CN111133577B - 2合1型斩波器模块 - Google Patents

2合1型斩波器模块 Download PDF

Info

Publication number
CN111133577B
CN111133577B CN201780095131.4A CN201780095131A CN111133577B CN 111133577 B CN111133577 B CN 111133577B CN 201780095131 A CN201780095131 A CN 201780095131A CN 111133577 B CN111133577 B CN 111133577B
Authority
CN
China
Prior art keywords
diode
elements
igbt
effective area
module
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
CN201780095131.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111133577A (zh
Inventor
长谷川滋
根岸哲
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN111133577A publication Critical patent/CN111133577A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111133577B publication Critical patent/CN111133577B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49838—Geometry or layout
    • H01L23/49844—Geometry or layout for devices being provided for in 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
    • H01L25/18—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
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes
    • 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
    • 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
    • H01L2224/42—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
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—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
    • H01L2224/48139—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 with an intermediate bond, e.g. continuous wire daisy chain
    • 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
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1608—Silicon carbide

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明的目的在于，在2合1型斩波器模块中抑制导线的温度循环寿命的下降。本发明的2合1型斩波器模块(141、142、143)具有：开关晶体管(103)；第1二极管(104)，其与开关晶体管(103)反向并联连接；第2二极管(106)，其与开关晶体管(103)及第1二极管(104)串联连接；第1配线图案(115)，其搭载开关晶体管(103)及第1二极管(104)；以及第2配线图案(114)，其搭载第2二极管(106)，开关晶体管(103)与第1二极管(104)的正向通电时的电力损耗大致相同，第2二极管(106)的有效面积大于第1二极管(104)的有效面积。

Description

2合1型斩波器模块
技术领域
本发明涉及2合1型斩波器模块。
背景技术
作为用于电力控制的半导体装置，存在半导体模块。作为半导体模块的1个例子，举出绝缘栅型双极晶体管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)模块。IGBT模块是通过栅极驱动信号而进行通电电流的接通、断开的控制的模块，能够进行高电压且大电流的通断。包含IGBT的半导体功率模块广泛地使用于对电动机等进行驱动的逆变器等。
由于向电动机驱动装置等的安装简便，因此通常使用2合1型半导体模块。在2合1型半导体模块中，例如存在IGBT模块和斩波器模块。
2合1型IGBT模块由2个电路的串联连接构成，各电路具有IGBT元件和与该IGBT元件反向并联连接的二极管元件。就IGBT模块而言，大多在1个绝缘基板之上搭载IGBT元件和二极管元件。在通常的逆变器动作时，在IGBT元件和二极管元件交替地流过相同程度的电流，因此始终有某个元件发热，绝缘基板承受来自这些元件的热。
2合1型斩波器模块是在2合1型IGBT模块中从串联连接的2个电路中的1个电路将IGBT元件去除后的结构。因此，在斩波器模块中，存在仅搭载二极管元件的绝缘基板。就具有IGBT元件和与该IGBT元件反向并联连接的二极管元件的电路而言，由于需要在逆变器动作时在IGBT元件和二极管元件交替地流过相同程度的电流，因此成为与前述的IGBT模块相同的结构。仅搭载二极管元件的绝缘基板与搭载二极管元件和IGBT元件这两者的绝缘基板相比，所承受的热量少。
作为具有与斩波器模块相同的电路结构的现有技术，在专利文献1的图8中公开了升压斩波器电路以及降压斩波器电路。
专利文献1：日本特开2010-200406号公报
发明内容
通常，半导体模块设置于冷却器而被积极地冷却。因此，在斩波器模块中单独搭载于绝缘基板的二极管元件与同时搭载于绝缘基板之上的IGBT元件或二极管元件相比，存在低温侧温度下降的倾向。因此，在斩波器模块中单独搭载于绝缘基板的二极管元件的高温侧温度与低温侧温度之差变大。其结果，存在以下问题，即，在斩波器模块中二极管元件之上的导线的温度循环寿命变短。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于在2合1型斩波器模块中抑制导线的温度循环寿命的下降。
本发明的2合1型半导体模块的特征在于，具有：开关晶体管；第1二极管，其与开关晶体管反向并联连接；第2二极管，其与开关晶体管及第1二极管串联连接；第1配线图案，其搭载开关晶体管及第1二极管；以及第2配线图案，其搭载第2二极管，开关晶体管与第1二极管的正向通电时的电力损耗大致相同，第2二极管的有效面积大于第1二极管的有效面积。
发明的效果
就本发明的2合1型半导体模块而言，在逆变器动作时，在开关晶体管和第1二极管中交替地流过相同程度的电流，它们的电力损耗大致相同。因此，搭载第1配线图案的绝缘基板始终承受发热，与此相对，搭载第2配线图案的绝缘基板仅在第2二极管的通电时承受发热。因此，如果针对两个绝缘基板的冷却能力相等，则第2二极管与第1二极管相比低温侧温度低。但是，由于与第1二极管相比第2二极管的有效面积大，因此第2二极管与第1二极管相比发热量小，其高温侧温度变低。因此，第2二极管的温度差变小。其结果，与第2二极管连接的导线的温度循环寿命变长。
本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。
附图说明
图1是2合1型IGBT模块的电路图。
图2是2合1型IGBT模块的内部结构图。
图3是2合1型斩波器模块的电路图。
图4是2合1型斩波器模块的内部结构图。
图5是实施方式1的2合1型斩波器模块的电路图。
图6是实施方式1的2合1型斩波器模块的内部结构图。
图7是实施方式2的2合1型斩波器模块的内部结构图。
图8是实施方式3的2合1型斩波器模块的内部结构图。
具体实施方式
＜A.前提技术＞
图1是成为本发明的前提技术的2合1型IGBT模块100的电路图。2合1型IGBT模块100由电路101和电路102的串联连接构成。电路101具有IGBT 103和与IGBT 103反向并联连接的二极管104。电路102具有IGBT 105和与IGBT 105反向并联连接的二极管106。IGBT103、105例如是Si制。
2合1型IGBT模块100的主电极是P主电极107、N主电极108、AC主电极109这3个。P主电极107与IGBT 105的集电极以及二极管106的阴极连接。AC主电极109连接于电路101和电路102的连接点。N主电极108与IGBT 103的发射极以及二极管104的阳极连接。
图2是表示2合1型IGBT模块100的内部构造的俯视示意图。此外，在图2中，为了易于理解地说明内部构造，未图示栅极配线、感测配线以及框体等。
在图2中，在基座板110之上设置绝缘基板111、112、113。在绝缘基板111、112、113之上分别形成配线图案114、115、116。在配线图案114之上形成图1的电路102，在配线图案115之上形成图1的电路101。具体地说，在配线图案114之上分别通过焊接而设置3个IGBT元件117和3个二极管元件118。在配线图案115之上分别通过焊接而设置3个IGBT元件119和3个二极管元件120。
3个IGBT元件117构成图1的IGBT 105，3个二极管元件118构成图1的二极管106。另外，3个IGBT元件119构成图1的IGBT 103，3个二极管元件120构成图1的二极管104。
IGBT元件117的表面电极与二极管元件118的表面电极、以及二极管元件118的表面电极与配线图案115分别通过铝导线121而连接。另外，IGBT元件119的表面电极与二极管元件120的表面电极、以及二极管元件120的表面电极与配线图案116分别通过铝导线122而连接。此外，这里，对铝导线121、122进行了说明，但也可以使用铜等其它材质的导线。
另外，在配线图案114、115、116分别连接有P主电极107、AC主电极109、N主电极108。
在逆变器动作时，在同一绝缘基板之上形成的2种元件、即IGBT元件117和二极管元件118、或者IGBT元件119和二极管元件120交替反向地流动大致相同的电流，各元件发热。这2种元件是以在正向通电的情况下的电力损耗大致相同的方式设计的，由此最高芯片温度大致相同。
图3是成为本发明的前提技术的2合1型斩波器模块130的电路图。2合1型斩波器模块130构成为具有电路101和与电路101串联连接的二极管106。换言之，2合1型斩波器模块130是从2合1型IGBT模块100的电路102将IGBT 105去除后的结构。
图4是表示2合1型斩波器模块130的内部构造的俯视示意图。此外，在图4中，为了易于理解地说明内部构造，未图示栅极配线、感测配线、框体等。
图4所示的2合1型斩波器模块130的内部结构与图2所示的2合1型IGBT模块100的内部结构的不同点在于，在绝缘基板111之上的配线图案114仅形成有3个二极管元件118而未形成3个IGBT元件117。对于2合1型斩波器模块130，也需要在逆变器动作时向IGBT 103和二极管104交替反向地流过大致相同的电流，因此绝缘基板112、113之上的结构与2合1型IGBT模块100相同。
由于2合1型斩波器模块130是通过从2合1型IGBT模块100将IGBT 105去除而得到的，因此相对于2合1型IGBT模块100而具有不需要新的结构部件或工艺的优点，由此被广泛应用于三电平电路等。
在2合1型斩波器模块130的逆变器动作时，在IGBT 103和二极管104交替地流过电流。因此，绝缘基板112始终从IGBT元件119和二极管元件120中的某一者承受热供给。另一方面，在绝缘基板111仅搭载二极管元件126，不搭载IGBT元件。流过二极管元件126的电流的大小与流过IGBT元件119或二极管元件120的电流的大小大致相同，但就绝缘基板111而言，仅在二极管元件126的电流导通时产生热。因此，绝缘基板111与绝缘基板112相比承受的热量小。
通常，由于半导体模块设置于冷却器而被积极地冷却，因此，如果使针对绝缘基板111、112的冷却能力相同，则存在在绝缘基板111搭载的二极管元件126的逆变器动作时的低温侧温度与在绝缘基板112搭载的IGBT元件119或二极管元件120相比变低的倾向。并且，对于二极管元件120、126，在电流导通时的高温侧温度相等的情况下，二极管元件126的低温时与高温时的温度差比二极管元件120大。由于如果温度差越大，则铝导线的温度循环寿命越短，因此存在如下问题，即，由于二极管元件126的温度差变大，二极管元件126之上的铝导线121的温度循环寿命变短。
＜B.实施方式1＞
＜B-1.结构＞
图5是实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141的电路图。图5所示的2合1型斩波器模块141的电路图与图3所示的2合1型斩波器模块130的电路图相同。
图6是2合1型斩波器模块141的内部结构图。在图6中，为了易于理解地说明内部构造，未图示栅极配线、感测配线、框体等。在2合1型斩波器模块141中，取代3个二极管元件118而将3个二极管元件123通过焊接而设置于配线图案114，除此以外的结构与图4所示的2合1型斩波器模块130的内部结构相同。3个二极管元件123构成图5的二极管106。
二极管元件123与二极管元件120相比，每个二极管元件的有效面积大。并且，二极管元件123与二极管元件120的数量相同。因此，搭载于绝缘基板111之上的全部二极管元件123的合计有效面积比搭载于绝缘基板112之上的全部二极管元件120的合计有效面积大。
此外，二极管元件123以及二极管元件120的个数不限于图6所示的3个，只要是相同数量，也可以是1个或多个。
由于在绝缘基板112搭载的IGBT元件119和二极管元件120是以电力损耗大致相同的方式设计的，因此在大致相同的电流交替反向地流过两元件的情况下，两元件的最高芯片温度大致相同。如果两元件的最高芯片温度有差异，则与两元件对应的铝导线的温度循环寿命产生差异，因此优选最高芯片温度之差小于或等于20％。
通常，半导体模块设置于冷却器而被积极地冷却。在2合1型斩波器模块141的逆变器动作时，在绝缘基板112之上在IGBT元件119和二极管元件120双方流过电流而产生热，与此相对，在绝缘基板111之上仅在二极管元件123的通电时产生热。因此，绝缘基板111与绝缘基板112相比，在不产生热的期间被冷却的时间长。因此，二极管元件123与IGBT元件119以及二极管元件120相比，低温侧温度低。
但是，在本实施方式中，由于二极管元件123与二极管元件120相比，有效面积大，因此相同电流导通时的发热量小。其结果，二极管元件123与二极管元件120相比，最高温度低。因此，二极管元件123的高温时与低温时的温度差变小，能够防止二极管元件123之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
此外，专利文献1的图1的斩波器电路在电路图上与本说明书的图5所示的2合1型斩波器模块141相同。但是，专利文献1的图1的斩波器电路为了避免对开关元件施加瞬时的反向电压，是将小的二极管与开关元件反向并联连接而成的。由于无法使反向并联二极管流通与开关元件相同程度的电流，因此专利文献1的图1的斩波器电路的用途与2合1型斩波器模块141不同。
＜B-2.变形例＞
在上述的说明中，构成2合1型斩波器模块的开关晶体管使用了Si制IGBT，但也可以将开关晶体管设为SiC等宽带隙制的元件。由此，能够减小开关晶体管的通断损耗。
另外，也可以将二极管104设为例如SiC等宽带隙制的元件。由此，能够减小二极管104的恢复损耗。
另外，也可以将二极管106设为SiC等宽带隙制的元件。由此，能够减小二极管106的导通损耗。
为了与2合1型斩波器模块的使用目的匹配地得到最佳的特性，能够适当选择这些开关晶体管或二极管的材料。
另外，在图5中，分别使二极管106的阴极与P主电极107连接，阳极与AC主电极109连接，但也可以根据所使用的电路结构而使其朝向相反。
另外，在图5中，由IGBT 103和二极管104构成的电路101连接在AC主电极109与N主电极108之间，但这只不过是1个例子。电路101也可以连接在P主电极107与AC主电极109之间。
并且，在到此为止的说明中，将绝缘基板设为3片，但只要各配线图案在电气上独立，则绝缘基板就不限定于3片。
此外，这里所说明的变形例也能够应用于后述的实施方式2以及实施方式3等。
＜B-3.效果＞
实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141具有：开关晶体管即IGBT 103；第1二极管即二极管104，其与IGBT 103反向并联连接；第2二极管即二极管106，其与IGBT 103及二极管104串联连接；第1配线图案即配线图案115，其搭载IGBT 103及二极管104；以及第2配线图案即配线图案114，其搭载二极管106。并且，由于IGBT 103和二极管104的正向通电时的电力损耗大致相同，因此逆变器动作时的二极管106的低温侧温度低于IGBT 103和二极管104。但是，通过使二极管106的有效面积大于二极管104的有效面积，从而能够使相同电流导通时的二极管106的发热量小于二极管104。其结果，二极管106的最高温度低于二极管104。因此，二极管106的高温时与低温时的温度差变小，能够防止二极管106之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
另外，在2合1型斩波器模块141中，第1二极管即二极管104由1个或多个第1二极管元件即二极管元件120构成，第2二极管即二极管106由与二极管元件120相同数量的第2二极管元件即二极管元件123构成。并且，每个二极管元件123的有效面积大于每个二极管元件120的有效面积。因此，在绝缘基板111搭载的二极管元件123的合计有效面积大于在绝缘基板112搭载的二极管元件120的合计有效面积。其结果，二极管元件123的最高温度低于二极管元件120。因此，二极管元件123的高温时与低温时的温度差变小，能够防止二极管元件123之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
＜C.实施方式2＞
＜C-1.结构＞
图7是实施方式2涉及的2合1型斩波器模块142的内部结构图。2合1型斩波器模块142的电路图在图5示出，与实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141相同。
在图7中，为了易于理解地说明内部构造，未图示栅极配线、感测配线、框体等。
2合1型斩波器模块142的结构中的绝缘基板111之上的配线图案114之上的结构与实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141不同，其它结构与2合1型斩波器模块141相同。因此，以下仅对配线图案114之上的结构进行说明。
在2合1型斩波器模块142中，在绝缘基板111之上的配线图案114之上，设置有5个二极管元件124。即，在2合1型斩波器模块142中，5个二极管元件125构成图5的二极管106。
在绝缘基板112之上的配线图案115之上设置有3个二极管元件120，二极管元件124的数量比二极管元件120的数量多。另外，二极管元件124和二极管元件120是相同的二极管元件，两者的每个元件的有效面积相同。因此，配线图案114之上的全部二极管元件124的合计有效面积大于配线图案115之上的全部二极管元件120的合计有效面积。由此，二极管106的有效面积大于二极管104的有效面积。
此外，在图7中，将二极管元件124的个数设为5个，但只要比二极管元件120的个数多即可，不限于5个。
与实施方式1相同，在绝缘基板111之上由于仅在二极管元件124的通电时产生热，因此与IGBT元件119和二极管元件120交替地发热的绝缘基板112之上相比，发热期间短。因此，二极管元件124的低温侧温度低于IGBT元件119和二极管元件120。
但是，在本实施方式中，由于5个二极管元件124的合计有效面积大于3个二极管元件120的合计有效面积，因此能够使相同电流导通时的5个二极管元件124的发热量小于3个二极管元件120。其结果，二极管元件124的最高温度低于二极管元件120。因此，二极管元件124的高温时与低温时的温度差变小，能够防止二极管元件124之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
＜C-2.效果＞
在实施方式2涉及的2合1型斩波器模块142中，第1二极管即二极管104由1个或多个第1二极管元件即二极管元件120构成，第2二极管即二极管106由比二极管元件120数量多的第2二极管元件即二极管元件124构成，每个二极管元件124的有效面积与每个二极管元件120的有效面积相等。因此，在绝缘基板111之上搭载的全部二极管元件124的合计有效面积大于在绝缘基板112之上搭载的全部二极管元件120的合计有效面积。因此，在绝缘基板111之上搭载的全部二极管元件124的发热量小于在绝缘基板112之上搭载的全部二极管元件120的发热量。因此，二极管元件124的最高温度低于二极管元件120。因此，二极管元件124的高温时与低温时的温度差变小，能够防止二极管元件124之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
<D.实施方式3>
＜D-1.结构＞
图8是实施方式3涉及的2合1型斩波器模块143的内部结构图。2合1型斩波器模块143的电路图在图5示出，与实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141相同。
在图8中，为了易于理解地说明内部构造，未图示栅极配线、感测配线、框体等。
2合1型斩波器模块143的结构中的绝缘基板111之上的配线图案114之上的结构与实施方式1涉及的2合1型斩波器模块141不同，其它结构与2合1型斩波器模块141相同。因此，以下仅对配线图案114之上的结构进行说明。
在配线图案114之上设置有Si制的3个二极管元件125和SiC(碳化硅)制的4个肖特基势垒二极管元件126。即，在2合1型斩波器模块143中，通过3个二极管元件125和4个肖特基势垒二极管元件126的并联连接而构成图5的二极管106。另外，在上述中，将肖特基势垒二极管元件126记述为SiC制，但也可以将其它宽带隙半导体作为材料。
二极管106与二极管104相比有效面积大。因此，二极管元件125和肖特基势垒二极管元件126的合计有效面积构成为比在配线图案115之上设置的二极管元件120的合计有效面积大。二极管106的导通损耗小于二极管104的导通损耗。只要满足该条件，则二极管元件125和肖特基势垒二极管元件126的个数就不限于图8所示的个数，也可以是1个或者多个。另外，每个二极管元件125的有效面积在图8中被表示为与每个二极管元件120的有效面积相等，但也可以比每个二极管元件120的有效面积大或小。另外，每个肖特基势垒二极管元件126的有效面积在图8中被表示为比每个二极管元件120的有效面积小，但也可以与二极管元件120相等或比其大。
＜D-2.效果＞
在实施方式3涉及的2合1型斩波器模块143中，第1二极管即二极管104由1个或者多个第1二极管元件即二极管元件120构成，第2二极管即二极管106由Si制的二极管元件125以及宽带隙半导体制的肖特基势垒二极管元件126的并联连接构成。对于二极管元件125及肖特基势垒二极管元件126，个数及每个元件的有效面积不特别限定。但是，使二极管元件125以及肖特基势垒二极管元件126的合计有效面积、即二极管106的有效面积，大于二极管元件120的合计有效面积、即二极管104的有效面积。由此，与实施方式1同样地，二极管元件125及肖特基势垒二极管元件126的最高温度低于二极管元件120的最高温度。因此，二极管元件125及肖特基势垒二极管元件126的高温时与低温时的温度差变小，能够防止这些元件之上的铝导线121的温度循环寿命的下降。
另外，宽带隙半导体制的肖特基势垒二极管元件126的小电流区域的导通损耗小。并且，Si制的二极管元件125的大电流区域的导通损耗小，浪涌电流耐量高。因此，2合1型斩波器模块143成为低损耗且浪涌电流耐量高的模块。
在到此为止的说明中，构成2合1型斩波器模块的开关晶体管使用了IGBT。但是，作为开关晶体管，也可以使用硅制反向导通IGBT或MOSFET等反向导通型晶体管。在这种情况下，由于在二极管104的正向通电时通过使开关晶体管接通而在反向导通晶体管也流过电流，因此与仅二极管104通电的情况相比，能够减小电路101整体的压降。
在这种情况下，使电路102的二极管106的有效面积小于电路101的二极管104的有效面积这一做法与上述相同。但是，通过使二极管106的合计有效面积增大至与在二极管104的正向通电时使反向导通晶体管接通的情况下的电路101整体的导通损耗相比电路102的二极管106的导通损耗更小的程度，从而能够防止二极管106之上的铝导线的温度循环寿命的下降。
此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。对本发明进行了详细说明，但上述说明在所有方面均为例示，本发明不限定于此。可以理解为在不脱离该发明的范围的情况下能够想到未例示出的无数的变形例。
标号的说明
100 2合1型IGBT模块，101、102电路，103、105IGBT，104、106二极管，107P主电极，108N主电极，109AC主电极，110基座板，111、112、113绝缘基板，114、115、116配线图案，117、119IGBT元件，118、120、123、124、125二极管元件，121、122铝导线，126肖特基势垒二极管元件，130、141、142、143 2合1型斩波器模块。

Claims (5)

1.一种2合1型斩波器模块，其具有：
开关晶体管；
第1二极管，其与所述开关晶体管反向并联连接；
第2二极管，其与所述开关晶体管及所述第1二极管串联连接；
第1配线图案，其搭载所述开关晶体管及所述第1二极管；以及
第2配线图案，其搭载所述第2二极管，
在构成所述开关晶体管的元件与构成所述第1二极管的元件之间，正向通电时的最高芯片温度之差小于或等于20％，
所述第2二极管的有效面积大于所述第1二极管的有效面积。
2.根据权利要求1所述的2合1型斩波器模块，其中，
所述第1二极管由1个或多个第1二极管元件构成，
所述第2二极管由与所述第1二极管元件相同数量的第2二极管元件构成，
每个所述第2二极管元件的有效面积大于每个所述第1二极管元件的有效面积。
3.根据权利要求1所述的2合1型斩波器模块，其中，
所述第1二极管由1个或多个第1二极管元件构成，
所述第2二极管由比所述第1二极管元件数量多的第2二极管元件构成，
每个所述第2二极管元件的有效面积与每个所述第1二极管元件的有效面积相等。
4.根据权利要求1所述的2合1型斩波器模块，其中，
所述第1二极管由1个或多个第1二极管元件构成，
所述第2二极管由Si制的二极管元件以及宽带隙半导体制的肖特基势垒二极管元件的并联连接构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的2合1型斩波器模块，其中，
所述开关晶体管由反向导通型晶体管构成，
与对反向导通状态的所述反向导通型晶体管和所述第1二极管双方进行通电的情况下的所述反向导通型晶体管以及所述第1二极管的压降相比，所述第2二极管的压降小。
CN201780095131.4A 2017-09-28 2017-09-28 2合1型斩波器模块 Active CN111133577B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/035096 WO2019064402A1 (ja) 2017-09-28 2017-09-28 ２ｉｎ１型チョッパモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111133577A CN111133577A (zh) 2020-05-08
CN111133577B true CN111133577B (zh) 2023-10-10

Family

ID=65901118

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780095131.4A Active CN111133577B (zh) 2017-09-28 2017-09-28 2合1型斩波器模块

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11251161B2 (zh)
JP (1) JP6723469B2 (zh)
CN (1) CN111133577B (zh)
DE (1) DE112017007902T5 (zh)
WO (1) WO2019064402A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021005690A (ja) * 2019-06-27 2021-01-14 住友電気工業株式会社 半導体モジュール
EP4295397A4 (en) * 2021-03-18 2024-03-20 Huawei Tech Co Ltd HIGHLY SYMMETRIC SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299550A (ja) * 2001-04-02 2002-10-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2007336643A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Toyota Motor Corp パワーモジュール
JP2009159184A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd フリーホイールダイオードとを有する回路装置、及び、ダイオードを用いた回路装置とそれを用いた電力変換器
CN101814854A (zh) * 2009-02-23 2010-08-25 三菱电机株式会社 半导体开关装置
JP2011035998A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Yanmar Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路
JP2013038911A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Toyota Motor Corp コンバータ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4580270B2 (ja) 2005-05-11 2010-11-10 株式会社京三製作所 パワーモジュール
JP4695918B2 (ja) 2005-05-12 2011-06-08 株式会社京三製作所 パワーモジュール
WO2007064020A1 (ja) * 2005-11-29 2007-06-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 電気自動車用ｄｃ－ｄｃコンバータ
US9363894B2 (en) * 2010-09-24 2016-06-07 Semiconductor Components Industries, Llc Circuit device
CN103650137B (zh) * 2011-07-11 2017-09-29 三菱电机株式会社 功率半导体模块
JP2014063806A (ja) * 2012-09-20 2014-04-10 Toshiba Corp 半導体装置
US10224267B2 (en) * 2013-07-16 2019-03-05 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
JP6207460B2 (ja) * 2014-05-19 2017-10-04 三菱電機株式会社 半導体装置
WO2016170569A1 (ja) * 2015-04-20 2016-10-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 コンバータおよびそれを用いた電力変換装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299550A (ja) * 2001-04-02 2002-10-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2007336643A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Toyota Motor Corp パワーモジュール
JP2009159184A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Hitachi Ltd フリーホイールダイオードとを有する回路装置、及び、ダイオードを用いた回路装置とそれを用いた電力変換器
CN101814854A (zh) * 2009-02-23 2010-08-25 三菱电机株式会社 半导体开关装置
JP2010200406A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体スイッチング装置
JP2011035998A (ja) * 2009-07-30 2011-02-17 Yanmar Co Ltd Ｄｃ−ｄｃコンバータ回路
JP2013038911A (ja) * 2011-08-08 2013-02-21 Toyota Motor Corp コンバータ

Also Published As

Publication number Publication date
US11251161B2 (en) 2022-02-15
CN111133577A (zh) 2020-05-08
US20200343226A1 (en) 2020-10-29
JPWO2019064402A1 (ja) 2019-12-26
DE112017007902T5 (de) 2020-05-14
JP6723469B2 (ja) 2020-07-15
WO2019064402A1 (ja) 2019-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11355477B2 (en) Power semiconductor module and power conversion device
US10715053B2 (en) Power conversion apparatus in which an inductance of a last off closed circuit is smaller than an inductance of a non-last off closed circuit
JP4594477B2 (ja) 電力半導体モジュール
JP5970983B2 (ja) 電力変換装置
JP2020098921A (ja) 高電流、低スイッチングロスのＳｉＣパワーモジュール
CN101814854A (zh) 半导体开关装置
US8362829B2 (en) Semiconductor device
WO2013018811A1 (ja) パワー半導体モジュール
JP2013058733A (ja) 両面冷却パワー半導体パッケージ
JP6745991B2 (ja) 半導体パワーモジュール
WO2014030254A1 (ja) 半導体装置
CN113179038A (zh) 半导体装置
JP5095803B2 (ja) 電力半導体モジュール
CN111133577B (zh) 2合1型斩波器模块
CN110198128A (zh) 3电平i型逆变器及半导体模块
JP4724251B2 (ja) 電力半導体モジュール
JP2019088152A (ja) 半導体装置及びその駆動方法
US10115700B2 (en) Power module, electrical power conversion device, and driving device for vehicle
JP5716702B2 (ja) 半導体装置
CN111354721B (zh) 半导体装置
CN112951819A (zh) 半导体器件模块及组装方法
US20230170292A1 (en) Semiconductor device
JP2018107893A (ja) パワーコントロールユニット
JP2008054495A (ja) 電流印加されたパワー回路のための低インダクタンスのパワー半導体モジュール
KR20230095546A (ko) 전력반도체모듈 및 그 제조방법

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