JP2018074809A

JP2018074809A - DC-DC converter

Info

Publication number: JP2018074809A
Application number: JP2016213662A
Authority: JP
Inventors: 義人水野; Yoshito Mizuno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP6642382B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent disconnection in an emitter electrode of an upper arm switching element.SOLUTION: A DC-DC converter which is used in an automobile is disclosed. The DC-DC converter comprises: high potential wiring; middle potential wiring; low potential wiring; an upper arm switching element connected between the high potential wiring and middle potential wiring; and a lower arm switching element connected between the middle potential wiring and low potential wiring. The high potential wiring and the low potential wiring are connected to loads, and the middle potential wiring and the low potential wiring are connected to a DC power source. The upper arm switching element is a RC-IGBT, and an emitter electrode of the RC-IGBT is joined with a conductive body electrically connected to the middle potential wiring. A junction area between the emitter electrode and the conductive body is equal to or above 50 percent of an area of the emitter electrode.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本明細書で開示する技術は、ＤＣ−ＤＣコンバータに関し、特に、自動車の走行用モータを含む負荷に電力を供給する直流電源に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータに関する。 The technology disclosed in this specification relates to a DC-DC converter, and more particularly, to a DC-DC converter used for a DC power supply that supplies power to a load including a motor for driving a vehicle.

特許文献１に、ＤＣ−ＤＣコンバータが開示されている。このＤＣ−ＤＣコンバータは、自動車の走行用モータを含む負荷に電力を供給する直流電源に用いられる。このＤＣ−ＤＣコンバータは、高電位配線と、中電位配線と、低電位配線と、高電位配線と中電位配線との間に接続された上アームスイッチング素子と、中電位配線と低電位配線との間に接続された下アームスイッチング素子とを備える。高電位配線と低電位配線は負荷に接続され、中電位配線と低電位配線は直流電源に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流電源からの直流電力を昇圧して、走行用モータを含む負荷へ供給することができる。 Patent Document 1 discloses a DC-DC converter. This DC-DC converter is used for a direct current power source that supplies electric power to a load including a motor for driving an automobile. The DC-DC converter includes a high potential wiring, a medium potential wiring, a low potential wiring, an upper arm switching element connected between the high potential wiring and the medium potential wiring, a medium potential wiring, and a low potential wiring. And a lower arm switching element connected between the two. The high potential wiring and the low potential wiring are connected to a load, and the medium potential wiring and the low potential wiring are connected to a DC power source. The DC-DC converter can boost DC power from a DC power supply and supply it to a load including a traveling motor.

上記したＤＣ−ＤＣコンバータでは、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子のそれぞれに、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse -Conducting Insulated-Gate Bipolar Transistor）が採用されている。ＲＣ−ＩＧＢＴは、単一の半導体基板内にＩＧＢＴと還流ダイオードとが一体的に形成された半導体素子であり、逆導通ＩＧＢＴとも称される。ＲＣ−ＩＧＢＴは、エミッタ電極とコレクタ電極を有する。エミッタ電極には、ＩＧＢＴのエミッタに加えて、還流ダイオードのアノードが電気的に接続されている。コレクタ電極には、ＩＧＢＴのコレクタに加えて、還流ダイオードのカソードが電気的に接続されている。 In the DC-DC converter described above, RC-IGBT (Reverse-Conducting Insulated-Gate Bipolar Transistor) is employed for each of the upper arm switching element and the lower arm switching element. The RC-IGBT is a semiconductor element in which an IGBT and a free-wheeling diode are integrally formed in a single semiconductor substrate, and is also referred to as a reverse conducting IGBT. The RC-IGBT has an emitter electrode and a collector electrode. In addition to the emitter of the IGBT, the anode of the reflux diode is electrically connected to the emitter electrode. In addition to the collector of the IGBT, the cathode of the freewheeling diode is electrically connected to the collector electrode.

特開２０１５−１５４００１号公報JP2015-154001A

ＤＣ−ＤＣコンバータでは、上アームスイッチング素子のエミッタ電極に接合された導電体（例えばワイヤ又はリードフレーム）や、当該導電体とエミッタ電極との間の接合部分において、断線が生じるおそれがある。特に、導電体とエミッタ電極との間の接合部分は、製造誤差や経時劣化に起因して、断線が生じやすい部分である。以下、導電体とエミッタ電極との間の接合部分における断線を、「エミッタ電極における断線」などのように簡略して記載することがある。上アームスイッチング素子がＲＣ−ＩＧＢＴではなく、還流ダイオードが上アームスイッチング素子とは別の半導体素子で設けられているとする。このような形態であれば、上アームスイッチング素子のエミッタ電極において断線が生じたとしても、直流電源と負荷との間は還流ダイオードを介して電気的に接続され続けるので、走行用モータへの電力供給については継続することができる。 In the DC-DC converter, there is a possibility that disconnection may occur in a conductor (for example, a wire or a lead frame) bonded to the emitter electrode of the upper arm switching element or in a bonded portion between the conductor and the emitter electrode. In particular, the junction between the conductor and the emitter electrode is a portion where disconnection is likely to occur due to manufacturing errors and deterioration over time. Hereinafter, the disconnection at the junction between the conductor and the emitter electrode may be simply described as “disconnection in the emitter electrode” or the like. It is assumed that the upper arm switching element is not an RC-IGBT, and the free wheel diode is provided by a semiconductor element different from the upper arm switching element. With such a configuration, even if a disconnection occurs in the emitter electrode of the upper arm switching element, the DC power supply and the load are still electrically connected via the freewheeling diode. Supply can continue.

これに対して、上アームスイッチング素子がＲＣ−ＩＧＢＴである場合は、ＩＧＢＴと還流ダイオードが同じエミッタ電極を共用することから、エミッタ電極において断線が生じることによって、還流ダイオードを通る経路についても断線されてしまう。その結果、直流電源と負荷との間の電気的な接続は完全に切断され、直流電源から走行用モータへの電力供給はもはや不可能となる。このように、上アームスイッチング素子にＲＣ−ＩＧＢＴを採用したＤＣ−ＤＣコンバータでは、特有の問題として、上アームスイッチング素子のエミッタ電極で断線が生じた段階で、走行用モータへの電力供給ができなくなってしまう。 On the other hand, when the upper arm switching element is an RC-IGBT, since the IGBT and the free wheel diode share the same emitter electrode, a disconnection occurs in the emitter electrode, so that the path through the free wheel diode is also disconnected. End up. As a result, the electrical connection between the DC power supply and the load is completely disconnected, and power supply from the DC power supply to the traveling motor is no longer possible. As described above, in the DC-DC converter employing the RC-IGBT as the upper arm switching element, as a specific problem, it is possible to supply power to the traveling motor when the disconnection occurs in the emitter electrode of the upper arm switching element. It will disappear.

自動車以外の他の工業製品であれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに故障や異常が生じた時点で、その動作を直ちに中止することが考えられる。しかしながら、自動車では、ＤＣ−ＤＣコンバータに異常が生じたときでも、例えば路肩等まで退避し得るように、一定限の走行を継続することが求められる。そのためには、ＤＣ−ＤＣコンバータに故障や異常が生じたときでも、走行用モータへの電力供給が維持されることが望ましい。言い換えると、走行用モータへの電力供給を不可能とする故障は、未然に回避されることが求められる。即ち、上アームスイッチング素子にＲＣ−ＩＧＢＴを採用したＤＣ−ＤＣコンバータでは、上アームスイッチング素子のエミッタ電極における断線を、未然に回避することが求められる。 For industrial products other than automobiles, it is conceivable that the operation is immediately stopped when a failure or abnormality occurs in the DC-DC converter. However, in an automobile, even when an abnormality occurs in the DC-DC converter, it is required to continue a certain amount of traveling so that it can be retracted to, for example, a road shoulder. For this purpose, it is desirable to maintain power supply to the traveling motor even when a failure or abnormality occurs in the DC-DC converter. In other words, a failure that makes it impossible to supply power to the traveling motor is required to be avoided in advance. That is, in a DC-DC converter employing an RC-IGBT as the upper arm switching element, it is required to avoid disconnection in the emitter electrode of the upper arm switching element.

上記を鑑み、本明細書は、上アームスイッチング素子にＲＣ−ＩＧＢＴを採用したＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、上アームスイッチング素子のエミッタ電極（即ち、ＲＣ−ＩＧＢＴのエミッタ電極）における断線を未然に回避するのに有用な技術を提供する。 In view of the above, this specification avoids disconnection in the emitter electrode of the upper arm switching element (that is, the emitter electrode of the RC-IGBT) in the DC-DC converter employing the RC-IGBT as the upper arm switching element. Provide useful technology.

本明細書は、自動車の走行用モータを含む負荷に電力を供給する直流電源に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータを開示する。このＤＣ−ＤＣコンバータは、高電位配線と、中電位配線と、低電位配線と、高電位配線と中電位配線との間に接続された上アームスイッチング素子と、中電位配線と低電位配線との間に接続された下アームスイッチング素子とを備える。高電位配線と低電位配線は負荷に接続され、中電位配線と低電位配線は直流電源に接続される。上アームスイッチング素子はＲＣ−ＩＧＢＴである。ＲＣ−ＩＧＢＴのエミッタ電極には、中電位配線に電気的に接続された導電体が接合されている。エミッタ電極と導電体との間の接合面積は、エミッタ電極の面積の５０パーセント以上である。ここでいうエミッタ電極の面積とは、上アームスイッチング素子（即ち、ＲＣ−ＩＧＢＴ）を単体で取り出したときに、エミッタ電極の外部に露出する表面積を意味する。 This specification discloses the DC-DC converter used for the direct-current power supply which supplies electric power to the load containing the motor for driving | running | working a motor vehicle. The DC-DC converter includes a high potential wiring, a medium potential wiring, a low potential wiring, an upper arm switching element connected between the high potential wiring and the medium potential wiring, a medium potential wiring, and a low potential wiring. And a lower arm switching element connected between the two. The high potential wiring and the low potential wiring are connected to a load, and the medium potential wiring and the low potential wiring are connected to a DC power source. The upper arm switching element is an RC-IGBT. A conductor electrically connected to the medium potential wiring is joined to the emitter electrode of the RC-IGBT. The junction area between the emitter electrode and the conductor is 50 percent or more of the area of the emitter electrode. The area of the emitter electrode here means the surface area exposed to the outside of the emitter electrode when the upper arm switching element (that is, RC-IGBT) is taken out alone.

上アームスイッチング素子のエミッタ電極における断線は、エミッタ電極と導電体との間の接合部分が、通電に起因する発熱によって過熱され、溶断することによって生じる。この点に関して、エミッタ電極と導電体との間の接合面積を大きくするほど、接合部分における電流密度が低下することから、接合部分の温度上昇を抑制することができる。本発明者は、エミッタ電極と導電体との間の接合面積と、それらの接合部分の温度上昇との間の関係について検証を行った。その結果、当該接合面積がエミッタ電極の面積の５０パーセント以上であれば、製造誤差や経時劣化を考慮しても、エミッタ電極と導電体との間の接合部分の温度上昇が、溶断しない範囲に維持されることを見出した。上記したＤＣ−ＤＣコンバータは、この知見に基づいて具現化されたものであり、その構造によると、上アームスイッチング素子のエミッタ電極（即ち、ＲＣ−ＩＧＢＴのエミッタ電極）における断線を、未然に回避又は抑制することができる。 The disconnection in the emitter electrode of the upper arm switching element occurs when the junction between the emitter electrode and the conductor is overheated due to heat generated by energization and melts. In this regard, as the junction area between the emitter electrode and the conductor is increased, the current density at the junction portion is reduced, so that the temperature rise at the junction portion can be suppressed. The inventor has verified the relationship between the junction area between the emitter electrode and the conductor and the temperature rise at the junction. As a result, if the junction area is 50% or more of the area of the emitter electrode, the temperature rise at the junction between the emitter electrode and the conductor does not melt even if manufacturing errors and deterioration with time are taken into account. Found to be maintained. The above-described DC-DC converter is realized based on this knowledge, and according to the structure, disconnection in the emitter electrode of the upper arm switching element (that is, the emitter electrode of the RC-IGBT) is avoided in advance. Or it can be suppressed.

実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the DC-DC converter 10 of an Example. 上アームスイッチング素子２０の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-section of the upper arm switching element 20. FIG. 半導体モジュール７０の構成を模式的に示す図。The figure which shows the structure of the semiconductor module 70 typically. 面積率Ａと上昇温度ΔＴの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the area ratio A and rising temperature (DELTA) T. 変形例の半導体モジュール１７０を示す図。The figure which shows the semiconductor module 170 of a modification.

本技術の一実施形態では、エミッタ電極と導電体がはんだを介して接合されていてもよい。このような構成によると、エミッタ電極と導電体との間の接合面積を広くしても、両者を隙間なく接合することができる。 In one embodiment of the present technology, the emitter electrode and the conductor may be joined via solder. According to such a configuration, even if the junction area between the emitter electrode and the conductor is widened, both can be joined without a gap.

本技術の一実施形態では、エミッタ電極と導電体が互いに圧接していてもよい。このような構成によると、接合部分にはんだのような低融点の材料を必要としないことから、エミッタ電極における断線をより防止することができる。 In one embodiment of the present technology, the emitter electrode and the conductor may be in pressure contact with each other. According to such a configuration, since a material having a low melting point such as solder is not required for the joint portion, disconnection in the emitter electrode can be further prevented.

図面を参照して実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１０について説明する。以下、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を単にコンバータ１０と称することがある。図１に示すように、コンバータ１０は、自動車の走行用モータ１０４を含む負荷１０２に電力を供給する直流電源１００に用いられる。コンバータ１０は、直流電源１００からの直流電力を昇圧して、走行用モータ１０４を含む負荷１０２へ供給する。即ち、コンバータ１０は、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。走行用モータ１０４は、自動車の車輪を駆動するモータである。本実施例の走行用モータ１０４は三相モータである。従って、コンバータ１０と走行用モータ１０４との間には、三相インバータ１０６が設けられている。本実施例では、負荷１０２の一部に三相インバータ１０６が含まれるが、例えば走行用モータ１０４の構成によっては、三相インバータ１０６が存在しない形態も想定し得る。 A DC-DC converter 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the DC-DC converter 10 may be simply referred to as a converter 10. As shown in FIG. 1, the converter 10 is used in a DC power supply 100 that supplies electric power to a load 102 including a motor 104 for driving an automobile. Converter 10 boosts DC power from DC power supply 100 and supplies the boosted power to load 102 including traveling motor 104. That is, the converter 10 functions as a step-up DC-DC converter. The traveling motor 104 is a motor that drives the wheels of the automobile. The traveling motor 104 of this embodiment is a three-phase motor. Therefore, a three-phase inverter 106 is provided between the converter 10 and the traveling motor 104. In the present embodiment, the three-phase inverter 106 is included in a part of the load 102. However, depending on the configuration of the traveling motor 104, for example, a configuration in which the three-phase inverter 106 does not exist can be assumed.

図１に示す構成は典型例を示すものであり、コンバータ１０の適用先を限定するものではない。例えば、コンバータ１０は、複数の走行用モータ１０４を有する自動車にも適用することができる。また、直流電源１００の構成についても特に限定されない。直流電源１００は、例えば、リチウムイオン電池といった二次電池を有してもよいし、燃料電池又は太陽電池といった発電素子を有してもよい。本実施例における直流電源１００は、複数のリチウムイオン電池を有しており、走行用モータ１０４が回生制動を実施するときに、走行用モータ１０４による発電電力を蓄えることができる。この場合、コンバータ１０は、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能することができる。 The configuration shown in FIG. 1 shows a typical example and does not limit the application destination of the converter 10. For example, the converter 10 can be applied to an automobile having a plurality of traveling motors 104. Further, the configuration of the DC power supply 100 is not particularly limited. The DC power supply 100 may include, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery, or may include a power generation element such as a fuel cell or a solar cell. The DC power supply 100 in the present embodiment has a plurality of lithium ion batteries, and can store power generated by the traveling motor 104 when the traveling motor 104 performs regenerative braking. In this case, the converter 10 can function as a step-down DC-DC converter.

コンバータ１０は、高電位配線１２と中電位配線１４と低電位配線１６とを備える。高電位配線１２と低電位配線１６は、負荷１０２の三相インバータ１０６に接続されており、昇圧後の直流電力を三相インバータ１０６へ出力する。詳しくは、高電位配線１２が三相インバータ１０６の正極に接続され、低電位配線１６が三相インバータ１０６の負極に接続される。高電位配線１２と低電位配線１６との間には、第１平滑コンデンサ４０が接続されている。第１平滑コンデンサ４０は、高電位配線１２と低電位配線１６との間の電圧の変動を抑制する。 The converter 10 includes a high potential wiring 12, a medium potential wiring 14, and a low potential wiring 16. The high potential wiring 12 and the low potential wiring 16 are connected to the three-phase inverter 106 of the load 102, and output the DC power after boosting to the three-phase inverter 106. Specifically, the high potential wiring 12 is connected to the positive electrode of the three-phase inverter 106, and the low potential wiring 16 is connected to the negative electrode of the three-phase inverter 106. A first smoothing capacitor 40 is connected between the high potential wiring 12 and the low potential wiring 16. The first smoothing capacitor 40 suppresses voltage fluctuation between the high potential wiring 12 and the low potential wiring 16.

中電位配線１４と低電位配線１６は、直流電源１００に接続され、直流電源１００から昇圧前の直流電力を受け取る。詳しくは、中電位配線１４が直流電源１００の正極に接続され、低電位配線１６が直流電源１００の負極に接続される。中電位配線１４には、インダクタ４４が設けられている。また、中電位配線１４と低電位配線１６との間には、第２平滑コンデンサ４２が接続されている。第２平滑コンデンサ４２は、主にコンバータ１０が降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能するときに、中電位配線１４と低電位配線１６との間の電圧の変動を抑制する。 The medium potential wiring 14 and the low potential wiring 16 are connected to the DC power supply 100 and receive DC power before boosting from the DC power supply 100. Specifically, the medium potential wiring 14 is connected to the positive electrode of the DC power supply 100, and the low potential wiring 16 is connected to the negative electrode of the DC power supply 100. An inductor 44 is provided in the medium potential wiring 14. A second smoothing capacitor 42 is connected between the middle potential wiring 14 and the low potential wiring 16. The second smoothing capacitor 42 suppresses fluctuations in voltage between the intermediate potential wiring 14 and the low potential wiring 16 mainly when the converter 10 functions as a step-down DC-DC converter.

なお、本明細書における高電位配線、中電位配線及び低電位配線といった呼称は、便宜的に付されたものであり、例えば高電位配線が中電位配線よりも常に高電位であること意図するものではない。本実施例のコンバータ１０においても、例えば高電位配線１２の電位が中電位配線１４の電位以下となり得る。 Note that the designations such as high potential wiring, medium potential wiring, and low potential wiring in this specification are given for convenience. For example, the high potential wiring is intended to always have a higher potential than the middle potential wiring. is not. Also in the converter 10 of this embodiment, for example, the potential of the high potential wiring 12 can be equal to or lower than the potential of the intermediate potential wiring 14.

コンバータ１０はさらに、上アームスイッチング素子２０と下アームスイッチング素子３０とを備える。上アームスイッチング素子２０は、高電位配線１２と中電位配線１４との間に接続されており、下アームスイッチング素子３０は、中電位配線１４と低電位配線１６との間に接続されている。上アームスイッチング素子２０及び下アームスイッチング素子３０の動作は、図示されないゲート駆動装置によって制御される。 Converter 10 further includes an upper arm switching element 20 and a lower arm switching element 30. The upper arm switching element 20 is connected between the high potential wiring 12 and the middle potential wiring 14, and the lower arm switching element 30 is connected between the middle potential wiring 14 and the low potential wiring 16. The operations of the upper arm switching element 20 and the lower arm switching element 30 are controlled by a gate driving device (not shown).

上アームスイッチング素子２０は、ＲＣ−ＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴ２２と還流ダイオード２４とが一体的に形成された半導体素子である。上アームスイッチング素子２０は、エミッタ電極２６とコレクタ電極２８を有する。エミッタ電極２６には、ＩＧＢＴ２６のエミッタに加えて、還流ダイオード２４のアノードが電気的に接続されている。コレクタ電極２８には、ＩＧＢＴのコレクタに加えて、還流ダイオードのカソードが電気的に接続されている。また、上アームスイッチング素子２０は、ＩＧＢＴ２２のゲートに接続されたゲート端子２９を備える。 The upper arm switching element 20 is an RC-IGBT, and is a semiconductor element in which an IGBT 22 and a free wheeling diode 24 are integrally formed. The upper arm switching element 20 has an emitter electrode 26 and a collector electrode 28. In addition to the emitter of the IGBT 26, the anode of the reflux diode 24 is electrically connected to the emitter electrode 26. In addition to the IGBT collector, the collector electrode 28 is electrically connected to the cathode of a freewheeling diode. The upper arm switching element 20 includes a gate terminal 29 connected to the gate of the IGBT 22.

図２を参照して、上アームスイッチング素子２０の具体的な構造について説明する。なお、図２に示す構造は一例であり、上アームスイッチング素子２０の構造を限定するものではない。上述したように、上アームスイッチング素子２０はＲＣ−ＩＧＢＴであり、単一の半導体基板５０にＩＧＢＴ２２と還流ダイオード２４とが一体に形成されている。半導体基板５０の上面５０ａにはエミッタ電極２６が形成されており、半導体基板５０の下面５０ｂにはコレクタ電極２８が形成されている。上面５０ａと下面５０ｂは、半導体基板５０の主面であって、互いに反対側に位置する。 A specific structure of the upper arm switching element 20 will be described with reference to FIG. The structure shown in FIG. 2 is an example, and the structure of the upper arm switching element 20 is not limited. As described above, the upper arm switching element 20 is an RC-IGBT, and the IGBT 22 and the freewheeling diode 24 are integrally formed on a single semiconductor substrate 50. An emitter electrode 26 is formed on the upper surface 50 a of the semiconductor substrate 50, and a collector electrode 28 is formed on the lower surface 50 b of the semiconductor substrate 50. The upper surface 50a and the lower surface 50b are main surfaces of the semiconductor substrate 50 and are located on the opposite sides.

半導体基板５０のＩＧＢＴ２２を構成する部分には、ｎ^＋型のエミッタ領域５２、ｐ型のボディ領域５４、ｎ⁻型のドリフト領域５６、ｎ型のバッファ領域５８、及び、ｐ^＋型のコレクタ領域６０が形成されている。エミッタ領域５２は、半導体基板５０の上面５０ａに露出しており、エミッタ電極２６に電気的に接続されている。ボディ領域５４もまた、図示されない位置で半導体基板５０の上面５０ａに露出しており、エミッタ電極２６に電気的に接続されている。コレクタ領域６０は、半導体基板５０の下面５０ｂに露出しており、コレクタ電極２８に電気的に接続されている。さらに、半導体基板５０の上面５０ａに沿って、複数のゲート電極６２が形成されている。ゲート電極６２はトレンチ型の埋め込み電極であって、絶縁膜６４によって半導体基板５０から絶縁されている。各々のゲート電極６２は、図示されない位置でゲート端子２９（図１参照）と電気的に接続されている。 The portion of the semiconductor substrate 50 constituting the IGBT 22 includes an n ⁺ -type emitter region 52, a p-type body region 54, an n ⁻ -type drift region 56, an n-type buffer region 58, and a p ⁺ -type collector region. 60 is formed. The emitter region 52 is exposed on the upper surface 50 a of the semiconductor substrate 50 and is electrically connected to the emitter electrode 26. The body region 54 is also exposed on the upper surface 50 a of the semiconductor substrate 50 at a position not shown, and is electrically connected to the emitter electrode 26. The collector region 60 is exposed on the lower surface 50 b of the semiconductor substrate 50 and is electrically connected to the collector electrode 28. Further, a plurality of gate electrodes 62 are formed along the upper surface 50 a of the semiconductor substrate 50. The gate electrode 62 is a trench type buried electrode, and is insulated from the semiconductor substrate 50 by the insulating film 64. Each gate electrode 62 is electrically connected to the gate terminal 29 (see FIG. 1) at a position not shown.

半導体基板５０の還流ダイオード２４を構成する部分には、ｐ型のアノード領域６６、ｎ⁻型のドリフト領域５６、ｎ型のバッファ領域５８、及び、ｎ^＋型のカソード領域６８が形成されている。アノード領域６６は、半導体基板５０の上面５０ａに露出しており、エミッタ電極２６に電気的に接続されている。カソード領域６８は、半導体基板５０の下面５０ｂに露出しており、コレクタ電極２８に電気的に接続されている。なお、ドリフト領域５６とバッファ領域５８のそれぞれは、ＩＧＢＴ２２を構成する部分と還流ダイオード２４を構成する部分との両者に亘って広がっている。また、還流ダイオード２４を構成する部分にも複数のゲート電極６２が形成されているが、これらのゲート電極６２はゲート端子２９に接続されていないダミーである。 A p-type anode region 66, an n ⁻ -type drift region 56, an n-type buffer region 58, and an n ⁺ -type cathode region 68 are formed in a portion of the semiconductor substrate 50 constituting the free-wheeling diode 24. . The anode region 66 is exposed on the upper surface 50 a of the semiconductor substrate 50 and is electrically connected to the emitter electrode 26. The cathode region 68 is exposed on the lower surface 50 b of the semiconductor substrate 50 and is electrically connected to the collector electrode 28. Note that each of the drift region 56 and the buffer region 58 extends over both the portion constituting the IGBT 22 and the portion constituting the free-wheeling diode 24. A plurality of gate electrodes 62 are also formed in the portion constituting the freewheeling diode 24, but these gate electrodes 62 are dummy not connected to the gate terminal 29.

下アームスイッチング素子３０もまた、ＲＣ−ＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴ３２と還流ダイオード３４とが一体的に形成された半導体素子である。下アームスイッチング素子３０は、エミッタ電極３６とコレクタ電極３８を有する。エミッタ電極３６には、ＩＧＢＴ３２のエミッタに加えて、還流ダイオード３４のアノードが電気的に接続されている。コレクタ電極３８には、ＩＧＢＴ３２のコレクタに加えて、還流ダイオード３４のカソードが電気的に接続されている。また、下アームスイッチング素子３０は、ＩＧＢＴ３２のゲートに接続されたゲート端子３９を備える。 The lower arm switching element 30 is also an RC-IGBT, and is a semiconductor element in which an IGBT 32 and a reflux diode 34 are integrally formed. The lower arm switching element 30 has an emitter electrode 36 and a collector electrode 38. In addition to the emitter of the IGBT 32, the anode of the reflux diode 34 is electrically connected to the emitter electrode 36. In addition to the collector of the IGBT 32, the cathode of the reflux diode 34 is electrically connected to the collector electrode 38. The lower arm switching element 30 includes a gate terminal 39 connected to the gate of the IGBT 32.

下アームスイッチング素子３０の具体的な構造についても特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における下アームスイッチング素子３０は、図２に示す上アームスイッチング素子２０と同じ構造を有する。即ち、上アームスイッチング素子２０と下アームスイッチング素子３０との両者に、同一仕様のＲＣ−ＩＧＢＴが採用されている。なお、上アームスイッチング素子２０と下アームスイッチング素子３０には、互いに異なる仕様のＲＣ−ＩＧＢＴを採用してもよい。 The specific structure of the lower arm switching element 30 is not particularly limited. Although an example, the lower arm switching element 30 in the present embodiment has the same structure as the upper arm switching element 20 shown in FIG. That is, RC-IGBT of the same specification is adopted for both the upper arm switching element 20 and the lower arm switching element 30. Note that RC-IGBTs having different specifications may be adopted for the upper arm switching element 20 and the lower arm switching element 30.

図３に示すように、上アームスイッチング素子２０は、半導体モジュール７０内に配置されている。半導体モジュール７０は、二つの冷却器９０の間に配置されている。半導体モジュール７０と各々の冷却器９０は、絶縁プレート９２を介して圧接している。冷却器９０と絶縁プレート９２との間、及び、絶縁プレート９２と半導体モジュール７０との間には、伝熱性を悪化させる隙間を排除するために、放熱グリス９４が満たされている。 As shown in FIG. 3, the upper arm switching element 20 is disposed in the semiconductor module 70. The semiconductor module 70 is disposed between the two coolers 90. The semiconductor module 70 and each cooler 90 are in pressure contact via an insulating plate 92. Between the cooler 90 and the insulating plate 92, and between the insulating plate 92 and the semiconductor module 70, heat radiation grease 94 is filled in order to eliminate a gap that deteriorates heat conductivity.

半導体モジュール７０は、上アームスイッチング素子２０を封止する樹脂モールド７２と、第１リードフレーム７４と、導電性ブロック７６と、第２リードフレーム７８を備える。第１リードフレーム７４、導電性ブロック７６及び第２リードフレーム７８は、導電性を有する部材であり、例えば銅といった金属材料で形成されている。第１リードフレーム７４は、はんだ層７５を介して導電性ブロック７６に接続されており、導電性ブロック７６は、はんだ層７７を介して上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６に接合されている。第１リードフレーム７４は、図示されない位置で、中電位配線１４へ電気的に接続されている。これにより、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６は、導電性ブロック７６及び第１リードフレーム７４を介して、中電位配線１４へ電気的に接続されている。なお、導電性ブロック７６及び第１リードフレーム７４は、中電位配線１４の一部を構成するとも解釈し得る。 The semiconductor module 70 includes a resin mold 72 that seals the upper arm switching element 20, a first lead frame 74, a conductive block 76, and a second lead frame 78. The first lead frame 74, the conductive block 76, and the second lead frame 78 are members having conductivity, and are formed of a metal material such as copper, for example. The first lead frame 74 is connected to the conductive block 76 via the solder layer 75, and the conductive block 76 is joined to the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20 via the solder layer 77. The first lead frame 74 is electrically connected to the medium potential wiring 14 at a position not shown. Thereby, the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20 is electrically connected to the intermediate potential wiring 14 via the conductive block 76 and the first lead frame 74. The conductive block 76 and the first lead frame 74 can also be interpreted as constituting a part of the medium potential wiring 14.

第２リードフレーム７８は、はんだ層７９を介して上アームスイッチング素子２０のコレクタ電極２８に接合されている。第２リードフレーム７８は、図示されない位置で、高電位配線１２へ電気的に接続されている。これにより、上アームスイッチング素子２０のコレクタ電極２８は、第２リードフレーム７８を介して高電位配線１２へ電気的に接続されている。なお、第２リードフレーム７８は、高電位配線１２の一部を構成するとも解釈し得る。 The second lead frame 78 is joined to the collector electrode 28 of the upper arm switching element 20 via the solder layer 79. The second lead frame 78 is electrically connected to the high potential wiring 12 at a position not shown. Thereby, the collector electrode 28 of the upper arm switching element 20 is electrically connected to the high potential wiring 12 via the second lead frame 78. The second lead frame 78 can also be interpreted as constituting a part of the high potential wiring 12.

第１リードフレーム７４は、樹脂モールド７２の表面に露出しており、かつ、上アームスイッチング素子２０と熱的にも接続されている。これにより、第１リードフレーム７４は、半導体モジュール７０の熱を外部へ放出する放熱部材としても機能する。即ち、上アームスイッチング素子２０が発した熱は、導電性ブロック７６を介して第１リードフレーム７４に伝達され、第１リードフレーム７４から冷却器９０へ放出される。同様に、第２リードフレーム７８は、樹脂モールド７２の表面に露出しており、かつ、上アームスイッチング素子２０と熱的にも接続されている。これにより、第２リードフレーム７８もまた、半導体モジュール７０の熱を外部へ放出する放熱部材としても機能する。 The first lead frame 74 is exposed on the surface of the resin mold 72 and is also thermally connected to the upper arm switching element 20. Accordingly, the first lead frame 74 also functions as a heat radiating member that releases the heat of the semiconductor module 70 to the outside. That is, the heat generated by the upper arm switching element 20 is transmitted to the first lead frame 74 through the conductive block 76 and is discharged from the first lead frame 74 to the cooler 90. Similarly, the second lead frame 78 is exposed on the surface of the resin mold 72 and is also thermally connected to the upper arm switching element 20. Thereby, the second lead frame 78 also functions as a heat radiating member that releases the heat of the semiconductor module 70 to the outside.

半導体モジュール７０はさらに、信号入力端子８４を備える。信号入力端子８４は、導電性を有するワイヤ８２を介して上アームスイッチング素子２０のゲート端子２９に接続されている。信号入力端子８４は、図示されないゲート駆動装置に接続される。なお、前述した導電性ブロック７６は、第１リードフレーム７４と第２リードフレーム７８との間に、ワイヤ８２のスペースを確保するために設けられている。 The semiconductor module 70 further includes a signal input terminal 84. The signal input terminal 84 is connected to the gate terminal 29 of the upper arm switching element 20 through a conductive wire 82. The signal input terminal 84 is connected to a gate driving device (not shown). The conductive block 76 described above is provided to secure a space for the wire 82 between the first lead frame 74 and the second lead frame 78.

図示省略するが、下アームスイッチング素子３０についても、半導体モジュール７０内に配置されている。下アームスイッチング素子３０に関して、半導体モジュール７０の構造は特に限定されない。上アームスイッチング素子２０と同様であってもよいし、異なっていてもよい。また、上アームスイッチング素子２０と下アームスイッチング素子３０は、互いに異なるモジュール又はパッケージ内に配置されてもよい。 Although not shown, the lower arm switching element 30 is also arranged in the semiconductor module 70. Regarding the lower arm switching element 30, the structure of the semiconductor module 70 is not particularly limited. It may be the same as or different from the upper arm switching element 20. Further, the upper arm switching element 20 and the lower arm switching element 30 may be arranged in different modules or packages.

次に、コンバータ１０の動作について説明する。例えば自動車が加速するときは、直流電源１００から負荷１０２へ電力が供給される。直流電源１００から負荷１０２へ電力が供給される場合、コンバータ１０は昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。この場合、コンバータ１０では、下アームスイッチング素子３０のオン及びオフが高速で繰り返される。下アームスイッチング素子３０がオンしている間、直流電源１００からインダクタ４４に電流が流れ込み、インダクタ４４にエネルギーが蓄えられる。その後、下アームスイッチング素子３０がオフされると、インダクタ４４の逆起電力が発生し、インダクタ４４に蓄えられたエネルギーが、上アームスイッチング素子２０の還流ダイオード２４を通じて、直流電源１００の出力とともに負荷１０２へ出力される。その結果、直流電源１００の出力電圧よりも高電圧の直流電力が負荷１０２に供給される。 Next, the operation of converter 10 will be described. For example, when the automobile accelerates, power is supplied from the DC power supply 100 to the load 102. When electric power is supplied from the DC power supply 100 to the load 102, the converter 10 functions as a step-up DC-DC converter. In this case, in the converter 10, the lower arm switching element 30 is repeatedly turned on and off at a high speed. While the lower arm switching element 30 is on, a current flows from the DC power supply 100 to the inductor 44, and energy is stored in the inductor 44. Thereafter, when the lower arm switching element 30 is turned off, back electromotive force of the inductor 44 is generated, and the energy stored in the inductor 44 is loaded together with the output of the DC power supply 100 through the freewheeling diode 24 of the upper arm switching element 20. 102. As a result, DC power having a voltage higher than the output voltage of the DC power supply 100 is supplied to the load 102.

一方、例えば自動車が減速するときのように、負荷１０２から直流電源１００へ電力が供給されるときは、コンバータ１０が降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。コンバータ１０が降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する場合、上アームスイッチング素子２０のオン及びオフが高速で繰り返される。上アームスイッチング素子２０がオンしている間、負荷１０２からインダクタ４４に電流が流れ込み、インダクタ４４にエネルギーが蓄えられる。その後、上アームスイッチング素子２０がオフされると、インダクタ４４において逆起電力が発生し、インダクタ４４に蓄えられた電力が直流電源１００へ供給される。その結果、負荷１０２の出力電圧よりも低電圧の直流電力が負荷１０２に供給される。 On the other hand, when power is supplied from the load 102 to the DC power source 100, for example, when the automobile decelerates, the converter 10 functions as a step-down DC-DC converter. When the converter 10 functions as a step-down DC-DC converter, the upper arm switching element 20 is repeatedly turned on and off at a high speed. While the upper arm switching element 20 is on, a current flows from the load 102 to the inductor 44, and energy is stored in the inductor 44. Thereafter, when the upper arm switching element 20 is turned off, a counter electromotive force is generated in the inductor 44, and the electric power stored in the inductor 44 is supplied to the DC power supply 100. As a result, DC power having a voltage lower than the output voltage of the load 102 is supplied to the load 102.

一般的に、ＤＣ−ＤＣコンバータでは、上アームスイッチング素子のエミッタ電極に接合された導電体や、当該導電体とエミッタ電極との間の接合部分において、断線が生じるおそれがある。特に、導電体とエミッタ電極との間の接合部分は、製造誤差や経時劣化に起因して、断線が生じやすい部分である。即ち、本実施例のコンバータ１０では、上記した導電体の一例である導電性ブロック７６と、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６との接合部分（即ち、はんだ層７７）において、断線が生じやすいといえる。以下、導電性ブロック７６とエミッタ電極２６との間の接合部分における断線を、「エミッタ電極２６における断線」などのように簡略して記載することがある。ここで、仮に上アームスイッチング素子２０がＲＣ−ＩＧＢＴではなく、還流ダイオード２４が上アームスイッチング素子２０とは別の半導体素子で設けられていると仮定する。このような形態であれば、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６において断線が生じたとしても、直流電源１００と負荷１０２との間は還流ダイオード２４を介して電気的に接続され続けるので、直流電源１００から走行用モータ１０４への電力供給を継続することができる。 In general, in a DC-DC converter, there is a possibility that disconnection may occur in a conductor bonded to the emitter electrode of the upper arm switching element or in a bonded portion between the conductor and the emitter electrode. In particular, the junction between the conductor and the emitter electrode is a portion where disconnection is likely to occur due to manufacturing errors and deterioration over time. That is, in the converter 10 of the present embodiment, disconnection is likely to occur at the joint portion (that is, the solder layer 77) between the conductive block 76, which is an example of the above-described conductor, and the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20. It can be said. Hereinafter, the disconnection at the junction between the conductive block 76 and the emitter electrode 26 may be simply described as “disconnection in the emitter electrode 26”. Here, it is assumed that the upper arm switching element 20 is not an RC-IGBT, and the free wheel diode 24 is provided by a semiconductor element different from the upper arm switching element 20. With such a configuration, even if a disconnection occurs in the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20, the DC power supply 100 and the load 102 continue to be electrically connected via the freewheeling diode 24. The power supply from the power supply 100 to the traveling motor 104 can be continued.

これに対して、本実施例では、上アームスイッチング素子２０がＲＣ−ＩＧＢＴであり、ＩＧＢＴ２２と還流ダイオード２４が同じエミッタ電極２６を共用する。従って、エミッタ電極２６において断線が生じると、還流ダイオード２４を通る経路についても断線されてしまう。その結果、直流電源１００と負荷１０２との間の電気的な接続は完全に切断され、直流電源１００から走行用モータ１０４への電力供給はもはや不可能となる。このように、上アームスイッチング素子２０にＲＣ−ＩＧＢＴを採用したコンバータ１０では、特有の問題として、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６で断線が生じた段階で、走行用モータ１０４への電力供給ができなくなってしまう。 On the other hand, in this embodiment, the upper arm switching element 20 is an RC-IGBT, and the IGBT 22 and the freewheeling diode 24 share the same emitter electrode 26. Therefore, when the disconnection occurs in the emitter electrode 26, the path passing through the reflux diode 24 is also disconnected. As a result, the electrical connection between the DC power supply 100 and the load 102 is completely disconnected, and power supply from the DC power supply 100 to the traveling motor 104 is no longer possible. Thus, in converter 10 employing RC-IGBT as upper arm switching element 20, as a specific problem, power is supplied to traveling motor 104 when disconnection occurs at emitter electrode 26 of upper arm switching element 20. Will not be able to.

自動車では、他の工業製品と異なり、コンバータ１０に異常が生じたときでも、例えば路肩等まで退避し得るように、一定限の走行を継続することが求められる。このような異常時における一定限の走行は、例えば退避走行又はフェールセーフ走行と称されることがある。退避走行を可能とするためには、コンバータ１０に故障や異常が生じたときでも、走行用モータ１０４への電力供給が維持されることが望ましい。言い換えると、走行用モータ１０４への電力供給を不可能とする故障は、未然に回避されることが求められる。即ち、上アームスイッチング素子２０にＲＣ−ＩＧＢＴを採用したコンバータ１０では、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６における断線を、未然に回避することが求められる。 Unlike other industrial products, automobiles are required to continue running for a limited time so that, even when an abnormality occurs in converter 10, for example, it can be evacuated to the road shoulder or the like. A certain amount of traveling during such an abnormality may be referred to as, for example, evacuation traveling or fail-safe traveling. In order to enable the retreat travel, it is desirable to maintain the power supply to the travel motor 104 even when the converter 10 has a failure or abnormality. In other words, a failure that makes it impossible to supply power to the traveling motor 104 is required to be avoided in advance. That is, in the converter 10 employing the RC-IGBT as the upper arm switching element 20, it is required to avoid the disconnection in the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20 in advance.

上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６における断線は、エミッタ電極２６と導電性ブロック７６との間の接合部分（本実施例では、はんだ層７７）が、通電に起因する発熱によって過熱され、溶断することによって生じる。この点に関して、エミッタ電極２６と導電性ブロック７６との間の接合面積（本実施例では、はんだ層７７の面積）を大きくするほど、接合部分における電流密度が低下することから、接合部分の温度上昇を抑制することができる。本発明者は、エミッタ電極２６と導電性ブロック７６との間の接合面積と、それらの接合部分の温度上昇との間の関係について検証を行った。その結果を以下に説明する。 The disconnection in the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20 is caused by the joint portion (in this embodiment, the solder layer 77) between the emitter electrode 26 and the conductive block 76 being overheated by heat generated by energization and fusing. Caused by In this regard, as the junction area between the emitter electrode 26 and the conductive block 76 (in this embodiment, the area of the solder layer 77) increases, the current density at the junction decreases, so the temperature of the junction The rise can be suppressed. The inventor has examined the relationship between the junction area between the emitter electrode 26 and the conductive block 76 and the temperature rise at the junction. The results will be described below.

最初に、今回の検証の前提条件について説明する。面積に関する条件として、上アームスイッチング素子２０の面積（いわゆる素子サイズ）を２００ｍｍ^２とし、エミッタ電極２６の面積は、上アームスイッチング素子２０の面積の８０パーセント、即ち１６０ｍｍ^２とした。そして、エミッタ電極２６の面積に対する接合面積の割合（以下、面積率）は、経験則に基づいて、製造時の値から経時劣化によって５０パーセントまで低下するものと仮定した。即ち、製造時の面積率をＡとしたときに、製造時の接合面積は１６０ｍｍ^２×Ａで表されるが、温度上昇の計算では接合面積を（１６０ｍｍ^２×Ａ）×０．５＝８０ｍｍ^２×Ａとした。 First, the preconditions for this verification will be described. As a condition regarding the area, the area of the upper arm switching element 20 (so-called element size) was 200 mm ^2, and the area of the emitter electrode 26 was 80 percent of the area of the upper arm switching element 20, that is, 160 mm ² . Then, it was assumed that the ratio of the junction area to the area of the emitter electrode 26 (hereinafter referred to as area ratio) was reduced from the value at the time of manufacture to 50% due to deterioration with time based on empirical rules. That is, when the area ratio at the time of manufacturing is A, the bonding area at the time of manufacturing is represented by 160 mm ² × A, but in the calculation of the temperature rise, the bonding area is (160 mm ² × A) × 0.5 = 80 mm. ² × A.

電気抵抗に関する条件としては、接合部分であるはんだ層７７の厚みを１５０μｍとし、はんだ層７７の電気抵抗率を３０×１０^−８Ωｍとし、短絡時における最大電流を３５００アンペアとした。従って、損失Ｗを計算する式は、Ｗ＝Ｒ×Ｉ^２＝（３０×１０^−８）×（１５０×１０^−６）／（８０×Ａ×１０^−６）×３５００^２＝６．９／Ａと表される。なお、飽和電流の値は１５００アンペアを想定している。 The conditions relating to the electrical resistance were such that the thickness of the solder layer 77 which is a joint portion was 150 μm, the electrical resistivity of the solder layer 77 was 30 × 10 ⁻⁸ Ωm, and the maximum current at the time of short circuit was 3500 amperes. Therefore, the equation for calculating the loss W is W = R × I ² = (30 × 10 ⁻⁸ ) × (150 × 10 ⁻⁶ ) / (80 × A × 10 ⁻⁶ ) × 3500 ² = 6.9 / Represented as A. Note that the value of the saturation current is assumed to be 1500 amperes.

温度に関する条件としては、溶断が生じない上限温度を２３０℃とし、正常動作時の基準温度を１５０℃とした。従って、許容される温度上昇は８０℃となる。なお、２３０℃という上限温度は、錫（Ｓｎ）を主成分とするはんだ層７７の融点に基づく。そして、接合部分（即ち、はんだ層７７）の熱抵抗は、冷却器９０を含む冷却システムに異常が発生した状況も想定して、３．０℃／Ｗとした。以上の条件により、面積率Ａに対して、接合部分の上昇温度ΔＴは、ΔＴ＝３．０×６．９／Ａ＝２０．７Ａと表される。 As conditions regarding temperature, the upper limit temperature at which fusing does not occur was 230 ° C., and the reference temperature during normal operation was 150 ° C. Therefore, the allowable temperature rise is 80 ° C. The upper limit temperature of 230 ° C. is based on the melting point of the solder layer 77 containing tin (Sn) as a main component. The thermal resistance of the joint portion (that is, the solder layer 77) was set to 3.0 ° C./W on the assumption that an abnormality occurred in the cooling system including the cooler 90. With the above conditions, the rise temperature ΔT of the joint portion with respect to the area ratio A is expressed as ΔT = 3.0 × 6.9 / A = 20.7A.

図４は、上述した条件下において、面積率Ａと上昇温度ΔＴの関係をグラフ化したものである。図４に示すように、製造時の面積率Ａが２５パーセント以下であれば、接合部分の上昇温度ΔＴは許容値である８０℃を下回る。そのことから、経験則に基づいて安全率を２倍とし、面積率Ａを５０パーセント以上とすることで、上アームスイッチング素子２０のエミッタ電極２６における断線を未然に回避し得ると考えられる。以上の知見に基づいて、本実施例におけるコンバータ１０では、エミッタ電極２６と導電性ブロック７６との間の接合面積（即ち、はんだ層７７の面積）が、エミッタ電極２６の面積の５０パーセント以上となるように設計されている。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the area ratio A and the rising temperature ΔT under the conditions described above. As shown in FIG. 4, if the area ratio A at the time of manufacture is 25% or less, the rise temperature ΔT of the joint portion is lower than the allowable value of 80 ° C. Therefore, it is considered that disconnection in the emitter electrode 26 of the upper arm switching element 20 can be avoided beforehand by doubling the safety factor based on empirical rules and setting the area ratio A to 50% or more. Based on the above knowledge, in the converter 10 in the present embodiment, the junction area between the emitter electrode 26 and the conductive block 76 (that is, the area of the solder layer 77) is 50% or more of the area of the emitter electrode 26. Designed to be

上述した知見は、上アームスイッチング素子２０のコレクタ電極２８と、それに接合された導電体である第２リードフレーム７８との間の接合部分についても適用され得る。特に、コレクタ電極２８の面積は、エミッタ電極２６の面積よりも広い。従って、コレクタ電極２８側の接合部分における電流密度は、エミッタ電極２６側のそれよりも小さく、前者の方が温度上昇の幅も小さくなる。そのことから、エミッタ電極２６の場合と同様に、コレクタ電極２８と第２リードフレーム７８との間の接合面積（即ち、はんだ層７９の面積）が、コレクタ電極２８の５０パーセント以上となるように設計されていれば、コレクタ電極２８の接合部分における短絡についても未然に防止することができる。 The above-described knowledge can also be applied to a joint portion between the collector electrode 28 of the upper arm switching element 20 and the second lead frame 78 that is a conductor joined thereto. In particular, the area of the collector electrode 28 is wider than the area of the emitter electrode 26. Therefore, the current density at the junction portion on the collector electrode 28 side is smaller than that on the emitter electrode 26 side, and the former has a smaller temperature rise. Therefore, as in the case of the emitter electrode 26, the junction area between the collector electrode 28 and the second lead frame 78 (that is, the area of the solder layer 79) is 50% or more of the collector electrode 28. If designed, it is possible to prevent a short circuit at the junction of the collector electrode 28 in advance.

以上、本技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。例えば、上アームスイッチング素子２０が配置される半導体モジュール７０の構成は、適宜変更することができる。図５は、変形例の半導体モジュール１７０を示す。この半導体モジュール１７０では、上アームスイッチング素子２０が、第１リードフレーム１７４と第２リードフレーム１７８との間に配置されている。第１リードフレーム１７４と第２リードフレーム１７８は、図示しない締結装置によって互いに締め付けられており、上アームスイッチング素子２０に向けて付勢されている。 Although specific examples of the present technology have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. For example, the configuration of the semiconductor module 70 in which the upper arm switching element 20 is disposed can be changed as appropriate. FIG. 5 shows a modified semiconductor module 170. In the semiconductor module 170, the upper arm switching element 20 is disposed between the first lead frame 174 and the second lead frame 178. The first lead frame 174 and the second lead frame 178 are fastened to each other by a fastening device (not shown) and are biased toward the upper arm switching element 20.

第１リードフレーム１７４とエミッタ電極２６との間には、モリブデンで形成された第１導電体１８６が配置されており、第２リードフレーム１７８とコレクタ電極２８との間にも、モリブデンで形成された第２導電体１８８が配置されている。エミッタ電極２６と第１導電体１８６は互いに圧接しており、それによって両者は接合されている。同様に、コレクタ電極２８と第２導電体１８８は互いに圧接しており、それによって両者は接合されている。半導体モジュール１７０はさらに、信号入力端子１８４を備える。信号入力端子１８４は、弾性変形可能なピン１８５を介して、ゲート端子２９に接続されている。半導体モジュール１７０は、圧接型の半導体モジュールの一例である。このように、上アームスイッチング素子２０は、圧接型の半導体モジュール１７０に配置されてもよい。圧接型の半導体モジュール１７０では、低融点のはんだを利用する必要がないので、エミッタ電極２６やコレクタ電極２８における断線をより防止することができる。 A first conductor 186 made of molybdenum is disposed between the first lead frame 174 and the emitter electrode 26, and is also made of molybdenum between the second lead frame 178 and the collector electrode 28. A second conductor 188 is disposed. The emitter electrode 26 and the first conductor 186 are in pressure contact with each other, thereby joining them together. Similarly, the collector electrode 28 and the second conductor 188 are in pressure contact with each other, thereby joining them together. The semiconductor module 170 further includes a signal input terminal 184. The signal input terminal 184 is connected to the gate terminal 29 via an elastically deformable pin 185. The semiconductor module 170 is an example of a pressure contact type semiconductor module. As described above, the upper arm switching element 20 may be disposed in the pressure contact type semiconductor module 170. In the pressure-contact type semiconductor module 170, it is not necessary to use a solder having a low melting point, so that disconnection in the emitter electrode 26 and the collector electrode 28 can be further prevented.

また、コンバータ１０は、互いに並列に接続された複数の上アームスイッチング素子２０を備えてもよく、互い並列に接続された複数の下アームスイッチング素子３０を備えてもよい。 Converter 10 may include a plurality of upper arm switching elements 20 connected in parallel to each other, or may include a plurality of lower arm switching elements 30 connected in parallel to each other.

本明細書又は図面に記載された技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示された技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

１０：ＤＣ−ＤＣコンバータ（コンバータ）
１２：高電位配線
１４：中電位配線
１６：低電位配線
２０：上アームスイッチング素子
２２：上アームスイッチング素子のＩＧＢＴ
２４：上アームスイッチング素子の還流ダイオード
２６：上アームスイッチング素子のエミッタ電極
２８：上アームスイッチング素子のコレクタ電極
３０：下アームスイッチング素子
３２：下アームスイッチング素子のＩＧＢＴ
３４：下アームスイッチング素子の還流ダイオード
３６：下アームスイッチング素子のエミッタ電極
３８：下アームスイッチング素子のコレクタ電極
４０：第１平滑コンデンサ
４２：第２平滑コンデンサ
４４：インダクタ
５０：半導体基板
７０、１７０：半導体モジュール
７２：樹脂モールド
７４、１７４：第１リードフレーム
７５、７７、７９：はんだ層
７６：導電性ブロック（エミッタ電極に接合された導電体の一例）
７８、１７８：第２リードフレーム
９０：冷却器
９２：絶縁プレート
９４：放熱グリス
１００：直流電源
１０２：負荷
１０４：走行用モータ
１０６：三相インバータ 10: DC-DC converter (converter)
12: High potential wiring 14: Medium potential wiring 16: Low potential wiring 20: Upper arm switching element 22: IGBT of upper arm switching element
24: Free-wheel diode of the upper arm switching element 26: Emitter electrode of the upper arm switching element 28: Collector electrode of the upper arm switching element 30: Lower arm switching element 32: IGBT of the lower arm switching element
34: Lower arm switching element free-wheeling diode 36: Lower arm switching element emitter electrode 38: Lower arm switching element collector electrode 40: First smoothing capacitor 42: Second smoothing capacitor 44: Inductor 50: Semiconductor substrates 70, 170: Semiconductor module 72: Resin mold 74, 174: First lead frames 75, 77, 79: Solder layer 76: Conductive block (an example of a conductor bonded to the emitter electrode)
78, 178: second lead frame 90: cooler 92: insulating plate 94: heat radiation grease 100: DC power supply 102: load 104: traveling motor 106: three-phase inverter

Claims

A DC-DC converter used for a DC power supply for supplying power to a load including a motor for driving an automobile,
High potential wiring,
Medium potential wiring;
Low potential wiring,
An upper arm switching element connected between the high potential wiring and the medium potential wiring;
A lower arm switching element connected between the medium potential wiring and the low potential wiring;
With
The high potential wiring and the low potential wiring are connected to the load, the medium potential wiring and the low potential wiring are connected to the DC power source,
The upper arm switching element is an RC-IGBT,
A conductor electrically connected to the intermediate potential wiring is joined to the emitter electrode of the RC-IGBT,
The junction area between the emitter electrode and the conductor is 50% or more of the area of the emitter electrode.
DC-DC converter.

The DC-DC converter according to claim 1, wherein the emitter electrode and the conductor are joined via solder.

The DC-DC converter according to claim 1, wherein the emitter electrode and the conductor are in pressure contact with each other.