CN103238269B - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

提供既能够抑制由浪涌电压引起的电力变换用半导体元件的破坏又能够减小装置整体的布线电感的电力变换装置。该功率模块（100）具备功率模块主体部（100a），功率模块主体部（100a）包含：P侧导电板（3），其隔开间隔配置在功率模块主体部（100a）内；第1N侧导电板（4a）以及第2N侧导电板（4b）；P侧半导体元件（5），其配置在P侧导电板（3）的表面上；N侧半导体元件（6），其配置在第1N侧导电板（4a）的表面上并与P侧半导体元件（5）电连接；和电容器（13），其用于抑制浪涌电压，被配置为在功率模块主体部（100a）的内部，在P侧半导体元件（5）与N侧半导体元件（6）之间与P侧导电板（3）和第2N侧导电板（4b）连接。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置，特别涉及具有电力变换用半导体元件的电力变换装置。
背景技术
以往，公知有具有电力变换用半导体元件的电力变换装置（例如参照专利文献1）。
在上述专利文献1中公开了如下的半导体装置（电力变换装置）：该半导体装置具有：IGBT（电力变换用半导体元件）；与IGBT电连接的引线框；以及被设置成内部包含有IGBT和引线框的模塑树脂。该半导体装置构成为，通过使IGBT进行开关来使电流在IGBT的集电极与发射极之间流动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-103623号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在上述专利文献1所述的半导体装置中具有如下这样的问题：当使IGBT（电力变换用半导体元件）进行开关时，有时由于产生浪涌电压而破坏电力变换用半导体元件。另外，一般希望在上述这样的现有电力变换装置中减小装置整体的布线电感。
本发明是为了解决上述这样的课题而完成的，本发明的1个目的是提供既能够抑制由浪涌电压引起的电力变换用半导体元件的破坏又能够减小装置整体的布线电感的电力变换装置。
解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明一个方面的电力变换装置具备电力变换装置主体部，电力变换装置主体部包含：第1导电板以及第2导电板，它们隔开间隔配置在电力变换装置主体部内；第1电力变换用半导体元件，其配置在第1导电板的表面上；第2电力变换用半导体元件，其配置在第2导电板的表面上，与第1电力变换用半导体元件电连接；以及电容器，其用于抑制浪涌电压，该电容器被配置为在电力变换装置主体部的内部，在第1电力变换用半导体元件与第2电力变换用半导体元件之间与第1导电板和第2导电板连接。
在该一个方面的电力变换装置中，如上所述，在电力变换装置主体部设置有配置于第1导电板的表面上的第1电力变换用半导体元件和配置于第2导电板的表面上并与第1电力变换用半导体元件电连接的第2电力变换用半导体元件，由此与分别在不同的2个电力变换装置主体部上单独地设置第1电力变换用半导体元件和第2电力变换用半导体元件的情况相比，可减小第1电力变换用半导体元件与第2电力变换用半导体元件之间的距离，所以能够减小第1电力变换用半导体元件与第2电力变换用半导体元件之间的布线电感。另外，将电容器设置为在电力变换装置主体部的内部，在第1电力变换用半导体元件与第2电力变换用半导体元件之间与第1导电板和第2导电板连接，由此能够抑制浪涌电压引起的电力变换用半导体元件的破坏，并且与在电力变换装置主体部的外部设置电容器的情况相比，第1电力变换用半导体元件以及第2电力变换用半导体元件与电容器之间的距离变小，所以能够减小第1电力变换用半导体元件以及第2电力变换用半导体元件与电容器之间的布线电感。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的功率模块的结构的分解立体图。
图2是示出本发明第1实施方式的功率模块的结构的沿着X方向的剖视图。
图3是从侧方观察本发明第1实施方式的功率模块的图。
图4是本发明第1实施方式的功率模块主体部的俯视图。
图5是取下本发明第1实施方式的功率模块主体部的壳体的状态的俯视图。
图6是沿着图4的400-400线的剖视图。
图7是沿着图4的500-500线的剖视图。
图8是沿着图4的600-600线的剖视图。
图9是沿着图4的700-700线的剖视图。
图10是用于说明本发明第1实施方式的功率模块主体部的内部结构的分解立体图。
图11是本发明第1实施方式的功率模块的电路图。
图12是应用了本发明第1实施方式的功率模块的斩波电路的电路图。
图13是应用了比较例的功率模块的斩波电路的电路图。
图14是示出应用了比较例的功率模块的斩波电路的仿真结果的图。
图15是示出应用了本发明第1实施方式的功率模块的斩波电路的仿真结果的图。
图16是设置本发明第2实施方式的功率模块主体部的P侧半导体元件的一侧的俯视图。
图17是设置本发明第2实施方式的功率模块主体部的N侧半导体元件的一侧的俯视图。
图18是从本发明第2实施方式的功率模块主体部的箭头Y1方向侧观察的侧视图。
图19是从本发明第2实施方式的功率模块主体部的箭头X2方向侧观察的侧视图。
图20是用于说明本发明第2实施方式的功率模块主体部的内部结构的分解立体图。
具体实施方式
以下，根据附图来说明本发明的实施方式。
（第1实施方式）
首先，参照图1～图3来说明本发明第1实施方式的功率模块100的结构。此外，功率模块100是本发明的“电力变换装置”的一例。
如图1所示，本发明第1实施方式的功率模块100由3个功率模块主体部100a、100b、100c和布线基板200构成。此外，功率模块主体部100a、100b、100c分别是本发明的“电力变换装置主体部”的一例。
功率模块100构成与电机等连接的3相逆变电路。构成该功率模块100的功率模块主体部100a、100b以及100c各自的箭头X1方向侧的部分作为3相逆变电路的上侧臂（P侧）发挥作用。另外，功率模块主体部100a、100b以及100c各自的箭头X2方向侧的部分作为3相逆变电路的下侧臂（N侧）发挥作用。此外，功率模块主体部100a、100b以及100c分别进行U相、V相、W相的电力变换。另外，功率模块主体部100a、100b以及100c分别具有大致相同的结构，因此，以下主要说明功率模块主体部100a。
如图2所示，在布线基板200的内部设置有由导电性金属板构成的P相母线200a、U相母线200b以及N相母线200c。另外，如图1所示，这些P相母线200a、U相母线200b以及N相母线200c的一部分以与功率模块主体部100a的后述的P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12a对应的方式从布线基板200的下表面（箭头Z2方向侧的表面）露出。此外，在布线基板200的内部，以与功率模块主体部100b以及100c的后述的V相端子连接部以及W相端子连接部对应的方式设置有V相母线以及W层母线。
功率模块主体部100a构成为在功率模块主体部100a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）与布线基板200电连接。具体地说，如图1～图3所示，构成为，功率模块主体部100a的后述的P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12a（参照细点状的阴影部）与布线基板200的P相母线200a、U相母线200b以及N相母线200c的从布线基板200的下表面（箭头Z2方向侧的表面）露出的部分经由凸起电极300进行接合。
另外，如图3所示，构成为，隔开规定的距离（空间）配置功率模块主体部100a和布线基板200。在此空间中例如填充具有导热性的树脂等。由此，能够提高功率模块100的散热性，并且固定功率模块主体部100a、功率模块主体部100b以及功率模块主体部100c和布线基板200。另外，可利用树脂来抑制对功率模块主体部100a和布线基板200进行连接的P相母线200a、N相母线200c、U相母线200b被腐蚀。此外，也可利用具有导热性的化合物来代替该树脂。
接着，参照图4～图11来说明本发明第1实施方式的功率模块主体部100a的详细结构。
如图4～图10所示，在功率模块主体部100a上设置有金属板1、绝缘基板2、P侧导电板3、第1N侧导电板4a、第2N侧导电板4b、2个P侧半导体元件5、2个N侧半导体元件6、4个柱状电极7、2个P侧控制端子8、2个N侧控制端子9、P侧端子10、U相端子11、N侧端子12和缓冲电容器13。此外，金属板1是本发明的“背面侧电极”的一例。另外，P侧导电板3是本发明的“第1导电板”的一例。另外，第1N侧导电板4a是本发明的“第2导电板”以及“元件侧第2导电板”的一例。另外，第2N侧导电板4b是本发明的“第2导电板”以及“端子侧第2导电板”的一例。另外，柱状电极7是本发明的“电极用导体”的一例。另外，N侧端子12是本发明的“负侧输入输出端子”的一例。另外，缓冲电容器13是本发明的“电容器”的一例。
另外，功率模块主体部100a的P侧导电板3、第1N侧导电板4a、第2N侧导电板4b、P侧半导体元件5、N侧半导体元件6、柱状电极7和缓冲电容器13被由树脂等构成的壳体14覆盖。另外，P侧端子10、U相端子11和N侧端子12从壳体14的上表面（箭头Z1方向侧的表面）露出。另外，金属板1、P侧导电板3、第1N侧导电板4a以及第2N侧导电板4b由铜等金属构成。另外，绝缘基板2由陶瓷等绝缘物构成。在该功率模块主体部100a中，由金属板1、绝缘基板2以及P侧导电板3构成P侧的绝缘电路基板，由金属板1、绝缘基板2、第1N侧导电板4a以及第2N侧导电板4b构成N侧的绝缘电路基板。此外，P侧半导体元件5是本发明的“第1电力变换用半导体元件”的一例。另外，N侧半导体元件6是本发明的“第2电力变换用半导体元件”的一例。
2个P侧半导体元件5由1个P侧晶体管元件5a和1个P侧二极管元件5b构成。该P侧晶体管元件5a例如是MOSFET（场效应型晶体管）。另外，P侧二极管元件5b例如是SBD（肖特基势垒二极管）。此外，P侧二极管元件5b具有作为续流二极管的功能。如图11所示，P侧晶体管元件5a与P侧二极管元件5b并联地电连接。具体地说，P侧二极管元件5b的阴极电极与P侧晶体管元件5a的漏电极电连接。另外，P侧二极管元件5b的阳极电极与P侧晶体管元件5a的源电极电连接。此外，P侧晶体管元件5a是本发明的“电压驱动型晶体管元件”的一例。另外，P侧二极管元件5b是本发明的“续流二极管元件”的一例。
P侧晶体管元件5a的漏电极以及P侧二极管元件5b的阴极电极与P侧导电板3电连接。如图10所示，P侧晶体管元件5a以及P侧二极管元件5b的下表面（箭头Z2方向侧的表面）经由由焊锡构成的接合部件15与P侧导电板3的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。此外，P侧晶体管元件5a和P侧二极管元件5b在Y方向上隔开规定间隔地并排配置在P侧导电板3的表面。另外，与P侧二极管元件5b相比，P侧晶体管元件5a配置在箭头Y1方向侧。此外，也可采用由纳米银糊膏构成的接合部件来取代由焊锡构成的接合部件15。
同样，2个N侧半导体元件6由1个N侧晶体管元件6a和1个N侧二极管元件6b构成。该N侧二极管元件6b具有作为续流二极管的功能。如图11所示，N侧晶体管元件6a与N侧二极管元件6b并联地电连接。具体地说，N侧二极管元件6b的阴极电极与N侧晶体管元件6a的漏电极电连接。另外，N侧二极管元件6b的阳极电极与N侧晶体管元件6a的源电极电连接。此外，N侧晶体管元件6a是本发明的“电压驱动型晶体管元件”的一例。另外，N侧二极管元件6b是本发明的“续流二极管元件”的一例。
如图10所示，N侧晶体管元件6a和N侧二极管元件6b在Y方向上并排地配置在第1N侧导电板4a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）。另外，与N侧二极管元件6b相比，N侧晶体管元件6a配置在箭头Y1方向侧。此外，P侧晶体管元件5a和N侧晶体管元件6a以及P侧二极管元件5b和N侧二极管元件6b分别并排地配置在X方向上。另外，与N侧晶体管元件6a以及N侧二极管元件6b相比，P侧晶体管元件5a以及P侧二极管元件5b配置在箭头X1方向侧。
2个P侧控制端子8分别通过引线接合而经由引线8a与设置在P侧晶体管元件5a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）的栅电极以及源电极连接。同样，2个N侧控制端子9分别通过引线接合而经由引线9a与设置在N侧晶体管元件6a的上表面的栅电极以及源电极连接。这2个P侧控制端子8以及2个N侧控制端子9从功率模块主体部100a的壳体14的箭头Y1方向侧的侧面向箭头Y1方向侧突出。
P侧端子10构成为经由接合部件15与P侧导电板3的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，P侧端子10构成为经由P侧导电板3与P侧晶体管元件5a的漏电极以及P侧二极管元件5b的阴极电极电连接。此外，P侧端子10形成为在Z方向上延伸的柱状。
U相端子11由U相端子部11a和P侧-N侧连接用电极部11b构成。如图10所示，U相端子部11a形成为在X方向以及Y方向上延伸的平板状。另外，P侧-N侧连接用电极部11b形成为在Y方向以及Z方向上延伸的柱状。
U相端子部11a构成为与2个柱状电极7的上表面接合，这2个柱状电极7经由接合部件15与P侧晶体管元件5a以及P侧二极管元件5b各自的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，U相端子部11a构成为经由2个柱状电极7与P侧晶体管元件5a的源电极以及P侧二极管元件5b的阳极电极电连接。此外，柱状电极7形成为上端面大致平坦、沿Z方向延伸的柱状。
P侧-N侧连接用电极部11b构成为经由接合部件15与第1N侧导电板4a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。该P侧-N侧连接用电极部11b是为了使与U相端子部11a连接的P侧半导体元件5（P侧晶体管元件5a以及P侧二极管元件5b）和与第1N侧导电板4a连接的N侧半导体元件6（N侧晶体管元件6a以及N侧二极管元件6b）电连接而设置的。具体地说，P侧晶体管元件5a的源电极以及P侧二极管元件5b的阳极电极和N侧晶体管元件6a的漏电极以及N侧二极管元件6b的阴极电极通过P侧-N侧连接用电极部11b进行电连接。
N侧端子12形成为沿X方向以及Y方向延伸的平板状，经由连接电极12a与第2N侧导电板4b的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，N侧端子12构成为与2个柱状电极7的上表面接合，这2个柱状电极7经由接合部件15与N侧晶体管元件6a以及N侧二极管元件6b各自的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，N侧端子12构成为经由2个柱状电极7与N侧晶体管元件6a的源电极以及N侧二极管元件6b的阳极电极电连接。
另外，在P侧端子10、U相端子11以及N侧端子12的上表面（箭头Z1方向侧的表面）分别设置有P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12b（参照图1、图4以及图10的细点状的阴影部）。这些P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12b是为了取得与布线基板200的电连接而设置的。另外，这些P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12b作为在功率模块主体部100a与布线基板200之间流入和流出的电流的流入口以及流出口发挥作用。此外，以与上述的P侧端子连接部10a、U相端子连接部11c以及N侧端子连接部12b对应的方式，在功率模块主体部100b上设置有P侧端子连接部、V相端子连接部以及N侧端子连接部，在功率模块主体部100c上设置有P侧端子连接部、W相端子连接部以及N侧端子连接部。
这里，在第1实施方式中，以与P侧导电板3、第2N侧导电板4b直接连接的方式设置有缓冲电容器13。另外，缓冲电容器13被配置为跨越P侧导电板3和第2N侧导电板4b。此外，在缓冲电容器13的箭头X1方向的端部以及箭头X2方向的端部分别设置有电极13a。另外，缓冲电容器13的电极13a之间的部分13b由陶瓷构成。并且，利用焊锡13c接合电极13a和P侧导电板3以及第2N侧导电板4b。由此，缓冲电容器13与P侧晶体管元件5a的漏电极以及N侧晶体管元件6a的源电极电连接。另外，缓冲电容器13与P侧二极管元件5b的阴极电极以及N侧二极管元件6b的阳极电极电连接。此外，缓冲电容器13具有抑制在P侧晶体管元件5a或N侧晶体管元件6a进行开关时产生的浪涌电压的功能。此外，也可采用由纳米银糊膏构成的接合部件，来取代焊锡13c。
另外，在第1实施方式中，在俯视（从上方观察）时，缓冲电容器13配置在柱状电极7包围的区域。另外，缓冲电容器13以不经由布线而与P侧导电板3以及第2N侧导电板4b直接连接的方式配置在功率模块主体部100a内部的与布线基板200（参照图1）相反的一侧。
接着，参照图12～图15来说明针对在功率模块主体部进行开关时产生的浪涌电压的抑制进行的仿真。
在该仿真中，如图12所示，假定了第1实施方式的功率模块主体部100a（虚线）与直流电源21、电解电容器22、选通电路23、负载用电抗器24连接而得到的斩波电路25。直流电源21与功率模块主体部100a的P侧端子10、N侧端子12连接。另外，电解电容器22连接在直流电源21和P侧端子10之间以及直流电源21和N侧端子12之间。选通电路23与N侧控制端子9连接。并且，在该斩波电路25中，利用仿真求出了流过功率模块主体部100a的N侧端子12的源极电流Is。另外，利用仿真求出了功率模块主体部100a的N侧端子12与U相端子11之间的电压Vds。
另外，作为比较例，如图13所示，假定了2个功率模块主体部800a以及800b（虚线）与直流电源21、电解电容器22、选通电路23连接而得到的斩波电路801。此外，在比较例的功率模块主体部800a（800b）上设置有1个P侧晶体管元件802（N侧晶体管元件804）和1个P侧二极管元件803（N侧二极管元件805）。另外，在斩波电路801中，在功率模块主体部800a的P侧端子806与功率模块主体部800b的N侧端子807之间设置有缓冲电容器808。并且，在该斩波电路801中，利用仿真求出了流过功率模块主体部800b的N侧端子807的源极电流Is。另外，利用仿真求出了功率模块主体部800b的N侧端子807与U相端子809之间的电压Vds。
此外，在该仿真中，将直流电源21的电压假定为300V，将功率模块主体部为接通状态时的源极电流Is假定为200A。另外，载波频率（在PWM控制时用于由变频器决定输出电压的脉冲宽度的调制波的频率）假定为100kHz。另外，将比较例的功率模块主体部800a以及800b内部的布线电感假定为7.426nH，并且将第1实施方式的功率模块主体部100a内部的布线电感假定为3.0898nH。此外，在第1实施方式的功率模块主体部100a中，在1个功率模块主体部100a的内部设置有P侧晶体管元件5a、P侧二极管元件5b、N侧晶体管元件6a以及N侧二极管元件6b，另一方面，在比较例的功率模块主体部800a以及800b中，在单独的功率模块主体部内设置有P侧晶体管元件802以及P侧二极管元件803和N侧晶体管元件804以及N侧二极管元件805。因此，使比较例的功率模块主体部800a以及800b内部的布线电感大于第1实施方式的功率模块主体部100a内部的布线电感。
图14示出比较例的仿真的结果。纵轴表示电压（V）和源极电流Is（A），横轴表示时间。并且，通过该仿真可知，当功率模块主体部800a以及800b从导通状态成为关断状态时，布线电感内所蓄积的能量在图13所示的闭合电路（单点划线、LC电路）中进行共振，其结果是，产生浪涌电压并且产生振荡（脉冲状等的进行急剧变化的信号在通过电路网时产生的波纹状波形）。
另外，图15示出第1实施方式的仿真结果。并且，通过该仿真可知，当功率模块主体部100a从导通状态成为关断状态时，布线电感内所蓄积的能量在图12所示的闭合电路（单点划线、LC电路）中进行共振，其结果是，产生浪涌电压并且产生振荡。此外，在图14所示的比较例的仿真中的振荡是在功率模块主体部800a以及800b成为关断状态起经过0.775μs（=239.2-238.425）之后结束，另一方面，图15所示的第1实施方式的仿真中的振荡是在功率模块主体部100a成为关断状态起经过0.3μs（=238.53-238.23）之后结束。即，可确认示出的第1实施方式的仿真中的振荡迅速结束。另外，可知，浪涌电压的最大值在图14所示的比较例中为375V，另一方面，在图15所示的第1实施方式中为339V。即，可确认到在第1实施方式中，浪涌电压减少。这是因为第1实施方式的布线电感（3.0898nH）小于比较例的布线电感（7.426nH），所以可认为浪涌电压减少。此外，在第1实施方式（比较例）中，当未设置缓冲电容器13（808）时，浪涌电压的最大值大于比较例的浪涌电压的最大值（375V）。
在第1实施方式中，如上所述，在功率模块主体部100a上设置有配置于P侧导电板3的表面上的P侧半导体元件5和配置于第2N侧导电板4b的表面上并与P侧半导体元件5电连接的N侧半导体元件6，由此，与分别在不同的2个功率模块主体部上单独地设置P侧半导体元件5和N侧半导体元件6的情况相比，可减小P侧半导体元件5与N侧半导体元件6之间的距离，所以能够减小P侧半导体元件5与N侧半导体元件6之间的布线电感。另外，在功率模块主体部100a的内部，将缓冲电容器13设置为在P侧半导体元件5与N侧半导体元件6之间与P侧导电板3和第2N侧导电板4b连接，由此能够抑制浪涌电压引起的P侧半导体元件5以及N侧半导体元件6的破坏，并且与在功率模块主体部100a的外部基板等上设置缓冲电容器13的情况相比，P侧半导体元件5以及N侧半导体元件6与缓冲电容器13之间的距离变小，所以能够减小P侧半导体元件5以及N侧半导体元件6与缓冲电容器13之间的布线电感。
另外，在第1实施方式中，如上所述，将缓冲电容器13配置为在P侧半导体元件5与N侧半导体元件6之间与P侧导电板3和第2N侧导电板4b直接连接。由此，与经由布线等配置缓冲电容器13的情况相比，可减小缓冲电容器13与P侧导电板3以及第2N侧导电板4b之间的布线电感。
另外，在第1实施方式中，如上所述，将缓冲电容器13配置为在P侧半导体元件5与N侧半导体元件6之间跨越P侧导电板3和第2N侧导电板4b。由此，能够容易地直接连接缓冲电容器13和P侧导电板3，并且能够容易地直接连接缓冲电容器13和第2N侧导电板4b。
另外，在第1实施方式中，如上所述，使P侧半导体元件5的源电极和N侧半导体元件6的漏电极彼此电连接，使缓冲电容器13经由P侧导电板3与P侧半导体元件5的漏电极电连接，并且经由第2N侧导电板4b与N侧半导体元件6的源电极电连接。由此，可利用缓冲电容器13来抑制在P侧半导体元件5以及N侧半导体元件6开关时产生的浪涌电压。
另外，在第1实施方式中，如上所述，功率模块主体部100a包含柱状电极7，该柱状电极7形成于在P侧导电板3的表面上形成的P侧半导体元件5和在第1N侧导电板4a的表面上形成的N侧半导体元件6的表面上，具有向上方延伸的柱状，并且柱状的上端面形成为大致平坦，缓冲电容器13配置在俯视时被柱状电极7包围的区域内。由此，与缓冲电容器13配置在被柱状电极7包围的区域外的情况不同，可抑制功率模块主体部100a变大。另外，由于柱状电极7具有向上方延伸的柱状并且柱状的上端面形成为大致平坦，从而与电极例如是细线状的情况不同，可减小布线电感。结果，能够抑制由于布线电感较大而引起的P侧半导体元件5以及N侧半导体元件6无法高速动作的情况。另外，与采用细线状的电极的情况相比，使用柱形状的柱状电极7可增加散热量，所以能够提高散热性。
另外，在第1实施方式中，如上所述，功率模块主体部100a包含绝缘基板2，该绝缘基板2在正面形成有P侧导电板3、第1N侧导电板4a以及第2N侧导电板4b，在背面形成有金属板1，将缓冲电容器13配置为与P侧导电板3和第2N侧导电板4b直接连接。由此，在1个绝缘基板2的正面形成有P侧导电板3、第1N侧导电板4a、第2N侧导电板4b以及缓冲电容器13，所以与在不同的绝缘基板上分别形成P侧导电板3、第1N侧导电板4a、第2N侧导电板4b以及缓冲电容器13的情况不同，可抑制功率模块主体部100a变大的情况。
另外，在第1实施方式中，如上所述，将缓冲电容器13配置为在功率模块主体部100a内部的与布线基板200相反的一侧与P侧导电板3以及第2N侧导电板4b直接连接。由此，在P侧导电板3以及第2N侧导电板4b侧配置缓冲电容器13，所以缓冲电容器13与P侧导电板3以及第2N侧导电板4b之间的距离变小。由此，能够减小缓冲电容器13与P侧导电板3以及第2N侧导电板4b之间的布线电感。
（第2实施方式）
接着，参照图16～图20来说明第2实施方式的功率模块主体部101。在上述第1实施方式中，在上述1个绝缘基板的正面设置有P侧半导体元件和N侧半导体元件，该第2实施方式与上述第1实施方式不同，P侧半导体元件和N侧半导体元件夹在2个绝缘基板之间。
如图16、图18～图20所示，功率模块主体部101被配置为，绝缘基板112a与绝缘基板112b相对。在绝缘基板112a上设置有金属板111a、绝缘基板112a、P侧导电板113、第1N侧导电板114a、2个P侧半导体元件115、2个柱状电极117、2个P侧控制端子118、P侧端子120、N侧端子122和缓冲电容器123。另外，金属板111a接地。此外，金属板111a是本发明的“背面侧电极”的一例。另外，绝缘基板112a以及绝缘基板112b分别是本发明的“第1绝缘基板”以及“第2绝缘基板”的一例。另外，P侧导电板113是本发明的“第1导电板”的一例。另外，第1N侧导电板114a是本发明的“第2导电板”的一例。另外，柱状电极117是本发明的“电极用导体”的一例。另外，N侧端子122是本发明的“负侧输入输出端子”的一例。另外，缓冲电容器123是本发明的“电容器”的一例。
另外，如图17～图20所示，在功率模块主体部101的绝缘基板112b上设置有金属板111b、第2N侧导电板114b、2个N侧半导体元件116、2个柱状电极117、2个N侧控制端子119和U相端子121。另外，金属板111b与上述金属板111a不同，未进行接地（参照图18以及图19）。由此，与金属板111a以及金属板111b双方都接地的情况不同，U相端子121与接地（地线）之间的寄生电容变小。其结果，能够降低共模噪声。
另外，金属板111a、P侧导电板113、第1N侧导电板114a、金属板111b以及第2N侧导电板114b由铜等金属构成。另外，绝缘基板112a以及112b由陶瓷等绝缘物构成。在该功率模块主体部101中，由金属板111a、绝缘基板112a以及P侧导电板113构成P侧的绝缘电路基板，由金属板111a、绝缘基板112a、第1N侧导电板114a构成N侧的绝缘电路基板。另外，由金属板111b、绝缘基板112b、第2N侧导电板114b构成N侧的绝缘电路基板。此外，P侧半导体元件115是本发明的“第1电力变换用半导体元件”的一例。另外，N侧半导体元件116是本发明的“第2电力变换用半导体元件”的一例。
如图16所示，2个P侧半导体元件115由1个P侧晶体管元件115a和1个P侧二极管元件115b构成。该P侧晶体管元件115a例如是MOSFET（场效应型晶体管）。另外，P侧二极管元件115b例如是SBD（肖特基势垒二极管）。此外，P侧二极管元件115b具有作为续流二极管的功能。与图11所示的上述第1实施方式相同，P侧晶体管元件115a和P侧二极管元件115b并联地电连接。具体地说，P侧二极管元件115b的阴极电极与P侧晶体管元件115a的漏电极电连接。另外，P侧二极管元件115b的阳极电极与P侧晶体管元件115a的源电极电连接。此外，P侧晶体管元件115a是本发明的“电压驱动型晶体管元件”的一例。另外，P侧二极管元件115b是本发明的“续流二极管元件”的一例。
P侧晶体管元件115a的漏电极以及P侧二极管元件115b的阴极电极与P侧导电板113电连接。如图20所示，P侧晶体管元件115a以及P侧二极管元件115b的下表面（箭头Z2方向侧的表面）经由由焊锡构成的接合部件125与P侧导电板113的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。此外，P侧晶体管元件115a以及P侧二极管元件115b在Y方向上隔开规定间隔地并排配置在P侧导电板113的表面。另外，与P侧二极管元件115b相比，P侧晶体管元件115a配置在箭头Y2方向侧。此外，也可以采用由纳米银糊膏构成的接合部件，来取代由焊锡构成的接合部件125。
同样，如图17所示，2个N侧半导体元件116由1个N侧晶体管元件116a和1个N侧二极管元件116b构成。该N侧二极管元件116b具有作为续流二极管的功能。与图11所示的上述第1实施方式相同，N侧晶体管元件116a和N侧二极管元件116b并联地电连接。具体地说，N侧二极管元件116b的阴极电极与N侧晶体管元件116a的漏电极电连接。另外，N侧二极管元件116b的阳极电极与N侧晶体管元件116a的源电极电连接。此外，N侧晶体管元件116a是本发明的“电压驱动型晶体管元件”的一例。另外，N侧二极管元件116b是本发明的“续流二极管元件”的一例。
如图20所示，N侧晶体管元件116a以及N侧二极管元件116b在Y方向并列地配置在第2N侧导电板114b的上表面（箭头Z2方向侧的表面）。另外，与N侧二极管元件116b相比，N侧晶体管元件116a配置在箭头Y2方向侧。此外，在配置为绝缘基板112a与绝缘基板112b相对的状态下，P侧晶体管元件115a以及N侧晶体管元件116a和P侧二极管元件115b以及N侧二极管元件116b分别在X方向并列地配置。另外，与N侧晶体管元件116a以及N侧二极管元件116b相比，P侧晶体管元件115a以及P侧二极管元件115b配置在箭头X1方向侧。
如图16所示，2个P侧控制端子118分别利用引线接合经由引线118a与设置在P侧晶体管元件115a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）的栅电极以及源电极连接。同样，如图17所示，2个N侧控制端子119分别利用引线接合经由引线119a与设置在N侧晶体管元件116a的上表面的栅电极以及源电极连接。
如图16所示，P侧端子120构成为与P侧导电板113的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，P侧端子120构成为经由P侧导电板113与P侧晶体管元件115a的漏电极以及P侧二极管元件115b的阴极电极电连接。此外，P侧端子120形成为在X方向以及Y方向上延伸的平板状。
另外，N侧端子122构成为与第1N侧导电板114a的上表面（箭头Z1方向侧的表面）接合。另外，N侧端子122构成为在配置成绝缘基板112a与绝缘基板112b相对的状态下，经由第1N侧导电板114a与N侧晶体管元件116a的源电极以及N侧二极管元件116b的阳极电极电连接。此外，N侧端子122形成为在X方向以及Y方向上延伸的平板状。
如图17所示，U相端子121构成为与第2N侧导电板114b的上表面（箭头Z2方向侧的表面）接合。另外，U相端子121构成为经由第2N侧导电板114b与N侧晶体管元件116a的漏电极以及N侧二极管元件116b的阴极电极电连接。此外，U相端子121形成为在X方向以及Y方向上延伸的平板状。
另外，P侧端子120、N侧端子122以及U相端子121是为了实现与未图示的布线基板的电连接而设置的。另外，这些P侧端子120、N侧端子122以及U相端子121作为在功率模块主体部101与布线基板之间流入和流出的电流的流入口以及流出口发挥作用。
这里，在第2实施方式中，如图16所示，缓冲电容器123被配置为未经由布线而与设置在绝缘基板112a侧的P侧导电板113和第1N侧导电板114a直接连接。另外，缓冲电容器123被配置为跨越P侧导电板113和第1N侧导电板114a。此外，在缓冲电容器123的箭头X1方向的端部以及箭头X2方向的端部分别设置有电极123a。另外，缓冲电容器123的电极123a之间的部分123b由陶瓷构成。并且，利用焊锡123c来接合电极123a和P侧导电板113以及第1N侧导电板114a。由此，在配置为绝缘基板112a与绝缘基板112b相对的状态下，缓冲电容器123与P侧晶体管元件115a的漏电极和N侧晶体管元件116a的源电极电连接。另外，缓冲电容器123与P侧二极管元件115b的阴极电极和N侧二极管元件116b的阳极电极电连接。此外，功率模块主体部101进行U相的电力变换。另外，进行V相、W相的电力变换的功率模块主体部也具有与功率模块主体部101大致相同的结构。
在第2实施方式中，如上所述，功率模块主体部101包含绝缘基板112a和绝缘基板112b，该绝缘基板112a在正面形成有P侧导电板113以及第1N侧导电板114a，在背面形成有金属板111a，该绝缘基板112b被配置为与绝缘基板112b之间夹着P侧半导体元件115以及N侧半导体元件116而与绝缘基板112a相对，将缓冲电容器123配置为在绝缘基板112a侧与P侧导电板113和第1N侧导电板114a直接连接。由此，在P侧导电板113以及第1N侧导电板114a侧配置缓冲电容器123，所以缓冲电容器123与P侧导电板113以及第1N侧导电板114a之间的距离变小。由此，能够减小缓冲电容器123与P侧导电板113以及第1N侧导电板114a之间的布线电感。
并且，本次公开的实施方式应被理解为在所有方面均为示例，而不是限制性的内容。本发明的范围由权利要求示出，而不是由上述实施方式的说明示出，此外，还包含在与权利要求的范围等同的意思和范围内的所有变更。
例如，在上述第1以及第2实施方式中示出采用MOSFET（场效应型晶体管）以及SBD（肖特基势垒二极管）作为本发明的电力变换用半导体元件的例子，但本发明不限于此。在本发明中，只要是电力变换用半导体元件，也可以采用MOSFET以及SBD以外的半导体元件。
另外，在上述第1以及第2实施方式中示出采用MOSFET作为本发明的电压驱动型晶体管的例子，但本发明不限于此。在本发明中，只要是电压驱动型晶体管，也可以采用IGBT（绝缘栅型双极晶体管）等其它晶体管。
另外，在上述第1以及第2实施方式中示出采用SBD作为续流二极管的例子，但本发明不限于此。在本发明中，只要是续流二极管，也可以采用FRD（快速恢复二极管）等其它二极管。
另外，在上述第1以及第2实施方式中示出在功率模块主体部的P侧以及N侧分别配置一组MOSFET和SBD的例子，但本发明不限于此。在本发明中，在功率模块主体部的P侧以及N侧也可分别配置多组MOSFET和SBD。
另外，在上述第1以及第2实施方式中示出缓冲电容器被配置为不经由布线而直接利用焊锡与P侧导电板以及第1N侧导电板连接的例子，但本发明不限于此。在本发明中，只要缓冲电容器设置在功率模块主体部的内部即可。例如，也可以使缓冲电容器经由短布线在P侧导电板与第1N侧导电板之间与P侧导电板以及第1N侧导电板连接。
标号说明
1、111a金属板（背面侧电极板）
2绝缘基板
3、113P侧导电板（第1导电板）
4a第1N侧导电板（第2导电板、元件侧第2导电板）
4b第2N侧导电板（第2导电板、端子侧第2导电板）
5、115P侧半导体元件（第1电力变换用半导体元件）
5a、115a P侧晶体管元件（电压驱动型晶体管元件）
5b、115b P侧二极管元件（续流二极管元件）
6、116N侧半导体元件（第2电力变换用半导体元件）
6a、116a P侧晶体管元件（电压驱动型晶体管元件）
6b、116b P侧二极管元件（续流二极管元件）
7、117柱状电极（电极用导体）
12、122N侧端子（负侧输入端子）
13、123缓冲电容器（电容器）
100功率模块（电力变换装置）
100a、100b、100c、101功率模块主体部（电力变换装置主体部）
112a绝缘基板（第1绝缘基板）
112b绝缘基板（第2绝缘基板）
114a第1N侧导电板（第2导电板）
200布线基板

Claims (8)

1.一种电力变换装置，其具备电力变换装置主体部，
所述电力变换装置主体部包含：
第1导电板以及第2导电板，它们隔开间隔配置在所述电力变换装置主体部内；
第1电力变换用半导体元件，其配置在所述第1导电板的表面上；
第2电力变换用半导体元件，其配置在所述第2导电板的表面上，与所述第1电力变换用半导体元件电连接；以及
电容器，其用于抑制浪涌电压，该电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板连接，
所述第1电力变换用半导体元件的一个电极与所述第2电力变换用半导体元件的一个电极彼此电连接，
所述电容器经由所述第1导电板与所述第1电力变换用半导体元件的另一个电极电连接，并且经由所述第2导电板与所述第2电力变换用半导体元件的另一个电极电连接。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
所述电容器被配置为在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板直接连接。
3.根据权利要求1或2所述的电力变换装置，其中，
所述电容器被配置为在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间跨越所述第1导电板和所述第2导电板。
4.一种电力变换装置，其具备电力变换装置主体部，
所述电力变换装置主体部包含：
第1导电板以及第2导电板，它们隔开间隔配置在所述电力变换装置主体部内；
第1电力变换用半导体元件，其配置在所述第1导电板的表面上；
第2电力变换用半导体元件，其配置在所述第2导电板的表面上，与所述第1电力变换用半导体元件电连接；以及
电容器，其用于抑制浪涌电压，该电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板连接，
所述电力变换装置主体部还包含绝缘基板，该绝缘基板在正面形成有所述第1导电板以及所述第2导电板，在背面形成有背面侧导电板，
所述第2导电板包含：形成有所述第2电力变换用半导体元件的元件侧第2导电板和形成有负侧输入输出端子的端子侧第2导电板，
所述电容器被配置为与所述第1导电板和所述端子侧第2导电板直接连接。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其中，
该电力变换装置还具备布线基板，该布线基板在所述第1电力变换用半导体元件以及所述第2电力变换用半导体元件的与所述第1导电板以及所述第2导电板相反的一侧，与所述第1电力变换用半导体元件以及所述第2电力变换用半导体元件电连接，
所述电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部的与所述布线基板相反的一侧与所述第1导电板以及所述第2导电板直接连接。
6.一种电力变换装置，其具备电力变换装置主体部，
所述电力变换装置主体部包含：
第1导电板以及第2导电板，它们隔开间隔配置在所述电力变换装置主体部内；
第1电力变换用半导体元件，其配置在所述第1导电板的表面上；
第2电力变换用半导体元件，其配置在所述第2导电板的表面上，与所述第1电力变换用半导体元件电连接；以及
电容器，其用于抑制浪涌电压，该电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板连接，
所述电力变换装置主体部还包含：
第1绝缘基板，其在正面形成有所述第1导电板以及所述第2导电板，在背面形成有背面侧导电板；和
第2绝缘基板，其被配置为与所述第1绝缘基板之间夹着所述第1电力变换用半导体元件以及所述第2电力变换用半导体元件而与所述第1绝缘基板相对，
所述电容器被配置为在所述第1绝缘基板侧与所述第1导电板和所述第2导电板直接连接。
7.一种电力变换装置，其具备电力变换装置主体部，
所述电力变换装置主体部包含：
第1导电板以及第2导电板，它们隔开间隔配置在所述电力变换装置主体部内；
第1电力变换用半导体元件，其配置在所述第1导电板的表面上；
第2电力变换用半导体元件，其配置在所述第2导电板的表面上，与所述第1电力变换用半导体元件电连接；以及
电容器，其用于抑制浪涌电压，该电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在所述第1电力变换用半导体元件与所述第2电力变换用半导体元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板连接，所述第1电力变换用半导体元件以及所述第2电力变换用半导体元件包含电压驱动型晶体管元件，
所述电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在形成于所述第1导电板上的所述电压驱动型晶体管元件与形成于所述第2导电板上的所述电压驱动型晶体管元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板直接连接。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，
所述第1电力变换用半导体元件以及所述第2电力变换用半导体元件包含与所述电压驱动型晶体管元件并联连接的续流二极管元件，
所述电容器被配置为在所述电力变换装置主体部的内部，在形成于所述第1导电板上的所述续流二极管元件与形成于所述第2导电板上的所述续流二极管元件之间与所述第1导电板和所述第2导电板直接连接。
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