[发明专利]半导体器件功率模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件功率模块，其尤其适用于三电平集成门极换向晶闸管（IGCT）变流器。

背景技术

随着半导体器件技术的迅速发展，以绝缘栅双极晶体管（IGBT）、功率金属氧化物半导体场效应管（Power MOSFET）、集成门极换向晶闸管（IGCT）为代表的大功率全控器件得到急速发展。

集成门极换向晶闸管（IGCT）是一种高效率、可靠性高的电力半导体器件，它由门极可关断（GTO）技术发展而来，在开通时是一个门极可关断（GTO）晶闸管，而在关断时是一个晶体管，兼具晶体管开关速度快、开关损耗低和晶闸管导通损耗低、阻断电压高、输出电流大的优点，所以它集绝缘栅双极晶体管（IGBT）的高速开关特性和GTO的高阻断电压及低导通损耗特性于一体。

由于集成门极换向晶闸管（IGCT）兼具开关速度快、损耗低、阻断电压高、输出电流大等优点，将集成门极换向晶闸管（IGCT）应用到三电平电路的变流器模块中则会具有超大功率的输出能力。从该器件的应用来看，目前较为成熟的集成门极换向晶闸管（IGCT）变流器模块很少，大多存在杂散电感大、集成度不高、维护不便等缺陷，很难充分发挥集成门极换向晶闸管（IGCT）器件本身的潜力。

中性点钳位（NPC）是目前最为成熟的三电平电路，具有结构简单、使用功率器件少、技术成熟可靠的优点，无需通过串联器件即可实现变频器的高压大功率输出，将集成门极换向晶闸管（IGCT）器件应用于该电路中是目前一种有效实现途径。完整的三电平集成门极换向晶闸管（IGCT）变流器模块包括集成门极换向晶闸管（IGCT）、续流二极管、箝位二极管、吸收回路及水路组件等，由于集成门极换向晶闸管（IGCT）器件对电路连接中杂散电感的分布要求较为苛刻，需要有效、巧妙地布置各器件，一方面保证必须的电气性能，另一方面尽可能降低回路的杂散电感，同时充分考虑到半导体元件的压装、器件散热、工程维护等各方面问题，以上种种问题都是集成门极换向晶闸管（IGCT）变流器模块设计时所必须考虑的。变流器模块是集成门极换向晶闸管（IGCT）器件应用的基础，也是变流器设计的核心部件，所以设计一种结构简单、杂散电感小、便于维护、成熟可靠的变流器模块具有重要意义。

在三电平电路中，器件数量相对较多，如果将相关元器件分散组装再利用母排连接，不仅增大了电路结构工程化的体积，而且也增加了线路的杂散电感。而集成门极换向晶闸管（IGCT）器件对电路连接中杂散电感的分布要求较为苛刻，杂散电感的增大意味着集成门极换向晶闸管（IGCT）器件的能力不能得到充分发挥。此外，集成门极换向晶闸管（IGCT）功率组件如果分散安装，也不利于以后的维护工作。

基于此，申请人设计了一种高压三电平集成门极换向晶闸管（IGCT）变流器模块，该模块集成度高、电气连接简洁、杂散电感小、方便维护，能充分发挥集成门极换向晶闸管（IGCT）器件的能力，大大提升了变流器模块的输出能力。

发明内容

以上种种问题决定了集成门极换向晶闸管（IGCT）器件的应用必须要采用集成度高的变流器模块形式，本发明设计了一种半导体器件功率模块，它不仅很好地解决了以上问题，同时降低了器件的应用难度，充分发挥了集成门极换向晶闸管（IGCT）这种大功率器件的潜力。

本发明提出了一种半导体器件功率模块，包括：位于两侧的支撑结构，用于固定所述功率模块；位于所述支撑结构之间的沿纵向延伸的功率组件，所述功率组件包括通过压装机构压装的多个半导体器件，所述半导体器件包括集成门极换向晶闸管、箝位吸收二极管、中点箝位二极管和续流二极管。

在一个实施方案中，所述功率组件的数量为三个，且沿纵向方向观测，所述三个功率组件的位置处于三角形的三个顶点。以此方式，巧妙地实现了三电平电路结构，采用三串式结构，整个模块的电气连接更加简洁、减小了模块内部环流回路的杂散电感，充分发挥了IGCT器件本身的能力。

在一个实施方案中，所述模块包括第一功率组件、第二功率组件、第三功率组件、箝位吸收电容、绝缘部件和散热器，且所述第一功率组件包括集成门极换向晶闸管，所述第二功率组件包括箝位吸收二极管、中点箝位二极管和吸收电容的连接母排，所述第三功率组件包括续流二极管。

在一个实施方案中，在所述第一功率组件中，通过压装机构将四只集成门极换向晶闸管与散热器和绝缘部件压装。

在一个实施方案中，在所述第二功率组件中，通过压装机构将两只箝位吸收二极管、两只中点箝位二极管、散热器与绝缘部件压装。