CN107689368B - 具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置 - Google Patents

具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107689368B
CN107689368B CN201710656977.2A CN201710656977A CN107689368B CN 107689368 B CN107689368 B CN 107689368B CN 201710656977 A CN201710656977 A CN 201710656977A CN 107689368 B CN107689368 B CN 107689368B
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor device
switching elements
elements
reflow
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710656977.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107689368A (zh
Inventor
山平优
松冈哲矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN107689368A publication Critical patent/CN107689368A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107689368B publication Critical patent/CN107689368B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H01L23/4012—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws for stacked arrangements of a plurality of semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/481—Internal lead connections, e.g. via connections, feedthrough structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/071—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next and on each other, i.e. mixed assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/14—Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/209—Heat transfer by conduction from internal heat source to heat radiating structure
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601—Structure
    • H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/2612—Auxiliary members for layer connectors, e.g. spacers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

半导体装置设置有彼此并联连接的多个开关元件和并联连接到多个上述开关元件的多个回流元件。用作多个上述开关元件的基准电位的发射电极和用作多个上述回流元件的基准电位的阳极电极通过由导电材料制成的同一板状构件电连接。上述开关元件和与在最低电位一侧并联连接的上述回流元件构成为使得从连接至上述发射电极的发射极端子到上述回流元件的距离变成不大于从上述发射极端子到上述开关元件的距离。

Description

具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置
技术领域
本公开涉及一种多个开关元件并联连接的半导体装置。
背景技术
已知有具有并联连接的多个开关元件的半导体装置。
在例如JP-A2003-110064中公开有半导体装置的实例。该半导体装置设置有包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关元件。
近来，为了响应对高输出半导体装置的要求，已使用如下结构，其中，多个开关元件彼此并联连接，并且作为回流元件的二极管被反向地并联连接到上述开关元件。在上述结构中，在回流元件的恢复期间，恢复电流从集电极端子流向发射极端子。此时，电流流向开关元件的发射极线，由此产生电位差、即发射极电位差。发射极电位差由发射极线的电感L与切换期间的电流的变化率di/dt的乘积表示。
当例如上述JP-A2003-110064中公开的多个开关元件彼此并联连接时，已使用诸如汇流条之类的外部配线来形成发射极线。当使用外部配线时，发射极电位差可能变高。其原因包括如下几点：外部配线自身变长且电感L大；通电量根据多个开关元件的个体不同而不同；以及电流的时间变化率di/dt大。
另外，若发射极电位差变大，且发射极线的电位即栅极电位的基准电位大幅波动，则开关元件的栅极电位不稳定，这可能导致开关元件的故障等的发生。
发明内容
本公开鉴于这些问题，提供了一种有效的技术，以在多个开关元件并联连接的半导体装置中将开关元件的发射极线的电位波动保持得较低。
本公开的实施方式是一种半导体装置，包括：多个开关元件，多个上述开关元件彼此并联连接；以及多个回流元件，多个上述回流元件与多个上述开关元件并联连接，其特征是，用作多个上述开关元件的基准电位的发射电极与用作多个上述回流元件的基准电位的阳极电极通过由导电材料制成的相同的板状构件电连接，
最低电位一侧的并联连接的上述开关元件和上述回流元件构成为使得从连接至上述发射电极的发射极端子到上述回流元件的距离变成不大于上述发射极端子到上述开关元件的距离。
在上述实施方式的半导体装置中，对开关元件的发射电极与回流元件的阳极电极进行连接的发射极线包括由导电材料制成的板状构件。与诸如汇流条之类的外部配线相比，由于板状构件能缩短路径长度，因而电感低。因此，即使在回流元件的恢复期间，恢复电流从集电极端子流向发射极端子，在发射极线中产生的发射极电位差也能被保持得较低。因而，通过抑制发射极线的电位的大幅波动，能稳定开关元件的栅极电位，从而能防止开关元件的故障等的发生。在这种情况下，通过将发射极线的电感保持得较低，能增大电流的时间变化率di/dt，即，使切换速率更快，从而确保开关元件的损耗降低和芯片尺寸的减小。
另外，若构成为使得从发射极端子到回流元件的距离变成不大于从发射极端子到开关元件的距离，则回流元件能布置成比开关元件更靠近发射极端子，或者回流元件能以与开关元件相同的方式设置与发射极端子的分开距离。在这种情况下，开关元件能布置在与恢复电流的路径分开的位置，其中，在回流元件的恢复期间，上述恢复电流经由回流元件而流向发射极端子。因而，恢复电流的作用能控制开关元件的发射极线的电位免受波动。
如上所述，根据上述实施方式，在多个开关元件并联连接的半导体装置中，能将开关元件的发射极线的电位波动保持得较低。
应当注意，权利要求书中记载的括号中的附图标记和用于解决问题的手段表示与以下实施方式中记载的具体手段之间的对应关系，而不对本发明的技术范围加以限制。
附图说明
图1是设置有第一实施方式的半导体装置的电力转换装置的俯视图。
图2是图1的电力转换装置的立体图。
图3是沿图1的箭头III-III截取的剖视图。
图4是由图1中的冷却管的第一方向和第三方向限定的平面的剖视图。
图5是图1中的半导体装置的侧视图。
图6是沿图1的箭头VI-VI截取的剖视图。
图7是沿图5的箭头VII-VII截取的剖视图。
图8是沿图5的箭头VIII-VIII截取的剖视图。
图9是图1的电力转换装置的逆变器电路图。
图10是图9中的半导体装置的等效电路图。
图11是第二实施方式的半导体装置的侧视图。
图12是第三实施方式的半导体装置的侧视图。
图13是第四实施方式的半导体装置的侧视图。
图14是由第五实施方式的半导体装置的第一方向和第三方向限定的平面的剖视图。
图15是第六实施方式的半导体装置的侧视图。
图16是沿图15的箭头XVI-XVI截取的剖视图。
图17是第七实施方式的半导体装置的侧视图。
图18是第八实施方式的半导体装置的侧视图。
图19是第九实施方式的半导体装置的侧视图。
图20是第十实施方式的半导体装置的侧视图。
图21是第十一实施方式的半导体装置的侧视图。
图22是第十二实施方式的半导体装置的侧视图。
图23是沿图22的箭头XXIII-XXIII截取的剖视图。
图24是第十二实施方式的半导体装置的等效电路图。
图25是示意地表示第十二实施方式的半导体装置的电路的一部分的电路图。
图26是示意地表示第十二实施方式的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图27是示意地表示第十二实施方式的半导体装置的电路的一部分的电路图。
图28是示意地表示第十二实施方式的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图29是示意地表示根据第十二实施方式的第一变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图30是示意地表示根据第十二实施方式的该第一变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图31是示意地表示根据第十二实施方式的第二变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图32是示意地表示根据第十二实施方式的该第二变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图33是示意地表示根据第十二实施方式的第三变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图34是示意地表示根据第十二实施方式的上述第三变形例的半导体装置的一部分的元件的侧视图。
图35是第十三实施方式的半导体装置的侧视图。
图36是第十四实施方式的半导体装置的侧视图。
具体实施方式
以下，将参照附图对电力转换装置相关的实施方式进行说明。
应当注意，在本公开的附图中，除非明确声明，否则用箭头X表示构成电力转换装置的半导体装置的厚度方向、即第一方向，用箭头Y表示半导体装置的横向宽度方向、即第二方向，用箭头Z表示与第一方向和第二方向正交的第三方向。
本实施方式的电力转换装置是用于执行电力转换的装置。构成电力转换装置的半导体装置安装于例如电动车辆或混合动力车辆，作为用于将直流电源电力转换成对驱动电动机进行驱动所必需的交流电力的逆变器，并且还能作为用于将直流电力转换成经升压或降压后的直流电源的转换器使用。
(第一实施方式)
如图1和图2所示，电力转换装置1包括多个元件，多个上述元件包括半导体叠层单元10和控制部30的控制电路板31。上述多个元件收容于被壳体1a分隔开的空间内。壳体1a是轻量且要求高尺寸精度的汽车部件，并且通过使用铝的铝压铸方法制成。
半导体层叠单元10包括第一实施方式的多个半导体装置11和用于冷却上述多个半导体装置11的冷却器20。图1和图2示出八个半导体装置11。
冷却器20包括：流入管21，上述流入管21在第一方向X上延伸；流出管22，上述流出管22在第一方向X上延伸；以及多个冷却管23，这些冷却管23在第二方向Y上延伸，并且以在第一方向X上隔开预定间隔的方式布置。图1和图2示出九个冷却管23。
在半导体层叠单元10中，多个半导体装置11和多个冷却管23在第一方向X上交替地层叠。在这种情况下，每个半导体装置11被两个冷却管23、23从两侧夹住。
半导体装置11的多个控制端子11a电连接到控制电路板31。用于控制半导体装置11的切换动作的控制电流从控制电路板31流过上述多个控制端子11a而被输入半导体装置件11。
在冷却器20中，多个冷却管23的各个入口部连接到流入管21，多个冷却管23的各个出口部连接到流出管22。另外，冷却管23在管内具有冷却剂流路24。因而，从流入管21流入冷却管23的入口部的冷却剂在冷却管23内流过冷却剂流路24的同时，对与冷却管23抵接的半导体装置11进行冷却，然后从冷却管23的出口部被排出至流出管22。
冷却器20由诸如铝之类的具有优良的导热性的材料制成。
如图3和图4所示，冷却管23设置有分隔构件23a，上述分隔构件23a将管内的冷却剂流路24在第一方向X上分隔成两个空间24a、24b。在两个空间24a，24b中分别设置有散热片25，上述散热片25在与冷却剂流路24中的冷却剂的流动方向交叉的方向上延伸。散热片25具有通过增加与冷却剂的接触面积来增加热交换效率并且提高冷却性能的效果。具体而言，当散热片25在与冷却剂流路24中的冷却剂的流动方向垂直的方向上延伸时，提高冷却性能的效果高。
应当注意，例如，诸如水和氨之类的天然冷却剂、与诸如乙二醇之类的防冻剂混合的水、诸如氟之类的氟碳化合物冷却剂、诸如HCFC123和HFC134a之类的氯氟烃冷却剂、诸如甲醇和酒精之类的醇基冷却剂、或是诸如丙酮之类的酮基冷却剂能被用作在冷却管23的冷却剂流路24中流动的冷却剂。
如图5所示，半导体装置11设置有两个开关元件14、14以及两个回流元件15、15，其中，两个上述开关元件14、14彼此并联连接。半导体装置11构成为一个半导体模块，在上述半导体模块中集成有全部两个开关元件14、14和两个回流元件15、15。具体而言，半导体装置11是设置有包括两个开关元件14、14的一个半导体元件对的半导体模块，且被称为“1in1模块”。
开关元件14构成为用于在电力转换期间执行切换动作的绝缘栅双极晶体管。开关元件14可被称为“绝缘栅双极晶体管(IGBT)”。开关元件14的切换动作由控制部30控制。
应当注意，虽未示出，但开关元件14被一个保护环包围，并且被保护环分隔的元件定义为一个元件。因而，即使被一个保护环包围的开关元件被进一步分割为多个元件，开关元件的数量也是一个。在本实施方式的半导体装置11的情况下，开关元件14的数量为两个。
回流元件15构成为以使得在切换期间在与开关元件14中流动的施加电压相反的方向上没有电流的方式使电流回流所必需的续流二极管。回流元件15可被称为“续流二极管(FWD)”。一个回流元件15反向地并联连接(以下简称为“并联连接”)到一个开关元件14。也就是说，回流元件15并联连接到开关元件14，以使电流流动的方向与开关元件14中电流流动的方向相反。
如图6所示，半导体装置11通过模塑树脂11b进行成型。因而，两个开关元件14、14和两个回流元件15、15均被嵌入在模塑树脂11b中。因而，各开关元件14和回流元件15中的每两个通过树脂密封以构成一个半导体模块。
参照图6至图8，开关元件14为板状，且为矩形，即俯视时为方形元件，在一个元件表面上包括集电极14a，并且在另一个元件表面上包括发射电极14b和栅电极14c。散热器16经由焊料层11c接合到开关元件14的集电极14a。间隔件18经由焊料层11c接合到开关元件14的发射电极14b，另外，散热器17经由焊料层11c接合到间隔件18。发射电极14b是形成各个开关元件14的基准电位的电极。开关元件14的栅电极14c经由作为连接线的导线11d而连接到控制端子11a。
回流元件15具有平板状，且俯视时为矩形元件，在一个元件表面上包括阴极电极15a，并且在另一个元件表面上包括阳极电极15b。散热器16经由焊料层11c接合到回流元件15的阴极电极15a。间隔件19经由焊料层11c接合到回流元件15的阳极电极15b，另外，散热器17经由焊料层11c接合到间隔件19。阳极电极15b是用作各个阳极电极15b的基准电位的电极。
为两个开关元件14、14的每个和两个回流元件15、15中的每个均设置散热器16、17。上述散热器16、17是由导电材料制成的板状构件，优选由铜合金材料、铁合金材料或是其它机械强度、导电性、导热性及耐腐蚀性等优良的合金材料制成。虽未具体示出，但各个散热器16、17的外表面经由绝缘构件与冷却器20的冷却管23抵接。因而，两个散热器16、17的外表面、即与冷却管23接触的接触表面构成为用于将由半导体装置11产生的热量辐射到冷却器20的冷却剂中的热辐射表面。
参照图5和图8，半导体装置11设置有作为功率端子的集电极端子11p以及发射极端子11n。集电极端子11p是经由散热器16而被电连接到开关元件14的集电极14a的端子。发射极端子11n是经由散热器17而被电连接到开关元件14的发射电极14b的端子。经由集电极端子11p和发射极端子11n向半导体装置11施加直流电压。
两个开关元件14、14和两个回流元件15、15呈平面地布置于包括发射极端子11n延伸的方向在内的虚拟平面(包括集电极端子11p延伸的方向在内的虚拟平面)中。
间隔件18构成为夹装在开关元件14与散热器17之间的导电的板状构件。间隔件18构成为将开关元件14与散热器17电连接，并形成用于从开关元件14的栅电极14c引出导线11d的空间S。因而，开关元件14的栅电极14c经由导线11d和控制端子11a而被电连接到控制部30。
间隔件19构成为夹装在回流元件15与散热器17之间的导电的板状构件。间隔件19构成为将回流元件15与散热器17电连接。
如图5所示，半导体装置11构成为：当从散热器17一侧观察半导体装置11时，上述集电极端子11p和发射极端子11n均从与开关元件14相反的一侧、即回流元件15一侧沿第三方向Z延伸。
具体而言，如图8所示，集电极端子11p从散热器16中的比开关元件14更靠近回流元件15的部分沿第三方向Z延伸。在这种情况下，开关元件14的集电极14a和回流元件15的阴极电极15a通过作为同一板状构件的散热器16电连接。
另一方面，发射极端子11n从散热器17中的比开关元件14更靠近回流元件15的部分沿第三方向Z延伸。在这种情况下，开关元件14的集电极14b和回流元件15的阳极电极15b通过作为同一板状构件的散热器17电连接。另外，如图7所示，两个开关元件14、14沿着散热器17的板面彼此相邻地布置。
在配置同一散热器17的多个开关元件14的结构的情况下，开关元件14所产生的热量集中于散热器17，因此，如在本实施方式中那样，经由冷却器20的冷却管23对散热器17进行冷却，对于抑制开关元件14中的发热很有效。具体而言，优选构成半导体装置11的两个表面的散热器16、17经由冷却器20的冷却管23冷却。因而，能够通过将开关元件14的温度保持得较低，来降低电位电阻。
参照图5，关于并联连接的一个开关元件14A和一个回流元件15A，本实施方式的半导体装置11构造成从发射极端子11n到回流元件15A的距离比从发射极端子11n到开关元件14A的距离小。即，回流元件15A比开关元件14A更靠近发射极端子11n。
类似地，关于并联连接的另一个开关元件14B和另一个回流元件15B，从发射极端子11n到回流元件15B的距离构造成比从发射极端子11n到开关元件14B的距离小。即，回流元件15B比开关元件14B更靠近发射极端子11n。
应当注意，在1in1模块的情况下，并联连接的开关元件14A和回流元件15A(下文中称为“第一并联连接体”)以及并联连接的开关元件14B和回流元件15B(下文中称为“第二并联连接体”)具有相同的电位。即，关于第一并联连接体的电位和第二并联连接体的电位，并没有高低的区别。因而，如上所述，在第一实施方式的情况下，第一并联连接体和第二并联连接体均对应于“关于在被树脂密封的半导体模块中的最低电位一侧并联连接的开关元件和回流元件，从连接至发射电极的发射极端子到回流元件的距离变成不大于从发射极端子到开关元件的距离”这一条件。
另外，彼此相邻的两个开关元件14A、14B布置于本实施方式的半导体装置11，以彼此平行地布置，且开关元件14A的元件中心C和开关元件14B的元件中心C位于同一虚拟直线F上。“彼此平行地布置”这一描述是指两个开关元件14A、14B横向或纵向地布置的状态。在这种情况下，虚拟直线F沿第二方向Y延伸。
因而，能够实现两个开关元件14A、14B关于第二方向Y对称地布置的规则的布置图案。应当注意，元件中心C被确定为与具有矩形形状的开关元件中的两条对角线的交点对应的位置。在这种情况下，对角线定义为连接两个不相邻角的顶点的线。
根据上述布置图案，回流元件15A、15B没有夹装在两个开关元件14A、14B之间，并且两个开关元件14A、14B布置在同一虚拟直线F上，因此，能将连接各个发射电极的发射极线的距离保持得较短，并且能将发射极线的电感保持得较低。
如图9所示，上述结构的电力转换装置1的逆变器电路12由控制部30控制。构成逆变器电路12的八个半导体装置11被分类为：构成用于对电源B的电压进行升压的升压电路的两个半导体装置11C、11C；以及构成用于将升压后的直流电力转换为交流电力的转换电路的六个半导体装置。转换电路的六个半导体装置进一步被分类为：三个上臂半导体装置11H，三个上述上臂半导体装置11H连接到电源B的高电位侧线Lp；以及三个下臂半导体装置11L，三个上述下臂半导体装置11L连接到电源B的低电位侧线Ln。
参照图10的等效电路，在半导体装置11中，两个开关元件14、14彼此并联连接，并且一个回流元件15并联连接到对应的两个开关元件14、14。在等效电路中，将开关元件14的集电极14a与回流元件15的阴极电极15a电连接的集电极线Lc包括散热器16。另外，将开关元件14的发射电极14b与回流元件15的阳极电极15b电连接的发射极线Le包括散热器17。用于车辆行驶的三相交流电动机、即图9中的三相交流电动机M通过由逆变器电路12获得的交流电力驱动。
应当注意，根据需要，集电极线Lc可包括与散热器16不同的构件。例如，集电极线Lc可包括诸如汇流条之类的外部配线。
接下来，对第一实施方式的半导体装置11的作用效果进行说明。
在本实施方式的半导体装置11中，如上所述，将开关元件14的发射电极14b与回流元件15的阳极电极15b电连接的发射极线Le包括散热器17。在这种情况下，与诸如汇流条之类的外部配线相比，诸如散热器17之类的板状构件能缩短路径长度，因而电感低。
因而，即使在回流元件15的恢复期间，恢复电流从集电极端子11p流向发射极端子11n，在发射极线Le中产生的发射极电位差也能被保持得较低。发射极电位差由发射极线的电感L与切换期间的电流的变化率di/dt的乘积表示。
因而，通过抑制发射极线Le的电位产生大幅波动，能稳定开关元件14的栅极电位，从而能防止开关元件14的故障等的发生。在这种情况下，通过将发射极线Le的电感L保持得较低，能够增大电流的时间变化率di/dt，即，使切换速度更快，从而能确保开关元件14的损耗降低和芯片尺寸的降低。
另外，参照图5，关于开关元件14A和回流元件15A，回流元件15A比开关元件14A更靠近发射极端子11n。在这种情况下，开关元件14A能布置在与恢复电流的路径分开的位置处，其中，在回流元件15A的恢复期间，上述恢复电流经由回流元件15A流向发射极端子11n。
类似地，关于开关元件14B和回流元件15B，回流元件15B比开关元件14B更靠近发射极端子11n。在这种情况下，开关元件14B能布置在与恢复电流的路径分开的位置处，其中，在回流元件15B的恢复期间，上述恢复电流经由回流元件15B流向发射极端子11n。
因而，因恢复电流的作用而能控制开关元件14A、14B的发射极线Le的电位产生波动。
另外，在冷却器20中，能执行用于将开关元件的发射电极14b及回流元件的阳极电极15b电连接到具有热辐射表面的散热器17的功能。因而，能够将半导体装置11的零件数量保持得较低并能够简化结构。
(第二实施方式)
如图11所示，第二实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11在发射极端子11n的布置这点上有所不同。
在第二实施方式中，半导体装置11的发射极端子11n延伸到散热器17的一侧，即从图11中的右侧朝第二方向Y延伸。
半导体装置11构成为使得从发射极端子11n到回流元件15A的距离变成不大于从发射极端子11n到开关元件14A的距离。
另外，半导体装置11构成为使得从发射极端子11n到回流元件15B的距离变成不大于从发射极端子11n到开关元件14B的距离。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第二实施方式，即使当发射极端子11n的布置改变时，与第一实施方式的情况同样地，开关元件14A、14B也不太可能受到流过回流元件15A、15B的恢复电流的影响，从而能控制发射极电位免受波动。
另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
(第三实施方式)
如图12所示，第三实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11在集电极端子11p和发射极端子11n的布置这点上有所不同。
在第三实施方式中，半导体装置11的集电极端子11p延伸到散热器16的一侧，即在图12中从上侧沿第三方向Z延伸。另外，发射极端子11n延伸到散热器17的一侧，即在图12中从右侧朝第二方向Y延伸。
半导体装置11构成为使得从发射极端子11n到回流元件15A的距离变成不大于从发射极端子11n到开关元件14A的距离。
另外，半导体装置11构成为使得从发射极端子11n到回流元件15B的距离变成不大于从发射极端子11n到开关元件14B的距离。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第三实施方式，即使当集电极端子11p和发射极端子11n发生改变时，与第一实施方式的情况同样地，开关元件14A、14B也不太可能受到流过回流元件15A、15B的恢复电流的影响，从而能控制发射极电位免受波动。
另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
(第四实施方式)
如图13所示，第四实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11在集电极端子11p和发射极端子11n的布置这点以及开关元件14A与开关元件14B的相对位置这点上有所不同。
在第四实施方式中，穿过开关元件14A的元件中心C和开关元件14B的元件中心C的同一虚拟直线F构造成与第二方向Y交叉地延伸。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第四实施方式，即使当集电极端子11p和发射极端子11n的布置以及开关元件14A与开关元件14B的相对位置发生改变时，与第一实施方式的情况同样地，开关元件14A、14B也不太可能受到流经回流元件15A、15B的恢复电流的影响，从而能控制发射极电位免受波动。
另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
(第五实施方式)
如图14所示，第五实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：间隔件18、19与散热器17一体化。
在第五实施方式中，散热器17相对于开关元件14经由焊料层11c连接到发射电极14b，并相对于回流元件15经由焊料层11c连接到阳极电极15b。在这种情况下，散热器17也发挥间隔件18、19的功能。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第五实施方式，通过将间隔件18、19与散热器17一体化，能将部件数量保持得较低。
另外，会带来与第一实施方式相同的动作效果。
(第六实施方式)
如图15和图16所示，第六实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：控制部30的控制电路板31夹装在两个散热器16、17之间。
在第六实施方式中，控制电路板31构成为多层印刷电路板。控制电路板31具有与间隔件18、19相同的功能。另外，控制电路板31设置有作为控制线的图案配线11e，该图案配线11e夹装在两个开关元件14、14与散热器17之间。另外，图案配线11e用来构成诸如第一实施方式的导线11d之类的连接线。因而，开关元件14经由图案配线11e电连接到控制部30。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第六实施方式，控制电路板31的图案配线11e用来将开关元件14的栅电极14c连接到控制部30。另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
应当注意，上述第一至第六的实施方式对开关元件14的数量为二、回流元件15的数量为二的情况进行了说明，但开关元件14和回流元件15的数量可以是多个，并且还能够采用相应的元件的数量设为三个以上的另外的实施方式。在这种情况下，关于并联连接的开关元件和回流元件，若满足从发射极端子到回流元件的距离变成不大于从发射极端子到开关元件的距离这一条件，则开关元件和回路元件各自的布置图案可根据需要适当地改变。
下面，将第七至第十实施方式作为另外的实施方式进行说明。
(第七实施方式)
如图17所示，第七实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：开关元件14的数量为三个，回流元件15的数量为三个。
在第七实施方式中，回流元件15A并联连接到开关元件14A，回流元件15B并联连接到开关元件14B，并且回流元件15C并联连接到开关元件14C。另外，三个开关元件14A、14B、14C全部相邻且彼此并排平行地布置，并且各个元件中心C布置成位于沿第二方向Y延伸的同一虚拟直线F上。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第七实施方式的布置图案，回流元件15A、15B、15C没有夹装在三个开关元件14A、14B、14C之间，并且三个开关元件14A、14B、14C布置在同一虚拟直线F上，因而，能将发射极线的距离保持得较短，并且能将电感保持得较低。另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
应当注意，作为第七实施方式的布置图案的变形例，可采用三个开关元件14A、14B、14C中仅两个开关元件彼此相邻的布置图案，并且回流元件夹装在该两个开关元件与另一开关元件之间。在这种情况下，关于相邻的两个开关元件，能缩短发射极线的距离。
即，若多个开关元件中的至少两个彼此相邻，则既可以是所有多个开关元件彼此相邻，或者也可以是仅一部分的两个开关元件彼此相邻。
(第八实施方式)
如图18所示，第八实施方式的半导体装置11与第七实施方式的半导体装置11的不同点在于：三个开关元件14A、14B、14C不在一条虚拟直线上。
在第八实施方式中，两个开关元件14A、14B相邻且彼此并排平行地布置，并且各个元件中心C布置成位于沿第二方向Y延伸的同一虚拟直线F1上。另外，两个开关元件14A、14C相邻且彼此纵向平行地布置，并且各个元件中心C布置成位于沿第三方向Z延伸的同一虚拟直线F2上。在这种情况下，虚拟直线F2与虚拟直线F1正交。其它结构与第七实施方式相同。
根据第八实施方式的布置图案，回流元件15A、15B、15C没有夹装在三个开关元件14A、14B、14C之间，并且两个开关元件14A、14B布置在同一虚拟直线F1上，两个开关元件14A、14C布置在同一虚拟直线F2上，因此，能将发射极线的长度保持得较短，并且能将电感保持得较低。另外，会带来与第七实施方式相同的作用效果。
(第九实施方式)
如图19所示，第九实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：开关元件14的数量为六个，回流元件15的数量为三个。
在第九实施方式中，回流元件15A并联连接到已并联连接的两个开关元件14A、14A，回流元件15B并联连接到已并联连接的两个开关元件14B、14B，回流元件15C并联连接到已并联连接的两个开关元件14C、14C。
另外，三个开关元件14A、14B、14C全部相邻且彼此并排平行地布置，并且各个元件中心C布置成位于沿第二方向Y延伸的同一虚拟直线F1上。类似地，三个开关元件14A、14B、14C全部相邻且彼此并排平行地布置，并且各个元件中心C布置成位于沿第二方向Y延伸的同一虚拟直线F2上。在这种情况下，虚拟直线F2平行于虚拟直线F1。
其它结构与第一实施方式相同。
根据第九实施方式的布置图案，回流元件15A、15B、15C没有夹装在三个开关元件14A、14B、14C之间，并且三个开关元件14A、14B、14C布置在同一虚拟直线F1上或虚拟直线F2上，因而，能将发射极线的长度保持得较短，并且能将电感保持得较低。另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
(第十实施方式)
如图20所示，第十实施方式的半导体装置11与第九实施方式的半导体装置11的不同点在于：彼此平行的虚拟直线F1和虚拟直线F2均与第二方向Y交叉地延伸。
在第十实施方式中，三个上侧开关元件14A、14B、14C彼此相邻且沿与第二方向Y交叉的倾斜方向布置，并且各个元件中心C布置成位于虚拟直线F1上。类似地，三个下侧开关元件14A、14B、14C彼此相邻且沿与第二方向Y交叉的倾斜方向布置，并且各个元件中心C布置成位于虚拟直线F2上。其它结构与第九实施方式相同。
根据第十实施方式的布置图案，虽然发射极线的长度比第九实施方式中的发射极线的长度长，但能获得将发射极线的长度保持得较短的效果。
(第十一实施方式)
如图21所示，第十一实施方式的半导体装置11与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：并联连接的开关元件14和回流元件15被复合元件40所替代。
在第十一实施方式中，半导体装置11设置有两个复合元件40。其它结构与第一实施方式相同。
复合元件40设置有用作开关元件14的区域和用作回流元件15的区域。即，复合元件40构成为一个具有与并联连接的开关元件14和回流元件15相应的功能的复合元件。
一般来说，能使用反向导通绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)和碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC-MOSFET)作为复合元件40，其中，在上述反向导通绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)中，作为开关元件的IGBT和作为回流元件的FWD集成为单个芯片，在上述碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC-MOSFET)中，含有作为回流元件的二极管。
应当注意，对于RC-IGBT的详细结构，可参照例如JP-A 2009-099690所公开的RC-IGBT的结构。
根据第十一实施方式，通过使用复合元件40，能使半导体装置11的结构简化和小型化。另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
(第十二实施方式)
如图22所示，第十二实施方式的半导体装置111与第一实施方式的半导体装置11的不同点在于：设置有包括两个开关元件的两个半导体元件对。
在第十二实施方式中，半导体装置111的两个半导体元件在电源B的高电位侧线Lp与低电位侧线Ln之间串联连接。半导体装置111是具有将图9中的一个上臂半导体装置11H(下文中称为“上臂11H”)与一个下臂半导体装置11L(下文中简称为“下臂11L”)结合的结构的半导体模块，并且被称为“2in1模块”。
在2in1模块的情况下，下臂的并联连接体相对于上臂的并联体具有低电位，并且对应于“关于在被树脂密封的半导体模块中的最低电位一侧并联连接的开关元件和回流元件，从连接至发射电极的发射极端子到回流元件的距离变成不大于从发射极端子到开关元件的距离”这一条件。
在半导体装置111中，与第一实施方式的半导体装置11同样地，在各个上臂半导体装置11H和下臂半导体装置11L中，发射极线Le包括散热器17。因而，即使在电流的时间变化率大的情况下，当恢复电流在发射极线Le中流动时，发射极电位差也能保持得较低。
参照图22至图24，半导体装置111设置有作为功率端子的集电极端子11p、发射极端子11n和输出端子11o。直流电压经由集电极端子11p和发射极端子11n施加到半导体装置111，而交流电从半导体装置111经由输出端子11o输出。
上臂半导体装置11H是高电位侧臂，并且设置有彼此并联连接的两个开关元件14A、14A以及两个回流元件15A、15A。一个回流元件15A反向地并联连接(以下简称为“并联连接”)到一个开关元件14A。即，上臂半导体装置11H设置有两组彼此并联连接的开关元件14A和回流元件15A。
应当注意，在上臂半导体装置11H中，也可以有三组以上的彼此并联连接的开关元件14A和回流元件15A。
下臂半导体装置11L是低电位侧臂，并且设置有彼此并联连接的两个开关元件14B、14B以及两个回流元件15B、15B。一个回流元件15B反向地并联连接到一个开关元件14B。即，下臂半导体装置11L设置有两组彼此并联连接的开关元件14B和回流元件15B。应当注意，在下臂半导体装置11L中，也可以有三组以上的彼此并联连接的开关元件14B和回流元件15B。
四个开关元件14、14和四个回流元件15、15呈平面地布置于包括发射极端子11n延伸的方向在内的虚拟平面(包括集电极端子11p延伸的方向和输出端子11o延伸的方向在内的虚拟平面)中。
如图23所示，与半导体装置11同样地，半导体装置111通过模塑树脂11b进行成型。因而，上臂半导体装置11H中的两组彼此并联连接的开关元件14A和回流元件15A以及下臂半导体装置11L中的两组彼此并联连接的开关元件14B和回流元件15B构成一个被树脂密封的半导体模块。即，每四个开关元件14和回流元件15构成一个被树脂密封的半导体模块。另外，上臂半导体装置11H的散热器17和下臂半导体装置11L的散热器16经由焊料层11c电连接。
在半导体装置111中，输出端子11o成为上臂半导体装置11H的发射极端子，而发射极端子11n成为下臂半导体装置11L的发射极端子。因而，在以下说明中，在上臂半导体装置11H的情况下，输出端子11o也称为发射极端子11o。
参照图23和图24，在上臂半导体装置11H中，开关元件14A的发射电极14b与回流元件15A的阳极电极15b通过作为同一板状构件的散热器17电连接。类似地，在下臂半导体装置11L中，开关元件14B的发射电极14b与回流元件15B的阳极电极15b通过作为同一板状构件的散热器17电连接。
上臂半导体装置11H的发射极端子11o不对应于最低电位一侧的条件，并且可布置于任何位置。
另一方面，下臂半导体装置11L对应于被树脂密封的半导体模块中的最低电位一侧这一条件，并且属于下臂半导体装置11的彼此并联连接的两组开关元件14B和回流元件15B构造成从发射极端子11n到回流元件15B的距离小于从发射极端子11n到开关元件14B的距离。即，回流元件15B比开关元件14B更靠近发射极端子11n。
参照图25至图28的模式图，对第十二实施方式的半导体装置111的作用效果进行说明。
应当注意，在这些图中，为了便于说明，在各个上臂半导体装置11H和下臂半导体装置11L中示出每一个开关元件和回流元件。另外，在这些图中，输出电流流向开关元件的路径Pa用带箭头的虚线表示，而在恢复期间恢复电流流向回流元件的路径Pb用带箭头的实线表示。
如图25所示，当上臂半导体装置11H的开关元件14A为切换侧时，恢复电流流向下臂半导体装置11L的回流元件15B。恢复电流的路径Pb是从集电极端子11p依次流过开关元件14A和回流元件15B并流向发射极端子11n的路径。
如图26所示，回流元件15B比开关元件14B靠近发射极端子11n。因而，下臂半导体装置11L的开关元件14B，即非切换侧的开关元件14B不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15B的恢复电流使得开关元件14B的发射极电位不易产生波动。
另一方面，如图27所示，当下臂半导体装置11L的开关元件14B为切换侧时，恢复电流流向上臂半导体装置11H的回流元件15A。恢复电流的路径Pb是从集电极端子11p依次流过回流元件15A和开关元件14B并流向发射极端子11n的路径。
如图28所示，回流元件15A比开关元件14A更靠近发射极端子11n。因而，上臂半导体装置11H的开关元件14A，即非切换侧的开关元件14A不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15A的恢复电流使得开关元件14A的发射极电位不易产生波动。
另外，会带来与第一实施方式相同的作用效果。
在上述第十二实施方式中，发射极端子11o在下臂半导体装置11L的回流元件15B一侧，并且布置在与将发射极端子11n夹住的集电极端子11p相反的一侧(例如参照图26)，但发射极端子11o的布置可适当改变。
以下，对发射极端子11o的三个变形例进行说明。应当注意，在对这些变形例进行说明的图中，对与图29中的部件相同的部件标注相同的附图标记。
图29所示的第一变形例是发射极端子11o在上臂半导体装置11H的回流元件15A上，并且布置在与将集电极端子11p夹住的发射极端子11n相反的一侧的实例。
在第一变形例中，当上臂半导体装置11H的开关元件14A为切换侧时，非切换侧的开关元件14B不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15B的恢复电流使得开关元件14B的发射极电位不易产生波动。
另一方面，在第一变形例中，当下臂半导体装置11L的开关元件14B为切换侧时，如图30所示，非切换侧的开关元件14A不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15A的恢复电流使得开关元件14A的发射极电位不易产生波动。
图31所示的第二变形例是发射极端子11o布置在下臂半导体装置11L的开关元件14B一侧的实例。
在第二变形例中，当上臂半导体装置11H的开关元件14A为切换侧时，非切换侧的开关元件14B在输出电流的路径Pa上，而开关元件14A不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15B的恢复电流使得开关元件14B的发射极电位不易产生波动。
另一方面，在第二变形例中，当下臂半导体装置11L的开关元件14B为切换侧时，如图32所示，非切换侧的开关元件14A不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15A的恢复电流使得开关元件14A的发射极电位不易产生波动。
图33所示的第三变形例是发射极端子11o布置在上臂半导体装置11H的开关元件14A一侧的实例。
在第三变形例中，当上臂半导体装置11H的开关元件14A为切换侧时，非切换侧的开关元件14B不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15B的恢复电流使得开关元件14B的发射极电位不易产生波动。
另一方面，在第三变形例中，当下臂半导体装置11L的开关元件14B为切换侧时，如图34所示，非切换侧的开关元件14A在输出电流的路径Pa上，而开关元件14B不在恢复电流的路径Pb上，而是在与路径Pb分开的位置上。因而，流过回流元件15A的恢复电流使得开关元件14A的发射极电位不易产生波动。
在上述三个变形例的情况下，会带来与第十二实施方式相同的作用效果。
应当注意，若至少满足非切换侧的开关元件在与恢复电流的路径分开的位置上这一条件，则也能采用这些变形例以外的实例。
(第十三实施方式)
如图35所示，第十三实施方式的半导体装置111与第十二实施方式的半导体装置111的不同点在于：并联连接的开关元件14A和回流元件15A以及并联连接的开关元件14B和回流元件15B能被上述复合元件40所代替。
在第十三实施方式中，半导体装置111设置有四个复合元件40。
其它结构与第十二实施方式相同。
根据第十三实施方式，通过使用复合元件40，能使半导体装置111的结构简化和小型化。
另外，会带来与第十二实施方式相同的作用效果。
(第十四实施方式)
如图36所示，第十四实施方式的半导体装置211是具有将图9中的三个上臂半导体装置11H与所有三个下臂半导体装置11L全部结合的结构的半导体模块，并且被称为“6in1模块”。
半导体装置211相当于三个第十三实施方式的半导体装置111，并且设置有十二个复合元件40。另外，半导体装置211设置有作为功率端子的集电极端子11p、发射极端子11n、输出端子11o(U)、输出端子11o(V)以及输出端子11o(W)。参照图9，输出端子11o(U)是U相输出端子。输出端子11o(V)是V相输出端子。输出端子11o(W)是W相输出端子。
其它结构与第十三实施方式相同。
应当注意，并联连接的开关元件14和回流元件15能代替各个复合元件40加以使用。
其它结构与第十三实施方式相同。
根据第十四实施方式，在三相即U相、V相、W相的各相中，复合元件40的发射极电位不易产生波动，并且能控制一相向另一相的发射极电位的波动传播。另外，会带来与第十三实施方式相同的作用效果。
本公开不仅限于上述典型的实施方式。本发明可应用于各种方式，并且在不脱离本发明的范围的情况下可对上述实施方式进行各种变形。例如，本发明可以在以下说明的对上述实施方式进行了变形的各个实施方式中实施。
虽然上面的各实施方式对一个回流元件并联连接到一个开关元件的情况进行了说明，但并联连接到一个开关元件的回流元件的数量不限于一个，根据需要，可以是两个以上。
虽然上面的各实施方式对使用散热器作为将开关元件的发射电极与回流元件的阳极电极电连接的板状构件的情况进行了说明，但也可使用与散热器分开的板状构件作为上述板状构件。
虽然上面的各实施方式对多个开关元件包括IGBT的情况进行了说明，但多个开关元件14也能全部或部分地包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
虽然上面的第一实施方式对通过冷却器20的两个冷却管23、23从两个表面冷却半导体装置11的情况进行了说明，但也能采用构成为仅对半导体装置11的一个表面进行冷却的冷却器来代替冷却器20。

Claims (11)

1.一种半导体装置，包括：
多个开关元件，多个所述开关元件彼此并联连接；以及
多个回流元件，多个所述回流元件并联连接到多个所述开关元件，
其特征在于，
多个所述开关元件和多个所述回流元件中的至少每两个构成一个被树脂密封的半导体模块，
用作多个所述开关元件的基准电位的发射电极和用作多个所述回流元件的基准电位的阳极电极通过由导电材料制成的同一板状构件电连接，
所述发射电极经由所述板状构件连接到发射极端子，且所述发射极端子从所述板状构件延伸出，
在被树脂密封的所述半导体模块中的位于最低电位一侧的、并联连接的所述开关元件和所述回流元件构成为使得从所述发射极端子到所述回流元件的距离变成不大于从所述发射极端子到所述开关元件的距离，以将所述开关元件配置于与在所述回流元件的恢复期间流过回流元件并流向所述发射极端子的恢复电流的路径分开的位置上。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，多个所述开关元件中的至少两个开关元件布置成沿着所述板状构件的板面彼此相邻。
3.如权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，彼此相邻的至少两个所述开关元件布置成使得各个元件中心位于同一虚拟直线上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，多个所述开关元件各自的栅电极穿过连接线而被电连接到控制部，其中，所述连接线夹装在多个所述开关元件与所述板状构件之间，所述控制部对多个所述开关元件的切换动作进行控制。
5.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，在多个所述开关元件与所述板状构件之间夹装有导电的间隔件，所述间隔件电连接到多个所述开关元件和所述板状构件，并构成为形成用于从多个所述开关元件各自的所述栅电极引出作为所述连接线的导线的空间。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，所述间隔件与所述板状构件一体化。
7.如权利要求4所述的半导体装置，其特征在于，所述控制部的控制电路板包括图案配线，所述图案配线夹装在多个所述开关元件与所述板状构件之间，并使用所述图案配线来构成所述连接线。
8.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，并联连接的所述开关元件和所述回流元件构成一个具有各自的功能的复合元件。
9.如权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，多个所述开关元件和多个所述回流元件全部构成为一个一体化的半导体模块。
10.如权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，多个所述开关元件和多个所述回流元件呈平面地布置于包括发射极端子延伸的方向在内的虚拟平面中。
11.如权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体模块设置有高电位侧上臂和低电位侧下臂，所述高电位侧上臂和所述低电位侧下臂在电源的高电位侧线与低电位侧线之间串联连接，
所述上臂设置有多组彼此并联连接的开关元件和回流元件，
所述下臂设置有多组彼此并联连接的开关元件和回流元件，
所述上臂中的多组彼此并联连接的所述开关元件和所述回流元件以及所述下臂中的多组彼此并联连接的所述开关元件和所述回流元件构成一个被树脂密封的半导体模块，
在被树脂密封的所述半导体模块中的属于最低电位一侧的所述下臂的、彼此并联连接的多组所述开关元件和所述回流元件全部构成为使得从所述发射极端子到所述回流元件的距离变成不大于从所述发射极端子到所述开关元件的距离。
CN201710656977.2A 2016-08-05 2017-08-03 具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置 Active CN107689368B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-154865 2016-08-05
JP2016154865A JP6822000B2 (ja) 2016-08-05 2016-08-05 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107689368A CN107689368A (zh) 2018-02-13
CN107689368B true CN107689368B (zh) 2022-10-11

Family

ID=60996242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710656977.2A Active CN107689368B (zh) 2016-08-05 2017-08-03 具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10879782B2 (zh)
JP (1) JP6822000B2 (zh)
CN (1) CN107689368B (zh)
DE (1) DE102017117708A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10607919B2 (en) 2017-04-28 2020-03-31 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor package having junction cooling pipes embedded in substrates
JP7155990B2 (ja) * 2018-12-17 2022-10-19 株式会社デンソー 半導体モジュール
JP7147668B2 (ja) * 2019-04-05 2022-10-05 株式会社デンソー 半導体装置
KR20200124577A (ko) * 2019-04-24 2020-11-03 현대자동차주식회사 전력변환 장치용 냉각 시스템
JP7078182B2 (ja) * 2019-09-11 2022-05-31 株式会社デンソー 電力変換器および電気自動車
JP7393941B2 (ja) 2019-12-25 2023-12-07 株式会社Soken 電力変換システム
CN113114061B (zh) * 2021-03-26 2022-06-24 台达电子企业管理（上海）有限公司 变换器及抑制变换器的环流干扰的方法
WO2023220686A1 (en) * 2022-05-12 2023-11-16 Psemi Corporation Power modules and methods for assembling power modules

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2751707B2 (ja) * 1992-01-29 1998-05-18 株式会社日立製作所 半導体モジュール及びそれを使った電力変換装置
JP3596388B2 (ja) * 1999-11-24 2004-12-02 株式会社デンソー 半導体装置
JP3525832B2 (ja) * 1999-11-24 2004-05-10 株式会社デンソー 半導体装置
JP2003110064A (ja) 2001-07-26 2003-04-11 Denso Corp 半導体装置
US7145254B2 (en) 2001-07-26 2006-12-05 Denso Corporation Transfer-molded power device and method for manufacturing transfer-molded power device
JP2003243608A (ja) 2002-02-15 2003-08-29 Mitsubishi Electric Corp 電力用モジュール
JP4239580B2 (ja) * 2002-12-13 2009-03-18 株式会社デンソー 半導体装置
JP4078993B2 (ja) * 2003-01-27 2008-04-23 三菱電機株式会社 半導体装置
JP4107310B2 (ja) 2005-05-20 2008-06-25 日産自動車株式会社 半導体モジュール
JP4349364B2 (ja) * 2005-12-26 2009-10-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP4564937B2 (ja) * 2006-04-27 2010-10-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 電気回路装置及び電気回路モジュール並びに電力変換装置
DE102008045410B4 (de) 2007-09-05 2019-07-11 Denso Corporation Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode
JP4506808B2 (ja) 2007-10-15 2010-07-21 株式会社デンソー 半導体装置
JP4506848B2 (ja) * 2008-02-08 2010-07-21 株式会社デンソー 半導体モジュール
JP5067267B2 (ja) * 2008-06-05 2012-11-07 三菱電機株式会社 樹脂封止型半導体装置とその製造方法
WO2009150875A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
JP5768643B2 (ja) * 2011-10-04 2015-08-26 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
US9312211B2 (en) * 2012-03-07 2016-04-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5573884B2 (ja) * 2012-04-25 2014-08-20 株式会社デンソー 電力変換装置
JP2016086491A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体装置
WO2016084622A1 (ja) * 2014-11-28 2016-06-02 富士電機株式会社 半導体装置
JP6413939B2 (ja) 2015-06-09 2018-10-31 株式会社デンソー 半導体装置およびインバータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018022846A (ja) 2018-02-08
CN107689368A (zh) 2018-02-13
US10879782B2 (en) 2020-12-29
JP6822000B2 (ja) 2021-01-27
DE102017117708A1 (de) 2018-02-08
US20180041107A1 (en) 2018-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107689368B (zh) 具有抑制电位变化的开关元件的半导体装置
CN107305888B (zh) 半导体模块
JP5120605B2 (ja) 半導体モジュール及びインバータ装置
US7755898B2 (en) Semiconductor module and inverter device
JP5120604B2 (ja) 半導体モジュール及びインバータ装置
JP4284625B2 (ja) 三相インバータ装置
JP6665655B2 (ja) 電力変換装置
JP5434914B2 (ja) パワーモジュールおよびその制御方法
JP6296888B2 (ja) 電力変換装置
JP4699820B2 (ja) パワー半導体モジュール
US20120018741A1 (en) Semiconductor apparatus
WO2006103721A1 (ja) 電力変換装置の冷却構造
JP2009188346A (ja) 半導体モジュール
CN110506330B (zh) 功率电子模块以及包含该模块的电功率变换器
CN109844941B (zh) 半导体模块以及电力变换装置
JP2015099846A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
WO2020184053A1 (ja) 半導体装置
JP2018207044A (ja) 半導体モジュール
JP6123722B2 (ja) 半導体装置
JP6372433B2 (ja) 電力変換装置
US20230178455A1 (en) Semiconductor device and power conversion device
KR20070067065A (ko) 전력 변환 장치의 냉각 구조

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant