[發明專利]半導體模塊以及電力變換裝置

有效

• 申請號: 201880052280.7
• 申請日: 2018-08-27
• 公開（公告）號: CN111033735B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 中島純一;森崎翔太;玉田美子;中山靖;根岸哲;津田亮;林田幸昌;伊達龍太郎
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L25/07
• 分類號: H01L25/07;H01L25/18;H02M7/48
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 金春實

多個半導體開關元件(12)的柵極通過導線(15)與共同的柵極控制圖案(10)電連接。多個半導體開關元件(12)的源極通過導線(16)與共同的源極控制圖案(11)電連接。柵極控制圖案(10)針對并聯連接而并行動作的多個半導體開關元件(12)隔著源極控制圖案(11)配置，所以導線(15)比導線(16)長，具有比導線(16)大的電感。由此，減輕或者抑制并聯連接而并行動作的多個半導體開關元件(12)中的柵極振蕩。

技術領域

本發明涉及半導體模塊以及電力變換裝置，更特定而言涉及具備并行動作的多個半導體開關元件的電力用的半導體模塊、以及具備該半導體模塊的電力變換裝置。

背景技術

在逆變器、轉換器等電力變換裝置中使用的絕緣型的電力用半導體模塊中，為了大電流化，應用在同一模塊內搭載多個半導體開關元件而并行動作的技術。

另一方面，在這樣的結構中，即使在并行動作的多個半導體開關元件具有相互等同的特性的情況下，由于模塊內的布線的偏差，在使多個半導體元件并行動作時，可能在開關特性中產生偏差。

另外，在并行動作的半導體開關元件的個數增加時，由于元件配置面積的增加、布線的復雜化等，并行動作的多個半導體元件之間的寄生電感增加。

起因于這樣的并行動作的半導體開關元件之間的動作偏差和元件之間的寄生電感的增加，伴隨由于半導體開關元件的寄生電容和元件之間的寄生電感引起的控制電極(柵極)的電位振動所致的正反饋放大，存在發生半導體開關元件的電壓以及電流振蕩的、被稱為所謂“柵極振蕩”的現象的可能性。柵極振蕩除了成為半導體元件的劣化、破壞等的原因以外，還可能成為向模塊外部的放射噪聲、向外部電路的傳導噪聲等的原因。

為了抑制這樣的柵極振蕩，在專利文獻1(日本特開2005-129826號公報)中，記載了成為對半導體元件的柵極布線串聯地連接電阻元件的結構。同樣地，在專利文獻2(日本專利第4138192號公報)中，記載了將高頻損失元件與柵極布線串聯地連接的結構。

另一方面，為了降低成為柵極振蕩的主要原因的開關特性的偏差，在專利文獻3(日本特開2000-209846號公報)中，記載了調整并聯連接的多個半導體元件的發射極布線的電感以及電阻，降低元件之間的電流失衡的結構。另外，在專利文獻4(日本專利第4484400號公報)中，記載了為了在多個半導體元件之間使基準電位均勻化，在盡可能接近的位置，且用不會受到主電流的影響的導電體，連接形成于多個開關元件的半導體芯片的發射極電極彼此的結構。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-129826號公報

專利文獻2：日本專利第4138192號公報

專利文獻3：日本特開2000-209846號公報

專利文獻4：日本專利第4484400號公報

發明內容

在專利文獻1以及2中，通過緩和半導體開關元件的導通截止來抑制柵極振蕩。然而，在專利文獻1中，僅用柵極電阻降低柵極振蕩，所以柵極電阻以及柵極振蕩處于折衷關系。即，通過附加大的柵極電阻，振蕩被降低，另一方面，開關速度也變慢，從而存在電力損失增加的問題。

另外，在專利文獻2中，利用鐵氧體等磁性體降低柵極振蕩，但在高溫下動作的電力用半導體模塊中，根據磁性體的居里溫度的關系，存在越成為高溫，振蕩降低效果變得越弱的問題。另外，需要將高頻損失元件安裝到模塊內部，所以安裝時的高頻損失元件的可靠性、零件個數的增加成為問題。

根據專利文獻3的結構，通過附加基于旁通部的電感，使半導體開關元件之間的電流分擔均等化，另一方面，半導體開關元件之間的電感增加。因此，由于半導體開關元件的寄生電容與元件之間的電感，存在易于發生柵極振蕩的可能性。