(57)【要約】【課題】端子向きが限定され難く、且つ、冷媒液の漏れの可能性を低減させることが可能な半導体遮断器を提供する。【解決手段】半導体遮断器は、ソース端子１０と、ドレイン端子２０と、これた端子１０，２０との間に設けられた半導体素子３０により、端子１０，２０間を導通及び遮断を行うものであって、半導体素子３０が載置されると共に、ソース端子１０及びドレイン端子２０間に配置されて、これらを電気的に接続する金属製の沸騰冷却器５０を備え、沸騰冷却器５０は内部に冷媒液が収納されている。【選択図】図１
2016134408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子と、第２端子との間に設けられた半導体素子により、前記第１及び第２端子間を導通及び遮断を行う半導体遮断器であって、
前記半導体素子が載置されると共に、前記第１及び第２端子間に配置されて、これらと電気的に接続される金属製の管状部材を備え、
前記管状部材は、内部に冷媒液が収納されている
ことを特徴とする半導体遮断器。
【請求項２】
前記第１端子、前記第２端子、前記半導体素子、及び管状部材の周囲を覆う絶縁性の絶縁部材を備え、
前記絶縁部材は、前記管状部材の長手方向に沿って複数のスリット部が形成されて、前記管状部材の一部を外部に露出させている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体遮断器。
【請求項３】
前記絶縁部材は、前記第１端子及び前記第２端子が延びる方向の周囲を覆うフード部を有したコネクタ構造となっている
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体遮断器。
【請求項４】
前記第１端子及び前記第２端子は互いに異なる方向に延びている
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プレートと、プレート上に載置された半導体素子と、半導体素子をプレートと共に挟むヒートシンクと、これらをモールドするモールド部とを有し、ヒートシンク及びプレートの一部がモールド部の所定箇所から露出した半導体モジュールが提案されている（特許文献１参照）。このような半導体モジュールは、プレートの露出部である中間放熱部及びヒートシンクが冷媒液に曝されるようになっている。特に、半導体モジュールに電力を入出力するパワー端子や制御信号を入出力する制御端子は、モールド部のうち、中間放熱部及びヒートシンクが露出する方向と異なる方向にモールド部から伸びて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１９１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載のモジュールでは、放熱性を確保するためにヒートシンクの他に、モールド部から突出する中間放熱部を設ける必要がある。しかも、このような中間放熱部は、冷媒液の蒸発時に発生する泡の影響を受けないようにするために、上向きに配置され且つパワー端子や制御端子と反対側に設けられる必要がある。よって、パワー端子や制御端子の向きが限定されてしまい、自由度に欠けるものであった。
【０００５】
さらに、特許文献１に記載のモジュールでは、モジュールの上方に冷媒液が位置することになるため、半導体素子やパワー端子等が冷媒液に浸漬しないように気密構造とする必要があるが、モジュール自体が多数の部品からなるため、気密構造とするには容易ではなく、冷媒液の漏れの可能性が比較的高いものであった。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、端子向きが限定され難く、且つ、冷媒液の漏れの可能性を低減させることが可能な半導体遮断器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体遮断器は、第１端子と、第２端子との間に設けられた半導体素子により、前記第１及び第２端子間を導通及び遮断を行う半導体遮断器であって、前記半導体素子が載置されると共に、前記第１及び第２端子間に配置されて、これらと電気的に接続される金属製の管状部材を備え、前記管状部材は、内部に冷媒液が収納されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の半導体遮断器によれば、半導体素子が載置されると共に、第１及び第２端子間に配置されて、これらと電気的に接続される金属製の管状部材の内部に冷媒液が収納されている。このため、半導体素子は管状部材内部の冷媒液によって冷却されることとなる。しかも、管状部材は第１及び第２端子間に配置されていればよいため、第１及び第２端子の向きを制約するものではなく、端子向きが限定され難い。加えて、冷媒液は管状部材内に収納されていることから管状部材そのものが気密構造であればよく、多数の部品からなるモジュールを気密構造とする場合と比較して容易に気密構造とでき、冷媒液の漏れの可能性を低めることができる。従って、端子向きが限定され難く、且つ、冷媒液の漏れの可能性を低減させることが可能な半導体遮断器を提供することができる。
【０００９】
また、本発明の半導体遮断器において、前記第１端子、前記第２端子、前記半導体素子、及び管状部材の周囲を覆う絶縁性の絶縁部材を備え、前記絶縁部材は、前記管状部材の長手方向に沿って複数のスリット部が形成されて、前記管状部材の一部を外部に露出させていることが好ましい。
【００１０】
この半導体遮断器によれば、第１端子、第２端子、半導体素子、及び管状部材の周囲を覆う絶縁部材を備え、絶縁部材は、管状部材の長手方向に沿ってスリット部が形成されて、管状部材の一部を外部に露出させている。このため、管状部材は、スリット部を介して空気に曝されて放熱性が高まることとなる。加えて、複数のスリット部が形成されているため、スリット部以外は絶縁部材にて覆われることとなり、高圧部となる管状部材に直接作業者の手が触れてしまうことを防止することができる。
【００１１】
また、本発明の半導体遮断器において、前記絶縁部材は、前記第１端子及び前記第２端子が延びる方向の周囲を覆うフード部を有したコネクタ構造となっていることが好ましい。
【００１２】
この半導体遮断器によれば、第１端子及び第２端子が延びる方向の周囲を覆うフード部を有したコネクタ構造となっているため、第１端子及び第２端子については、コネクタ接続することで、電気的接続を行うことができる。従って、接続の容易化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の半導体遮断器において、前記第１端子及び前記第２端子は互いに異なる方向に延びていることが好ましい。
【００１４】
この半導体遮断器によれば、第１端子及び第２端子は互いに異なる方向に延びているため、端子向きが限定されることなく、設置向きの自由度の高い半導体遮断器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、端子向きが限定され難く、且つ、冷媒液の漏れの可能性を低減させることが可能な半導体遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体遮断器を示す透視斜視図である。
【図２】図１に示す半導体遮断器の透視上面図である。
【図３】図１に示す半導体遮断器の透視側面図である。
【図４】図２に示したＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は以下の実施形態に限られるものではない。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体遮断器を示す透視斜視図であり、図２は、図１に示す半導体遮断器の透視上面図であり、図３は、図１に示す半導体遮断器の透視側面図である。
【００１９】
図１〜図３に示す半導体遮断器は、ソース端子（第１端子）１０と、ドレイン端子（第２端子）２０と、ＳｉやＳｉＣ等からなるパワー半導体デバイスである半導体素子３０とを備え、ソース端子１０とドレイン端子２０との間に設けられた半導体素子３０により、両端子１０，２０間を導通及び遮断を行うものである。この半導体遮断器は、ゲート端子４０を備え、ゲート端子４０に入力される制御信号に基づいて、半導体素子３０をオンオフすることで、両端子１０，２０間を導通又は遮断させる。なお、半導体素子３０は、シリコンによるものであってもよいし、窒化ガリウムによるものであってもよいし、炭化ケイ素によるものであってもよいし、導通及び遮断を行うものであれば、種々のものを採用し得る。
【００２０】
このような半導体遮断器は、上記構成に加えて、沸騰冷却器（管状部材）５０と、各ワイヤ６１，６２を備えている。図４は、図２に示したＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、沸騰冷却器５０は、半導体素子３０がダイボンド材等を介して直接載置される金属製の管状部材である。この半導体素子３０はドレインが沸騰冷却器５０と電気的に接続される。沸騰冷却器５０は、四角管の管両端が閉塞された構造となっており、内部に冷媒液５１が収納されたものとなっている。冷媒液５１としては、例えばフロリナートやＨＦＣ等の電気絶縁性を示す液体が採用される。
【００２１】
より詳細に半導体素子３０は、沸騰冷却器５０の管長手方向の一端側に載置されている（四角管の上面となる部位に載置されている）。沸騰冷却器５０の他端側（管の端部を閉塞する部位）にはドレイン端子２０が直接接続されている。また、図１〜図３に示すように、沸騰冷却器５０上の半導体素子３０は、ソースワイヤ６１を介してソース端子１０と電気的に接続されている。さらに、半導体素子３０は、ゲートワイヤ６２を介してゲート端子４０と電気的に接続されている。なお、ソース端子１０は沸騰冷却器５０の管長手方向と直交する方向に突出しており、ゲート端子４０は、沸騰冷却器５０の管長手方向一端側に突出している。このため、各端子１０，２０，４０は、それぞれ異なる方向に延びていることとなる。
【００２２】
このような構成であるため、沸騰冷却器５０は、ソース端子１０とドレイン端子２０との間に配置され、これらと電気的に接続されるものである。そして、ゲート端子４０から半導体素子３０をオンする制御信号が入力されると、半導体素子３０は沸騰冷却器５０を介してソース端子１０及びドレイン端子２０間を導通させ、ゲート端子４０から半導体素子３０をオフする制御信号が入力されると、半導体素子３０はソース端子１０及びドレイン端子２０間を遮断させる。
【００２３】
さらに、半導体遮断器は封止部材（絶縁部材）７０を備えている。封止部材７０は、ソース端子１０、ドレイン端子２０、半導体素子３０、ゲート端子４０、沸騰冷却器５０及び各ワイヤ６１，６２の周囲の全部又は一部を覆う絶縁性の樹脂部材である。この封止部材７０は、本体部７１とフード部７２〜７４とから構成されている。
【００２４】
本体部７１は、沸騰冷却器５０及び半導体素子３０をモールドする部位である。この本体部７１は、沸騰冷却器５０の外形形状に沿って略直方体となる形状を呈している。また、このような本体部７１には、沸騰冷却器５０の管長手方向に沿って複数のスリット部７１ａが形成されている。スリット部７１ａは、沸騰冷却器５０の管長手方向を除く四方向の面それぞれに形成されており、沸騰冷却器５０の一部を四方向において露出させる。これにより、半導体遮断器は、沸騰冷却器５０を空気に曝す構造となっている。なお、このスリット部７１ａは所定の幅に形成されており、作業者等がスリット部７１ａ上を把持した場合に指が沸騰冷却器５０に接触しない程度とされている。
【００２５】
フード部７２〜７４は、各端子１０，２０，４０の一部をモールドすると共に一部を露出させ、且つ、各端子１０，２０，４０の延在方向を中心とし、その周囲を覆うものである。このようなフード部７２〜７４は、相手側コネクタと嵌合するコネクタ構造となっている。
【００２６】
詳細に説明すると、第１フード部７２は、本体部７１に対して、沸騰冷却器５０の管長手方向と直交する方向に設けられ、本体部７１から露出するソース端子１０の一部の周囲を覆っている。この第１フード部７２の外側上面には、相手側コネクタとの嵌合後において抜けを防止するための係止突起７２ａが形成されている。
【００２７】
また、第２フード部７３は、本体部７１の沸騰冷却器５０の他端側に設けられ、本体部７１から露出するドレイン端子２０の一部の周囲を覆っている。この第２フード部７３についても外側上面に、相手側コネクタとの嵌合後において抜けを防止するための係止突起７３ａが形成されている。
【００２８】
第３フード部７４は、本体部７１の沸騰冷却器５０の一端側に設けられ、本体部７１から露出するゲート端子４０の一部の周囲を覆っている。なお、図面上、第３フード部７４の外側上面等には係止突起が設けられていないが、係止突起を備えていてもよい。
【００２９】
次に、本実施形態に係る半導体遮断器の作用を説明する。まず、半導体素子３０にて熱が発生したとする。この熱は、金属製の沸騰冷却器５０に伝達される。沸騰冷却器５０内は、冷媒液５１が収納されている。このため、沸騰冷却器５０に伝達された熱は、冷媒液５１に吸収される。すなわち、冷媒液５１によって半導体素子３０が冷却されることとなる。
【００３０】
さらに、沸騰冷却器５０はスリット部７１ａを介して外部に露出している。よって、半導体素子３０にて発生した熱は沸騰冷却器５０に伝達され、スリット部７１ａを介して放熱される。すなわち、スリット部７１ａからの空気によって半導体素子３０が冷却されることとなる。
【００３１】
このようにして、本実施形態に係る半導体遮断器によれば、半導体素子３０が載置されると共に、ソース及びドレイン端子１０，２０間に配置されて、これらと電気的に接続される金属製の沸騰冷却器５０の内部に冷媒液５１が収納されている。このため、半導体素子３０は沸騰冷却器５０の内部の冷媒液５１によって冷却されることとなる。しかも、沸騰冷却器５０はソース及びドレイン端子１０，２０間に配置されていればよいため、これら端子１０，２０の向きを制約するものではなく、端子向きが限定され難い。加えて、冷媒液５１は沸騰冷却器５０内に収納されていることから沸騰冷却器５０そのものが気密構造であればよく、多数の部品からなるモジュールを気密構造とする場合と比較して容易に気密構造とでき、冷媒液５１の漏れの可能性を低めることができる。従って、端子向きが限定され難く、且つ、冷媒液５１の漏れの可能性を低減させることが可能な半導体遮断器を提供することができる。
【００３２】
また、ソース端子１０、ドレイン端子２０、半導体素子３０、及び沸騰冷却器５０の周囲を覆う封止部材７０を備え、封止部材７０は、沸騰冷却器５０の長手方向に沿ってスリット部７１ａが形成されて、沸騰冷却器５０の一部を外部に露出させている。このため、沸騰冷却器５０は、スリット部７１ａを介して空気に曝されて放熱性が高まることとなる。加えて、複数のスリット部７１ａが形成されているため、スリット部７１ａ以外は封止部材７０にて覆われることとなり、高圧部となる沸騰冷却器５０に直接作業者の手が触れてしまうことを防止することができる。
【００３３】
また、ソース端子１０及びドレイン端子２０が延びる方向の周囲を覆うフード部７２，７３を有したコネクタ構造となっているため、ソース端子１０及びドレイン端子２０については、コネクタ接続することで、電気的接続を行うことができる。従って、接続の容易化を図ることができる。
【００３４】
また、ソース端子１０及びドレイン端子２０は互いに異なる方向に延びているため、端子向きが限定されることなく、設置向きの自由度の高い半導体遮断器を提供することができる。
【００３５】
さらに、半導体素子３０は沸騰冷却器５０上に載置されていればよいため、位置合わせの必要がなく、設計の自由度を向上させることができる。さらには、上記実施形態では沸騰冷却器５０上に単一の半導体素子３０（半導体チップ）が設けられているが、これに限らず、２つ以上のチップが設けられるマルチチップにすることもできる。この場合においても、封止部材７０のサイズを変更することで対応でき、設計の自由度を向上させることができる。
【００３６】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００３７】
例えば、本実施形態に係る半導体遮断器は、スリット部７１ａを介して沸騰冷却器５０が外部に露出することで空冷を行う構成となっているが、スリット部７１ａを介した空冷では放熱量が足りない場合には、別途ヒートシンク等の放熱器が取り付けられてもよい。
【００３８】
また、封止部材７０は絶縁性の樹脂部材により構成されているが、樹脂に限らず、セラミック等の絶縁材で構成されていてもよい。
【００３９】
さらに、各端子１０，２０，４０の周囲にはフード部７２〜７４が設けられ、コネクタ構造となっているが、これに限らず、バスバによるボルト締結や溶接によって電気接続されるものであってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０    ：ソース端子（第１端子）
２０    ：ドレイン端子（第２端子）
３０    ：半導体素子
４０    ：ゲート端子
５０    ：沸騰冷却器（管状部材）
５１    ：冷媒液
６１    ：ソースワイヤ
６２    ：ゲートワイヤ
７０    ：封止部材（絶縁部材）
７１    ：本体部
７１ａ  ：スリット部
７２    ：第１フード部
７２ａ  ：係止突起
７３    ：第２フード部
７３ａ  ：係止突起
７４    ：第３フード部
【図１】
2016134408.tif 000003
【図２】
2016134408.tif 000004
【図３】
2016134408.tif 000005
【図４】
2016134408.tif 000006