[其他]半导体装置

说明书

本发明总的来说涉及一种半导体装置，更具体地说涉及一种适合于小型化的半导体装置。

已经知道有一种半导体装置的电路结构，其中，两种不同类型的半导体元件极性相反地并联（也就是反并联连接），并且多个反并联连接件串联连接。该种类型半导体装置的一种典型是由控制极关断可控硅（下面简称为GTO）组成的转换器。日本专利申请公开号9349/1983（JP-A-58-9349）就是一个例子。

正如上述专利公开中也讨论的，对该种类型半导体装置最关心的要求之一是装置的冷却。迄今为止，对这一点已经有了很多提议。

上述专利申请中揭示的半导体装置是这样一种结构，其中每个反并联连接件中包括由两个分立的GTO组成的组合。然而，近年来随着大容量控制极关断可控硅的出现，两个GTO的组合倾向于被单个GTO代替。然而，随着GTO容量的增加，单个GTO元件产生的热量也相应增加，这又意味着GTO器件的冷却成为必需解决的更为迫切的问题。

附图中的图1显示了通常的三相转换器线路图。其中，每个反并联连接件包括一单个GTO。在该转换器电路的每一相中，例如在U-相16中，GTO21与二极管31反向并联组成一个反并联连接件，该连接件又和另一个由GTO22和二极管32组成的反并联连接件串联。在V-相17和W-相18中也采用了相同的电路结构，其中所有相线都连接到一个诸如电动马达19的负载。在图1中，编号1代表一只电容，编号4代表一只电抗器，编号5代表一只二极管，编号12和13代表连接电源（未示出）的输入端。

现在来看属于一相，也就是属于U-相的半导体元件5、21、22、31和32的连接次序，它们在电气上是以附图2所示的方式连接的。此外，这些半导体元件实际上和图3所示的冷却结构结合在一起，这种冷却结构是迄今为止所公知的冷却结构的一种典型，它是通过冷却媒剂或冷却剂吸收半导体元件产生的热量后蒸发来冷却半导体元件的。为了更进一步了解迄今为止公知的冷却结构，可以以例如日本专利申请公开号123277/1975（JP-A-50-123277）作为例子。

参见图3，图中编号61到65各自代表冷却片构件，每个冷却片构件中容有能在较低温度蒸发的冷却剂，例如氟里昂，冷却剂被邻近的半导体元件产生的热量蒸发，从而吸收了后者的热量。所产生的蒸气通过绝缘管81到85进入冷凝器9，与周围的大气进行热交换。

在图3所示的冷却结构中，各个冷却片61到65被位于两边（侧）邻近的半导体元件所加热。因而，每块冷却片要求有足够高的冷却能力以便能冷却两只毗连的半导体元件。过去这只能通过增大冷却片的尺寸来完成。然而，在转换器用于控制电动车中安装于汽车地板下面的驱动马达的情况下，冷却器件的尺寸受到严格的限制。换句话说，冷却片的尺寸不能随意增大。在这种情况下，非常需要改进该半导体装置，例如包括冷却系统在内的转换器的结构，以减小器件的尺寸。

因而，本发明的一个目的是要消除已有技术中半导体装置的缺点，提供一种适合于在较小尺寸下应用的半导体装置的改进结构。

考虑到本发明上述目的和随着描述展开而显现出的其它目的，按照本发明的一个方面，提供了一种包括一种电路的半导体装置，该电路中，至少一个第一半导体元件与至少一个第二半导体元件反向并联，并且多个反并联连接件彼此串联，其中，第一和第二半导体元件交替排列，并且在相邻的第一和第二半导体元件之间插入一冷却片以冷却相邻的半导体元件，与此同时在电气上连接它们，其中，两块冷却片在电气上由至少一根连接导线相连，使多个包括第一和第二半导体元件的反并联连接件彼此互相串联连接。

在本发明的研制过程中，发明者发现，在各自包括不同类型的第一和第二半导体元件的多个反并联连接件彼此互相串联的电路中，第一和第二半导体元件处于最大负载的时间点一般是不同的。从这个事实出发，证实冷却片结构的小型化可以通过交替排列（堆叠）第一和第二半导体元件，在其中安插一块冷却片而实现。

这样，按照上述安排，单个冷却片的冷却能力能够比较均匀，其结果是，由于当第一和第二半导体元件中的一个元件处于最大负载时，另一元件一般并不处于最大负载，半导体装置的尺寸大大地减小了。