CN101681905B - 电弧放电装置 - Google Patents

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Abstract

将大量半导体元件内置在电弧放电装置所具备的小型轻量的电力用半导体模块内。电弧放电装置的电源装置由半导体模块(1)及安装在半导体模块上的散热器组成。半导体模块(1)由模块框体(2)及被模块框体(2)保持的公共单元(3a～3c)组成。公共单元(3a～3c)具有陶瓷基板(50)和封装(35)，该陶瓷基板具有配置了半导体元件(54)的电路面及其相反侧的散热面；封装使上述散热面露出并用耐热性树脂密封电路面。放电器通过安装在模块框体(2)上，而抵接在公共单元(3a～3c)的所有散热面上。通过这种结构，能够将大量半导体元件内置在小型轻量的电力用半导体模块内。

Description

电弧放电装置
技术领域
本发明涉及一种电弧放电装置，具体而言，尤其涉及一种适用转换器(converter)、变流器(inverter)等电力转换装置中使用的半导体模块的电弧放电装置。 
背景技术
用树脂密封电力转换装置中使用的半导体元件并模块化的装置，其作为半导体模块而公知。这种半导体模块用树脂密封陶瓷基板的芯片配置面，同时从上述陶瓷基板的背面进行散热。因此，在因陶瓷基板和树脂之间的热膨胀率存在差值，而导致树脂的成型收缩、或因工作时的热循环而导致基板弯曲时，成为散热效率降低、或半导体芯片剥离的原因。 
因此，在一般的半导体模块中，将含有半导体芯片的芯片零件软钎焊在陶瓷基板上，这样的陶瓷基板隔着隔热片、绝缘片而粘贴在铜Cu或铁Fe等厚的金属板上。另外，安装包围上述陶瓷基板的芯片搭载面的壳体，向该壳体内注入硅橡胶等来保护芯片零件，之后，再填充树脂。 
但是，在为了保护芯片零件而使用硅橡胶的情况下，从壳体的间隙等进入的湿气会对芯片零件带来坏影响。另外，芯片零件之间的电连接虽然是通过金属线结合(wire bonding)、引线框架(lead frame)的软钎焊、超音波接合而进行的，但是在其接合部因热等而劣化的情况下，如果保护材料使用硅橡胶，则难以可靠地固定金属线或引线框架等。 
在这里，也提出了一种不使用硅橡胶等保护材料、而向陶瓷基板的芯片搭载面直接填充树脂的半导体模块(例如专利文献1)。在专利文献1中，将陶瓷基板接合到金属板上而形成模块基板，在该模块基板上安装半导体芯片之后，向被外围壳体、框体及模块基板包围的空间中注入树脂。如果该外围壳体具有足够的刚性，则能够使密封树脂硬化时因成型收缩而产生的应力分散到模块基板及框体上，从而防止模块基板的弯曲，也能够 提高耐温循环性。 
专利文献1：日本特开平9-237869号公报 
现有的半导体模块无法将多个半导体元件封入在一个半导体模块内，而需要用户自己连接多个半导体模块，从而实现希望的电力转换装置。例如，通过使用三个由二极管及闸流晶体管的串联电路形成的半导体模块，从而实现三相交流桥。因此，用户必须保管、搬运多个半导体模块，其处理也很麻烦。另外，因为由多个半导体模块构成，所以在电力转换装置的小型化及轻量化上也存在界限。因此考虑通过在同一陶瓷基板上配设更多的半导体元件，从而实现电力转换装置的小型化、轻量化。 
但是，如果想要实现这种半导体模块，则陶瓷基板必须大型化，另外，与此同时还要封入大量的树脂。因此，产生陶瓷基板的弯曲更加显著、散热效率明显降低的问题。另外，由于陶瓷基板大型化，从而产生陶瓷基板的芯片配置面内的温度差也变得显著的问题。并且，由于封入大量的树脂，从而产生半导体模块整体的重量增大的问题。因此，使用了半导体模块的电力转换装置不容易实现小型化、轻量化。 
另外，半导体模块将陶瓷基板粘贴在金属板上，从而防止陶瓷基板弯曲，也确保良好的散热特性。但是，为了防止陶瓷基板弯曲，需要使用厚的金属板，所以半导体模块的总重量中金属板所占的比例大，不容易实现半导体模块的轻量化。 
并且，交流电源用的半导体模块从单相用到三相用都有，如果根据各用途而分别生产半导体模块，则品质及成品的管理都需分别进行，从而存在制造成本增加的问题。 
发明内容
本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种适用与现有的电力用半导体模块相比，内置更多半导体元件的小型轻量的电力用半导体模块的电弧放电装置。另外，其目的还在于提供一种适用用于实现电力转换装置的小型化、轻量化的电力用半导体模块的电弧放电装置。另外，其目的还在于廉价地提供一种适用这种电力用半导体模块的电弧放电装置。 
第一本发明的电弧放电装置具有对供给用来电弧放电的交流电源的频率进行转换的电源装置，其构成为上述电源装置具有电力用半导体模块及安装在上述电力用半导体模块上的散热器，所述电力用半导体模块具有：具备与散热器平坦的导热面相面对的散热器安装面，并安装于上述散热器的模块框体；以及由上述模块框体保持的两个以上的公共单元；上述公共单元具有：陶瓷基板，其具备配置了半导体元件的电路面及与上述电路面相面对的散热面；封装，其使上述散热面露出并且用耐热性树脂密封上述电路面而形成；以及第一电极端子，其从上述封装向上延伸，上述模块框体具有：下面开口部，其在上述散热器安装面上使上述公共单元的散热面露出；以及单元抵接部，其抵接在上述公共单元上，并将上述公共单元夹在其与上述散热器之间，上述第一电极端子从向上打开的上述封装上的台阶部的谷线露出到上述封装外，并在上述谷线附近向上弯曲而形成。
这样，若将电力用半导体模块分割为多个公共单元，则能够使电力用半导体模块内使用的陶瓷基板小型化，另外也能够大幅度地减少电力用半导体模块内使用的密封树脂的量。因此，能够确保各半导体元件的良好的散热路径，同时也能够在小型轻量的电力用半导体模块内内置更多的半导体元件。 
另外，因为树脂密封的散热效果在各公共单元中大致均匀获得，所以不会只使一部分的半导体元件因热影响而显著劣化，从而能够提高电力用半导体模块整体的可靠性。另外，即使在一部分半导体元件劣化的情况下，也能够在各公共单元更换，而不用作为预备来保管电力用半导体模块整体。 
并且，优选相对于模块框体安装散热器，与分别在多个公共单元分别安装散热器的情况相比，散热器的装卸作业变得容易。 
发明效果 
根据本发明，在小型轻量的电力用半导体模块内能够比现有的电力用半导体模块内置更多的半导体元件。因此，如果使用本发明的电力用半导体模块，则能够使电弧放电装置的电力转换装置小型化、轻量化。另外，通过在电力用半导体模块内内置多个公共单元，从而能够廉价地提供。这样构成的电力用半导体模块因频繁地反复进行热循环而温度改变，如果在电力用半导体模块存在劣化担忧的电弧放电装置中使用，其效果更明显。 
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的半导体模块1的一个结构例的外观图，其表示半导体模块1的上表面； 
图2是表示半导体模块1的一个结构例的外观图，其表示半导体模块1的下表面； 
图3是表示图1的半导体模块1组装时的样子的展开立体图； 
图4是表示公共模块3内部的一个结构例的图； 
图5是从下面侧所见的图4的陶瓷基板50的图； 
图6是表示树脂密封后的公共单元3的一个结构例的外观图，其表示公共单元3的上表面及下表面； 
图7是表示树脂密封后的公共单元3的一个结构例的外观图，其表示公共单元3的各个侧面； 
图8是表示收容到模块框体2之前的公共单元3的一个结构例的外观图； 
图9是只表示图1的模块主体20的外观图，其表示模块主体20的上表面； 
图10是只表示图1的模块主体20的外观图，其表示模块主体20的下表面； 
图11是从图10的A-A切线切开安装有散热器9的半导体模块1时的剖面图； 
图12是表示陶瓷基板50上产生弯曲的情况的一例的说明图； 
图13是表示本实施方式的半导体模块1适用于电弧放电装置的情况下的一个结构例的框图，其表示电弧放电装置的一例即电弧焊接机100； 
符号说明： 
1-半导体模块；2-模块框体；20-模块主体；200、201-螺母收容部；21-模块盖；210-导向孔；22-上面开口部；23-下面开口部；24-安装孔；25、26-加强梁；27、28-单元抵接部；3-公共单元；30-外部端子；31、32-公共端子；33、34-控制端子；35-封装；300～302-紧固孔；311、312-螺母收容部；4-金属板；41、42-外部公共端子；400、401、402-紧固孔；50-陶瓷基板；51、52-金属层；53-焊料层；54-半导体芯片；9-散热器；91-导热面；510-散热图案；511-外周图案；512-缓冲图案；100-电弧焊接机；101-电源装置；102-控制电 路；103-变压器；104-喷灯；105-变流器；W-被焊接物。 
具体实施方式
图1及图2是表示本发明的实施方式的半导体模块1的一个结构例的外观图，图1表示其上表面，图2表示其下表面。另外，图3是表示半导体模块1组装时的样子的展开立体图。 
该半导体模块1是一种使用闸流晶体管、二极管、双极晶体管等半导体元件，用来转换交流电和直流电的电力用半导体模块。在本实施方式中，对作为这种电力用半导体模块的一例，即对使用三个闸流晶体管和三个二极管来实现桥电路的模块进行说明。这种桥电路广泛应用于对三相交流电源进行全波整流而转换为直流电源的三相交流变换器中。 
半导体模块1以在模块框体2内收容三个公共单元3(3a～3c)和两个金属板4(4m及4n)的方式构成。每一个公共单元3都是内置闸流晶体管和二极管的串联电路的、具有相同结构的单元，能够互相替换使用。并且，在本说明书中，三个公共单元中相互对应的结构部分记为相同的符号，当要指出特定的公共单元的结构部分时，在上述符号上加上a～c。 
模块框体2由形成为薄的大致箱形的树脂制造的模块主体20和形成为大致矩形的板状体的树脂制造的模块盖21构成。模块主体20在其内部收容三个公共单元3和两块金属板4，另外，模块主体20还具有使其上面整体开口的上面开口部22、及三个使其下面一部分开口的下面开口部23(23a～23c)。上面开口部22是在组装之后被模块盖21覆盖的组装用的开口，下面开口部23a～23c是使各公共单元3a～3c的散热面分别露出的散热用的开口。 
模块框体2的下表面是与散热器9组合的散热器安装面。散热器9是装配有半导体模块1的装置的金属框体或散热翼等，其利用形成于模块框体2的四角上的安装孔24而安装在模块框体2上。通过使公共单元3a～3c的散热面从形成于散热器安装面上的下面开口部23a～23c稍突出，且在模块框体2上安装散热器，从而能够使公共单元3a～3c的散热面紧贴散热器9。 
一方面，模块框体2的上表面是形成有用来连接外部配线的端子的端 子面，模块框体2的上表面配设有三个外部端子30(30a～30c)、三组控制端子33(33a～33c)及34(34a～34c)、外部公共端子41及42。 
外部端子30是公共模块3的端子，三个外部端子30a～30c沿模块盖21的一边等间距配置。该外部端子30a～30c是在模块框体2的上表面从模块主体20及模块盖21的缝隙中被拉出、且以平行于模块框体2的上表面的方式被折曲的金属板，其沿模块主体20向外侧延伸，在其前端部形成有紧固孔300。 
在与该紧固孔300相对的模块主体20的上表面形成有螺母收容部200，螺母收容部200收容金属制造的螺母使得螺母不会旋转，通过使插通在紧固孔300中的螺钉和上述螺母紧固，能够使夹入在上述螺钉和螺母之间的外部端子30及外部配线电性导通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部200内，螺母收容部200的开口在收容螺母后也被折曲的外部端子30覆盖，所以只要不卸下公共单元3，即使与螺钉处于非紧固时螺母也不会从螺母收容部200脱落。 
外部公共端子41是将金属板4m的一部分从模块框体2中拉出的端子，其中金属板4m使各公共模块3a～3c的公共端子31在模块框体2内互相导通，外部公共端子41被配置在与配列有外部端子30a～30c的一边相邻的模块盖21的边上。该外部公共端子41与外部端子30相同，在模块框体2的上表面从模块主体20及模块盖21的缝隙中被拉出、且沿模块主体20向外侧延伸，在其前端部形成有紧固孔400。在与该紧固孔400相对的模块主体20的上表面形成有螺母收容部201，螺母收容部201收容金属制造的螺母使得螺母不会旋转，通过使插通在紧固孔400中的螺钉和上述螺母紧固，从而能够使夹入在上述螺钉和螺母之间的外部公共端子41及外部配线电性导通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部201内，螺母收容部201的开口在螺母收容后也被配置的外部公共端子41覆盖，所以只要不卸下金属板4m，即使在与螺钉处于非紧固时，螺母也不会从螺母收容部201脱落。 
外部公共端子42是将金属板4n的一部分从模块框体2中拉出的端子，其中金属板4n使各公共模块3a～3c的公共端子32在模块框体2内互相导通。该外部公共端子42的其他结构与外部公共端子41完全相同。 
控制端子33及34是公共模块3(3a～3c)的端子，三组控制端子33a～33c及34a～34c沿与配列了外部端子30的一边相反的一侧的模块盖21的一边配置。控制端子33及34是向上延伸的截面为大致矩形的销状的端子，其通过模块盖21的导向孔210，被拉到模块框体2的外面。 
接下来，利用图3对半导体模块1的组装方法的一例进行说明。公共单元3从下面开口部23装配到模块主体20内，在插入到最深处的状态下，其外部端子30向外侧折曲。只要这样安装三个公共单元3a～3c，就能够整列配置各公共单元3a～3c使得相互的长边间隔一定距离的空间而相对，且能够收纳在模块主体20内。 
金属板4m及金属板4n从上面开口部22装配到模块主体20内。金属板4m及金属板4n以与公共单元3的长边方向交叉的方式配置，以分别横断所有公共单元3a～3c。另外，在金属板4m上形成有三个紧固孔401a～401c，使用螺钉与所有公共模块3的公共端子31紧固，从而电性导通。同样，在金属板4n上形成有三个紧固孔402a～402c，使用螺钉与所有的公共模块3的公共端子32紧固，从而电性导通。之后，只要用模块盖21锁紧上面开口部22，就完成了半导体模块1的组装。 
图4是表示公共模块3内部的一个结构例的图，图中的(b)是从(a)中所示的B方向所见的图。陶瓷基板50的上表面配置有半导体元件54或端子30～34等，陶瓷基板50的上表面作为电性连接这些零件的电路面来使用，其下表面作为紧贴散热器9的导热面的散热面来使用。 
该陶瓷基板50是在其两面形成有金属层51及52的电路基板，例如，用DBC(Direct Bonding Copper)法固定安装铜(Cu)薄板。电路面侧的金属层52使用光刻技术来制成图案，并作为配线来使用。另外，通过在散热面侧也形成金属层51，使陶瓷基板50的两面的热膨胀特性变均等，从而抑制陶瓷基板50的弯曲。 
半导体芯片54隔着焊料层53配置在金属层52上。在这里，作为半导体芯片54，是指配置有串联的闸流晶体管及二极管的芯片。另外，图中虽然省略，但也根据需要来配置其他电子零件、例如芯片电阻等。并且，各端子30～34也隔着焊料层53配设在金属层52上，或者配置在半导体芯片上。根据需要使用金属层52的图案、结合线或引线框架，对这些电 子零件及各端子30～34之间进行电性连接。另外，各端子30～34由于在树脂模制时被夹在两个模具之间，因此在从陶瓷基板50起算的高度相同的位置上，其以平行于陶瓷基板50的方式折曲。 
图5是从下面侧观察图4的陶瓷基板50的图。在陶瓷基板50的下表面形成的金属层51由矩形形状的大面积的散热图案510以及包围散热图案510的细长的外周图案511构成，在散热图案510和外周图案511之间形成有未形成金属层51的缓冲图案512。也就是说，缓冲图案512在外周图案511的内侧作为包围散热图案510的细长的槽部，例如作为一定宽度的槽部而形成。例如可以使用光刻技术形成这种图案。 
根据这种结构，相对于沿散热面侧的金属层52的周缘部延伸的槽部即缓冲图案512，在其内侧形成作为内侧图案的散热图案510，同时在其外侧形成作为外侧图案的外周图案511。 
并且，在本例中展示了一种沿散热面侧的金属层52的周缘部形成环状的缓冲图案512，使得外周图案511夹着缓冲图案512包围散热图案510的外周的结构，但是不限于这种结构，也可以是缓冲图案512只在上述金属层52的周缘部的一部分上形成的结构。在这种情况下，只要是沿矩形形状的金属层51的至少一边形成槽部的结构即可，在金属层51为长方形的情况下，也可以是沿相互对置的一对长边或一对短边的任一方形成槽部的结构。 
形成有电路的陶瓷基板50只留下陶瓷基板50的金属层51和各端子30～34的前端侧，其余都用树脂密封。例如，可以用使用热固化性的环氧树脂的RTM(Resin Transfer Molding)法来密封。通过这种树脂模制处理，形成使金属层51露出、使端子30～34突出的封装35。在这种树脂模制处理中，为了不使树脂流入金属层51的表面，而使陶瓷基板50的下表面紧贴平坦的模具内表面来进行所述处理。另外，因为预先形成有缓冲图案512，所以即使有在金属层51上绕进(回り込む)并越过外周图案511的树脂，如果是少量，就被槽部即缓冲图案512吸收，该树脂不会扩展到散热图案510上。因此，能够防止由于树脂附着在散热图案510表面而引起的散热效率的下降。 
尤其，在本实施方式中，因为外周图案511夹着缓冲图案512而包围 散热图案510的外周，所以即使树脂从外周图案511的任一部分绕进时，缓冲图案512都能够很好地吸收该树脂。因此，能够更有效地防止由于树脂附着在散热图案510表面而引起的散热效率的下降。 
图6及图7是表示树脂密封后的公共单元3的一个结构例的外观图，图6(a)表示上表面，(b)表示下表面。另外，图7(a)表示从公共端子31及32侧所见的侧面，(b)表示从外部端子30侧所见的侧面，(c)表示从控制端子33、34侧所见的侧面。 
图8是表示将公共单元3收容到模块框体2之前的公共单元3的一个结构例的外观图，表示各端子30～34折曲的状态。并且，图中(a)表示上表面，(b)表示从公共端子31及32侧所见的侧面。外部端子30及控制端子33、34折曲成直角而朝向上方，公共端子31及32折曲大约180°的角度，且沿封装35中央的上表面延伸。 
树脂密封后的各端子30～34，从都向上打开的台阶部的谷线、在图示的例子中，从由上表面及侧面形成的封装35上的凹部的最深部向封装35外露出，且沿封装35的上表面向外侧延伸。如果在这些端子30～34的前端施加向上的力，使端子30～34在上述谷线附近折曲，则变成图8所示的形状。在这种情况下，在各端子30～34的弯曲部的下方形成有向外侧延伸的封装的上表面320～323，这些面起到绝缘壁的作用。也就是说，通过在比从封装35的端部更后退的位置折曲端子30～34，在端子30～34的下方形成封装的突出部320～323，能够延长从散热器9到端子30～34的沿面距离，所以能够提高绝缘性。 
在这里，图6(a)中标有阴影线的各端子30～34的根部，在只露出其上表面的状态下被埋入形成在封装的上表面320～323中。只要使各端子30～34紧贴形成封装的上表面320～323的模具内表面来进行树脂模制处理，就能够实现这种结构。 
在折曲端子30～34时，若无法容易分离端子30～34和上表面320～323，则封装35会产生龟裂，或端子30～34在谷线的外侧折曲，从而导致公共单元3的品质下降。因此，将端子30～34的截面制成易于从上表面310～313剥离开的形状，即形成为越到下侧宽度越窄的形状。具体而言，在端子30～34的侧面施加锥部(taper)，制成使端子30～34的截面 向上扩展的梯形形状。只要是像三角形或半圆形等那样截面宽度向上扩展的形状，也可以是梯形以外的形状。另外，端子30～34的上表面由于成为从上表面320～323露出的露出面，所以优选为平面。当然，只要至少从上不面320～323分离的部分为这种截面形状即可。 
在公共端子31的前端部形成有用于与金属板4m进行紧固的紧固孔301。在与该紧固孔301相对的封装35的上表面形成有螺母收容部311，螺母收容部311以凹部的方式形成，收容金属制造的螺母使得螺母不会旋转。因此，通过使插通在紧固孔301及金属板4m的紧固孔401中的螺钉和上述螺母紧固，从而能够使夹入在上述螺钉和螺母之间的公共端子31及金属板4m电性导通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部311内，由于螺母收容部311的开口在收容螺母后被折曲的公共端子31覆盖，所以即使在与螺钉的非紧固时，螺母也不会从螺母收容部311脱落。 
完全同样地，在公共端子32的前端部形成有用于与金属板4n紧固的紧固孔302。在与该紧固孔302相对的封装35的上表面形成有螺母收容部312，螺母收容部312以凹部的方式形成，收容金属制造的螺母使得螺母不会旋转。因此，通过使插通在紧固孔302及金属板4n的紧固孔402中的螺钉和上述螺母紧固，从而能够使夹入在上述螺钉和螺母之间的公共端子32及金属板4n电性导通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部312内，由于螺母收容部312的开口在收容螺母后被折曲的公共端子32覆盖，所以即使在与螺钉的非紧固时，螺母也不会从螺母收容部312脱落。 
另外，封装35以薄的大致矩形的形状形成，但是在其侧面设有锥形部36，与形成有散热面的下表面相比，上表面侧的封装35部分的外形变得更大。另外，在封装的上表面，螺母收容孔311、312作为凹陷部而形成，该部分的树脂层形成得薄。因此，抑制因树脂的成型收缩而作用在陶瓷基板50上的应力，从而能够减轻陶瓷基板50的弯曲。 
图9和图10是只表示图1的模块主体20的外观图，图9表示上表面，图10表示下表面。在模块主体20的内部空间形成有横断公共单元3a～3c的上面侧的一根加强梁25以及与该加强梁25交叉的下面侧的两根加强梁26。加强梁25配置在公共单元3a～3c的更上方，加强梁26形成在各公共单元3a～3c之间，进行在公共单元3的水平面内的定位。 
单元抵接部27及28是在模块主体20的内壁形成的突出部或朝向下方打开的台阶部，通过使其分别抵接在公共单元3的长度方向的两端，而在铅直方向上对公共模块3进行定位。 
图11是根据图10的A-A切线切开安装有散热器9的半导体模块1时的剖面图。当使用安装孔24将散热器9安装在模块框体2上时，能够使模块框体2的散热器安装面和散热器9的平坦的导热面91相对，且能够使两者处于尽可能靠近的状态。此时，公共单元3以使其散热面从模块框体2的下面开口部23稍突出的方式被模块框体2保持，因此，公共单元3被夹在单元抵接部27及28和散热器的导热面91之间。因此，能够使公共单元3的散热面紧贴散热器9的导热面91。 
图12是表示在陶瓷基板50上产生弯曲的情况的一例的说明图。树脂构成的封装35比陶瓷基板50的热膨胀率大。因此，在树脂模制处理后进行冷却时，与陶瓷基板50相比，封装35收缩得更大，在陶瓷基板50上易于产生向下方凸出的弯曲，这种弯曲称为“顺弯曲”。相反，将陶瓷基板50向上方凸出的弯曲称为“逆弯曲”。从散热效率的观点出发，不期望产生弯曲，但是尤其逆弯曲，由于温度变高的中央部不会紧贴散热板，所以逆弯曲与顺弯曲相比，逆弯曲的散热效率显著更差。 
由于图1的半导体模块1在大致矩形的模块框体2内使三个公共单元3a～3c整列配置，因此与两端的公共单元3a及3c相比，中央的公共单元3b的温度更高。一方面，由于散热器9使用在模块框体2的四角设置的安装孔24来安装，因此与两端的公共单元3a及3c相比，在中央的公共单元3b上，散热器9对散热面51的按压力弱，散热效率容易变差。因此，在中央的公共单元3b上，与两端的公共单元3a及3c相比，陶瓷基板50更优选使用顺弯曲侧的部分。尤其中央的公共单元3b的陶瓷基板50优选顺弯曲。 
图13是表示将本实施方式的半导体模块1适用于电弧放电装置的情况的一个结构例的框图，电弧放电装置的一例表示为电弧焊接机100。该电弧焊接机100具有电源装置101、控制电路102、变压器103及喷灯104，通过在喷灯104和被焊接物W之间进行电弧放电，加热熔融焊接线或焊条等焊补材料，来焊接被焊接物W。 
电源装置101是可以改变从外部供给的交流电源的频率的频率转换电路，除了上述的半导体模块1，还通过变流器105等形成。在本例中，半导体模块1构成将交流电压转换为直流电压的转换器，向三个外部端子30(30a～30c)供应的三相交流电源被由半导体模块1形成的桥电路进行全波整流，从而转变为直流电源。通过控制端子33及34向半导体模块1输入来自控制电路102的控制信号，基于该控制信号对桥电路的动作进行控制。 
被半导体模块1进行了全波整流的直流电源通过外部公共端子41及42被供给向变流器105。变流器105是将直流电压转换为交流电压的交流转换电路，基于来自控制电路102的控制信号，能够任意改变输入的交流电压的频率。由变流器105转换为任意频率的交流电压由变压器103升压，通过对喷灯104及被焊接物W之间施加高电压，从而在喷灯104和被焊接物W之间产生电弧放电。 
在电弧焊接机100这样的电弧放电装置中，在喷灯104和被焊接物W之间产生电弧放电来进行焊接作业之后，直到开始对下一个被焊接物W进行焊接作业为止的间隔比较短，例如为五分钟左右。因此，在比较短的周期内发生如下这样的热循环，即：伴随电弧放电，半导体模块1变成高温状态之后，在直到开始进行下一个焊接作业之间半导体模块1自然冷却，在下一个焊接作业时再次变为高温状态。 
由于伴随温度变化而作用的应力发生变化，适用于电弧焊接机100的电力转换装置的陶瓷基板的弯曲变大或变小，所以在上述这种热循环之下，弯曲大的状态和弯曲小的状态频繁反复进行，半导体芯片的剥离等问题变得更明显。在这里，通过将本实施方式的半导体模块1适用于这样的电弧焊接机100，从而能够有效地防止陶瓷基板50的弯曲。 
在本例中，对将半导体模块1适用于作为将交流电压转换为直流电压的直流转换电路的转换器的情况进行说明，但是不限于这种结构，除了变流器105这样的将直流电压转换为交流电压的交流转换电路之外，也可以将半导体模块1适用于电力转换装置具有的各种电路中。在将半导体模块1适用于变流器105的情况下，各公共单元3可以不是内置闸流晶体管及二极管的串联电路的结构，而可以是内置两个闸流晶体管或两个晶体管的 串联电路的结构。 
另外，本实施方式的半导体模块1不限于用来进行电弧焊接的电弧焊接机100，只要是产生电弧放电的装置，也可以适用于切割机等其他电弧放电装置。 
并且，在上述实施方式中，在模块框体2内，使用金属板4m及4n分别连接各公共单元3a～3c的公共端子31及32，但是本发明不限于这种情况。即，取代金属板4n及4m，能够使用任意形状构成的金属块。 
另外，在上述实施方式中，对由闸流晶体管及二极管构成的公共单元3的例子进行说明，但是本发明不限于这种情况。即，可以由二极管、闸流晶体管、双极晶体管或其他任意的电力用半导体元件的组合来构成公共单元3。例如，也可以是两个闸流晶体管的串联电路构成公共单元3。另外，本发明不限于由两个半导体元件构成的情况。 
另外，在本实施方式中，对半导体模块1将三相交流电转换为直流电的三相交流变换器的例子进行说明，但是本发明不限于这种情况。例如，也可以适用于将直流电转换为交流电的变流器等其他电力转换装置中。 
另外，在本实施方式中，虽然对在模块框体2内收容三个公共单元3的半导体模块1的例子进行了说明，但是也能够实现例如只收容一个公共单元3的模块框体。在这种情况下，不需要金属板4m及4n。由于在这样收容的公共单元3的数目不同的半导体模块之间公共单元3能够通用，因此能够实现成本的降低。 

Claims (4)

1.一种电力用半导体模块，其特征在于，
所述电力用半导体模块具有：
具备与散热器平坦的导热面相面对的散热器安装面，并安装于上述散热器的模块框体；以及
由上述模块框体保持的两个以上的公共单元；
上述公共单元具有：
陶瓷基板，其具备配置了半导体元件的电路面及与上述电路面相面对的散热面；
封装，其使上述散热面露出并且用耐热性树脂密封上述电路面而形成；以及
第一电极端子，其从上述封装向上延伸，
上述模块框体具有：
下面开口部，其在上述散热器安装面上使上述公共单元的散热面露出；以及
单元抵接部，其抵接在上述公共单元上，并将上述公共单元夹在其与上述散热器之间，
上述第一电极端子从向上打开的上述封装上的台阶部的谷线露出到上述封装外，并在上述谷线附近向上弯曲而形成。
2.如权利要求1所述的电力用半导体模块，其特征在于，
上述第一电极端子是从仅使其根部的上表面露出的状态、并被埋入在构成上述台阶部的上述封装的上表面的状态弯曲而形成的，其截面形成为在上述被埋入的状态中越向下侧越变窄。
3.如权利要求1或权利要求2所述的电力用半导体模块，其特征在于，
上述封装具有作为用于收容螺母的凹陷部而形成的螺母收容部，
上述公共单元具有第二电极端子，该第二电极端子具备用于使用上述螺母来紧固金属板的紧固孔，
上述螺母收容部被上述第二电极端子覆盖。
4.一种电弧放电装置，其具备对为电弧放电而供给的交流电源的频率进行转换的电源装置，其特征在于，
上述电源装置具有权利要求1～3中任一项所述的电力用半导体模块以及在上述电力用半导体模块上安装的散热器。
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