具体实施方式

实施方式1.

功率转换装置是指具有用于控制功率的开关电路的装置，搭载于电动车辆的电动机驱动用逆变器、用于从低电压向高电压进行转换的升压转换器、以及如与外部电源设备相连接而对车载电池进行充电的充电器那样的电动功率组件等相当于功率转换装置。图1是表示列举为功率转换装置的一例的逆变器电路的电路图。在图中，电动机驱动用逆变器由U相、V相、W相的三相构成，各相分别由上臂101和下臂102两个臂、上臂103和下臂104两个臂、以及上臂105和下臂106两个臂构成。

各臂由功率模块构成，内部具有半导体元件。作为半导体元件，相当于MOSFET、IGBT、二极管，作为基材，除硅以外，还可使用碳化硅、氮化镓这样的下一代半导体。随着车辆的电动化进程，需要电动功率组件的大输出化，因此，成为将多个半导体元件并联连接而能使大电流通电的结构。另外，为了确保碳化硅、氮化镓的生产成品率，在各臂中，采用了将多个外形尺寸较小的半导体元件并联连接的结构。

接着，对功率模块的结构进行阐述。图2是表示半导体功率模块中的上臂的结构的俯视图，例如，表示了构成图1的上臂101的开关元件Q1的四个半导体元件的并联结构体。多个半导体元件2a～2d通过焊料或银烧结与第一电极3相接合。作为板状的第一电极3，多使用导电性和散热性优异的铜。由于功率模块发热量较多，因此需要冷却，第一电极3与由热传导率较高的铜或铝制作得到的冷却器(未图示)相接合。作为接合构件使用散热绝缘粘接片材(未图示)等。使用散热绝缘片材与散热油脂，并且为了确保与冷却器的密合性，还可以利用弹簧将功率模块按压到冷却器侧。

与第一电极3相接合的半导体元件2a～2d(此处，设为MOSFET)的下表面、即与第一电极3相接合的表面为漏极侧，与漏极相连的电极端子4a、4b通过焊料等与第一电极3相接合。半导体元件2a～2d的上表面为源极侧，板状的第二电极5与多个半导体元件2a～2d的源极300相接合。作为接合材料使用焊料或液体状扩散接合材料。此处，所有的半导体元件2a～2d的电流路径构成为从电极端子4a和电极端子4b经由半导体元件2a～2d的漏极和源极300，流向第二电极端子部5b。

在各个半导体元件2a～2d中，将从第二电极端子部5b到半导体元件2a～2d的源极300为止的第二电极5中的电流路径长度、与从半导体元件2a～2d的漏极(未图示)到电极端子4a、4b为止的第一电极3中的电流路径的长度之和调整为在各半导体元件2a、2b、2c、2d中均等。调整以第二电极5的形状来进行，但主要通过对设置于第二电极延伸部5a两侧的狭缝部5c的形状和尺寸进行调整来进行。由此，能抑制MOSFET的寄生二极管通电时的电流偏差。

希望从第二电极端子部5b到各半导体元件2a、2b、2c、2d的源极300为止的第二电极5的电流路径长度在各半导体元件2a～2d间是均等的。然而，完全均等在上述条件下是无法完成的，因此调整为尽可能变均等。该调整通过对狭缝部5c的形状和尺寸进行调整来进行。并且，减小芯片间隔(靠近中心部)，从而减小第二电极5的电流路径的长度差异。即减小半导体元件2a、2b、2c、2d的安装位置的间隔。半导体元件2a、2b、2c、2d的安装位置之间的间隔希望为5mm以下。由此，能抑制MOSFET顺时针通电时的电流偏差。

与漏极相连的两个电极端子4a、4b配置成以第二电极5为中心位于彼此对称的位置，在图2中的半导体元件2a、2b与半导体元件2c、2d之间电阻抗不会产生差异。四个半导体元件2a～2d与第一电极3相接合，这些半导体元件2a～2d的信号焊盘110与位于最接近半导体元件2a～2d的位置的第一电极3的外周边3A相对地进行配置。例如，图2中，半导体元件2b的信号焊盘110b配置于半导体元件2b中最靠近第一电极3的外周边3A的位置。通过这样构成，半导体元件2a～2d的信号焊盘110配置于靠近信号端子6的位置，连接信号焊盘110与信号端子6(6a～6j)的导线布线的长度变短。因此，在传输信号的路径中，电阻变小，信号的传输变快，因此控制性提高。

电极端子4a、4b连接至电池(第一外部电部件)的正极，第二电极端子部5b连接至电动机(第二外部电部件)。半导体元件2a、2b、2c、2d的上表面设置有信号焊盘110。作为信号焊盘，存在施加电压以对半导体元件2a、2b、2c、2d的导通、截止进行控制的栅极焊盘、源极焊盘。此外，本实施方式中还设置有温度检测用焊盘、电流检测用焊盘。温度检测通过半导体元件2b来进行，电流检测通过半导体元件2c来进行。此外，在不对电流进行检测的半导体元件2a、2b、2d中，电流检测用焊盘利用导线201连接至信号端子6以与源极300成为同电位。另外，半导体功率模块的一端侧设置有信号端子6，具体而言，设置有栅极用信号端子6a、6c、6h、6j、源极用信号端子6b、6d、6g、6i、温度检测用信号端子6e、电流检测用信号端子6f。

安装有温度检测传感器的半导体元件2b、安装有电流检测传感器的半导体元件2c配置于隔着第二电极5的中心线彼此相反的相反侧。通过距信号端子6a～6j的引出部位距离较近的半导体元件2b、2c对温度、电流进行检测。由此，信号端子的电阻值变小，信号的传输变快，因此温度、电流的检测精度提高。

如上所述，温度检测存在在半导体元件内设置检测构造的情况、和在半导体元件的附近配置热敏电阻的情况。图3中，热敏电阻6G通过利用粘接材料或焊料与第二电极5的上表面相接合从而进行安装。此外，图4中，可以通过将热敏电阻6G与半导体元件2b的上表面利用粘接剂或焊料相接合从而进行安装。

将信号焊盘110和信号端子6相连接的导线201与在图2中用直线形箭头示出的流过第二电极5的电流的方向大致正交地进行配置，不容易受到因流过第二电极5的电流而产生的磁场的影响。

通过在一个模块内进行温度检测，与对于多个模块在一处进行温度检测相比，能以更高精度来进行温度检测。因此，能减小相对于半导体元件的允许结温的允许值。

即使对于电流检测，由于流过各臂的电流不同，因此针对每一个臂对电流进行检测，并对过电流进行保护，从而能保证产品的质量。

电极端子4a、4b与第二电极延伸部5a向相同方向引出，与半导体元件2a～2d的信号焊盘110相连接的信号端子6a～6j向与所述方向相反的方向引出。电极端子4a、4b与第二电极延伸部5a中例如有几十～几百A的大电流流过。另一方面，信号端子6a～6j中有几mA的微小电流流过。信号端子6a～6j能设置在距电极端子4a、4b和第二电极延伸部5a隔开距离的位置，因此受到来自电极端子4a、4b和第二电极延伸部5a的电磁噪声的影响变小，能防止误动作。

信号端子集中于图2的左侧，流过大电流的所谓的功率系统的端子集中于右侧，从而分别便于控制基板(未图示)与母线(未图示)之间的连接，也能简化控制基板、母线的形状，从而有助于小型化。另外，在远离流过大电流的功率端子的位置上存在信号端子，因此，混入信号端子的信号中的噪声变小，温度检测精度和电流检测精度提高，具有抑制开关动作中的误动作的效果。

图5是图2中的A-A线剖视图。上述中所说明的各构件由密封树脂7一体成形。电极端子4a、4b、第二电极5、信号端子6成形前由被称为引线框的一种构件来构成，将各端子相连。在成形后进行切割、所谓的系杆切割，根据需要来弯曲端子附近，从而较容易地进行后工序的连接。第一电极3等结构构件通过传递模塑进行密封。通过采用传递模塑成形从而能提高生产性。作为密封树脂7可以使用环氧树脂。第一电极3的下表面、即未与半导体元件2a～2d相接合的第一电极3的表面由于为散热面，因此在成型后也露出。功率模块如上述所记载的那样与冷却器相接合，用于与冷却器的定位而在密封树脂7上设置凸部7a、7b。图5中，在半导体元件2c、2d的下侧设置有接合材料8，并且在上侧设置有接合剂9。

本实施方式中的具有多个半导体元件2a～2d的半导体功率模块中，使从与半导体元件2a～2d相接合的电极的输入端子部到半导体元件2a～2d为止的布线长度均等。由此，能抑制流过各半导体元件2a～2d的电流偏差。其结果是，能减小半导体元件2a～2d的尺寸，能力图实现半导体功率模块小型化、低成本化。

实施方式2.

图6是表示实施方式2所涉及的半导体功率模块中的下臂的结构的俯视图，例如，表示了构成图1的下臂102的开关元件Q2的四个半导体元件的并联结构体。图7是图6中的B-B线剖视图。下臂1b的结构中，与半导体元件22a～22d的源极301相连接的第四电极12的延伸部分支成两个，具有分支部12a、12b，分支部12a、12b与电池的负极相连接。第三电极端子11连接至散热绝缘基板10(第五电极)的上表面、即与接合有半导体元件22a～22d的面相同的面。另外，第三电极端子11连接至上臂的源极电位即第二电极端子部5b和电动机。图8是表示将构成上臂1a的半导体功率模块(第一半导体功率模块)和构成下臂的半导体功率模块(第二半导体功率模块)相连接的状态的俯视图。

在下臂1b中，与图2所示的上臂1a相反地，配置为成为源极电位的分支部12a、12b以作为漏极电位的第三电极端子11为中心而将其夹住，从而不会产生电阻差。即与实施方式1同样地，将在各自的半导体元件22a～22d中从分支部12a、12b到各半导体元件22a～22d的源极301为止的电极中的电流路径长度、与从半导体元件22a～22d的漏极到第三电极端子11为止的第五电极(散热绝缘基板10)中的电流路径的长度之和设为在各半导体元件22a～22d中成为相同，从而消除电阻差。

而且，这样的调整与实施方式1的情况同样地以第四电极12的形状来进行，但主要通过对设置于第四电极12的狭缝部12c的形状和尺寸进行调整来进行。

如图8所示，通过将构成上臂1a的第一半导体功率模块的第二电极端子部5b、和构成下臂1b的第二半导体功率模块的第三电极端子11在一处进行连接，从而能将从电极端子4a、4b到分支部12a、12b为止的一圈的寄生电感抑制得较低。即，无需经由其他构件就能将上臂1a的第二电极端子部5b与下臂1b的第三电极端子11直接进行连接，因此，能将寄生电感抑制得较低。

浪涌电压由寄生电感与开关速度之积来决定，需要对开关速度进行调整以使浪涌电压不超过半导体元件的耐压。当寄生电感变小时，可以提高开关速度，从而可以降低半导体元件的开关损耗。

本实施方式中，第一半导体功率模块1a中的电极端子4a、4b和第二半导体功率模块1b中的分支部12a、12b以相对的方式相邻，并且第一半导体功率模块1a中的第二电极延伸部5a和第二半导体功率模块1b中的第三电极端子11在一处相连接。

图7中，本实施方式中，使用了散热绝缘基板10来取代实施方式1的第一电极3。散热绝缘基板10通常为由铜-陶瓷-铜层构成的结构(复合材料)，通过陶瓷来将半导体元件22a～22d的漏极和冷却器之间绝缘。因此，作为功率模块与冷却器之间的接合材料，可以利用焊料或银烧结那样的导电性的构件来构成。此外，对于配置于上臂1a和下臂1b的半导体元件之下的构件，从生产性的观点出发希望预先设为相同。另外，作为实施方式1所示的第一电极，也可以采用由铜-陶瓷-铜层构成的结构(复合材料)。

此外，作为功率模块的连接对象，列举了电动机，但即使在开关时的损耗较少的SiC中在高频驱动中也有效果，即使用作升压电感器而使用本实施方式，也能力图实现电感器的小型化，因此是有效的。

可以对其他上述构成部件的数量、尺寸和材料等进行适当变更。

另外，本申请虽然记载了各种示例性的实施方式以及实施例，但是1个或多个实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不仅限于适用特定的实施方式，也可以单独适用于实施方式，或者进行各种组合来适用于实施方式。

因此，在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，至少包括对一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1a 半导体功率模块、

1b 半导体功率模块、

2a～2d 半导体元件、

3 第一电极、

4a、4b 电极端子、

5 第二电极、

5a 第二电极延伸部、

5b 第二电极端子部、

5c 狭缝部、

6 信号端子、

6G 热敏电阻、

10 散热绝缘基板、

11 第3电极端子、

12a、12b 分支部、

201 导线。