JP5092654B2

JP5092654B2 - Power converter

Info

Publication number: JP5092654B2
Application number: JP2007253926A
Authority: JP
Inventors: 雅也殿本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009089491A

Description

本発明は、複数の半導体素子を内蔵する半導体モジュールを有し、電源から供給される電力を負荷に供給する交流電力へ変換する電力変換装置、及びこれに用いる半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a power conversion device that has a semiconductor module containing a plurality of semiconductor elements and converts power supplied from a power source to AC power supplied to a load, and a semiconductor module used therefor.

インバータやコンバータ等の電力変換装置は、複数の半導体素子のスイッチング動作によって電力の変換を行っている。かかる電力変換装置において、複数の半導体素子をモジュール化した半導体モジュールを用いたものがある（特許文献１参照）。たとえば、スイッチング用の半導体素子としてのＩＧＢＴ（Insurated Gate Bipolar Transistor）と、このＩＧＢＴに逆向きに並列接続したフライホイールダイオードとを、それぞれ二個ずつ内蔵した半導体モジュールが用いられることがある（特許文献１の図５等参照）。 Power conversion devices such as inverters and converters convert power by switching operations of a plurality of semiconductor elements. Among such power conversion devices, there is one using a semiconductor module obtained by modularizing a plurality of semiconductor elements (see Patent Document 1). For example, a semiconductor module may be used that includes two IGBTs (Insurated Gate Bipolar Transistors) as switching semiconductor elements and two flywheel diodes connected in parallel to the IGBTs in opposite directions. 1 (see FIG. 5 etc.).

かかる半導体モジュールは、電源の正極に接続されるハイサイド側のＩＧＢＴ及びフライホイールダイオードと、電源の負極に接続されるローサイド側のＩＧＢＴ及びフライホイールダイオードとが、直列接続されている。そして、これら４つの半導体素子は、平面的に並ぶように配置され、厚み方向に並ぶ構成となっていない。 In such a semiconductor module, a high-side IGBT and flywheel diode connected to the positive electrode of the power supply and a low-side IGBT and flywheel diode connected to the negative electrode of the power supply are connected in series. And these four semiconductor elements are arrange | positioned so that it may arrange in a plane, and it does not have the structure arranged in the thickness direction.

ここで、電力変換装置において、半導体素子のスイッチング動作により、上記半導体モジュールに流れる電流変化が生じるとき、ハイサイド側のＩＧＢＴとローサイド側のフライホイールダイオードとからなる回路、或いは、ハイサイド側のフライホイールダイオードとローサイド側のＩＧＢＴとからなる回路に流れる電流が変化することとなる。このとき、ハイサイド側のＩＧＢＴとローサイド側のフライホイールダイオード、或いは、ハイサイド側のフライホイールダイオードとローサイド側のＩＧＢＴとの間の電流経路に形成されるインダクタンスによって、サージ電圧が生じるおそれがある。すなわち、インダクタンスＬの回路において電流変化率ｄｉ／ｄｔの電流変化があったとき、Ｖ＝−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）のサージ電圧Ｖが生じるため、インダクタンスＬが大きいとサージ電圧Ｖが大きく生じる。 Here, in the power conversion device, when a change in current flowing through the semiconductor module occurs due to the switching operation of the semiconductor element, a circuit including a high-side IGBT and a low-side flywheel diode or a high-side flywheel diode is used. The current flowing in the circuit composed of the wheel diode and the low-side IGBT changes. At this time, a surge voltage may be generated by an inductance formed in a current path between the high-side IGBT and the low-side flywheel diode or between the high-side flywheel diode and the low-side IGBT. . That is, when the current change rate di / dt changes in the circuit of the inductance L, a surge voltage V of V = −L (di / dt) is generated. Therefore, if the inductance L is large, the surge voltage V is large.

また、このサージ電圧Ｖを抑制すべく、スイッチング時の電流変化率ｄｉ／ｄｔを小さくすると、スイッチング損失が大きくなる。これにより、スイッチング素子が発熱によって破損するおそれが生じる。
また、発熱によるスイッチング素子の破損を防ぐためには、出力電流を制限するか、スイッチング素子の放熱面を大型化する必要が生じてしまう。
それ故、半導体モジュール内におけるインダクタンスの低減が望まれる。 Further, when the current change rate di / dt at the time of switching is reduced to suppress the surge voltage V, the switching loss increases. As a result, the switching element may be damaged by heat generation.
Further, in order to prevent the switching element from being damaged due to heat generation, it is necessary to limit the output current or enlarge the heat radiation surface of the switching element.
Therefore, it is desired to reduce the inductance in the semiconductor module.

特開２００１−３０８２６３号公報JP 2001-308263 A

本発明は、かかる従来の問題に鑑みてなされたもので、半導体モジュール内におけるインダクタンスの低減を図ることができる電力変換装置及びこれに用いる半導体モジュールを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of reducing inductance in a semiconductor module and a semiconductor module used therefor.

第１の発明は、複数の半導体素子を内蔵する半導体モジュールを有し、電源から供給される電力を負荷に供給する交流電力へ変換する電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、互いに直列接続された少なくとも一対の上記半導体素子を有しており、該一対の半導体素子のうち、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド側の半導体素子と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド側の半導体素子とを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなり、
上記一対の半導体素子の間には、上記負荷に接続されるミドルサイド板が配設され、
上記一対の半導体素子における上記ミドルサイド板と反対側の面には、それぞれ、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド板と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド板とが配設されており、
上記ハイサイド板、上記ローサイド板、及び上記ミドルサイド板は、それぞれ厚み方向に直交する方向に突出した突出端子部を有し、
上記半導体モジュールは、ハイサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続するとともに、ローサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続し、かつ、ハイサイド側の上記半導体素子の並列回路とローサイド側の上記半導体素子の並列回路とを、直列接続してなり、
上記ハイサイド側のＩＧＢＴと上記ローサイド側のダイオードとが上記半導体モジュールの厚み方向に並び、上記ハイサイド側のダイオードと上記ローサイド側のＩＧＢＴとが上記半導体モジュールの厚み方向に並んでいることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。 A first invention is a power conversion device that has a semiconductor module containing a plurality of semiconductor elements and converts power supplied from a power source into AC power supplied to a load,
The semiconductor module includes at least a pair of the semiconductor elements connected in series to each other, and of the pair of semiconductor elements, a high-side semiconductor element connected to a P-pole of the power source, and the power source The low-side semiconductor elements connected to the N pole are arranged so as to be aligned in the thickness direction.
A middle side plate connected to the load is disposed between the pair of semiconductor elements,
A high-side plate connected to the P-pole of the power source and a low-side plate connected to the N-pole of the power source are disposed on the surface opposite to the middle side plate in the pair of semiconductor elements, respectively. And
The high side plate, the low-side plate, and the middle side plate, have a protruding terminal portion protruding in a direction perpendicular to the thickness direction, respectively,
The semiconductor module connects the IGBT and diode as the semiconductor element on the high side in parallel, connects the IGBT and diode as the semiconductor element on the low side in parallel, and parallels the semiconductor element on the high side. A circuit and a parallel circuit of the semiconductor element on the low side are connected in series,
The high-side IGBT and the low-side diode are arranged in the thickness direction of the semiconductor module, and the high-side diode and the low-side IGBT are arranged in the thickness direction of the semiconductor module. (1).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュールは、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子とを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなる。そのため、半導体モジュール内におけるハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子との間の電流経路を短くすることができる。すなわち、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子とを、平面的に並べて配置した場合に比べて、両者を厚み方向に並ぶように配置することにより、両者間の距離を大幅に縮めることができる。これにより、両者間の電流経路を小さくすることができ、その電流経路に生じるインダクタンスを小さくすることができる。
これにより、上記の電流経路における電流変化が生じても、大きなサージ電圧の発生を抑制することができる。 Next, the effects of the present invention will be described.
The semiconductor module includes a high-side semiconductor element and a low-side semiconductor element arranged in the thickness direction. Therefore, the current path between the semiconductor element on the high side and the semiconductor element on the low side in the semiconductor module can be shortened. In other words, compared to the case where the semiconductor element on the high side and the semiconductor element on the low side are arranged side by side in a plane, the distance between the two is greatly reduced by arranging them in the thickness direction. Can do. Thereby, the current path between the two can be reduced, and the inductance generated in the current path can be reduced.
Thereby, even if the current change in the current path occurs, generation of a large surge voltage can be suppressed.

以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュール内におけるインダクタンスの低減を図ることができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power conversion device capable of reducing inductance in a semiconductor module.

第２の発明は、互いに直列接続された少なくとも一対の半導体素子を有する半導体モジュールであって、
上記一対の半導体素子のうち、電源のＰ極に接続されるハイサイド側の半導体素子と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド側の半導体素子とを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなり、
上記一対の半導体素子の間には、負荷に接続されるミドルサイド板が配設され、
上記一対の半導体素子における上記ミドルサイド板と反対側の面には、それぞれ、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド板と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド板とが配設されており、
上記ハイサイド板、上記ローサイド板、及び上記ミドルサイド板は、それぞれ厚み方向に直交する方向に突出した突出端子部を有し、
ハイサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続するとともに、ローサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続し、かつ、ハイサイド側の上記半導体素子の並列回路とローサイド側の上記半導体素子の並列回路とを、直列接続してなり、
上記ハイサイド側のＩＧＢＴと上記ローサイド側のダイオードとが上記半導体モジュールの厚み方向に並び、上記ハイサイド側のダイオードと上記ローサイド側のＩＧＢＴとが上記半導体モジュールの厚み方向に並んでいることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項６）。 A second invention is a semiconductor module having at least a pair of semiconductor elements connected in series to each other,
Of the pair of semiconductor elements, a high-side semiconductor element connected to the P-pole of the power supply and a low-side semiconductor element connected to the N-pole of the power supply are arranged so as to be aligned in the thickness direction. And
A middle side plate connected to a load is disposed between the pair of semiconductor elements,
A high-side plate connected to the P-pole of the power source and a low-side plate connected to the N-pole of the power source are disposed on the surface opposite to the middle side plate in the pair of semiconductor elements, respectively. And
The high side plate, the low side plate, and the middle side plate each have a protruding terminal portion that protrudes in a direction orthogonal to the thickness direction ,
The IGBT and the diode as the semiconductor element on the high side are connected in parallel, the IGBT and the diode as the semiconductor element on the low side are connected in parallel, and the parallel circuit of the semiconductor element on the high side and the diode on the low side are connected A parallel circuit of the semiconductor elements is connected in series,
The high-side IGBT and the low-side diode are arranged in the thickness direction of the semiconductor module, and the high-side diode and the low-side IGBT are arranged in the thickness direction of the semiconductor module. ( 6 ).

本発明によれば、上記第１の発明（請求項１）と同様の原理によって、半導体モジュール内におけるインダクタンスの低減を図ることができる半導体モジュールを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor module capable of reducing the inductance in the semiconductor module based on the same principle as that of the first invention (claim 1).

上記第１の発明（請求項１）及び上記第２の発明（請求項６）において、上記負荷としては、例えば、三相交流モータ等の回転電気等がある。 In the first invention (Invention 1) and the second invention (Invention 6 ), the load includes, for example, rotary electricity such as a three-phase AC motor.

また、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、少なくともその一部が互いに厚み方向に重なるように配置していることが好ましい（請求項２、請求項７）。
この場合には、突出端子部におけるインダクタンスを抑制することができる。 Further, it is preferable that the protruding terminal portion of the high side plate and the protruding terminal portion of the low side plate are arranged so that at least a part thereof overlaps with each other in the thickness direction (claims 2 and 7 ).
In this case, the inductance in the protruding terminal portion can be suppressed.

また、上記半導体モジュールは、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とを、それぞれ複数個内蔵してなり、上記ミドルサイド板は、互いに厚み方向に異なる位置に形成されると共に互いに平行な複数の平坦部からなる階段形状を有することが好ましい（請求項３、請求項８）。
この場合には、複数種類の厚みの異なる半導体素子を適宜、ハイサイド板及びローサイド板と、ミドルサイド板との間に挟持させる際に、各半導体素子の厚みに応じてハイサイド板とミドルサイド板との間の距離、或いはローサイド板とミドルサイド板との間の距離を設定することができる。そのため、半導体モジュールにおいて、厚み方向の無駄なスペースの形成を抑制し、半導体モジュールの厚みを小さくすることができる。 Further, the semiconductor module includes a plurality of the high-side semiconductor elements and the low-side semiconductor elements, and the middle side plates are formed at different positions in the thickness direction and are mutually connected. It is preferable to have a staircase shape composed of a plurality of parallel flat portions (claims 3 and 8 ).
In this case, when a plurality of types of semiconductor elements having different thicknesses are appropriately sandwiched between the high side plate, the low side plate, and the middle side plate, the high side plate and the middle side according to the thickness of each semiconductor element. The distance between the plates or the distance between the low side plate and the middle side plate can be set. Therefore, in the semiconductor module, formation of a useless space in the thickness direction can be suppressed, and the thickness of the semiconductor module can be reduced.

また、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、上記半導体モジュールにおける共通の辺から突出しており、互いに厚み方向に並んだ上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、それぞれの幾何学的重心が互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることが好ましい（請求項４、請求項９）。
この場合には、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子とのいずれか一方における端部への電流集中を抑制することができる。これにより、インダクタンスを一層抑制することができると共に、半導体素子の耐久性を向上させることができる。たとえば、一方の半導体素子を他方の半導体素子よりも、突出端子部側へずらすことにより、上記一方の半導体素子を流れる電流は、端部のみならず、その中央付近にも流れるようにすることができ、局部的な電流集中を防ぐことができる。 The protruding terminal portion of the high-side plate and the protruding terminal portion of the low-side plate protrude from a common side in the semiconductor module, and the high-side semiconductor element and the low-side side are aligned in the thickness direction. It is preferable that the geometric center of gravity of each of the semiconductor elements is shifted from each other in the protruding direction of the protruding terminal portion (claims 4 and 9 ).
In this case, current concentration at the end of one of the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element can be suppressed. Thereby, the inductance can be further suppressed and the durability of the semiconductor element can be improved. For example, by shifting one semiconductor element to the protruding terminal portion side relative to the other semiconductor element, the current flowing through the one semiconductor element may flow not only at the end portion but also near the center thereof. And local current concentration can be prevented.

また、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、互いの一部が厚み方向に重ならない領域ができる状態で、互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることが好ましい（請求項５、請求項１０）。
この場合には、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子とのいずれか一方における端部への電流集中をより効果的に抑制することができる。
また、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子との間の熱干渉を抑制することができる。そのため、上記半導体素子の温度上昇を抑制し、動作不良を一層抑制することができる。 Further, the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element are arranged so as to be shifted from each other in the protruding direction of the protruding terminal portion in a state where a part of the semiconductor element does not overlap in the thickness direction. It is preferable (Claim 5 and Claim 10 ).
In this case, current concentration at the end of one of the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element can be more effectively suppressed.
Further, thermal interference between the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element can be suppressed. Therefore, the temperature rise of the semiconductor element can be suppressed, and malfunction can be further suppressed.

また、上記半導体モジュールは、ハイサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続するとともに、ローサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続し、かつ、ハイサイド側の上記半導体素子の並列回路とローサイド側の上記半導体素子の並列回路とを、直列接続している。
これにより、ハイサイド側の半導体素子とローサイド側の半導体素子との間の電流経路におけるインピーダンスを低減することができる。 In addition, the semiconductor module connects the IGBT and the diode as the semiconductor element on the high-side side in parallel, and connects the IGBT and the diode as the semiconductor element on the low-side in parallel, and the semiconductor element on the high-side side And the parallel circuit of the semiconductor element on the low side are connected in series .
Thereby , the impedance in the current path between the semiconductor element on the high side and the semiconductor element on the low side can be reduced.

また、上記ハイサイド側のＩＧＢＴと上記ローサイド側のダイオードとが厚み方向に並び、上記ハイサイド側のダイオードと上記ローサイド側のＩＧＢＴとが厚み方向に並んでいる。
これにより、ハイサイド側のＩＧＢＴとローサイド側のダイオードとの間の距離、及びローサイド側のＩＧＢＴとハイサイド側のダイオードとの間の距離を小さくすることができる。その結果、半導体モジュール内におけるインピーダンスを一層小さくすることができる。 Further, it arranged in the diode and the thickness direction of the high-side IGBT and the low side, and the high side diode and the low-side IGBT is that lined the thickness direction.
Accordingly , the distance between the high-side IGBT and the low-side diode and the distance between the low-side IGBT and the high-side diode can be reduced. As a result, the impedance in the semiconductor module can be further reduced.

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置及びこれに用いる半導体モジュールにつき、図１〜図９を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図４に示すごとく、複数の半導体素子２を内蔵する半導体モジュール３を有し、電源１１から供給される電力を負荷１２に供給する交流電力へ変換する装置である。 Example 1
A power converter according to an embodiment of the present invention and a semiconductor module used therefor will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the power conversion device 1 of this example includes a semiconductor module 3 including a plurality of semiconductor elements 2 and converts power supplied from a power source 11 into AC power supplied to a load 12. is there.

図１〜図４に示すごとく、半導体モジュール３は、互いに直列接続された少なくとも一対の半導体素子２を有している。そして、半導体モジュール３は、一対の半導体素子２のうち、電源１１のＰ極１１ｐに接続されるハイサイド側の半導体素子２Ｈと、電源１１のＮ極１１ｎに接続されるローサイド側の半導体素子２Ｌとを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなる。 As shown in FIGS. 1 to 4, the semiconductor module 3 has at least a pair of semiconductor elements 2 connected in series to each other. The semiconductor module 3 includes a high-side semiconductor element 2H connected to the P-pole 11p of the power supply 11 and a low-side semiconductor element 2L connected to the N-pole 11n of the power supply 11 among the pair of semiconductor elements 2. Are arranged in the thickness direction.

図１、図３に示すごとく、一対の半導体素子２の間には、負荷１２に接続されるミドルサイド板３１Ｍが配設されている。また、一対の半導体素子２におけるミドルサイド板３１Ｍと反対側の面には、それぞれ、電源１１のＰ極１１ｐに接続されるハイサイド板３１Ｈと、電源１１のＮ極１１ｎに接続されるローサイド板３１Ｌとが配設されている。
ハイサイド板３１Ｈ、ローサイド板３１Ｌ、及びミドルサイド板３１Ｍは、それぞれ厚み方向に直交する方向に突出した突出端子部３２（３２Ｈ、３２Ｌ、３２Ｍ）を有している。 As shown in FIGS. 1 and 3, a middle side plate 31 M connected to the load 12 is disposed between the pair of semiconductor elements 2. Moreover, on the surface opposite to the middle side plate 31M in the pair of semiconductor elements 2, a high side plate 31H connected to the P pole 11p of the power source 11 and a low side plate connected to the N pole 11n of the power source 11, respectively. 31L is disposed.
The high side plate 31H, the low side plate 31L, and the middle side plate 31M each have a protruding terminal portion 32 (32H, 32L, 32M) protruding in a direction orthogonal to the thickness direction.

半導体モジュール３は、図４に示すごとく、ハイサイド側の半導体素子２ＨとしてのＩＧＢＴ２１及びダイオード２２を並列接続するとともに、ローサイド側の半導体素子２ＬとしてのＩＧＢＴ２１及びダイオード２２を並列接続してなる。そして、ハイサイド側の半導体素子２Ｈの並列回路とローサイド側の半導体素子２Ｌの並列回路とを、直列接続してなる。ダイオード２２は、フライホイールダイオードである。 As shown in FIG. 4, the semiconductor module 3 includes an IGBT 21 and a diode 22 as a high-side semiconductor element 2H connected in parallel, and an IGBT 21 and a diode 22 as a low-side semiconductor element 2L connected in parallel. The parallel circuit of the high-side semiconductor element 2H and the parallel circuit of the low-side semiconductor element 2L are connected in series. The diode 22 is a flywheel diode.

また、図１に示すごとく、半導体モジュール３において、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１とローサイド側のダイオード２２とが厚み方向に並び、ハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のＩＧＢＴ２１とが厚み方向に並んでいる。
各半導体素子２の一方の面は、ミドルサイド板３１Ｍ或いはローサイド板３１Ｌとの間にスペーサ３３を介設している。これにより、図３に示すごとく、ＩＧＢＴ２１の表面に形成された電極と制御電極端子３４とのワイヤーボンディングのためのスペースを確保している。 As shown in FIG. 1, in the semiconductor module 3, the high-side IGBT 21 and the low-side diode 22 are arranged in the thickness direction, and the high-side diode 22 and the low-side IGBT 21 are arranged in the thickness direction. .
One surface of each semiconductor element 2 is provided with a spacer 33 between the middle side plate 31M or the low side plate 31L. Thereby, as shown in FIG. 3, a space for wire bonding between the electrode formed on the surface of the IGBT 21 and the control electrode terminal 34 is secured.

また、半導体素子２、スペーサ３３、ハイサイド板３１Ｈ、ローサイド板３１Ｌ、ミドルサイド板３１Ｍは、封止樹脂部３５によってモールドされている。
ハイサイド板３１Ｈ，ローサイド板３１Ｌ、ミドルサイド板３１Ｍは、それぞれ、厚み方向に直交する方向に突出する突出端子部３２を有し、これら３個の突出端子部３２は、封止樹脂部３５の一つの辺から、同じ方向へ突出している。また、制御電極端子３４は、突出端子部３２と反対側における封止樹脂部３５の一辺から、突出端子部３２と反対方向へ突出している。 Further, the semiconductor element 2, the spacer 33, the high side plate 31 H, the low side plate 31 L, and the middle side plate 31 M are molded by the sealing resin portion 35.
The high side plate 31H, the low side plate 31L, and the middle side plate 31M each have a protruding terminal portion 32 protruding in a direction orthogonal to the thickness direction, and these three protruding terminal portions 32 are formed of the sealing resin portion 35. Projecting in the same direction from one side. Further, the control electrode terminal 34 protrudes in the direction opposite to the protruding terminal portion 32 from one side of the sealing resin portion 35 on the opposite side to the protruding terminal portion 32.

制御端子部３４は、電力変換装置１のスイッチング制御を行うための図示しない制御回路基板に接続される。
ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、負荷１２に接続されるバスバーに接続される。ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈは、電源１１のＰ極（正極）に接続されるバスバーに接続される。ローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌは、電源１１のＮ極（負極）に接続されるバスバーに接続される。 The control terminal unit 34 is connected to a control circuit board (not shown) for performing switching control of the power conversion device 1.
The protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M is connected to a bus bar connected to the load 12. The protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H is connected to a bus bar connected to the P pole (positive electrode) of the power source 11. The protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L is connected to a bus bar connected to the N pole (negative electrode) of the power supply 11.

また、電力変換装置１は、図４に示すごとく、３個の半導体モジュール３を有し、直流の電源１１と負荷１２との間に配設される。負荷１２は、三相交流モータージェネレータである。
電源１１のＰ極１１ｐには、Ｐ極バスバー１３ｐが接続され、該Ｐ極バスバー１３ｐに各半導体モジュール３のハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈが接続されている。また、電極１１のＮ極１１ｎには、Ｎ極バスバー１３ｎが接続され、該Ｎ極バスバー１３ｎに各半導体モジュール１１のローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌが接続されている。 The power converter 1 includes three semiconductor modules 3 as shown in FIG. 4 and is disposed between a DC power supply 11 and a load 12. The load 12 is a three-phase AC motor generator.
A P pole bus bar 13p is connected to the P pole 11p of the power supply 11, and the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H of each semiconductor module 3 is connected to the P pole bus bar 13p. Further, an N pole bus bar 13n is connected to the N pole 11n of the electrode 11, and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L of each semiconductor module 11 is connected to the N pole bus bar 13n.

また、負荷１２には３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応する３本のバスバー１４が接続されており、これら３本のバスバー１４に対して、それぞれ、３個の半導体モジュール３におけるミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍが接続されている。
また、電力変換装置１と電源１２との間には、Ｐ極バスバー１３ｐとＮ極バスバー１３ｎとを繋ぐように配されたコンデンサ１５が接続されている。 In addition, three bus bars 14 corresponding to three phases (U phase, V phase, W phase) are connected to the load 12, and three semiconductor modules 3 are respectively connected to these three bus bars 14. The protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M is connected.
Further, a capacitor 15 arranged so as to connect the P-pole bus bar 13p and the N-pole bus bar 13n is connected between the power converter 1 and the power source 12.

次に、本例の作用効果につき説明するのに先立ち、まず、上記電力変換装置１において問題となるインダクタンス、及びこれに起因するサージ電圧の発生につき説明する。
電力変換装置１における三相交流モータジェネレータ（負荷１２）の一相分に対応する回路を抜き出した回路は、図５のように表せる。そして、半導体モジュール３における２つのＩＧＢＴ２１のうち、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１をオフとした状態で、ローサイド側のＩＧＢＴ２１をオンからオフに切り替えるときに生じる電流変化を考える。
ローサイド側のＩＧＢＴ２１がオンのときには、図５（Ａ）に示すごとく、電流経路は、コンデンサ１５の正極側からインダクタ１２１を通り、ローサイド側のＩＧＢＴ２１を通り、コンデンサ１５の負極側へ戻る経路となる。 Next, prior to describing the effects of the present example, first, the inductance that causes a problem in the power conversion device 1 and the generation of a surge voltage resulting therefrom will be described.
A circuit obtained by extracting a circuit corresponding to one phase of the three-phase AC motor generator (load 12) in the power conversion device 1 can be expressed as shown in FIG. Then, a change in current that occurs when the low-side IGBT 21 is switched from on to off in a state where the high-side IGBT 21 of the two IGBTs 21 in the semiconductor module 3 is turned off will be considered.
When the low-side IGBT 21 is on, as shown in FIG. 5A, the current path is a path from the positive side of the capacitor 15 through the inductor 121, through the low-side IGBT 21 and back to the negative side of the capacitor 15. .

次に、図５（Ｂ）に示すごとく、ローサイド側のＩＧＢＴ２１をオンからオフに切り替える過渡状態においては、上記と同様の電流経路と、インダクタ１２１を通過した電流がハイサイド側のダイオード２２を通って半導体モジュール３のハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈ側へ戻る電流経路との両方が形成される。
更に、図５（Ｃ）に示すごとく、ローサイド側のＩＧＢＴ２１が完全にオフとなった状態では、ハイサイド側のダイオード２２とインダクタ１２１とを繋ぐ閉回路に電流が流れることとなる。
このような電流の変化が順次生じることにより、回路に高周波電流が流れることとなる。 Next, as shown in FIG. 5B, in a transient state where the low-side IGBT 21 is switched from on to off, the current path similar to the above and the current passing through the inductor 121 pass through the high-side diode 22. Thus, both a current path returning to the protruding terminal portion 32H side of the high side plate 31H of the semiconductor module 3 is formed.
Further, as shown in FIG. 5C, when the low-side IGBT 21 is completely turned off, a current flows through a closed circuit that connects the high-side diode 22 and the inductor 121.
Such a change in current occurs sequentially, so that a high-frequency current flows through the circuit.

ここで、３つの状態のうち、ローサイドのＩＧＢＴ２１がオンの状態（図５（Ａ））とオフの状態（図５（Ｃ））とにそれぞれ流れる電流を平均した電流が、常に変化せずに回路に流れている直流成分Ｉ_DCであると考えると、これに対する上記２つのそれぞれの状態（図５（Ａ）、（Ｃ））の電流の差分を、スイッチングによって逐次変化する交流成分Ｉ_ACと考えることができる。このように、各状態における電流を直流成分Ｉ_DCと交流成分Ｉ_ACとに分離することができる。 Here, among the three states, the average current flowing in the low-side IGBT 21 in the on state (FIG. 5A) and the off state (FIG. 5C) does not always change. Considering the direct current component I _DC flowing through the circuit, the difference between the currents in the two states (FIGS. 5A and 5C) relative to this is expressed as the alternating current component I _AC that is sequentially changed by switching. Can think. In this way, the current in each state can be separated into a direct current component I _DC and an alternating current component I _AC .

即ち、図６に示すごとく、交流成分Ｉ_ACは、コンデンサ１５とハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のＩＧＢＴ２１とを繋ぐ閉回路に流れ、ローサイド側のＩＧＢＴ２１がオンの状態（図６（Ａ））とオフの状態（図６（Ｃ））とでは逆向きとなる。即ち、ローサイド側のＩＧＢＴ２１をオンからオフに切り替えることにより、交流成分Ｉ_ACの方向が逆転することとなる。
そして、図７に示すごとく、交流成分Ｉ_ACの変化、即ち電流変化率ｄｉ／ｄｔの発生により、インダクタンスの大きい回路にはサージ電圧Ｖが生じる。 That is, as shown in FIG. 6, the AC component I _AC flows through a closed circuit that connects the capacitor 15, the high-side diode 22 and the low-side IGBT 21, and the low-side IGBT 21 is turned on (FIG. 6A). ) And the off state (FIG. 6C) are opposite. That is, by switching the IGBT 21 on the low side from ON to OFF, the direction of the AC component I _AC is reversed.
Then, as shown in FIG. 7, a surge voltage V is generated in a circuit having a large inductance due to the change in the _AC component I _AC , that is, the generation of the current change rate di / dt.

そして、インダクタンスの大きい回路に、高周波電流が流れると、即ち電流の大きさや向きに変化が生じると、大きなサージ電圧が生じる。
即ち、サージ電圧をＶ、インダクタンスをＬ、電流変化率をｄｉ／ｄｔとしたとき、サージ電圧は、Ｖ＝−Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）によって得られるため、インダクタンスＬが大きくなるとサージ電圧Ｖは大きくなる。したがって、インダクタンスＬを低減する必要がある。 When a high-frequency current flows through a circuit having a large inductance, that is, when a change occurs in the magnitude or direction of the current, a large surge voltage is generated.
That is, when the surge voltage is V, the inductance is L, and the current change rate is di / dt, the surge voltage is obtained by V = −L (di / dt), and therefore the surge voltage V increases as the inductance L increases. Become. Therefore, it is necessary to reduce the inductance L.

そこで、本発明においては、各半導体モジュール３内におけるインダクタンスを低減すべく、ハイサイド側の半導体素子２Ｈと、ローサイド側の半導体素子２Ｌとの間の電流経路Ｊ（図９参照）が短くなるように、半導体素子２を上述のごとく配置した。
すなわち、上記の例で説明すると、ハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のＩＧＢＴ２１との間における電流経路が長いと、インダクタンスが大きくなりやすく、サージ電圧が大きくなりやすい。 Therefore, in the present invention, in order to reduce inductance in each semiconductor module 3, the current path J (see FIG. 9) between the high-side semiconductor element 2H and the low-side semiconductor element 2L is shortened. In addition, the semiconductor element 2 was disposed as described above.
That is, in the above example, if the current path between the high-side diode 22 and the low-side IGBT 21 is long, the inductance tends to increase and the surge voltage tends to increase.

それ故、図８に示すごとく、半導体モジュール９３内の半導体素子９２を平面的に並べて配置した場合、ハイサイド側のダイオード９２２とローサイド側のＩＧＢＴ９２１との間の電流経路Ｊが長くなる。これにより、この電流経路Ｊにおいてインダクタンスが大きくなり、大きなサージ電圧が発生するおそれがある。
なお、図８において、符号９３１Ｈ、９３１Ｍ、９３１Ｌは、それぞれハイサイド板、ミドルサイド板、ローサイド板を表し、符合９３２Ｈ、９３２Ｍ、９３２Ｌは、それぞれハイサイド板９３１Ｈ、ミドルサイド板９３１Ｍ、ローサイド板９３１Ｌの突出端子部を表す。また、符号９２Ｈ、９２Ｌは、それぞれハイサイド側の半導体素子、ローサイド側の半導体素子を表す。また、符号ｉは、半導体モジュール９２における、突出端子部９３２Ｈから突出端子部９３２Ｌまでの間の高周波電流の経路を示す。この符号ｉについては、他の図においても同様である。 Therefore, as shown in FIG. 8, when the semiconductor elements 92 in the semiconductor module 93 are arranged side by side in a plane, the current path J between the high-side diode 922 and the low-side IGBT 921 becomes long. As a result, the inductance increases in the current path J, and a large surge voltage may be generated.
In FIG. 8, reference numerals 931H, 931M, and 931L denote a high-side plate, a middle-side plate, and a low-side plate, respectively. Reference numerals 932H, 932M, and 932L denote a high-side plate 931H, a middle-side plate 931M, and a low-side plate 931L, respectively. Represents the protruding terminal portion. Reference numerals 92H and 92L denote a high-side semiconductor element and a low-side semiconductor element, respectively. Further, the symbol i indicates a path of the high frequency current between the protruding terminal portion 932H and the protruding terminal portion 932L in the semiconductor module 92. This symbol i is the same in other drawings.

上記のごとく半導体素子９２を平面的に並べて配置した場合（図８）に対し、図９に示すごとく、本発明の半導体モジュール３においては、ＩＧＢＴ２１とダイオード２２とを厚み方向に並べているため、ハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のＩＧＢＴ２１との間の電流経路Ｊを大幅に短縮することができる。
これにより、上記の電流経路Ｊにおける電流変化が生じても（高周波電流が流れても）、大きなサージ電圧の発生を抑制することができる。 In contrast to the case where the semiconductor elements 92 are arranged in a plane as described above (FIG. 8), as shown in FIG. 9, in the semiconductor module 3 of the present invention, the IGBT 21 and the diode 22 are arranged in the thickness direction. The current path J between the side-side diode 22 and the low-side IGBT 21 can be greatly shortened.
Thereby, even if the current change in said current path J arises (even if a high frequency current flows), generation | occurrence | production of a big surge voltage can be suppressed.

特に、本例においては、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１とローサイド側のダイオード２２とが厚み方向に並び、ハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のＩＧＢＴ２１とが厚み方向に並んでいるため、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１とローサイド側のダイオード２２との間の距離、及びローサイド側のＩＧＢＴ２１とハイサイド側のダイオード２２との間の距離を小さくすることができる。その結果、半導体モジュール３内におけるインピーダンスを一層小さくすることができ、サージ電圧を一層抑制することができる。 In particular, in this example, the high-side IGBT 21 and the low-side diode 22 are arranged in the thickness direction, and the high-side diode 22 and the low-side IGBT 21 are arranged in the thickness direction. The distance between the IGBT 21 and the low-side diode 22 and the distance between the low-side IGBT 21 and the high-side diode 22 can be reduced. As a result, the impedance in the semiconductor module 3 can be further reduced, and the surge voltage can be further suppressed.

以上のごとく、本例によれば、半導体モジュール内におけるインダクタンスの低減を図ることができる電力変換装置及びこれに用いる半導体モジュールを提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power conversion device capable of reducing inductance in a semiconductor module and a semiconductor module used in the power conversion device.

（実施例２）
本例は、図１０〜図１２に示すごとく、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈとローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとが、互いに厚み方向に重なるように配置されている半導体モジュール３の例である。
図１０に示す半導体モジュール３は、制御電極端子３４と反対側の辺から、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈとローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとを、厚み方向に互いに重ねる状態で突出させている。そして、ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、突出端子部３２Ｈ及び突出端子部３２Ｌに直交する方向に突出している。 (Example 2)
This example is an example of the semiconductor module 3 in which the protruding terminal portions 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portions 32L of the low side plate 31L are arranged so as to overlap each other in the thickness direction, as shown in FIGS. It is.
In the semiconductor module 3 shown in FIG. 10, the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L are protruded from the side opposite to the control electrode terminal 34 so as to overlap each other in the thickness direction. ing. The protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M protrudes in a direction orthogonal to the protruding terminal portion 32H and the protruding terminal portion 32L.

図１１に示す半導体モジュール３は、制御電極端子３４に直交する方向の辺から、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈとローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとを、厚み方向に互いに重ねる状態で突出させている。そして、ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、突出端子部３２Ｈ及び突出端子部３２Ｌと反対側に突出している。 The semiconductor module 3 shown in FIG. 11 protrudes from a side perpendicular to the control electrode terminal 34 in a state where the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L overlap each other in the thickness direction. I am letting. The protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M protrudes on the opposite side to the protruding terminal portion 32H and the protruding terminal portion 32L.

図１２に示す半導体モジュール３は、制御電極端子３４に直交する方向の辺から、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈとローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとを、厚み方向に互いに重ねる状態で突出させている。そして、ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、上記制御電極端子３４と反対側に突出している。
その他は、実施例１と同様である。 The semiconductor module 3 shown in FIG. 12 protrudes from the side perpendicular to the control electrode terminal 34 in a state where the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L overlap each other in the thickness direction. I am letting. The protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M protrudes on the opposite side to the control electrode terminal 34.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、突出端子部３２におけるインダクタンスを抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, the inductance in the protruding terminal portion 32 can be suppressed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例３）
本例は、図１３に示すごとく、ミドルサイド板３１Ｍが、互いに厚み方向に異なる位置に形成されると共に互いに平行な二個の平坦部３１１からなる階段形状を有する、半導体モジュール３の例である。
本例においては、図１３（Ａ）に示すごとく、ＩＧＢＴ２１の一方の面には、スペーサ３３を積層してあるが、ダイオード２２は、何れの面にもスペーサ３３を介在させることなく、ハイサイド板３１Ｈとミドルサイド板３１Ｍ、或いは、ミドルサイド板３１Ｍとローサイド板３１Ｌとの間に挟持された状態となっている。 (Example 3)
This example is an example of the semiconductor module 3 in which the middle side plate 31M has a stepped shape including two flat portions 311 that are formed at different positions in the thickness direction and are parallel to each other, as shown in FIG. .
In this example, as shown in FIG. 13A, a spacer 33 is laminated on one surface of the IGBT 21. However, the diode 22 has a high side without interposing the spacer 33 on any surface. The plate 31H is sandwiched between the middle side plate 31M or the middle side plate 31M and the low side plate 31L.

また、ローサイド板３１Ｌは、上述のごとく、厚み方向に互いに異なる位置に形成された二個の平坦部３１１を有する。この二個の平坦部３１１の間には、段部３１２が形成されいている。そして、一方の平坦部３１１とハイサイド板３１Ｈとの間に、ハイサイド側のダイオード２２が挟持されており、上記一方の平坦部３１１とローサイド板３１Ｌとの間にローサイド側のＩＧＢＴ２１及びスペーサ３３が挟持されている。また、他方の平坦部３１１とハイサイド板３１Ｈとの間に、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１及びスペーサ３３が挟持されており、上記他方の平坦部３１１とローサイド板３１Ｌとの間にローサイド側のＩＧＢＴ２１及びスペーサ３３が挟持されている。
その他は、実施例１と同様である。 Further, as described above, the low side plate 31L includes the two flat portions 311 formed at different positions in the thickness direction. A step portion 312 is formed between the two flat portions 311. The high-side diode 22 is sandwiched between the one flat portion 311 and the high-side plate 31H, and the low-side IGBT 21 and the spacer 33 are interposed between the one flat portion 311 and the low-side plate 31L. Is pinched. Further, the high side IGBT 21 and the spacer 33 are sandwiched between the other flat portion 311 and the high side plate 31H, and the low side IGBT 21 and the low side plate 31L are interposed between the other flat portion 311 and the low side plate 31L. A spacer 33 is sandwiched.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、複数種類の厚みの異なる半導体素子２を適宜、ハイサイド板３１Ｈ及びローサイド板３１Ｌと、ミドルサイド板３１Ｍとの間に挟持させる際に、各半導体素子２の厚みに応じてハイサイド板３１Ｈとミドルサイド板３１Ｍとの間の距離、或いはローサイド板３１Ｌとミドルサイド板３１Ｍとの間の距離を設定することができる。そのため、半導体モジュール３において、厚み方向の無駄なスペースの形成を抑制し、半導体モジュール３の厚みを小さくすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, when plural types of semiconductor elements 2 having different thicknesses are appropriately sandwiched between the high side plate 31H and the low side plate 31L and the middle side plate 31M, depending on the thickness of each semiconductor element 2 Thus, the distance between the high side plate 31H and the middle side plate 31M or the distance between the low side plate 31L and the middle side plate 31M can be set. Therefore, in the semiconductor module 3, it is possible to suppress the formation of a useless space in the thickness direction, and to reduce the thickness of the semiconductor module 3.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例４）
本例は、図１４に示すごとく、互いに厚み方向に並んだハイサイド側の半導体素子２Ｈとローサイド側の半導体素子２Ｌとが、それぞれの幾何学的重心を互いに突出端子部３２の突出方向にずらして配置した半導体モジュール３の例である。
本例においては、図１４に示すごとく、ＩＧＢＴ２１の幾何学的重心を、ダイオード２２の幾何学的重心よりも、突出端子部３２側へずらしている。
その他は、実施例１と同様である。 Example 4
In this example, as shown in FIG. 14, the high-side semiconductor element 2 H and the low-side semiconductor element 2 L arranged in the thickness direction mutually shift their geometric centers of gravity in the protruding direction of the protruding terminal portion 32. This is an example of the semiconductor module 3 arranged in the manner described above.
In this example, as shown in FIG. 14, the geometric gravity center of the IGBT 21 is shifted to the protruding terminal portion 32 side with respect to the geometric gravity center of the diode 22.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、ＩＧＢＴ２１における端部への電流集中を抑制することができる。これにより、インダクタンスを一層抑制することができると共に、半導体素子２（ＩＧＢＴ２１）の耐久性を向上させることができる。すなわち、ＩＧＢＴ２１をダイオード２２よりも、突出端子部３２側へずらすことにより、ＩＧＢＴ２１を流れる電流は、端部のみならず、その中央付近にも流れるようにすることができ、局部的な電流集中を防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, current concentration at the end of the IGBT 21 can be suppressed. Thereby, the inductance can be further suppressed and the durability of the semiconductor element 2 (IGBT 21) can be improved. That is, by shifting the IGBT 21 to the protruding terminal portion 32 side from the diode 22, the current flowing through the IGBT 21 can flow not only at the end portion but also near the center thereof, and local current concentration can be reduced. Can be prevented.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例５）
本例は、図１５に示すごとく、ハイサイド側の半導体素子２Ｈとローサイド側の半導体素子２Ｌとが、互いの一部が厚み方向に重ならない領域ができる状態で、互いに突出端子部３２の突出方向にずれて配置されている半導体モジュール３の例である。
本例においては、図１５（Ｂ）に示すごとく、ダイオード２２をＩＧＢＴ２１よりも突出端子部３２側へずらしている。
その他は、実施例１と同様である。 (Example 5)
In this example, as shown in FIG. 15, the high-side semiconductor element 2H and the low-side semiconductor element 2L are in a state in which a part of each other does not overlap in the thickness direction. It is an example of the semiconductor module 3 arrange | positioned by shifting in the direction.
In this example, as shown in FIG. 15B, the diode 22 is shifted from the IGBT 21 to the protruding terminal portion 32 side.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、ダイオード２２における端部への電流集中をより効果的に抑制することができる。
また、ＩＧＢＴ２１とダイオード２２との間の熱干渉を抑制することができる。そのため、半導体素子２の温度上昇を抑制し、動作不良を一層抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, current concentration at the end of the diode 22 can be more effectively suppressed.
Further, thermal interference between the IGBT 21 and the diode 22 can be suppressed. Therefore, the temperature rise of the semiconductor element 2 can be suppressed, and malfunctions can be further suppressed.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例６）
本例は、図１６に示すごとく、ＩＧＢＴ２１を分割して小型化した状態で内蔵した半導体モジュール３の例である。すなわち、図１６（Ａ）に示すごとく、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１を二個、ハイサイド板３１Ｈとミドルサイド板３１Ｍとの間に並列配置し、ローサイド側のＩＧＢＴ２１を二個、ローサイド板３１Ｌとミドルサイド板３１Ｍとの間に並列配置してある。
また、ハイサイド側及びローサイド側のダイオード２２は、それぞれ並列配置したＩＧＢＴ２１の間に配され、これらと共に並列配置されている。
その他は、実施例１と同様である。 (Example 6)
As shown in FIG. 16, this example is an example of the semiconductor module 3 in which the IGBT 21 is divided and built in a miniaturized state. That is, as shown in FIG. 16A, two high-side IGBTs 21 are arranged in parallel between the high-side plate 31H and the middle-side plate 31M, and two low-side IGBTs 21 are arranged in a low-side plate 31L and the middle. It is arranged in parallel with the side plate 31M.
The high-side and low-side diodes 22 are arranged between the IGBTs 21 arranged in parallel, and are arranged in parallel therewith.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、ＩＧＢＴ２１の大きさを小さくすることにより、その実装面積を小さくし、半導体モジュール３の小型化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, by reducing the size of the IGBT 21, the mounting area can be reduced and the semiconductor module 3 can be downsized.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（参考例１）
本例は、図１７に示すごとく、ハイサイド側のＩＧＢＴ２１とローサイド側のＩＧＢＴ２１とが厚み方向に並び、ハイサイド側のダイオード２２とローサイド側のダイオード２２とが厚み方向に並んでいる、半導体モジュール３の例である。
その他は、実施例１と同様である。 ( Reference Example 1 )
In this example, as shown in FIG. 17, a high-side IGBT 21 and a low-side IGBT 21 are arranged in the thickness direction, and a high-side diode 22 and a low-side diode 22 are arranged in the thickness direction. 3 is an example.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、同時に電流が流れることの少ないＩＧＢＴ２１同士を厚み方向に並べることにより、熱干渉を抑制し、動作不良を抑制することができる。
また、この場合、高周波電流ｉは、たとえば、図１７に示すように、ハイサイド側のダイオード２２から、ローサイド側のＩＧＢＴ２１を通過するように流れるが、このときの半導体素子２間の電流経路Ｊは、実施例１の場合に比べて多少長くなるものの、半導体素子を平面的に並べた場合（図８参照）に比べて、大きく短縮することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, by arranging the IGBTs 21 in which currents hardly flow at the same time in the thickness direction, thermal interference can be suppressed and malfunction can be suppressed.
In this case, for example, as shown in FIG. 17, the high-frequency current i flows from the high-side diode 22 so as to pass through the low-side IGBT 21, but the current path J between the semiconductor elements 2 at this time Although this is slightly longer than in the case of the first embodiment, it can be greatly shortened as compared with the case where semiconductor elements are arranged in a plane (see FIG. 8).
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例７）
本例は、図１８に示すごとく、６個のＩＧＢＴ２１と６個のダイオード２２とを内蔵した半導体モジュール３の例である。
該半導体モジュール３は、並列配置された３枚のミドルサイド板３１Ｍを有し、各ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、それぞれ負荷１２（三相交流モータージェネレータ）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電極に電気的に接続される。 ( Example 7 )
This example is an example of the semiconductor module 3 in which six IGBTs 21 and six diodes 22 are built as shown in FIG.
The semiconductor module 3 has three middle side plates 31M arranged in parallel, and the protruding terminal portions 32M of each middle side plate 31M are respectively U phase, V phase, and load 12 (three-phase AC motor generator). It is electrically connected to the W-phase electrode.

そして、各ミドルサイド板３１Ｍとハイサイド板３１Ｈとの間、及び各ミドルサイド板３１Ｍとローサイド板３１Ｌとの間に、それぞれ、ＩＧＢＴ２１とダイオード２２とが並列配置されている。
また、本例においては、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈと、ローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとは、互いに厚み方向に並ぶように配設されている。
その他は、実施例１と同様である。 The IGBT 21 and the diode 22 are arranged in parallel between each middle side plate 31M and the high side plate 31H and between each middle side plate 31M and the low side plate 31L, respectively.
In this example, the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L are arranged so as to be aligned in the thickness direction.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、６個のＩＧＢＴ２１と６個のダイオード２２とをモジュール化して一つの半導体モジュール３としているため、電力変換装置１の小型化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、図１８、図１９においては、ＩＧＢＴ２１等に積層されるスペーサの記載は省略してある。 In the case of this example, since the six IGBTs 21 and the six diodes 22 are modularized to form one semiconductor module 3, the power conversion device 1 can be downsized.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
In FIGS. 18 and 19, the description of the spacers stacked on the IGBT 21 and the like is omitted.

（参考例２）
本例は、図１９に示すごとく、逆方向導通性を有する半導体素子２を内蔵している半導体モジュール３の例である。
上記逆方向導通性を有する半導体素子２は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor）からなり、実施例１において示したＩＧＢＴ２１の機能とダイオード２２の機能とを併せ持つ素子である。それ故、半導体モジュール３には、ハイサイド側とローサイド側にそれぞれ一つずつの半導体素子２を搭載すればよい。 ( Reference Example 2 )
This example is an example of a semiconductor module 3 including a semiconductor element 2 having reverse conductivity as shown in FIG.
The semiconductor element 2 having reverse conductivity is a MOSFET (Metal Oxide).
This is an element having both the function of the IGBT 21 and the function of the diode 22 shown in the first embodiment. Therefore, the semiconductor module 3 may be mounted with one semiconductor element 2 on each of the high side and the low side.

そこで、本例の半導体モジュール３は、図１９（Ａ）に示すごとく、ハイサイド板３１Ｈとミドルサイド板３１Ｍとの間に一つのハイサイド側の半導体素子２を挟持させ、ローサイド板３１Ｌとミドルサイド板３１Ｍとの間に、他の一つのローサイド側の半導体素子２を挟持させている。
また、半導体モジュール３には、半導体素子２を駆動制御するための制御回路チップ３６が搭載されている。該制御回路チップ３６は、ハイサイド板３１Ｈとローサイド板３１Ｌとのそれぞれに搭載されている。そして、各制御回路チップ３６は、制御電極端子３３及び半導体素子２にワイヤーボンディング（図示略）によって接続されている。 Therefore, in the semiconductor module 3 of this example, as shown in FIG. 19A, one high-side semiconductor element 2 is sandwiched between the high-side plate 31H and the middle-side plate 31M, and the low-side plate 31L and the middle-side plate 31M are sandwiched. Another low-side semiconductor element 2 is sandwiched between the side plate 31M.
In addition, a control circuit chip 36 for driving and controlling the semiconductor element 2 is mounted on the semiconductor module 3. The control circuit chip 36 is mounted on each of the high side plate 31H and the low side plate 31L. Each control circuit chip 36 is connected to the control electrode terminal 33 and the semiconductor element 2 by wire bonding (not shown).

また、ハイサイド板３１Ｈの突出端子部３２Ｈとローサイド板３１Ｌの突出端子部３２Ｌとは、互いに厚み方向に並ぶように、制御電極端子３３と反対側に突出している。また、図１９（Ｂ）に示すごとく、ミドルサイド板３１Ｍの突出端子部３２Ｍは、制御電極端子３３、突出端子部３２Ｈ及び突出端子部３２Ｌに直交する方向に突出している。
その他は、実施例１と同様である。 Further, the protruding terminal portion 32H of the high side plate 31H and the protruding terminal portion 32L of the low side plate 31L protrude on the opposite side to the control electrode terminal 33 so as to be aligned in the thickness direction. As shown in FIG. 19B, the protruding terminal portion 32M of the middle side plate 31M protrudes in a direction orthogonal to the control electrode terminal 33, the protruding terminal portion 32H, and the protruding terminal portion 32L.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、半導体素子２の数を少なくすることができるため、半導体モジュール３の小型化、ひいては電力変換装置１の小型化を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、上記逆方向導通性を有する半導体素子２としては、上記ＭＯＳＦＥＴ以外にも、ＩＧＢＴ素子にフライホイールダイオード機能を取り込んだ複合素子を用いることもできる。 In the case of this example, since the number of the semiconductor elements 2 can be reduced, it is possible to reduce the size of the semiconductor module 3 and hence the power converter 1.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
As the semiconductor element 2 having reverse conductivity, a composite element in which a flywheel diode function is incorporated in the IGBT element can be used in addition to the MOSFET.

実施例１における、半導体モジュールの断面説明図。Sectional explanatory drawing of the semiconductor module in Example 1. FIG. 実施例１における、半導体モジュールの正面説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 実施例１における、図２のＡ−Ａ線矢視断面相当の半導体モジュールの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a semiconductor module corresponding to a cross section taken along line AA in FIG. 実施例１における、電力変換装置の回路図。The circuit diagram of the power converter device in Example 1. FIG. ローサイド側の半導体素子をオフにする前後の電流経路を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the current pathway before and behind turning off the low-side semiconductor element. 図５に示した電流を直流成分と交流成分とに分けた説明図。Explanatory drawing which divided | segmented the electric current shown in FIG. 5 into the direct-current component and the alternating current component. 高周波電流の交流成分と、電流変化率と、サージ電圧との関係を示す線図。The diagram which shows the relationship between the alternating current component of a high frequency current, a current change rate, and a surge voltage. 半導体素子を平面的に並べて構成した半導体モジュールにおける、電流経路の説明図。Explanatory drawing of the current pathway in the semiconductor module which arranged the semiconductor element in the plane. 実施例１における、半導体モジュール内の電流経路の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a current path in the semiconductor module according to the first embodiment. 実施例２における、半導体モジュールの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 2. 実施例２における、突出端子部の位置を変更した他の半導体モジュールの説明図。Explanatory drawing of the other semiconductor module which changed the position of the protrusion terminal part in Example 2. FIG. 実施例２における、突出端子部の位置を変更した、更に他の半導体モジュールの説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of still another semiconductor module in which the position of the protruding terminal portion is changed in the second embodiment. 実施例３における、半導体モジュールの説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 3. 実施例４における、半導体モジュールの説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 4. 実施例５における、半導体モジュールの説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 5. 実施例６における、半導体モジュールの説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 6. 参考例１における、半導体モジュールの説明図。Explanatory drawing of the semiconductor module in the reference example 1. FIG. 実施例７における、半導体モジュールの説明図。FIG. 10 is an explanatory diagram of a semiconductor module in Example 7 . 参考例２における、半導体モジュールの説明図。Explanatory drawing of the semiconductor module in the reference example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１電力変換装置
１１電源
１２負荷
２、２Ｈ、２Ｌ半導体素子
３半導体モジュール
３１Ｈハイサイド板
３１Ｍミドルサイド板
３１Ｌローサイド板
３２、３２Ｈ、３２Ｍ、３２Ｌ突出端子部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 11 Power supply 12 Load 2, 2H, 2L Semiconductor element 3 Semiconductor module 31H High side board 31M Middle side board 31L Low side board 32, 32H, 32M, 32L Projection terminal part

Claims

複数の半導体素子を内蔵する半導体モジュールを有し、電源から供給される電力を負荷に供給する交流電力へ変換する電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、互いに直列接続された少なくとも一対の上記半導体素子を有しており、該一対の半導体素子のうち、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド側の半導体素子と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド側の半導体素子とを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなり、
上記一対の半導体素子の間には、上記負荷に接続されるミドルサイド板が配設され、
上記一対の半導体素子における上記ミドルサイド板と反対側の面には、それぞれ、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド板と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド板とが配設されており、
上記ハイサイド板、上記ローサイド板、及び上記ミドルサイド板は、それぞれ厚み方向に直交する方向に突出した突出端子部を有し、
上記半導体モジュールは、ハイサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続するとともに、ローサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続し、かつ、ハイサイド側の上記半導体素子の並列回路とローサイド側の上記半導体素子の並列回路とを、直列接続してなり、
上記ハイサイド側のＩＧＢＴと上記ローサイド側のダイオードとが上記半導体モジュールの厚み方向に並び、上記ハイサイド側のダイオードと上記ローサイド側のＩＧＢＴとが上記半導体モジュールの厚み方向に並んでいることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that has a semiconductor module containing a plurality of semiconductor elements and converts power supplied from a power source to AC power supplied to a load,
The semiconductor module includes at least a pair of the semiconductor elements connected in series to each other, and of the pair of semiconductor elements, a high-side semiconductor element connected to a P-pole of the power source, and the power source The low-side semiconductor elements connected to the N pole are arranged so as to be aligned in the thickness direction.
A middle side plate connected to the load is disposed between the pair of semiconductor elements,
A high-side plate connected to the P-pole of the power source and a low-side plate connected to the N-pole of the power source are disposed on the surface opposite to the middle side plate in the pair of semiconductor elements, respectively. And
The high side plate, the low-side plate, and the middle side plate, have a protruding terminal portion protruding in a direction perpendicular to the thickness direction, respectively,
The semiconductor module connects the IGBT and diode as the semiconductor element on the high side in parallel, connects the IGBT and diode as the semiconductor element on the low side in parallel, and parallels the semiconductor element on the high side. A circuit and a parallel circuit of the semiconductor element on the low side are connected in series,
The high-side IGBT and the low-side diode are arranged in the thickness direction of the semiconductor module, and the high-side diode and the low-side IGBT are arranged in the thickness direction of the semiconductor module. A power converter.

請求項１において、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、少なくともその一部が互いに厚み方向に重なるように配置していることを特徴とする電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1, wherein the protruding terminal portion of the high side plate and the protruding terminal portion of the low side plate are arranged so that at least a part thereof overlaps with each other in the thickness direction.

請求項１又は２において、上記半導体モジュールは、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とを、それぞれ複数個内蔵してなり、上記ミドルサイド板は、互いに厚み方向に異なる位置に形成されると共に互いに平行な複数の平坦部からなる階段形状を有することを特徴とする電力変換装置。 3. The semiconductor module according to claim 1, wherein the semiconductor module includes a plurality of the high-side semiconductor elements and the low-side semiconductor elements, and the middle side plates are located at different positions in the thickness direction. A power converter having a step shape formed of a plurality of flat portions formed and parallel to each other.

請求項１〜３のいずれか一項において、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、上記半導体モジュールにおける共通の辺から突出しており、互いに厚み方向に並んだ上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、それぞれの幾何学的重心が互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることを特徴とする電力変換装置。 The protruding terminal portion of the high side plate and the protruding terminal portion of the low side plate protrude from a common side in the semiconductor module and are aligned in the thickness direction. The power conversion device, wherein the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element are arranged such that their geometric centers of gravity are shifted from each other in the protruding direction of the protruding terminal portion.

請求項４において、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、互いの一部が厚み方向に重ならない領域ができる状態で、互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることを特徴とする電力変換装置。 5. The high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element according to claim 4, wherein the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element are arranged so as to be shifted from each other in a protruding direction of the protruding terminal portion in a state where a part of each of the high-side semiconductor element is not overlapped in the thickness direction. The power converter characterized by being made.

互いに直列接続された少なくとも一対の半導体素子を有する半導体モジュールであって、
上記一対の半導体素子のうち、電源のＰ極に接続されるハイサイド側の半導体素子と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド側の半導体素子とを、互いに厚み方向に並ぶように配設してなり、
上記一対の半導体素子の間には、負荷に接続されるミドルサイド板が配設され、
上記一対の半導体素子における上記ミドルサイド板と反対側の面には、それぞれ、上記電源のＰ極に接続されるハイサイド板と、上記電源のＮ極に接続されるローサイド板とが配設されており、
上記ハイサイド板、上記ローサイド板、及び上記ミドルサイド板は、それぞれ厚み方向に直交する方向に突出した突出端子部を有し、
ハイサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続するとともに、ローサイド側の上記半導体素子としてのＩＧＢＴ及びダイオードを並列接続し、かつ、ハイサイド側の上記半導体素子の並列回路とローサイド側の上記半導体素子の並列回路とを、直列接続してなり、
上記ハイサイド側のＩＧＢＴと上記ローサイド側のダイオードとが上記半導体モジュールの厚み方向に並び、上記ハイサイド側のダイオードと上記ローサイド側のＩＧＢＴとが上記半導体モジュールの厚み方向に並んでいることを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor module having at least a pair of semiconductor elements connected in series with each other,
Of the pair of semiconductor elements, a high-side semiconductor element connected to the P-pole of the power supply and a low-side semiconductor element connected to the N-pole of the power supply are arranged so as to be aligned in the thickness direction. And
A middle side plate connected to a load is disposed between the pair of semiconductor elements,
A high-side plate connected to the P-pole of the power source and a low-side plate connected to the N-pole of the power source are disposed on the surface opposite to the middle side plate in the pair of semiconductor elements, respectively. And
The high side plate, the low side plate, and the middle side plate each have a protruding terminal portion that protrudes in a direction orthogonal to the thickness direction,
The IGBT and the diode as the semiconductor element on the high side are connected in parallel, the IGBT and the diode as the semiconductor element on the low side are connected in parallel, and the parallel circuit of the semiconductor element on the high side and the diode on the low side are connected A parallel circuit of the semiconductor elements is connected in series,
The high-side IGBT and the low-side diode are arranged in the thickness direction of the semiconductor module, and the high-side diode and the low-side IGBT are arranged in the thickness direction of the semiconductor module. A semiconductor module .

請求項６において、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、少なくともその一部が互いに厚み方向に重なるように配置していることを特徴とする半導体モジュール。 7. The semiconductor module according to claim 6, wherein the protruding terminal portion of the high side plate and the protruding terminal portion of the low side plate are arranged so that at least a part thereof overlaps with each other in the thickness direction .

請求項６又は７において、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とを、それぞれ複数個内蔵してなり、上記ミドルサイド板は、互いに厚み方向に異なる位置に形成されると共に互いに平行な複数の平坦部からなる階段形状を有することを特徴とする半導体モジュール。 8. The semiconductor device according to claim 6, wherein a plurality of the high-side semiconductor elements and the low-side semiconductor elements are incorporated, and the middle side plates are formed at different positions in the thickness direction and are mutually connected. A semiconductor module having a staircase shape comprising a plurality of parallel flat portions .

請求項６〜８のいずれか一項において、上記ハイサイド板の突出端子部と上記ローサイド板の突出端子部とは、上記半導体モジュールにおける共通の辺から突出しており、互いに厚み方向に並んだ上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、それぞれの幾何学的重心が互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることを特徴とする半導体モジュール。 The protruding terminal portion of the high side plate and the protruding terminal portion of the low side plate protrude from a common side in the semiconductor module and are aligned in the thickness direction. The semiconductor module according to claim 1, wherein the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element are arranged such that their geometric centers of gravity are shifted from each other in the protruding direction of the protruding terminal portion .

請求項９において、上記ハイサイド側の半導体素子と上記ローサイド側の半導体素子とは、互いの一部が厚み方向に重ならない領域ができる状態で、互いに上記突出端子部の突出方向にずれて配置されていることを特徴とする半導体モジュール。 10. The high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element according to claim 9, wherein the high-side semiconductor element and the low-side semiconductor element are arranged so as to deviate from each other in the protruding direction of the protruding terminal portion in a state where a part of the high-side semiconductor element does not overlap in the thickness direction The semiconductor module characterized by the above-mentioned .