CN105191131A - 电力转换装置 - Google Patents

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CN105191131A CN201380074730.XA CN201380074730A CN105191131A CN 105191131 A CN105191131 A CN 105191131A CN 201380074730 A CN201380074730 A CN 201380074730A CN 105191131 A CN105191131 A CN 105191131A
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小熊清典
山口芳文
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Abstract

该电力转换装置(100、101a~101c)具备:横型开关元件(11a~11c、12a~12c),其配置在导电图案(32a、33b)上;和控制用开关元件(13a~13c、14a~14c),其隔着第2基板(2、3)配置在导电图案上,与横型开关元件连接,并且,控制横型开关元件的驱动。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及电力转换装置。
背景技术
以往,公知有具备横型开关元件的电力转换装置。例如在日本特开2011-067051号公报中公开了这样的电力转换装置。
在上述日本特开2011-067051号公报中公开了一种电力转换装置,其具备:GaN场效应晶体管(横型开关元件),其配置在基板的表面;和N沟道MOS晶体管(控制用开关元件),其配置在基板的配置有GaN场效应晶体管的表面上,与GaN场效应晶体管连接,并且控制GaN场效应晶体管的驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-067051号公报
发明内容
发明要解决的课题
可是,在上述日本特开2011-067051号公报所公开的电力转换装置中,由于GaN场效应晶体管(横型开关元件)和N沟道MOS晶体管(控制用开关元件)互相配置在同一基板的表面,因此,由于从耐热性比较高的GaN场效应晶体管发出的热传递至耐热性比较低的N沟道MOS晶体管而导致N沟道MOS晶体管的电气特性降低,其结果是,存在电力转换装置的电力转换功能降低的问题。
本发明是为了解决上述这样的课题而完成的,本发明的1个目的在于提供一种能够在具备横型开关元件的电力转换装置中抑制电力转换功能降低的电力转换装置。
用于解决问题的手段
一个方面的电力转换装置具备:横型开关元件,其配置在第1导电部件上;和控制用开关元件,其隔着绝缘部件配置在第1导电部件上,与横型开关元件连接,并且控制横型开关元件的驱动。
在一个方面的电力转换装置中,控制横型开关元件的驱动的控制用开关元件隔着绝缘部件配置在配置有横型开关元件的第1导电部件上,由此,由于隔着绝缘部件,相应地能够抑制从横型开关元件发出的热传递至控制用开关元件,因此,能够抑制控制用开关元件的电气特性降低。其结果是,能够抑制电力转换装置的电力转换功降低。另外,能够利用绝缘部件可靠地使横型开关元件和控制用开关元件绝缘,因此,能够减小横型开关元件与控制用开关元件在俯视时的间隔。其结果是,能够减小用于连接横型开关元件和控制用开关元件的布线的长度而降低阻抗,并且能够使俯视时的电力转换装置的面积小型化。
发明效果
根据上述电力转换装置,能够抑制电力转换装置的功能降低。
附图说明
图1是示出含有一个实施方式的功率模块的3相逆变装置的电路的图。
图2是一个实施方式的功率模块的俯视图。
图3是沿图2中的200-200线的剖视图。
图4是一个实施方式的功率模块的第1基板的俯视图。
图5是一个实施方式的功率模块的第2基板的俯视图。
具体实施方式
以下,基于附图对实施方式进行说明。
首先,参照图1,对具有本实施方式的功率模块101a、101b和101c的3相逆变装置100的结构进行说明。并且,功率模块101a~101c和3相逆变装置100是“电力转换装置”的一例。
如图1所示,3相逆变装置100是将分别进行U相、V相和W相的电力转换的3个功率模块101a、101b和101c并联地电连接而构成的。
功率模块101a、101b和101c构成为分别将从直流电源(未图示)经由输入端子P和N输入的直流电力转换为3相(U相、V相和W相)交流电力。并且,功率模块101a、101b和101c构成为分别将如上述那样转换的U相、V相和W相的交流电力经由输出端子U、V和W输出至外部。并且,输出端子U、V、W与马达(未图示)等连接。
功率模块101a包括:2个横型开关元件11a和12a;与2个横型开关元件分别连接的2个控制用开关元件13a和14a;2个电容器15a和16a;缓冲电容器17a;以及端子18a、19a、20a和21a。并且,横型开关元件11a和12a都是常导通型(normallyon)的开关元件(构成为当施加于栅电极G1a和G2a的电压为0V时,电流流过漏电极D1a与源电极S1a之间、以及漏电极D2a与源电极S2a之间的开关元件)。另外,控制用开关元件13a和14a都是常断开型的开关元件(构成为当施加于栅电极G3a和G4a的电压为0V时电流不流过漏电极D3a与源电极S3a之间、以及漏电极D4a与源电极S4a之间的开关元件)。另外,控制用开关元件13a、14a分别与横型开关元件11a、12a共源共栅连接。
横型开关元件11a(12a)的栅电极G1a(G2a)与控制用开关元件13a(14a)的源电极S3a(S4a)连接。由此,控制用开关元件13a(14a)构成为根据输入到栅电极G3a(G4a)的控制信号进行开关动作,来进行横型开关元件11a(12a)的驱动(开关动作)的控制。其结果是,由常导通型的横型开关元件11a(12a)和常断开型的控制用开关元件13a(14a)构成的开关电路构成为在整体上作为常断开型而受到控制。
另外,与上述功率模块101a相同,功率模块101b也包括:常导通型的2个横型开关元件11b和12b;与2个横型开关元件分别共源共栅连接的常断开型的2个控制用开关元件13b和14b;2个电容器15b和16b;缓冲电容器17b;以及端子18b、19b、20b和21b。并且,常导通型的横型开关元件11b(12b)和常断开型的控制用开关元件13b(14b)构成常断开型的开关电路。并且,控制用开关元件13b(14b)构成为根据输入到栅电极G3b(G4b)的控制信号进行开关动作,来进行横型开关元件11b(12b)的开关动作的控制。
另外,与上述功率模块101a以及101b相同,功率模块101c也包括:常导通型的2个横型开关元件11c和12c;与2个横型开关元件分别共源共栅连接的常断开型的2个控制用开关元件13c和14c;2个电容器15c和16c;缓冲电容器17c;以及端子18c、19c、20c和21c。并且,常导通型的横型开关元件11c(12c)和常断开型的控制用开关元件13c(14c)构成常断开型的开关电路。并且,控制用开关元件13c(14c)构成为根据输入到栅电极G3c(G4c)的控制信号进行开关动作,来进行横型开关元件11c(12c)的开关动作的控制。
接下来,参照图2~图5对本实施方式的功率模块101a、101b和101c的具体结构(构造)进行说明。并且,功率模块101a、101b和101c分别具有大致相同的结构,因此,下面仅对进行U相的电力转换的功率模块101a进行说明。
如图2和图3所示,功率模块101a具备:第1基板1;2个第2基板2和3;2个横型开关元件11a和12a;2个控制用开关元件13a和14a;2个电容器15a和16a;缓冲电容器17a;端子18a、19a、20a和21a;以及密封树脂22。并且,第2基板2和3是“绝缘部件”的一例。
如图2和图4所示,在第1基板1的上表面(上方(Z2方向)的表面)(控制用开关元件13a(14a)侧的面)上设置有导电图案31a、31b、31c、32a、33a、33b、34a、34b、35a、35b、36a、36b、37a、37b、38a和38b。如图4所示,在导电图案32a(33b)的配置有第2基板2(3)的部分设置有阻焊膜32b(33c)。另外,各导电图案由铜(热传导率大约为400W/mK)等的金属部件形成。并且,导电图案32a和33b是“第1导电部件”的一例。
导电图案31a、31b、31c在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案33a和33b在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案34a和34b在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案35a和35b在第1基板1的内部进行电连接。
另外,导电图案36a和36b在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案37a和37b在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案38a和38b在第1基板1的内部进行电连接。另外,导电图案38b和导电图案33a进行电连接。
如图2所示,导电图案31a与输入端子P连接。另外,导电图案32a与输出端子U连接。另外,导电图案33a与输入端子N连接。
导电图案34b与端子18a连接。另外,导电图案35b与端子19a连接。另外,导电图案36b与端子20a连接。另外,导电图案37b与端子21a连接。
如图3所示,导电图案32a和33b被配置成沿X方向隔开间隔D1。由此,导电图案32a和33b可靠地彼此电绝缘。
在此,在本实施方式中,第2基板2(3)由绝缘部件(例如,Si3N4(热传导率大约为25W/mK)等陶瓷)构成。另外,绝缘性的第2基板2(3)具有比第1基板1的各导电图案低的热传导率。如图2、图3和图5所示,在第2基板2(3)的上方(Z2方向)的表面上设有导电图案2a(3a)。导电图案2a(3a)由铜等的金属部件形成。
另外,如图2所示,第2基板2(3)的导电图案2a(3a)在俯视(从Z方向观察)时被配置成与横型开关元件11a(12a)的X方向(X1方向)侧相邻。另外,如图5所示,导电图案2a(3a)包括:在俯视时配置有控制用开关元件13a(14a)的第1部分201a(301a);和配置成与第1部分201a(301a)相邻的第2部分202a(302a)。详细来说,导电图案2a(3a)以沿着Y方向延伸的方式(以Y方向成为长度方向的方式)形成,第1部分201a(301a)被配置在Y1方向侧,第2部分202a(302a)被配置在Y2方向侧。并且,X方向是“第1方向”的一例。另外,Y方向是“第2方向”的一例。
第1部分201a(301a)在Y方向上具有L1的长度。第2部分202a(302a)在Y方向(长度方向)上具有比L1大的L2的长度。即,第2部分202a(302a)在俯视时具有比第1部分201a(301a)大的面积。
另外,如图3所示,在第2基板2(3)的下方(Z1方向)的表面上设有导电图案2b(3b)。第2基板2(3)的导电图案2b(3b)经由接合层与第1基板1的导电图案32a(33b)连接。详细来说,导电图案2b(3b)经由由焊锡等构成的接合层与第1基板1的导电图案32a(33b)的被阻焊膜32b(33c)(参照图4)包围的部分连接。
如图2所示,横型开关元件11a(12a)被配置在第1基板1的导电图案32a(33b)上。另外,横型开关元件11a(12a)构成为:栅电极G1a(G2a)、源电极S1a(S2a)、漏电极D1a(D2a)分别设置在同一侧的面(上表面)(Z2方向侧的表面)(与导电图案32a(33b)相反的一侧的面)上。即,当横型开关元件11a(12a)驱动时,电流主要流过设置有各电极的单侧的面侧,因此,主要从设置有各电极的一侧的面发热。换言之,横型开关元件11a(12a)的设置有各电极的一侧的面成为发热面。
另外,横型开关元件11a(12a)由含有GaN(氮化镓)的半导体材料构成。另外,横型开关元件11a(12a)具有大约200℃的温度的耐热性。
另外,如图2所示,横型开关元件11a(12a)的漏电极D1a(D2a)通过多个线112(122)与第1基板1的导电图案31b(32a)连接。另外,横型开关元件11a(12a)的源电极S1a(S2a)通过多个线111(121)与第2基板2(3)的导电图案2a(3a)连接。具体来说,横型开关元件11a(12a)的源电极S1a(S2a)和导电图案2a(3a)的第2部分202a(302a)通过沿X方向延伸的多个线111(121)连接。并且,线111和121是“第1线”的一例。
另外,横型开关元件11a(12a)的栅电极G1a(G2a)通过多个线113(123)与第1基板1的导电图案32a(33b)连接。另外,如图3所示,横型开关元件11a(12a)的与设有电极的面相反的一侧(Z1方向侧)(导电图案32a(33b)侧)的面(下表面)经由接合层与第1基板1的导电图案32a(33b)的上表面(Z2方向侧的面)(控制用开关元件13a(14a)侧的面)连接。即,横型开关元件11a(12a)使发热面朝向上侧(Z2方向侧)而与第1基板1的导电图案32a(33b)的上表面(Z2方向侧的表面)接合。
另外,横型开关元件11a(12a)的下表面(Z1方向侧的表面)配置在距离导电图案32a(33b)的表面大约100μm的高度位置。另外,横型开关元件11a(12a)的上表面(Z2方向侧的表面)配置在距离导电图案32a(33b)的表面大约600μm的高度位置。
控制用开关元件13a(14a)由具有栅电极G3a(G4a)、源电极S3a(S4a)、漏电极D3a(D4a)的纵型器件构成。具体来说,控制用开关元件13a(14a)的栅电极G3a(G4a)和源电极S3a(S4a)配置在上方(Z2方向)侧,漏电极D3a(D4a)配置在下方(Z1方向)侧。另外,控制用开关元件13a(14a)由含有硅(Si)的半导体材料构成。另外,控制用开关元件13a(14a)具有大约150℃温度的耐热性。
在此,在本实施方式中,如图3所示,控制用开关元件13a(14a)隔着第2基板2(3)配置在配置有横型开关元件11a(12a)的导电图案32a(33b)上。详细来说,控制用开关元件13a(14a)隔着导电图案2a(3a)配置在第2基板2(3)上。
另外,控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)(导电图案32a(33b)侧的面)经由焊锡等的接合层与导电图案2a(3a)的第1部分201a(301a)的上表面(Z2方向侧的面)(与导电图案32a(33b)相反的一侧的面)接合。即,第1基板1、导电图案32a(33b)、第2基板2(3)和控制用开关元件13a(14a)被配置成朝向Z2方向按照该顺序层叠。
另外,如图5所示,控制用开关元件13a(14a)被配置在第1部分201a(301a),该第1部分201a(301a)设置在导电图案2a(3a)的Y方向上的端子18a和19a(20a和21a)侧(Y1方向侧)的端部附近。另外,如图3所示,控制用开关元件13a(14a)被配置成在X方向上与横型开关元件11a(12a)隔开间隔D2。
另外,如图2和图3所示,控制用开关元件13a(14a)的漏电极D3a(D4a)经由由焊锡等构成的接合层与第2基板2(3)的导电图案2a(3a)连接。另外,控制用开关元件13a(14a)的源电极S3a(S4a)经由由铜或铝等构成的线131以及132(141和142)分别与第1基板1的导电图案32a以及35a(33b以及37a)连接。
即,控制用开关元件13a(14a)的源电极S3a(S4a)经由线132(142)与在导电图案2a(3a)的Y1方向侧分离地配置的端子19a(21a)连接。并且,线132和142是“第2线”的一例。
另外,控制用开关元件13a(14a)的栅电极G3a(G4a)经由由铜或铝等构成的线133(143)与第1基板1的导电图案34a(36a)连接。即,控制用开关元件13a(14a)的栅电极G3a(G4a)通过线133(143)与分离地配置在导电图案2a(3a)的Y1方向侧的端子18a(20a)连接。并且,线133和143是“第2线”的一例。
另外,如图3所示,控制用开关元件13a(14a)被配置成在高度方向(Z方向)上与导电图案32a(33b)隔开间隔D3(例如大约1000μm)。即,控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的表面)被配置在距离导电图案32a(33b)的表面大约1000μm的高度位置。因此,控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)被配置在比横型开关元件11a(12a)的下表面(Z1方向侧的面)(高度大约100μm)高的位置。另外,控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)被配置在比横型开关元件11a(12a)的上表面(Z2方向侧的面)(高度大约600μm)高的位置。
另外,横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)之间的俯视时(从Z方向观察)的间隔D2比导电图案32a(33b)与控制用开关元件13a(14a)在高度方向(Z方向)上的间隔D3小。即,横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)在高度方向(Z方向)上分离而绝缘,因此,能够减小俯视时的方向(X方向)上的间隔。
另外,导电图案32a(33b)上的横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)的在俯视时的(从Z方向观察的)间隔D2比导电图案32a与33b之间的俯视时的间隔D1小。
如图2所示,电容器15a和16a是为了抑制噪音而设置的。另外,电容器15a和16a由MOS栅极电容器构成。另外,电容器15a(16a)被配置成连接第1基板1的导电图案34b(36b)和导电图案35b(37b)。
如图2所示,缓冲电容器17a被配置成连接第1基板1的导电图案31c和导电图案38a。
密封树脂22被填充在第1基板1的上侧(Z2方向侧)。即,横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)由密封树脂22密封。另外,密封树脂22具有高耐热性。另外,密封树脂22例如由环氧类的树脂构成。另外,密封树脂22由绝缘性的材料构成。
在本实施方式中,如上所述,将控制横型开关元件11a(12a)的驱动的控制用开关元件13a(14a)隔着第2基板2(3)配置在配置有横型开关元件11a(12a)的导电图案32a(33b)上,由此,由于隔着第2基板2(3),因此,相应地能够抑制从横型开关元件11a(12a)发出的热传递至控制用开关元件13a(14a),因此,能够抑制控制用开关元件13a(14a)的电气特性降低。其结果是,能够抑制功率模块101a的电力转换功能降低。另外,能够利用第2基板2(3)可靠地使横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)绝缘,因此,能够减小横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)的在俯视时的(从Z方向观察的)间隔。其结果是,能够减小用于连接横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)的线111(121)的长度而降低阻抗,并且能够使俯视时的功率模块101a的面积小型化。
另外,在本实施方式中,如上所述,在第2基板2(3)上隔着导电图案2a(3a)配置有控制用开关元件13a(14a)。由此,能够利用导电图案2a(3a)容易地对控制用开关元件13a(14a)进行布线。
另外,在本实施方式中,如上所述,导电图案2a(3a)在俯视(从Z方向观察)时具有:配置有控制用开关元件13a(14a)的第1部分201a(301a);和配置成与第1部分201a(301a)相邻的第2部分202a(302a),第2部分202a(302a)在俯视(从Z方向观察)时具有比第1部分201a(301a)大的面积。由此,能够容易地使控制用开关元件13a(14a)所发出的热和从横型开关元件11a(12a)传递的热从比第1部分201a(301a)大的第2部分202a(302a)散发。
另外,在本实施方式中,如上所述,利用线111(121)连接横型开关元件11a(12a)和导电图案2a(3a)的第2部分202a(302a),由此,能够利用第2部分202a(302a)和线111(121)容易地使横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)进行共源共栅连接。
另外,在本实施方式中,如上所述,利用多个线111(121)连接横型开关元件11a(12a)和导电图案2a(3a)的第2部分202a(302a),由此,能够降低布线(线111(121)的阻抗,并且能够容易地确保需要的电流容量。
另外,在本实施方式中,如上所述,在俯视(从Z方向观察)时,导电图案2a(3a)被设置成与横型开关元件11a(12a)在X方向上相邻,并且,Y方向为长度方向,将导电图案2a(3a)的第1部分201a(301a)和第2部分202a(302a)配置成在Y方向上相邻,利用沿X方向延伸的线111(121)连接导电图案2a(3a)的第2部分202a(302a)和横型开关元件11a(12a)。由此,由于与沿X方向延伸的线111(121)连接的第2部分202a(302a)在Y方向上延伸,因此,能够抑制使横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)进行共源共栅连接时的线111(121)的长度变大。由此,也能够降低布线(线111(121))的阻抗。
另外,在本实施方式中,如上所述,使导电图案2a(3a)的第2部分202a(302a)的长度方向(Y方向)的长度L2大于第1部分201a(301a)的长度方向(Y方向)的长度L1,由此能够增大将多个线111(121)与第2部分202a(302a)连接时的自由度。另外,能够容易地将第2部分202a(302a)的面积设置得大于第1部分201a(301a)的面积。
另外,在本实施方式中,如上所述,将控制用开关元件13a(14a)配置于设置在导电图案2a(3a)的Y方向上的端子18a和19a(20a和21a)侧的端部附近的第1部分201a(301a),并且利用线133和132(143和142)分别与端子18a以及19a(20a、21a)连接。由此,能够抑制控制用开关元件13a(14a)与端子18a以及19a(20a以及21a)之间的距离变大,因此,能够减小线133和132(143和142)的长度,从而降低布线(线133以及132(143以及142))的阻抗。
另外,在本实施方式中,如上所述,使控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)与导电图案2a(3a)的第1部分201a(301a)的上表面(Z2方向侧的面)接合。由此,能够容易地使横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)进行共源共栅连接。
另外,在本实施方式中,如上所述,横型开关元件11a(12a)具有设在上表面侧(Z2方向侧)的源电极S1a(S2a)、漏电极D1a(D2a)和栅电极G1a(G2a),并且,横型开关元件11a(12a)的下表面(Z1方向侧的面)与导电图案32a(33b)的上表面(Z2方向侧的面)接合。由此,横型开关元件11a(12a)的与设置有各电极的发热面(上表面)相反的一侧的面(下表面)与导电图案32a(33b)接合,因此,能够抑制从横型开关元件11a(12a)发出的热经由导电图案32a(33b)传递至控制用开关元件13a(14a)。
另外,在本实施方式中,如上所述,通过设置了在上表面(Z2方向侧的面)上配置有导电图案32a(33b)的第1基板1,能够容易地在第1基板1上一并形成导电图案32a(33b)和布线图案等。
另外,在本实施方式中,如上所述,将第1基板1、导电图案32a(33b)、由绝缘部件构成的第2基板2(3)和控制用开关元件13a(14a)朝向Z2方向按照该顺序层叠,由此,能够容易地组装可抑制电力转换功能降低的功率模块101a(3相逆变装置100)。
另外,在本实施方式中,如上所述,以具有比导电图案32a(33b)低的热传导率的方式构成由绝缘部件组成的绝缘性的第2基板2(3),由此,能够有效抑制从横型开关元件11a(12a)产生的热经由导电图案32a(33b)传递至控制用开关元件13a(14a)。
另外,在本实施方式中,如上所述,将控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)配置在比横型开关元件11a(12a)的下表面(Z1方向侧的面)高的位置(Z2方向侧),由此,能够使控制用开关元件13a(14a)和横型开关元件11a(12a)在高度方向(Z方向)上分离,因此,能够使控制用开关元件13a(14a)和横型开关元件11a(12a)在高度方向(Z方向)上分离而可靠地绝缘,并且能够有效抑制从横型开关元件11a(12a)产生的热传递至控制用开关元件13a(14a)。另外,通过在高度方向上分离,由此,相应地能够减小控制用开关元件13a(14a)与横型开关元件11a(12a)在相邻的方向(X方向)上的间隔,因此,能够减小俯视时的功率模块101a的面积(平面面积)。
另外,在本实施方式中,如上所述,将控制用开关元件13a(14a)的下表面(Z1方向侧的面)配置在比横型开关元件11a(12a)的上表面(Z2方向侧的面)高的位置,由此能够使控制用开关元件13a(14a)和横型开关元件11a(12a)在高度方向(Z方向)上分离。
另外,在本实施方式中,如上所述,将横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)的俯视时的(从Z方向观察的)间隔D2比导电图案32a(33b)与控制用开关元件13a(14a)在高度方向(Z方向)上的间隔D3小。这种情况下,能够在高度方向(Z方向)上确保横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)之间的绝缘距离,因此能够减小横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)的在俯视时的(从Z方向观察的)间隔。其结果是,能够容易地减小俯视时的功率模块101a的面积(平面面积)。
另外,在本实施方式中,如上所述,能够将导电图案32a(33b)上的横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)的在俯视时的(从Z方向观察的)间隔D2设定得小于导电图案32a以及33b之间的俯视时的间隔D1。由此,能够将横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a)配置在同一导电图案32a(33b)上,减小横型开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)之间的在俯视时的(从Z方向观察的)间隔。其结果是,能够容易地减小俯视时的功率模块101a的面积。
另外,在本实施方式中,如上所述,利用绝缘性的密封树脂22密封横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a),因此能够抑制异物进入横型开关元件11a(12a)和控制用开关元件13a(14a),并且能够提高绝缘的可靠性。
另外,在本实施方式中,如上所述,将控制用开关元件13a(14a)与横型开关元件11a(12a)进行共源共栅连接,由此能够根据输入到控制用开关元件13a(14a)的栅电极G3a(G4a)的控制信号进行开关动作,由此,能够容易地进行横型开关元件11a(12a)的开关动作的控制。
并且,本次公开的实施方式在所有方面均为示例,不应该认为是限制性的内容。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等同的意思和范围内的所有变更。
例如,在上述实施方式中,作为电力转换装置的一例,示出了3相逆变装置,但也可以是3相逆变装置以外的电力转换装置。
另外,在上述实施方式中,示出了使用常导通型的横型开关元件的例子,但也可以使用常断开型的横型开关元件。
另外,在上述实施方式中,示出了横型开关元件由含有GaN(氮化镓)的半导体材料构成的例子,但是,横型开关元件也可以由GaN以外的III-V族的材料或C(金刚石)等IV族的材料构成。
另外,在上述实施方式中,示出了横型开关元件和控制用开关元件在俯视时分离的结构的例子,但是,只要使横型开关元件和控制用开关元件适当地绝缘(例如,在高度方向上分离),则横型开关元件和控制用开关元件也可以在俯视观察时不分离。例如,可以将横型开关元件和控制用开关元件配置成在俯视时隔着绝缘部件或空间重合。
另外,在上述实施方式中,示出了控制用开关元件的下表面被配置在比横型开关元件的上表面高的位置的例子,但是,只要控制用开关元件的下表面配置在比横型开关元件的至少下表面高的位置即可。
另外,在上述实施方式中,示出了使用第2基板作为绝缘部件的例子,但绝缘部件也可以使用基板以外的部件。例如,绝缘性的板可以采用膜或树脂等。
另外,在上述实施方式中,使用了由Si3N4陶瓷构成的第2基板作为绝缘部件,但也可以使用由Si3N4以外的陶瓷基板或陶瓷以外的绝缘材料构成绝缘基板(绝缘部件)。
标号说明
1:第1基板;
2、3:第2基板(绝缘部件);
2a、3a:导电图案(第2导电部件);
11a、11b、11c、12a、12b、12c:横型开关元件;
13a、13b、13c、14a、14b、14c:控制用开关元件;
18a、19a、20a、21a:端子;
22:密封树脂;
32a、33b:导电图案(第1导电部件);
100:3相逆变装置(电力转换装置);
101a、101b、101c:功率模块(电力转换装置);
111、121:线(第1线);
132、133、142、143:线(第2线);
201a、301a:第1部分;
202a、302a:第2部分;
D1a、D1b、D1c、D2a、D2b、D2c:漏电极(电极);
G1a、G1b、G1c、G2a、G2b、G2c:栅电极(电极);
S1a、S1b、S1c、S2a、S2b、S2c:源电极(电极)。

Claims (20)

1.一种电力转换装置,其具备:
横型开关元件(11a~11c、12a~12c),其配置在第1导电部件(32a、33b)上;和
控制用开关元件(13a~13c、14a~14c),其隔着绝缘部件(2、3)配置在所述第1导电部件上,与所述横型开关元件连接,并且控制所述横型开关元件的驱动。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置,其中,
所述控制用开关元件隔着第2导电部件(2a、3a)配置在所述绝缘部件上。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置,其中,
所述第2导电部件在俯视时具有:配置所述控制用开关元件的第1部分(201a、301a);和与所述第1部分相邻地配置的第2部分(202a、302a),
所述第2部分在俯视时具有比所述第1部分大的面积。
4.根据权利要求3所述的电力转换装置,其中,
所述横型开关元件和所述第2导电部件的所述第2部分通过第1线(111、121)连接。
5.根据权利要求4所述的电力转换装置,其中,
所述横型开关元件和所述第2导电部件的所述第2部分通过多个第1线连接。
6.根据权利要求4或5所述的电力转换装置,其中,
所述第2导电部件被设置成在俯视时与所述横型开关元件在第1方向上相邻,并且与所述第1方向交叉的第2方向为长度方向,
所述第2导电部件的所述第1部分和所述第2部分被配置成在所述第2方向上相邻,
所述第2导电部件的所述第2部分和所述横型开关元件通过沿所述第1方向延伸的所述第1线连接。
7.根据权利要求6所述的电力转换装置,其中,
所述第2导电部件的所述第2部分的长度方向的长度在所述第2方向上大于所述第1部分的长度方向的长度。
8.根据权利要求6或7所述的电力转换装置,其中,
所述电力转换装置还具备端子(18a~21a),该端子(18a~21a)被配置成从所述第2导电部件向所述第2方向侧分离,
所述控制用开关元件被配置在设置于所述第2导电部件的所述第2方向上的所述端子侧的端部附近的所述第1部分上,并且,通过第2线(132、133、142、143)与所述端子连接。
9.根据权利要求3~8中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述控制用开关元件的所述第1导电部件侧的面与所述第2导电部件的所述第1部分的与所述第1导电部件相反的一侧的面接合。
10.根据权利要求1~9中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述横型开关元件具有设置在与所述第1导电部件相反的一侧的面上的电极(D1a~D1c、D2a~D2c、G1a~G1c、G2a~G2c、S1a~S1c、S2a~S2c),并且,所述横型开关元件的所述第1导电部件侧的面与所述第1导电部件的所述控制用开关元件侧的面接合。
11.根据权利要求1~10中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述第1导电部件还具备设置在所述控制用开关元件侧的面上的第1基板。
12.根据权利要求11所述的电力转换装置,其中,
所述第1基板、所述第1导电部件、所述绝缘部件和所述控制用开关元件按照该顺序层叠。
13.根据权利要求1~12中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述绝缘部件具有绝缘性的第2基板(2、3)。
14.根据权利要求13所述的电力转换装置,其中,
绝缘性的所述第2基板具有比所述第1导电部件低的热传导率。
15.根据权利要求1~14中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述控制用开关元件的所述第1导电部件侧的面配置在比所述横型开关元件的至少所述第1导电部件侧的面高的位置处。
16.根据权利要求15所述的电力转换装置,其中,
所述控制用开关元件的所述第1导电部件侧的面配置在比所述横型开关元件的与所述第1导电部件相反的一侧的面高的位置处。
17.根据权利要求1~16中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述横型开关元件与所述控制用开关元件在俯视时的间隔比所述第1导电部件与所述控制用开关元件在高度方向上的间隔小。
18.根据权利要求1~17中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述第1导电部件以在俯视时彼此隔开规定间隔的方式设置有多个,
多个所述第1导电部件上的所述横型开关元件与所述控制用开关元件在俯视时的间隔比相邻的所述第1导电部件之间在俯视时的间隔小。
19.根据权利要求1~18中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述横型开关元件和所述控制用开关元件由密封树脂(22)密封。
20.根据权利要求1~19中的任意一项所述的电力转换装置,其中,
所述控制用开关元件与所述横型开关元件进行了共源共栅连接。
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