[其他]具有冷卻裝置的半導體組件

在審

• 申請號: 101985000004187
• 申請日: 1985-06-01
• 公開（公告）號: CN85104187B
• 公開（公告）日: 1988-11-16
• 發明（設計）人: 板鼻博
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 杜日新

一種需要緩沖電路的半導體組件，具有一沖密封容器，和放置在該密封容器中包括開關元件和二極管的半導體元件堆，以及放入該密封容器內冷卻半導體元件堆的冷卻劑，其中，半導體元件堆被分成包括開關元件的第一堆和包括二極管的第二堆，第一堆緊靠著具有連接端的密封容器的側壁設置，使開關元件與緩沖電路之間導線的感抗最小。

本發明涉及一種具有冷卻裝置的半導體組件，如變換器和斷續器，更具體地說是涉及一種具有冷卻裝置的半導體組件的結構，該種冷卻裝置適用于需要利用緩沖器電路的半導體組件。

像變換器這樣的半導體組件是由大量的半導體元件組成的，其中包括二極管、閘門電路斷開可控硅（以下簡稱為“GTO′s”）等開關元件、可控硅整流器（以下簡稱為“SCR′s”）和晶體管。在許多情況中，這些半導體器件需要某些冷卻裝置。

圖1是一例變換器，在此中把經濾波電容器1輸入的直流（DC）電源轉換成3相交流電源，供給異步電動機2。在圖1中，標號3和3′是GTO′s;4和4′是單向二極管;5和5′是緩沖器電路二極管;6和6′是緩沖器電路電容器;7和7′是緩沖器電路電阻;8是電抗器;當對應于U相的電路部分為短路狀態時，用來限制流過該電路部分的電流;9是二極管，使電流形成一個流過電抗器8的環流。當電流流經上述電路部分時，二極管9截止。雖然以上根據這些電路元件僅對U相進行了說明，V和W相也具有與U相同的電路結構。

在圖1的變換器中，主要發熱源是GTO′s3和3′、二極管4和4′。因此，在該變換器中，只需對GTO′s和單向二極管，設置某些致冷裝置。

近年來，蒸發致冷方法已廣泛地用于冷卻這類半導體組件。

圖2為一個半導體組件的冷卻裝置，它通過蒸發致冷的方法來冷卻圖1的變換器。在圖2中，標號12為密封殼;13為冷卻劑;14為連接管;15為冷凝器;16為連接端;17為導線;18為端壁，其上固定有連接端16;19為散熱片。再有，圖2中的字符S表示半導體元件堆。U、V、W各相電路都設有密封容器12，所以圖1虛線所包圍的電路部分的元件都設置在外殼或容器12中，也就是說，把由GTO′s3和3′、二極管4和4′、及散熱片19組成的元件堆安裝在外殼12內，并向容器12內注入低沸點的冷卻劑13，如三氯三氟乙烷（例如，商品名為FLONE113的）使元件堆S浸泡在冷卻劑13中。

由GTO′s和其他元件產生的熱量使元件堆S的溫度上升時，把冷卻劑13加熱，使之逐漸接近沸點。冷卻劑沸騰時，帶走了元件堆S的熱量，這樣元件堆S便得到冷卻。由沸騰產生的冷卻劑13的蒸氣經連接管14進入冷凝器15，被冷卻液化，經連接管14把這樣液化的冷卻劑送回容器12，通過這樣的蒸發和液化循環可以有效地冷卻如GTO′s3和3′等半導體元件。

然而，在圖2的常規半導體組件中，把緩沖電路的二極管5和5′、電容器6和6′與元件堆S一起放置在容器12內。如上所述，沒必要對電路部分5、5′、6和6′進行冷卻。盡管如此，把這些部分放置在容器12內，仍有如下的理由。由于設置了保護GTO′s3和3′的緩沖電路，則就需要用金屬導線將電路部分5、5′、6和6′連接到GTO′s3和3′上，且盡可能地短。詳細點說，若節點a和b與二極管5′和電容器6′之間的連接導線變長，則每根導線的電感量就會增加。從而，當流過GTO′s3和3′的電流截止時，緩沖電路就不可能有效地吸收產生于每個GTO′s兩端的高壓，這樣緩沖電路就失去了保護作用。

現在，讓我們考慮一下將緩沖電路的二極管5和5′，電容器6和6′放置在密封容器12外面的情況。在這種情況中，必須通過連接端16把GTO′s3和3′與外部二極管5和5′、外部電容器6和6′相連，如圖3所示。因此，即便是元件堆S設置在容器12內，且GTO′s3和3′離連接端16不遠，若GTO′s3和3′之一與電容器6和6′中相應的一個之間的距離較長，如圖3所示，那么緩沖電路也不能以令人滿意的方式起到保護作用。因此，將二極管5和5′、電容器6和6′與元件堆一起裝置在容器12內，如圖2所示。