[发明专利]半导体模块和电力转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及内置有半导体元件的半导体模块以及采用该半导体模块的电力转换装置。

背景技术

有电力转换装置中采用的已知半导体模块(参见，例如，日本专利申请公布No.JP2014229642A)。所述半导体模块具有例如内置的IGBT(绝缘栅双极晶体管)；IGBT由硅半导体制成。所述电力转换装置被配置成通过控制IGBT的切换来执行电力转换。

近年来，对低损耗半导体模块的需求已经增长。为了试图满足这种需求，已研究半导体模块，其中由硅半导体制成的IGBT和由宽带隙半导体(例如，SiC或GaN)制成的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)彼此并联连接。由于扩散电势在其中的存在，IGBT在相对低电流区域中具有高导通电阻。相较而言，由宽带隙半导体制成的MOSFET具有低导通电阻，因为MOSFET中没有扩散电势。因此，利用彼此并联连接的IGBT和MOSFET，可减少半导体模块的损耗。此外，通过增加MOSFET芯片面积(或表面积)可进一步减少半导体模块的损耗。

然而，宽带隙半导体的制造成本是高的。因此，增加MOSFET的芯片面积，整个半导体模块的制造成本相应地增加。此外，在高电流区域中，IGBT的双极效应变得显著，降低了IGBT的导通电阻。因此，在高电流区域中，将MOSFET并联连接到IGBT的对半导体模块的损耗的减少的效应变小。相应地，在高电流区域中，通过增加MOSFET的芯片面积来显著减少半导体模块的损耗是困难的。

发明内容

根据示例性实施例，提供了一种包括IGBT和MOSFET的半导体模块。IGBT由硅半导体制成。MOSFET由具有比硅半导体宽的带隙的宽带隙半导体制成。IGBT和MOSFET彼此并联连接以形成半导体元件对。IGBT具有比MOSFET大的表面积。半导体模块被配置成在包括低电流区域和高电流区域的区域中操作。流过半导体元件对的电流在高电流区域中比在低电流区域中高。在低电流区域中，MOSFET的导通电阻比IGBT的导通电阻低。相较而言，在高电流区域中，IGBT的导通电阻比MOSFET的导通电阻低。

利用上述配置，MOSFET的表面积被规定为比IGBT的表面积小。因此，可最小化由制造成本高的宽带隙半导体制成的MOSFET的表面积。结果，可最小化整个半导体模块的制造成本。

此外，利用上述配置，在低电流区域中，电流主要流过MOSFET，MOSFET的导通电阻在低电流区域中比IGBT的导通电阻低。结果，可在半导体模块在低电流区域中的操作期间减少其损耗。另外，由于MOSFET主要用在低电流区域中，因此可如上所述最小化MOSFET的表面积却不会使低电流难以主要流过MOSFET。

此外，利用上述配置，在高电流区域中，电流主要流过IGBT，IGBT的导通电阻在高电流区域中比MOSFET的导通电阻低。结果，可在半导体模块在高电流区域中的操作期间减少其损耗。另外，由于IGBT的表面积被规定为比MOSFET的表面积大，所以可促进高电流主要流过IGBT。

因此，利用上述配置，在低电流区域和高电流区域中的每一个中，可使电流主要流过IGBT和MOSFET中在该区域中导通电阻比另一个低的那一个。结果，可在整个操作区域上减少半导体模块的损耗。

总之，利用上述配置，可最小化半导体模块的制造成本以及在整个操作区域上减少半导体模块的损耗。

附图说明

从下文给出的详细描述以及从示例性实施例的附图，将更彻底地理解本发明，但这些示例性实施例不应被视为是将本发明限制在这些特定实施例，而是仅仅出于阐释和理解的目的。

在附图中：

图1是根据第一实施例的半导体模块的示意图；

图2是根据第一实施例的半导体模块的平面图，其中用虚线示出了内置在半导体模块中的IGBT和MOSFET二者；

图3是示出在室温下根据第一实施例的半导体模块的IGBT和MOSFET的电流—电压特性的曲线图；

图4是示出在高温下根据第一实施例的半导体模块的IGBT和MOSFET的电流—电压特性的曲线图；

图5是通过叠加图3和4的曲线图而获得的曲线图；

图6是根据第一实施例的电力转换装置的电路图；

图7是根据第一实施例的修改的半导体模块的示意图；

图8是根据第二实施例的半导体模块的示意图；

图9是根据第二实施例的半导体模块的平面图，其中用虚线示出了内置在半导体模块中的IGBT、MOSFET和二极管的全部；