半导体功率组件及使用其的电力转换装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种在半导体功率组件中，能够抑制从主端子给控制端子带来的噪声影响并且实现组件小型化的组件构造。在该半导体功率组件中，使主端子(正极端子(11a)、负极端子(11b)、交流端子(11c))的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分。例如，由具有从半导体功率组件(10)的外部向内部分开成两岔的形状的单一部件或者由相互分体的两个部件构成主端子的两个部分，该两个部分的一个部分和另一个部分在相同的方向上延伸。以控制端子(栅极信号端子3a(3c)和发射极信号端子3b(3d))的层叠部分夹在主端子的两个部分中的一个部分与另一个部分之间的方式配置控制端子，构成半导体功率组件(10)。
【专利说明】
半导体功率组件及使用其的电力转换装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种搭载有绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，以下称为IGBT)等电力用半导体元件的半导体功率组件及搭载该半导体功率组件的电力转换装置。
【背景技术】
[0002]近年来，从考虑环境的观点出发，电力机车及电动汽车等备受关注。在这些基于电气驱动的移动体中搭载有电力转换装置(逆变器、换流器、断路器)和电动机，电力转换装置一般使用半导体功率组件。该功率组件是通过开闭IGBT等功率半导体元件而将直流电转换为交流电或将交流转换为直流的组件。
[0003]功率组件一般是将开关元件和二极管并联连接(将其一组称为臂)使用。将上述的一组半导体连接于正极端子与交流端子之间而形成的臂称为上臂，将上述的一组半导体连接于交流端子与负极端子之间而形成的臂称为下臂。通过组合上臂和下臂，可以输出一相交流电。因此要产生三相交流需要三组上下臂(共6个臂)。
[0004]在专利文献I?5中公开了一种在一个壳体的内部搭载2个臂的功率半导体的功率组件(以下将其称为2inl组件)，和在一个壳体的内部搭载6个臂的功率半导体的功率组件(以下将其称为6inl组件)。
[0005]专利文献I记载的功率组件是2inl组件的一个例子，是IGBT和续流二极管各搭载两个，还具备外部导出端子和辅助端子(栅极辅助端子和发射极辅助端子)的半导体组件。在该文献的半导体组件中，通过使辅助端子周边的构造具有特征，确保装配容易性且防止装配时的应力传递。
[0006]专利文献2记载的功率组件是2inl组件的典型例子，通过使正极端子和负极端子相邻而实现低电感化。
[0007]专利文献3记载的功率组件通过在功率组件的壳体设置凸起部而确保绝缘距离，以实现小型化。
[0008]专利文献4记载的功率组件辅助端子采用排针，由此实现具有耐震性的组件。
[0009]专利文献5记载的功率组件以缓和来自组件内部的硅胶的应力为目的，具有使印刷基板变形容易的特征。
[0010]如上所述，专利文献I记载的功率组件是2inl组件的一个例子，IGBT和续流二极管各搭载两个，还具备外部导出端子和辅助端子(栅极辅助端子和发射极辅助端子)，其辅助端子周边的构造具有特征，由此，确保装配容易性，防止装配时的应力传递。但是，该文献的功率组件对组件的小型化丝毫没有考虑。因此，通过被小型化，成为主端子和辅助端子更接近的构造，对于主端子因大电流的变化而产生的磁通量容易更明显地对辅助端子带来噪声的影响的情况，丝毫没有考虑。实际上，在该文献的图3?5中，仅表示了辅助端子25被设置于距外部导出端子24最远的组件周缘部的位置的结构。由此也可知，该文献的功率组件不是希望使组件小型化的结构，因此，可以理解为，在该文献中，并不存在抑制由于外部导出端子24与辅助端子25接近而带来的噪声影响的动机。
[0011]另外，如上所述，专利文献2记载的功率组件是2inl组件的典型例子，通过使正极端子与负极端子相邻，实现低电感化。但是，由于追求小型化，成为主端子(正极端子、负极端子、交流端子)与控制端子正交的布局，因此并未考虑到主端子因大电流的变化而产生的磁通量给控制端子带来的噪声影响。
[0012]另外，如上所述，专利文献3记载的功率组件通过在功率组件的壳体设置凸起部而确保绝缘距离，以实现小型化。但是，由于该凸起部阻碍组件外部的配线路径，因此难以减小电感。另外，追求小型化的结果是，未考虑到主端子因大电流的变化而感应的磁通量对控制端子的噪声影响，具有因控制端子的配置而进行误动作的问题。
[0013]另外，如上所述，专利文献4记载的功率组件谋求通过在辅助端子采用排针而实现具有耐震性的组件。但是，在该文献中，并未考虑到组件的小型化。
[0014]另外，如上所述，专利文献5记载的功率组件以缓和来自组件内部的硅胶的应力为目的，具有使印刷基板变形容易的特征。该发明对组件小型化也没有考虑。
[0015]现有技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献I:(日本)特开2014 —120734号公报
[0018]专利文献2:国际公开第2010/131679号
[0019]专利文献3:(日本)特开2003 — 303939号公报
[0020]专利文献4:(日本)特开2004 — 221366号公报[0021 ]专利文献5:(日本)专利第4365388号公报
【发明内容】
[0022]发明要解决的技术问题
[0023]在电力机车中在旅客底板下的有限的空间内，在电动汽车中在发动机罩内的有限的空间内，均必须与其他设备一起搭载电力转换装置，因此组件小型化是重要的技术问题。另一方面，还需要充分考虑作为追求小型化而引起的不可忽视的、主端子因大电流的变化而产生的磁通量对控制端子的噪声影响。即，也必须考虑因控制端子的配置如何而有可能进行误动作的情况。例如，因主端子断开时的电流的变化，横切从栅极信号端子经由IGBT向发射极信号端子流动的电流的环路的磁通量消失时，对于遵循楞次定律而维持磁通量的方向，在信号线环路内产生涡电流。这就需要考虑引起不希望的栅极信号导通或发射极信号误检测等问题的情况。然而，到现在为止，如上所述，由于对组件的小型化没有被特别考虑，因此无法提供能够抑制从主端子向控制端子去的噪声的影响且实现组件小型化的组件构造。
[0024]因此，本发明要解决的技术问题在于，提供一种在半导体功率组件中，能够抑制从主端子给控制端子带来的噪声影响并且实现组件小型化的组件构造。
[0025]用于解决问题的技术方案
[0026]为了解决上述技术问题，本发明的半导体功率组件例如包括正极端子、负极端子、交流端子、发射极信号端子和栅极信号端子，该半导体功率组件的特征在于:上述正极端子、上述负极端子和上述交流端子的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分，上述发射极信号端子和上述栅极信号端子具有其各自的一部分相互层叠而成的层叠部分，上述层叠部分配置成夹在上述正极端子、上述负极端子和上述交流端子的至少任一者的上述两个部分中的一个部分与另一个部分之间。
[0027]另外，本发明的电力转换装置，例如通过将具有大致长方形的形状的半导体功率组件并排配置在上述长方形的短边方向上而构成，该电力转换装置的特征在于:上述半导体功率组件为本发明的半导体功率组件。
[0028]发明效果
[0029]根据本发明，能够提供一种在半导体功率组件中，能够抑制从主端子给控制端子带来的噪声影响并且实现组件小型化的组件构造。
【附图说明】
[0030]图1是表示本发明第一实施方式的实施例1的半导体功率组件的外观立体图。
[0031 ]图2是表示图1的半导体功率组件的壳体内部构造的立体图。
[0032]图3是本发明第一实施方式即实施例1的半导体功率组件的等效电路图。
[0033]图4是表示图2的A—A’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图。
[0034]图5是表示图2的B—B’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图。
[0035]图6是从上方正面看图2的壳体内部构造的俯视图。
[0036]图7是表示在本发明的半导体功率组件上搭载电容器母线、栅极驱动电路板和输出母线而构成的电力转换装置的立体图。
[0037]图8是表示本发明第二实施方式即实施例2的半导体功率组件的壳体内部构造的立体图。
[0038]图9是表示图8的C一C’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图。
[0039]图10是从上方正面看图8的壳体内部构造的俯视图。
[0040]图11是表示本发明第三实施方式即实施例3的半导体功率组件的壳体内部构造的立体图(主端子臂分为多个时的设计)。
[0041]图12是表示图11的D—D’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图。
[0042]图13是表示图11的E—E’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图。
[0043]图14是从上方正面看图11的壳体内部构造的俯视图。
[0044]图15是表示图11的端子和基座的状态的俯视图。
[0045]图16涉及本发明的实施例4，是表示搭载本发明的半导体功率组件而形成的电力转换装置的电路区段结构的图。
[0046]附图标记的说明
[0047]Ia上下臂串联电路(U相)，
[0048]Ib上下臂串联电路(V相)，
[0049]Ic上下臂串联电路(W相)，
[0050]2a半导体元件(上臂IGBT)，
[0051]2b半导体元件(上臂二极管)，
[0052]2c半导体元件(下臂IGBT)，
[0053]2d半导体元件(下臂二极管)，
[0054]3a控制端子(上臂栅极信号端子)，
[0055]3b控制端子(上臂发射极信号端子)，
[0056]3c控制端子(下臂栅极信号端子)，
[0057]3d控制端子(下臂发射极信号端子)，
[0058]3e控制端子(上臂集电极信号端子)，
[0059]3f控制端子(下臂集电极信号端子)，
[0060]3g控制端子(负极信号端子)，
[0061]4温度检测信号端子，
[0062]10半导体功率组件，
[0063]Ila主端子(正极端子)，
[0064]Ilb主端子(负极端子)，
[0065]Ilc主端子(交流端子)，
[0066]12组件壳体，
[0067]13 槽，
[0068]14 基座，
[0069]15a配置正极端子IIa和负极端子IIb的面，
[0070]15b配置交流端子IIc的面，
[0071]21a在正极左侧端子流动的电流的方向(上臂导通时)，
[0072]21b在正极右侧端子流动的电流的方向(上臂导通时)，
[0073]21c在负极左侧端子流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0074]21d在负极右侧端子流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0075]21e在交流左侧端子流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0076]21f在交流右侧端子流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0077]21g在上臂栅极信号线流动的电流的方向(上臂导通时)，
[0078]21h在上臂发射极信号线流动的电流的方向(上臂导通时)，
[0079]21?在下臂栅极信号线流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0080]21 j在下臂发射极信号线流动的电流的方向(下臂导通时)，
[0081]22a正极左侧端子周边的磁通量的方向(上臂导通时)，
[0082]22b正极右侧端子周边的磁通量的方向(上臂导通时)，
[0083]22c负极左侧端子周边的磁通量的方向(下臂导通时)，
[0084]22d负极右侧端子周边的磁通量的方向(下臂导通时)，
[0085]22e交流左侧端子周边的磁通量的方向(下臂导通时)，
[0086]22f交流右侧端子周边的磁通量的方向(下臂导通时)，
[0087]22g贯穿信号线所形成的环路的磁通量，
[0088]22h信号线环路，
[0089]31a上臂侧的绝缘基板，
[0090]31b下臂侧的绝缘基板，
[0091]100电力转换装置，
[0092]HO逆变器组件，
[0093]Illa直流母线(正极母线)，
[0094]Illb直流母线(负极母线)，
[0095]112交流母线，
[0096]120电容器组件，
[0097]130驱动电路，
[0098]131驱动电路板，
[0099]140控制电路，
[0100]141控制电路板，
[0101]150散热片，
[0102]200变压器(+换流器组件)或断路器电路，
[0103]300架线，
[0104]400接地部，
[0105]500感应电动机。
【具体实施方式】
[0106]本发明的半导体功率组件的特征在于，例如主端子(正极端子、负极端子、交流端子)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分，控制端子(栅极信号端子和发射极信号端子)配置成控制端子的层叠部分夹在主端子的两个部分中的一个部分与另一个部分之间。
[0107]上述“两个部分”，例如，优选由具有从半导体功率组件的外部向内部分开成两岔的形状的单一部件构成，或者由相互分体的两个部件构成，但不论哪个情况都采用该“两个部分”中的一个部分和另一个部分在相同的方向上延伸的构造。
[0108]例如为前者的情况下，本发明的半导体功率组件使主端子(正极端子、负极端子、交流端子)分别具有从半导体功率组件的外部朝向内部分开成两贫，分开成两贫的一贫和另一岔在相同的方向上延伸的构造，控制端子(发射极信号端子和栅极信号端子)配置成夹在分开成两岔的主端子之间。
[0109]在此，在上述结构中，也可以如下构成半导体功率组件，S卩，在与配置正极端子和负极端子的面相反的一侧的面配置交流端子。
[0110]另外，在上述结构中，也可以如下构成半导体功率组件，S卩，在配置正极端子和负极端子的部位与配置交流端子的部位之间配置控制端子。
[0111]另外，在上述结构中，也可以如下构成半导体功率组件，S卩，还包括基座(组件的基座)，正极端子、负极端子、交流端子、发射极信号端子和栅极信号端子共同地搭载于基座，以基座的平面方向与相互层叠的栅极信号配线和发射极信号配线的环路相互正交的方式，配置基座、栅极信号配线和发射极信号配线。
[0112]另外，在上述结构中，也可以如下构成半导体功率组件，S卩，在相互层叠的正极端子与负极端子之间和发射极信号配线与栅极信号配线之间的至少任一方设置绝缘物。
[0113]另外，控制端子优选如下结构，S卩，具有发射极信号端子和栅极信号端子层叠而成的层叠构造，主端子与控制端子相邻的区域(控制端子被主端子夹着的部位)，在与基座(组件基座)垂直的方向，层叠发射极信号端子和栅极信号端子。
[0114]本发明的半导体功率组件中，控制端子(发射极信号端子和栅极信号端子)例如配置成夹在分开成两岔的主端子的一岔与另一岔之间，从而能够使高密度安装变得容易且实现组件小型化。在该情况下，分开成两岔的各主端子产生的磁通量在两岔中的一岔与另一岔的大致中间点被抵消而成为最小，因此能够抑制从主端子向控制端子去的噪声且实现高密度安装。另外，在与组件基座垂直的方向，层叠发射极信号端子和栅极信号端子，由此，能够使由被垂直地分开成两岔的主端子产生的磁通量的方向与贯穿信号线环路内的磁通量的方向正交，使噪声的影响成为最小限度。其结果是，能够抑制在导通或截止时进行误动作的不利情况。
[0115]本发明的电力转换装置例如通过将具有大致长方形的形状的半导体功率组件并排配置在长方形的短边方向上而构成，该电力转换装置的特征在于:其半导体功率组件为本发明的上述任一种半导体功率组件。
[0116]在此，在上述结构中，也可以在半导体功率组件的正极端子侧或负极端子侧配置有电容器组件，在半导体功率组件上设置有栅极配线电路板。
[0117]以下，对本发明的实施方式，采用各实施例参照附图详细地进行说明。
[0118]【实施例1】
[0119]图1是表示本发明第一的实施方式即实施例1的半导体功率组件10的外观立体图的例子的图。本实施例的半导体功率组件10的特征在于，例如，主端子(正极端子11a、负极端子11b、交流端子lie)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分，以控制端子(栅极信号端子3a(3c)和发射极信号端子3b(3d))的层叠部分夹在主端子的两个部分中的一个部分与另一个部分之间的方式配置控制端子，特别是，上述“两个部分”由单一部件构成，该单一部件具有从半导体功率组件10的外部向内部分开成两岔的形状，该“两个部分”中的一个部分和另一个部分为在相同的方向上延伸的构造。
[0120]如图1所示，流动有大电流的主端子(正极端子11a、负极端子Ilb和交流端子lie)与弱电系的信号端子(上臂栅极信号线3a、下臂栅极信号线3c、温度检测信号线4，上臂发射极信号线3b、下臂发射极信号线3d、上臂集电极信号线3e、下臂集电极信号线3f和负极信号端子3g)通过设置于组件壳体12的槽13在彼此之间确保规定的绝缘距离(空间距离和沿面距离)。组件壳体12粘接在基座14上，在组件内部搭载有半导体元件2a、2b、2c和2d。
[0121]本实施例中，在与配置正极端子Ila和负极端子Ilb的面15a相反的一侧的面15b配置有交流端子11c。由此，能够将控制端子3a、3b、3c、3d、3e、3f和3g全部集中配置在组件中央，能够将搭载有驱动电路130的驱动电路板131直接安装在组件上。此时，控制端子3a?3g是如图示的螺丝夹的方式，但也可以是快接端子或压接端子等嵌入的方式。
[0122]驱动电路板131即使是例如像图7那样并排配置多个半导体功率组件10的情况，也能够以跨该多个半导体功率组件的上表面的方式配置。由此，能够缩短驱动电路板131与半导体功率组件10之间的配线长度，且能够将驱动电路板集中成一片，能够减小栅极一发射极间的环路电感。如图1所示，半导体功率组件10为大致长方形，正极端子11a、负极端子Ilb和交流端子Ilc设置于短边侧。另外，设置有槽13，即使相邻的组件间的间隙小，也可确保绝缘距离。因此，能够将多个半导体功率组件10相互相邻配置，即使在组合多个功率组件10的状态下也能够实现小型化。
[0123]由于在图1的配置直流端子(正极端子Ila和负极端子Ilb)的面15a的一侧配置有电容器组件120，因此可以缩短电容器组件120与半导体功率组件10之间的配线长度。因此，能够减小正极端子Ila与负极端子Ilb之间的电感。
[0124]图2是表示图1的半导体功率组件的壳体内部构造的图，图3是图1的半导体功率组件的等效电路图，图4是表示图2的A—A’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图，图5是表示图2的B—B’剖面的主端子和控制端子的状态的立体图，图6是从上方正面看图2的壳体内部构造的俯视图。
[0125]首先，对图2的壳体内部构造的结构，使用图2和图6进行说明。
[0126]在此，对与上述的图2的壳体内部构造的结构相对应的等效电路进行说明。图3是图1的半导体组件的等效电路图。如上所述，图1的半导体功率组件10属于被称为2inl功率组件的方式，作为其等效电路的图3的电路，相当于后述的图16的电力转换装置的各上下臂串联电路la、lb、Ic。
[0127]接着，对图2的壳体内部构造实现的电路动作的作用，使用图4进行说明。首先，考虑上臂IGBT2a导通时的在正极端子Ila流动的正极左侧端子和正极右侧端子各自的电流的方向21a和21b。于是，根据安培定律，在以电流的方向21a和21b为中心轴的右手螺旋的方向感应磁通量。作为磁通量的方向，存在被分开成两岔的正极左侧端子周边的磁通量的方向22a和正极右侧端子周边的磁通量的方向22b，在两岔的中央附近相互抵消。同样地，当考虑在负极端子Ilb流动的负极左侧端子和负极右侧端子各自的电流的方向21c和21d时，对于负极端子I Ib而言，也在以电流的方向21c和21d为中心轴的右手螺旋方向感应磁通量。作为磁通量的方向，存在被分开成两岔的负极左侧端子周边的磁通量的方向22c和负极右侧端子周边的磁通量的方向22d，他们在两岔的中央附近也相互抵消。进而，由于正极端子Ila的左侧端子的电流的方向21a和负极端子Ilb的左侧端子的电流的方向21c相互为反方向，因此正极左侧端子感应的磁通量的方向2 2a和负极左侧端子感应的磁通量的方向22c相互成为反方向，另外，由于正极端子Ila的右侧端子的电流的方向21b和负极端子Ilb的右侧端子的电流的方向21d相互为反方向，因此正极右侧端子感应的磁通量的方向22b和负极右侧端子感应的磁通量的方向22d成为相互反方向。因此，通过使正极端子和负极端子相互相邻而使彼此的磁通量抵消。截止时，根据楞次定律，在为了维持原来存在了的磁通量而流动的涡电流的方向上变得容易流动电流，但通过在分开成两岔的主端子的一方(左侧端子)与另一方(右侧端子)之间(两岔的中央附近)设置控制端子，由此，能够减小作为噪声源的磁通量给控制端子带来的影响。另外，在与组件基座14垂直的方向层叠栅极信号端子3a(层a)和发射极信号端子3b(层b)，即在层a的侧方层叠层b，由此，能够使由垂直地分开成两岔的主端子产生的磁通量的方向与贯穿信号线环路(22h)内的磁通量的方向(22g)正交，使噪声的影响成为最小限度。贯穿上臂栅极信号端子(3a)和上臂发射极信号端子(3b)形成的信号线环路的磁通量(22g)成为引发噪声的磁通量。相邻的栅极信号端子和发射极信号端子以其相对的面(23)与基座面(24)正交的方式配置，从而能够进一步减小垂直成分的磁通量少的主端子的磁通量的影响。其结果是，抑制了在上臂导通时发生误动作的不利情况。关于上臂截止时，只要使上述的电流或磁通量的方向为相反方向来考虑即可，所以可以理解为具有与上臂导通时同样的效果。
[0128]该说明对下臂同样适用。使用图5说明其情况。首先，考虑下臂IGBT2C导通时在交流端子11C的左侧端子流动的电流的方向21 e和在交流端子11C的右侧端子流动的电流的方向21 f。于是，根据安培定律，在以电流的方向21 e为中心轴的右手螺旋的方向感应磁通量22e，另外，在以电流21f为中心轴的右手螺旋的方向感应磁通量22f。虽然贯穿位于中央的下臂的栅极一发射极间的环路内的磁通量的方向相对于基座面为垂直方向，但被分开成两贫的交流端子I Ic的磁通量22e与磁通量22f相互抵消，结果减小了磁通量给控制端子带来的影响。
[0129]另外，更优选在相互层叠的正极端子Ila与负极端子Ilb之间和/或发射极信号端子3b(3d)与栅极信号端子3a(3c)之间，设置未图示的绝缘物(树脂或纸等)，来构成端子间相互的配置。通过这样配置，能够减小被层叠的电流环路，以便更有效地抑制磁通量贯穿的发生。
[0130]图7是表示相对于用图3的等效电路表示的半导体功率组件10，如图16所示在正极端子Ila与负极端子Ilb之间安装用于连接电容器组件120的直流母线Illa和111b，在交流端子Ilc安装用于连接感应电动机500的交流母线112，在组件上部安装驱动电路板131时的状态的安装图。半导体功率组件10为了散热而安装在散热片150上。成为负极信号端子3g离开直流母线111的配置，由此，信号线环路(22h)难以受到在母线流动的大电流所感应的磁通量的影响。在该图中，并排配置有两个半导体组件10。由此能够使输出电流加倍。另外，通过以跨两个组件的方式搭载一个驱动电路板，驱动电路板131经由控制端子3不仅与控制基板141交换信号信息，而且产生搭载以过电压保护为目的的雪崩二极管等其他附加功能的空间。驱动电路板131，即使如图7那样并排配置有多个功率组件10，也能够以跨多个组件上表面的方式配置。由此，可以缩短驱动电路板131与功率组件10之间的配线长度，且能够将驱动电路板集中成一片，从而能够减小栅极与发射极间的环路电感。
[0131]【实施例2】
[0132]图8是表示本发明第二的实施方式即实施例2的半导体功率组件的壳体内部构造的立体图。本实施例为实施例1的变形例，在本实施例中，主端子和控制端子的布局与实施例I的布局不同，除此以外的方面与实施例1相同。即，图8是表示图1?6中所示的实施例1中的从交流端子侧开始配线的控制端子(下臂发射极信号端子3d、上臂集电极信号端子3e、温度检测信号端子4)不是从组件中央而是从分开成4个分岔的其它交流端子之间开始配线时的实施方式的图。
[0133]图9表示图8的C一C’剖面的主端子和控制端子，图10表示图8的端子和基座的俯视图。即使像这样配置，图5中所示的电流或磁通量的方向的关系也不变，能够获得使因主端子上的大电流产生的噪声的影响为最小限度这样的相同效果。控制端子3的排样或电线配线容易的情况下，也可以使用该实施例所示的设计。
[0134]【实施例3】
[0135]图11是表示本发明第三实施方式即实施例3的半导体功率组件的壳体内部构造的立体图。本实施例是实施例1的变形例，在本实施例中，主端子被分成多个，与此相伴地主端子和控制端子的布局与实施例1的布局也不同，但除此以外的方面与实施例1相同。即，图11是表示图1?6中所示的实施例1的主端子不是两岔而是被分成分离的多个时的实施方式的图。
[0136]S卩，本实施例的半导体功率组件10的特征在于，主端子(正极端子11a、负极端子11b、交流端子lie)的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分，以控制端子(栅极信号端子3a (3c)和发射极信号端子3b (3d))的层叠部分夹在主端子的两个部分中的一个部分与另一个部分之间的方式配置控制端子，特别是，上述“两个部分”由彼此分开的两个部件构成，成为该“两个部分”中的一个部分和另一个部分在相同的方向上延伸的构造。
[0137]图12表示图11的D— D ’剖面的主端子和控制端子的俯视图，图13表示图11的E—E ’剖面的主端子和控制端子的俯视图，图14表示图11的端子和基座的俯视图。即使这样配置，图5中所示的电流或磁通量的方向的关系也不变，能够获得使因主端子上的大电流产生的噪声的影响为最小限度这样的相同效果。将主端子分离成了多个的本实施例具有排样容易的效果，即使在设计其他形状的功率组件的情况下，也具有能够使主端子共同化的效果。
[0138]【实施例4】
[0139]图16是表示本发明的实施例4的电力转换装置的电路区段结构的一个例子的图，是表示应用于电力机车的例子的图。在本实施例的电力转换装置上，搭载有例如本发明的实施例1?3中的任一种半导体功率组件。如图16所示，电力转换装置100构成逆变器电路，经由变压器200连接于架线300与铁轨或车身等的接地部400之间。从该电力转换装置100向感应电动机500供给交流电。例如在每台车辆各配设有4个车轴(4组由左右两个车轮和将他们彼此固定的一个车轴构成的组)的每一个车轴上，各连接一个电动机500。在此，架线300的电力为交流的情况下，与变压器200—起将交流电流转换成直流的换流器组件与电力转换装置100连接。另一方面，在架线300的电力为直流的情况下，变压器200由断路器电路代替，根据需要调节电平。
[0140]电力转换装置100包括:用于从直流电流生成规定频率的交流电流的逆变器组件110;用于使供给的直流电流稳定化且平滑化的电容器组件120;对所述逆变器组件110进行驱动控制的驱动电路130;和向所述驱动电路130供给控制信号的控制电路140。
[0141]在逆变器组件110中，上下臂串联电路la、lb和Ic分别串联地配置有2个由IGBT2a和二极管2b的并联连接电路构成的电流开关电路。上下臂串联电路I的上下端分别与电容器组件120的正极和负极连接。而且，由配置在其上侧(正极端子Ila)的IGBT2a和二极管2b构成的电流开关电路作为所谓上臂进行动作，由配置在下侧(负极端子lib)的IGBT2c和二极管2d构成的电流开关电路作为所谓下臂进行动作。逆变器组件110由设置有三组这样的上下臂串联电路I的所谓三相桥电路构成。而且，从各上下臂串联电路I的中点位置即上下的电流开关电路的连接部分(交流端子11 c)，输出三相交流电流(U、V、W)，该输出的三相的交流电流(U、V、W)被供给向电动机500。
[0142]在此，从驱动电路130输出的上臂栅极信号3a被供给至各相的上臂IGBT2a，下臂栅极信号3c被供给至各相的上臂IGBT2c，控制交流电流(U、V、W)的振幅或相位等。另外，向驱动电路130供给的上臂发射极信号3b从各相的上臂IGBT2a发射极侧被发送，下臂发射极信号3d从各相的下臂IGBT2C发射极侧被发送。
[0143]控制电路140包括用于对各IGBT2a的开关时序进行运算处理的微型计算机。如上所述，各臂IGBT (2a、2c)的发射极电极与驱动电路130连接，驱动电路130对各个IGBT进行发射极电极中的过电流检测，对于检测到过电流的IGBT(2a、2c)，使其开关动作停止，保护其不受过电流影响。并且，在控制电路140中输入来自设置于上下臂串联电路I的未图示的温度传感器、检测施加在上下臂串联电路I的两端的直流电压的检测电路等的信号，基于这些信号，检测过温度、过电压等异常。而且，在检测到过温度、过电压等异常的情况下，使全部IGBT开关动作停止，保护上下臂串联电路I使其不受过电流、过电压、过温度等异常的影响。
[0144]另外，在以上所示的电力转换装置100中，由IGBT(2a、2c)和二极管(2b、2d)构成的电流开关电路，也可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)构成。图1所示的逆变器组件110是将构成上下臂串联电路I的三个2inl组件并联组合而成的组件，但也可以用一个6inl组件替代。另外，在要求输出电流比每一组件的允许输出电流大的情况下，也可以增加组件的个数，将它们并联连接。并且，电力转换装置100除图1的电路结构外，也可以是具备对电池充电的功能的装置。
[0145]以上，根据本发明的上述各实施例，控制端子(发射极信号端子和栅极信号端子)配置成夹在被分开成两岔的主端子之间，由此，能够使高密度安装变得容易，且实现组件小型化。被分开成两岔的主端子产生的磁通量在两岔的中央被抵消而成为最小，因此能够同时实现高密度安装和从主端子向控制端子去的噪声的除去。另外，通过在与组件基座垂直的方向层叠发射极信号端子和栅极信号端子，可以使由垂直地分开成两贫的主端子产生的磁通量的方向与贯穿信号线环路内的磁通量的方向正交，使噪声的影响成为最小限度。其结果是，抑制了在导通或截止时进行误动作的不利情况。
【主权项】
1.一种半导体功率组件，其包括正极端子、负极端子、交流端子、发射极信号端子和栅极信号端子，该半导体功率组件的特征在于: 所述正极端子、所述负极端子和所述交流端子的至少任一者包含在相同的方向上延伸的两个部分， 所述发射极信号端子和所述栅极信号端子具有其各自的一部分相互层叠而成的层叠部分， 所述层叠部分配置成夹在所述正极端子、所述负极端子和所述交流端子的至少任一者的所述两个部分中的一个部分与另一个部分之间。2.如权利要求1所述的半导体功率组件，其特征在于: 所述两个部分由相互分体的两个部件构成。3.如权利要求2所述的半导体功率组件，其特征在于: 在与配置所述正极端子和所述负极端子的面相反的一侧的面配置所述交流端子。4.如权利要求3所述的半导体功率组件，其特征在于: 在配置所述正极端子和所述负极端子的部位与配置所述交流端子的部位之间配置控制端子。5.如权利要求3所述的半导体功率组件，其特征在于: 还包括基座，所述正极端子、所述负极端子、所述交流端子、所述发射极信号端子和所述栅极信号端子共同搭载于所述基座， 以所述基座的平面方向与相互层叠的所述栅极信号配线和所述发射极信号配线的环路相互正交的方式，配置所述基座、所述栅极信号配线和所述发射极信号配线。6.如权利要求3所述的半导体功率组件，其特征在于: 在相互层叠的所述正极端子与所述负极端子之间和所述发射极信号配线与所述栅极信号配线之间的至少任一方设置有绝缘物。7.如权利要求1所述的半导体功率组件，其特征在于: 所述两个部分由具有从所述半导体功率组件的外部向内部分开成两岔的形状的单一部件的、所述两岔中的一岔和另一岔构成。8.如权利要求7所述的半导体功率组件，其特征在于: 在与配置所述正极端子和所述负极端子的面相反的一侧的面配置所述交流端子。9.如权利要求8所述的半导体功率组件，其特征在于: 在配置所述正极端子和所述负极端子的部位与配置所述交流端子的部位之间配置控制端子。10.如权利要求8所述的半导体功率组件，其特征在于: 所述半导体功率组件构成为能够搭载基座， 在搭载了所述基座的情况下，以所述基座的平面方向与相互层叠的所述栅极信号配线和所述发射极信号配线的环路相互正交的方式，配置所述栅极信号配线和所述发射极信号配线。11.如权利要求8所述的半导体功率组件，其特征在于: 在相互层叠的所述正极端子与所述负极端子之间和所述发射极信号配线与所述栅极信号配线之间的至少任一方设置绝缘物。12.—种电力转换装置，其通过将具有大致长方形的形状的半导体功率组件并排配置在所述长方形的短边方向上而构成，该电力转换装置的特征在于: 所述半导体功率组件为权利要求1?11中任一项所述的半导体功率组件。13.如权利要求12所述的电力转换装置，其特征在于: 在所述半导体功率组件的所述正极端子侧或所述负极端子侧配置有电容器组件， 在所述半导体功率组件上设置有栅极配线电路板。
【文档编号】H01L23/48GK105957859SQ201510977325
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】堀内敬介, 川瀬大助, 稻叶政光, 齐藤克明
【申请人】株式会社日立功率半导体