专利名称：功率模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备并联连接的多个开关元件的功率模块，特别涉及能够减少辐射噪声的功率模块。
背景技术：
在逆变器等的功率模块中，安装有IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, 绝缘栅双极晶体管)、M0SFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、二极管等的开关元件。开关元件的尺寸对应于所需要的电流容量(current capacity)而增减。在电流容量大的情况下元件尺寸也变大。可是，当元件尺寸极端变大时，成品率降低，制造困难。因此，对最大元件尺寸有一定的制约。因此，在仅以1个元件是电流容量不足的情况下，将多个元件并联连接(例如，参照专利文献1)。现有技术文献
专利文献1 日本特开平08-195471号公报。
发明内容
发明要解决的问题
在将多个开关元件分别连接于端子的多个布线的寄生电感不同的情况下，在多个元件间产生高频振荡。此外，在多个元件的特性差大的情况下，多个元件的开关特性不同。在该情况下在多个元件间也产生高频振荡(high-frequency oscillation).通过高频振荡，在该振荡频率的辐射噪声电平增加，存在不满足各种EMI (electromagnetic interference, 电磁干扰)规定的问题。本发明正是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于获得一种能够减少辐射噪声的功率模块。用于解决课题的方案
本发明的功率模块，具备第1和第2端子；第1和第2开关元件，其具有第1电极和连接于所述第2端子的第2电极；第1和第2布线，分别将所述第1和第2开关元件的所述第 1电极连接于所述第1端子；以及第3布线，将所述第1开关元件的所述第1电极直接连接于所述第2开关元件的所述第1电极，所述第1和第2布线的寄生电感不同，或所述第1和第2开关元件的开关特性不同。发明的效果
通过本发明，能够减少辐射噪声。
图1是表示3相逆变器的电路图。图2是表示实施方式1的功率模块的俯视图。图3是沿着图2的A-A'的剖视图。
图4是表示比较例1的功率模块的俯视图。图5是沿着图4的A-A'的剖视图。图6是比较例1的功率模块的等效电路。图7是针对比较例1进行模拟的结果。图8是实施方式1的功率模块的等效电路。图9是针对实施方式1进行模拟的结果。图10是表示实施方式2的功率模块的俯视图。图11是沿着图10的A-A’的剖视图。图12是表示比较例2的功率模块的俯视图。图13是沿着图12的A-A'的剖视图。图14是针对比较例2进行模拟的结果。图15是针对比较例2进行模拟的结果。图16是表示实施方式3的功率模块的俯视图。图17是沿着图16的A-A'的剖视图。图18是表示实施方式4的功率模块的俯视图。图19是沿着图18的A-A，的剖视图。图20是表示实施方式5的功率模块的俯视图。图21是沿着图20的A-A'的剖视图。
具体实施例方式针对本发明的实施方式的功率模块，参照附图进行说明。对同样的构成要素赋予相同的符号，有省略反复说明的情况。实施方式1
图1是表示3相逆变器的电路图。在U相臂中，在P端子和U端子之间并联连接有晶体管Ql和二极管DfD4，在U端子和N端子之间并联连接有晶体管Q2和二极管D5 D8。在 V相臂中，在P端子和V端子之间并联连接有晶体管Q3和二极管D9 D12，在V端子和N端子之间并联连接有晶体管Q4和二极管D13 D16。在W相臂中，在P端子和W端子之间并联连接有晶体管Q5和二极管D17 D20，在W端子和N端子之间并联连接有晶体管Q6和二极管D2广拟4。在P端子和U端子之间连接有电感负载(L负载)。晶体管Ql Q6是IGBTJfi 是MOSFET等也可。图2是表示实施方式1的功率模块的俯视图，图3是沿着图2的A-A'的剖视图。 该功率模块与图1的3相逆变器的U相臂对应。在P端子和U端子之间配置有导电板10，在N端子和U端子之间配置有导电板12。 在导电板10上安装有晶体管Ql和二极管DfD4。在导电板12上安装有晶体管Q2和二极管D5 D8。二极管DfD4的阴极电极14和晶体管Ql的集电极电极16连接于导电板10，二极管D5 D8的阴极电极14和晶体管Q2的集电极电极16连接于导电板12。Al导线L1 L4将二极管D1 D4的阳极电极18分别连接于U端子。Al导线L5 L8 将二极管D5 D8的阳极电极18分别连接于N端子。
Al导线L9112将二极管D1 D4的阳极电极18分别连接于晶体管Ql的发射极电极20。Al导线L13 L16将二极管D5 D8的阳极电极18分别连接于晶体管Q2的发射极电极20。Al导线L17 L20将导电板10连接于P端子，Al导线L21 LM将导电板12连接于 U端子。再有，在图中将连接于二极管的Al导线LfL16分别设为1根，但由于在1根导线中能够通电的电流值有限制，所以实际上对应于电流容量使用多根导线。以导电板10的尺寸变小的方式配置有二极管DfD4。因此，Al导线Li、L3和Al 导线L2、L4的长度不同，它们的寄生电感也不同。在本实施方式中，追加了将二极管Dl、D3、D5、D7的阳极电极18分别直接连接于二极管D2、D4、D6、D8的阳极电极18的Al导线L25 L28。由于该Al导线L25^L28以短距离连接二极管之间，所以其寄生电感比Al导线LfLS的寄生电感小。此外，由于在Al导线L25 L28中不流过负载电流，所以不需要使用多根导线。因此，Al导线L25 L28的电阻值比Al导线L1 L8的电阻值大。此外，由于高频振荡的频率变高，所以根据趋肤效应，Al导线L25 L28的电阻成分也变大。接着，针对实施方式1的效果，与比较例1进行比较来说明。图4是表示比较例 1的功率模块的俯视图，图5是沿着图4的A-A'的剖视图。在比较例1中不存在Al导线 L25"L280图6是比较例1的功率模块的等效电路，图7是针对比较例1进行模拟的结果。针对图6的电路的晶体管Q2的导通时进行了模拟。由于Al导线Li、L3和Al导线L2、L4的寄生电感不同，所以在二极管Dl、D3和二极管D2、D4中流过的续流电流的下降速度不同， 流过恢复电流的定时也不通。结果，在并联连接的二极管Df D4之间产生高频振荡，流过电流。该电流不能通过负载电流或晶体管Q2的集电极电流观测到。此外，在比较例1中，高频振荡不会立刻衰减。图8是实施方式1的功率模块的等效电路，图9是针对实施方式1进行模拟的结果。针对图8的电路的晶体管Q2的导通时进行了模拟。与比较例1相比，高频振荡的频率高，高频信号立刻衰减。在比较例1中，高频振荡导致的电流在Lf L4中流过，但在实施方式1中，高频振荡导致的电流在Al导线L25、L26中流过。由此，在实施方式1中，高频振荡的频率变高。 因此，能够将高频振荡的频带迁移到在实用上没有问题的频带(各种EMI标准中规定的频带之外)，因此能够减少辐射噪声。再有，谐振频率根据布线的寄生电感和元件的端子间电容来决定。此外，由于Al导线L25、L26的电阻值大，所以高频振荡的能量在Al导线L25、U6 中转换为焦耳热。因此，由于高频振荡在短时间衰减，所以能够减少辐射噪声。实施方式2
图10是表示实施方式2的功率模块的俯视图，图11是沿着图10的A-A'的剖视图。 与实施方式1不同，由于以Al导线LfL4的长度变得相同的方式将二极管DfD4配置为一列，所以Al导线Lf L4的寄生电感相同。但是，二极管D1、D3的开关特性(恢复特性)与二极管D2、D4的开关特性不同。接着，针对实施方式2的效果，一边与比较例2进行比较一边进行说明。图12是表示比较例2的功率模块的俯视图，图13是沿着图12的A-A'的剖视图。在比较例2中不存在Al导线L25 L28。图14是针对比较例2进行模拟的结果。在图6的电路中，二极管DfD4的开关特性相同，使布线Lf L4的寄生电感分别为如礼进行了模拟。由于连接二极管Df D4和U端子的布线Lf L4的寄生电感相同，并且二极管D1 D4的开关特性相同，所以在D1 D4中流过的电流波形一致。图15是针对比较例2进行模拟的结果。与图14不同，针对二极管Dl、D3的开关特性比二极管D2、D4的开关特性慢的情况进行了模拟。虽然晶体管Q2的导通时的续流电流大致一致，但恢复电流值到达峰值的定时产生差异。因此，在恢复电流流过之后，在并联连接的二极管DfD4之间产生高频振荡。相对于此，在实施方式2中，通过追加Al导线L25 L28，与实施方式1同样地，能够将高频振荡的频带迁移到在实用上没有问题的频带，因此能够减少辐射噪声。实施方式3
图16是表示实施方式3的功率模块的俯视图，图17是沿着图16的A-A'的剖视图。二极管D1 D4的配置与实施方式1相同，但代替Al导线L1 L4、L9 L12、L25、L26，使用1枚金属板22。以焊料M等接合金属板22和二极管Df D4。通过使用金属板22，邻接的二极管之间的布线的寄生电感与实施方式1的导线连接相比减少，二极管DfD4间的高频振荡频率向更高的频带迁移，因此能够进一步减少辐
射噪声。实施方式4
图18是表示实施方式4的功率模块的俯视图，图19是沿着图18的A-A'的剖视图。二极管D1 D4的配置与实施方式2相同，但代替Al导线L1 L4、L9 L12、L25、L26，使用1枚金属板22。在该情况下，也能够与实施方式3同样地减少辐射噪声。实施方式5
图20是表示实施方式5的功率模块的俯视图，图21是沿着图20的A-A'的剖视图。Al 导线Ll将二极管Dl的阳极电极18连接于U端子。Al导线L25将二极管Dl的阳极电极 18连接于二极管D2的阳极电极18。Al导线Li、L25将二极管D2的阳极电极18连接于U 端子。Al导线L3将二极管D3的阳极电极18连接于U端子。Al导线U6将二极管D3的阳极电极18连接于二极管D4的阳极电极18。Al导线L3、U6将二极管D4的阳极电极18 连接于U端子。由此，邻接的二极管之间(DfD2间，D3^D4间)的电感减少，二极管DfD4 间的高频振荡频率向更高的频带迁移，因此能够进一步减少辐射噪声。再有，在上述的实施方式广5中将二极管并联连接，但在将IGBT、M0SFET等的晶体管并联连接的情况下，本发明也是有效的。此外，开关元件并不限于通过硅形成的元件，通过与硅相比带隙大的宽带隙半导体来形成也可。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料，或者金刚石。通过这样的宽带隙半导体而形成的晶体管与通过硅形成的晶体管相比，容易产生高频振荡，所以在并联连接时的并列元件之间的高频振荡容易成为问题。因此，在开关元件通过宽带隙半导体形成的情况下，本发明特别有效。此外，通过宽带隙半导体形成的元件由于耐电压性、容许电流密度高，所以能够小型化。通过使用该小型化了的元件，组装了该元件的功率模块也能够小型化。此外，由于元件的耐热性高，所以能够使热沉的散热片小型化，能够使水冷部空冷化，因此能够进一步使功率模块小型化。此外，由于元件的功率损耗低，是高效率的，所以能够使功率模块高效率化。再有，优选晶体管和二极管的双方通过宽带隙半导体来形成，但任一方的元件通过宽带隙半导体来形成也能够获得上述的效果。
附图标记说明 10导电板(第2端子)； 12导电板(第2端子)； 18阳极电极(第1电极)； 14阴极电极(第2电极)； 22金属板；
D1、D3、D5、D7 二极管(第1开关元件)； D2、D4、D6、D8 二极管(第2开关元件)； L1、L3、L5、L7 Al导线(第1布线、第1导线)； L2、L4、L6、L8 Al 导线(第 2 布线)； L25、L26、L27、L28 Al导线(第3布线、第2导线)； U端子、N端子(第1端子)。
权利要求
1.一种功率模块，其特征在于，具备第1和第2端子；第1和第2开关元件，其具有第1电极和连接于所述第2端子的第2电极；第1和第2布线，分别将所述第1和第2开关元件的所述第1电极连接于所述第1端子；以及第3布线，将所述第1开关元件的所述第1电极直接连接于所述第2开关元件的所述第1电极，所述第1和第2布线的寄生电感不同，或所述第1和第2开关元件的开关特性不同。
2.根据权利要求1所述的功率元件，其特征在于，所述第3布线的寄生电感比所述第1 和第2布线的寄生电感小。
3.根据权利要求1或2所述的功率元件，其特征在于，所述第3布线的电阻值比所述第 1和第2布线的电阻值大。
4.根据权利要求1或2所述的功率元件，其特征在于，所述第1、第2和第3布线是1 枚金属板。
5.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，所述第1布线是将所述第1开关元件的所述第1电极连接于所述第1端子的第1导线，所述第3布线是将所述第1开关元件的所述第1电极连接于所述第2开关元件的所述第1电极的第2导线，所述第2布线是所述第1和所述第2导线。
6.根据权利要求1或2所述的功率元件，其特征在于，所述第1和第2开关元件通过宽带隙半导体形成。
全文摘要
本发明涉及功率模块，获得能够减少辐射噪声的功率模块。二极管(D1~D4)的阴极电极(14)(第2电极)连接于导电板(10)(第2端子)。Al导线(L1、L3)(第1布线)将二极管(D1、D3)(第1开关元件)的阳极电极(18)(第1电极)分别连接于U端子(第1端子)。Al导线(L2、L4)(第2布线)将二极管(D2、D4)(第2开关元件)的阳极电极(18)(第1电极)分别连接于U端子。Al导线(L1、L3)的寄生电感和Al导线(L2、L4)的寄生电感不同。追加了将二极管(D1、D3)的阳极电极(18)分别直接连接于二极管(D2、D4)的阳极电极(18)的Al导线(L25、L26)(第3布线)。
文档编号H02M1/44GK102377330SQ20111022074
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月4日
发明者日山一明 申请人:三菱电机株式会社