DE102013215124A1 - Halbleitereinheit - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitereinheit umfasst eine Isolationsschicht, eine leitende Schicht, die mit einer Seite der Isolationsschicht verbunden ist, eine Halbleitereinrichtung, die auf der leitenden Schicht aufgebracht ist, einen Kühler, der mit der anderen Seite der Isolationsschicht thermisch gekoppelt ist, eine erste Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der ersten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist, und eine zweite Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der zweiten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist. Die zweite Stromschiene weist ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die erste Stromschiene auf. Die zweite Stromschiene weist einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die erste Stromschiene auf.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinheit mit einer Halbleitereinrichtung, die auf einer leitenden Schicht bereitgestellt wird, die über einer Isolationsschicht geformt ist.
  • Die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2006-202885 offenbart eine Halbleitereinheit, die zum Beispiel als elektrischer Leistungswandler verwendet werden kann. Die Halbleitereinheit weist einen IGBT ("insulated gate bipolar transistor", Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) als eine Halbleitereinrichtung und eine Diode auf. Der Kollektor des IGBT und die untere Elektrode der Diode sind auf einen Block gelötet und dienen dazu, die Wärme, die durch den IGBT und die Diode erzeugt wird, freizugeben, und ebenso, um den IGBT und die Diode zu verbinden. Der Emitter des IGBT und die obere Elektrode der Diode sind durch eine Leitung verbunden.
  • Während der Halbleiter mit Energie versorgt wird, fließt Strom durch den Block und die Leitung, so dass der Block und die Leitung erwärmt werden. In diesem Fall wird die Leitung durch Abstrahlung weniger gekühlt als der Block, der dazu gedacht ist, als ein Radiator zu dienen, was zu einer Differenz in der Kühlung zwischen dem Block und der Leitung führt, das heißt zwischen den zwei unterschiedlichen leitenden Elementen, durch die elektrischer Strom fließt.
  • Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eine Halbleitereinheit einer Struktur bereitzustellen, die eine Reduzierung der Differenz in der Kühlung zwischen unterschiedlichen leitenden Elementen, durch die Strom fließt, ermöglicht.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleitereinheit eine Isolationsschicht, eine leitende Schicht, die auf eine Seite der Isolationsschicht gebondet ist bzw. mit einer Seite der Isolationsschicht verbunden ist („bonded“), eine Halbleitereinrichtung, die auf der leitenden Schicht angebracht ist, einen Kühler, der mit der anderen Seite der Isolationsschicht thermisch gekoppelt ist, eine erste Stromschiene bzw. Sammelschiene („bus bar“) mit einer Verbindungsoberfläche („bonding surface“), die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche („non-bonding surface“), die der Teil der ersten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist, und eine zweite Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der zweiten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist. Die zweite Stromschiene weist ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die erste Stromschiene auf. Die zweite Stromschiene weist einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die erste Stromschiene auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleitereinheit eine Isolationsschicht, eine leitende Schicht, die mit einer Seite der Isolationsschicht verbunden ist, eine Halbleitereinrichtung, die auf der leitenden Schicht angebracht ist, einen Kühler, der mit der anderen Seite der Isolationsschicht thermisch gekoppelt ist, eine erste Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der ersten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist, und eine zweite Stromschiene, mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der zweiten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist. Die zweite Stromschiene weist eine größere Fläche der Nichtverbindungsoberfläche als die erste Stromschiene auf. Die zweite Stromschiene weist einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die erste Stromschiene auf.
  • Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den anhängigen Zeichnungen vorgenommen wird, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung zeigen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines Dreiphaseninverters als ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Draufsicht des Inverters von 1; 3 ist eine Querschnittsansicht des Inverters entlang der Linie III-III von 2;
  • 4 ist eine Querschnittsansicht des Inverters entlang der Linie IV-IV von 2;
  • 5A ist eine Unteransicht einer negativen Stromschiene des Inverters von 1;
  • 5B ist eine Unteransicht einer positiven Stromschiene des Inverters von 1;
  • 6 ist ein elektrisches Schaltdiagramm des Inverters von 1; und
  • 7 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des Dreiphaseninverters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im Folgenden wird der Dreiphaseninverter als ein Ausführungsbeispiel der Halbleitereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben. Bezug nehmend auf 1 umfasst der Dreiphaseninverter, der allgemein durch 10 bezeichnet ist, eine Schaltplatine 20, sechs Halbleitereinrichtungen 41, 42, 43, 44, 45 und 46, die auf einer Seite der Schaltplatine 20 angebracht sind, und einen Kühler 11, der mit der anderen Seite der Schaltplatine 20 thermisch gekoppelt ist. Es sei angemerkt, dass die oberen und unteren Seiten, wie in 1 gesehen, den oberen und unteren Seiten des Inverters 10 entsprechen.
  • Die Schaltplatine 20 umfasst ein rechteckiges Keramiksubstrat 21 oder Isolationsschicht und erste, zweite, dritte und vierte Metallplatten 22, 23, 24 und 25, die jeweils mit der oberen Oberfläche des Keramiksubstrats 21 verbunden sind („bonded“). Die Metallplatten 22 bis 25 bestehen jeweils aus einem leitenden Material, wie etwa Aluminium. Die Metallplatten 22 bis 25 entsprechen der leitenden Schicht der vorliegenden Erfindung.
  • Die ersten, zweiten und dritten Metallplatten 22, 23 und 24 sind in einer Längsrichtung des Keramiksubstrats 21 angeordnet. Die vierte Metallplatte 25 und jede der ersten, zweiten und dritten Metallplatten 22, 23 und 24 sind in einer Querrichtung des Keramiksubstrats 21 angeordnet.
  • Von den sechs Halbleitereinrichtungen 41 bis 46 sind drei Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 auf den oberen Oberflächen der ersten, zweiten und dritten Metallplatten 22, 23 und 24 angebracht und der Rest der drei Halbleitereinrichtungen 41, 43, 45 ist auf der oberen Oberfläche der vierten Metallplatte 25 angebracht.
  • Bezug nehmend auf 6, die das elektrische Schaltdiagramm des Inverters 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zeigt, weist jede der Halbleitereinrichtungen 41, 42, 43, 44, 45, 46 eine Einrichtung, die eine Schalteinrichtung, wie etwa Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6 umfasst, und eine Diode D auf. Die Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 können durch eine Leistungshalbleiterelektrode, wie etwa eine IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) oder ein Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) bereitgestellt werden. Die Gates und Emitter der entsprechenden Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 sind auf den oberen Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41 bis 46 bereitgestellt und die Kollektoren der entsprechenden Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 sind auf den unteren Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41 bis 46 bereitgestellt. Die Anoden der entsprechenden Dioden D sind auf den oberen Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41 bis 46 bereitgestellt und die Kathoden der entsprechenden Dioden D sind auf den unteren Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41 bis 46 bereitgestellt.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Inverter 10 Verbindungselemente 26, 27, 28 mit einem rechteckigen Profil in einer Draufsicht, die mit den entsprechenden Metallplatten 22, 23 und 24 verbunden sind. Das Verbindungselement 26 ist an einem länglichen Ende von diesem mit der oberen Oberfläche der ersten Metallplatte 22 und an dem entgegengesetzten länglichen Ende von diesem mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 41 verbunden. Das Verbindungselement 27 ist an einem länglichen Ende von diesem mit der oberen Oberfläche der zweiten Metallplatte 23 und an dem entgegengesetzten länglichen Ende von diesem mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 43 verbunden. Das Verbindungselement 28 ist an einem länglichen Ende von diesem mit der oberen Oberfläche der dritten Metallplatte 24 und an dem entgegengesetzten länglichen Ende von diesem mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 45 verbunden. Der Kollektor und die Kathode, die auf der unteren Oberfläche der Halbleitereinrichtung 42 bereitgestellt sind, sind mit der ersten Metallplatte 22 elektrisch verbunden. Der Kollektor und die Anode, die auf der unteren Oberfläche der Halbleitereinrichtung 44 bereitgestellt sind, sind mit der zweiten Metallplatte 23 elektrisch verbunden. Der Kollektor und die Kathode, die auf der unteren Oberfläche der Halbleitereinrichtung 46 bereitgestellt sind, sind mit der dritten Metallplatte 24 elektrisch verbunden. Die Kollektoren und Kathoden, die auf den unteren Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41, 43, 45 bereitgestellt sind, sind mit der vierten Metallplatte 25 elektrisch verbunden.
  • Der Inverter 10 umfasst eine negative Stromschiene 29, die mit den oberen Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 zur elektrischen Verbindung mit einem negativen Anschluss einer (nicht gezeigten) Energiequelle verbunden sind. Die negative Stromschiene 29 weist eine Basis 30 mit einem rechteckigen Profil in einer Draufsicht und Verbindungsabschnitte 31, 32, 33 mit einem rechteckigen Profil in einer Draufsicht, die sich von der Basis 30 erstrecken, auf. Die Verbindungsabschnitte 31, 32, 33 der gleichen Konfiguration sind in eine Längsrichtung von der Basis 30 voneinander getrennt angeordnet und erstrecken sich quer zu der Basis 30. Der Verbindungsabschnitt 31 ist mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 42 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 32 ist mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 44 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 33 ist mit dem Gate, dem Emitter und der Anode auf der oberen Oberfläche der Halbleitereinrichtung 46 verbunden. Die negative Stromschiene 29 verbindet die Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 elektrisch mit dem negativen Anschluss der Energiequelle.
  • Die Kollektoren der Schalteinrichtungen Q1, Q3, Q5 auf den unteren Oberflächen der Halbleitereinrichtungen 41, 43, 45 sind über die vierte Metallplatte 25 und eine positive Stromschiene 34 mit einem positiven Anschluss der Energiequelle verbunden. Die Emitter der Schalteinrichtungen Q2, Q4, Q6 auf den oberen Oberflächen der Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 sind über die negative Stromschiene 29 mit dem negativen Anschluss der Energiequelle verbunden.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt ist, besitzt die positive Stromschiene 24 ein rechteckiges Profil in einer Draufsicht und ist mit der oberen Oberfläche der vierten Metallplatte 25 zur elektrischen Verbindung zu dem positiven Anschluss der Energiequelle verbunden. Die positive Stromschiene 34 verbindet die vierte Metallplatte 25 elektrisch mit dem positiven Anschluss der Energiequelle. Die positive und negative Stromschiene 34, 29 bestehen beide aus dem gleichen leitenden Material, wie etwa Kupfer.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist die Basis 30 der negativen Stromschiene 29 in einer überlappenden Beziehung zu der positiven Stromschiene 34 angeordnet, aus der Sicht in die Richtung von deren Dicke. Die Verbindungselemente 26, 27, 28 sind in einer überlappenden Beziehung zu der Basis 30 und den entsprechenden Verbindungsabschnitten 31, 32, 33 der negativen Stromschiene 29 angeordnet, aus der Sicht in der Richtung von deren Dicke.
  • Auf der unteren Oberfläche des Keramiksubstrats 21 ist ein Entlastungselement 35 bereitgestellt. Das Entlastungselement 35 besteht aus einer Metallplatte, wie etwa einer Aluminiumplatte, und weist mehrere Löcher 35A auf, die sich durch diese in die Richtung von deren Dicke erstrecken.
  • Das Entlastungselement 35 ist zwischen dem Keramiksubstrat 21 und dem Kühler 11 angeordnet und mit diesen verbunden. Der Kühler 11 weist mehrere gerade Kanäle 11A auf, durch die Kühlmittel fließt. Obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, weist der Kühler einen Einlass und einen Auslass auf, durch den Kühlmittel in die und aus den Kanälen 11A fließt.
  • Die positive Stromschiene 34 ist mit dem Kühler 11 durch die Metallplatte 25, das Keramiksubstrat 21 und das Entlastungselement 35 thermisch gekoppelt. Die negative Stromschiene 29 ist mit dem Kühler 11 über die Halbleitereinrichtung 42, 44, 46, die Metallplatten 22, 23, 24, das Keramiksubstrat 21 und das Entlastungselement 35 thermisch gekoppelt. Die positive Stromschiene 34 und die negative Stromschiene 29 werden durch Kühlmittel, das durch die Kanäle 11A des Kühlers 11 fließt, gekühlt.
  • 5A und 5B sind entsprechend Unteransichten der negativen und positiven Stromschienen 29, 34. Die Teile der negativen Stromschiene 29, die mit den oberen Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 verbunden sind (siehe 1), sind durch Schraffierung mit Bezugszeichen 29A angegeben und solche Teile der negativen Stromschiene 29 werden nachstehend als die Verbindungsoberfläche bezeichnet. Ähnlich ist der Teil der positiven Stromschiene 34, die mit der oberen Oberfläche der Metallplatte 25 verbunden ist, durch Schraffierung mit Bezugszeichen 34A angegeben und solch ein Teil der positiven Stromschiene 34 wird nachstehend als die Verbindungsoberfläche bezeichnet. Diese Verbindungsoberflächen 29A, 34A sind ebenso in 2 gezeigt. Bei jeder der negativen Stromschiene 29 und der positiven Stromschiene 34 wird der Teil außer der Verbindungsoberfläche, wie etwa 29A, 34A, als die Nichtverbindungsoberfläche bezeichnet.
  • Wie in 5A und 5B gezeigt ist, weist die positive Stromschiene 34 im Wesentlichen die gleiche Breite T2 auf, wie die Basis 30 und die Verbindungsanschlüsse 31, 32, 33 der negativen Stromschiene 29. Die Basis 30 der negativen Stromschiene 29 besitzt eine größere Länge T1 als die positive Stromschiene 34 und die Verbindungsabschnitte 31, 32, 33 der negativen Stromschiene 29 besitzen ebenso eine größere Länge T1 als die positive Stromschiene 34. Wie in 3 gezeigt ist, besitzt die negative Stromschiene 29 eine größere Dicke T3 als die positive Stromschiene 34.
  • Die Verbindungsoberfläche 29A der negativen Stromschiene 29 besitzt eine größere Länge T4 als die Verbindungsoberfläche 34A der positiven Stromschiene 34. Da die negative Stromschiene 29 und die positive Stromschiene 34 im Wesentlichen die gleiche Breite T2 aufweisen, besitzt die Verbindungsoberfläche 29A der negativen Stromschiene 29 einen größeren Bereich als die Verbindungsoberfläche 34A der positiven Stromschiene 34. Die negative Stromschiene 29 besitzt ebenso einen größeren Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die positive Stromschiene 34.
  • Die negative Stromschiene 29 besitzt ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die positive Stromschiene 34. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die positive Stromschiene 34 der ersten Stromschiene der vorliegenden Erfindung und die negative Stromschiene 29 entspricht der zweiten Stromschiene der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt ist, besitzt jede der Basis 30 und der Verbindungsabschnitte 31, 32, 33 der negativen Stromschiene 29 einen größeren Querschnittsbereich des Strompfades als die positive Stromschiene 34.
  • Bei dem Dreiphaseninverter 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind der Kühler 11 und die darauf angebrachten Komponenten in ein isolierendes Formharz bzw. Gussharz 12 eingegossen. Speziell bedeckt das Formharz 12 einen Teil der oberen Oberfläche des Kühlers 11 und bedeckt die Halbleitereinrichtungen 41 bis 46, die Metallplatten 22 bis 25, das Keramiksubstrat 21, das Entlastungselement 35, die Verbindungselemente 26 bis 28, die negative Stromschiene 29 und die positive Stromschiene 34. Ein Teil der positiven Stromschiene 34 und ein Teil der Basis 30 der negativen Stromschiene 29 stehen aus dem Formharz 12 heraus, mit denen die Energiequelle zum Beispiel durch eine externe Elektrode elektrisch verbunden wird.
  • Wie in 6 gezeigt ist, dienen die Schalteinrichtungen Q1, Q3, Q5 in den entsprechenden Halbleitereinrichtungen 41, 43, 45 als der obere Arm des Inverters 10. Die Schalteinrichtungen Q2, Q4, Q6 in den entsprechenden Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 dienen als der untere Arm des Inverters 10.
  • Die Schalteinrichtungen Q1, Q2 sind in Reihe verbunden, die Schalteinrichtungen Q3, Q4 sind in Reihe verbunden und die Schalteinrichtungen Q5, Q6 sind in Reihe verbunden.
  • Die Diode D für jede der Schalteinrichtungen Q1 bis Q6 ist umgekehrt parallel zwischen dem Emitter und dem Kollektor verbunden. Speziell ist die Diode D mit ihrer Kathode an den Emitter und mit ihrer Anode an dem Kollektor angeschlossen.
  • Die Verbindungen zwischen den Schalteinrichtungen Q1, Q2, zwischen den Schalteinrichtungen Q3, Q4 und ebenso zwischen den Schalteinrichtungen Q5, Q6 sind mit einer Last 51, wie etwa einem Dreiphasenmotor verbunden. Der Inverter 10 wandelt eine Gleichstromleistung der Batterie B in eine Wechselstromleistung um, die an die Last 51 zuzuführen ist.
  • Im Folgenden wird die Operation des vorstehenden Inverters 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben. Während der Inverter 10 mit elektrischer Leistung von der Batterie B versorgt wird, um die Last 51 anzutreiben, werden die leitenden Elemente, durch die elektrischer Strom fließt, wie etwa die positive Stromschiene 34 und die negative Stromschiene 29, erwärmt. Die an der positiven Stromschiene 34 erzeugte Wärme wird durch die Metallplatte 25, das Keramiksubstrat 21 und das Entlastungselement 35 an den Kühler 11 übertragen. Die an der negativen Stromschiene 29 erzeugte Wärme wird durch die Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46, die Metallplatten 22, 23, 24, das Keramiksubstrat 21 und das Entlastungselement 35 an den Kühler 11 übertragen.
  • Von den positiven und negativen Stromschienen 34, 29 wird die negative Stromschiene 29, deren Verbindungsoberfläche 29A, die mit den Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 verbunden ist, einen relativ großen Bereich aufweist, durch den Kühler 11 mehr gekühlt, als die positive Stromschiene 34, deren Verbindungsoberfläche 34A, die mit der Metallplatte 25 verbunden ist, einen relativ kleinen Bereich aufweist. Mit anderen Worten wird die negative Stromschiene 29, deren Nichtverbindungsoberfläche einen relativ großen Bereich aufweist, weniger gekühlt als die positive Stromschiene 34, deren Nichtverbindungsoberfläche einen relativ kleinen Bereich aufweist. Somit wird die negative Stromschiene 29, die ein relatives großes Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche 29A zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche aufweist, weniger durch den Kühler 11 gekühlt als die positive Stromschiene 34, die ein relativ kleines Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche 34A zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche aufweist.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die negative Stromschiene 29 einen größeren Querschnittsbereich des Strompfades und folglich einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die positive Stromschiene 34. Somit ist die Joulesche Wärme, die durch den Strom, der durch die negative Stromschiene 29 fließt, verursacht wird, niedriger als die des Stroms, der durch die positive Stromschiene 34 fließt, was eine Reduzierung der Differenz zwischen den Temperaturen, die die erwärmte positive und negative Stromschiene 34, 29 erreichen würden, ergibt.
  • Solch eine Reduzierung der Differenz zwischen den Temperaturen, die die erwärmte positive und negative Stromschiene 34, 29 erreichen würden, kann ebenso durch Vergrößern des Bereichs des Teils der negativen Stromschiene 29, der mit den Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 verbunden ist, das heißt des Bereichs der Verbindungsoberfläche 29A, erreicht werden, so dass die negative Stromschiene 29 durch den Kühler 11 mehr gekühlt wird. Solch ein Vergrößern des Bereichs der Verbindungsoberfläche 29A der negativen Stromschiene 29 erfordert jedoch einen größeren Bereich der Oberfläche, an dem die negative Stromschiene 29 verbunden ist, und zwar der oberen Oberflächen der entsprechenden Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46, was zu einer vergrößerten Größe des Inverters 10 führt und folglich keine praktikable Option ist.
  • Der Inverter 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels liefert die folgenden Vorteile.
    • (1) Die negative Stromschiene 29 besitzt ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche 29A zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die positive Stromschiene 34. Die negative Stromschiene 29 besitzt einen größeren Querschnittsbereich des Strompfades als die positive Stromschiene 34, so dass die Menge an Wärme oder die Joulesche Wärme, die an der negativen Stromschiene 29 erzeugt wird, während der Inverter 10 mit Energie versorgt wird, niedriger ist als die, die an der positiven Stromschiene 34 erzeugt wird, wodurch eine Reduzierung der Differenz in der Kühlung zwischen der positiven Stromschiene 34 und der negativen Stromschiene 29 erreicht wird.
    • (2) Der Kühler 11 und die Komponenten, die auf diesem angebracht sind, werden durch das Formharz 12 eingegossen. Wenn die Metallplatten 22 bis 25 erwärmt werden und expandieren, während der Inverter 10 mit Energie versorgt wird, dient das Formharz 12 dazu, die thermische Ausdehnung der Metallplatten 22 bis 25 zu begrenzen, wodurch vermieden wird, dass sich die Metallplatten 22 bis 25 von dem Keramiksubstrat 21 ablösen.
    • (3) Die Basis 30 der negativen Stromschiene 29 ist in einer überlappenden Beziehung zu der positiven Stromschiene 34 angeordnet, aus der Sicht in die Richtung von deren Dicke. Die Verbindungselemente 26, 27, 28 sind in überlappender Beziehung zu der Basis 30 und den entsprechenden Verbindungsabschnitten 31, 32, 33 der negativen Stromschiene 29 angeordnet, aus der Sicht in der Richtung von deren Dicke. Die Richtung des elektrischen Stroms, der durch die Verbindungselemente 26, 27, 28 und durch die positive Stromschiene 34 fließt, ist entgegengesetzt zu der Richtung des elektrischen Stroms, der durch die negative Stromschiene 29 fließt. Eine gegenseitige Induktion, die zwischen der negativen Stromschiene 29 und den entsprechenden Verbindungselementen 26, 27, 28 und zwischen der negativen Stromschiene 29 und der positiven Stromschiene 34 auftritt, ergibt eine reduzierte Induktivität des Inverters 10.
  • Das vorstehende Ausführungsbeispiel kann auf verschiedene Weisen, wie nachstehend veranschaulicht, modifiziert werden.
  • Wie in 7 gezeigt ist, können mehrere Rippen 61 gestaltet werden, die sich vertikal von der oberen Oberfläche der Basis 30 der negativen Stromschiene 29 aus erstrecken. Die Bereitstellung solcher Rippen 61 vergrößert den Oberflächenbereich der negativen Stromschiene 29, so dass die negative Stromschiene 29 mehr gekühlt wird als die positive Stromschiene 34, was weiterhin dabei hilft, die Differenz in der Kühlung zwischen der positiven Stromschiene 34 und der negativen Stromschiene 29 zu reduzieren.
  • Die negative Stromschiene 29 kann aus einem Material hergestellt werden, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die höher ist als die der positiven Stromschiene 34, so dass die negative Stromschiene 29 einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als die positive Stromschiene 34. In diesem Fall könnten die negative Stromschiene 29 und die positive Stromschiene 34 im Wesentlichen den gleichen Querschnittsbereich des Strompfades aufweisen.
  • Der Kühler 11 und die Komponenten, die auf diesem angebracht sind, müssen nicht notwendigerweise in ein Formharz, wie etwa 12, eingegossen sein.
  • Wenn die positive Stromschiene 34 ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die negative Stromschiene 29 aufweist, wird die positive Stromschiene 34 derart gestaltet, dass sie einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die negative Stromschiene 29 aufweist. In diesem Fall entspricht die positive Stromschiene 34 der zweiten Stromschiene der vorliegenden Erfindung und die negative Stromschiene 29 entspricht der ersten Stromschiene der vorliegenden Erfindung.
  • Die positive Stromschiene 34 kann direkt auf die unteren Oberflächen der Halbleitereinrichtungen 41, 43, 45 ohne Verwendung der Metallplatten 25 verbunden werden.
  • Zusätzliche leitende Schichten können über den oberen Oberflächen der Halbleitereinrichtungen 42, 44, 46 bereitgestellt werden und die negative Stromschiene 29 kann mit solch zusätzlichen leitenden Schichten verbunden werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen Dreiphaseninverter, wie etwa 10, anwendbar, sondern ebenso auf einen Einphaseninverter oder einen DC-DC-Wandler.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006-202885 [0002]

Claims (6)

  1. Halbleitereinheit, mit: einer Isolationsschicht; einer leitenden Schicht, die mit einer Seite der Isolationsschicht verbunden ist; einer Halbleitereinrichtung, die auf der leitenden Schicht angebracht ist; einem Kühler, der mit der anderen Seite der Isolationsschicht thermisch gekoppelt ist; einer ersten Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der ersten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist; und einer zweiten Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der zweiten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist, wobei die zweite Stromschiene ein größeres Verhältnis des Bereichs der Verbindungsoberfläche zu dem Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die erste Stromschiene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschiene einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die erste Stromschiene aufweist.
  2. Halbleitereinheit gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Stromschiene einen größeren Querschnittsbereich eines Strompfades als die erste Stromschiene aufweist.
  3. Halbleitereinheit gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Stromschiene aus einem Material hergestellt ist, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die größer als die der ersten Stromschiene ist.
  4. Halbleitereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Isolationsschicht, die leitende Schicht, die Halbleitereinrichtung, die erste Stromschiene, die zweite Stromschiene und der Kühler in Formharz eingegossen sind.
  5. Halbleitereinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Stromschiene eine Rippe aufweist.
  6. Halbleitereinheit, mit: einer Isolationsschicht; einer leitenden Schicht, die mit einer Seite der Isolationsschicht verbunden ist; einer Halbleitereinrichtung, die auf der leitenden Schicht angebracht ist; einem Kühler, der mit der anderen Seite der Isolationsschicht thermisch gekoppelt ist; einer ersten Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der ersten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist; und einer zweiten Stromschiene mit einer Verbindungsoberfläche, die mit der Halbleitereinrichtung oder der leitenden Schicht verbunden ist, und einer Nichtverbindungsoberfläche, die der Teil der zweiten Stromschiene außer der Verbindungsoberfläche ist, wobei die zweite Stromschiene einen größeren Bereich der Nichtverbindungsoberfläche als die erste Stromschiene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stromschiene einen niedrigeren elektrischen Widerstand als die erste Stromschiene aufweist.
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