５におけ
る両側の導電部（３）にもヒートパイプ（６）の先端を
挿入したものである。実施例５よりも優れた放熱性を得
ることができ、更に小型化が可能となる。なお、この発
明は次のように具体化することもできる。
例えば第８図および第９図に示すように、素子の両側
を、ヒートパイプ（６）を挿入したヒートシンク部（8
a）で挟むようにしても良い。このようにすれば冷却効
率を更に高めることができる。
（発明の効果） 以上に説明したように、本発明によれば複数枚の半導体
基体を単一のパッケージの内部に絶縁冷媒とともに封入
したので、全体を大型化することなく高い耐電圧特性を
持つ電力用半導体素子を得ることができる。また、冷却
フィンを備えたヒートパイプの先端をこのパッケージの
内部に接続したので、更に能率よくパッケージの内部か
ら熱を除去することができ、その電流容量を更に向上さ
せることができる。
なお、上記の実施例では半導体基体としてサイリスタを
用いたが、これ以外にもダイオードをはじめ各種の半導
体素子を用いることもできることはいうまでもない。
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きい
ものがある。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例を示す断面図、第２図〜第９図はそれぞ
れ第１〜第８の実施例を示す断面図である。 （１）：半導体基体、（２）：温度補償板、（４）：パ
ッケージ、（６）：ヒートパイプ、（７）：冷却フィ
ン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 25/18

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数枚の半導体基体（１）を相互間に温度
    補償板（２）を介在させて単一または一体型のパッケー
    ジ（４）の内部に絶縁冷媒とともに封入し、さらに冷却
    フィン（７）を備えたヒートパイプ（６）の先端をこの
    パッケージ（４）の内部に接続したことを特徴とする電
    力用半導体素子。
JP2027357A 1990-02-07 1990-02-07 電力用半導体素子 Expired - Lifetime JPH0714029B2 (ja)

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JP2027357A JPH0714029B2 (ja) 1990-02-07 1990-02-07 電力用半導体素子
EP19910300885 EP0441572A3 (en) 1990-02-07 1991-02-04 Power semiconductor device with heat dissipating property
CA 2035724 CA2035724C (en) 1990-02-07 1991-02-05 Power semiconductor device with heat dissipating property
US07/928,665 US5229915A (en) 1990-02-07 1992-08-17 Power semiconductor device with heat dissipating property

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JPH03231446A JPH03231446A (ja) 1991-10-15
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CA2035724A1 (en) 1991-08-08
EP0441572A2 (en) 1991-08-14
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EP0441572A3 (en) 1992-07-15
CA2035724C (en) 1995-09-19

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