半导体模块、及使用该半导体模块的电力变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体模块，其具备多个半导体元件、以及与多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子。多个半导体元件具有在第一电力端子与第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件、以及在第二电力端子与第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件。而且，至少一个上臂开关元件的数量与至少一个下臂开关元件的数量不同。

【技术实现步骤摘要】
半导体模块、及使用该半导体模块的电力变换装置
本说明书公开的技术涉及一种半导体模块及使用该半导体模块的电力变换装置。
技术介绍
日本特开2015-112015号公报公开了一种半导体模块及使用该半导体模块的电力变换装置。该半导体模块具备多个半导体元件、以及与多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子。多个半导体元件具有：在第一电力端子与第二电力端子之间电连接的上臂开关元件、以及在第二电力端子与第三电力端子之间电连接的下臂开关元件。在上述电力变换装置中，如果将上臂开关元件以及下臂开关元件的数量分别设为多个，则能够增大可处理的容许电流。在该情况下，作为一个方式，可以考虑在半导体模块内分别追加新的上臂开关元件以及下臂开关元件。然而，由于半导体模块内的开关元件增加至少两个，因此半导体模块必然大型化。其结果，不仅是半导体模块，电力变换装置也可能需要进行大幅的设计变更。与此相对，可以考虑不变更半导体模块的结构，而是准备多个半导体模块并将这些半导体模块并联连接。在该情况下，电力变换装置所需的设计变更也往往相对较小。然而，通过单纯增加半导体模块的数量，会导致电力变换装置的大型化。本说明书提供一种能够至少部分地解决这些问题的技术。
技术实现思路
在本说明书公开的技术中，允许在一个半导体模块中上臂开关元件的数量与下臂开关元件的数量彼此不同。由此，能够抑制半导体模块的大型化，并且能够抑制所需的半导体模块的数量。例如，考虑电力变换装置需要三个上臂开关元件和三个下臂开关元件的情况。在该情况下，根据本技术，将两个半导体模块并联连接，并且在一个半导体模块中仅追加新的上臂开关元件，在另一个半导体模块中仅追加新的下臂开关元件。由此，能够抑制每个半导体模块的大型化，并且能够抑制所需的半导体模块的数量的增加。本技术的一个方面公开了一种半导体模块。该半导体模块具备多个半导体元件、以及与多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子。多个半导体元件具有在第一电力端子与第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件、以及在第二电力端子与第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件。而且，至少一个上臂开关元件的数量与至少一个下臂开关元件的数量不同。在上述半导体模块中，至少一个上臂开关元件可以包括第一开关元件，所述至少一个下臂开关元件可以包括具有与第一开关元件相同的结构的第二开关元件。而且，至少一个上臂开关元件和至少一个下臂开关元件的其中之一可以还包括具有与第一开关元件不同的结构的第三开关元件。但是，作为其他实施方式，第三开关元件也可以具有与第一开关元件以及第二开关元件相同的结构。在这里，两个开关元件具有相同的结构是指，除了制造上不可避免的差异之外，两个开关元件以相同的结构(尺寸、材料以及构造等)构成。作为本技术的一个实施方式，第一开关元件可以使用第一种半导体材料制成，第三开关元件可以使用与第一种半导体材料不同的第二种半导体材料制成。如果第一开关元件和第三开关元件由不同的半导体材料制成，则第一开关元件与第三开关元件之间的特性显然不同。由此，能够根据例如与半导体模块有关的指标(例如电流值)，区分使用特性不同的两个开关元件。在上述实施方式中，第二种半导体材料的带隙可以比第一种半导体材料的带隙更宽。在该情况下，例如第一种半导体材料可以是硅(Si)，第二种半导体材料可以是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等氮化物半导体、或者氧化物半导体。但是，第一种半导体材料以及第二种半导体材料的具体材料的组合是任意的，不限定于这些例子。除上述之外，或者替代地，第三开关元件的尺寸可以比第一开关元件的尺寸小。如果第三开关元件的尺寸相对较小，则能够在例如向现有的半导体模块增加第三开关元件时，抑制半导体模块的大型化。本技术的另一个方面还公开了一种电力变换装置。该电力变换装置具备第一半导体模块、以及与第一半导体模块电连接的第二半导体模块。第一半导体模块和所述第二半导体模块分别具备多个半导体元件、以及与多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子。多个半导体元件具有在第一电力端子与第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件、以及在第二电力端子与第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件。第一半导体模块的第一电力端子、第二电力端子以及第三电力端子分别与第二半导体模块的第一电力端子、第二电力端子以及第三电力端子电连接。在第一半导体模块中，至少一个上臂开关元件的数量比至少一个下臂开关元件的数量多。在第二半导体模块中，至少一个上臂开关元件的数量比至少一个下臂开关元件的数量少。在本技术的一个实施方式中，第一半导体模块的上臂开关元件和下臂开关元件的总数量可以等于第二半导体模块的上臂开关元件和下臂开关元件的总数量。根据该结构，能够使第一半导体模块与第二半导体模块具有相同或实质相同的尺寸。在本专利技术的一个实施方式中，电力变换装置可以还具备第三半导体模块。在该情况下，第三半导体模块具备多个半导体元件、以及与多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子。多个半导体元件具有在第一电力端子与第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件、以及在第二电力端子与第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件。第三半导体模块的第一电力端子、第二电力端子以及第三电力端子分别与第二半导体模块的第一电力端子、第二电力端子以及第三电力端子电连接。而且，在第三半导体模块中，至少一个上臂开关元件的数量等于至少一个下臂开关元件的数量。这样，通过进一步组合第三半导体模块，能够适当地调整上臂开关元件以及下臂开关元件各自的数量。在本技术的一个实施方式中，第一半导体模块的至少一个上臂开关元件以及第二半导体模块的至少一个上臂开关元件可以各自包括第一开关元件。此外，第一半导体模块的至少一个下臂开关元件以及第二半导体模块的至少一个下臂开关元件可以各自包括具有与第一开关元件相同的结构的第二开关元件。而且，第一半导体模块的至少一个上臂开关元件以及第二半导体模块的至少一个下臂开关元件可以分别还包括具有与第一开关元件不同的结构的第三开关元件。根据上述结构，电力变换装置能够根据例如所处理的电力的大小对至少两种开关元件进行选择使用。在这里，两个开关元件具有相同的结构是指，除了制造上不可避免的差异之外，两个开关元件由相同的结构(尺寸、材料以及构造等)构成。在上述实施方式中，电力变换装置可以还具备控制第一半导体模块以及第二半导体模块的动作的控制装置。在该情况下，控制装置可以配置为能够执行第一开关控制，该第一开关控制互补地驱动第一半导体模块以及第二半导体模块的第三开关元件，而不驱动第一半导体模块以及第二半导体模块的第一开关元件和第二开关元件。由于通过第一开关控制驱动位于彼此不同的半导体模块内的两个开关元件，因此能够抑制每个半导体模块的温度上升。在上述实施方式中，控制装置可以配置为还能够执行第二开关控制，该第二开关控制互补地驱动第一半导体模块和第二半导体模块的至少其一中的第一开关元件以及第一半导体模块和第二半导体模块的至少其一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体模块，其具备：/n多个半导体元件；以及/n与所述多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子，/n所述多个半导体元件具有：/n在所述第一电力端子与所述第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件；以及/n在所述第二电力端子与所述第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件，/n所述至少一个上臂开关元件的数量与所述至少一个下臂开关元件的数量不同。/n

【技术特征摘要】
20190220 JP 2019-0287541.一种半导体模块，其具备：
多个半导体元件；以及
与所述多个半导体元件电连接的第一电力端子、第二电力端子和第三电力端子，
所述多个半导体元件具有：
在所述第一电力端子与所述第二电力端子之间电连接的至少一个上臂开关元件；以及
在所述第二电力端子与所述第三电力端子之间电连接的至少一个下臂开关元件，
所述至少一个上臂开关元件的数量与所述至少一个下臂开关元件的数量不同。


2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，
所述至少一个上臂开关元件包括第一开关元件，
所述至少一个下臂开关元件包括具有与所述第一开关元件相同的结构的第二开关元件，
所述至少一个上臂开关元件和所述至少一个下臂开关元件的其中之一还包括第三开关元件，所述第三开关元件具有与所述第一开关元件不同的结构。


3.根据权利要求2所述的半导体模块，其中，
所述第一开关元件使用第一种半导体材料制成，
所述第三开关元件使用与所述第一种半导体材料不同的第二种半导体材料制成。


4.根据权利要求3所述的半导体模块，其中，
所述第二种半导体材料的带隙比所述第一种半导体材料的带隙宽。


5.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体模块，其中，
所述第三开关元件的尺寸比所述第一开关元件的尺寸小。


6.根据权利要求2至5中任一项所述的半导体模块，其还具备：
第一导体板，其载置有所述至少一个上臂开关元件；
第二导体板，其隔着所述至少一个上臂开关元件与所述第一导体板相对；
第三导体板，其载置有所述至少一个下臂开关元件，与所述第一导体板沿第一方向并排配置，且与所述第二导体板电连接；以及
第四导体板，其隔着所述至少一个下臂开关元件与所述第三导体板相对，且与所述第二导体板沿所述第一方向并排配置，
所述第一电力端子与所述第一导体板电连接，
所述第二电力端子与所述第二导体板或所述第三导体板电连接，
所述第三电力端子与所述第四导体板电连接。


7.根据权利要求6所述的半导体模块，其中，
所述第一开关元件和所述第二开关元件沿所述第一方向排列，
在所述第一方向上，所述第三开关元件位于所述第一开关元件与所述第二开关元件之间。


8.根据权利要求7所述的半导体模块，其中，
在垂直于所述第一导体板的俯视图中，所述第三开关元件的中心位于远离穿过所述第一开关元件以及所述第二开关元件的各中心的直线的位置。


9.根据权利要求7或8所述的半导体模块，其中，
所述第三导体板经由第一连接部与所述第二导体板电连接，
所述第三电力端子经由第二连接部与所述第四导体板电连接，
在所述第一方向上，所述第一连接部以及所述第二连接部位于所述第一开关元件与所述第二开关元件之间。


10.根据权利要求9所述的半导体模块，其中，
所述第一连接部以及所述第二连接部在与所述第一导体板平行且垂直于所述第一方向的第二方向上，位于所述第三开关元件的同一侧。


11.根据权利要求10所述的半导体模块，其中，
在垂直于所述第一导体板的俯视图中，所述第一连接部和所述第二连接部分别沿所述第一方向延伸，并且在所述第二方向上彼此相邻。


12.根据权利要求10所述的半导体模块，其中，
在垂直于所述第一导体板的俯视图中，所述第一连接部和所述第二连接部分别沿所述第二方向延伸，并且沿所述第一方向彼此相邻。


13.根据权利要求9所述的半导体模块，其中，
所述第一连接部以及所述第二连接部在与所述第一导体板平行且垂直于所述第一方向的第二方向上，相对于所述第三开关元件位于彼此相反的两侧。


14.根据权利要求13所述的半导体模块，其中，
在垂直于所述第一导体板的俯视图中，所述第一连接部沿所述第二方向延伸，所述第二连接部沿所述第一方向延伸。


15.根据权利要求6至14中任一项所述的半导体模块，其中，
在垂直于所述第一导体板的俯视图中，所述第一电力端子、所述第二电力端子以及所述第三电力端子沿所述第一方向排列，并且所述第三电力端子位于所述第一电力端子与所述第二电力端子之间。


16.根据权利要求6至15中任一项所述的半导体模块，其中，
所述第三开关元件被包括在所述至少一个上臂开关元件中，
所述第一导体板具有沿所述第一方向向所述第三导体板侧凸出的第一凸出部，
所述第三开关元件的至少一部分位于所述第一凸出部上。


17.根据权利要求16所述的半导体模块，其中，
所述第二导体板具有所述第二凸出部，该第二凸出部沿所述第一方向向所述第四导体板侧凸出并且与所述第一凸出部相对，
所述第二凸出部的至少一部分隔着所述第三开关元件与所述第一凸出部相对。


18.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：土持真悟，岩桥清太，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP