CN105190881A - 电力变换装置 - Google Patents

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山口芳文
本田友和
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Abstract

该电力变换装置(100、101a～101c)具备：横向开关元件(11a～11c、12a～12c)；控制用开关元件(13a～13c、14a～14c)，其与横向开关元件连接，控制横向开关元件的驱动；以及热传导抑制部件(18a、18b)，其配置于横向开关元件与控制用开关元件之间，用于抑制从横向开关元件产生的热量传递到控制用开关元件。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及电力变换装置，尤其是涉及具备横向开关元件的电力变换装置。
背景技术
以往，已知有具备横向开关元件的电力变换装置。例如，在日本特开2012-222361号公报中公开了这样的电力变换装置。
在上述日本特开2012-222361号公报中，公开了一种电力变换装置，该电力变换装置具备III-V族晶体管(横向开关元件)、以及与III-V族晶体管连接的控制III-V族晶体管的驱动的IV族纵向晶体管(控制用开关元件)。在该电力变换装置中，III-V族晶体管的电极与IV族纵向晶体管的电极以直接接触的方式连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-222361号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述日本特开2012-222361号公报中公开的电力变换装置中，存在如下问题：由于III-V族(例如，GaN)晶体管(横向开关元件)的电极与IV族(例如，Si)纵向晶体管(控制用开关元件)的电极以直接接触的方式连接，因此，从耐热性比较高的III-V族晶体管产生的热量向耐热性比较低的IV族纵向晶体管传递，由此导致IV族纵向晶体管的电特性下降，其结果，电力变换装置的电力变换功能下降。
本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，本发明的1个目的是提供一种能够在具备横向开关元件的电力变换装置中，抑制电力变换功能下降的电力变换装置。
用于解决课题的手段
一个方面的电力变换装置具备：横向开关元件；控制用开关元件，其与横向开关元件连接，控制横向开关元件的驱动；以及热传导抑制部件，其被配置于横向开关元件与控制用开关元件之间，用于抑制从横向开关元件产生的热量传递到控制用开关元件。
在一个方面的电力变换装置中，由于设置了被配置于横向开关元件与控制用开关元件之间、用于抑制从横向开关元件产生的热量传递到控制用开关元件的热传导抑制部件，因此能够抑制从横向开关元件产生的热量传递到控制用开关元件，从而能够抑制控制用开关元件的电特性下降。其结果，能够抑制电力变换装置的电力变换功能下降。
发明效果
根据上述电力变换装置，能够抑制电力变换装置的功能下降。
附图说明
图1是包含第1实施方式的功率模块的3相逆变器装置的电路图。
图2是第1实施方式的功率模块的俯视图。
图3是沿图2的200-200线的截面图。
图4是沿图2的300-300线的截面图。
图5是沿图2的400-400线的截面图。
图6是第1实施方式的功率模块的第1基板的俯视图。
图7是第1实施方式的功率模块的第1基板的仰视图。
图8是在第1实施方式的功率模块的第1基板上配置有热传导抑制部件的状态的仰视图。
图9是第1实施方式的功率模块的第2基板的俯视图。
图10是在第1实施方式的功率模块的第2基板上配置有各部件的状态的俯视图。
图11是从设有漏极电极、源极电极及栅极电极的表面侧观察第1实施方式的横向开关元件的平面图。
图12是示出将控制用开关元件搭载于第1实施方式的功率模块的第1基板上的状态的截面图。
图13是示出将各部件搭载于第1实施方式的功率模块的第2基板上的状态的截面图。
图14是示出将热传导部件填充于第1实施方式的功率模块的第2基板中的状态的截面图。
图15是示出将第1实施方式的功率模块的第1基板、第2基板及热传导抑制部件接合的状态的截面图。
图16是示出对第1实施方式的功率模块的控制用开关元件进行了布线的状态的截面图。
图17是在第2实施方式的功率模块的第1基板上配置有热传导抑制部件的状态的仰视图。
图18是沿图17的500-500线的截面图。
具体实施方式
以下，根据附图对实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先，参照图1对包含第1实施方式的功率模块101a、101b及101c的3相逆变器装置100的结构进行说明。另外，功率模块101a～101c及3相逆变器装置100是“电力变换装置”的一例。
如图1所示，3相逆变器装置100是通过将分别进行U相、V相及W相的电力变换的3个功率模块101a、101b及101c并列电连接而构成的。
功率模块101a、101b及101c构成为，分别将从直流电源(未图示)经由输入端子P及N输入的直流电力变换为3相(U相、V相及W相)的交流电力。并且，功率模块101a、101b及101c构成为，分别将上述那样变换得到的U相、V相及W相的交流电力经由输出端子U、V及W向外部输出。另外，输出端子U、V及W与电机(未图示)等连接。
功率模块101a包含：2个横向开关元件11a及12a、与2个横向开关元件分别连接的2个控制用开关元件13a及14a、以及缓冲电容器15。另外，横向开关元件11a及12a都是常开型的开关元件(是如下这样构成的开关元件：在施加给栅极电极G1a及G2a的电压为0V时，在漏极电极D1a及D2a与源极电极S1a及S2a之间流过电流)。此外，控制用开关元件13a及14a都是常关型的开关元件(是如下这样构成的开关元件：在施加给栅极电极G3a及G4a的电压为0V时，在漏极电极D3a与源极电极S3a之间、以及在漏极电极D4a与源极电极S4a之间没有电流流过)。此外，控制用开关元件13a及14a与横向开关元件11a及12a以共源共栅(cascode)方式进行了连接。
横向开关元件11a(12a)的栅极电极G1a(G2a)与控制用开关元件13a(14a)的源极电极S3a(S4a)连接。由此，控制用开关元件13a(14a)构成为根据输入到栅极电极G3a(G4a)的控制信号来进行开关动作，由此控制横向开关元件11a(12a)的驱动(开关动作)。其结果，由常开型的横向开关元件11a(12a)及常关型的控制用开关元件13a(14a)组成的开关电路构成为，整体上是作为常关型被控制的。
此外，与上述功率模块101a同样，功率模块101b也包含：常开型的2个横向开关元件11b及12b、与2个横向开关元件分别以共源共栅方式连接的常关型的2个控制用开关元件13b及14b、以及缓冲电容器16。并且，由常开型的横向开关元件11b(12b)与常关型的控制用开关元件13b(14b)构成了常关型的开关电路。另外，控制用开关元件13b(14b)构成为根据输入到栅极电极G3b(G4b)的控制信号来进行开关动作，由此控制横向开关元件11b(12b)的开关动作。
此外，与上述功率模块101a及101b同样，功率模块101c也包含：常开型的2个横向开关元件11c及12c、与2个横向开关元件分别以共源共栅方式连接的常关型的2个控制用开关元件13c及14c、以及缓冲电容器17。并且，由常开型的横向开关元件11c(12c)与常关型的控制用开关元件13c(14c)构成了常关型的开关电路。另外，控制用开关元件13c(14c)构成为根据输入到栅极电极G3c(G4c)的控制信号来进行开关动作，由此控制横向开关元件11c(12c)的开关动作。
接下来，参照图2～图11对第1实施方式的功率模块101a、101b及101c的具体结构(构造)进行说明。另外，由于功率模块101a、101b及101c分别具有大致同样的结构，因此，下面，只对进行U相的电力变换的功率模块101a进行说明。
如图2～图4所示，功率模块101a具备：第1基板1、第2基板2、2个横向开关元件11a及12a、2个控制用开关元件13a及14a、1个缓冲电容器15、2个热传导抑制部件18a及18b、2个热传导部件19a及19b、以及密封树脂20。
此外，按照第2基板2、横向开关元件11a(12a)、热传导抑制部件18a(18b)、第1基板1及控制用开关元件13a(14a)的顺序从下方(Z1方向)进行了层叠。
第1基板1具有大约0.5～大约1W/mK的热传导率，第2基板2具有大约50W/mK的热传导率。热传导抑制部件18a及18b具有大约0.1W/mK的热传导率，热传导部件19a及19b具有大约1～大约5W/mK的热传导率。密封树脂20具有大约0.1～大约0.5W/mK的热传导率。
如图3所示，第1基板1与第2基板2以相互面对的方式在上下方向(Z方向)上隔开规定的间隔进行配置。具体而言，第1基板1被配置于上方(Z2方向侧)，并且，第2基板2被配置于下方(Z1方向侧)。此外，横向开关元件11a、横向开关元件12a及缓冲电容器15(参照图4)被配置于第1基板1的下表面(Z1方向侧的面)与第2基板2的上表面(Z2方向侧的面)之间。此外，控制用开关元件13a、控制用开关元件14a被配置于第1基板1的上表面。此外，在第1基板1的下表面与第2基板2的上表面之间填充有密封树脂20。
如图4及图6所示，第1基板1设有沿着第1基板1的上下方向(Z方向)贯通地形成的贯通孔21a、22a及23a。此外，如图6所示，在第1基板1的上方(Z2方向)的表面设有导电图案24a、25a、26a、27a、28a、29a、30a及31a。此外，如图7所示，在第1基板1的下方(Z1方向)的表面设有导电图案24d、25c、28d、29c、32及33。
此外，如图6及图7所示，导电图案24a及24d被贯通第1基板1的内部的电极24b连接。导电图案24a及32被贯通第1基板1的内部的电极24c连接。导电图案25a及25c被贯通第1基板1的内部的电极25b连接。导电图案28a及28d被贯通第1基板1的内部的电极28b连接。导电图案28a及33被贯通第1基板1的内部的电极28c连接。导电图案29a及29c被贯通第1基板1的内部的电极29b连接。另外，电极24b及28b是“贯通电极”的一例。
如图3所示，电极24b(28b)构成为连接热传导抑制部件18a(18b)与控制用开关元件13a(14a)。此外，如图2及图3所示，电极24b(28b)被配置于俯视时(沿Z方向观察时)偏离于控制用开关元件13a(14a)的位置。
此外，第1基板1主要是由热传导率为大约0.5～大约1W/mK的材料形成的。即，第1基板1的热传导率比热传导部件19a(19b)(热传导率大约1～大约5W/mK)低。
如图9所示，在第2基板2的上方(Z2方向)的表面设有导电图案34、35、36、37、38、39及40。此外，如图3～图5所示，在第2基板2的下方(Z1方向)的表面设有导电图案41。此外，第2基板2主要由热传导率为大约50W/mK的材料形成。即，第2基板2的热传导率主要比热传导部件19a(19b)(热传导率大约1～大约5W/mK)及热传导抑制部件18a(18b)(热传导率大约0.1W/mK)高。
如图2及图4所示，经由第1基板1的贯通孔21a、22a及23a，分别配置有柱状导体21、22及23。柱状导体21的一端与输入端子P连接，另一端与第2基板2的导电图案34连接。柱状导体22的一端与输入端子N连接，另一端与第2基板2的导电图案40连。柱状导体23的一端与输出端子U连接，另一端与第2基板2的导电图案37连接。
如图5所示，在第1基板1的上方(Z2方向)的表面的导电图案26a上连接有柱状电极26b。柱状电极26b与外部的电极(未图示)连接。在导电图案27a上连接有柱状电极27b。柱状电极27b与产生对控制用开关元件13a的栅极电极G3a进行控制的控制信号的电路(未图示)连接。在导电图案30a上连接有柱状电极30b。柱状电极30b与外部的电极(未图示)连接。在导电图案31a上连接有柱状电极31b。柱状电极31b与产生对控制用开关元件14a的栅极电极G4a进行控制的控制信号的电路(未图示)连接。
如图3、图7及图10所示，第1基板1的导电图案25c与第2基板2的导电图案36通过柱状电极36a而连接。此外，第1基板1的导电图案29c与第2基板2的导电图案39通过柱状电极39a而连接。
如图7及图10所示，第1基板1的导电图案24d与第2基板2的导电图案35通过柱状电极35a而连接。此外，第1基板1的导电图案28d与第2基板2的导电图案38通过柱状电极38a而连接。
如图5、图7及图10所示，第1基板1的导电图案24d与第2基板2的导电图案37通过柱状电极37a而连接。如图4、图7及图10所示，第1基板1的导电图案28d与第2基板2的导电图案40通过柱状电极40a而连接。
如图11所示，横向开关元件11a(12a)构成为，栅极电极G1a(G2a)、源极电极S1a(S2a)、漏极电极D1a(D2a)分别被设于相同侧的面(表面)上。即，横向开关元件11a(12a)在驱动时，主要在设有各电极的单侧的面侧流过电流，因此，主要从设有各电极的侧的面发热。换言之，横向开关元件11a(12a)的设有各电极的侧的面是发热面。此外，横向开关元件11a(12a)由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成。此外，横向开关元件11a(12a)具有大约200℃温度的耐热性。
此外，如图3及图10所示，横向开关元件11a(12a)的漏极电极D1a(D2a)与第2基板2的导电图案34(37)连接。此外，横向开关元件11a(12a)的源极电极S1a(S2a)与第2基板2的导电图案36(39)连接。此外，横向开关元件11a(12a)的栅极电极G1a(G2a)与第2基板2的导电图案35(38)连接。
如图3所示，对于横向开关元件11a(12a)，设于下方(Z1方向)的栅极电极G1a(G2a)、源极电极S1a(S2a)及漏极电极D1a(D2a)经由由焊料等构成的接合层与下方的第2基板2的各导电图案接合。即，横向开关元件11a(12a)以发热面朝向第2基板2侧的方式与第2基板2接合。
控制用开关元件13a(14a)是由具有栅极电极G3a(G4a)、源极电极S3a(S4a)、漏极电极D3a(D4a)的纵向器件构成的。具体而言，在控制用开关元件13a(14a)中，栅极电极G3a(G4a)及源极电极S3a(S4a)被配置于上侧(Z2方向)，漏极电极D3a(D4a)被配置于下侧(Z1方向)。此外，控制用开关元件13a(14a)由包含硅(Si)的半导体材料构成。此外，控制用开关元件13a(14a)具有大约150℃温度的耐热性。
此外，控制用开关元件13a(14a)被配置于第1基板1的上方(Z2方向)的表面。具体而言，如图2及图3所示，控制用开关元件13a(14a)的漏极电极D3a(D4a)经由由焊料等构成的接合层与第1基板1的导电图案25a(29a)连接。此外，控制用开关元件13a(14a)的源极电极S3a(S4a)分别经由由铝或者铜等金属构成的导线131及132(141及142)与第1基板1的导电图案24a及26a(28a及30a)连接。此外，控制用开关元件13a(14a)的栅极电极G3a(G4a)经由由铝或者铜等金属构成的导线133(143)与第1基板1的导电图案27a(31a)连接。此外，控制用开关元件13a(14a)隔着热传导抑制部件18a(18b)而配置于与横向开关元件11a(12a)的发热面相反的一侧(Z2方向侧)。
如图10所示，缓冲电容器15被配置为连接第2基板2的导电图案40与导电图案34。
这里，在第1实施方式中，如图3所示，热传导抑制部件18a(18b)被配置于横向开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)之间，以抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)。具体而言，热传导抑制部件18a(18b)以覆盖横向开关元件11a(12a)的与发热面相反侧(Z2方向侧)的面整体的方式配置于横向开关元件11a(12a)的上方(Z2方向)。此外，热传导抑制部件18a(18b)包含绝缘性部件(例如，纳米多孔二氧化硅)以及形成于绝缘性部件的表面的金属化层。
此外，热传导抑制部件18a(18b)的金属化层与控制用开关元件13a(14a)的源极电极S3a(S4a)电连接。具体而言，如图8所示，热传导抑制部件18a(18b)的金属化层的上侧(Z2方向)的表面经由由焊料等构成的接合层与第1基板1的导电图案24d(28d)连接。此外，热传导抑制部件18a(18b)的金属化层的下侧(Z1方向)的表面经由由焊料等构成的接合层连接于横向开关元件11a(12a)的与配置有各电极的表面相反侧(Z2方向侧)的表面。
此外，在第1实施方式中，热传导率比热传导抑制部件18a(18b)高的热传导部件19a(19b)相对于横向开关元件11a(12a)被配置于与控制用开关元件13a(14a)相反的一侧(Z1方向侧)。此外，热传导部件19a(19b)由绝缘性的部件构成。具体而言，热传导部件19a(19b)由分散有陶瓷制(例如，BN(氮化硼))的填料的聚酰亚胺系树脂构成。
此外，热传导部件19a(19b)被配置于横向开关元件11a(12a)的发热面侧(Z1方向侧)。即，热传导部件19a(19b)被填充于横向开关元件11a(12a)与第2基板2之间。由此构成为，从横向开关元件11a(12a)的发热面(Z1方向侧的表面)产生的热量经由热传导部件19a(19b)向第2基板2侧(Z1方向侧)传递。
密封树脂20被填充于第1基板1的下表面(Z1方向侧的面)与第2基板2的上表面(Z2方向侧的面)之间。即，横向开关元件11a(12a)、热传导抑制部件18a(18b)及热传导部件19a(19b)被密封树脂20密封。此外，密封树脂20具有比热传导部件19a(19b)低的热传导率。此外，密封树脂20具有高耐热性。此外，密封树脂20例如由环氧系树脂构成。
接下来，参照图3及图12～图16对第1实施方式的功率模块101a的组装方法进行说明。
功率模块101a的组装方法具备如下步骤：将控制用开关元件13a(14a)搭载于第1基板1上；将各部件搭载于第2基板2上；将热传导部件19a(19b)填充于第2基板2；将第1基板1、第2基板2及热传导抑制部件18a(18b)接合；对控制用开关元件13a(14a)进行布线；以及利用密封树脂20进行密封。
在将控制用开关元件13a(14a)搭载于第1基板1上的步骤中，如图12所示，控制用开关元件13a(14a)被配置于第1基板1的与横向开关元件11a(12a)相反侧(Z2方向侧)的表面。具体而言，控制用开关元件13a(14a)的漏极电极D3a(D4a)经由由焊料等构成的接合层与第1基板1的导电图案25a(29a)连接。
在将各部件搭载于第2基板2上的步骤中，如图10及图13所示，在第2基板2的上方(Z2方向)的表面搭载(配置)横向开关元件11a，12a、缓冲电容器15、柱状导体21，22，23、柱状电极35a，36a，37a，38a，39a及40a。
在将热传导部件19a(19b)填充于第2基板2的步骤中，如图14所示，将热传导部件19a(19b)填充于横向开关元件11a(12a)与第2基板2之间。
在将第1基板1、第2基板2及热传导抑制部件18a(18b)接合的步骤中，如图15所示，从下方起，按照第2基板2、热传导抑制部件18a(18b)、第1基板1的顺序进行层叠，并经由接合层将它们互相接合。
在对控制用开关元件13a(14a)进行布线的步骤中，如图2及图16所示，控制用开关元件13a(14a)的源极电极S3a(S4a)分别经由由铝或者铜等金属构成的导线131及132(141及142)与第1基板1的导电图案24a及26a(28a及30a)连接，并且，控制用开关元件13a(14a)的栅极电极G3a(G4a)经由由铝或者铜等金属构成的导线133(143)与第1基板1的导电图案27a(31a)连接。
在利用密封树脂20进行密封的步骤中，如图3所示，将密封树脂20填充于第1基板1的下表面(Z1方向侧的面)与第2基板2的上表面(Z2方向侧的面)之间来进行密封。由此，完成了功率模块101a。另外，虽然对功率模块101a单体的组装方法进行了说明，但是，功率模块101b、101c也是同样地组装的。此外，也可以利用同一第1基板及第2基板将功率模块101a～101c组装为一体。
在第1实施方式中，如上所述，由于设置了被配置于横向开关元件11a(12a)与控制用开关元件13a(14a)之间的、用于抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)的热传导抑制部件18a(18b)，因此能够抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)，从而能够抑制控制用开关元件13a(14a)的电特性下降。其结果，能够抑制功率模块101a(3相逆变器装置100)的电力变换功能下降。
此外，在第1实施方式中，如上所述，由于设置了相对于横向开关元件11a(12a)被配置于与控制用开关元件13a(14a)相反侧(Z1方向侧)的、热传导率比热传导抑制部件18a(18b)高的热传导部件19a(19b)，因此从横向开关元件11a(12a)产生的热量经由热传导部件19a(19b)良好地向与控制用开关元件13a(14a)相反的一侧传递，从而能够有效地抑制热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，利用绝缘性的部件来构成热传导部件19a(19b)，由此能够防止横向开关元件11a(12a)的各电极间发生短路，并且能够使得从横向开关元件11a(12a)产生的热量向与控制用开关元件13a(14a)相反的方向传递。
此外，在第1实施方式中，如上所述，通过将热传导部件19a(19b)配置于横向开关元件11a(12a)的发热面侧(Z1方向侧)，能够更有效地利用热传导部件19a(19b)传递从横向开关元件11a(12a)产生的热量。
此外，在第1实施方式中，如上所述，隔着热传导抑制部件18a(18b)将控制用开关元件13a(14a)配置于与横向开关元件11a(12a)的发热面相反的一侧(Z2方向侧)，由此能够更有效地抑制从横向开关元件11a(12a)的发热面产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，以覆盖横向开关元件11a(12a)的与发热面相反侧(Z2方向侧)的面整体的方式配置热传导抑制部件18a(18b)，由此能够进一步有效地抑制从横向开关元件11a(12a)的发热面产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，利用热传导率比热传导部件19a(19b)低的密封树脂20将横向开关元件11a(12a)密封，由此能够抑制异物侵入横向开关元件11a(12a)，并且能够抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，由于设置了被配置于热传导抑制部件18a(18b)与控制用开关元件13a(14a)之间的第1基板1，因此能够利用第1基板1进行布线，并且，还能够利用第1基板1来抑制热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，利用热传导率比热传导部件19a(19b)低的材料形成第1基板1，由此能够有效地利用热传导抑制部件18a(18b)及第1基板1双方抑制热量传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13a(14a)配置于第1基板1的与横向开关元件11a(12a)相反侧(Z2方向侧)的表面，由此能够抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)，并且，能够容易地将控制用开关元件13a(14a)配置于第1基板1上。
此外，在第1实施方式中，如上所述，在第1基板1上，以贯通第1基板1的方式设置连接热传导抑制部件18a(18b)与控制用开关元件13a(14a)的由导电部件构成的电极24b(28b)，将电极24b(28b)配置于俯视时(沿Z方向观察时)偏离于控制用开关元件13a(14a)的位置。由此，能够抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量经由电极24b(28b)传递到控制用开关元件13a(14a)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，通过将热传导抑制部件18a(18b)的金属化层与控制用开关元件13a(14a)电连接，能够使得热传导抑制部件18a(18b)的金属化层和横向开关元件11a(12a)的与电极相反侧(Z2方向侧)的面连接，使得横向开关元件11a(12a)的与电极相反侧(Z2方向侧)的面的电位固定且稳定。
此外，在第1实施方式中，如上所述，设置了配置有横向开关元件11a(12a)的第2基板2，所述第2基板2相对于热传导部件19a(19b)，被配置于与横向开关元件11a(12a)相反的一侧(Z1方向侧)，由此，能够抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量向控制用开关元件13a(14a)侧传递，并且能够容易地将横向开关元件11a(12a)配置于第2基板2上。
此外，在第1实施方式中，如上所述，通过将热传导部件19a(19b)填充于横向开关元件11a(12a)与第2基板2之间，能够使得从横向开关元件11a(12a)产生的热量经由热传导部件19a(19b)良好地传递到第2基板2，因此，能够容易地抑制热量向控制用开关元件13a(14a)侧传递。
此外，在第1实施方式中，如上所述，利用热传导率比热传导部件19a(19b)及热传导抑制部件18a(18b)高的材料来形成第2基板2，由此能够使得从横向开关元件11a(12a)产生的热量容易地从与控制用开关元件13a(14a)相反侧的第2基板2侧进行释放。
此外，在第1实施方式中，如上所述，按照第2基板2、横向开关元件11a(12a)、热传导抑制部件18a(18b)、第1基板1及控制用开关元件13a(14a)的顺序进行层叠，由此能够容易地组装可抑制电力变换功能的下降的功率模块101a(3相逆变器装置100)。
此外，在第1实施方式中，如上所述，将控制用开关元件13a(14a)以共源共栅方式与横向开关元件11a(12a)连接，由此能够根据输入到控制用开关元件13a(14a)的栅极电极G3a(G4a)的控制信号进行开关动作，从而能够容易地进行横向开关元件11b(12b)的开关动作的控制。
此外，在第1实施方式中，如上所述，控制用开关元件13a(14a)包含纵向器件。由此，能够抑制使用了作为纵向器件的控制用开关元件13a(14a)的功率模块101a(3相逆变器装置100)的电力变换功能下降。
(第2实施方式)
接下来，参照图17及图18对第2实施方式的功率模块102a进行说明。在该第2实施方式中，与分别利用热传导抑制部件18a及18b覆盖横向开关元件11a及12a的结构的上述第1实施方式不同，对利用公共的热传导抑制部件18c覆盖横向开关元件11a及12a的结构的例子进行说明。另外，功率模块102a是“电力变换装置”的一例。
对第2实施方式的功率模块102a的结构进行说明。另外，该功率模块102a在3相逆变器装置中进行U相的电力变换。即，即使在该第2实施方式中，也与上述第1实施方式同样，具有与功率模块102a大致相同结构的2个功率模块(进行V相及W相的电力变换的功率模块)与功率模块102a独立设置。下面，为了简化，只对进行U相的电力变换的功率模块102a进行说明。
这里，在第2实施方式中，如图17所示，以覆盖第1基板1的下侧(Z1方向)的面的方式配置有1个热传导抑制部件18c。此外，热传导抑制部件18c以露出第1基板1的导电图案24d、25c、28d、29c、32及33露出的方式设有切口或者贯通孔。此外，如图18所示，以覆盖横向开关元件11a及12a双方的方式配置有1个热传导抑制部件18c。
此外，热传导抑制部件18c被配置在横向开关元件11a及12a与控制用开关元件13a及14a之间，以抑制从横向开关元件11a(12a)产生的热量传递到控制用开关元件13a(14a)。具体而言，如图18所示，热传导抑制部件18c以覆盖横向开关元件11a及12a的与发热面相反侧(Z2方向侧)的面整体的方式配置于横向开关元件11a及12a的上方(Z2方向)。此外，热传导抑制部件18c具有大约0.1W/mK的热传导率。
另外，第2实施方式的其他结构与上述第1实施方式相同。
在第2实施方式中，如上所述，以覆盖2个横向开关元件11a及12a的与发热面相反侧(Z2方向侧)的面整体的方式配置1个热传导抑制部件18c，由此能够减少部件个数，能够在较大范围内抑制热量的传递。
另外，第2实施方式的其他效果与上述第1实施方式相同。
另外，应当意识到，此次公开的实施方式在所有方面都是例示性的，而非限制。本发明的范围是由权利要求书来表示的，而不是由上述实施方式的说明来表示，进而，本发明的范围包含了与权利要求书等同的含义及范围内的全部变更。
例如，在上述第1及第2实施方式中，作为电力变换装置的一例，示出了3相逆变器装置，但是，也可以是3相逆变器装置以外的电力变换装置。
此外，在上述第1及第2实施方式中，示出了使用常开型的横向开关元件的例子，但是，也可以使用常关型的横向开关元件。
此外，在上述第1及第2实施方式中，示出了横向开关元件由包含GaN(氮化镓)的半导体材料构成的例子，但是，横向开关元件也可以由GaN以外的III-V族的材料或C(金刚石)等IV族的材料构成。
此外，在上述第1及第2实施方式中，示出了热传导抑制部件以覆盖横向开关元件的与发热面相反侧的面整体的方式进行配置的例子，但是，热传导抑制部件也可以以覆盖横向开关元件的一部分的方式进行配置。
此外，在上述第1及第2实施方式中，示出了热传导抑制部件包含绝缘性部件、金属化层的例子，但是，只要能够抑制从横向开关元件产生的热量传递到控制用开关元件，则热传导抑制部件也可以是由绝缘性部件、金属化层组成的结构以外的结构。
标号说明
1：第1基板；2：第2基板；11a、11b、11c、12a、12b、12c：横向开关元件；13a、13b、13c、14a、14b、14c：控制用开关元件；18a、18b、18c：热传导抑制部件；19a、19b：热传导部件；20：密封树脂；24b、28b：电极(贯通电极)；100：3相逆变器装置(电力变换装置)；101a、101b、101c、102a：功率模块(电力变换装置)。

Claims (19)

1.一种电力变换装置，其中，
该电力变换装置具备：
横向开关元件(11a～11c、12a～12c)；
控制用开关元件(13a～13c、14a～14c)，其与所述横向开关元件连接，控制所述横向开关元件的驱动；以及
热传导抑制部件(18a～18c)，其被配置于所述横向开关元件与所述控制用开关元件之间，用于抑制从所述横向开关元件产生的热量传递到所述控制用开关元件。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，
该电力变换装置还具备热传导率比所述热传导抑制部件高的热传导部件(19a、19b)，所述热传导部件(19a、19b)相对于所述横向开关元件被配置于与所述控制用开关元件相反的一侧。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，
所述热传导部件由绝缘性的部件构成。
4.根据权利要求2或者3所述的电力变换装置，其中，
所述横向开关元件包含发热面，
所述热传导部件被配置于所述横向开关元件的所述发热面侧。
5.根据权利要求4所述的电力变换装置，其中，
所述控制用开关元件隔着所述热传导抑制部件被配置于所述横向开关元件的与所述发热面相反的一侧。
6.根据权利要求4或者5所述的电力变换装置，其中，
所述热传导抑制部件被配置为覆盖所述横向开关元件的与发热面相反侧的面整体。
7.根据权利要求2～6中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述横向开关元件被热传导率比所述热传导部件低的密封树脂(20)密封。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
该电力变换装置还具备被配置于所述热传导抑制部件与所述控制用开关元件之间的第1基板(1)。
9.根据权利要求8所述的电力变换装置，其中，
所述第1基板由热传导率比所述热传导部件低的材料形成。
10.根据权利要求8或者9所述的电力变换装置，其中，
所述控制用开关元件被配置于所述第1基板的与所述横向开关元件相反侧的表面。
11.根据权利要求8～10中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述第1基板包含由导电部件构成的贯通电极(24b、28b)，所述贯通电极(24b、28b)以贯通所述第1基板的方式进行设置，连接所述热传导抑制部件与所述控制用开关元件，
所述贯通电极被配置于俯视时偏离于所述控制用开关元件的位置。
12.根据权利要求1～11中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述热传导抑制部件包含绝缘性部件以及形成于所述绝缘性部件的表面的金属化层，
所述热传导抑制部件的金属化层与所述控制用开关元件电连接。
13.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，
该电力变换装置还具备配置有所述横向开关元件的第2基板(2)，该第2基板(2)相对于所述热传导部件被配置于与所述横向开关元件相反的一侧。
14.根据权利要求13所述的电力变换装置，其中，
所述热传导部件被填充于所述横向开关元件与所述第2基板之间。
15.根据权利要求13或者14所述的电力变换装置，其中，
所述第2基板由热传导率比所述热传导部件及所述热传导抑制部件高的材料形成。
16.根据权利要求13～15的任意一项所述的电力变换装置，其中，
按照所述第2基板、所述横向开关元件、所述热传导抑制部件及所述控制用开关元件的顺序进行了层叠。
17.根据权利要求16所述的电力变换装置，其中，
该电力变换装置还具备配置有所述控制用开关元件的第1基板(1)，
按照所述第2基板、所述横向开关元件、所述热传导抑制部件、所述第1基板及所述控制用开关元件的顺序进行了层叠。
18.根据权利要求1～17中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述控制用开关元件与所述横向开关元件以共源共栅方式连接。
19.根据权利要求1～18中的任意一项所述的电力变换装置，其中，
所述控制用开关元件包含纵向器件。
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