DE102015213491B4

DE102015213491B4 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102015213491B4
Application number: DE102015213491.1A
Authority: DE
Inventors: Kosuke Yamaguchi; Tomofumi Tanaka; Shinya Nakagawa; Toru Iwagami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2035-07-18
Also published as: CN105321935B; US20160036343A1; JP6223296B2; JP2016032021A; DE102015213491A1; US10186978B2; CN105321935A

Abstract

Halbleitervorrichtung (1, 2, 3), die in der Draufsicht rechteckförmig ist und die einen Wandler (10) und einen Wechselrichter (20) integriert in einem Vergussharz (80) enthält, wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) umfasst:mehrere Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) für die Außenverbindung, die mit dem Wandler (10) elektrisch verbunden sind und die sich in der Draufsicht auf einer ersten Seite der Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) befinden;mehrere Wandlereingangsanschlüsse (7R, 7S, 7T) für die Außenverbindung, die mit dem Wandler (10) elektrisch verbunden sind und die sich auf einer zweiten Seite befinden, die der ersten Seite in der Draufsicht gegenüberliegt; undeinen benachbarten Außenanschluss (18) für die Außenverbindung, der sich benachbart zu den mehreren Wandlerausgangsanschlüssen (8P, 8N) auf der ersten Seite befindet, wobeidie mehreren Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) und der benachbarte Außenanschluss (18) elektrisch voneinander getrennte Knoten sind,die mehreren Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) und der benachbarte Außenanschluss (18) als eine erste Anschlussgruppe klassifiziert sind und die mehreren Wandlereingangsanschlüsse (7R, 7S, 7T) als eine zweite Anschlussgruppe klassifiziert sind, wobei die erste und die zweite Anschlussgruppe eine gleiche Anzahl von Anschlüssen enthalten, undwobei jede der ersten Entfernungen (d1) zwischen zwei Anschlüssen in der ersten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, gleich jeder der zweiten Entfernungen (d2) zwischen zwei Anschlüssen in der zweiten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, eingestellt ist,wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner eine Bremse (30) umfasst, die mit dem Wandler (10) und mit dem Wechselrichter (20) in dem Vergussharz (80) integriert ist und die mit dem Wechselrichter (20) elektrisch verbunden ist,wobei die Bremse (30) einen Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) (40) enthält,die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner einen IGBT-Emitteranschluss (9N) für die Außenverbindung umfasst, der mit einer Emitterelektrode des IGBT elektrisch verbunden ist und der sich auf der ersten Seite befindet, undder benachbarte Außenanschluss (18) der IGBT-Emitteranschluss (9N) ist,wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner umfasst:einen IGBT-Kollektoranschluss (9B) für die Außenverbindung, der mit einer Kollektorelektrode des IGBT elektrisch verbunden ist und der sich auf der zweiten Seite befindet; undeinen Leistungsquellenanschluss (9P) für die Außenverbindung, der mit der Bremse (30) und mit dem Wechselrichter (20) elektrisch verbunden ist und der sich auf der zweiten Seite befindet,wobei der IGBT-Kollektoranschluss (9B) und der Leistungsquellenanschluss (9P) zueinander benachbart sind.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungen und insbesondere eine Halbleitervorrichtung mit einer modularen Struktur, in der ein Wandler und ein Wechselrichter integriert enthalten sind.
Wie z. B. in WO 98 / 10 508 A1 (15) offenbart ist, weist eine Halbleitervorrichtung eine wie im Folgenden beschriebene modulare Struktur auf. Die Halbleitervorrichtung enthält ein Metallsubstrat, mehrere Drähte, die mit einer Isolierschicht dazwischen an dem Metallsubstrat befestigt sind, und eine Leistungsschaltungsanordnung, die mit den mehreren Drähten elektrisch verbunden ist. Die Leistungsschaltungsanordnung enthält mehrere Schaltungsabschnitte (wie etwa einen Wandler-Schaltungsabschnitt), die zwischen den mehreren Drähten elektrisch verbunden sind. Die Schaltungsabschnitte enthalten mehrere Außenanschlüsse zur Außenverbindung, die mit den mehreren Drähten integriert und an sie gebondet sind.
Die in WO 98 / 10 508 A1 (15) offenbarte herkömmliche Halbleitervorrichtung enthält als die Außenanschlüsse Wechselstromeingangsanschlüsse R, S und T und Wandlerausgangsanschlüsse PI und N des Wandlerschaltungsabschnitts. Die Wandlereingangsanschlüsse R, S und T und die Wandlerausgangsanschlüsse P1 und N befinden sich auf den Oberflächen, die einander mit der Baugruppe dazwischen gegenüberliegen.
In der oben beschriebenen Konfiguration der herkömmlichen Halbleitervorrichtung müssen sich der P- und der N-Ausgangsanschluss des Wandlers auf derselben Oberfläche (auf einer Oberfläche) befinden, damit sie die kürzere Verdrahtung zur Verbindung mit dem externen Kondensator aufweisen. Der R-, der S- und der T-Wechselstromeingangsanschluss des Wandlers müssen sich z. B. wegen der Anordnung eines Rauschfilters auf derselben Oberfläche (auf einer anderen Oberfläche, die der einen Oberfläche gegenüberliegt) befinden. Folglich ist die Substratmusterverdrahtung für die gesamte Schaltungsanordnung einschließlich einer solchen Halbleitervorrichtung beschränkt. Somit ist es leider schwierig, das Substrat flexibel zu entwerfen.
JP 2003 - 18 863 A beschreibt ein Leistungsmodul mit einer Vielzahl von eingebauten Leistungshalbleiterelementen, freiliegende P-Elektroden und N-Elektroden, die mit einer externen Gleichstromversorgung verbunden sind, und freiliegende U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Ausgangsanschlüsse für einen Drehstrom. Zwei P-Elektroden und eine N-Elektrode oder zwei N-Elektroden und eine P-Elektrode sind auf einer Seite des Leistungsmoduls so angeordnet, dass die zwei gleichen Elektroden beidseitig der einen Elektrode liegen und die gleichen Rasterabstände haben. Die U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Ausgangsanschlüsse sind auf einer gegenüberliegenden Seite des Leistungsmoduls angeordnet. Zwei solcher Leistungsmodule sind vorbereitet und die jeweiligen P-Elektroden und N-Elektroden sind über Sammelschienen miteinander verbunden.
EP 1 028 520 A1 beschreibt in einer Ausführungsform eine Halbleitervorrichtung mit einem Wandler, einem Wechselrichter, einer ersten Anschlussgruppe und einer zweiten Außenanschlussgruppe auf jeweils gegenüberliegenden Seiten. Die Abstände der Anschlüsse sind nicht äquidistant.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die einen Wandler und einen Wechselrichter integriert enthält, um die Bildung einer Verdrahtung für eine Außenverbindung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1. Eine Weiterbildung der Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch angegeben.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung weist die in Anspruch 1 beschriebene Anschlussgruppen-Abstandseinstellung auf. Somit ist hauptsächlich nur die Innenanordnung des Wandlers geändert, um dadurch wahlweise eine Halbleitervorrichtung des ersten Typs und eine Halbleitervorrichtung des zweiten Typs herzustellen, die zwischen der ersten und der zweiten Anschlussgruppe auf der einen Seite und auf der anderen Seite entgegengesetzte Positionsbeziehungen aufweisen.
Somit kann die Halbleitervorrichtung des ersten Typs oder die Halbleitervorrichtung des zweiten Typs, die die Bildung der Verdrahtung zur elektrischen Verbindung z. B. mit externen Elementen erleichtert, geeignet ausgewählt werden. Dies bewirkt, dass die gesamte Schaltungsanordnung einschließlich der Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung verhältnismäßig einfach gebildet werden kann.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Verbundmoduls des ersten Typs;
3 eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Verbundmoduls des zweiten Typs;
4 eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Verbundmoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 einen Stromlaufplan von Ersatzschaltungen in einem Wandler, in einem Wechselrichter und in einer Bremse, die in 4 gezeigt sind;
6 eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Verbundmoduls gemäß einer dritten Ausführungsform;
7 eine schematische Darstellung einer Konfiguration des Verbundmoduls gemäß einer vierten Ausführungsform; und
8 eine schematische Darstellung eines Konfigurationsbeispiels einer Innenanordnung des Verbundmoduls gemäß der vierten Ausführungsform.

Von den beschriebenen Ausführungsformen ist lediglich die vierte Ausführungsform Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Die erste bis dritte Ausführungsform sind nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Ihre Beschreibung dient aber zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Verbundmodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Halbleitervorrichtung, die in der Draufsicht rechteckig ist und einen Wandler 10 und einen Wechselrichter 20 integriert in einem Vergussharz enthält.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N (P1 und N1) zur Außenverbindung des Wandlers 10 auf einer ersten Seite (im Oberteil in 1) zueinander benachbart. Ein Außenanschluss 18 (benachbarter Außenanschluss) zur Außenverbindung des Verbundmoduls 1 ist zu dem Wandlerausgangsanschluss 8N benachbart. Der Außenanschluss 18 kann für den Wandler 10, für den Wechselrichter 20 oder sowohl für den Wandler 10 als auch für den Wechselrichter 20 vorgesehen sein.
Auf der zweiten Seite (im unteren Teil in 1, der ersten Seite gegenüberliegend) befinden sich Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T (R, S und T), die die Wandlereingangsanschlüsse für die Außenverbindung des Wandlers 10 sind.
Die mehreren Wandlerausgangsanschlüsse einschließlich der Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N und des Außenanschlusses 18 sind als eine erste Anschlussgruppe klassifiziert, die sich auf der ersten Seite des Verbundmoduls 1 befindet, und die mehreren Wandlereingangsanschlüsse einschließlich der Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T sind als eine zweite Anschlussgruppe klassifiziert, die sich auf der zweiten Seite des Verbundmoduls 1 befindet. Die Anzahl der Anschlüsse, die in der ersten und in der zweiten Anschlussgruppe enthalten sind, beträgt „3“.
Das Verbundmodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Anschlussgruppen-Abstandseinstellung auf, in der jeder der Formationsabstände d1 (ersten Entfernungen) zwischen zwei Anschlüssen in der ersten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, gleich jedem der Formationsabstände d2 (zweiten Entfernungen) zwischen zwei Anschlüssen in der zweiten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, eingestellt ist.
Somit ist sowohl die Entfernung zwischen den Wandlerausgangsanschlüssen 8P und 8N als auch die zwischen dem Wandlerausgangsanschluss 8N und dem Außenanschluss 18 auf den Formationsabstand d1 eingestellt. Sowohl die Entfernung zwischen den Wechselstromeingangsanschlüssen 7R und 7S als auch die zwischen den Wechselstromeingangsanschlüssen 7S und 7T ist auf den Formationsabstand d2 eingestellt. Der Formationsabstand d1 ist gleich dem Formationsabstand 2 eingestellt (d1 = d2).
2 ist eine schematische Darstellung eines Verbundmoduls 1A des ersten Typs. Das Verbundmodul 1A ist ein erster Aspekt des Verbundmoduls 1. Wie in 2 gezeigt ist, weisen der Wandler 10 und der Wechselrichter 20 ähnlich dem in 1 gezeigten Verbundmodul 1 die Verbundpositionsbeziehung auf, in der sich der Wandler 10 in der Draufsicht auf der linken Seite befindet. Die Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N und der Außenanschluss 18 befinden sich auf der ersten Seite (der Oberseite in 2) und die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T befinden sich auf der zweiten Seite (der Unterseite in 2). In diesem Fall weist das Verbundmodul 1A die oben beschriebene Anschlussgruppen-Abstandseinstellung auf.
3 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls 1B des zweiten Typs. Das Verbundmodul 1B ist ein zweiter Aspekt des Verbundmoduls 1. Wie in 3 gezeigt ist, weisen der Wandler 10 und der Wechselrichter 20, die ähnlich den in 2 gezeigten sind, die Verbundpositionsbeziehung auf. Die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T befinden sich auf der ersten Seite (der Oberseite in 3) und die Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N und der Außenanschluss 18 (der benachbarte Außenanschluss) befinden sich auf der zweiten Seite (der Unterseite in 3).
Das Verbundmodul 1 weist die oben beschriebene Anschlussgruppen-Abstandseinstellung auf. Somit ist hauptsächlich nur die Innenanordnung des Wandlers 10 geändert, um dadurch wahlweise das Verbundmodul 1A und das Verbundmodul 1B, die zwischen der ersten und der zweiten Anschlussgruppe auf einer Seite und auf einer anderen Seite entgegengesetzte Positionsbeziehungen aufweisen, herzustellen.
Somit können die Verbundmodule 1A und 1B als das Verbundmodul 1 verhältnismäßig leicht wahlweise gebildet werden. Somit wird je nach dem Nutzungsmuster des Verbundmoduls 1 eines der Verbundmodule 1A und 1B nach Bedarf ausgewählt, wobei das Verbundmodul 1 mit einer Anschlusskonfiguration bereitgestellt wird, die die Bildung des Verdrahtungsmusters für jede Substratstruktur wie etwa die Anordnung eines P-N-Kondensators zwischen den Wandlerausgangsanschlüssen 8P und 8N und die Anordnung eines Eingangsfilters für die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T ermöglicht.
Wie oben beschrieben wurde, kann das Verbundmodul 1A oder das Verbundmodul 1B nach Bedarf ausgewählt werden, wobei das Verbundmodul 1 bereitgestellt wird, in dem die Verdrahtung für die elektrische Verbindung z. B. mit externen Elementen zur Außenverbindung leicht gebildet wird. Dies bewirkt eine verhältnismäßig leichte Bildung der gesamten Schaltungsanordnung einschließlich des Verbundmoduls 1 (des Verbundmoduls 1A oder des Verbundmoduls 1B) gemäß der Ausführungsform.
Zweite Ausführungsform
4 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie in 4 gezeigt ist, enthält das Verbundmodul 2 außer dem Wandler 10 und dem Wechselrichter 20 integriert eine Bremse 30, die in das Vergussharz eingebettet ist. Bis auf die Bremse 30 ist die Konfiguration ähnlich der in 1 bis 3 gezeigten des Verbundmoduls 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein Stromlaufplan von Ersatzschaltungen in dem Wandler 10, in dem Wechselrichter 20 und in der Bremse 30 in 4.
Wie in 5 gezeigt ist, enthält der Wandler 10 zwischen den Wandlerausgangsanschlüssen 8P und 8N Dioden D1, D2 und D3 und Dioden D4, D5 und D6. Insbesondere sind die Katoden der jeweiligen Dioden D1, D2 und D3 gemeinsam mit dem Wandlerausgangsanschluss 8P verbunden, sind die Anoden der Dioden D1, D2 und D3 mit den Katoden der Dioden D4, D5 und D6 elektrisch verbunden und sind die Anoden der jeweiligen Dioden D4, D5 und D6 gemeinsam mit dem Wandlerausgangsanschluss 8N verbunden. Die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T befinden sich bei den Zwischenverbindungspunkten zwischen den Anoden der Dioden D1, D2 und D3 und den Katoden der Dioden D4, D5 und D6. Die Wechselstromsignale der R-Phase, der S-Phase und der T-Phase werden in die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T eingegeben.
Der Wechselrichter 20 enthält drei Armabschnitte, die eine U-Phasen-Schaltung 5U, eine V-Phasen-Schaltung 5V und eine W-Phasen-Schaltung 5W sind, die jeweils einen Einheitswechselrichter bilden.
Die U-Phasen-Schaltung 5U enthält IGBTs 11 und 21 und Dioden D11 und D21. Die V-Phasen-Schaltung 5V enthält IGBTs 12 und 22 und Dioden D12 und D22. Die W-Phasen-Schaltung 5W enthält IGBTs 13 und 23 und Dioden D13 bis D23.
In der U-Phasen-Schaltung 5U sind die IGBTs 11 und 21 in Reihe geschaltet. Die Dioden D11 und D21 mit Anoden auf der Emitterseite befinden sich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 11 bzw. zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 21. In der V-Phasen-Schaltung 5V sind die IGBTs 12 und 22 in Reihe geschaltet. Die Dioden D12 und D22 mit Anoden auf der Emitterseite befinden sich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 12 bzw. zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 22. In der W-Phasen-Schaltung 5W sind die IGBTs 13 und 23 in Reihe geschaltet. Die Dioden D13 und D23 mit Anoden auf der Emitterseite befinden sich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 13 bzw. zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 23.
Die Knoten N11, N12 und N13 sind gemeinsam mit einem Gleichstrombusanschluss 9P verbunden. Der Knoten N11 ist der Verbindungspunkt des Kollektors des IGBT 11 und der Katode der Diode D11 in der U-Phasen-Schaltung 5U. Der Knoten N12 ist der Verbindungspunkt des Kollektors des IGBT 12 und der Katode der Diode D12 in der V-Phasen-Schaltung 5V. Der Knoten N13 ist der Verbindungspunkt des Kollektors des IGBT 13 und der Katode der Diode D13 in der W-Phasen-Schaltung 5W.
Die Knoten N21, N22 und N23 sind gemeinsam mit einem IGBT-Emitteranschluss 9N der Bremse 30 verbunden. Der Knoten N21 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 21 und der Anode der Diode D21 in der U-Phasen-Schaltung 5U. Der Knoten N22 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 22 und der Anode der Diode D22 in der V-Phasen-Schaltung 5V. Der Knoten N23 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 23 und der Anode der Diode D23 in der W-Phasen-Schaltung 5W.
Die Knoten N31, N32 und N33 sind in dieser Reihenfolge mit den Zwischenanschlüssen 31, 32 und 33 verbunden. Der Knoten N31 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 11 (der Anode der Diode D11) und des Kollektors des IGBT 21 (der Katode der Diode D21) in der U-Phasen-Schaltung 5U. Der Knoten N32 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 12 und des Kollektors des IGBT 22 und der V-Phasen-Schaltung 5V. Der Knoten N33 ist der Verbindungspunkt des Emitters des IGBT 13 und des Kollektors IGBT 23 in der W-Phasen-Schaltung 5W. Die Zwischenanschlüsse 31, 32 und 33 sind in dieser Reihenfolge für die U-Phase, für die V-Phase und für die R-Phase vorgesehen.
In der Bremse 30 weist der IGBT 30 den Emitter (die Emitterelektrode), der mit dem IGBT-Emitteranschluss 9N verbunden ist, und den Kollektor (die Kollektorelektrode), der mit der Anode einer Diode D41 und mit einem IGBT-Kollektoranschluss 9B verbunden ist, auf. Die Katode der Diode D41 ist mit dem Gleichstrombusanschluss 9P verbunden.
Die ICs 51, 52 und 53 geben in dieser Reihenfolge Steuersignale in die Gates der IGBTs 11, 12 und 13 ein. Die ICs 61, 62 und 63 geben in dieser Reihenfolge Steuersignale in die Gates der IGBTs 21, 22 und 23 ein. Die IC 71 gibt Steuersignale in das Gate des IGBT 40 ein.
Wieder anhand von 4 weist das Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform die ähnliche Anschlussgruppen-Abstandseinstellung wie das Verbundmodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Somit können die Verbundmodule 2 des ersten Typs und des zweiten Typs (die dem Verbundmodul 1A und 1B entsprechen), die zwischen der ersten und der zweiten Anschlussgruppe auf der einen Seite und auf der anderen Seite entgegengesetzte Positionsbeziehungen aufweisen, verhältnismäßig leicht bereitgestellt werden, was die ähnliche Wirkung wie die erste Ausführungsform erzielt.
Außerdem enthält das Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform die darin eingebettete Bremse 30. Die Bremse 30 erzielt die Wirkung, einen Spannungsanstieg, der durch die während des Rückgewinnungsbetriebs des Motors erzeugte Energie verursacht wird, zu unterdrücken. Genauer wird der IGBT 40 während des Rückgewinnungsbetriebs des Motors eingeschaltet, sodass der oben beschriebene Spannungsanstieg unterdrückt werden kann.
Dritte Ausführungsform
6 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls 3 gemäß einer dritten Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt ist, enthält das Verbundmodul 3 ähnlich dem Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform außer dem Wandler 10 und dem Wechselrichter 20 integriert die in das Vergussharz eingebettete Bremse 30.
Das Verbundmodul 3 enthält als den Außenanschluss 18 den IGBT-Emitteranschluss 9N, der mit dem Emitter des IGBT 40 elektrisch verbunden ist. Der IGBT-Emitteranschluss 9N befindet sich benachbart zu dem Wandlerausgangsanschluss 8N auf einer Seite der Hauptoberfläche, auf der die Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N vorgesehen sind. Der IGBT-Emitteranschluss 9N befindet sich als der Außenanschluss 18 in dem Formationsabstand d1 von dem Wandlerausgangsanschluss 8N entfernt und ist dadurch zusammen mit den Wandlerausgangsanschlüssen 8P und 8N als die erste Anschlussgruppe klassifiziert. Bis auf das Obige ist die Konfiguration ähnlich der des in 4 und 5 gezeigten Verbundmoduls 2 gemäß der zweiten Ausführungsform und ist ihre Beschreibung gegebenenfalls weggelassen.
Das Verbundmodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform weist eine ähnliche Anschlussgruppen-Abstandseinstellung wie das Verbundmodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Somit können die Verbundmodule 3 des ersten Typs und des zweiten Typs (die den Verbundmodulen 1A und 1B entsprechen) mit entgegengesetzten Positionsbeziehungen zwischen der ersten und der zweiten Anschlussgruppe auf einer Seite und auf der anderen Seite verhältnismäßig leicht wahlweise bereitgestellt werden, was die ähnliche Wirkung die erste Ausführungsform erzielt.
Außerdem enthält das Verbundmodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform die in das Vergussharz eingebettete Bremse 30. Die Bremse 30 erzeugt ähnlich dem Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform die Wirkung, einen durch die während des Rückgewinnungsbetriebs des Motors erzeugte Energie verursachten Spannungsanstieg zu unterdrücken.
In dem Verbundmodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform befindet sich der als die erste Anschlussgruppe klassifizierte IGBT-Emitteranschluss 9N benachbart zu dem Wandlerausgangsanschluss 8N und ist damit über die Außenverdrahtung zwischen dem IGBT-Emitteranschluss 9N und den Wandlerausgangsanschlüssen 8P und 8N elektrisch verbunden, ohne andere Verdrahtungsmuster zu schneiden. Dies erleichtert die Anordnung, um Verdrahtungsmuster in der gesamten Schaltungsanordnung einschließlich des Verbundmoduls 3 zu leiten, wodurch die Entwurfsbelastung verringert werden kann.
Darüber hinaus weist das Verbundmodul 3 die Anschlusskonfiguration auf, in der die Verdrahtungsmuster leicht gezogen werden können, was die Entfernung, über die die Verdrahtungsmuster für den Substratentwurf geleitet werden müssen, verringert. Dementsprechend kann die gesamte Schaltungsanordnung, die das Verbundmodul 3 enthält, miniaturisiert werden und können die Ausbeuten verbessert werden.
Darüber hinaus unterdrückt die Verringerung der Entfernung, über die die Verdrahtungsmuster geleitet werden müssen, den Leistungsverbrauch, wodurch eine Energieeinsparung erzielt werden kann.
Vierte Ausführungsform
7 ist eine schematische Darstellung einer Konfiguration eines Verbundmoduls 4 gemäß einer vierten Ausführungsform, die Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 7 gezeigt ist, enthält das Verbundmodul 4 ähnlich dem Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform außer dem Wandler 10 und dem Wechselrichter 20 die in das Vergussharz eingebettete Bremse 30.
Ähnlich dem Verbundmodul 3 gemäß der dritten Ausführungsform enthält das Verbundmodul 4 als den Außenanschluss 18 den IGBT-Emitteranschluss 9N, der auf der einen Seite der Hauptoberfläche, auf der die Wandlerausgangsanschlüsse 8P und 8N vorgesehen sind, benachbart zu dem Wandlerausgangsanschluss 8N gebildet ist.
Das Verbundmodul 4 ist mit dem Kollektor des IGBT 40 elektrisch verbunden. Der IGBT-Kollektoranschluss 9B und der Gleichstrombusanschluss 9P (der Leistungsquellenanschluss) befinden sich in einem Formationsabstand d3 voneinander benachbart auf einer anderen Seite der Hauptoberfläche, auf der die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T vorgesehen sind. Der IGBT-Kollektoranschluss 9B befindet sich benachbart zu dem Wechselstromeingangsanschluss 7T in einem Formationsabstand d4 davon entfernt. Die Formationsabstände d3 und d4 können gleich dem Formationsabstand d1 oder davon verschieden eingestellt sein. Bis auf das Obige ist die Konfiguration ähnlich der des in 6 gezeigten Verbundmoduls 3 gemäß der dritten Ausführungsform.
Das Verbundmodul 4 gemäß der vierten Ausführungsform weist eine ähnliche Anschlussgruppen-Abstandseinstellung wie das Verbundmodul 1 gemäß der ersten Ausführungsform auf und erzeugt dadurch die ähnliche Wirkung wie das der ersten Ausführungsform.
Außerdem enthält das Verbundmodul 4 gemäß der vierten Ausführungsform die darein eingebettete Bremse 30, was die ähnliche Wirkung wie das Verbundmodul 2 gemäß der zweiten Ausführungsform erzeugt. Der IGBT-Emitteranschluss 9N befindet sich benachbart zu dem Wandlerausgangsanschluss 8N, was die ähnliche Wirkung wie die dritte Ausführungsform erzeugt.
In dem Verbundmodul 4 gemäß der vierten Ausführungsform befindet sich der IGBT-Kollektoranschluss 9B benachbart zu dem Gleichstrombusanschluss 9P (Leistungsquellenanschluss), was dadurch z. B. ermöglicht, in der externen Verdrahtung zwischen dem IGBT-Kollektoranschluss 9B und dem Gleichstrombusanschluss 9P einen Widerstand vorzusehen, ohne andere Verdrahtungsmuster zu kreuzen. Dies erleichtert die Anordnung zum Leiten der Verdrahtungsmuster in der gesamten Schaltungsanordnung, die das Verbundmodul 4 enthält, wodurch die Entwurfsbelastung verringert werden kann.
Innenanordnungskonfiguration
8 ist eine schematische Darstellung eines Konfigurationsbeispiels der Innenanordnung (eines montierten Beispiels) des Verbundmoduls 4. Im Folgenden ist anhand von 8 die Anordnungskonfiguration innerhalb des Verbundmoduls 4 beschrieben.
Wie in 8 gezeigt ist, sind zum Bilden des Wandlers 10 Leitungen 101 bis 105 vorgesehen und sind als Teil der Leitungen 101, 103, 104 und 105 in dieser Reihenfolge Die-Träger 201, 203, 204 und 205 enthalten. Die Rückseitenelektroden (Katoden) der Dioden D1, D2 und D3 sind an den Die-Träger 201 Die-gebondet. Die Rückseitenelektroden (Katoden) der Dioden D4, D5 und D6 sind in dieser Reihenfolge an die Die-Träger 203, 204 und 205 Die-gebondet.
Die Vorderseitenelektroden (Anoden) der Dioden D1, D2 und D3 sind über Bond-Drähte BW mit den Die-Trägern 203, 204 und 205 elektrisch verbunden und die Vorderseitenelektroden (Anoden) der Dioden D4, D5 und D6 sind über die Bond-Drähte BW gemeinsam mit der Leitung 102 elektrisch verbunden. Der Endabschnitt der Leitung 101 ist der Wandlerausgangsanschluss 8P. Der Endabschnitt der Leitung 102 ist der Wandlerausgangsanschluss 8N. Die Endabschnitte der Leitungen 103, 104 und 105 sind in dieser Reihenfolge die Wechselstromeingangsanschlüsse 7R, 7S und 7T.
Um den Teil des Wechselrichters 20 und der Bremse 30 zu bilden, sind die Leitungen 120 bis 126 vorgesehen und sind die Träger 220, 221, 222 und 223 in dieser Reihenfolge als Teil der Leitungen 120, 121, 122 und 123 enthalten.
Die Rückseitenelektroden (Kollektoren) der IGBTs 11, 12 und 13 und die Rückseitenelektroden (Katoden) der Dioden D11, D12, D13 und D41 sind an den Die-Träger 220 Die-gebondet. Die Vorderseitenelektroden (Gate-Abschnitte) der IGBTs 11, 12 und 13 sind über die Bond-Drähte BW mit einer IC 60 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektroden (Emitterabschnitte) der IGBTs 11, 12 und 13 sind über die Bond-Drähte BW mit den Vorderseitenelektroden (Anoden) der Dioden D11, D12 und D13 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektroden der Dioden D11, D12 und D13 sind über die Bond-Drähte BW mit den Leitungen 121, 122 und 123 elektrisch verbunden.
Die Rückseitenelektroden (Kollektoren) der IGBTs 21, 22 und 23 und die Rückseitenelektroden (Katoden) der Dioden D21, D22 und D23 sind in dieser Reihenfolge an die Die-Träger 221, 222 und 223 Die-gebondet. Die Vorderseitenelektroden (Gate-Abschnitte) der IGBTs 21, 22 und 23 sind über die Bond-Drähte BW mit einer IC 50 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektroden (Emitterabschnitte) der IGBTs 21, 22 und 23 sind über die Bond-Drähte BW mit den Vorderseitenelektroden (Anoden) der Dioden D21, D22 und D23 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektroden der Dioden D21, D22 und D23 sind über die Bond-Drähte BW mit den Leitungen 124, 125 und 126 elektrisch verbunden. Der Endabschnitt der Leitung 120 ist der Gleichstrombusanschluss 9P.
Um die Bremse 30 zu bilden, sind Leitungen 111 und 112 vorgesehen und ist ein Die-Träger 212 als Teil der Leitung 112 enthalten.
Die Rückseitenelektrode (der Kollektor) des IGBT 40 ist an den Die-Träger 212 Die-gebondet. Die Vorderseitenelektrode (der Gate-Abschnitt) des IGBT 40 ist über den Bond-Draht BW mit der IC 71 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektrode (der Emitterabschnitt) des IGBT 40 ist über den Bond-Draht BW mit der Leitung 111 elektrisch verbunden. Die Vorderseitenelektrode (Anode) der Diode D41 an dem Die-Träger 220 ist mit der Leitung 112 elektrisch verbunden.
Der Endabschnitt der Leitung 111 ist der IGBT-Emitterabschnitt 9N (der Außenanschluss 18) und der Endabschnitt der Leitung 112 ist der IGBT-Kollektoranschluss 9B.
Bis auf die Endabschnitte der Leitungen 101 bis 105, 111, 112 und 120 bis 126 und die Endabschnitte der Leitergruppen 131 bis 133, die später beschrieben werden, ist alles zusammen mit einem Vergussharz 80 vergossen. Somit sind die meisten Teile der Leitungen 101 bis 105, 111, 112 und 120 bis 126 einschließlich der Dioden D1 bis D6, D11 bis D13, D21 bis D23 und D40 und der IGBTs 11 bis 13, 21 bis 23 und 40 und die meisten Teile der Leitungsgruppen 131 bis 133 mit dem Vergussharz 80 vergossen, wodurch das Verbundmodul 4 bereitgestellt ist, das den Wandler 10, den Wechselrichter 20 und die Bremse 30 in dem Vergussharz 80 integriert enthält.
Die Die-Träger 201, 203 bis 205, 212 und 220 bis 223 sind auf einer Isolierlage 81 gebildet.
Die IC 50, die IC 60 und die IC 71 sind an einen Die-Träger 250 Die-gebondet. Die IC 50 enthält die in 5 gezeigten ICs 51, 52 und 53. Die IC 60 enthält die in 5 gezeigten ICs 61, 62 und 63. Es sind jeweils die Leitergruppe 131, die sich auf die IC 71 bezieht, die Leitergruppe 132, die sich auf die IC 60 bezieht, und die Leitergruppe 133, die sich auf die IC 50 bezieht, vorgesehen. Die Dioden D51, D52 und D53 dienen als die Dioden zum Booten der IC 60. Die IC 50, die IC 60 und die IC 71 haben wenig Relevanz für die Erfindung, sodass die ausführliche Beschreibung z. B. jedes Teils und seiner Verbindungsbeziehung weggelassen ist.
Wie in der ersten Ausführungsform (in der dritten Ausführungsform) beschrieben wurde, sind in dieser Anordnungskonfiguration die Endabschnitte der Leitungen 101, 102 und 111 in dem Formationsabstand d1 voneinander zueinander benachbart und die Endabschnitte der Leitungen 103, 104 und 105 in dem Formationsabstand d2 (= d1) voneinander zueinander benachbart.
Wie in der vierten Ausführungsform beschrieben wurde, sind außerdem die Endabschnitte der Leitung 112 und der Leitung 120 in dem Formationsabstand d3 voneinander benachbart und die Endabschnitte der Leitung 112 und der Leitung 105 in dem Formationsabstand d4 voneinander benachbart.
Die in 8 gezeigte Innenanordnungskonfiguration weist die Verbundpositionsbeziehung mit dem Wechselrichter 10 auf der linken Seite auf, was das Verbundmodul des ersten Typs (das dem in 2 gezeigten Verbundmodul 1A entspricht) bereitstellt, das ein erster Aspekt des in 7 gezeigten Verbundmoduls 4 ist.
Im Folgenden ist der Fall des Verbundmoduls des zweiten Typs (das dem in 3 gezeigten Verbundmodul 1B entspricht) beschrieben, das ein zweiter Aspekt des in 7 und 8 gezeigten Verbundmoduls 4 ist.
Bis auf die Leitung 111 kann in diesem Fall die Anordnungskonfiguration des Wechselrichters 20 und der Bremse 30 (die Leitung 112 (der Die-Träger 212), die Leitung 120 bis 126 (die Die-Träger 220 bis 223), die IGBTs 11 bis 13, 21 bis 23 und 40 und die Dioden D11 bis D13, D21 bis D23 und D41) gegenüber der in 8 gezeigten Anordnungskonfiguration unverändert sein.
Das Verbundmodul 4 des zweiten Typs kann durch geringfügiges Ändern der Formen der Leitungen 101 bis 105 (der Die-Träger 201 und 203 bis 205) oder durch Ändern ihrer vertikalen Anordnung, mit anderen Worten, hauptsächlich durch Ändern allein der Innenanordnung nur des Wandlers 10, hergestellt werden.
Das Verbundmodul 4 weist die oben beschriebene Anschlussgruppen-Abstandseinstellung auf. Somit ist hauptsächlich nur die Innenanordnung des Wandlers 10 geändert, um dadurch wahlweise das Verbundmodul 4 (siehe 7 und 2) des ersten Typs und das Verbundmodul 4 (siehe 3) des zweiten Typs, die zwischen der ersten und der zweiten Anschlussgruppe auf der einen Seite und auf der anderen Seite entgegengesetzte Positionsbeziehungen aufweisen, herzustellen. Ähnlich dem Verbundmodul 4 können die Verbundmodule 1, 2 und 3 gemäß der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform verhältnismäßig leicht wahlweise zu dem Verbundmodul des ersten Typs und des zweiten Typs gebildet werden.
Änderung
Gemäß Änderungen der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Ausführungsform sind die IGBTs 11 bis 13 und 21 bis 23, die die Leistungselemente in dem Wechselrichter 20 der Verbundmodule 1, 2, 3 und 4 sind, aus SiC gebildet, und ist der IGBT 40, der das Leistungselement in der Bremse 30 der Verbundmodule 2, 3 und 4 ist, aus SiC gebildet.
Die Verbundmodule gemäß diesen Änderungen enthalten die IGBTs 11 bis 13, 21 bis 23 und 40, die aus SiC gebildet sind, um dadurch die Größe des Moduls zu verringern, während die Anschlussanordnung der Außenanschlüsse aufrechterhalten wird. Dies bewirkt eine Miniaturisierung jedes der Verbundmodule 1, 2, 3 und 4.

Claims

Halbleitervorrichtung (1, 2, 3), die in der Draufsicht rechteckförmig ist und die einen Wandler (10) und einen Wechselrichter (20) integriert in einem Vergussharz (80) enthält, wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) umfasst: mehrere Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) für die Außenverbindung, die mit dem Wandler (10) elektrisch verbunden sind und die sich in der Draufsicht auf einer ersten Seite der Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) befinden; mehrere Wandlereingangsanschlüsse (7R, 7S, 7T) für die Außenverbindung, die mit dem Wandler (10) elektrisch verbunden sind und die sich auf einer zweiten Seite befinden, die der ersten Seite in der Draufsicht gegenüberliegt; und einen benachbarten Außenanschluss (18) für die Außenverbindung, der sich benachbart zu den mehreren Wandlerausgangsanschlüssen (8P, 8N) auf der ersten Seite befindet, wobei die mehreren Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) und der benachbarte Außenanschluss (18) elektrisch voneinander getrennte Knoten sind, die mehreren Wandlerausgangsanschlüsse (8P, 8N) und der benachbarte Außenanschluss (18) als eine erste Anschlussgruppe klassifiziert sind und die mehreren Wandlereingangsanschlüsse (7R, 7S, 7T) als eine zweite Anschlussgruppe klassifiziert sind, wobei die erste und die zweite Anschlussgruppe eine gleiche Anzahl von Anschlüssen enthalten, und wobei jede der ersten Entfernungen (d1) zwischen zwei Anschlüssen in der ersten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, gleich jeder der zweiten Entfernungen (d2) zwischen zwei Anschlüssen in der zweiten Anschlussgruppe, die zueinander benachbart sind, eingestellt ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner eine Bremse (30) umfasst, die mit dem Wandler (10) und mit dem Wechselrichter (20) in dem Vergussharz (80) integriert ist und die mit dem Wechselrichter (20) elektrisch verbunden ist, wobei die Bremse (30) einen Isolierschicht-Bipolartransistor (IGBT) (40) enthält, die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner einen IGBT-Emitteranschluss (9N) für die Außenverbindung umfasst, der mit einer Emitterelektrode des IGBT elektrisch verbunden ist und der sich auf der ersten Seite befindet, und der benachbarte Außenanschluss (18) der IGBT-Emitteranschluss (9N) ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) ferner umfasst: einen IGBT-Kollektoranschluss (9B) für die Außenverbindung, der mit einer Kollektorelektrode des IGBT elektrisch verbunden ist und der sich auf der zweiten Seite befindet; und einen Leistungsquellenanschluss (9P) für die Außenverbindung, der mit der Bremse (30) und mit dem Wechselrichter (20) elektrisch verbunden ist und der sich auf der zweiten Seite befindet, wobei der IGBT-Kollektoranschluss (9B) und der Leistungsquellenanschluss (9P) zueinander benachbart sind.
Halbleitervorrichtung (1, 2, 3) nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (20) wenigstens ein darin befindliches Leistungselement (11, 12, 13, 21, 22, 23) enthält, und das wenigstens eine Leistungselement (11, 12, 13, 21, 22, 23) aus SiC gebildet ist.