功率模块

摘要

本发明的目的在于提供一种能够使用适当的电容的缓冲电容器的技术。功率模块具有：第3引线(7a)，其一端与第1连接点(2a)电连接，另一端从封装体(1)露出，该第3引线(7a)比第1引线(4a)短；以及第4引线(7b)，其一端与第2连接点(2b)电连接，另一端从封装体(1)露出，该第4引线(7b)比第2引线(4b)短。在第3引线(7a)的另一端以及第4引线(7b)的另一端能够进行缓冲电容器(6)的拆装。

权利要求

1.一种功率模块，其具有：

封装体；

功率元件，其设置于所述封装体内，包含在第1连接点及第2连接点之间构成上桥臂及下桥臂的多个半导体开关元件；

P端子，其将所述功率元件的所述第1连接点经由第1引线导出至外部；

N端子，其将所述功率元件的所述第2连接点经由第2引线导出至外部；

第3引线，其一端与所述第1连接点电连接，另一端从所述封装体露出，该第3引线比所述第1引线短；以及第4引线，其一端与所述第2连接点电连接，另一端从所述封装体露出，该第4引线比所述第2引线短，在所述第3引线的所述另一端以及所述第4引线的所述另一端，能够进行缓冲电容器的拆装，所述第3引线以及所述第4引线是以一组所述上桥臂及所述下桥臂为单位而配置的。

2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，针对每一相而具有多个由所述多个半导体开关元件构成的所述上桥臂及所述下桥臂。

3.根据权利要求1所述的功率模块，其中，以并联连接的第1组所述半导体开关元件和并联连接的第2组所述半导体开关元件作为一个单位的组块，所述功率元件以所述组块为单位包含所述半导体开关元件，所述第1组半导体开关元件和所述第2组半导体开关元件在所述第1连接点及所述第2连接点之间构成上桥臂及下桥臂。

4.根据权利要求3所述的功率模块，其中，以所述组块为单位是以安装了所述半导体开关元件的绝缘基板为单位。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，还具有：第5引线，其一端与所述第3引线连接，另一端从所述封装体露出；以及第6引线，其一端与所述第4引线连接，另一端从所述封装体露出。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，所述第1引线和所述第2引线彼此接近地配置。

7.根据权利要求6所述的功率模块，其中，还具有在所述第1引线和所述第2引线之间配置的电介体层。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，在所述第3引线的所述另一端以及所述第4引线的所述另一端分别设置有能够对所述缓冲电容器的端子进行拆装的插座部。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，在所述封装体的表面设置有凹部，在所述缓冲电容器安装于所述第3引线的所述另一端以及所述第4引线的所述另一端的情况下，该凹部收容该缓冲电容器。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，在所述封装体的表面设置有凸部，在所述缓冲电容器安装于所述第3引线的所述另一端以及所述第4引线的所述另一端的情况下，该凸部与该缓冲电容器平行地凸出。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的功率模块，其中，所述功率元件由宽带隙半导体构成。

说明书

功率模块

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有封装体的功率模块。

背景技术

[0002] 关于能够对大电流进行高速通断的功率模块，提出有各种技术。例如在专利文献1的技术中，提出有将电容器埋入至模块内的功率模块。根据上述结构，由于将用于抑制电涌电压的缓冲电容器连接于各组半导体开关元件(上下桥臂)的附近，因此能够适当地降低电涌电压。

[0003] 专利文献1：日本特开2009－225612号公报

[0004] 但是，由于电涌电压根据模块的用户侧的使用条件而不同，因此为了充分地降低电涌电压，需要针对用户的使用条件而分别对缓冲电容器的电容进行最优化。另外，由于电容器的电容容易与温度变化相应地变化，因此在将电容器设置于内部的模块中，存在电容由于芯片的发热的影响而波动的趋势。特别地，对于使用了高介电常数材料(高电介体)的电容器，由于电容相对于温度变化的变化依赖性大，因此其趋势变得显著。因此，不能维持对于充分地降低电涌电压而言适当的电容，其结果，存在电涌电压有时会大到超过元件耐压这一问题。

[0005] 此外，为了解决上述问题，还想到下述做法，即，考虑到温度变化所导致的电容器电容的波动而预先内置大电容的电容器。但是，在该情况下会产生其他问题，即，需要在模块内部设置过于大的空间，成本及装置的大小变得过大。

[0006] 并且，电容器所使用的高电介体是烧结体，但与引线一起在高温下对电容器的电介体进行烧结是困难的。因此，存在不能使用对于降低电涌电压而言适当的电容的缓冲电容器，有时会超过元件耐压这一问题。

发明内容

[0007] 因此，本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够使用适当的电容的缓冲电容器的技术。

[0008] 本发明所涉及的功率模块具有：封装体；功率元件，其设置于所述封装体内，包含在第1连接点及第2连接点之间构成上桥臂及下桥臂的多个半导体开关元件；P端子，其将所述功率元件的所述第1连接点经由第1引线导出至外部；N端子，其将所述功率元件的所述第2连接点经由第2引线导出至外部；第3引线，其一端与所述第1连接点电连接，另一端从所述封装体露出，该第3引线比所述第1引线短；以及第4引线，其一端与所述第2连接点电连接，另一端从所述封装体露出，该第4引线比所述第2引线短，在所述第3引线的所述另一端以及所述第4引线的所述另一端，能够进行缓冲电容器的拆装。

[0009] 发明的效果

[0010] 根据本发明，具有：第3引线，其一端与第1连接点电连接，另一端从封装体露出，该第3引线比第1引线短；以及第4引线，其一端与第2连接点电连接，另一端从封装体露出，该第4引线比第2引线短，在第3引线的另一端以及第4引线的另一端能够进行缓冲电容器的拆装。由此，能够使用适当的电容的缓冲电容器。

附图说明

[0011] 图1是表示相关功率模块的结构的剖视图。

[0012] 图2是表示实施方式1所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0013] 图3是表示实施方式2所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0014] 图4是表示实施方式3所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0015] 图5是表示实施方式4所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0016] 图6是表示实施方式5所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0017] 图7是表示实施方式6所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0018] 图8是表示实施方式7所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0019] 图9是表示实施方式8所涉及的功率模块的结构的剖视图。

[0020] 图10是表示实施方式9所涉及的功率模块的结构的剖视图。

具体实施方式

[0021] 下面，参照附图，对实施方式进行说明。此外，附图是概略地示出的，不同附图中分别示出的结构要素的大小和位置的相互关系不一定是准确记载的，可以适当地进行变更。

[0022] ＜相关功率模块＞

[0023] 首先，在对本发明的实施方式所涉及的功率模块进行说明之前，对与之相关的功率模块(以下记作“相关功率模块”)进行说明。

[0024] 图1是表示相关功率模块的结构的剖视图。图1的相关功率模块具有封装体1、功率元件2、P端子3p、N端子3n、第1引线4a、第2引线4b、印刷电路板(Printed Circuit Board)5和缓冲电容器6。

[0025] 功率元件2设置于封装体1内。此外，虽未图示，但在封装体1内，也可以还设置其他元件及其他电路等。

[0026] 图1的功率元件2包含：多个半导体开关元件2c，其在第1连接点2a及第2连接点2b之间构成上桥臂及下桥臂；以及多个二极管2d，其与多个半导体开关元件2c分别并联连接。在图1的例子中，上桥臂的半导体开关元件2c的发射极和下桥臂的半导体开关元件2c的集电极连接，上桥臂的半导体开关元件2c的集电极与第1连接点2a连接，下桥臂的半导体开关元件2c的发射极与第2连接点2b连接。

[0027] 另外，相关功率模块构成为，针对每一相而准备多个由多个半导体开关元件2c构成的上桥臂及下桥臂。在图1的例子中，功率元件2是用于驱动3相电动机的功率元件，P电位及N电位对于3个上下桥臂是共通的，其中，该功率元件内置了6个电路的半导体开关元件2c(3个上下桥臂)。

[0028] 此外，半导体开关元件2c既可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，也可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。二极管2d既可以是SBD(Schottky Barrier Diode)，也可以是PN二极管。并且，功率元件2既可以是由硅(Si)构成，也可以是由例如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石等宽带隙半导体构成。以上述方式构成的相关功率模块在高温下也能够稳定地进行动作，并且，能够使SW速度高速化。

[0029] P端子3p将功率元件2的第1连接点2a(P电位)经由第1引线4a导出至封装体1外部。N端子3n将功率元件2的第2连接点2b(N电位)经由第2引线4b导出至封装体1外部。此外，如图1所示，也可以将第1引线4a的一端以及第2引线4b的一端而分别用作P端子3p及N端子3n。

[0030] 在印刷电路板5配置有例如未图示的控制电路、驱动电路或者保护电路等电路。此外，虽未图示，但在印刷电路板5配置的电路也可以与功率元件2等电连接。

[0031] 缓冲电容器6是能够对功率元件2的电涌电压进行抑制的电容器。在这里，相关功率模块构成为，缓冲电容器6与P端子3p及N端子3n固定连接。就上述相关功率模块而言，由于在与P端子3p及N端子3n远离的位置设置的桥臂的至缓冲电容器6为止的距离长，因此存在不能充分地降低电涌电压这一问题。针对该问题，为了降低电涌电压，提出有将缓冲电容器埋入至功率模块内的功率模块(例如专利文献1等)。

[0032] 但是，由于电容器的电容容易与温度变化相应地变化，因此对于将缓冲电容器设置于内部的功率模块而言，电容容易由于芯片的发热的影响而波动。因此，不能维持对于充分地降低电涌电压而言适当的电容，其结果，存在电涌电压有时会大到超过元件耐压这一问题等。对此，根据在下面说明的本发明的实施方式1～9所涉及的功率模块，能够解决上述问题。

[0033] ＜实施方式1＞

[0034] 图2是表示本实施方式1所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式1所说明的结构要素中的与相关功率模块相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0035] 图2的功率模块具有与相关功率模块相同的封装体1、功率元件2、P端子3p、N端子3n、第1引线4a、第2引线4b以及印刷电路板5。

[0036] 另外，图2的功率元件2包含与相关功率模块相同的多个半导体开关元件2c及多个二极管2d，针对每一相而准备有多个由多个半导体开关元件2c构成的上桥臂及下桥臂。另外，P端子3p将功率元件2的第1连接点2a(P电位)经由第1引线4a导出至封装体1外部，N端子3n将功率元件2的第2连接点2b(N电位)经由第2引线4b导出至封装体1外部。

[0037] 在这里，图2的功率模块除上述结构要素以外，还具有作为连接用引线的第3引线7a及第4引线7b。

[0038] 第3引线7a的一端与第1连接点2a电连接，第3引线7a的另一端从封装体1露出，第3引线7a比第1引线4a短。同样地，第4引线7b的一端与第2连接点2b电连接，第4引线7b的另一端从封装体1露出，第4引线7b比第2引线4b短。此外，在图2的例子中，第3引线7a的一端没有与第1连接点2a直接连接，但也可以直接连接。同样地，第4引线7b的一端没有与第2连接点2b直接连接，但也可以直接连接。

[0039] 并且，在本实施方式1中，在第3引线7a的从封装体1露出的另一端、以及第4引线7b的从封装体1露出的另一端，能够进行缓冲电容器6的拆装。作为拆装构造，例如能够应用后面的实施方式9所说明的插座、未图示的螺栓固定等各种构造。

[0040] 根据上述本实施方式1所涉及的功率模块，由于第3引线7a及第4引线7b较短，因此能够将用于抑制电涌电压的缓冲电容器6连接于半导体开关元件2c的附近。由此，能够适当地降低电涌电压。另外，在本实施方式1中，在第3引线7a的另一端以及第4引线7b的另一端，能够进行缓冲电容器6的拆装。由此，能够根据需要更换为适当的电容及大小的缓冲电容器6，因此能够适当地对电涌电压进行抑制，并且能够对成本及装置的大小进行抑制。

[0041] 另外，在本实施方式1中，针对每一相而准备有多个在第1连接点2a及第2连接点2b之间由多个半导体开关元件2c构成的上桥臂及下桥臂。由此，能够针对每一相而将半导体开关元件2c与缓冲电容器6连接，因此能够对各相的电涌电压进行抑制。

[0042] 另外，在本实施方式1中，如图2所示，在缓冲电容器6安装于第3引线7a的另一端以及第4引线7b的另一端的情况下，将该缓冲电容器6收容的凹部1a设置于封装体1的表面。由此，能够将缓冲电容器6连接得更接近于半导体开关元件2c，因此能够进一步降低电涌电压。另外，能够将印刷电路板5配置于封装体1之上，缓冲电容器6不会成为障碍。

[0043] ＜实施方式2＞

[0044] 图3是表示本实施方式2所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式2所说明的结构要素中的与实施方式1相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0045] 在本实施方式2中，取代凹部1a，在封装体1的表面设置有凸部1b。在这里，在缓冲电容器6安装于第3引线7a的另一端以及第4引线7b的另一端的情况下，凸部1b与该缓冲电容器6平行地凸出。

[0046] 根据上述本实施方式2所涉及的功率模块，能够得到与实施方式1相同的效果。另外，在本实施方式2中，通过上述凸部1b能够将悬空高度(standoff height)维持于所期望的高度，因此能够将收容缓冲电容器6的空间设置于功率模块内部。由此，能够将缓冲电容器6连接得更接近于半导体开关元件2c，因此能够进一步降低电涌电压。另外，能够将印刷电路板5配置于封装体1之上，缓冲电容器6不会成为障碍。

[0047] ＜实施方式3＞

[0048] 图4是表示本实施方式3所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式3所说明的结构要素中的与实施方式1相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0049] 本实施方式3所涉及的功率模块除实施方式1的结构要素(图2)以外，还具有用来监视电涌的引线、即第5引线8a及第6引线8b。

[0050] 第5引线8a的一端与第3引线7a连接，第5引线8a的另一端从封装体1露出。同样地，第6引线8b的一端与第4引线7b连接，第6引线8b的另一端从封装体1露出。并且，在第5引线8a的从封装体1露出的另一端、以及第6引线8b的从封装体1露出的另一端，能够进行可对电涌电压进行监视的监视装置的拆装。

[0051] 根据上述本实施方式3所涉及的功率模块，能够得到与实施方式1相同的效果。另外，在本实施方式3中，由于能够通过第5引线8a及第6引线8b而对各桥臂的电涌电压进行监视，因此能够容易地对是否已可靠地降低了各桥臂的电涌电压等进行确认。

[0052] ＜实施方式4＞

[0053] 图5是表示本实施方式4所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式4所说明的结构要素中的与实施方式2、3相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0054] 本实施方式4所涉及的功率模块除实施方式2的结构要素(图3)以外，还具有与实施方式3相同的第5引线8a及第6引线8b(图4)。

[0055] 根据上述本实施方式4所涉及的功率模块，能够得到与实施方式2相同的效果。另外，在本实施方式4中，与实施方式3同样地，由于能够通过第5引线8a及第6引线8b而对各桥臂的电涌电压进行监视，因此能够容易地对是否已可靠地降低了各桥臂的电涌电压等进行确认。

[0056] ＜实施方式5＞

[0057] 图6是表示本实施方式5所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式5所说明的结构要素中的与实施方式1相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0058] 本实施方式5所涉及的功率元件2与实施方式1的功率元件2(图2)不同，是内置了2个电路的半导体开关元件2c(1个上下桥臂)的适合于大电功率的功率元件。在图6的例子中，以并联连接的3个(第1组)半导体开关元件2c、和并联连接的3个(第2组)半导体开关元件2c作为一个单位的组块2e，功率元件2以组块2e为单位包含半导体开关元件2c。此外，在本实施方式5中，以组块2e为单位是以安装了6个半导体开关元件2c的绝缘基板(未图示)为单位。

[0059] 并且，在本实施方式5中，第1组半导体开关元件2c和第2组半导体开关元件2c在第1连接点2a及第2连接点2b之间构成上桥臂及下桥臂。

[0060] 根据上述本实施方式5所涉及的功率模块，即使是将多个芯片并联连接后的大电功率元件，也能够得到与实施方式1相同的效果。特别地，对于本实施方式5这样的功率元件2而言，由于例如图6的左端的芯片的位置和图6的右端的芯片的位置之间的距离较长，难以充分地降低电涌电压，因此实施方式1所说明的效果(电涌电压的降低)是有效的。

[0061] 另外，在本实施方式5中，以组块为单位是以对芯片进行安装的绝缘基板为单位。因此，关于降低电涌电压的效果，能够降低绝缘基板间的不同。

[0062] ＜实施方式6＞

[0063] 图7是表示本实施方式6所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式6所说明的结构要素中的与实施方式3、5相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0064] 本实施方式6所涉及的功率模块除实施方式5的结构要素(图6)以外，还具有与实施方式3相同的第5引线8a及第6引线8b(图4)。

[0065] 根据上述本实施方式6所涉及的功率模块，能够得到与实施方式5相同的效果。另外，在本实施方式6中，与实施方式3同样地，由于能够通过第5引线8a及第6引线8b而对各桥臂的电涌电压进行监视，因此能够容易地对是否已可靠地降低了各桥臂的电涌电压等进行确认。

[0066] ＜实施方式7＞

[0067] 图8是表示本实施方式7所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式7所说明的结构要素中的与实施方式1相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0068] 本实施方式7所涉及的功率模块除实施方式1的结构要素以外，还具有电介体层9。在这里，在本实施方式7中，第1引线4a和第2引线4b彼此接近地配置。并且，在第1引线4a和第2引线4b之间配置有上述电介体层9。

[0069] 此外，在图8的例子中，第1引线4a的第1部分4a1和第2引线4b的第2部分4b1接近地配置。在这里，第1部分4a1是第1连接点2a与连接了第1引线4a和第3引线7a的第3连接点4a2之间的部分。同样地，第2部分4b1是第2连接点2b与连接了第2引线4b和第4引线7b的第4连接点4b2之间的部分。并且，上述电介体层9配置于第1引线4a的第1部分4a1和第2引线4b的第2部分4b1之间。

[0070] 根据上述本实施方式7所涉及的功率模块，能够得到与实施方式1相同的效果。另外，在本实施方式7中，第1引线4a和第2引线4b接近地配置。根据上述结构，能够通过第1引线4a及第2引线4b而在功率元件2附近实质性地形成电容器。其结果，能够减小缓冲电容器6的电容，或者加强电涌电压的抑制等。

[0071] 另外，在本实施方式7中，能够通过电介体层9而增大在功率元件2附近形成的上述电容器的电容。由此，能够进一步减小缓冲电容器6的电容，或者进一步加强电涌电压的抑制等。

[0072] 此外，在本实施方式7中，第3引线7a和第4引线7b也可以接近地配置。另外，也可以在第3引线7a和第4引线7b之间配置电介体层。即使是上述结构，也能够得到与上述相同的效果。另外，在以上的说明中在实施方式1中应用了本实施方式7，但不限于此，例如也可以在实施方式2、5中应用本实施方式7。

[0073] ＜实施方式8＞

[0074] 图9是表示本实施方式8所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式8所说明的结构要素中的与实施方式3、7相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0075] 本实施方式8所涉及的功率模块除实施方式7的结构要素(图8)以外，还具有与实施方式3相同的第5引线8a及第6引线8b(图4)。

[0076] 根据上述本实施方式8所涉及的功率模块，与实施方式3同样地，由于能够通过第5引线8a及第6引线8b而对各桥臂的电涌电压进行监视，因此能够容易地对是否已可靠地降低了各桥臂的电涌电压等进行确认。另外，在本实施方式8中，与实施方式7同样地，能够减小缓冲电容器6的电容，或者加强电涌电压的抑制。

[0077] ＜实施方式9＞

[0078] 图10是表示本实施方式9所涉及的功率模块的结构的剖视图。此外，对本实施方式9所说明的结构要素中的与实施方式1相同或者类似的结构要素标注相同的参照编号，以不同的结构要素为主进行说明。

[0079] 在本实施方式9中，在第3引线7a的另一端设置有能够对缓冲电容器6的端子6a(公)进行拆装的插座部7a1(母)，在第4引线7b的另一端设置有能够对缓冲电容器6的端子6a(公)进行拆装的插座部7b1(母)。

[0080] 根据上述本实施方式9所涉及的功率模块，通过将缓冲电容器6的端子6a插入至插座部7a1、7b1，从而能够将缓冲电容器6与第3引线7a及第4引线7b连接。因此，即使没有焊料，也能够容易地进行缓冲电容器6的更换，能够实现使用方便的功率模块。

[0081] 此外，在以上的说明中在实施方式1中应用了本实施方式9，但不限于此，例如也可以在实施方式2～8中应用本实施方式9。

[0082] 此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。