KR102293740B1 - 반도체 모듈과 그것을 이용한 전력 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 모듈은, 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비한다. 복수의 반도체 소자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 전력 단자와 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖는다. 그리고, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수는, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수와 다르다.

Description

반도체 모듈과 그것을 이용한 전력 변환 장치{SEMICONDUCTOR MODULE AND POWER CONVERTER USING THE SAME}
본 명세서가 개시하는 기술은, 반도체 모듈과 그것을 이용한 전력 변환 장치에 관한 것이다.
일본 공개특허 특개2015-112015호 공보에, 반도체 모듈과 그것을 이용한 전력 변환 장치가 개시되어 있다. 이 반도체 모듈은, 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비한다. 복수의 반도체 소자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 전력 단자와 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 하 아암 스위칭 소자를 갖고 있다.
상기한 전력 변환 장치에 있어서, 상 아암 스위칭 소자 및 하 아암 스위칭 소자의 수를 각각 복수로 하면, 취급할 수 있는 허용 전류를 크게 할 수 있다. 이 경우, 하나의 태양으로서, 반도체 모듈 내에, 새로운 상 아암 스위칭 소자 및 하 아암 스위칭 소자를 각각 추가하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 반도체 모듈 내의 스위칭 소자가, 적어도 두 개 증가함으로써, 반도체 모듈은 유의(有意)하게 대형화된다. 그 결과, 반도체 모듈뿐만 아니라, 전력 변환 장치의 대폭적인 설계 변경이 필요하게 될 우려가 있다. 이에 대하여, 반도체 모듈의 구성은 변경하지 않고, 복수의 반도체 모듈을 준비하여, 그들을 병렬로 접속하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 전력 변환 장치에 필요하게 되는 설계 변경도, 비교적 작아도 되는 경우가 많다. 그러나, 반도체 모듈의 수가 단순히 증대됨으로써, 전력 변환 장치의 대형화를 초래하게 되어 버린다. 본 명세서는, 이들 문제를 적어도 부분적으로 해결할 수 있는 기술을 제공한다.
본 명세서가 개시하는 기술에서는, 하나의 반도체 모듈에 있어서, 상 아암 스위칭 소자의 수와 하 아암 스위칭 소자의 수가 서로 상이한 것을 허용한다. 이에 의해, 반도체 모듈의 대형화를 억제하면서, 필요하게 되는 반도체 모듈의 수도 억제할 수 있다. 예를 들면, 전력 변환 장치가, 세 개의 상 아암 스위칭 소자와 세 개의 하 아암 스위칭 소자를 필요로 하는 경우를 생각한다. 이 경우, 본 기술에서는, 두 개의 반도체 모듈을 병렬로 접속함과 함께, 일방(一方)의 반도체 모듈에는, 새로운 상 아암 스위칭 소자만을 추가하고, 타방(他方)의 반도체 모듈에는, 새로운 하 아암 스위칭 소자만을 추가한다. 이에 의해, 각각의 반도체 모듈의 대형화를 억제하면서, 필요하게 되는 반도체 모듈의 수의 증대도 억제할 수 있다.
본 기술의 일 측면에 의해, 반도체 모듈이 개시된다. 이 반도체 모듈은, 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비한다. 복수의 반도체 소자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 전력 단자와 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖는다. 그리고, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수는, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수와 다르다.
상기한 반도체 모듈에 있어서, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자는, 제 1 스위칭 소자를 포함하고, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자는, 제 1 스위칭 소자와 동일한 구성을 갖는 제 2 스위칭 소자를 포함해도 된다. 그리고, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 일방이, 제 1 스위칭 소자와 다른 구성을 갖는 제 3 스위칭 소자를 추가로 포함해도 된다. 단, 기타의 실시 형태로서, 제 3 스위칭 소자는, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자와 동일한 구성을 가져도 된다. 여기서, 두 개의 스위칭 소자가 동일한 구성을 갖는다는 것은, 제조상의 불가피한 차이를 제외하고, 두 개의 스위칭 소자가 동일한 구성(사이즈, 재료 및 구조 등)으로 구성되어 있는 것을 의미한다.
본 기술의 일 실시 형태로서, 제 1 스위칭 소자는, 제 1 종류의 반도체 재료를 이용하여 구성되어 있고, 제 3 스위칭 소자는, 제 1 종류의 반도체 재료와 다른 제 2 종류의 반도체 재료를 이용하여 구성되어 있어도 된다. 제 1 스위칭 소자와 제 3 스위칭 소자가 다른 반도체 재료로 구성되어 있으면, 제 1 스위칭 소자와 제 3 스위칭 소자와의 사이에서 특성이 유의하게 상이하다. 이에 의해, 예를 들면, 반도체 모듈에 관련되는 지표(예를 들면, 전류값)에 따라서, 특성이 다른 두 개의 스위칭 소자를 구분하여 사용할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 2 종류의 반도체 재료의 밴드 갭이, 제 1 종류의 반도체 재료의 밴드 갭보다 넓어도 된다. 이 경우, 예를 들면, 제 1 종류의 반도체 재료가 실리콘(Si)이고, 제 2 종류의 반도체 재료가 탄화실리콘(SiC), 질화갈륨(GaN)과 같은 질화물 반도체, 또는 산화물 반도체여도 된다. 단, 제 1 종류의 반도체 재료 및 제 2 종류의 반도체 재료의 구체적인 재료의 조합은 임의이고, 이들 예에 한정되지 않는다.
상기에 추가하여, 또는 대신하여, 제 3 스위칭 소자의 사이즈는, 제 1 스위칭 소자의 사이즈보다 작아도 된다. 제 3 스위칭 소자의 사이즈가 비교적 작으면, 예를 들면, 기존의 반도체 모듈에 제 3 스위칭 소자를 부가할 때에, 반도체 모듈의 대형화를 억제할 수 있다.
본 기술의 다른 일 측면에 의해, 전력 변환 장치가 추가로 개시된다. 이 전력 변환 장치는, 제 1 반도체 모듈과, 제 1 반도체 모듈과 전기적으로 접속된 제 2 반도체 모듈을 구비한다. 제 1 반도체 모듈과 상기 제 2 반도체 모듈의 각각은, 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비한다. 복수의 반도체 소자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 전력 단자와 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖는다. 제 1 반도체 모듈의 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자는, 각각, 제 2 반도체 모듈의 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 반도체 모듈에서는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수보다 많다. 제 2 반도체 모듈에서는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수보다 적다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 제 1 반도체 모듈의 상 아암 스위칭 소자 및 하 아암 스위칭 소자의 총 수는, 제 2 반도체 모듈의 상 아암 스위칭 소자 및 하 아암 스위칭 소자의 총 수와 동등해도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 반도체 모듈과 제 2 반도체 모듈을 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 사이즈로 할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 전력 변환 장치는, 제 3 반도체 모듈을 추가로 구비해도 된다. 이 경우, 제 3 반도체 모듈은, 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비한다. 복수의 반도체 소자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 전력 단자와 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖는다. 제 3 반도체 모듈의 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자는, 각각, 제 2 반도체 모듈의 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 제 3 반도체 모듈에서는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수와 동등하다. 이와 같이, 제 3 반도체 모듈을 추가로 조합함으로써, 상 아암 스위칭 소자 및 하 아암 스위칭 소자의 각 수를 적절하게 조정할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 제 1 반도체 모듈의 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 반도체 모듈의 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자가, 각각 제 1 스위칭 소자를 포함해도 된다. 또, 제 1 반도체 모듈의 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자와, 제 2 반도체 모듈의 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가, 각각 제 1 스위칭 소자와 동일한 구성을 갖는 제 2 스위칭 소자를 포함해도 된다. 그리고, 제 1 반도체 모듈의 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 제 2 반도체 모듈의 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가, 각각 제 1 스위칭 소자와 다른 구성을 갖는 제 3 스위칭 소자를 추가로 포함해도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 전력 변환 장치는, 예를 들면, 취급하는 전력의 크기에 따라서, 적어도 2종류의 스위칭 소자를 선택적으로 사용할 수 있다. 여기서, 두 개의 스위칭 소자가 동일한 구성을 갖는다는 것은, 제조상의 불가피한 차이를 제외하고, 두 개의 스위칭 소자가 동일한 구성(사이즈, 재료 및 구조 등)으로 구성되어 있는 것을 의미한다.
상기한 실시 형태에 있어서, 전력 변환 장치는, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 동작을 제어하는 제어 장치를 추가로 구비해도 된다. 이 경우, 제어 장치는, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 제 3 스위칭 소자를 상보적으로 구동함과 함께, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자를 구동하지 않는 제 1 스위칭 제어를 실행 가능하게 구성되어 있어도 된다. 제 1 스위칭 제어에서는, 서로 다른 반도체 모듈 내에 위치하는 두 개의 스위칭 소자가 구동되므로, 각각의 반도체 모듈의 온도 상승을 억제할 수 있다.
상기한 실시 형태에 있어서, 제어 장치는, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 적어도 일방의 제 1 스위칭 소자와, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 적어도 일방의 제 2 스위칭 소자를 상보적으로 구동함과 함께, 제 1 반도체 모듈 및 제 2 반도체 모듈의 제 3 스위칭 소자를 구동하지 않는 제 2 스위칭 제어를 추가로 실행 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 예를 들면, 취급하는 전력의 크기에 따라서, 제 1 스위칭 제어와 제 2 스위칭 제어를 선택적으로 실행함으로써, 전력 변환의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 실시예의 전력 변환 장치(10)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는, U상(相) 스위칭 회로(12)의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. V상 스위칭 회로(14) 및 W상 스위칭 회로(16)도, U상 스위칭 회로(12)와 동일한 구성을 갖는다.
도 3은 제 1 스위칭 제어와 제 2 스위칭 제어를 설명하는 타임차트이다.
도 4는 제 1 반도체 모듈(20)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4 중의 V-V선에 있어서의 단면도로서, 제 1 반도체 모듈(20)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 6은 제 1 반도체 모듈(20)의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서의 평면도로서, 봉지(封止)체(28) 및 제 2 절연 회로 기판(50)의 도시가 생략되어 있다.
도 7은 도 6에 나타내는 평면도에, 제 2 도체판(52) 및 제 4 도체판(54)이 부가된 도면이다.
도 8은 제 1 반도체 모듈(20)의 사시도이다. 단, 봉지체(28)의 도시는 생략되어 있다.
도 9는 제 1 반도체 모듈(20)의 사시도이다. 단, 봉지체(28)의 도시는 생략되어 있고, 제 2 절연 회로 기판(50)이 상방(上方)으로 이동되어 있다.
도 10 (A)는 제 1 스위칭 소자(22)의 복수의 신호 전극(22d)의 배열을 나타낸다. 도 10 (B)는 제 3 스위칭 소자(26)의 복수의 신호 전극(26d)의 배열을 나타낸다.
도 11은 제 2 반도체 모듈(70)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 12는 도 11 중의 XII-XII선에 있어서의 단면도로서, 제 2 반도체 모듈(70)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 13은 제 2 반도체 모듈(70)의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 제 1 도체판(92)에 수직인 평면시에 있어서의 평면도로서, 봉지체(78) 및 제 2 절연 회로 기판(100)의 도시가 생략되어 있다.
도 14는 도 13에 나타내는 평면도에, 제 2 도체판(102) 및 제 4 도체판(104)이 부가된 도면이다.
도 15는 제 2 반도체 모듈(70)의 사시도이다. 단, 봉지체(78)의 도시는 생략되어 있다.
도 16은 제 2 반도체 모듈(70)의 사시도이다. 단, 봉지체(78)의 도시는 생략되어 있고, 제 2 절연 회로 기판(100)이 상방으로 이동되어 있다.
도 17은 제 3 반도체 모듈(120)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 18은 도 17 중의 XVIII-XVIII선에 있어서의 단면도로서, 제 3 반도체 모듈(120)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 19는 제 3 반도체 모듈(120)의 사시도이다. 단, 봉지체(78)의 도시는 생략되어 있고, 제 2 절연 회로 기판(150)이 상방으로 이동되어 있다.
도 20은 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20A)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 21은 도 20 중의 XXI-XXI선에 있어서의 단면도로서, 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20A)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 22는 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20A)의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서의 평면도로서, 봉지체(28) 및 제 2 절연 회로 기판(50)의 도시가 생략되어 있다.
도 23은 도 22에 나타내는 평면도에, 제 2 도체판(52) 및 제 4 도체판(54)이 부가된 도면이다.
도 24는 기타의 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20B)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 25는 도 24 중의 XXV-XXV선에 있어서의 단면도로서, 기타의 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20B)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 26은 기타의 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20B)의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서의 평면도로서, 봉지체(28) 및 제 2 절연 회로 기판(50)의 도시가 생략되어 있다.
도 27은 도 26에 나타내는 평면도에, 제 2 도체판(52) 및 제 4 도체판(54)이 부가된 도면이다.
도 28은 일 변형례의 제 2 반도체 모듈(70A)의 외관을 나타내는 평면도이다.
도 29는 도 28 중의 XXIX-XXIX선에 있어서의 단면도로서, 일 변형례의 제 2 반도체 모듈(70A)의 내부 구조를 모식적으로 나타낸다.
도 30은 일 변형례의 제 2 반도체 모듈(70A)의 내부 구조를 나타내는 평면도이다. 제 1 도체판(92)에 수직인 평면시에 있어서의 평면도로서, 봉지체(78) 및 제 2 절연 회로 기판(100)의 도시가 생략되어 있다.
도 31은 도 30에 나타내는 평면도에, 제 2 도체판(102) 및 제 4 도체판(104)이 부가된 도면이다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 반도체 모듈은, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자가 탑재된 제 1 도체판과, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자를 사이에 두고 제 1 도체판에 대향하는 제 2 도체판과, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가 탑재되어 있고, 제 1 도체판과 제 1 방향에 있어서 옆으로 나란히 배치되어 있음과 함께, 상기 제 2 도체판과 전기적으로 접속된 제 3 도체판과, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 사이에 두고 제 3 도체판에 대향함과 함께, 제 2 도체판과 제 1 방향에 있어서 옆으로 나란히 배치된 제 4 도체판을 추가로 구비해도 된다. 이 경우, 제 1 전력 단자는 제 1 도체판에 전기적으로 접속되어 있고, 제 2 전력 단자는 제 2 도체판 또는 제 3 도체판에 전기적으로 접속되어 있고, 제 3 전력 단자는 제 4 도체판에 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 각각의 반도체 소자가 발생하는 열을, 한 쌍의 도체판을 개재하여 양측으로부터 효과적으로 방열할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자가 제 1 방향을 따라서 배열되어 있어도 된다. 그리고, 제 1 방향에 관하여, 제 3 스위칭 소자는 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자와의 사이에 위치해도 된다. 여기서 말하는 「제 1 방향에 관하여」란, 제 1 방향에 있어서의 위치 관계에만 착안하고, 제 1 방향에 대하여 수직인 방향에 있어서의 위치 관계는 무시하는 것을 의미한다. 본 명세서 중의 동일 또는 유사한 기타의 기재(예를 들면, 「제 2 방향에 관하여」)에 대해서도 마찬가지이다.
상기한 실시 형태에서는, 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 제 3 스위칭 소자의 중심이, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 각 중심을 지나는 직선으로부터 떨어져서 위치해도 된다. 즉, 제 3 스위칭 소자는, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 배열에 대하여, 오프셋되어 있어도 된다.
상기한 실시 형태에서는, 제 3 도체판이, 제 1 이음매부를 개재하여 제 2 도체판과 전기적으로 접속되어 있고, 제 3 전력 단자가, 제 2 이음매부를 개재하여 제 4 도체판과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이 경우, 제 1 방향에 관하여, 제 1 이음매부 및 제 2 이음매부는, 제 1 스위칭 소자와 제 2 스위칭 소자와의 사이에 위치해도 된다. 이와 같은 구성은, 특별히 한정되지 않지만, 제 3 스위칭 소자의 사이즈가, 제 1 스위칭 소자 및 제 2 스위칭 소자의 사이즈보다 작을 때에 유리하다.
상기한 실시 형태에서는, 제 1 이음매부 및 제 2 이음매부가, 제 1 도체판에 평행함과 함께 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 관하여, 제 3 스위칭 소자에 대하여 동일한 측에 위치해도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부와 제 2 이음매부가 서로 인접함으로써, 반도체 모듈 내의 전류 경로를 짧게 할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 제 1 이음매부와 제 2 이음매부가, 각각 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 제 2 방향에 있어서 서로 인접해 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부 및 제 2 이음매부가, 제 3 스위칭 소자를 따라서 연장되기 때문에, 제 3 스위칭 소자와 제 1 이음매부(또는 제 2 이음매부)와의 사이의 전류 경로를 넓게 할 수 있다.
또는, 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 제 1 이음매부와 제 2 이음매부는, 각각 제 2 방향을 따라서 연장됨과 함께, 제 1 방향에 있어서 서로 인접해 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 도체판과 제 3 도체판과의 사이의 간격이나, 제 2 도체판과 제 4 도체판과의 사이의 간격을 크게 하여, 그들 도체판 사이의 절연성을 높일 수 있다.
기타의 일 실시 형태에서는, 제 1 이음매부 및 제 2 이음매부가, 상기한 제 2 방향에 관하여, 제 3 스위칭 소자에 대하여 서로 반대측에 위치해도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 3 스위칭 소자와 제 2 이음매부를 인접하여 배치시켜, 제 3 스위칭 소자와 제 3 전력 단자와의 사이의 전류 경로를 짧게 할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 제 1 이음매부가 제 2 방향을 따라서 연장되어 있고, 제 2 이음매부가 제 1 방향을 따라서 연장되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 특히 제 1 이음매부가 제 2 방향을 따라서 연장되어 있음으로써, 예를 들면, 제 3 스위칭 소자에 신호 배선을 접속하기 위한 스페이스를 마련할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에서는, 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자가, 제 1 방향을 따라서 배열되어 있어도 된다. 이 경우, 제 3 전력 단자는, 제 1 전력 단자와 제 2 전력 단자와의 사이에 위치해도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 각각의 전력 단자를, 대응하는 도체판에 대하여 근접 배치할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 제 3 스위칭 소자가, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자에 포함되어 있는 경우, 제 1 도체판은, 제 1 방향을 따라서 제 3 도체판측으로 돌출하는 제 1 돌출부를 가져도 된다. 그리고, 제 3 스위칭 소자의 적어도 일부가, 제 1 돌출부에 탑재되어 있어도 된다. 이와 같이, 제 3 스위칭 소자의 사이즈에 맞추어, 제 1 도체판을 부분적으로 확대함으로써, 반도체 모듈의 소형화를 도모할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 2 도체판이, 제 1 방향을 따라서 제 4 도체판측으로 돌출함과 함께, 제 1 돌출부와 대향하는 제 2 돌출부를 가져도 된다. 이 경우, 제 2 돌출부의 적어도 일부는, 제 3 스위칭 소자를 사이에 두고 제 1 돌출부와 대향해도 된다. 즉, 제 1 도체판의 돌출부에 대응시켜, 제 2 도체판에도 돌출부를 마련해도 된다.
상기한 실시 형태에서는, 제 3 도체판이, 제 1 방향을 따라서 제 1 도체판측으로 돌출함과 함께, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 있어서 제 1 돌출부와 인접하는 제 3 돌출부를 가져도 된다. 이 경우, 제 3 도체판은, 제 3 돌출부에 있어서 제 2 도체판과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 반도체 모듈의 소형화를 도모할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 4 도체판이, 제 1 방향을 따라서 제 2 도체판측으로 돌출함과 함께, 그 적어도 일부가 제 3 돌출부와 대향하는 제 4 돌출부를 가져도 된다. 이 경우, 제 4 도체판은, 제 4 돌출부에 있어서 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 반도체 모듈의 추가적인 소형화를 도모할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에 있어서, 제 3 스위칭 소자가, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자에 포함되어 있는 경우, 제 4 도체판은, 제 1 방향을 따라서 제 2 도체판측으로 돌출하는 제 4 돌출부를 가져도 된다. 이 경우, 제 4 돌출부의 적어도 일부는, 제 3 스위칭 소자를 사이에 두고 제 3 도체판과 대향하고 있어도 된다. 이와 같이, 제 3 스위칭 소자의 사이즈에 맞추어, 제 4 도체판을 부분적으로 확대함으로써, 반도체 모듈의 소형화를 도모할 수 있다.
상기한 실시 형태에서는, 제 2 도체판이, 제 1 방향을 따라서 제 4 도체판측으로 돌출함과 함께, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 있어서 제 4 돌출부와 인접하는 제 2 돌출부를 가져도 된다. 이 경우, 제 2 도체판은, 제 2 돌출부에 있어서 제 3 도체판과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 반도체 모듈의 추가적인 소형화를 도모할 수 있다.
본 기술의 일 실시 형태에서는, 반도체 모듈이, 제 1 절연 회로 기판과, 복수의 반도체 소자를 사이에 두고 제 1 절연 회로 기판에 대향하는 제 2 절연 회로 기판을 추가로 구비해도 된다. 이 경우, 제 1 도체판과 제 3 도체판은, 제 1 절연 회로 기판에 마련되어 있고, 제 2 도체판과 제 4 도체판은, 제 2 절연 회로 기판에 마련되어 있어도 된다. 여기서 말하는 절연 회로 기판이란, 예를 들면, AMC(Active Metal brazed Copper) 기판, DBC(Direct Bonded Copper) 기판 또는 DBA(Direct Bonded Aluminum) 기판과 같이, 절연체의 기판(예를 들면, 세라믹 기판)의 일면 또는 양면에, 도체판이 접합된 기판을 의미한다.
이하에서는, 본 개시의 대표적 또한 비한정적인 구체예에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 상세한 설명은, 본 개시의 바람직한 예를 실시하기 위한 상세를 당업자에게 나타내는 것을 단순히 의도하고 있고, 본 개시의 범위를 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 또, 이하에 개시되는 추가적인 특징 및 개시는, 더 개선된 반도체 모듈 및/또는 전력 변환 장치를 제공하기 위하여, 기타의 특징이나 기술과는 별도로, 또는 함께 이용할 수 있다.
또, 이하의 상세한 설명에서 개시되는 특징이나 공정의 조합은, 가장 넓은 의미에 있어서 본 개시를 실시할 때에 필수적인 것은 아니며, 특히 본 개시의 대표적인 구체예를 설명하기 위해서만 기재되는 것이다. 또한, 상기 및 하기의 대표적인 구체예의 여러 가지 특징, 및, 독립 및 종속 클레임에 기재되는 것의 여러 가지 특징은, 본 개시의 추가적이면서도 유용한 실시 형태를 제공함에 있어서, 여기에 기재되는 구체예대로, 또는 열거된 순번대로 조합해야만 하는 것은 아니다.
본 명세서 및/또는 특허청구의 범위에 기재된 모든 특징은, 실시예 및/또는 클레임에 기재된 특징의 구성과는 별도로, 출원 당초의 개시 및 클레임된 특정 사항에 대한 한정으로서, 개별적으로, 또한 서로 독립적으로 개시되는 것을 의도하는 것이다. 또한, 모든 수치범위 및 그룹 또는 집단에 관한 기재는, 출원 당초의 개시 및 클레임된 특정 사항에 대한 한정으로서, 그들의 중간의 구성을 개시할 의도를 가지고 이루어져 있다.
[실시예]
도면을 참조하여, 실시예의 전력 변환 장치(10)에 대하여 설명한다. 본 실시예의 전력 변환 장치(10)는, 예를 들면, 전기 자동차, 하이브리드 차, 연료전지 차와 같은 전동형의 자동차에 채용되고, 직류 전원(2)과 모터(4) 사이에서 전력 변환을 행할 수 있다. 단, 전력 변환 장치(10)의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 전력 변환 장치(10)는 여러 가지 장치나 설비에 널리 채용할 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 전력 변환 장치(10)는, U상 스위칭 회로(12), V상 스위칭 회로(14), W상 스위칭 회로(16), 그들 스위칭 회로(12, 14, 16)의 동작을 제어하는 제어 장치(18)를 구비한다. U상 스위칭 회로(12)는, 직류 전원(2)과 모터(4)의 U상 단자와의 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 모터(4)의 U상 단자를 직류 전원(2)의 정극 또는 부극에 선택적으로 접속할 수 있다. V상 스위칭 회로(14)는, 직류 전원(2)과 모터(4)의 V상 단자와의 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 모터(4)의 V상 단자를 직류 전원(2)의 정극 또는 부극에 선택적으로 접속할 수 있다. 그리고, W상 스위칭 회로(16)는, 직류 전원(2)과 모터(4)의 W상 단자와의 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 모터(4)의 W상 단자를 직류 전원(2)의 정극 또는 부극에 선택적으로 접속할 수 있다.
U상 스위칭 회로(12)는, 복수의 반도체 모듈(20, 70, 120)을 구비하고 있다. 복수의 반도체 모듈(20, 70, 120)은 서로 병렬로 접속되어 있다. 또한, 복수의 반도체 모듈(20, 70, 120)의 수에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 본 실시예에서는, 복수의 반도체 모듈(20, 70, 120)이, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)을 갖고 있다. V상 스위칭 회로(14) 및 W상 스위칭 회로(16)의 각각도, U상 스위칭 회로(12)와 동일한 구성을 갖고 있고, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)을 구비하고 있다.
제 1 반도체 모듈(20)은, 복수의 반도체 소자(22, 24, 26)와, 그들 반도체 소자(22, 24, 26)에 전기적으로 접속된 복수의 전력 단자(32, 34, 36)를 구비한다. 복수의 전력 단자(32, 34, 36)에는 제 1 전력 단자(32), 제 2 전력 단자(34) 및 제 3 전력 단자(36)가 포함된다. 제 1 전력 단자(32)는 직류 전원(2)의 정극에 접속되어 있다. 제 2 전력 단자(34)는 모터(4)에 접속되어 있다. 그리고, 제 3 전력 단자(36)는 직류 전원(2)의 부극에 접속되어 있다.
복수의 반도체 소자(22, 24, 26)에는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(22, 26)와 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(24)가 포함된다. 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(22, 26)는, 제 1 전력 단자(32)와 제 2 전력 단자(34) 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(24)는, 제 2 전력 단자(34)와 제 3 전력 단자(36) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 일례이기는 하지만, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(22, 26)에는, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 3 스위칭 소자(26)가 포함되어 있다. 또, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(24)에는, 제 2 스위칭 소자(24)가 포함되어 있다. 이와 같이, 제 1 반도체 모듈(20)은, 두 개의 상 아암 스위칭 소자(22, 26)와, 하나의 하 아암 스위칭 소자(24)를 구비하고 있고, 상 아암 스위칭 소자(22, 26)의 수가, 하 아암 스위칭 소자(24)의 수보다 많아져 있다.
제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24)는 서로 동일한 구성을 갖고 있다. 한편, 제 3 스위칭 소자(26)는, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)와 다른 구성을 갖고 있다. 자세하게는, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)가, 실리콘(Si)을 이용하여 구성되어 있는 것에 비하여, 제 3 스위칭 소자(26)는, 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 탄화실리콘(SiC)을 이용하여 구성되어 있다. 또, 제 3 스위칭 소자(26)의 사이즈는, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)의 사이즈보다 작다. 일반적으로, 탄화실리콘의 기판은, 실리콘의 기판보다 우수한 특성을 갖는 한편으로, 실리콘의 기판보다 고가이다. 그 때문에, 제 3 스위칭 소자(26)에 탄화실리콘을 채용하면서, 그 사이즈를 작게 함으로써, 그 제조 비용의 증대를 억제하면서, 제 1 반도체 모듈(20)의 특성을 향상할 수 있다.
일례이기는 하지만, 본 실시예에 있어서의 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24)는, RC-IGBT(Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)이고, 환류 다이오드를 내장한 IGBT이다. 한편, 제 3 스위칭 소자(26)는 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)이다. 단, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24)는, 환류 다이오드를 내장하지 않는 IGBT여도 되고, 이 경우, 다이오드를 갖는 기타의 반도체 소자가 부가되어도 된다. 또는, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24)는 MOSFET여도 된다. 또, 제 3 스위칭 소자(26)는 RC-IGBT 또는 IGBT여도 된다.
제 2 반도체 모듈(70)은, 복수의 반도체 소자(72, 74, 76)와, 그들 반도체 소자(72, 74, 76)에 전기적으로 접속된 복수의 전력 단자(82, 84, 86)를 구비한다. 복수의 전력 단자(82, 84, 86)에는, 제 1 전력 단자(82), 제 2 전력 단자(84) 및 제 3 전력 단자(86)가 포함된다. 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 제 1 전력 단자(82)는 직류 전원(2)의 정극에 접속되어 있고, 제 2 전력 단자(84)는 모터(4)에 접속되어 있고, 제 3 전력 단자(86)는 직류 전원(2)의 부극에 접속되어 있다. 즉, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 전력 단자(82), 제 2 전력 단자(84) 및 제 3 전력 단자(86)는, 각각, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 전력 단자(32), 제 2 전력 단자(34) 및 제 3 전력 단자(36)와 전기적으로 접속되어 있다.
제 2 반도체 모듈(70)의 복수의 반도체 소자(72, 74, 76)에는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(72)와 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(74, 76)가 포함된다. 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(72)는, 제 1 전력 단자(82)와 제 2 전력 단자(84) 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(74, 76)는, 제 2 전력 단자(84)와 제 3 전력 단자(86) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 일례이기는 하지만, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(72)에는, 제 1 스위칭 소자(72)가 포함되어 있다. 한편, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(74, 76)에는, 제 2 스위칭 소자(74) 및 제 3 스위칭 소자(76)가 포함되어 있다. 이와 같이, 제 2 반도체 모듈(70)은, 하나의 상 아암 스위칭 소자(72)와, 두 개의 하 아암 스위칭 소자(74, 76)를 구비하고 있고, 하 아암 스위칭 소자(74, 76)의 수가, 상 아암 스위칭 소자(72)의 수보다 많아져 있다.
제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 제 1 스위칭 소자(72)와 제 2 스위칭 소자(74)는, 서로 동일한 구성을 갖고 있다. 그리고, 제 3 스위칭 소자(76)는, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)와 다른 구성을 갖고 있다. 여기서, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)와 동일한 구성을 갖고 있다. 또, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 3 스위칭 소자(76)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 3 스위칭 소자(26)와 동일한 구성을 갖고 있다. 즉, 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)는, 실리콘(Si)을 이용하여 구성되어 있고, 제 3 스위칭 소자(76)는, 탄화실리콘(SiC)을 이용하여 구성되어 있다. 또, 제 3 스위칭 소자(76)의 사이즈는, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)의 사이즈보다 작다.
여기서, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서, 스위칭 소자(22, 24, 26, 72, 74, 76)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 단, 특별히 한정되지 않지만, 본 실시예의 전력 변환 장치(10)에서는, 제 1 반도체 모듈(20)의 상 아암 스위칭 소자(22, 26) 및 하 아암 스위칭 소자(24)의 총 수는, 제 2 반도체 모듈(70)의 상 아암 스위칭 소자(72) 및 하 아암 스위칭 소자(74, 76)의 총 수와 동등하다. 또, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72)의 총 수는, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76)의 총 수와 동등하다.
제 3 반도체 모듈(120)은, 복수의 반도체 소자(122, 124)와, 그들 반도체 소자(122, 124)에 전기적으로 접속된 복수의 전력 단자(132, 134, 136)를 구비한다. 복수의 전력 단자(132, 134, 136)에는, 제 1 전력 단자(132), 제 2 전력 단자(134) 및 제 3 전력 단자(136)가 포함된다. 제 3 반도체 모듈(120)에 있어서도, 제 1 전력 단자(132)는 직류 전원(2)의 정극에 접속되어 있고, 제 2 전력 단자(134)는 모터(4)에 접속되어 있고, 제 3 전력 단자(136)는 직류 전원(2)의 부극에 접속되어 있다. 즉, 제 3 반도체 모듈(120)의 제 1 전력 단자(132), 제 2 전력 단자(134) 및 제 3 전력 단자(136)는, 각각, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 전력 단자(32), 제 2 전력 단자(34) 및 제 3 전력 단자(36)와 전기적으로 접속되어 있다.
제 3 반도체 모듈(120)의 복수의 반도체 소자(122, 124)에는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(122)와 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(124)가 포함된다. 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(122)는, 제 1 전력 단자(132)와 제 2 전력 단자(134) 사이에 전기적으로 접속되어 있고, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(124)는, 제 2 전력 단자(134)와 제 3 전력 단자(136) 사이에 전기적으로 접속되어 있다. 일례이기는 하지만, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(122)에는, 제 1 스위칭 소자(122)가 포함되어 있고, 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(124)에는, 제 2 스위칭 소자(124)가 포함되어 있다. 제 3 반도체 모듈(120)는, 하나의 상 아암 스위칭 소자(122)와 하나의 하 아암 스위칭 소자(124)를 구비하고 있고, 상 아암 스위칭 소자(122)의 수가, 하 아암 스위칭 소자(124)의 수와 동등하다. 제 1 스위칭 소자(122)와 제 2 스위칭 소자(124)는 서로 동일한 구성을 갖고 있고, 그들 구성은, 그 외의 반도체 모듈(20, 70)의 제 1 스위칭 소자(22, 72) 및 제 2 스위칭 소자(24, 74)의 구성과 동일하기도 하다.
이상과 같이, U상 스위칭 회로(12)는, 세 개의 반도체 모듈(20, 70, 120)을 갖고 있고, 각각의 반도체 모듈(20, 70, 120)에는, 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72, 122)와 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76, 124)가 포함된다. 특히, 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 두 개의 상 아암 스위칭 소자(22, 26)가 마련되어 있고, 상 아암 스위칭 소자(22, 26)의 수가 하 아암 스위칭 소자(24)의 수보다 많아져 있다. 한편, 제 2 반도체 모듈(70)에서는, 두 개의 하 아암 스위칭 소자(74, 76)가 마련되어 있고, 하 아암 스위칭 소자(74, 76)의 수가 상 아암 스위칭 소자(72)의 수보다 많아져 있다. 단, U상 스위칭 회로(12)의 전체에서는, 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72, 122)의 총 수가, 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76, 124)의 총 수와 동등해져 있다.
V상 스위칭 회로(14) 및 W상 스위칭 회로(16)의 각각은, U상 스위칭 회로(12)와 동일한 구성을 갖고 있다. 즉, V상 스위칭 회로(14) 및 W상 스위칭 회로(16)도 마찬가지로, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)을 포함하는, 복수의 반도체 모듈(20, 70, 120)을 구비하고 있다. 또한, 각각의 스위칭 회로(12, 14, 16)는, 적어도 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)을 구비하면 된다. 또는, 각각의 스위칭 회로(12, 14, 16)가, 세 개 이상의 반도체 모듈을 구비해도 된다. 어느 경우에 있어서도, 특별히 한정되지 않지만, 각각의 스위칭 회로(12, 14, 16)에 있어서, 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72, 122)의 총 수가, 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76, 124)의 총 수와 동등해지면 된다.
본 실시예의 전력 변환 장치(10)에서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 제 2 반도체 모듈(70)의 각각에 있어서, 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72)의 수와 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76)의 수가 서로 상이하다. 이와 같이, 몇 개의 반도체 모듈(20, 70)에 있어서, 상 아암 스위칭 소자(22, 26, 72)의 수와 하 아암 스위칭 소자(24, 74, 76)의 수가 서로 상이한 것을 허용하면, 각각의 반도체 모듈(20, 70)의 대형화를 억제하면서, 필요하게 되는 반도체 모듈(20, 70, 120)의 수도 억제할 수 있다. 즉, 본 실시예의 전력 변환 장치(10)에서는, 제 3 반도체 모듈(120)과 비교하여, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 각각에, 하나의 제 3 스위칭 소자(26, 76)만이 부가되어 있다. 이에 의해, 예를 들면, 제 1 반도체 모듈(20)에 두 개의 제 3 스위칭 소자(26, 76)를 부가하는 경우와 비교하여, 제 1 반도체 모듈(20)의 대형화를 억제할 수 있고, 세 개의 반도체 모듈(20, 70, 120)의 사이에서 사이즈의 통일을 도모할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 제어 장치(18)에 대하여 설명한다. 제어 장치(18)는, U상 스위칭 회로(12), V상 스위칭 회로(14) 및 W상 스위칭 회로(16)의 동작을 제어하여, 직류 전원(2)으로부터의 직류 전력을, 모터(4)로 공급되는 3상 교류 전력으로 변환한다. 이 때, 제어 장치(18)는, 전류 지령값 CC에 따라서, 제 1 스위칭 제어와 제 2 스위칭 제어를 선택적으로 실행한다. 자세하게는, 전류 지령값 CC가 역치 CX를 하회하는 기간 (A)에서는, 제 1 스위칭 제어가 실행되고, 전류 지령값 CC가 역치 CX를 상회하는 기간 (B)에서는, 제 2 스위칭 제어가 실행된다.
제 1 스위칭 제어에서는, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 제 3 스위칭 소자(26, 76)가 상보적으로 구동되고, 그 외의 스위칭 소자(22, 24, 72, 74, 122, 124)는 구동되지 않는다. 즉, 탄화실리콘을 이용하여 구성된 스위칭 소자(26, 76)만이 구동된다. 제 1 스위칭 제어에서는, 각각의 반도체 모듈(20, 70)에 있어서 제 3 스위칭 소자(26, 76)만이 구동되므로, 각각의 반도체 모듈(20, 70)의 온도 상승이 억제된다.
제 2 스위칭 제어에서는, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)의 제 1 스위칭 소자(22, 72, 122)와, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)의 제 2 스위칭 소자(24, 74, 124)가 상보적으로 구동된다. 즉, 실리콘을 이용하여 구성된 스위칭 소자(22, 24, 72, 74, 122, 124)만이 구동된다. 이와 같이, 제 2 스위칭 제어에서는, 비교적 큰 전류 지령값 CC에 대응하여, 다수의 스위칭 소자(22, 24, 72, 74, 122, 124)가 구동된다. 또한, 제 2 스위칭 제어에서는, 전류 지령값 CC의 크기에 따라서, 구동되는 스위칭 소자(22, 24, 72, 74, 122, 124)의 수가 변경되어도 된다.
다음으로, 도 4 내지 도 10을 참조하여, 제 1 반도체 모듈(20)의 구성에 대하여 설명한다. 제 1 반도체 모듈(20)은, 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)와, 그들 스위칭 소자(22, 24, 26)를 봉지하는 봉지체(28)를 구비한다. 전술한 바와 같이, 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)에는, 제 1 스위칭 소자(22), 제 2 스위칭 소자(24) 및 제 3 스위칭 소자(26)가 포함된다. 각각의 스위칭 소자(22, 24, 26)는, 예를 들면, MOSFET나 IGBT와 같은 파워 반도체 소자이다. 봉지체(28)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지와 같은 수지로 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서의 봉지체(28)는, 대체로 판 형상을 갖고 있고, 상면(28a)과, 상면(28a)의 반대측에 위치하는 하면(28b)을 갖는다. 봉지체(28)는 또한, 상면(28a)과 하면(28b)에 인접하는 제 1 단면(28c)과, 상면(28a)과 하면(28b)에 인접함과 함께 제 1 단면(28c)의 반대측에 위치하는 제 2 단면(28d)을 갖는다. 단, 봉지체(28)의 형상은, 본 실시예에서 예시되는 것에 한정되지 않고, 적절히 변경할 수 있다.
제 1 반도체 모듈(20)은, 복수의 전력 단자(32, 34, 36)와, 복수의 신호 단자(38a, 38b)를 추가로 구비한다. 복수의 전력 단자(32, 34, 36) 및 복수의 신호 단자(38a, 38b)는, 구리 또는 그 외의 금속과 같은 도전체로 구성되어 있다. 복수의 전력 단자(32, 34, 36)에는, 제 1 전력 단자(32), 제 2 전력 단자(34) 및 제 3 전력 단자(36)가 포함된다. 각각의 전력 단자(32, 34, 36)는, 봉지체(28)의 외부로부터 내부에 걸쳐 연장되어 있고, 봉지체(28)의 내부에 있어서, 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)와 전기적으로 접속되어 있다. 복수의 전력 단자(32, 34, 36)는, 봉지체(28)의 제 1 단면(28c)으로부터 외부로 돌출되어 있고, 동일 평면을 따라서 서로 평행하게 연장되어 있다.
복수의 신호 단자(38a, 38b)에는, 복수의 제 1 신호 단자(38a)와 복수의 제 2 신호 단자(38b)가 포함된다. 각각의 제 1 신호 단자(38a)는, 봉지체(28)의 외부로부터 내부에 걸쳐 연장되어 있고, 봉지체(28)의 내부에 있어서, 제 1 스위칭 소자(22) 또는 제 3 스위칭 소자(26)와 전기적으로 접속되어 있다. 각각의 제 2 신호 단자(38b)는, 봉지체(28)의 외부로부터 내부에 걸쳐 연장되어 있고, 봉지체(28)의 내부에 있어서, 제 2 스위칭 소자(24)와 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 복수의 신호 단자(38a, 38b)와 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)와의 사이는, 본딩 와이어를 개재하여 접속되어도 되고, 본딩 와이어를 개재하지 않고, 직접적으로 접속되어도 된다. 복수의 신호 단자(38a, 38b)는, 봉지체(28)의 제 2 단면(28d)으로부터 외부로 돌출되어 있고, 동일 평면을 따라서 서로 평행하게 연장되어 있다. 복수의 신호 단자(38a, 38b)는, 제어 장치(18)의 커넥터(도시 생략)에 접속된다.
제 1 스위칭 소자(22)는 반도체 기판(22a), 상면 전극(22b), 하면 전극(22c) 및 복수의 신호 전극(22d)을 갖는다. 특별히 한정되지 않지만, 제 1 스위칭 소자(22)의 반도체 기판(22a)은, 실리콘의 기판이다. 또, 상면 전극(22b), 하면 전극(22c) 및 복수의 신호 전극(22d)는, 예를 들면, 금속과 같은 도전체로 구성되어 있다. 상면 전극(22b) 및 복수의 신호 전극(22d)은, 반도체 기판(22a)의 상면에 위치해 있고, 하면 전극(22c)은, 반도체 기판(22a)의 하면에 위치해 있다. 제 1 스위칭 소자(22)는, 반도체 기판(22a)을 사이에 두고 한 쌍의 전극(22b, 22c)을 갖는 세로형의 반도체 소자이다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 제 1 스위칭 소자(22)는 RC-IGBT이고, 반도체 기판(22a)의 내부에 IGBT 구조 및 다이오드 구조를 갖고 있다. 상면 전극(22b)은, IGBT 구조의 에미터 및 다이오드 구조의 애노드에 접속되어 있고, 하면 전극(22c)은, IGBT 구조의 컬렉터 및 다이오드 구조의 캐소드에 접속되어 있다.
도 10 (A)에 나타내는 바와 같이, 제 1 스위칭 소자(22)의 복수의 신호 전극(22d)에는, 캘빈 에미터 패드(KE), 센스 에미터 패드(SE), 게이트 패드(G) 및 한 쌍의 온도 센스 패드(TA, TK)가 포함된다. 캘빈 에미터 패드(KE)는, IGBT 구조의 에미터(또는, 상면 전극(22b))의 전압을 나타내는 신호를 출력한다. 센스 에미터 패드(SE)는, IGBT 구조를 흐르는 전류를 나타내는 신호를 출력한다. 게이트 패드(G)는 IGBT 구조의 게이트에 접속되어 있다. 한 쌍의 온도 센스 패드(TA, TK)는, 제 1 스위칭 소자(22)의 온도를 나타내는 신호를 출력한다. 제 1 스위칭 소자(22)에서는, 이들 신호 전극(22d) 중, 센스 에미터 패드(SE) 및 게이트 패드(G)만이, 각각 대응하는 제 1 신호 단자(38a)에 접속되어 있다. 또한, 복수의 신호 전극(22d)의 종류나 수에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 여러 가지로 변경되어도 된다.
제 2 스위칭 소자(24)는, 제 1 스위칭 소자(22)와 동일한 구성을 갖고 있다. 즉, 제 2 스위칭 소자(24)는 반도체 기판(24a), 상면 전극(24b), 하면 전극(24c) 및 복수의 신호 전극(24d)을 갖는다. 단, 제 2 스위칭 소자(24)의 복수의 신호 전극(24d)은, 복수의 제 2 신호 단자(38b)에 접속되어 있다. 제 2 스위칭 소자(24)의 기타의 구성에 대해서는, 상술한 제 1 스위칭 소자(22)에 대한 설명을 참조하는 것으로 하고, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
제 3 스위칭 소자(26)는 반도체 기판(26a), 상면 전극(26b), 하면 전극(26c) 및 복수의 신호 전극(26d)을 갖는다. 특별히 한정되지 않지만, 제 3 스위칭 소자(26)의 반도체 기판(26a)은 탄화실리콘의 기판이고, 그 사이즈는 제 1 스위칭 소자(22)의 반도체 기판(22a)의 사이즈보다 작다. 상면 전극(26b), 하면 전극(26c) 및 복수의 신호 전극(26d)은, 예를 들면, 금속과 같은 도전체로 구성되어 있다. 상면 전극(26b) 및 복수의 신호 전극(26d)은, 반도체 기판(26a)의 상면에 위치해 있고, 하면 전극(26c)은 반도체 기판(26a)의 하면에 위치해 있다. 제 1 스위칭 소자(22)와 마찬가지로, 제 3 스위칭 소자(26)는, 반도체 기판(26a)을 사이에 두고 한 쌍의 전극(26b, 26c)을 갖는 세로형의 반도체 소자이다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 제 3 스위칭 소자(26)는 MOSFET이고, 반도체 기판(26a)의 내부에 MOSFET 구조를 갖고 있다. 상면 전극(26b)은 MOSFET 구조의 소스에 접속되어 있고, 하면 전극(26c)은 MOSFET 구조의 드레인에 접속되어 있다.
도 10 (B)에 나타내는 바와 같이, 제 3 스위칭 소자(26)의 복수의 신호 전극(26d)에는 캘빈 소스 패드(KS), 센스 소스 패드(SS), 게이트 패드(G), 및, 한 쌍의 온도 센스 패드(TA, TK)가 포함된다. 캘빈 소스 패드(KS)는, MOSFET 구조의 소스(또는, 상면 전극(24b))의 전압을 나타내는 신호를 출력한다. 센스 소스 패드(SS)는, MOSFET 구조를 흐르는 전류를 나타내는 신호를 출력한다. 게이트 패드(G)는 MOSFET 구조의 게이트에 접속되어 있다. 한 쌍의 온도 센스 패드(TA, TK)는, 제 3 스위칭 소자(26)의 온도를 나타내는 신호를 출력한다. 제 3 스위칭 소자(26)에서는, 이들 신호 전극(22d) 중, 센스 소스 패드(SS), 캘빈 소스 패드(KS), 및 게이트 패드(G)만이, 각각 대응하는 제 1 신호 단자(38a)에 접속되어 있다. 또한, 복수의 신호 전극(26d)의 종류나 수에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 여러 가지로 변경되어도 된다.
제 1 반도체 모듈(20)은, 제 1 절연 회로 기판(40)과 제 2 절연 회로 기판(50)을 추가로 구비한다. 제 1 절연 회로 기판(40)은, 절연 기판(48)과, 절연 기판(48)의 일방의 면에 마련된 내측 도체판(42, 44)과, 절연 기판(48)의 타방의 면에 마련된 외측 도체판(46)을 구비한다. 절연 기판(48)은, 예를 들면, 세라믹과 같은, 절연체로 구성되어 있다. 내측 도체판(42, 44)과 외측 도체판(46)은, 예를 들면, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 내측 도체판(42, 44)은, 봉지체(28)의 내부에 위치해 있고, 1 또는 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)와 전기적으로 접속되어 있다. 외측 도체판(46)은, 내측 도체판(42, 44)으로부터 전기적으로 절연되어 있음과 함께, 봉지체(28)의 하면(28b)에 노출되어 있다. 제 1 절연 회로 기판(40)은, 스위칭 소자(22, 24, 26)의 열을, 봉지체(28)의 외부로 방열하는 방열판으로서도 기능한다.
제 2 절연 회로 기판(50)은, 절연 기판(58)과, 절연 기판(58)의 일방의 면에 마련된 내측 도체판(52, 54)과, 절연 기판(58)의 타방의 면에 마련된 외측 도체판(56)을 구비한다. 절연 기판(58)은, 예를 들면, 세라믹과 같은, 절연체로 구성되어 있다. 내측 도체판(52, 54)과 외측 도체판(56)은, 예를 들면, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 내측 도체판(52, 54)은, 봉지체(28)의 내부에 위치해 있고, 1 또는 복수의 스위칭 소자(22, 24, 26)와 전기적으로 접속되어 있다. 외측 도체판(56)은, 내측 도체판(52, 54)으로부터 전기적으로 절연되어 있음과 함께, 봉지체(28)의 상면(28a)에 노출되어 있다. 제 2 절연 회로 기판(50)도 또한, 스위칭 소자(22, 24, 26)의 열을, 봉지체(28)의 외부로 방열하는 방열판으로서도 기능한다.
특별히 한정되지 않지만, 각각의 절연 회로 기판(40, 50)은, 예를 들면, AMC(Active Metal Brazed Copper) 기판, DBC(Direct Bonded Copper) 기판, 또는, DBA(Direct Bonded Aluminum) 기판이어도 된다. 본 명세서에서 설명되는 기타의 절연 회로 기판에 대해서도 마찬가지이다.
제 1 절연 회로 기판(40)의 내측 도체판(42, 44)에는, 제 1 도체판(42)과 제 3 도체판(44)이 포함된다. 제 1 도체판(42)과 제 3 도체판(44)은, 제 1 방향(도면 중의 X축에 평행한 방향)을 따라서, 옆으로 나란히 위치해 있다. 한편, 제 2 절연 회로 기판(50)의 내측 도체판(52, 54)에는, 제 2 도체판(52)과 제 4 도체판(54)이 포함된다. 제 2 도체판(52)과 제 4 도체판(54)도, 제 1 방향 (X)를 따라서 옆으로 나란히 위치해 있고, 각각 제 1 도체판(42)과 제 3 도체판(44)과 대향하고 있다. 제 1 도체판(42)에는 제 1 전력 단자(32)가 전기적으로 접속되어 있고, 제 3 도체판(44)에는 제 2 전력 단자(34)가 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제 2 전력 단자(34)는, 제 3 도체판(44) 대신에, 제 2 도체판(52)에 전기적으로 접속되어도 된다. 제 4 도체판(54)에는 제 3 전력 단자(36)가 전기적으로 접속되어 있다.
제 1 도체판(42)에는, 상 아암 스위칭 소자인 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 3 스위칭 소자(26)가 탑재되어 있다. 제 1 도체판(42)에는, 제 1 스위칭 소자(22)의 하면 전극(22c)과, 제 3 스위칭 소자(26)의 하면 전극(26c)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 2 도체판(52)은, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 3 스위칭 소자(26)를 사이에 두고, 제 1 도체판(42)에 대향하고 있다. 제 2 도체판(52)에는, 제 1 스위칭 소자(22)의 상면 전극(22b)과, 제 3 스위칭 소자(26)의 상면 전극(26b)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다.
제 2 도체판(52)(또는, 제 1 도체판(42))과 각각의 스위칭 소자(22, 26)와의 사이에는, 필요에 따라서 도체 스페이서(23, 27)가 마련되어도 된다. 이 경우, 제 1 스위칭 소자(22)에 대한 도체 스페이서(23)와, 제 3 스위칭 소자(26)에 대한 도체 스페이서(27)와의 사이에서, 구조 및/또는 재료를 변경해도 된다. 제 1 스위칭 소자(22)와 제 3 스위칭 소자(26)는, 서로 다른 반도체 재료로 구성되어 있으므로, 예를 들면, 영률이나 선팽창계수와 같은 기계적 특성이 서로 상이하다. 따라서, 그들 스위칭 소자(22, 26)에 접합되는 도체 스페이서(23, 27)에 대해서도, 구조 및/또는 재료를 서로 상이하게 함으로써, 서로 다른 기계적 특성을 부여해도 된다.
제 3 도체판(44)에는, 하 아암 스위칭 소자인 제 2 스위칭 소자(24)가 탑재되어 있다. 제 3 도체판(44)에는, 제 2 스위칭 소자(24)의 하면 전극(24c)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 4 도체판(54)은, 제 2 스위칭 소자(24)를 사이에 두고, 제 3 도체판(44)에 대향하고 있다. 제 4 도체판(54)에는, 제 2 스위칭 소자(24)의 상면 전극(24b)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 4 도체판(54)(또는, 제 3 도체판(44))과 제 2 스위칭 소자(24)의 사이에 대해서도, 필요에 따라서 도체 스페이서(25)가 마련되어도 된다. 이 경우, 제 2 스위칭 소자(24)에 대한 도체 스페이서(25)와, 제 3 스위칭 소자(26)에 대한 도체 스페이서(27)와의 사이에서, 구조 및/또는 재료를 변경해도 된다.
여기서, 제 1 절연 회로 기판(40)에서는, 복수로 분할된 내측 도체판(42, 44)에 대응시켜, 외측 도체판(46)도 복수의 도체판으로 분할되어 있고, 이에 의해 제 1 절연 회로 기판(40)의 열 변형에 기인하는 휨이 억제된다. 마찬가지로, 제 2 절연 회로 기판(50)에 있어서도, 복수로 분할된 내측 도체판(52, 54)에 대응시켜, 외측 도체판(56)이 복수의 도체판으로 분할되어 있고, 이에 의해서 제 2 절연 회로 기판(50)의 열 변형에 기인하는 휨이 억제된다.
제 1 반도체 모듈(20)은, 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)를 추가로 구비한다. 제 1 이음매부(60)는, 봉지체(28)의 내부에 있어서, 제 2 도체판(52)과 제 3 도체판(44) 사이를 전기적으로 접속한다. 제 1 이음매부(60)는, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 제 1 이음매부(60)는, 제 2 도체판(52)과 제 3 도체판(44) 사이에 위치해 있고, 각각의 도체판(44, 52)에, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 또한, 제 1 이음매부(60)는, 제 2 도체판(52) 또는 제 3 도체판(44)과 일체로 구성되어 있어도 된다. 또는, 제 1 이음매부(60)는, 땜납 또는 그 외의 접합재만으로 구성되어 있어도 된다.
제 2 이음매부(62)는, 봉지체(28)의 내부에 있어서, 제 4 도체판(54)과 제 3 전력 단자(36) 사이를 전기적으로 접속한다. 제 2 이음매부(62)는, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 제 2 이음매부(62)는, 제 4 도체판(54)과 제 3 전력 단자(36) 사이에 위치해 있고, 제 4 도체판(54) 및 제 3 전력 단자(36)에, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 또한, 제 2 이음매부(62)는, 제 4 도체판(54) 및/또는 제 3 전력 단자(36)와 일체로 구성되어 있어도 된다. 또는, 제 2 이음매부(62)는, 땜납 또는 그 외의 접합재만으로 구성되어 있어도 된다.
이상의 구성에 있어서, 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24)가, 제 1 방향 (X)를 따라서 배열되어 있다. 그리고, 제 1 방향 (X)에 관하여, 제 3 스위칭 소자(26)는, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24) 사이에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 동일한 구성을 갖는 두 개의 스위칭 소자(22, 24)의 사이에, 다른 구성을 갖는 스위칭 소자(26)가 배치되므로, 제 1 반도체 모듈(20)의 구조적인 대칭성을 높일 수 있다. 특히, 탄화실리콘을 이용하여 구성된 제 3 스위칭 소자(26)는, 실리콘을 이용하여 구성된 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)와 비교하여, 영률이나 선팽창계수와 같은 기계적 특성이 다르다. 이와 같은 제 3 스위칭 소자(26)를, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24) 사이에 배치함으로써, 제 1 반도체 모듈(20)의 내부에서 생기는 응력이나 열 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
본 실시예의 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서(도 6 참조), 제 3 스위칭 소자(26)의 중심이, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)의 각 중심을 지나는 직선 L로부터 떨어져서 위치해 있다. 즉, 제 3 스위칭 소자(26)는, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)의 배열에 대하여, 오프셋되어 있다. 그리고, 제 1 방향 (X)에 관하여, 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)에 대해서도, 제 1 스위칭 소자(22)와 제 2 스위칭 소자(24) 사이에 위치해 있다. 제 3 스위칭 소자(26)의 사이즈는, 제 1 스위칭 소자(22) 및 제 2 스위칭 소자(24)의 사이즈보다 작으므로, 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 반도체 모듈(20)의 소형화를 도모할 수 있다.
본 실시예의 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)가, 제 1 도체판(42)에 평행함과 함께 제 1 방향 (X)에 수직인 제 2 방향 (Y)에 관하여, 제 3 스위칭 소자(26)에 대하여 동일한 측에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)가 서로 인접함으로써, 제 1 반도체 모듈(20) 내의 전류 경로를 짧게 할 수 있다. 또, 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서(도 6 참조), 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)는, 각각 제 2 방향 (Y)를 따라서 연장됨과 함께, 제 1 방향 (X)에 있어서 서로 인접해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 도체판(42)과 제 3 도체판(44) 사이의 간격이나, 제 2 도체판(52)과 제 4 도체판(54) 사이의 간격을 크게 하여, 그들 도체판(42, 44, 52, 54)의 사이의 절연성을 높일 수 있다.
본 실시예의 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 1 도체판(42)이, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 3 도체판(44)측으로 돌출하는 제 1 돌출부(42a)를 갖는다. 그리고, 제 3 스위칭 소자(26)가, 제 1 돌출부(42a)에 탑재되어 있다. 이와 같이, 제 3 스위칭 소자(26)의 사이즈에 맞추어, 제 1 도체판(42)을 부분적으로 확대함으로써, 제 1 반도체 모듈(20)의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 제 3 스위칭 소자(26) 전체가, 제 1 도체판(42)의 제 1 돌출부(42a)에 탑재되어 있다. 그러나, 기타의 실시 형태로서, 제 3 스위칭 소자(26)의 일부만이, 제 1 도체판(42)의 제 1 돌출부(42a)에 탑재되어 있어도 된다.
상기에 추가하여, 제 2 도체판(52)은, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 4 도체판(54)측으로 돌출함과 함께, 제 1 돌출부(42a)와 대향하는 제 2 돌출부(52a)를 갖는다. 그리고, 제 2 돌출부(52a)의 일부 또는 전부가, 제 3 스위칭 소자(26)를 사이에 두고 제 1 돌출부(42a)와 대향하고 있다. 이와 같이, 제 1 도체판(42)의 제 1 돌출부(42a)에 대응시켜, 제 2 도체판(52)에는 제 2 돌출부(52a)를 마련할 수 있다.
본 실시예의 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 3 도체판(44)이, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 1 도체판(42)측으로 돌출하는 제 3 돌출부(44a)를 갖는다. 제 3 돌출부(44a)는, 제 1 방향 (X)에 수직인 제 2 방향 (Y)에 있어서, 제 1 돌출부(42a)와 인접해 있다. 그리고, 제 3 도체판(44)은, 제 3 돌출부(44a)에 있어서, 제 2 도체판(52)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 제 1 이음매부(60)가, 제 3 도체판(44)의 제 3 돌출부(44a)에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 반도체 모듈(20)의 소형화를 도모할 수 있다.
상기에 추가하여, 제 4 도체판(54)은, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 2 도체판(52)측으로 돌출함과 함께, 그 적어도 일부가 제 3 돌출부(44a)와 대향하는 제 4 돌출부(54a)를 가져도 된다. 이 경우, 제 4 도체판(54)은, 제 4 돌출부(54a)에 있어서, 제 3 전력 단자(36)와 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 제 2 이음매부(62)가, 제 4 도체판(54)의 제 4 돌출부(54a)에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 반도체 모듈(20)의 추가적인 소형화를 도모할 수 있다.
본 실시예의 제 1 반도체 모듈(20)에서는, 제 1 도체판(42) 및 제 3 도체판(44)이 제 1 절연 회로 기판(40)에 마련되어 있고, 제 2 도체판(52) 및 제 4 도체판(54)이 제 2 절연 회로 기판(50)에 마련되어 있다. 그러나, 제 1 도체판(42) 및 제 3 도체판(44)은, 제 1 절연 회로 기판(40) 대신에, 예를 들면, 동판과 같은 단순한 금속판으로 구성되어도 된다. 마찬가지로, 제 2 도체판(52) 및 제 4 도체판(54)에 대해서도, 제 2 절연 회로 기판(50) 대신에, 예를 들면, 동판과 같은 단순한 금속판으로 구성되어도 된다. 제 1 도체판(42), 제 2 도체판(52), 제 3 도체판(44) 및 제 4 도체판(54)의 구체적인 구성에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 여러 가지로 변경할 수 있다.
다음으로, 도 11 내지 도 16을 참조하여, 제 2 반도체 모듈(70)의 구성에 대하여 설명한다. 제 2 반도체 모듈(70)은, 복수의 스위칭 소자(72, 74, 76)와, 그들 스위칭 소자(72, 74, 76)를 봉지하는 봉지체(78)를 구비한다. 전술한 바와 같이, 복수의 스위칭 소자(72, 74, 76)에는 제 1 스위칭 소자(72), 제 2 스위칭 소자(74) 및 제 3 스위칭 소자(76)가 포함된다. 각각의 스위칭 소자(72, 74, 76)는, 예를 들면, MOSFET나 IGBT와 같은, 파워 반도체 소자이다. 봉지체(78)는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지와 같은 수지로 구성되어 있다. 제 2 반도체 모듈(70)의 봉지체(78)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 봉지체(28)와 동일한 형상을 갖고 있고, 상면(78a), 하면(78b), 제 1 단면(78c) 및 제 2 단면(78d)을 갖는다. 단, 봉지체(78)의 형상은, 본 실시예에서 예시되는 것에 한정되지 않고, 적절히 변경할 수 있다.
제 2 반도체 모듈(70)은, 복수의 전력 단자(82, 84, 86)와 복수의 신호 단자(88a, 88b)를 추가로 구비한다. 복수의 전력 단자(82, 84, 86)에는 제 1 전력 단자(82), 제 2 전력 단자(84) 및 제 3 전력 단자(86)가 포함된다. 복수의 신호 단자(88a, 88b)에는, 복수의 제 1 신호 단자(88a)와 복수의 제 2 신호 단자(88b)가 포함된다. 복수의 전력 단자(82, 84, 86)는, 봉지체(78)의 제 1 단면(78c)으로부터 외부로 돌출되어 있고, 복수의 신호 단자(38a, 38b)는, 봉지체(78)의 제 2 단면(78d)으로부터 외부로 돌출되어 있다. 제 2 반도체 모듈(70)의 복수의 전력 단자(82, 84, 86) 및 복수의 신호 단자(88a, 88b)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 복수의 전력 단자(32, 34, 36) 및 복수의 신호 단자(38a, 38b)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 따라서, 제 2 반도체 모듈(70)의 복수의 전력 단자(82, 84, 86) 및 복수의 신호 단자(88a, 88b)의 상세한 설명에 대해서는, 상술한 제 1 반도체 모듈(20)의 설명을 참조하는 것으로 하고, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)의 각각은, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 스위칭 소자(22)와 동일한 구성을 갖고 있고, 반도체 기판(72a, 74a), 상면 전극(72b, 74b), 하면 전극(72c, 74c) 및 복수의 신호 전극(72d, 74d)을 구비한다. 마찬가지로, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 3 스위칭 소자(76)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 3 스위칭 소자(26)와 동일한 구성을 갖고 있고, 반도체 기판(76a), 상면 전극(76b), 하면 전극(76c) 및 복수의 신호 전극(76d)을 구비한다. 제 2 반도체 모듈(70)의 스위칭 소자(72, 74, 76)의 상세한 설명에 대해서는, 상술한 제 1 반도체 모듈(20)의 설명을 참조하는 것으로 하고, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
제 2 반도체 모듈(70)은, 제 1 절연 회로 기판(90)과 제 2 절연 회로 기판(100)을 추가로 구비한다. 제 1 절연 회로 기판(90)은, 절연 기판(98)과, 절연 기판(98)의 일방의 면에 마련된 내측 도체판(92, 94)과, 절연 기판(98)의 타방의 면에 마련된 외측 도체판(96)을 구비한다. 절연 기판(98)은, 예를 들면, 세라믹과 같은, 절연체로 구성되어 있다. 내측 도체판(92, 94)과 외측 도체판(96)은, 예를 들면, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 내측 도체판(92, 94)은, 봉지체(78)의 내부에 위치해 있고, 1 또는 복수의 스위칭 소자(72, 74, 76)와 전기적으로 접속되어 있다. 외측 도체판(96)은, 내측 도체판(92, 94)으로부터 전기적으로 절연되어 있음과 함께, 봉지체(78)의 하면(78b)에 노출되어 있다. 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 제 1 절연 회로 기판(90)은, 스위칭 소자(72, 74, 76)의 열을, 봉지체(78)의 외부로 방열하는 방열판으로서도 기능한다.
제 2 절연 회로 기판(100)은, 절연 기판(108)과, 절연 기판(108)의 일방의 면에 마련된 내측 도체판(102, 104)과, 절연 기판(108)의 타방의 면에 마련된 외측 도체판(106)을 구비한다. 절연 기판(108)은, 예를 들면, 세라믹과 같은, 절연체로 구성되어 있다. 내측 도체판(102, 104)과 외측 도체판(106)은, 예를 들면, 구리 또는 그 외의 금속과 같은, 도전체로 구성되어 있다. 내측 도체판(102, 104)은, 봉지체(78)의 내부에 위치해 있고, 1 또는 복수의 스위칭 소자(72, 74, 76)와 전기적으로 접속되어 있다. 외측 도체판(106)은, 내측 도체판(102, 104)으로부터 전기적으로 절연되어 있음과 함께, 봉지체(78)의 상면(78a)에 노출되어 있다. 제 2 절연 회로 기판(100)도 또한, 스위칭 소자(72, 74, 76)의 열을, 봉지체(78)의 외부로 방열하는 방열판으로서도 기능한다.
제 1 절연 회로 기판(90)의 내측 도체판(92, 94)에는, 제 1 도체판(92)과 제 3 도체판(94)이 포함된다. 제 1 도체판(92)과 제 3 도체판(94)은, 제 1 방향(도면 중의 X축에 평행한 방향)을 따라서, 옆으로 나란히 위치해 있다. 한편, 제 2 절연 회로 기판(100)의 내측 도체판(102, 104)에는, 제 2 도체판(102)과 제 4 도체판(104)이 포함된다. 제 2 도체판(102)과 제 4 도체판(104)도, 제 1 방향 (X)를 따라서 옆으로 나란히 위치해 있고, 각각 제 1 도체판(92)과 제 3 도체판(94)과 대향하고 있다. 제 1 도체판(92)에는 제 1 전력 단자(82)가 전기적으로 접속되어 있고, 제 3 도체판(94)에는 제 2 전력 단자(84)가 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 제 2 전력 단자(84)는, 제 3 도체판(94) 대신에, 제 2 도체판(102)에 접속되어도 된다. 제 4 도체판(54)에는 제 3 전력 단자(36)가 전기적으로 접속되어 있다. 이들 구성에 대해서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 공통되어 있다.
단, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 도체판(92)에는, 상 아암 스위칭 소자로서, 제 1 스위칭 소자(72)만이 탑재되어 있다. 제 1 도체판(92)에는, 제 1 스위칭 소자(72)의 하면 전극(72c)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 2 도체판(102)은, 제 1 스위칭 소자(72)를 사이에 두고, 제 1 도체판(92)에 대향하고 있다. 제 2 도체판(102)에는, 제 1 스위칭 소자(72)의 상면 전극(72b)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 제 2 도체판(102)(또는, 제 1 도체판(92))과 제 1 스위칭 소자(72)와의 사이에는, 필요에 따라서 도체 스페이서(73)가 마련되어도 된다.
제 2 반도체 모듈(70)의 제 3 도체판(94)에는, 하 아암 스위칭 소자로서, 제 2 스위칭 소자(74) 및 제 3 스위칭 소자(76)가 탑재되어 있다. 제 3 도체판(94)에는, 제 2 스위칭 소자(74)의 하면 전극(74c)과, 제 3 스위칭 소자(76)의 하면 전극(76c)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 4 도체판(104)은, 제 2 스위칭 소자(74) 및 제 3 스위칭 소자(76)를 사이에 두고, 제 3 도체판(94)에 대향하고 있다. 제 4 도체판(104)에는, 제 2 스위칭 소자(74)의 상면 전극(74b)과, 제 3 스위칭 소자(76)의 상면 전극(76b)이, 예를 들면, 납땜에 의해서 접합되어 있다. 제 4 도체판(104)(또는, 제 3 도체판(94))과 각각의 스위칭 소자(74, 76)과의 사이에는, 필요에 따라서 도체 스페이서(75, 77)가 마련되어도 된다. 이 경우, 제 3 스위칭 소자(76)에 대한 도체 스페이서(77)는, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)에 대한 도체 스페이서(73, 75)와 비교하여, 구조 및/또는 재료가 변경되어도 된다.
제 2 반도체 모듈(70)은, 제 1 이음매부(110)와 제 2 이음매부(112)를 추가로 구비한다. 제 1 이음매부(110)는, 봉지체(78)의 내부에 있어서, 제 2 도체판(102)과 제 3 도체판(94) 사이를 전기적으로 접속한다. 제 2 이음매부(112)는, 봉지체(78)의 내부에 있어서, 제 4 도체판(104)과 제 3 전력 단자(86) 사이를 전기적으로 접속한다. 제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 이음매부(110) 및 제 2 이음매부(112)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)와 동일한 구조 및 기능을 갖는다. 상기한 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)에 대한 설명은, 특별히 언급되지 않는 한, 제 2 반도체 모듈(70)의 제 1 이음매부(110) 및 제 2 이음매부(112)에도 적용된다. 따라서, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
이상의 구성에 있어서, 제 2 반도체 모듈(70)에서는, 제 1 스위칭 소자(72)와 제 2 스위칭 소자(74)가, 제 1 방향 (X)를 따라서 배열되어 있다. 그리고, 제 1 방향 (X)에 관하여, 제 3 스위칭 소자(76)는, 제 1 스위칭 소자(72)와 제 2 스위칭 소자(74) 사이에 위치해 있다. 이 점에 대해서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 마찬가지이고, 제 2 반도체 모듈(70)에 있어서도, 그 내부에서 생기는 응력이나 열 분포의 균일화가 도모되어 있다.
제 2 반도체 모듈(70)에서는, 제 1 도체판(92)에 수직인 평면시에 있어서(도 13 참조), 제 3 스위칭 소자(76)의 중심이, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)의 각 중심을 지나는 직선 L로부터 떨어져서 위치해 있다. 즉, 제 3 스위칭 소자(76)는, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)의 배열에 대하여, 오프셋되어 있다. 그리고, 제 1 방향 (X)에 관하여, 제 1 이음매부(110) 및 제 2 이음매부(112)에 대해서도, 제 1 스위칭 소자(72)와 제 2 스위칭 소자(74) 사이에 위치해 있다. 제 3 스위칭 소자(76)의 사이즈는, 제 1 스위칭 소자(72) 및 제 2 스위칭 소자(74)의 사이즈보다 작으므로, 이와 같은 구성에 의하면, 제 2 반도체 모듈(70)의 소형화를 도모할 수 있다.
제 2 반도체 모듈(70)에서는, 제 1 이음매부(110) 및 제 2 이음매부(112)가, 제 2 방향 (Y)에 관하여, 제 3 스위칭 소자(76)에 대하여 동일한 측에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부(110)와 제 2 이음매부(112)가 서로 인접함으로써, 제 2 반도체 모듈(70) 내의 전류 경로를 짧게 할 수 있다. 또, 제 1 도체판(92)에 수직인 평면시에 있어서(도 13 참조), 제 1 이음매부(110)와 제 2 이음매부(112)는, 각각 제 2 방향 (Y)를 따라서 연장됨과 함께, 제 1 방향 (X)에 있어서 서로 인접해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 도체판(92)과 제 3 도체판(94) 사이의 간격이나, 제 2 도체판(102)과 제 4 도체판(104) 사이의 간격을 크게 하여, 그들 도체판(92, 94, 102, 104)의 사이의 절연성을 높일 수 있다.
제 2 반도체 모듈(70)에서는, 제 4 도체판(104)가, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 2 도체판(102)측으로 돌출하는 제 4 돌출부(104a)를 갖고 있다. 그리고, 제 4 돌출부(104a)의 일부 또는 전부가, 제 3 스위칭 소자(76)를 사이에 두고 제 3 도체판(94)과 대향하고 있다. 이와 같이, 제 3 스위칭 소자(76)의 사이즈에 맞추어, 제 4 도체판(104)을 부분적으로 확대함으로써, 제 2 반도체 모듈(70)의 소형화를 도모할 수 있다. 추가하여, 제 2 도체판(102)은, 제 1 방향 (X)를 따라서 제 4 도체판(104)측으로 돌출하는 제 2 돌출부(102a)를 갖고 있다. 제 2 돌출부(102a)는, 제 1 방향 (X)에 수직인 제 2 방향 (Y)에 있어서, 제 4 돌출부(104a)와 인접해 있다. 그리고, 제 2 도체판(102)은, 제 2 돌출부(102a)에 있어서, 제 3 도체판(94)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 제 1 이음매부(110)가, 제 2 도체판(102)의 제 2 돌출부(102a)에 위치해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 2 반도체 모듈(70)의 소형화를 도모할 수 있다.
다음으로, 도 17 내지 도 19를 참조하여, 제 3 반도체 모듈(120)의 구성에 대하여 설명한다. 제 3 반도체 모듈(120)은, 제 1 반도체 모듈(20)로부터 제 3 스위칭 소자(26)를 제거한 구성과 동등하다. 즉, 제 3 반도체 모듈(120)은, 제 1 스위칭 소자(122)와, 제 2 스위칭 소자(124)와, 그들 스위칭 소자(122, 124)를 봉지하는 봉지체(128)를 구비한다. 봉지체(128)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 봉지체(28)와 동일하게, 대체로 판 형상을 갖고 있고, 상면(128a), 하면(128b), 제 1 단면(128c) 및 제 2 단면(128d)을 갖는다.
제 3 반도체 모듈(120)은, 복수의 전력 단자(132, 134, 136)와, 복수의 신호 단자(138a, 138b)를 추가로 구비한다. 복수의 전력 단자(132, 134, 136)에는 제 1 전력 단자(132), 제 2 전력 단자(134) 및 제 3 전력 단자(136)가 포함된다. 복수의 신호 단자(138a, 138b)에는, 복수의 제 1 신호 단자(138a)와 복수의 제 2 신호 단자(138b)가 포함된다. 제 3 반도체 모듈(120)의 복수의 전력 단자(132, 134, 136) 및 복수의 신호 단자(138a, 138b)는, 제 1 반도체 모듈(20)의 복수의 전력 단자(32, 34, 36) 및 복수의 신호 단자(38a, 38b)와 동일한 구성 및 기능을 갖는다.
제 3 반도체 모듈(120)은, 제 1 절연 회로 기판(140)과 제 2 절연 회로 기판(150)을 추가로 구비한다. 제 3 반도체 모듈(120)의 제 1 절연 회로 기판(140)과 제 2 절연 회로 기판(150)은, 각각 제 1 반도체 모듈(20)의 제 1 절연 회로 기판(40)과 제 2 절연 회로 기판(50)과 동일한 기능 및 구성을 갖는다. 즉, 제 1 절연 회로 기판(140)은 절연 기판(148)과 내측 도체판(142, 144)과 외측 도체판(146)을 구비하고, 내측 도체판(142, 144)에는 제 1 도체판(142)과 제 3 도체판(144)이 포함되어 있다. 제 2 절연 회로 기판(150)은 절연 기판(158)과 내측 도체판(152, 154)과 외측 도체판(156)을 구비하고, 내측 도체판(152, 154)에는 제 2 도체판(152)과 제 4 도체판(154)이 포함되어 있다. 제 3 도체판(144)은, 제 1 이음매부(160)를 개재하여, 제 2 도체판(152)과 전기적으로 접속되어 있고, 제 4 도체판(154)은, 제 2 이음매부(162)를 개재하여, 제 3 전력 단자(136)와 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 제 3 반도체 모듈(120)에서는, 제 1 스위칭 소자(122)의 모든 신호 전극(122d)이, 복수의 제 1 신호 단자(138a)에 접속되어 있고, 이 점에 대해서는 제 1 반도체 모듈(20)과 상이하다. 제 3 반도체 모듈(120)의 기타의 구성에 대해서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 동일하므로, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
본 실시예의 전력 변환 장치(10)에서는, 제 1 반도체 모듈(20), 제 2 반도체 모듈(70) 및 제 3 반도체 모듈(120)을, 그들의 두께 방향을 따라서 적층해도 된다. 이 경우, 제 1 반도체 모듈(20)과 제 2 반도체 모듈(70)은, 서로 인접하여 배치되면 된다. 제 1 반도체 모듈(20)과 제 2 반도체 모듈(70)이 서로 인접해 있으면, 제 1 스위칭 제어를 실행하였을 때의 전력 손실을 저감할 수 있다. 즉, 제 1 스위칭 제어에서는, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 제 3 스위칭 소자(26, 76)가 상보적으로 구동된다. 이 때, 제 1 반도체 모듈(20)과 제 2 반도체 모듈(70)이 서로 인접해 있으면, 통전에 의해서 생성되는 자장이 서로 상쇄됨으로써, 그들 반도체 모듈(20, 70)의 인덕턴스가 저감될 수 있다.
또, 반도체 모듈(20, 70, 120)의 사이에는, 예를 들면, 냉각수와 같은 냉매를 이용한 냉각기를 개재시켜도 된다. 이 경우, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)의 온도 상승을 억제하기 위하여, 제 1 반도체 모듈(20) 및 제 2 반도체 모듈(70)을, 냉각기에 있어서 냉매의 상류측에 위치하는 개소에 배치해도 된다.
도 20 내지 도 23에, 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20A)을 나타낸다. 이 제 1 반도체 모듈(20A)에서는, 전술한 제 1 반도체 모듈(20)과 비교하여, 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)의 구성이 변경되어 있다. 즉, 본 변형례의 제 1 반도체 모듈(20A)에서는, 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서(도 22 참조), 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)가, 각각 제 1 방향 (X)를 따라서 연장됨과 함께, 제 2 방향 (Y)에 있어서 서로 인접해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)가, 제 3 반도체 소자(26)를 따라서 연장되기 때문에, 제 3 반도체 소자(26)와 제 1 이음매부(60)(또는 제 2 이음매부(62)) 사이의 전류 경로를 넓게 할 수 있다. 또한, 상기의 변경에 따라서, 제 1 도체판(42), 제 2 도체판(52), 제 3 도체판(44) 및 제 4 도체판(54)의 형상도 변경되어 있다.
제 1 반도체 모듈(20A)의 기타의 구성에 대해서는, 도 4 내지 도 10에 나타낸 제 1 반도체 모듈(20)의 구성과 일치한다. 그 때문에, 도 20 내지 도 23에서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 동일 또는 대응하는 구성에 대하여, 동일한 부호가 붙여져 있다. 제 1 반도체 모듈(20A)의 기타의 구성에 대해서는, 전술한 제 1 반도체 모듈(20)의 설명을 참조함으로써, 여기서는 중복되는 설명을 생략한다.
도 24 내지 도 27에, 기타의 일 변형례의 제 1 반도체 모듈(20B)을 나타낸다. 이 반도체 모듈(20B)에 있어서도, 전술한 제 1 반도체 모듈(20)과 비교하여, 제 1 이음매부(60)와 제 2 이음매부(62)의 구성이 변경되어 있다. 본 변형례의 제 1 반도체 모듈(20B)에서는, 제 1 이음매부(60) 및 제 2 이음매부(62)가, 제 2 방향 (Y)에 관하여, 제 3 스위칭 소자(26)에 대하여 서로 반대측에 위치해 있다. 즉, 제 1 도체판(42)에 수직인 평면시에 있어서(도 26 참조), 제 1 이음매부(60)는 봉지체(28)의 제 2 단면(28d)측에 위치해 있고, 제 2 이음매부(62)는 봉지체(28)의 제 1 단면(28c)측에 위치해 있다. 그리고, 제 1 이음매부(60)는 제 2 방향 (Y)를 따라서 연장되어 있고, 제 2 이음매부(62)는 제 1 방향 (X)를 따라서 연장되어 있다.
추가하여, 제 1 절연 회로 기판(40)에는, 복수의 신호 중계 경로(49)가 마련되어 있고, 몇 개의 제 1 신호 단자(38a)가, 복수의 신호 중계 경로(49)를 개재하여, 제 3 스위칭 소자(26)의 신호 전극(26d)에 접속되어 있다. 일례이기는 하지만, 복수의 신호 중계 경로(49)는, 제 1 이음매부(60)와 평행하게, 제 2 방향 (Y)를 따라서 연장되어 있다. 환언하면, 제 1 이음매부(60)가 제 2 방향 (Y)를 따라서 연장되어 있음으로써, 제 1 절연 회로 기판(40)의 절연 기판(48)에, 복수의 신호 중계 경로(49)를 형성하는 스페이스가 마련되어 있다.
제 1 반도체 모듈(20B)의 기타의 구성에 대해서는, 도 4 내지 도 10에 나타낸 제 1 반도체 모듈(20)의 구성과 일치한다. 그 때문에, 도 24 내지 도 27에서는, 제 1 반도체 모듈(20)과 동일 또는 대응하는 구성에 대하여, 동일한 부호가 붙여져 있다. 제 1 반도체 모듈(20B)의 기타의 구성에 대해서는, 전술한 제 1 반도체 모듈(20)의 설명을 여기에 인용함으로써, 중복되는 설명을 생략한다.
도 28 내지 도 31에, 일 변형례의 제 2 반도체 모듈(70A)을 나타낸다. 이 제 2 반도체 모듈(70A)에서는, 전술한 제 2 반도체 모듈(70)과 비교하여, 제 1 이음매부(110)와 제 2 이음매부(112)의 구성이 변경되어 있다. 본 변형례의 제 2 반도체 모듈(70B)에서는, 제 1 도체판(92)에 수직인 평면시에 있어서(도 30 참조), 제 1 이음매부(110)와 제 2 이음매부(112)가, 각각 제 1 방향 (X)를 따라서 연장됨과 함께, 제 2 방향 (Y)에 있어서 서로 인접해 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 이음매부(110) 및 제 2 이음매부(112)가, 제 3 스위칭 소자(76)를 따라서 연장되기 때문에, 제 3 스위칭 소자(76)와 제 1 이음매부(110)(또는 제 2 이음매부(112)) 사이의 전류 경로를 넓게 할 수 있다. 또한, 상기의 변경에 따라서, 제 1 도체판(92), 제 2 도체판(102), 제 3 도체판(94) 및 제 4 도체판(104)의 형상도 변경되어 있다.
제 2 반도체 모듈(70B)의 기타의 구성에 대해서는, 도 11 내지 도 16에 나타낸 제 2 반도체 모듈(70)의 구성과 일치한다. 그 때문에, 도 28 내지 도 31에서는, 제 2 반도체 모듈(70)과 동일 또는 대응하는 구성에 대하여, 동일한 부호가 붙여져 있다. 제 2 반도체 모듈(70B)의 기타의 구성에 대해서는, 전술한 제 2 반도체 모듈(70)의 설명을 여기에 인용함으로써, 중복되는 설명을 생략한다.
10: 전력 변환 장치
12, 14, 16: 스위칭 회로
18: 제어 장치
20, 20A, 20B, 70, 70A, 120: 반도체 모듈
22, 72, 122: 제 1 스위칭 소자
24, 74, 12: 제 2 스위칭 소자
26, 76: 제 3 스위칭 소자
28, 78, 128: 봉지체
32, 82, 132: 제 1 전력 단자
34, 84, 134: 제 2 전력 단자
36, 86, 136: 제 3 전력 단자
38a, 88a, 138a: 제 1 신호 단자
38b, 88, 138b: 제 2 신호 단자
40, 90, 140: 제 1 절연 회로 기판
42, 92, 142: 제 1 도체판
44, 94, 144: 제 3 도체판
46, 96, 146: 외측 도체판
48, 98, 148: 세라믹 기판
49: 신호 중계 회로
50, 100, 150: 제 2 절연 회로 기판
52, 102, 152: 제 2 도체판
54, 104, 154: 제 4 도체판
56, 106, 156: 외측 도체판
58, 108, 158: 세라믹 기판
60, 110, 160: 제 1 이음매부
62, 112, 162: 제 2 이음매부

Claims (28)

  1. 복수의 반도체 소자와,
    상기 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비하며,
    상기 복수의 반도체 소자는,
    상기 제 1 전력 단자와 상기 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와,
    상기 제 2 전력 단자와 상기 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖고,
    상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수와 다른,
    반도체 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자는, 제 1 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자는, 상기 제 1 스위칭 소자와 동일한 구성을 갖는 제 2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 일방은, 상기 제 1 스위칭 소자와 다른 구성을 갖는 제 3 스위칭 소자를 추가로 포함하는, 반도체 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자는, 제 1 종류의 반도체 재료를 이용하여 구성되어 있고,
    상기 제 3 스위칭 소자는, 상기 제 1 종류의 반도체 재료와 다른 제 2 종류의 반도체 재료를 이용하여 구성되어 있는, 반도체 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 종류의 반도체 재료의 밴드 갭은, 상기 제 1 종류의 반도체 재료의 밴드 갭보다 넓은, 반도체 모듈.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 소자의 사이즈는, 상기 제 1 스위칭 소자의 사이즈보다 작은, 반도체 모듈.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자가 탑재된 제 1 도체판과,
    상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자를 사이에 두고 상기 제 1 도체판에 대향하는 제 2 도체판과,
    상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가 탑재되어 있고, 상기 제 1 도체판과 제 1 방향에 있어서 옆으로 나란히 배치되어 있음과 함께, 상기 제 2 도체판과 전기적으로 접속된 제 3 도체판과,
    상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 사이에 두고 상기 제 3 도체판에 대향함과 함께, 상기 제 2 도체판과 상기 제 1 방향에 있어서 옆으로 나란히 배치된 제 4 도체판을 추가로 구비하며,
    상기 제 1 전력 단자는 상기 제 1 도체판에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 2 전력 단자는 상기 제 2 도체판 또는 상기 제 3 도체판에 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 3 전력 단자는 상기 제 4 도체판에 전기적으로 접속되어 있는, 반도체 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자는, 상기 제 1 방향을 따라서 배열되어 있고,
    상기 제 1 방향에 관하여, 상기 제 3 스위칭 소자는, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자와의 사이에 위치하는, 반도체 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 상기 제 3 스위칭 소자의 중심은, 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자의 각 중심을 지나는 직선으로부터 떨어져서 위치하는, 반도체 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 도체판은, 제 1 이음매부를 개재하여, 상기 제 2 도체판과 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 3 전력 단자는, 제 2 이음매부를 개재하여, 상기 제 4 도체판과 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 1 방향에 관하여, 상기 제 1 이음매부 및 상기 제 2 이음매부는, 상기 제 1 스위칭 소자와 상기 제 2 스위칭 소자와의 사이에 위치하는, 반도체 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 이음매부 및 상기 제 2 이음매부는, 상기 제 1 도체판에 평행함과 함께 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 관하여, 상기 제 3 스위칭 소자에 대하여 동일한 측에 위치하는, 반도체 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 상기 제 1 이음매부와 상기 제 2 이음매부는, 각각 상기 제 1 방향을 따라서 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 있어서 서로 인접해 있는, 반도체 모듈.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 상기 제 1 이음매부와 상기 제 2 이음매부는, 각각 상기 제 2 방향을 따라서 연장됨과 함께, 상기 제 1 방향에 있어서 서로 인접해 있는, 반도체 모듈.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 이음매부와 상기 제 2 이음매부는, 상기 제 1 도체판에 평행함과 함께 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 관하여, 상기 제 3 스위칭 소자에 대하여 서로 반대측에 위치하는, 반도체 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 상기 제 1 이음매부는 상기 제 2 방향을 따라서 연장되어 있고, 상기 제 2 이음매부는 상기 제 1 방향을 따라서 연장되어 있는, 반도체 모듈.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 도체판에 수직인 평면시에 있어서, 상기 제 1 전력 단자, 상기 제 2 전력 단자 및 상기 제 3 전력 단자는, 상기 제 1 방향을 따라서 배열되어 있음과 함께, 상기 제 3 전력 단자는, 상기 제 1 전력 단자와 상기 제 2 전력 단자와의 사이에 위치하는, 반도체 모듈.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 소자는, 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자에 포함되어 있고,
    상기 제 1 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 3 도체판측으로 돌출하는 제 1 돌출부를 갖고,
    상기 제 3 스위칭 소자의 적어도 일부는, 상기 제 1 돌출부에 위치해 있는, 반도체 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 4 도체판측으로 돌출함과 함께, 상기 제 1 돌출부와 대향하는 제 2 돌출부를 갖고,
    상기 제 2 돌출부의 적어도 일부는, 상기 제 3 스위칭 소자를 사이에 두고 상기 제 1 돌출부와 대향하고 있는, 반도체 모듈.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 3 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 1 도체판측으로 돌출함과 함께, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 있어서 상기 제 1 돌출부와 인접하는 제 3 돌출부를 갖고,
    상기 제 3 도체판은, 상기 제 3 돌출부에 있어서 상기 제 2 도체판과 전기적으로 접속되어 있는, 반도체 모듈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 4 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 2 도체판측으로 돌출함과 함께, 그 적어도 일부가 상기 제 3 돌출부와 대향하는 제 4 돌출부를 갖고,
    상기 제 4 도체판은, 상기 제 4 돌출부에 있어서 상기 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있는, 반도체 모듈.
  20. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 스위칭 소자는, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자에 포함되어 있고,
    상기 제 4 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 2 도체판측으로 돌출하는 제 4 돌출부를 갖고,
    상기 제 4 돌출부의 적어도 일부는, 상기 제 3 스위칭 소자를 사이에 두고 상기 제 3 도체판과 대향하고 있는, 반도체 모듈.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 도체판은, 상기 제 1 방향을 따라서 상기 제 4 도체판측으로 돌출함과 함께, 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에 있어서 상기 제 4 돌출부와 인접하는 제 2 돌출부를 갖고,
    상기 제 2 도체판은, 상기 제 2 돌출부에 있어서 상기 제 3 도체판과 전기적으로 접속되어 있는, 반도체 모듈.
  22. 제 6 항에 있어서,
    제 1 절연 회로 기판과, 상기 복수의 반도체 소자를 사이에 두고 상기 제 1 절연 회로 기판에 대향하는 제 2 절연 회로 기판을 추가로 구비하며,
    상기 제 1 도체판과 상기 제 3 도체판은, 상기 제 1 절연 회로 기판에 마련되어 있고,
    상기 제 2 도체판과 상기 제 4 도체판은, 상기 제 2 절연 회로 기판에 마련되어 있는, 반도체 모듈.
  23. 제 1 반도체 모듈과,
    상기 제 1 반도체 모듈과 전기적으로 접속된 제 2 반도체 모듈을 구비하며,
    상기 제 1 반도체 모듈과 상기 제 2 반도체 모듈의 각각은,
    복수의 반도체 소자와,
    상기 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비하고,
    상기 복수의 반도체 소자는,
    상기 제 1 전력 단자와 상기 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와,
    상기 제 2 전력 단자와 상기 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제 1 반도체 모듈의 상기 제 1 전력 단자, 상기 제 2 전력 단자 및 상기 제 3 전력 단자는, 각각, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 제 1 전력 단자, 상기 제 2 전력 단자 및 상기 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 1 반도체 모듈에서는, 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수보다 많고,
    상기 제 2 반도체 모듈에서는, 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수보다 적은,
    전력 변환 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 모듈의 상기 상 아암 스위칭 소자 및 상기 하 아암 스위칭 소자의 총 수는, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 상 아암 스위칭 소자 및 상기 하 아암 스위칭 소자의 총 수와 동등한, 전력 변환 장치.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    제 3 반도체 모듈을 추가로 구비하며,
    상기 제 3 반도체 모듈은,
    복수의 반도체 소자와,
    상기 복수의 반도체 소자에 전기적으로 접속된 제 1 전력 단자, 제 2 전력 단자 및 제 3 전력 단자를 구비하고,
    상기 복수의 반도체 소자는,
    상기 제 1 전력 단자와 상기 제 2 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와,
    상기 제 2 전력 단자와 상기 제 3 전력 단자와의 사이에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자를 갖고,
    상기 제 3 반도체 모듈의 상기 제 1 전력 단자, 상기 제 2 전력 단자 및 상기 제 3 전력 단자는, 각각, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 제 1 전력 단자, 상기 제 2 전력 단자 및 상기 제 3 전력 단자와 전기적으로 접속되어 있고,
    상기 제 3 반도체 모듈에서는, 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자의 수가, 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자의 수와 동등한,
    전력 변환 장치.
  26. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자가, 각각 제 1 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제 1 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자와, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가, 각각 상기 제 1 스위칭 소자와 동일한 구성을 갖는 제 2 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제 1 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 상 아암 스위칭 소자와, 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 적어도 하나의 하 아암 스위칭 소자가, 각각 상기 제 1 스위칭 소자와 다른 구성을 갖는 제 3 스위칭 소자를 추가로 포함하는,
    전력 변환 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 동작을 제어하는 제어 장치를 추가로 구비하며,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 제 3 스위칭 소자를 상보적으로 구동함과 함께, 상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 제 1 스위칭 소자 및 상기 제 2 스위칭 소자를 구동하지 않는 제 1 스위칭 제어를 실행 가능하게 구성되어 있는, 전력 변환 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 적어도 일방의 상기 제 1 스위칭 소자와, 상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 적어도 일방의 상기 제 2 스위칭 소자를 상보적으로 구동함과 함께, 상기 제 1 반도체 모듈 및 상기 제 2 반도체 모듈의 상기 제 3 스위칭 소자를 구동하지 않는 제 2 스위칭 제어를 추가로 실행 가능하게 구성되어 있는, 전력 변환 장치.
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