JP6539998B2 - Semiconductor power converter - Google Patents

Semiconductor power converter

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JP6539998B2 JP2014238968A JP2014238968A JP6539998B2 JP 6539998 B2 JP6539998 B2 JP 6539998B2 JP 2014238968 A JP2014238968 A JP 2014238968A JP 2014238968 A JP2014238968 A JP 2014238968A JP 6539998 B2 JP6539998 B2 JP 6539998B2
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本発明は、ディスクリートタイプの複数の半導体素子を基板に固定して構成される半導体電力変換装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor power converter configured by fixing a plurality of discrete type semiconductor elements to a substrate.

半導体電力変換装置として代表的なインバータ装置は、図9に示すように、交流電源100から供給される交流電力をダイオード整流器200で直流電圧に変換し、この直流電圧をコンデンサ300で平滑化し、インバータ回路400で交流電力に変換されて交流負荷500に供給される。ここで、インバータ回路400は、上下3組の上スイッチングアームSu、Sv、Swと下スイッチングアームSx、Sy、Szとが個別に直列に接続された3組のハーフブリッジ回路がコンデンサ300と並列に接続された構成を有する。そして、各ハーフブリッジ回路のスイッチングアーム間の接続点から出力される三相交流が交流負荷500に供給される。各スイッチングアームSu〜Szのそれぞれは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)やパワーMOS電界効果トランジスタ等を代表とする電圧制御型半導体素子401とこれに逆並列に接続されたフリーホイーリングダイオード(FWD)402とで構成されている。   As shown in FIG. 9, in a typical inverter device as a semiconductor power conversion device, alternating current power supplied from an alternating current power supply 100 is converted into a direct current voltage by a diode rectifier 200, this direct current voltage is smoothed by a capacitor 300, and the inverter is The circuit 400 converts it into AC power and supplies it to the AC load 500. Here, in the inverter circuit 400, three sets of half bridge circuits in which upper and lower sets of upper switching arms Su, Sv and Sw and lower switching arms Sx, Sy and Sz are connected in series are connected in parallel to the capacitor 300. It has a connected configuration. The three-phase alternating current output from the connection point between the switching arms of each half bridge circuit is supplied to the alternating current load 500. Each of the switching arms Su to Sz is a voltage controlled semiconductor element 401 represented by an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a power MOS field effect transistor, or the like, and a freewheeling diode (FWD) connected in antiparallel to this. And 402.

ところで、上述した各アームSu〜Szは、通常、図10(a)に示すTO−220,247,3Pなどと呼ばれるディスクリートタイプの半導体素子Seや図10(b)に示すモジュールタイプの半導体素子Smなどの形状を有する電子部品として構成されている。電流容量が比較的小さい電力変換装置には図10(a)に示すディスクリートタイプの半導体素子Seが使用され、反対に電流容量が比較的大きい電力変換装置には図10(b)に示すモジュールタイプの半導体素子Smが用いられる。   By the way, each arm Su to Sz mentioned above is usually a discrete type semiconductor element Se called TO-220, 247 or 3P shown in FIG. 10A, or a module type semiconductor element Sm shown in FIG. 10B. It is comprised as an electronic component which has shapes, such as. A discrete type semiconductor element Se shown in FIG. 10 (a) is used for a power converter having a relatively small current capacity, and a module type shown in FIG. 10 (b) for a power converter having a relatively large current capacity. The semiconductor element Sm is used.

図10(a)に示すディスクリートタイプの半導体素子Seを使用して電流容量の大きい装置を構成する場合には、図11に示すように、複数のディスクリートタイプの半導体素子Seを並列に配置して接続するようにしている(特許文献1参照)。
ここで、ディスクリートタイプの半導体素子SeがIGBTの場合は、等価回路で表すと、図12(a)に示すように、コレクタ及びエミッタ間にフリーホイーリングダイオードが逆方向接続された構成を有する。外見は、図12(b)に示すように、正面から見て長方形で、下端部には、左側からゲート端子G、コレクタ端子C及びエミッタ端子Eが順に突出形成されている。また、厚みは、図12(c)に示すように比較的薄く、非絶縁パッケージの場合、背面側にコレクタ端子Cと同電位となる背面金属板部C2が露出して形成されている。
When using a discrete type semiconductor element Se shown in FIG. 10A to configure a device having a large current capacity, as shown in FIG. 11, a plurality of discrete type semiconductor elements Se are arranged in parallel. It is made to connect (refer patent document 1).
Here, when the semiconductor element Se of discrete type is an IGBT, it can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG. 12A, in which a freewheeling diode is reversely connected between the collector and the emitter. As shown in FIG. 12B, the appearance is rectangular when viewed from the front, and a gate terminal G, a collector terminal C and an emitter terminal E are formed in order from the left side at the lower end. Further, as shown in FIG. 12C, the thickness is relatively thin, and in the case of a non-insulation package, a back metal plate portion C2 having the same potential as the collector terminal C is exposed on the back side.

また、ディスクリートタイプの半導体素子Seは、電圧が印加されたり、電流が流れたりすると発熱するため、何らかの冷却手段が必要となる。そこで、ディスクリートタイプの半導体素子Seでは、背面側に露出形成された背面金属板部C2を放熱面としてこの背面金属板部C2を冷却フィン上などに接触させ、冷却する必要がある。
複数のディスクリートタイプの半導体素子Seを並列接続する場合には、図13に示すように横長の共通冷却フィンFに背面金属板部C2を接触させて並列配置するようにしている。また、ヒートシンク上に絶縁伝熱シートを介して半導体ディスクリート部品を並列配置することも知られている(例えば、特許文献2参照)。
Further, since the discrete type semiconductor element Se generates heat when voltage is applied or current flows, some kind of cooling means is required. Therefore, in the discrete type semiconductor element Se, the back metal plate portion C2 exposed on the back side needs to be brought into contact with a cooling fin or the like to be cooled, with the back metal plate portion C2 exposed as a heat dissipation surface.
When connecting a plurality of discrete type semiconductor elements Se in parallel, as shown in FIG. 13, the back metal plate portion C2 is brought into contact with the horizontally long common cooling fins F and arranged in parallel. It is also known to arrange semiconductor discrete components in parallel on a heat sink via an insulation heat transfer sheet (see, for example, Patent Document 2).

さらには、ディスクリート半導体素子の背面金属板部をケース本体に取り付けばねを用いて密着させて固定し、ディスクリートタイプの半導体素子の中央部のコレクタ端子を背面金属板部から離れる方向に折り曲げてその延長端を再度折り曲げるようにし、先端の折り曲げ部をプリント基板に挿通することにより、ディスクリート半導体素子の傾斜を抑制して金属板部とケース本体との密着性を高める構成とすることも知られている(例えば、特許文献3参照)。   Furthermore, the back metal plate portion of the discrete semiconductor element is attached to and fixed to the case main body using a mounting spring, and the collector terminal of the central portion of the discrete type semiconductor element is bent in a direction away from the back metal plate portion It is also known to suppress the inclination of the discrete semiconductor element and enhance the adhesion between the metal plate portion and the case main body by bending the end again and inserting the bent portion of the tip into the printed circuit board. (See, for example, Patent Document 3).

特許第3837064号公報Patent No. 3837064 特開2005−72249号公報JP 2005-72249 A 特開2003−152369号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-152369

このようなディスクリートタイプの半導体素子Seは、図14(a)に示すようにプリント基板に配置される場合が多いが、コレクタ端子C−エミッタ端子E間の電圧VCEの高い、高耐圧のIGBTを適用すると、プリント基板600上で、高電位となるコレクタ端子Cと、低電位となるゲート端子G及びエミッタ端子Eとの間に絶縁沿面距離が確保できなくなる。 Such a discrete type semiconductor element Se is often disposed on a printed circuit board as shown in FIG. 14A, but a high breakdown voltage IGBT having a high voltage V CE between the collector terminal C and the emitter terminal E If it applies, the insulation creepage distance can not be secured between the collector terminal C having a high potential and the gate terminal G and the emitter terminal E having a low potential on the printed circuit board 600.

このため、図14(b)に示すように、プリント基板600にゲート端子Gの挿通孔及びコレクタ端子Cの挿通孔間とコレクタ端子Cの挿通孔及びエミッタ端子Eの挿通孔との間に、ゲート端子G、コレクタ端子C及びエミッタ端子Eの配列方向と直交する方向に延長する2つのスリット701,702を形成して絶縁沿面距離を確保することが考えられる。   Therefore, as shown in FIG. 14B, between the insertion holes of the gate terminal G and the insertion holes of the collector terminal C and the insertion holes of the collector terminal C and the insertion holes of the emitter terminal E in the printed circuit board 600, It is conceivable to form two slits 701 and 702 extending in the direction orthogonal to the arrangement direction of the gate terminal G, the collector terminal C and the emitter terminal E to secure the insulation creepage distance.

しかしながら、この場合には、1つのディスクリートタイプの半導体素子Seに対して2つのスリット701,702を形成する必要があることからプリント基板600の強度が低下してしまうという未解決の課題が生じる。
また、前述した特許文献3に記載されているように、中央のコレクタ端子Cを背面金属板部とは反対側の前方に折り曲げ、その折り曲げ端をさらに下方に折り曲げてプリント基板の挿通孔に挿通することも考えられる。この場合には、図15に示すように、複数のディスクリートタイプの半導体素子を直列に接続する場合、コレクタ端子Cが前方に折り曲げられて突出する関係で、ディスクリートタイプの半導体素子Seの前方側の絶縁沿面距離がコレクタ端子の絶縁沿面距離分だけ前方に膨出することになり、プリント基板上でのディスクリートタイプの半導体素子Seの配列長さが長くなり、結果としてプリント基板サイズの大型化に繋がってしまい、コストアップとなるという未解決の課題がある。
However, in this case, since it is necessary to form two slits 701 and 702 for one discrete type semiconductor element Se, there arises an unsolved problem that the strength of the printed circuit board 600 is lowered.
Also, as described in Patent Document 3 described above, the central collector terminal C is bent forward on the side opposite to the back metal plate portion, and the bent end is further bent downward and inserted into the insertion hole of the printed circuit board It is also conceivable to do. In this case, as shown in FIG. 15, when connecting a plurality of discrete type semiconductor elements in series, the collector terminal C is bent forward and protrudes, so that the front side of the discrete type semiconductor element Se is The insulation creepage distance bulges forward by the insulation creepage distance of the collector terminal, and the arrangement length of the discrete type semiconductor elements Se on the printed circuit board becomes longer, resulting in an increase in the printed circuit board size. And there is an unsolved problem of cost increase.

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ディスクリートタイプの半導体素子の絶縁沿面距離を確保しながら装置サイズを小型化することができる半導体電力変換装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made focusing on the unsolved problems of the above-described conventional example, and a semiconductor power conversion device capable of reducing the device size while securing the insulation creepage distance of discrete type semiconductor elements. The purpose is to provide.

本発明の一態様によれば、ディスクリートタイプの複数の半導体素子を基板に固定して構成される半導体電力変換装置であって、半導体素子は、一方の面に形成された放熱面と、該放熱面と交差する側面から突出され基板に保持される複数の端子とを備え、複数の端子のうち他の端子に対して高電位となる高電位端子を、少なくとも放熱面を含む面に向かって折り曲げ、半導体素子は、放熱面を金属導体で構成し、半導体素子を、放熱部品に金属導体を接触させた状態で固定して半導体装置を構成し、放熱部品が、高電位端子と同電位となるように設定されており、半導体素子は、高電位端子より低電位に設定され、高電位端子を挟んで整列された2つの低電位端子を備え、放熱部品は、低電位端子に対して沿面距離分離れた位置に基板への固定部が突出して形成されており、半導体素子は、半導体スイッチング素子と半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとを含んで構成され、半導体装置の複数を基板に高電位端子及び放熱部品の沿面距離を保って整列配置するとともに、隣接する半導体装置の一方の半導体素子の出力端子となる低電位端子と、他方の半導体素子の入力端子となる高電位端子とを電気的に接続し、一方の半導体素子の制御端子を駆動する駆動回路の一部を隣接する他方の半導体装置における放熱部品の沿面距離範囲内に配置した半導体電力変換装置を提供する。 According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor power conversion device configured by fixing a plurality of discrete type semiconductor elements to a substrate, the semiconductor elements comprising: a heat dissipation surface formed on one surface; A plurality of terminals projected from a side surface intersecting the surface and held by the substrate, and a high potential terminal which is a high potential with respect to the other terminals among the plurality of terminals is bent toward at least a surface including the heat dissipation surface The semiconductor element has a heat dissipation surface formed of a metal conductor, and the semiconductor element is fixed in a state where the metal conductor is in contact with the heat dissipation component to constitute a semiconductor device, and the heat dissipation component has the same potential as the high potential terminal. The semiconductor element is set to a lower potential than the high potential terminal, and includes two low potential terminals aligned with the high potential terminal interposed therebetween, and the heat dissipation component has a creeping distance with respect to the low potential terminal. To the substrate in a separated position The semiconductor element includes a semiconductor switching element and a diode connected in anti-parallel to the semiconductor switching element, and a plurality of semiconductor devices are used as a substrate and a high potential terminal and a heat radiation component. While keeping the creeping distance, they are aligned and at the same time, the low potential terminal which is the output terminal of one semiconductor element of the adjacent semiconductor device is electrically connected to the high potential terminal which is the input terminal of the other semiconductor element. A semiconductor power conversion device is provided in which a part of a drive circuit for driving the control terminal of the semiconductor element is disposed within the creepage distance range of the heat dissipation component in the other adjacent semiconductor device .

本発明の一態様によれば、ディスクリートタイプの半導体素子の高電位端子を、放熱面を含む面に向かって折り曲げることにより、プリント基板上で、他の低電位端子との間の絶縁沿面距離を確保することができ、ディスクリートタイプの半導体素子を直列配置する際に、高電位端子の絶縁沿面距離が膨出することを防止して、半導体電力変換装置の小型化を実現できる。   According to one aspect of the present invention, by bending the high potential terminal of the discrete type semiconductor element toward the surface including the heat dissipation surface, the insulation creepage distance between the printed circuit board and the other low potential terminal can be obtained. Therefore, when the discrete type semiconductor elements are arranged in series, the insulation creepage distance of the high potential terminal can be prevented from bulging, and the semiconductor power conversion device can be miniaturized.

本発明の一態様に適用するディスクリート半導体素子及びプリント基板を示す図である。It is a figure showing a discrete semiconductor element and a printed circuit board applied to one mode of the present invention. ディスクリート半導体素子を冷却フィンに装着した状態を示す側面図及びその等価回路図である。They are a side view which shows the state which mounted the discrete semiconductor element in the cooling fin, and its equivalent circuit schematic. 本発明の一態様を示す第1の実施形態に係る電力変換装置の一相分を示す回路図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a circuit diagram which shows one phase of the power converter device which concerns on 1st Embodiment which shows 1 aspect of this invention. 図3の上スイッチングアーム及び下スイッチングアームをディスクリート半導体素子で構成した場合の等価回路と、プリント基板上の半導体素子毎の絶縁沿面距離を示す底面図である。FIG. 4 is a bottom view showing an equivalent circuit in the case where upper and lower switching arms of FIG. 3 are formed of discrete semiconductor elements, and an insulation creepage distance of each semiconductor element on a printed circuit board. 図4の変形例を示す底面図である。It is a bottom view which shows the modification of FIG. 絶縁沿面距離を確保する1つのスリットを形成したプリント基板を示す底面図である。It is a bottom view showing the printed circuit board which formed one slit which secures insulation creepage distance. 本発明の一形態である第2の実施形態を示す等価回路図及びプリント基板を示す底面図である。They are an equivalent circuit schematic which shows 2nd Embodiment which is one form of this invention, and a bottom view which shows a printed circuit board. 本発明の一形態である電力変換装置の変形例を示す等価回路及びプリント基板を示す底面図である。It is a bottom view which shows the equivalent circuit and printed circuit board which show the modification of the power converter device which is one form of this invention. 2レベル電力変換装置を示す回路図である。It is a circuit diagram showing a two-level power converter. ディスクリートタイプの半導体素子及びモジュールタイプの半導体素子を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor element of a discrete type, and the semiconductor element of module type. ディスクリートタイプの半導体素子を並列配置する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where the semiconductor element of a discrete type is parallelly arranged. ディスクリートタイプの半導体素子を示す等価回路図、正面図及び側面図である。It is the equivalent circuit schematic, front view, and side view which show the semiconductor element of a discrete type. ディスクリートタイプの半導体素子を冷却フィンに並列配置した場合を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the case where the semiconductor element of a discrete type is parallelly arrange | positioned to a cooling fin. 従来のディスクリートタイプの半導体素子とプリント基板の装着位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the conventional discrete type semiconductor element and the mounting position of a printed circuit board. 従来のディスクリートタイプの半導体素子を直列接続した場合の等価回路と、プリント基板上の半導体素子毎の絶縁沿面距離を示す底面図である。They are an equivalent circuit at the time of connecting the conventional discrete type semiconductor element in series, and a bottom view which shows the insulation creepage distance for every semiconductor element on a printed circuit board.

以下、本発明の一態様を示す半導体電力変換装置について図面を伴って説明する。
〔第1の実施形態〕
本発明の一態様を示す第1の実施形態では、図1(a)に示すディスクリートタイプのディスクリート半導体素子Seが図1(b)に示すように基板としてのプリント基板11に装着されている。
Hereinafter, a semiconductor power conversion device according to an aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
In the first embodiment showing one aspect of the present invention, discrete type discrete semiconductor elements Se shown in FIG. 1A are mounted on a printed circuit board 11 as a substrate as shown in FIG. 1B.

ここで、ディスクリート半導体素子Seは、図2(b)に示す絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)やパワーMOSFETで構成される例えば電圧制御型の半導体スイッチング素子Qとこの半導体スイッチング素子Qに逆並列に接続されたフリーホイーリングダイオードDとで構成される1つのスイッチング用アームが内蔵された扁平な直方体状のパッケージ12を備えている。   Here, the discrete semiconductor element Se is connected in anti-parallel to, for example, a voltage control type semiconductor switching element Q and this semiconductor switching element Q which are configured by insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power MOSFETs shown in FIG. And a flat rectangular parallelepiped package 12 in which one switching arm composed of the freewheeling diode D is incorporated.

このパッケージ12には、図2(a)に示すように、背面側に放熱面12aが形成され、この放熱面12aと交差する扁平な側面のうちの底面に、下方に突出延長し、正面から見て左側から所定間隔を保って順に整列されたゲート端子G、コレクタ端子C及びエミッタ端子Eを備えている。また、放熱面12aには、コレクタ端子Cと同電位となり且つ放熱面となる金属導体製の背面金属導体板部C2が露出して形成されている。   As shown in FIG. 2A, the package 12 has a heat radiation surface 12a formed on the back side, and extends downward from the bottom of one of the flat side surfaces intersecting the heat radiation surface 12a, from the front. The gate terminal G, the collector terminal C, and the emitter terminal E are arranged in order with a predetermined distance from the left side. Further, on the heat dissipation surface 12a, a back metal conductor plate C2 made of a metal conductor, which has the same potential as the collector terminal C and is a heat dissipation surface, is exposed.

これらゲート端子G、コレクタ端子C及びエミッタ端子Eの内、中央位置のコレクタ端子Cが高電位端子となり、この高電位端子を挟むゲート端子G及びエミッタ端子Eがコレクタ端子Cより電位が低い低電位端子となる。
そして、中央位置のコレクタ端子Cが、図1(a)に示すように、パッケージ12の底面から下方に突出する突出部13aと、この突出部13aの下端から背面金属導体板部C2を含む平面に向かって底面と平行に折り曲げられた第1折曲部13bと、この第1折曲部13bの背面金属導体板部C2を含む平面より後方側の先端位置で下方に折り曲げられた第2折曲部13cとを有する折曲部13とで構成されている。
Of the gate terminal G, the collector terminal C and the emitter terminal E, the collector terminal C at the central position is a high potential terminal, and the gate terminal G and the emitter terminal E sandwiching the high potential terminal have a lower potential than the collector terminal C. It becomes a terminal.
Then, as shown in FIG. 1A, the collector terminal C at the center position is a flat surface including a protrusion 13a projecting downward from the bottom surface of the package 12 and a back metal conductor plate C2 from the lower end of the protrusion 13a. A second bent portion 13b bent parallel to the bottom surface toward the bottom, and a second bent portion bent downward at a tip position on the rear side of a plane including the back metal conductor plate portion C2 of the first bent portion 13b It is comprised by the bending part 13 which has the bending part 13c.

ここで、第2折曲部13cとゲート端子G及びエミッタ端子Eとの間隔が、プリント基板11に装着した際に、図1(b)に示すように、プリント基板11上で、必要な絶縁沿面距離CDを確保できるように折曲位置が設定されている。
なお、上記実施形態では、第1折曲部13bと第2折曲部13cにより2段階で折り曲げた場合を示しているが、必要な絶縁沿面距離CDを確保できるようにすれば折曲位置や折曲位置の個数を任意に設定することも可能である。例えば、折曲位置を第1折曲部13bのみとしてコレクタ端子が挿通孔14c(図1(a)参照)に対して斜めに挿通するようにしてもよく、また、折曲位置を3個以上設けるようにしてもよい。
Here, when the distance between the second bent portion 13c and the gate terminal G and the emitter terminal E is mounted on the printed board 11, as shown in FIG. 1 (b), insulation necessary on the printed board 11 is obtained. The bending position is set so as to secure the creeping distance CD.
In the above embodiment, the first bending portion 13b and the second bending portion 13c indicate bending in two steps. However, if it is possible to secure a necessary insulation creepage distance CD, bending position or the like can be obtained. It is also possible to set the number of bending positions arbitrarily. For example, the bending position may be set to only the first bending portion 13b and the collector terminal may be inserted obliquely to the insertion hole 14c (see FIG. 1A), and three or more bending positions may be inserted. It may be provided.

このディスクリート半導体素子Seは、図1(b)及び図2(a)に示すように、プリント基板11に装着される。このプリント基板11には、ディスクリート半導体素子Seのゲート端子G、コレクタ端子Cの第2折曲部13c及びエミッタ端子Eを挿通する貫通した挿通孔14g、14c及び14eがゲート端子G及びエミッタ端子Eとコレクタ端子Cの第2折曲部13cとの間の沿面距離CD及びゲート端子G及びコレクタ端子Cと放熱フィン16の固定治具16cとの沿面距離CDを確保するように形成されている。   The discrete semiconductor element Se is mounted on the printed circuit board 11 as shown in FIGS. 1 (b) and 2 (a). In the printed circuit board 11, through holes 14g, 14c and 14e through which the gate terminal G of the discrete semiconductor element Se, the second bent portion 13c of the collector terminal C, and the emitter terminal E are inserted are gate terminals G and emitter terminals E. And the second bent portion 13c of the collector terminal C, and the creeping distance CD between the gate terminal G, the collector terminal C, and the fixing jig 16c of the radiation fin 16 are secured.

また、ディスクリート半導体素子Seは、電圧印加時や電流通電時に発生する発熱量を放熱するために、図2(a)に示すように、放熱部品としての放熱フィン16に固定され、ディスクリート半導体素子Seと放熱フィン16とで半導体装置SDが構成されている。
放熱フィン16は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、銅等の高熱伝導率の金属材料で例えば引き抜き加工によって形成され、平坦面を有する板状部16aと、この板状部16aの背面側からプリント基板11と平行に上下方向に所定間隔を保って後方に延長する複数のフィン部16bとで構成されている。
Further, as shown in FIG. 2A, the discrete semiconductor element Se is fixed to the radiation fin 16 as a heat radiation component to radiate the heat generation amount generated at the time of voltage application and current application, and the discrete semiconductor element Se The semiconductor device SD is configured by the heat radiation fins 16 and the heat radiation fins 16.
The heat dissipating fins 16 are formed of, for example, a metal material with high thermal conductivity such as aluminum, aluminum alloy, or copper by, for example, a drawing process, and a plate portion 16a having a flat surface, and the printed board 11 from the back side of the plate portion 16a. And a plurality of fin portions 16b extending backward while maintaining a predetermined interval in the vertical direction in parallel with the above.

そして、放熱フィン16は、前後方向の両端側底面に突出形成された固定部としての固定治具16cによって、プリント基板11に固定保持されている。ここで、放熱フィン16の底面とプリント基板11の表面との間にコレクタ端子Cの第1折曲部13bを挿通する隙間が形成されている。また、板状部16aの表面側にディスクリート半導体素子Seがその背面金属導体板部C2を板状部16aに直接接触させるようにねじ止め等によって固定されている。   The radiation fin 16 is fixedly held on the printed circuit board 11 by a fixing jig 16c as a fixing portion which is formed so as to protrude from the bottom surfaces of both end sides in the front-rear direction. Here, a gap for inserting the first bent portion 13 b of the collector terminal C is formed between the bottom surface of the heat dissipating fin 16 and the surface of the printed circuit board 11. The discrete semiconductor element Se is fixed to the surface side of the plate portion 16a by screwing or the like so that the back metal conductor plate portion C2 is brought into direct contact with the plate portion 16a.

この状態では、図1(b)及び図2(a)に示すように、ディスクリート半導体素子Seのコレクタ端子Cの第1折曲部13bが放熱フィン16の下面に沿って後方に延長し、この放熱フィン16の下側で第2折曲部13cが挿通孔14cに挿通されている。
そして、ディスクリート半導体素子Seと放熱フィン16とで構成される半導体装置SDを等価回路で表すと、図2(b)に示すように、ディスクリート半導体素子Seが電圧制御型半導体スイッチング素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)Qと、この絶縁ゲートバイポーラトランジスタQに逆接続されたフリーホイーリングダイオードDとで構成され、コレクタ端子Cと放熱フィン16とが電気的に接続されて同電位となっている。また、図2(a)に示すように、プリント基板11の配線パターン11aによってディスクリート半導体素子Seのコレクタ端子Cの第2折曲部13cと放熱フィン16の固定治具16cとが同電位とされている。
In this state, as shown in FIGS. 1 (b) and 2 (a), the first bent portion 13b of the collector terminal C of the discrete semiconductor element Se extends rearward along the lower surface of the radiation fin 16, The second bent portion 13 c is inserted into the insertion hole 14 c at the lower side of the radiation fin 16.
And if semiconductor device SD comprised with discrete semiconductor element Se and the radiation fin 16 is represented by an equivalent circuit, as shown in FIG.2 (b), the discrete semiconductor element Se will be an insulated gate as a voltage control type semiconductor switching element. It is composed of a bipolar transistor (IGBT) Q and a freewheeling diode D reversely connected to the insulated gate bipolar transistor Q. The collector terminal C and the radiation fin 16 are electrically connected to be at the same potential. . Further, as shown in FIG. 2A, the second bent portion 13c of the collector terminal C of the discrete semiconductor element Se and the fixing jig 16c of the radiation fin 16 are set to the same potential by the wiring pattern 11a of the printed circuit board 11. ing.

以上の構成を有する半導体装置SDを複数使用してマルチレベルの半導体電力変換装置20が構成される。
この半導体電力変換装置20の一例は、例えば5レベル半導体電力変換装置を例にとり、その三相中の一相分を表すと、図3に示す構成を有する。
すなわち、正極ラインP1と負極ラインN1との間に、直列に接続された4個の充放電用コンデンサ301〜304と、直列に接続された例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)で構成される4個の半導体スイッチング素子Q1〜Q4が直列に接続された上スイッチングアームSA1u及び直列に接続された例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)で構成される4個の半導体スイッチング素子Q5〜Q8が直列に接続された下スイッチングアームSA1dの直列回路とが、並列に接続されている。
A multilevel semiconductor power conversion device 20 is configured using a plurality of semiconductor devices SD having the above configuration.
An example of the semiconductor power conversion device 20 has, for example, a five-level semiconductor power conversion device having a configuration shown in FIG. 3 if one of three phases is represented.
That is, there are four charge / discharge capacitors 301 to 304 connected in series between positive electrode line P1 and negative electrode line N1, and four, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) connected in series. Semiconductor switching devices Q1 to Q4 are connected in series, and four semiconductor switching devices Q5 to Q8 formed of, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) connected in series are connected in series The series circuit of the lower switching arm SA1d is connected in parallel.

各半導体スイッチング素子Q1〜Q8には、夫々逆並列にフリーホイーリングダイオードD1〜D8が個別に接続されて個別のアームを形成している。そして、半導体スイッチング素子Q4,Q5間の中点に交流電圧を出力する交流端子ACaが設けられている。
また、充放電用コンデンサ301,302間の中点に正極ラインP2が接続され、充放電用コンデンサ302,303間の中点に中性点ラインMが接続され、充放電用コンデンサ303,304間の中点に負極ラインN2が接続されている。
Freewheeling diodes D1 to D8 are individually connected in antiparallel to the respective semiconductor switching elements Q1 to Q8 to form individual arms. An AC terminal ACa for outputting an AC voltage is provided at a midpoint between the semiconductor switching elements Q4 and Q5.
Further, the positive electrode line P2 is connected to the middle point between the charge / discharge capacitors 301 and 302, and the neutral point line M is connected to the middle point between the charge / discharge capacitors 302 and 303, and between the charge / discharge capacitors 303 and 304. The negative electrode line N2 is connected to the middle point of.

さらに、半導体スイッチング素子Q2〜Q5の直列回路には、直列に接続されたダイオードD9,D10が逆並列に接続され、そのダイオードD9,D10間の中点が充放電用コンデンサ301,302間の中点を介して正極ラインP2に接続されている。
また、半導体スイッチング素子Q3〜Q6の直列回路には、直列に接続されたダイオードD11,D12が逆並列に接続され、そのダイオードD11,D12間の中点が充放電用コンデンサ302,303間の中点を介して中性点ラインMに接続されている。
Furthermore, diodes D9 and D10 connected in series are connected in anti-parallel to the series circuit of semiconductor switching elements Q2 to Q5, and the middle point between the diodes D9 and D10 is the middle between the charge / discharge capacitors 301 and 302. The point is connected to the positive electrode line P2.
In addition, diodes D11 and D12 connected in series are connected in anti-parallel to a series circuit of semiconductor switching elements Q3 to Q6, and a middle point between the diodes D11 and D12 is a middle between charging / discharging capacitors 302 and 303. It is connected to the neutral point line M via a point.

さらに、半導体スイッチング素子Q4〜Q7の直列回路には、直列に接続されたダイオードD13,D14が逆並列に接続され、そのダイオードD13,D14間の中点が充放電用コンデンサ303,304間の中点を介して負極ラインN2に接続されている。
そして、上述した上スイッチングアームSA1u及び下スイッチングアームSA1dを構成する各半導体スイッチング素子Q1〜Q8及びフリーホイーリングダイオードD1〜D8は、図3及び図4(a)に示すように、ディスクリート半導体素子Se1〜Se8で構成され、これらディスクリート半導体素子Se1〜Se8を、図4(b)に示すように、個別に放熱フィン16に固定保持して半導体装置SD1〜SD8が構成されている。
Furthermore, diodes D13 and D14 connected in series are connected in anti-parallel to the series circuit of semiconductor switching elements Q4 to Q7, and the middle point between the diodes D13 and D14 is an intermediate point between charge / discharge capacitors 303 and 304. The point is connected to the negative electrode line N2.
The semiconductor switching elements Q1 to Q8 and the freewheeling diodes D1 to D8 constituting the upper switching arm SA1u and the lower switching arm SA1d described above are discrete semiconductor elements Se1 as shown in FIGS. 3 and 4A. The discrete semiconductor elements Se1 to Se8 are individually fixed to and held by the radiation fins 16, as shown in FIG. 4B, to constitute semiconductor devices SD1 to SD8.

これら半導体装置SD1〜SD8は、プリント基板11上に、所定の絶縁沿面距離を保って配置するが、図4(b)に示すように、直線状に整列させて並列配置してもよいし、千鳥状に配置することもできる。ここで、隣接する2つのディスクリート半導体素子Sei(i=1〜7)及びSei+1は、前段側のディスクリート半導体素子Seiの放熱フィン16の背面に、後段側のディスクリート半導体素子Sei+1が対向するように配置されている。そして、各ディスクリート半導体素子Seiのエミッタ端子Eと隣接する後段側のディスクリート半導体素子Seiのコレクタ端子Cとをプリント基板11の裏面側に形成した配線パターンP10で接続して、図4(a)に示すように、各ディスクリート半導体素子Se1〜Se8が直列に接続されている。なお、配線パターンP10は、電位の異なる端子に対して必要な沿面距離を確保できるように配線する。   The semiconductor devices SD1 to SD8 are disposed on the printed circuit board 11 while maintaining a predetermined insulation creepage distance, but as shown in FIG. 4B, they may be aligned in parallel and disposed in parallel. It can also be arranged in a staggered manner. Here, the two adjacent discrete semiconductor elements Sei (i = 1 to 7) and Sei + 1 are arranged such that the subsequent stage discrete semiconductor elements Sei + 1 are opposed to the back surface of the radiation fin 16 of the previous stage discrete semiconductor elements Sei. It is done. Then, the emitter terminal E of each discrete semiconductor element Sei and the collector terminal C of the subsequent discrete semiconductor element Sei adjacent to each other are connected by a wiring pattern P10 formed on the back surface side of the printed board 11, as shown in FIG. As shown, the discrete semiconductor elements Se1 to Se8 are connected in series. The wiring pattern P <b> 10 is wired so as to secure a necessary creeping distance for terminals having different potentials.

この場合、半導体装置SD1〜SD8のプリント基板11上で必要とする絶縁沿面距離は、高電位端子となるコレクタ端子Cと、このコレクタ端子Cと同電位となる背面金属導体部C2に接触されて同電位となる放熱フィン16と、低電位端子となるゲート端子G及びエミッタ端子Eとによって図4(b)の線L1で囲まれた範囲となる。したがって、個々のディスクリート半導体素子Sei(i=1〜8)では、プリント基板11上で、ディスクリート半導体素子Sei(i=1〜8)のコレクタ端子Cの第2折曲部13cと放熱フィン16の固定治具16cのゲート端子G及びエミッタ端子E側端部と、ゲート端子G及びエミッタ端子Eとの間の沿面距離を確保すれば良い。   In this case, the insulation creepage distance required on the printed circuit board 11 of the semiconductor devices SD1 to SD8 is in contact with the collector terminal C serving as a high potential terminal and the back metal conductor C2 having the same potential as the collector terminal C. It becomes the range enclosed by the line L1 of FIG.4 (b) by the radiation fin 16 which becomes the same electric potential, and the gate terminal G and emitter terminal E which become a low electric potential terminal. Therefore, in each discrete semiconductor element Sei (i = 1 to 8), the second bent portion 13c of the collector terminal C of the discrete semiconductor element Sei (i = 1 to 8) and the radiation fin 16 on the printed board 11 A creeping distance between the gate terminal G and the emitter terminal E side end of the fixing jig 16 c and the gate terminal G and the emitter terminal E may be secured.

したがって、複数の半導体装置SD1〜SD8を、図4(b)に示すように、並列に配置する場合には、隣接する半導体装置SDi及びSDi+1との間で沿面距離を確保する必要がある。このとき、各半導体装置SDiでは、ディスクリート半導体素子Seiの高電位端子となるコレクタ端子Cの第2折曲部13cが放熱フィン16の下面側に配置されることになる。したがって、ディスクリート半導体素子Seiの第2折曲部13cで必要とする沿面距離を、前述した従来例のディスクリート半導体素子のコレクタ端子Cのように、ゲート端子G及びエミッタ端子Eより前方に膨出するように設ける必要がなくなる。   Therefore, when arranging a plurality of semiconductor devices SD1 to SD8 in parallel as shown in FIG. 4B, it is necessary to secure a creeping distance between the adjacent semiconductor devices SDi and SDi + 1. At this time, in each semiconductor device SDi, the second bent portion 13 c of the collector terminal C, which is a high potential terminal of the discrete semiconductor element Sei, is disposed on the lower surface side of the heat dissipating fin 16. Therefore, the creeping distance required for the second bent portion 13c of the discrete semiconductor element Sei bulges forward of the gate terminal G and the emitter terminal E as the collector terminal C of the discrete semiconductor element of the conventional example described above. There is no need to

このため、プリント基板11上に半導体装置SD1〜SD8を並列に配置した場合に、隣接する半導体装置SD1〜SD8の間隔を狭くすることが可能となる。したがって、半導体装置SD1〜SD8を使用した半導体電力変換装置20の全体構成を従来例に比較して十分に小型化することができる。
また、放熱フィン16をプリント基板11に形成した配線パターン11aによって高電位端子となるコレクタ端子C及び背面金属導体部C2と同電位となるようにしている。このため、コレクタ端子Cの第1折曲部13bを放熱フィン16の下面に近づけても放電などが発生することはなくなる。しかも、ディスクリート半導体素子Seを放熱フィン16に固定する際には、電気的な面から考慮する接触抵抗と、冷却的な面から考慮する接触熱抵抗との双方を考慮する必要がある。しかしながら、本実施形態では、放熱フィン16とコレクタ端子C及び背面金属端子C2とが同電位であるので、ディスクリート半導体素子Seを放熱フィン16に固定する際に、特に電気的な面から考慮する接触抵抗は不要であり、例えば絶縁特性を有する熱伝導部材などを使用しても問題ない。
Therefore, when the semiconductor devices SD1 to SD8 are arranged in parallel on the printed board 11, it is possible to narrow the interval between the adjacent semiconductor devices SD1 to SD8. Therefore, the entire configuration of semiconductor power conversion device 20 using semiconductor devices SD1 to SD8 can be sufficiently miniaturized as compared with the conventional example.
Further, the wiring pattern 11a formed on the printed circuit board 11 makes the radiation fin 16 have the same potential as the collector terminal C and the back metal conductor portion C2 to be high potential terminals. For this reason, even if the first bent portion 13b of the collector terminal C is brought close to the lower surface of the radiation fin 16, the occurrence of discharge and the like will not occur. Moreover, when the discrete semiconductor element Se is fixed to the radiation fin 16, it is necessary to consider both the contact resistance considered from the electrical point of view and the contact thermal resistance considered from the cooling point of view. However, in the present embodiment, since the radiation fin 16, the collector terminal C, and the back metal terminal C2 are at the same potential, the contacts to be considered particularly from the electrical aspect when fixing the discrete semiconductor element Se to the radiation fin 16. The resistance is unnecessary, and there is no problem even if, for example, a heat conducting member having insulating properties is used.

なお、上記第1の実施形態では、図4に示すように、前段の半導体装置SDiの放熱フィン16の後方側に、後段の半導体装置SDi+1のディスクリート半導体素子Seiが対向する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図5に示すように、前段の半導体装置SDiを構成するディスクリート半導体素子Sei及び放熱フィン16を図4の状態から平面から見て180度回転させて、前段の半導体装置SDiのディスクリート半導体素子Seiに、後段の半導体装置SDi+1の放熱フィン16が対向するように配置した場合には、前段のディスクリート半導体素子Seiのエミッタ端子Eとこれに続く後段のディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Cとを接続するプリント基板11の配線パターンP12をプリント基板11の表面側に形成することができる。ここでも配線パターンP12は、電位の異なる端子に対して必要な沿面距離を確保できるように配線する。   In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the case where the discrete semiconductor element Sei of the subsequent semiconductor device SDi + 1 faces the rear side of the radiation fin 16 of the former semiconductor device SDi has been described. It is not limited to this. That is, as shown in FIG. 5, the discrete semiconductor elements Sei and the radiation fins 16 which constitute the semiconductor device SDi of the former stage are rotated 180 degrees as viewed from the top in the state of FIG. In the case where the radiation fins 16 of the semiconductor device SDi + 1 in the latter stage are disposed to face Sei, the emitter terminal E of the discrete semiconductor element Sei in the former stage is connected to the collector terminal C of the discrete semiconductor element Sei + 1 in the latter stage. The wiring pattern P12 of the printed circuit board 11 can be formed on the surface side of the printed circuit board 11. Also in this case, the wiring pattern P12 is wired such that a necessary creeping distance can be secured for terminals having different potentials.

また、個々のディスクリート半導体素子Seのプリント基板11上での高電位端子となるコレクタ端子Cと低電位端子となるゲート端子G及びエミッタ端子Eとの間の距離をより短くするには、図6に示すように、プリント基板11のゲート端子の挿通孔14g及びエミッタ端子の挿通孔14eと、コレクタ端子Cの第2折曲部13cの挿通孔14cとの間に1つのスリット30を形成して、このスリット30によって沿面距離を確保するようにしてもよい。   Further, in order to further shorten the distance between the collector terminal C serving as a high potential terminal on the printed substrate 11 of each discrete semiconductor element Se and the gate terminal G and the emitter terminal E serving as a low potential terminal, as shown in FIG. As shown in FIG. 6, one slit 30 is formed between the insertion hole 14g of the gate terminal of the printed circuit board 11 and the insertion hole 14e of the emitter terminal and the insertion hole 14c of the second bent portion 13c of the collector terminal C. The creeping distance may be secured by the slits 30.

この場合には、従来例の図13(b)に示すように2つのスリットを設ける場合に比較してプリント基板11の強度の低下を抑制することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について図7を伴って説明する。
この第2の実施形態は、各ディスクリート半導体素子Seのゲートを駆動するゲート駆動回路を絶縁沿面距離の範囲上に配置するようにしたものである。
In this case, a decrease in the strength of the printed circuit board 11 can be suppressed as compared to the case where two slits are provided as shown in FIG. 13 (b) of the conventional example.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, a gate drive circuit for driving the gate of each discrete semiconductor element Se is disposed on the range of the insulation creepage distance.

この第2の実施形態では、図7に示すように、前述した第1の実施形態とは半導体装置SD1〜SD8の配置を平面から見て180度回転させて並列配置している。すなわち、前段の半導体装置SD1のディスクリート半導体素子Seと後続の半導体装置SD2の放熱フィン16とを対向させるようにしている。
そして、隣接するディスクリート半導体素子Sei(i=1〜7)及びSei+1間で、ディスクリート半導体素子Seiのエミッタ端子Eiとディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Ci+1とをプリント基板11の表面上に形成した配線パターンP21で接続する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the arrangement of the semiconductor devices SD1 to SD8 is arranged in parallel by rotating the arrangement of the semiconductor devices SD1 to SD8 by 180 degrees as viewed from the plan as in the first embodiment. That is, the discrete semiconductor elements Se of the semiconductor device SD1 of the previous stage and the radiation fins 16 of the subsequent semiconductor device SD2 are opposed to each other.
Then, a wiring pattern in which the emitter terminal Ei of the discrete semiconductor device Sei and the collector terminal Ci + 1 of the discrete semiconductor device Sei + 1 are formed on the surface of the printed board 11 between the adjacent discrete semiconductor devices Sei (i = 1 to 7) and Sei + 1. Connect at P21.

また、各ディスクリート半導体素子Seiに含まれる半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路GDiは、エミッタ端子Eiのエミッタ電位を基準として動作する。一方で、ディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Ci+1のコレクタ電位とその前段のディスクリート半導体素子Seiのエミッタ端子Eiのエミッタ電位とは同じである。ディスクリート半導体素子Sei+1に含まれる半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲート駆動回路GDi+1についても、エミッタ端子Ei+1のエミッタ電位を基準として動作する。   In addition, a gate drive circuit GDi that drives the gate of the semiconductor switching element included in each discrete semiconductor element Sei operates based on the emitter potential of the emitter terminal Ei. On the other hand, the collector potential of the collector terminal Ci + 1 of the discrete semiconductor element Sei + 1 and the emitter potential of the emitter terminal Ei of the discrete semiconductor element Sei in the previous stage are the same. The gate drive circuit GDi + 1 for driving the gate of the semiconductor switching element included in the discrete semiconductor element Sei + 1 also operates based on the emitter potential of the emitter terminal Ei + 1.

そこで、ゲート駆動回路GDiを、図7(b)に示すように、その一部が後段側のディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Ci+1の絶縁沿面距離範囲内となるように配置する。そして、エミッタ端子接続側を、ディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Ci+1の絶縁沿面距離の範囲内で配線パターンP21に接続し、ゲート信号出力側をディスクリート半導体素子Seiのゲート端子Gに接続する。   Therefore, as shown in FIG. 7B, the gate drive circuit GDi is disposed such that a portion thereof is within the insulation creeping distance range of the collector terminal Ci + 1 of the discrete semiconductor element Sei + 1 on the subsequent stage side. The emitter terminal connection side is connected to the wiring pattern P21 within the insulation creepage distance of the collector terminal Ci + 1 of the discrete semiconductor element Sei + 1, and the gate signal output side is connected to the gate terminal G of the discrete semiconductor element Sei.

このように、第2の実施形態によると、ディスクリート半導体素子Seiのエミッタ電位を基準として動作し、ゲート端子Giにゲート信号を供給するゲート駆動回路GDiを、後段のディスクリート半導体素子Sei+1のコレクタ端子Ci+1の絶縁沿面距離範囲内に配置するので、ゲート駆動回路GDiを含めた半導体装置SDiの省スペース化を図ることができる。   As described above, according to the second embodiment, the gate drive circuit GDi that operates on the basis of the emitter potential of the discrete semiconductor element Sei and supplies the gate signal to the gate terminal Gi is used as the collector terminal Ci + 1 of the discrete semiconductor element Sei + 1 in the subsequent stage. Therefore, the semiconductor device SDi including the gate drive circuit GDi can be saved in space.

なお、上記各実施形態では、複数の半導体装置SD1〜SD8を直列に接続する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図8(b)に示すように、半導体装置SD1〜SD8の配列はそのままで、各半導体装置SD1〜SD8の各ディスクリート半導体素子Se1〜Se8のコレクタ同士を互いに配線パターンP12で接続するとともに、エミッタ同士を互いに配線パターンP13で接続することにより、図8(a)に示すように、複数のディスクリート半導体素子Se1〜Se8を並列に接続することができる。   In the above embodiments, the case where the plurality of semiconductor devices SD1 to SD8 are connected in series has been described, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 8B, the semiconductor devices SD1 to SD8 The collectors of the discrete semiconductor elements Se1 to Se8 of the semiconductor devices SD1 to SD8 are connected to each other by the wiring pattern P12 and the emitters are connected to each other by the wiring pattern P13. As shown in), a plurality of discrete semiconductor elements Se1 to Se8 can be connected in parallel.

この場合、並列接続するディスクリート半導体素子の数は、電力変換装置で許容する電流量に応じて設定する。
また、上記各実施形態では、5レベル電力変換装置に本発明を適用した場合について説明したが、図9に示す2レベル電力変換装置や3レベル、4レベルあるいは6レベル以上のマルチレベル電力変換装置にも本発明を適用することができる。
In this case, the number of discrete semiconductor elements connected in parallel is set in accordance with the amount of current permitted by the power conversion device.
In each of the above embodiments, the present invention is applied to a five-level power converter, but the two-level power converter shown in FIG. 9 or a multilevel power converter having three levels, four levels, or six levels or more The present invention can also be applied.

また、ディスクリート半導体素子Seに内蔵する半導体スイッチング素子としては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタやパワーMOSFET等の電圧制御型半導体スイッチング素子に限らずバイポーラトランジスタのような電流制御型半導体スイッチング素子を適用することもできる。さらに、ディスクリート半導体素子SeにフリーホイーリングダイオードDを省略して半導体スイッチング素子Qのみを内蔵する場合もあり、この場合でも本発明を適用し得るものである。
また、上記半導体スイッチング素子は、炭化ケイ素、窒化ガリウムもしくはダイヤモンドのいずれかを主材料とするワイドバンドギャップ半導体材料で構成したワイドバンドギャップ半導体素子とすることもできる。
Further, as the semiconductor switching element incorporated in the discrete semiconductor element Se, not only voltage-controlled semiconductor switching elements such as insulated gate bipolar transistors and power MOSFETs but also current controlled semiconductor switching elements such as bipolar transistors can be applied. . Furthermore, in some cases, the free wheeling diode D may be omitted in the discrete semiconductor element Se and only the semiconductor switching element Q may be incorporated. In this case as well, the present invention can be applied.
Further, the semiconductor switching element may be a wide band gap semiconductor element composed of a wide band gap semiconductor material mainly made of silicon carbide, gallium nitride or diamond.

Se,Se1〜Se8…ディスクリート半導体素子
G…ゲート端子
C…コレクタ端子
E…エミッタ端子
11…プリント基板
12…パッケージ
13…折曲部
13a…突出部
13b…第1折曲部
13c…第2折曲部
14g,14c及び14e…挿通孔
16…放熱フィン
SD,SD1〜SD8…半導体装置
20…半導体電力変換装置
SA1u…上スイッチングアーム
SA1d…下スイッチングアーム
Q1〜Q8…半導体スイッチング素子
D1〜D8…フリーホイーリングダイオード
30…スリット
GD1〜GD8…ゲート駆動回路
Se, Se1 to Se8: discrete semiconductor elements G: gate terminals C: collector terminals E: emitter terminals 11: printed substrate 12: package 13: bent portion 13a: projecting portion 13b: first bent portion 13c: second bent Parts 14g, 14c and 14e Insertion holes 16 Radiation fins SD, SD1 to SD8 Semiconductor device 20 Semiconductor power conversion device SA1u Upper switching arm SA1d Lower switching arm Q1 to Q8 Semiconductor switching elements D1 to D8 Freewheel Ring diode 30 ... Slit GD1 to GD8 ... Gate drive circuit

Claims (6)

ディスクリートタイプの複数の半導体素子を基板に固定して構成される半導体電力変換装置であって、
前記半導体素子は、一方の面に形成された放熱面と、該放熱面と交差する側面から突出され前記基板に保持される複数の端子とを備え、
前記複数の端子のうち他の端子に対して高電位となる高電位端子を、少なくとも前記放熱面を含む面に向かって折り曲げ
前記半導体素子は、前記放熱面を金属導体で構成し、前記半導体素子を、放熱部品に前記金属導体を接触させた状態で固定して半導体装置を構成し、前記放熱部品が、前記高電位端子と同電位となるように設定されており、
前記半導体素子は、前記高電位端子より低電位に設定され、当該高電位端子を挟んで整列された2つの低電位端子を備え、前記放熱部品は、前記低電位端子に対して沿面距離分離れた位置に前記基板への固定部が突出して形成されており、
前記半導体素子は、半導体スイッチング素子と当該半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとを含んで構成され、前記半導体装置の複数を前記基板に前記高電位端子及び前記放熱部品の沿面距離を保って整列配置するとともに、隣接する半導体装置の一方の半導体素子の出力端子となる低電位端子と、他方の半導体素子の入力端子となる高電位端子とを電気的に接続し、前記一方の半導体素子の制御端子を駆動する駆動回路の一部を隣接する他方の半導体装置における前記放熱部品の沿面距離範囲内に配置したことを特徴とする半導体電力変換装置。
A semiconductor power converter configured by fixing a plurality of discrete type semiconductor elements to a substrate,
The semiconductor device includes a heat dissipation surface formed on one surface, and a plurality of terminals which are protruded from the side surface intersecting the heat dissipation surface and held by the substrate.
Bending a high potential terminal which has a high potential with respect to the other terminal among the plurality of terminals toward a surface including at least the heat radiation surface ;
In the semiconductor device, the heat dissipation surface is formed of a metal conductor, and the semiconductor device is fixed in a state where the metal conductor is in contact with the heat dissipation component to configure a semiconductor device, and the heat dissipation component is the high potential terminal Is set to be the same potential as
The semiconductor element includes two low potential terminals which are set to a lower potential than the high potential terminal and arranged with the high potential terminal interposed therebetween, and the heat dissipation component is separated by a creeping distance from the low potential terminal. The fixed part to the substrate is formed in a protruding position.
The semiconductor element includes a semiconductor switching element and a diode connected in antiparallel to the semiconductor switching element, and a plurality of the semiconductor devices are used as the substrate to maintain the creepage distance of the high potential terminal and the heat dissipation component. And electrically connect the low potential terminal serving as the output terminal of one semiconductor element of the adjacent semiconductor device and the high potential terminal serving as the input terminal of the other semiconductor element, and the one semiconductor element A semiconductor power conversion device characterized in that a part of a drive circuit for driving the control terminal of (1) is disposed within a creeping distance range of the heat dissipation component in the other adjacent semiconductor device.
前記高電位端子は、前記放熱部品及び前記基板間を通る第1折り曲げ部と、該第1折り曲げ部から前記基板側に折り曲げられた第2折り曲げ部とを有することを特徴とする請求項1に記載の半導体電力変換装置。 The high-potential terminal includes a first bent portion passing between the heat dissipation component and the substrate, and a second bent portion bent from the first bent portion toward the substrate. The semiconductor power converter device as described. 前記第2折り曲げ部は前記低電位端子に対して沿面距離分離れた位置で折り曲げられていることを特徴とする請求項に記載の半導体電力変換装置。 The semiconductor power conversion device according to claim 2 , wherein the second bent portion is bent at a position separated by a creeping distance with respect to the low potential terminal. 前記基板は、前記半導体素子の前記低電位端子を挿通する挿通孔と前記高電位端子を挿通する挿通孔との間に1つのスリットが形成されていることを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載の半導体電力変換装置。 The substrate, the semiconductor element and the claims 1, characterized in that one slit between the insertion hole for inserting the high-potential terminal and an insertion hole for inserting the low potential terminal is formed of 3 The semiconductor power converter device according to any one of the above. 前記半導体素子は、半導体スイッチング素子と当該半導体スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオードとを含んで構成され、前記半導体装置の複数を前記基板に前記高電位端子及び放熱部品の沿面距離を保って配置したことを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載の半導体電力変換装置。 The semiconductor element includes a semiconductor switching element and a diode connected in antiparallel to the semiconductor switching element, and a plurality of the semiconductor devices are maintained on the substrate to maintain the creeping distance of the high potential terminal and the heat dissipation component. The semiconductor power converter according to any one of claims 1 to 4 , which is arranged . 前記半導体素子は、炭化ケイ素、窒化ガリウムもしくはダイヤモンドのいずれかを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする請求項から5の何れか1項に記載の半導体電力変換装置。 The semiconductor element is silicon carbide, a semiconductor power conversion device according to any one of any of a gallium nitride or diamond claim 1, wherein the Oh Rukoto a wide band gap semiconductor device as a main material 5 .
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