CN112600390A - 功率半导体模块、缓冲电路以及感应加热电源装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种功率半导体模块、一种用于功率半导体模块的缓冲电路以及具有功率半导体模块的感应加热电源装置。功率半导体模块包括：功率半导体器件，其被配置为进行切换操作；壳体，功率半导体器件设置在该壳体内部；控制电路板，该控制电路板设置在壳体的上表面之上，用于所述功率半导体器件的控制端子设置于壳体的上表面并且连接至控制电路板；以及屏蔽板，该屏蔽板布置于控制电路板和壳体的上表面之间，以覆盖壳体的上表面并且覆盖壳体的至少一个侧表面。

Description

功率半导体模块、缓冲电路以及感应加热电源装置
技术领域
本发明涉及一种功率半导体模块、用于该功率半导体模块的缓冲电路以及感应加热电源装置。
背景技术
在钢制件的热处理中，已经将感应加热用作工件加热方法。在感应加热中，将交流电供应至加热线圈，并且通过被放置在由加热线圈形成的磁场中的工件所感生的感应电流加热工件。
用于向加热线圈供应交流电的电源装置通常通过转换器将商用电源的交流电转换为直流电，通过电容器平滑直流电的脉动电流，通过逆变器将平滑后的直流电转换为交流电，并且生成待供应至加热线圈的高频交流电(见，例如，JP 2009-277577A)。
逆变器通常配置为具有多个并联连接的臂的全桥电路，各个臂具有能够进行切换操作并且串联连接的两个功率半导体器件。逆变器通过功率半导体器件的高速切换操作而生成高频交流电。通常地，形成桥接电路的各个臂单独构造为模块。
根据相关的技术，电连接至臂的一对正负直流输入端子相邻地设置于功率半导体模块的上表面(内部设置有功率半导体器件的壳体的上表面)，并且输出端子也设置于所述模块的上表面(见，例如，JPH8-33346A)。在根据另一相关技术的功率半导体模块中，一对直流输入端子相邻地设置于模块的一个侧表面(壳体的一个侧表面)，并且输出端子设置于模块的相反的侧表面(壳体的相反的侧表面)(见，例如，JP 2004-135444A)。
在其中输入端子和输出端子设置在壳体的侧表面上的功率半导体模块中，壳体的上表面不由连接至输入端子和输出端子的汇流条等的布线部件封闭。因此，用于控制功率半导体器件的切换操作的控制电路安装在其中的控制电路板可以设置在壳体的上表面之上，使得电连接至功率半导体器件的控制端子能够直接地连接至控制电路板(见，例如，JP2006-100327A)。
各个功率半导体器件的高速切换操作突然改变施加于功率半导体器件的电压和流入功率半导体器件的电流。由于电压和电流的突然改变，在功率半导体器件的***产生噪声。当在安装于控制电路板中的控制电路上或者在从控制电路板延伸的控制线路上出现噪声时，存在功率半导体器件的切换操作可能受阻的担忧。
在控制电路板设置于壳体的上表面之上的情况下，能够缩短控制线路。因此，能够减小控制线路上可能出现噪声的可能性。另一方面，布置在功率半导体器件附近的控制电路容易暴露于噪声。因此，在根据JP 2006-100327A的功率半导体模块中，屏蔽板设置在壳体的上表面与控制电路板之间。
此处，噪声包括：通过相邻的导体之间的杂散静电电容传播的静电感应噪声；以及相邻电感器之间的电磁感应感生的电磁感应噪声。布置在壳体的上表面与控制电路板之间以覆盖壳体的上表面的屏蔽板接地，以能产生抵抗静电感应噪声的相对高的屏蔽效果。然而，产生电磁感应的磁通量能够四处游走，使得存在如下担忧：通过仅覆盖壳体的上表面的屏蔽板不能获得令人满意的抵抗电磁感应噪声的屏蔽效果。
由于功率半导体器件与电压源之间的导电通路的寄生电感L，导致由功率半导体器件的高速切换操作产生的电流变化di/dt在功率半导体器件的两端之间产生浪涌电压L×di/dt。存在过大的浪涌电压可能损坏功率半导体器件的担忧。为了保护功率半导体器件，用于吸收浪涌电压的缓冲电路可以添加至功率半导体模块(见，例如，JPH8-33346A)。
根据JPH8-33346A的用于功率半导体模块的缓冲电路是简单的封装缓冲器，其连接在一对正负直流输入端子之间并且设置为用于功率半导体模块中包括的两个功率半导体器件的封装。在缓冲电路中，电容器和一对端子的连接至电容器的部分通过树脂成型以形成为模块，并且一对端子直接地连接至相邻地设置在功率半导体模块的上表面上的一对正负直流输入端子。除了简单的封装缓冲器，还可以使用连接在功率半导体模块的直流输入端子与输出端子之间并且分别地针对功率半导体器件设置的各个缓冲器作为缓冲电路。
在其中一对正负直流输入端子相邻地设置于模块的一个侧表面上并且输出端子设置于所述模块的相反的侧表面上的功率半导体模块中，其中诸如电容器这样的电子元件和端子的一部分通过树脂而成型的现有的缓冲器模块由于端子之间的间隔而不能直接地连接至直流输入端子和输出端子。现有的缓冲器模块不适合用作此类用于功率半导体模块的独立缓冲器。
此外，在缓冲电路中，诸如电容器这样的电子元件的常量能够根据每个功率半导体器件的切换频率等而选择。然而，其实际上不能改变其中电子元件通过树脂成型的现有的缓冲器模块的电子元件。因此，每当逆变器的设计存在变化，诸如功率半导体器件的切换频率发生变化时，就不得不设计和制造其中电子元件通过树脂成型的缓冲器模块。当原样使用用于成型现有的缓冲器模块的模具时，设计的自由度受限。当制造新的模具时，用于制造模具的成本增加。
此外，在其中电子元件通过树脂成型的缓冲器模块中，存在电子元件产生的热的散逸可能受阻的担忧。因此，电子元件由于热而劣化成为问题。
发明内容
本发明的例示方面提供一种功率半导体模块和感应加热电源装置，其中能够增强用于控制电路的屏蔽以提高操作稳定性。
根据本发明的例示方面，一种功率半导体模块包括：功率半导体器件，其被配置为进行切换操作；壳体，所述功率半导体器件设置在该壳体的内部；控制电路板，该控制电路板设置于所述壳体的上表面之上，用于所述功率半导体器件的控制端子设置于所述壳体的上表面并且连接至所述控制电路板；以及屏蔽板，该屏蔽板设置在所述控制电路板与所述壳体的上表面之间，以覆盖所述壳体的上表面并且覆盖所述壳体的至少一个侧表面。
本发明的例示方面还提供一种缓冲电路，其能够适当地用于功率半导体模块，该功率半导体模块具有设置于第一侧表面的一对正负直流输入端子和设置于第一侧表面相反侧的第二侧表面的输出端子，并且该缓冲电路的通用性和耐久性优秀，并且提供一种功率半导体模块和感应加热电源装置，其中，使用缓冲电路以增强功率半导体器件的保护性。
根据本发明的例示方面，为功率半导体模块设置缓冲电路，该功率半导体模块具有包括两个能够进行切换操作并且串联连接的功率半导体器件的臂。所述功率半导体模块具有电连接至所述臂的一对正极侧和负极侧直流输入端子以及输出端子，该一对正极侧和负极侧直流输入端子设置于所述功率半导体模块的第一侧表面，并且该输出端子设置于所述功率半导体模块的在所述第一侧表面相反侧的第二侧表面。所述缓冲电路包括：电路板，所述电路板具有绝缘基部和导体层，所述绝缘基部沿着所述功率半导体模块的侧表面延伸并且桥接于对应的一个所述直流输入端子与对应的一个所述输出端子之间，所述导体层设置于所述绝缘基部的上表面和下表面中的至少一个表面上并且形成分别连接至对应的直流输入端子和对应的输出端子的电路图案；和电子元件，该电子元件以露出的方式安装在所述电路板上。
根据本发明的例示方面，一种功率半导体模块包括：臂，该臂包括能够进行切换操作并且串联连接的两个功率半导体器件；电连接至所述臂的一对正极侧和负极侧直流输入端子和输出端子；以及缓冲电路，该缓冲电路分别连接于所述直流输入端子和输出端子之间。一对正极侧和和负极侧直流输入端子设置于所述功率半导体模块的第一侧表面，并且输出端子设置于所述功率半导体模块的在所述第一侧表面相反侧的第二侧表面。每个所述缓冲电路包括电路板和电子元件，所述电路板具有绝缘基部和导体层，所述绝缘基部沿着所述功率半导体模块的侧表面延伸并且桥接于对应的一个所述直流输入端子与对应的所述输出端子之间，所述导体层设置于所述绝缘基部的上表面和下表面中的至少一个表面上并且形成分别连接至对应的直流输入端子和对应的输出端子的电路图案，并且所述电子元件以露出的方式安装于所述电路板。
根据本发明的例示方面，一种感应加热电源装置包括逆变器，该逆变器被配置为将直流电转化为交流电，所述逆变器构造为具有多个并联连接的上述功率半导体模块的桥接电路。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的感应加热电源装置的示例的电路图。
图2是设置在图1的感应加热电源装置的逆变器中的功率半导体模块的示例的立体图。
图3是图2的功率半导体模块的分解立体图。
图4是示出根据本发明的另一个实施例的感应加热电源装置的示例的电路图。
图5是设置在图4的感应加热电源装置的逆变器中的功率半导体模块的示例的立体图。
图6是图5的功率半导体模块的缓冲电路的示例的截面图。
图7是缓冲电路的另一个示例的截面图。
图8是缓冲电路的另一个示例的截面图。
图9是缓冲电路的另一个示例的截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的实施例的感应加热电源装置100。
感应加热电源装置100具有直流电供给部4、平滑部5以及逆变器106。直流电供给部4包括转换器部3，该转换器部3将从商用交流电源2供应的交流电转换为直流电。平滑部5将从直流电供给部4输出的直流电的脉动电流平滑。逆变器106将由平滑部5平滑后的直流电转换为高频交流电。
逆变器106被配置为包括第一臂和第二臂的全桥电路。第一臂包括串联连接的两个功率半导体器件Q1、Q2。第二臂包括串联连接的两个功率半导体器件Q3、Q4。第一臂和第二臂连接至平滑部5且第一臂与第二臂并联。在全桥电路中，第一臂中的功率半导体器件Q1、Q2之间的串联连接点P1与第二臂中功率半导体器件Q3、Q4之间的串联连接点P2用作输出端。加热线圈7通过变压器8连接在串联连接点P1、P2之间。续流二极管分别与功率半导体器件反并联地连接。
例如，能够进行切换操作的各种功率半导体器件，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)能够用作各个功率半导体器件。例如，使用硅(Si)的材料和使用碳化硅(SiC)的材料可以用作半导体材料。
在第一臂和第二臂中的每个臂中，与平滑部5的正极侧连接的一侧设定为高侧，并且与平滑部5的负极侧连接的一侧设定为低侧。第一臂的高侧上的功率半导体器件Q1与第二臂的低侧上的功率半导体器件Q4同步地导通和断开。第一臂的低侧上的功率半导体器件Q2与第二臂的高侧上的功率半导体器件Q3同步地导通和断开。当功率半导体器件Q1和Q4与功率半导体器件Q2、Q3交替地导通时，高频电力供应至加热线圈7。
利用成型树脂密封第一臂的功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管以形成为模块。同样利用成型树脂密封第二臂的功率半导体器件Q3、Q4和用于功率半导体器件Q3、Q4的续流二极管以形成为模块。
包括第一臂的功率半导体器件Q1、Q2的功率半导体模块和包括第二臂的功率半导体器件Q3、Q4的功率半导体模块具有相同构造。下面将参考图2和图3描述包括第一臂的功率半导体器件Q1、Q2的功率半导体模块。
图2和图3示出功率半导体模块110的配置示例。
作为外部连接端子，功率半导体模块110具有一对正极侧直流输入端子11a和负极侧直流输入端子11b、输出端子12a、12b、以及控制端子13a、13b。外部连接端子设置为露出于壳体14的外部。壳体14由密封功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管的成型树脂制成。
正极侧直流输入端子11a和负极侧直流输入端子11b设置于壳体14的第一侧表面14a。壳体14大致形成为长方体的形状。正极侧直流输入端子11a电连接至包括功率半导体器件Q1、Q2的第一臂的功率半导体器件Q1侧端部。负极侧直流输入端子11b电连接至的第一臂的功率半导体器件Q2侧端部。正极侧直流输入端子11a使用由汇流条等制成的配线部件连接至平滑部5的正极侧。负极侧直流输入端子11b使用由汇流条等制成的配线部件连接至平滑部5的负极侧。
输出端子12a、12b设置于壳体14的在与第一侧表面14a相反的一侧处的第二侧表面14b。输出端子12a、12b两者均电连接至作为第一臂的输出端的功率半导体器件Q1、Q2之间的串联连接点P1(见图1)。输出端子12a、12b可以组合为一个端子。输出端子12a、12b使用由汇流条等制成的配线部件连接至加热线圈7的一端。
控制端子13a、13b设置于壳体14的上表面14e。控制端子13a电连接至功率半导体器件Q1的门极。控制端子13b电连接至功率半导体器件Q2的门极。在示出的示例中，控制端子13a设置于上表面14e的与壳体14的第三侧表面14c连接的缘部，并且控制端子13b设置于上表面14e的与壳体14的第四侧表面14d连接的缘部。
散热器18设置于壳体14的下表面侧。固定至散热器18的壳体固定部20设置于壳体14的第一侧表面14a和第二侧表面14b。***孔形成在壳体固定部20中，使得作为用于将壳体固定部20固定至散热器的紧固件的示例的螺栓21能够插通该***孔。环状垫圈22配合到***孔中。壳体固定部20通过螺栓21分别地固定至散热器18。散热器18与壳体14的下表面紧密接触。
设置在壳体14内部的功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管产生的热通过形成壳体14的成型树脂传递至散热器18。然后，热通过散热器18散逸。考虑到抗噪性和安全性，散热器18通过支撑散热器18的感应加热电源装置100的壳体框架等接地。
功率半导体模块110还具有控制电路板16和屏蔽板17。
用于控制功率半导体器件Q1、Q2的切换操作的控制电路安装于控制电路板16中。用作控制电路板16装接至的装接部的螺纹孔24分别地设置于壳体14的上表面14e的四个角。用作装接至控制电路板16的配件的间隔件25拧入螺纹孔24中。控制电路板16支撑在间隔件25上，从而在间隙形成于控制电路板16与上表面14e之间的情况下，控制电路板16设置在上表面14e之上。控制电路板16螺合至待附接至壳体14的间隔件25。
设置在壳体14的上表面14e上的控制端子13a、13b经由设置在上表面14e上方的控制电路板16中的通孔分别地焊接至控制电路板16。
屏蔽板17由诸如金属的导体制成。屏蔽板17布置在壳体14的上表面14e和设置在上表面14e上方的控制电路板16之间。由此，屏蔽板17覆盖上表面14e。此外，屏蔽板17覆盖第三侧表面14c和第四侧表面14d。第三侧表面14c连接至上表面14e的设置有控制端子13a的缘部。第四侧表面14d连接至上表面14e的设置有控制端子13b的缘部。控制端子13a、13b分别通过形成于屏蔽板17的适当位置的窗口27a和27b露出。
屏蔽板17由用作装接控制电路板16的配件的间隔件25固定至壳体14。分别与壳体14的上表面14e的四个角处的螺纹孔24重叠的通孔28形成在在屏蔽板17中。间隔件25通过通孔28拧入螺纹孔24。屏蔽板17的包围通孔28的边缘部夹置在上表面14e的包围螺纹孔24的边缘部与间隔件25之间。由此，屏蔽板17固定至壳体14。
屏蔽板17为安装在控制电路板16中的控制电路和从控制电路板16延伸的控制线路屏蔽在设置于壳体14内部的功率半导体器件Q1、Q2周围产生的噪声。控制线路是指直接地连接至控制电路板16的控制端子13a、13b。
控制电路板16设置于壳体14的上表面14e之上。控制端子13a、13b也设置于上表面14e。覆盖上表面14e的屏蔽板17利用控制端子13a、13b夹置在功率半导体器件Q1、Q2与控制电路板16之间。因此，在功率半导体器件Q1、Q2周围产生的静电感应噪声通过功率半导体器件Q1、Q2与屏蔽板17之间的杂散静电电容而流入屏蔽板17。
从增强屏蔽板17抵抗静电感应噪声的屏蔽效果的角度考虑，优选地，屏蔽板17接地。在示例中，与壳体14的下表面紧密接触的散热器18接地，并且屏蔽板17通过散热器18接地。屏蔽板固定部29设置在屏蔽板17中。屏蔽板固定部29叠置于固定至散热器18的壳体14的壳体固定部20中对应的一个壳体固定部20上。屏蔽板固定部29夹置在对应的壳体固定部20与将对应的壳体固定部20固定至散热器18的对应的一个螺栓21之间。垫圈22配合到壳体固定部20的螺栓21所***通过的***孔中。屏蔽板固定部29通过对应的一个垫圈22和对应的螺栓21电连接至散热器18。由此，屏蔽板17通过散热器18接地。由于接地的屏蔽板17，对安装在控制电路板16中的控制电路和用作控制线路的控制端子13a、13b屏蔽静电感应噪声。
此外，通过屏蔽板17，对安装在控制电路板16中的控制电路和用作控制线路的控制端子13a、13b也屏蔽了在设置于壳体14内部的功率半导体器件Q1、Q2周围产生的电磁感应噪声。
产生电磁感应的磁通量不仅从壳体14的上表面14e辐射也从壳体14的侧表面辐射。从侧表面辐射的磁通量分布为四处游走。结果，磁通量与控制电路和控制端子13a、13b互连以由此产生电磁感应。因此，为了抵抗从壳体14的侧表面辐射并四处游走的磁通量，屏蔽板17不仅覆盖壳体14的上表面14e，也覆盖第三侧表面14c和第四侧表面14d。除了从上表面14e辐射的磁通量之外，从第三侧表面14c和第四侧表面14d辐射的磁通量也被屏蔽板17阻挡。因此，能够减小控制电路和控制端子13a、13b感生的电磁感应噪声。
特别地，在示例中，控制端子13a、13b设置于壳体14的上表面14e的边缘部，并且连接至该边缘部的壳体14的第三侧表面14c和第四侧表面14d由屏蔽板17覆盖。因此，能够有效地减小控制端子13a、13b感生的电磁感应噪声。
能够基于由于电磁感应而流入屏蔽板17的涡电流的渗透深度而设定屏蔽板17的板厚度。流入放置在交变磁场中的导体内的涡电流由于导体的电阻而转化为热。交变磁场的能量转化为热并被屏蔽板17消耗，以由此产生屏蔽板17抵抗电磁感应噪声的屏蔽效果。涡电流的主要部分由于集肤效应流入导体的正面。渗透深度是指从正面开始的深度，在该深度处，电流密度降低为正面处的0.37倍。渗透深度能够由下式表达。
δ＝503√(ρ/μf)
其中，δ：渗透深度(m)，ρ：导体的体积电阻率(×10-8Ωm)，μ：导体的相对渗透率，f：频率(Hz)
例如，假定屏蔽板17由铜(体积电阻率ρ＝1.55，相对渗透率μ＝1)制成，并且各个功率半导体器件Q1、Q2的切换操作的频率f为200kHz。在此情况下，基于上式渗透深度δ等于0.14mm。已知在板厚度三倍于渗透深度δ处磁场强度减弱26db(95％)。因此，屏蔽板17的板厚度能够设定为0.42mm至0.70mm，渗透深度δ的三至五倍大。
以这样的方式，不仅是在其上方放置控制电路板16并且其上设置有控制端子13a、13b这样的壳体14的上表面14e由屏蔽板17覆盖，而且壳体14的至少一些侧表面也由屏蔽板17覆盖。因此，能够提高用于控制电路和用作控制线路的控制端子13a、13b的屏蔽，使得能够提高功率半导体模块110和感应加热电源装置100的稳定性。
图4示出根据本发明的另一个实施例的感应加热电源装置200。在下列描述中，与图1的感应加热电源装置100相似或相同的构成将对应地分别由相同标记标识，并且将省略其重复描述。
感应加热电源装置200具有与感应加热电源装置100的逆变器106不同的逆变器206。
各个功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4的高速切换操作突然地改变流入功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4的电流。由于功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4与用作电压源的平滑部5之间的导电通路的寄生电感，在功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4的两端之间生成浪涌电压。为了吸收浪涌电压，对应的缓冲电路SC1、SC2、SC3、SC4各自针对逆变器206的功率半导体器件Q1、Q2、Q3、Q4而设置。
在图4所示的示例中，缓冲电路SC1、SC2、SC3、SC4是所谓的非放电型RCD缓冲电路，其配置为包括电阻R、电容器C和二极管D。
在用于第一臂的高侧的功率半导体器件Q1的缓冲电路SC1中，电容器C和二极管D串联连接在功率半导体器件Q1的两端之间(在功率半导体器件Q1为IGBT的情况下串联连接在集电极与发射极之间或者在功率半导体器件Q1是MOSFET的情况下串联连接在漏极与源极之间)，并且电阻R连接在电容器C与二极管D之间的串联连接点与平滑部5的负极侧之间。
此外，在用于第一臂的低侧的功率半导体器件Q2的缓冲电路SC2中，电容器C和二极管D串联连接在功率半导体器件Q2的两端之间，并且电阻R连接在电容器C与二极管D之间的串联连接点与平滑部5的正极侧之间。
用于第二臂的高侧的功率半导体器件Q3的缓冲电路SC3构造为类似于缓冲电路SC1。用于第二臂的低侧的功率半导体器件Q4的缓冲电路SC4构造为类似于缓冲电路SC2。
各个缓冲电路SC1、SC2、SC3、SC4不限于上述配置。例如，各个缓冲电路SC1、SC2、SC3、SC4可以是所谓的充放电型RCD缓冲电路，其中电容器C和二极管D相对于功率半导体器件的布置与例示的示例中相反并且电阻R与二极管D并联，或者各个缓冲电路SC1、SC2、SC3、SC4可以是所谓的RC缓冲电路，其中电阻R和电容器C串联连接在功率半导体器件的两端之间。
第一臂的功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管设置在待形成为模块的壳体内部。缓冲电路SC1、SC2连接至外部连接端子并且布置在壳体外部。外部连接端子设置为露出于壳体的外部。内部设置有功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管的壳体可以被成型树脂填充，以使得功率半导体器件Q1、Q2和用于功率半导体器件Q1、Q2的续流二极管能够由成型树脂密封。类似地，第二臂的功率半导体器件Q3、Q4和用于功率半导体器件Q3、Q4的续流二极管也设置在壳体内部以形成为模块。缓冲电路SC3、SC4连接至外部连接端子并且布置在壳体外部。外部连接端子设置为露出于壳体的外部。
图5示出包括第一臂的功率半导体器件Q1、Q2的功率半导体模块210的配置示例。在下列描述中，与图3的功率半导体模块110相似或相同的构成将对应地分别由相同标记标识，并且将省略其重复描述。
类似于功率半导体模块110，功率半导体模块210具有输入端子11a、11b、输出端子12a、12b以及多个控制端子13。
输入端子11a、11b布置于功率半导体模块210的第一侧表面14a。正极侧直流输入端子11a使用由汇流条等制成的配线部件15a连接至平滑部5的正极侧。负极侧直流输入端子11b使用配线部件15b连接至平滑部5的负极侧。
输出端子12a、12b布置于功率半导体模块210的在与第一侧表面14a相反的一侧处的第二侧表面14b。输出端子12a、12b使用配线部件15连接至变压器8(见图4)。
多个控制端子13布置于功率半导体模块210的上表面14e。控制端子13的一部分电连接至功率半导体器件Q1的门极，控制端子13的其他部分电连接至功率半导体器件Q2的门极。控制端子13连接至控制功率半导体器件Q1、Q2的切换操作的控制电路16a。在示例中，控制电路16a放置并布置于功率半导体模块210的上表面14e，并且控制端子13通过形成在控制电路16a的电路板中的通孔而焊接至控制电路16a。
用于功率半导体器件Q1的缓冲电路SC1具有电阻R、电容器C和二极管D，如上所述。此外，缓冲电路SC1还具有电路板30，电子元件R、C、D以露出的方式安装在该电路板30上。电路板30具有绝缘基部31和导体层32。
绝缘基部31沿着功率半导体模块210的第一侧表面14a、功率半导体模块210的第二侧表面14b和功率半导体模块210的第三侧表面14c延伸，桥接于正极侧直流输入端子11a与输出端子12a之间。一对正极侧直流输入端子11a和负极侧直流输入端子11b设置于第一侧表面14a。两个输出端子12a、12b设置于第二侧表面14b。第三侧表面14c布置在第一侧表面14a与第二侧表面14b之间。
导体层32设置在布置有电阻R、电容器C和二极管D的绝缘基部31的上表面上。导体层32形成分别连接至正极侧直流输入端子11a和输出端子12a的电路图案。
导体层32通常由铜箔形成。例如，诸如胶木、用酚树脂固化纸的酚醛纸和用环氧树脂固化玻璃纤维的环氧树脂玻璃这样的各种材料能够用作绝缘基部31。然而，每单元厚度抗弯刚度比铜高的材料是优选的。在列举的材料中，环氧树脂玻璃是合适的。
电阻R、电容器C和二极管D分别装接至的电子元件安装部根据电路图案设置在电路板30的适当位置。能够根据对应的电子元件的形态而形成各个电子元件安装部。
图6示出缓冲电路SC1的配置。
在图6所示的示例中，电容器C为导线型电容器。对应于电容器C的电子元件安装部33a、33b形成为通孔。电容器C的两个导线34a、34b分别地***到电子元件安装部33a、33b中并焊接至由导体层32制成的焊盘。
电阻R也是导线型电阻。对应于电阻R的电子元件安装部35形成为通孔。电阻R的一个导线36a***到电子元件安装部35中并焊接至由导体层32制成的焊盘。
二极管D具有管脚37a、37b和框架37c。管脚37a、37b电连接至被成型树脂密封的二极管芯片的端部。框架37c电连接至二极管芯片的另一端并且在封装的背表面露出。对应于管脚37a、37b的电子元件安装部38a、38b形成为通孔。管脚37a、37b分别地***到电子元件安装部38a、38b中并焊接至由导体层32制成的焊盘。此外，对应于框架37c的电子元件安装部38c也形成为通孔。然而，与由导体层32制成的焊盘接触的框架37c拧入电子元件安装部38c。
电阻R、电容器C和二极管D和上述各个电子元件安装部的构造仅为示例并且可以适当改变。例如，螺旋夹式电阻可以用作电阻R并且螺旋夹式电容器可以用作电容器C。此外，所有电连接部由管脚设置的全模封装型二极管或者导线型二极管可以用作二极管D。此外，表面安装型电阻R、电容器C或者二极管D可以用作电阻R、电容器C或者二极管D。在此情况下，通孔可以替换为焊盘作为电路板30的电子元件安装部。此外，在例示的示例中，电阻R、电容器C或者二极管D通过焊接或者螺合等直接地装接和安装至电路板30。然而，电阻R、电容器C或者二极管D可以通过连接端子或者配线材料而电连接至电路板30或者安装至电路板30。例如，电阻R可以如下地安装于电路板30。即，连接端子压接到电阻R的导线36a，并且连接端子也压接到配线材料的两端。配线材料的连接端子中的一个连接端子连接至电阻R的连接端子，并且配线材料的另一个连接端子拧入电子元件安装部35。由此，电阻R安装于电路板30。
在如上所述构造的缓冲电路SC1中，电路板30的一个端部与配线部件15a一起通过螺栓共同地紧固至正极侧直流输入端子11a，并且电路板30的另一端部与配线部件15一起通过螺栓共同地紧固至输出端子12a。此外，电阻R的导线36b电连接至负极侧直流输入端子11b并且安装于功率半导体模块210。
再次参考图5。用于功率半导体器件Q2的缓冲电路SC2具有电阻R、电容器C和二极管D，如上所述。此外，缓冲电路SC2还具有电路板40，电子元件R、C、D安装在该电路板40上。
类似于缓冲电路SC1的电路板30，电路板40具有绝缘基部41和导体层42。绝缘基部41沿着功率半导体模块210的第一侧表面14a、第二侧表面14b和第四侧表面14d延伸，桥接于负极侧直流输入端子11b与输出端子12b之间。第四侧表面14d布置在第一侧表面14a与第二侧表面14b之间。
导体层42设置于绝缘基部41的上表面。导体层42形成分别地连接至负极侧直流输入端子11b和输出端子12b的电路图案。电阻R、电容器C和二极管D分别装接至的电子元件安装部根据电路图案设置在电路板40的适当位置。
在如上所述构造的缓冲电路SC2中，电路板40的一个端部与配线部件15b一起通过螺栓共同地紧固至负极侧直流输入端子11b，并且电路板40的另一端部与配线部件15一起通过螺栓共同地紧固至输出端子12b。此外，电阻R的一个导线电连接至正极侧直流输入端子11a并且安装于功率半导体模块210。
根据上述功率半导体模块210，与功率半导体器件Q1、Q2的切换操作对应地在功率半导体器件Q1、Q2的两端之间发生的浪涌电压分别被为功率半导体器件Q1、Q2单独设置的缓冲电路SC1、SC2吸收。由此，能够抑制功率半导体器件Q1、Q2由于浪涌电压导致的损坏。
缓冲电路SC1中包括的电阻R、电容器C和二极管D以露出的方式安装于电路板30。缓冲电路SC2中包括的电阻R、电容器C和二极管D也以露出的方式安装于电路板40。能够容易地改变电子元件R、C、D。由此，电路板30、40能够针对逆变器206的设计变化，诸如功率半导体器件Q1、Q2的切换频率的变化而通用化，并且具有适当的常量的电子元件能够用作安装于电路板30、40的电子元件R、C、D以有效地吸收浪涌电压。
电阻R、电容器C和二极管D以露出的方式安装于电路板30、40。因此，缓冲电路在电子元件R、C、D产生的热的散逸方面优秀，使得能够抑制所述热导致的电子元件R、C、D的劣化。由此，能够提高缓冲电路的耐久性。
此外，缓冲电路本身中也存在配线电感。缓冲电路SC1的电路板30设置为沿着功率半导体模块210的第一侧表面14a、第三侧表面14c和第二侧表面14b延伸。电路板30直接地连接至设置于第一侧表面14a的正极侧直流输入端子11a和设置在第一侧表面14a相反侧的第二侧表面14b上的输出端子12a。由此，能够使缓冲电路SC1的导电通路的长度尽可能短。由此，缓冲电路SC1的感应系数能够减小以抑制浪涌电压，使得能够抑制由于流入缓冲电路SC1的浪涌电流而辐射的噪声。
缓冲电路SC1的电路板30沿着功率半导体模块210的第一侧表面14a、第三侧表面14c和第二侧表面14b延伸。因此，电路板30成形为在厚度方向不具有弯曲的部分的平板状。由此，导体层32能够容易地形成于绝缘基部31。
类似地，缓冲电路SC2的电路板40也设置为沿着功率半导体模块210的第一侧表面14a、第四侧表面14d和第二侧表面14b延伸。电路板40直接地连接至设置于第一侧表面14a的负极侧直流输入端子11b和设置在第一侧表面14a的相反侧的第二侧表面14b上的输出端子12b。能够使缓冲电路SC2的导电通路的长度尽可能短以能够减小感应系数。此外，电路板40形成为平板状，使得导体层42能够容易地形成于绝缘基部41。
从减小缓冲电路SC1、SC2的感应系数的角度考虑，电路板30、40的导体层32、42的厚度可以增加，或者导体层可以设置于电路板30、40的绝缘基部31、41的各自的相反的上、下表面。
图7示出缓冲电路SC1的另一个示例。
在图7所示的示例中，导体层32a、32b分别设置于绝缘基部31的相反的上、下表面。互相相同的电路图案形成在绝缘基部31的上表面侧的导体层32a和绝缘基部31的下表面侧的导体层32b中。诸如电容器C的电子元件布置于导体层32a。
绝缘基部31的上表面侧的导体层32a和绝缘基部31的下表面侧的导体层32b通过形成为通孔的电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b、38c而互相电连接和热连接。
通过在绝缘基部31的相反的上、下表面上的具有相同图案并且通过通孔互相电连接的导体层32a、32b的设置，相比于导体层32仅设置于绝缘基部31的上表面的情况，能够使电路板30的导电通路的截面积更大并且能够使缓冲电路SC1的感应系数更小。此外，导体层32a、32b也通过通孔互相热连接。因此，相比于导体层32仅设置于绝缘基部31的上表面的情况，也能够使热辐射的面积更大。因此，能够加快诸如电容器C这样的电子元件产生的热的散逸，使得能够抑制热导致的电子元件的劣化。由此，能够极大地提高缓冲电路SC1的耐久性。
从减小缓冲电路SC1的感应系数的角度考虑，优选的是导体层的总厚度，即，导体层32仅设置于绝缘基部31的上表面的情况下导体层32的厚度或者在导体层32a、32b设置于绝缘基部31的相反的上、下表面的情况下导体层32a、32b的总厚度等于或大于0.1mm。由于电路板30形成为平板状，所以即使当导体层相对较厚时，导体层也能够容易地形成在绝缘基部31上。
此外，假定电容器C的导线34a、34b等手动地焊接至由导体层制成的焊盘。在此情况下，当导体层的总厚度过大时，需要花费时间来通过焊烙铁将各个焊盘的温度提高至焊接剂熔化温度。因此，考虑到焊接可操作性，导体层的总厚度优选为小于2.0mm。
图8示出缓冲电路SC1的另一个示例。
在图8所示的示例中，阻焊膜39形成于导体层32的正面和电路板30中的诸如电容器C这样的部件要焊接到的电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b的周围。
如上所述，电容器C的导线34a、34b分别***到电子元件安装部33a、33b中并且焊接至由导体层32制成的焊盘。各个电子元件安装部33a、33b形成为通孔。对应的阻焊膜39环状地形成于导体层32的正面以环绕导线34a、34b焊接至的焊盘。
类似地，对应的环状阻焊膜39形成在导体层32的正面上，而且形成在电阻R的导线36a所焊接到的电子元件安装部35的周边，以及在二极管D的管脚37a、37b所焊接到的电子元件安装部38a、38b的周围。
以这样的方式，阻焊膜39预先形成在导体层32的正面上且在部件要焊接到的电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b的周围。因此，能够抑制从电子元件安装部的周围的导体层32的正面辐射热。由此，即使当导体层32的厚度增加时，用于各个电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b的焊盘的温度也能由于焊烙铁而有效地提高，使得手动焊接操作的效率能够提高。
在图8所示的示例中，导体层32仅设置于绝缘基部31的上表面。然而，当如图7所示地导体层32a、32b设置于绝缘基部31的相反的上、下表面时，阻焊膜39可以分别形成于绝缘基部31的上表面侧的导体层32a的正面和绝缘基部31的下表面侧的导体层32b的正面以及电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b的周围。
图9示出缓冲电路SC1的另一个示例。
在图9所示的示例中，阻焊膜39形成在导体层32的除了电路板30的诸如电容器C这样的电子元件装接至的电子元件安装部33a、33b、35、38a、38b之外的全部正面。在此情况下，诸如电容器C这样的待焊接部件安装在其上的电路板30能够取代手动焊接而浸入焊接剂罐中并且能够整体焊接部件。由此，能够提高缓冲电路SC1的生产率。
本申请基于2016年8月22日提交的日本专利申请No.2016-161885和2016年9月28日提交的日本专利申请No.2016-190345，所述专利的全文作为参考并入本申请。

Claims (7)

1.一种用于功率半导体模块的缓冲电路，所述功率半导体模块具有臂，该臂包括能够进行切换操作并且串联连接的两个功率半导体器件，
其中，所述功率半导体模块具有电连接至所述臂的一对正极侧和负极侧直流输入端子以及输出端子，所述一对正极侧和负极侧直流输入端子设置于所述功率半导体模块的第一侧表面，并且所述输出端子设置于所述功率半导体模块的在所述第一侧表面的相反侧处的第二侧表面，
其中，所述缓冲电路包括：
电路板，该电路板具有绝缘基部和导体层，所述绝缘基部沿着所述功率半导体模块的侧表面延伸并且桥接于对应的一个所述直流输入端子与对应的一个所述输出端子之间，所述导体层设置于所述绝缘基部的上表面和下表面中的至少一个表面上，并且形成分别连接至对应的直流输入端子和对应的输出端子的电路图案；以及
电子元件，该电子元件以露出的方式安装在所述电路板上。
2.根据权利要求1所述的缓冲电路，其中，所述导体层设置于所述绝缘基部的上表面和下表面中的每一者上，并且所述绝缘基部的上表面侧的导体层和所述绝缘基部的下表面侧的导体层均形成相同的电路图案，并且
其中，所述电路板的电子元件安装部被构造为通孔，使得所述绝缘基部的上表面侧的导体层和所述绝缘基部的下表面侧的导体层经由所述通孔互相电连接和热连接。
3.根据权利要求1或2所述的缓冲电路，其中，所述导体层的总厚度等于或大于0.1mm并且小于2.0mm。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的缓冲电路，其中，所述电子元件包括被焊接元件，并且
其中，阻焊膜形成在所述导体层的正面上，并且形成在所述电路板的所述被焊接元件所焊接到的所述电子元件安装部的周围。
5.根据权利要求4所述的缓冲电路，其中，所述阻焊膜形成在所述导体层的除了所述电路板的所述电子元件安装部之外的正面上。
6.一种功率半导体模块，该功率半导体模块包括：
臂，该臂包括能够进行切换操作并且串联连接的两个功率半导体器件；
一对正极侧和负极侧直流输入端子以及输出端子，所述一对正极侧和负极侧直流输入端子以及所述输出端子电连接至所述臂；以及
缓冲电路，该缓冲电路分别连接于所述直流输入端子与所述输出端子之间，
其中，所述一对正极侧和负极侧直流输入端子设置于所述功率半导体模块的第一侧表面，并且所述输出端子设置于所述功率半导体模块的在所述第一侧表面的相反侧处的第二侧表面，并且
其中，各所述缓冲电路均包括电路板和电子元件，所述电路板具有绝缘基部和导体层，所述绝缘基部沿着所述功率半导体模块的侧表面延伸并且桥接在对应的一个所述直流输入端子与对应的一个所述输出端子之间，所述导体层设置于所述绝缘基部的上表面和下表面中的至少一个表面上，并且形成分别连接至对应的直流输入端子和对应的输出端子的电路图案，并且所述电子元件以露出的方式安装在所述电路板上。
7.一种感应加热电源装置，该感应加热电源装置包括逆变器，该逆变器被配置为将直流电转化为交流电，
其中，所述逆变器被配置为桥接电路，该桥接电路具有多个并联连接的根据权利要求6所述的功率半导体模块。
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