半導(dǎo)體功率組件及使用其的電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體功率組件中，能夠抑制從主端子給控制端子帶來的噪聲影響并且實(shí)現(xiàn)組件小型化的組件構(gòu)造。在該半導(dǎo)體功率組件中，使主端子(正極端子(11a)、負(fù)極端子(11b)、交流端子(11c))的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分。例如，由具有從半導(dǎo)體功率組件(10)的外部向內(nèi)部分開成兩岔的形狀的單一部件或者由相互分體的兩個(gè)部件構(gòu)成主端子的兩個(gè)部分，該兩個(gè)部分的一個(gè)部分和另一個(gè)部分在相同的方向上延伸。以控制端子(柵極信號(hào)端子3a(3c)和發(fā)射極信號(hào)端子3b(3d))的層疊部分夾在主端子的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間的方式配置控制端子，構(gòu)成半導(dǎo)體功率組件(10)。
【專利說明】
半導(dǎo)體功率組件及使用其的電力轉(zhuǎn)換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種搭載有絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor，以下稱為IGBT)等電力用半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體功率組件及搭載該半導(dǎo)體功率組件的電力轉(zhuǎn)換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，從考慮環(huán)境的觀點(diǎn)出發(fā)，電力機(jī)車及電動(dòng)汽車等備受關(guān)注。在這些基于電氣驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)體中搭載有電力轉(zhuǎn)換裝置(逆變器、換流器、斷路器)和電動(dòng)機(jī)，電力轉(zhuǎn)換裝置一般使用半導(dǎo)體功率組件。該功率組件是通過開閉IGBT等功率半導(dǎo)體元件而將直流電轉(zhuǎn)換為交流電或?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換為直流的組件。
[0003]功率組件一般是將開關(guān)元件和二極管并聯(lián)連接(將其一組稱為臂)使用。將上述的一組半導(dǎo)體連接于正極端子與交流端子之間而形成的臂稱為上臂，將上述的一組半導(dǎo)體連接于交流端子與負(fù)極端子之間而形成的臂稱為下臂。通過組合上臂和下臂，可以輸出一相交流電。因此要產(chǎn)生三相交流需要三組上下臂(共6個(gè)臂)。
[0004]在專利文獻(xiàn)I?5中公開了一種在一個(gè)殼體的內(nèi)部搭載2個(gè)臂的功率半導(dǎo)體的功率組件(以下將其稱為2inl組件)，和在一個(gè)殼體的內(nèi)部搭載6個(gè)臂的功率半導(dǎo)體的功率組件(以下將其稱為6inl組件)。
[0005]專利文獻(xiàn)I記載的功率組件是2inl組件的一個(gè)例子，是IGBT和續(xù)流二極管各搭載兩個(gè)，還具備外部導(dǎo)出端子和輔助端子(柵極輔助端子和發(fā)射極輔助端子)的半導(dǎo)體組件。在該文獻(xiàn)的半導(dǎo)體組件中，通過使輔助端子周邊的構(gòu)造具有特征，確保裝配容易性且防止裝配時(shí)的應(yīng)力傳遞。
[0006]專利文獻(xiàn)2記載的功率組件是2inl組件的典型例子，通過使正極端子和負(fù)極端子相鄰而實(shí)現(xiàn)低電感化。
[0007]專利文獻(xiàn)3記載的功率組件通過在功率組件的殼體設(shè)置凸起部而確保絕緣距離，以實(shí)現(xiàn)小型化。
[0008]專利文獻(xiàn)4記載的功率組件輔助端子采用排針，由此實(shí)現(xiàn)具有耐震性的組件。
[0009]專利文獻(xiàn)5記載的功率組件以緩和來自組件內(nèi)部的硅膠的應(yīng)力為目的，具有使印刷基板變形容易的特征。
[0010]如上所述，專利文獻(xiàn)I記載的功率組件是2inl組件的一個(gè)例子，IGBT和續(xù)流二極管各搭載兩個(gè)，還具備外部導(dǎo)出端子和輔助端子(柵極輔助端子和發(fā)射極輔助端子)，其輔助端子周邊的構(gòu)造具有特征，由此，確保裝配容易性，防止裝配時(shí)的應(yīng)力傳遞。但是，該文獻(xiàn)的功率組件對(duì)組件的小型化絲毫沒有考慮。因此，通過被小型化，成為主端子和輔助端子更接近的構(gòu)造，對(duì)于主端子因大電流的變化而產(chǎn)生的磁通量容易更明顯地對(duì)輔助端子帶來噪聲的影響的情況，絲毫沒有考慮。實(shí)際上，在該文獻(xiàn)的圖3?5中，僅表示了輔助端子25被設(shè)置于距外部導(dǎo)出端子24最遠(yuǎn)的組件周緣部的位置的結(jié)構(gòu)。由此也可知，該文獻(xiàn)的功率組件不是希望使組件小型化的結(jié)構(gòu)，因此，可以理解為，在該文獻(xiàn)中，并不存在抑制由于外部導(dǎo)出端子24與輔助端子25接近而帶來的噪聲影響的動(dòng)機(jī)。
[0011]另外，如上所述，專利文獻(xiàn)2記載的功率組件是2inl組件的典型例子，通過使正極端子與負(fù)極端子相鄰，實(shí)現(xiàn)低電感化。但是，由于追求小型化，成為主端子(正極端子、負(fù)極端子、交流端子)與控制端子正交的布局，因此并未考慮到主端子因大電流的變化而產(chǎn)生的磁通量給控制端子帶來的噪聲影響。
[0012]另外，如上所述，專利文獻(xiàn)3記載的功率組件通過在功率組件的殼體設(shè)置凸起部而確保絕緣距離，以實(shí)現(xiàn)小型化。但是，由于該凸起部阻礙組件外部的配線路徑，因此難以減小電感。另外，追求小型化的結(jié)果是，未考慮到主端子因大電流的變化而感應(yīng)的磁通量對(duì)控制端子的噪聲影響，具有因控制端子的配置而進(jìn)行誤動(dòng)作的問題。
[0013]另外，如上所述，專利文獻(xiàn)4記載的功率組件謀求通過在輔助端子采用排針而實(shí)現(xiàn)具有耐震性的組件。但是，在該文獻(xiàn)中，并未考慮到組件的小型化。
[0014]另外，如上所述，專利文獻(xiàn)5記載的功率組件以緩和來自組件內(nèi)部的硅膠的應(yīng)力為目的，具有使印刷基板變形容易的特征。該發(fā)明對(duì)組件小型化也沒有考慮。
[0015]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0016]專利文獻(xiàn)
[0017]專利文獻(xiàn)I:(日本)特開2014 —120734號(hào)公報(bào)
[0018]專利文獻(xiàn)2:國際公開第2010/131679號(hào)
[0019]專利文獻(xiàn)3:(日本)特開2003 — 303939號(hào)公報(bào)
[0020]專利文獻(xiàn)4:(日本)特開2004 — 221366號(hào)公報(bào)[0021 ]專利文獻(xiàn)5:(日本)專利第4365388號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0023]在電力機(jī)車中在旅客底板下的有限的空間內(nèi)，在電動(dòng)汽車中在發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)的有限的空間內(nèi)，均必須與其他設(shè)備一起搭載電力轉(zhuǎn)換裝置，因此組件小型化是重要的技術(shù)問題。另一方面，還需要充分考慮作為追求小型化而引起的不可忽視的、主端子因大電流的變化而產(chǎn)生的磁通量對(duì)控制端子的噪聲影響。即，也必須考慮因控制端子的配置如何而有可能進(jìn)行誤動(dòng)作的情況。例如，因主端子斷開時(shí)的電流的變化，橫切從柵極信號(hào)端子經(jīng)由IGBT向發(fā)射極信號(hào)端子流動(dòng)的電流的環(huán)路的磁通量消失時(shí)，對(duì)于遵循楞次定律而維持磁通量的方向，在信號(hào)線環(huán)路內(nèi)產(chǎn)生渦電流。這就需要考慮引起不希望的柵極信號(hào)導(dǎo)通或發(fā)射極信號(hào)誤檢測等問題的情況。然而，到現(xiàn)在為止，如上所述，由于對(duì)組件的小型化沒有被特別考慮，因此無法提供能夠抑制從主端子向控制端子去的噪聲的影響且實(shí)現(xiàn)組件小型化的組件構(gòu)造。
[0024]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種在半導(dǎo)體功率組件中，能夠抑制從主端子給控制端子帶來的噪聲影響并且實(shí)現(xiàn)組件小型化的組件構(gòu)造。
[0025]用于解決問題的技術(shù)方案
[0026]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件例如包括正極端子、負(fù)極端子、交流端子、發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子，該半導(dǎo)體功率組件的特征在于:上述正極端子、上述負(fù)極端子和上述交流端子的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分，上述發(fā)射極信號(hào)端子和上述柵極信號(hào)端子具有其各自的一部分相互層疊而成的層疊部分，上述層疊部分配置成夾在上述正極端子、上述負(fù)極端子和上述交流端子的至少任一者的上述兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間。
[0027]另外，本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置，例如通過將具有大致長方形的形狀的半導(dǎo)體功率組件并排配置在上述長方形的短邊方向上而構(gòu)成，該電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于:上述半導(dǎo)體功率組件為本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件。
[0028]發(fā)明效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種在半導(dǎo)體功率組件中，能夠抑制從主端子給控制端子帶來的噪聲影響并且實(shí)現(xiàn)組件小型化的組件構(gòu)造。
【附圖說明】
[0030]圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的實(shí)施例1的半導(dǎo)體功率組件的外觀立體圖。
[0031 ]圖2是表示圖1的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。
[0032]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施方式即實(shí)施例1的半導(dǎo)體功率組件的等效電路圖。
[0033]圖4是表示圖2的A—A’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖。
[0034]圖5是表示圖2的B—B’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖。
[0035]圖6是從上方正面看圖2的殼體內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖。
[0036]圖7是表示在本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件上搭載電容器母線、柵極驅(qū)動(dòng)電路板和輸出母線而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置的立體圖。
[0037]圖8是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式即實(shí)施例2的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。
[0038]圖9是表示圖8的C一C’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖。
[0039]圖10是從上方正面看圖8的殼體內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖。
[0040]圖11是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式即實(shí)施例3的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的立體圖(主端子臂分為多個(gè)時(shí)的設(shè)計(jì))。
[0041]圖12是表示圖11的D—D’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖。
[0042]圖13是表示圖11的E—E’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖。
[0043]圖14是從上方正面看圖11的殼體內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖。
[0044]圖15是表示圖11的端子和基座的狀態(tài)的俯視圖。
[0045]圖16涉及本發(fā)明的實(shí)施例4，是表示搭載本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件而形成的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路區(qū)段結(jié)構(gòu)的圖。
[0046]附圖標(biāo)記的說明
[0047]Ia上下臂串聯(lián)電路(U相)，
[0048]Ib上下臂串聯(lián)電路(V相)，
[0049]Ic上下臂串聯(lián)電路(W相)，
[0050]2a半導(dǎo)體元件(上臂IGBT)，
[0051]2b半導(dǎo)體元件(上臂二極管)，
[0052]2c半導(dǎo)體元件(下臂IGBT)，
[0053]2d半導(dǎo)體元件(下臂二極管)，
[0054]3a控制端子(上臂柵極信號(hào)端子)，
[0055]3b控制端子(上臂發(fā)射極信號(hào)端子)，
[0056]3c控制端子(下臂柵極信號(hào)端子)，
[0057]3d控制端子(下臂發(fā)射極信號(hào)端子)，
[0058]3e控制端子(上臂集電極信號(hào)端子)，
[0059]3f控制端子(下臂集電極信號(hào)端子)，
[0060]3g控制端子(負(fù)極信號(hào)端子)，
[0061]4溫度檢測信號(hào)端子，
[0062]10半導(dǎo)體功率組件，
[0063]Ila主端子(正極端子)，
[0064]Ilb主端子(負(fù)極端子)，
[0065]Ilc主端子(交流端子)，
[0066]12組件殼體，
[0067]13 槽，
[0068]14 基座，
[0069]15a配置正極端子IIa和負(fù)極端子IIb的面，
[0070]15b配置交流端子IIc的面，
[0071]21a在正極左側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0072]21b在正極右側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0073]21c在負(fù)極左側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0074]21d在負(fù)極右側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0075]21e在交流左側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0076]21f在交流右側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0077]21g在上臂柵極信號(hào)線流動(dòng)的電流的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0078]21h在上臂發(fā)射極信號(hào)線流動(dòng)的電流的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0079]21?在下臂柵極信號(hào)線流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0080]21 j在下臂發(fā)射極信號(hào)線流動(dòng)的電流的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0081]22a正極左側(cè)端子周邊的磁通量的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0082]22b正極右側(cè)端子周邊的磁通量的方向(上臂導(dǎo)通時(shí))，
[0083]22c負(fù)極左側(cè)端子周邊的磁通量的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0084]22d負(fù)極右側(cè)端子周邊的磁通量的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0085]22e交流左側(cè)端子周邊的磁通量的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0086]22f交流右側(cè)端子周邊的磁通量的方向(下臂導(dǎo)通時(shí))，
[0087]22g貫穿信號(hào)線所形成的環(huán)路的磁通量，
[0088]22h信號(hào)線環(huán)路，
[0089]31a上臂側(cè)的絕緣基板，
[0090]31b下臂側(cè)的絕緣基板，
[0091]100電力轉(zhuǎn)換裝置，
[0092]HO逆變器組件，
[0093]Illa直流母線(正極母線)，
[0094]Illb直流母線(負(fù)極母線)，
[0095]112交流母線，
[0096]120電容器組件，
[0097]130驅(qū)動(dòng)電路，
[0098]131驅(qū)動(dòng)電路板，
[0099]140控制電路，
[0100]141控制電路板，
[0101]150散熱片，
[0102]200變壓器(+換流器組件)或斷路器電路，
[0103]300架線，
[0104]400接地部，
[0105]500感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0106]本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件的特征在于，例如主端子(正極端子、負(fù)極端子、交流端子)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分，控制端子(柵極信號(hào)端子和發(fā)射極信號(hào)端子)配置成控制端子的層疊部分夾在主端子的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間。
[0107]上述“兩個(gè)部分”，例如，優(yōu)選由具有從半導(dǎo)體功率組件的外部向內(nèi)部分開成兩岔的形狀的單一部件構(gòu)成，或者由相互分體的兩個(gè)部件構(gòu)成，但不論哪個(gè)情況都采用該“兩個(gè)部分”中的一個(gè)部分和另一個(gè)部分在相同的方向上延伸的構(gòu)造。
[0108]例如為前者的情況下，本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件使主端子(正極端子、負(fù)極端子、交流端子)分別具有從半導(dǎo)體功率組件的外部朝向內(nèi)部分開成兩貧，分開成兩貧的一貧和另一岔在相同的方向上延伸的構(gòu)造，控制端子(發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子)配置成夾在分開成兩岔的主端子之間。
[0109]在此，在上述結(jié)構(gòu)中，也可以如下構(gòu)成半導(dǎo)體功率組件，S卩，在與配置正極端子和負(fù)極端子的面相反的一側(cè)的面配置交流端子。
[0110]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，也可以如下構(gòu)成半導(dǎo)體功率組件，S卩，在配置正極端子和負(fù)極端子的部位與配置交流端子的部位之間配置控制端子。
[0111]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，也可以如下構(gòu)成半導(dǎo)體功率組件，S卩，還包括基座(組件的基座)，正極端子、負(fù)極端子、交流端子、發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子共同地搭載于基座，以基座的平面方向與相互層疊的柵極信號(hào)配線和發(fā)射極信號(hào)配線的環(huán)路相互正交的方式，配置基座、柵極信號(hào)配線和發(fā)射極信號(hào)配線。
[0112]另外，在上述結(jié)構(gòu)中，也可以如下構(gòu)成半導(dǎo)體功率組件，S卩，在相互層疊的正極端子與負(fù)極端子之間和發(fā)射極信號(hào)配線與柵極信號(hào)配線之間的至少任一方設(shè)置絕緣物。
[0113]另外，控制端子優(yōu)選如下結(jié)構(gòu)，S卩，具有發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子層疊而成的層疊構(gòu)造，主端子與控制端子相鄰的區(qū)域(控制端子被主端子夾著的部位)，在與基座(組件基座)垂直的方向，層疊發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子。
[0114]本發(fā)明的半導(dǎo)體功率組件中，控制端子(發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子)例如配置成夾在分開成兩岔的主端子的一岔與另一岔之間，從而能夠使高密度安裝變得容易且實(shí)現(xiàn)組件小型化。在該情況下，分開成兩岔的各主端子產(chǎn)生的磁通量在兩岔中的一岔與另一岔的大致中間點(diǎn)被抵消而成為最小，因此能夠抑制從主端子向控制端子去的噪聲且實(shí)現(xiàn)高密度安裝。另外，在與組件基座垂直的方向，層疊發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子，由此，能夠使由被垂直地分開成兩岔的主端子產(chǎn)生的磁通量的方向與貫穿信號(hào)線環(huán)路內(nèi)的磁通量的方向正交，使噪聲的影響成為最小限度。其結(jié)果是，能夠抑制在導(dǎo)通或截止時(shí)進(jìn)行誤動(dòng)作的不利情況。
[0115]本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置例如通過將具有大致長方形的形狀的半導(dǎo)體功率組件并排配置在長方形的短邊方向上而構(gòu)成，該電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于:其半導(dǎo)體功率組件為本發(fā)明的上述任一種半導(dǎo)體功率組件。
[0116]在此，在上述結(jié)構(gòu)中，也可以在半導(dǎo)體功率組件的正極端子側(cè)或負(fù)極端子側(cè)配置有電容器組件，在半導(dǎo)體功率組件上設(shè)置有柵極配線電路板。
[0117]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，采用各實(shí)施例參照附圖詳細(xì)地進(jìn)行說明。
[0118]【實(shí)施例1】
[0119]圖1是表示本發(fā)明第一的實(shí)施方式即實(shí)施例1的半導(dǎo)體功率組件10的外觀立體圖的例子的圖。本實(shí)施例的半導(dǎo)體功率組件10的特征在于，例如，主端子(正極端子11a、負(fù)極端子11b、交流端子lie)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分，以控制端子(柵極信號(hào)端子3a(3c)和發(fā)射極信號(hào)端子3b(3d))的層疊部分夾在主端子的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間的方式配置控制端子，特別是，上述“兩個(gè)部分”由單一部件構(gòu)成，該單一部件具有從半導(dǎo)體功率組件10的外部向內(nèi)部分開成兩岔的形狀，該“兩個(gè)部分”中的一個(gè)部分和另一個(gè)部分為在相同的方向上延伸的構(gòu)造。
[0120]如圖1所示，流動(dòng)有大電流的主端子(正極端子11a、負(fù)極端子Ilb和交流端子lie)與弱電系的信號(hào)端子(上臂柵極信號(hào)線3a、下臂柵極信號(hào)線3c、溫度檢測信號(hào)線4，上臂發(fā)射極信號(hào)線3b、下臂發(fā)射極信號(hào)線3d、上臂集電極信號(hào)線3e、下臂集電極信號(hào)線3f和負(fù)極信號(hào)端子3g)通過設(shè)置于組件殼體12的槽13在彼此之間確保規(guī)定的絕緣距離(空間距離和沿面距離)。組件殼體12粘接在基座14上，在組件內(nèi)部搭載有半導(dǎo)體元件2a、2b、2c和2d。
[0121]本實(shí)施例中，在與配置正極端子Ila和負(fù)極端子Ilb的面15a相反的一側(cè)的面15b配置有交流端子11c。由此，能夠?qū)⒖刂贫俗?a、3b、3c、3d、3e、3f和3g全部集中配置在組件中央，能夠?qū)⒋钶d有驅(qū)動(dòng)電路130的驅(qū)動(dòng)電路板131直接安裝在組件上。此時(shí)，控制端子3a?3g是如圖示的螺絲夾的方式，但也可以是快接端子或壓接端子等嵌入的方式。
[0122]驅(qū)動(dòng)電路板131即使是例如像圖7那樣并排配置多個(gè)半導(dǎo)體功率組件10的情況，也能夠以跨該多個(gè)半導(dǎo)體功率組件的上表面的方式配置。由此，能夠縮短驅(qū)動(dòng)電路板131與半導(dǎo)體功率組件10之間的配線長度，且能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電路板集中成一片，能夠減小柵極一發(fā)射極間的環(huán)路電感。如圖1所示，半導(dǎo)體功率組件10為大致長方形，正極端子11a、負(fù)極端子Ilb和交流端子Ilc設(shè)置于短邊側(cè)。另外，設(shè)置有槽13，即使相鄰的組件間的間隙小，也可確保絕緣距離。因此，能夠?qū)⒍鄠€(gè)半導(dǎo)體功率組件10相互相鄰配置，即使在組合多個(gè)功率組件10的狀態(tài)下也能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
[0123]由于在圖1的配置直流端子(正極端子Ila和負(fù)極端子Ilb)的面15a的一側(cè)配置有電容器組件120，因此可以縮短電容器組件120與半導(dǎo)體功率組件10之間的配線長度。因此，能夠減小正極端子Ila與負(fù)極端子Ilb之間的電感。
[0124]圖2是表示圖1的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的圖，圖3是圖1的半導(dǎo)體功率組件的等效電路圖，圖4是表示圖2的A—A’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖，圖5是表示圖2的B—B’剖面的主端子和控制端子的狀態(tài)的立體圖，圖6是從上方正面看圖2的殼體內(nèi)部構(gòu)造的俯視圖。
[0125]首先，對(duì)圖2的殼體內(nèi)部構(gòu)造的結(jié)構(gòu)，使用圖2和圖6進(jìn)行說明。
[0126]在此，對(duì)與上述的圖2的殼體內(nèi)部構(gòu)造的結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的等效電路進(jìn)行說明。圖3是圖1的半導(dǎo)體組件的等效電路圖。如上所述，圖1的半導(dǎo)體功率組件10屬于被稱為2inl功率組件的方式，作為其等效電路的圖3的電路，相當(dāng)于后述的圖16的電力轉(zhuǎn)換裝置的各上下臂串聯(lián)電路la、lb、Ic。
[0127]接著，對(duì)圖2的殼體內(nèi)部構(gòu)造實(shí)現(xiàn)的電路動(dòng)作的作用，使用圖4進(jìn)行說明。首先，考慮上臂IGBT2a導(dǎo)通時(shí)的在正極端子Ila流動(dòng)的正極左側(cè)端子和正極右側(cè)端子各自的電流的方向21a和21b。于是，根據(jù)安培定律，在以電流的方向21a和21b為中心軸的右手螺旋的方向感應(yīng)磁通量。作為磁通量的方向，存在被分開成兩岔的正極左側(cè)端子周邊的磁通量的方向22a和正極右側(cè)端子周邊的磁通量的方向22b，在兩岔的中央附近相互抵消。同樣地，當(dāng)考慮在負(fù)極端子Ilb流動(dòng)的負(fù)極左側(cè)端子和負(fù)極右側(cè)端子各自的電流的方向21c和21d時(shí)，對(duì)于負(fù)極端子I Ib而言，也在以電流的方向21c和21d為中心軸的右手螺旋方向感應(yīng)磁通量。作為磁通量的方向，存在被分開成兩岔的負(fù)極左側(cè)端子周邊的磁通量的方向22c和負(fù)極右側(cè)端子周邊的磁通量的方向22d，他們?cè)趦刹淼闹醒敫浇蚕嗷サ窒＿M(jìn)而，由于正極端子Ila的左側(cè)端子的電流的方向21a和負(fù)極端子Ilb的左側(cè)端子的電流的方向21c相互為反方向，因此正極左側(cè)端子感應(yīng)的磁通量的方向2 2a和負(fù)極左側(cè)端子感應(yīng)的磁通量的方向22c相互成為反方向，另外，由于正極端子Ila的右側(cè)端子的電流的方向21b和負(fù)極端子Ilb的右側(cè)端子的電流的方向21d相互為反方向，因此正極右側(cè)端子感應(yīng)的磁通量的方向22b和負(fù)極右側(cè)端子感應(yīng)的磁通量的方向22d成為相互反方向。因此，通過使正極端子和負(fù)極端子相互相鄰而使彼此的磁通量抵消。截止時(shí)，根據(jù)楞次定律，在為了維持原來存在了的磁通量而流動(dòng)的渦電流的方向上變得容易流動(dòng)電流，但通過在分開成兩岔的主端子的一方(左側(cè)端子)與另一方(右側(cè)端子)之間(兩岔的中央附近)設(shè)置控制端子，由此，能夠減小作為噪聲源的磁通量給控制端子帶來的影響。另外，在與組件基座14垂直的方向?qū)盈B柵極信號(hào)端子3a(層a)和發(fā)射極信號(hào)端子3b(層b)，即在層a的側(cè)方層疊層b，由此，能夠使由垂直地分開成兩岔的主端子產(chǎn)生的磁通量的方向與貫穿信號(hào)線環(huán)路(22h)內(nèi)的磁通量的方向(22g)正交，使噪聲的影響成為最小限度。貫穿上臂柵極信號(hào)端子(3a)和上臂發(fā)射極信號(hào)端子(3b)形成的信號(hào)線環(huán)路的磁通量(22g)成為引發(fā)噪聲的磁通量。相鄰的柵極信號(hào)端子和發(fā)射極信號(hào)端子以其相對(duì)的面(23)與基座面(24)正交的方式配置，從而能夠進(jìn)一步減小垂直成分的磁通量少的主端子的磁通量的影響。其結(jié)果是，抑制了在上臂導(dǎo)通時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作的不利情況。關(guān)于上臂截止時(shí)，只要使上述的電流或磁通量的方向?yàn)橄喾捶较騺砜紤]即可，所以可以理解為具有與上臂導(dǎo)通時(shí)同樣的效果。
[0128]該說明對(duì)下臂同樣適用。使用圖5說明其情況。首先，考慮下臂IGBT2C導(dǎo)通時(shí)在交流端子11C的左側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向21 e和在交流端子11C的右側(cè)端子流動(dòng)的電流的方向21 f。于是，根據(jù)安培定律，在以電流的方向21 e為中心軸的右手螺旋的方向感應(yīng)磁通量22e，另外，在以電流21f為中心軸的右手螺旋的方向感應(yīng)磁通量22f。雖然貫穿位于中央的下臂的柵極一發(fā)射極間的環(huán)路內(nèi)的磁通量的方向相對(duì)于基座面為垂直方向，但被分開成兩貧的交流端子I Ic的磁通量22e與磁通量22f相互抵消，結(jié)果減小了磁通量給控制端子帶來的影響。
[0129]另外，更優(yōu)選在相互層疊的正極端子Ila與負(fù)極端子Ilb之間和/或發(fā)射極信號(hào)端子3b(3d)與柵極信號(hào)端子3a(3c)之間，設(shè)置未圖示的絕緣物(樹脂或紙等)，來構(gòu)成端子間相互的配置。通過這樣配置，能夠減小被層疊的電流環(huán)路，以便更有效地抑制磁通量貫穿的發(fā)生。
[0130]圖7是表示相對(duì)于用圖3的等效電路表示的半導(dǎo)體功率組件10，如圖16所示在正極端子Ila與負(fù)極端子Ilb之間安裝用于連接電容器組件120的直流母線Illa和111b，在交流端子Ilc安裝用于連接感應(yīng)電動(dòng)機(jī)500的交流母線112，在組件上部安裝驅(qū)動(dòng)電路板131時(shí)的狀態(tài)的安裝圖。半導(dǎo)體功率組件10為了散熱而安裝在散熱片150上。成為負(fù)極信號(hào)端子3g離開直流母線111的配置，由此，信號(hào)線環(huán)路(22h)難以受到在母線流動(dòng)的大電流所感應(yīng)的磁通量的影響。在該圖中，并排配置有兩個(gè)半導(dǎo)體組件10。由此能夠使輸出電流加倍。另外，通過以跨兩個(gè)組件的方式搭載一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板，驅(qū)動(dòng)電路板131經(jīng)由控制端子3不僅與控制基板141交換信號(hào)信息，而且產(chǎn)生搭載以過電壓保護(hù)為目的的雪崩二極管等其他附加功能的空間。驅(qū)動(dòng)電路板131，即使如圖7那樣并排配置有多個(gè)功率組件10，也能夠以跨多個(gè)組件上表面的方式配置。由此，可以縮短驅(qū)動(dòng)電路板131與功率組件10之間的配線長度，且能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電路板集中成一片，從而能夠減小柵極與發(fā)射極間的環(huán)路電感。
[0131]【實(shí)施例2】
[0132]圖8是表示本發(fā)明第二的實(shí)施方式即實(shí)施例2的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。本實(shí)施例為實(shí)施例1的變形例，在本實(shí)施例中，主端子和控制端子的布局與實(shí)施例I的布局不同，除此以外的方面與實(shí)施例1相同。即，圖8是表示圖1?6中所示的實(shí)施例1中的從交流端子側(cè)開始配線的控制端子(下臂發(fā)射極信號(hào)端子3d、上臂集電極信號(hào)端子3e、溫度檢測信號(hào)端子4)不是從組件中央而是從分開成4個(gè)分岔的其它交流端子之間開始配線時(shí)的實(shí)施方式的圖。
[0133]圖9表示圖8的C一C’剖面的主端子和控制端子，圖10表示圖8的端子和基座的俯視圖。即使像這樣配置，圖5中所示的電流或磁通量的方向的關(guān)系也不變，能夠獲得使因主端子上的大電流產(chǎn)生的噪聲的影響為最小限度這樣的相同效果。控制端子3的排樣或電線配線容易的情況下，也可以使用該實(shí)施例所示的設(shè)計(jì)。
[0134]【實(shí)施例3】
[0135]圖11是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式即實(shí)施例3的半導(dǎo)體功率組件的殼體內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。本實(shí)施例是實(shí)施例1的變形例，在本實(shí)施例中，主端子被分成多個(gè)，與此相伴地主端子和控制端子的布局與實(shí)施例1的布局也不同，但除此以外的方面與實(shí)施例1相同。即，圖11是表示圖1?6中所示的實(shí)施例1的主端子不是兩岔而是被分成分離的多個(gè)時(shí)的實(shí)施方式的圖。
[0136]S卩，本實(shí)施例的半導(dǎo)體功率組件10的特征在于，主端子(正極端子11a、負(fù)極端子11b、交流端子lie)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分，以控制端子(柵極信號(hào)端子3a (3c)和發(fā)射極信號(hào)端子3b (3d))的層疊部分夾在主端子的兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間的方式配置控制端子，特別是，上述“兩個(gè)部分”由彼此分開的兩個(gè)部件構(gòu)成，成為該“兩個(gè)部分”中的一個(gè)部分和另一個(gè)部分在相同的方向上延伸的構(gòu)造。
[0137]圖12表示圖11的D— D ’剖面的主端子和控制端子的俯視圖，圖13表示圖11的E—E ’剖面的主端子和控制端子的俯視圖，圖14表示圖11的端子和基座的俯視圖。即使這樣配置，圖5中所示的電流或磁通量的方向的關(guān)系也不變，能夠獲得使因主端子上的大電流產(chǎn)生的噪聲的影響為最小限度這樣的相同效果。將主端子分離成了多個(gè)的本實(shí)施例具有排樣容易的效果，即使在設(shè)計(jì)其他形狀的功率組件的情況下，也具有能夠使主端子共同化的效果。
[0138]【實(shí)施例4】
[0139]圖16是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的電力轉(zhuǎn)換裝置的電路區(qū)段結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖，是表示應(yīng)用于電力機(jī)車的例子的圖。在本實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置上，搭載有例如本發(fā)明的實(shí)施例1?3中的任一種半導(dǎo)體功率組件。如圖16所示，電力轉(zhuǎn)換裝置100構(gòu)成逆變器電路，經(jīng)由變壓器200連接于架線300與鐵軌或車身等的接地部400之間。從該電力轉(zhuǎn)換裝置100向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)500供給交流電。例如在每臺(tái)車輛各配設(shè)有4個(gè)車軸(4組由左右兩個(gè)車輪和將他們彼此固定的一個(gè)車軸構(gòu)成的組)的每一個(gè)車軸上，各連接一個(gè)電動(dòng)機(jī)500。在此，架線300的電力為交流的情況下，與變壓器200—起將交流電流轉(zhuǎn)換成直流的換流器組件與電力轉(zhuǎn)換裝置100連接。另一方面，在架線300的電力為直流的情況下，變壓器200由斷路器電路代替，根據(jù)需要調(diào)節(jié)電平。
[0140]電力轉(zhuǎn)換裝置100包括:用于從直流電流生成規(guī)定頻率的交流電流的逆變器組件110;用于使供給的直流電流穩(wěn)定化且平滑化的電容器組件120;對(duì)所述逆變器組件110進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的驅(qū)動(dòng)電路130;和向所述驅(qū)動(dòng)電路130供給控制信號(hào)的控制電路140。
[0141]在逆變器組件110中，上下臂串聯(lián)電路la、lb和Ic分別串聯(lián)地配置有2個(gè)由IGBT2a和二極管2b的并聯(lián)連接電路構(gòu)成的電流開關(guān)電路。上下臂串聯(lián)電路I的上下端分別與電容器組件120的正極和負(fù)極連接。而且，由配置在其上側(cè)(正極端子Ila)的IGBT2a和二極管2b構(gòu)成的電流開關(guān)電路作為所謂上臂進(jìn)行動(dòng)作，由配置在下側(cè)(負(fù)極端子lib)的IGBT2c和二極管2d構(gòu)成的電流開關(guān)電路作為所謂下臂進(jìn)行動(dòng)作。逆變器組件110由設(shè)置有三組這樣的上下臂串聯(lián)電路I的所謂三相橋電路構(gòu)成。而且，從各上下臂串聯(lián)電路I的中點(diǎn)位置即上下的電流開關(guān)電路的連接部分(交流端子11 c)，輸出三相交流電流(U、V、W)，該輸出的三相的交流電流(U、V、W)被供給向電動(dòng)機(jī)500。
[0142]在此，從驅(qū)動(dòng)電路130輸出的上臂柵極信號(hào)3a被供給至各相的上臂IGBT2a，下臂柵極信號(hào)3c被供給至各相的上臂IGBT2c，控制交流電流(U、V、W)的振幅或相位等。另外，向驅(qū)動(dòng)電路130供給的上臂發(fā)射極信號(hào)3b從各相的上臂IGBT2a發(fā)射極側(cè)被發(fā)送，下臂發(fā)射極信號(hào)3d從各相的下臂IGBT2C發(fā)射極側(cè)被發(fā)送。
[0143]控制電路140包括用于對(duì)各IGBT2a的開關(guān)時(shí)序進(jìn)行運(yùn)算處理的微型計(jì)算機(jī)。如上所述，各臂IGBT (2a、2c)的發(fā)射極電極與驅(qū)動(dòng)電路130連接，驅(qū)動(dòng)電路130對(duì)各個(gè)IGBT進(jìn)行發(fā)射極電極中的過電流檢測，對(duì)于檢測到過電流的IGBT(2a、2c)，使其開關(guān)動(dòng)作停止，保護(hù)其不受過電流影響。并且，在控制電路140中輸入來自設(shè)置于上下臂串聯(lián)電路I的未圖示的溫度傳感器、檢測施加在上下臂串聯(lián)電路I的兩端的直流電壓的檢測電路等的信號(hào)，基于這些信號(hào)，檢測過溫度、過電壓等異常。而且，在檢測到過溫度、過電壓等異常的情況下，使全部IGBT開關(guān)動(dòng)作停止，保護(hù)上下臂串聯(lián)電路I使其不受過電流、過電壓、過溫度等異常的影響。
[0144]另外，在以上所示的電力轉(zhuǎn)換裝置100中，由IGBT(2a、2c)和二極管(2b、2d)構(gòu)成的電流開關(guān)電路，也可以使用MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)晶體管)構(gòu)成。圖1所示的逆變器組件110是將構(gòu)成上下臂串聯(lián)電路I的三個(gè)2inl組件并聯(lián)組合而成的組件，但也可以用一個(gè)6inl組件替代。另外，在要求輸出電流比每一組件的允許輸出電流大的情況下，也可以增加組件的個(gè)數(shù)，將它們并聯(lián)連接。并且，電力轉(zhuǎn)換裝置100除圖1的電路結(jié)構(gòu)外，也可以是具備對(duì)電池充電的功能的裝置。
[0145]以上，根據(jù)本發(fā)明的上述各實(shí)施例，控制端子(發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子)配置成夾在被分開成兩岔的主端子之間，由此，能夠使高密度安裝變得容易，且實(shí)現(xiàn)組件小型化。被分開成兩岔的主端子產(chǎn)生的磁通量在兩岔的中央被抵消而成為最小，因此能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高密度安裝和從主端子向控制端子去的噪聲的除去。另外，通過在與組件基座垂直的方向?qū)盈B發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子，可以使由垂直地分開成兩貧的主端子產(chǎn)生的磁通量的方向與貫穿信號(hào)線環(huán)路內(nèi)的磁通量的方向正交，使噪聲的影響成為最小限度。其結(jié)果是，抑制了在導(dǎo)通或截止時(shí)進(jìn)行誤動(dòng)作的不利情況。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體功率組件，其包括正極端子、負(fù)極端子、交流端子、發(fā)射極信號(hào)端子和柵極信號(hào)端子，該半導(dǎo)體功率組件的特征在于: 所述正極端子、所述負(fù)極端子和所述交流端子的至少任一者包含在相同的方向上延伸的兩個(gè)部分， 所述發(fā)射極信號(hào)端子和所述柵極信號(hào)端子具有其各自的一部分相互層疊而成的層疊部分， 所述層疊部分配置成夾在所述正極端子、所述負(fù)極端子和所述交流端子的至少任一者的所述兩個(gè)部分中的一個(gè)部分與另一個(gè)部分之間。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 所述兩個(gè)部分由相互分體的兩個(gè)部件構(gòu)成。3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在與配置所述正極端子和所述負(fù)極端子的面相反的一側(cè)的面配置所述交流端子。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在配置所述正極端子和所述負(fù)極端子的部位與配置所述交流端子的部位之間配置控制端子。5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 還包括基座，所述正極端子、所述負(fù)極端子、所述交流端子、所述發(fā)射極信號(hào)端子和所述柵極信號(hào)端子共同搭載于所述基座， 以所述基座的平面方向與相互層疊的所述柵極信號(hào)配線和所述發(fā)射極信號(hào)配線的環(huán)路相互正交的方式，配置所述基座、所述柵極信號(hào)配線和所述發(fā)射極信號(hào)配線。6.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在相互層疊的所述正極端子與所述負(fù)極端子之間和所述發(fā)射極信號(hào)配線與所述柵極信號(hào)配線之間的至少任一方設(shè)置有絕緣物。7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 所述兩個(gè)部分由具有從所述半導(dǎo)體功率組件的外部向內(nèi)部分開成兩岔的形狀的單一部件的、所述兩岔中的一岔和另一岔構(gòu)成。8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在與配置所述正極端子和所述負(fù)極端子的面相反的一側(cè)的面配置所述交流端子。9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在配置所述正極端子和所述負(fù)極端子的部位與配置所述交流端子的部位之間配置控制端子。10.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 所述半導(dǎo)體功率組件構(gòu)成為能夠搭載基座， 在搭載了所述基座的情況下，以所述基座的平面方向與相互層疊的所述柵極信號(hào)配線和所述發(fā)射極信號(hào)配線的環(huán)路相互正交的方式，配置所述柵極信號(hào)配線和所述發(fā)射極信號(hào)配線。11.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體功率組件，其特征在于: 在相互層疊的所述正極端子與所述負(fù)極端子之間和所述發(fā)射極信號(hào)配線與所述柵極信號(hào)配線之間的至少任一方設(shè)置絕緣物。12.—種電力轉(zhuǎn)換裝置，其通過將具有大致長方形的形狀的半導(dǎo)體功率組件并排配置在所述長方形的短邊方向上而構(gòu)成，該電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于: 所述半導(dǎo)體功率組件為權(quán)利要求1?11中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體功率組件。13.如權(quán)利要求12所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于: 在所述半導(dǎo)體功率組件的所述正極端子側(cè)或所述負(fù)極端子側(cè)配置有電容器組件， 在所述半導(dǎo)體功率組件上設(shè)置有柵極配線電路板。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK105957859SQ201510977325
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年12月23日
【發(fā)明人】堀內(nèi)敬介, 川瀬大助, 稻葉政光, 齊藤克明
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社日立功率半導(dǎo)體