KR101755085B1 - 전력용 반도체 모듈 및 전력 변환 장치 - Google Patents

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유지 미야자키
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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    • H01L2924/30107—Inductance

Abstract

본 발명은 상하 암간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있어, 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있는 전력용 반도체 모듈의 제공을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈(100)은 자기 소호형 반도체 소자(6)를 직렬 접속하여 구성되는 회로 블록(상하 암)(101, 102)과, 회로 블록(101, 102)에 접속되는 양극 단자(11), 음극 단자(12), 및 교류 단자(10)와, 회로 블록(101, 102)의 자기 소호형 반도체 소자(6)와 양극 단자(11), 음극 단자(12), 및 교류 단자(10)를 접속하는 배선 패턴(3, 4)을 구비하고, 회로 블록(101, 102)은 복수이고, 양극 단자(11), 음극 단자(12), 및 교류 단자(10)는, 복수의 회로 블록(101, 102)에 대응하여 각각 복수 개 마련되고, 복수의 양극 단자(11)와 복수의 음극 단자(12)가 근접해서 배치되는 것이다.

Description

전력용 반도체 모듈 및 전력 변환 장치{POWER SEMICONDUCTOR MODULE AND POWER CONVERSION DEVICE}
본 발명은 소형화가 요구되는 인버터 등의 전력 변환 장치에 사용되는 전력용 반도체 모듈의 소형화·저인덕턴스화 기술에 관한 것이다.
인버터 등의 전력 변환 장치에 사용되는 절연형(絶緣型) 전력용 반도체 모듈은, 방열판이 되는 금속판에 절연층을 통해서 배선 패턴이 형성되고, 그 위에 스위칭 동작하는 전력용 반도체 소자가 마련되어 있다. 이 전력용 반도체 소자는 외부 단자와 접속되고, 수지(樹脂)에 의해 봉지(封止)되어 있다. 대전류, 고전압으로 스위칭 동작하는 전력 변환 장치에서는, 전력용 반도체 소자가 오프될 때의 전류의 시간 변화율 di/dt와 전력 변환 장치에 포함되는 배선 인덕턴스 L에 의해, 서지 전압(ΔV=L·di/dt)이 발생하고, 이 서지 전압이 전력용 반도체 소자에 인가된다. 배선 인덕턴스 L이 커지면, 전력용 반도체 소자의 내압(耐壓)을 넘는 서지 전압이 발생하여, 전력용 반도체 소자의 파괴 원인이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 전력 변환 장치로서 저인덕턴스화가 요구되고, 전력용 반도체 모듈에도 저인덕턴스화가 요구되고 있다.
그런데, 전력용 변환 장치로서는, 필요한 전류 용량을 충족하기 위해, 그것에 알맞는 전력용 반도체 모듈을 선정하던지, 혹은, 알맞은 것이 없으면 전력용 반도체 모듈의 병렬 사용이 행해져 왔다. 그렇지만, 전력용 반도체 모듈을 병렬 사용하는 경우, 절연 거리를 확보하기 위해서 모듈 간격을 떼어 놓을 필요가 있어, 풋프린트(footprint)가 증가한다고 하는 결점이 있다. 이 결점을 해결하기 위해, 동일 패키지 내에 전력용 반도체 소자가 다병렬(多竝列)로 배치된 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1과 같이, 외부 회로와 접속하기 위해서 복수의 외부 단자를 구비하고 있어도, 동일 패키지 내에서 다병렬로 배치된 복수의 전력용 반도체 소자의 단자끼리가 패키지 내에서 외부 단자에 일괄하여 접속되어 있으면, 인덕턴스의 저감 효과는 그다지 없고, 전류 용량의 증가와 함께 오프시의 di/dt가 증가하기 때문에, 서지 전압이 증대되어, 전력용 반도체 소자가 파괴될 가능성이 있다.
또, 특허 문헌 1과 마찬가지로 동일 패키지 내에 복수의 전력용 반도체 소자가 다병렬로 배치되어, 복수의 외부 단자가 구비된 것으로, 복수의 전력용 반도체 소자의 단자가 개별로 패키지 내에서 외부 단자에 접속되는 것이 개발되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조). 추가로, 특허 문헌 2에서는 주전류를 흘리기 위한 외부 단자의 배치를 상하로 적층시켜, 주전류가 만드는 자속(磁束)을 상쇄시키도록 와이어 본드를 배치시켜, 저 인덕턴스화가 도모되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허 제3519227호 공보(제3 페이지, 제2, 6도) 특허 문헌 2 : 일본국 특허 제3798184호 공보(제6 페이지, 제8도)
특허 문헌 2와 같은 종래의 전력용 반도체 모듈에서는, 외부 버스 바(bus bar)에 의해 병렬 접속되는 양극(positive electrode)인 2개의 D1 단자가 각각 외장 케이스의 대향하는 변(邊)에 떨어져 배치되어 있고, 마찬가지로, 외부 버스 바에 의해 병렬 접속되는 음극(negative electrode)인 2개의 S2 단자가 각각 외장 케이스의 대향하는 변에 떨어져 배치되어 있다. 이 때문에, 외부 버스 바의 인덕턴스가 커져, 서지 전압이 커지게 될 우려가 있다는 문제점이 있었다. 또, 양극인 D1 단자와 음극인 S2 단자가 떨어져 배치되어, 외부 버스 바의 인덕턴스가 커지게 됨에 따라, 양극측의 병렬 회로와 음극측의 병렬 회로의 사이에서 인덕턴스의 편차가 생기기 쉽고, 그것이 원인으로 전력용 반도체 소자에 흐르는 전류에 언밸런스가 생겨, 전력용 반도체 모듈의 파워 사이클 수명에 영향을 미칠 우려가 있다고 하는 문제점도 있었다.
추가로, 특허 문헌 2에서는, D1 단자와 S2 단자의 사이에 S1/D2 단자가 배치되어, D1 단자와 S2 단자가 떨어져 있는 것이 특징이다. 동일 패키지 내에 상하 암이 구성되어 있는 전력용 반도체 모듈이 일반적으로 빈번하게 사용되는 2레벨 전력 변환 회로에 있어서, 특허 문헌 2에 기재된 전력용 반도체 모듈에서는, 양극에서부터 음극을 통과하는 전류(轉流) 루프의 배선 인덕턴스가 커서, 서지 전압이 커져, 전력용 반도체 소자가 파괴될 우려가 있다고 하는 문제점도 있었다. 또, 특허 문헌 2에서는, 외부 단자를 적층화하여, 배선 인덕턴스를 저감시키고 있다. 그렇지만, 외부 단자를 적층하기 위해서는, 절연을 확보할 필요가 생겨, 외장 케이스가 인서트 케이스가 되어 복잡화되는 등, 코스트가 증대될 우려가 있다고 하는 문제점도 있었다.
추가로, 본딩(bonding) 영역을 가지는 외부 단자에 와이어 본딩하는 경우, 외부 단자의 외장 케이스로의 장착 강도 부족에 의해, 와이어 본딩시에 힘이 전해지기 어려워, 강도가 약해지는 리스크가 생긴다. 이 경우, 와이어 본드에 대전류가 흐르면 본딩부의 저항이 크기 때문에 발열이 커서, 와이어 본드가 떨어지기 쉬워서, 전력용 반도체 모듈의 파워 사이클 수명이 짧아질 우려가 있다고 하는 문제점도 있었다. 또, 특허 문헌 2에서는, 상하 암에서 파워 반도체 소자의 표리(表裏)의 양극·음극이 일치하고 있지 않아, 2 종류의 파워 반도체 소자가 필요하여, 파워 반도체 소자의 코스트가 증대한다고 하는 문제점도 있었다.
본 발명은 상술과 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 코스트를 증대시키는 일 없이, 전력용 반도체 모듈의 인덕턴스를 저감시키고, 추가로는 전력용 반도체 모듈의 신뢰성을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈은, 자기(自己) 소호형(消弧型) 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되는 상하 암과, 상하 암에 접속되는 양극측 직류 단자, 음극측 직류 단자, 및 교류 단자와, 상하 암의 자기 소호형 반도체 소자와 양극측 직류 단자, 음극측 직류 단자, 및 교류 단자를 접속하는 배선 패턴을 구비한 전력용 반도체 모듈로서, 상하 암은 복수이고, 양극측 직류 단자, 음극측 직류 단자, 및 교류 단자는, 복수의 상하 암에 대응하여 각각 복수 개 마련되며, 복수의 양극측 직류 단자와 복수의 음극측 직류 단자가 근접해서 배치되는 것이다.
본 발명에 따른 전력용 반도체 모듈은, 양극측 직류 단자, 음극측 직류 단자, 및 교류 단자는, 복수의 상하 암에 대응하여 각각 복수 개 마련되며, 복수의 양극측 직류 단자와 복수의 음극측 직류 단자가 근접해서 배치되므로, 외부 버스 바와의 접속 길이의 각 상하 암간의 편차가 작아져, 각 상하 암간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있다. 또, 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있어, 전력용 반도체 소자에 흐르는 전류를 균등화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 상면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다.
도 4는 도 3의 A1－A2의 단면 모식도이다.
도 5는 도 3의 B1－B2의 단면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 a 블록의 등가 회로도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 다른 전력용 반도체 모듈의 상면 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 다른 전력용 반도체 모듈의 상면 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 등가 회로도이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프를 나타내는 회로도이다.
도 14는 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다.
도 17은 본 발명의 실시 형태 5에 있어서의 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프를 나타내는 회로도이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태 6에 있어서의 전력 변환 장치의 상면 모식도이다.
도 19는 도 18의 단면 모식도이다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 1에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 상면 모식도이다. 또, 도 2는 전력용 반도체 모듈의 등가 회로도이다. 도 1, 2에 있어서, 전력용 반도체 모듈(100)의 내부에는, 전력용 반도체로서 자기 소호형 반도체 소자(6)와 환류(還流) 다이오드(7)가 역병렬로 접속된 암(arm)이라고 불리는 병렬 회로가 2개 직렬로 접속되어, 상하 암, 즉 전력 변환 회로의 1상분(相分)을 구성하고 있다. 전력 변환 회로의 동작시에, 자기 소호형 반도체 소자(6)와 환류 다이오드(7)에 흐르는 전류에서 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 충방전에 관련되는 전류를 제외한 만큼을 주전류(主電流)라고 한다. 본 실시 형태에서는, 환류 다이오드로서 쇼트키 배리어 다이오드(Schottky barrier diode) 등의 다이오드 소자를 자기 소호형 반도체 소자(6)에 대해서 외부 장착으로 마련하는 것으로 하고 있지만, 환류 다이오드가 자기 소호형 반도체 소자(6)의 기생 다이오드여도 좋다.
본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)은, 상하 암을 동일 케이스(21)(동일 패키지) 내에 구비한 「2in1」이라고 일반적으로 불리는 전력용 반도체 모듈이다. 케이스(21)는 전력용 반도체 모듈(100)의 외형이 되는 것이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 케이스로 칭하고 있지만, 전력용 반도체 모듈을 수지 봉지 등으로 외형을 형성하는 경우에는, 수지의 외주부(外周部)가 케이스가 되어, 동등한 기능을 완수한다. 도 1과 같이, 케이스(21)는 각 단자가 길게 나와 있지만, 대략 직방체(直方體)의 형상을 하고 있고, 대략 사각형인 면(도 1에 있어서 각 단자가 마련되어 있는 면)을 가지고 있다. 도 2의 등가 회로도에 도시된 바와 같이, 전력용 반도체 모듈(100)은, 일점 쇄선으로 둘러싼 것처럼 2개의 회로 블록(101, 102)으로 나눌 수 있다. 2개의 회로 블록(101, 102)은 각각 상하 암을 구성하고 있고, 각 회로 블록(101, 102)에는 양극측 직류 단자인 양극 단자(11a, 11b), 음극측 직류 단자인 음극 단자(12a, 12b)가 각각 1개씩 구비되어 있다. 이 이후, 2개의 회로 블록을 각각 a 블록(101), b 블록(102)으로 칭하기도 한다.
본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)은 a 블록(101) 및 b 블록(102)의 각각의 양극 단자와 음극 단자가 근접해서 배치되어 있는 것이 특징이다. 각 회로 블록(101, 102)을 외부 버스 바를 이용해 병렬로 접속하여 사용하는 경우에 있어서, 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 근접해 있으므로, 외부 버스 바와의 접속 길이의 각 회로 블록(101, 102)간의 편차가 작아진다. 따라서 각 회로 블록(101, 102)간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있고, 추가로 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있어, 전력용 반도체 모듈(100)의 전류를 균등화할 수 있다. 또, 전력용 반도체 모듈(100)은 외부 버스 바와 접속되어 전력 변환 장치로서 사용되지만, 외부 버스 바의 총 길이(total length)가 짧아지기 때문에, 전력 변환 장치의 인덕턴스의 저감에 기여할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 전력용 반도체 모듈(100)의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다. 도 3에 있어서의 A1－A2의 단면 모식도를 도 4에, 도 3에 있어서의 B1－B2의 단면 모식도를 도 5에 각각 도시하고 있다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)은 전력용 반도체 모듈(100)을 구성하는 자기 소호형 반도체 소자(6)와 환류 다이오드(7)의 발열을 방열하는 금속 방열체인 베이스판(1)의 한쪽 면에, 금속박이 납땜(brazing) 등으로 접합(接合)된 절연 기판인 세라믹 절연층(2)이, 솔더(solder)(9)에 의해 접합되어 있다. 한편, 세라믹(ceramic) 절연층(2)의 베이스판(1)과 접합된 면과 대향하는 면에는, 금속박에 의해 배선 패턴(3, 4)이 납땜 등에 의해 접합되어 있다. 금속박이 접합된 세라믹 절연층(2)과 배선 패턴(3, 4)에 의해 세라믹 절연 기판(5)이 구성되어 있다.
배선 패턴(3, 4)의 세라믹 절연층(2)과 접합된 면과 대향하는 면에는, 자기 소호형 반도체 소자(6), 환류 다이오드(7), 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 저항이 되는 칩 저항(8), 추가로 교류 단자(10a, 10b), 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b)가, 솔더(9)에 의해 접합되어 있다. 또한, 교류 단자, 양극 단자, 및 음극 단자에는, 대전류가 흐르기 때문에, 외부 회로와 접속하기 위해서 나사를 사용하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 교류 단자(10a, 10b), 양극 단자(11a, 11b), 및 음극 단자(12a, 12b)에는, 나사 삽입용 구멍이 있고, 그 단자 아래에 접하는 케이스(21)에는 너트(23)가 매립되어 있다.
도 3에 있어서, 케이스(21)에는, 세라믹 절연층(2), 배선 패턴(3, 4) 및 복수의 상하 암인 a 블록(101), b 블록(102)이 수납되어 있다. 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b), 교류 단자(10a, 10b)의 각각은 한쪽이 배선 패턴(3) 또는 배선 패턴(4)에 접속됨과 아울러, 다른 쪽이 케이스(21)의 표면으로 노출되도록 마련되어 있다. 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b), 교류 단자(10a, 10b)는, 배선 패턴(3, 4)을 통해서 a 블록(101), b 블록(102)에 접속된다. 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b), 교류 단자(10a, 10b)는, 복수의 회로 블록인 a 블록(101), b 블록(102)에 대응하여 각각 복수 개 마련되어 있다.
도 3에 있어서, 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)는, 케이스(21)의 대략 사각형인 면의 한 변에 배치되어 있다. 즉, 복수의 양극 단자(11a, 11b)와 복수의 음극 단자(12a, 12b)가 근접해서 배치되어 있다. 한편, 교류 단자(10a, 10b)는, 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)가 배치되어 있는 한 변과 대향하는 변에 배치되어 있다. 또, 각 양극 단자(11a, 11b)와 각 음극 단자(12a, 12b) 사이의 평균 거리가, 각 양극 단자(11a, 11b)와 각 교류 단자(10a, 10b) 사이의 평균 거리 보다도 짧다. 그리고 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 교호(交互)로 배치되어, 양극 단자(11a), 음극 단자(12a), 양극 단자(11b), 음극 단자(12b)의 순서로 배열되어 있다.
자기 소호형 반도체 소자(6)가 솔더 접합되어 있지 않은 면과 환류 다이오드(7)가 솔더 접합되어 있지 않은 면은, 와이어 본드(15)에 의해 배선 패턴(3, 4) 등에 접합된다. 또, 칩 저항(8)이 솔더 접합되어 있지 않은 면은, 와이어 본드(15)에 의해 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 전극에 접합된다. 또, 케이스(21)는, 베이스판(1) 위에 접합제 등으로 접합되어 있고, 전력용 반도체 모듈(100)의 내부를 절연시키기 위해서 케이스(21) 내부에 봉지 수지(20)가 주입된다. 그 후, 케이스(21)에 뚜껑(22)을 감합(嵌合)하여, 접착제 등으로 접착시키면 도 1과 같은 전력용 반도체 모듈(100)이 된다.
도 3에 있어서의 전력용 반도체 모듈(100)에서는, 각 암을 구성하는 자기 소호형 반도체 소자(6)와 환류 다이오드(7)는, 암마다 세라믹 절연 기판(5)이 분할되어 있는 것처럼 도시되어 있지만, 반드시 세라믹 절연 기판이 분할되어 있을 필요가 있는 것은 아니다. 전력용 반도체 모듈(100)에 배치되는 자기 소호형 반도체 소자(6)나 환류 다이오드(7)의 소자수는, 전력용 반도체 모듈(100)의 전류 용량에 따라서 다르기 때문에, 소자수가 많은 경우에는, 세라믹 절연 기판(5)을 한 장으로 하면, 세라믹 절연 기판(5)의 사이즈가 커진다. 이 경우, 베이스판(1)이나 솔더(9)등의 전력용 반도체 모듈(100)의 구성 부재와의 열팽창율의 차이로 인하여 세라믹 절연 기판에 크랙이 생기는 등의 신뢰성의 문제가 발생한다. 따라서 소자수가 많은 경우 등, 전류 용량에 따라 세라믹 절연 기판(5)의 분할을 고려하면 좋다.
다음으로, 2in1의 전력용 반도체 모듈을 이용한 2레벨 회로에 있어서의 스위칭 동작에 대해 설명한다. 도 6은 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작 회로도이다. 도 6에 도시된 동작 회로도를 이용하여, 자기 소호형 반도체 소자가 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)인 경우를 예로 하여 상암(양극측)의 MOSFET가 스위칭하는 모드에 대해 설명한다.
도 6 (a)에 도시된 바와 같이, 양측 직류 모선 P와 음측 직류 모선 N의 사이에 콘덴서(32)의 양단이 접속되어 있고, 전력용 반도체 모듈(100)의 양극 단자(11)를 양측 직류 모선 P에, 음극 단자(12)를 음측 직류 모선 N에 접속하여, 2레벨 회로를 구성하고 있다. 도 6 (a)의 파선으로 둘러싸인 부분은 전력용 반도체 모듈(100)을 나타내고 있고, 흰색 원은 교류 단자(10), 양극 단자(11), 음극 단자(12) 등의 전력용 반도체 모듈(100)의 표면으로 노출되는 외부 단자를 나타내고 있다. 도 6에는, 양극측 MOSFET(6u)가 스위칭하는 경우의 전류(電流) 경로를 화살표로 회로에 겹쳐서 도시하고 있다.
도 6 (a)에 있어서, 양극측 MOSFET(6u)가 온인 경우, 전류는 콘덴서(32)의 양극에서부터 양극측 MOSFET(6u)를 통과하고, 교류 단자(10)를 통과하고, 모터 등의 부하(40)를 경유하여 타상의 음극 암(26d)을 통과해서, 콘덴서(32)의 음극에 전류가 흐른다. MOSFET의 스위칭시에는 부하에 대해서 인덕턴스 성분이 영향을 주기 때문에, 도 6에서는 부하(40)를 인덕턴스로서 표기했다. 한편, 양극측 MOSFET(6u)가 온에서 오프로 스위칭되면, 도 6 (b)에 도시된 바와 같이, 부하(40)에 흐르고 있던 전류가 음극측 환류 다이오드(7d)로 환류된다. 따라서 양극측 MOSFET(6u)의 턴 오프시의 전류(轉流) 루프(commutation loop) L1는, 도 6 (c)에 도시된 바와 같이, 콘덴서(32)의 양극에서부터 양극측 MOSFET(6u), 음극측 환류 다이오드(7d)를 통과하여, 콘덴서(32)의 음극으로 되돌아오는 루프가 된다. 다만, 도 6에는 MOSFET와 환류 다이오드와 콘덴서만을 기재하고 있지만, 실제로는 반도체끼리가 접속되는 배선의 인덕턴스나 저항 성분이 회로에 포함되고, 이 전류 루프 L1에는 그 배선 인덕턴스나 저항 성분이 포함된다.
한편, 음극측 MOSFET(6d)가 스위칭되는 경우에는, 상기와 마찬가지로 전류 루프는, 콘덴서(32)의 양극에서부터 양극측 환류 다이오드(7u), 음극측 MOSFET(6d)을 통과하여, 콘덴서(32)의 음극으로 되돌아오는 루프가 된다. 전술한 것처럼, 자기 소호형 반도체 소자(6)의 턴 오프시에 인가되는 서지 전압은 전류 루프의 인덕턴스 Ls에 비례한다. 따라서 2레벨 회로에서는 도 6 (c)에 기재된 전류 루프 L1의 인덕턴스를 저감시키는 것이 필요하다. 전류 루프의 인덕턴스 요인으로서는, 전력용 반도체 모듈과 콘덴서를 접속하는 버스 바의 인덕턴스, 콘덴서 자체의 인덕턴스, 전력용 반도체 모듈 내부의 배선 인덕턴스의 3개의 요소로 나눌 수 있다. 본 발명은 3번째인 전력용 반도체 모듈 내부의 배선 인덕턴스의 저감에 관한 것이다.
도 7은 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프 L2를 나타내는 회로도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)에는, 모듈 내부에 상하 암이 2 회로 블록분 배치되어 있다. 이 때문에, 도 7의 실선으로 도시된 전류 루프 L2와 같이 2 회로 블록에 대응하여 2개의 경로가 생겨서, 인덕턴스는 1회로 블록의 것에 비해 저감될 수 있다. 또한, 도 7의 점선으로 도시된 교류 단자(10a, 10b)를 통과하는 경로도 전류 루프 L3가 된다.
또, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)은, 케이스(21)의 한 변상에 양극 단자와 음극 단자가, 양극 단자(11a), 음극 단자(12a), 양극 단자(11b), 음극 단자(12b)와 같이 교호로 배열되어 있는 것이 특징이다. 전술한 바와 같이, 외부 버스 바를 접속함으로써 각 회로 블록(101, 102)은 병렬 접속되어, 전력용 반도체 모듈(100)의 인덕턴스가 저감된다. 단자 부분의 인덕턴스에 대해서는, 양극 단자(11a, 11b)에 흐르는 전류의 방향과 음극 단자(12a, 12b)에 흐르는 전류의 방향이 반대이기 때문에, 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)를 교호로 배치하는 것에 의해, 추가로 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)의 인덕턴스를 저감시킬 수 있다. 또, 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)와 교류 단자(10a, 10b)가 떨어져 있는 쪽이, 외부 버스 바를 접속하기 쉽고, 단자 사이에 제어 드라이버 회로를 탑재한 제어 드라이버 회로 기판을 배치할 수 있어, 전력 변환 장치의 소형화로 연결된다. 또한, 교류 단자(10a, 10b)는, 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)가 배치된 케이스(21)의 한 변과 대향하는 변 위에 배치되어 있다. 교류 단자의 수는 전류 용량에 맞춰서 설정하면 되며, 본 실시 형태에서는 4개의 단자를 배치하고 있다.
그런데, 상하 암의 자기 소호형 반도체 소자(6)의 제어 단자(13, 14)(양극 게이트 제어 단자(13ga, 13gb), 음극 게이트 제어 단자(14ga, 14gb), 양극 소스 제어 단자(13sa, 13sb), 음극 소스 제어 단자(14sa, 14sb))를 각 회로 블록(101, 102)마다 나누어 구비하고, 또한 케이스(21)의 표면의 나머지 2변 위에 배치하고 있다. 배선 패턴(3) 중에서 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 제어 단자(13, 14)가 접속되는 배선 패턴을, 편의적으로 제어용 배선 패턴부라고 한다. 제어용 배선 패턴부는, 양극 게이트 제어용 배선 패턴부, 음극 게이트 제어용 배선 패턴부, 양극 소스 제어용 배선 패턴부, 음극 소스 제어용 배선 패턴부로 나눌 수 있다. 본 실시 형태에서는, 각 회로 블록(101, 102)의 자기 소호형 반도체 소자(6)의 각 제어용 전극이 각 제어용 배선 패턴부에 접속되고, 각 회로 블록(101, 102)의 각 제어용 배선 패턴부는 각 회로 블록(101, 102)마다 케이스(21)의 표면에 마련되는 제어 단자(13, 14)에 각각 접속된다. 제어 단자(13, 14)를 각 회로 블록마다 마련함으로써, 케이스(21) 내부에서 제어용 배선 패턴부를 접속할 필요가 없어, 모듈의 소형화가 가능해진다.
또한, 도 2에서는, 동일 회로 블록 내에서 병렬 접속된 자기 소호형 반도체 소자(6)나 환류 다이오드(7)를 총괄하여 1개로서 표기하고 있지만, 실제로는 도 8의 a 블록(101)의 등가 회로도에 도시된 바와 같이 동일 회로 블록 내에서 자기 소호형 반도체 소자(6)나 환류 다이오드(7)가 병렬로 접속되어 있는 경우가 있다. 도 8은 a 블록(101)에 대한 등가 회로도이지만, b 블록(102)에 대해서도 마찬가지이다. 그렇지만, 반드시 복수 개의 자기 소호형 반도체 소자(6)나 환류 다이오드(7)가 병렬 접속되어 있을 필요는 없고, 자기 소호형 반도체 소자(6)나 환류 다이오드(7)로 각 회로 블록이 구성되어 있으면, 본 발명의 효과가 얻어진다. 또, 본 실시 형태에서는, 자기 소호형 반도체 소자(6)를 MOSFET로서 설명했지만, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 바이폴러 트랜지스터 등의 그 외의 자기 소호형 반도체 소자로서도, 본 발명의 효과는 얻어진다.
또, 도 9 및 도 10은, 다른 전력용 반도체 모듈의 상면 모식도이다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 각 단자의 배치는, 케이스(21)의 대략 사각형인 면상에 각 회로 블록의 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 근접하도록 배치되어 있다. 이와 같이 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 근접해서 배치되어 있으면, 본 발명의 효과가 얻어지며, 도 1에 도시된 전력용 반도체 모듈(100)과 같이, 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)의 배치를 케이스(21)의 어느 변 위에 배치하는 경우로 한정되는 것은 아니다. 또, 교류 단자(10)가 양극 단자(11a, 11b)나 음극 단자(12a, 12b)로부터 떨어져 있어도, 본 발명의 효과는 얻어진다. 추가로, 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)와 교류 단자(10a, 10b)가 떨어져 있는 쪽이, 외부 버스 바를 접속하기 쉽고, 단자 사이에 제어 드라이버 회로를 탑재한 제어 드라이버 회로 기판을 배치할 수 있어, 전력 변환 장치의 소형화로 연결된다.
또, 본 실시예에서는 a 블록(101)과 b 블록(102)의 2 병렬에 의한 전력용 반도체 모듈(100)에 대해 설명을 행했지만, 회로 블록이 2 병렬 이상이어도, 본 발명의 효과가 얻어진다.
이상과 같이, 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b), 및 교류 단자(10a, 10b)는, 복수의 회로 블록(상하 암)(101, 102)에 대응하여 각각 복수 개 마련되며, 복수의 양극 단자(11a, 11b)와 복수의 음극 단자(12a, 12b)가 근접해서 배치되므로, 외부 버스 바와의 접속 길이의 각 회로 블록(101, 102)간의 편차가 작아져, 각 회로 블록(101, 102)간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있다. 또, 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있어, 전력용 반도체 모듈(100)에 흐르는 전류의 균등화를 할 수 있다. 추가로, 전력용 반도체 모듈(100)은 외부 버스 바와 접속되어 전력 변환 장치로서 사용되지만, 외부 버스 바의 총 길이가 짧아지기 때문에, 전력 변환 장치의 인덕턴스의 저감에 기여할 수 있다. 또, 상하 암을 구성하는 회로 블록을 복수 개 구비함으로써, 전력용 반도체 모듈의 인덕턴스의 저감이 가능해진다. 추가로, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(100)은, 복잡한 케이스를 이용할 필요도 없이, 종래의 전력용 반도체 모듈과 같은 구성요소를 이용할 수 있으므로, 코스트를 증대시키는 일 없이, 전력용 반도체 모듈의 저인덕턴스화를 할 수 있고, 또 전력용 반도체 모듈의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시 형태 2
도 11은 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 2에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)은 실시 형태 1의 전력용 반도체 모듈(100)과 주전류가 흐르는 경로나 구성 부재에 관해서는 거의 같다. 실시 형태 1과 다른 점은, 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 교류 단자(10a, 10b) 혹은 하암의 자기 소호형 반도체 소자(6)와 환류 다이오드(7)가 접합된 배선 패턴(4)이 와이어 본드(16)에 의해 전기적으로 동(同)전위에 접속되어 있는 점이다.
배선 패턴(3, 4) 중에서 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 교류 단자(10a, 10b)가 접속되는 배선 패턴을, 편의적으로 교류 단자 패턴부(4a, 4b)라고 한다. 본 실시 형태에서는, a 블록(101)의 교류 단자 패턴부(4a)와, b 블록(102)의 교류 단자 패턴부(4b)끼리가 케이스(21) 내부에서 와이어 본드(16)에 의해 전기적으로 동전위에 접속되어 있다.
본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)의 등가 회로도를 도 12에 나타낸다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)은, 실시 형태 1과 마찬가지로, a 블록(101) 및 b 블록(102)의 각각의 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 근접해서 배치되어 있는 것이 특징이다. 각 회로 블록(101, 102)을, 외부 버스 바를 이용해 병렬로 접속하여 사용하는 경우에 있어서, 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)가 근접해 있으므로, 외부 버스 바와의 접속 길이에 대한 각 회로 블록간의 편차가 작아진다. 따라서 각 회로 블록간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있어, 추가로 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있어, 전력용 반도체 모듈(200)에 흐르는 전류를 균등화할 수 있다. 또, 전력용 반도체 모듈(200)은 외부 버스 바와 접속되어 전력 변환 장치로서 사용되지만, 외부 버스 바의 총 길이가 짧아지기 때문에, 전력 변환 장치의 인덕턴스의 저감에 기여할 수 있다.
도 13은 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프 L4를 나타내는 회로도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)에는, 모듈 내부에 상하 암이 2 회로 블록분 배치되어 있다. 이 때문에, 도 13의 실선으로 도시된 전류 루프 L4와 같이 2 회로 블록에 대응하여 2개의 경로가 생겨서, 인덕턴스는 1회로 블록의 것에 비해 저감시킬 수 있다. 또, 교류 단자(10)나 하암의 자기 소호형 반도체 소자(6) 및 환류 다이오드(7)가 각각 접합된 교류 단자 패턴부(4a, 4b)는, 와이어 본드(16)에 의해 2 회로 블록간이 전기적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 도 13의 점선으로 도시된 경로도 전류 루프 L5가 된다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)은, 2 회로 블록간이 전력용 반도체 모듈 내부에서 전기적으로 접속되어 있는 것이 특징이지만, 전력용 반도체 모듈(200)의 내부에서 접속되어 있기 때문에, 도 7에서 도시된 바와 같이 교류 단자(10)를 통과하지 않고, 전류 루프 L5가 작아져, 양극 단자(11b)에서부터 음극 단자(12a)로 통과하는 전류 루프 L5(도 11, 도 13의 점선으로 도시된 경로)의 인덕턴스가 작아진다. 또, 양극 단자(11b)에서부터 음극 단자(12a)로 통과하는 전류 루프 L5에 있어서, 역방향으로 흐르는 전류 경로를 따르도록 배치되어 있기 때문에, 추가로 전류 루프의 인덕턴스의 저감이 가능해진다. 이것은, 2 회로 블록의 주전류가 흐르는 경로에 대응하는 배선 패턴(3, 4)이 회로 블록간에서, 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b)가 배치되는 케이스(21)의 변을 따라서 대략 평행 이동의 관계에 있으므로, 양극 단자(11b)와 음극 단자(12a)에 가까운 배선 패턴(4)을 따르도록 배치할 수 있기 때문이다. 이와 같이, 2 회로 블록 배치되는 것에 의한 인덕턴스의 저감뿐만 아니라, 각 회로 블록(101, 102)간의 전기적인 접속에 의해, 한층 더 인덕턴스의 저감이 가능해진다.
한편, 실시 형태 1의 전력용 반도체 모듈(100)과 같이, 외부 버스 바를 이용하여 모듈의 외측에서 교류 단자(10a, 10b)를 접속했을 경우, 교류 단자 자체의 인덕턴스가 크기 때문에, 도 7의 실선으로 도시된 전류 루프 L2에 비해, 도 7의 점선으로 도시된 교류 단자를 통과하는 전류 루프 L3의 인덕턴스가 크다. 이 결과, 도 7의 실선으로 도시된 전류 루프 L2에 의한 인덕턴스가 지배적이 되기 때문에, 인덕턴스의 저감은 작고, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(200)과 동등한 효과를 얻을 수 없다.
또한, 본 실시 형태에서는, 2 회로 블록간을 전기적으로 동전위로 하기 위한 접속을 와이어 본드(16)에 의해서 행하는 것을 설명했지만, 전기적으로 동전위가 되는 접속이 가능한 방법이라면 그 외의 방법이어도 좋으며, 본 발명의 효과가 얻어진다. 또, 본 실시 형태에서는, a 블록(101)과 b 블록(102)의 2 병렬에 의한 전력용 반도체 모듈(200)에 대해 설명을 행했지만, 회로 블록이 2 병렬 이상이어도, 본 발명의 효과가 얻어진다.
이상과 같이, 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 교류 단자(10a, 10b)가 접합된 배선 패턴(4)이 와이어 본드(16)에 의해 전기적으로 동전위에 접속되어 있으므로, 전류 루프가 작아져, 양극 단자(11b)에서부터 음극 단자(12a)로 통과하는 전류 루프의 인덕턴스를 보다 작게 할 수 있다.
실시 형태 3.
도 14는 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 3에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(300)은 실시 형태 2의 전력용 반도체 모듈(200)과 주전류가 흐르는 경로나 구성 부재에 관해서는 거의 같다. 실시 형태 2와 다른 점은, 실시 형태 2의 전력용 반도체 모듈(200)은 각 회로 블록마다 상하 암의 제어 단자 1 세트(양극·음극 게이트 제어 단자 및 양극·음극 소스 제어 단자)를 구비하고 있는데 반해, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(300)은, 각 회로 블록의 자기 소호형 반도체 소자(6)용의 제어 단자를 회로 블록 사이에서 공통으로 한 점이다.
상하 암의 자기 소호형 반도체 소자(6)의 제어 단자(13, 14)(양극 게이트 제어 단자(13g), 음극 게이트 제어 단자(14g), 양극 소스 제어 단자(13s), 음극 소스 제어 단자(14s))를 각 회로 블록(101, 102) 공통으로 하고, 또한 케이스(21)의 표면의 한 변상에 배치되어 있다. 배선 패턴(3) 중에서 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 제어 단자(13, 14)가 접속되는 배선 패턴을, 편의적으로 제어용 배선 패턴부라고 한다. 제어용 배선 패턴부는 양극 게이트 제어용 배선 패턴부, 음극 게이트 제어용 배선 패턴부, 양극 소스 제어용 배선 패턴부, 음극 소스 제어용 배선 패턴부로 나눌 수 있다. 본 실시 형태에서는, 각 회로 블록(101, 102)의 자기 소호형 반도체 소자(6)의 각 제어용 전극이 각 제어용 배선 패턴부에 접속되고, 각 회로 블록(101, 102) 사이에서 대응하는 제어용 배선 패턴부끼리가 케이스(21) 내부에서 와이어 본드에 의해 전기적으로 동전위에 접속되어 있다. 전기적으로 동전위에 접속된 각 제어용 배선 패턴부는, 케이스(21)의 표면의 한 변상에 마련되는 제어 단자(13, 14)에 각각 접속된다. 즉, 복수의 제어용 배선 패턴부 중 하나의 제어용 배선 패턴부가 제어 단자(13, 14)에 접속된다.
본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(300)은, 실시 형태 1과 마찬가지로, a 블록(101) 및 b 블록(102)의 각각의 양극 단자와 음극 단자가 근접해서 배치되어 있는 것이 특징이다. 각 회로 블록(101, 102)을, 외부 버스 바를 이용해 병렬로 접속하여 사용하는 경우에 있어서, 양극 단자와 음극 단자가 근접해 있으므로, 외부 버스 바와의 접속 길이에 대한 각 회로 블록간의 편차가 작아진다. 따라서 각 회로 블록간의 인덕턴스의 편차를 저감시킬 수 있고, 추가로 인덕턴스의 편차에 기인한 전류 편차를 저감시킬 수 있어, 전력용 반도체 모듈(300)을 흐르는 전류를 균등화할 수 있다. 또, 전력용 반도체 모듈(300)은 외부 버스 바와 접속되어 전력 변환 장치로서 사용되지만, 외부 버스 바의 총 길이가 짧아지기 때문에, 전력 변환 장치의 인덕턴스의 저감에 기여할 수 있다.
또, 와이어 본드(16)에 의해 배선 패턴(4)이 2 회로 블록 사이에서 전기적으로 접속되어 있는 것이나, 2 회로 블록의 주전류가 흐르는 경로에 대응하는 배선 패턴(3, 4)이, 양극 단자 및 음극 단자가 배치된 케이스(21)의 변을 따라서 대략 평행 이동의 관계에 있기 때문에, 실시 형태 2와 마찬가지로, 전력용 반도체 모듈(300)의 인덕턴스를 저감시킬 수 있다.
그런데, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(300)에서는, 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 제어용의 배선 패턴부를 2 회로 블록 사이에서 전기적으로 접속하고 있다. 이것에 의해, 주회로는 평행 이동 관계에 있기 때문에, 도 14의 화살표로 나타내는 주전류의 방향과 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트의 충방전 전류의 방향의 관계를 전(全)회로 블록에 대해 통일시켰던 것이 특징이다. 즉, 제어용 배선 패턴부에 흐르는 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트의 충방전 전류의 방향과 자기 소호형 반도체 소자(6)에 흐르는 주전류의 방향의 관계가 복수의 상하 암인 회로 블록(101) 및 회로 블록(102)에 있어서 같다. 주전류에 의한 전자 유도에 의해 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 제어용의 배선 패턴부나 와이어 본드(15) 등의 게이트 충방전 경로에 기전력(起電力)이 생긴다. 따라서 주전류의 방향과 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트의 충방전 전류의 방향을 회로 블록 사이에서 통일시킴으로써, 회로 블록마다 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트로의 주전류의 유도를 통일시킬 수 있어, 회로 블록간의 전류 언밸런스를 저감시킬 수 있다.
이상과 같이, 각 회로 블록(101, 102)의 자기 소호형 반도체 소자(6)용의 제어 단자(13, 14)를 회로 블록(101, 102) 사이에서 공통으로 했으므로, 각 회로 블록(101, 102) 사이에서, 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트 전극에 대한 주전류의 유도가 균일해지기 때문에, 전류 언밸런스를 저감시킬 수 있다.
실시 형태 4.
도 15는 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 4에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(400)은 실시 형태 2의 전력용 반도체 모듈(200)과 주전류가 흐르는 경로나 구성 부재에 관해서는 거의 같다. 실시 형태 2와 다른 점은, 실시 형태 2의 전력용 반도체 모듈(200)은 a 블록(101)과 b 블록(102)의 배치가 대략 평행 이동 관계에 있는데 반해, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(300)은 a 블록(101)과 b 블록(102)의 배치가 대략 경면(鏡面) 대칭(mirror symmetry) 관계에 있는 점이다. 배선 패턴(3, 4) 및 각 회로 블록(101, 102)마다 마련되는 자기 소호형 반도체 소자(6) 및 다이오드(7)가 서로 이웃하는 블록 사이에서 역방향이 되도록 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해서, 자기 소호형 반도체 소자(6) 및 다이오드(7)와 배선 패턴(3, 4)을 접속하는 와이어 본드(15)에 흐르는 전류가 서로 이웃하는 블록 사이에서 역방향이 된다.
본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(400)도, 실시 형태 2와 마찬가지로, 교류 단자(10), 즉 하암의 반도체 소자가 접합되는 배선 패턴을 2개의 회로 사이에서 전기적으로 접속함으로써, 1개 회로의 양극 단자에서부터 다른 쪽의 회로의 음극 단자로 통과하는 전류 루프가 생긴다. 이 때문에, 인덕턴스의 추가 저감이 가능해진다. a 블록(101)과 b 블록(102)의 배치를 대략 경면 대칭으로 함으로써, 제어 단자(13, 14)를 회로 블록마다 구비하면서도, 주전류의 방향과 자기 소호형 반도체 소자(6)의 게이트의 충방전 전류의 방향을 회로 블록마다 일치시키는 것이 가능해져, 회로 블록간의 전류 언밸런스를 저감시킬 수 있다. 또한, 회로 블록은 2개로 한정되는 것은 아니고, 2n(n은 자연수) 이어도 대략 경면 대칭으로 할 수 있다. 다만, 교류 단자(10), 즉, 하암의 반도체 소자가 접합되는 배선 패턴을 2개의 회로 사이에서 전기적으로 접속하지 않는 것처럼 도 15에 있어서의 와이어 본드(16)가 없는 경우나, 경면 대칭으로 배치된 a 블록(101)과 b 블록(102)의 제어 단자를 블록 사이에서 공통으로 했을 경우에 있어서도, 실시 형태 1과 동등한 효과는 얻어진다. 따라서 교류 단자(10), 즉 하암의 반도체 소자가 접합되는 배선 패턴을 2개의 회로 사이에서 전기적으로 접속하는 것이나 회로 블록마다 제어 단자를 구비하는 것으로 한정하는 것이 아니고, a 블록(101)과 b 블록(102)이 경면 대칭으로 배치되었을 경우, 양극 단자(11a, 11b), 음극 단자(12a, 12b)가 근접해서 배치됨으로써, 인덕턴스의 저감이 가능해진다.
이상과 같이, 배선 패턴(3, 4) 및 각 회로 블록(101, 102)마다 마련되는 자기 소호형 반도체 소자(6) 및 다이오드(7)가 경면 대칭으로 배치되어 있으므로, 주전류의 방향과 게이트의 충방전 전류의 방향을 회로 블록마다 일치시키는 것이 가능해져, 회로 블록간의 전류 언밸런스를 저감시킬 수 있다.
실시 형태 5.
도 16은 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 5에 있어서의 전력용 반도체 모듈의 내부 구조를 나타낸 상면 모식도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(500)은 실시 형태 4의 전력용 반도체 모듈(400)과 내부 구조는 거의 같다. 실시 형태 4와 다른 점은, 실시 형태 4의 전력용 반도체 모듈에서는, 회로 블록(101, 102)에 있어서의 음극 단자가 접속되는 배선 패턴(3)끼리는 와이어 본드 등에 의한 전기적으로 접속이 되어 있지 않은데 반해, 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈에 있어서는, 배선 패턴(3)끼리가 와이어 본드(17)에 의해서 전기적으로 접속이 이루어지고 있는 점이다. 하암의 배선 패턴(3)끼리가 와이어 본드(17)에 의해 전기적으로 동전위에 접속되어 있다. 이와 같이 배선 패턴(3)끼리가 접속됨으로써, 도 16 중의 실선으로 도시된 것 같은 전류 경로가 생긴다(점선은 실시 형태 4에서 도시된 전류 경로).
도 17은 2레벨 회로에 있어서의 상암 자기 소호형 반도체 소자의 스위칭 동작시의 전류 루프를 나타내는 회로도이다. 본 실시 형태의 전력용 반도체 모듈(500)에는, 모듈 내부에 상하 암이 2 회로 블록분 배치되어 있다. 실시 형태 4의 전력용 반도체 모듈(400)에 있어서는 전류 루프 L4, L5가 있고, 추가로 본 실시 형태에서는 배선 패턴(3)끼리를 접속함으로써 전류 루프 L6가 추가되어, 전류 루프가 증가하는 것을 알 수 있다. 전류 루프의 인덕턴스는 전류 경로가 증가할수록 값이 작아지는 경향이 있어, 본 실시 형태 5의 전력용 반도체 모듈(500)은 실시 형태 4의 전력용 반도체 모듈(400)보다도 추가로 저인덕턴스화가 가능해진다. 또한, 도 16에는, 상기 배선 패턴(3)을 전기적으로 접속하는 와이어 본드(17)를 2위치(箇所) 마련하고 있지만, 2위치일 필요는 없고, 어느 쪽이던지 한 위치여도 본 발명의 효과는 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 2 회로 블록간을 전기적으로 동전위로 하기 위한 접속을 와이어 본드(17)에 의해서 행하는 것을 설명했지만, 전기적으로 동전위가 되는 접속이 가능한 방법이라면 그 외의 방법이어도 좋으며, 본 발명의 효과가 얻어진다. 또, 본 실시 형태에서는, a 블록(101)과 b 블록(102)의 2 병렬에 의한 전력용 반도체 모듈(500)에 대해 설명을 행했지만, 회로 블록이 2 병렬 이상이어도, 본 발명의 효과가 얻어진다.
이상과 같이, 각 회로 블록(101, 102)에 있어서의 음극 단자(12a, 12b)로 접속되는 하암의 배선 패턴(3)끼리가 와이어 본드(17)에 의해 전기적으로 동전위에 접속되어 있으므로, 전류 루프에 있어서의 전류 경로가 증가하여, 음극 단자(12a, 12b)로 통과하는 전류 루프의 인덕턴스를 보다 작게 할 수 있다.
또, 본 실시 형태 5의 전력 변환 장치에서는, a 블록(101)과 b 블록(102)의 배치가 대략 경면 대칭 관계에 있는 전력용 반도체 모듈에 대해 설명했지만, 실시 형태 1~3의 전력용 반도체 모듈(100, 200, 300)과 같은 a 블록(101)과 b 블록(102)의 배치가 대략 평행 이동 관계에 있는 전력용 반도체 모듈을 이용해도 본 발명의 효과가 얻어진다.
실시 형태 6.
도 18은 본 발명을 실시하기 위한 실시 형태 6에 있어서의 전력 변환 장치의 상면 모식도이다. 도 19는 도 18의 단면 모식도이다. 도 18에 기재된 전력용 반도체 모듈(100)은 실시 형태 1에서 설명한 전력용 반도체 모듈이다. 도 18에는, 전력용 반도체 모듈(100)이 인버터의 1상을 구성하는 것으로 하여 도시했지만, 정확하게는 3상을 구성하므로, 전력용 반도체 모듈은 최저 3개 필요하다. 3상분의 전력용 반도체 모듈(100)의 양극 단자(11a, 11b)와 음극 단자(12a, 12b)는, 각각 양극 외부 버스 바(30)와 음극 외부 버스 바(31)로 전기적으로 접속되는 것이 일반적이다.
실시 형태 1에서 설명한 것처럼, 전력용 반도체 모듈(100)은 양극 단자(11a, 11b) 및 음극 단자(12a, 12b)와 교류 단자(10a, 10b)가 대향하는 변에 배치되어 있다. 따라서 전력용 반도체 모듈(100)의 상부의 스페이스가 비기 때문에, 그곳에 전력용 반도체 모듈(100)의 자기 소호형 반도체 소자(6)를 제어하는 제어 드라이버 회로를 탑재한 제어용 드라이브 회로 기판(33)을 배치하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 드라이버 회로 기판(33)을 전력용 반도체 모듈(100)의 표면에 배치한다. 특히, 전력용 반도체 모듈(100)은 제어 단자(13, 14)가 핀 타입의 것이기 때문에, 제어용 드라이브 회로 기판(33)에 제어 단자(13, 14)를 솔더 접합할 수 있도록 스루홀(through hole)을 마련한 것을 사용하면 좋지만, 그것으로 한정되는 것이 아니며, 전력용 반도체 모듈(100)의 상부에 제어용 드라이브 회로 기판을 배치할 수 있는 등 그 외의 접속 방법이어도 본 발명의 효과가 얻어진다. 또, 회로 블록마다 제어 단자를 구비한 전력용 반도체 모듈(100)에 있어서는, 드라이브 회로 기판이나 배선을 이용하여 블록간의 제어 단자를 접속한다.
또, 제어용 드라이브 회로 기판을 전력용 반도체 모듈(100)의 상부에 배치할 수 있으면, 제어 단자(13, 14)로부터의 거리가 짧아 노이즈가 생기기 어려워, 자기 소호형 반도체 소자(6)가 오동작하기 어려워지기 때문에, 전력용 반도체 모듈(100)의 고장을 막을 수 있다. 추가로, 데드 스페이스를 활용할 수 있기 때문에, 전력 변환 장치의 소형화에 연결된다. 또, 본 실시 형태의 전력 변환 장치에서는, 실시 형태 1에서 설명한 전력용 반도체 모듈(100)을 이용하여 설명했지만, 실시 형태 2~5의 전력용 반도체 모듈(200, 300, 400, 500)을 이용해도 본 발명의 효과가 얻어진다.
또한, 모든 실시 형태에 있어서, 자기 소호형 반도체 소자나 환류 다이오드를, 규소에 비해 밴드 갭이 큰 와이드 밴드 갭 반도체에 의해서 형성해도 좋다. 와이드 밴드 갭 반도체로서는, 예를 들면, 탄화규소, 질화 갈륨계 재료 또는 다이아몬드가 있다. 이러한 와이드 밴드 갭 반도체에 의해서 형성된 자기 소호형 반도체 소자나 환류 다이오드는, 내전압성이 높고, 허용 전류 밀도도 높기 때문에, 자기 소호형 반도체 소자나 환류 다이오드의 소형화가 가능하고, 이들 소형화된 자기 소호형 반도체 소자나 환류 다이오드를 이용함으로써, 이들 소자를 편입한 전력용 반도체 모듈의 소형화가 가능해진다.
또, 전력 손실이 낮기 때문에, 스위칭 주파수의 고주파화가 가능하지만, 고속 스위칭을 행하려면, 전력용 반도체 모듈의 저인덕턴스화가 요구된다. 여기서, 본 발명의 전력용 반도체 모듈에 와이드 갭 반도체를 이용하면, 고속 스위칭시의 서지 전압을 억제하는 것이 가능하기 때문에, 스위칭 주파수의 고주파화가 가능해진다. 스위칭 주파수의 고주파화에 수반하여, 전력용 반도체 모듈을 편입한 전력 변환 장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 자기 소호형 반도체 소자 및 환류 다이오드의 양쪽이 와이드 밴드 갭 반도체에 의해서 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 어느 한쪽의 소자가 와이드 밴드 갭 반도체에 의해 형성되어 있어도 되며, 본 발명의 효과가 얻어진다.
1: 베이스판, 2: 세라믹 절연층,
3, 4: 배선 패턴, 5: 세라믹 절연 기판,
6: 자기 소호형 반도체 소자, 7: 환류 다이오드,
8: 칩 저항, 9: 솔더,
10, 10a, 10b: 교류 단자, 11, 11a, 11b: 양극 단자,
12, 12a, 12b: 음극 단자, 13, 14: 제어 단자
13g, 13ga, 13gb: 양극 게이트 제어 단자,
14g, 14ga, 14gb: 음극 게이트 제어 단자,
13s, 13sa, 13sb; 양극 소스 제어 단자,
14s, 14sa, 14sb: 음극 소스 제어 단자,
15, 16, 17: 와이어 본드, 20: 봉지 수지,
21: 케이스, 22 뚜껑,
23: 너트, 30 양극 외부 버스 바,
31: 음극 외부 버스 바, 32: 콘덴서,
33: 제어용 드라이브 회로 기판, 40: 부하,
100, 200, 300, 400, 500: 전력용 반도체 모듈,
101, 102: 회로 블록.

Claims (27)

  1. 복수의 자기(自己) 소호형(消弧型) 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성된 상하 암을 복수 개 구비한 전력용 반도체 모듈에 있어서,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자가 병렬 접속된 제1 양극측 스위칭 소자와 복수의 자기 소호형 반도체 소자가 병렬 접속된 제1 음극측 스위칭 소자를 직렬 접속하여 구성되는 제1 상하 암과,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자가 병렬 접속된 제2 양극측 스위칭 소자와 복수의 자기 소호형 반도체 소자가 병렬 접속된 제2 음극측 스위칭 소자를 직렬 접속하여 구성되고, 상기 제1 상하 암과 병렬 접속되는 제2 상하 암과,
    상기 제1 상하 암에 접속되는 제1 양극측 직류 단자, 제1 음극측 직류 단자 및 제1 교류 단자와,
    상기 제2 상하 암에 접속되는 제2 양극측 직류 단자, 제2 음극측 직류 단자 및 제2 교류 단자와,
    상기 제1 상하 암과 상기 제1 양극측 직류 단자, 상기 제1 음극측 직류 단자 및 상기 제1 교류 단자를 접속하는 제1 배선 패턴과,
    상기 제2 상하 암과 상기 제2 양극측 직류 단자, 상기 제2 음극측 직류 단자 및 상기 제2 교류 단자를 접속하는 제2 배선 패턴을 구비하고,
    상기 제1 배선 패턴은, 상기 제1 상하 암과 상기 제1 교류 단자를 접속하는 제1 교류 단자 패턴부를 가지고,
    상기 제2 배선 패턴은, 상기 제2 상하 암과 상기 제2 교류 단자를 접속하는 제2 교류 단자 패턴부를 가지고,
    상기 제1 교류 단자 패턴부와 상기 제2 교류 단자 패턴부가 전기적으로 접속되고,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자가 근접해서 배치되며, 또한 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자가 근접해서 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  2. 복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성된 상하 암을 복수 개 구비한 전력용 반도체 모듈에 있어서,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되는 제1 상하 암과,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되고, 상기 제1 상하 암과 병렬 접속되는 제2 상하 암과,
    상기 제1 상하 암에 접속되는 제1 양극측 직류 단자, 제1 음극측 직류 단자 및 제1 교류 단자와,
    상기 제2 상하 암에 접속되는 제2 양극측 직류 단자, 제2 음극측 직류 단자 및 제2 교류 단자와,
    상기 제1 상하 암과 상기 제1 양극측 직류 단자, 상기 제1 음극측 직류 단자 및 상기 제1 교류 단자를 접속하는 제1 배선 패턴과,
    상기 제2 상하 암과 상기 제2 양극측 직류 단자, 상기 제2 음극측 직류 단자 및 상기 제2 교류 단자를 접속하는 제2 배선 패턴을 구비하고,
    상기 제1 배선 패턴은, 상기 제1 상하 암과 상기 제1 음극측 직류 단자를 접속하는 제1 음극 단자 패턴부를 가지고,
    상기 제2 배선 패턴은, 상기 제2 상하 암과 상기 제2 음극측 직류 단자를 접속하는 제2 음극 단자 패턴부를 가지고,
    상기 음극측 직류 단자로부터 상기 양극측 직류 단자로 통하는 전류(轉流) 루프가 새로 형성되도록, 상기 제1 음극 단자 패턴부가, 상기 제2 음극 단자 패턴부에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  3. 복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성된 상하 암을 복수 개 구비한 전력용 반도체 모듈에 있어서,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되는 제1 상하 암과,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되고, 상기 제1 상하 암과 병렬 접속되는 제2 상하 암과,
    상기 제1 상하 암에 접속되는 제1 양극측 직류 단자, 제1 음극측 직류 단자 및 제1 교류 단자와,
    상기 제2 상하 암에 접속되는 제2 양극측 직류 단자, 제2 음극측 직류 단자 및 제2 교류 단자와,
    상기 제1 상하 암과 상기 제1 양극측 직류 단자, 상기 제1 음극측 직류 단자 및 상기 제1 교류 단자를 접속하는 제1 배선 패턴과,
    상기 제2 상하 암과 상기 제2 양극측 직류 단자, 상기 제2 음극측 직류 단자 및 상기 제2 교류 단자를 접속하는 제2 배선 패턴을 구비하고,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자가, 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자에 대해서 경면 대칭(mirror symmetry)으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  4. 복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성된 상하 암을 복수 개 구비한 전력용 반도체 모듈에 있어서,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되는 제1 상하 암과,
    복수의 자기 소호형 반도체 소자를 직렬 접속하여 구성되고, 상기 제1 상하 암과 병렬 접속되는 제2 상하 암과,
    상기 제1 상하 암에 접속되는 제1 양극측 직류 단자, 제1 음극측 직류 단자 및 제1 교류 단자와,
    상기 제2 상하 암에 접속되는 제2 양극측 직류 단자, 제2 음극측 직류 단자 및 제2 교류 단자와,
    상기 제1 상하 암과 상기 제1 양극측 직류 단자, 상기 제1 음극측 직류 단자 및 상기 제1 교류 단자를 접속하는 제1 배선 패턴과,
    상기 제2 상하 암과 상기 제2 양극측 직류 단자, 상기 제2 음극측 직류 단자 및 상기 제2 교류 단자를 접속하는 제2 배선 패턴을 구비하고,
    상기 제1 배선 패턴이, 상기 제2 배선 패턴에 대해서, 경면 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 상하 암 및 상기 제2 상하 암을 가지는 케이스를 구비하고,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자가, 상기 케이스의 한 변에 배치되고,
    상기 제1 교류 단자와 상기 제2 교류 단자가, 상기 한 변과 대향하는 변에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 상하 암 및 상기 제2 상하 암을 가지는 케이스를 구비하고,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제1 교류 단자와 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자와 상기 제2 교류 단자가, 상기 케이스의 면 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자 사이의 거리가, 상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 교류 단자 사이의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  8. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자, 상기 제1 음극측 직류 단자, 상기 제2 양극측 직류 단자, 상기 제2 음극측 직류 단자의 순으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  9. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배선 패턴은, 상기 제1 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제1 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제2 배선 패턴은, 상기 제2 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제2 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제1 제어용 배선 패턴부가, 상기 제1 상하 암에 마련되는 제1 제어 단자에 접속되고,
    상기 제2 제어용 배선 패턴부가, 상기 제2 상하 암에 마련되는 제2 제어 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  10. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배선 패턴은, 상기 제1 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제1 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제2 배선 패턴은, 상기 제2 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제2 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제1 제어용 배선 패턴부가, 상기 제1 상하 암에 마련되는 제1 제어 단자에 접속되고,
    상기 제2 제어용 배선 패턴부는, 상기 제1 제어용 배선 패턴부에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 배선 패턴은, 상기 제1 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제1 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제2 배선 패턴은, 상기 제2 상하 암의 상기 자기 소호형 반도체 소자의 제어용 전극에 접속되는 제2 제어용 배선 패턴부를 가지고,
    상기 제1 제어용 배선 패턴부에 흐르는 상기 자기 소호형 반도체 소자의 게이트의 충방전 전류의 방향과 상기 자기 소호형 반도체 소자에 흐르는 주전류의 방향이, 상기 제2 제어용 배선 패턴부에 흐르는 상기 자기 소호형 반도체 소자의 게이트의 충방전 전류의 방향과 상기 자기 소호형 반도체 소자에 흐르는 주전류의 방향과 같은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 상하 암 및 상기 제2 상하 암은, 상기 자기 소호형 반도체 소자에 대해서 역(逆)병렬로 접속되는 다이오드를 가지는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 다이오드가, 규소보다 밴드 갭이 넓은 탄화규소, 질화 갈륨 재료, 및 다이아몬드 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  14. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자기 소호형 반도체 소자가, 규소보다 밴드 갭이 넓은 탄화규소, 질화 갈륨 재료, 및 다이아몬드 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 교류 단자 패턴부가, 상기 제2 교류 단자 패턴부에, 상기 전력용 반도체 모듈의 외형 내부에 있어서 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  16. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자 사이의 거리가, 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제1 교류 단자 사이의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  17. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와, 상기 제1 음극측 직류 단자와, 상기 제2 양극측 직류 단자와, 상기 제2 음극측 직류 단자가 근접해서 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  18. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자의 사이, 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자의 사이의 평균 거리가, 상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 교류 단자의 사이, 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 교류 단자의 사이의 평균 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  19. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 음극측 직류 단자의 사이, 상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 음극측 직류 단자의 사이의 평균 거리가, 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제1 교류 단자의 사이, 상기 제2 음극측 직류 단자와 상기 제2 교류 단자의 사이의 평균 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제1 포인트라고 하고, 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제2 포인트라고 하고, 상기 제1 교류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제3 포인트라고 하고, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이의 거리가, 상기 제1 포인트와 상기 제3 포인트 사이의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 양극측 직류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제1 포인트라고 하고, 상기 제1 음극측 직류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제2 포인트라고 하고, 상기 제1 교류 단자와 상기 제1 배선 패턴이 접속되는 지점을 제3 포인트라고 하고, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이의 거리가, 상기 제2 포인트와 상기 제3 포인트 사이의 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서.
    상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제4 포인트라고 하고, 상기 제2 음극측 직류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제5 포인트라고 하고, 상기 제2 교류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제6 포인트라고 하고, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이와, 상기 제4 포인트와 상기 제5 포인트 사이의 평균 거리가, 상기 제1 포인트와 상기 제3 포인트 사이와, 상기 제4 포인트와 상기 제6 포인트 사이의 평균 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  23. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 제2 양극측 직류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제4 포인트라고 하고, 상기 제2 음극측 직류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제5 포인트라고 하고, 상기 제2 교류 단자와 상기 제2 배선 패턴이 접속되는 지점을 제6 포인트라고 하고, 상기 제1 포인트와 상기 제2 포인트 사이와, 상기 제4 포인트와 상기 제5 포인트 사이의 평균 거리가, 상기 제2 포인트와 상기 제3 포인트 사이와, 상기 제5 포인트와 상기 제6 포인트 사이의 평균 거리보다도 짧은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  24. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 교류 단자가 상기 제2 교류 단자에 대해서 경면 대칭으로 배치되고,
    상기 제1 및 제2 교류 단자의 대칭면과 동일한 대칭면을 기준으로, 상기 제1 배선 패턴이 상기 제2 배선 패턴에 대해서 경면 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  25. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상하 암이 2n(n은 자연수)개 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 모듈.
  26. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 전력용 반도체 모듈과 상기 전력용 반도체 모듈의 상기 자기 소호형 반도체 소자를 제어하는 제어 드라이버 회로를 구비한 전력 변환 장치로서,
    상기 제어 드라이버 회로를 상기 전력용 반도체 모듈의 표면에 배치하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
  27. 삭제
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