專利名稱:具有冷卻裝置的半導體組件的制作方法
本發(fā)明涉及一種具有冷卻裝置的半導體組件，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(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(tài)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(huán)流，當電流流經(jīng)上述電路部分時，二極管9截止。雖然以上根據(jù)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(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GTO′s和單向二極管，設置某些致冷裝置。
近年來，蒸發(fā)致冷方法已廣泛地用于冷卻這類半導體組件。
圖2為一個半導體組件的冷卻裝置，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(nèi)，并向容器12內(nèi)注入低沸點的冷卻劑13，如三氯三氟乙烷(例如，商品名為FLONE 113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，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(chǎn)生的冷卻劑13的蒸氣經(jīng)連接管14進入冷凝器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′等半導體元件。
然而，在圖2的常規(guī)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(nèi)。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(nèi)，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(jié)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(chǎn)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(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，既便是元件堆S設置在容器12內(nèi)，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(nèi)，如圖2所示。
在圖2的半導體冷卻組件中，密封容器12內(nèi)部的壓力，從低溫時的近似真空到高溫時的幾個大氣壓(即，幾巴)之間變化，所以，要求安裝在容器12內(nèi)的半導體元件和部件能夠承受這樣的壓力變化，即使半導體元件經(jīng)受上述壓力變化，也不會出現(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，電容器的耐壓下降。因此，在圖2的半導體組件中用的每個電容器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。這些都導致了圖2的半導體組件的造價劇增。
而且，加有很高內(nèi)部壓力的密封容器12的內(nèi)部容積如果超出預先規(guī)定大小，就要將容器12作為受法規(guī)制約的壓力容器來對待。在這樣的情況下，容器12要格外精心制做，所以半導體組件的造價就會進一步增加。
如圖2所示，在將緩沖電路的電容器安裝在密封容器內(nèi)的情況中，密封容器的容積增加一個相當于上述電容器大小的量，于是就會受到法規(guī)制約，但如果不將電容器安放在密封容器內(nèi)，也就不受法規(guī)限制了。
為了消除常規(guī)半導體冷卻組件的這類缺點，已有許多方案，其中之一發(fā)表在日本專利申請公開說明“昭59-10248號”中。
本發(fā)明的目的是提供一種半導體組件，該組件不但結(jié)構(gòu)簡單，且能夠使在密封容器內(nèi)的開關元件與在密封容器之外的緩沖電路電容器之間的連接導線縮短。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種半導體組件，其安裝在密封容器內(nèi)的元件堆被分成第一堆和第二堆，并且把第一堆的一邊安裝在緊靠具有連接端的密封容器的端壁處。
結(jié)合附圖，從以下詳細說明中將會清楚地了解本發(fā)明。其中圖1為應用本發(fā)明的一個變換器電路圖;
圖2為一個常規(guī)半導體冷卻組件的剖面圖;
圖3為解釋圖2實例缺點的剖面圖。
圖4為本發(fā)明半導體組件的一個實施例的剖面圖。
現(xiàn)在，參考附圖4，來說明本發(fā)明的半導體組件的實施例。
在圖4中表示了上述實施例，標號S1和S2分別為第一、第二堆。而且，圖4中與圖2相同的標號表示為相同的組成元件。參看圖4，第一堆S1由堆砌GTO′s3和3′及散熱片19而構(gòu)成，要裝在密封容器12內(nèi)，把第一堆S1的側(cè)邊部設置在緊靠著帶有連接端16的密封容器12的端壁18處。而第2堆S2由堆砌二極管4、4′和9及其它散熱片19而構(gòu)成，安裝在密封容器12內(nèi)，使第一堆S1和第二堆S2并列。
其結(jié)果，由于GTO′s3和3′設置得與連接端16非常近，使之能夠直接地與連接端相連。于是，如圖4所示，當在密封容器12的外部裝置緩沖電路的二極管5和5′及電容器6和6′時，連接GTO′s3和3′與緩沖電路的導線長度L2可制作得盡量短，如圖4所示。即根據(jù)本實施例，雖然電容器6和6′設置在密封容器12的外部，可是GTO′s3和3′與緩沖電路之間導線的電感卻非常小。因此，緩沖電路就可以有效地保護GTO′s3和3′。
在上述圖4的實施例中，堆S1和S2的每一個都是垂直取向的，各個元件如GTO′s3和3′、二極管4、4′和9，以及散熱片19都大致為園盤狀，使它們堆砌在密封容器內(nèi)。另一方面，每一個堆S1和S2也可是水平取向的，把各個元件GTO′s3和3′、二極管4和4′和9，以及散熱片19一個接一個地水平排列在容器12內(nèi)。水平排列能夠降低容器12的高度。各堆水平設置的俯視圖類似于圖4下部所示的各堆垂直設置的側(cè)視圖。
本實施例中，需要緩沖電路的開關元件是GTO。然而，本發(fā)明也可應用于將SCR或晶體管作為上述開關元件的情況中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明能夠把堆S1中的開關元件與外部電路元件之間導線的電感做得很小，所以緩沖電路的電容器就能安置在密封容器之外。從而使上述電容器不受密封容器內(nèi)壓力變化的影響，因而，也就不需使用特殊規(guī)格的電容器或高強度抗壓力電容器來做為每個緩沖電路的電容器了，而且可以在每個緩沖電路中使用廉價的、小體積的電容器。
再有，根據(jù)本發(fā)明，緩沖電路的電容器不必與半導體元件堆一起放置在密封容器內(nèi)，所以密封容器可以小型化。因而密封容器也就不至于受到關于壓力容器法規(guī)的限制了，所以可降低制造成本。
另外，由于緩沖電路電容器不再浸泡在加熱到相當高溫度的冷卻劑中，損壞電容器的可能性很小，使電容器工作在一個高可靠性狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種需要緩沖電路的半導體組件，具有一個密封容器，和放入上述密封器內(nèi)的冷卻劑，以及浸入上述冷卻劑中，通過上述冷卻劑的蒸發(fā)冷凝進行冷卻的，包括開關元件和二極管的半導體元件堆，其特征在于上述半導體元件堆被分成包括上述開關元件的第一堆和包括所述二極管的第二堆，上述第一堆的一側(cè)面緊靠上述密封容器具有連接端的端壁而設置，第一堆的上述側(cè)面與密封容器的上述端壁彼此相對。
2.根據(jù)權(quán)項1所述半導體器件，其中上述第一堆和第二堆的設置，使上述第一堆和第二堆各自的側(cè)面彼此相對，并且使第一堆的上述側(cè)面與密封容器的具有上述連接端的上述端壁平行。
專利摘要
一種需要緩沖電路的半導體組件，具有一個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(nèi)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(cè)壁設置，使開關元件與緩沖電路之間導線的感抗最小。
文檔編號H01L23/34GK85104187SQ85104187
公開日1986年11月26日 申請日期1985年6月1日
發(fā)明者板鼻博 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan