(57)【要約】【課題】半導体素子に半導体保護用ヒューズを組み合わせてエレメントヒューズ方式回路のユニットを構成する半導体装置について、ユニットの小形，コンパクト化と併せて、ヒューズの高い通電耐量が確保できるようにユニットの冷却方式を改良する。【解決手段】複数の半導体素子１，半導体保護用ヒューズ１０を組み合わせて３相ブリッジの回路ユニットを構成した半導体装置において、半導体素子１は水冷冷却体２と組み合わせた半導体スタックに純水（冷媒）を送流して水冷冷却するようにし、導体保護用ヒューズ２については、従来の風冷方式に替えて、ヒューズリンクを載置接続した直流出力側の母線（接続導体）１１に冷却水通路１１ａを形成した上で、この冷却水通路を前記半導体スタックの水冷冷却体２に導水ホース１２を介して連通させ、ここに純水を循環送水することにより通電で発熱した母線１１および母線から伝熱する半導体保護用ヒューズ１０を半導体素子１とともに水冷冷却する。【選択図】        図１
2005302402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子,および半導体素子ごとに接続した半導体保護用ヒューズで電力変換回路ユニットを構成した半導体装置であり、半導体素子は純水を冷媒とする水冷冷却体と組み合わせて水冷冷却し、半導体保護用ヒューズはそのヒューズリンクを接続導体に直接載置して接続するようにしたものにおいて、
前記ヒューズの接続導体に冷水通路を形成し、該接続導体の冷水通路を半導体素子の水冷冷却体に連通させて純水を通流させるようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、半導体素子が平形半導体素子であり、該半導体素子を水冷冷却体と交互に積み重ねてスタックを構成した上で、各水冷冷却体とヒューズの接続導体の間を絶縁性の導水ホースを介して連通接続したことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置において、半導体素子がモジュール形半導体素子であり、該半導体素子を一括して水冷冷却体上に並置した上で、該水冷冷却体とヒューズの接続導体の相互間を絶縁性の導水ホースを介して連通接続したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体素子,および各半導体素子に接続した半導体保護用ヒューズで電力変換回路ユニットを構成した水冷式半導体装置の組立構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭記の半導体装置として、平形半導体素子と水冷冷却体とを交互に積み重ねて一体に組立てた半導体スタックが周知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
次に、図４に示すエレメントヒューズ方式の３相ブリッジ整流回路ユニットを例に、従来例のユニット組立構造を図５に示す。なお、図４で１は半導体素子、１０は半導体素子との保護協調を図るように接続した半導体保護用ヒューズである。
【０００４】
図５（ａ）（ｂ）において、１は加圧接触型の平形半導体素子、２は半導体素子１を挟んでその両側に積み重ねた水冷冷却体、３は金属スペーサ、４は絶縁板、５はスタックの端板（押え板）、５ａは締め付けボルト、６は皿バネ、７は調芯用の鋼球であり、これら部品の組立体で半導体スタックを構成している。
【０００５】
ここで、冷却体２には内部にＵ字状の冷却水通路２ｂが形成されており、この冷却水通路２ｂの開口端に導水ホース（絶縁ホース）１２を接続して外部から冷媒として非導電性の純水を流し、通電に伴う半導体素子１の発熱を除熱するようにしており、導水ホース１２は図５（ａ）の矢印で示すように半導体スタックに介挿した各冷却体２の間を直列に連ねて配管し、図示されてない放熱器，送水ポンプを経由して循環送水するようにしている。また、各冷却体２には主回路端子２ａを設け、該端子２ａに交流側のＵ，Ｖ，Ｗ各相に対応する接続導体８、および直流側のＰ（＋）極，Ｎ（−）極に対応する接続リード９（フレキシブル導体）を接続している。
【０００６】
一方、１１は直流出力側の母線（ブスバー）であり、この母線１１の上にＰ，Ｎ極に分けて半導体素子１と個々に対応する半導体保護用ヒューズ（例えば、ヒューズリンクの両端面にネジ締結端子を備えた角筒形の限流ヒューズ）１０を一括して載置接続した上で、このヒューズ１０の端子に前記半導体スタックから引き出した接続リード９を接続して図４の整流回路を構成している。
【０００７】
上記構成の回路ユニットは、ユニットケース内に半導体スタック，半導体保護用ヒューズ，および出力側母線などを組み込んだ上で、前記のように半導体スタックについては冷却体２に外部から純水を流して半導体素子１を水冷している。これに対して、半導体保護用ヒューズ１０（母線１１の上に直接搭載して接続した半導体保護用ヒューズ１０は母線１１の通電による発熱の影響を受け易い）は自然冷却，ないしはケース内に送風して仕様上の度範囲に保持して所定の通電耐量を確保するようにしている。
【特許文献１】特開平５−６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の電力変換回路ユニットを製作するに当たっては、できるだけ小形，コンパクトに構成することが望まれる。かかる点、前記した従来構造では半導体スタックを水冷式としているのに対して、半導体保護用ヒューズは自然冷却ないし空冷方式を採用しているために、ユニットケースの内部には換気，通風，およびファン設置のスペースを確保する必要があってユニットの小形，コンパクト化にも限界があった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は半導体素子に適用する水冷冷却方式を利用して半導体保護用ヒューズを冷却することにより、ユニットの小形，コンパクト化と併せて、半導体保護用ヒューズの高い通電耐量が確保できるように改良した半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明によれば、複数の半導体素子,および半導体素子ごとに接続した半導体保護用ヒューズで電力変換回路ユニットを構成した半導体装置で、半導体素子は純水を冷媒とする水冷冷却体と組み合わせて水冷冷却し、半導体保護用ヒューズはヒューズリンクを接続導体に直接載置して接続するようにしたものにおいて、
前記ヒューズを載置した接続導体に冷却水通路を形成し、該接続導体の冷却水通路を半導体素子の水冷冷却体に連通させて純水を通流させるようにする（請求項１） ものとし、具体的には次記のように態様で構成することができる。
（１）半導体素子が平形半導体素子で、該半導体素子を水冷冷却体と交互に積み重ねてスタックを構成した上で、その水冷冷却体とヒューズの接続導体に形成した冷却水通路との間を絶縁性の導水ホースを介して連通接続する（請求項２）。
（２）半導体素子がモジュール型半導体素子で、該半導体素子を一括して水冷冷却体上に並置した上で、該水冷冷却体とヒューズの接続導体に形成した冷却水通路との間を絶縁材質の導水ホースを介して連通接続する（請求項３）。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、半導体保護用ヒューズを載置した接続導体の冷却水通路に、水冷式半導体素子の冷却体を経由して純水（冷媒）を流すようにしたことで、半導体素子に加えて半導体保護用ヒューズ，およびその接続導体を効率よく冷却することができる。これにより従来装置の風冷式と比べて、ユニットケース内に換気，通風路および送風ファンの設置スペースの確保が必要なくて電力変換ユニットを小形，コンパクトに構成でき、併せて水冷により半導体保護用ヒューズの通電耐量向上化が図れる。しかも、設備面でも半導体素子用に装備した冷却水循環装置を利用して半導体保護用ヒューズを水冷するようにしたのでコスト的にも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図１，図２，図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図５に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
【実施例１】
【００１３】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の請求項１，２に対応する実施例を示すものである。この実施例は、半導体素子１に平形半導体素子を採用し、これに水冷冷却体２を組み合わせて図５に示した水冷式の半導体スタックを構成している。一方、半導体保護用ヒューズ１０を一括して載置接続した上で、該ヒューズを半導体スタックの直流側出力リード９に接続した母線（ブスバー）１１にはその長手方向に沿って純水（冷媒）を流す冷却水通路１１ａを形成し、この冷却水通路１１ａと半導体スタックに組み込んだ水冷冷却体２の冷却水通路２ｂとの間に絶縁性の導水ホース１２を配管して半導体スタックおよびＰ，Ｎ極の母線１１を直列に経由する冷水循環路を形成している。
【００１４】
上記の構成により、ユニットの運転時には半導体スタックの冷却体２と母線１１の冷却水通路１１ａを経由して純水（冷媒）が循環通流し、半導体素子１，母線２，および該母線に一括載置した半導体保護用ヒューズ１０を冷却する。
【００１５】
したがって、従来装置のようにケース内でヒューズの周域に換気，通風スペースを確保する必要がなく、これによりユニットを小形，コンパクトに構成できる。また、この水冷冷却方式により、図５で述べた半導体素子１の冷却機能に加えて、通電に伴う母線１１の発熱，および母線１１からの伝熱の影響を受ける半導体保護用ヒューズ１０を効率よく水冷冷却することができ、これにより半導体保護ヒューズがその適用温度範囲を超えて高温となるのを抑止して半導体保護用ヒューズに要求される通電耐量を確保できる。
【実施例２】
【００１６】
次に、本発明の請求項３に対応する実施例の構成を図２（ａ），（ｂ）に示す。この実施例においては、図４の回路を構成する半導体素子１にモジュール型半導体素子を採用し、その半導体素子１を二つのグループ（図４における左右のアーム）に分けて２枚の水冷冷却体２に搭載しており、この冷却体２にはその長手方向に沿って純水（冷媒）を流す往路，復路の冷却水通路２ｂが形成されている。
【００１７】
また、各半導体素子１と個々に対応する半導体保護用ヒューズ２０は、絶縁板４を挟んで重ねた直流出力側のＰ極，Ｎ極に対応する母線１１に一括して載置接続した上で、各半導体素子１から引き出した接続リード９を接続している。ここで、半導体保護用ヒューズ１１を設置した前記母線１１には、先記実施例１と同様に純水（冷媒）を流す冷却水通路１１ａが形成されており、この冷却水通路１１ａと半導体素子１を搭載した冷却体２の冷却水通路２ｂとの間に絶縁ホース１２を配管接続して冷却水（純水）の循環水路を形成している。なお、１３は母線１１に接続した外部導出用の端子板である。
【００１８】
上記の構成により、実施例１と同様にユニットの小形，コンパクト化に併せて、半導体保護用ヒューズを効率よく冷却して高い通電耐量を確保することができる。
【実施例３】
【００１９】
次に前記実施例２の構造一部を変更した応用実施例を図３（ａ），（ｂ）に示す。この実施例は比較的小容量の回路ユニットに適用し、実施例２の構造と異なる点は図４に示した３相ブリッジ回路を構成する６個のモジュール型半導体素子１が１枚の水冷冷却体２の表裏両面に振り分けて搭載されており、その他の構造は図２と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に対応した半導体装置の組立構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図２】本発明の実施例２に対応した半導体装置の組立構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図３】本発明の実施例３に対応した半導体装置の組立構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【図４】半導体素子に半導体保護用ヒューズを付設したエレメントヒューズ方式の３相ブリッジ整流回路の回路図
【図５】半導体スタックに半導体保護用ヒューズを組み合わせて図４の３相ブリッジ整流回路を構成した従来例の組立構造図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｘ−Ｘ断面図
【符号の説明】
【００２１】
１    半導体素子
２    水冷冷却体
２ｂ  冷却水通路
１０    半導体保護用ヒューズ
１１    母線
１１ａ  冷却水通路
１２    導水ホース
【図１】
2005302402.tif 000003
【図２】
2005302402.tif 000004
【図３】
2005302402.tif 000005
【図４】
2005302402.tif 000006
【図５】
2005302402.tif 000007