電力用半導體模塊的制作方法
【專利摘要】得到如下電力用半導體模塊：使布線圖案的電感的比例增大，降低搭載于絕緣基板的自滅弧式半導體元件的源極電位的偏差，從而能夠抑制電流不平衡。電力用半導體模塊的特征在于，具備：正負支路，串聯連接自滅弧式半導體元件(6)而構成，所述正負支路具有自滅弧式半導體元件(6)的串聯連接點；正極側電極(10)、負極側電極(11)以及交流電極(12)，連接于正負支路；以及基板(2)，形成有多個布線圖案(3、4)，該多個布線圖案(3、4)將正負支路的自滅弧式半導體元件(6)與正極側電極(10)、負極側電極(11)以及交流電極(12)連接，在鄰接的布線圖案(4)中流過的電流的方向相同，一個布線圖案(4)相對另一個布線圖案(4)被配置成鏡像對稱。
【專利說明】
電力用半導體模塊
技術領域
[0001]本發明涉及在要求小型化的逆變器等電力變換裝置中使用的電力用半導體模塊的電流不平衡抑制技術。
【背景技術】
[0002]在逆變器等電力變換裝置中使用的絕緣型的電力用半導體模塊中，在作為散熱板的金屬板處隔著絕緣層而形成有布線圖案，在其之上設置有進行開關動作的電力用半導體元件。該電力用半導體元件與外部端子連接，被樹脂密封。
[0003]在以大電流、高電壓進行開關動作的電力變換裝置中，通過電力用半導體元件截止時的電流的時間變化率di/dt和包含于電力變換裝置的布線電感L而產生浪涌電壓(Surge voltage)( AV = L.di/dt)，該浪涌電壓被施加給電力用半導體元件。當布線電感L變大時，有時產生超過電力用半導體元件的耐壓的浪涌電壓，成為電力用半導體元件的損壞的原因。因此，作為電力變換裝置而要求低電感化，對于電力用半導體模塊也要求低電感化。
[0004]然而，作為電力用變換裝置，為了滿足所需的電流容量，選擇與其相符的電力用半導體模塊，或者如果沒有相符的電力用半導體模塊，則并聯連接多個電力用半導體模塊來進行使用。但是，在并聯連接多個電力用半導體模塊來進行使用的情況下，為了確保絕緣距離而需要隔開模塊間隔，存在占據空間(footprint)增加這樣的缺點。
[0005]為了解決該缺點，有在同一封裝體內以多個并聯方式配置電力用半導體元件的例子(例如，參照專利文獻I)。如專利文獻I那樣，即使為了與外部電路連接而具備多個外部端子，當在同一封裝體內以多個并聯方式配置的多個電力用半導體元件的端子彼此在封裝體內一并地連接于外部端子時，也沒有什么電感的降低效果，隨著電流容量的增加，截止時的di/dt增加，所以浪涌電壓增大，存在電力用半導體元件損壞的可能性。
[0006]因此，
【發明人】為了實施電力用半導體元件的低電感化而發明了如下電力用半導體模塊:具備多個外部端子，在電力用半導體模塊內部，多個電路被并聯化(例如，參照專利文獻2)。
[0007]專利文獻1:日本專利公報第3519227號(第3頁，第2、6圖)
[0008]專利文獻2:國際公開第2013/128787號(第5頁，第I圖)

【發明內容】

[0009]但是，在以往的電力用半導體模塊中，當在與以往相比以多個并聯方式構成電力用半導體元件的大電流.高電壓用途中使用的情況下，如專利文獻2那樣具備多個外部端子，從而能夠實現低電感化。另一方面，在確保電力用半導體模塊的絕緣距離這樣的方面，有時無法配置多個外部端子，而必須一個一個匯總外部端子。存在產生在這樣的電力用半導體模塊內部以多個并聯方式連接的電力用半導體元件的電流不平衡這樣的問題點，這一情況通過之后的
【發明人】的研究而明確。
[0010]本發明是為了解決上述問題點而完成的，當在各電位處外部端子為一個的情況下，將搭載不同的布線圖案的基板以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置，從而得到能夠在原樣地保持低電感化的狀態下抑制電流不平衡的電力用半導體模塊。
[0011]本發明涉及的電力用半導體模塊具備:正負支路，串聯連接自滅弧式半導體元件而構成，所述正負支路具有所述自滅弧式半導體元件的串聯連接點；正極側電極、負極側電極以及交流電極，連接于所述正負支路；以及基板，形成有多個布線圖案，該多個布線圖案將所述正負支路的所述自滅弧式半導體元件與所述正極側電極、所述負極側電極以及所述交流電極連接，在鄰接的所述布線圖案中流過的電流的方向相同，一個所述布線圖案相對另一個所述布線圖案被配置成鏡像對稱。
[0012]根據本發明，將搭載不同的布線圖案的基板以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置，在鄰接的布線圖案之間流過的電流被均勻化，能夠抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的上表面示意圖。
[0014]圖2是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的概略側面圖。
[0015]圖3是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的概略側面圖。
[0016]圖4是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。
[0017]圖5是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的等效電路圖。
[0018]圖6是在本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的負極側的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0019]圖7是在本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0020]圖8是在本發明的實施方式I的其它電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0021]圖9是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的上表面示意圖。
[0022]圖10是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的概略側面圖。
[0023]圖11是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的概略側面圖。
[0024]圖12是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。
[0025]圖13是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的等效電路圖。
[0026]圖14是在本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的負極側的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0027]圖15是在本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0028]圖16是在本發明的實施方式2的其它電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。
[0029]圖17是本發明的實施方式3的電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。
[0030]圖18是以往例中的電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。
[0031]圖19是本發明的實施方式3的其它電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。
[0032]符號說明
[0033]1:底板;2:絕緣基板;3:漏極(集電極)布線圖案;4:源極(發射極)布線圖案;5:陶瓷絕緣基板;6:自滅弧式半導體元件;7:回流二極管;8:柵極電阻;9:接合材料；10:正極電極；11:負極電極；12:交流電極；13G:正極側柵極；13E:正極側控制源極；14G:負極側柵極；14E:負極側控制源極;21、22:鍵合線;40:正極端子;41:負極端子;42:交流端子;50:密封材料;51:殼體;52:蓋;53:螺母(nut);100、110、200、210、300、310、320:電力用半導體模塊;101、102、103、104:正極塊;111、112、113、114:負極塊。
【具體實施方式】
[0034]實施方式1.
[0035]圖1是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的上表面示意圖。圖2是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的概略側面圖。圖3是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的概略側面圖。圖2示出從圖1中的X側觀察的情況下的概略側面圖，圖3示出從圖1中的Y側觀察的情況下的概略側面圖。圖4是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的去掉主電極(正極電極、負極電極以及交流電極)而得到的上表面示意圖。在圖4中，從圖1去掉主電極而示出自滅弧式半導體元件6、回流二極管7等的芯片布局。圖5是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的等效電路圖。此處，將從X側觀察的方向設為X方向，將從Y側觀察的方向設為Y方向。
[0036]在圖1至圖4中，本實施方式I的電力用半導體模塊100具備底板1、作為基板的絕緣基板2、漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自滅弧式半導體元件6、回流二極管7、焊料9、作為正極側電極的正極電極10、作為負極側電極的負極電極
11、交流電極12、為布線材料的鍵合線(Bonding wire) 21、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41、作為交流電極12的端子部的交流端子42、密封材料50、殼體51、蓋52以及螺母53。
[0037]在本實施方式I的電力用半導體模塊100中，在作為對構成電力用半導體模塊100的自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的發熱進行散熱的金屬散熱體的底板I的一個面，利用焊料9接合有通過釬焊等接合金屬箔的絕緣材料即陶瓷絕緣基板5。另一方面，在陶瓷絕緣基板5的與和底板I接合的面對置的面，利用金屬箔，通過釬焊等接合有布線圖案3、4。由接合有金屬箔的陶瓷絕緣基板5和布線圖案3、4構成絕緣基板2。但是，作為絕緣基板的材料，并非限于陶瓷，也可以是使用樹脂絕緣材料的金屬基板。在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，能夠不使用與正負支路相當的量的多張絕緣基板，而使用例如I張金屬基板，在該金屬基板上以使得成為鏡像對稱的方式形成多個布線圖案來進行使用。即使是使用這樣的樹脂絕緣材料的金屬基板也能夠得到同樣的效果。另外，如圖1或者圖4所示，在從上表面觀察的情況下以使得成為鏡像對稱的方式配置布線圖案，該鏡像對稱的基準線設定在這些成為鏡像對稱的布線圖案之間。
[0038]另外，在漏極(集電極)布線圖案3和源極(發射極)布線圖案4的與接合有陶瓷絕緣基板5的面對置的面，利用焊料9接合有自滅弧式半導體元件6和回流二極管7。進而，正極電極10、負極電極11以及交流電極12接合于漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案
4。但是，雖然將焊料9用作接合材料，但并非限于焊料，也可以是其它接合方法所利用的材料。
[0039]在正極電極10、負極電極11以及交流電極12中，分別流過大電流，所以一般為了與外部電路連接而使用螺絲。但是，并非限于螺絲，如果能夠使大電流流過，則也可以是其它接合方法。在本實施方式I中，正極電極10、負極電極11以及交流電極12分別具備用于在模塊上表面與外部電路連接的、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41以及作為交流電極12的端子部的交流端子42。另外，在這些正極端子40、負極端子41以及交流端子42處有螺絲插入用的孔，在這些端子之下，設置有被埋入螺母的殼體。另外，在電力用半導體模塊100中，用殼體51包圍周圍，為了使殼體51內部絕緣而將密封材料50注入到殼體51內部。之后，將蓋52嵌合于殼體51，用粘合劑等粘接。
[0040]自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的未與源極(發射極)布線圖案4焊料接合的面通過鍵合線21接合于布線圖案等。但是，作為布線材料，雖然使用導線，但并非限于導線，也可以是其它接合方法所利用的材料。
[0041 ]在圖1至圖5中，在電力用半導體模塊100內部，串聯地連接2個被稱為支路的并聯電路，構成正支路、負支路、即與電力變換電路的I個相相當的量，所述并聯電路以反并聯方式連接自滅弧式半導體元件6和回流二極管7作為電力用半導體元件。
[0042]本實施方式的電力用半導體模塊100是在同一殼體(同一封裝體)內具備正支路和負支路的一般被稱為“2合l(2inl)”的電力用半導體模塊。殼體為電力用半導體模塊的外形。另外，在本實施方式中，稱為殼體，但在如通過樹脂密封等形成電力用半導體模塊的外形那樣的情況下，樹脂的外周部是殼體，發揮等同的功能。
[0043]如圖5的等效電路圖所示，在電力用半導體模塊100中，構成正支路和負支路，以用虛線包圍的方式分為正負的各支路各兩個共計4個塊。進而，如正極側的塊101和負極側的塊111所示，I個塊是分別將多個并聯連接的自滅弧式半導體元件6和多個并聯連接的回流二極管7反并聯地連接而成的。在圖5中，正極側的塊102和負極側的塊112被簡化記載，但是是與正極側的塊101和負極側的塊111同樣的結構。
[0044]此處，在圖5的等效電路圖中，將自滅弧式半導體元件6記載為M0SFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)，但自滅弧式半導體元件6并非限于MOSFET，如果是IGBT( Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵極型雙極晶體管)、雙極型晶體管等其它自滅弧式半導體元件，則也可以是任意的。進而，在本實施方式中，作為回流二極管7，設為將肖特基勢皇二極管等二極管元件相對自滅弧式半導體元件6外置地設置，但回流二極管7也可以是自滅弧式半導體元件6的寄生二極管。另外，在圖5的等效電路中，記載自滅弧式半導體元件6的柵極控制電路，作為端子示出正極側柵極13G、正極側控制源極13E、負極側柵極14G、負極側控制源極14E，但在與模塊內部構造相關的圖1?4中，僅圖示與主電路的電路相關的構造，關于與控制電路相關的構造，省略并簡化地進行圖示。實際上具備如下那樣的機構:在絕緣基板2上構成自滅弧式半導體元件6的控制用的布線圖案，自滅弧式半導體元件6上的柵極或者控制源極電極和用于與外部連接的柵極或者控制源極電極被電連接，并在電力用半導體模塊的上表面等露出，能夠與外部導體連接。它們在其它實施例中也是相同的，對本發明的效果不造成影響。但是，控制電路的布線圖案容易受到由自滅弧式半導體元件6的主電路電流即在布線圖案3、4中流過的電流產生的感應，所以為了抑制電流的不平衡，控制電路的布線圖案的形狀優選柵極與控制源極平行。進而，作為半導體元件的材料，不僅是Si (Si I icon，娃)，在以SiC(Silicon Carbide，碳化娃)、GaN(Gallium Nitride，氮化鎵)、金剛石為原料的半導體元件中也能夠得到效果。特別在使用能夠進行高速動作的SiC、GaN等的情況下，能夠得到更顯著的效果。
[0045]如圖4所示，搭載有多個自滅弧式半導體元件6和多個回流二極管7的兩種布線圖案3、4的配置不同的絕緣基板2構成塊101和塊102，它們經由正極電極10和交流電極12的主電極而并聯連接，構成正支路。關于負極側也同樣地，搭載有多個自滅弧式半導體元件6和多個回流二極管7的兩種布線圖案3、4的配置不同的絕緣基板2構成塊111和塊112，它們經由交流電極12和負極電極11的主電極而并聯連接，構成負支路。在絕緣基板2中，具有搭載有自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的布線圖案3、通過鍵合線21連接于自滅弧式半導體元件6的源極(發射極)、回流二極管7的陽極的布線圖案4這兩種。這兩個絕緣基板2的布線圖案3、4構成為在塊101和塊102中或者在塊111和塊112中鏡像對稱這一情況是本發明的特征。
[0046]圖6是在本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的負極側的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。圖6(a)示出橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2(鏡像對稱絕緣基板)的情況下的負支路的部分，圖6(b)示出橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2(相同絕緣基板)的情況下的負支路的部分，圖6(c)示出將圖6(a)所示的布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2 (鏡像對稱絕緣基板)左右調換而橫向排列的情況下的負支路的部分。使用圖6說明本發明的效果。此處，在圖6中，用箭頭示出自滅弧式半導體元件6導通時的電流路徑上的di/dt的朝向。特別通過用極粗線箭頭示出的di/dt而產生鄰接的絕緣基板2的布線圖案之間的相互作用。
[0047]在如圖6(b)所示橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2的情況下，表示在鄰接的布線圖案之間流過的電流的di/dt的極粗線箭頭的朝向為相反朝向，具有在如自滅弧式半導體元件6的導通截止時那樣的di/dt大時將由向該相反方向流過的電流產生的磁通相互抵消的效果。另外，關于右側的絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的示出細線箭頭的源極布線圖案4，該源極布線圖案4未與相鄰的絕緣基板2的源極布線圖案4接近，在同一絕緣基板2內的鄰接的布線圖案中向相反方向流過的電流小，電流的導通距離也短，所以將產生的磁通相互抵消的效果小。即，如果在鄰接的絕緣基板2之間進行比較，則左側的絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4的寄生電感比右側的絕緣基板2的源極布線圖案4小，所以在左右配置的絕緣基板2之間，產生寄生電感的不平衡。
[0048]另一方面，在如圖6(a)的本實施方式那樣橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2的情況下，表示在鄰接的布線圖案之間流過的電流的di/dt的極粗線箭頭的朝向是相同朝向，無法得到將在di/dt大時產生的磁通抵消的效果。因此可知，關于在示出極粗線箭頭的電流路徑中產生的寄生電感，橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2的情況比橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2的情況大。另外，在鄰接的絕緣基板2之間進行比較的情況下，通過將布線圖案做成鏡像對稱的配置，從而左右的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4所受到的相互作用在左右的絕緣基板2之間相同，寄生電感相同。
[0049]流過自滅弧式半導體元件6的電流由柵極電壓決定，所以在以多個并聯方式配置自滅弧式半導體元件6那樣的電力用半導體模塊中，自滅弧式半導體元件6的柵極電壓的偏差、即流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡成為問題。該電流不平衡對動力循環等中的電力用半導體模塊的壽命造成影響，所以需要進行降低。另外，作為該電流不平衡的原因的柵極電壓的偏差多是由于自滅弧式半導體元件6的源極(發射極)電位偏差而引起的。
[0050]如上所述，在圖6(a)和圖6 (b)中，鄰接的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4的寄生電感的不平衡的程度不同，關于搭載于左右各個絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的柵極電壓即電流，在圖6(b)中產生不平衡，但在圖6(a)中不易產生不平衡。即，能夠通過鏡像對稱的布線圖案而得到抑制在鄰接的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6中流過的電流的不平衡的效果。
[0051]在圖6(c)中，源極布線圖案4未與相鄰的絕緣基板2接近，在相同基板內的相鄰的布線圖案中向相反方向流過的電流小，電流的導通距離也短，所以將產生的磁通相互抵消的效果小。但是，由于布線圖案為鏡像對稱，從而左右各個絕緣基板2的源極布線圖案4所受到的相互作用是等同的，這些布線圖案的寄生電感與圖6(a)的情況同樣地不易產生不平衡，所以能夠抑制在自滅弧式半導體元件6中流過的電流的不平衡。這樣，通過將布線圖案配置為鏡像對稱，從而能夠抑制絕緣基板2之間的電流不平衡。另外，作為布線圖案的配置，并非限于圖6(a)、圖6(c)，只要是鏡像對稱的配置，則可以是任意的配置的布線圖案。
[0052]之前說明了在多個絕緣基板2之間產生的電流的不平衡的抑制效果，但在本發明中，還能夠得到抑制同一絕緣基板2內的多個自滅弧式半導體元件6之間的電流的不平衡的效果，所以以下說明這一情況。本實施方式中的同一絕緣基板2內的4個自滅弧式半導體元件6的源極電位的偏差由基于圖6中的示出橫方向(Y方向)所示的粗線箭頭的電流路徑而產生的寄生電感L和電流變化率di/dt產生。因此，如果與作為該偏差的原因的寄生電感L串聯連接而構成的源極布線圖案4、主電極的寄生電感大，則寄生電感L相對變小，源極電位的偏差也變小。其結果，能夠抑制流過多個自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡。此處，如先前用圖6說明那樣，橫向排列本發明的鏡像對稱絕緣基板的情況與橫向排列相同絕緣基板的情況相比，在鄰接的布線圖案中流過的di/dt的朝向一致，從而串聯連接的示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感變大，所以寄生電感L相對變小，能夠減小源極電位的偏差。其結果，多個自滅弧式半導體元件6的柵極電壓的偏差被抑制，能夠得到抑制多個自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡的效果。該自滅弧式半導體元件6中的電流的不平衡效果能夠在圖6(a)、圖6(c)所示的布線圖案為鏡像對稱配置的情況下得到。
[0053]另外，在圖6(a)中，在圖1所示的Y方向上，相同支路的絕緣基板2并聯地排列，自滅弧式半導體元件6、回流二極管7也在絕緣基板2上在Y方向上排列成線，所以先前所述的粗線箭頭的di/dt朝向Y方向，極粗線箭頭的di/dt朝向X方向。因此，示出粗線箭頭的電流路徑的電感不受基于絕緣基板2的鏡像對稱的配置的相互作用抑制的影響。即，如本構造那樣，在與自滅弧式半導體元件6的排列成線的方向相同的方向上流通的電流路徑與其前端的電流路徑交叉為直角，從而能夠增大X方向的寄生電感，相對減小Y方向的寄生電感，所以能夠得到抑制電流不平衡的效果。此處，關于圖6(c)也同樣地，雖然X方向的寄生電感不如圖6(a)那樣大，但如果與圖6(b)相比，則X方向的寄生電感大，能夠相對減小Y方向的寄生電感，所以能夠得到抑制電流的不平衡的效果。
[0054]進而，在本實施方式中，構成正支路和負支路的絕緣基板2在X方向上對置而配置。構成各支路的絕緣基板2能夠按照相同的鏡像對稱的兩種構成。此處，在使用鏡像對稱的兩種絕緣基板2的情況下，正支路和負支路的構成方法能夠有兩種。其中，在本實施方式中，如圖4所示，正極塊101和負極塊111使用作為相同布線圖案的絕緣基板2，正極塊102和負極塊112使用作為相同布線圖案的絕緣基板2，以使得旋轉180°并在X方向上對置的方式配置。
[0055]圖7是在本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。在圖7中，用箭頭示出本實施方式的電力用半導體模塊100的正支路、負支路的電流路徑(除去主電極)中的di/dt的朝向。圖8是在本發明的實施方式I的其它電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。在圖8中，用箭頭示出本實施方式的電力用半導體模塊110的正支路、負支路的電流路徑(除去主電極)中的di/dt的朝向。圖8示出正支路的排列相對圖7所示的結構例不同的其它結構例。在圖8中，正極塊101和負極塊112、正極塊102和負極塊111分別是使用由相同布線圖案構成的絕緣基板2的結構。即，在圖8的結構中，正支路和負支路的鄰接的絕緣基板2也是鏡像對稱。圖
7、圖8所示的電流路徑示出產生負支路的自滅弧式半導體元件6導通的情況下的換流時的大的di/dt的情況下的電流路徑上的di/dt。相反地，圖7與圖8不同的點在于，關于正支路的自滅弧式半導體元件6導通的情況下的換流時的電流路徑，正極側為通過自滅弧式半導體元件6的路徑，負極側為通過回流二極管7的路徑，但在絕緣基板2的布線圖案中流過的電流路徑大致相同。
[0056]在圖7中，相對圖中所示的di/dt的朝向，上述源極布線圖案4的極粗線箭頭的di/dt的朝向在正支路中的鄰接的絕緣基板2之間與不鄰接的圖6(c)所示的結構相同。源極布線圖案4未與鄰接的絕緣基板2接近，在同一絕緣基板2內的鄰接的布線圖案中向相反方向流過的電流小，電流的導通距離也短，所以將產生的磁通相互抵消的效果小。但是，由于是鏡像對稱配置，從而配置于左右的絕緣基板2的源極布線圖案4所受到的相互作用是等同的，與圖6(c)的情況同樣地能夠得到電流的不平衡抑制效果。另外，負支路與圖6(a)所示的結構相同，源極布線圖案4鄰接，從而di/dt的朝向相同，示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感增加，能夠得到與圖6(a)所示的負極側的電流的不平衡抑制效果同樣的效果。另一方面，示出粗線箭頭的電流路徑在正支路和負支路的鄰接的絕緣基板處鄰接(鏡像對稱)，流過的電流的di/dt的朝向為相反朝向，所以在示出粗線箭頭的電流路徑中產生的寄生電感變小。因此，正支路、負支路都降低示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感，從而示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感與示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感相比，電感相對小，能夠降低源極電位的偏差，所以能夠抑制流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡。
[0057]在圖8中，正支路和負支路的布線圖案以成為鏡像對稱的方式配置，所以正支路、負支路都能夠進行與圖6(a)所示的負極側相同的動作。因此，自滅弧式半導體元件6、回流二極管7的源極布線4的示出極粗線箭頭的電流路徑沒有將在鄰接的絕緣基板2之間通過di/dt產生的磁通抵消的效果，極粗線箭頭部的寄生電感大。因此，在正支路、負支路中示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感都增加，從而示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感的電感相對變小，能夠降低源極電位的偏差，所以在正極側也能夠得到與流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡抑制效果同樣的效果。另外，正支路、負支路都是相同布線圖案配置，所以粗線箭頭的朝向相同，該部分處的寄生電感增加。但是，粗線部分的寄生電感的增加量比極粗線箭頭部分的寄生電感的增加量少，不對源極電位的偏差造成影響。進而，模塊內的對置的所有布線圖案相同，所以電力用半導體模塊內部的動作平衡均勻，作為電力用半導體模塊，能夠進行穩定的動作。這樣，在圖7、圖8中的任意的結構中，都能夠得到針對電流的不平衡的抑制效果。另外，在圖7中，做成正支路與負支路不同的結構，但即使是負支路與正支路相同、即圖8的左右相反的(使用圖7的負支路)結構也能夠同樣地得到針對電流的不平衡的抑制效果。
[0058]另外，如圖1所示，將主電極的形狀以分別層疊正極電極10、負極電極11以及交流電極12的形式配置，從而即使電力用半導體模塊的端子各為一個，也能夠從絕緣基板層疊正極電極10和交流電極12或者交流電極12和負極電極11，進而在電力用半導體模塊的上部層疊正極電極10和負極電極111，降低作為電力用半導體模塊的寄生電感。
[0059]在如以上那樣構成的電力用半導體模塊中，將搭載不同的布線圖案的基板以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置，所以能夠使鄰接的布線圖案之間的流過的電流均勻化。其結果，能夠抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡，能夠提高電力用半導體模塊的可靠性。
[0060]另外，使用形成有不同的布線圖案的兩種基板而做成鏡像對稱配置，所以能夠削減構成電力用半導體模塊的基板數量，能夠在保持抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
[0061]進而，在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，在I張基板上，將不同的布線圖案以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置多個，所以能夠削減基板數量，能夠在保持抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
[0062]實施方式2.
[0063]在本實施方式2中，不同的點在于配置多對在實施方式I中使用的I對鏡像對稱的正負支路。通過這樣配置多對鏡像對稱的正負支路，從而能夠在各個鏡像對稱部分處，抑制流過自滅弧式半導體元件的電流的不平衡。
[0064]圖9是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的上表面示意圖。圖10是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的概略側面圖。圖11是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的概略側面圖。圖10示出從圖9中的X側觀察的情況下的概略側面圖，圖11示出從圖9中的Y側觀察的情況下的概略側面圖。圖12是本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的去掉主電極(正極電極、負極電極以及交流電極)而得到的上表面示意圖。在圖12中，從圖9去掉主電極而示出自滅弧式半導體元件6、回流二極管7等的芯片布局。圖13是本發明的實施方式I的電力用半導體模塊的等效電路圖。此處，將從X側觀察的方向設為X方向，將從Y側觀察的方向設為Y方向。
[0065]在圖9至圖12中，本實施方式2的電力用半導體模塊200具備底板1、作為基板的絕緣基板2、漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自滅弧式半導體元件6、回流二極管7、焊料9、作為正極側電極的正極電極10、作為負極側電極的負極電極U、交流電極12、為布線材料的鍵合線21、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41、作為交流電極12的端子部的交流端子42、密封材料50、殼體51、蓋52以及螺母53。
[0066]在本實施方式2的電力用半導體模塊200中，在作為對構成電力用半導體模塊200的自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的發熱進行散熱的金屬散熱體的底板I的一個面，利用焊料9接合有通過釬焊等接合金屬箔的絕緣材料即陶瓷絕緣基板5。另一方面，在陶瓷絕緣基板5的與和底板I接合的面對置的面，利用金屬箔，通過釬焊等接合有布線圖案3、4。由接合有金屬箔的陶瓷絕緣基板5和布線圖案3、4構成絕緣基板2。但是，作為絕緣基板的材料，并非限于陶瓷，也可以是使用樹脂絕緣材料的金屬基板。在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，能夠不使用與正負支路相當的量的多張絕緣基板，而使用例如I張金屬基板，在該金屬基板上以使得成為鏡像對稱的方式形成多個布線圖案來進行使用。即使是使用這樣的樹脂絕緣材料的金屬基板也能夠得到同樣的效果。
[0067]另外，在漏極(集電極)布線圖案3和源極(發射極)布線圖案4的與接合有陶瓷絕緣基板5的面對置的面，利用焊料9接合有自滅弧式半導體元件6和回流二極管7。進而，正極電極10、負極電極11以及交流電極12接合于漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案
4。但是，雖然將焊料9用作接合材料，但并非限于焊料，也可以是其它接合方法所利用的材料。
[0068]在正極電極10、負極電極11以及交流電極12中分別流過大電流，所以一般為了與外部電路連接而使用螺絲。但是，并非限于螺絲，如果能夠使大電流流過，則也可以是其它接合方法。在本實施方式I中，正極電極10、負極電極11以及交流電極12分別具備用于在模塊上表面與外部電路連接的、作為正極電極10的端子部的正極端子40、作為負極電極11的端子部的負極端子41以及作為交流電極12的端子部的交流端子42。另外，在這些正極端子40、負極端子41以及交流端子42處具有螺絲插入用的孔，在這些端子之下設置有被埋入螺母的殼體。另外，在電力用半導體模塊200中，用殼體51包圍周圍，為了使殼體51內部絕緣而將密封材料50注入到殼體51內部。之后，將蓋52嵌合于殼體51，利用粘合劑等進行粘接。
[0069]自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的未與源極(發射極)布線圖案4焊料接合的面通過鍵合線21接合于布線圖案等。但是，作為布線材料，雖然使用導線，但并非限于導線，也可以是其它接合方法所利用的材料。
[0070]在圖9至圖13中，在電力用半導體模塊200內部，串聯地連接2個被稱為支路的并聯電路，構成正負支路、即與電力變換電路的I個相相當的量，所述并聯電路以反并聯方式連接自滅弧式半導體元件6和回流二極管7作為電力用半導體。
[0071 ]本實施方式的電力用半導體模塊200是在同一殼體(同一封裝體)內具備正支路和負支路的一般被稱為“2合I”的電力用半導體模塊。殼體為電力用半導體模塊的外形。另外，在本實施方式中，稱為殼體，但在利用樹脂密封等形成電力用半導體模塊的外形那樣的情況下，樹脂的外周部是殼體，發揮等同的功能。
[0072]如圖13的等效電路圖所示，在電力用半導體模塊200中，構成正支路和負支路，以用虛線包圍的方式分為正負的各支路各4個共計8個塊。進而，如正極側的塊101和負極側的塊111所示，I個塊是分別將多個并聯連接的自滅弧式半導體元件6和多個并聯連接的回流二極管7反并聯地連接而成的。在圖13中，正極側的塊102?104和負極側的塊112?114被簡化記載，但是是與正極側的塊101和負極側的塊111同樣的結構。
[0073]此處，在圖13的等效電路圖中，將自滅弧式半導體元件6記載為M0SFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)，但自滅弧式半導體元件6并非限于MOSFET，如果是IGBT( Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵極型雙極晶體管)、雙極型晶體管等其它自滅弧式半導體元件，則也可以是任意的。進而，在本實施方式中，作為回流二極管7，設為將肖特基勢皇二極管等二極管元件相對自滅弧式半導體元件6而外置地設置，但回流二極管7也可以是自滅弧式半導體元件6的寄生二極管。另外，在圖13的等效電路中，記載自滅弧式半導體元件6的柵極控制電路，作為端子而示出正極側柵極13G、正極側控制源極13E、負極側柵極14G、負極側控制源極14E，但在與模塊內部構造相關的圖9?12中，僅圖示與主電路的電路相關的構造，而關于與控制電路相關的構造，省略并簡化地進行圖示。實際上具備如下機構:在絕緣基板2上構成自滅弧式半導體元件6的控制用的布線圖案，自滅弧式半導體元件6的柵極或者控制源極電極和用于與外部連接的柵極或者控制源極電極被電連接，并在電力用半導體模塊的上表面等露出，能夠與外部導體連接。它們在其它實施例中也是相同的，對本發明的效果不造成影響。但是，控制電路的布線圖案容易受到由自滅弧式半導體元件6的主電路電流即在布線圖案3、4中流過的電流產生的感應，所以為了抑制電流的不平衡，控制電路的布線圖案的形狀優選柵極與控制源極平行。進而，作為半導體元件的材料，不僅是Si (Si I icon，娃)，在以SiC(Silicon Carbide，碳化娃)、GaN(Gallium Nitride，氮化鎵)、金剛石為原料的半導體元件中也能夠得到效果。特別在使用能夠進行高速動作的SiC、GaN等的情況下，能夠得到更顯著的效果。
[0074]如圖13的等效電路圖所示，在電力用半導體模塊200中，構成正支路和負支路，以用虛線包圍的方式分為正負的各支路各4個共計8個塊。即塊的數量與實施方式I不同。
[0075]如圖12所示，搭載有多個自滅弧式半導體元件6和多個回流二極管7的兩種布線圖案3、4的配置不同的絕緣基板2構成塊1I?104，它們經由正極電極1和交流電極12的主電極而并聯連接，構成正支路。關于負極側也同樣地，搭載有多個自滅弧式半導體元件6和多個回流二極管7的兩種布線圖案3、4的配置不同的絕緣基板2構成塊111?114，它們經由交流電極12和負極電極11的主電極而并聯連接，構成負支路。在絕緣基板2上，具有搭載有自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的布線圖案3、通過鍵合線21連接于自滅弧式半導體元件6的源極(發射極)、回流二極管7的陽極的布線圖案4這兩種。這兩個絕緣基板2的布線圖案3、4構成為在構成各正負支路的鄰接的絕緣基板中鏡像對稱這一情況是本發明的特征。
[0076]圖14是在本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的負極側的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。圖14(a)示出橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2(鏡像對稱絕緣基板)的情況下的負支路的部分，圖14(b)示出橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2(相同絕緣基板)的情況下的負支路的部分。與實施方式I同樣地，使用圖14說明本發明的效果。此處，用箭頭示出自滅弧式半導體元件6導通時的電流路徑上的di/dt的朝向。特別通過用極粗線箭頭示出的di/dt而產生鄰接的絕緣基板2的布線圖案之間的相互作用。
[0077]在如圖14(b)所示橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2的情況下，表示在鄰接的布線圖案之間流過的電流的di/dt的極粗線箭頭的朝向為相反朝向，具有在如自滅弧式半導體元件6的導通截止時那樣的di/dt大時將由向該相反方向流過的電流產生的磁通相互抵消的效果。另外，關于左端的絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的示出細線箭頭的源極布線圖案4，該源極布線圖案4未與鄰接的絕緣基板2的源極布線圖案4接近，在同一絕緣基板2內的鄰接的布線圖案中向相反方向流過的電流小，電流的導通距離也短，所以將產生的磁通相互抵消的效果小。即，如果在絕緣基板2之間進行比較，則左端的絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4的寄生電感比其它右側的絕緣基板2的源極布線圖案4大，所以在配置于同一底板I的絕緣基板2之間產生電流的不平衡。
[0078]另一方面，在如圖14(a)的本實施方式那樣橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的基板的情況下，表示在鄰接的布線圖案之間流過的電流的di/dt的極粗線箭頭的朝向為相同朝向，無法得到將在di/dt大時產生的磁通抵消的效果。因此可知，關于在示出極粗線箭頭的電流路徑中產生的寄生電感，橫向排列布線圖案為鏡像對稱配置的絕緣基板2的情況比橫向排列布線圖案為相同配置的絕緣基板2的情況大。另外，在將鄰接的兩張絕緣基板2設為I對，在左右的絕緣基板2的對之間進行比較的情況下，通過將布線圖案進行鏡像對稱的配置，從而絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4所受到的相互作用在左右的絕緣基板2的對之間相同，寄生電感相同。其結果，在左右的絕緣基板2的對之間不易產生電流的不平衡。進而，在圖14(a)中，源極布線圖案4鄰接的部位為I個部位，但即使采用將源極布線圖案4鄰接的部位設為兩個部位那樣的絕緣基板2的配置，也能夠得到同樣的電流的不平衡抑制效果。
[0079]如上所述，在圖14(a)和圖14(b)中，鄰接的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6的源極布線圖案4的寄生電感的不平衡的程度不同。關于搭載于配置在底板I上的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6的柵極電壓即電流，在圖14(b)中，未以鏡像對稱配置布線圖案，所以產生電流的不平衡，但在圖14(a)中，以鏡像對稱配置布線圖案，從而不易產生電流的不平衡。即，能夠通過鏡像對稱的布線圖案而得到抑制在鄰接的絕緣基板2之間的自滅弧式半導體元件6中流過的電流的不平衡的效果。
[0080]另一方面，如在實施方式I中所述那樣，自滅弧式半導體元件6的電流由柵極電壓決定，所以在如以多個并聯方式配置自滅弧式半導體元件那樣的電力用半導體模塊中，自滅弧式半導體元件6的柵極電壓的偏差、即流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡成為問題。該電流不平衡對動力循環等中的電力用半導體模塊的壽命造成影響，所以需要進行降低。另外，作為該電流不平衡的原因的柵極電壓偏差多是由于自滅弧式半導體元件6的源極(發射極)電位偏差而引起的。
[0081]之前說明了在多個絕緣基板2之間產生的電流的不平衡的抑制效果，但在本發明中，還能夠得到抑制同一絕緣基板2內的多個自滅弧式半導體元件6之間的電流的不平衡的效果，所以以下說明這一情況。本實施方式中的同一絕緣基板2內的4個自滅弧式半導體元件6的源極電位(發射極)偏差通過基于圖14所示的示出粗線箭頭的電流路徑而產生的寄生電感L和電流變化率d i /dt產生。因此，如果與作為該偏差的原因的寄生電感串聯連接而構成的源極布線圖案4、主電極的寄生電感大，則寄生電感L相對變小，源極電位的偏差也變小。其結果，能夠抑制流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡。此處，如先前用圖14說明那樣，排列本發明的鏡像對稱絕緣基板的情況與橫向排列相同絕緣基板的情況相比，在鄰接的布線圖案中流過的電流的朝向一致，從而串聯連接的示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感變大，所以寄生電感L相對變小，能夠減小源極電位的偏差。其結果，自滅弧式半導體元件6的柵極電壓的偏差被抑制，能夠得到抑制自滅弧式半導體元件6的電流不平衡的效果O
[0082]另外，在本實施方式中也與實施方式I同樣地，在圖14(a)中，在圖9所示的Y方向上相同支路的絕緣基板2并聯地排列，自滅弧式半導體元件6、回流二極管7也在絕緣基板2上在Y方向上排列，所以先前所述的示出粗線箭頭的電流路徑朝向Y方向，示出極粗線箭頭的電流路徑朝向X方向。因此，示出粗線箭頭的電流路徑的電感不受基于鏡像對稱的配置的相互作用抑制的影響。即，如本構造那樣，在與自滅弧式半導體元件6的排列方向相同的方向上流過的電流路徑與其前端的電流路徑交叉為直角，從而能夠增大X方向的寄生電感，相對減小Y方向的寄生電感，所以能夠得到抑制電流不平衡的效果。
[0083]進而，在本實施方式中，構成正支路和負支路的絕緣基板2在X方向上對置而配置。構成各支路的絕緣基板2能夠按照相同的鏡像對稱的兩種構成。此處，在使用鏡像對稱的兩種的情況下，正支路和負支路的構成方法能夠有兩種。其中，在本實施方式中，如圖12所示，構成正支路和負支路的鄰接的絕緣基板(例如101和111)使用相同的絕緣基板2，以使得旋轉180°并在X方向上對置的方式配置。
[0084]圖15是在本發明的實施方式2的電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。在圖15中，用箭頭示出本實施方式2的電力用半導體模塊200的正支路、負支路的電流路徑(除去主電極)。圖16是在本發明的實施方式2的其它電力用半導體模塊的絕緣基板的布線圖案等中流過的換流時的電流路徑圖。在圖16中，用箭頭示出本實施方式2的電力用半導體模塊210的正支路、負支路的電流路徑(除去主電極)。圖16示出負支路的排列相對圖15所示的結構例不同的其它結構例。在圖16中，正極塊101、103和負極塊112、114、正極塊102、104和負極塊111、113分別是使用由相同布線圖案構成的絕緣基板2的結構。即，在圖16的結構中，正支路和負支路的鄰接的絕緣基板2也是鏡像對稱。圖15、圖16所示的電流路徑表示產生負支路的自滅弧式半導體元件6導通的情況下的換流時的大的di/dt的情況下的電流路徑。相反地，圖15與圖16不同的點在于，關于正支路的自滅弧式半導體元件6導通的情況下的換流時的電流路徑，正極側為通過自滅弧式半導體元件6的路徑，負極側為通過回流二極管7的路徑，但在絕緣基板2的布線圖案中流過的電流路徑大致相同。
[0085]在圖15中，相對圖中所示的di/dt的朝向，上述源極布線圖案4的極粗線箭頭的di/dt的朝向在正支路以及負支路中，存在源極布線圖案4鄰接的部位。該部分處的電流的流動的朝向相同，示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感增加，能夠得到與圖14(a)所示的負極側的電流的不平衡抑制效果同樣的效果。另一方面，示出粗線箭頭的電流路徑在正支路和負支路的鄰接的絕緣基板2處鄰接(鏡像對稱)，流過的電流的朝向為相反朝向，所以在示出粗線箭頭的電流路徑中產生的寄生電感變小。因此，正支路、負支路都降低示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感，從而示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感與示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感相比，電感相對小，能夠降低源極電位的偏差，所以能夠抑制流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡。
[0086]在圖16中，正支路和負支路的布線圖案以成為鏡像對稱的方式配置，所以能夠進行與圖14(a)所示的負極側相同的動作。因此，自滅弧式半導體元件6、回流二極管7的源極布線4的示出極粗線箭頭的電流路徑沒有將在鄰接的絕緣基板2之間通過di/dt產生的磁通抵消的效果，極粗線箭頭部的寄生電感大。因此，正支路、負支路的示出極粗線箭頭的電流路徑的寄生電感都增加，從而示出粗線箭頭的電流路徑的寄生電感的電感相對變小，能夠降低源極電位的偏差，所以在正極側也能夠得到與流過自滅弧式半導體元件6的電流的不平衡抑制效果同樣的效果。另外，正支路、負支路都是相同布線圖案配置，所以粗線箭頭的朝向相同，該部分處的寄生電感增加。但是，粗線箭頭部分的寄生電感的增加量比極粗線箭頭部分的寄生電感的增加量少，不對源極電位的偏差造成影響。進而，模塊內的對置的所有布線圖案相同，所以電力用半導體模塊內部的動作平衡均勻，作為電力用半導體模塊，能夠進行穩定的動作。這樣，在圖15、圖16中的任意的結構中，都能夠得到針對電流不平衡的抑制效果。另外，在圖16中，相對正支路而變更了負支路的絕緣基板2的組合，但如果是這樣的作為鏡像對稱的絕緣基板的配置，則在調換任意正支路、負支路的組合中都能夠得到同樣的效果。
[0087]此處，在本實施方式中，將搭載于絕緣基板2的自滅弧式半導體元件6圖示為4并聯，但并聯元件數量只要是2個以上，就能夠得到本發明的效果，并非限于4并聯。另外，絕緣基板2的張數也圖示為4并聯，但并聯的絕緣基板2的張數只要是2張以上，則能夠得到本發明的效果，并非限于4并聯。
[0088]另外，如圖9所示，將主電極的形狀以分別層疊正極電極、負極電極以及交流電極的形式配置，從而即使模塊的端子各為一個，也能夠從絕緣基板層疊正極電極和交流電極或者交流電極和負極電極，進而在模塊的上部層疊正極電極和負極電極，降低電感。
[0089]在如以上那樣構成的電力用半導體模塊中，將搭載不同的布線圖案的絕緣基板2以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置，所以能夠使鄰接的布線圖案之間的流過的電流均勻化。其結果，能夠抑制絕緣基板2之間以及自滅弧式半導體元件6之間的電流不平衡，能夠提高電力用半導體模塊的可靠性。
[0090]另外，關于絕緣基板2的張數，以布線圖案4鄰接的方式配置為鏡像對稱即可，不論配置的張數如何，都能夠使鄰接的布線圖案之間的流過的電流均勻化。其結果，能夠抑制絕緣基板2之間以及自滅弧式半導體元件6之間的電流不平衡，能夠提高電力用半導體模塊的可靠性。進而，使用形成有不同的布線圖案的兩種基板來做成鏡像對稱配置，所以能夠削減構成電力用半導體模塊的基板數量，能夠在保持抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
[0091]另外，在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，在I張基板上將不同的布線圖案以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置多個，所以能夠削減基板數量，能夠在原樣地抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
[0092]實施方式3.
[0093]在本實施方式3中，將包括在實施方式1、2中使用的鄰接的絕緣基板的作為鏡像對稱的部分的源極布線圖案用鍵合線連接的點是不同的。通過將包括這樣鄰接的絕緣基板的作為鏡像對稱的部分的源極布線圖案用鍵合線連接并使得導通，從而能夠通過在各個鏡像對稱部分在保持抑制流過自滅弧式半導體元件的電流的不平衡的狀態下使導通部位增加來降低電感。
[0094]圖17是本發明的實施方式3的電力用半導體模塊的去掉主電極(正極電極、負極電極以及交流電極)而得到的上表面示意圖。在圖17中，去掉主電極而示出自滅弧式半導體元件6、回流二極管7等的芯片布局。未圖示的主電極采用與實施方式2相同的形狀，所以省略。圖18是以往例中的電力用半導體模塊的去掉主電極而得到的上表面示意圖。在圖18中，去掉主電極而示出自滅弧式半導體元件6、回流二極管7等的芯片布局。在圖18中，絕緣基板未配置為鏡像對稱。圖19是本發明的實施方式3的其它電力用半導體模塊的去掉主電極(正極電極、負極電極以及交流電極)而得到的上表面示意圖。在圖19中，去掉主電極而示出自滅弧式半導體元件6、回流二極管7等的芯片布局。未圖示的主電極采用與實施方式2相同的形狀，所以省略。
[0095]在圖17中，本實施方式3的電力用半導體模塊300具備底板1、作為基板的絕緣基板2、漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自滅弧式半導體元件6、回流二極管7、鍵合線22以及殼體51。
[0096]在本實施方式3的電力用半導體模塊300中，在作為對構成電力用半導體模塊300的自滅弧式半導體元件6和回流二極管7的發熱進行散熱的金屬散熱體的底板I的一個面，利用焊料9接合有通過釬焊等接合金屬箔的絕緣材料即陶瓷絕緣基板5。另一方面，在陶瓷絕緣基板5的與和底板I接合的面對置的面，利用金屬箔，通過釬焊等接合有布線圖案3、4。由接合有金屬箔的陶瓷絕緣基板5和布線圖案3、4構成絕緣基板2。但是，作為絕緣基板的材料，并非限于陶瓷，也可以是使用樹脂絕緣材料的金屬基板。在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，能夠不使用與正負支路相當的量的多張絕緣基板，而使用例如I張金屬基板，在該金屬基板上以使得成為鏡像對稱的方式形成多個布線圖案來進行使用。即使是使用這樣的樹脂絕緣材料的金屬基板也能夠得到同樣的效果。
[0097]另外，在漏極(集電極)布線圖案3和源極(發射極)布線圖案4的與接合有陶瓷絕緣基板5的面對置的面，利用焊料9接合有自滅弧式半導體元件6和回流二極管7。進而，在鄰接的絕緣基板2的源極(發射極)布線圖案4之間用鍵合線22連接并使得導通。但是，為布線材料，雖然使用導線，但并非限于導線，也可以是其它接合方法所利用的材料。
[0098]在圖18中，以往例中的電力用半導體模塊310具備底板1、作為基板的絕緣基板2、漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自滅弧式半導體元件
6、回流二極管7、作為布線材料的鍵合線22以及殼體51。與本實施方式3的電力用半導體模塊300不同的點在于布線圖案不是鏡像對稱配置。
[0099]在實施方式2中的電力用半導體模塊200中，構成絕緣基板2的主電路的布線圖案僅用主電極連接，并進行并聯連接，但為了降低布線電感，有效的是增加電流路徑。因此，在本實施方式3中，為了增加電流路徑而用鍵合線22連接并聯的源極(發射極)圖案4之間。在這樣的情況下，在本實施方式3中，鄰接的絕緣基板2的布線圖案為鏡像對稱，從而絕緣基板2之間的鍵合線22的兩端的電位一致，能夠防止大的電流向鍵合線22流通。在假設如圖18那樣將絕緣基板2設為I種而鄰接的絕緣基板2相同的情況下，鍵合線22的兩端的電位發生偏差，向鍵合線22流通大的電流。其結果，產生該鍵合線22的發熱以及動力循環壽命變短等問題。因此，在本實施方式3中，鍵合線22的兩端為相同電位，從而在鍵合線22中在DC(DirectCurrent，直流)流通時，幾乎不流過電流。其結果，鍵合線22的動力循環壽命不下降，而能夠在對布線電感造成影響那樣的開關時的di/dt大的時間范圍，通過鍵合線22進行部位導通，從而能夠實現電感降低。
[0100]進而，該鍵合線22也可以是多根，使用多個鍵合線22連接源極布線圖案4之間，從而能夠進一步降低圖案之間的阻抗。圖19示出該例子。
[0101]在圖19中，本實施方式3的電力用半導體模塊300具備底板1、作為基板的絕緣基板
2、漏極(集電極)布線圖案3、源極(發射極)布線圖案4、陶瓷絕緣基板5、自滅弧式半導體元件6、回流二極管7、鍵合線22以及殼體51。
[0102]通過以低阻抗連接相鄰的絕緣基板的源極布線圖案4之間，從而不易產生由于在各絕緣基板的源極布線圖案4中流過電流而產生的電位差，能夠抑制絕緣基板之間的電流不平衡。在圖19中，圖示在正極側.負極側各搭載4張絕緣基板的情況，但即使在2張、3張等的情況、5張以上的情況下，也能夠得到同樣的效果。另外，關于正極側.負極側的絕緣基板的圖案的組合也是，即使是所圖示的情況以外的組合，只要是鏡像對稱的布線圖案，則能夠得到同樣的效果。
[0103]在如以上那樣構成的電力用半導體模塊中，將搭載不同的布線圖案的絕緣基板2以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置，所以能夠使鄰接的布線圖案之間的流過的電流均勻化。其結果，能夠抑制絕緣基板2之間以及自滅弧式半導體元件6之間的電流不平衡，能夠提高電力用半導體模塊的可靠性。
[0104]另外，利用鍵合線22連接鄰接的源極布線圖案4之間并使得導通，從而能夠使電力用半導體模塊300內的電流路徑增加，能夠實現電感的降低。
[0105]進而，使用形成有不同的布線圖案的兩種基板來做成鏡像對稱配置，所以能夠削減構成電力用半導體模塊的基板數量，能夠在原樣地抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
[0106]另外，在使用樹脂絕緣材料的金屬基板的情況下，在I張基板上將不同的布線圖案以成為鏡像對稱的方式鄰接而配置多個，所以能夠削減基板數量，能夠在保持抑制基板之間以及電力用半導體元件之間的電流不平衡的狀態下，實現電力用半導體模塊的成本降低。
【主權項】
1.一種電力用半導體模塊，其特征在于，具備: 正負支路，串聯連接自滅弧式半導體元件而構成，所述正負支路具有所述自滅弧式半導體元件的串聯連接點； 正極側電極、負極側電極以及交流電極，連接于所述正負支路；以及 基板，形成有多個布線圖案，該多個布線圖案將所述正負支路的所述自滅弧式半導體元件與所述正極側電極、所述負極側電極以及所述交流電極連接， 在鄰接的所述布線圖案中流過的電流的方向相同，一個所述布線圖案相對另一個所述布線圖案被配置成鏡像對稱。2.根據權利要求1所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述布線圖案具有平行部，在該平行部中流過經由所述自滅弧式半導體元件的電流，所述平行部被配置成相對所述鏡像對稱的基準線鄰接并平行。3.根據權利要求1或者2所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述布線圖案具有垂直部，該垂直部經由布線材料而與在所述布線圖案上相對所述鏡像對稱的基準線在垂直方向上配置成一列的所述自滅弧式半導體元件連接，所述垂直部相對所述鏡像對稱的基準線在垂直方向上配置，以使流過所述垂直部的電流的方向成為相反方向的方式使所述正負支路的所述垂直部鄰接并對置地配置。4.根據權利要求1或者2所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述布線圖案具有垂直部，該垂直部經由布線材料而與在所述布線圖案上相對所述鏡像對稱的基準線在垂直方向上配置成一列的所述自滅弧式半導體元件連接，所述垂直部相對所述鏡像對稱的基準線在垂直方向上配置，以使流過所述垂直部的電流的方向成為相同方向的方式使所述正負支路的所述垂直部鄰接并對置地配置。5.根據權利要求1?4中的任一項所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述正負支路中的任意支路的所述布線圖案中的鄰接的所述垂直部彼此用所述布線材料電連接。6.根據權利要求5所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 在電連接所述布線圖案的所述布線材料中使用多根鍵合線。7.根據權利要求1?6中的任一項所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述基板具有兩種，以使形成于各個所述基板的所述布線圖案成為鏡像對稱的方式配置兩種所述基板。8.根據權利要求1?7中的任一項所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述電力用半導體模塊具有相對所述自滅弧式半導體元件反并聯地連接并與所述布線圖案接合的二極管，所述正負支路串聯連接所述自滅弧式半導體元件與所述二極管的并聯電路而構成。9.根據權利要求1?8中的任一項所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述基板具有多張，以使形成在鄰接的所述基板上的所述布線圖案成為鏡像對稱的方式配置有多個所述基板。10.根據權利要求8所述的電力用半導體模塊，其特征在于， 所述二極管由帶隙比硅寬的寬帶隙半導體構成。11.根據權利要求1?10中的任一項所述的電力用半導體模塊，其特征在于，所述自滅弧式半導體元件由帶隙比硅寬的寬帶隙半導體構成。12.根據權利要求10或者11所述的電力用半導體模塊，其特征在于，所述寬帶隙半導體是碳化硅、氮化鎵材料以及金剛石中的任意一個。
【文檔編號】H05K7/14GK105981274SQ201480075304
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年6月30日
【發明人】玉田美子, 中嶋純, 中嶋純一, 中山靖, 林田幸昌
【申請人】三菱電機株式會社