CN102714203B - 功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆 - Google Patents

Abstract

适用于铁路车辆用的电力转换装置的功率半导体模块，具有由IGBT和SiC-FWD反并联连接而成的元件对（62）、和由Si-IGBT和SiC-FWD反并联连接而成的元件对（64）。以使元件对（62）作为电力转换装置的正侧臂动作，使元件对（64）作为电力转换装置的负侧臂动作的方式各元件对容纳在一个模块内，作为2合1模块构成，并且形成为元件对（62、64）中的SiC-FWD芯片的占有面积与IGBT芯片的占有面积之比为15%以上，而且小于45%。

Description

功率半导体模块、电力转换装置及铁路车辆

技术领域

本发明涉及可以在铁路车辆中应用的电力转换装置，更详细地说涉及可以搭载于这种电力转换装置的功率半导体模块。

背景技术

虽然并不局限于铁路车辆用，但是作为可以在相对高输出的电力转换用途中使用的功率半导体模块，例如有下述专利文献1所示的模块。在该专利文献1所示的功率半导体模块中，公布了具有2组被称作IGBT（绝缘栅双极性晶体管：Insulated Gate Bipolar Transistor）的开关元件和被称作续流二极管（Fly Wheel Diode：FWD）的二极管元件反并联连接而成的元件对的组的结构。就是说，该功率半导体模块作为所谓“2合1（2in1）”的功率半导体模块构成（参照该文献的图1～图4等）。

专利文献1：日本特开2009-59923号公报。

发明内容

如果在模块内串联连接上述那种构成2合1类型的功率半导体模块（以后根据需要称作“2合1模块”）的各1组的元件对，就可以作为逆变器（inverter）及转换器（converter）中的正侧及负侧的负侧臂元件使用。因此，例如如果是三相逆变器，因为能够用3个2合1模块构成，所以可以实现装置的小型化。

然而，将上述2合1模块应用在铁路车辆用的逆变器时，事情却并不简单。这是因为，在功率半导体模块应用于铁路车辆时，由于在车辆加速的牵引模式中大电流主要流入IGBT侧，而在利用制动器再生电力进行减速的再生模式中大电流主要流入FWD侧，所以在牵引模式中IGBT大量发热，而在再生模式中FWD大量发热。因此，必须设定或控制电流及开关频率，以在牵引模式中使IGBT芯片的接合温度成为容许接合温度以下、在再生模式中使FWD芯片的接合温度成为在容许接合温度以下。

然而，在现有的2合1模块中，难以设定电流及开关频率使得再生模式中的FWD芯片的接合温度成为容许接合温度以下。在这里，因为IGBT芯片的尺寸和FWD芯片的尺寸存在着需要权衡的关系，所以虽然可以考虑减小IGBT芯片的尺寸，将削减的部分分摊给FWD芯片的尺寸，但是在现有的2合1模块中，已经尽可能地减小了IGBT芯片的尺寸，假如进一步减小其尺寸，就难以确保牵引模式中的电流容量，所以已是极限。这样，在现有的铁路应用的三相逆变器中，作为相同电流等级的功率半导体模块，不得不使用6个搭载一组IGBT及FWD的组的所谓“1合1”的功率半导体模块（以后根据需要称作“1合1模块”）来构成，难以使电力转换装置更加小型化。

本发明考虑上述的现有问题而构思，其目的在于提供能够更加小型化的，且可以在铁路车辆用的电力转换装置中应用的功率半导体模块。

另外，本发明的目的还在于提供能够在不增大现有的1合1类型的模块尺寸的情况下可互换地利用它的2合1类型的功率半导体模块。

另外，本发明的目的还在于提供具备上述那种功率半导体模块的电力转换装置及具备上述那种电力转换装置的铁路车辆。

为了解决上述课题，达到上述目的，本发明涉及的功率半导体模块，其特征在于：在适用于铁路车辆用的电力转换装置的功率半导体模块中，具有：第1元件对，该第1元件对由第1开关元件和第1二极管元件反并联连接而成；和第2元件对，该第2元件对由第2开关元件和第2二极管元件反并联连接而成，所述第1及第2二极管元件由宽带隙半导体形成；以使所述第1元件对作为所述电力转换装置的正侧臂动作，使所述第2元件对作为所述电力转换装置的负侧臂动作的方式容纳在一个模块内，作为2合1模块构成。

依据本发明涉及的功率半导体模块，能够获得下述效果：无需增大现有的1合1类型的模块尺寸而进行利用，提供可以应用于铁路车辆的2合1类型的功率半导体模块。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的电力转换装置的简要的功能结构的图；

图2是表示作为2合1模块构成的本实施方式涉及的功率半导体模块的简要形状的透视图；

图3是简要地表示图2所示的功率半导体模块具有的电路结构的图；

图4是表示现有技术中使用的1合1模块的简要形状的透视图；

图5是简要地表示图4所示的功率半导体模块具有的电路结构的图；

图6是表示在牵引模式时主要流动的主电路电流的方向的图；

图7是表示在再生模式时主要流动的主电路电流的方向的图；

图8是使用6个现有的1合1模块构成的三相逆变器的电路图；

图9是表示使用SiC-FWD构成的本实施方式的2合1模块中的一个元件对的配置例的图；

图10表示使用Si-FWD构成的现有技术的2合1模块中的一个元件对的配置例的图；

图11是使用3个本实施方式的2合1模块构成的三相逆变器的电路图。

具体实施方式

本申请发明人着眼于能够降低接通电压、其结果能够大幅度降低恢复损耗的SiC二极管, 在上述2合1模块中应用该SiC二极管，构成电力转换装置，从而导出了宜于在铁路中应用的功率半导体模块及电力转换装置。下面，参照附图，讲述本发明的实施方式涉及的功率半导体模块及电力转换装置。此外，本发明并不局限于以下所示的实施方式。

（实施方式）

首先，讲述本发明的实施方式涉及的电力转换装置。图1是表示本实施方式涉及的电力转换装置的简要的功能结构的图，示出铁路车辆100搭载的电力转换装置50的一个构成例。如该图所示，电力转换装置50具备转换器10、电容器20及逆变器30。在铁路车辆100中，搭载着配置在电力转换装置50的输入端侧与转换器10连接的变压器6，以及配置在电力转换装置50的输出端侧与逆变器30连接并接受来自电力转换装置50的电力供给以驱动车辆的电动机40。此外，作为电动机40，宜于采用感应电动机或同步电动机。

变压器6的一次线圈的一端，经由集电装置2与架空线1连接，另一端经由车轮3与大地电位的轨道4连接。在架空线1供给的电力，经由集电装置2输入变压器6的一次线圈，并且变压器6的二次线圈产生的电力输入转换器10。

转换器10具有用开关元件UPC、VPC构成的正侧臂（例如在U相中为UPC），和用开关元件UNC、VNC构成的负侧臂（例如在U相中为UNC）分别串联连接的电路部（以下称作“桥臂（leg）”）。就是说，在转换器10中构成具有2组（U相部分、V相部分）桥臂的单相电桥电路。

转换器10通过PWM控制开关元件UPC、VPC、UNC、VNC，从而将输入的交流电压转换成所需的直流电压后输出。

作为直流电源的电容器20在与转换器10的输出端并联连接，并且与以电容器20的直流电压作为输入、并转换成为任意电压及任意频率的交流电压后输出的逆变器30连接。

逆变器30具有用开关元件UPI、VPI、WPI构成的正侧臂（例如在U相中为UPI），和用开关元件UNI、VNI、WNI构成的负侧臂（例如在U相中为UNI）分别串联连接的桥臂。即，在逆变器30中构成具有3组（U相部分、V相部分、W相部分）桥臂的三相电桥电路。

逆变器30通过PWM控制开关元件UPI、VPI、WPI、UNI、VNI、WNI，从而将输入的直流电压转换成所需的交流电压后输出。

此外，在图1中作为本实施方式涉及的电力转换装置的适当的例子，示出在交流输入的电气机车中的应用例，对于在地铁、郊外电气机车等中广泛使用的直流输入的电气机车，也同样能够适用。此外，在直流输入的电气机车中适用时，除了不需要变压器6及转换器10这些结构这一点之外，可以采用和图1相同的结构，当然也可以在该直流输入的电气机车中应用本实施方式涉及的内容。

接着，讲述本实施方式的电力转换装置使用的功率半导体模块。图2是表示作为2合1模块构成的本实施方式涉及的功率半导体模块的简要形状的透视图，图3是简要地表示图2所示的功率半导体模块具有的电路结构的图。另外，图4是作为比较例示出的功率半导体模块，是表示现有技术中使用的1合1模块的简要形状的透视图。图5则是简要地表示图4所示的功率半导体模块具有的电路结构的图。

如图4及图5所示，在现有技术使用的1合1模块70中，硅基的IGBT（Si-IGBT）和硅基的FWD（Si-FWD）反并联连接的1组元件对72，被容纳在封装内。Si-IGBT的集电极和Si-FWD的阴极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于1合1模块70的上表面的集电极电极C连接。同样，Si-IGBT的发射极和Si-FWD的阳极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于1合1模块70的上表面的发射极电极E连接而构成。

另一方面，如图2及图3所示，在本实施方式涉及的2合1模块60中，以硅（Si）作为基体的IGBT（Si-IGBT）和以碳化硅（碳化硅：SiC）作为基体的FWD（SiC-FWD）反并联连接的2组元件对即第1元件对62、第2元件对64，被容纳在封装内。

在这里，碳化硅（SiC）是被称作宽带隙半导体的半导体的一个例子，除了碳化硅以外，例如使用氮化镓类材料或金刚石形成的半导体也属于宽带隙半导体。这样，使用碳化硅以外的其它宽带隙半导体的结构，也是构成本发明的要旨的一部分。

在这些图2及图3 的第1元件对62中, Si-IGBT的集电极和SiC-FWD的阴极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于2合1模块60的上表面的集电极电极C1连接，同时Si-IGBT的发射极和SiC-FWD的阳极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于2合1模块60的上表面的发射极电极E1连接而构成。同样，在第2元件对64中, Si-IGBT的集电极和SiC-FWD的阴极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于2合1模块60的上表面的集电极电极C2连接，同时Si-IGBT的发射极和SiC-FWD的阳极在模块内连接，其连接端被引出，与设置于2合1模块60的上表面的发射极电极E2连接而构成。

此外，由图2的结构及图3的电路结构明确可知：用导杆等将2合1模块60中的电极E1和电极C2电连接，就能够构成第1元件对62和第2元件对64串联连接的桥臂。

下面，讲述本实施方式的功率半导体模块能够可互换地使用现有的1合1模块的封装，在不增加现有的1合1模块的尺寸的情况下作为2合1模块构成的理由。

在车辆加速行驶的牵引模式中，由于电流从电容器20的正极侧朝着电动机40流动，所以例如在U相及V相上的施加电压为正的期间、W相的施加电压为负的期间，如图6所示，电流通过开关元件UPI、VPI的各IGBT后流入电动机40，来自电动机40的电流则通过开关元件WNI的IGBT后返回电容器20的负极侧。其结果，在牵引模式时，与FWD相比，IGBT将会大量发热。

另一方面，在车辆减速行驶的再生模式中，由于电动机40成为发电机，来自电动机40的电流流入电容器20的正极侧，所以例如在电动机40中的U相及V相的感应电压为正的期间、W相的感应电压为负的期间，如图7所示，电流通过开关元件UPI、VPI的各FWD后流入电容器20侧，其返回电流通过开关元件WNI的FWD后返回电动机40。其结果，在再生模式时，与IGBT相比， FWD将大量发热。

接着，使用下述表1所示的参数，计算通用的2合1模块的发热量。此外，在这里使用的2合1模块，由硅基的IGBT（Si-IGBT）和硅基的FWD（Si-FWD）构成。

[表1]

表1  2合1模块（Si-FWD）的参数

（额定电压:1700V,额定电流:1200A）

使用上述表1的参数，进而使逆变器电流为额定电流的1/2（600A）, 逆变器控制的载波频率为1kHz，计算发热量时的结果见下述表2。此外，为了获得简易的计算结果，未考虑功率因数及逆变器效率等。

[表2]

表2  表1的样品产生的温度上升（计算结果）

在上述表2中, 因为假设半个周期的电流流入一个IGBT即一个IGBT及 FWD只在一周期中的半个周期中间动作，所以IGBT及 FWD的各接通损失为用2除电压和电流之积的值。另外，关于IGBT及 FWD的各开关损失也同样，用2除脉冲数（开关频率）。

如上述表2的结果所示，IGBT的温度上升为12.5℃，FWD的温度上升为30℃，可知FWD的温度上升大。

在这里，分析一下为使IGBT的接合温度成为容许接合温度以下、模块的外壳温度为110℃而选定了冷却器的情况。这时，FWD的接合温度为110℃＋30℃=140℃，超过了FWD的容许接合温度125℃。所以，上述表1所示的2合1模块不能够在铁路车辆中使用。

与此思路相反，再来分析一下选定了与FWD的温度上升匹配的冷却器时的情况。这时，需要使模块的外壳温度为125℃-30℃=90℃以下。例如使模块的外壳温度为90℃时，IGBT的接合温度为90℃＋12.5℃=102.5℃，125℃/102.5℃=1.22, 所以与FWD的温度上升匹配时的冷却器, 和与IGBT的温度上升匹配时的冷却器相比，具有20%以上的富余度。就是说，要构成与FWD的温度上升匹配的冷却器, 需要更高性能的冷却器，所以冷却器的尺寸增大，冷却器的成本增加。

接着，使用下述表3所示的参数，计算通用的1合1模块的发热量。此外，在这里使用的1合1模块，由硅基的IGBT（Si-IGBT）和硅基的FWD（Si-FWD）构成。另外，该1合1模块与2合1模块相比，在空间上具有富余度，所以能够容纳与表1所示的FWD相比，二极管损失小、热阻也小的元件。

[表3]

表3  1合1模块（Si-FWD）的参数

（额定电压:1700V,额定电流:1200A）

和表1时同样，使用表3的参数，进而使逆变器电流为额定电流的1/2（600A）, 逆变器控制的载波频率为1kHz，计算了发热量，结果见下述表4。此外，为了获得简易的计算结果，而不考虑功率因数及逆变器效率等，这也和表2时同样。

[表4]

表4  表3的样品产生的温度上升（计算结果）

如上述表4的结果所示，IGBT的温度上升为9.5℃，FWD的温度上升为11.7℃，可知IGBT及FWD的各温度上升没有大的差异。

在这里，分析一下例如为使模块的外壳温度成110℃而选定了冷却器的情况。这时，FWD的接合温度为110℃＋11.7℃=121.7℃，低于FWD的容许接合温度125℃。所以，上述表3所示的1合1模块能够在铁路车辆中使用。

这样，在具有牵引模式和再生模式的铁路中应用时，现有技术的2合1模块的FWD的温度上升为IGBT的温度上升的两倍左右，所以使冷却器的冷却性能与IGBT的温度上升匹配后，FWD的温度上升将超过容许值而无法使用。与此相反，使冷却器的冷却性能与FWD的温度上升匹配后，冷却器的尺寸就变大，而且价格变高。因此，在现有技术的应用于铁路车辆的电力转换装置中，为了防止冷却器的尺寸增大和冷却器的成本增加，使用6个FWD损失小、热阻也小的1合1模块构成三相逆变器（参照图8）。

接着，讲述本实施方式的2合1模块中的芯片配置（布局）。图9是表示使用SiC-FWD构成的本实施方式的2合1模块中的一个元件对的配置例的图。此外，作为比较例，图10表示使用Si-FWD构成的现有技术的2合1模块中的一个元件对的配置例。

在现有技术的2合1模块中，如图10所示，每个元件对都使用4个IGBT芯片和2个Si-FWD芯片构成。此外，在图10中，Si-FWD芯片的占有面积大约是IGBT芯片的占有面积的1/2（50%）。

另一方面，在本实施方式的2合1模块中，因为作为FWD使用SiC，所以可以使SiC-FWD芯片的占有面积小于现有技术的芯片的占有面积。例如，如图9所示，虽然每个元件对都使用4个IGBT芯片和8个SiC-FWD芯片构成，但是SiC-FWD芯片的占有面积大约是IGBT芯片的占有面积的1/4（25%）。

将SiC用作FWD时，因为能够降低FWD的接通电压，所以也能够大幅度降低恢复损耗。采用SiC时，由于能够使芯片厚度更薄，所以热阻也将变小。因此，如图9所示，可以在不变更各芯片的布局的情况下，和1合1类型的IGBT模块同水平地抑制FWD的温度上升。就是说，将SiC用作FWD时，即使SiC-FWD芯片的占有面积与IGBT芯片的占有面积之比（以下称作“FWD芯片占有面积比”）小于1/2，也能够将温度上升抑制在和1合1类型同样的水平。

实际上，关于将SiC用作FWD芯片的2合1模块的发热量，使用下述表5所示的参数进行了计算，结果见表6。此外，在本计算中，和上述表2、4同样，不考虑功率因数及逆变器效率等，使逆变器电流为额定电流的1/2（600A）, 逆变器控制的载波频率为1kHz，进行计算。

[表5]

表5  2合1模块（SiC-FWD）的参数

（额定电压:1700V,额定电流:1200A）

[表6]

表6  表5的样品产生的温度上升（计算结果）

如上述表6的结果所示，SiC-FWD 芯片的温度上升和IGBT芯片的温度上升的程度相同。另外，相对于现有技术的2合1模块中的Si-FWD 芯片的温度上升值——30℃而言（参照表2），能够使温度上升值在其1/2以下，即使配合IGBT芯片的温度上升选定冷却器，使模块的外壳温度成为110℃，也可以使FWD芯片的接合温度比接合温度容许值125℃低。

因此，在本实施方式的电力转换装置中，如图11所示，可以使用3个2合1模块构成三相逆变器。

此外，如果发挥SiC可以在高温中使用的特长，就能够将SiC-FWD 芯片的容许动作温度提高到150℃以上，进一步减小SiC-FWD 芯片的占有面积，所以可以进一步削减模块尺寸。

另外，如果将SiC-FWD 芯片的占有面积的减少量挪用于增加IGBT芯片的占有面积，就可以在不增大现有技术的模块尺寸的情况下提高模块性能。

进而，通过SiC-FWD 芯片的容许动作温度的高温化，能够降低冷却器对于SiC而言的性能，所以可冷却器的小型化及低成本化也变得可能。

此外，在本实施方式中，虽然讲述了使FWD芯片占有面积比为大约1/4（=0.25）的情况，但并不局限于1/4这个数值。本发明的意义在于提供可以在铁路应用的电力转换装置中适用的2合1模块，只要能够实现此目标，FWD芯片占有面积比可以是任何数值。

例如如上所述地有效利用SiC可以在高温中使用的特征，或者采用将SiC-FWD 芯片的占有面积的减少量挪用于增加IGBT芯片的占有面积上的方法，就可以利用SiC-FWD 芯片的占有面积的减少量和IGBT芯片的占有面积的增加量的叠加效果，进一步降低FWD芯片占有面积比。在这里，如果估计前者的降低效果为20%，后者的降低效果为20%，两者相加后就可以降低40%左右，可以将FWD 芯片占有面积比降低到0.15（=（1/4）×（1-0.4））左右。

另外，在本实施方式中，还可以获得减小2合1模块的芯片尺寸的附加效果。通过将SiC用作FWD，能够使现有的2合1模块中的FWD芯片占有面积比减少到小于1/2，从而可以获得该效果。但是，在设计现有的2合1模块之际，根据各种设计条件，会产生±10%左右的误差。鉴于这些观点，说本发明的意义在于能够将FWD芯片占有面积比减少到小于0.45（=0.5×（1-0.1））,并不为过。

另外，在本实施方式中，虽然示出作为构成2合1模块的开关元件的一例的IGBT，也可以搭载MOSFET来替代IGBT。此外，由于比起IGBT，MOSFET的开关损失更小，通过使用MOSFET，可以实现模块及冷却器的小型化、低成本化。

此外，如果将各SiC-FWD芯片做成使其和构成各自的元件对的各IGBT芯片温度上升相同的尺寸，冷却器的设计将变得容易，冷却器的小型化、低成本化将更有效。

另外，在本实施方式中，作为一个例子讲述了在逆变器中应用的情况，但是毫无疑问，也可以在转换器中应用。在转换器中应用时，在现有技术中使用4个1合1模块构成，但是采用本实施方式的技术后，就可以使用2个2合1模块构成。此外，在铁路中应用时，由于转换器也是流入FWD的电流大于流入IGBT的电流，所以通过在FWD中采用SiC，能够实现通过降低损失来实现装置的小型化、低成本化，以及通过减少部件数量来实现的高可靠性化。

另外，在铁路车辆用的辅助电源装置中应用本实施方式的技术时，因为能够降低负荷功率因数差的状态下的逆变器损失，所以能够使被辅助电源装置使用的逆变器小型化，能够实现装置的小型化、低成本化。

产业上的利用可能性

综上所述，本发明使得进一步的小型化变得可能，可以作为能够在铁路车辆中应用的功率半导体模块及电力转换装置发挥作用。

符号说明

1  架空线

2  集电装置

3  车轮

4  轨道

6  变压器

10  转换器

20  电容器

30  逆变器

40  电动机

50  电力转换装置

60  2合1模块

62  元件对（第1元件对）

64  元件对（第2元件对）

72  元件对

70  1合1模块

100  铁路车辆

C、C1、C2  集电极

E、E1、E2  发射极

UNC、VNC、WNC、UNI、VNI、WNI、UPC、VPC、WPC、UPI、VPI、WPI  开关元件。

Claims (5)

1.一种功率半导体模块，适用于铁路车辆用的电力转换装置，其特征在于：

第1元件对和第2元件对串联连接并容纳在一个模块内，

该第1元件对是第1开关元件和第1二极管元件反并联连接，并作为所述电力转换装置的正侧臂动作；

该第2元件对是第2开关元件和第2二极管元件反并联连接，并作为所述电力转换装置的负侧臂动作，

所述第1及第2元件对构成为2合1模块，在所述车辆的加速时使电流流过所述第1开关元件和所述第2开关元件，

在所述车辆的减速时使电流流过所述第1二极管元件和所述第2二极管元件，

所述各元件对中的二极管元件的占有面积与开关元件的占有面积之比为15％以上，而且小于45％，

所述第1及第2二极管元件由宽带隙半导体形成，并且形成的尺寸，使得其温度上升与所述第1及第2开关元件相同。

2.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：所述宽带隙半导体，是使用了碳化硅、氮化镓材料或金刚石的半导体。

3.如权利要求1所述的功率半导体模块，其特征在于：所述第1及第2开关元件是IGBT元件或MOSFET元件。

4.一种电力转换装置，被搭载于铁路车辆上，并且将输入的直流电压或交流电压转换成所需的交流电压后输出，其特征在于：

第1开关元件和第1二极管元件反并联连接而构成所述电力转换装置的正侧臂；

第2开关元件和第2二极管元件反并联连接而构成所述电力转换装置的负侧臂；

在一个模块内容纳有所述正侧臂和所述负侧臂串联连接而成为桥臂，具有多组这种桥臂；

所述正侧臂及所述负侧臂构成为2合1模块，在所述车辆的加速时使电流流过所述第1开关元件和所述第2开关元件，

在所述车辆的减速时使电流流过所述第1二极管元件和所述第2二极管元件；

所述模块中的所述第1及第2二极管元件的占有面积与所述第1及第2开关元件的占有面积之比为15％以上，而且小于45％；

所述第1及第2二极管元件由宽带隙半导体形成，并且形成的尺寸，使得其温度上升与所述第1及第2开关元件相同。

5.一种铁路车辆，其中具备：

将输入的直流电压或交流电压转换为所需的交流电压后输出的电力转换装置；和

接受来自所述电力转换装置的电力供给以驱动车辆的电动机，其特征在于，

所述电力转换装置中，

第1开关元件和第1二极管元件反并联连接而构成所述电力转换装置的正侧臂；

第2开关元件和第2二极管元件反并联连接而构成所述电力转换装置的负侧臂；

在一个模块内容纳有所述正侧臂和所述负侧臂串联连接而成为桥臂，具有多组这种桥臂；

所述正侧臂及所述负侧臂构成为2合1模块，在所述车辆的加速时使电流流过所述第1开关元件和所述第2开关元件，

在所述车辆的减速时使电流流过所述第1二极管元件和所述第2二极管元件；

所述模块中的所述第1及第2二极管元件的占有面积与所述第1及第2开关元件的占有面积之比为15％以上，而且小于45％；

所述第1及第2二极管元件由宽带隙半导体形成，并且形成的尺寸，使得其温度上升与所述第1及第2开关元件相同。