[其他]具有冷卻裝置的半導(dǎo)體組件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 85104187
• 申請(qǐng)日: 1985-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN85104187B
• 公開（公告）日: 1988-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 板鼻博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所
• 主分類號(hào): H01L23/44
• 分類號(hào): H01L23/44;H01L25/10
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 杜日新

本發(fā)明涉及一種具有冷卻裝置的半導(dǎo)體組件，如變換器和斷續(xù)器，更具體地說是涉及一種具有冷卻裝置的半導(dǎo)體組件的結(jié)構(gòu)，該種冷卻裝置適用于需要利用緩沖器電路的半導(dǎo)體組件。

像變換器這樣的半導(dǎo)體組件是由大量的半導(dǎo)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(guān)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(dǎo)體器件需要某些冷卻裝置。

圖1是一例變換器，在此中把經(jīng)濾波電容器1輸入的直流（DC）電源轉(zhuǎn)換成3相交流電源，供給異步電動(dòng)機(jī)2。在圖1中，標(biāo)號(hào)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(dāng)對(duì)應(yīng)于U相的電路部分為短路狀態(tài)時(shí)，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(gè)流過電抗器8的環(huán)流。當(dāng)電流流經(jīng)上述電路部分時(shí)，二極管9截止。雖然以上根據(jù)這些電路元件僅對(duì)U相進(jìn)行了說明，V和W相也具有與U相同的電路結(jié)構(gòu)。

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

近年來，蒸發(fā)致冷方法已廣泛地用于冷卻這類半導(dǎo)體組件。

圖2為一個(gè)半導(dǎo)體組件的冷卻裝置，它通過蒸發(fā)致冷的方法來冷卻圖1的變換器。在圖2中，標(biāo)號(hào)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(dǎo)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(dǎo)體元件堆。U、V、W各相電路都設(shè)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(shè)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(nèi)，并向容器12內(nèi)注入低沸點(diǎn)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(chǎn)生的熱量使元件堆S的溫度上升時(shí)，把冷卻劑13加熱，使之逐漸接近沸點(diǎn)。冷卻劑沸騰時(shí)，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(chǎn)生的冷卻劑13的蒸氣經(jīng)連接管14進(jìn)入冷凝器15，被冷卻液化，經(jīng)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(fā)和液化循環(huán)可以有效地冷卻如GTO′s3和3′等半導(dǎo)體元件。

然而，在圖2的常規(guī)半導(dǎo)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(nèi)。如上所述，沒必要對(duì)電路部分5、5′、6和6′進(jìn)行冷卻。盡管如此，把這些部分放置在容器12內(nèi)，仍有如下的理由。由于設(shè)置了保護(hù)GTO′s3和3′的緩沖電路，則就需要用金屬導(dǎo)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(xì)點(diǎn)說，若節(jié)點(diǎn)a和b與二極管5′和電容器6′之間的連接導(dǎo)線變長，則每根導(dǎo)線的電感量就會(huì)增加。從而，當(dāng)流過GTO′s3和3′的電流截止時(shí)，緩沖電路就不可能有效地吸收產(chǎn)生于每個(gè)GTO′s兩端的高壓，這樣緩沖電路就失去了保護(hù)作用。

現(xiàn)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(shè)置在容器12內(nèi)，且GTO′s3和3′離連接端16不遠(yuǎn)，若GTO′s3和3′之一與電容器6和6′中相應(yīng)的一個(gè)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(hù)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(nèi)，如圖2所示。

在圖2的半導(dǎo)體冷卻組件中，密封容器12內(nèi)部的壓力，從低溫時(shí)的近似真空到高溫時(shí)的幾個(gè)大氣壓（即，幾巴）之間變化，所以，要求安裝在容器12內(nèi)的半導(dǎo)體元件和部件能夠承受這樣的壓力變化，即使半導(dǎo)體元件經(jīng)受上述壓力變化，也不會(huì)出現(xiàn)任何問題。然而，普通的電容器不能經(jīng)受住這樣的壓力變化，所以，圖2組件中的電容器6和6′必須按特殊規(guī)格來制造。

一般電容器處在低壓的環(huán)境時(shí)，電容器的耐壓下降。因此，在圖2的半導(dǎo)體組件中用的每個(gè)電容器6和6′需具有足夠高的耐壓。

此外，在圖2的組件中，不僅元件堆S，電容器6和6′也安裝在容器12中，因而容器12的體積較大。

如上所述，在圖2的組件中，緩沖電路的電容器6和6′需要按特殊規(guī)格制造，并且要具有足夠高的耐壓，容器12的體積也要大。這些都導(dǎo)致了圖2的半導(dǎo)體組件的造價(jià)劇增。