[发明专利]半导体系统

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及包含用于诸如将DC电力转换成AC电力的电力逆变器之类的系统的功率设备的半导体系统。

2.背景技术

电力逆变器广泛地用于诸如PCS（功率调节子系统）和UPS（不间断电源）之类的系统，其中每个此类系统设置有将通过发电单元（例如，太阳能电池、燃料电池、或汽油发动机）产生的电力转换成系统电力的功能。

在这种电力逆变器中，使用半导体模块，在半导体模块中，诸如IGBT（绝缘栅双极晶体管）和FWD（续流二极管）之类的功率设备被表面安装在绝缘衬底上，以被包含在树脂外壳中。

作为用于这种类型的电力逆变器的半导体模块的示例，提出例如JP-A-2012-110095中所提出的功率半导体模块。

功率半导体模块包含在外壳中的在一相中的三级逆变器的电路。在该三级逆变器电路中，其中电流以彼此相反方向流动的U端子和M端子被接线为使得其中一个位于另一个上方并彼此很靠近，藉此减小外壳内的电感。

此外，作为相关模块的另一示例，提出了JP-A-2011-254672中描述的功率半导体模块。在该功率半导体模块中，在形成与JP-A-2012-110095中描述的三级逆变器类似的三级逆变器时，其外部端子P、M、N、和U按照直线排列，其中M端子由两个端子M1和M2形成，以形成M1、P、N、M2、和U的顺序或者M1、N、P、M2、和U的顺序。该配置防止当操作模式从三级模式变成两级模式时由线路电感的影响产生的上跳电压变大。

此外，作为相关模块的又一示例，提出了JP-A-2008-193779中描述的半导体模块。通过将连接在DC电源的P端子与N端子之间的多个IGBT的串联电路、连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间的AC开关器件包含在一个封装内，所该半导体模块被设置为实现了线路电感的减小和系统价格的降低。在此，作为形成三级逆变器的情况，描述了通过将分别与二极管反向并联连接的两个IGBT串联连接来提供双向开关的情况，以及通过反向并联连接两个反向阻断IGBT来提供双向开关的情况。反向阻断IGBT是具有反向电压耐受特性的IGBT。

此外，作为相关模块的又一示例，提出了在JP-A-2011-193646中描述的半导体系统。该半导体系统设置有多个IGBT的串联电路，该串联电路连接在三级逆变器电路的DC电源的P端子与N端子之间，中间端子设置在第一与第二IGBT的连接点处，第一与第二IGBT串联连接在该串联电路的连接点与DC电源的中性点之间，第一和第二IGBT分别具有与其反向并联连接的二极管。通过该配置，可进行绝缘测试，同时防止半导体系统中的IGBT和二极管的击穿。

此外，作为相关模块的另一示例，提出了JP-A-2002-368192中描述的半导体系统。该半导体系统是用于诸如逆变器之类的系统的大容量半导体系统，其中三个IGBT芯片设置在绝缘衬底上并设置成锯齿形图案，以彼此并联地连接。

专利文献1：JP-A-2012-110095

专利文献2：JP-A-2011-254672

专利文献3：JP-A-2008-193779

专利文献4：JP-A-2011-193646

专利文献5：JP-A-2002-368192

顺便提及的是，关于JP-A-2012-110095、JP-A-2011-254672和JP-A-2008-193779中描述的相关半导体模块的示例中的每个示例，虽然这些文献中公开了减小其中的电感，但不存在对该半导体系统中的发热的考虑。

此外，对于JP-A-2011-193646中描述的相关半导体系统的示例，仅存在对三级逆变器电路的配置的公开，而没有对于半导体系统中的发热的考虑。

然而，在JP-A-2002-368192中，描述了通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来有效地分散半导体芯片中产生的热以减少热引起的干扰。然而，在JP-A-2002-368192中描述的相关半导体系统的示例中，虽然可通过将半导体芯片排列成锯齿形图案来分散所产生的热以使其均匀分布，但将会在半导体系统的整个表面上产生热量。这导致所产生的热不能有效分散的未解决问题。

因此，通过注意到相关半导体系统的示例中的上述未解决问题，并以提供能够通过设置半导体器件以使根据半导体系统的操作模式的发热部分变得局部来增强散热效率的半导体系统为目标，作出了本发明。

发明内容