半導体冷却構造

【課題】半導体素子を冷却する際に、冷却構造に密着させる際に密着しないという課題があった。
【解決手段】本発明の半導体冷却構造は、複数個の半導体素子を、互いに間隙を有しながら取付面に並列配置してなる半導体冷却構造において、前記半導体素子を前記取付面に対して接触させるための狭圧手段が、前記複数個の半導体素子ごとに設置してあり、前記半導体素子と前記取付面の間に絶縁材が配置され、前記半導体素子と前記絶縁材の公差を含めた厚み方向の寸法が、前記狭圧手段の前記半導体素子への接触面から取付面の寸法以上とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の半導体冷却構造を、図７から図９を用いて説明する。図７は、従来技術の半導体冷却構造の平面図である。図８は、従来技術の半導体冷却構造の正面図である。図９は、従来技術の半導体冷却構造の断面図である。
【０００３】
半導体冷却構造１０１は、冷却媒体を内部に流通させる一対の冷却管１０３の間に、半導体素子１２１を内蔵した半導体モジュール１０２を複数個、互いの間に間隙部１１１を設けながら並列配置してなる。
【０００４】
そして、図７に示すごとく、上記一対の冷却管１２１を半導体モジュール１０２に押圧するための挟圧手段１０４が、各半導体モジュール１０２ごとに個別に配設してある。なお、図８、図９においては、挟圧手段１０４の記載を省略してある。
【０００５】
一対の冷却管１０３のうちの少なくとも一方は、隣り合う半導体モジュール１０２の間の間隙部１１１に対向する部分に、挟圧手段１０４の加圧力によって変形可能な可変形部１３１を設けてなる。
【０００６】
可変形部１３１は、塑性変形可能に構成されている。すなわち、冷却管１０３のうち少なくとも可変形部１３１は、塑性材料によって構成されている。
【０００７】
図７に示すごとく、挟圧手段１０４は、冷却管１０３における半導体モジュール１０２と反対側の面に配された一対の押圧板１４１と、一対の押圧板１４１をその端部において貫通する複数のスルーボルト１４２と、該スルーボルト１４２に螺合するナット１４３とからなる。そして、挟圧手段１０４は、スルーボルト１４２とナット１４３とによって、一対の押圧板１４１を互いに近づける方向に締め付けることによって、一対の冷却管１０３を半導体モジュール１０２に押圧させる。
【０００８】
このようにして、複数の半導体モジュール１０２に対してそれぞれ設けられた複数の挟圧手段１０４によって、それぞれの半導体モジュール１０２に冷却管１０３を押圧して密着させる。このとき、各半導体モジュール１０２への冷却管１０３の加圧力は、複数の半導体モジュール１０２において均等になるようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１８２３１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら，前記従来の構成では半導体素子を冷却管に密着させるために複雑な形状の狭圧手段を用いる必要があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、単純な構造により取付面に対しての接触圧を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体素子の冷却構造は、半導体素子と取付面の間に設置した絶縁材の合計寸法を狭圧手段の寸法より大きくすることで，半導体素子の固定を行うものである。また、前記課題を解決するために，本発明の半導体素子の冷却構造は、半導体素子の位置規制用の固定部を持つものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体素子の冷却構造は、複数の半導体素子を一定の圧力で取付面に対しての接触圧を確保することが出来るものである。また，本発明の半導体素子の冷却構造は、半導体素子の取付角度、位置決めを可能とするものである。また、本発明の半導体素子の冷却構造は、半導体素子の取付角度，位置決めを可能とすると同時に冷却性を向上させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１における半導体素子の冷却構造の断面図
【図２】実施の形態１における半導体素子の冷却構造の平面図
【図３】実施の形態１における半導体素子の平面図
【図４】実施の形態２における半導体素子の冷却構造の平面図
【図５】実施の形態３における半導体素子の冷却構造平面図
【図６】実施の形態４における半導体素子の冷却構造正面図
【図７】従来の半導体冷却構造における平面図
【図８】従来の半導体冷却構造における正面図
【図９】従来の半導体冷却構造における断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１、図２、および図３を用いて本実施の形態に係る半導体素子の冷却構造を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態における半導体素子の冷却構造の断面図である。図２は、本実施の形態における半導体素子の冷却構造の平面図である。
【００１８】
半導体素子の冷却構造は、半導体素子１と、絶縁材２と、取付面３と、狭圧手段４と、ネジ５と、接触面６とによって構成されている。
【００１９】
図３は半導体素子１を取付面から見た平面図である。半導体素子１は、放熱板３１と、電極端子３２と、樹脂モールド部３３と、ネジ穴３４と、ネジ穴樹脂モールド部３５で構成されている。よ放熱板３１は電極端子３２と電気的に接合され、放熱板以外をモールドすることで樹脂モールド部３３を形成しており、単品での取付けのためにネジ穴３４が配されている。ネジ穴３４にネジが通った場合のネジと放熱板３１の絶縁距離を確保出来るようにネジ穴と同心円状に形成されたネジ穴樹脂モールド部３５が形成されている。
【００２０】
図１において、複数個の半導体素子１が一定の間隙を設けて並列に配置されており、半導体素子１は取付面３との絶縁性と熱伝導性を考慮し熱伝導の良好な絶縁材２を介して取付面３に接触しており，狭圧手段４は半導体素子１を十分冷却できる一定の接触圧で狭圧手段４の両端部でネジ５によって取付面３に取り付けられている。
【００２１】
このとき、狭圧手段４の半導体素子１との接触面６から取付面３の寸法が、半導体素子１の取付面３に対して高さ方向の寸法以下、かつその差が絶縁材２の厚み以下となるようにし、狭圧手段４がネジ５を所定のトルクで締め付けた時に、半導体素子１の高さ方向の寸法公差以下の弾性変化となるようにすることで、半導体素子１を絶縁材２を介し取付面３に密着させることができる。
【００２２】
なお、取付面３と狭圧手段４の接触面に絶縁材２を介さないことでも同様の結果を得ることが出来る。
【００２３】
（実施の形態２）
図４を用いて本実施の形態に係る半導体素子の冷却構造を説明する。ただし、実施の形態１と同じ箇所は説明を省略する。
【００２４】
図４に示すように、図１の構成に加え、複数の半導体素子１それぞれの間にリブ４０を設けることにより、横方向の位置ずれを規制することにより、半導体素子１の取付が行いやすくなるものである。
【００２５】
（実施の形態３）
図５を用いて本実施の形態に係る半導体素子の冷却構造を説明する。ただし、実施の形態１又は２と同じ箇所は説明を省略する。
【００２６】
図５に示すように、図４の構成に加え、ネジ穴３４に挿入されるようにリブ４１を設けることによって縦方向のずれを規制することにより、半導体素子１の取り付けが行いやすくなるものである。
【００２７】
（実施の形態４）
図６を用いて本発明の実施の形態を説明する。ただし、実施の形態１ないし３と同じ箇所は説明を省略する。
【００２８】
図６に示すように、放熱用フィン５０を設けることによって取付面３への熱伝導だけではなく、狭圧手段４を通じて空間への熱放射をさせやすい構造とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電力変換装置に幅広く適用できるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１半導体素子
２絶縁材
３取付面
４狭圧手段
５ネジ
６接触面
３１放熱板
３２電極端子
３３樹脂モールド部
３４ネジ穴
３５ネジ穴樹脂モールド部
５０放熱用フィン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の半導体素子を、互いに間隙を有しながら取付面に並列配置してなる半導体冷却構造において、前記半導体素子を前記取付面に対して接触させるための狭圧手段が、前記複数個の半導体素子ごとに設置してあり、前記半導体素子と前記取付面の間に絶縁材が配置され、前記半導体素子と前記絶縁材の公差を含めた厚み方向の寸法が、前記狭圧手段の前記半導体素子への接触面から取付面の寸法以上になることを特徴とする半導体冷却構造。
【請求項２】
前記複数個の半導体素子間の間隙部にリブを設けた狭圧手段を持つことを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却構造。
【請求項３】
前記複数個の半導体素子のネジ用穴にリブを設けた狭圧手段を持つことを特徴とする請求項２に記載の半導体冷却構造。
【請求項４】
前記狭圧手段に放熱用のフィンを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体冷却構造。

【図１】