[其他]具有冷却装置的半导体组件

说明书

一种需要缓冲电路的半导体组件，具有一冲密封容器，和放置在该密封容器中包括开关元件和二极管的半导体元件堆，以及放入该密封容器内冷却半导体元件堆的冷却剂，其中，半导体元件堆被分成包括开关元件的第一堆和包括二极管的第二堆，第一堆紧靠着具有连接端的密封容器的侧壁设置，使开关元件与缓冲电路之间导线的感抗最小。

本发明涉及一种具有冷却装置的半导体组件，如变换器和断续器，更具体地说是涉及一种具有冷却装置的半导体组件的结构，该种冷却装置适用于需要利用缓冲器电路的半导体组件。

像变换器这样的半导体组件是由大量的半导体元件组成的，其中包括二极管、闸门电路断开可控硅（以下简称为“GTO′s”）等开关元件、可控硅整流器（以下简称为“SCR′s”）和晶体管。在许多情况中，这些半导体器件需要某些冷却装置。

图1是一例变换器，在此中把经滤波电容器1输入的直流（DC）电源转换成3相交流电源，供给异步电动机2。在图1中，标号3和3′是GTO′s;4和4′是单向二极管;5和5′是缓冲器电路二极管;6和6′是缓冲器电路电容器;7和7′是缓冲器电路电阻;8是电抗器;当对应于U相的电路部分为短路状态时，用来限制流过该电路部分的电流;9是二极管，使电流形成一个流过电抗器8的环流。当电流流经上述电路部分时，二极管9截止。虽然以上根据这些电路元件仅对U相进行了说明，V和W相也具有与U相同的电路结构。

在图1的变换器中，主要发热源是GTO′s3和3′、二极管4和4′。因此，在该变换器中，只需对GTO′s和单向二极管，设置某些致冷装置。

近年来，蒸发致冷方法已广泛地用于冷却这类半导体组件。

图2为一个半导体组件的冷却装置，它通过蒸发致冷的方法来冷却图1的变换器。在图2中，标号12为密封壳;13为冷却剂;14为连接管;15为冷凝器;16为连接端;17为导线;18为端壁，其上固定有连接端16;19为散热片。再有，图2中的字符S表示半导体元件堆。U、V、W各相电路都设有密封容器12，所以图1虚线所包围的电路部分的元件都设置在外壳或容器12中，也就是说，把由GTO′s3和3′、二极管4和4′、及散热片19组成的元件堆安装在外壳12内，并向容器12内注入低沸点的冷却剂13，如三氯三氟乙烷（例如，商品名为FLONE113的）使元件堆S浸泡在冷却剂13中。

由GTO′s和其他元件产生的热量使元件堆S的温度上升时，把冷却剂13加热，使之逐渐接近沸点。冷却剂沸腾时，带走了元件堆S的热量，这样元件堆S便得到冷却。由沸腾产生的冷却剂13的蒸气经连接管14进入冷凝器15，被冷却液化，经连接管14把这样液化的冷却剂送回容器12，通过这样的蒸发和液化循环可以有效地冷却如GTO′s3和3′等半导体元件。

然而，在图2的常规半导体组件中，把缓冲电路的二极管5和5′、电容器6和6′与元件堆S一起放置在容器12内。如上所述，没必要对电路部分5、5′、6和6′进行冷却。尽管如此，把这些部分放置在容器12内，仍有如下的理由。由于设置了保护GTO′s3和3′的缓冲电路，则就需要用金属导线将电路部分5、5′、6和6′连接到GTO′s3和3′上，且尽可能地短。详细点说，若节点a和b与二极管5′和电容器6′之间的连接导线变长，则每根导线的电感量就会增加。从而，当流过GTO′s3和3′的电流截止时，缓冲电路就不可能有效地吸收产生于每个GTO′s两端的高压，这样缓冲电路就失去了保护作用。

现在，让我们考虑一下将缓冲电路的二极管5和5′，电容器6和6′放置在密封容器12外面的情况。在这种情况中，必须通过连接端16把GTO′s3和3′与外部二极管5和5′、外部电容器6和6′相连，如图3所示。因此，即便是元件堆S设置在容器12内，且GTO′s3和3′离连接端16不远，若GTO′s3和3′之一与电容器6和6′中相应的一个之间的距离较长，如图3所示，那么缓冲电路也不能以令人满意的方式起到保护作用。因此，将二极管5和5′、电容器6和6′与元件堆一起装置在容器12内，如图2所示。