專利名稱：電弧放電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電弧放電裝置，具體而言，尤其涉及一種適用轉換器
(converter)、變流器(inverter)等電力轉換裝置中使用的半導體模塊的 電弧放電裝置。
背景技術：
用樹脂密封電力轉換裝置中使用的半導體元件并模塊化的裝置，其作 為半導體模塊而公知。這種半導體模塊用樹脂密封陶瓷基板的芯片配置
面，同時從上述陶瓷基板的背面進行散熱。因此，在因陶瓷基板和樹脂之 間的熱膨脹率存在差值，而導致樹脂的成型收縮、或因工作時的熱循環而 導致基板彎曲時，成為散熱效率降低、或半導體芯片剝離的原因。
因此，在一般的半導體模塊中，將含有半導體芯片的芯片零件軟釬焊 在陶瓷基板上，這樣的陶瓷基板隔著隔熱片、絕緣片而粘貼在銅Cu或鐵 Fe等厚的金屬板上。另外，安裝包圍上述陶瓷基板的芯片搭載面的殼體， 向該殼體內注入硅橡膠等來保護芯片零件，之后，再填充樹脂。
但是，在為了保護芯片零件而使用硅橡膠的情況下，從殼體的間隙等 進入的濕氣會對芯片零件帶來壞影響。另外，芯片零件之間的電連接雖然 是通過金屬線結合(wire bonding)、引線框架(lead frame)的軟釬焊、 超音波接合而進行的，但是在其接合部因熱等而劣化的情況下，如果保護 材料使用硅橡膠，則難以可靠地固定金屬線或引線框架等。
在這里，也提出了一種不使用硅橡膠等保護材料、而向陶瓷基板的芯 片搭載面直接填充樹脂的半導體模塊(例如專利文獻1)。在專利文獻1 中，將陶瓷基板接合到金屬板上而形成模塊基板，在該模塊基板上安裝半 導體芯片之后，向被外圍殼體、框體及模塊基板包圍的空間中注入樹脂。 如果該外圍殼體具有足夠的剛性，則能夠使密封樹脂硬化時因成型收縮而 產生的應力分散到模塊基板及框體上，從而防止模塊基板的彎曲，也能夠提高耐溫循環性。
專利文獻1:日本特幵平9一237S69號公報
現有的半導體模塊無法將多個半導體元件封入在一個半導體模塊內， 而需要用戶自己連接多個半導體模塊，從而實現希望的電力轉換裝置。例 如，通過使用三個由二極管及閘流晶體管的串聯電路形成的半導體模塊， 從而實現三相交流橋。因此，用戶必須保管、搬運多個半導體模塊，其處 理也很麻煩。另外，因為由多個半導體模塊構成，所以在電力轉換裝置的 小型化及輕量化上也存在界限。因此考慮通過在同一陶瓷基板上配設更多 的半導體元件，從而實現電力轉換裝置的小型化、輕量化。
但是，如果想要實現這種半導體模塊，則陶瓷基板必須大型化，另外， 與此同時還要封入大量的樹脂。因此，產生陶瓷基板的彎曲更加顯著、散 熱效率明顯降低的問題。另外，由于陶瓷基板大型化，從而產生陶瓷基板 的芯片配置面內的溫度差也變得顯著的問題。并且，由于封入大量的樹脂， 從而產生半導體模塊整體的重量增大的問題。因此，使用了半導體模塊的 電力轉換裝置不容易實現小型化、輕量化。
另外，半導體模塊將陶瓷基板粘貼在金屬板上，從而防止陶瓷基板彎 曲，也確保良好的散熱特性。但是，為了防止陶瓷基板彎曲，需要使用厚 的金屬板，所以半導體模塊的總重量中金屬板所占的比例大，不容易實現 半導體模塊的輕量化。
并且，交流電源用的半導體模塊從單相用到三相用都有，如果根據各 用途而分別生產半導體模塊，則品質及成品的管理都需分別進行，從而存 在制造成本增加的問題。
發明內容
本發明鑒于上述情況而提出，其目的在于提供一種適用與現有的電力 用半導體模塊相比，內置更多半導體元件的小型輕量的電力用半導體模塊 的電弧放電裝置。另外，其目的還在于提供一種適用用于實現電力轉換裝 置的小型化、輕量化的電力用半導體模塊的電弧放電裝置。另外，其目的 還在于廉價地提供一種適用這種電力用半導體模塊的電弧放電裝置。
第一本發明的電弧放電裝置具有對供給用來電弧放電的交流電源的頻率進行轉換的電源裝置，其構成為上述電源裝置具有電力用半導體模塊 及安裝在上述電力用半導體模塊上的散熱器，上述電力用半導體模塊具有 模塊框體及被上述模塊框體保持的兩個以上的公共單元，上述公共單元具 有陶瓷基板和封裝，該陶瓷基板具有配置了半導體元件的電路面及與上述 電路面相對的散熱面，該封裝是使上述散熱面露出并且用耐熱性樹脂密封 上述電路面而形成的，上述放電器通過安裝在上述模塊框體上而抵接在上 述兩個以上的公共單元的所有的上述散熱面上。
這樣，若將電力用半導體模塊分割為多個公共單元，則能夠使電力用 半導體模塊內使用的陶瓷基板小型化，另外也能夠大幅度地減少電力用半 導體模塊內使用的密封樹脂的量。因此，能夠確保各半導體元件的良好的 散熱路徑，同時也能夠在小型輕量的電力用半導體模塊內內置更多的半導 體元件。
另外，因為樹脂密封的散熱效果在各公共單元中大致均勻獲得，所以 不會只使一部分的半導體元件因熱影響而顯著劣化，從而能夠提高電力用 半導體模塊整體的可靠性。另外，即使在一部分半導體元件劣化的情況下， 也能夠在各公共單元更換，而不用作為預備來保管電力用半導體模塊整 體。
并且，優選相對于模塊框體安裝散熱器，與分別在多個公共單元分別 安裝散熱器的情況相比，散熱器的裝卸作業變得容易。 發明效果
根據本發明，在小型輕量的電力用半導體模塊內能夠比現有的電力用 半導體模塊內置更多的半導體元件。因此，如果使用本發明的電力用半導 體模塊，則能夠使電弧放電裝置的電力轉換裝置小型化、輕量化。另外， 通過在電力用半導體模塊內內置多個公共單元，從而能夠廉價地提供。這 樣構成的電力用半導體模塊因頻繁地反復進行熱循環而溫度改變，如果在 電力用半導體模塊存在劣化擔憂的電弧放電裝置中使用，其效果更明顯。
圖1是表示本發明的實施方式的半導體模塊1的一個結構例的外觀 圖，其表示半導體模塊1的上表面；圖2是表示半導體模塊1的一個結構例的外觀圖，其表示半導體模塊 1的下表面；
圖3是表示圖1的半導體模塊1組裝時的樣子的展開立體圖4是表示公共模塊3內部的一個結構例的圖5是從下面側所見的圖4的陶瓷基板50的圖6是表示樹脂密封后的公共單元3的一個結構例的外觀圖，其表示 公共單元3的上表面及下表面；
圖7是表示樹脂密封后的公共單元3的一個結構例的外觀圖，其表示 公共單元3的各個側面；
圖8是表示收容到模塊框體2之前的公共單元3的一個結構例的外觀
圖9是只表示圖1的模塊主體20的外觀圖，其表示模塊主體20的上 表面；
圖10是只表示圖1的模塊主體20的外觀圖，其表示模塊主體20的 下表面；
圖11是從圖10的A—A切線切開安裝有散熱器9的半導體模塊1時 的剖面圖12是表示陶瓷基板50上產生彎曲的情況的一例的說明圖； 圖13是表示本實施方式的半導體模塊1適用于電弧放電裝置的情況 下的一個結構例的框圖，其表示電弧放電裝置的一例即電弧焊接機100;
符號說明
l一半導體模塊；2—模塊框體；20—模塊主體；200、 201 —螺母收容 部；21—模塊蓋；210 —導向孔；22 —上面開口部；23 —下面開口部；24 一安裝孔；25、 26 —加強梁；27、 28 —單元抵接部；3 —公共單元；30 — 外部端子；31、 32 —公共端子；33、 34 —控制端子；35 —封裝；300 302 一緊固孔；311、 312 —螺母收容部；4一金屬板；41、 42 —外部公共端子； 400、 401、 402 —緊固孔；50 —陶瓷基板；51、 52 —金屬層；53 —焊料層；
54—半導體芯片；9一散熱器；91一導熱面；510 —散熱圖案；511—外周 圖案；512 —緩沖圖案；100—電弧焊接機；101 —電源裝置；102 —控制電路；103 —變壓器；104 —噴燈；105 —變流器；W —被焊接物。
具體實施例方式
圖1及圖2是表示本發明的實施方式的半導體模塊1的一個結構例的 外觀圖，圖l表示其上表面，圖2表示其下表面。另外，圖3是表示半導 體模塊1組裝時的樣子的展開立體圖。
該半導體模塊l是一種使用閘流晶體管、二極管、雙極晶體管等半導 體元件，用來轉換交流電和直流電的電力用半導體模塊。在本實施方式中， 對作為這種電力用半導體模塊的一例，即對使用三個閘流晶體管和三個二 極管來實現橋電路的模塊進行說明。這種橋電路廣泛應用于對三相交流電 源進行全波整流而轉換為直流電源的三相交流變換器中。
半導體模塊1以在模塊框體2內收容三個公共單元3 (3a 3c)和兩 個金屬板4 (4m及4n)的方式構成。每一個公共單元3都是內置閘流晶 體管和二極管的串聯電路的、具有相同結構的單元，能夠互相替換使用。 并且，在本說明書中，三個公共單元中相互對應的結構部分記為相同的符 號，當要指出特定的公共單元的結構部分時，在上述符號上加上a c。
模塊框體2由形成為薄的大致箱形的樹脂制造的模塊主體20和形成 為大致矩形的板狀體的樹脂制造的模塊蓋21構成。模塊主體20在其內部 收容三個公共單元3和兩塊金屬板4，另外，模塊主體20還具有使其上面 整體開口的上面開口部22、及三個使其下面一部分開口的下面開口部23 (23a 23c)。上面開口部22是在組裝之后被模塊蓋21覆蓋的組裝用的 開口 ，下面開口部23a 23c是使各公共單元3a 3c的散熱面分別露出的 散熱用的開口。
模塊框體2的下表面是與散熱器9組合的散熱器安裝面。散熱器9是 裝配有半導體模塊l的裝置的金屬框體或散熱翼等，其利用形成于模塊框 體2的四角上的安裝孔24而安裝在模塊框體2上。通過使公共單元3a 3c的散熱面從形成于散熱器安裝面上的下面開口部23a 23c稍突出，且 在模塊框體2上安裝散熱器，從而能夠使公共單元3a 3c的散熱面緊貼 散熱器9。
一方面，模塊框體2的上表面是形成有用來連接外部配線的端子的端子面，模塊框體2的上表面配設有三個外部端子30 (30a 30c)、三組控 制端子33 (33a 33c)及34 (34a 34c)、外部公共端子41及42。
外部端子30是公共模塊3的端子，三個外部端子30a 30c沿模塊蓋 21的一邊等間距配置。該外部端子30a 30c是在模塊框體2的上表面從 模塊主體20及模塊蓋21的縫隙中被拉出、且以平行于模塊框體2的上表 面的方式被折曲的金屬板，其沿模塊主體20向外側延伸，在其前端部形 成有緊固孔300。
在與該緊固孔300相對的模塊主體20的上表面形成有螺母收容部 200，螺母收容部200收容金屬制造的螺母使得螺母不會旋轉，.通過使插 通在緊固孔300中的螺釘和上述螺母緊固，能夠使夾入在上述螺釘和螺母 之間的外部端子30及外部配線電性導通。并且，即使上述螺母不固定在 螺母收容部200內，螺母收容部200的開口在收容螺母后也被折曲的外部 端子30覆蓋，所以只要不卸下公共單元3，即使與螺釘處于非緊固時螺母 也不會從螺母收容部200脫落。
外部公共端子41是將金屬板4m的一部分從模塊框體2中拉出的端 子，其中金屬板4m使各公共模塊3a 3c的公共端子31在模塊框體2內 互相導通，外部公共端子41被配置在與配列有外部端子30a 30c的一邊 相鄰的模塊蓋21的邊上。該外部公共端子41與外部端子30相同，在模 塊框體2的上表面從模塊主體20及模塊蓋21的縫隙中被拉出、且沿模塊 主體.20向外側延伸，在其前端部形成有緊固孔400。在與該緊固孔400 相對的模塊主體20的上表面形成有螺母收容部201，螺母收容部201收容 金屬制造的螺母使得螺母不會旋轉，通過使插通在緊固孔400中的螺釘和 上述螺母緊固，從而能夠使夾入在上述螺釘和螺母之間的外部公共端子41 及外部配線電性導通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部201內， 螺母收容部201的開口在螺母收容后也被配置的外部公共端子41覆蓋， 所以只要不卸下金屬板4m，即使在與螺釘處于非緊固時，螺母也不會從 螺母收容部201脫落。
外部公共端子42是將金屬板4n的一部分從模塊框體2中拉出的端子， 其中金屬板4n使各公共模塊3a 3c的公共端子32在模塊框體2內互相 導通。該外部公共端子42的其他結構與外部公共端子41完全相同。控制端子33及34是公共模塊3(3a 3c)的端子，三組控制端子33a 33c及34a 34c沿與配列了外部端子30的一邊相反的一側的模塊蓋21的 一邊配置。控制端子33及34是向上延伸的截面為大致矩形的銷狀的端子， 其通過模塊蓋21的導向孔210，被拉到模塊框體2的外面。
接下來，利用圖3對半導體模塊i的組裝方法的一例進行說明。公共 單元3從下面開口部23裝配到模塊主體20內，在插入到最深處的狀態下， 其外部端子30向外側折曲。只要這樣安裝三個公共單元3a 3c，就能夠 整列配置各公共單元3a 3c使得相互的長邊間隔一定距離的空間而相對， 且能夠收納在模塊主體20內。
金屬板4m及金屬板4n從上面開口部22裝配到模塊主體20內。金屬 板4m及金屬板4n以與公共單元3的長邊方向交叉的方式配置，以分別橫 斷所有公共單元3a 3c 。另外，在金屬板4m上形成有三個緊固孔401a 401c，使用螺釘與所有公共模塊3的公共端子31緊固，從而電性導通。 同樣，在金屬板4n上形成有三個緊固孔402a 402c，使用螺釘與所有的 公共模塊3的公共端子32緊固，從而電性導通。之后，只要用模塊蓋21 鎖緊上面開口部22，就完成了半導體模塊l的組裝。
圖4是表示公共模塊3內部的一個結構例的圖，圖中的(b)是從(a) 中所示的B方向所見的圖。陶瓷基板50的上表面配置有半導體元件54或 端子30 34等，陶瓷基板50的上表面作為電性連接這些零件的電路面來 使用，其下表面作為緊貼散熱器9的導熱面的散熱面來使用。
該陶瓷基板50是在其兩面形成有金屬層51及52的電路基板，例如， 用DBC (Direct Bonding Copper)法固定安裝銅(Cu)薄板。電路面側的 金屬層52使用光刻技術來制成圖案，并作為配線來使用。另外，通過在 散熱面側也形成金屬層51，使陶瓷基板50的兩面的熱膨脹特性變均等， 從而抑制陶瓷基板50的彎曲。
半導體芯片54隔著焊料層53配置在金屬層52上。在這里，作為半 導體芯片54，是指配置有串聯的閘流晶體管及二極管的芯片。另外，圖中 雖然省略，但也根據需要來配置其他電子零件、例如芯片電阻等。并且， 各端子30 34也隔著焊料層53配設在金屬層52上，或者配置在半導體 芯片上。根據需要使用金屬層52的圖案、結合線或引線框架，對這些電子零件及各端子30 34之間進行電性連接。另外，各端子30 34由于在 樹脂模制時被夾在兩個模具之間，因此在從陶瓷基板50起算的高度相同 的位置上，其以平行于陶瓷基板50的方式折曲。
圖5是從下面側觀察圖4的陶瓷基板50的圖。在陶瓷基板50的下表 面形成的金屬層51由矩形形狀的大面積的散熱圖案510以及包圍散熱圖 案510的細長的外周圖案511構成，在散熱圖案510和外周圖案511之間 形成有未形成金屬層51的緩沖圖案512。也就是說，緩沖圖案512在外周 圖案511的內側作為包圍散熱圖案510的細長的槽部，例如作為一定寬度 的槽部而形成。例如可以使用光刻技術形成這種圖案。
根據這種結構，相對于沿散熱面側的金屬層52的周緣部延伸的槽部 即緩沖圖案512，在其內側形成作為內側圖案的散熱圖案510 ，同時在其 外側形成作為外側圖案的外周圖案511。
并且，在本例中展示了一種沿散熱面側的金屬層52的周緣部形成環 狀的緩沖圖案512，使得外周圖案511夾著緩沖圖案512包圍散熱圖案510 的外周的結構，但是不限于這種結構，也可以是緩沖圖案512只在上述金 屬層52的周緣部的一部分上形成的結構。在這種情況下，只要是沿矩形 形狀的金屬層51的至少一邊形成槽部的結構即可，在金屬層51為長方形 的情況下，也可以是沿相互對置的一對長邊或一對短邊的任一方形成槽部 的結構。
形成有電路的陶瓷基板50只留下陶瓷基板50的金屬層51和各端子 30 34的前端側，其余都用樹脂密封。例如，可以用使用熱固化性的環氧 樹脂的RTM (Resin Transfer Molding)法來密封。通過這種樹脂模制處理， 形成使金屬層51露出、使端子30 34突出的封裝35。在這種樹脂模制處 理中，為了不使樹脂流入金屬層51的表面，而使陶瓷基板50的下表面緊 貼平坦的模具內表面來進行所述處理。另外，因為預先形成有緩沖圖案512， 所以即使有在金屬層51上繞進(回^込tr )并越過外周圖案511的樹脂， 如果是少量，就被槽部即緩沖圖案512吸收，該樹脂不會擴展到散熱圖案 510上。因此，能夠防止由于樹脂附著在散熱圖案510表面而引起的散熱 效率的下降。
尤其，在本實施方式中，因為外周圖案5U夾著緩沖圖案512而包圍散熱圖案510的外周，所以即使樹脂從外周圖案511的任一部分繞進時，
緩沖圖案512都能夠很好地吸收該樹脂。因此，能夠更有效地防止由于樹 脂附著在散熱圖案510表面而引起的散熱效率的下降。
圖6及圖7是表示樹脂密封后的公共單元3的一個結構例的外觀圖， 圖6 (a)表示上表面，(b)表示下表面。另外，圖7 (a)表示從公共端 子31及32側所見的側面，(b)表示從外部端子30側所見的側面，(c) 表示從控制端子33、 34側所見的側面。
圖8是表示將公共單元3收容到模塊框體2之前的公共單元3的一個 結構例的外觀圖，表示各端子30 34折曲的狀態。并且，圖中(a)表示 上表面，(b)表示從公共端子31及32側所見的側面。外部端子30及控 制端子33、 34折曲成直角而朝向上方，公共端子31及32折曲大約180° 的角度，且沿封裝35中央的上表面延伸。
樹脂密封后的各端子30 34，從都向上打開的臺階部的谷線、在圖示 的例子中，從由上表面及側面形成的封裝35上的凹部的最深部向封裝35 外露出，且沿封裝35的上表面向外側延伸。如果在這些端子30 34的前 端施加向上的力，使端子30 34在上述谷線附近折曲，則變成圖8所示 的形狀。在這種情況下，在各端子30 34的彎曲部的下方形成有向外側 延伸的封裝的上表面320 323，這些面起到絕緣壁的作用。也就是說，通 過在比從封裝35的端部更后退的位置折曲端子30 34，在端子30 34 的下方形成封裝的突出部320 323，能夠延長從散熱器9到端子30 34 的沿面距離，所以能夠提高絕緣性。
在這里，圖6 (a)中標有陰影線的各端子30 34的根部，在只露出 其上表面的狀態下被埋入形成在封裝的上表面320 323中。只要使各端 子30 34緊貼形成封裝的上表面320 323的模具內表面來進行樹脂模制 處理，就能夠實現這種結構。
在折曲端子30 34時，若無法容易分離端子30 34和上表面320 323，則封裝35會產生龜裂，或端子30 34在谷線的外側折曲，從而導 致公共單元3的品質下降。因此，將端子30 34的截面制成易于從上表 面310 313剝離開的形狀，即形成為越到下側寬度越窄的形狀。具體而 言，在端子30 34的側面施加錐部(taper)，制成使端子30 34的截面向上擴展的梯形形狀。只要是像三角形或半圓形等那樣截面寬度向上擴展 的形狀，也可以是梯形以外的形狀。另外，端子30 34的上表面由于成
為從上表面320 323露出的露出面，所以優選為平面。當然，只要至少 從上不面320 323分離的部分為這種截面形狀即可。
在公共端子31的前端部形成有用于與金屬板4m進行緊固的緊固孔 301 。在與該緊固孔301相對的封裝35的上表面形成有螺母收容部311， 螺母收容部311以凹部的方式形成，收容金屬制造的螺母使得螺母不會旋 轉。因此，通過使插通在緊固孔301及金屬板4m的緊固孔401中的螺釘 和上述螺母緊固，從而能夠使夾入在上述螺釘和螺母之間的公共端子31 及金屬板4m電性導通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部311內， 由于螺母收容部311的開口在收容螺母后被折曲的公共端子31覆蓋，所 以即使在與螺釘的非緊固時，螺母也不會從螺母收容部311脫落。
完全同樣地，在公共端子32的前端部形成有用于與金屬板4n緊固的 緊固孔302。在與該緊固孔302相對的封裝35的上表面形成有螺母收容部 312，螺母收容部312以凹部的方式形成，收容金屬制造的螺母使得螺母 不會旋轉。因此，通過使插通在緊固孔302及金屬板4n的緊固孔402中 的螺釘和上述螺母緊固，從而能夠使夾入在上述螺釘和螺母之間的公共端 子32及金屬板4n電性導通。并且，即使上述螺母不固定在螺母收容部312 內，由于螺母收容部312的開口在收容螺母后被折曲的公共端子32覆蓋， 所以即使在與螺釘的非緊固時，螺母也不會從螺母收容部312脫落。
另外，封裝35以薄的大致矩形的形狀形成，但是在其側面設有錐形 部36，與形成有散熱面的下表面相比，上表面側的封裝35部分的外形變 得更大。另外，在封裝的上表面，螺母收容孔311、 312作為凹陷部而形 成，該部分的樹脂層形成得薄。因此，抑制因樹脂的成型收縮而作用在陶 瓷基板50上的應力，從而能夠減輕陶瓷基板50的彎曲。
圖9和圖IO是只表示圖1的模塊主體20的外觀圖，圖9表示上表面， 圖10表示下表面。在模塊主體20的內部空間形成有橫斷公共單元3a 3c 的上面側的一根加強梁25以及與該加強梁25交叉的下面側的兩根加強梁 26。加強梁25配置在公共單元3a 3c的更上方，加強梁26形成在各公 共單元3a 3c之間，進行在公共單元3的水平面內的定位。單元抵接部27及28是在模塊主體20的內壁形成的突出部或朝向下 方打開的臺階部，通過使其分別抵接在公共單元3的長度方向的兩端，而 在鉛直方向上對公共模塊3進行定位。
圖ll是根據圖10的A—A切線切開安裝有散熱器9的半導體模塊1 時的剖面圖。當使用安裝孔24將散熱器9安裝在模塊框體2上時，能夠 使模塊框體2的散熱器安裝面和散熱器9的平坦的導熱面91相對，且能 夠使兩者處于盡可能靠近的狀態。此時，公共單元3以使其散熱面從模塊 框體2的下面開口部23稍突出的方式被模塊框體2保持，因此，公共單 元3被夾在單元抵接部27及28和散熱器的導熱面91之間。因此，能夠 使公共單元3的散熱面緊貼散熱器9的導熱面91。
圖12是表示在陶瓷基板50上產生彎曲的情況的一例的說明圖。樹脂 構成的封裝35比陶瓷基板50的熱膨脹率大。因此，在樹脂模制處理后進 行冷卻時，與陶瓷基板50相比，封裝35收縮得更大，在陶瓷基板50上 易于產生向下方凸出的彎曲，這種彎曲稱為"順彎曲"。相反，將陶瓷基 板50向上方凸出的彎曲稱為"逆彎曲"。從散熱效率的觀點出發，不期 望產生彎曲，但是尤其逆彎曲，由于溫度變高的中央部不會緊貼散熱板， 所以逆彎曲與順彎曲相比，逆彎曲的散熱效率顯著更差。
由于圖1的半導體模塊1在大致矩形的模塊框體2內使三個公共單元 3a 3c整列配置，因此與兩端的公共單元3a及3c相比，中央的公共單元 3b的溫度更高。 一方面，由于散熱器9使用在模塊框體2的四角設置的安 裝孔24來安裝，因此與兩端的公共單元3a及3c相比，在中央的公共單 元3b上，散熱器9對散熱面51的按壓力弱，散熱效率容易變差。因此， 在中央的公共單元3b上，與兩端的公共單元3a及3c相比，陶瓷基板50 更優選使用順彎曲側的部分。尤其中央的公共單元3b的陶瓷基板50優選 順彎曲。
圖13是表示將本實施方式的半導體模塊1適用于電弧放電裝置的情 況的一個結構例的框圖，電弧放電裝置的一例表示為電弧焊接機100。該 電弧焊接機IOO具有電源裝置101、控制電路102、變壓器103及噴燈104， 通過在噴燈104和被焊接物W之間進行電弧放電，加熱熔融焊接線或焊 條等焊補材料，來焊接被焊接物W。電源裝置101是可以改變從外部供給的交流電源的頻率的頻率轉換電路，除了上述的半導體模塊l，還通過變流器105等形成。在本例中，半
導體模塊1構成將交流電壓轉換為直流電壓的轉換器，向三個外部端子30(30a 30c)供應的三相交流電源被由半導體模塊1形成的橋電路進行全波整流，從而轉變為直流電源。通過控制端子33及34向半導體模塊1輸入來自控制電路102的控制信號，基于該控制信號對橋電路的動作進行控制。
被半導體模塊1進行了全波整流的直流電源通過外部公共端子41及42被供給向變流器105。變流器105是將直流電壓轉換為交流電壓的交流轉換電路，基于來自控制電路102的控制信號，能夠任意改變輸入的交流電壓的頻率。由變流器105轉換為任意頻率的交流電壓由變壓器103升壓，通過對噴燈104及被焊接物W之間施加高電壓，從而在噴燈104和被焊接物W之間產生電弧放電。
在電弧焊接機100這樣的電弧放電裝置中，在噴燈104和被焊接物W之間產生電弧放電來進行焊接作業之后，直到開始對下一個被焊接物W進行焊接作業為止的間隔比較短，例如為五分鐘左右。因此，在比較短的周期內發生如下這樣的熱循環，即伴隨電弧放電，半導體模塊l變成高溫狀態之后，在直到開始進行下一個焊接作業之間半導體模塊1自然冷卻，在下一個焊接作業時再次變為高溫狀態。
由于伴隨溫度變化而作用的應力發生變化，適用于電弧焊接機100的電力轉換裝置的陶瓷基板的彎曲變大或變小，所以在上述這種熱循環之下，彎曲大的狀態和彎曲小的狀態頻繁反復進行，半導體芯片的剝離等問題變得更明顯。在這里，通過將本實施方式的半導體模塊1適用于這樣的電弧焊接機100，從而能夠有效地防止陶瓷基板50的彎曲。
在本例中，對將半導體模塊1適用于作為將交流電壓轉換為直流電壓的直流轉換電路的轉換器的情況進行說明，但是不限于這種結構，除了變流器105這樣的將直流電壓轉換為交流電壓的交流轉換電路之外，也可以將半導體模塊1適用于電力轉換裝置具有的各種電路中。在將半導體模塊1適用于變流器105的情況下，各公共單元3可以不是內置閘流晶體管及二極管的串聯電路的結構，而可以是內置兩個閘流晶體管或兩個晶體管的串聯電路的結構。
另外，本實施方式的半導體模塊1不限于用來進行電弧焊接的電弧焊接機100，只要是產生電弧放電的裝置，也可以適用于切割機等其他電弧放電裝置。
并且，在上述實施方式中，在模塊框體2內，使用金屬板4m及4n分別連接各公共單元3a 3c的公共端子31及32，但是本發明不限于這種情況。即，取代金屬板4n及4m，能夠使用任意形狀構成的金屬塊。
另外，在上述實施方式中，對由閘流晶體管及二極管構成的公共單元3的例子進行說明，但是本發明不限于這種情況。即，可以由二極管、閘流晶體管、雙極晶體管或其他任意的電力用半導體元件的組合來構成公共單元3。例如，也可以是兩個閘流晶體管的串聯電路構成公共單元3。另外，本發明不限于由兩個半導體元件構成的情況。
另外，在本實施方式中，對半導體模塊l將三相交流電轉換為直流電的三相交流變換器的例子進行說明，但是本發明不限于這種情況。例如，也可以適用于將直流電轉換為交流電的變流器等其他電力轉換裝置中。
另外，在本實施方式中，雖然對在模塊框體2內收容三個公共單元3的半導體模塊1的例子進行了說明，但是也能夠實現例如只收容一個公共單元3的模塊框體。在這種情況下，不需要金屬板4m及4n。由于在這樣收容的公共單元3的數目不同的半導體模塊之間公共單元3能夠通用，因此能夠實現成本的降低。
權利要求
1.一種電弧放電裝置，其具備對供給用來電弧放電的交流電源的頻率進行轉換的電源裝置，其特征在于，上述電源裝置具有電力用半導體模塊及安裝在上述電力用半導體模塊上的散熱器，上述電力用半導體模塊具有模塊框體及被上述模塊框體保持的兩個以上的公共單元，上述公共單元具有陶瓷基板和封裝，該陶瓷基板具有配置了半導體元件的電路面及與上述電路面相對的散熱面，該封裝是使上述散熱面露出并且用耐熱性樹脂密封上述電路面而形成的，上述放電器通過安裝在上述模塊框體上而抵接在上述兩個以上的公共單元的所有的上述散熱面上。
全文摘要
將大量半導體元件內置在電弧放電裝置所具備的小型輕量的電力用半導體模塊內。電弧放電裝置的電源裝置由半導體模塊(1)及安裝在半導體模塊上的散熱器組成。半導體模塊(1)由模塊框體(2)及被模塊框體(2)保持的公共單元(3a～3c)組成。公共單元(3a～3c)具有陶瓷基板(50)和封裝(35)，該陶瓷基板具有配置了半導體元件(54)的電路面及其相反側的散熱面；封裝使上述散熱面露出并用耐熱性樹脂密封電路面。放電器通過安裝在模塊框體(2)上，而抵接在公共單元(3a～3c)的所有散熱面上。通過這種結構，能夠將大量半導體元件內置在小型輕量的電力用半導體模塊內。
文檔編號H01L25/18GK101681905SQ20078005118
公開日2010年3月24日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者內田稔雄, 大西祐史, 左右田修, 稻見和則 申請人:株式會社三社電機制作所