JPH05102352A - Cooler for semiconductor power module - Google Patents
Cooler for semiconductor power moduleInfo
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- JPH05102352A JPH05102352A JP26356891A JP26356891A JPH05102352A JP H05102352 A JPH05102352 A JP H05102352A JP 26356891 A JP26356891 A JP 26356891A JP 26356891 A JP26356891 A JP 26356891A JP H05102352 A JPH05102352 A JP H05102352A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、半導体素子をハンダ
付けにて銅又は鉄等の金属板上に固定された半導体パワ
ーモジュールを通電制御することにより機能する電源ユ
ニットを主構成する半導体パワーモジュールの冷却装置
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor power module which mainly constitutes a power supply unit which functions by controlling the energization of a semiconductor power module fixed on a metal plate such as copper or iron by soldering a semiconductor element. The present invention relates to a cooling device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、電源ユニット内の半導体パワーモ
ジュールの冷却方法に関する例として、図5に示す方法
が一般に用いられている。図5において1は、冷却フィ
ン、2は半導体素子をハンダ付けにて銅又は鉄等の金属
ベース(図示せず)に固定してなる半導体パワーモジュ
ールであり、上記冷却フィン1上にネジ等で固定されて
いる。3は冷却ファンであり、上記冷却フィン1に送風
できるように冷却フィン1の上側に配設されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a method shown in FIG. 5 has been generally used as an example of a method for cooling a semiconductor power module in a power supply unit. In FIG. 5, 1 is a cooling fin, and 2 is a semiconductor power module in which a semiconductor element is fixed to a metal base (not shown) such as copper or iron by soldering. It is fixed. Reference numeral 3 denotes a cooling fan, which is arranged above the cooling fin 1 so as to blow air to the cooling fin 1.
【0003】次に動作について説明する。電源ユニット
を作動させ上記半導体パワーモジュール2を通電制御し
電流を流すと、半導体パワーモジュール2内の電力損失
(半導体素子のスイッチングロスとオンロス)が発生
し、発熱する。発生した熱は、半導体パワーモジュール
2の金属ベースを介して、冷却フィン1へ伝導される。
一方、上記冷却フィン1は、冷却ファン3の送風によ
り、常時冷却されており、送風された風の温度による冷
却熱量と上記伝導された熱量のバランスした所で、上記
冷却フィン1の温度は、ほぼ一定に落ちつくようになっ
ている。次に、電源ユニットの作動を停止させると、半
導体パワーモジュール2内の電力損失はなくなる。この
時、冷却ファン3で冷却フィン1を送風冷却している
為、冷却フィン1の温度は送風の温度に向って冷却され
る。この結果半導体パワーモジュール2は冷却フィン1
の温度低下に従って冷却されることとなる。Next, the operation will be described. When the power supply unit is operated to control the energization of the semiconductor power module 2 to flow a current, power loss (switching loss and on loss of the semiconductor element) in the semiconductor power module 2 occurs and heat is generated. The generated heat is conducted to the cooling fin 1 via the metal base of the semiconductor power module 2.
On the other hand, the cooling fin 1 is constantly cooled by the air blown by the cooling fan 3, and the temperature of the cooling fin 1 is: It has become almost constant. Next, when the operation of the power supply unit is stopped, the power loss in the semiconductor power module 2 disappears. At this time, since the cooling fins 3 cool the cooling fins 1 by blowing air, the temperature of the cooling fins 1 is cooled toward the temperature of the blowing air. As a result, the semiconductor power module 2 has the cooling fin 1
It will be cooled as the temperature decreases.
【0004】また、第2の従来例として、例えば図7、
図8、図9に示すものがある。本例は、特開平2−25
2260号公報に示された一開示例である。As a second conventional example, for example, FIG.
There are those shown in FIGS. 8 and 9. This example is described in JP-A-2-25
It is one disclosed example disclosed in Japanese Patent No. 2260.
【0005】図7において、31は空冷式の圧接型半導
体装置、32は温度検出手段で、圧接型半導体装置31
の内部半導体素子の温度を熱電対35により検出し電気
信号に変換し出力する。33は制御手段で、検出手段3
2から信号線36を介して出力される電気信号を受信し
て判別し、判別結果に基づきファン34を制御する。In FIG. 7, 31 is an air-cooled pressure contact type semiconductor device, 32 is a temperature detecting means, and the pressure contact type semiconductor device 31 is shown.
The temperature of the internal semiconductor element is detected by the thermocouple 35, converted into an electric signal and output. Reference numeral 33 is control means, which is detection means 3
The electric signal output from the signal line 2 through the signal line 36 is received and discriminated, and the fan 34 is controlled based on the discrimination result.
【0006】以下に本圧接型半導体装置の冷却方法の動
作作用を説明する。制御手段33では、図8に示す制御
パターン図のPに示すように、、半導体素子温度に比例
するようにファン34の送風量を制御するように設定さ
れている。なお、図8の横軸は素子の温度、縦軸は風量
である。圧接型半導体装置が例えば半導体遮断器等に用
いられ投入遮断を繰り返し同装置内部の半導体素子が図
9に示すような電力損失パターンを繰り返すと半導体素
子はエネルギー蓄積により温度上昇する。なお、図9の
横軸は時間、縦軸は電力損失を示す。検出手段32は、
この温度を熱電対35によりとらえ電気信号に変換し制
御手段33に出力する。制御手段33ではこの電気信号
を受け、前述の説明のように図8の曲線Pに示すような
ファン34の風量の制御を行なうので、この結果、半導
体素子温度変化は図10のア曲線に示すような形態をと
る。なお、図10の横軸は時間、縦軸は素子接合温度で
ある。すなわち、図9におけるt1 〜t2 の電力損失に
よる温度上昇時には温度に比例した冷却が行なわれ、半
導体素子温度が高ければ高いほど強い冷却が行なわれる
ために素子温度の上昇が緩められ最高到達温度が減じら
れる。さらに時刻t2 〜t3 の電力損失が無い温度下降
時には素子温度が減少するに従い冷却効率が低下するの
で素子温度の下降も緩やかになる。このため、素子温度
変化ΔT1 は、極めて小さいものとなる。仮に、冷却フ
ァン34の送風量を極端に強めて固定した場合(図8の
P(A))と、極端に弱めて固定した場合(図8のP
(B))とでは、半導体素子温度変化のそれぞれは、図
10のイ曲線及びウ曲線となる。イの場合では冷却効率
が常に良好なため素子温度の最高点は減じられるが、素
子温度が下降する時の温度低下も著しいため、その温度
変化ΔT2 はΔT1 より大きくなる。さらにウ曲線で
は、冷却効率が悪いため素子温度の最高点も最低点も
ア、イに比較して高くなり、又、その温度変化ΔT3 も
ΔT1 ,ΔT2 より大きくなる。本従来例は、圧接型半
導体素子の冷却効率を変化させ、オン時とオフ時におけ
る内部半導体素子の温度変化を小さくすることで、半導
体素子の熱歪みに基づく電流集中による破壊を防止させ
ようとするものである。The operation and operation of the cooling method for the pressure contact type semiconductor device will be described below. As indicated by P in the control pattern diagram shown in FIG. 8, the control means 33 is set to control the air flow rate of the fan 34 so as to be proportional to the semiconductor element temperature. The horizontal axis of FIG. 8 is the element temperature, and the vertical axis is the air flow rate. When the pressure contact type semiconductor device is used, for example, in a semiconductor circuit breaker and the like, the semiconductor device inside the device repeats the power loss pattern as shown in FIG. 9 and the temperature of the semiconductor device rises due to energy accumulation. The horizontal axis of FIG. 9 represents time and the vertical axis represents power loss. The detection means 32 is
This temperature is captured by the thermocouple 35 and converted into an electric signal and output to the control means 33. The control means 33 receives this electric signal and controls the air flow rate of the fan 34 as shown by the curve P in FIG. 8 as described above. As a result, the semiconductor element temperature change is shown by the curve a in FIG. Take the form. The horizontal axis of FIG. 10 represents time, and the vertical axis represents element junction temperature. That is, when the temperature rises due to the power loss from t 1 to t 2 in FIG. 9, cooling is performed in proportion to the temperature, and the higher the semiconductor element temperature is, the stronger the cooling is performed. The temperature is reduced. Also becomes gentle descent of the device temperature since the time of further time t 2 ~t 3 of the power loss is not temperature drop decreases the cooling efficiency according to the element temperature decreases. Therefore, the element temperature change ΔT 1 becomes extremely small. Assuming that the air flow rate of the cooling fan 34 is extremely strengthened and fixed (P (A) in FIG. 8) and extremely weakly fixed (P in FIG. 8).
In (B)), the respective semiconductor element temperature changes become the a curve and the c curve in FIG. In the case of b, the maximum point of the element temperature is reduced because the cooling efficiency is always good, but the temperature drop ΔT 2 becomes larger than ΔT 1 because the temperature drop is remarkable when the element temperature falls. Further, in the curve c, since the cooling efficiency is poor, the highest point and the lowest point of the element temperature are higher than those of A and A, and the temperature change ΔT 3 thereof is larger than ΔT 1 and ΔT 2 . In this conventional example, the cooling efficiency of the pressure contact type semiconductor element is changed to reduce the temperature change of the internal semiconductor element at the time of ON and OFF, thereby preventing the destruction due to the current concentration due to the thermal strain of the semiconductor element. To do.
【0007】以上のほか、特開平2−195244号公
報には燃焼制御電子素子の長寿命化方法として、加熱体
により所定温度に保持させる電子素子の加熱体の電源の
みは常時通電しておくことにより電子素子にかかる熱衝
撃頻度を緩和して長寿命化をはかる手法が開示されてい
る。In addition to the above, as a method for extending the life of the combustion control electronic element in Japanese Patent Laid-Open No. 2-195244, only the power source of the heating element of the electronic element to be kept at a predetermined temperature by the heating element is always energized. Discloses a method of relaxing the frequency of thermal shock applied to an electronic element to extend the life of the electronic element.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上述のような特に図5
の従来例に示した半導体パワーモジュールの冷却装置で
は、前述したように電源ユニットの作動、停止に伴ない
半導体パワーモジュール2は発熱、冷却をくり返すこと
となるが、停止の際、送風の温度まで急激に低下する
為、半導体パワーモジュール2の素子温度の変化は、図
6に示す通り、非常に大きなものとなる。図6におい
て、横軸は時間、縦軸は温度を示しているが、T1 は、
電源ユニットの作動期間、T2 は停止期間、t1 は、停
止期間中の半導体素子最大温度上昇値、t2 は、送風温
度を示す。このような、温度の変化が、半導体パワーモ
ジュール2に加わると半導体素子を固定しているハンダ
に熱疲労が生じ、ハンダヒビ割れ、ひいては、ハクリ等
が生じ、この結果、半導体素子が電源ユニットの作動期
間中に十分冷却されなくなり、異常な温度上昇を引き起
こすこととなって、半導体素子の破損に至るという問題
があった。As described above, especially in FIG.
In the cooling device for a semiconductor power module shown in the conventional example, as described above, the semiconductor power module 2 repeatedly generates heat and cools due to the operation and stop of the power supply unit. The temperature of the semiconductor power module 2 is drastically reduced to a great extent, so that the change of the element temperature of the semiconductor power module 2 becomes very large as shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature, but T 1 is
The operating period of the power supply unit, T 2 is the stop period, t 1 is the semiconductor element maximum temperature rise value during the stop period, and t 2 is the blowing temperature. When such a change in temperature is applied to the semiconductor power module 2, thermal fatigue occurs in the solder fixing the semiconductor element, which causes solder cracking and eventually chipping, which results in the semiconductor element operating the power supply unit. There is a problem in that the semiconductor element is damaged due to insufficient cooling during the period, which causes an abnormal temperature rise.
【0009】また、第2の従来例(特開平2−2522
60号公報)では半導体素子の温度状態により冷却方法
を変える工夫を取入れて温度変化を小さくしたものであ
るが、半導体素子のオフ時、冷却ファンの送風効率を下
げただけであったから、上記温度差ΔTを低下させるに
限界があるという問題があった。A second conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 2522/1990)
No. 60) discloses a method of changing the cooling method depending on the temperature state of the semiconductor element to reduce the temperature change. However, when the semiconductor element is off, the blowing efficiency of the cooling fan is simply reduced. There is a problem that there is a limit in reducing the difference ΔT.
【0010】この発明は、上記第2の従来例のような圧
接形の半導体装置ではなく、半導体素子をハンダ付けて
固定するものを対象とするものである。したがって、図
5の従来例において素子のオン・オフ時の温度差ΔTを
極力小さく(例えばゼロ近くまで)しないと、ハンダの
熱疲労に伴なう半導体素子の破損は防止できないが、こ
れまでその方式が確立されていなかった。The present invention is intended not for the pressure contact type semiconductor device as in the second conventional example, but for fixing a semiconductor element by soldering. Therefore, in the conventional example of FIG. 5, unless the temperature difference ΔT when the device is turned on and off is made as small as possible (for example, close to zero), damage to the semiconductor device due to thermal fatigue of solder cannot be prevented. The method was not established.
【0011】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、半導体素子のオン時とオフ時に
生ずる温度差ΔTをゼロ近くまで小さくでき、特にハン
ダ付の熱疲労に伴ない生ずる半導体素子の破損を防止で
きる冷却装置を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in order to solve the above problems, and can reduce the temperature difference ΔT generated when the semiconductor element is turned on and off to near zero, and is particularly associated with thermal fatigue caused by soldering. An object of the present invention is to provide a cooling device capable of preventing damage to a semiconductor element that occurs.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体パ
ワーモジュールの冷却装置は、金属板上にハンダを介し
て半導体素子を固定してなる半導体パワーモジュールか
らなる電源ユニットの金属板に密着固定した冷却フィン
と、この冷却フィン送風する冷却ファンと、冷却フィン
に固定した通電形の発熱体と、同じく冷却フィン上に半
導体パワーモジュール近傍に密着させた感温素子(第2
の感温素子を追加してもよい)と、この感温素子の出力
で作動する増幅器(第2の増幅器を追加してもよい)
と、この増幅器の出力を一方の入力とし、他方の入力に
温度設定器の設定温度を入力とする比較器と、この比較
器の出力で作動する冷却ファン駆動回路及び発熱体駆動
回路とからなり、感温素子で検出した冷却フィン上の温
度の変化が、上記半導体パワーモジュールの作動、停止
にかかわらず極力小さくなるよう発熱体の作動、停止、
切換及び、冷却ファンの作動、停止、切換を行なうよう
にしたものである。A cooling device for a semiconductor power module according to the present invention is closely fixed to a metal plate of a power supply unit composed of a semiconductor power module in which a semiconductor element is fixed on a metal plate via solder. A cooling fin, a cooling fan that blows the cooling fin, an electric heating element that is fixed to the cooling fin, and a temperature sensitive element that is closely attached to the cooling fin in the vicinity of the semiconductor power module (second
Temperature sensitive element may be added) and an amplifier operated by the output of this temperature sensitive element (a second amplifier may be added)
And a comparator that uses the output of this amplifier as one input and the set temperature of the temperature setter as the other input, and a cooling fan drive circuit and a heating element drive circuit that operate at the output of this comparator. , The operation of the heating element is stopped so that the temperature change on the cooling fin detected by the temperature sensing element is minimized regardless of the operation of the semiconductor power module.
The switching, the operation of the cooling fan, the stop, and the switching are performed.
【0013】[0013]
【作用】この発明においては、半導体パワーモジュール
の密着固定された冷却フィンの温度変化を、上記半導体
パワーモジュールの作動、停止に係わらず極力小さくす
ることができるため、半導体素子を銅あるいは鉄等の金
属ベースにハンダを介して固定されているタイプの半導
体パワーモジュールにおいても、ハンダに加わる熱疲労
が小さくできる。すなわち、従来見られたようなハンダ
ヒビ割れ、ハンダのハクリ等にともなう破損を生ずる原
因となっていたハンダ部に加わる熱疲労を極小化させ
る。According to the present invention, the temperature change of the cooling fin tightly fixed to the semiconductor power module can be minimized regardless of whether the semiconductor power module is operated or stopped. Therefore, the semiconductor element is made of copper or iron. Even in a semiconductor power module of a type fixed to a metal base via solder, the thermal fatigue applied to the solder can be reduced. That is, the thermal fatigue applied to the solder portion, which has been the cause of the damage such as the cracking of the solder and the breakage of the solder, which has been conventionally seen, is minimized.
【0014】[0014]
【実施例】実施例1 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図1
は電源ユニットを示すが、図1において、1は、冷却フ
ィン、2は、半導体素子をハンダ付けにて、銅あるいは
鉄等の金属ベース(図示せず)に固定してなる半導体パ
ワーモジュールであり、冷却フィン1上にネジ等で固定
されている。3は、冷却ファンであり、上記冷却フィン
1に送風できる位置に配設されている。24は発熱体で
あり、上記冷却フィン1上に密着固定されている。25
は、感温素子であり、やはり、上記冷却フィン1上で、
上記半導体パワーモジュール2近傍に密着固定されてい
る。26は、増幅器であり、上記感温素子25の出力
を、入力として作動するようになっている。27は、比
較器であり、一方の比較入力部には、上記増幅器26の
出力を入力し、他方の比較入力部に温度設定器28の出
力を入力している。29は、冷却ファン駆動回路で、上
記比較器27の出力を入力としており、その出力は上記
冷却ファン3へ入力されている。30は発熱体駆動回路
で、やはり、上記比較器27の出力を入力とし、その出
力は上記発熱体24へ入力されている。Embodiment 1 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Figure 1
1 shows a power supply unit. In FIG. 1, 1 is a cooling fin, and 2 is a semiconductor power module in which a semiconductor element is soldered and fixed to a metal base (not shown) such as copper or iron. It is fixed on the cooling fin 1 with screws or the like. Reference numeral 3 denotes a cooling fan, which is arranged at a position where air can be blown to the cooling fin 1. Reference numeral 24 is a heating element, which is closely fixed on the cooling fin 1. 25
Is a temperature sensitive element, and again, on the cooling fin 1,
It is tightly fixed near the semiconductor power module 2. Reference numeral 26 is an amplifier, which operates by using the output of the temperature sensitive element 25 as an input. Reference numeral 27 is a comparator, and the output of the amplifier 26 is input to one comparison input section, and the output of the temperature setter 28 is input to the other comparison input section. Reference numeral 29 is a cooling fan drive circuit, which receives the output of the comparator 27 as an input, and the output thereof is input to the cooling fan 3. Reference numeral 30 denotes a heating element drive circuit, which also receives the output of the comparator 27 as an input, and the output thereof is input to the heating element 24.
【0015】次に、動作について説明する。電源ユニッ
トを作動させ、上記半導体パワーモジュール2を通電制
御し電流を流すと、半導体パワーモジュール2内の電力
損失(半導体素子のスイッチングロスとオンロス)が発
生し、発熱する。発生した熱は、半導体パワーモジュー
ル2の金属ベースを介して、冷却フィン1へ伝導され
る。この結果、冷却フィン1の温度が上昇し始める。冷
却フィン1の温度は、常時感温素子25で検知され増幅
器26へ伝えられる。この増幅器26の出力は、更に比
較器27の一方の比較入力へ入力されており、他方の比
較入力、すなわち温度設定器28の出力より大きくなる
と、この比較器27の出力が変化する。この出力変化信
号は、冷却ファン駆動回路29へ伝えられ、この結果、
冷却ファン3は、駆動開始し、冷却フィン1へ向って送
風を開始する。同時に、上記出力変化信号は発熱体駆動
回路30へも伝えられ、発熱体24の発熱を停止させ
る。従って、上記出力変化以降は、冷却フィン1の温度
上昇が、低く抑えられることとなる。次に、電源ユニッ
トの作動を停止させると、半導体パワーモジュール2内
の電力損失はなくなる。すると、冷却フィン1の温度は
発熱するものが何もないため、急激に低下し始める。上
述のように冷却フィン1の温度は、常時感温素子25で
検知されており、温度設定器28の設定出力相当温度よ
り低下すると、比較器27の出力は、再び変化してもと
に戻り、冷却ファン駆動回路29、発熱体駆動回路30
へ伝えられる。この結果、冷却ファン3の駆動は停止
し、冷却フィン1への送風が停止すると同時に、発熱体
24の作動が開始される。従って、上記比較器27の出
力が再変化(もとに戻った)以降は、冷却フィン1の温
度低下は低く抑えられる。Next, the operation will be described. When the power supply unit is operated to control the energization of the semiconductor power module 2 to flow a current, power loss (switching loss and on loss of semiconductor elements) in the semiconductor power module 2 occurs and heat is generated. The generated heat is conducted to the cooling fin 1 via the metal base of the semiconductor power module 2. As a result, the temperature of the cooling fin 1 starts to rise. The temperature of the cooling fin 1 is constantly detected by the temperature sensitive element 25 and transmitted to the amplifier 26. The output of the amplifier 26 is further input to one comparison input of the comparator 27, and when it becomes larger than the other comparison input, that is, the output of the temperature setter 28, the output of the comparator 27 changes. This output change signal is transmitted to the cooling fan drive circuit 29, and as a result,
The cooling fan 3 starts driving and starts blowing air toward the cooling fin 1. At the same time, the output change signal is also transmitted to the heating element drive circuit 30 to stop the heating of the heating element 24. Therefore, after the output change, the temperature rise of the cooling fin 1 can be suppressed low. Next, when the operation of the power supply unit is stopped, the power loss in the semiconductor power module 2 disappears. Then, the temperature of the cooling fin 1 does not generate anything, so that it begins to drop rapidly. As described above, the temperature of the cooling fin 1 is always detected by the temperature sensing element 25, and when the temperature falls below the set output equivalent temperature of the temperature setting device 28, the output of the comparator 27 returns to the original value even if it changes again. , Cooling fan drive circuit 29, heating element drive circuit 30
Is transmitted to. As a result, the driving of the cooling fan 3 is stopped, the air supply to the cooling fin 1 is stopped, and at the same time, the operation of the heating element 24 is started. Therefore, after the output of the comparator 27 is changed again (returned to the original), the temperature decrease of the cooling fin 1 is suppressed to be low.
【0016】図2は、冷却フィン1の温度変化を時間推
移で示したものである。なお、図2において横軸は時
間、縦軸は温度である。図2中、T1 は電源ユニットの
作動期間であり、半導体パワーモジュール2の発熱が存
在する期間、T2 は電源ユニットの停止期間である。T
11,T22は冷却ファン3の停止かつ発熱体24の作動し
ている期間、T12,T21は冷却ファン3の駆動かつ発熱
体24の停止している期間、t2 は、送風温度、t
3 は、温度設定器28の設定温度を示す。FIG. 2 shows changes in the temperature of the cooling fin 1 over time. In FIG. 2, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents temperature. In FIG. 2, T 1 is an operation period of the power supply unit, a period in which heat is generated in the semiconductor power module 2, and T 2 is a stop period of the power supply unit. T
11 and T 22 are periods during which the cooling fan 3 is stopped and the heating element 24 is operating, T 12 and T 21 are during driving of the cooling fan 3 and the heating element 24 is stopped, and t 2 is blast temperature, t
3 indicates the set temperature of the temperature setter 28.
【0017】実施例2 図3は、他の実施例を示す。図中、32は第2の感温素
子で、冷却ファン3の送風温度を検知するよう配置され
ている。31は第2の増幅器で、第2の感温素子32の
出力を入力としている。28aは温度設定器で、第2の
増幅器31の出力を入力とし、その出力は比較器27の
比較入力へ入力されている。他の部分は第1の実施例と
同じにつき、説明は省略する。Embodiment 2 FIG. 3 shows another embodiment. In the figure, reference numeral 32 denotes a second temperature sensitive element, which is arranged so as to detect the blowing temperature of the cooling fan 3. Reference numeral 31 is a second amplifier, which receives the output of the second temperature sensitive element 32 as an input. Reference numeral 28a denotes a temperature setting device, which receives the output of the second amplifier 31 as an input, and the output thereof is input to the comparison input of the comparator 27. Since the other parts are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
【0018】次に動作について説明する。第2の感温素
子32は、常に、冷却フィン1を冷却する送風の温度を
検知しており、第2の感温素子32の出力が増幅器31
へ入力され、温度設定器28aの設定値を、上記送風の
温度に応じ、変化されるよう構成されている。この時、
感温素子25、増幅器26、発熱体24、比較器27、
冷却ファン駆動回路29、発熱体駆動回路30の動作
は、すでに説明した第1の実施例における動作と同一で
あるものとする。図4は、送風温度がt2 →t3 に変化
した時、温度設定器28aの出力を一定値t4 の時と、
本実施例のように、変化させt5 にした時の、冷却フィ
ン1の温度変化を示す。a曲線は温度設定器28aの出
力一定の場合、b曲線は本実施例で作動させた時を示
す。T1 は電源ユニットの作動期間であり、T2 は、電
源ユニットの停止期間を示す。また、T11,T111 ,T
22,T221 は冷却ファン3の停止かつ、発熱体24の作
動している期間、T12,T121 ,T21,T211 は、冷却
ファン3の駆動かつ、発熱体24の停止している期間で
ある。図4からわかるとおり、送風により、強制的に冷
却フィン1を冷却する期間を、送風温度で自動的に変化
させることで、冷却フィン1の平均温度は変わるが、電
源ユニットの作動、停止に伴なうくり返しの熱変化は、
小さく抑えることができる。この結果、半導体パワーモ
ジュールのハンダに加わる熱疲労を小さく抑えることが
できる。Next, the operation will be described. The second temperature sensitive element 32 always detects the temperature of the air blown to cool the cooling fin 1, and the output of the second temperature sensitive element 32 is the amplifier 31.
Is input to the temperature setter 28a, and the set value of the temperature setter 28a is changed according to the temperature of the blown air. At this time,
Temperature sensitive element 25, amplifier 26, heating element 24, comparator 27,
The operations of the cooling fan drive circuit 29 and the heating element drive circuit 30 are the same as those in the first embodiment already described. FIG. 4 shows that when the blast temperature changes from t 2 to t 3 , the output of the temperature setting device 28a has a constant value t 4 ,
As in the present embodiment, the temperature change of the cooling fin 1 when changed to t 5 is shown. The curve a shows the case where the output of the temperature setter 28a is constant, and the curve b shows the case where the temperature setting device 28a is operated in this embodiment. T 1 is the operation period of the power supply unit, and T 2 is the stop period of the power supply unit. Also, T 11 , T 111 , T
22 and T 221 are the periods when the cooling fan 3 is stopped and the heating element 24 is operating, while T 12 , T 121 , T 21 , and T 211 are driving the cooling fan 3 and the heating element 24 is stopped. It is a period. As can be seen from FIG. 4, although the average temperature of the cooling fins 1 is changed by automatically changing the period during which the cooling fins 1 are forcibly cooled by the blowing air, the average temperature of the cooling fins 1 changes according to the operation and stoppage of the power supply unit. The heat change of repeating
It can be kept small. As a result, the thermal fatigue applied to the solder of the semiconductor power module can be suppressed to a small level.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体パワーモジュールの冷却装置において、冷却フィン上
に、半導体パワーモジュールの他に発熱体及び感温素子
を密着固定し、この感温素子で検出した冷却フィン上の
温度の変化が、上記半導体パワーモジュールの作動、停
止にかかわらず極力小さくなるよう発熱体の作動、停止
及び冷却ファンの作動、停止を切換実施するようにした
ので、金属板上にハンダで半導体素子を固定したタイプ
半導体パワーモジュールに適用しても、ハンダの熱疲労
を防止でき、長寿命の電源ユニットを得ることができ
る。As described above, according to the present invention, in the cooling device for the semiconductor power module, the heat generating element and the temperature sensitive element are closely fixed to the cooling fin, in addition to the semiconductor power module, and the temperature sensitive element is fixed. Since the change in the temperature on the cooling fin detected in step 3 is minimized regardless of whether the semiconductor power module is activated or deactivated, the heating element is switched on and off and the cooling fan is switched on and off. Even when applied to a type semiconductor power module in which a semiconductor element is fixed on a plate with solder, thermal fatigue of the solder can be prevented and a long-life power supply unit can be obtained.
【図1】この発明の一実施例による電源ユニットに適用
された半導体パワーモジュールの冷却装置を示す構成図
である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a cooling device for a semiconductor power module applied to a power supply unit according to an embodiment of the present invention.
【図2】この発明の図1に示す一実施例の機能動作説明
図である。FIG. 2 is a functional operation explanatory diagram of the embodiment shown in FIG. 1 of the present invention.
【図3】この発明の他の実施例による電源ユニットに適
用された半導体パワーモジュールの冷却装置である。FIG. 3 is a cooling device for a semiconductor power module applied to a power supply unit according to another embodiment of the present invention.
【図4】この発明の図3に示す実施例の機能動作説明図
である。FIG. 4 is a functional operation explanatory diagram of the embodiment shown in FIG. 3 of the present invention.
【図5】従来の半導体パワーモジュールの冷却装置を示
す構造図である。FIG. 5 is a structural diagram showing a conventional cooling device for a semiconductor power module.
【図6】図5で示す従来例の機能動作説明図である。6 is a functional operation explanatory view of the conventional example shown in FIG.
【図7】従来の他の半導体の冷却装置を示す構造図であ
る。FIG. 7 is a structural diagram showing another conventional semiconductor cooling device.
【図8】図7で示す従来の半導体の冷却装置の機能動作
説明図である。8 is a functional operation explanatory view of the conventional semiconductor cooling device shown in FIG.
【図9】図7で示す従来の半導体の冷却装置の機能動作
説明図である。9 is a functional operation explanatory view of the conventional semiconductor cooling device shown in FIG.
【図10】図7で示す従来の半導体の冷却装置の機能動
作説明図である。FIG. 10 is a functional operation explanatory diagram of the conventional semiconductor cooling device shown in FIG. 7;
1 冷却フィン 2 半導体パワーモジュール 3 冷却ファン 24 発熱体 25 感温素子 26 増幅器 27 比較器 28 温度設定器 28a 温度設定器 29 冷却ファン駆動回路 30 発熱体駆動回路 31 第2の増幅器 32 第2の感温素子 1 Cooling Fin 2 Semiconductor Power Module 3 Cooling Fan 24 Heating Element 25 Temperature Sensing Element 26 Amplifier 27 Comparator 28 Temperature Setting Device 28a Temperature Setting Device 29 Cooling Fan Driving Circuit 30 Heating Element Driving Circuit 31 Second Amplifier 32 Second Sensing Temperature element
Claims (2)
固定した構造を有する半導体パワーモジュールの通電制
御で機能する電源ユニットの上記金属板に密着固定され
上記半導体パワーモジュールの通電時に発生する熱が伝
導されるように設けられた冷却フィンと、 この冷却フィンへ送風可能に配設された冷却ファンと、 上記冷却フィン上に密着固定された通電形の発熱体と、 上記冷却フィン上でかつ上記半導体パワーモジュール近
傍に密着固定された感温素子と、 この感温素子の出力を入力として作動する増幅器と、 この増幅器の出力を一方の入力とし、他方の入力に温度
設定の設定出力を入力とする比較器と、 この比較器の出力を入力とする冷却ファン駆動回路及び
発熱体駆動回路とから構成され、上記冷却フィンの温度
があらかじめ設定された一定値に達すると上記冷却ファ
ンを回転駆動させるとともに、上記発熱体の発熱作用を
停止させ、逆に上記冷却フィン温度が、あらかじめ設定
された上記一定値以下となると、上記冷却ファンの回転
駆動を停止させるとともに、上記発熱体を発熱作動させ
る手段を有することを特徴とする半導体パワーモジュー
ルの冷却装置。1. A heat generated by energization of the semiconductor power module, which is closely fixed to the metal plate of a power supply unit that functions to control the energization of a semiconductor power module having a structure in which a semiconductor element is fixed on a metal plate via solder. On the cooling fin, a cooling fan provided so as to conduct heat to the cooling fin, a cooling fan disposed so as to be able to blow air to the cooling fin, an electric heating element closely fixed to the cooling fin, and A temperature-sensitive element closely fixed to the vicinity of the semiconductor power module, an amplifier that operates using the output of this temperature-sensitive element as an input, the output of this amplifier as one input, and the set output for temperature setting is input as the other input. And a cooling fan drive circuit and a heating element drive circuit that receive the output of this comparator as input. When the set constant value is reached, the cooling fan is driven to rotate, and the heat generating action of the heating element is stopped. Conversely, when the cooling fin temperature becomes equal to or lower than the preset fixed value, the cooling fan of the cooling fan is stopped. A cooling device for a semiconductor power module, which has a means for stopping the rotational driving and operating the heating element to generate heat.
けられた第2の感温素子と、この感温素子の出力を入力
とする第2の増幅器とを備え、この第2の増幅器の出力
は温度設定器に入力され、この温度設定器の設定出力値
が上記冷却ファンの送風温度により制御されるように構
成されたことを特徴とする請求項1記載の半導体パワー
モジュールの冷却装置。2. A second temperature sensitive element provided at an air inlet of a cooling fan of a power supply unit, and a second amplifier having an output of the temperature sensitive element as an input, the output of the second amplifier. The cooling device for a semiconductor power module according to claim 1, wherein the cooling power is input to a temperature setting device, and a set output value of the temperature setting device is controlled by a blowing temperature of the cooling fan.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26356891A JPH05102352A (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Cooler for semiconductor power module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26356891A JPH05102352A (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Cooler for semiconductor power module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05102352A true JPH05102352A (en) | 1993-04-23 |
Family
ID=17391359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26356891A Pending JPH05102352A (en) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | Cooler for semiconductor power module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05102352A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100615463B1 (en) * | 2000-02-02 | 2006-08-25 | 삼성전자주식회사 | Overheat Protection Sockets for Semiconductor Packages |
JP2009171842A (en) * | 2009-04-24 | 2009-07-30 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Power conversion apparatus |
CN103219869A (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-24 | 株式会社日立制作所 | Cooler of power converting device for railroad vehicle |
-
1991
- 1991-10-11 JP JP26356891A patent/JPH05102352A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100615463B1 (en) * | 2000-02-02 | 2006-08-25 | 삼성전자주식회사 | Overheat Protection Sockets for Semiconductor Packages |
JP2009171842A (en) * | 2009-04-24 | 2009-07-30 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | Power conversion apparatus |
CN103219869A (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-24 | 株式会社日立制作所 | Cooler of power converting device for railroad vehicle |
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