半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及存放有功率器件、并将直流电转换成交流电的功率转换装置等所使用的半导体装置。
【背景技术】
[0002]功率转换装置广泛应用于功率调节器(PCS:Power Condit1ning Subsystem:功率调节子系统)、不间断电源装置(UPS-Uninterruptible Power Supply)等中，该功率调节器具备将太阳能电池、燃料电池、燃气发动机等发电单元的发电功率转换成系统功率的功能。
在这样的功率转换装置中，将绝缘栅双极晶体管(IGBT !Insulated Gate BipolarTransistor)、续流二极管(FWD:Free Wheeling D1de)等功率器件安装于绝缘基板上，使用存放在树脂壳体中的半导体模块。
[0003]作为这种功率转换装置所使用的半导体模块的一个示例，例如提出了专利文献I所记载的功率半导体模块。
该功率半导体模块的壳体内收容有三电平逆变器电路一个相的电路。该三电平逆变器电路中，进行布线，使得彼此在相反方向上流过电流的U端子和M端子中的一方配置在另一方的上方附近，从而降低壳体内的电感。
[0004]作为现有模块的其他示例，提出了专利文献2所记载的功率半导体模块。在该功率半导体模块中，在与专利文献I所记载的三电平逆变器同样地构成三电平逆变器的情况下，对于外部端子P、M、N、U，将其中的M端子设为Ml、M2两个端子，将端子排列以Ml、P、N、皿2』的顺序、或祖、队？、112』的顺序配置成一直线状。通过该结构，防止在逆变器的动作模式从三电平变为双电平模式时、因布线电感的影响而产生的弹跳电压变大。
[0005]作为现有模块的另一其他示例，提出了专利文献3所记载的功率半导体模块。该半导体模块中，通过将连接在直流电源的P端子和N端子之间的IGBT的串联连接电路、连接在该串联连接电路的连接点和直流电源的中性点之间的交流开关元件内置在一个封装中，来实现布线电感的降低和装置的低价格化。此处，作为构成三电平逆变器的情况，记载有如下情况:串联连接IGBT来作为双向开关的情况，该IGBT反向并联连接了两个二极管，并反向并联连接两个反向阻止IGBT来作为双向开关。反向阻止IGBT是具有反方向的耐压特性的IGBT。
[0006]作为现有模块的又一其他示例，提出了专利文献4所记载的功率半导体模块。该半导体装置包括:连接在三电平逆变器电路的直流电源的P端子和N端子之间的IGBT的串联连接电路、以及设置于第IIGBT和第2IGBT的连接部位的中间端子，该第IIGBT和第2IGBT彼此串联连接在该串联连接电路的连接点和直流电源的中性点之间，且该第IIGBT和第2IGBT彼此反向并联连接有二极管。通过该结构，半导体装置能在防止IGBT、二极管的破坏的同时进行绝缘试验。
作为现有模块的再一其他示例，提出了专利文献5所记载的半导体装置。该半导体装置是用于逆变器等装置的大容量半导体装置，在半导体装置中，在绝缘基板上设有三个IGBT贴片，为了并联连接这些IGBT贴片，配置成交错状。
现有技术文献专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开2012-110095号公报专利文献2:日本专利特开2011-254672号公报
专利文献3:日本专利特开2008-193779号公报专利文献4:日本专利特开2011-193646号公报专利文献5:日本专利特开2002-368192号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0008]然而，上述专利文献I中，以重叠U端子和M端子的方式进行布线，因此能降低壳体内的电感。上述专利文献2中，具有如下未解决的技术问题:端子P和端子N接近，端子P和端子Ml相邻，端子N和端子M2相邻，但各端子间的重叠宽度较窄，无法充分地降低电感。
上述专利文献3中，记载了 P-Cl布线和M布线、以及M布线和N-E2布线容易成为接近布线这一情况，但M布线和P-Cl布线以及M布线和N-E2布线之间的相对宽度较窄，无法充分降低电感。
上述专利文献4及5中，没有关于电感降低的叙述，仅公开了三电平逆变器电路的结构。
因此，本发明是着眼于上述现有例的未解决技术问题而完成的，其目的在于提供一种半导体装置，该半导体装置使中间电位导体板和正侧导体板及负侧导体板相对，来可靠地降低电感。
解决技术问题所采用的技术手段
[0009]为了达到上述目的，本发明所涉及的半导体装置的第一方式包括:绝缘基板，该绝缘基板搭载有构成三电平功率转换电路的至少4个半导体元件；配置有该绝缘基板的底板；所述底板上的与所述半导体元件内的一个半导体元件相连的直流正侧电位的正侧导体板；所述底板上的与所述半导体元件内的另一个半导体元件相连的直流负侧电位的负侧导体板；以及所述底板上的与所述半导体元件内的剩余两个半导体元件相连的中间电位的中间电位导体板。所述正侧导体板及所述负侧导体板配置在所述中间电位导体板的附近并与其相对。
发明效果
[0010]根据本发明，在搭载有构成三电平功率转换电路的至少4个半导体元件的绝缘基板上，使正侧导体板及负侧导体板从一个方向与中间电位导体板相对，使彼此在相反方向上流过电流的中间电位导体板与正侧导体板之间的相对面积较大，并使彼此在相反方向上流过电流的中间电位导体板与负侧导体板之间的相对面积较大，从而能大幅度地降低电感。
【附图说明】
[0011]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的立体图。
图2是表示搭载于和图1所示的半导体装置的底板相接合的绝缘基板的半导体元件的俯视图。
图3是表示三电平功率转换电路的一个示例的电路图。
图4是表示正侧导体板、负侧导体板、中间电位导体及交流输出用导体板的配置的立体图。
图5是对本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的一个动作模式中的半导体元件的发热状态进行说明的示意图。
图6是对本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的其他动作模式中的半导体元件的发热状态进行说明的示意图。
图7是对本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的另一其他动作模式中的半导体元件的发热状态进行说明的示意图。
图8是对本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的又一其他动作模式中的半导体元件的发热状态进行说明的示意图。
图9是表示本发明的第2实施方式所涉及的半导体装置的立体图。
图10是表示搭载于和图9所示的半导体装置的底板相接合的绝缘基板上的半导体元件的俯视图。
图11是对本发明的第2实施方式所涉及的半导体装置的每个动作模式的半导体元件的发热状态进行简略说明的图。
图12(a)是表示第2实施方式中的三电平功率转换电路的一个示例的电路结构的图，图12(b)是表示端子配置的图。
图13(a)是表示第2实施方式中的三电平功率转换电路的另一个示例的电路结构的图，图13(b)是表示端子配置的图。
图14是表示在第2实施方式中输出正电压的状态下、图12(a)所示的电路结构中的电流路径和图13(a)所示的电路结构中的电流路径之间的比较的图。
图15是表示在第2实施方式中输出负电压的状态下、图12(a)所示的电路结构中的电流路径和图13(a)所示的电路结构中的电流路径之间的比较的图。
图16是表示在第2实施方式中输出零电压的状态下、图12(a)所示的电路结构中的电流路径和图13(a)所示的电路结构中的电流路径之间的比较的图。
图17是表示在本发明的第3实施方式所涉及的半导体装置中、搭载有半导体元件的绝缘基板的俯视图。
图18是对本发明的第3实施方式所涉及的半导体装置的每个动作模式的半导体元件的发热状态进行简略说明的图。
图19是表示在本发明的第3实施方式所涉及的半导体装置的变形例中、搭载有半导体元件的绝缘基板的俯视图。
图20是在本发明的第3实施方式所涉及的半导体装置的变形例中，对每个动作模式的半导体元件的发热状态进行简略说明的图。
图21是表示在本发明的第4实施方式所涉及的半导体装置中、搭载有半导体元件的绝缘基板的俯视图。
图22是对本发明的第4实施方式所涉及的半导体装置的每个动作模式的半导体元件的发热状态进行简略说明的图。
图23是表示在本发明的第4实施方式所涉及的半导体装置的变形例中、搭载有半导体元件的绝缘基板的俯视图。
图24是在本发明的第4实施方式所涉及的半导体装置的变形例中，对每个动作模式的半导体元件的发热状态进行简略说明的图。
图25是表示在与图1所示的本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置相对应的半导体装置中、调换两个外部连接端子彼此的配置位置后的状态的变形例的立体图。
图26是表示与图1所示的本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置相对应的半导体装置的其他变形例的立体图。
图27是表示与图1所示的本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置相对应的半导体装置的另一其他变形例的立体图。
【具体实施方式】
[0012]下面参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的半导体装置的立体图。图2是表示搭载于和图1所示的半导体装置的底板相接合的绝缘基板上的半导体元件的俯视图。图1所示的半导体装置能应用于功率调节器(PCS:Power Condit1ning Subsystem)。
半导体装置I如图1所示，具有以绝缘性的树脂成形的壳体2。该壳体2使用于对底板3进行螺钉固定而设置于底板3的孔部露出，并覆盖底板3上的其他部分。此外，在壳体2的上表面侧形成有端子配置面4。在该端子配置面4的横向中央部设有在端子配置面4的长边方向上延伸的突条5。在突条5上，从其右端侧起，作为直流电源的正侧端子P的第I外部连接端子tml (P)、作为中间端子的第2外部连接端子tm2 (M2)和第3外部连接端子tm3(M2)、作为直流电源的负侧端子N的第4外部连接端子tm4(N)及作为交流输出端子U的第5外部连接端子tm5(U)按该顺序串联配置成直线状。
[0013]在端子配置面4的前端侧，从右侧起配置有:输出后述的绝缘栅双极晶体管Tl的集电极电压的第I辅助端子tsl (TIP)、提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的成为栅极端子的第2辅助端子ts2 (TlG)、输出后述的绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压的第3辅助端子ts3(TlE)、提供后述的绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的成为栅极端子的第4辅助端子ts4(T2G)、以及输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压的第5辅助端子ts5(T2E)。
[0014]在端子配置面4的后端侧，靠近右端的位置排列设置有输出后述的绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压的第6辅助端子ts6(T3E)及提供绝缘栅双极晶体管T3的栅极电压的成为栅极端子的第7辅助端子ts7 (T3G)。在端子配置面4的后端面侧，靠近左端的位置排列设置有输出后述的绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压的第8辅助端子ts8 (T4E)及提供绝缘栅双极晶体管T4的栅极电压的成为栅极端子的第9辅助端子ts9 (T4G)。并且，在端子配置面4的后端面侧的中央部配置有与热敏电阻150相连的热敏电阻用第10辅助端子tslO(TH2)及第11辅助端子tsll (THl)，该热敏电阻150埋设于壳体2内，对壳体2的内部温度进行检测。