CN117317973A - 功率转换装置 - Google Patents

Abstract

本申请可获得一种能够在过电流流过半导体元件时，防止伴随在半导体元件周边的树脂中产生的异常发热所引起的热损伤，并且具备低成本的过电流保护单元的功率转换装置。该功率转换装置包括：与输入电源(1)连接的熔断器(8)；以及经由熔断器(8)与输入电源(1)串联连接的半导体元件(3a～3d)，半导体元件(3a～3d)具有在上表面具有电极的半导体芯片、和安装在所述电极上并流过通过熔断器(8)的电流的由板状导体构成的板状布线构件(38a～38d)，并且由密封树脂(12)密封所述半导体芯片和板状布线构件(38a～38d)而构成，使熔断器(8)的熔断时间比板状布线构件的熔断时间要短。

Description

功率转换装置

技术领域

本申请涉及功率转换装置。

背景技术

近年来，从环境保护的观点出发，推进了电动汽车(EV:Electric Vehicle)、或HEV(Hybrid Electric Vehicle：混合动力汽车)/PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle：插电混合动力汽车)等混合动力汽车的开发。在这样的汽车上搭载有利用所充电的电力使行驶用的电动机驱动的高压电池，通过搭载在汽车上的功率转换装置对高压电池的电力进行功率转换，向低压电池或电动机提供所希望的电流和电压。

这样的功率转换装置主要由多个半导体元件和变压器、或者电抗器等磁性部件构成。构成该半导体元件的半导体芯片例如如专利文献1所公开的那样，由导线构成的导线布线构件的一端连接到半导体芯片的上表面的电极，另一端连接到引线框。当由于栅极驱动电路的故障或误动作导致半导体元件短路故障而流过过电流时，该导线布线构件熔断。

在此，即使在熔断后，如果在导线布线构件和引线框之间继续施加电压，则产生电弧，半导体芯片周边的树脂碳化。而且，当电流流过碳化部分时，会产生异常发热而造成热损伤。

对此，在专利文献2中公开了一种功率转换装置，其构成为，与半导体元件串联地连接熔断器，当过电流经由熔断器流过半导体元件时，熔断器比半导体元件的导线布线构件更早地熔断。在这样的结构中，在过电流流过半导体元件时，在半导体元件的导线布线构件熔断之前熔断器熔断，能够切断施加在半导体元件的导线布线构件上的电压及流动的电流，因此能够防止伴随半导体元件的导线布线构件的熔断而产生电弧，能够防止半导体芯片周边的树脂异常发热而发生热损伤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平8－242046号公报

专利文献2：日本专利特开2020-96471号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，这样的功率转换装置中，由于熔断器需要比半导体元件的导线布线构件更早地熔断，所以需要应用过电流发生时到熔断为止的时间(以后称为熔断时间)短的高性能的熔断器。高性能的熔断器成本高，因此存在功率转换装置成本高的问题

为了能够应用低价格的熔断器，有增加安装在半导体芯片的上表面的电极上的导线布线构件的根数的方法。如果是该方法，由于能够将半导体元件的导线布线构件的熔断时间设定得较长，因此能够应用熔断时间较长的廉价的熔断器。但是，随着导线布线构件的根数的增加，半导体元件的制作时间增加，并且成品率恶化，因此制造成本变高，导致功率转换装置高成本化。

此外，对于导线布线构件的根数增加的量，需要在半导体芯片上表面的电极上确保导线布线构件的安装所需的面积，因此芯片尺寸增加，半导体元件成为高成本。

根据上述理由，具有防止半导体元件的导线布线构件熔断的保护单元的现有的功率转换装置存在下述问题：伴随安装熔断器或导线布线构件的成本、以及半导体芯片的成本变高，功率转换装置成为高成本。

本申请公开了一种用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种功率转换装置，能够在过电流流过半导体元件时，防止伴随着半导体元件周边的树脂中产生的异常发热而引起的热损伤、且具备低成本的过电流保护单元。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的功率转换装置包括：与输入电源连接的熔断器；以及经由所述熔断器与所述输入电源串联连接的半导体元件，

所述半导体元件具有在上表面具有电极的半导体芯片、和安装在所述电极上并流过通过所述熔断器的电流的由板状导体构成的板状布线构件，并且由密封树脂密封所述半导体芯片和所述板状布线构件而构成，使所述熔断器的熔断时间比所述板状布线构件的熔断时间短。

发明效果

根据本申请所公开的功率转换装置，得到一种能够在过电流流过半导体元件时，防止在半导体元件周边的树脂中产生的热损伤，且具备低成本的过电流保护单元的功率转换装置。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的功率转换装置的电路图。

图2是示出用于实施方式1所涉及的功率转换装置的半导体模块的内部结构的图。

图3是从箭头B的方向观察图2的A-A线截面的半导体元件的周边结构的一部分省略剖视图。

图4是示出安装在构成半导体元件的半导体芯片的上表面的导线布线构件的熔断结构的剖视图。

图5是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的熔断器和板状布线构件的熔断特性的图。

图6是示出实施方式1所涉及的功率转换装置的变形结构例的电路图。

具体实施方式

以下，使用附图对本申请所涉及的功率转换装置的优选实施方式进行说明。此外，在各图中对相同或相当的构件、部位标注相同标号来进行说明。

实施方式1.

图1是实施方式1所涉及的功率转换装置的电路结构图。在本实施方式中，作为功率转换装置，使用绝缘型DC-DC转换器进行说明。

图1所示的功率转换装置是将比输入电压低的电压输出到输出端的降压型转换器，对输入电源1的直流电压Vin进行功率转换，例如对低压电池等负载2输出直流电压Vout。

首先，对功率转换装置的结构进行说明。

图1所示的功率转换装置构成为包括：输入电源1；单相逆变器3，该单相逆变器3连接在输入电源1的输出侧，通过由在源极·漏极间内置寄生二极管的MOSFET构成的半导体元件3a～3d构成全桥电路；绝缘变压器4，该绝缘变压器4具有初级绕组4a及次级绕组4b，初级绕组4a与半导体元件3a～3d连接；整流电路5，该整流电路5与绝缘变压器4的次级绕组4b连接，具有起到整流元件的作用的二极管5a、5b；与整流电路5的输出侧连接的输出平滑用的平滑电抗器6及平滑电容器7；以及熔断器8，该熔断器8与构成单相逆变器3的半导体元件3a～3d和输入电源1串联连接，并连接在输入电源1和单相逆变器3之间。这里，半导体元件3a～3d构成初级侧半导体元件，二极管5a、5b构成次级侧半导体元件。

上述结构的功率转换装置输出通过功率转换将从输入电源1提供的电力转换为所希望的电压和电流后得到的电力，向低压电池等负载2输出直流电压Vout。

变压器4的次级侧是中心抽头型，中心抽头端子连接到GND，除此之外的次级绕组4b的端子分别连接到二极管5a、5b的阳极端子。二极管5a、5b的阴极端子连接到平滑电抗器6。熔断器8直接连接在输入电源1和单相逆变器3之间。这里，构成单相逆变器3的半导体元件3a～3d和构成整流电路5的二极管5a、5b被树脂密封在同一封装中，构成为图2所示的半导体模块(以下称为模块)9。

接着，使用图2对模块9的结构进行说明。图2(a)是模块9的俯视透视图，图2(b)是省略了从图2(a)的箭头B方向观察到的一部分的剖面透视图。在图2(a)、图2(b)中，与图1对应的部位标注相同标号。

首先，通过图2说明模块9的剖面结构。

构成模块9的半导体元件3a～3d具有在底面具备漏极电极，在上表面分别设置栅极电极31a～31d、及第1源极电极32a～32d、第2源极电极33a～33d的半导体芯片，该半导体芯片分别安装在引线框34a～34d上。第2源极电极33a～33d是用于驱动上述半导体芯片的栅极的基准电位，例如夹着栅极电极31a～31d对称地配置。

构成整流电路5的二极管5a、5b包括在底面具有阴极电极、在上表面具有阳极电极的半导体芯片，安装于引线框51。标号35、36a～36d、37a～37d、52a、52b表示引线框，引线框34a～34d、35、36a～36d、37a～37d、51、52a、52b通过绝缘构件10而与冷却构件11绝缘。

由半导体元件3a～3d、二极管5a、5b、引线框35、36a～36d、34a～34d、37a～37d、52a、52b、51、冷却构件11、绝缘构件10及由板状构件构成的板状布线构件38a～38d通过使冷却构件11的模块9的底面方向的面露出且由硅树脂构成的密封树脂12密封。另外，引线框35、36a～36d、34a～34d、37a～37d、52a、52b、51朝向模块9的上表面方向弯曲，从而构成模块9的外部端子。在图2(b)的剖面透视图中，省略了板状布线构件38a～38d。另外，将在后面阐述板状布线构件38a～38d。

半导体元件3a的漏极电极安装在引线框34a上，引线框34a经由例如玻璃环氧基板的布线图案等连接到输入电源1的正极。半导体元件3a的第1源极电极32a通过板状布线构件38a安装到引线框34b，引线框34b经由例如玻璃环氧基板的布线图案等连接到变压器4的初级绕组4a。半导体元件3b的漏极电极安装在引线框34b。半导体元件3b的第1源极电极32b通过板状布线构件38b与引线框35连接，引线框35经由玻璃环氧基板的布线图案等连接到输入电源1的负极。

半导体元件3c的漏极电极安装在引线框34c上，引线框34c经由例如玻璃环氧基板的布线图案等连接到输入电源1的正极。半导体元件3c的第1源极电极32c通过板状布线构件38c与引线框34d连接，引线框34d经由玻璃环氧基板的布线图案等连接到变压器4的初级绕组4a。半导体元件3d的漏极电极安装在引线框34d。半导体元件3d的第1源极电极32d通过板状布线构件38d与引线框35连接。另外，引线框36a～36d经由玻璃环氧基板的布线图案连接到安装在玻璃环氧基板上的栅极电路。

二极管5a通过板状布线构件54a从阳极电极53a连接到引线框52a，引线框52a通过例如焊接或熔接等连接到变压器4的次级绕组4b。另外，二极管5b通过板状布线构件54b从阳极电极53b连接到引线框52b，引线框52b通过例如焊接或熔接等连接到变压器4的次级绕组4b。此外，二极管5a、5b的阴极电极安装在共通的引线框51上，并且引线框51连接到平滑电抗器6。

引线框34a、34c既可以在作为模块9的外侧的玻璃环氧基板上连接，也可以安装跨越引线框35的板状布线构件并在模块9的内部连接。

半导体元件3a～3d的栅极电极31a～31d分别通过由导线构成的导线布线构件29a～29d与引线框36a～36d连接，第2源极电极33a～33d分别通过导线布线构件30a～30d与引线框37a～37d连接。另外，板状布线构件38a～38d及54a、54b由汇流条等平板状的导体、例如铜板构成。

另外，在上述结构中，经由玻璃环氧基板的布线图案将引线框34a、34c、35与输入电源1连接，但也可以不经由布线图案而直接连接。引线框34b、34d和变压器4的初级绕组4a经由玻璃环氧基板的布线图案连接，但也可以不经由布线图案而直接连接。引线框52a、52b通过焊接或熔接等与变压器4的次级绕组4b连接，但也可以通过玻璃环氧基板上的布线图案连接。另外，密封树脂12除了硅树脂以外还可以使用环氧树脂等。

接着，使用图3说明构成模块9的半导体元件3a～3d的周边结构。图3是从箭头B的方向观察图2的A-A线截面的半导体元件的周边结构图，是省略了一部分的剖视图。以下，主要说明半导体元件3b，其他的半导体元件3a、3c、3d也同样构成。另外，在图3中，为了简化图，省略了引线框36b和37b，省略了引线框34b朝模块9的上表面方向形成的部分。

在图3中，半导体元件3b的半导体芯片经由导电性粘接剂固定在经由绝缘构件10配置在冷却构件11上的引线框34b。此外，半导体元件3b的半导体芯片上表面的第1源极电极32b和另一引线框35通过板状布线构件38b连接。通常，由于板状布线构件38b根据额定电流来确定截面面积，所以在异常时如果流过过电流，则有时会熔断。板状布线构件38b和第1源极电极32b以直接引线接合的方式焊接接合。所谓直接引线接合方式，与以往的导线安装不同，是在半导体芯片上表面的电极上用焊锡等接合构件安装平板状的导体的方法。

另外，将板状布线构件38b、第1源极电极32b及板状布线构件38b相接合的材料、接合方法分别设为铜及焊锡、直接引线接合方式进行了说明，但并不限定于此，也可以是其他材料或接合方式。另外，板状布线构件38b的形状不限于如实施方式1所示的平板状，也可以是对板状构件进行弯曲加工而形成的形状。

在本实施方式中，所谓熔断器8和半导体元件3a～3d的板状布线构件38a～38d发生熔断意味着熔断器8的可熔部、即熔断器元件及半导体元件3a～3d的半导体芯片上表面所连接的板状布线构件38a～38d熔解而被电切断及物理地切断。另外，熔断器8的可熔部是指搭载在熔断器内部，在流过过电流时熔断的部位。另外，虽然图3中未示出，但模块9的冷却构件11经由散热润滑油等散热构件固定在冷却器上，安装在功率转换装置的内部。

接着，对本实施方式的功率转换装置的动作进行说明。

作为本实施方式所涉及的功率转换装置的DC-DC转换器主要进行4种模式的动作。

在模式1中，半导体元件3a、3d成为导通状态，半导体元件3b、3c成为非导通状态。在该状态下，电流从图1的上方向下方流过变压器4的初级绕组4a，电流沿二极管5a的正向流过次级绕组4b。

在模式2中，所有的半导体元件3a～3d为非导通状态，不向变压器4的次级绕组4b传递电力，仅为基于平滑电抗器6的自感应的电流。

在模式3中，与模式1相反地，半导体元件3a、3d成为非导通状态，半导体元件3b、3c成为导通状态。在该状态下，电流从图1的下方向上方流过变压器4的初级绕组4a，电流沿二极管5b的正向流过次级绕组4b。

在模式4中，所有的半导体元件3a～3d再次成为非导通状态，不向变压器4的次级绕组4b传递电力，仅为基于平滑电抗器6的自感应的电流。

通过重复该模式1至模式4，调整各模式的动作周期，能够得到目标输出。

通过栅极驱动电路在所期望的定时向半导体元件3a～3d的栅极电极31a～31d施加电压，使半导体元件3a～3d导通/截止，来实现上述模式1至模式4的切换。这样，由于通过栅极驱动电路使半导体元件3a～3d进行导通/截止切换动作，所以在栅极驱动电路发生故障或误动作的情况下成为短路故障。此时，大幅超过额定电流的过电流流过半导体元件3a～3d。

在此，当过电流流过半导体元件时，安装在半导体元件的半导体芯片上表面的电极上、且连接半导体元件芯片和引线框的布线构件熔断，产生热损伤。关于该结构，使用图4(a)～(d)，在布线构件为以往的导线布线构件的情况下进行说明。

图4(a)～图4(d)是表示在图1～图3所示的功率转换装置中，不安装熔断器8，将由铜板构成的板状布线构件36b变更为由导线构成的导线布线构件W时的构成半导体元件3b的半导体元件芯片的周边结构的图。

图4(a)示出了过电流流过连接构成半导体元件3b的半导体元件芯片的第1源极电极32b和引线框35的导线布线构件W的状态，用箭头C示意地示出了流过的电流。

图4(b)表示由于流过导线布线构件W的过电流而使得导线布线构件W熔断的状态。在该状态下，功率转换装置的输入电源1为高压，如图4(c)所示，在熔断部分持续施加电压，在箭头D所示的部分产生电位差，如图4(d)所示发生碳化而形成碳化部E。

如图4(d)所示，碳化部E可以表示为电阻体，形成由从导线布线构件W经由密封树脂12与引线框35连接的由箭头F所示的通电电路。碳化的密封树脂12的电阻与通常的导体相比具有稍高的电阻值。因此，在半导体元件3b中持续流动的电流值与该电阻值相应地而成为低值，在导线布线构件W被熔断后也持续流动，在密封树脂12的碳化部E中发生异常发热，进而有可能发生热损伤。

接着，对实施方式1所涉及的半导体元件3a～3d的保护方法进行说明。

图5是图1的熔断器8和板状布线构件38a～38d的电流-熔断时间特性(以下称为熔断特性)的曲线图，纵轴表示熔断时间，横轴表示电流值，表示各部件对于某一电流值直到熔断为止所需的时间。

具体而言，示出了越向下方部分绘制，熔断时间越短，相反越向上方部分绘制，熔断时间越长。在本实施方式中，如图1所示，熔断器8与半导体元件3b串联连接，熔断器8的熔断时间设定得比与半导体元件3a～3d的第1源极电极32a～32d连接的板状布线构件38a～38d要短。通过将熔断特性设为该顺序，在产生过电流的情况下，首先熔断器8熔断，能够瞬间切断流过与熔断器8串联连接的半导体元件3b的板状布线构件38b的电流和施加电压。因此，如果是该结构，则由于在板状布线构件38a～38d与引线框35、34b、34d之间不产生电位差，所以不会产生伴随电弧产生的树脂的碳化，因此能够实现电流不会流过碳化的部分而产生伴随异常发热的热损伤的功率转换装置。

接着，对组合由铜板构成的板状布线构件38a～38d与熔断器8的效果进行说明。

以往，如图4所示，半导体元件3b的第1源极电极32b和引线框35通过导线布线构件W连接，导线布线构件W的熔断时间短。因此，如图5所示，熔断器8需要低于导线布线构件W的熔断时间，因此需要应用熔断时间短的高价格的熔断器8。

与此相对，在本实施方式中，如图2所示，由于使用由平板状的铜板构成通过直接引线接合方式连接半导体元件3b的第1源极电极32b和引线框35的布线构件的板状布线构件38b，因此板状布线构件38b的电流流过的截面积比由导线布线构件W构成的情况大，电阻值小。例如，如果是以往的导线布线构件W的安装，则安装在半导体元件3a～3d上的所有导线布线构件W的总截面积为0.1mm²等级，但如果是板状布线构件38a～38d，则为数mm²等级，因此电阻值能够大幅度降低。另外，由于板状布线构件38a～38d的形状为平板状，因此与导线布线构件W相比能够扩大散热面积。由于这些原因，当过电流流过板状布线构件38a～38d时，由于温度上升比导线布线构件W小，熔断时间变长，因此能够将熔断时间长的低成本的熔断器应用于熔断器8。

如上所述，在现有技术中，为了降低熔断器8的成本，有增加连接半导体元件3b的第1源极电极32b和引线框35的导线布线构件W的根数的方法。如果是该方法，则能够延长导线布线构件W的熔断时间，应用低价格熔断器，但如果安装在第1源极电极32b上的导线布线构件W的根数增加，则导线布线构件W的安装需要时间。另外，在第1源极电极32b上表面安装导线布线构件W时，一般利用超声波进行安装，但该方法是通过使导线布线构件W逐个地与第1源极电极32b上表面的电极接触并施加超声波来安装导线布线构件W的方法，因此导线布线构件W的根数越多，制作时间越增加，成本增加。

另外，在安装在半导体芯片上的导线布线构件W中即使仅有一个不合格的情况下，即使安装在相同的半导体芯片上的其他导线布线构件W是正常的，该半导体芯片也是不合格的，因此导线根数越多，成品率越差。

由于这些原因，当导线布线构件W的根数增多时，熔断器8的价格降低，但是由于导线布线构件W的安装花费时间和成品率降低，制造成本大幅提高，因此反而导致功率转换装置高成本化。

与此相对，在本实施方式中，通过直接引线接合方式将由平板状的铜板构成的板状布线构件38a连接到半导体元件3b的第1源极电极32b和引线框架35，所以与安装导线布线构件W的情况不同，随着导线布线构件W的根数增加而引起的安装时间增加和成品率恶化的情况消失，布线构件的制造成本不会增加，能够应用低价格的熔断器8。

此外，在以现有方式安装多个导线布线构件W的情况下，为了避免第2根以后的导线布线构件W与先前安装的导线布线构件W接触，与先前安装的导线布线构件W隔开一定的间隔而安装在半导体芯片上表面的电极上，因此在半导体芯片上表面的电极的面积内，产生物理上不能连接导线布线构件W的部分。因此，为了应用低价格的熔断器，在增加安装的导线布线构件W的根数的情况下，不仅制造成本增加，为了确保导线布线构件W的安装所需的电极的面积，半导体芯片上表面的面积变大，半导体元件也高成本化。

与此相对，如本实施方式那样，在安装板状布线构件38b时，与安装导线布线构件W不同，板状布线构件38b可以物理地连接到半导体元件3b的半导体芯片的整个电极。另外，当希望通过增加板状布线构件38b的截面积来降低电阻值时，只要增加铜板的厚度，就能够容易地增加电流流过的截面积。因此，即使半导体芯片的电极面积小，也能够确保电流流过的截面积较大，并且能够减小板状布线构件38b的电阻值，因此，不需要增加芯片尺寸，从而能够防止半导体元件3b的高成本化。

接着，对构成模块9的引线框35的效果进行说明。如图1和图2所示，引线框35与半导体元件3b、3d的源极为同电位，经由板状布线构件38b、38d将输入电源1和半导体元件3b、3d的源极相连接。另外，板状布线构件38a～38d从引线框34a～34d经由绝缘构件10和冷却构件11向冷却器散热。此时，由于热通过冷却构件11而扩散，所以如果由于有引线框35而使得模块9的底面的面积增加，则板状布线构件38a～38d的热容易向冷却器散热，因此板状布线构件38a～38d的温度变低，熔断时间变长。

另外，通过安装引线框35并增加冷却构件11的面积，从而可抑制半导体元件3b的半导体芯片的温度上升。由此，能够缓和从半导体芯片对板状布线构件38b的热干涉的影响，因此能够抑制板状布线构件38b的温度上升，能够延长板状布线构件38b的熔断时间。因此，对于板状布线构件38a～38d的熔断时间增加的量，能够对熔断器8应用熔断时间长的低价格的熔断器，能够降低功率转换装置的成本。

接着，在本实施方式中，对模块9具有绝缘构件10和冷却构件11的效果进行说明。

在没有搭载与冷却器绝缘的绝缘构件的模块的情况下，作为使冷却器与模块绝缘的方法，例如有在冷却器与模块之间配置绝缘纸来与冷却器连接的方法。此时，模块通常用弹簧等固定，但弹簧的压力有限，绝缘纸与模块间、绝缘纸与冷却器间产生间隙，这些界面的热阻变高。因此，模块内部的布线构件散热特性低，布线构件的温度上升，因此过电流流过布线构件时，熔断时间变短。

与此相对，对图3所示的绝缘构件10和冷却构件11被密封树脂12密封并制作的模块9的情况进行说明。

在图3所示的结构中，对冷却构件11和绝缘构件10施加高的压力来制作，能够使绝缘构件10变薄，并且在绝缘构件10和冷却构件11之间不产生间隙，因此能够减小绝缘构件10的热阻、绝缘构件10和冷却构件11的界面的热阻。

而且，对于板状布线构件38b，与由导线布线构件构成的情况相比，由平板状的铜板构成的情况下，电流流过的截面积大，电阻值小，表面积大，因此损失小，容易散热，因此能够抑制温度上升。因此，通过由铜板构成板状布线构件38b，并且将半导体元件3b搭载在模块9上，从而能够大幅延长布线构件的熔断时间。因此，对于板状布线构件38a～38d的熔断时间增加的量，能够对熔断器8应用熔断时间长的低价格的熔断器，因此能够降低功率转换装置的成本。

接着，在本实施方式中，对用同一封装制作变压器4的初级侧的半导体元件3a～3d和变压器4的次级侧的二极管5a、5b的效果进行说明。

在本实施方式的图1所示的降压转换器中，对从输入电源1提供的电压进行降压并将低于输入电压的电压输出到负载2、以及输入功率＝输出功率成立，据此，流过输出侧的二极管5a、5b的电流比流过输入侧的半导体元件3a～3d的电流大。因此，应用于输出侧的二极管5a、5b的布线构件与应用于半导体元件3a～3d的布线构件不同，一般由平板状的铜板构成。另一方面，流过输入侧的半导体元件3a～3d的电流比流过输出侧的二极管5a、5b的电流要小，因此应用于半导体元件3a～3d的布线构件38a～38d一般由布线构件构成。

以往，如上所述，由于在半导体元件2a～2d上安装有导线布线构件，在二极管4a、4b上安装有由平板状的铜板构成的板状布线构件，因此需要分别使用不同的装置安装导线布线构件和板状布线构件，工时多，制造成本高。

与此相对，在本实施方式中，将半导体元件3a～3d和二极管5a、5b用同一封装制作，并且，由于应用了由铜板构成的板状布线构件38a～38d、54a、54b，因此，能够在同一装置中一起制作板状布线构件38a～38d、54a、54b，能够削减布线构件的制造成本。

另外，安装在半导体元件3a～3d、53a、53b上的板状布线构件38a～38d和54a、54b全部由相同形状的铜板构成。通常，板状布线构件38a～38d和54a、54b形状由芯片位置和引线框间的距离、半导体芯片和引线框的形状、半导体芯片的额定电流决定，因此板状布线构件38a～38d和54a、54b不一定为同一形状，但在本实施方式中，由于调节半导体芯片和引线框间的位置和引线框形状，并且设计为板状布线构件38a～38d和54a、54b的额定电流满足半导体元件3a～3d和二极管5a、5b双方的额定电流，因此能够将板状布线构件38a～38d与54a、54d设为同一形状。

通过采用这样的结构，能够使安装在板状布线构件38a～38d和54a、54b上的铜板共通化，因此制造时的铜板的管理变得容易，能够削减管理费。另外，模具也能够共通化，还能够削减模具制造成本或管理费。

另外，在本实施方式中，作为半导体元件3a～3d使用了MOSFET，但并不限定于此，例如即使使用IGBT和二极管也能够得到同样的效果。

此外，在本实施方式中，熔断器8串联连接在输入电源1的正极侧，但反之，即使连接在负极侧也具有同样的效果。

另外，在本实施方式中，功率转换装置为绝缘型转换器，但并不限定于此，即使是非绝缘型转换器也能够得到同样的效果。

在本实施方式中，使用了相比于输入侧、在输出侧成为低电压的降压型转换器，但并不限定于此，即使是相比于输入侧、在输出侧成为高电压的升压型转换器也能够得到同样的效果。在该情况下，由于在次级侧成为高电压，所以如图6所示，通过在变压器4的部分的后级配置熔断器8A，能够得到同样的效果。

另外，在本实施方式1中，使用串联连接由半导体元件3a～3d构成的单相逆变器3和熔断器8的结构进行了说明，但如图6所示，将熔断器8A串联连接到由二极管13a～13d构成的整流电路5A的结构也能得到同样的效果。在该结构中，构成整流电路5A的二极管13a～13d与半导体元件3a～3d同样地，所安装的布线构件由铜板构成，熔断器8A的熔断时间设定为比安装在二极管13a～13d上并由铜板构成的板状布线构件的熔断时间短。在使用该整流电路4A的结构的功率转换装置中也能够得到高可靠性。

另外，本申请记载了例示性的实施方式，但实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不限于特定的实施方式的适用，能单独或以各种组合适用于实施方式。

因此，在本申请所公开的技术范围内可以设想无数未举例示出的变形例。例如，设为包含有对至少一个结构要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况。

标号说明

1输入电源

2负载

3单相逆变器

3a～3d半导体元件

4绝缘变压器

4a初级绕组

4b次级绕组

5、5A整流电路

5a、5b、13a～13d二极管

6平滑电抗器

7平滑电容器

8、8A熔断器

9半导体模块

10绝缘构件

11冷却构件

12密封树脂

29a～29d、30a～30d、W导线布线构件

31a～31d栅极电极

32a～32d第一源极电极

33a～33d第二源极电极

34a～34d、35、36a～36d、37a～37d、51、52a、52b引线框38a～38d、54a、54b板状布线构件

53a阳极电极

Vin、Vout直流电压

E碳化部。

Claims (8)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

熔断器，该熔断器与输入电源相连接；以及

半导体元件，该半导体元件经由所述熔断器与所述输入电源串联连接，

所述半导体元件包括在上表面具有电极的半导体芯片、和安装在所述电极上并流过通过所述熔断器的电流的由板状导体构成的板状布线构件，并且由密封树脂密封所述半导体芯片和所述板状布线构件而构成，使所述熔断器的熔断时间比所述板状布线构件的熔断时间要短。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述半导体元件由模块构成，

所述模块包括：多个所述半导体芯片、安装于所述多个半导体芯片各自的上表面电极的多个所述板状布线构件、分别安装有所述多个半导体芯片的多个引线框、及未安装所述半导体芯片的引线框，并通过所述密封树脂被密封在同一封装中，

所述多个板状布线构件中的至少一个与未安装所述半导体芯片的引线框连接。

3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，

所述多个板状布线构件全部为同一形状。

4.如权利要求1至3的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述半导体元件具有冷却所述半导体芯片的冷却构件、和使所述半导体芯片和所述冷却构件绝缘的绝缘构件。

5.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

熔断器，该熔断器与输入电源相连接；

初级侧半导体元件，该初级侧半导体元件经由所述熔断器与所述输入电源串联连接，对所述输入电源的电力进行功率转换；

变压器，该变压器将经由所述功率转换后的电力从初级侧向次级侧传递；以及

次级侧半导体元件，该次级侧半导体元件对输出到所述变压器的所述次级侧的电力进行功率转换，

所述初级侧半导体元件和所述次级侧半导体元件由分别包括在上表面具有电极的半导体芯片、和由板状导体构成的板状布线构件，并通过密封树脂密封在同一封装中而得到的模块构成，并且所述初级侧半导体元件所具有的所述板状布线构件流过通过所述熔断器的电流，使所述熔断器的熔断时间比所述板状布线构件的熔断时间要短。

6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，

所述初级侧半导体元件和所述次级侧半导体元件包括：多个所述半导体芯片、安装于所述多个半导体芯片各自的上表面电极的多个所述板状布线构件、分别安装有所述多个半导体芯片的多个引线框、及未安装所述半导体芯片的引线框，

所述多个板状布线构件中的至少一个与未安装所述半导体芯片的引线框连接。

7.如权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于，

所述多个板状布线构件全部为同一形状。

8.如权利要求5至7的任一项所述的功率转换装置，其特征在于，

所述初级侧半导体元件和所述次级侧半导体元件具有冷却所述半导体芯片的冷却构件、和使所述半导体芯片和所述冷却构件绝缘的绝缘构件。