半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器的制造方法
【专利摘要】不必开发新的封装体而使用现有的封装体，能够提供低成本且宽额定电流和额定电压的半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器。使用现有的封装体，形成上臂侧的第一半导体模块（100）和下臂侧的第二半导体模块（200），使用这些半导体模块（100、200）构成上下臂成套件（300）。进而使用该上下臂成套件（300）构成三电平逆变器（500）。能够利用现有的封装体（56）形成它们，因此能够提供低成本且宽额定电流和额定电压的半导体模块（100、200）、上下臂成套件（300）和三电平逆变器（500）。
【专利说明】半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体模块、包括该半导体模块的上下臂成套件和包括该上下臂成套件的三电平逆变器。
【背景技术】
[0002]图13是利用现有技术的从直流转换为交流的三电平逆变器的电路图。
[0003]图13中，图中标记51、52为串联连接的直流电源，令正极电位为P，负极电位为N，中性点电位为M。由交流电源系统构成直流电源51、52时，能够使用未图示的二极管整流器、大电容的电解电容器等来构成。
[0004]正极电位P与负极电位N之间，连接有三相的将二极管反向并联连接的绝缘栅双极晶体管(以下称为IGBT)的串联连接电路。即，U相用的串联连接电路60由包括反向并联连接有二极管Dl的IGBT (Tl)的上臂与包括反向并联连接有二极管D2的IGBT (T2)的下臂的串联连接电路构成，V相用的串联连接电路61由包括反向并联连接有二极管D3的IGBT (T3)的上臂与包括反向并联连接有二极管D4的IGBT (T4)的下臂的串联连接电路构成，W相用的串联连接电路62由包括反向并联连接有二极管D5的IGBT (T5)的上臂与包括反向并联连接有二极管D6的IGBT (T6)的下臂的串联连接电路构成。
[0005]在各相的串联连接电路的上臂和下臂的串联连接点与直流中性点电位M之间连接有交流开关，该交流开关反向串联连接有IGBT，该IGBT反向并联连接有二极管。S卩，在U相用的串联连接电路60的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管82的IGBT81的IGBT模块63的发射极与包括反向并联连接有二极管84的IGBT83的IGBT模块64的发射极相连的结构的交流开关，在V相用的串联连接电路61的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管86的IGBT85的IGBT模块65的发射极与包括反向并联连接有二极管88的IGBT87的IGBT模块66的发射极相连的结构的交流开关，在W相用的串联连接电路62的串联连接点与直流电源的中心点M之间，连接有包括反向并联连接有二极管90的IGBT89的IGBT模块67的发射极与包括反向并联连接有二极管92的IGBT91的IGBT模块68的发射极相连的结构的交流开关。另夕卜，各串联连接电路60、61、62的串联连接点为交流输出，分别经由滤波器用电抗器71、72、73与负载74连接。
[0006]采用本电路结构，由此各串联连接电路60、61、62的串联连接点能够输出正极电位P、负极电位N和中性点电位M，因此成为三电平的逆变器输出。图14表示输出电压(Vout)波形例。相对于二电平形式的逆变器而言，特征在于输出具有三个电压电平的低次的高次谐波成分较少的交流电压，能够实现滤波器用电抗器(输出滤波器)71?73的小型化。
[0007]接着，利用图15对专利文献I所记载的现有技术的三电平逆变器进行说明。
[0008]图15是包含三电平逆变器的交流开关的上下臂一相的结构图，(a)是电路图，(b)是半导体模块的立体图。[0009]图15 (b)所示的半导体模块40如图15 (a)所示，收纳有反向并联有两个反向截止IGBT54、55的交流开关53和两个IGBT (Tl、T2)。
[0010]图16是半导体模块的示意截面图。该半导体模块40中，功率半导体芯片43(以图15的标记表示的Tl、T2、Dl、D2、54、55)安装在散热用金属基底41上的绝缘基板42上，用于引出到外部的金属端子44在封装体45的上表面露出，封装体45的内部填充有树脂46。
[0011]该半导体模块40适用于电压型的三电平逆变器。该半导体模块40包括第一 IGBT(Tl)和第二 IGBT (T2)，该第一 IGBT反向并联连接有二极管D1，该第一 IGBT的集电极端子Cl与串联连接电路60的正极端子(P端子)连接，该第二 IGBT反向并联连接有二极管D2，该第二 IGBT的集电极与该第一 IGBT (Tl)的发射极连接，并且该第二 IGBT的发射极端子E2与串联连接电路60的负极端子(N端子)连接。
[0012]另外，包括交流开关53，交流开关53包括集电极与第一 IGBT(Tl)的发射极连接的第一反向截止型IGBT54和与第一反向截止IGBT54反向并联连接的第二反向截止IGBT55。
[0013]反向并联有上述的二极管Dl的第一 IGBT (Tl)和第二 IGBT (T2)构成串联连接电路60，串联连接电路60的正极端子(P端子)与第一 IGBT的集电极端子Cl连接，负极端子(N端子)与第二 IGBT (T2)的发射极端子E2连接。
[0014]上述的第一反向截止IGBT54和第二反向截止IGBT55构成交流开关53。
[0015]另外，该交流开关53连接在第一 IGBT (Tl)的发射极和第二 IGBT (T2)的集电极的连接点E1C2与位于串联连接电路的60的正极端子(P端子)与负极端子(N端子)之间的中间电位处的中间电位端子(M端子)之间。第一 IGBT (Tl)、第二 IGBT (T2)、第一反向截止IGBT54和第二反向截止IGBT55收纳在一个封装体45内。
[0016]这样，当将一个上下臂收纳于一个封装体45并利用三个这种封装体45来构成三电平逆变器时，外部配线得以简化。进而能够实现三电平逆变器的配线阻抗的降低，同时能够实现装置整体的小型化。
[0017]此处，反向截止IGBT是指具有与正向耐压(正耐压)同等的反向耐压(反耐压)的IGBT,由于正向耐压与反向耐压相等，有时也称作对称型IGBT。
[0018]另外，不具有反向耐压的IGBT是指反向耐压远低于正向耐压的被称作非对称型IGBT的IGBT，其经常将例如不施加反向耐压的逆变器电路等与续流二极管反向并联连接而使用。通常，只称作IGBT时，所指的是不具有该反向耐压的IGBT。
[0019]另外，专利文献2?4中公开了如下内容:在所谓一组的半导体模块中，准备替换了发射极端子、集电极端子的引出位置的两种模块，将该两种模块并排配置，将相邻的一个模块的发射极端子与另一个模块的集电极端子连接，由此构成逆变器的一个上下臂。
[0020]现有技术文献
[0021]专利文献
[0022]专利文献1:日本特开2008-193779号公报
[0023]专利文献2:日本特开平3-108749号公报
[0024]专利文献3:日本特开平3-65065号公报
[0025]专利文献4:日本特开平9-9644号公报
【发明内容】
[0026]发明要解决的技术问题
[0027]然而，当利用上述图15所示的半导体模块制作三电平逆变器时，模块内容纳的IGBT、反向截止IGBT等半导体元件因三电平逆变器的容量而改变。即，为了增大容量，半导体元件的芯片尺寸要改变，或者要并联连接IGBT、反向截止IGBT等。这样，在准备多种容量的三电平逆变器时，需要根据所容纳的IGBT、反向截止IGBT等半导体元件，重新开发出专用的半导体模块的封装体45。因此，为了适应几十A (安培)至几千A的宽电流区域，需要新准备几个封装体。另外，为了适应几百V (伏特)至一千几百V的宽耐压区域，需要新准备几个封装体。
[0028]另外，在某些情况下，将上述的第一、第二 IGBT (Tl、T2)和第一、第二反向截止IGBT54、55用不同的封装体56a、57 (参照图17、图19)包装而构成三电平逆变器。
[0029]图17是逆变器的上下臂一相的结构图，该图(a)是电路图，(b)是半导体模块的主要部分平面图。此处所示的例中，三个主要端子(E1C2、E2、C1)在封装体56a的上表面配置为一排。
[0030]图18是图17的半导体模块的内部结构图。I和II的E1C2在封装体56a内连接，配置在封装体56a上的是I的E1C2。
[0031]图19是反向并联连接有反向截止IGBT的交流开关的结构图，该图(a)是电路图，该图(b)是交流开关的封装体的平面图。
[0032]将图17和图18所示的作为第一、第二 IGBT (T1、T2)的上下臂(串联连接电路60)的半导体模块47和利用图19所示的第一、第二反向截止IGBT54、55的交流开关53组合而构成图15所示的三电平逆变器。此时，图17所示的半导体模块47的封装体为现有的封装体56a，也就是收纳有上臂的元件和下臂的元件的通常经常使用的两组封装体。在该现有的封装体56a上配置有三个主要端子(E1C2、Cl、E2)。
[0033]然而，图19 (b)所示的交流开关53的封装体57与图17和图18所示的半导体模块47在内部配线的电路结构上不同，其为2个主端子(K端子、L端子)，因此无法使用图17(b)的封装体56a。
[0034]因此，收纳第一、第二反向截止IGBT54、55的封装体57需要与额定电流和额定电压一致地重新开发。
[0035]在制作三电平逆变器时，使用图15的半导体模块40 (新的45封装体)的情形和将图17的半导体模块47 (现有的封装体56a)和图19的交流开关53 (新的封装体57)组合使用的情形均需要开发出新的封装体。
[0036]另外，在专利文献2?4中，未记载如下内容:使用外部端子的位置相同的现有的封装体，改变配置在内部的半导体元件，由此封装体的形状相同地形成两种模块，使用这两种模块构成三电平逆变器的一个上下臂。
[0037]本发明的目的在于解决上述的课题，不必开发新的封装体，而使用现有的封装体，能够提供低成本且宽额定电流和额定电压的半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器。
[0038]用于解决问题的技术方案
[0039]为了实现上述目的，提供如下所示的半导体模块。半导体模块包括:将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件；与上述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件；收纳有上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件的第一封装体；配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll);配置在上述第一封装体的上表面的与上述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mil);和配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)。
[0040]另外，上述半导体模块提供如下。上述第一开关元件是不具有反向耐压的绝缘栅双极晶体管，上述第一反向截止开关元件是具有反向耐压的反向截止绝缘栅双极晶体管，上述高电位侧为集电极，上述低电位侧为发射极。
[0041]为了实现上述目的，提供如下所示的半导体模块。包括:具有反向耐压的第二反向截止开关元件；与上述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件；收纳有上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件的第二封装体；配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22);配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22)。
[0042]另外，上述半导体模块提供如下。上述第二开关元件是不具有反向耐压的绝缘栅双极晶体管，上述第二反向截止开关元件是具有反向耐压的反向截止绝缘栅双极晶体管，上述高电位侧为集电极，上述低电位侧为发射极。
[0043]为了实现上述目的，提供如下所示的上下臂成套件。上下臂成套件包括作为三电平逆变器的上臂侧的第一半导体模块和作为上述三电平逆变器的下臂侧的第二半导体模块这一对器件组，上述第一半导体模块包括:将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件；与上述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件；收纳有上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件的第一封装体；配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll);配置在上述第一封装体的上表面的与上述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mll);和配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)，上述第二半导体模块包括:具有反向耐压的第二反向截止开关元件；与上述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件；收纳有上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件的第二封装体；配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22);配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22)。
[0044]另外，提供并联配置三个上述上下臂成套件的三电平逆变器。三电平逆变器中，上述第一半导体模块的上述高电位侧端子(Cll端子)彼此由第三连接导体连接，上述第二半导体模块的低电位侧端子(E22端子)彼此由第四连接导体连接，各上述第一半导体模块的中间电位辅助端子(Mll)和各上述第二半导体模块的中间电位辅助端子(M22)彼此由第五连接导体连接，上述第三连接导体和上述第五连接导体分别与第一直流电源的正极和负极连接，上述第五连接导体和上述第四连接导体分别与第二直流电源的正极和负极连接，各上述第一半导体模块的第一连接端子(Qll)和各上述第二半导体模块的第二连接端子(Q22)各自由第六连接导体连接，该三个第六连接导体为作为输出端子的U端子、V端子、W端子。
[0045]另外，为了实现上述目的，提供如下所示的上下臂成套件。上下臂成套件包括第一半导体模块和第二半导体模块，上述第一半导体模块包括:将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件；与上述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件；收纳有上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件的第一封装体；配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll);配置在上述第一封装体的上表面的与上述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mll);和配置在上述第一封装体的上表面并与上述第一开关元件和上述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)，上述第二半导体模块包括:具有反向耐压的第二反向截止开关元件；与上述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件；收纳有上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件的第二封装体；配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22);配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和配置在上述第二封装体的上表面并与上述第二反向截止开关元件和上述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22)，上述第一连接端子(Qll端子)和上述第二连接端子(Q22端子)由第一连接导体连接，上述第一半导体模块的中间电位辅助端子(Mil端子)和上述第二半导体模块的中间电位辅助端子(M22端子)由第二连接导体连接。
[0046]另外，提供并联配置三个上述上下臂成套件的三电平逆变器。三个三电平逆变器中，三个上述第一连接导体分别与作为三电平逆变器的输出端子的U端子、V端子、W端子连接，上述第二连接导体彼此连接在一起作为中间电位端子(M端子)，经由第三连接导体(P端子)将上述第一半导体模块的高电位侧端子分别和第一直流电源的正极连接，该第一直流电源的负极与上述中间电位端子(M端子)连接，经由第四连接导体(N端子)将上述第二半导体模块的低电位侧端子分别和第二直流电源的负极连接，该第二直流电源的正极与上述中间电位端子(M端子)连接。
[0047]发明效果
[0048]根据本发明，能够使用现有的封装体(三个主要端子)，构成半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器，因此无需开发新的封装体，就能够实现设计效率的提高、封装体部件的共用化，能够减少成本。
[0049]另外，能够使用各种现有的封装体构成电路结构，因此能够提供宽额定电流和额定电压的半导体模块、上下臂成套件和三电平逆变器。
[0050]本发明的上述和其他目的、特征和优点将会通过表示作为本发明的例予以优选的实施方式的结合附图进行的以下说明显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1是本发明的第一实施例的半导体模块的结构图，Ca)是主要部分电路图，(b)是主要部分平面图。[0052]图2是图1的半导体模块的内部结构图。
[0053]图3是本发明的第二实施例的半导体模块的结构图，Ca)是主要部分电路图，(b)是主要部分平面图。
[0054]图4是图3的半导体模块的内部结构图。
[0055]图5是本发明的第三实施例的上下臂成套件的主要部分电路图。
[0056]图6是本发明的第三实施例的上下臂成套件的主要部分平面图。
[0057]图7是本发明的第四实施例的上下臂成套件的主要部分电路图。
[0058]图8是本发明的第四实施例的上下臂成套件的主要部分平面图。
[0059]图9是本发明的第五实施例的三电平逆变器的主要部分电路图。
[0060]图10是本发明的第五实施例的三电平逆变器的结构图的主要部分平面图。
[0061]图11是本发明的第六实施例的三电平逆变器的主要部分电路图。
[0062]图12是本发明的第六实施例的三电平逆变器的结构图的主要部分平面图。
[0063]图13是利用现有技术的由直流转换为交流的三电平逆变器的电路图。
[0064]图14是三电平逆变器的输出电压(Vout)波形例的图。
[0065]图15是包含三电平逆变器的交流开关的上下臂一相的结构图，(a)是电路图，(b)是半导体模块的立体图。
[0066]图16是半导体模块的示意截面图。
[0067]图17是逆变器的上下臂一相的结构图，(a)是电路图，(b)是半导体模块的主要部分平面图。
[0068]图18是图17的半导体模块的内部结构图。
[0069]图19是反向并联连接有反向截止IGBT的交流开关的结构图，Ca)是电路图，(b)是交流开关的封装体的平面图。
【具体实施方式】
[0070]通过以下的实施例说明实施方式。
[0071]〈实施例1>
[0072]图1是本发明的第一实施例的半导体模块的结构图，该图(a)是主要部分电路图，该图(b)是主要部分平面图。图2是图1的半导体模块的内部结构图。图2中，所举的例是如下配置:具有反向耐压的第一反向截止IGBT5并联连接有四个，不具有反向耐压的第
一IGBTl (通常使用的IGBT)并联连接有四个，四个FWD (续流二极管)2与各第一 IGBTl反向并联。这与除去图18的FWD (D2)的情形的配置相同。另外，I和II的Qll在封装体56内连接，配置在封装体56上的是II的Q11，它是与图17的E1C2对应的端子。
[0073]另外，该第一半导体模块100的特征在于，三电平逆变器的串联连接电路的上臂的反向并联有FWD2的不具有反向耐压的第一 IGBTl和交流开关的一方的具有反向耐压的第一反向截止IGBT5收纳在与现有的封装体56a相同的封装体56中。
[0074]图1中，第一半导体模块100是将反向并联连接有FWD2的第一 IGBTl与第一反向截止IGBT5串联连接的结构，第一 IGBTl的发射极与第一反向截止IGBT5的集电极在连接点9a处连接。
[0075]在封装体56上，配置有与第一 IGBTl的集电极连接的高电位侧端子7(C11)、与第一反向截止IGBT5的发射极连接的第一中间电位辅助端子11 (MlI)、与第一 IGBTl的发射极和第一反向截止IGBT5的集电极的连接点9a连接的第一连接端子9 (Qll)0
[0076]另外，在封装体56上，配置有第一 IGBTl和第一反向截止IGBT5各自的栅极端子G1、G2和辅助发射极端子E1、E2。上述的Qll是与图17的E1C2对应的端子。
[0077]上述的反向并联连接有FWD2的第一 IGBTl是构成三电平逆变器500 (参照图9、图10)的上臂的元件，第一反向截止IGBT5是构成交流开关15 (参照图9)的局部的元件。
[0078]图1 (b)所示的封装体56，包括各端子配置，均与现有的半导体模块47的封装体56a (参照图17 (b))相同。
[0079]这样，图1的半导体模块100中使用的封装体56能够与图17 (b)所示的现有技术的半导体模块47的现有的封装体56a共用，因此，无需开发新的封装体用于三电平逆变器500,能够缩短第一半导体模块100的开发时间，实现低成本化。
[0080]另外，无需开发新的封装体，而能够容易提供宽额定电流和额定电压的第一半导体模块100。
[0081]〈实施例2>
[0082]图3是本发明的第二实施例的半导体模块的结构图，该图(a)是主要部分电路图，该图(b)是主要部分平面图。图4是图3的半导体模块的内部结构图。图4中，所举的例是如下配置:具有反向耐压的第二反向截止IGBT6并联连接有四个，不具有反向耐压的第二 IGBT3 (通常使用的IGBT)并联连接有四个，四个FWD4与各通常的第二 IGBT3反向并联。这与除去图18的FWD (Dl)的情形的配置相同。另外，I和II的Q22在封装体56内连接，配置在封装体56上的是I的Q22，它是与图17的E1C2对应的端子。
[0083]另外，该第二半导体模块200的特征在于，三电平逆变器的串联连接电路的下臂的反向并联有FWD4的不具有反向耐压的第二 IGBT3和交流开关的另一方的具有反向耐压的第二反向截止IGBT6收纳在与现有的封装体56a相同的封装体56中。
[0084]图3中，第二半导体模块200是将反向并联连接有FWD4的第二 IGBT3与第二反向截止IGBT6串联连接的结构，第二 IGBT3的集电极与第二反向截止IGBT6的发射极连接。
[0085]在第二半导体模块200的封装体56上，配置有与第二 IGBT3的发射极连接的低电位侧端子8(E22)、与第二反向截止IGBT6的集电极连接的第二中间电位辅助端子12(M22)、与第二 IGBT3的集电极和第二反向截止IGBT6的发射极的连接点IOa连接的第二连接端子10 (Q22)、和第二 IGBT3和第二反向截止IGBT6各自的栅极端子G2和辅助发射极端子E2。
[0086]另外，在封装体56上，配置有第二 IGBT3和第二反向截止IGBT6各自的栅极端子G3、G4和辅助发射极端子E3、E4。上述的Q22是与图17的E1C2对应的端子。
[0087]上述的反向并联连接有FWD4的第二 IGBT3是构成三电平逆变器500的下臂的元件，第二反向截止IGBT6是构成交流开关15 (参照图9)的局部的元件。
[0088]图3 (b)所示的封装体56，包括各端子配置，均与串联连接两个现有技术的IGBT芯片而收纳的现有的半导体模块47的封装体56a (参照图17)相同。
[0089]这样，图3 (b)的半导体模块200中使用的封装体56能够与图17 (b)所示的现有技术的半导体模块47的现有的封装体56a共用，因此，无需开发新的封装体用于三电平逆变器500，能够缩短第二半导体模块200的开发时间，实现低成本化。
[0090]另外，无需开发新的封装体，而能够容易提供宽额定电流和额定电压的第二半导体模块200。
[0091]另外，图中的G3、E3是第二反向截止IGBT6的栅极端子，发射极端子，G4、E4是第
二IGBT3的栅极端子、发射极端子。
[0092]<实施例3>
[0093]图5和图6是本发明的第三实施例的上下臂成套件，图5是主要部分电路图，图6是主要部分平面图。
[0094]该上下臂成套件300包括作为图9和图10所示的三电平逆变器500的上臂侧的上述第一半导体模块100和作为下臂侧的第二半导体模块200的一对器件组。
[0095]对使用未连接上下臂的图5和图6的上下臂成套件300构成三电平逆变器500的一个上下臂的方法进行说明。
[0096]上述第一半导体模块100的第一连接端子9 (QlI)和第二半导体模块200的第二连接端子10 (Q22)用虚线表示的第一连接导体13连接作为三电平逆变器500 (参照图9、图10)的输出端子，例如U端子。
[0097]上述第一半导体模块100的第一中间电位辅助端子11 (Mll)和第二半导体模块200的第二中间电位辅助端子12 (M22)用虚线表示的第二连接导体14连接作为三电平逆变器500的中间电位端子，M端子。
[0098]上述第一半导体模块100的高电位侧端子7 (Cll)与三电平逆变器500的未图示的P端子连接，第二半导体模块200的低电位侧端子8 (E22)与三电平逆变器500的未图示的N端子连接。
[0099]这样，使用与现有的封装体56a相同的封装体56构成该上下臂成套件300，因此能够实现上下臂成套件300的低成本化。另外，能够容易提供宽额定电流和额定电压的上下臂成套件300。
[0100]另外，上述上下臂成套件300包括未相互连接的第一半导体模块100和第二半导体模块200。
[0101]〈实施例4>
[0102]图7和图8是本发明的第四实施例的上下臂成套件，图7是主要部分电路图，图8是主要部分平面图。
[0103]图7和图8的上下臂成套件400与图5和图6的上下臂成套件300的不同之处在于，上臂侧的第一半导体模块100的Qll、Mll和下臂侧的第二半导体模块200的Q22、M22用第三连接导体16、第四连接导体17连接，从而使上下臂的半导体模块100、200 —体化。
[0104]这种情况下，上下臂被一体化，因此使用方便。另外，能够得到与第三实施例同样的效果。
[0105]〈实施例5>
[0106]图9和图10是本发明的第五实施例的三电平逆变器的结构图，图9是主要部分电路图，图10是主要部分平面图。图10中对图9所示的第一、第二直流电源23、24未进行图
/Jn ο
[0107]三个上下臂成套件300 (图5和图6)各自的Q11、Q22用第一连接导体13连接，作为输出端子，即U端子、V端子、W端子。
[0108]另外，三个上下臂成套件300各自的Mil、M22用第二连接导体14连接，作为中间电位端子，即M端子。这部分构成图9所示的三电平逆变器500的交流开关15。
[0109]另外，第一半导体模块100的高电位侧端子7(C11)分别用第五连接导体21连接，作为三电平逆变器500的P端子。
[0110]另外，第二半导体模块200的高电位侧端子8(E22)分别用第六连接导体22连接，作为三电平逆变器500的N端子。
[0111]第一直流电源23的正极和负极分别与三电平逆变器500的P端子和M端子连接，第二直流电源24的正极和负极分别与三电平逆变器500的M端子和N端子连接，由此构成三电平逆变器500。另外，虽未图示，但在某些情况下，通过在两处设置作为中间电位端子的M端子，能够减少与第一、第二直流电源23、24连接的配线阻抗。
[0112]这样使用三个由一对的构成上臂侧的第一半导体模块100和构成下臂侧的第二半导体模块200构成的上述的上下臂成套件300，制作三电平逆变器500，因此能够实现三电平逆变器500的低成本化。另外，能够容易制作宽额定电流和额定电压的三电平逆变器500。
[0113]〈实施例6>
[0114]图11和图12是本发明的第六实施例的三电平逆变器的结构图，图11是主要部分电路图，图12是主要部分平面图。图12中对图10所示的第一、第二直流电源23、24未进行图示。
[0115]该三电平逆变器600与图9和图10的三电平逆变器500不同之处在于，使用了上下臂成套件400，而不是上下臂成套件300。上下臂成套件400中，第一半导体模块100和第二半导体模块200由第三、第四连接导体16、17连接，因此将该第三、第四连接道题16、17与第7连接导体25、第八连接导体26分别在连接点18、19处连接，作为M端子、U端子、V端子、W端子。
[0116]第一直流电源23的正极和负极分别与三电平逆变器600的P端子和M端子连接，第二直流电源24的正极和负极分别与三电平逆变器600的M端子和N端子连接，由此构成三电平逆变器600。另外，虽未图示，但在某些情况下，通过在两处设置作为中间电位端子的M端子，能够减少与第一、第二直流电源23、24连接的配线阻抗。
[0117]该三电平逆变器600的情形中也能够得到与上述的三电平逆变器500同样的效
果O
[0118]另外，上述的第一实施例至第六实施例以IGBT为半导体元件的例子进行了说明，但是也可以使用功率M0SFET。然而，内置FWD的功率MOSFET的情形中，无需在外安装FWD。另外，功率MOSFET没有反向耐压，因此用于与反向截止IGBT对应的部位的功率MOSFET需
要与二极管串联连接。
[0119]上述内容仅仅是为了表示本发明的原理。
[0120]而且，对于本领域技术人员来说能够作出各种变形、变更，本发明并不限于如上所述那样示出和说明的准确结构和应用例，对应的所有变形例和等效物均视为由所附权利要求及其等效物限定的本发明的范围。
[0121]符号说明
[0122]I 第一 IGBT
[0123]2、4 FffD[0124]3 第二 IGBT
[0125]5第一反向截止IGBT
[0126]6第二反向截止IGBT
[0127]7高电位侧端子(Cl I)
[0128]8低电位侧端子(E22)
[0129]9第一连接端子(QlI)
[0130]9a、10a、18、19 连接点
[0131]10第二连接端子(Q22)
[0132]11第一中间电位辅助端子(Ml I)
[0133]12第二中间电位辅助端子(M22)
[0134]13第一连接导体(输出端子:U端子、V端子、N端子)
[0135]14第二连接导体(中间电位端子:M端子)
[0136]15交流开关
[0137]16第三连接导体
[0138]17第四连接导体
[0139]21第五连接导体(P端子)
[0140]22第六连接导体(N端子)
[0141]23第一直流电源
[0142]24第二直流电源
[0143]25第七连接导体(中间电位端子:M端子)
[0144]26第八连接导体(输出端子:U端子、V端子、W端子)
[0145]56封装体(与现有封装体56a相同)
[0146]100第一半导体模块
[0147]200第二半导体模块
[0148]300、400上下臂成套件
[0149]500,600三电平逆变器
【权利要求】
1.一种半导体模块，其特征在于，包括: 将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件； 与所述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件； 收纳有所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件的第一封装体； 配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll)； 配置在所述第一封装体的上表面的与所述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mll);和 配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)。
2.—种半导体模块，其特征在于，包括: 具有反向耐压的第二反向截止开关元件； 与所述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件； 收纳有所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件的第二封装体； 配置在所述第二封装体的上表面并与所`述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22); 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22 )。
3.如权利要求1所述的半导体模块，其特征在于: 所述第一开关元件是不具有反向耐压的绝缘栅双极晶体管， 所述第一反向截止开关元件是具有反向耐压的反向截止绝缘栅双极晶体管，所述高电位侧为集电极，所述低电位侧为发射极。
4.如权利要求2所述的半导体模块，其特征在于: 所述第二开关元件是不具有反向耐压的绝缘栅双极晶体管， 所述第二反向截止开关元件是具有反向耐压的反向截止绝缘栅双极晶体管，所述高电位侧为集电极，所述低电位侧为发射极。
5.一种上下臂成套件，包括作为三电平逆变器的上臂侧的第一半导体模块和作为所述三电平逆变器的下臂侧的第二半导体模块这一对器件组，该上下臂成套件的特征在于: 所述第一半导体模块包括: 将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件； 与所述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件； 收纳有所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件的第一封装体； 配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll)； 配置在所述第一封装体的上表面的与所述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mll);和配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)， 所述第二半导体模块包括: 具有反向耐压的第二反向截止开关元件； 与所述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件； 收纳有所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件的第二封装体； 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22); 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22 )。
6.一种上下臂成套件，包括第一半导体模块和第二半导体模块，该上下臂成套件的特征在于: 所述第一半导体模块包括: 将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第一开关元件； 与所述第一开关元件串联连接的具有反向耐压的第一反向截止开关元件； 收纳有所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件的第一封装体； 配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件的高电位侧连接的高电位侧端子(Cll)； 配置在所述第一封装体的上表面的与所述第一反向截止开关元件的低电位侧连接的第一中间电位辅助端子(Mll);和 配置在所述第一封装体的上表面并与所述第一开关元件和所述第一反向截止开关元件连接的第一连接端子(Q11)， 所述第二半导体模块包括: 具有反向耐压的第二反向截止开关元件； 与所述第二反向截止开关元件串联连接并将续流二极管反向并联连接而成的不具有反向耐压的第二开关元件； 收纳有所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件的第二封装体； 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二反向截止开关元件的高电位侧连接的第二中间电位辅助端子(M22); 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二开关元件的低电位侧连接的低电位侧端子(E22);和 配置在所述第二封装体的上表面并与所述第二反向截止开关元件和所述第二开关元件连接的第二连接端子(Q22 )， 所述第一连接端子(Qll端子)和所述第二连接端子(Q22端子)由第一连接导体连接，所述第一半导体模块的中间电位辅助端子(MlI端子)和所述第二半导体模块的中间电位辅助端子(M22端子)由第二连接导体连接。
7.一种三电平逆变器，其特征在于: 将权利要求5所述的上下臂成套件并联配置三个， 所述第一半导体模块的所述高电位侧端子(Cll端子)彼此由第三连接导体连接，所述第二半导体模块的低电位侧端子(E22端子)彼此由第四连接导体连接，各所述第一半导体模块的中间电位辅助端子(Mll)和各所述第二半导体模块的中间电位辅助端子(M22)彼此由第五连接导体连接，所述第三连接导体和所述第五连接导体分别与第一直流电源的正极和负极连接，所述第五连接导体和所述第四连接导体分别与第二直流电源的正极和负极连接，各所述第一半导体模块的第一连接端子(Qll)和各所述第二半导体模块的第二连接端子(Q22)各自由第六连接导体连接，该三个第六连接导体为作为输出端子的U端子、V端子、W端子。
8.一种三电平逆变器，其特征在于: 将权利要求6所述的上下臂成套件并联配置三个， 三个所述第一连接导体分别与作为三电平逆变器的输出端子的U端子、V端子、W端子连接，所述第二连接导体彼此连接在一起作为中间电位端子(M端子)，经由第三连接导体(P端子)将所述第一半导体模块的高电位侧端子分别和第一直流电源的正极连接，该第一直流电源的负极与所述中间电位端子(M端子)连接，经由第四连接导体(N端子)将所述第二半导体模块的低电位侧端子分别和第二直流电源的负极连接，该第二直流电源的正极与所述中间电位端子(M端 子)连接。
【文档编号】H02M7/00GK103597730SQ201280028073
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年6月6日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】小川省吾 申请人:富士电机株式会社