專利名稱：半導體模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括功率因數改善(Power Factor Correction (PFC):功率因數校正)電路的半導體模塊的結構。
背景技術：
以往，在功率控制用的半導體模塊(功率模塊)中，在采用了使用硅(Si)形成的PiN (P-intrinsic-N) 二極管的情況下,產生由少數載流子的蓄積效應引起的恢復電流(recovery current),所以,成為功率模塊的損失增大的因素之一。另一方面,在肖特基勢魚二極管(Schottky barrier diode)中能夠使其顯著減少。因此，在以往的功率模塊中，在很多情況下采用使用Si形成的肖特基勢壘二極管(SBD)。 此外，作為能夠實現高耐電壓、低損失以及高耐熱的下一代開關元件，采用了寬帶隙半導體的半導體元件被認為很有前景。在下述的專利文獻I 5中示出將采用作為代表性的寬帶隙半導體的碳化硅(SiC)形成的半導體器件(SiC器件)應用于功率模塊的例子?，F有技術文獻 專利文獻
專利文獻I :日本特開平10-93015號公報；
專利文獻2 :日本特開平11-233712號公報；
專利文獻3 :日本特表平11-510000號公報；
專利文獻4 :日本特開2003-18862號公報；
專利文獻5 :日本特開2006-149195號公報。作為具有二極管的功率模塊之一，公知具有整流用的二極管橋(diode bridge)和功率因數改善(Power Factor Correction :PFC)電路的PFC模塊。在以往的PFC模塊的二極管橋中，采用了 Si的肖特基勢壘二極管。但是，對于Si的肖特基勢壘二極管來說，若使耐電壓為數百V以上，則正向的電壓降(正向電壓(VF))顯著變高，所以，在高電壓控制用的功率模塊中，也存在導致與PiN 二極管的情況相比損失增大的情況。另一方面，對于采用SiC形成的肖特基勢壘二極管來說，即便使耐電壓為數百V以上，也能夠將正向電壓維持得較低。因此，將SiC的肖特基勢壘二極管應用于功率模塊，從而能夠實現低損失且恢復特性優(yōu)良的功率模塊。但是，SiC器件與Si器件相比價格高，所以，若將功率模塊進行SiC器件化，則伴隨著制造成本的增大。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種恢復特性優(yōu)良、低損失且低成本的PFC模塊。本發(fā)明提供一種半導體模塊，其特征在于，具有二極管橋，具有陰極彼此連接的第一以及第二二極管及陽極彼此連接的第三以及第四二極管，所述第一以及第三二極管串聯連接，所述第二以及第四二極管串聯連接；第一開關元件，與所述第一二極管和第三二極管的連接節(jié)點連接；第二開關元件，與所述第二二極管和第四二極管的連接節(jié)點連接，所述第一以及第二二極管是采用寬帶隙半導體形成的肖特基勢壘二極管，所述第三以及第四二極管及所述第一以及第二開關元件是采用硅形成的肖特基勢壘二極管以及開關元件。對于作為二極管橋的上臂的第一以及第二二極管來說，除了起到整流元件的功能夕卜，還起到利用第一以及第二開關元件進行的PFC動作時的回流二極管的功能。特別是，在PFC控制中，第一以及第二開關元件進行高頻率動作，所以，第一以及第二二極管的回流動作時的恢復損失在很大程度上有助于PFC模塊整體的損失。使第一以及第二二極管為低損失且恢復特性優(yōu)良的SiC器件，由此，能夠使PFC模塊的損失大幅 度地減少。此外，并不是全部功率芯片而是限于僅將第一以及第二二極管進行SiC器件化，所以，也能夠抑制成本的上升。并且，對于SiC器件來說，低損失并且能夠小型化，所以，也能夠有助于PFC模塊的小型化。


圖I是本發(fā)明的PFC模塊的電路圖。圖2是以往的PFC模塊的結構圖。圖3是實施方式I的PFC模塊的結構圖。圖4是實施方式2的PFC模塊的結構圖。圖5是實施方式3的PFC模塊的結構圖。
具體實施例方式實施方式I
圖I是本發(fā)明的半導體模塊即PFC模塊的電路圖。如該圖所示，該PFC模塊具有由第一 第四二極管D1K、D1S、D2K、D2S構成的二極管橋；功率因數改善用的第一以及第二開關元件SWK、Sffs ;控制該第一以及第二開關元件SWK、Sffs的驅動器IC100。二極管橋如下構成具有陰極彼此連接的上臂的第一以及第二二極管D1k、Dls及陽極彼此連接的下臂的第三以及第四二極管D2k、D2S，第一二極管DIk和第三二極管D2k串聯連接并且第二二極管Dls和第四二極管D2S串聯連接。第一二極管DIk的陽極和第三二極管D2k的陰極連接的R端子、以及第二二極管Dls的陽極和第四二極管D2S的陰極連接的S端子是施加交流電源的輸入端子。此外，第一以及第二二極管D1K、D1S的陰極連接的P端子是高電位側輸出端子。第一開關元件SWk連接在第一二極管DIk與第三二極管D2k之間的連接節(jié)點(R端子)和作為低電位側輸出端子的N端子之間。第二開關元件SWs連接在第二二極管Dls與第四二極管D2S之間的連接節(jié)點(S端子)和N端子之間。外部的控制IC (未圖示)連接到第三以及第四二極管D2k、D2s的陽極連接的N2端子。該控制IC基于N2端子的信號向驅動器IC100的VIN端子供給控制信號，從而控制第一以及第二開關元件SWK、SWs，進行預定的功率因數改善的動作。并且，圖I所示的VD端子是驅動器IC100的電源端子，GND端子是接地端子。此處，作為針對本發(fā)明的比較例，對以往的PFC模塊的結構進行說明。圖2是表示其結構的平面圖以及剖面圖。在以往的？ (模塊中，第一 第四二極管011；、013、021；、04是采用Si形成的肖特基勢壘二極管，第一以及第二開關元件SWK、Sffs是采用Si形成的例如IGBT0即，第一 第四二極管D1k、D1s、D2k、D2s及第一以及第二開關元件SWK、SWs都是Si器件。
如圖2所示，在該PFC模塊中，第一以及第二二極管D1K、D1S的芯片搭載在起到P端子的功能的引線框架104 (第一引線框架)上。此外，第三二極管D2k以及第一開關元件SWk的芯片搭載在起到R端子的功能的引線框架102 (第二引線框架)上。第四二極管D2S以及第二開關元件SWs的芯片搭載在起到S端子的功能的引線框架103 (第三引線框架)上。此夕卜，驅動器IC100搭載在起到在其控制中使用的控制端子(VIN端子、VD端子、GND端子等)的功能的預定的引線框架上。在圖2中，引線框架101起到N端子的功能，引線框架105起到N2端子的功能。各芯片和引線框架經由導線布線110進行連接。以上的各結構要素被構成該PFC模塊的殼體200的模塑樹脂保持。引線框架101 104的一部分作為外部連接端子從殼體200的一個側面突出，引線框架105與驅動器IC100的控制端子(VIN端子、VD端子、GND端子等)一起從殼體200的另一個側面突出。此外，在該PFC模塊中設置有貫通殼體200的安裝用的貫通孔121、122。如圖2的右側示出的剖面圖所示，在以往的PFC模塊中，引線框架101 104在殼體200的內部向下方彎曲，使這些引線框架101 104的芯片搭載部的下表面從殼體200的底面露出。熱導率高的絕緣片120貼附在引線框架101 104露出的部分。利用該結構，第一 第四二極管D1k、D1s、D2k、D2s及第一以及第二開關兀件SWk的熱量容易向外部放出。以下，對本發(fā)明的實施方式I的PFC模塊的結構進行說明。在圖3中示出其結構。在圖3中，對具有與圖2示出的要素相同的功能的要素標注相同的附圖標記。在本實施方式中，使作為功率控制用的芯片(功率芯片)的第一 第四二極管D1k、D1s、D2k、D2s及第一以及第二開關元件SWK、SWs中的作為二極管橋的上臂的第一以及第二二極管DlK、DlsSSiC器件的肖特基勢壘二極管。其他的功率芯片與現有技術同樣，第三以及第四二極管D2k、D2s是Si器件的肖特基勢壘二極管、第一以及第二開關元件SWK、Sffs是Si器件的IGBT等。作為二極管橋的上臂的第一以及第二二極管D1k、Dls除了起到整流元件的功能以夕卜，還起到利用第一以及第二開關元件SWK、SWs進行的PFC動作時的回流二極管的功能。特別是，在PFC控制中，第一以及第二開關元件SWK、Sffs進行高頻率動作，所以，第一以及第二二極管D1k、Dls的回流動作時的恢復損失在很大程度上有助于PFC模塊整體的損失。通過使第一以及第二二極管D1k、D1s為低損失且恢復特性優(yōu)良的SiC器件，能夠使PFC模塊的損失大幅度減少。此外，不是全部功率芯片而是限于僅將第一以及第二二極管?！啊⒖赹進行SiC器件化，所以，也能夠抑制成本的上升。此外，如在圖3中示出的剖面圖所示，搭載第一以及第二二極管引線框架104在殼體200的內部不向下方(第一以及第二二極管D1K、D1S搭載面的垂直方向)彎曲。在該情況下，被認為損失了第一以及第二二極管D1K、D1J^散熱性，但是，由于SiC器件在耐熱性方面優(yōu)良，所以沒有問題。此外，以往損失大的第一以及第二二極管D1K、Dls的損失變小，發(fā)熱也被抑制，所以，通過省略圖2所示的絕緣片120，也能夠謀求削減成本。實施方式2圖4是實施方式2的PFC模塊的結構圖。在本實施方式中，在殼體200的內部將作為SiC器件的第一以及第二二極管D1K、D1S配設在第三以及第四二極管D2k、D2s和第一以及第二開關元件SWK、Sffs的外側。即，第一以及第二二極管D1k、Dls配設在引線框架101 104突出的殼體200的一個側面的附近。此外，與實施方式I相同，搭載第一以及第二二極管D1k、D1s的第一引線框架104在殼體200的內部不向下方(第一以及第二二極管D1K、Dls搭載面的垂直方向)彎曲。根據該結構，能夠將連接第一以及第二二極管D1K、D1S和引線框架102、103的導線布線Iio變短。該導線布線110的長度影響PFC模塊的浪涌電流耐受性，若將其變短，則能夠提高浪涌電流耐受性。例如，在600V -20A (rms)額定值的PFC模塊中，能夠使連接第一以及第二二極管D1K、Dls和引線框架102、104的導線布線110的長度為現有技術的一半左右(將現有技術的IOmm的長度變?yōu)?mm)。實施方式3
圖5是實施方式3的PFC模塊的結構圖。在本實施方式中，與實施方式2相同,在殼體200的內部，將作為SiC器件的第一以及第二二極管D1K、Dls配設在第三以及第四二極管D2k、D2s和第一以及第二開關元件SWK、SWs的外側(引線框架101 104突出的殼體200的一個側面的附近)。此外，SiC器件為低電阻，所以，能夠實現芯片的小型化。例如，在600V COA(Mis)額定值的模塊中，能夠使第一以及第二二極管D1K、Dls的芯片尺寸變?yōu)橐话胱笥?。因此，若使第一以及第二二極管口“^^靠近外側，則在殼體200的中央部形成空間。在本實施方式中，在該空間配設貫通孔122。S卩，在平面圖中，第一以及第二二極管D1k、D1s的至少一方配設在貫通孔122和上述殼體200的一個側面之間(在圖5的平面圖中，貫通孔122和第一以及第二二極管向排列)。根據本實施方式，能夠靠近殼體200的內側配設貫通孔122，所以，能夠實現PFC模塊的封裝尺寸的小型化。例如，在600V -20A (rms)額定值的模塊中，能夠使封裝的長度(殼體200的長度)比實施方式1、2 (圖3以及圖4)短4mm左右。并且，圖5的虛線表示實施方式1、2的殼體200的形狀以及貫通孔122的位置。如上所述，本發(fā)明有效地利用高耐電壓、低損失以及高耐熱這樣的SiC器件的特性。這些特性不限于SiC器件，還有采用了其他寬帶隙半導體的半導體器件。因此，可以使第一以及第二二極管D1K、D1S為采用SiC以外的寬帶隙半導體形成的肖特基勢壘二極管，能夠得到與上述相同的效果。附圖標記說明
DIe第一二極管 Dls第二二極管 D2e第三二極管 D2S第四二極管 SWk第一開關元件 SWs第二開關元件 100驅動器IC
101 105引線框架110導線布線 121,122貫通孔200 殼體。
權利要求
1.一種半導體模塊，其特征在于，具有 二極管橋，具有陰極彼此連接的第一以及第二二極管及陽極彼此連接的第三以及第四二極管，所述第一以及第三二極管串聯連接，所述第二以及第四二極管串聯連接； 第一開關元件，與所述第一二極管和第三二極管的連接節(jié)點連接；以及 第二開關元件，與所述第二二極管和第四二極管的連接節(jié)點連接， 所述第一以及第二二極管是采用寬帶隙半導體形成的肖特基勢壘二極管， 所述第三以及第四二極管及所述第一以及第二開關元件是采用硅形成的肖特基勢壘二極管以及開關元件。
2.如權利要求I所述的半導體模塊，其特征在于，還具有 第一引線框架，搭載所述第一以及第二二極管； 第二引線框架，搭載所述第三二極管以及第一開關元件； 第三引線框架，搭載所述第四二極管以及第二開關元件；以及模塑樹脂，保持所述第一 第四二極管、第一以及第二開關元件及所述第一 第三引線框架并且構成該半導體模塊的殼體， 所述第一 第三引線框架的一部分作為外部連接端子從由所述模塑樹脂構成的所述殼體的一個側面突出， 在所述殼體的內部，所述第一以及第二二極管與所述第三以及第四二極管及所述第一以及第二開關元件相比，配設在所述一個側面的附近。
3.如權利要求2所述的半導體模塊，其特征在于， 在所述殼體的內部，所述第一引線框架不向所述第一以及第二二極管的搭載面的垂直方向彎曲。
4.如權利要求2或3所述的半導體模塊，其特征在于， 在所述殼體上形成有貫通該殼體的貫通孔， 在平面圖中，所述第一以及第二二極管的至少一方配設在所述殼體的所述貫通孔和所述一個側面之間。
5.如權利要求I 3的任意一項所述的半導體模塊,其特征在于， 還具有驅動所述第一以及第二開關元件的驅動器1C。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體模塊，提供一種恢復特性優(yōu)良并且低損失且低成本的PFC模塊。PFC模塊具有二極管橋，由上臂的第一以及第二二極管(D1R)、(D1S)及下臂的第三以及第四二極管(D2R)、(D2S)構成；功率因數改善用的第一以及第二開關元件(SWR)、(SWS)。其中的第一以及第二二極管(D1R)、(D1S)是采用寬帶隙半導體形成的肖特基勢壘二極管，第三以及第四二極管(D2R)、(D2S)及第一以及第二開關元件(SWR)、(SWS)是采用硅形成的肖特基勢壘二極管。
文檔編號H01L25/07GK102637679SQ20111045350
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年2月14日
發(fā)明者中川信也, 加藤正博 申請人:三菱電機株式會社