CN116420304A - 功率半导体装置、功率转换装置和电动系统 - Google Patents

功率半导体装置、功率转换装置和电动系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116420304A
CN116420304A CN202180072655.8A CN202180072655A CN116420304A CN 116420304 A CN116420304 A CN 116420304A CN 202180072655 A CN202180072655 A CN 202180072655A CN 116420304 A CN116420304 A CN 116420304A
Authority
CN
China
Prior art keywords
arm circuit
circuit body
conductor
switching element
wiring
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.)
Pending
Application number
CN202180072655.8A
Other languages
English (en)
Inventor
荒木隆宏
德山健
青柳滋久
前川典幸
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.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Astemo Ltd
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 Hitachi Astemo Ltd filed Critical Hitachi Astemo Ltd
Publication of CN116420304A publication Critical patent/CN116420304A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • 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
    • H02M7/5387—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 in a bridge configuration
    • 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
    • H01L23/49822—Multilayer substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5222—Capacitive arrangements or effects of, or between wiring layers
    • H01L23/5223—Capacitor integral with wiring layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—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
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • 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
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0216—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference
    • H05K1/023—Reduction of cross-talk, noise or electromagnetic interference using auxiliary mounted passive components or auxiliary substances
    • H05K1/0231—Capacitors or dielectric substances
    • 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
    • H01L2224/34—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
    • H01L2224/40151—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
    • H01L2224/40221—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
    • H01L2224/40265—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 a discrete passive component
    • 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
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • 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
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明的功率半导体装置包括：电路板，其在一个面上设置有与高电位侧的所述第一导体连接的正极配线和与低电位侧的第四导体连接的负极配线，在另一个面上与所述正极配线和所述负极配线对置地设置有与第二导体和第三导体连接的输出配线；和第一电容器，其用于使供给到第一上臂电路体和第一下臂电路体的直流电功率平滑化，其中，所述电路板被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，所述第一电容器被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，并且与所述电路板上的所述正极配线和所述负极配线连接。

Description

功率半导体装置、功率转换装置和电动系统
技术领域
本发明涉及功率半导体装置、功率转换装置和电动系统。
背景技术
功率转换装置的结构中包括用于使直流电功率平滑化的电容器和用于将直流电流转换为交流电流的开关元件。在开关元件进行开关动作时，随着电流的急剧变化会产生与配线线路的电感成正比的浪涌电压，因此要求减小配线线路的电感。
专利文献1公开了一种半导体模块，其构成具有三相的上臂和下臂的三相逆变器电路，该半导体模块具有多层配线汇流条，在多层配线汇流条中，输出配线层是由与三相各自的上臂与下臂的中间电位点连接的U相配线层、V相配线层和W相配线层层叠而构成的。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2015-211524号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1的装置没有考虑包括电容器在内的配线线路，配线线路较长，不能减小配线线路的电感。
解决问题的技术手段
本发明的功率半导体装置包括第一上臂电路体和第一下臂电路体，所述第一上臂电路体由第一导体和第二导体夹着构成上臂电路的第一开关元件而构成，所述第一下臂电路体由第三导体和第四导体夹着构成下臂电路的第二开关元件而构成，功率半导体装置包括：电路板，其在一个面上设置有与高电位侧的所述第一导体连接的正极配线和与低电位侧的所述第四导体连接的负极配线，在另一个面上与所述正极配线和所述负极配线对置地设置有与所述第二导体和所述第三导体连接的输出配线；和第一电容器，其用于使供给到所述第一上臂电路体和所述第一下臂电路体的直流电功率平滑化，其中，所述电路板被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，所述第一电容器被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，并且与所述电路板上的所述正极配线和所述负极配线连接。
发明效果
采用本发明能够减小配线线路的电感。
附图说明
图1是功率半导体装置的截面图。
图2是功率半导体装置的第一上臂电路体的主要部分分解立体图。
图3是功率半导体装置的电路结构图。
图4是功率半导体装置的电路板的正面的立体图。
图5是功率半导体装置的电路板的背面的立体图。
图6是功率半导体装置的电路板的正面的配线图。
图7是功率半导体装置的电路板的背面的配线图。
图8是功率转换装置的立体图。
图9是功率转换装置的电路结构图。
图10是电动系统的分解立体图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下记载和附图是用于说明本发明的示例，为了使说明更加明确，适当进行了省略和简化。本发明也能够用其他各种方式实施。只要没有特别限定，各构成要素就可以是单个也可以是多个。
为了使发明易于理解，附图中示出的各构成要素的位置、大小、形状、范围等有时并不表示实际的位置、大小、形状、范围等。因此，本发明并不一定限定于附图等公开的位置、大小、形状、范围等。
在具有相同或等同功能的构成要素存在多个的情况下，有时对同一附图标记标注不同的后缀来进行说明。但是，在不需要区分该多个构成要素的情况下，有时省略后缀进行说明。
[第一实施方式]
图1是功率半导体装置100的截面图。该截面图是后述图4所示的功率半导体装置100的立体图中的X-X线的截面图。
功率半导体装置100包括第一上臂电路体110U和第一下臂电路体110L，其中，第一上臂电路体110U是用第一导体111和第二导体112夹着构成上臂电路的第一开关元件101而构成的，第一下臂电路体110L是用第三导体113和第四导体114夹着构成下臂电路的第二开关元件102而构成的。
第一开关元件101的正极通过焊料(焊锡)等与第一导体111接合，负极通过焊料等与第二导体112接合。第一导体111和第二导体112由铜或铝等导体构成。
第二开关元件102的正极通过焊料等与第三导体113接合，负极通过焊料等与第四导体114接合。第三导体113和第四导体114由铜或铝等导体构成。
在第一上臂电路体110U与第一下臂电路体110L之间配置有电路板120。电路板120是绝缘性的，由树脂或陶瓷构成。
在电路板120的一个面(图中的上表面，以下称为正面)，设置了与高电位侧的第一导体111连接的正极配线121，和与低电位侧的第四导体114连接的负极配线122。在电路板120的另一个面(图中的下表面，以下称为背面)，与正极配线121和负极配线122对置地设置了与第二导体112和第三导体113连接的输出配线123。即，正极配线121和负极配线122与输出配线123被层叠在电路板120的正反面。正极配线121、负极配线122和输出配线123与电路板120接合，通过蚀刻等在电路板120上形成为图案。输出配线123与输出端子导体125连接。
第一导体111通过焊料等与正极配线121接合，第二导体112通过焊料等与输出配线123接合，第三导体113通过焊料等与输出配线123接合，第四导体114通过焊料等与负极配线122接合。
第一电容器130配置在第一上臂电路体110U与第一下臂电路体110L之间，第一电容器130的正极侧的端子通过焊料等与电路板120上的正极配线121接合，第一电容器130的负极侧的端子通过焊料等与电路板120上的负极配线122接合。第一电容器130用于使向第一上臂电路体110U和第一下臂电路体110L供给的直流电功率平滑化。第一电容器130使用陶瓷电容器或薄膜电容器等小型且耐热性高的电容器。
第一上臂电路体110U、第一下臂电路体110L、电路板120和第一电容器130的间隙中填充了模塑树脂。即，第一上臂电路体110U、第一下臂电路体110L、电路板120和第一电容器130被模塑树脂密封。
在第一导体111和第四导体114的与第一开关元件101和第二开关元件102对置的面的相反面上，隔着绝缘体141设置了第一冷却器151。关于第一冷却器151仅图示了冷却翅片，但冷却翅片还被省略了图示的壳体覆盖，空气或冷却水等冷却介质在内部流通。
在第二导体112和第三导体113的与第一开关元件101和第二开关元件102对置的面的相反面上，隔着绝缘体142设置了第二冷却器152。关于第二冷却器152仅图示了冷却翅片，但冷却翅片还被省略了图示的壳体覆盖，空气或冷却水等冷却介质在内部流通。
绝缘体141、142由陶瓷或树脂片材构成。也可以在绝缘体141、142的两面或一面附加硅脂等散热脂层。
第一冷却器151、第二冷却器152的冷却翅片由铜或铝等导热性高的材料构成。对于第一冷却器151、第二冷却器152，能够通过形成冷却翅片或凹凸来增大表面积，提高冷却性能。
第一电容器130的上表面被设定得比第一导体111和第四导体114的上表面低。换言之，在第一导体111和第四导体114的上表面上紧贴地设置了绝缘体141，进而隔着绝缘体141设置了第一冷却器151，但在第一电容器130的上表面与绝缘体141之间设置有间隙。因此，即使第一冷却器151的下表面存在少量凹凸，也能够不受第一电容器130的干涉地使第一冷却器151紧贴第一导体111和第四导体114的上表面。由此第一冷却器151容易形成，冷却性能也得到提高。另外，在第一电容器130的上表面与绝缘体141的间隙填充了模塑树脂。
本实施方式中，将第一上臂电路体110U、电路板120上的第一电容器130、第一下臂电路体110L排列成直线状配置。并且，将正极配线121和负极配线122设置在电路板120的正面，将输出配线123设置在电路板120的背面，即，使正极配线121和负极配线122与输出配线123对置地、换言之是层叠地设置。
图2是功率半导体装置100的第一上臂电路体110U的主要部分分解立体图。
从第一开关元件101的栅极电极导出控制信号配线124。第一开关元件101的图示上表面是发射极电极，图示下表面是集电极电极。第一开关元件101的发射极电极在图1中省略了图示，其经由焊料等接合材料101D与第一导体111接合。第一开关元件101的集电极电极经由接合材料101D与第二导体112接合。
第一导体111具有与电路板120上的正极配线121连接的连接端子111E。第二导体112具有与电路板120上的输出配线123连接的连接端子112C。此处，连接端子111E和连接端子112C与电路板120上的正极配线121和输出配线123彼此以较大的面积接合。
图3是功率半导体装置100的电路结构图。
功率半导体装置100包括构成上臂电路的第一开关元件101、构成下臂电路的第二开关元件102和在上臂电路与下臂电路之间并联地配置的第一电容器130。正极配线121与上臂电路连接，负极配线122与下臂电路连接，第一开关元件101与第二开关元件102的连接点被连接至输出配线123。
功率半导体装置100还包括构成上臂电路且与第一开关元件101并联连接的第三开关元件103、构成下臂电路且与第二开关元件102并联连接的第四开关元件104和在上臂电路与下臂电路之间并联地配置的第二电容器131。正极配线121与上臂电路连接，负极配线122与下臂电路连接，第三开关元件103与第四开关元件104的连接点被连接至输出配线123。
从第一开关元件101和第四开关元件104的栅极电极分别导出省略了图示的控制信号配线124(参照图2)。
第一开关元件101和第四开关元件104是由IGBT或MOSFET等构成的功率半导体元件。第二开关元件102和第三开关元件103是二极管。
图3所示的电路结构表示了作为驱动电动机的逆变器使用的功率半导体装置100的一个相的部分。该情况下，功率半导体装置100可以至少使用第一开关元件101、第二开关元件102和第一电容器130构成一个相。
图4是功率半导体装置100的电路板120的正面的立体图。图5是功率半导体装置100的电路板120的背面的立体图。这些图表示除去了第一冷却器151、第二冷却器152之后的状态。
搭载了第一开关元件101的第一上臂电路体110U经由设置在电路板120上的输出配线123与搭载了第二开关元件102的第一下臂电路体110L串联连接。
搭载了第三开关元件103的第二上臂电路体210U经由设置在电路板120上的输出配线123与搭载了第四开关元件104的第二下臂电路体210L串联连接。
搭载了第一开关元件101的第一上臂电路体110U经由设置在电路板120上的配线与搭载了第三开关元件103的第二上臂电路体210U并联连接。搭载了第二开关元件102的第一下臂电路体110L经由设置在电路板120上的配线与搭载了第四开关元件104的第二下臂电路体210L并联连接。
如图4所示，第一电容器130配置在第一上臂电路体110U与第一下臂电路体110L之间。另外，如图5所示，第二电容器131配置在第二上臂电路体210U与第二下臂电路体210L之间。
另外，负极配线122如图4所示被导出到电路板120的正面，正极配线121如图5所示被导出到电路板120的背面。
如图5所示，构成第一上臂电路体101U的第一开关元件101的控制信号配线124和构成第二下臂电路体210L的第四开关元件104的控制信号配线124以朝向同一方向的方式被配置在电路板120的同一面上。由此，能够容易地进行针对控制信号配线124的引线接合(wire bonding)。
图6是功率半导体装置100的电路板120的正面的配线图。图7是功率半导体装置100的电路板120的背面的配线图。
在电路板120上，设置了分别用于配置第一上臂电路体110U、第一下臂电路体110L的贯通孔110UH、110LH，还设置了用于配置第二上臂电路体210U和第二下臂电路体210L的贯通孔210UH、210LH。
在电路板120的绝缘层上，通过蚀刻等将正极配线121、负极配线122、输出配线123、控制信号配线124形成为图案。电路板120上设置有全通导孔126，使正极配线121、负极配线122、输出配线123、控制信号配线124的各配线彼此在电路板120的正面与反面之间连接。
在图6所示的电路板120的正面的贯通孔110UH与贯通孔110LH之间，第一电容器130的正极和负极被连接到正极配线121、负极配线122。此处，正极配线121、负极配线122形成为较大面积，在与第一电容器130、第一导体111、第四导体114连接时能够以较大面积接合。
在图7所示的电路板120的背面的贯通孔210UH与贯通孔210LH之间，第二电容器131的正极和负极被连接到正极配线121、负极配线122。此处，正极配线121、负极配线122形成为较大面积，同样地，在与第二电容器131等连接时能够以较大面积接合。
另外，如图7所示，控制信号配线124以朝向同一方向的方式被配置在电路板120的同一面上。另外，在电路板120上，配置了与后述的第三电容器310连接的配线端子127。
对于未应用本实施方式的功率半导体装置来说，功率半导体装置内部不包含电容器。因此，从功率半导体装置内的开关元件到功率半导体装置外的电容器的配线线路变长，不能减小配线线路的电感。
与此相对，在本实施方式中，电容器也包含在功率半导体装置100的内部，因此能够缩短从开关元件到电容器的配线线路，能够减小配线线路的电感。
另外，本实施方式中，电路板120的正面的正极配线121和负极配线122与电路板120的背面的输出配线123层叠地、换言之是对置地设置。此处，参照图1，关注从第一电容器130的正极经过正极配线121、第一上臂电路体110U、输出配线123、第一下臂电路体110L、负极配线122流向第一电容器130的负极的电流。该电流在电路板120的正面的正极配线121中流动的方向与在电路板120的背面的输出配线123中流动的方向为相反的方向。同样地，该电流在电路板120的背面的输出配线123中流动的方向与在电路板120的正面的负极配线122中流动的方向为相反的方向。由此，因流动的电流而产生的磁通被抵消，磁通减小，能够减小电感。
进而，正极配线121、负极配线122、输出配线123与第一电容器130、第一导体111～第四导体114彼此以较大面积接合。从而，上述在彼此相反的方向上流动的电流在较大的区域中流动，能够增大抵消的磁通，更有效地减小电感。
[第二实施方式]
图8是功率转换装置300的立体图。
功率转换装置300使用第一实施方式中说明过的功率半导体装置100，构成为用于驱动电动机的逆变器。
如图8所示，与三相的电动机对应地使用功率半导体装置100U、100V、100W作为逆变器的U相、V相、W相。功率半导体装置100U、100V、100W是与第一实施方式中说明的功率半导体装置100相同的结构。但是，本实施方式在一片电路板120上构成功率半导体装置100U、100V、100W。进而，将第三电容器310与电路板120的配线端子127连接。第三电容器310是大电容平滑电容器，由薄膜电容器等构成，与第一电容器130、第二电容器131并联地连接。
由功率半导体装置100U、100V、100W构成的逆变器将从电池等供给的直流电功率转换为交流电功率，驱动电动机。
第三电容器310与第一电容器130、第二电容器131相比耐热温度更低但电容更大。通过使第一电容器130、第二电容器131靠近上下臂电路体配置来缩短其配线长度，能够实现减小配线线路的电感，并且抑制因并联连接第三电容器310来增大容量而引起的直流电压变动。
图9是功率转换装置300的电路结构图。
功率半导体装置100U、100V、100W是与参照图3说明的功率半导体装置100相同的结构。本实施方式中，第三电容器310被连接在直流配线即正极配线121与负极配线122之间。并且，功率半导体装置100U、100V、100W被并联地连接在正极配线121与负极配线122之间。
图10是电动系统600的分解立体图。
电动系统600由功率转换装置300、电动机400、传动装置500构成。
功率转换装置300具有参照图8、图9说明的结构。另外，也可以不具备第三电容器310。功率转换装置300将从电池等供给的直流电功率转换为交流电功率，其输出配线123与电动机400的绕组连接，驱动电动机400。
电动机400使用从功率转换装置300输出的交流电功率进行驱动。使输出轴401产生转矩。
传动装置500与电动机400的输出轴401连接，对输出轴401的转速进行变速。功率转换装置300、电动机400、传动装置500通过小螺钉等紧固而构成为一体。
根据以上说明的实施方式，能够获得以下作用效果。
(1)一种功率半导体装置100，包括第一上臂电路体110U和第一下臂电路体110L，其中，第一上臂电路体110U由第一导体111和第二导体112夹着构成上臂电路的第一开关元件101而构成，第一下臂电路体110L由第三导体113和第四导体114夹着构成下臂电路的第二开关元件102而构成，功率半导体装置100包括：电路板120，其在一个面上设置有与高电位侧的第一导体111连接的正极配线121和与低电位侧的第四导体114连接的负极配线122，在另一个面上与正极配线121和负极配线122对置地设置有与第二导体112和第三导体113连接的输出配线123；和第一电容器130，其用于使供给到第一上臂电路体110U和第一下臂电路体110L的直流电功率平滑化，电路板120被配置在第一上臂电路体110U与第一下臂电路体110L之间，第一电容器130被配置在第一上臂电路体110U与第一下臂电路体110L之间并且与电路板120上的正极配线121和负极配线122连接。由此，能够减小配线线路的电感。
本发明不限定于上述实施方式，只要不损害本发明的特征，则在本发明的技术思想的范围内可以想到的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，也可以采用将上述实施方式组合得到的结构。
附图标记说明
100、100U、100V、100W……功率半导体装置，101……第一开关元件，101D……接合材料，102……第二开关元件，103……第三开关元件，104……第四开关元件，110U……第一上臂电路体，110L……第一下臂电路体，110UH、110LH、210UH、210LH……贯通孔，111……第一导体，111E、112C……连接端子，112……第二导体，113……第三导体，114……第四导体，120……电路板，121……正极配线，122……负极配线，123……输出配线，124……控制信号配线，126……全通导孔，127……配线端子，130……第一电容器，131……第二电容器，141、142……绝缘体，151……第一冷却器，152……第二冷却器，300……功率转换装置，310……第三电容器，400……电动机，401……输出轴，500……传动装置，600……电动系统。

Claims (8)

1.一种功率半导体装置，其包括第一上臂电路体和第一下臂电路体，所述第一上臂电路体由第一导体和第二导体夹着构成上臂电路的第一开关元件而构成，所述第一下臂电路体由第三导体和第四导体夹着构成下臂电路的第二开关元件而构成，其特征在于，包括：
电路板，其在一个面上设置有与高电位侧的所述第一导体连接的正极配线和与低电位侧的所述第四导体连接的负极配线，在另一个面上与所述正极配线和所述负极配线对置地设置有与所述第二导体和所述第三导体连接的输出配线；和
第一电容器，其用于使供给到所述第一上臂电路体和所述第一下臂电路体的直流电功率平滑化，其中，
所述电路板被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，
所述第一电容器被配置在所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体之间，并且与所述电路板上的所述正极配线和所述负极配线连接。
2.如权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于：
在所述第一导体和所述第四导体的与第一开关元件和第二开关元件对置的面的相反面上，隔着绝缘体设置有第一冷却器，
在所述第二导体和所述第三导体的与第一开关元件和第二开关元件对置的面的相反面上，隔着绝缘体设置有第二冷却器。
3.如权利要求1或2所述的功率半导体装置，其特征在于：
所述第一电容器的上表面被设定得比所述第一导体和所述第四导体的上表面低。
4.如权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于：
包括第二上臂电路体、第二下臂电路体和第二电容器，其中，所述第二上臂电路体包括与所述第一开关元件并联连接的第三开关元件，所述第二下臂电路体包括与所述第二开关元件并联连接的第四开关元件，所述第二电容器用于使供给到所述第二上臂电路体和所述第二下臂电路体的直流电功率平滑化，
所述第二电容器被配置在所述第二上臂电路体与所述第二下臂电路体之间，并且与所述电路板上的所述正极配线和所述负极配线连接。
5.如权利要求4所述的功率半导体装置，其特征在于：
所述第一上臂电路体与所述第一下臂电路体的排列和所述第二上臂电路体与所述第二下臂电路体的排列是彼此并排的，
构成所述第一上臂电路体的所述第一开关元件的控制信号配线和构成所述第二下臂电路体的所述第四开关元件的控制信号配线朝向相同方向。
6.一种功率转换装置，其特征在于：
利用直流配线并联连接有多个如权利要求4所述的功率半导体装置。
7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于：
与所述功率半导体装置分别对应地在所述直流配线上设置有第三电容器。
8.一种电动系统，其特征在于，一体地设置有：
如权利要求6或7所述的功率转换装置；
电动机，其使用从所述功率转换装置输出的交流电功率进行驱动；和
传动装置，其与所述电动机的输出轴连接，能够对所述输出轴的转速进行变速。
CN202180072655.8A 2020-10-30 2021-09-17 功率半导体装置、功率转换装置和电动系统 Pending CN116420304A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-183263 2020-10-30
JP2020183263A JP6968967B1 (ja) 2020-10-30 2020-10-30 パワー半導体装置、電力変換装置、および電動システム
PCT/JP2021/034314 WO2022091633A1 (ja) 2020-10-30 2021-09-17 パワー半導体装置、電力変換装置、および電動システム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116420304A true CN116420304A (zh) 2023-07-11

Family

ID=78605593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180072655.8A Pending CN116420304A (zh) 2020-10-30 2021-09-17 功率半导体装置、功率转换装置和电动系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230395457A1 (zh)
JP (1) JP6968967B1 (zh)
CN (1) CN116420304A (zh)
DE (1) DE112021004521T5 (zh)
WO (1) WO2022091633A1 (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10304680A (ja) * 1997-04-25 1998-11-13 Toyota Motor Corp 電力変換装置
JP5169353B2 (ja) * 2008-03-18 2013-03-27 三菱電機株式会社 パワーモジュール
EP2637285B1 (en) * 2010-11-02 2020-04-01 Mitsubishi Electric Corporation Electric power steering power module and electric power steering drive control device employing same
WO2012073571A1 (ja) * 2010-12-01 2012-06-07 株式会社安川電機 電力変換装置
JP5704121B2 (ja) * 2012-06-01 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 スナバコンデンサが搭載された半導体モジュールの保護回路

Also Published As

Publication number Publication date
US20230395457A1 (en) 2023-12-07
JP2022073334A (ja) 2022-05-17
JP6968967B1 (ja) 2021-11-24
WO2022091633A1 (ja) 2022-05-05
DE112021004521T5 (de) 2023-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10362703B2 (en) Electric motor inverter
JP4452952B2 (ja) 電力変換装置
JP5830480B2 (ja) 配線板およびそれを用いた電力変換装置
EP1376696B1 (en) Semiconductor device
JP3723869B2 (ja) 半導体装置
JP4127550B2 (ja) パワーユニット
US9780684B2 (en) Power converter
JP3622782B2 (ja) 半導体装置
WO2015072105A1 (ja) パワーモジュール
CN114337318A (zh) 高密度功率模块
JP4538474B2 (ja) インバータ装置
JP4455914B2 (ja) 電力変換装置
JP4055643B2 (ja) インバータ装置
JP3673776B2 (ja) 半導体モジュール及び電力変換装置
JP4064741B2 (ja) 半導体装置
JP2001352767A (ja) 電力変換器用パワーユニット
US9373560B2 (en) Drive circuit device
US11476737B2 (en) Integrated power control assemblies with built-in cooling systems
JP2005176555A (ja) 電力変換装置
CN116420304A (zh) 功率半导体装置、功率转换装置和电动系统
JP3972855B2 (ja) インバータモジュール
JP6447914B2 (ja) パワーモジュールの直流側配線基板及びその製造方法
WO2023058381A1 (ja) 電力変換装置
WO2023210098A1 (ja) 電力変換装置
WO2022202292A1 (ja) パワー半導体装置および電力変換装置

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