电力用半导体模块

文档序号:1891992 发布日期:2021-11-26 浏览:33次 >En<

阅读说明:本技术 电力用半导体模块 (Power semiconductor module ) 是由 坂本达朗 于 2021-05-10 设计创作,主要内容包括:提供一种电力用半导体模块,抑制半导体开关元件之间的电流不平衡。电力用半导体模块包括:汇流条,所述汇流条接合有半导体开关元件各自的第一主电极;散热性金属基板,所述散热性金属基板接合有半导体开关元件各自的第二主电极;以及控制栅极端子,所述控制栅极端子通过接合线与半导体开关元件各自的栅极垫连接,多个半导体开关元件中的至少两个在散热性金属基板上相邻配置,形成并联电连接的一个桥臂。(Provided is a power semiconductor module in which current imbalance between semiconductor switching elements is suppressed. The power semiconductor module includes: a bus bar to which respective first main electrodes of the semiconductor switching elements are joined; a heat dissipating metal substrate to which second main electrodes of the semiconductor switching elements are bonded; and a control gate terminal connected to the gate pad of each of the semiconductor switching elements by a bonding wire, wherein at least two of the plurality of semiconductor switching elements are arranged adjacent to each other on the heat dissipating metal substrate to form one arm electrically connected in parallel.)

电力用半导体模块

技术领域

本申请涉及一种电力用半导体模块。

背景技术

在电动汽车或插电式混合动力汽车等电动车辆中,为了通过高电压电池来驱动电动机而使用逆变器等电力转换装置,电力转换装置包括用于通过切换动作来转换电力的电力用半导体模块。电力用半导体模块在散热性的金属基板上包括进行切换动作的半导体开关元件,半导体开关元件与外部端子连接,并通过树脂或凝胶等密封材料密封。

半导体开关元件在导通和切换动作中会产生与电流及电压相应的损失。在半导体开关元件中设定有额定电力,以防止伴随损失的温度上升超过半导体开关元件和周边构件的破坏温度。一般而言,在面向大电流和高电压的电力转换装置的电力用半导体模块中,为了确保作为电力用半导体模块的额定电力而使用大尺寸的半导体开关元件。但是,从半导体开关元件的制造技术或成品率等方面来看,半导体开关元件的尺寸增大存在界限,在追求大电力容量的电力用半导体模块中,为了抑制每个半导体开关元件的发热而进行多个半导体开关元件的并联连接。

若将多个半导体开关元件并联连接,则因控制信号的偏差等,在切换时会产生半导体开关元件之间的电流不平衡。若在半导体开关元件之间产生电流不平衡,则会在一部分的半导体开关元件中产生较大的损失。因此,需要使用大的半导体开关元件或是使用大量的半导体开关元件,从而使电力用半导体模块的尺寸和成本增大。与此相对的是,提出了一种技术,通过模块内的控制信号基板的结构来降低控制信号配线之间的电感偏差,以抑制控制信号的偏差(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2019/064874号公报

在现有的电力用半导体模块中,当存在因半导体开关元件之间的接地电位的偏差或是半导体开关元件之间的寄生电感的偏差而导致的电流不平衡时,存在无法抑制电流不平衡的技术问题。

发明内容

本申请为解决上述技术问题而作,其目的在于提供一种电力用半导体模块,通过简单的结构来降低半导体开关元件之间的控制信号的偏差、接地电位的偏差和寄生电感的偏差,从而抑制半导体开关元件之间的电流不平衡。

本申请所公开的电力用半导体模块包括:多个半导体开关元件,多个所述半导体开关元件在正面具有第一主电极和栅极垫,在背面具有第二主电极;汇流条,所述汇流条接合有半导体开关元件各自的第一主电极;散热性金属基板,所述散热性金属基板接合有半导体开关元件各自的第二主电极;以及控制栅极端子,所述控制栅极端子通过接合线与半导体开关元件各自的栅极垫连接,多个半导体开关元件中的至少两个在散热性金属基板上相邻配置,形成并联电连接的一个桥臂。

本申请所公开的电力用半导体模块由于包括:多个半导体开关元件,多个所述半导体开关元件在正面具有第一主电极和栅极垫,在背面具有第二主电极;汇流条,所述汇流条接合有半导体开关元件各自的第一主电极;散热性金属基板,所述散热性金属基板接合有半导体开关元件各自的第二主电极;以及控制栅极端子,所述控制栅极端子通过接合线与半导体开关元件各自的栅极垫连接,多个半导体开关元件中的至少两个在散热性金属基板上相邻配置,形成并联电连接的一个桥臂,因此,能通过简单的结构来降低半导体开关元件之间的控制信号的偏差、接地电位的偏差和寄生电感的偏差,从而抑制半导体开关元件之间的电流不平衡。

附图说明

图1是表示根据实施方式1的电力用半导体模块的外观的图。

图2是表示根据实施方式1的电力用半导体模块的去除了树脂模制件的内部结构的图。

图3是根据实施方式1的电力用半导体模块的等价电路图。

图4是表示根据实施方式2的电力用半导体模块的外观的图。

图5是表示根据实施方式2的电力用半导体模块的去除了树脂模制件的内部结构的图。

图6是根据实施方式2的电力用半导体模块的等价电路图。

图7是表示根据实施方式3的电力用半导体模块的外观的图。

图8是表示根据实施方式3的电力用半导体模块的去除了树脂模制件的内部结构的图。

图9是表示根据实施方式4的电力用半导体模块的外观的图。

图10是表示根据实施方式4的电力用半导体模块的去除了树脂模块的内部结构的图。

图11是表示根据实施方式4的电力用半导体模块的去除了树脂模制件、负桥臂N汇流条和控制接地端子的内部结构的图。

图12是表示根据实施方式4的电力用半导体模块的去除了树脂模制件、负桥臂N汇流条、控制接地端子和中间汇流条的内部结构的图。

(符号说明)

1、1a、1b、1c 树脂模制件;

2、2a、2b P汇流条;

3、3a、3b N汇流条;

4、4a、4b、4c、4d 控制接地端子;

5、5a、5b、5c、5d、5e 控制栅极端子;

6、6a、6b、6c、6d 散热性金属基板;

7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h、7i、7j、7k、7l、7m、7n半导体开关元件;

8、8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h 接合线;

9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9h、9i、9j、9k、9l、9m、9n 源极电极;

10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i、10j、10k、10l、10m、10n 栅极垫;

11a、11b 正桥臂P汇流条;

12 负桥臂N汇流条;

13a、13b交流汇流条;

14 中间汇流条;

21a、21b、21c、21d、21e、21f P侧寄生电感;

22、22a P侧共用电感;

23a、23b、23c、23d、23e、23f N侧寄生电感;

24、24aN侧共用电感;

25a、25b、25c、25d、25e、25f 栅极控制信号寄生电感;

26、26a 栅极控制信号共用电感;

27、27a 接地控制信号共用电感;

28a、28b P侧初级共用电感;

29a、29b N侧初级共用电感;

30a、30b 栅极控制信号初级共用电感;

100、200、300、400 电力用半导体模块;

1000 基准线。

具体实施方式

以下参照附图,对根据用于实施本申请的实施方式的电力用半导体模块进行详细说明。另外,在各图中,相同符号表示相同或相当的部分。

实施方式1

图1是表示根据实施方式1的电力用半导体模块100的外观的图。图2是表示根据实施方式1的电力用半导体模块100的去除了树脂模块1的内部结构的图。根据实施方式1的电力用半导体模块100包括树脂模制件1、P汇流条2、N汇流条3、控制接地端子4、控制栅极端子5、散热性金属基板6、半导体开关元件7a、半导体开关元件7b和接合线8。半导体开关元件7a在正面包括源极电极9a和栅极垫10a,在背面包括未图示的漏极电极。半导体开关元件7b在正面包括源极电极9b和栅极垫10b,在背面包括未图示的漏极电极。在散热性金属基板6上相邻配置有半导体开关元件7a和半导体开关元件7b,半导体开关元件7a和半导体开关元件7b的漏极电极与散热性金属基板6接合并电连接。在半导体开关元件7a和半导体开关元件7b上配置有N汇流条3,半导体开关元件7a的源极电极9a及半导体开关元件7b的源极电极9b与N汇流条3接合并电连接。由此,半导体开关元件7a和半导体开关元件7b的漏极电极之间和源极电极之间并联电连接而构成一组桥臂。N汇流条3与控制接地端子4连接,且一个端部输出至树脂模制件1的外部。半导体开关元件7a的栅极垫10a和半导体开关元件7b的栅极垫10b电连接有接合线8,接合线8的端部与控制栅极端子5电连接,控制栅极端子5输出至树脂模制件1的外部。电力用半导体模块100通过树脂模制件1密封。

半导体开关元件7a及半导体开关元件7b与散热性金属基板6的接合使用焊接,但并不局限于此,也可以是银烧结(日文:Agシンター)等其他接合方法。散热性金属基板6是铜制的散热片,但并不局限于此,也可以是将金属箔通过钎焊等接合的绝缘材料即陶瓷绝缘基板与铜制的基底板接合而成的DBC(Direct Bonded Copper:直接敷铜)基板等其他基板材料形成的构件。

电力用半导体模块100例如通过传递模制成型而成的树脂模制件1密封。但是并不局限于此,也可以使用注入有凝胶的树脂壳体来替代树脂模制件1。

图3是根据实施方式1的电力用半导体模块100的等价电路图。在图3中,示出MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为半导体开关元件7a和半导体开关元件7b,但并不局限于此,也可以是IGBT(绝缘栅双极晶体管)或双极晶体管等。在使用IGBT或双极晶体管的情况下,在说明中,作为“漏极”的部分为“集电极”,作为“源极”的部分为“射极”。此外,在图3中示出了将MOSFET的寄生二极管用作回流二极管的结构,但在使用不具有IGBT等寄生二极管的半导体开关元件的情况下,也可以形成为将回流二极管相对于半导体开关元件反向并联连接的结构。

在图3中,P侧寄生电感21a、N侧寄生电感23a和栅极控制信号寄生电感25a是与半导体开关元件7a连接的配线所具有的寄生电感,P侧寄生电感21b、N侧寄生电感23b和栅极控制信号寄生电感25b是与半导体开关元件7b连接的配线所具有的寄生电感。作为其他电感分量,示出了在半导体开关元件7a和半导体开关元件7b中共用的、电力用半导体模块100所具有的P侧共用电感22、N侧共用电感24、栅极控制信号共用电感26和接地控制信号共用电感27。

接着,对根据实施方式1的电力用半导体模块100的结构及其效果进行说明。在半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间产生的电流不平衡主要存在两个原因。第一原因是PN电极之间的寄生电感的偏差导致的。在将图3中的半导体开关元件7a的P侧寄生电感21a与N侧寄生电感23a的电感分量之和设为La,将半导体开关元件7b的P侧寄生电感21b与N侧寄生电感23b的电感分量之和设为Lb,将半导体开关元件7a切换时的电流时间变化量设为dIa/dt,半导体开关元件7b切换时的电流时间变化量设为dIb/dt时,半导体开关元件7a与半导体开关元件7b的漏极-源极间电压产生式(1)的ΔVds所示的电压差。

ΔVds=La(dIa/dt)-Lb(dIb/dt) (1)

在半导体开关元件中,若漏极-源极间电压变化则导通电流变化,因此,由于漏极-源极间的电压差ΔVds的产生而产生电流不平衡。通过特地追加对半导体开关元件7a与半导体开关元件7b的PN电极间的寄生电感的偏差进行抑制的电感,能抑制所述电流不平衡,但电感的追加会产生浪涌电压的增大和结构的复杂化的问题。

在根据实施方式1的电力用半导体模块100中,如图2所示,在散热性金属基板6上相邻配置并接合有半导体开关元件7a和半导体开关元件7b,在半导体开关元件7a和半导体开关元件7b上配置并接合N汇流条3,从而使半导体开关元件7a和半导体开关元件7b的漏极电极之间和源极电极之间并联电连接。半导体开关元件的寄生电感与电流路径的长度成正比地变大,与电流路径的面积成反比地变小。在电力用半导体模块100中,通过缩短作为电流路径的半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间的距离,并设为利用电流路径的面积较大的汇流条实现的接线而不是利用一般的接合线实现的接线,从而使P侧寄生电感21a、21b和N侧寄生电感23a、23b较小。由此,P侧寄生电感21a与N侧寄生电感23a的电感分量之和即La以及P侧寄生电感21b与N侧寄生电感23b的电感分量之和即Lb变小,漏极-源极间的电压差ΔVds变小,从而能抑制电流不平衡。半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间的距离越短,则越能抑制电流不平衡。因此,半导体开关元件7a与半导体开关元件7b的最近点之间的距离例如设为5mm以内。

在半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间产生的电流不平衡的第二原因是因接地电位的偏差和控制信号的偏差产生的栅极电压的偏差而导致的。半导体开关元件之间的接地电位的偏差是因N侧寄生电感23a和dIa/dt之积以及N侧寄生电感23b和dIb/dt之积的偏差而产生的。控制信号的偏差是因栅极控制信号寄生电感25a及栅极控制信号寄生电感25b与电路中的各寄生电感的磁耦合而产生的,磁耦合的影响的大小与电感值的大小及电路中的各寄生电感中流动的电流的时间变化的大小成正比。

在根据实施方式1的电力用半导体模块100中,如图2所示,在散热性金属基板6上将半导体开关元件7a和半导体开关元件7b相邻配置并接合,在半导体开关元件7a和半导体开关元件7b上将N汇流条3配置并接合,从而使N侧寄生电感23a、23b较小,可抑制接地电位的偏差。

此外,在相邻配置的半导体开关元件7a和半导体开关元件7b中,栅极垫10a和栅极垫10b连接有接合线8,接合线8的端部与控制栅极端子5连接。在此,栅极控制信号寄生电感25a是从半导体开关元件7a的栅极垫10a到半导体开关元件7b的栅极垫10b之间的接合线8所产生的寄生电感。在根据实施方式1的电力用半导体模块100中,半导体开关元件7a和半导体开关元件7b相邻配置,从半导体开关元件7a的栅极垫10a到半导体开关元件7b的栅极垫10b之间的距离较短,因此,能抑制栅极控制信号寄生电感25a。此外,栅极控制信号寄生电感25b是从接合线8到半导体开关元件7b的栅极垫10b为止产生的寄生电感,几乎能忽略。磁耦合的影响的大小与电感值成比例,因此,可抑制控制信号偏差。在根据实施方式1的电力用半导体模块100中,可抑制接地电位的偏差,可抑制控制信号的偏差,因此,可抑制栅极电压的偏差,可抑制电流不平衡。

此外,在电力用半导体模块100所产生的磁通中,PN间电流所产生的磁通最大,在栅极控制信号寄生电感25a及栅极控制信号寄生电感25b与电路中的各寄生电感的磁耦合中,PN间电流为支配性原因。由此,若将N汇流条3、散热性金属基板6和接合线8配置成使在N汇流条3及散热性金属基板6中流动的PN间电流的导通方向与在接合线8中流动的电流的方向正交,则能进一步抑制控制信号的偏差,从而能进一步抑制电流不平衡。在因布局的制约而难以将N汇流条3、散热性金属基板6和接合线8配置成使PN间电流的导通方向与在接合线8中流动的电流的方向正交的情况下,只要使PN间电流的导通方向与在接合线8中流动的电流的方向至少是不平行的不同方向,则能抑制电流不平衡。即,也可以是:N汇流条3和接合线8的配置为使在N汇流条3中流动的电流的方向与在接合线8中流动的电流的方向是不同的方向,散热性金属基板6和接合线8的配置为使在散热性金属基板6中流动的电流的方向与在接合线8中流动的电流的方向是不同的方向即可。

另外,半导体开关元件7a和半导体开关元件7b在正面包括源极电极9a、9b和栅极垫10a、10b而在背面包括漏极电极,但只要在正面包括作为主电极的源极电极9a、9b和漏极电极中的任一个的第一主电极而在背面包括另一个第二主电极即可。在正面包括漏极电极和栅极垫10a、10b而在背面包括源极电极9a、9b的情况下,汇流条的正负相反,控制接地端子4与散热性金属基板6连接。

在根据实施方式1的电力用半导体模块100中,将半导体开关元件的数量设为两个,只要是两个以上,能获得相同的效果。此外,由于电流不平衡受到电流的时间变化量的影响,因此,在切换速度快的情况下,电流不平衡的影响变大。因此,在不仅应用硅Si(Silicon),还应用带隙比硅宽的宽带隙半导体即碳化硅SiC(Silicon Carbide)、氮化镓GaN(Gallium Nitride)、或是由金刚石形成的能高速动作的半导体开关元件和回流二极管的情况下,根据实施方式1的电力用半导体模块100能获得更显著的效果。

如上所述,根据本实施方式1的电力用半导体模块100包括:多个半导体开关元件7a、7b,多个所述半导体开关元件7a、7b在正面具有第一主电极9a、9b和栅极垫10a、10b,在背面具有第二主电极;汇流条3,所述汇流条3接合有半导体开关元件7a、7b各自的第一主电极9a、9b;散热性金属基板6,所述散热性金属基板6接合有半导体开关元件7a、7b各自的第二主电极;以及控制栅极端子5,所述控制栅极端子5通过接合线8而与半导体开关元件7a、7b各自的栅极垫10a、10b连接,多个半导体开关元件7a、7b中的至少两个在散热性金属基板6上相邻配置,形成并联电连接的一个桥臂,因此,能在不追加不需要的构件的情况下,降低半导体开关元件7a、7b之间的控制信号的偏差、接地电位的偏差和寄生电感的偏差,从而能抑制半导体开关元件7a、7b之间的电流不平衡。

实施方式2

图4是表示根据实施方式2的电力用半导体模块200的外观的图。图5是表示根据实施方式2的电力用半导体模块200的去除了树脂模块1a的内部结构的图。根据实施方式2的电力用半导体模块200基于以基准线1000为对称轴将根据实施方式1的电力用半导体模块100镜面对称地配置的结构。

根据实施方式2的电力用半导体模块200包括树脂模制件1a、P汇流条2a、2b、N汇流条3a、控制接地端子4a、控制栅极端子5a、散热性金属基板6a、半导体开关元件7c、7d、7e、7f和接合线8a、8b。半导体开关元件7c、7d、7e、7f与一个散热性金属基板6a连接,并与一个N汇流条3a连接。在散热性金属基板6a上相邻配置有半导体开关元件7c和半导体开关元件7d,半导体开关元件7c和半导体开关元件7d的漏极电极与散热性金属基板6a接合并电连接。在半导体开关元件7c和半导体开关元件7d上配置有N汇流条3a,半导体开关元件7c的源极电极9c及半导体开关元件7d的源极电极9d与N汇流条3a接合并电连接。另外,在散热性金属基板6a上相邻并配置有半导体开关元件7e和半导体开关元件7f,半导体开关元件7e和半导体开关元件7f的漏极电极与散热性金属基板6a接合并电连接。在半导体开关元件7e和半导体开关元件7f上配置有N汇流条3a,半导体开关元件7e的源极电极9e及半导体开关元件7f的源极电极9f与N汇流条3a接合并电连接。半导体开关元件7c的栅极垫10c和半导体开关元件7d的栅极垫10d连接有接合线8a,接合线8a的端部与控制栅极端子5a连接。此外,半导体开关元件7e的栅极垫10e和半导体开关元件7f的栅极垫10f连接有接合线8b,接合线8b的端部也与上述控制栅极端子5a连接。

在实施方式2的电力用半导体模块200中,半导体开关元件7c、7d、N汇流条3a及散热性金属基板6a的结构与实施方式1的电力用半导体模块100中的半导体开关元件7a、7b、N汇流条3及散热性金属基板6的结构相同。由此,和实施方式1的电力用半导体模块100的半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间的电流不平衡同样地,能抑制半导体开关元件7c与半导体开关元件7d之间的电流不平衡。半导体开关元件7e、7f及散热性金属基板6a的结构与半导体开关元件7c、7d及散热性金属基板6a的结构镜面对称,并与实施方式1的电力用半导体模块100中的半导体开关元件7a、7b、N汇流条3及散热性金属基板6的结构相同,因此,和实施方式1的电力用半导体模块100的半导体开关元件7a与半导体开关元件7b之间的电流不平衡相同,能抑制半导体开关元件7e与半导体开关元件7f之间的电流不平衡。

接着,对实施方式2的电力用半导体模块200独自的效果、即半导体开关元件7c、7d与半导体开关元件7e、7f之间的电流不平衡的抑制效果进行说明。图6是根据实施方式2的电力用半导体模块200的等价电路图。在图6中,P侧寄生电感21c、N侧寄生电感23c和栅极控制信号寄生电感25c是与半导体开关元件7c连接的配线所具有的寄生电感,P侧寄生电感21d、N侧寄生电感23d和栅极控制信号寄生电感25d是与半导体开关元件7d连接的配线所具有的寄生电感,P侧寄生电感21e、N侧寄生电感23e和栅极控制信号寄生电感25e是与半导体开关元件7e连接的配线所具有的寄生电感,P侧寄生电感21f、N侧寄生电感23f和栅极控制信号寄生电感25f是与半导体开关元件7f连接的配线所具有的寄生电感。作为其他电感分量,示出了在半导体开关元件7c和半导体开关元件7d中共用的、电力用半导体模块200所具有的P侧初级共用电感28a、N侧初级共用电感29a和栅极控制信号初级共用电感30a,且示出了在半导体开关元件7e和半导体开关元件7f中共用的、电力用半导体模块200所具有的P侧初级共用电感28b、N侧初级共用电感29b和栅极控制信号初级共用电感30b。另外,示出了在半导体开关元件7c、7d、7e、7f中共用的、电力用半导体模块200所具有的P侧共用电感22a、N侧共用电感24a、栅极控制信号共用电感26a和接地控制信号共用电感27a。

关于PN间寄生电感的偏差,P侧寄生电感21c、21d、21e、21f和N侧寄生电感23c、23d、23e、23f被抑制得极小,可抑制因这些寄生电感而导致的电流不平衡。在实施方式2的电力用半导体模块200中,通过将半导体开关元件7c、7d及半导体开关元件7e、7f的电极与一个散热性金属基板6a及一个N汇流条3a接合且并联连接,从而使P侧初级共用电感28a、28b和N侧初级共用电感29a、29b较小,可抑制电流不平衡。

此外,在电力用半导体模块200中,由半导体开关元件7c、7d构成的第一半导体开关元件单元与由半导体开关元件7e、7f构成的第二半导体开关元件单元的配置、P汇流条2a与P汇流条2b的配置、N汇流条3a的结构以及散热性金属基板6a的结构以基准线1000作为对称轴成镜面对称,因此,在半导体开关元件7c、7d和半导体开关元件7e、7f中,电流的导通路径成镜面对称。由此,可抑制P侧初级共用电感28a与P侧初级共用电感28b的偏差以及N侧初级共用电感29a与N侧初级共用电感29b的偏差,可进一步抑制半导体开关元件7c、7d与半导体开关元件7e、7f之间的电流不平衡。

在此,尽管散热性金属基板6a的结构以基准线1000作为对称轴成镜面对称,但只要供切换电流流动的路径的部位成镜面对称即可。此外,不作为供切换电流流动的路径的控制栅极端子5a和控制接地端子4a不需要成镜面对称。此外,在需要固定点等以用于制造的情况下,只要不是对供切换电流流动的路径造成影响的位置,就不需要设为镜面对称。

此外,半导体开关元件7c、7d与半导体开关元件7e、7f的配置、P汇流条2a与P汇流条2b的配置、N汇流条3a的结构以及散热性金属基板6a的结构以基准线1000作为对称轴成镜面对称,因此,可抑制N侧初级共用电感29a和N侧初级共用电感29b的偏差,因而可抑制半导体开关元件7c、7d、7e、7f各自之间的接地电位的偏差。

另外,把第一接合线即接合线8a中将半导体开关元件7c的栅极垫10c和半导体开关元件7d的栅极垫10d连接的部分、与第二接合线即接合线8b中将半导体开关元件7e的栅极垫10e和半导体开关元件7f的栅极垫10f连接的部分配置在以基准线1000作为对称轴成镜面对称的位置。由此,能抑制接合线8a的寄生电感即栅极控制信号初级共用电感30a与接合线8b的寄生电感即栅极控制信号初级共用电感30b的偏差,能使在接合线8a和各寄生电感之间产生的磁耦合的影响与在接合线8b和各寄生电感之间产生的磁耦合的影响的偏差一致,因此可抑制控制信号的偏差。其结果是,可抑制半导体开关元件7c、7d与半导体开关元件7e、7f之间的栅极电压的偏差,可抑制电流不平衡。

实施方式3

图7是表示根据实施方式3的电力用半导体模块300的外观的图。图8是表示根据实施方式3的电力用半导体模块300的去除了树脂模块1b的内部结构的图。与根据实施方式2的电力用半导体模块200相比,根据实施方式3的电力用半导体模块300的不同之处在于,与半导体开关元件7c的栅极垫10c及半导体开关元件7d的栅极垫10d连接的接合线8c和控制栅极端子5b连接,与半导体开关元件7e的栅极垫10e及半导体开关元件7f的栅极垫10f连接的接合线8d和控制栅极端子5c连接,第一控制栅极端子即控制栅极端子5b与第二控制栅极端子即控制栅极端子5c以基准线1000作为对称轴成镜面对称,第一接合线即接合线8c与第二接合线即接合线8d以基准线1000作为对称轴成镜面对称。此外,尽管N汇流条3b、控制接地端子4b及散热性金属基板6b的形状与根据实施方式2的电力用半导体模块200中的不同,但N汇流条3b及散热性金属基板6b的形状以基准线1000作为对称轴成镜面对称这点与根据实施方式2的电力用半导体模块200中的相同。

在根据实施方式2的电力用半导体模块200中,在接合线8a和接合线8b中流动的电流流至一个控制栅极端子5a,因此,在图6所示的栅极控制信号共用电感26a中流有大电流。此时,在控制栅极端子5a的栅极控制信号共用电感26a中产生电压差,例如,成为因半导体开关元件7c、7d、7e、7f各自的栅极电压的上升而导致的错误接通动作的原因,制约了切换速度。在根据实施方式3的电力用半导体模块300中,通过将第一接合线即接合线8c和第二接合线即接合线8d连接于分别不同的控制栅极端子,从而减小在一个控制栅极端子中流动的电流,因此,能抑制控制栅极端子处产生的电压差。由此,能实现更高速的切换。

实施方式4

图9是表示根据实施方式4的电力用半导体模块400的外观的图。图10是表示根据实施方式4的电力用半导体模块400的去除了树脂模块1c的内部结构的图。图11是表示根据实施方式4的电力用半导体模块400的去除了树脂模制件1c、负桥臂N汇流条12和控制接地端子4c的内部结构的图。图12是表示根据实施方式4的电力用半导体模块400的去除了树脂模制件1c、负桥臂N汇流条12、控制接地端子4c和中间汇流条14的内部结构的图。

根据实施方式4的电力用半导体模块400具有两个由半导体开关元件构成的桥臂即正桥臂和负桥臂,从而呈正桥臂和负桥臂串联连接的、被称为“2合1模块”的形状。根据实施方式4的电力用半导体模块400基于将根据实施方式2的电力用半导体模块200和对根据实施方式2的电力用半导体模块200上下翻转后的电力用半导体模块以使两个并排的方式配置的结构。

若将根据实施方式4的电力用半导体模块400的上半部分与根据实施方式2的电力用半导体模块200相比,则尽管P汇流条2a、2b替换为交流汇流条13a、13b,N汇流条3a替换为负桥臂N汇流条12,但包括树脂模制件1c、交流汇流条13a、13b、负桥臂N汇流条12、控制接地端子4c、控制栅极端子5d、散热性金属基板6c、半导体开关元件7g、7h、7i、7j和接合线8e、8f,各自的配置与根据实施方式2的电力用半导体模块200相同。半导体开关元件7g、7h、7i、7j的漏极电极与一个散热性金属基板6c连接,散热性金属基板6c与交流汇流条13a、13b连接。半导体开关元件7g、7h、7i、7j的源极电极9g、9h、9i、9j与一个负桥臂N汇流条12连接,负桥臂N汇流条12与控制接地端子4c连接。半导体开关元件7g的栅极垫10g和半导体开关元件7h的栅极垫10h连接有接合线8e,接合线8e的端部与控制栅极端子5d连接。此外,半导体开关元件7i的栅极垫10i和半导体开关元件7j的栅极垫10j连接有接合线8f,接合线8f的端部也与控制栅极端子5d连接。

若将根据实施方式4的电力用半导体模块400的下半部分与根据实施方式2的电力用半导体模块200相比,则尽管P汇流条2a、2b替换为正桥臂P汇流条11a、11b,N汇流条3a替换为中间汇流条14,但包括树脂模制件1c、正桥臂P汇流条11a、11b、中间汇流条14、控制接地端子4d、控制栅极端子5e、散热性金属基板6d、半导体开关元件7k、7l、7m、7n和接合线8g、8h,各自的配置与根据实施方式2的电力用半导体模块200相同。半导体开关元件7k、7l、7m、7n的漏极电极与一个散热性金属基板6d连接,散热性金属基板6d与正桥臂P汇流条11a、11b连接。半导体开关元件7k、7l、7m、7n的源极电极9k、9l、9m、9n与一个中间汇流条14连接,中间汇流条14与控制接地端子4d及散热性金属基板6c连接。半导体开关元件7k的栅极垫10k和半导体开关元件7l的栅极垫10l连接有接合线8g,接合线8g的端部与控制栅极端子5e连接。此外,半导体开关元件7m的栅极垫10m和半导体开关元件7n的栅极垫10n连接有接合线8h,接合线8h的端部也与控制栅极端子5e连接。

半导体开关元件7k、7l、7m、7n通过散热性金属基板6d及中间汇流条14并联连接而构成正桥臂,半导体开关元件7g、7h、7i、7j通过散热性金属基板6c及负桥臂N汇流条12并联连接而构成负桥臂。成为负桥臂的漏极电位的散热性金属基板6c与成为正桥臂的源极电位的中间汇流条14连接,由此,正桥臂与负桥臂以散热性金属基板6c作为连接点而被连接。作为交流电极的交流汇流条13a、13b与作为正桥臂和负桥臂的连接点的散热性金属基板6c连接。中间汇流条14与负桥臂N汇流条12重叠配置,中间汇流条14和负桥臂N汇流条12为双层结构。

接着,对根据实施方式4的电力用半导体模块400的结构及其效果进行说明。在中间汇流条14和负桥臂N汇流条12中流动的电流的方向相反,中间汇流条14与负桥臂N汇流条12重叠配置,因此,在中间汇流条14和负桥臂N汇流条12中流动的电流以抵消寄生电感的方式起作用。在此,中间汇流条14是半导体开关元件7k、7l、7m、7n的源极电位即接地电位,可降低中间汇流条14的寄生电感,从而抑制半导体开关元件7k、7l、7m、7n中的电流不平衡。同样地,负桥臂N汇流条12是半导体开关元件7g、7h、7i、7j的源极电位即接地电位,可降低负桥臂N汇流条12的寄生电感,从而抑制半导体开关元件7g、7h、7i、7j中的电流不平衡。除此之外,通过降低PN间寄生电感之和,能抑制伴随切换的浪涌电压,进而能实现高速的切换。

本申请记载有各种各样的例示的实施方式,但一个或多个实施方式所记载的各种各样的特征、方式以及功能并不局限于应用于特定的实施方式,能单独或以各种组合的方式应用于实施方式。

因此,未被例示的无数的变形例被设想在本申请所公开的技术范围内。例如,包含对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况,另外,还包含将至少一个构成要素抽出并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

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