半导体系统的制作方法
半导体系统的制作方法
【专利摘要】提供了多个绝缘衬底SB11到SB23和基板，在多个绝缘衬底SB11到SB23中的每一个上安装了形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，在基板的一个表面上设置了多个绝缘板。在基板的该一个表面上，建立了至少四个区域DA1到DA4，并且多个绝缘衬底被设置以分布成使得至少四个半导体器件中的至少一个设置在建立在该基板上的四个区域中的每一个中。这使得所设置的半导体器件被分布成使得根据半导体系统的操作模式确定的发热部分变得局部以散发所产生的热量，由此提供可增强散热效率的半导体系统。
【专利说明】半导体系统
[0001]发明背景
1.【技术领域】
[0002]本发明涉及包含用于诸如将DC电力转换成AC电力的电力逆变器之类的系统的功率设备的半导体系统。
2.【背景技术】
[0003]电力逆变器广泛地用于诸如PCS (功率调节子系统)和UPS (不间断电源)之类的系统，其中每个此类系统设置有将通过发电单元(例如，太阳能电池、燃料电池、或汽油发动机)产生的电力转换成系统电力的功能。
[0004]在这种电力逆变器中，使用半导体模块，在半导体模块中，诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管)和FWD (续流二极管)之类的功率设备被表面安装在绝缘衬底上，以被包含在树脂外壳中。
[0005]作为用于这种类型的电力逆变器的半导体模块的示例，提出例如JP-A-2012-110095中所提出的功率半导体模块。
[0006]功率半导体模块包含在外壳中的在一相中的三级逆变器的电路。在该三级逆变器电路中，其中电流以彼此相反方向流动的U端子和M端子被接线为使得其中一个位于另一个上方并彼此很靠近，藉此减小外壳内的电感。
[0007]此外，作为相关模块的另一示例，提出了 JP-A-2011-254672中描述的功率半导体模块。在该功率半导体模块中，在形成与JP-A-2012-110095中描述的三级逆变器类似的三级逆变器时，其外部端子P、M、N、和U按照直线排列，其中M端子由两个端子Ml和M2形成，以形成M1、P、N、M2、和U的顺序或者M1、N、P、M2、和U的顺序。该配置防止当操作模式从三级模式变成两级模式时由线路电感的影响产生的上跳电压变大。
[0008]此外，作为相关模块的又一示例，提出了 JP-A-2008-193779中描述的半导体模块。通过将连接在DC电源的P端子与N端子之间的多个IGBT的串联电路、连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间的AC开关器件包含在一个封装内，所该半导体模块被设置为实现了线路电感的减小和系统价格的降低。在此，作为形成三级逆变器的情况，描述了通过将分别与二极管反向并联连接的两个IGBT串联连接来提供双向开关的情况，以及通过反向并联连接两个反向阻断IGBT来提供双向开关的情况。反向阻断IGBT是具有反向电压耐受特性的IGBT。
[0009]此外，作为相关模块的又一示例，提出了在JP-A-2011-193646中描述的半导体系统。该半导体系统设置有多个IGBT的串联电路，该串联电路连接在三级逆变器电路的DC电源的P端子与N端子之间，中间端子设置在第一与第二 IGBT的连接点处，第一与第二 IGBT串联连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间，第一和第二 IGBT分别具有与其反向并联连接的二极管。通过该配置，可进行绝缘测试，同时防止半导体系统中的IGBT和二极管的击穿。[0010]此外，作为相关模块的另一示例，提出了 JP-A-2002-368192中描述的半导体系统。该半导体系统是用于诸如逆变器之类的系统的大容量半导体系统，其中三个IGBT芯片设置在绝缘衬底上并设置成锯齿形图案，以彼此并联地连接。
[0011]专利文献I JP-A-2012-110095
[0012]专利文献2 JP-A-2011-254672
[0013]专利文献3 JP-A-2008-193779
[0014]专利文献4 JP-A-2011-193646
[0015]专利文献5 JP-A-2OO2-368I92
[0016]顺便提及的是，关于JP-A-2012-110095、JP-A-2011-254672 和 JP-A-2008-193779中描述的相关半导体模块的示例中的每个示例，虽然这些文献中公开了减小其中的电感，但不存在对该半导体系统中的发热的考虑。
[0017]此外，对于JP-A-2011-193646中描述的相关半导体系统的示例，仅存在对三级逆变器电路的配置的公开，而没有对于半导体系统中的发热的考虑。
[0018]然而，在JP-A-2002-368192中，描述了通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来有效地分散半导体芯片中产生的热以减少热引起的干扰。然而，在JP-A-2002-368192中描述的相关半导体系统的示例中，虽然可通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来分散所产生的热以使其均匀分布，但将会在半导体系统的整个表面上产生热量。这导致所产生的热不能有效分散的未解决问题。
[0019]因此，通过注意到相关半导体系统的示例中的上述未解决问题，并以提供能够通过设置半导体器件以使根据半导体系统的操作模式的发热部分变得局部来增强散热效率的半导体系统为目标，作出了本发明。
【发明内容】
[0020]为了实现该目标，根据本发明的半导体装置的第一形式包括:第一半导体器件、第二半导体器件、第三半导体器件、和第四半导体器件，这些半导体器件是形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个器件；多个绝缘衬底，第一半导体器件到第四半导体器件中的至少一个安装在多个绝缘衬底中的每一个上；以及基板，多个绝缘衬底设置在该基板的表面上。其上设置了多个绝缘衬底的基板的表面建立有四个区域，该表面按照格子方式被划分成四个区域；且多个绝缘衬底被设置成使得第一半导体器件到第四半导体器件中的至少一个被设置在四个区域中的每一个中，藉此分散第一到第四半导体器件中产生的热量。
[0021]根据本发明的半导体装置的第二形式是一种装置，其中多个绝缘衬底包括至少一个第一绝缘衬底和至少一个第二绝缘衬底，该至少一个第一绝缘衬底安装第一到第四半导体器件中的两个，该至少一个第二绝缘衬底安装第一到第四半导体器件中的其余两个，且该至少一个第一绝缘衬底和该至少一个第二绝缘衬底被设置成使得第一到第四半导体器件中的至少一相应的半导体器件被设置在四个区域中的每一个中。
[0022]根据本发明的半导体装置的第三形式，其中在四个区域中，在彼此对角地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
[0023]根据本发明的半导体装置的第四形式是一种装置，其中在四个区域中，在彼此毗邻地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
[0024]根据本发明的半导体装置的第五形式是一种装置，其中在设置在基板表面上的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路包括:作为第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位；作为第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位，且其集电极连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极；双向开关器件，其一端连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将集电极连接至直流电路的正极侧电位；第二外部连接端子，连接至双向开关器件的另一端；第三外部连接端子，连接至第二外部连接端子以处于与第二外部连接端子的电位相同的电位；第四外部连接端子，连接至第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将发射极连接至直流电路的负极侧电位；以及第五外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
[0025]根据本发明的半导体装置的第六形式是一种装置，其中双向开关器件由作为第三和第四半导体器件的彼此反向并联连接的两个反向阻断绝缘栅双极晶体管形成。
[0026]根据本发明的半导体装置的第七形式是一种装置，其中在设置在基板的表面上的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路包括:作为第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位；作为第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位；作为第三半导体器件的第三绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至第二绝缘栅双极晶体管的集电极；作为第四半导体器件的第四绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极，且其发射极连接至第三绝缘栅双极晶体管的集电极；串联连接的第一二极管和第二二极管，该连接的阳极侧连接至第二绝缘栅双极晶体管的集电极与第三绝缘栅双极晶体管的发射极的连接点，该连接的阴极侧连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第四绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将该集电极连接至直流电路的正极侧电位；第二外部连接端子，连接至第一和第二二极管的连接点；第三外部连接端子，连接至第二外部连接端子以处于与第二外部连接端子的电位相同的电位；第四外部连接端子，连接至第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将发射极连接至直流电路的负极侧电位；以及第五外部连接端子，连接至第四绝缘栅双极晶体管的发射极与第三绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
[0027]根据本发明的半导体装置的第八形式是一种装置，其中在基板的表面上设置的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路还包括由树脂模制而成的外壳，该外壳覆盖基板，第一外部连接端子、第二外部连接端子、第三外部连接端子、第四外部连接端子、以及第五外部连接端子从该外壳引出并且在纵向方向上按照直线设置，且该外壳包括:设置在外壳的相对两侧之一上的分别用于第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子，其中第一到第五外部连接端子按照直线设置在该对辅助端子之间；设置在相对两侧之一上的分别用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；设置在相对两侧的另一侧上的分别用于第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；以及设置在相对两侧的另一侧上的分别用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子。不论三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和设置如何，用于第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子和用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子设置在指定位置处。
[0028]根据本发明的半导体装置的第九形式是一种装置，其中外壳具有设置在多个位置处的多个辅助端子孔，使得根据三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和布置来选择时，用于第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子到用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子从外壳引出。
[0029]根据本发明，多个绝缘衬底中的每一个在其上安装形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，并且多个绝缘衬底被设置以分布成使得至少四个半导体器件中的至少一个设置在建立于基板之上的四个区域中的至少一个之中。这使得半导体器件被设置以分布成使得根据半导体系统的操作模式确定的发热部分变得局部以分散所产生的热，由此可增强散热效率，以能可靠地防止半导体系统进入过热状态。
[0030]根据本发明，多个绝缘衬底中的每一个在其上安装形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，并且多个绝缘衬底中的至少一个被设置同时被分布到建立于基板之上的至少四个区域中的每一个之中。这使得半导体器件被设置以使得根据半导体系统的操作模式的发热部分变得局部以分散所产生的热，由此可增强散热效率，以能可靠地防止半导体系统进入过热状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的立体图；
[0032]图2是示出安装在接合至图1中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图；
[0033]图3是示出三级电力逆变器电路的示例的电路图；
[0034]图4是示出正极侧导体板、负极侧导体板、中间电位导体板、以及AC输出导体板的布置的正视图；
[0035]图5是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0036]图6是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的另一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0037]图7是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的又一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0038]图8是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的又一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0039]图9是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的立体图；
[0040]图10是示出安装在接合至图9中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图；
[0041]图11是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0042]图12是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图；
[0043]图13是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的另一示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图；
[0044]图14是示出在第二实施例中输出正电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0045]图15是示出在第二实施例中输出负电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0046]图16是示出在第二实施例中输出零电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0047]图17是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0048]图18是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0049]图19是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0050]图20是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0051]图21是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0052]图22是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0053]图23是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0054]图24是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0055]图25是示出与根据图1中所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的变型的示例的立体图，其中两个外部连接端子的设置位置彼此互换；
[0056]图26是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的另一变型的示例的立体图；以及
[0057]图27是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的又一变型的示例的平面图。
【具体实施方式】
[0058]以下，将参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施例。
[0059]图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的立体图。图2是示出安装在接合至图1中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图。图1中示出的半导体系统可被应用于功率调节子系统(PCS)。此外，图3是示出三级电力逆变器电路的示例的电路图。
[0060]如图1所示的半导体系统I具有由绝缘树脂模制而成的外壳2。外壳2将设置在基板3中的孔暴露出来用于通过螺丝固定基板3，并且覆盖基板3上的其他部分。此外，夕卜壳2具有在其上表面侧上形成的端子设置表面4。在端子设置表面4上的横向方向的中间，设置有直突出部5，该直突出部5沿端子设置表面4的纵向方向延伸。在直突出部5上，从右端部侧，成为DC电源的正极侧端子P的第一外部连接端子tml (P)、分别成为中间端子Ml和M2的第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)、成为DC电源的负极侧端子N的第四外部连接端子tm4 (N)、以及成为AC输出端子U的第五外部连接端子tm5 (U)依序连续设置在直线上。
[0061]在端子设置表面4的前端侧上，从右侧起设置有:第一辅助端子tsl (TIP)，输出绝缘栅双极晶体管Tl的集电极电压，将在稍后描述；第二辅助端子ts2(TlG)，将成为用于提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子；第三辅助端子ts3 (TIE)，输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压；第四辅助端子ts4(T2G)，将成为用于提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子，将在稍后描述；以及第五辅助端子ts5 (T2E)，输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压。
[0062]在端子设置表面4的后端侧上，在靠近其右端部的位置并排地设置有:第六辅助端子ts6(T3E)，输出绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压，将在稍后描述；以及第七辅助端子ts7(T3G)，将成为用于提供绝缘栅极双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子。此外，在端子设置表面4的后端侧上，在靠近其左端部的位置并排地设置有:第八辅助端子ts8 (T4E)，输出绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压，将在稍后描述；以及第九辅助端子ts9 (T4G)，将成为用于提供绝缘栅极双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子。此外，在端子设置表面4的后端侧，在其中间，设置了连接至热敏电阻器150的第十辅助端子tslO(TH2)和第十一辅助端子tsll (THl)，该热敏电阻器150用作掩埋在外壳2中用于检测外壳2的内部温度的热敏电阻器150 (图2)。
[0063]此外，直突出部5具有形成在在以下部分中的每一个中的多个横向狭缝6:第一外部连接端子tml与第二外部连接端子tm2之间的部分；第二外部连接端子tm2与第三外部连接端子tm3之间的部分；第三外部连接端子tm3与第四外部连接端子tm4之间的部分；以及第四外部连接端子tm4与第五外部连接端子tm5之间的部分。设置狭缝6是为了延长上述部分中的每一个中的爬电距离，以确保其中的绝缘。外壳2还具有多个狭缝7，类似于狭缝6，多个狭缝7在第一辅助端子tsl到第七辅助端子tsll下方在每个部分中形成。设置狭缝7是为了延长辅助端子tsl到tsll中的每一个与基板3 (处于接地电位)之间的部分中的爬电距离，以确保上述部分中的绝缘。在此，可根据期望的介电击穿电压来确定狭缝6的数量和狭缝7的数量。
[0064]如图2所示，在基板3上设置了绝缘衬底11，绝缘衬底11中的每一个具有在具有良好热导率的陶瓷(例如氧化铝)衬底的两个表面上形成的导体图案。在图2中所示的示例中，在基板3上设置了六个绝缘衬底U。在六个绝缘衬底11的每两个绝缘衬底上，表面安装了四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4，以形成三级电力转换器(逆变器)电路的三个相的电路中的如图3所示的一相的电路。在四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，晶体管Tl和T3被表面安装至同一绝缘衬底11上，且晶体管T2和T4被表面安装至另一同一绝缘衬底11上。在绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，晶体管T3和T4是反向阻断绝缘栅双极晶体管。
[0065]在图2中所示示例中，每一个上表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl和T3的三个绝缘衬底11(标注为SBll到SB13)和每一个上表面安装了绝缘栅双极晶体管T2和T4的三个绝缘衬底11 (标注为SB21到SB23)按照绝缘衬底SBll到SB13并联连接和绝缘衬底SB21到SB23并联连接的方式使用。
[0066]在此，通过图2中示出的纵中心线LI和横中心线L2，基板3上的外壳2内的整个区域被划分成四个区域，分别被建立为区域041、042、0么3、和DA4，如图2所示。
[0067]在图2中所示示例中，在区域DAl中，设置了将在稍后说明的作为半导体器件的绝缘栅双极晶体管Tl和各自与晶体管Tl反向并联的续流二极管Dl。S卩，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上的区域DAl中的区域中，安装了绝缘栅双极晶体管Tl和与其反向并联连接的续流二极管D1。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置绝缘栅双极晶体管Tl和续流二极管Dl。
[0068]在区域DA2中，设置了将在稍后说明的作为半导体器件的绝缘栅双极晶体管T2和各自与晶体管T2反向并联连接的续流二极管D2。即，在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的区域DA2中的区域中，安装了绝缘栅双极晶体管T2和与其反向并联连接的续流二极管D2。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置绝缘栅双极晶体管T2和续流二极管D2。
[0069]在区域DA3中，设置了将在稍后说明的将各自作为双向开关器件的半导体器件的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。即，在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个之上的区域DA3中的区域中，安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。
[0070]在区域DA4中，设置了将在稍后说明的将各自作为双向开关器件的半导体器件的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。S卩，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个之上的区域DA4中的区域中，安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。
[0071]在此，半导体系统I中包含的三级电力转换器(逆变器)电路的电路配置，例如U相的电路配置，如图3所示，包括绝缘栅双极晶体管Tl、绝缘栅双极晶体管T2、以及双向开关器件12，该双向开关器件12连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点Cl。
[0072]双向开关器件12由反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4形成，反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极连接至连接点Cl，反向阻断绝缘栅双极晶体管T4与反向阻断绝缘栅双极晶体管T3反向并联连接。
[0073]在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个的一端，设置了导电图案121a和导电图案121b。导电图案121a电连接至输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压的第三辅助端子ts3 (TIE)。导电图案121b电连接至将成为用于提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子的第二辅助端子ts2 (TlG)，。
[0074]在绝缘衬底SB 11到SB 13中的每一个的另一端，设置了导电图案12 Ih和导电图案121g。导电图案121h电连接至输出绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压的第六辅助端子ts6(T3E)。导电图案121g电连接至将成为用于提供绝缘栅双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子的第七辅助端子ts7 (T3G)。
[0075]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有导电图案121c和导电图案121d，导电图案121c和导电图案121d均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl的区域DAl中。导电图案121c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管Tl的集电极和续流二极管Dl的阴极。导电图案121d电连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极。
[0076]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有导电图案121f和导电图案121e，导电图案121f和导电图案121e均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T3区域DA4中。导电图案121f，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至绝缘栅双极晶体管T3的集电极。导电图案121e电连接至绝缘栅双极晶体管T3的发射极。
[0077]绝缘衬底SB12上的导电图案121a、121b、121g、和121h分别通过由图2中的较细实线画出的线130连接至右侧的毗邻绝缘衬底SBll上的导电图案121a、121b、121g、和121h以及左侧的毗邻绝缘衬底SB13上的导电图案121a、121b、121g、和121h。
[0078]第三辅助端子ts3 (TIE)和绝缘衬底SB13上的导电图案121a通过线130连接。取决于第三辅助端子ts3 (TIE)的位置，第三辅助端子ts3 (TIE)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121a。
[0079]第二辅助端子ts2 (TlG)和绝缘衬底SB13上的导电图案121b通过线130连接。取决于第二辅助端子ts2 (TlG)的位置，第二辅助端子ts2 (TlG)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121b。
[0080]第一辅助端子tsl (TIP)和绝缘衬底SB12上的导电图案121c通过线130连接。取决于第一辅助端子tsl (TIP)的位置，第一辅助端子tsl (TIP)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案121c。
[0081]第六辅助端子ts6(T3E)和绝缘衬底SB12上的导电图案121h通过线130连接。取决于第六辅助端子ts6(T3E)的位置，第六辅助端子ts6(T3E)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案121h。
[0082]第七辅助端子ts7(T3G)和绝缘衬底SB12上的导电图案121g通过线130连接。取决于第七辅助端子ts7(T3G)的位置，第七辅助端子ts7(T3G)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121g。
[0083]绝缘栅双极晶体管Tl的栅极垫和导电图案121b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管Tl的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案121d通过线130连接。
[0084]反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的栅极垫和导电图案121g通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和导电图案121e通过线130连接。
[0085]此外，导电图案121d和导电图案121a也通过线130连接。
[0086]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案122a和导电图案122b。导电图案122a电连接至输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压的第五辅助端子ts5 (T2E)。导电图案122b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子的第四辅助端子ts4(T2G)。
[0087]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案122g和导电图案122f。导电图案122g电连接至输出绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压的第八辅助端子ts8(T4E)。导电图案122f电连接至成为提供绝缘栅双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子的第九辅助端子ts9(T4G)。
[0088]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T2的区域DA2中的导电图案122c和导电图案122d。导电图案122c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极和续流二极管D2的阴极。导电图案122d电连接至绝缘栅双极晶体管T2的发射极。
[0089]在此，导电图案122c设置在区域DA2和区域DA3之上，使得绝缘栅双极晶体管T2的集电极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极彼此电连接。
[0090]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有导电图案122e和导电图案122c的一部分，导电图案122e和导电图案122c的一部分均设置在其中表面安装有反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA3中。导电图案122c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极。导电图案122c的该部分电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极。
[0091]绝缘衬底SB22上的导电图案122a、122b、122g、和122f分别通过线130连接至右侧的毗邻绝缘衬底SB21上的导电图案122a、122b、122g、和122f以及左侧的毗邻绝缘衬底SB23 上的导电图案 122a、122b、122g 和、122f。
[0092]第四辅助端子ts4(T2G)和绝缘衬底SB23上的导电图案122b通过线130连接。取决于第四辅助端子ts4(T2G)的位置，第四辅助端子ts4(T2G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122b。
[0093]第五辅助端子ts5(T2E)和绝缘衬底SB23上的导电图案122a通过线130连接。取决于第五辅助端子ts5(T2E)的位置，第五辅助端子ts5(T2E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122a。
[0094]第八辅助端子ts8(T4E)和绝缘衬底SB23上的导电图案122g通过线130连接。取决于第八辅助端子ts8(T4E)的位置，第八辅助端子ts8(T4E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122g。
[0095]第九辅助端子ts9(T4G)和绝缘衬底SB23上的导电图案122f通过线130连接。取决于第九辅助端子ts9(T4G)的位置，第九辅助端子ts9(T4G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122f。
[0096]绝缘栅双极晶体管T2的栅极垫和导电图案122b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管T2的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案122d通过线130连接。
[0097]反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极垫和导电图案122f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极和导电图案121g通过线130连接。
[0098]此外，导电图案121d和导电图案122a也通过线130连接。
[0099]此外，双向开关器件12中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极的连接点C2连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)，该第二外部连接端子tm2(Ml)将成为构成主电路端子的中间端子Ml。
[0100]此外，绝缘栅双极晶体管Tl的集电极连接至作为正极侧端子的第一外部连接端子tml (P)，该第一外部连接端子tml (P)将连接至DC电源的正电极侧。
[0101]此外，绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接至作为负极侧端子的第四外部连接端子tm4(N)，该第四外部连接端子tm4(N)将连接至DC电源的负电极侧。
[0102]再者，双向开关器件12中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极与反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极的连接点C2连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)，第三外部连接端子tm3 (M2)连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)以处于与其电位相同的电位。
[0103]此外，绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点Cl连接至作为AC输出端子的第五外部连接端子tm5 (U)。
[0104]在该实施例中，三级电力逆变器电路的一相(例如U相)的电路，由四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4形成。在绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，绝缘栅双极晶体管Tl和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3安装在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上，其中多个晶体管Tl彼此并联连接，且多个晶体管T3也彼此并联连接。此外，绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4安装在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上，其中多个晶体管T2彼此并联连接，且多个晶体管T4也彼此并联连接。以此方式，形成如图2所示的半导体系统。
[0105]因此，令安装在绝缘衬底SBll上的绝缘栅双极晶体管Tl和T3和安装在绝缘衬底SB21上的绝缘栅双极晶体管T2和T4的电流容量总共为300A，通过提供绝缘衬底SBll和SB2USB12和SB22、以及SB13和SB23的三个组合，所有的绝缘栅双极晶体管Tl到T4的电流容量总数将为900A。
[0106]正极侧导体板21连接至绝缘衬底SBll到SB13中的每一个，负极侧导体板22连接至绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。此外,公共的中间电位导体板23连接至绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。此外，公共的AC输出导体板24连接至绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。
[0107]图4是示出正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24的布置的正视图。
[0108]正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24在与绝缘衬底SBll至SB13和绝缘衬底SB21至SB23垂直的方向中竖立，并且向右和向左延伸。如图2所示，正极侧导体板21和负极侧导体板22设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的一侧(即，正面侧)。AC输出导体板24设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的后侧。
[0109]中间电位导体板23具有在其右侧形成的向上延伸的第二外部连接端子tm2(Ml)，并具有在其中间形成的向上延伸的第三外部连接端子tm3(M2)。此外，正极侧导体板21具有处于形成于第二外部连接端子tm2(Ml)的右侧的位置的向上延伸的第一外部连接端子tml(P)。进一步，负极侧导体板22具有处于形成于第三外部连接端子tm3 (M2)的左侧的位置的向上延伸的第四外部连接端子tm4(N)。再进一步，AC输出导体板24具有形成于第四外部连接端子tm4(N)的左侧的向上延伸的第五外部连接端子tm5(U)。
[0110]第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)中的每一个具有在其顶部处形成的通孔25。
[0111]外壳2具有处于多个位置处的凹部(未示出)，每个凹部被形成用于插入螺母，在该多个位置处，第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)分别被设置在外壳2的直突出部5的顶表面上，并且螺母(未示出)被插入每个凹部中。第一外部连接端子tml⑵到第五外部连接端子tm5⑶使得它们各自的顶端从外壳2的直突出部5的顶表面向上突出然后在直突出部5的顶表面处的位置处折叠，以使它们各自的通孔25面对插入直突出部5的凹部中的螺母的内部螺纹26。
[0112]接下来，将说明上述第一实施例的操作。
[0113]图5至8是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的示意图。
[0114]在图5到8中，作为第一实施例的示例，示出变型的示例,其中绝缘衬底SBll到SB13和SB21到SB23中的每一个被分成两个绝缘衬底，每一个绝缘衬底上安装有一个绝缘栅双极晶体管。在示例中，三个这样的绝缘衬底设置在区域DAl到DA4中的每个区域中。
[0115]当操作处于栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管Tl的每个栅极以开关这些晶体管Tl并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4恢复的模式下时，设置在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13中的绝缘栅双极晶体管Tl和安装在与区域DAl对角地定位的区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4将如图5所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA4中，无热量产生。
[0116]当操作进入栅极脉冲被提供给多个绝缘栅双极晶体管T2的每个栅极以开关这些晶体管T2并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3恢复的模式下时，安装在区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的绝缘栅双极晶体管T2和安装在与区域DA2对角地定位的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图6所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA3中，无热量产生。
[0117]此外，当操作处于栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的每个栅极以开关这些晶体管T3并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下时，安装在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的续流二极管Dl发热，并且，安装在与区域DAl在横向方向上毗邻定位的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3，将如图7所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA4中，无热量产生。
[0118]此外，当操作处于栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的每个栅极以开关这些晶体管T4并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下时，安装在区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的续流二极管D2发热，并且，安装在与区域DA2在横向方向上毗邻定位的区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4，将如图8所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA4中，无热量产生。
[0119]以此方式，根据第一实施例，当半导体系统I进入操作状态时，并不是在所有区域DAl到DA4中产生热量，而仅在彼此对角地定位的两个区域中产生或者在彼此在横向方向上毗邻定位的两个区域中产生。即，根据操作模式，仅在局部的两个区域中产生热量。
[0120]因此，与相关模块的上述示例中类似的整个绝缘衬底中产生热量的情况相比，所产生的热量能被分散，能可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0121]此外，当将实施例的半导体系统I作为大型太阳能系统中的功率调节子系统(PCS)使用时，半导体系统I仅作为逆变器操作，这使得续流二极管Dl和D2几乎不产生热量。因此，在上述图7和图8中示出的模式下，续流二极管Dl和D2几乎不产生热量。这可防止绝缘衬底SB21到SB23中分别安装有产生大量热量的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的区域DA3和绝缘衬底SBll到SB13中分别安装有产生大量热量的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA4同时发热而引起热干扰。
[0122]因此，根据第一实施例，对于每种操作模式改变发热区域，由此局部地呈现发热区域以实现闻效的散热。
[0123]在第一实施例中，正极侧导体板21和负极侧导体板22设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的一侧(S卩，正面侧)。因此，电流通过每个绝缘栅双极晶体管Tl并进一步通过每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3，从第一外部连接端子tml (P)流至第二外部连接端子tm2 (Ml)、或第三外部连接端子tm3 (M2)。这导致其中在中间电位导体板23中流动的电流方向与在正极侧导体板21中流动的电流方向彼此相反的状态。在该状态下，由于中间电位导体板23和正极侧导体板21彼此靠近地设置，由中间电位导体板23中流动的电流产生的磁场和由正极侧导体板21中流动的电流产生的磁场相互抵消。因此，所产生的磁场对中间电位导体板23中流动的电流和正极侧导体板21中流动的电流的影响变小，这可减小中间电位导体板23与正极侧导体板21之间的所得电感。
[0124]以相同的方式，当电流通过每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4并进一步通过每个绝缘栅双极晶体管T2从第二外部连接端子tm2 (Ml)、或第三外部连接端子tm3 (M2)流至第四外部连接端子tm4(N)时，在中间电位导体板23中流动的电流方向与在负极侧导体板22中流动的电流方向变得也彼此相反，由此可减小彼此靠近的中间电位导体板23与负极侧导体板22之间的电感。
[0125]此外，面对中间电位导体板23的正极侧导体板21和负极侧导体板22中的每一个可为中间电位导体板23提供宽的面对区域，由此可更好地呈现电感减小的效果。
[0126]此外，以直线排列的正极侧导体板21和负极侧导体板22使得正极侧导体板21和负极侧导体板22，通过例如在图2所示的接合处140处的超声接合，分别电连接至绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上的导电图案121c和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的导电图案122d。
[0127]在下文中，将参考图9和图10说明本发明的第二实施例。
[0128]图9是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的立体图。图10是示出安装在接合至图9中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图。
[0129]第二实施例是半导体系统，其中第一实施例中的每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的设置位置和每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置位置彼此互换。
[0130]S卩，在第二实施例中，如图10所示，在上述第一实施例中设置在基板3上的区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被安装绝缘衬底SBll至SB13上，以设置在区域DA4中。由此，在上述第一实施例中设置在基板3上的区域DA4中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3被安装在绝缘衬底SB21至SB23上，以设置在区域DA3中。由此，与第一实施例中的绝缘衬底11上的导电图案相比，绝缘衬底11上的导电图案改变。
[0131]在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个的一端，设置了导电图案123a和导电图案123b。导电图案123a电连接至输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压的第三辅助端子ts3 (TIE)。导电图案123b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子的第二辅助端子ts2 (TlG)。
[0132]在绝缘衬底SB 11到SB 13中的每一个的另一端，设置了导电图案123g和导电图案123f。导电图案123g电连接至输出反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压的第八辅助端子ts8 (T4E)。导电图案123f电连接至将成为提供反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子的第九辅助端子ts9(T4G)。[0133]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl的区域DAl中的导电图案123c和导电图案123e。导电图案123c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管Tl的集电极和续流二极管Dl的阴极。导电图案123e电连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极。
[0134]在此，导电图案123e设置在区域DAl和区域DA4之上，使得绝缘栅双极晶体管Tl的发射极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极彼此电连接。
[0135]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有均设置在其中表面安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA4中导电图案123d和导电图案123e。导电图案123d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极。导电图案123e电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极。
[0136]绝缘衬底SB12上的导电图案123a、123b、123f、和123g通过由图10中的较细实线画出的线130分别连接至右侧的毗邻绝缘衬底SBll上的导电图案123a、123b、123f、和123g以及左侧的毗邻绝缘衬底SB13上的导电图案123a、123b、123f、和123g。
[0137]第三辅助端子ts3 (TIE)和绝缘衬底SB13上的导电图案123a通过线130连接。取决于第三辅助端子ts3 (TIE)的位置，第三辅助端子ts3 (TIE)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案123a。
[0138]第二辅助端子ts2 (TlG)和绝缘衬底SB13上的导电图案123b通过线130连接。取决于第二辅助端子ts2 (TlG)的位置，第二辅助端子ts2 (TlG)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案123b。
[0139]第一辅助端子tsl (TIP)和绝缘衬底SB12上的导电图案123c通过线130连接。取决于第一辅助端子tsl (TIP)的位置，第一辅助端子tsl (TIP)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123c。
[0140]第八辅助端子ts8(T4E)和绝缘衬底SB12上的导电图案123g通过线130连接。取决于第八辅助端子ts8(T4E)的位置，第八辅助端子ts8(T4E)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123g。
[0141]第九辅助端子ts9(T4G)和绝缘衬底SB12上的导电图案123f通过线130连接。取决于第七辅助端子ts9(T4G)的位置，第七辅助端子ts9(T4G)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123f。
[0142]绝缘栅双极晶体管Tl的栅极垫和导电图案123b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管Tl的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案123e通过线130连接。
[0143]反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极垫和导电图案123f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极和导电图案123e通过线130连接。
[0144]此外，导电图案123e还通过线130连接至导电图案123a和导电图案123g。
[0145]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案124a和导电图案124b。导电图案124a电连接至输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压的第五辅助端子ts5 (T2E)。导电图案124b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子的第四辅助端子ts4(T2G)。
[0146]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的另一端，设置了导电图案124g和导电图案124f。导电图案124g电连接至输出反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压的第六辅助端子ts6(T3E)。导电图案124f电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子的第七辅助端子ts7 (T3G)。
[0147]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T2的区域DA2中导电图案124d和导电图案124c。导电图案124d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极和续流二极管D2的阴极。导电图案124c电连接至绝缘栅双极晶体管T2的发射极。
[0148]在此，导电图案124d设置在区域DA2和区域DA3之上，使得绝缘栅双极晶体管T2的集电极、续流二极管D2的阴极、和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极彼此电连接。
[0149]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有设置在其中表面安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的区域DA3中导电图案124d和导电图案124e。导电图案124d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极。导电图案124e电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极。
[0150]绝缘衬底SB22上的导电图案124a、124b、124f、和124g通过由图10中的较细实线画出的线130分别连接至右侧的毗邻绝缘衬底SB21上的导电图案124a、124b、124f、和124g以及左侧的毗邻绝缘衬底SB23上的导电图案124a、124b、124f、和124g。
[0151]
[0152]第四辅助端子ts4(T2G)和绝缘衬底SB23上的导电图案124b通过线130连接。取决于第四辅助端子ts4(T2G)的位置，第四辅助端子ts4(T2G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124b。
[0153]第五辅助端子ts5(T2E)和绝缘衬底SB23上的导电图案124a通过线130连接。取决于第五辅助端子ts5(T2E)的位置，第五辅助端子ts5(T2E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124a。
[0154]第六辅助端子ts6(T3E)和绝缘衬底SB23上的导电图案124g通过线130连接。取决于第六辅助端子ts6(T3E)的位置，第六辅助端子ts6(T3E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124g。
[0155]第七辅助端子ts7(T3G)和绝缘衬底SB23上的导电图案124f通过线130连接。取决于第七辅助端子ts7(T3G)的位置，第七辅助端子ts7(T3G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB23上的导电图案124f。
[0156]绝缘栅双极晶体管T2的栅极垫和导电图案124b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管T2的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案124c通过线130连接。
[0157]反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的栅极垫和导电图案124f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和导电图案124e通过线130连接。
[0158]此外，导电图案124a和导电图案124c，且进一步导电图案124e和导电图案124g也通过线130连接。
[0159]因此，如图9所示，在外壳2的端子安排表面4上，设置第六辅助端子ts6 (T3E)的位置与设置第八辅助端子ts8(T4E)的位置与图1中所示的第一实施例中的位置相比在外壳2的纵向方向上彼此互换。此外，设置第七辅助端子ts7(T3G)的位置和设置第九辅助端子ts9(T4G)的位置与图1中所示的位置相比在外壳2的纵向方向上彼此互换。
[0160]其他结构与第一实施例中的结构类似。因此，图1和图2中的相应部分由相同的附图标记和符号表示，省略其详细说明。
[0161]第二实施例具有其中在第一实施例中的每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的设置和每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置在纵向方向上彼此互换的结构。因此，虽然未示出，但上述第一实施例中产生的热量的区域当然也将在纵向方向上彼此互换。
[0162]图11是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化。在图11中，区域DAl到区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB23通过格子中的单元表示，而安装在绝缘衬底SBll到SB23中其自身的绝缘衬底上的绝缘栅双极晶体管Tl和T2中的每一个和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4由该单元中的附图标记示出，其中发热状态通过阴影图案来表示。
[0163]在其中绝缘栅双极晶体管Tl处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4恢复的模式下，如图11中的(a)所示，在区域DAl和DA4中产生热量。此时在区域DAl中产生的热量比在区域DA4中的热量多。
[0164]在其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3恢复的模式下，如图11中的(b)所示，热量在区域DA2和DA3中产生。此时在区域DA2中产生的热量比在区域DA3中的热量多。
[0165]在其中绝缘栅双极晶体管T3处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下，如图11中的(C)所示，热量在区域DAl和与区域DAl对角地定位的区域DA3中产生。此时在区域DA3中所产生的热量变得比在区域DAl中的量更多，因为仅续流二极管Dl在区域DAl中产生热量。
[0166]在其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4处于开关状态并且使绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下，如图11中的(d)所示，热量在区域DA2和与区域DA2对角地定位的区域DA4中产生。此时在区域DA4中所产生的热量变得比在区域DA2中的量更多，因为仅续流二极管D2在区域DA2中产生热量。
[0167]相对于正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、和AC输出导体板24，它们的设置位置无改变，如图10所示。因此，与上述第一实施例相似，中间电位导体板23中流动的电流方向和与其靠近设置的正极侧导体板21中流动的电流方向变得彼此相反，并且中间电位导体板23中流动的电流方向和负极侧导体板22中流动的电流方向也变得彼此相反。这可减小正极侧导体板21与中间电位导体板23之间的电感以及负极侧导体板22与中间电位导体板23之间的电感。
[0168]因此，在第二实施例中，半导体系统I中的电感也可被减小。此外，并非半导体系统I的整个基板3都同时发热，而是发热区域将根据操作模式而改变，由此能确保可靠地实现散热，以可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0169]图12是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图。图13是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的另一示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图。
[0170]如上文中所说明地，虽然在第二实施例的三级电力逆变器电路的示例中外壳2的端子设置是如图12的(b)中所示那样从第一实施例中的端子设置改变而来，但图12的(a)中所示的电路配置将被保持与图3中所示的第一实施例中的电路配置相同。
[0171]此外，在第二实施例中，虽然通过替换内部接线图案，三级电力逆变器电路的电路配置从以上图12 (a)中所示的利用反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4的电路配置改变为图13 Ca)中所示的利用反向阻断绝缘栅双极晶体管T3’和T4’的电路配置，但在图13
(b)中所示的外壳2的端子设置保持与图12 (b)中所示的端子设置相同的情况下，在相同的操作模式下，能获得相同的AC输出电压。
[0172]S卩，对于图13 (a)中示出的三级电力逆变器电路，代替图12 (a)中示出的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4，与其对应的绝缘栅双极晶体管T3’和T4’与反向并联连接至其的续流二极管D3和D4 —起被应用。
[0173]此外，绝缘栅双极晶体管T4’的集电极连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极，绝缘栅双极晶体管Tl具有与其反向并联连接的续流二极管D1，该晶体管与图12的(a)中示出的电路中使用的晶体管相同，绝缘栅双极晶体管T4’具有与其反向并联的续流二极管D4。此外，绝缘栅双极晶体管T4’的发射极连接至绝缘栅双极晶体管T3’的集电极，绝缘栅双极晶体管T3’具有与其反向并联连接的续流二极管D3。进一步，第五外部连接端子tm5(U)连接至绝缘栅双极晶体管T4’的发射极与绝缘栅双极晶体管T3’的集电极的连接点。
[0174]此外，绝缘栅双极晶体管T3’的发射极连接至绝缘栅双极晶体管T2的集电极，绝缘栅双极晶体管T2具有与其反向并联连接的续流二极管D2。
[0175]进一步，二极管D5的阴极连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T4’的集电极的连接点。二极管D5的阳极连接至二极管D6的阴极，且二极管D6的阳极连接至绝缘栅双极晶体管T3’的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点。第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)连接至二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点。
[0176]图14是示出在第二实施例中输出正电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0177]在该情况下，在电路配置彼此不同的图12的(a)和图13的(a)中示出的三级电力逆变器电路中，在对电容器Cll充电的DC电压+E(V)成为从第五外部连接端子tm5(U)输出的电压的第一操作模式下，如图14所示，具有图12的(a)中所示配置的电路使绝缘栅双极晶体管Tl进行开关操作，使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4导通，且使绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3截止，如图14的(a)中所示。与此同时，具有图13的
(a)中所示配置的电路，使绝缘栅双极晶体管Tl进行开关操作，使绝缘栅双极晶体管T4’导通，并使绝缘栅双极晶体管T2和绝缘栅双极晶体管T3’截止，如图14的(b)中所示。
[0178]在该情况下，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll的正电极侧开始并通过绝缘栅双极晶体管Tl且通过感性负载L返回至电容器Cll的负电极侧的路径。因此，+E(V)的输出电压被应用至感性负载L。
[0179]与此相比，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll的正电极侧开始并通过绝缘栅双极晶体管Tl和T4’且通过感性负载L返回至电容器Cll的负电极侧的路径。因此，+E(V)的输出电压被应用至感性负载L。
[0180]因此，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，将输出相同的输出电压。[0181]图15是示出在第二实施例中输出负电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0182]与上文描述相反，在对电容器C12充电的DC电压-E (V)成为从第五外部连接端子tm5(U)输出的电压的第二操作模式下，如图15所示，具有图12的(a)所示配置的电路，使绝缘栅双极晶体管T2执行开关操作，并具有输入的栅极信号使得反向阻断绝缘栅双极晶体管T3导通。关于其余的绝缘栅双极晶体管Tl和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4，输入使晶体管Tl和T4分别进入截止状态的栅极信号。
[0183]在该情况下，如图15的(a)中所示，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器C12的正电极侧开始并通过感性负载L且通过绝缘栅双极晶体管T2且返回至电容器C12的负电极侧的路径。因此，-E(V)的输出电压可被应用至感性负载L。
[0184]与此相比，如图15的(b)中所示，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器C12的正电极侧开始并通过感性负载L且通过绝缘栅双极晶体管T3’和绝缘栅双极晶体管T2返回至电容器C12的负电极侧的路径。因此，-E(V)的输出电压可被应用至感性负载L。
[0185]此外在该情况下，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，也将输出相同的输出电压。
[0186]此外，如图16所示，在其中第五外部连接端子tm5 (U)的输出电压为零的第三操作模式下，输入使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入截止状态的栅极信号和使所有其他的绝缘栅双极晶体管Tl、T2以及反向阻断绝缘栅双极晶体管T4进入截止状态的栅极信号。
[0187]图16是示出在第二实施例中输出零电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0188]在该情况下，如图16的(a)中所示，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll和C12之间的连接点开始并通过感性负载L且通过反向阻断绝缘栅双极晶体管T3且返回至电容器Cll和C12之间的连接点的路径。因此，施加至感性负载L的输出电压变为O (V)。
[0189]与此同时，如图16的(b)中所示，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll和C12之间的连接点开始并通过感性负载L且通过反向阻断绝缘栅双极晶体管T3’和通过二极管D6返回至电容器Cll和C12之间的连接点的路径。因此，施加至感性负载L的输出电压变为O (V)。
[0190]因此，在该第三操作模式下，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，也将输出相同的输出电压。
[0191]以此方式，即使在其中半导体系统I中包含的三级电力逆变器电路的配置不同的情况下，通过使这些电路的配置中的第一外部连接端子tml到第五外部连接端子tm5以及第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll的设置位置相同，对于每种操作模式下相同类型的栅极信号将可获得相同的输出信号。因此，用户可使用半导体系统I中包含的三级电力逆变器电路的配置而无需任何担心，由此可提供具有高兼容性的半导体系统。[0192]在下文中，将参考图17和图18说明本发明的第三实施例。
[0193]图17是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件。在附图中省略了在图2中示出的基板3和第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll。在第三实施例中，在第一实施例中分别产生最多热量的绝缘栅双极晶体管Tl和T3将按彼此对角地来设置。
[0194]S卩，如图17所示，第三实施例具有如下配置:在上述第一实施例中的图2所示配置中曾设置在区域DA2中的绝缘栅双极晶体管T2设置在绝缘衬底SB21到SB23的区域DA3中，且曾设置在区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4设置在绝缘衬底SB21到SB23的区域DA2中。
[0195]根据设置的改变，改变了负极侧导体板22和AC输出导体板24对于中间电位导体板23的设置。
[0196]即，虽然中间电位导体板23和正极侧导体板21的设置与上述第一实施例中的上述设置相同，但负极侧导体板22设置在区域DA3中并面对与其靠近的中间电位导体板23的后侧。此外，AC输出导体板24被分成两个并被设置在相应的区域DA2和DA4中。
[0197]其他结构与第一实施例中的结构类似。因此，图2中的相应部分由相同的附图标记和符号表示，省略其详细说明。
[0198]根据第三实施例，正极侧导体板21被设置成面对与其靠近的中间电位导体板23的正面侧，且负极侧导体板22被设置成面对与其靠近的中间电位导体板23的后侧。这使得在中间电位导体板23中流动的电流方向与正极侧导体板22中流动的电的方向变得彼此相反，并且使得在中间电位导体板23中流动的电流方向和在负极侧导体板22中流动的电流方向变得彼此相反，由此中间电位导体板23和正极侧导体板21之间的电感以及中间电位导体板23和负极侧导体板22之间的电感可如上文所述那样被减小。
[0199]此外，通过改变绝缘栅双极晶体管T2的设置和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置，也可改变导电图案。
[0200]关于第三实施例中的发热，由于曾设置在上述第一实施例中的区域DA2中的绝缘栅双极晶体管T2被改变成设置在区域DA3中，且曾设置在区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被改变成设置在区域DA2中，所以每种操作模式下的发热状态变得如(a)至Cd)中的每一个所示，其中状态被简化。
[0201]S卩，当操作处于其中栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管Tl的每个栅极以开关这些晶体管Tl并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4进入恢复状态的模式下，安装在设置在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的绝缘栅双极晶体管Tl和安装在毗邻区域DAl左侧的区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4将如图18的(a)中所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA3和DA4中，无热量产生。
[0202]此外，当操作处于其中栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管T2的每个栅极以开关这些晶体管T2并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入恢复状态的模式下，安装在设置在区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的绝缘栅双极晶体管T2和安装在毗邻区域DA3右侧的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图18的(b)中所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA2中，无热量产生。
[0203]此外，当操作处于其中栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的每个栅极以开关这些晶体管T3并且使绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下时，安装在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的续流二极管Dl发热，并且，安装在处于区域DAl的后侧的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图18的
(c)所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA3中，无热量产生。
[0204]此外，当操作处于其中栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的每个栅极以开关这些晶体管T4并且使绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下时，安装在处于区域DAl的后侧的区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4发热，并且在区域DA2的后侧毗邻区域DA2的区域DA3中的续流二极管Dl发热，如图18的
(d)中的阴影图案所示。与此同时，在区域DAl和DA4中，无热量产生。
[0205]以此方式，根据第三实施例，当半导体系统I进入操作状态时，与上述第一实施例相似，并非在所有区域DAl到DA4中产生热量，而仅在彼此对角地定位的两个区域中产生或者在彼此在横向方向上毗邻定位的两个区域中产生。即，根据操作模式，仅在局部的两个区域中产生热量。
[0206]因此，与相关模块的上述示例中类似的在基板上的整个绝缘衬底中产生热量的情况相比，所产生的热量能被分散，使得能可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0207]在第三实施例中，说明了如下情况:在上述第一实施例中分别设置在区域DA2和区域DA3中的绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被改变，使得晶体管T2和T4分别设置在区域DA3和区域DA2中。然而，本发明不限于上述配置，该配置可被修改为其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3分别设置在区域DA2和DA4，这可在第三实施例中被改变为分别设置在区域DA4和区域DA2中，如图19和图20所示。
[0208]图19是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，半导体器件安装在绝缘衬底上；图20是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的每个操作模式下的半导体器件的发热状态的视图，其中状态被简化。
[0209]在该变型的示例的情况下，虽然省略了详细说明，但在其设置中的正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24之间的关系与上述第三实施例中的关系相同，由此可呈现电感减小的效果。此外，图18的(a)到(d)中所示的每个模式下的发热状态变成如图20的(a)到(d)中所示的每个模式下的状态。与上述第三实施例类似，这使得在横向方向上定位成彼此毗邻的两个区域中和在纵向反向上定位成彼此毗邻的两个区域中产生热量，由此可获得与上述第一到第三实施例中相似的工作效果。
[0210]在下文中，将参考图21和图22说明本发明的第四实施例。
[0211]图21是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件。在附图中省略了在图2中示出的基板3和第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll。
[0212]在上述第一到第三实施例中，三个相同的绝缘衬底SBll到SB13被设置成彼此毗邻，且三个相同的绝缘衬底SB21到SB23被设置成彼此毗邻，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上表面安装形成三级电力逆变器电路的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中的绝缘栅双极晶体管Tl和T3或Tl和T4，在三个相同的绝缘衬底SB21到SB23的每一个上表面安装形成三级电力逆变器电路的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中的绝缘栅双极晶体管T2和T4或T2和T3，这使得晶体管Tl到T4中的具有相同附图标记的相同功能的晶体管设置成彼此毗邻。然而，在第四实施例中，与第一到第三实施例不同，绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23未设置成彼此毗邻，而是按照从右侧起SB11、SB21、SB12、SB22、SB13、和SB23的附图标记的顺序来交替地设置，使得晶体管Tl和T2交替地设置而不是彼此毗邻，并且晶体管T3和T4交替地设置而不是彼此毗邻，如图21所示。
[0213]在该情况下，如图21中所示，中间电位导体板23和AC输出导体板24按照与上述第一实施例中相同的方式设置。与此相比，正极侧导体板21在中间电位导体板23的正面侧大约整个长度上面对与其靠近的中间电位导体板23。与此同时，从中间电位导体板23的后侧，负极侧导体板22在大约整个长度上面对与其靠近的导体板23。
[0214]这允许中间电位导体板23和正极侧导体板21彼此面对并且其中每一个中的电流流动的方向与另一个中电流流动的方向相反的区域以及中间电位导体板23和负极侧导体板22的区域彼此面对并且其中每一个中的电流流动的方向与另一个中电流流动的方向相反的区域比第一实施例中更大，由此可呈现更好的电感减小效果。
[0215]图22是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化。虽然省略了详细说明，但当操作处于其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl进入恢复的模式下时，如图22的(a)中所示，热按照锯齿形图案产生。
[0216]当操作处于其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入恢复的模式下时，如图22的(b)中所示，热按照锯齿形图案产生，其中图22的Ca)中示出的锯齿形图案在横向上反转。
[0217]此外，当操作处于其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T3处于开关状态并且绝缘栅双极晶体管Tl进入恢复的模式下时，如图22的(C)中所示，热在每隔一个绝缘衬底的两个区域中产生。
[0218]再者，当操作处于其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4处于开关状态并且绝缘栅双极晶体管T2进入恢复的模式下时，如图22的(d)中所示，热在每隔一个绝缘衬底的两个区域中产生，这两个区域中在图22的(c)中所示的模式下无发热。
[0219]因此，在第四实施例中，半导体系统I中的电感也可被减小。此外，并非半导体系统I的整个基板3都同时发热，而是发热区域将根据操作模式而改变，由此能可靠地实现确保的散热，以可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0220]图23是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，半导体器件安装在绝缘衬底上；图24是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的每个操作模式下的半导体器件的发热状态的视图，其中状态被简化。即，在第四实施例中，如图23和图24所示，还可改变绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的横向设置。在该情况下，发热状态变成上述第三实施例中的发热状态与第四实施例中的发热状态的混合状态，由此可获得与上述第一到第四实施例中相似的工作效果。
[0221]在上述第一到第四实施例中的每一个中，给出了设置三组绝缘衬底的情况下，在每组绝缘衬底上安装了绝缘栅双极晶体管Tl和T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4，或绝缘栅双极晶体管T1、T2、T3’和Τ4’。然而，本发明不限于此，而是可根据所需要的电流容量来任意地确定绝缘衬底组的数量。
[0222]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)的位置设置在于外壳2中的情况。然而，本发明不限于此。图25是示出与根据图1中所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的变型的示例的立体图，其中两个外部连接端子的设置位置彼此互换。即，如图25中所示，第一外部连接端子tml (P)的设置位置和第二外部连接端子tm2 (Ml)的设置位置可彼此互换。
[0223]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中按照外壳2中包含的三级电力逆变器电路中的每一个所需数量设置的外部连接端子和辅助端子的情况。然而，本发明不限于此。图26是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的另一变型的示例的立体图。即，如图26所示，除了上述的图1中示出的第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)以及第一辅助端子tsl (TIP)到第十一辅助端子tsll (THl)之外，可在形成辅助端子的区域中形成辅助端子孔31。在该情况下，可根据用户的指定来改变或添加辅助端子的位置，由此可为半导体系统提供高的通用多功能性。
[0224]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中三级电力逆变器电路具有图12的(a)中或图13的(a)中所示配置的情况。然而，本发明不限于此。即，也可将三级电力逆变器电路应用于本发明，其中通过串联连接两个绝缘栅双极晶体管并使它们各自的集电极彼此连接，并且每个绝缘栅双极晶体管具有与其反向并联的二极管，来形成双向开关器件，如上述的JP-A-2011-193646所描述那样。在该情况下，如JP-A-2011-193646中所描述，中间端子必须设置在绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点处，用于防止由于绝缘测试中产生的大电位差引起绝缘栅双极晶体管的损坏。因此，如图27中所示，图27示出了与根据图1所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的又一变型的示例的平面图，其中中间端子tc设置在外壳2的端子设置表面4之上。
[0225]在本发明中，仅通过组合半导体模块的端子连接就获得了所需的电路配置。因此，本发明不限于上述的功率调节子系统(PCS)中的半导体系统的应用，而也可应用于诸如不间断电源(UPS)、任何其他电力逆变器、以及用于高频用途的开关IC之类的其他系统中。
[0226]虽然已参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员会理解在形式和细节上可作出上述和其它改变而不背离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种半导体系统,包括: 第一半导体器件、第二半导体器件、第三半导体器件、和第四半导体器件，所述半导体器件是形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个器件； 多个绝缘衬底，所述第一半导体器件到所述第四半导体器件中的至少一个安装在所述多个绝缘衬底中的每一个上；以及 基板，所述多个绝缘衬底设置在所述基板的表面上， 设置了所述多个绝缘衬底的基板的所述表面建立有四个区域，所述表面按照格子方式被划分成所述四个区域；以及 所述多个绝缘衬底被设置成使得所述第一半导体器件到所述第四半导体器件中的至少一个被设置在所述四个区域中的每一个中，藉此分散所述第一到第四半导体器件中产生的热量。
2.如权利要求1所述的半导体系统，其特征在于，所述多个绝缘衬底包括至少一个第一绝缘衬底和至少一个第二绝缘衬底，所述至少一个第一绝缘衬底安装了所述第一到第四半导体器件中的两个，所述至少一个第二绝缘衬底安装了所述第一到第四半导体器件中的其余两个， 所述至少一个第一绝缘衬底和所述至少一个第二绝缘衬底被设置成使得所述第一到第四半导体器件中的至少一个相应的半导体器件被设置在所述四个区域中的每一个中。
3.如权利要求1或2所述的半导体系统，其特征在于，在所述四个区域中，在彼此对角地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
4.如权利要求1或2所述的半导体系统，其特征在于，在所述四个区域中，在彼此毗邻地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
5.如权利要求1到4中的任一项所述的半导体系统，其特征在于，在设置在所述基板的表面上的所述多个绝缘衬底上形成的所述三级电力逆变器电路包括: 作为所述第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位； 作为所述第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位，且其集电极连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极； 双向开关器件，其一端连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点； 第一外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将所述集电极连接至所述直流电路的正极侧电位； 第二外部连接端子，连接至所述双向开关器件的另一端； 第三外部连接端子，连接至所述第二外部连接端子以处于与所述第二外部连接端子的电位相同的电位； 第四外部连接端子，连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将所述发射极连接至所述直流电路的负极侧电位；以及 第五外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
6.如权利要求5所述的半导体系统，其特征在于，所述双向开关器件由彼此反向并联连接的作为所述第三和第四半导体器件的两个反向阻断绝缘栅双极晶体管形成。
7.如权利要求1到4中的任一项所述的半导体系统，其特征在于，在设置在所述基板的表面上的所述多个绝缘衬底上形成的所述三级电力逆变器电路包括: 作为所述第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位； 作为所述第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位； 作为所述第三半导体器件的第三绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极； 作为所述第四半导体器件的第四绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极，且其发射极连接至所述第三绝缘栅双极晶体管的集电极； 串联连接的第一二极管和第二二极管，其连接的阳极侧连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极与所述第三绝缘栅双极晶体管的发射极的连接点，且其连接的阴极侧连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将所述集电极连接至所述直流电路的正极侧电位； 第二外部连接端子，连接至所述第一和第二二极管的连接点； 第三外部连接端子，连接至所述第二外部连接端子以处于与所述第二外部连接端子的电位相同的电位； 第四外部连接端子，连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将所述发射极连接至所述直流电路的负极侧电位；以及 第五外部连接端子，连接至所述第四绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
8.如权利要求5或7所述的半导体系统，其特征在于，在所述基板的表面上设置的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路还包括由树脂模制而成的外壳，所述外壳覆盖所述基板，所述第一外部连接端子、第二外部连接端子、第三外部连接端子、第四外部连接端子以及第五外部连接端子从所述外壳引出并且在纵向方向上按照直线设置，所述外壳包括: 设置在所述外壳的相对两侧之一上的分别用于所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子，其中第一到第五外部连接端子按照直线设置在所述一对辅助端子之间； 设置在所述相对两侧之一上的分别用于所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子； 设置在所述相对两侧的另一侧上的分别用于所述第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；以及 设置在所述相对两侧的所述另一侧上的分别用于所述第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子， 不论所述三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和设置如何，用于所述第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子和用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子设置在指定位置处。
9.如权利要求8所述的半导体系统，其特征在于，所述外壳具有设置在多个位置处的多个辅助端子孔，使得用于所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子到用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子从所述外壳引出同时根据所述三级电力逆变器电路的 半导体器件的连接和布置来选择。
【文档编号】H01L23/367GK103973131SQ201410014159
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】陈塽清, 市川裕章 申请人:富士电机株式会社
【专利摘要】提供了多个绝缘衬底SB11到SB23和基板，在多个绝缘衬底SB11到SB23中的每一个上安装了形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，在基板的一个表面上设置了多个绝缘板。在基板的该一个表面上，建立了至少四个区域DA1到DA4，并且多个绝缘衬底被设置以分布成使得至少四个半导体器件中的至少一个设置在建立在该基板上的四个区域中的每一个中。这使得所设置的半导体器件被分布成使得根据半导体系统的操作模式确定的发热部分变得局部以散发所产生的热量，由此提供可增强散热效率的半导体系统。
【专利说明】半导体系统
[0001]发明背景
1.【技术领域】
[0002]本发明涉及包含用于诸如将DC电力转换成AC电力的电力逆变器之类的系统的功率设备的半导体系统。
2.【背景技术】
[0003]电力逆变器广泛地用于诸如PCS (功率调节子系统)和UPS (不间断电源)之类的系统，其中每个此类系统设置有将通过发电单元(例如，太阳能电池、燃料电池、或汽油发动机)产生的电力转换成系统电力的功能。
[0004]在这种电力逆变器中，使用半导体模块，在半导体模块中，诸如IGBT (绝缘栅双极晶体管)和FWD (续流二极管)之类的功率设备被表面安装在绝缘衬底上，以被包含在树脂外壳中。
[0005]作为用于这种类型的电力逆变器的半导体模块的示例，提出例如JP-A-2012-110095中所提出的功率半导体模块。
[0006]功率半导体模块包含在外壳中的在一相中的三级逆变器的电路。在该三级逆变器电路中，其中电流以彼此相反方向流动的U端子和M端子被接线为使得其中一个位于另一个上方并彼此很靠近，藉此减小外壳内的电感。
[0007]此外，作为相关模块的另一示例，提出了 JP-A-2011-254672中描述的功率半导体模块。在该功率半导体模块中，在形成与JP-A-2012-110095中描述的三级逆变器类似的三级逆变器时，其外部端子P、M、N、和U按照直线排列，其中M端子由两个端子Ml和M2形成，以形成M1、P、N、M2、和U的顺序或者M1、N、P、M2、和U的顺序。该配置防止当操作模式从三级模式变成两级模式时由线路电感的影响产生的上跳电压变大。
[0008]此外，作为相关模块的又一示例，提出了 JP-A-2008-193779中描述的半导体模块。通过将连接在DC电源的P端子与N端子之间的多个IGBT的串联电路、连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间的AC开关器件包含在一个封装内，所该半导体模块被设置为实现了线路电感的减小和系统价格的降低。在此，作为形成三级逆变器的情况，描述了通过将分别与二极管反向并联连接的两个IGBT串联连接来提供双向开关的情况，以及通过反向并联连接两个反向阻断IGBT来提供双向开关的情况。反向阻断IGBT是具有反向电压耐受特性的IGBT。
[0009]此外，作为相关模块的又一示例，提出了在JP-A-2011-193646中描述的半导体系统。该半导体系统设置有多个IGBT的串联电路，该串联电路连接在三级逆变器电路的DC电源的P端子与N端子之间，中间端子设置在第一与第二 IGBT的连接点处，第一与第二 IGBT串联连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间，第一和第二 IGBT分别具有与其反向并联连接的二极管。通过该配置，可进行绝缘测试，同时防止半导体系统中的IGBT和二极管的击穿。[0010]此外，作为相关模块的另一示例，提出了 JP-A-2002-368192中描述的半导体系统。该半导体系统是用于诸如逆变器之类的系统的大容量半导体系统，其中三个IGBT芯片设置在绝缘衬底上并设置成锯齿形图案，以彼此并联地连接。
[0011]专利文献I JP-A-2012-110095
[0012]专利文献2 JP-A-2011-254672
[0013]专利文献3 JP-A-2008-193779
[0014]专利文献4 JP-A-2011-193646
[0015]专利文献5 JP-A-2OO2-368I92
[0016]顺便提及的是，关于JP-A-2012-110095、JP-A-2011-254672 和 JP-A-2008-193779中描述的相关半导体模块的示例中的每个示例，虽然这些文献中公开了减小其中的电感，但不存在对该半导体系统中的发热的考虑。
[0017]此外，对于JP-A-2011-193646中描述的相关半导体系统的示例，仅存在对三级逆变器电路的配置的公开，而没有对于半导体系统中的发热的考虑。
[0018]然而，在JP-A-2002-368192中，描述了通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来有效地分散半导体芯片中产生的热以减少热引起的干扰。然而，在JP-A-2002-368192中描述的相关半导体系统的示例中，虽然可通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来分散所产生的热以使其均匀分布，但将会在半导体系统的整个表面上产生热量。这导致所产生的热不能有效分散的未解决问题。
[0019]因此，通过注意到相关半导体系统的示例中的上述未解决问题，并以提供能够通过设置半导体器件以使根据半导体系统的操作模式的发热部分变得局部来增强散热效率的半导体系统为目标，作出了本发明。
【发明内容】
[0020]为了实现该目标，根据本发明的半导体装置的第一形式包括:第一半导体器件、第二半导体器件、第三半导体器件、和第四半导体器件，这些半导体器件是形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个器件；多个绝缘衬底，第一半导体器件到第四半导体器件中的至少一个安装在多个绝缘衬底中的每一个上；以及基板，多个绝缘衬底设置在该基板的表面上。其上设置了多个绝缘衬底的基板的表面建立有四个区域，该表面按照格子方式被划分成四个区域；且多个绝缘衬底被设置成使得第一半导体器件到第四半导体器件中的至少一个被设置在四个区域中的每一个中，藉此分散第一到第四半导体器件中产生的热量。
[0021]根据本发明的半导体装置的第二形式是一种装置，其中多个绝缘衬底包括至少一个第一绝缘衬底和至少一个第二绝缘衬底，该至少一个第一绝缘衬底安装第一到第四半导体器件中的两个，该至少一个第二绝缘衬底安装第一到第四半导体器件中的其余两个，且该至少一个第一绝缘衬底和该至少一个第二绝缘衬底被设置成使得第一到第四半导体器件中的至少一相应的半导体器件被设置在四个区域中的每一个中。
[0022]根据本发明的半导体装置的第三形式，其中在四个区域中，在彼此对角地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
[0023]根据本发明的半导体装置的第四形式是一种装置，其中在四个区域中，在彼此毗邻地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
[0024]根据本发明的半导体装置的第五形式是一种装置，其中在设置在基板表面上的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路包括:作为第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位；作为第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位，且其集电极连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极；双向开关器件，其一端连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将集电极连接至直流电路的正极侧电位；第二外部连接端子，连接至双向开关器件的另一端；第三外部连接端子，连接至第二外部连接端子以处于与第二外部连接端子的电位相同的电位；第四外部连接端子，连接至第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将发射极连接至直流电路的负极侧电位；以及第五外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
[0025]根据本发明的半导体装置的第六形式是一种装置，其中双向开关器件由作为第三和第四半导体器件的彼此反向并联连接的两个反向阻断绝缘栅双极晶体管形成。
[0026]根据本发明的半导体装置的第七形式是一种装置，其中在设置在基板的表面上的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路包括:作为第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位；作为第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位；作为第三半导体器件的第三绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至第二绝缘栅双极晶体管的集电极；作为第四半导体器件的第四绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极，且其发射极连接至第三绝缘栅双极晶体管的集电极；串联连接的第一二极管和第二二极管，该连接的阳极侧连接至第二绝缘栅双极晶体管的集电极与第三绝缘栅双极晶体管的发射极的连接点，该连接的阴极侧连接至第一绝缘栅双极晶体管的发射极与第四绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将该集电极连接至直流电路的正极侧电位；第二外部连接端子，连接至第一和第二二极管的连接点；第三外部连接端子，连接至第二外部连接端子以处于与第二外部连接端子的电位相同的电位；第四外部连接端子，连接至第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将发射极连接至直流电路的负极侧电位；以及第五外部连接端子，连接至第四绝缘栅双极晶体管的发射极与第三绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
[0027]根据本发明的半导体装置的第八形式是一种装置，其中在基板的表面上设置的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路还包括由树脂模制而成的外壳，该外壳覆盖基板，第一外部连接端子、第二外部连接端子、第三外部连接端子、第四外部连接端子、以及第五外部连接端子从该外壳引出并且在纵向方向上按照直线设置，且该外壳包括:设置在外壳的相对两侧之一上的分别用于第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子，其中第一到第五外部连接端子按照直线设置在该对辅助端子之间；设置在相对两侧之一上的分别用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；设置在相对两侧的另一侧上的分别用于第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；以及设置在相对两侧的另一侧上的分别用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子。不论三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和设置如何，用于第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子和用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子设置在指定位置处。
[0028]根据本发明的半导体装置的第九形式是一种装置，其中外壳具有设置在多个位置处的多个辅助端子孔，使得根据三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和布置来选择时，用于第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子到用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子从外壳引出。
[0029]根据本发明，多个绝缘衬底中的每一个在其上安装形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，并且多个绝缘衬底被设置以分布成使得至少四个半导体器件中的至少一个设置在建立于基板之上的四个区域中的至少一个之中。这使得半导体器件被设置以分布成使得根据半导体系统的操作模式确定的发热部分变得局部以分散所产生的热，由此可增强散热效率，以能可靠地防止半导体系统进入过热状态。
[0030]根据本发明，多个绝缘衬底中的每一个在其上安装形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个半导体器件中的至少一个，并且多个绝缘衬底中的至少一个被设置同时被分布到建立于基板之上的至少四个区域中的每一个之中。这使得半导体器件被设置以使得根据半导体系统的操作模式的发热部分变得局部以分散所产生的热，由此可增强散热效率，以能可靠地防止半导体系统进入过热状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的立体图；
[0032]图2是示出安装在接合至图1中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图；
[0033]图3是示出三级电力逆变器电路的示例的电路图；
[0034]图4是示出正极侧导体板、负极侧导体板、中间电位导体板、以及AC输出导体板的布置的正视图；
[0035]图5是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0036]图6是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的另一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0037]图7是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的又一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0038]图8是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的又一操作模式下半导体器件的发热状态的示意图；
[0039]图9是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的立体图；
[0040]图10是示出安装在接合至图9中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图；
[0041]图11是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0042]图12是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图；
[0043]图13是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的另一示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图；
[0044]图14是示出在第二实施例中输出正电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0045]图15是示出在第二实施例中输出负电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0046]图16是示出在第二实施例中输出零电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图；
[0047]图17是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0048]图18是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0049]图19是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0050]图20是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0051]图21是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0052]图22是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0053]图23是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件；
[0054]图24是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化；
[0055]图25是示出与根据图1中所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的变型的示例的立体图，其中两个外部连接端子的设置位置彼此互换；
[0056]图26是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的另一变型的示例的立体图；以及
[0057]图27是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的又一变型的示例的平面图。
【具体实施方式】
[0058]以下，将参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施例。
[0059]图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的立体图。图2是示出安装在接合至图1中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图。图1中示出的半导体系统可被应用于功率调节子系统(PCS)。此外，图3是示出三级电力逆变器电路的示例的电路图。
[0060]如图1所示的半导体系统I具有由绝缘树脂模制而成的外壳2。外壳2将设置在基板3中的孔暴露出来用于通过螺丝固定基板3，并且覆盖基板3上的其他部分。此外，夕卜壳2具有在其上表面侧上形成的端子设置表面4。在端子设置表面4上的横向方向的中间，设置有直突出部5，该直突出部5沿端子设置表面4的纵向方向延伸。在直突出部5上，从右端部侧，成为DC电源的正极侧端子P的第一外部连接端子tml (P)、分别成为中间端子Ml和M2的第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)、成为DC电源的负极侧端子N的第四外部连接端子tm4 (N)、以及成为AC输出端子U的第五外部连接端子tm5 (U)依序连续设置在直线上。
[0061]在端子设置表面4的前端侧上，从右侧起设置有:第一辅助端子tsl (TIP)，输出绝缘栅双极晶体管Tl的集电极电压，将在稍后描述；第二辅助端子ts2(TlG)，将成为用于提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子；第三辅助端子ts3 (TIE)，输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压；第四辅助端子ts4(T2G)，将成为用于提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子，将在稍后描述；以及第五辅助端子ts5 (T2E)，输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压。
[0062]在端子设置表面4的后端侧上，在靠近其右端部的位置并排地设置有:第六辅助端子ts6(T3E)，输出绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压，将在稍后描述；以及第七辅助端子ts7(T3G)，将成为用于提供绝缘栅极双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子。此外，在端子设置表面4的后端侧上，在靠近其左端部的位置并排地设置有:第八辅助端子ts8 (T4E)，输出绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压，将在稍后描述；以及第九辅助端子ts9 (T4G)，将成为用于提供绝缘栅极双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子。此外，在端子设置表面4的后端侧，在其中间，设置了连接至热敏电阻器150的第十辅助端子tslO(TH2)和第十一辅助端子tsll (THl)，该热敏电阻器150用作掩埋在外壳2中用于检测外壳2的内部温度的热敏电阻器150 (图2)。
[0063]此外，直突出部5具有形成在在以下部分中的每一个中的多个横向狭缝6:第一外部连接端子tml与第二外部连接端子tm2之间的部分；第二外部连接端子tm2与第三外部连接端子tm3之间的部分；第三外部连接端子tm3与第四外部连接端子tm4之间的部分；以及第四外部连接端子tm4与第五外部连接端子tm5之间的部分。设置狭缝6是为了延长上述部分中的每一个中的爬电距离，以确保其中的绝缘。外壳2还具有多个狭缝7，类似于狭缝6，多个狭缝7在第一辅助端子tsl到第七辅助端子tsll下方在每个部分中形成。设置狭缝7是为了延长辅助端子tsl到tsll中的每一个与基板3 (处于接地电位)之间的部分中的爬电距离，以确保上述部分中的绝缘。在此，可根据期望的介电击穿电压来确定狭缝6的数量和狭缝7的数量。
[0064]如图2所示，在基板3上设置了绝缘衬底11，绝缘衬底11中的每一个具有在具有良好热导率的陶瓷(例如氧化铝)衬底的两个表面上形成的导体图案。在图2中所示的示例中，在基板3上设置了六个绝缘衬底U。在六个绝缘衬底11的每两个绝缘衬底上，表面安装了四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4，以形成三级电力转换器(逆变器)电路的三个相的电路中的如图3所示的一相的电路。在四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，晶体管Tl和T3被表面安装至同一绝缘衬底11上，且晶体管T2和T4被表面安装至另一同一绝缘衬底11上。在绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，晶体管T3和T4是反向阻断绝缘栅双极晶体管。
[0065]在图2中所示示例中，每一个上表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl和T3的三个绝缘衬底11(标注为SBll到SB13)和每一个上表面安装了绝缘栅双极晶体管T2和T4的三个绝缘衬底11 (标注为SB21到SB23)按照绝缘衬底SBll到SB13并联连接和绝缘衬底SB21到SB23并联连接的方式使用。
[0066]在此，通过图2中示出的纵中心线LI和横中心线L2，基板3上的外壳2内的整个区域被划分成四个区域，分别被建立为区域041、042、0么3、和DA4，如图2所示。
[0067]在图2中所示示例中，在区域DAl中，设置了将在稍后说明的作为半导体器件的绝缘栅双极晶体管Tl和各自与晶体管Tl反向并联的续流二极管Dl。S卩，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上的区域DAl中的区域中，安装了绝缘栅双极晶体管Tl和与其反向并联连接的续流二极管D1。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置绝缘栅双极晶体管Tl和续流二极管Dl。
[0068]在区域DA2中，设置了将在稍后说明的作为半导体器件的绝缘栅双极晶体管T2和各自与晶体管T2反向并联连接的续流二极管D2。即，在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的区域DA2中的区域中，安装了绝缘栅双极晶体管T2和与其反向并联连接的续流二极管D2。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置绝缘栅双极晶体管T2和续流二极管D2。
[0069]在区域DA3中，设置了将在稍后说明的将各自作为双向开关器件的半导体器件的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。即，在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个之上的区域DA3中的区域中，安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置反向阻断绝缘栅双极晶体管T3。
[0070]在区域DA4中，设置了将在稍后说明的将各自作为双向开关器件的半导体器件的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。S卩，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个之上的区域DA4中的区域中，安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。此外，在基板3的纵向方向上按照直线设置反向阻断绝缘栅双极晶体管T4。
[0071]在此，半导体系统I中包含的三级电力转换器(逆变器)电路的电路配置，例如U相的电路配置，如图3所示，包括绝缘栅双极晶体管Tl、绝缘栅双极晶体管T2、以及双向开关器件12，该双向开关器件12连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点Cl。
[0072]双向开关器件12由反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4形成，反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极连接至连接点Cl，反向阻断绝缘栅双极晶体管T4与反向阻断绝缘栅双极晶体管T3反向并联连接。
[0073]在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个的一端，设置了导电图案121a和导电图案121b。导电图案121a电连接至输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压的第三辅助端子ts3 (TIE)。导电图案121b电连接至将成为用于提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子的第二辅助端子ts2 (TlG)，。
[0074]在绝缘衬底SB 11到SB 13中的每一个的另一端，设置了导电图案12 Ih和导电图案121g。导电图案121h电连接至输出绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压的第六辅助端子ts6(T3E)。导电图案121g电连接至将成为用于提供绝缘栅双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子的第七辅助端子ts7 (T3G)。
[0075]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有导电图案121c和导电图案121d，导电图案121c和导电图案121d均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl的区域DAl中。导电图案121c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管Tl的集电极和续流二极管Dl的阴极。导电图案121d电连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极。
[0076]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有导电图案121f和导电图案121e，导电图案121f和导电图案121e均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T3区域DA4中。导电图案121f，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至绝缘栅双极晶体管T3的集电极。导电图案121e电连接至绝缘栅双极晶体管T3的发射极。
[0077]绝缘衬底SB12上的导电图案121a、121b、121g、和121h分别通过由图2中的较细实线画出的线130连接至右侧的毗邻绝缘衬底SBll上的导电图案121a、121b、121g、和121h以及左侧的毗邻绝缘衬底SB13上的导电图案121a、121b、121g、和121h。
[0078]第三辅助端子ts3 (TIE)和绝缘衬底SB13上的导电图案121a通过线130连接。取决于第三辅助端子ts3 (TIE)的位置，第三辅助端子ts3 (TIE)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121a。
[0079]第二辅助端子ts2 (TlG)和绝缘衬底SB13上的导电图案121b通过线130连接。取决于第二辅助端子ts2 (TlG)的位置，第二辅助端子ts2 (TlG)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121b。
[0080]第一辅助端子tsl (TIP)和绝缘衬底SB12上的导电图案121c通过线130连接。取决于第一辅助端子tsl (TIP)的位置，第一辅助端子tsl (TIP)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案121c。
[0081]第六辅助端子ts6(T3E)和绝缘衬底SB12上的导电图案121h通过线130连接。取决于第六辅助端子ts6(T3E)的位置，第六辅助端子ts6(T3E)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案121h。
[0082]第七辅助端子ts7(T3G)和绝缘衬底SB12上的导电图案121g通过线130连接。取决于第七辅助端子ts7(T3G)的位置，第七辅助端子ts7(T3G)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案121g。
[0083]绝缘栅双极晶体管Tl的栅极垫和导电图案121b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管Tl的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案121d通过线130连接。
[0084]反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的栅极垫和导电图案121g通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和导电图案121e通过线130连接。
[0085]此外，导电图案121d和导电图案121a也通过线130连接。
[0086]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案122a和导电图案122b。导电图案122a电连接至输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压的第五辅助端子ts5 (T2E)。导电图案122b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子的第四辅助端子ts4(T2G)。
[0087]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案122g和导电图案122f。导电图案122g电连接至输出绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压的第八辅助端子ts8(T4E)。导电图案122f电连接至成为提供绝缘栅双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子的第九辅助端子ts9(T4G)。
[0088]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T2的区域DA2中的导电图案122c和导电图案122d。导电图案122c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极和续流二极管D2的阴极。导电图案122d电连接至绝缘栅双极晶体管T2的发射极。
[0089]在此，导电图案122c设置在区域DA2和区域DA3之上，使得绝缘栅双极晶体管T2的集电极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极彼此电连接。
[0090]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有导电图案122e和导电图案122c的一部分，导电图案122e和导电图案122c的一部分均设置在其中表面安装有反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA3中。导电图案122c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极。导电图案122c的该部分电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极。
[0091]绝缘衬底SB22上的导电图案122a、122b、122g、和122f分别通过线130连接至右侧的毗邻绝缘衬底SB21上的导电图案122a、122b、122g、和122f以及左侧的毗邻绝缘衬底SB23 上的导电图案 122a、122b、122g 和、122f。
[0092]第四辅助端子ts4(T2G)和绝缘衬底SB23上的导电图案122b通过线130连接。取决于第四辅助端子ts4(T2G)的位置，第四辅助端子ts4(T2G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122b。
[0093]第五辅助端子ts5(T2E)和绝缘衬底SB23上的导电图案122a通过线130连接。取决于第五辅助端子ts5(T2E)的位置，第五辅助端子ts5(T2E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122a。
[0094]第八辅助端子ts8(T4E)和绝缘衬底SB23上的导电图案122g通过线130连接。取决于第八辅助端子ts8(T4E)的位置，第八辅助端子ts8(T4E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122g。
[0095]第九辅助端子ts9(T4G)和绝缘衬底SB23上的导电图案122f通过线130连接。取决于第九辅助端子ts9(T4G)的位置，第九辅助端子ts9(T4G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案122f。
[0096]绝缘栅双极晶体管T2的栅极垫和导电图案122b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管T2的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案122d通过线130连接。
[0097]反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极垫和导电图案122f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极和导电图案121g通过线130连接。
[0098]此外，导电图案121d和导电图案122a也通过线130连接。
[0099]此外，双向开关器件12中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极的连接点C2连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)，该第二外部连接端子tm2(Ml)将成为构成主电路端子的中间端子Ml。
[0100]此外，绝缘栅双极晶体管Tl的集电极连接至作为正极侧端子的第一外部连接端子tml (P)，该第一外部连接端子tml (P)将连接至DC电源的正电极侧。
[0101]此外，绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接至作为负极侧端子的第四外部连接端子tm4(N)，该第四外部连接端子tm4(N)将连接至DC电源的负电极侧。
[0102]再者，双向开关器件12中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极与反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极的连接点C2连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)，第三外部连接端子tm3 (M2)连接至第二外部连接端子tm2 (Ml)以处于与其电位相同的电位。
[0103]此外，绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点Cl连接至作为AC输出端子的第五外部连接端子tm5 (U)。
[0104]在该实施例中，三级电力逆变器电路的一相(例如U相)的电路，由四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4形成。在绝缘栅双极晶体管Tl到T4中，绝缘栅双极晶体管Tl和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3安装在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上，其中多个晶体管Tl彼此并联连接，且多个晶体管T3也彼此并联连接。此外，绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4安装在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上，其中多个晶体管T2彼此并联连接，且多个晶体管T4也彼此并联连接。以此方式，形成如图2所示的半导体系统。
[0105]因此，令安装在绝缘衬底SBll上的绝缘栅双极晶体管Tl和T3和安装在绝缘衬底SB21上的绝缘栅双极晶体管T2和T4的电流容量总共为300A，通过提供绝缘衬底SBll和SB2USB12和SB22、以及SB13和SB23的三个组合，所有的绝缘栅双极晶体管Tl到T4的电流容量总数将为900A。
[0106]正极侧导体板21连接至绝缘衬底SBll到SB13中的每一个，负极侧导体板22连接至绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。此外,公共的中间电位导体板23连接至绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。此外，公共的AC输出导体板24连接至绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个，如图2中的较粗实线所示。
[0107]图4是示出正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24的布置的正视图。
[0108]正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24在与绝缘衬底SBll至SB13和绝缘衬底SB21至SB23垂直的方向中竖立，并且向右和向左延伸。如图2所示，正极侧导体板21和负极侧导体板22设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的一侧(即，正面侧)。AC输出导体板24设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的后侧。
[0109]中间电位导体板23具有在其右侧形成的向上延伸的第二外部连接端子tm2(Ml)，并具有在其中间形成的向上延伸的第三外部连接端子tm3(M2)。此外，正极侧导体板21具有处于形成于第二外部连接端子tm2(Ml)的右侧的位置的向上延伸的第一外部连接端子tml(P)。进一步，负极侧导体板22具有处于形成于第三外部连接端子tm3 (M2)的左侧的位置的向上延伸的第四外部连接端子tm4(N)。再进一步，AC输出导体板24具有形成于第四外部连接端子tm4(N)的左侧的向上延伸的第五外部连接端子tm5(U)。
[0110]第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)中的每一个具有在其顶部处形成的通孔25。
[0111]外壳2具有处于多个位置处的凹部(未示出)，每个凹部被形成用于插入螺母，在该多个位置处，第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)分别被设置在外壳2的直突出部5的顶表面上，并且螺母(未示出)被插入每个凹部中。第一外部连接端子tml⑵到第五外部连接端子tm5⑶使得它们各自的顶端从外壳2的直突出部5的顶表面向上突出然后在直突出部5的顶表面处的位置处折叠，以使它们各自的通孔25面对插入直突出部5的凹部中的螺母的内部螺纹26。
[0112]接下来，将说明上述第一实施例的操作。
[0113]图5至8是示出根据本发明的第一实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的示意图。
[0114]在图5到8中，作为第一实施例的示例，示出变型的示例,其中绝缘衬底SBll到SB13和SB21到SB23中的每一个被分成两个绝缘衬底，每一个绝缘衬底上安装有一个绝缘栅双极晶体管。在示例中，三个这样的绝缘衬底设置在区域DAl到DA4中的每个区域中。
[0115]当操作处于栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管Tl的每个栅极以开关这些晶体管Tl并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4恢复的模式下时，设置在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13中的绝缘栅双极晶体管Tl和安装在与区域DAl对角地定位的区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4将如图5所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA4中，无热量产生。
[0116]当操作进入栅极脉冲被提供给多个绝缘栅双极晶体管T2的每个栅极以开关这些晶体管T2并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3恢复的模式下时，安装在区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的绝缘栅双极晶体管T2和安装在与区域DA2对角地定位的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图6所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA3中，无热量产生。
[0117]此外，当操作处于栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的每个栅极以开关这些晶体管T3并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下时，安装在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的续流二极管Dl发热，并且，安装在与区域DAl在横向方向上毗邻定位的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3，将如图7所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA4中，无热量产生。
[0118]此外，当操作处于栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的每个栅极以开关这些晶体管T4并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下时，安装在区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的续流二极管D2发热，并且，安装在与区域DA2在横向方向上毗邻定位的区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4，将如图8所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA4中，无热量产生。
[0119]以此方式，根据第一实施例，当半导体系统I进入操作状态时，并不是在所有区域DAl到DA4中产生热量，而仅在彼此对角地定位的两个区域中产生或者在彼此在横向方向上毗邻定位的两个区域中产生。即，根据操作模式，仅在局部的两个区域中产生热量。
[0120]因此，与相关模块的上述示例中类似的整个绝缘衬底中产生热量的情况相比，所产生的热量能被分散，能可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0121]此外，当将实施例的半导体系统I作为大型太阳能系统中的功率调节子系统(PCS)使用时，半导体系统I仅作为逆变器操作，这使得续流二极管Dl和D2几乎不产生热量。因此，在上述图7和图8中示出的模式下，续流二极管Dl和D2几乎不产生热量。这可防止绝缘衬底SB21到SB23中分别安装有产生大量热量的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的区域DA3和绝缘衬底SBll到SB13中分别安装有产生大量热量的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA4同时发热而引起热干扰。
[0122]因此，根据第一实施例，对于每种操作模式改变发热区域，由此局部地呈现发热区域以实现闻效的散热。
[0123]在第一实施例中，正极侧导体板21和负极侧导体板22设置成面对中间电位导体板23的与其靠近的一侧(S卩，正面侧)。因此，电流通过每个绝缘栅双极晶体管Tl并进一步通过每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3，从第一外部连接端子tml (P)流至第二外部连接端子tm2 (Ml)、或第三外部连接端子tm3 (M2)。这导致其中在中间电位导体板23中流动的电流方向与在正极侧导体板21中流动的电流方向彼此相反的状态。在该状态下，由于中间电位导体板23和正极侧导体板21彼此靠近地设置，由中间电位导体板23中流动的电流产生的磁场和由正极侧导体板21中流动的电流产生的磁场相互抵消。因此，所产生的磁场对中间电位导体板23中流动的电流和正极侧导体板21中流动的电流的影响变小，这可减小中间电位导体板23与正极侧导体板21之间的所得电感。
[0124]以相同的方式，当电流通过每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4并进一步通过每个绝缘栅双极晶体管T2从第二外部连接端子tm2 (Ml)、或第三外部连接端子tm3 (M2)流至第四外部连接端子tm4(N)时，在中间电位导体板23中流动的电流方向与在负极侧导体板22中流动的电流方向变得也彼此相反，由此可减小彼此靠近的中间电位导体板23与负极侧导体板22之间的电感。
[0125]此外，面对中间电位导体板23的正极侧导体板21和负极侧导体板22中的每一个可为中间电位导体板23提供宽的面对区域，由此可更好地呈现电感减小的效果。
[0126]此外，以直线排列的正极侧导体板21和负极侧导体板22使得正极侧导体板21和负极侧导体板22，通过例如在图2所示的接合处140处的超声接合，分别电连接至绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上的导电图案121c和绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的导电图案122d。
[0127]在下文中，将参考图9和图10说明本发明的第二实施例。
[0128]图9是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的立体图。图10是示出安装在接合至图9中所示的半导体系统的基板上的绝缘衬底上的半导体器件的平面图。
[0129]第二实施例是半导体系统，其中第一实施例中的每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的设置位置和每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置位置彼此互换。
[0130]S卩，在第二实施例中，如图10所示，在上述第一实施例中设置在基板3上的区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被安装绝缘衬底SBll至SB13上，以设置在区域DA4中。由此，在上述第一实施例中设置在基板3上的区域DA4中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3被安装在绝缘衬底SB21至SB23上，以设置在区域DA3中。由此，与第一实施例中的绝缘衬底11上的导电图案相比，绝缘衬底11上的导电图案改变。
[0131]在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个的一端，设置了导电图案123a和导电图案123b。导电图案123a电连接至输出绝缘栅双极晶体管Tl的发射极电压的第三辅助端子ts3 (TIE)。导电图案123b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管Tl的栅极电压的栅极端子的第二辅助端子ts2 (TlG)。
[0132]在绝缘衬底SB 11到SB 13中的每一个的另一端，设置了导电图案123g和导电图案123f。导电图案123g电连接至输出反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极电压的第八辅助端子ts8 (T4E)。导电图案123f电连接至将成为提供反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极电压的栅极端子的第九辅助端子ts9(T4G)。[0133]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管Tl的区域DAl中的导电图案123c和导电图案123e。导电图案123c，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管Tl的集电极和续流二极管Dl的阴极。导电图案123e电连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极。
[0134]在此，导电图案123e设置在区域DAl和区域DA4之上，使得绝缘栅双极晶体管Tl的发射极和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极彼此电连接。
[0135]绝缘衬底SBll到SB13中的每一个具有均设置在其中表面安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的区域DA4中导电图案123d和导电图案123e。导电图案123d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的集电极。导电图案123e电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极。
[0136]绝缘衬底SB12上的导电图案123a、123b、123f、和123g通过由图10中的较细实线画出的线130分别连接至右侧的毗邻绝缘衬底SBll上的导电图案123a、123b、123f、和123g以及左侧的毗邻绝缘衬底SB13上的导电图案123a、123b、123f、和123g。
[0137]第三辅助端子ts3 (TIE)和绝缘衬底SB13上的导电图案123a通过线130连接。取决于第三辅助端子ts3 (TIE)的位置，第三辅助端子ts3 (TIE)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案123a。
[0138]第二辅助端子ts2 (TlG)和绝缘衬底SB13上的导电图案123b通过线130连接。取决于第二辅助端子ts2 (TlG)的位置，第二辅助端子ts2 (TlG)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB12上的导电图案123b。
[0139]第一辅助端子tsl (TIP)和绝缘衬底SB12上的导电图案123c通过线130连接。取决于第一辅助端子tsl (TIP)的位置，第一辅助端子tsl (TIP)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123c。
[0140]第八辅助端子ts8(T4E)和绝缘衬底SB12上的导电图案123g通过线130连接。取决于第八辅助端子ts8(T4E)的位置，第八辅助端子ts8(T4E)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123g。
[0141]第九辅助端子ts9(T4G)和绝缘衬底SB12上的导电图案123f通过线130连接。取决于第七辅助端子ts9(T4G)的位置，第七辅助端子ts9(T4G)可通过线130连接至绝缘衬底SBll或绝缘衬底SB13上的导电图案123f。
[0142]绝缘栅双极晶体管Tl的栅极垫和导电图案123b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管Tl的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案123e通过线130连接。
[0143]反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的栅极垫和导电图案123f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的发射极和导电图案123e通过线130连接。
[0144]此外，导电图案123e还通过线130连接至导电图案123a和导电图案123g。
[0145]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的一端，设置了导电图案124a和导电图案124b。导电图案124a电连接至输出绝缘栅双极晶体管T2的发射极电压的第五辅助端子ts5 (T2E)。导电图案124b电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T2的栅极电压的栅极端子的第四辅助端子ts4(T2G)。
[0146]在绝缘衬底SB21到SB23中的每一个的另一端，设置了导电图案124g和导电图案124f。导电图案124g电连接至输出反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极电压的第六辅助端子ts6(T3E)。导电图案124f电连接至将成为提供绝缘栅双极晶体管T3的栅极电压的栅极端子的第七辅助端子ts7 (T3G)。
[0147]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有均设置在其中表面安装了绝缘栅双极晶体管T2的区域DA2中导电图案124d和导电图案124c。导电图案124d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，来连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极和续流二极管D2的阴极。导电图案124c电连接至绝缘栅双极晶体管T2的发射极。
[0148]在此，导电图案124d设置在区域DA2和区域DA3之上，使得绝缘栅双极晶体管T2的集电极、续流二极管D2的阴极、和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极彼此电连接。
[0149]绝缘衬底SB21到SB23中的每一个具有设置在其中表面安装了反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的区域DA3中导电图案124d和导电图案124e。导电图案124d，通过包括锡的焊料或包括诸如银和锡之类的导电材料的导电膏，连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的集电极。导电图案124e电连接至反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极。
[0150]绝缘衬底SB22上的导电图案124a、124b、124f、和124g通过由图10中的较细实线画出的线130分别连接至右侧的毗邻绝缘衬底SB21上的导电图案124a、124b、124f、和124g以及左侧的毗邻绝缘衬底SB23上的导电图案124a、124b、124f、和124g。
[0151]
[0152]第四辅助端子ts4(T2G)和绝缘衬底SB23上的导电图案124b通过线130连接。取决于第四辅助端子ts4(T2G)的位置，第四辅助端子ts4(T2G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124b。
[0153]第五辅助端子ts5(T2E)和绝缘衬底SB23上的导电图案124a通过线130连接。取决于第五辅助端子ts5(T2E)的位置，第五辅助端子ts5(T2E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124a。
[0154]第六辅助端子ts6(T3E)和绝缘衬底SB23上的导电图案124g通过线130连接。取决于第六辅助端子ts6(T3E)的位置，第六辅助端子ts6(T3E)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB22上的导电图案124g。
[0155]第七辅助端子ts7(T3G)和绝缘衬底SB23上的导电图案124f通过线130连接。取决于第七辅助端子ts7(T3G)的位置，第七辅助端子ts7(T3G)可通过线130连接至绝缘衬底SB21或绝缘衬底SB23上的导电图案124f。
[0156]绝缘栅双极晶体管T2的栅极垫和导电图案124b通过线130连接。绝缘栅双极晶体管T2的发射极、续流二极管Dl的阳极、以及导电图案124c通过线130连接。
[0157]反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的栅极垫和导电图案124f通过线130连接。反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的发射极和导电图案124e通过线130连接。
[0158]此外，导电图案124a和导电图案124c，且进一步导电图案124e和导电图案124g也通过线130连接。
[0159]因此，如图9所示，在外壳2的端子安排表面4上，设置第六辅助端子ts6 (T3E)的位置与设置第八辅助端子ts8(T4E)的位置与图1中所示的第一实施例中的位置相比在外壳2的纵向方向上彼此互换。此外，设置第七辅助端子ts7(T3G)的位置和设置第九辅助端子ts9(T4G)的位置与图1中所示的位置相比在外壳2的纵向方向上彼此互换。
[0160]其他结构与第一实施例中的结构类似。因此，图1和图2中的相应部分由相同的附图标记和符号表示，省略其详细说明。
[0161]第二实施例具有其中在第一实施例中的每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的设置和每个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置在纵向方向上彼此互换的结构。因此，虽然未示出，但上述第一实施例中产生的热量的区域当然也将在纵向方向上彼此互换。
[0162]图11是示出根据本发明的第二实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化。在图11中，区域DAl到区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB23通过格子中的单元表示，而安装在绝缘衬底SBll到SB23中其自身的绝缘衬底上的绝缘栅双极晶体管Tl和T2中的每一个和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4由该单元中的附图标记示出，其中发热状态通过阴影图案来表示。
[0163]在其中绝缘栅双极晶体管Tl处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4恢复的模式下，如图11中的(a)所示，在区域DAl和DA4中产生热量。此时在区域DAl中产生的热量比在区域DA4中的热量多。
[0164]在其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3恢复的模式下，如图11中的(b)所示，热量在区域DA2和DA3中产生。此时在区域DA2中产生的热量比在区域DA3中的热量多。
[0165]在其中绝缘栅双极晶体管T3处于开关状态并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下，如图11中的(C)所示，热量在区域DAl和与区域DAl对角地定位的区域DA3中产生。此时在区域DA3中所产生的热量变得比在区域DAl中的量更多，因为仅续流二极管Dl在区域DAl中产生热量。
[0166]在其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4处于开关状态并且使绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下，如图11中的(d)所示，热量在区域DA2和与区域DA2对角地定位的区域DA4中产生。此时在区域DA4中所产生的热量变得比在区域DA2中的量更多，因为仅续流二极管D2在区域DA2中产生热量。
[0167]相对于正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、和AC输出导体板24，它们的设置位置无改变，如图10所示。因此，与上述第一实施例相似，中间电位导体板23中流动的电流方向和与其靠近设置的正极侧导体板21中流动的电流方向变得彼此相反，并且中间电位导体板23中流动的电流方向和负极侧导体板22中流动的电流方向也变得彼此相反。这可减小正极侧导体板21与中间电位导体板23之间的电感以及负极侧导体板22与中间电位导体板23之间的电感。
[0168]因此，在第二实施例中，半导体系统I中的电感也可被减小。此外，并非半导体系统I的整个基板3都同时发热，而是发热区域将根据操作模式而改变，由此能确保可靠地实现散热，以可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0169]图12是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图。图13是在(a)中示出第二实施例中的三级电力逆变器电路的另一示例的电路配置和在(b)中示出其端子安排的视图。
[0170]如上文中所说明地，虽然在第二实施例的三级电力逆变器电路的示例中外壳2的端子设置是如图12的(b)中所示那样从第一实施例中的端子设置改变而来，但图12的(a)中所示的电路配置将被保持与图3中所示的第一实施例中的电路配置相同。
[0171]此外，在第二实施例中，虽然通过替换内部接线图案，三级电力逆变器电路的电路配置从以上图12 (a)中所示的利用反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4的电路配置改变为图13 Ca)中所示的利用反向阻断绝缘栅双极晶体管T3’和T4’的电路配置，但在图13
(b)中所示的外壳2的端子设置保持与图12 (b)中所示的端子设置相同的情况下，在相同的操作模式下，能获得相同的AC输出电压。
[0172]S卩，对于图13 (a)中示出的三级电力逆变器电路，代替图12 (a)中示出的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4，与其对应的绝缘栅双极晶体管T3’和T4’与反向并联连接至其的续流二极管D3和D4 —起被应用。
[0173]此外，绝缘栅双极晶体管T4’的集电极连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极，绝缘栅双极晶体管Tl具有与其反向并联连接的续流二极管D1，该晶体管与图12的(a)中示出的电路中使用的晶体管相同，绝缘栅双极晶体管T4’具有与其反向并联的续流二极管D4。此外，绝缘栅双极晶体管T4’的发射极连接至绝缘栅双极晶体管T3’的集电极，绝缘栅双极晶体管T3’具有与其反向并联连接的续流二极管D3。进一步，第五外部连接端子tm5(U)连接至绝缘栅双极晶体管T4’的发射极与绝缘栅双极晶体管T3’的集电极的连接点。
[0174]此外，绝缘栅双极晶体管T3’的发射极连接至绝缘栅双极晶体管T2的集电极，绝缘栅双极晶体管T2具有与其反向并联连接的续流二极管D2。
[0175]进一步，二极管D5的阴极连接至绝缘栅双极晶体管Tl的发射极与绝缘栅双极晶体管T4’的集电极的连接点。二极管D5的阳极连接至二极管D6的阴极，且二极管D6的阳极连接至绝缘栅双极晶体管T3’的发射极与绝缘栅双极晶体管T2的集电极的连接点。第二外部连接端子tm2 (Ml)和第三外部连接端子tm3 (M2)连接至二极管D5的阳极与二极管D6的阴极的连接点。
[0176]图14是示出在第二实施例中输出正电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0177]在该情况下，在电路配置彼此不同的图12的(a)和图13的(a)中示出的三级电力逆变器电路中，在对电容器Cll充电的DC电压+E(V)成为从第五外部连接端子tm5(U)输出的电压的第一操作模式下，如图14所示，具有图12的(a)中所示配置的电路使绝缘栅双极晶体管Tl进行开关操作，使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4导通，且使绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3截止，如图14的(a)中所示。与此同时，具有图13的
(a)中所示配置的电路，使绝缘栅双极晶体管Tl进行开关操作，使绝缘栅双极晶体管T4’导通，并使绝缘栅双极晶体管T2和绝缘栅双极晶体管T3’截止，如图14的(b)中所示。
[0178]在该情况下，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll的正电极侧开始并通过绝缘栅双极晶体管Tl且通过感性负载L返回至电容器Cll的负电极侧的路径。因此，+E(V)的输出电压被应用至感性负载L。
[0179]与此相比，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll的正电极侧开始并通过绝缘栅双极晶体管Tl和T4’且通过感性负载L返回至电容器Cll的负电极侧的路径。因此，+E(V)的输出电压被应用至感性负载L。
[0180]因此，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，将输出相同的输出电压。[0181]图15是示出在第二实施例中输出负电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0182]与上文描述相反，在对电容器C12充电的DC电压-E (V)成为从第五外部连接端子tm5(U)输出的电压的第二操作模式下，如图15所示，具有图12的(a)所示配置的电路，使绝缘栅双极晶体管T2执行开关操作，并具有输入的栅极信号使得反向阻断绝缘栅双极晶体管T3导通。关于其余的绝缘栅双极晶体管Tl和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4，输入使晶体管Tl和T4分别进入截止状态的栅极信号。
[0183]在该情况下，如图15的(a)中所示，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器C12的正电极侧开始并通过感性负载L且通过绝缘栅双极晶体管T2且返回至电容器C12的负电极侧的路径。因此，-E(V)的输出电压可被应用至感性负载L。
[0184]与此相比，如图15的(b)中所示，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器C12的正电极侧开始并通过感性负载L且通过绝缘栅双极晶体管T3’和绝缘栅双极晶体管T2返回至电容器C12的负电极侧的路径。因此，-E(V)的输出电压可被应用至感性负载L。
[0185]此外在该情况下，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，也将输出相同的输出电压。
[0186]此外，如图16所示，在其中第五外部连接端子tm5 (U)的输出电压为零的第三操作模式下，输入使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入截止状态的栅极信号和使所有其他的绝缘栅双极晶体管Tl、T2以及反向阻断绝缘栅双极晶体管T4进入截止状态的栅极信号。
[0187]图16是示出在第二实施例中输出零电压的状态下，图12的(a)中示出的电路配置中的电流路径与图13的(a)中示出的电路配置中的电流路径之间的比较的视图。
[0188]在该情况下，如图16的(a)中所示，在具有图12的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll和C12之间的连接点开始并通过感性负载L且通过反向阻断绝缘栅双极晶体管T3且返回至电容器Cll和C12之间的连接点的路径。因此，施加至感性负载L的输出电压变为O (V)。
[0189]与此同时，如图16的(b)中所示，在具有图13的(a)中所示配置的三级电力逆变器电路中流动的电流的路径成为从电容器Cll和C12之间的连接点开始并通过感性负载L且通过反向阻断绝缘栅双极晶体管T3’和通过二极管D6返回至电容器Cll和C12之间的连接点的路径。因此，施加至感性负载L的输出电压变为O (V)。
[0190]因此，在该第三操作模式下，通过对具有图12的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4和对具有图13的(a)中所示配置的电路中的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4’，给予相同类型的栅极信号，也将输出相同的输出电压。
[0191]以此方式，即使在其中半导体系统I中包含的三级电力逆变器电路的配置不同的情况下，通过使这些电路的配置中的第一外部连接端子tml到第五外部连接端子tm5以及第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll的设置位置相同，对于每种操作模式下相同类型的栅极信号将可获得相同的输出信号。因此，用户可使用半导体系统I中包含的三级电力逆变器电路的配置而无需任何担心，由此可提供具有高兼容性的半导体系统。[0192]在下文中，将参考图17和图18说明本发明的第三实施例。
[0193]图17是示出在根据本发明的第三实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件。在附图中省略了在图2中示出的基板3和第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll。在第三实施例中，在第一实施例中分别产生最多热量的绝缘栅双极晶体管Tl和T3将按彼此对角地来设置。
[0194]S卩，如图17所示，第三实施例具有如下配置:在上述第一实施例中的图2所示配置中曾设置在区域DA2中的绝缘栅双极晶体管T2设置在绝缘衬底SB21到SB23的区域DA3中，且曾设置在区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4设置在绝缘衬底SB21到SB23的区域DA2中。
[0195]根据设置的改变，改变了负极侧导体板22和AC输出导体板24对于中间电位导体板23的设置。
[0196]即，虽然中间电位导体板23和正极侧导体板21的设置与上述第一实施例中的上述设置相同，但负极侧导体板22设置在区域DA3中并面对与其靠近的中间电位导体板23的后侧。此外，AC输出导体板24被分成两个并被设置在相应的区域DA2和DA4中。
[0197]其他结构与第一实施例中的结构类似。因此，图2中的相应部分由相同的附图标记和符号表示，省略其详细说明。
[0198]根据第三实施例，正极侧导体板21被设置成面对与其靠近的中间电位导体板23的正面侧，且负极侧导体板22被设置成面对与其靠近的中间电位导体板23的后侧。这使得在中间电位导体板23中流动的电流方向与正极侧导体板22中流动的电的方向变得彼此相反，并且使得在中间电位导体板23中流动的电流方向和在负极侧导体板22中流动的电流方向变得彼此相反，由此中间电位导体板23和正极侧导体板21之间的电感以及中间电位导体板23和负极侧导体板22之间的电感可如上文所述那样被减小。
[0199]此外，通过改变绝缘栅双极晶体管T2的设置和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的设置，也可改变导电图案。
[0200]关于第三实施例中的发热，由于曾设置在上述第一实施例中的区域DA2中的绝缘栅双极晶体管T2被改变成设置在区域DA3中，且曾设置在区域DA3中的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被改变成设置在区域DA2中，所以每种操作模式下的发热状态变得如(a)至Cd)中的每一个所示，其中状态被简化。
[0201]S卩，当操作处于其中栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管Tl的每个栅极以开关这些晶体管Tl并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T4进入恢复状态的模式下，安装在设置在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的绝缘栅双极晶体管Tl和安装在毗邻区域DAl左侧的区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4将如图18的(a)中所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA3和DA4中，无热量产生。
[0202]此外，当操作处于其中栅极脉冲被输入多个绝缘栅双极晶体管T2的每个栅极以开关这些晶体管T2并且使反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入恢复状态的模式下，安装在设置在区域DA3中的绝缘衬底SB21到SB23上的绝缘栅双极晶体管T2和安装在毗邻区域DA3右侧的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图18的(b)中所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DAl和DA2中，无热量产生。
[0203]此外，当操作处于其中栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T3的每个栅极以开关这些晶体管T3并且使绝缘栅双极晶体管Tl恢复的模式下时，安装在区域DAl中的绝缘衬底SBll到SB13上的续流二极管Dl发热，并且，安装在处于区域DAl的后侧的区域DA4中的绝缘衬底SBll到SB13上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T3将如图18的
(c)所示的阴影图案那样发热。与此同时，在区域DA2和DA3中，无热量产生。
[0204]此外，当操作处于其中栅极脉冲被提供给多个反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的每个栅极以开关这些晶体管T4并且使绝缘栅双极晶体管T2恢复的模式下时，安装在处于区域DAl的后侧的区域DA2中的绝缘衬底SB21到SB23上的反向阻断绝缘栅双极晶体管T4发热，并且在区域DA2的后侧毗邻区域DA2的区域DA3中的续流二极管Dl发热，如图18的
(d)中的阴影图案所示。与此同时，在区域DAl和DA4中，无热量产生。
[0205]以此方式，根据第三实施例，当半导体系统I进入操作状态时，与上述第一实施例相似，并非在所有区域DAl到DA4中产生热量，而仅在彼此对角地定位的两个区域中产生或者在彼此在横向方向上毗邻定位的两个区域中产生。即，根据操作模式，仅在局部的两个区域中产生热量。
[0206]因此，与相关模块的上述示例中类似的在基板上的整个绝缘衬底中产生热量的情况相比，所产生的热量能被分散，使得能可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0207]在第三实施例中，说明了如下情况:在上述第一实施例中分别设置在区域DA2和区域DA3中的绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4被改变，使得晶体管T2和T4分别设置在区域DA3和区域DA2中。然而，本发明不限于上述配置，该配置可被修改为其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3分别设置在区域DA2和DA4，这可在第三实施例中被改变为分别设置在区域DA4和区域DA2中，如图19和图20所示。
[0208]图19是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，半导体器件安装在绝缘衬底上；图20是示出根据本发明的第三实施例的半导体系统的变型的示例中的每个操作模式下的半导体器件的发热状态的视图，其中状态被简化。
[0209]在该变型的示例的情况下，虽然省略了详细说明，但在其设置中的正极侧导体板21、负极侧导体板22、中间电位导体板23、以及AC输出导体板24之间的关系与上述第三实施例中的关系相同，由此可呈现电感减小的效果。此外，图18的(a)到(d)中所示的每个模式下的发热状态变成如图20的(a)到(d)中所示的每个模式下的状态。与上述第三实施例类似，这使得在横向方向上定位成彼此毗邻的两个区域中和在纵向反向上定位成彼此毗邻的两个区域中产生热量，由此可获得与上述第一到第三实施例中相似的工作效果。
[0210]在下文中，将参考图21和图22说明本发明的第四实施例。
[0211]图21是示出在根据本发明的第四实施例的半导体系统中的绝缘衬底的平面图，绝缘衬底上安装有半导体器件。在附图中省略了在图2中示出的基板3和第一辅助端子tsl到第十一辅助端子tsll。
[0212]在上述第一到第三实施例中，三个相同的绝缘衬底SBll到SB13被设置成彼此毗邻，且三个相同的绝缘衬底SB21到SB23被设置成彼此毗邻，在绝缘衬底SBll到SB13中的每一个上表面安装形成三级电力逆变器电路的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中的绝缘栅双极晶体管Tl和T3或Tl和T4，在三个相同的绝缘衬底SB21到SB23的每一个上表面安装形成三级电力逆变器电路的四个绝缘栅双极晶体管Tl到T4中的绝缘栅双极晶体管T2和T4或T2和T3，这使得晶体管Tl到T4中的具有相同附图标记的相同功能的晶体管设置成彼此毗邻。然而，在第四实施例中，与第一到第三实施例不同，绝缘衬底SBll到SB13和绝缘衬底SB21到SB23未设置成彼此毗邻，而是按照从右侧起SB11、SB21、SB12、SB22、SB13、和SB23的附图标记的顺序来交替地设置，使得晶体管Tl和T2交替地设置而不是彼此毗邻，并且晶体管T3和T4交替地设置而不是彼此毗邻，如图21所示。
[0213]在该情况下，如图21中所示，中间电位导体板23和AC输出导体板24按照与上述第一实施例中相同的方式设置。与此相比，正极侧导体板21在中间电位导体板23的正面侧大约整个长度上面对与其靠近的中间电位导体板23。与此同时，从中间电位导体板23的后侧，负极侧导体板22在大约整个长度上面对与其靠近的导体板23。
[0214]这允许中间电位导体板23和正极侧导体板21彼此面对并且其中每一个中的电流流动的方向与另一个中电流流动的方向相反的区域以及中间电位导体板23和负极侧导体板22的区域彼此面对并且其中每一个中的电流流动的方向与另一个中电流流动的方向相反的区域比第一实施例中更大，由此可呈现更好的电感减小效果。
[0215]图22是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的每种操作模式下半导体器件的发热状态的视图，其中发热状态被简化。虽然省略了详细说明，但当操作处于其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且反向阻断绝缘栅双极晶体管Tl进入恢复的模式下时，如图22的(a)中所示，热按照锯齿形图案产生。
[0216]当操作处于其中绝缘栅双极晶体管T2处于开关状态并且反向阻断绝缘栅双极晶体管T3进入恢复的模式下时，如图22的(b)中所示，热按照锯齿形图案产生，其中图22的Ca)中示出的锯齿形图案在横向上反转。
[0217]此外，当操作处于其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T3处于开关状态并且绝缘栅双极晶体管Tl进入恢复的模式下时，如图22的(C)中所示，热在每隔一个绝缘衬底的两个区域中产生。
[0218]再者，当操作处于其中反向阻断绝缘栅双极晶体管T4处于开关状态并且绝缘栅双极晶体管T2进入恢复的模式下时，如图22的(d)中所示，热在每隔一个绝缘衬底的两个区域中产生，这两个区域中在图22的(c)中所示的模式下无发热。
[0219]因此，在第四实施例中，半导体系统I中的电感也可被减小。此外，并非半导体系统I的整个基板3都同时发热，而是发热区域将根据操作模式而改变，由此能可靠地实现确保的散热，以可靠地防止半导体系统I进入过热状态。
[0220]图23是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的绝缘衬底的平面图，半导体器件安装在绝缘衬底上；图24是示出根据本发明的第四实施例的半导体系统的变型的示例中的每个操作模式下的半导体器件的发热状态的视图，其中状态被简化。即，在第四实施例中，如图23和图24所示，还可改变绝缘衬底SB21到SB23中的每一个上的绝缘栅双极晶体管T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T4的横向设置。在该情况下，发热状态变成上述第三实施例中的发热状态与第四实施例中的发热状态的混合状态，由此可获得与上述第一到第四实施例中相似的工作效果。
[0221]在上述第一到第四实施例中的每一个中，给出了设置三组绝缘衬底的情况下，在每组绝缘衬底上安装了绝缘栅双极晶体管Tl和T2和反向阻断绝缘栅双极晶体管T3和T4，或绝缘栅双极晶体管T1、T2、T3’和Τ4’。然而，本发明不限于此，而是可根据所需要的电流容量来任意地确定绝缘衬底组的数量。
[0222]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)的位置设置在于外壳2中的情况。然而，本发明不限于此。图25是示出与根据图1中所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的变型的示例的立体图，其中两个外部连接端子的设置位置彼此互换。即，如图25中所示，第一外部连接端子tml (P)的设置位置和第二外部连接端子tm2 (Ml)的设置位置可彼此互换。
[0223]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中按照外壳2中包含的三级电力逆变器电路中的每一个所需数量设置的外部连接端子和辅助端子的情况。然而，本发明不限于此。图26是示出与根据图1中示出的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的另一变型的示例的立体图。即，如图26所示，除了上述的图1中示出的第一外部连接端子tml (P)到第五外部连接端子tm5 (U)以及第一辅助端子tsl (TIP)到第十一辅助端子tsll (THl)之外，可在形成辅助端子的区域中形成辅助端子孔31。在该情况下，可根据用户的指定来改变或添加辅助端子的位置，由此可为半导体系统提供高的通用多功能性。
[0224]此外，在上述第一到第四实施例中的每一个中，说明了其中三级电力逆变器电路具有图12的(a)中或图13的(a)中所示配置的情况。然而，本发明不限于此。即，也可将三级电力逆变器电路应用于本发明，其中通过串联连接两个绝缘栅双极晶体管并使它们各自的集电极彼此连接，并且每个绝缘栅双极晶体管具有与其反向并联的二极管，来形成双向开关器件，如上述的JP-A-2011-193646所描述那样。在该情况下，如JP-A-2011-193646中所描述，中间端子必须设置在绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点处，用于防止由于绝缘测试中产生的大电位差引起绝缘栅双极晶体管的损坏。因此，如图27中所示，图27示出了与根据图1所示的本发明的第一实施例的半导体系统相对应的半导体系统的又一变型的示例的平面图，其中中间端子tc设置在外壳2的端子设置表面4之上。
[0225]在本发明中，仅通过组合半导体模块的端子连接就获得了所需的电路配置。因此，本发明不限于上述的功率调节子系统(PCS)中的半导体系统的应用，而也可应用于诸如不间断电源(UPS)、任何其他电力逆变器、以及用于高频用途的开关IC之类的其他系统中。
[0226]虽然已参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员会理解在形式和细节上可作出上述和其它改变而不背离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种半导体系统,包括: 第一半导体器件、第二半导体器件、第三半导体器件、和第四半导体器件，所述半导体器件是形成至少一个三级电力逆变器电路的至少四个器件； 多个绝缘衬底，所述第一半导体器件到所述第四半导体器件中的至少一个安装在所述多个绝缘衬底中的每一个上；以及 基板，所述多个绝缘衬底设置在所述基板的表面上， 设置了所述多个绝缘衬底的基板的所述表面建立有四个区域，所述表面按照格子方式被划分成所述四个区域；以及 所述多个绝缘衬底被设置成使得所述第一半导体器件到所述第四半导体器件中的至少一个被设置在所述四个区域中的每一个中，藉此分散所述第一到第四半导体器件中产生的热量。
2.如权利要求1所述的半导体系统，其特征在于，所述多个绝缘衬底包括至少一个第一绝缘衬底和至少一个第二绝缘衬底，所述至少一个第一绝缘衬底安装了所述第一到第四半导体器件中的两个，所述至少一个第二绝缘衬底安装了所述第一到第四半导体器件中的其余两个， 所述至少一个第一绝缘衬底和所述至少一个第二绝缘衬底被设置成使得所述第一到第四半导体器件中的至少一个相应的半导体器件被设置在所述四个区域中的每一个中。
3.如权利要求1或2所述的半导体系统，其特征在于，在所述四个区域中，在彼此对角地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
4.如权利要求1或2所述的半导体系统，其特征在于，在所述四个区域中，在彼此毗邻地定位的两个区域中的每一个中，设置有至少一个半导体器件，所述至少一个半导体器件与另一区域中的至少一个半导体器件同时发热。
5.如权利要求1到4中的任一项所述的半导体系统，其特征在于，在设置在所述基板的表面上的所述多个绝缘衬底上形成的所述三级电力逆变器电路包括: 作为所述第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位； 作为所述第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位，且其集电极连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极； 双向开关器件，其一端连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点； 第一外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将所述集电极连接至所述直流电路的正极侧电位； 第二外部连接端子，连接至所述双向开关器件的另一端； 第三外部连接端子，连接至所述第二外部连接端子以处于与所述第二外部连接端子的电位相同的电位； 第四外部连接端子，连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将所述发射极连接至所述直流电路的负极侧电位；以及 第五外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
6.如权利要求5所述的半导体系统，其特征在于，所述双向开关器件由彼此反向并联连接的作为所述第三和第四半导体器件的两个反向阻断绝缘栅双极晶体管形成。
7.如权利要求1到4中的任一项所述的半导体系统，其特征在于，在设置在所述基板的表面上的所述多个绝缘衬底上形成的所述三级电力逆变器电路包括: 作为所述第一半导体器件的第一绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至直流电路的正极侧电位； 作为所述第二半导体器件的第二绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至直流电路的负极侧电位； 作为所述第三半导体器件的第三绝缘栅双极晶体管，其发射极连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极； 作为所述第四半导体器件的第四绝缘栅双极晶体管，其集电极连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极，且其发射极连接至所述第三绝缘栅双极晶体管的集电极； 串联连接的第一二极管和第二二极管，其连接的阳极侧连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的集电极与所述第三绝缘栅双极晶体管的发射极的连接点，且其连接的阴极侧连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点；第一外部连接端子，连接至所述第一绝缘栅双极晶体管的集电极以将所述集电极连接至所述直流电路的正极侧电位； 第二外部连接端子，连接至所述第一和第二二极管的连接点； 第三外部连接端子，连接至所述第二外部连接端子以处于与所述第二外部连接端子的电位相同的电位； 第四外部连接端子，连接至所述第二绝缘栅双极晶体管的发射极以将所述发射极连接至所述直流电路的负极侧电位；以及 第五外部连接端子，连接至所述第四绝缘栅双极晶体管的发射极与所述第三绝缘栅双极晶体管的集电极的连接点。
8.如权利要求5或7所述的半导体系统，其特征在于，在所述基板的表面上设置的多个绝缘衬底上形成的三级电力逆变器电路还包括由树脂模制而成的外壳，所述外壳覆盖所述基板，所述第一外部连接端子、第二外部连接端子、第三外部连接端子、第四外部连接端子以及第五外部连接端子从所述外壳引出并且在纵向方向上按照直线设置，所述外壳包括: 设置在所述外壳的相对两侧之一上的分别用于所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子，其中第一到第五外部连接端子按照直线设置在所述一对辅助端子之间； 设置在所述相对两侧之一上的分别用于所述第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子； 设置在所述相对两侧的另一侧上的分别用于所述第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子；以及 设置在所述相对两侧的所述另一侧上的分别用于所述第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子， 不论所述三级电力逆变器电路的半导体器件的连接和设置如何，用于所述第三绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子和用于第四绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子设置在指定位置处。
9.如权利要求8所述的半导体系统，其特征在于，所述外壳具有设置在多个位置处的多个辅助端子孔，使得用于所述第一绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子到用于第二绝缘栅双极晶体管的栅极和发射极的一对辅助端子从所述外壳引出同时根据所述三级电力逆变器电路的 半导体器件的连接和布置来选择。
【文档编号】H01L23/367GK103973131SQ201410014159
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2013年2月6日
【发明者】陈塽清, 市川裕章 申请人:富士电机株式会社
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