功率用半導體模塊的制作方法
【專利摘要】得到能夠降低功率用半導體模塊內(nèi)部的布線之間的電感、抑制浪涌電壓所致的功率用半導體元件的損壞的功率用半導體模塊。一種功率用半導體模塊，具備：正負支路，將自消弧型半導體元件(6)串聯(lián)連接而構(gòu)成，在自消弧型半導體元件(6)之間具有連接點；正極側(cè)直流電極(10)、負極側(cè)直流電極(11)以及交流電極(12)，與正負支路連接；以及基板(2)，形成有連接正負支路的自消弧型半導體元件(6)和正極側(cè)直流電極(10)、負極側(cè)直流電極(11)、及交流電極(12)的布線圖案(3、4)，其中，正極側(cè)直流電極(10)、負極側(cè)直流電極(11)以及交流電極(12)被分別絕緣，各個電極中的兩個被對置地配置。
【專利說明】
功率用半導體模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及降低功率用半導體模塊的電感的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]關(guān)于在逆變器等功率變換裝置中使用的絕緣型功率用半導體模塊，在作為散熱板的金屬板隔著絕緣基板形成有布線圖案，在其上設置有功率用半導體元件，通過引線鍵合等與電極端子連接，該功率用半導體元件用樹脂密封。
[0003]在大電流、高電壓下進行切換(switching)動作的功率用半導體模塊中，根據(jù)功率用半導體元件截止時的電流的時間變化率di/dt和功率變換裝置中包含的布線電感L，對功率用半導體元件施加浪涌電壓A V = L.di/dt。當布線電感大時，會產(chǎn)生超過功率用半導體元件的耐壓的浪涌電壓，有時會成為功率用半導體元件損壞的原因。因此，作為功率變換裝置，要求低電感化，對功率用半導體模塊也要求低電感化。
[0004]在封裝內(nèi)具備正、負支路的功率用半導體模塊內(nèi)的電感大的要素是與外部電路連接的正極電極、負極電極以及輸出(交流)電極。
[0005]因此，近年來，通過層疊模塊內(nèi)的電極，在電流流動時在電極之間磁通被消除，從而實現(xiàn)了低電感化(例如專利文獻I)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利公報第3692906號(第4頁，第I圖)
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0010]然而，在以往的功率用半導體模塊中，采用按照P-U-N的順序來層疊作為正極電極的P電力線、作為負極電極的N電力線以及作為輸出電極的輸出線U而成的構(gòu)造，由于由在輸出線U中流過的電流而產(chǎn)生的磁通的朝向和由在P電力線或者N電力線中的某一個中按照與輸出線U相反的方向流過的電流而發(fā)生的磁通的朝向相逆，所以各個磁通被抵消而減少，所以電感被降低。然而，在P-U之間、U-N之間，磁通被有效地消除而能夠降低電感，但在P-N之間，由于輸出線U存在于P-N之間，所以存在磁通的消除效果變小，電感的降低效果減弱這樣的問題。
[0011]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，得到一種通過降低所有布線之間的電感而能夠抑制浪涌電壓所致的功率用半導體元件的損壞的功率用半導體模塊。
[0012]解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0013]本發(fā)明的功率用半導體模塊具備:正負支路，將自消弧型半導體元件串聯(lián)連接而構(gòu)成，具有所述自消弧型半導體元件的串聯(lián)連接點；正極側(cè)電極、負極側(cè)電極以及交流電極，與所述正負支路連接；以及基板，形成有連接所述正負支路的所述自消弧型半導體元件和所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極的布線圖案，所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極被分別絕緣，各個電極中的兩個被對置地配置。
[0014]技術(shù)效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，以分別對置的方式配置了正極側(cè)電極、負極側(cè)電極以及交流電極，所以在對置的正極側(cè)電極與交流電極之間、交流電極與負極側(cè)電極之間以及正極側(cè)電極與負極側(cè)電極之間，di/dt的朝向相互相逆，進行磁通的消除，能夠在對置的各電極之間降低電感。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的頂面示意圖以及概略側(cè)面圖。
[0017]圖2是拆除了本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的電極時的頂視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的頂面外觀圖。
[0019]圖4是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的等價電路圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的2電平電路中的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作電路圖。
[0021]圖6是示出本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。
[0022]圖7是示出產(chǎn)生圖6所示的換流環(huán)路時的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0023]圖8是本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的頂面示意圖以及概略側(cè)面圖。
[0024]圖9是作為本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的正負支路具備2片絕緣基板時的功率用半導體模塊的等價電路圖。
[0025]圖10是本發(fā)明的實施方式2的2電平電路中的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作電路圖。
[0026]圖11是示出本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。
[0027]圖12是示出產(chǎn)生圖11所示的換流環(huán)路時的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0028]圖13是本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的功率用半導體模塊的頂視圖以及概略側(cè)面圖。
[0029]圖14是拆除了本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的功率用半導體模塊的電極時的頂視圖。
[0030]圖15是本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的功率用半導體模塊的頂面外觀圖。
[0031]圖16是在本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的功率用半導體模塊中的分支電極部分加入了狹縫時的頂面示意圖。
[0032]圖17是示出本發(fā)明的實施方式4的功率用半導體模塊的3電平電路中的自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。
[0033]圖18是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的功率用半導體模塊400(c)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0034]圖19是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的另一功率用半導體模塊400(c)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0035]圖20是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的又一功率用半導體模塊400(a)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0036]圖21是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的又一功率用半導體模塊400(a)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。
[0037](符號說明)
[0038]I:基體板;2:絕緣基板;3、4:布線圖案；5:陶瓷絕緣基板;6、6P、6N:自消弧型半導體元件;7、7P、7N:回流二極管;8、8P、8N:柵極電阻;9:焊料；10:正極電極；11:負極電極；12:交流電極；13E、13G:正支路側(cè)控制端子；14E、14G:負支路側(cè)控制端子;21:鍵合引線；22:控制用引線鍵合;25P:其它相的正支路;25N:其它相的負支路;31:負載;32:電容器;40:正極端子;41:負極端子；42:交流端子；50:密封材料；51:殼體;52:蓋；53:螺母;60:正極分支電極;61:負極分支電極;62:交流分支電極；100、200、300、400(3)、400(13)、400((3)、500:功率用半導體模塊；101、102、103、104:正支路側(cè)絕緣基板；111、112、113、114:負支路側(cè)絕緣基板;600:狹縫。
【具體實施方式】
[0039]實施方式1.
[0040]圖1是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的頂面示意圖以及概略側(cè)面圖。圖1 (a)示出功率用半導體模塊100的頂面示意圖。圖1(b)示出從圖1(a)中的B側(cè)觀察時的概略偵_圖，圖1(c)示出從圖1(a)中的A側(cè)觀察時的概略側(cè)面圖。另外，圖2是拆除了本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的電極時的頂視圖。進而，圖3是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的頂面外觀圖。此處，將從B側(cè)觀察的方向設為B方向，將從A側(cè)觀察的方向設為A方向。
[0041]在圖1、圖2以及圖3中，本實施方式I的功率用半導體模塊100具備:基體板1、集電極(漏極)布線圖案3、發(fā)射極(源極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自消弧型半導體元件6、回流二極管7、焊料9、作為正極側(cè)電極的正極電極10、作為負極側(cè)電極的負極電極11、交流電極12、鍵合引線21、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41、作為交流電極12的端子部的交流端子42、密封材料50、殼體51、蓋52、螺母53。
[0042]在本實施方式I的功率用半導體模塊100中，在將構(gòu)成功率用半導體模塊100的自消弧型半導體元件6和回流二極管7的發(fā)熱進行散熱的金屬散熱體即基體板I的一面上，用焊料9接合了作為通過釬焊等接合金屬箔而得到的絕緣材料的陶瓷絕緣基板5。另一方面，在陶瓷絕緣基板5的與和基體板I接合的面對置的面上，通過釬焊等用金屬箔接合了布線圖案3、4。由接合有金屬箔的陶瓷絕緣基板5和布線圖案3、4構(gòu)成了絕緣基板2。然而，作為絕緣基板的材料，不限于陶瓷，也可以是使用了樹脂絕緣材料的金屬基板。
[0043]另外，在集電極(漏極)布線圖案3和發(fā)射極(源極)布線圖案4的與接合了陶瓷絕緣基板5的面對置的面上，用焊料9接合了自消弧型半導體元件6和回流二極管7。進而，對集電極(漏極)布線圖案3、發(fā)射極(源極)布線圖案4接合了正極電極10、負極電極11以及交流電極12。然而，作為接合材料使用了焊料9，但不限于焊料9，也可以利用其它接合方法。
[0044]由于在正極電極10、負極電極11以及交流電極12中分別流過大電流，所以為了與外部電路連接而一般使用螺釘。然而，不限于螺釘，只要能夠流過大電流，也可以是其它接合方法。在本實施方式I中，正極電極10、負極電極11以及交流電極12分別在模塊上表面具備用于與外部電路連接的正極端子40、負極端子41、交流端子42。另外，這些正極端子40、負極端子41以及交流端子42具有插入螺釘用的孔，在這些端子下設置有嵌入了螺母的殼體。另外，功率用半導體模塊100的周圍被殼體51包圍，為了使殼體51內(nèi)部絕緣，在殼體51內(nèi)部注入密封材料50。之后，對殼體51嵌合蓋52，并用粘接劑等粘接。
[0045]自消弧型半導體元件6和回流二極管7的未與發(fā)射極(源極)布線圖案4焊接的面通過鍵合引線21與布線圖案等接合。
[0046]此處，圖4示出本實施方式I的功率用半導體模塊100的等價電路。將自消弧型半導體元件6圖不為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)，但即便是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)、雙極型晶體管等其它自消弧型半導體元件，也能得到本發(fā)明的效果。另外，作為半導體元件的材料，不僅是Si (Si I icon，娃)，而且即便是Si C (Si I icon Carbide，碳化娃)、GaN(Gallium nitride，氮化鎵)、金剛石作為原料的半導體元件也能得到效果。特別是，在使用了能夠高速動作的SiC、GaN等的情況下，能夠得到更顯著的效果。
[0047]功率用半導體模塊100是在通常被稱為“二合一(2inI)”的同一殼體(同一封裝)內(nèi)具備功率變換電路的正支路、負支路的模塊。作為支路的構(gòu)成要素，是逆并聯(lián)地連接自消弧型半導體元件6和回流二極管7而成的電路。另外，在自消弧型半導體元件6中有內(nèi)置二極管的情況下，無需另行配置回流二極管7，而能夠僅用二極管內(nèi)置自消弧型半導體元件來構(gòu)成支路。絕緣基板101構(gòu)成了正支路，絕緣基板111構(gòu)成了負支路。自消弧型半導體元件的串聯(lián)連接點是正支路和負支路被連接的部分。
[0048]在圖1中的功率用半導體模塊100中，構(gòu)成各支路的絕緣基板2各是I片，但由于自消弧型半導體元件6、回流二極管7的數(shù)量根據(jù)功率用半導體模塊的電流容量而不同，所以當在I片絕緣基板中配置大量芯片時，絕緣基板自身的尺寸變大。在該情況下，由于與基體板1、焊料9等功率用半導體模塊的結(jié)構(gòu)部件的熱膨脹率的差異而產(chǎn)生在絕緣基板2中形成裂紋等可靠性的問題。因此，在元件數(shù)多時等，也可以根據(jù)電流容量而考慮分割(多片化)絕緣基板2。
[0049]與配置于正支路的絕緣基板101的集電極(漏極)布線圖案3連接的是正極電極10，與發(fā)射極(源極)布線圖案4連接的是交流電極12。另外，與配置于負支路的絕緣基板111的集電極(漏極)布線圖案3連接的是交流電極12，與發(fā)射極(源極)布線圖案4連接的是負極電極11。
[0050]交流電極12具備相對絕緣基板2的形成有布線圖案3、4的面的、作為平行面部的平行面和作為垂直面部的垂直面，平行面被配置于確保了與正負支路的各絕緣基板2的絕緣距離的位置。另外，正極電極10具備相對絕緣基板2的形成有布線圖案3、4的面的、作為平行面部的平行面和作為垂直面部的垂直面，在與交流電極絕緣的狀態(tài)下在交流電極的平行面上部平行地配置了平行面。進而，負極電極11具備相對絕緣基板2的形成有布線圖案3、4的面的、作為平行面部的平行面和作為垂直面部的垂直面，在與交流電極絕緣的狀態(tài)下在交流電極的平行面上部平行地配置了平行面。在絕緣的狀態(tài)下使正極電極的垂直面和負極電極的垂直面對置而平行地配置了正極電極的垂直面和負極電極的垂直面。
[0051]此后，平行面是指電極的與絕緣基板2的形成有布線圖案3、4的面平行的部分，垂直面是表示電極的與絕緣基板2的形成有布線圖案3、4的面垂直的部分。
[0052]接下來，對使用了二合一的功率用半導體模塊100的2電平電路進行說明。圖4是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的等價電路圖。在圖4中，功率用半導體模塊100具備自消弧型半導體元件6、回流二極管7、柵極電阻8、正極端子40、負極端子41、交流端子42、正支路側(cè)絕緣基板101、負支路側(cè)絕緣基板111。正支路側(cè)絕緣基板101、負支路側(cè)絕緣基板111分別具備多個自消弧型半導體元件6、多個回流二極管7、多個柵極電阻8。在圖4中，將自消弧型半導體元件6作為例子記載為M0SFET，在以后的圖中也將自消弧型半導體元件6記載為MOSFETo
[0053]但是，在圖4的等價電路中記載自消弧型半導體元件6的柵極控制電路，作為端子示出了正極側(cè)柵極13G、正極側(cè)控制源極13E、負極側(cè)柵極14G、負極側(cè)控制源極14E，但在與模塊內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)的圖1?3中，僅圖示了與主電路的電路有關(guān)的構(gòu)造，將與控制電路有關(guān)的構(gòu)造省略并簡化而圖示。實際上，具備如下的機構(gòu):在絕緣基板2上構(gòu)成自消弧型半導體元件6的控制用的布線圖案，自消弧型半導體元件6上的柵極或者控制源極電極和用于與外部連接的柵極或者控制源極電極被電連接，在功率用半導體模塊的上表面等露出，而能夠與外部導體連接。它們在其它實施例中也是相同的，不影響本發(fā)明的效果。但是，因為控制電路的布線圖案易于受到自消弧型半導體元件6的主電路電流即流過布線圖案3、4的電流所致的感應，所以為了抑制電流失衡，控制電路的布線圖案的形狀優(yōu)選為柵極和控制源極平行。
[0054]圖5是本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的2電平電路中的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作電路圖。圖6是示出本發(fā)明的實施方式I的功率用半導體模塊的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。使用圖5(a)、圖5(b)以及圖6所示的動作電路圖，以自消弧型半導體元件6是MOSFET的情況為例子，對正支路側(cè)的MOSFET進行切換的模式進行說明。另外，在圖5、圖6中，將各支路中的多個自消弧型半導體元件6、回流二極管7以及柵極電阻8集中記載為一個。
[0055]如圖5(a)所示，在正側(cè)直流母線P與負側(cè)直流母線N之間連接了電容器32的兩端，將功率用半導體模塊100的正極端子40連接到正側(cè)直流母線P，將負極端子41連接到負側(cè)直流母線N，而構(gòu)成了 2電平電路。圖5(a)中的虛線所包圍的部分表示功率用半導體模塊100，白圈表示在功率用半導體模塊100的表面露出的正極端子40、負極端子41以及交流端子42。另外，在圖5中，用箭頭在電路上重疊地示出了正支路側(cè)MOSFET 6P進行切換時的電流路徑。
[0056]在圖5(a)中，當正支路側(cè)MOSFET 6P導通時，電流從電容器32的正極通過正支路側(cè)MOSFET 6P并通過交流端子42，經(jīng)由馬達等負載31而通過其它相的負支路25N，電流流到電容器32的負極。在圖5、圖6中，將負載31記載為電感。另外，在以后的圖中也將負載31記載為電感。另一方面，在正支路側(cè)MOSFET 6P從導通向截止進行切換時，如圖5(b)所示，在負載31中流過的電流回流到負支路側(cè)回流二極管7N。此時，正支路側(cè)MOSFET 6P的關(guān)斷時的換流環(huán)路如圖6所示，成為從電容器32的正極通過正支路側(cè)M0SFET6P、負支路側(cè)回流二極管7N返回至IJ電容器32的負極的環(huán)路。在圖5(a)、圖5(b)以及圖6中，僅記載了M0SFET、回流二極管以及電容器，但實際上電路中包含有連接半導體元件彼此的布線的電感、電阻分量，在該換流環(huán)路中包括其布線電感、電阻分量。
[0057]另一方面，負支路側(cè)MOSFET6N進行切換時的換流環(huán)路成為從電容器32的正極通過正支路側(cè)回流二極管7P、負支路側(cè)MOSFET 6N返回到電容器32的負極的環(huán)路。在通過功率用半導體模塊100的正極端子40和負極端子41的環(huán)路這一點上，正支路側(cè)MOSFET 6P進行切換時和負支路側(cè)MOSFET 6N進行切換時可謂大致相同。在自消弧型半導體元件6的關(guān)斷時施加的浪涌電壓與換流環(huán)路的電感成比例。因此，在2電平電路中，需要使圖6記載的換流環(huán)路的電感降低。作為換流環(huán)路的電感主要原因，分為連接功率用半導體模塊和電容器的母線的電感、電容器自身的電感、功率用半導體模塊內(nèi)部的電感這3個要素，而本發(fā)明是與第3個的功率用半導體模塊內(nèi)部的布線電感的降低有關(guān)的發(fā)明。
[0058]圖7是示出產(chǎn)生圖6所示的換流環(huán)路時的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。在圖7中，正極電極10具備作為平行面部的平行面1L和作為垂直面部的垂直面10V，負極電極11具備作為平行面部的平行面IlL和作為垂直面部的垂直面11V，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L。另外，示意性地，用箭頭表示電流流動的方向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0059]圖7示出了圖6所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過正極端子40(未圖示)—正極電極10的垂直面10V—正極電極10的平行面10L—正支路側(cè)絕緣基板1I—交流電極12的平行面12L—負支路側(cè)絕緣基板111 —負極電極11的平行面11L—負極電極11的垂直面11V—負極端子41(未圖示)。在該過程中，在對置地配置的正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面IIV、正極電極10的平行面1L和交流電極12的平行面12L、負極電極11的平行面IlL和交流電極12的平行面12L中，di/dt的朝向相互相逆，進行磁通的消除，能夠降低電感。
[0060]在如上地構(gòu)成的功率用半導體模塊中，因為以分別對置的方式配置了正極電極
10、負極電極11以及交流電極12，所以能夠消除電流在各電極流過時在電極之間產(chǎn)生的磁通。其結(jié)果是，由于正極電極10、負極電極11以及交流電極12產(chǎn)生的電感被降低，對半導體元件施加的浪涌電壓被降低，所以能夠提高功率用半導體模塊的可靠性。
[0061 ]實施方式2.
[0062]在本實施方式2中，將在實施方式I中使用的I片絕緣基板設為多片絕緣基板來構(gòu)成電路這點不同。因為在這樣使用了多片絕緣基板的電路中也以分別對置的方式配置了正極電極10、負極電極11以及交流電極12，所以能夠降低電感。
[0063]圖8是本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的頂視圖以及概略側(cè)面圖。圖8(a)示出功率用半導體模塊200的頂視圖。圖8(b)示出從圖8(a)中的B側(cè)觀察時的概略側(cè)面圖，圖8(c)示出從圖8(a)中的A側(cè)觀察時的概略側(cè)面圖。圖9是本發(fā)明的實施方式2的作為正負支路具備多個絕緣基板時的功率用半導體模塊的等價電路圖。此處，將從B側(cè)觀察的方向設為B方向，將從A側(cè)觀察的方向設為A方向。
[0064]在圖8中，本實施方式2的功率用半導體模塊200具備:基體板1、絕緣基板2、集電極(漏極)布線圖案3、發(fā)射極(源極)布線圖案4、自消弧型半導體元件6、回流二極管7、焊料9、作為正極側(cè)電極的正極電極10、作為負極側(cè)電極的負極電極11、交流電極12、鍵合引線21、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41、作為交流電極12的端子部的交流端子42、作為正極電極10的分支電極部的正極分支電極60、作為負極電極11的分支電極部的負極分支電極61、作為交流電極12的分支電極部的交流分支電極62、密封材料50、殼體51、蓋52、螺母53。
[0065]如圖8所示，為了連接多片絕緣基板2，跨越多片絕緣基板2來配置正極電極10、負極電極11以及交流電極12。正極電極10、負極電極11具有的平行面是將并聯(lián)地連接多片絕緣基板2的方向(A方向)作為長邊的大致長方形。另外，為了串聯(lián)地連接正負支路，交流電極12具有的平行面是將跨越正負支路的方向(B方向)作為短邊、將并聯(lián)地連接多片絕緣基板2的方向(A方向)作為長邊的大致長方形。進而，各電極從各電極的平行面朝向布線圖案3、4分支，與各絕緣基板11、102、111、112分別連接。在該分支中，將正極電極1的分支電極作為正極分支電極60，將負極電極11的分支電極作為負極分支電極61，將交流電極12的分支電極作為交流分支電極62。
[0066]正極分支電極60和交流分支電極62絕緣且被平行地配置。另外，平行地配置的部分為相同形狀。另外，負極分支電極61和交流分支電極62絕緣且被平行地配置。另外，平行地配置的部分為相同形狀。
[0067]即便在像這樣絕緣基板2是多片的情況下，也與作為正支路、負支路分別為I片絕緣基板2的情況同樣地能夠降低電感。
[0068]接下來，對使用了二合一的功率用半導體模塊200的2電平電路中的切換動作進行說明。作為例子，說明正支路側(cè)的MOSFET進行切換動作的模式。圖9是作為本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的正、負支路具備2片絕緣基板時的功率用半導體模塊的等價電路圖。將實施方式I的功率用半導體模塊100替換為功率用半導體模塊200這點不同。在圖9中，功率用半導體模塊200具備:自消弧型半導體元件6、回流二極管7、柵極電阻8、正極電極10、負極電極11、輸出電極12、正支路側(cè)絕緣基板11、102、負支路側(cè)絕緣基板111、112。正支路側(cè)絕緣基板101、102、負支路側(cè)絕緣基板111、112分別具備多個自消弧型半導體元件6、多個回流二極管7、多個柵極電阻8。
[0069]其中，在圖9的等價電路中，記載了自消弧型半導體元件6的柵極控制電路，作為端子示出了正極側(cè)柵極13G、正極側(cè)控制源極13E、負極側(cè)柵極14G、負極側(cè)控制源極14E，但在與模塊內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)的圖8中，僅圖示了與主電路的電路有關(guān)的構(gòu)造，將與控制電路有關(guān)的構(gòu)造省略并簡化而圖示。實際上具備如下機構(gòu):在絕緣基板2上構(gòu)成了自消弧型半導體元件6的控制用的布線圖案，自消弧型半導體元件6上的柵極或者控制源極電極和用于與外部連接的柵極或者控制源極電極被電連接，在功率用半導體模塊的上表面等露出，而能夠與外部導體連接。它們在其它實施例中也相同，不影響本發(fā)明的效果。但是，因為控制電路的布線圖案易于受到自消弧型半導體元件6的主電路電流即流過布線圖案3、4的電流所致的感應，所以為了抑制電流的失衡，控制電路的布線圖案的形狀優(yōu)選為柵極與控制源極平行。
[0070]圖10是本發(fā)明的實施方式2的2電平電路中的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作電路圖。圖11是示出本發(fā)明的實施方式2的功率用半導體模塊的正支路側(cè)自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。使用圖10 (a)、圖10(b)以及圖11所示的動作電路圖，以自消弧型半導體元件6是MOSFET的情況為例子，說明正支路側(cè)的MOSFET 6P進行切換的模式。在圖10、圖11中，將各支路中的多個自消弧型半導體元件6、回流二極管7以及柵極電阻8集中記載為一個。
[0071]如圖10(a)所示，在正側(cè)直流母線P與負側(cè)直流母線N之間連接了電容器32的兩端，將功率用半導體模塊200的正極端子40連接到正側(cè)直流母線P，將負極端子41連接到負側(cè)直流母線N，而構(gòu)成了2電平電路。圖10(a)的虛線所包圍的部分表示功率用半導體模塊200，白圈表示正極端子40、負極端子41以及輸出端子42的在功率用半導體模塊100的表面露出的外部端子。另外，在圖10中，用箭頭在電路上重疊示出正支路側(cè)MOSFET 6P進行切換時的電流路徑。
[0072]在圖10(a)中，在正支路側(cè)MOSFET 6P導通時，電流從電容器32的正極通過正支路側(cè)MOSFET 6P，通過輸出端子42，并經(jīng)由馬達等負載31通過其它相的負支路25N，電流流到電容器32的負極。在MOSFET進行切換時，由于電感分量影響負載，所以在圖10中將負載31記載為電感。另一方面，在正支路側(cè)MOSFET 6P從導通向截止進行切換時，如圖10(b)所示，流過負載31的電流回流到負支路側(cè)回流二極管7N。因此，正支路側(cè)MOSFET 6P關(guān)斷時的換流環(huán)路如圖15所示，成為從電容器32的正極通過正支路側(cè)MOSFET 6P、負支路側(cè)回流二極管7N返回到電容器32的負極的環(huán)路。在圖10(a)、圖10(b)以及圖11中，僅記載了M0SFET、回流二極管以及電容器，但實際上電路中包含有連接半導體彼此的布線的電感、電阻分量，在該換流環(huán)路中包括該布線電感、電阻分量。
[0073]另一方面，在負支路側(cè)MOSFET6N進行切換的情況下，與上述同樣地，換流環(huán)路成為從電容器32的正極通過正支路側(cè)回流二極管7P、負支路側(cè)MOSFET 6N返回到電容器32的負極的環(huán)路。如上所述，在自消弧型半導體元件6的關(guān)斷時施加的浪涌電壓與換流環(huán)路的電感成比例。因此，在2電平電路中，需要使圖11記載的換流環(huán)路的電感降低。作為換流環(huán)路的電感主要原因，分為連接功率用半導體模塊和電容器的母線的電感、電容器自身的電感、功率用半導體模塊內(nèi)部的電感這3個要素，而本發(fā)明是與第3個的功率用半導體模塊內(nèi)部的布線電感的降低有關(guān)的發(fā)明。
[0074]圖12是示出產(chǎn)生圖11所示的換流環(huán)路時的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。在圖12中，正極電極10具備作為平行面部的平行面10L、作為垂直面部的垂直面1V以及作為正極電極10的分支電極部的正極分支電極60a、60b，負極電極11具備作為平行面部的平行面11L、作為垂直面部的垂直面IlV以及作為負極電極11的分支電極部的負極分支電極61a、61b，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L和作為交流電極12的分支電極部的交流分支電極62a、62b、62c、62d。另外，示意性地，用箭頭表示電流流動的方向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0075]圖12示出了圖11所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過正極端子40 (未圖示)—正極電極1的垂直面1 V—正極電極1的平行面10L—正極分支電極60a、60b—正支路側(cè)絕緣基板101(未圖示)—交流分支電極62a、62b—交流電極12的平行面12L—交流分支電極62c、62d—負支路側(cè)絕緣基板111(未圖示)—負極分支電極61a、61b—負極電極11的平行面11L—負極電極11的垂直面IIV—負極端子41 (未圖示)。在該過程中，在正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面11V、正極電極10的平行面1L和交流電極12的平行面12L、正極分支電極60a、60b和交流分支電極62a、62b、負極電極的平行面IlL和交流電極的平行面12L以及負極分支電極61a、61b和交流分支電極62c、62d中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在對置地配置的正極電極10、負極電極11以及交流電極12之間的各個對置部分降低電感。
[0076]此處，由于正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面IlV在長度方向上具有較長的面，所以在正極電極1的垂直面1V中電流在長度方向上擴展地流過。另一方面，在負極電極11的垂直面11V中在長度方向上擴展的電流以集中到負極端子41的方式流動。因此，在正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面IIV中，在垂直面整體中產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0077]另外，由于在正極電極10的平行面1L和交流電極12的平行面12L以及負極電極11的平行面IlL和交流電極12的平行面12L中也同樣地有電流向長度方向的擴展，所以在平行面整體產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0078]如上所述，功率用半導體模塊200在具備多個絕緣基板2作為正支路、負支路的情況下，也能夠在從正極端子10通過負極端子11的環(huán)路中降低電感。另外，通過電流在長度方向上擴展，也能夠降低電感。
[0079]在如上地構(gòu)成的功率用半導體模塊中，因為以分別對置的方式配置了正極電極
10、負極電極11以及交流電極12，所以能夠消除電流在各電極流動時在電極之間產(chǎn)生的磁通。其結(jié)果是，由于正極電極10、負極電極11以及交流電極12所致的電感被降低，對功率用半導體元件施加的浪涌電壓被降低，所以能夠提高功率用半導體模塊的可靠性。
[0080]另外，在本實施方式中，對在正負支路分別配置了2片絕緣基板2的情況進行了說明，但在配置了其以上的片數(shù)的情況下也能夠得到本發(fā)明的效果。在各支路配置了多片絕緣基板2的模塊構(gòu)造中，自消弧型半導體元件6進行切換時的換流環(huán)路也與配置2片的情況相同，只是電極的分支電極的并聯(lián)數(shù)增加而已。
[0081 ]實施方式3.
[0082]在本實施方式3中，將在實施方式2中使用的正極端子40和負極端子41配置于功率用半導體模塊的中央部這點不同。像這樣，通過將正極端子和負極端子配置于功率用半導體模塊的中央部，在產(chǎn)生從正極端子40通過負極端子41的換流環(huán)路時，針對搭載于功率用半導體模塊的多個絕緣基板2，使電流的路徑長度均等化，實現(xiàn)布線電感以及布線電阻的均等化。由此，能夠抑制在各絕緣基板2的布線圖案3、4流過的電流的偏差，能夠抑制搭載于各絕緣基板2的自消弧型半導體元件、回流二極管等半導體元件的電流偏差。另外，通過抑制電流偏差，能夠抑制半導體兀件的溫度偏差，能夠提尚熱循環(huán)壽命。
[0083]圖13是本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的頂面示意圖以及概略側(cè)面圖。圖13 (a)示出功率用半導體模塊300的頂面示意圖。圖13(b)示出從圖13(a)的B側(cè)觀察時的概略側(cè)面圖。圖13(c)示出從圖13(a)的A側(cè)觀察時的概略側(cè)面圖。此處，將從B側(cè)觀察的方向設為B方向，將從A側(cè)觀察的方向設為A方向。圖14是拆除了本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的電極時的頂面示意圖。圖15是本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的頂面外觀圖。正負支路都具備4片絕緣基板2。正極端子40和負極端子41被配置于模塊中央附近。另外，特征在于:交流端子41配置于未配置正極端子40、負極端子41的部位。在本實施方式中，示出了在正負支路分別具備4片絕緣基板2的例子，但對片數(shù)不特別限定，為了易懂地說明本發(fā)明的效果，以下在實施方式中根據(jù)圖13?圖16進行說明。
[0084]在圖13中，本實施方式3的功率用半導體模塊300具備:基體板1、絕緣基板2、集電極(漏極)布線圖案3、發(fā)射極(源極)布線圖案4、自消弧型半導體元件6、回流二極管7、焊料9、作為正極側(cè)電極的正極電極10、作為負極側(cè)電極的負極電極11、交流電極12、鍵合引線21、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41、作為交流電極12的端子部的交流端子42、作為正極電極10的分支電極部的正極分支電極60、作為負極電極11的分支電極部的負極分支電極61、作為交流電極12的分支電極部的交流分支電極62、密封材料50、殼體51、蓋52、螺母53。
[0085]在圖13中，將正極端子40和負極端子41配置于功率用半導體模塊300的中央附近，即使在從正極端子40、負極端子41至布線圖案3、4的距離(電極長度)不為等距離、或者由于電極的結(jié)構(gòu)而不嚴格為等距離的情況下，也以使布線電感以及布線電阻均等化的方式來構(gòu)成正極分支電極60、負極分支電極61，交流分支電極62被構(gòu)成為與正極分支電極60以及負極分支電極61相同的形狀且平行。另外，通過調(diào)整布線圖案3、4的與正極分支電極60、負極分支電極61以及交流分支電極62的連接部分的位置，能夠使布線電感、布線電阻均等化。
[0086]即使在從正極端子40、負極端子41至布線圖案3、4的距離(電極長度)不為等距離、或者由于電極的結(jié)構(gòu)而不嚴格為等距離的情況下，通過將從各電極的長邊的兩端分支的分支電極設為以電極的長邊為起點的V形，也能夠使電流的路徑長度均等化。
[0087]圖16是在本發(fā)明的實施方式3的功率用半導體模塊的功率用半導體模塊中的分支電極部分加入了狹縫時的頂面示意圖。在圖16中，在正極電極10和負極電極11具備用虛線包圍的狹縫600。在圖13中，電極在大致相同位置被2分割，而如圖16所示，即使在分支位置不同的情況下，通過在電極的平行面或者垂直面加入狹縫600，即使在從正極端子40、負極端子41至布線圖案3、4的距離(電極長度)不為等距離、或者由于電極的結(jié)構(gòu)而不嚴密為等距離的情況下，布線電感以及布線電阻也被均等化。另外，在圖16的與正極電極10、負極電極11的各平面部對置的交流電極12的平面部也設置了與正極電極10、負極電極11相同的形狀的狹縫。由此，通過正極電極10和交流電極12、負極電極11和交流電極12的換流環(huán)路的路徑重疊，從而能夠更高效地降低電感。如上所述，通過狹縫，即使在從正極端子40、負極端子41至布線圖案3、4的距離(電極長度)不為等距離、或者由于電極的結(jié)構(gòu)而不嚴格為等距離的情況下，也能夠使布線電感以及布線電阻均等化，而通過將正極端子40/負極端子41配置于功率用半導體模塊的中央部，具有易于使至各絕緣基板的距離或者布線電感以及布線電阻均等化的效果。
[0088]在如上地構(gòu)成的功率用半導體模塊中，因為以分別對置的方式配置了正極電極
10、負極電極11以及交流電極12，所以能夠消除電流在各電極流動時在電極之間產(chǎn)生的磁通。其結(jié)果是，由于正極電極10、負極電極11以及交流電極12所致的電感被降低，對半導體元件施加的浪涌電壓被降低，所以能夠提高功率用半導體模塊的可靠性。此外，在本實施方式中，示出了在正負支路分別有4片絕緣基板2的例子，但對片數(shù)不特別限定，只要是在正負支路分別具備2片以上的絕緣基板的功率用半導體模塊，就能得到與本發(fā)明等同的效果。
[0089]實施方式4.
[0090]在本實施方式4中，使用在實施方式I?3中使用的二合一模塊來構(gòu)成3電平電路這點不同。這樣，因為即使在構(gòu)成了3電平電路的情況下，也以分別對置的方式配置了正極電極10、負極電極11以及交流電極12，所以在3電平電路的動作時，在正極電極10、負極電極11以及交流電極12之間的各個對置部分中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在正極電極10、負極電極11以及交流電極12各自的對置部分降低電感。
[0091]圖17是示出本發(fā)明的實施方式4的功率用半導體模塊的3電平電路中的自消弧型半導體元件的切換動作時的換流環(huán)路的電路圖。圖17示出了3電平電路的一個例子。在圖17中，作為電路結(jié)構(gòu)，使用3個功率用半導體模塊400(400(a)、400(b)、400(c))構(gòu)成了 3電平電路。該功率用半導體模塊400(400(a)、400(b)、400(c))可以使用實施方式I?3的功率用半導體模塊100、200、300的任意功率用半導體模塊。
[0092]在圖17中，使用功率用半導體模塊400(a)構(gòu)成與正側(cè)直流母線P連接的模塊，使用功率用半導體模塊400(b)構(gòu)成與負側(cè)直流母線N連接的模塊，并且使用功率用半導體模塊400(c)來構(gòu)成為鉗位二極管。除了使用二極管作為鉗位二極管以外，還能夠如圖17的功率用半導體模塊400(c)所示，將并聯(lián)配置的MOSFET用作同步整流。此外，能夠用作同步整流的模塊不限于配置于功率用半導體模塊400(c)內(nèi)的M0SFET，還能夠是功率用半導體模塊400(a)、功率用半導體模塊400(b)內(nèi)的MOSFET。
[0093]圖17示出3電平電路動作時的換流環(huán)路的一個例子。在從功率用半導體模塊400(a)的正支路MOSFET 6P為截止、負支路M0SFET6N為導通狀態(tài)變?yōu)楣β视冒雽w模塊400(a)的負支路MOSFET 6N為截止的情況下產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路。此處，在將圖17所示的3電平電路的功率用半導體模塊400設為實施方式I的功率用半導體模塊100的情況下，該換流環(huán)路從配置于功率用半導體模塊400(c)的位置的功率用半導體模塊100的交流端子42通過正支路M0SFET6P、正極端子40，接下來，從配置于功率用半導體模塊400 (a)的位置的功率用半導體模塊100的交流端子42通過負支路M0SFET6N、負極端子41，接下來，從配置于功率用半導體模塊400(b)的位置的功率用半導體模塊100的正極端子40通過正支路回流二極管7P、負支路回流二極管7N、負極端子41。
[0094]圖18是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的功率用半導體模塊400(c)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。圖18示出功率用半導體模塊400(c)為實施方式I的功率用半導體模塊100的情況。在圖18中，正極電極10具備作為平行面部的平行面1L和作為垂直面部的垂直面10V，負極電極11具備作為平行面部的平行面IlL和作為垂直面部的垂直面11V，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L。另外，示意性地，用箭頭表示電流流動的方向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0095]圖18示出了圖17所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過交流端子42(未圖示)—交流電極12的平行面12L—正支路側(cè)絕緣基板101(未圖示)—正極電極1的平行面10L—正極電極1的垂直面10V—正極端子40 (未圖示)。
[0096]在該過程中，由于在正極電極10的垂直面1V產(chǎn)生的di/dt，在負極電極11的垂直面IlV產(chǎn)生渦流，在對置地配置的正極電極10與負極電極11之間產(chǎn)生磁通的消除，能夠降低電感。另外，在正極電極10的平行面1L和交流電極12的平行面12L中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在對置地配置的正極電極10與交流電極12之間降低電感。
[0097]圖19是不出廣生圖17所不的換流環(huán)路時的另一功率用半導體t旲塊400(c)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。圖19示出功率用半導體模塊400(c)為實施方式I的功率用半導體模塊200的情況。在圖19中，正極電極10具備作為平行面部的平行面10L、作為垂直面部的垂直面1V以及作為正極電極10的分支電極部的正極分支電極60a、60b，負極電極11具備作為平行面部的平行面11L、作為垂直面部的垂直面IlV以及作為負極電極11的分支電極部的負極分支電極61a、61b，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L和作為交流電極12的分支電極部的交流分支電極62a、62b、62c、62d。另外，示意性地，用箭頭表示電流流動的方向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0098]圖19示出了圖17所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過交流端子42 (未圖示)—交流電極12的平行面12L—交流分支電極62a、62b—正支路側(cè)絕緣基板1I (未圖示)—正極分支電極60a、60b—極電極1的平行面10L—正極電極10的垂直面10V—正極端子40(未圖不)。
[0099]在該過程中，由于在正極電極10的垂直面1V產(chǎn)生的di/dt，在負極電極11的垂直面IlV產(chǎn)生渦流，在對置地配置的正極電極10與負極電極11之間產(chǎn)生磁通的消除，能夠降低電感。另外，在正極電極1的平行面1L和交流電極12的平行面12L以及正極分支電極60a、60b和交流分支電極62a、62b中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在對置地配置的正極電極10與交流電極12之間降低電感。
[0100]此處，由于正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面IlV在長度方向上具有較長的面，所以在正極電極10的垂直面1V中電流在長度方向上擴展地流動，所以在負極電極11的垂直面IlV整面產(chǎn)生渦流，在正極電極10和負極電極11的垂直面整體產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0101]另外，在正極電極10的平行面1L和交流電極12的平行面12L中也同樣地有電流向長度方向的擴展，所以在正極電極10和交流電極12的平行面整體產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0102]圖20是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的又一功率用半導體模塊400(a)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。圖20示出功率用半導體模塊400(a)為實施方式I的功率用半導體模塊100的情況。在圖20中，正極電極10具備作為平行面部的平行面1L和作為垂直面部的垂直面10V，負極電極11具備作為平行面部的平行面IlL和作為垂直面部的垂直面11V，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L。另外，示意性地，用箭頭表示電流的時間變化的朝向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0103]圖20示出了圖17所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過交流端子42(未圖示)—交流電極12的平行面12L—負支路側(cè)絕緣基板111(未圖示)—負極電極11的平行面11L—負極電極11的垂直面11V—負極端子41 (未圖示)。
[0104]在該過程中，由于在負極電極11的垂直面IlV產(chǎn)生的di/dt，在正極電極10的垂直面1V產(chǎn)生渦流，在對置地配置的正極電極10與負極電極11之間產(chǎn)生磁通的消除，能夠降低電感。另外，在負極電極11的平行面IlL和交流電極12的平行面12L中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在對置地配置的負極電極11與交流電極12之間降低電感。
[0105]圖21是示出產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的又一功率用半導體模塊400(a)的相對置的電極之間的磁通消除的情形的示意圖。圖21示出功率用半導體模塊400(a)為實施方式2的功率用半導體模塊200的情況。在圖21中，正極電極10具備作為平行面部的平行面10L、作為垂直面部的垂直面1V以及作為正極電極10的分支電極部的正極分支電極60a、60b，負極電極11具備作為平行面部的平行面11L、作為垂直面部的垂直面IlV以及作為負極電極11的分支電極部的負極分支電極61a、61b，交流電極12具備作為平行面部的平行面12L和作為交流電極12的分支電極部的交流分支電極62a、62b、62c、62d。另外，示意性地，用箭頭表示電流流動的方向，將各布線部分記載為電感。進而，在各布線部分的產(chǎn)生磁通消除的部位用雙箭頭明確記載了對應部位。產(chǎn)生上述換流環(huán)路時的電流路徑如下所述。
[0106]圖21示出了圖17所示的換流環(huán)路中的、功率用半導體模塊內(nèi)部的環(huán)路的一部分，通過交流端子42(未圖示)—交流電極12的平行面12L—交流分支電極62c、62d—負支路側(cè)絕緣基板111(未圖示)—負極分支電極61a、61b—負極電極11的平行面111^—負極電極11的垂直面11V—負極端子41(未圖不)。
[0107]在該過程中，由于在負極電極11的垂直面IlV產(chǎn)生的di/dt，在正極電極10的垂直面1V產(chǎn)生渦流，在對置地配置的正極電極10與負極電極11之間產(chǎn)生磁通的消除，能夠降低電感。另外，在負極電極11的平行面IlL和交流電極12的平行面12L以及負極分支電極61a、61b和交流分支電極62c、62d中，di/dt的朝向相互相逆而進行磁通的消除，能夠在對置地配置的負極電極11與交流電極12之間降低電感。
[0108]此處，由于正極電極10的垂直面1V和負極電極11的垂直面IlV在長度方向上具有較長的面，所以在負極電極11的垂直面IlV中，電流在長度方向擴展地流過，所以在正極電極10的垂直面1V整面產(chǎn)生渦流，在正極電極10和負極電極11的垂直面整體產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0109]另外，由于在負極電極11的平行面IIL和交流電極12的平行面12L中也同樣地有電流向長度方向的擴展，所以在負極電極11和交流電極12的平行面整體產(chǎn)生磁通的消除，能夠有效地降低電感。
[0110]進而，在從正極端子40通過交流端子42的環(huán)路以及從負極端子41通過交流端子42的環(huán)路中降低了電感，從而能夠抑制在各絕緣基板2的布線圖案3、4流動的電流的偏差，能夠抑制搭載于各絕緣基板2上的自消弧型半導體元件6、回流二極管7等功率用半導體元件的電流偏差。另外，通過抑制功率用半導體元件的電流偏差，能夠抑制功率用半導體元件的溫度偏差，能夠提高熱循環(huán)壽命。
[0111]另外，當在產(chǎn)生圖17所示的換流環(huán)路時的功率用半導體模塊400(b)的位置配置了實施方式I的功率用半導體模塊100的情況下，能得到與在實施方式I的圖7中說明過的電感的降低同樣的效果，并且，在配置了實施方式2的功率用半導體模塊200的情況下，得到與在實施方式2的圖12中說明過的電感的降低同樣的效果。另外，雖然本次僅對圖17所示的換流環(huán)路進行了說明，但因為對于在從功率用半導體模塊400(b)的負支路MOSFET 6N為截止、正支路MOSFET 6P為導通狀態(tài)變?yōu)楣β视冒雽w模塊400(b)的正支路MOSFET 6P為截止的情況下產(chǎn)生的換流環(huán)路也能夠同樣地考慮，所以能夠得到本發(fā)明的效果。
[0112]在本實施方式4中，在構(gòu)成了3電平電路時，如在上述中說明的那樣，產(chǎn)生通過正極端子40和交流端子42以及通過負極端子41和交流端子42的換流環(huán)路。在電路動作時，當在通過正極端子40和交流端子42以及通過負極端子41和交流端子42的環(huán)路中的布線電感以及布線電阻中存在差時，當功率用半導體模塊400內(nèi)正支路動作時和負支路動作時，容易產(chǎn)生電流的偏差。在實施方式I?3的功率用半導體模塊100、200、300中示出的模塊中，通過特別地配置成使正極端子40與交流端子42之間、負極端子41與交流端子42之間的距離成為大致相等，能夠抑制通過正極端子40和交流端子42以及通過負極端子41和交流端子42的環(huán)路中的布線電感以及布線電阻的偏差，能夠抑制搭載于各絕緣基板2的自消弧型半導體元件
6、回流二極管7等功率用半導體元件的電流偏差。進而，通過抑制該電流偏差，能夠抑制半導體元件的溫度偏差，能夠提高熱循環(huán)壽命。
[0113]另外，在功率用半導體模塊100?300中，將交流端子42配置得越接近正極端子40和負極端子41，通過正極端子40和交流端子42以及通過負極端子41和交流端子42的環(huán)路變得越小，能夠降低布線電感以及布線電阻。例如，當將交流端子42配置為與在實施方式I的功率用半導體模塊100中示出的正極端子40和負極端子41接近時，能夠進一步得到該效果。但是，需要確保各端子之間的絕緣距離來配置。
[0114]在如上地構(gòu)成的功率用半導體模塊100?300中，因為以分別對置的方式配置了正極電極10、負極電極11以及交流電極12，以接近正極端子40和負極端子41的方式配置了交流端子42，所以不論在產(chǎn)生了什么樣的換流環(huán)路的情況下，都能夠消除電流在各電極流動時在電極之間產(chǎn)生的磁通。其結(jié)果是，由于正極電極10、負極電極11以及交流電極12所致的電感被降低，對半導體元件施加的浪涌電壓被降低，所以能夠提高功率用半導體模塊的可靠性。
[0115]另外，在電流僅在對置的電極的一方流動的情況下，也在另一方的電極中產(chǎn)生渦流，進行磁通的消除，能夠在電極之間降低電感。
[0116]另外，在將實施方式3中的正極端子40和負極端子41配置于模塊中央附近，從正極端子40、負極端子41至布線圖案3、4的距離(電極長度)不為等距離、或者由于電極的結(jié)構(gòu)而不嚴格為等距離的情況下，也以使布線電感以及布線電阻均等化的方式，構(gòu)成正極分支電極60、負極分支電極61，交流分支電極62被構(gòu)成為與正極分支電極60以及負極分支電極61相同的形狀且平行，所以即使在3電平電路結(jié)構(gòu)圖中，在產(chǎn)生從正極端子40通過負極端子41的換流環(huán)路時，針對搭載于模塊的多個絕緣基板，使路徑長度均等化，實現(xiàn)布線電感以及布線電阻的均等化。由此，能夠抑制在各絕緣基板的布線圖案中流動的電流的偏差，能夠抑制搭載于各絕緣基板的自消弧型半導體元件、回流二極管等半導體元件的電流偏差。通過抑制電流偏差，使得抑制半導體元件的溫度偏差，還得到提高熱循環(huán)壽命的效果。
[0117]此外，作為圖17的功率用半導體模塊400(c)，即使使用僅有未搭載MOSFET的鉗位二極管的模塊，也能夠得到本實施方式4的效果。另外，當在功率用半導體模塊內(nèi)搭載了MOSFET的情況下，即使在對MOSFET進行同步整流來使用的情況下，也能夠得到本實施方式4的效果。進而，即使在圖17中記載為MOSFET的部分是IGBT、雙極性晶體管等其它自消弧型半導體元件，也能夠得到同樣的效果。
【主權(quán)項】
1.一種功率用半導體模塊，其特征在于，具備: 正負支路，將自消弧型半導體元件串聯(lián)連接而構(gòu)成，具有所述自消弧型半導體元件的串聯(lián)連接點； 正極側(cè)電極、負極側(cè)電極以及交流電極，與所述正負支路連接；以及 基板，形成有連接所述正負支路的所述自消弧型半導體元件和所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極的布線圖案， 所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極被分別絕緣，各個電極中的兩個被對置地配置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極分別具有相對所述基板的形成有所述布線圖案的面平行地配置的平行面部， 所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極具有相對所述基板的形成有所述布線圖案的面垂直地配置的垂直面部， 所述正極側(cè)電極的垂直面部與所述負極側(cè)電極的垂直面部被對置地平行地配置， 所述交流電極的平行面部與所述正極側(cè)電極的平行面部和所述負極側(cè)電極的平行面部的各自被對置地平行地配置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極分別具有與外部電路連接的端子部和與所述布線圖案連接且從所述平行面部分支的多個分支電極部。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述基板是多個， 所述分支電極部與所述多個基板對應地設置有多個，從所述平面部至所述布線圖案的距離為大致等距離，并聯(lián)連接了所述布線圖案。5.根據(jù)權(quán)利要求3或者4所述的功率用半導體模塊，其特征在于，所述正極側(cè)電極的分支電極部和所述交流電極的分支電極部被絕緣，至少一部分為同一形狀且被對置地配置， 所述負極側(cè)電極的分支電極部和所述交流電極的分支電極部被絕緣，至少一部分為同一形狀且被對置地配置。6.根據(jù)權(quán)利要求2?5中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述平行面部為大致長方形的形狀，在所述大致長方形的長邊部配置了所述分支電極部。7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 在所述正極側(cè)電極的端子部和所述負極側(cè)電極的端子部，在所述交流電極的端子部的同一邊側(cè)，對置地配置了所述交流電極的端子部。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述正極側(cè)電極以及所述負極側(cè)電極具有狹縫，從所述正極側(cè)電極的端子部以及所述負極側(cè)電極的端子部至所述布線圖案的距離為大致等距離，并聯(lián)連接了所述布線圖案。9.根據(jù)權(quán)利要求7或者8所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 跨越所述正極負支路而配置了所述交流電極的端子部。10.根據(jù)權(quán)利要求1?9中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 在所述功率用半導體模塊的外形具有大致四邊形的面， 所述正極側(cè)電極的端子部和所述負極側(cè)電極的端子部配置于所述大致四邊形的面內(nèi)的中央部。11.一種功率用半導體模塊，其特征在于，具備: 正負支路，將自消弧型半導體元件串聯(lián)連接而構(gòu)成，具有所述自消弧型半導體元件的串聯(lián)連接點； 正極側(cè)電極、負極側(cè)電極以及交流電極，與所述正負支路連接；以及基板，形成有連接所述正負支路的所述自消弧型半導體元件和所述正極側(cè)電極、所述負極側(cè)電極以及所述交流電極的布線圖案， 所述功率用半導體模塊的外形具有大致四邊形的面， 所述正極側(cè)電極的端子部和所述負極側(cè)電極的端子部配置于所述大致四邊形的面內(nèi)的中央部。12.根據(jù)權(quán)利要求8?11中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述正極側(cè)電極的端子部與所述交流電極的端子部的距離以及所述負極側(cè)電極的端子部與所述交流電極的端子部的距離為大致等距離。13.根據(jù)權(quán)利要求1?12中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 作為所述正負支路具備多個所述基板。14.根據(jù)權(quán)利要求1?13中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 具有二極管，所述二極管以相對所述自消弧型半導體元件逆并聯(lián)地連接的方式與所述布線圖案接合， 所述正極負極支路是將自消弧型半導體元件和所述二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接而構(gòu)成的。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述二極管由帶隙比硅寬的寬帶隙半導體形成。16.根據(jù)權(quán)利要求1?15中的任意一項所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述自消弧型半導體元件由帶隙比硅寬的寬帶隙半導體形成。17.根據(jù)權(quán)利要求15或者16所述的功率用半導體模塊，其特征在于， 所述寬帶隙半導體是碳化硅、氮化鎵材料以及金剛石中的任意一個。
【文檔編號】H01L25/07GK106030796SQ201480075303
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2014年6月30日
【發(fā)明人】中嶋純, 中嶋純一, 玉田美子, 中山靖, 林田幸昌
【申請人】三菱電機株式會社