DE102016204884A1 - Halbleitermodul, Energiewandlungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls - Google Patents

Halbleitermodul, Energiewandlungsvorrichtung und Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls Download PDF

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terminal
electrode
semiconductor module
connection
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Rei YONEYAMA
Masayuki Ando
Takehiro Araki
Yoshitaka Kimura
Ryo Goto
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Halbleitermodul (10) weist einen ersten Elektrodenanschluss (1), einen zweiten Elektrodenanschluss (2), einen dritten Elektrodenanschluss (3), einen vierten Elektrodenanschluss (4), einen fünften Elektrodenanschluss (5) und einen sechsten Elektrodenanschluss (6) auf. Der erste Elektrodenanschluss (1) und der zweite Elektrodenanschluss (2) sind entlang einer ersten Richtung (A1) angeordnet. Der dritte Elektrodenanschluss (3), der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) sind entlang einer zweiten Richtung (A2) orthogonal zu der ersten Richtung (A1) angeordnet. Der erste Elektrodenanschluss (1) ist an einer Position angeordnet, an der die erste Richtung (A1) die zweite Richtung (A2) kreuzt. Der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) sind AC-Ausgangsanschlüsse oder AC-Eingangsanschlüsse. Der erste Elektrodenanschluss (1) ist entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss. Mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) ist der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, eine Energiewandlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Halbleitermodul, eine Energiewandlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls, das Elektrodenanschlüsse aufweist.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Üblicherweise sind Halbleitermodule bekannt, die Gleichstrom-(DC-)Energie in Drei-Phasen-(U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-)Wechselstrom-(AC-)Energie wandeln. Solch ein Halbleitermodul weist einen Anodenanschluss und einen Kathodenanschluss, die mit einer DC-Energiequelle verbunden sind, und AC-Ausgangsanschlüsse auf, die jeweils zu der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase korrespondieren (siehe zum Beispiel offengelegte, japanische Patente Nr. 2008-029052 , 2008-166421 und 2013-055739 ). In einem Halbleitermodul, das in dem offengelegten, japanischen Patent Nr. 2008-029052 beschrieben ist, sind ein Anodenanschluss, ein Kathodenanschluss und AC-Ausgangsanschlüsse, die jeweils zu der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase korrespondieren, in einer geraden Linie angeordnet (diese Anordnung der Elektrodenanschlüsse wird im Folgenden auch als Reihen-Anordnung bezeichnet). In einem Halbleitermodul, das in dem offengelegten, japanischen Patent Nr. 2008-166421 beschrieben ist, weist ein mit Anschlüssen versehenes Gehäuse eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. AC-Ausgangsanschlüsse, die jeweils zu der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase korrespondieren, sind auf einer längeren Seite angeordnet, und ein Anodenanschluss und ein Kathodenanschluss sind auf einer kürzeren Seite der im Wesentlichen rechteckigen Form angeordnet (diese Anordnung der Elektrodenanschlüsse wird im Folgenden als L-förmige Anordnung bezeichnet).
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In dem Fall der Reihen-Anordnung sind ein Anodenanschluss und ein Kathodenanschluss entlang einer Richtung einer längeren Seite eines Gehäuses angeordnet. Andererseits sind in der L-förmigen Anordnung ein Anodenanschluss und ein Kathodenanschluss entlang einer Richtung einer kürzeren Seite eines Gehäuses angeordnet. Das heißt, sowohl in der Reihen-Anordnung als auch in der L-förmigen Anordnung sind der Anodenanschluss und der Kathodenanschluss entlang nur einer der Richtungen der längeren Seite oder der kürzeren Seite angeordnet. Eine Elektrode (Sammelschiene) kann zum Beispiel zur Verbindung mit einer externen Vorrichtung mit einem Anschluss eines Halbleitermoduls verbunden sein. Die Sammelschiene ist unter Berücksichtigung der Anordnung des Anodenanschlusses und des Kathodenanschlusses in dem Halbleitermodul ausgelegt. Insbesondere wird eine Induktivität mit einer Vergrößerung der Länge der Sammelschiene erhöht, die eine Energiequelle mit dem Anodenanschluss oder dem Kathodenanschluss verbindet. Eine Erhöhung der Induktivität führt zu einem erhöhten Spannungsstoß während eines Schaltvorgangs. Entsprechend ist die Sammelschiene so ausgelegt, dass sie eine kurze Gesamtlänge aufweist. In einem Fall, in welchem zum Beispiel ein Halbleitermodul, das die Reihen-Anordnung einsetzt, unter Verwendung einer Sammelschiene mit einem Halbleitermodul verbunden ist, das die L-förmige Anordnung einsetzt, sollten, da die Anordnung eines Anodenanschlusses oder eines Kathodenanschlusses in der Reihen-Anordnung und in der L-förmigen Anordnung unterschiedlich ist, die Halbleitermodule zum Beispiel so angeordnet werden, dass die kürzere Seite des Halbleitermoduls, das die Reihen-Anordnung einsetzt, der längeren Seite des Halbleitermoduls, das die L-förmige Anordnung einsetzt, gegenüber liegt, um die Gesamtlänge der Sammelschiene zu verkürzen. Das heißt, dass zum Beispiel in einem Fall, in welchem Halbleitermodule, die unterschiedliche Anordnungen der Anschlüsse aufweisen, unter Verwendung einer Sammelschiene elektrisch verbunden werden, die Anordnung der Halbleitermodule limitiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehend genannten Problems entwickelt worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Halbleitermodul, eine Energiewandlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, den Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls zu verbessern.
  • Ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen ersten Elektrodenanschluss, einen zweiten Elektrodenanschluss, einen dritten Elektrodenanschluss, einen vierten Elektrodenanschluss, einen fünften Elektrodenanschluss und einen sechsten Elektrodenanschluss auf. Der erste Elektrodenanschluss und der zweite Elektrodenanschluss sind entlang einer ersten Richtung angeordnet. Der dritte Elektrodenanschluss, der vierte Elektrodenanschluss, der fünfte Elektrodenanschluss und der sechste Elektrodenanschluss sind entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung angeordnet. Der erste Elektrodenanschluss ist an einer Position angeordnet, an der die erste Richtung die zweite Richtung kreuzt. Der vierte Elektrodenanschluss, der fünfte Elektrodenanschluss und der sechste Elektrodenanschluss sind AC-Ausgangsanschlüsse oder AC-Eingangsanschlüsse. Der erste Elektrodenanschluss ist entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss. Mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss und dem dritten Elektrodenanschluss ist der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schritte auf: Herstellen eines Basisteils, das mit einem ersten Elektrodenanschluss und einem zweiten Elektrodenanschluss, die entlang einer ersten Richtung angeordnet sind, einem dritten Elektrodenanschluss, einem vierten Elektrodenanschluss, einem fünften Elektrodenanschluss und einem sechsten Elektrodenanschluss, die entlang einer zweiten Richtung orthogonal zu der ersten Richtung angeordnet sind, und einer internen Schaltung, versehen ist, wobei der erste Elektrodenanschluss an einer Position angeordnet ist, an der die erste Richtung die zweite Richtung kreuzt, wobei der vierte Elektrodenanschluss, der fünfte Elektrodenanschluss und der sechste Elektrodenanschluss AC-Ausgangsanschlüsse oder AC-Eingangsanschlüsse sind, wobei der erste Elektrodenanschluss entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss ist, wobei mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss und dem dritten Elektrodenanschluss der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist, wobei der zweite Elektrodenanschluss von dem dritten Elektrodenanschluss elektrisch isoliert ist; und elektrisches Verbinden von mindestens einem von dem zweiten Elektrodenanschluss und dem dritten Elektrodenanschluss mit der internen Schaltung.
  • Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen klarer ersichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anordnung eines Halbleitermoduls gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt.
  • 2 ist eine Draufsicht, die schematisch die Anordnung des Halbleitermoduls gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt.
  • 3 ist ein Schaltbild, das schematisch eine Schaltungsanordnung des Halbleitermoduls gemäß jeder der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Anordnung einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • 5 ist ein Schaltbild, das schematisch ein erstes Beispiel einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
  • 6 ist ein Schaltbild, das schematisch ein zweites Beispiel der Energiewandlungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 8 ist eine Draufsicht, die schematisch einen ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Halbleitermoduls gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 9 ist eine Draufsicht, die schematisch ein erstes Beispiel eines zweiten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Halbleitermoduls gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 10 ist eine Draufsicht, die schematisch ein zweites Beispiel des zweiten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Halbleitermoduls gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 11 ist eine Draufsicht, die schematisch ein drittes Beispiel des zweiten Schritts des Verfahrens zur Herstellung des Halbleitermoduls gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass in den nachfolgenden Zeichnungen identische oder korrespondierende Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet werden, und die Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine Anordnung eines Halbleitermoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. Ein Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform weist hauptsächlich einen ersten Elektrodenanschluss 1, einen zweiten Elektrodenanschluss 2, einen dritten Elektrodenanschluss 3, einen vierten Elektrodenanschluss 4, einen fünften Elektrodenanschluss 5, einen sechsten Elektrodenanschluss 6, ein Basisteil 7 und ein Verbindungselement 8 auf. Wie in 2 gezeigt, sind der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweiten Elektrodenanschluss 2 entlang einer ersten Richtung A1 angeordnet. Der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind entlang einer zweiten Richtung A2 orthogonal zu der ersten Richtung A1 angeordnet. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist an einer Position angeordnet, an der die erste Richtung A1 die zweite Richtung A2 kreuzt.
  • Wie in 2 gezeigt, weist das Basisteil 7 in einer Draufsicht (aus einer Richtung gesehen, die zu einer aus der ersten Richtung A1 und der zweiten Richtung A2 gebildeten Ebene orthogonal ist) eine längliche Form auf, und insbesondere weist das Basisteil 7 eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Die erste Richtung A1 ist eine Richtung einer kürzeren Seite eines Rechtecks. Die zweite Richtung A2 ist eine Richtung einer längeren Seite des Rechtecks. Wie in 1 gezeigt, sind der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2, der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 auf dem Basisteil 7 vorgesehen. Der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2, der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind in der gleichen Ebene vorgesehen. Der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2, der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind physisch voneinander getrennt. Der Abstand zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 1 und dem zweiten Elektrodenanschluss 2 kann größer sein als der Abstand zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 1 und dem dritten Elektrodenanschluss 3.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, sind der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2 und der sechste Elektrodenanschluss 6 an Eckbereichen der Oberfläche des Basisteils 7 vorgesehen. Genauer sind der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 jeweils an den Eckbereichen auf einer Seite und der anderen Seite in der ersten Richtung A1 vorgesehen. Der erste Elektrodenanschluss 1 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind jeweils an den Eckbereichen auf einer Seite und der anderen Seite in der zweiten Richtung A2 vorgesehen. Der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4 und der fünfte Elektrodenanschluss 5 sind zwischen dem ersten Elektrodenanschluss 1 und dem sechsten Elektrodenanschluss 6 vorgesehen. Der dritte Elektrodenanschluss 3 ist neben dem ersten Elektrodenanschluss 1 vorgesehen, und der fünfte Elektrodenanschluss 5 ist neben dem sechsten Elektrodenanschluss 6 vorgesehen. Der vierte Elektrodenanschluss 4 ist zwischen dem dritten Elektrodenanschluss 3 und dem fünften Elektrodenanschluss 5 vorgesehen. Eine Vertiefung, die in einer Draufsicht kreisförmig ist, kann in der Nähe des Zentrums jedes Elektrodenanschlusses 1 bis 6 vorgesehen sein. Das Verbindungselement 8 ist auf dem Basisteil 7 vorgesehen. Eine Mehrzahl von Verbindungselementen 8 kann entlang einer Richtung vorgesehen sein, die welche durch den zweiten Elektrodenanschluss 2 verläuft und parallel zu der zweiten Richtung A2 ist. Das Verbindungselement 8 ist zum Beispiel mit einer Schaltung verbunden, die ein Gatter treibt. Es sollte beachtet werden, dass das Verbindungselement 8 in 2 und darauffolgenden Figuren zur Vereinfachung nicht gezeigt ist.
  • Mit Bezug auf 3 ist das Halbleitermodul 10 zum Beispiel ein Inverter. Das Halbleitermodul 10 weist weiter Halbleiterelemente wie einen Transistor und eine Diode auf. Insbesondere weist das Halbleitermodul 10 zum Beispiel Schaltelemente S1 bis S6 und Dioden D1 bis D6 auf. Die Schaltelemente S1 bis S6 sind zum Beispiel Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Die Dioden D1 bis D6 sind zum Beispiel Reflux-Dioden. Bevorzugt bestehen die Halbleiterelemente aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke, die eine größere Bandlücke als die von Silizium aufweisen. Beispiele für den Halbleiter mit breiter Bandlücke beinhalten Galliumnitrid, Siliziumkarbid und dergleichen. Wie in 3 gezeigt, sind die Halbleiterelemente wie die IGBTs elektrisch zum Beispiel sowohl mit dem ersten Elektrodenanschluss 1 als auch dem zweiten Elektrodenanschluss 2 verbunden.
  • Wie in 3 gezeigt, sind das Schaltelement S1 und die Diode D1 parallel verbunden, um eine erste Zweigschalteinheit zu bilden. Ähnlich sind das Schaltelement S2 und die Diode D2 parallel verbunden, um eine zweite Zweigschalteinheit zu bilden. Ein Verbindungspunkt zwischen der ersten Zweigschalteinheit und der zweiten Zweigschalteinheit ist mit dem sechsten Elektrodenanschluss 6 verbunden. Der sechste Elektrodenanschluss 6 ist zum Beispiel ein W-Phasen-Ausgangsanschluss. Ähnlich sind das Schaltelement S3 und die Diode D3 parallel verbunden, um eine dritte Zweigschalteinheit zu bilden. Ähnlich sind das Schaltelement S4 und die Diode D4 parallel verbunden, um eine vierte Zweigschalteinheit zu bilden. Ein Verbindungspunkt zwischen der dritten Zweigschalteinheit und der vierten Zweigschalteinheit ist mit dem fünften Elektrodenanschluss 5 verbunden. Der fünfte Elektrodenanschluss 5 ist zum Beispiel ein V-Phasen-Ausgangsanschluss. Ähnlich sind das Schaltelement S5 und die Diode D5 parallel verbunden, um eine fünfte Zweigschalteinheit zu bilden. Ähnlich sind das Schaltelement S6 und die Diode D6 parallel verbunden, um eine sechste Zweigschalteinheit zu bilden. Ein Verbindungspunkt zwischen der fünften Zweigschalteinheit und der sechsten Zweigschalteinheit ist mit dem vierten Elektrodenanschluss 4 verbunden. Der vierte Elektrodenanschluss 4 ist zum Beispiel ein U-Phasen-Ausgangsanschluss.
  • Obwohl die vorstehende Beschreibung einen Fall beschreibt, in welchem der vierte Elektrodenanschluss 4 ein U-Phasen-AC-Ausgangsanschluss ist, der fünfte Elektrodenanschluss 5 ein V-Phasen-AC-Ausgangsanschluss ist und der sechste Elektrodenanschluss 6 ein W-Phasen-AC-Ausgangsanschluss ist, ist die Phase jedes Anschlusses nicht auf die vorstehend beschriebene Phase beschränkt. Zum Beispiel können der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 jeweils V-Phasen-, W-Phasen-, und U-Phasen-AC-Ausgangsanschlüsse sein, können jeweils W-Phasen-, U-Phasen- und V-Phasen-AC-Ausgangsanschlüsse sein, können jeweils U-Phasen-, W-Phasen- und V-Phasen-AC-Ausgangsanschlüsse sein, können jeweils V-Phasen-, U-Phasen- und W-Phasen-AC-Ausgangsanschlüsse sein, oder können jeweils W-Phasen-, V-Phasen- und U-Phasen-AC-Ausgangsanschlüsse sein. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind an eine Last 12 wie ein Motor anschließbar.
  • Der erste Elektrodenanschluss 1 ist zum Beispiel an eine Anode (eine P-Seite) einer DC-Energiequelle 11 anschließbar. Mit anderen Worten ist der erste Elektrodenanschluss 1 ein Anodeneingangsanschluss. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist mit der ersten Zweigschalteinheit, der dritten Zweigschalteinheit und der fünften Zweigschalteinheit verbunden. Ähnlich ist der zweite Elektrodenanschluss 2 zum Beispiel an eine Kathode (eine N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar. Mit anderen Worten ist der zweite Elektrodenanschluss 2 ein Kathodeneingangsanschluss. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist mit der zweiten Zweigschalteinheit, der vierten Zweigschalteinheit und der sechsten Zweigschalteinheit verbunden.
  • Wieder mit Bezug auf 2 kann der erste Elektrodenanschluss 1 an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein, der zweite Elektrodenanschluss 2 kann an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein und der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein an eine Bremsschaltung (nicht gezeigt) anschließbarer Ausgangsanschluss sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein, der zweite Elektrodenanschluss 2 kann an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein und der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein an die Bremsschaltung anschließbarer Ausgangsanschluss sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein an die Bremsschaltung anschließbarer Ausgangsanschluss sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein an die Bremsschaltung anschließbarer Ausgangsanschluss sein. Das heißt, der erste Elektrodenanschluss 1 ist entweder ein DC-Anodenanschluss oder ein DC-Kathodenanschluss. Entweder der zweite Elektrodenanschluss 2 oder der dritte Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem DC-Anodenanschluss und dem DC-Kathodenanschluss. Der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist ein Ausgangsanschluss wie ein Bremsausgangsanschluss. Der erste Elektrodenanschluss 1 und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 können DC-Eingangsanschlüsse sein.
  • Als Nächstes werden die Funktion und Wirkung des Halbleitermoduls gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In dem Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 entlang der ersten Richtung A1 angeordnet. Der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind entlang der zweiten Richtung A2 orthogonal zu der ersten Richtung A1 angeordnet. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist an einer Position angeordnet, an der die erste Richtung A1 die zweite Richtung A2 kreuzt. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind AC-Ausgangsanschlüsse. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss. Mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Dadurch können der Anodenanschluss und der Kathodenanschluss entlang der ersten Richtung A1 oder entlang der zweiten Richtung A2 angeordnet werden. Somit kann der Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls verbessert werden. Weiter kann der Freiheitsgrad zum Entwurf einer Sammelschiene verbessert werden. Deshalb kann der Entwurfszeitraum für das Halbleitermodul verkürzt werden. Weiter kann das Halbleitermodul standardisiert werden.
  • Weiter sind in dem Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 AC-Ausgangsanschlüsse. Der erste Elektrodenanschluss 1 und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 sind DC-Eingangsanschlüsse. Dadurch kann der Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls 10, das zum Beispiel als ein Inverter verwendet wird, verbessert werden.
  • Weiter ist in dem Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist ein Ausgangsanschluss. Dadurch kann der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 effektiv als ein Ausgangsanschluss wie ein Bremsanschluss verwendet werden.
  • Weiter weist das Halbleitermodul 10 gemäß der ersten Ausführungsform ein Halbleiterelement auf, das elektrisch mit dem ersten Elektrodenanschluss verbunden ist. Das Halbleiterelement besteht aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke, der eine größere Bandlücke als die von Silizium aufweist. Ein Halbleiter mit breiter Bandlücke wie SiC oder GaN weist während eines schnellen Schaltens einen geringen Verlust auf und ist im Vergleich mit einem Silizium-Halbleiter hervorragend bei einer hohen Temperaturtoleranz. Entsprechend wird der Halbleiter mit breiter Bandlücke oft bei einer Frequenz verwendet, die höher ist als diejenige der Gegebenheit, die für eine Silizium-Halbleitervorrichtung verwendet wird (d.h. bei einer schnell schaltenden Gegebenheit). Wenn der Halbleiter mit breiter Bandlücke bei der schnellen Schaltbedingung verwendet wird, wird dV/dt erhöht, und somit ist es notwendig, eine Stoßspannung zu reduzieren. Der Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls wird durch Verwenden der Anordnung der Anschlüsse des vorstehend beschriebenen Halbleitermoduls 10 erhöht. Als ein Ergebnis wird der Freiheitsgrad zum Anordnen eines Snubbers (Dämpfers) zum Reduzieren eines Stoßes erhöht. Deshalb wird das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform geeignet verwendet, wenn das Halbleiterelement aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Anordnung eines Halbleitermoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Halbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, dass sowohl der zweite Elektrodenanschluss 2 als auch der dritte Elektrodenanschluss 3 DC-Anodenanschlüsse oder DC-Kathodenanschlüsse sind. Davon abgesehen ist das Halbleitermodul gemäß der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen identisch mit dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 können der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 an eine DC-Energiequelle 11 anschließbar sein. Insbesondere ist der erste Elektrodenanschluss 1 an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 sind an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar. Mit anderen Worten ist der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodeneingangsanschluss, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 sind DC-Kathodeneingangsanschlüsse. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 können an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar sein. Mit anderen Worten kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodeneingangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 können DC-Anodeneingangsanschlüsse sein. Der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 weisen das gleiche elektrische Potential auf.
  • Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodenausgangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 können DC-Kathodenausgangsanschlüsse sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodenausgangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 können DC-Anodenausgangsanschlüsse sein. Das heißt, der erste Elektrodenanschluss 1 ist entweder ein DC-Anodenanschluss oder ein DC-Kathodenanschluss, und sowohl der zweite Elektrodenanschluss 2 als auch der dritte Elektrodenanschluss 3 sind der andere von dem DC-Anodenanschluss und dem DC-Kathodenanschluss.
  • In dem Halbleitermodul 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ist sowohl der zweite Elektrodenanschluss als auch der dritte Elektrodenanschluss der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Dadurch sind der Anodenanschluss und der Kathodenanschluss, die zum Beispiel mit einer Hauptenergiequelle verbunden sind, in zwei Richtungen angeordnet, d.h. die erste Richtung A1 und die zweite Richtung A2. Der Freiheitsgrad zum Entwerfen einer Sammelschiene kann verbessert werden. Weiter kann der Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls verbessert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Anordnung eines Halbleitermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Halbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform hauptsächlich darin, dass entweder der zweite Elektrodenanschluss 2 oder der dritte Elektrodenanschluss 3 ein Anschluss ohne Kontakt ist. Abgesehen davon ist das Halbleitermodul gemäß der dritten Ausführungsform im Wesentlichen identisch mit dem Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Mit Bezug auf 1 und 2 kann entweder der zweite Elektrodenanschluss 2 oder der dritte Elektrodenanschluss 3 ein Anschluss sein, der nicht mit der DC-Energiequelle 11 verbunden ist, und der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 kann ein Anschluss sein, der mit der DC-Energiequelle 11 verbunden ist. Zum Beispiel ist der erste Elektrodenanschluss 1 an die Anode (P-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar, der zweite Elektrodenanschluss 2 ist an die Kathode (N-Seite) der DC-Energiequelle 11 anschließbar und der dritte Elektrodenanschluss 3 ist nicht mit der DC-Energiequelle 11 verbunden. Mit anderen Worten ist der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodeneingangsanschluss, der zweite Elektrodenanschluss 2 ist ein DC-Kathodeneingangsanschluss und der dritte Elektrodenanschluss 3 ist ein Anschluss ohne Kontakt. Der Anschluss ohne Kontakt ist mit keinem Anschluss verbunden außer dem Anschluss ohne Kontakt. Das heißt, der Anschluss ohne Kontakt weist ein elektrisches Potential auf, das von einem elektrischen Potential innerhalb des Halbleitermoduls isoliert ist (d.h. ein unverbundenes elektrisches Potential).
  • Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodeneingangsanschluss sein, der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein DC-Anodeneingangsanschluss sein, und der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodeneingangsanschluss sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein DC-Anodeneingangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodeneingangsanschluss sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein DC-Kathodeneingangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein.
  • Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodenausgangsanschluss sein, der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein DC-Kathodenausgangsanschluss sein, und der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodenausgangsanschluss sein, der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein DC-Anodenausgangsanschluss sein, und der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Kathodenausgangsanschluss sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein DC-Anodenausgangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Alternativ kann der erste Elektrodenanschluss 1 ein DC-Anodenausgangsanschluss sein, der dritte Elektrodenanschluss 3 kann ein DC-Kathodenausgangsanschluss sein, und der zweite Elektrodenanschluss 2 kann ein Anschluss ohne Kontakt sein. Das heißt, in der dritten Ausführungsform ist der erste Elektrodenanschluss 1 entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss. Einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist ein Anschluss ohne Kontakt.
  • In dem Halbleitermodul 10 gemäß der dritten Ausführungsform ist einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist ein Anschluss ohne Kontakt. Der Anschluss ohne Kontakt ist elektrisch von den anderen Anschlüssen isoliert. Entsprechend kann der Anschluss ohne Kontakt als eine mechanische strukturelle Unterstützung für ein Schaltungssubstrat, eine elektronische Komponente oder dergleichen verwendet werden, die das Halbleitermodul steuert. Eine starrere Gehäusestruktur kann durch ein Vermehren von Elementen erzielt werden, welche die Gehäusestruktur unterstützen.
  • Vierte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Anordnung einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der vierten Ausführungsform weist zum Beispiel mindestens ein Halbleitermodul 10 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform auf.
  • Wie in 4 gezeigt, weist die Energiewandlungsvorrichtung 100 hauptsächlich zum Beispiel ein erstes Halbleitermodul 10a, ein zweites Halbleitermodul 10b, ein drittes Halbleitermodul 10c, ein viertes Halbleitermodul 10d, eine erste Sammelschiene 14 und eine zweite Sammelschiene 15 auf. Das erste Halbleitermodul 10a, das zweite Halbleitermodul 10b und das dritte Halbleitermodul 10c sind entlang einer Längsrichtung des Basisteils 7 angeordnet. Das vierte Halbleitermodul 10d ist so angeordnet, dass eine kurze Richtung des vierten Halbleitermoduls 10d parallel zu einer Längsrichtung des ersten Halbleitermoduls 10a liegt. Mit anderen Worten ist das vierte Halbleitermodul 10d so vorgesehen, dass die kurze Richtung des vierten Halbleitermoduls 10d einer längeren Seite des ersten Halbleitermoduls 10a gegenüberliegt. Das vierte Halbleitermodul 10d ist so vorgesehen, dass eine kürzere Seite des vierten Halbleitermoduls 10d einer längeren Seite des ersten Halbleitermodul 10a gegenüberliegt.
  • Die erste Sammelschiene 14 und die zweite Sammelschiene 15 sind plattenartige Elektrodenverdrahtungen. Die erste Sammelschiene 14 und die zweite Sammelschiene 15 sind zum Beispiel so angeordnet, dass sie in der Lage sind, eine elektrische Energie an den ersten Elektrodenanschluss 1, den zweiten Elektrodenanschluss 2 und den dritten Elektrodenanschluss 3 bereitzustellen. Der erste Elektrodenanschluss 1 des ersten Halbleitermoduls 10a, der erste Elektrodenanschluss 1 des zweiten Halbleitermoduls 10b, der erste Elektrodenanschluss 1 des dritten Halbleitermoduls 10c und der erste Elektrodenanschluss 1 des vierten Halbleitermoduls 10d sind durch die erste Sammelschiene 14 elektrisch verbunden. Ähnlich sind der dritte Elektrodenanschluss 3 des ersten Halbleitermoduls 10a, der dritte Elektrodenanschluss 3 des zweiten Halbleitermoduls 10b, der dritte Elektrodenanschluss 3 des dritten Halbleitermoduls 10c und der zweite Elektrodenanschluss 2 des vierten Halbleitermoduls 10d durch die zweite Sammelschiene 15 elektrisch verbunden. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist zum Beispiel ein Anodenanschluss. Der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 sind zum Beispiel Kathodenanschlüsse. Durch Verbinden der zweiten Sammelschiene 15 mit dem zweiten Elektrodenanschluss 2 anstelle des dritten Elektrodenanschlusses 3 des vierten Halbleitermoduls 10d, wie vorstehend beschrieben, kann die Gesamtlänge der zweiten Sammelschiene 15 verkürzt werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Als Nächstes wird eine Anordnung einer Energiewandlungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform weist zum Beispiel mindestens ein Halbleitermodul 10 gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform auf. Die Energiewandlungsvorrichtung 100 ist zum Beispiel eine Invertervorrichtung, eine Konvertervorrichtung, ein Servoverstärker oder eine Energiequelleneinheit.
  • Wie in 5 gezeigt, weist eine solche Energiewandlungsvorrichtung 100 zum Beispiel hauptsächlich ein fünftes Halbleitermodul 10e, ein sechstes Halbleitermodul 10f, einen Analog-Digital-(A-D-)Wandler 16, eine integrierte Schaltung 17, eine Isolierungsschaltung 18, eine integrierte Schaltung 19, eine dritte Sammelschiene 25 und eine vierte Sammelschiene 25 auf. Das fünfte Halbleitermodul 10e ist zum Beispiel ein Konverter. Das fünfte Halbleitermodul 10e weist Dioden D8 bis D13 auf. Ein Verbindungspunkt zwischen der Diode D8 und der Diode D9 ist mit dem sechsten Elektrodenanschluss 6 verbunden. Der sechste Elektrodenanschluss 6 ist zum Beispiel ein T-Phasen-Eingangsanschluss. Ein Verbindungspunkt zwischen der Diode D10 und der Diode D11 ist mit dem fünften Elektrodenanschluss 5 verbunden. Der fünfte Elektrodenanschluss 5 ist zum Beispiel ein S-Phasen-Eingangsanschluss. Ein Verbindungspunkt zwischen der Diode D12 und der Diode D13 ist mit dem vierten Elektrodenanschluss 4 verbunden. Der vierte Elektrodenanschluss 4 ist zum Beispiel ein R-Phasen-Eingangsanschluss. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind so vorgesehen, dass sie mit der AC-Energiequelle 11 verbunden werden können.
  • Obwohl die vorstehende Beschreibung einen Fall beschreibt, in welchem der vierte Elektrodenanschluss 4 ein R-Phasen-AC-Eingangsanschluss ist, der fünfte Elektrodenanschluss 5 ein S-Phasen-AC-Eingangsanschluss ist und der sechste Elektrodenanschluss 6 ein T-Phasen-AC-Eingangsanschluss ist, ist die Phase jedes Anschlusses nicht auf die vorstehend beschriebene Phase beschränkt. Zum Beispiel können der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 jeweils S-Phasen-, T-Phasen- und R-Phasen-AC-Eingangsanschlüsse sein, können jeweils T-Phasen-, R-Phasen- und S-Phasen-AC-Eingangsanschlüsse sein, können jeweils R-Phasen-, T-Phasen- und S-Phasen-AC-Eingangsanschlüsse sein, können jeweils S-Phasen-, R-Phasen- und T-Phasen-AC-Eingangsanschlüsse sein oder können jeweils T-Phasen-, S-Phasen- und R-Phasen-AC-Eingangsanschlüsse sein.
  • Der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 sind ausgelegt, in der Lage zu sein, Gleichstrom auszugeben. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist zum Beispiel ein Anodenausgangsanschluss. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist mit der Diode D8, der Diode D10 und der Diode D12 verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist zum Beispiel ein Kathodenausgangsanschluss. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist mit der Diode D9, der Diode D11 und der Diode D13 verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 3 kann anstelle des zweiten Elektrodenanschlusses 2 mit der Diode D9, der Diode D11 und der Diode D13 verbunden sein, oder sowohl der zweite Elektrodenanschluss 2 als auch der dritte Elektrodenanschluss 3 können mit der Diode 9, der Diode 11 und der Diode 13 verbunden sein. Das heißt, der erste Elektrodenanschluss und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss und dem dritten Elektrodenanschluss können Gleichstromausgangsanschlüsse sein.
  • Wie in 5 gezeigt, weist das sechste Halbleitermodul 10f zum Beispiel eine Inverterschaltung und eine Bremsschaltung auf. Die Inverterschaltung weist eine Anordnung auf, die im Wesentlichen identisch zu der in der ersten Ausführungsform beschriebenen Anordnung ist. Die Bremsschaltung weist eine Diode D7 und ein Schaltelement S7 auf. Die Diode D7 ist mit dem ersten Elektrodenanschluss 1 verbunden. Das Schaltelement S7 ist mit dem zweiten Elektrodenanschluss 2 verbunden. Ein Ausgangselektrodenanschluss der Bremsschaltung kann in dem sechsten Halbleitermodul 10f vorgesehen sein. Ein Stromsensor 13 ist ausgelegt, in der Lage zu sein, einen Wechselstrom zu erfassen. Der Stromsensor 13 ist zum Beispiel in einer Verdrahtung vorgesehen, welche den sechsten Elektrodenanschluss 6 und eine Last 12 wie einen Motor verbindet. Der Stromsensor 13 kann zum Beispiel in einer Verdrahtung vorgesehen sein, welche den fünften Elektrodenanschluss 5 und eine Last 12 wie einen Motor verbindet. Ein Signal, das von dem Stromsensor 13 erfasst wird, wird an den A-D-Wandler 16 gesendet. In dem A-D-Wandler 16 wird das durch den Stromsensor 13 erfasste Signal einer A-D-Wandlung unterzogen. Das der A-D-Wandlung unterzogene Signal wird an die integrierte Schaltung 17 gesendet. Die integrierte Schaltung 17 ist zum Beispiel ein Mikro-Computer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Die integrierte Schaltung 17 ist mit der Isolierungsschaltung 18 verbunden. Die Isolierungsschaltung 18 ist mit der integrierten Schaltung 19 verbunden. Die integrierte Schaltung 19 ist zum Beispiel eine Treiberschaltung oder eine Schutzschaltung. Die integrierte Schaltung 19 steuert zum Beispiel Gate-Anschlüsse der Schaltelemente S1 bis S7.
  • Wie in 5 gezeigt, ist der erste Elektrodenanschluss 1 des fünften Halbleitermoduls 10e durch die dritte Sammelschiene 24 mit dem ersten Elektrodenanschluss 1 des sechsten Halbleitermoduls 10f verbunden. Ähnlich ist der zweite Elektrodenanschluss 2 des fünften Halbleitermoduls 10e durch die vierte Sammelschiene 25 mit dem zweiten Elektrodenanschluss 2 des sechsten Halbleitermoduls 10f verbunden. Wie in 5 gezeigt, sind der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 des fünften Halbleitermoduls 10e DC-Ausgangsanschlüsse und der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 des fünften Halbleitermoduls 10e sind AC-Eingangsanschlüsse. Andererseits sind der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 des sechsten Halbleitermoduls 10f DC-Eingangsanschlüsse und der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 des sechsten Halbleitermoduls 10f sind AC-Ausgangsanschlüsse.
  • Wenn der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 AC-Eingangsanschlüsse sind, ist der erste Elektrodenanschluss 1 entweder ein Anodenausgangsanschluss oder ein Kathodenausgangsanschluss, und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem Anodenausgangsanschluss und dem Kathodenausgangsanschluss. Wenn der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 AC-Ausgangsanschlüsse sind, ist der erste Elektrodenanschluss 1 entweder ein Anodeneingangsanschluss oder ein Kathodeneingangsanschluss, und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem Anodeneingangsanschluss und dem Kathodeneingangsanschluss.
  • Die Energiewandlungsvorrichtung 100 kann weiter ein siebtes Halbleitermodul 10g aufweisen, wie in 6 gezeigt. Da die Anordnung des siebten Halbleitermoduls 10g im Wesentlichen mit derjenigen des sechsten Halbleitermoduls 10f identisch ist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt. Der erste Elektrodenanschluss 1 des fünften Halbleitermoduls 10e, der erste Elektrodenanschluss 1 des sechsten Halbleitermoduls 10f und der erste Elektrodenanschluss 1 des siebten Halbleitermoduls 10g sind durch die dritte Sammelschiene 24 verbunden. Ähnlich sind der zweite Elektrodenanschluss 2 des fünften Halbleitermoduls 10e, der zweite Elektrodenanschluss 2 des sechsten Halbleitermoduls 10f und der zweite Elektrodenanschluss 2 des siebten Halbleitermoduls 10g durch die vierte Sammelschiene 25 verbunden.
  • In dem fünften Halbleitermodul 10e gemäß der fünften Ausführungsform sind der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 AC-Eingangsanschlüsse. Der erste Elektrodenanschluss 1 und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 sind DC-Ausgangsanschlüsse. Dadurch kann der Freiheitsgrad zum Anordnen des Halbleitermoduls 10, das zum Beispiel als ein Konverter verwendet wird, verbessert werden.
  • Weiter kann in der Energiewandlungsvorrichtung 100 gemäß der fünften Ausführungsform, da der Freiheitsgrad zum Anordnen jedes einer Mehrzahl von Halbleitermodulen 10 hoch ist, die Mehrzahl von Halbleitermodulen 10 in einer kompakten Weise angeordnet werden. Als ein Ergebnis kann die Energiewandlungsvorrichtung 100 verkleinert werden. Weiter kann ein Ansteigen einer Induktivität durch Optimieren der Auslegung der Sammelschienen verhindert werden. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, einen Snubber zum Unterdrücken eines Spannungsstoßes hinzuzufügen, und somit kann die Energiewandlungsvorrichtung 100 weiter verkleinert werden.
  • Sechste Ausführungsform
  • Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleitermoduls beschrieben.
  • Zuerst wird ein Basisteilherstellungsschritt (S10: 7) ausgeführt. Mit Bezug auf 8 wird ein Basisteil (Gehäuse), das mit dem ersten Elektrodenanschluss 1, dem zweiten Elektrodenanschluss 2, dem dritten Elektrodenanschluss 3, dem vierten Elektrodenanschluss 4, dem fünften Elektrodenanschluss 5, dem sechsten Elektrodenanschluss 6 und einer internen Schaltung 40 versehen ist, hergestellt. Der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 sind entlang einer ersten Richtung A1 angeordnet. Der dritte Elektrodenanschluss 3, der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind entlang einer zweiten Richtung A2 orthogonal zu der ersten Richtung angeordnet. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist an einer Position angeordnet, an der die erste Richtung A1 die zweite Richtung A2 kreuzt.
  • Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 sind zum Beispiel AC-Ausgangsanschlüsse. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 können AC-Eingangsanschlüsse sein. Der erste Elektrodenanschluss 1 ist entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss. Mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 ist der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss. Die Elektrodenanschlüsse 1 bis 6 sind elektrisch voneinander isoliert. Insbesondere ist der zweite Elektrodenanschluss 2 elektrisch von dem dritten Elektrodenanschluss 3 isoliert. Ähnlich ist der zweite Elektrodenanschluss 2 elektrisch von dem ersten Elektrodenanschluss 1 isoliert. Ähnlich ist der erste Elektrodenanschluss 1 elektrisch von dem dritten Elektrodenanschluss 3 isoliert.
  • Die interne Schaltung 40 weist zum Beispiel hauptsächlich Verdrahtungen 20, 21 und 22, Schaltelemente S1 und S2, Dioden D1 und D2 und ein Substrat 39 auf, wie in 8 gezeigt. Die Verdrahtungen 20, 21 und 22 sind so auf dem Substrat 39 angeordnet, dass sie voneinander getrennt sind. Das Schaltelement S1 und die Diode D1 sind auf der Verdrahtung 21 angeordnet. Das Schaltelement S2 und die Diode D2 sind auf der Verdrahtung 22 angeordnet.
  • Als Nächstes wird ein Anschlussverbindungsschritt (S20: 7) ausgeführt. Insbesondere werden die Elektrodenanschlüsse 1 bis 6 mit der internen Schaltung 40 verbunden, wie in 9 gezeigt. Mit Bezug auf 9 wird der erste Elektrodenanschluss 1 unter Verwendung eines Drahts 32 mit der Verdrahtung 21 verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 2 wird unter Verwendung eines Drahts 31 mit der Verdrahtung 20 verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 3 wird mit keinem anderen Elektrodenanschluss verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 3 wird nicht mit der internen Schaltung 40 verbunden. Mit anderen Worten wird der dritte Elektrodenanschluss 3 als ein Anschluss ohne Kontakt verwendet. Der vierte Elektrodenanschluss 4 wird unter Verwendung eines Drahts 37 mit der Verdrahtung 22 verbunden. Die Verdrahtung 22 ist unter Verwendung eines Drahts 36 mit der Diode D1 verbunden. Die Diode D1 ist unter Verwendung eines Drahts 35 mit dem Schaltelement S1 verbunden. Die Verdrahtung 20 ist unter Verwendung eines Drahts 33 mit der Diode D2 verbunden. Die Diode D2 ist unter Verwendung eines Drahts 34 mit dem Schaltelement S2 verbunden. Der erste Elektrodenanschluss 1 und der zweite Elektrodenanschluss 2 werden als DC-Eingangsanschlüsse verwendet. Der erste Elektrodenanschluss 1 wird als ein Anodenanschluss verwendet, und der zweite Elektrodenanschluss 2 wird als ein Kathodenanschluss verwendet. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 werden als AC-Ausgangsanschlüsse verwendet.
  • In dem Anschlussverbindungsschritt (S20: 7) können die Elektrodenanschlüsse 1 bis 6 mit der internen Schaltung 40 verbunden werden, wie in 10 gezeigt. Mit Bezug auf 10 ist der erste Elektrodenanschluss 1 unter Verwendung des Drahts 32 mit der Verdrahtung 21 verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 3 ist unter Verwendung eines Drahts 38 mit der Verdrahtung 20 verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist mit keinem anderen Anschluss verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist nicht mit der internen Schaltung 40 verbunden. Mit anderen Worten wird der zweite Elektrodenanschluss 2 als ein Anschluss ohne Kontakt verwendet. Der erste Elektrodenanschluss 1 und der dritte Elektrodenanschluss 3 werden als DC-Eingangsanschlüsse verwendet. Der erste Elektrodenanschluss 1 wird als ein Anodenanschluss verwendet, und der dritte Elektrodenanschluss 3 wird als ein Kathodenanschluss verwendet. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 werden als AC-Ausgangsanschlüsse verwendet. Abgesehen davon ist die Anordnung identisch mit derjenigen, die in 9 beschrieben ist.
  • In dem Anschlussverbindungsschritt (S20: 7) können die Elektrodenanschlüsse 1 bis 6 mit der internen Schaltung 40 verbunden werden, wie in 11 gezeigt. Mit Bezug auf 11 ist der erste Elektrodenanschluss 1 unter Verwendung des Drahts 32 mit der Verdrahtung 21 verbunden. Der dritte Elektrodenanschluss 3 ist unter Verwendung des Drahts 38 mit der Verdrahtung 20 verbunden. Der zweite Elektrodenanschluss 2 ist unter Verwendung des Drahts 31 mit der Verdrahtung 20 verbunden. Der erste Elektrodenanschluss 1, der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 werden als DC-Eingangsanschlüsse verwendet. Der erste Elektrodenanschluss 1 wird als ein Anodenanschluss verwendet, und der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 werden als Kathodenanschlüsse verwendet. Der vierte Elektrodenanschluss 4, der fünfte Elektrodenanschluss 5 und der sechste Elektrodenanschluss 6 werden als AC-Ausgangsanschlüsse verwendet. Abgesehen davon ist die Anordnung identisch mit derjenigen, die in 9 beschrieben ist.
  • Es sollte beachtet werden, dass die Drähte, welche die Elektrodenanschlüsse 1 bis 6 und die interne Schaltung 40 verbinden, zum Beispiel aus einem Material wie Aluminium oder Gold gefertigt sein können. Weiter kann eine Metallplatte oder dergleichen anstelle eines Drahts verwendet werden. Elemente können durch Wire-Bonding verbunden werden, wie vorstehend beschrieben, oder können durch Lötverbinden oder Ultraschallverbinden verbunden werden.
  • Wie in 9 bis 11 gezeigt, ist in dem Verfahren zur Herstellung des Halbleitermoduls 10 gemäß der sechsten Ausführungsform mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 elektrisch mit der internen Schaltung 40 verbunden. Das heißt, es ist möglich, dass nur einer von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 mit der internen Schaltung 40 verbunden ist, oder dass sowohl der zweite Elektrodenanschluss 2 und der dritte Elektrodenanschluss 3 mit der internen Schaltung 40 verbunden sind. Mit anderen Worten wird die Verbindung des zweiten Elektrodenanschlusses 2 und des dritten Elektrodenanschlusses 3 mit der internen Schaltung 40 selektiv ausgeführt. Jeder von dem zweiten Elektrodenanschluss 2 und dem dritten Elektrodenanschluss 3 muss nur so auf dem Basisteil 7 vorgesehen sein, dass er mit der internen Schaltung 40 verbunden werden kann, und kann mit der internen Schaltung 40 verbunden werden oder braucht nicht mit der internen Schaltung 40 verbunden zu werden. Somit ist der zweite Elektrodenanschluss 2 innerhalb des Basisteils 7 elektrisch von dem dritten Elektrodenanschluss 3 isoliert. In einer Zusammenbauphase des Halbleitermoduls 10 wird das elektrische Verbinden oder Nicht-Verbinden des zweiten Elektrodenanschlusses 2 und des dritten Elektrodenanschlusses 3 mit der internen Schaltung 40 selektiv ausgeführt. Das heißt, drei in 9 bis 11 gezeigte Arten von Halbleitermodulen 10 können durch Verwenden von einer in 8 gezeigten Struktur und Verändern der Verbindung der Drähte in der Zusammenbauphase hergestellt werden. Somit kann, da vor dem Zusammenbau eine gemeinsame Struktur verwendet werden kann, die Handhabung der Komponenten des Halbleitermoduls 10 vereinfacht werden. Weiter kann der Prozess der Herstellung des Halbleitermoduls 10 verallgemeinert werden. Entsprechend kann die Bearbeitungszeit zum Herstellen des Halbleitermoduls 10 verkürzt werden.
  • Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte verstanden werden, dass die hier offenbarten Ausführungsformen darstellend und in keinem Aspekt beschränkend sind. Der Gültigkeitsumfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Gültigkeitsumfang der Ansprüche definiert und ist vorgesehen, Modifikationen innerhalb des Gültigkeitsumfangs und einer Bedeutung, die äquivalent zu dem Gültigkeitsumfang der Ansprüche ist, einzuschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1–6
    Elektrodenanschluss
    7
    Basisteil
    8
    Verbindungselement
    10, 10a–10g
    Halbleitermodul
    11
    Energiequelle
    12
    Last
    13
    Stromsensor
    14, 15
    Sammelschiene
    16
    Analog-Digital-Wandler, A-D-Wandler
    17
    integrierte Schaltung
    18
    Isolierungsschaltung
    19
    integrierte Schaltung
    20, 21, 22
    Verdrahtung
    24, 25
    Sammelschiene
    31–38
    Draht
    39
    Substrat
    40
    interne Schaltung
    100
    Energiewandlungsvorrichtung
    A1
    erste Richtung
    A2
    zweite Richtung
    D1–D13
    Diode
    S1–S7
    Schaltelement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2008-166421 [0002, 0002]
    • JP 2013-055739 [0002]

Claims (9)

  1. Halbleitermodul (10), aufweisend: einen ersten Elektrodenanschluss (1) und einen zweiten Elektrodenanschluss (2), die entlang einer ersten Richtung (A1) angeordnet sind; und einen dritten Elektrodenanschluss (3), einen vierten Elektrodenanschluss (4), einen fünften Elektrodenanschluss (5) und einen sechsten Elektrodenanschluss (6), die entlang einer zweiten Richtung (A2) orthogonal zu der ersten Richtung (A1) angeordnet sind, wobei der erste Elektrodenanschluss (1) an einer Position angeordnet ist, an der die erste Richtung (A1) die zweite Richtung (A2) kreuzt, wobei der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) AC-Ausgangsanschlüsse oder AC-Eingangsanschlüsse sind, wobei der erste Elektrodenanschluss (1) entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss ist, wobei mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist.
  2. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, wobei der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) AC-Ausgangsanschlüsse sind, und der erste Elektrodenanschluss (1) und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) DC-Eingangsanschlüsse sind.
  3. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, wobei einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist und der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) ein Ausgangsanschluss ist.
  4. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, wobei sowohl der zweite Elektrodenanschluss (2) als auch der dritte Elektrodenanschluss (3) der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist.
  5. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, wobei einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist, und der andere von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) ein Anschluss ohne Kontakt ist.
  6. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend ein Halbleiterelement, das elektrisch mit dem ersten Elektrodenanschluss (1) verbunden ist, wobei das Halbleiterelement aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht, der eine größere Bandlücke als die von Silizium aufweist.
  7. Halbleitermodul (10) gemäß Anspruch 1, wobei der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) AC-Eingangsanschlüsse sind, und der erste Elektrodenanschluss (1) und mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) DC-Ausgangsanschlüsse sind.
  8. Eine Energiewandlungsvorrichtung (100), die mindestens ein Halbleitermodul gemäß Anspruch 1 aufweist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls (10), das die Schritte aufweist: Herstellen eines Basisteils (7), das mit einem ersten Elektrodenanschluss (1) und einem zweiten Elektrodenanschluss (2), die entlang einer ersten Richtung (A1) angeordnet sind, einem dritten Elektrodenanschluss (3), einem vierten Elektrodenanschluss (4), einem fünften Elektrodenanschluss (5) und einem sechsten Elektrodenanschluss (6), die entlang einer zweiten Richtung (A2) orthogonal zu der ersten Richtung (A1) angeordnet sind, und einer internen Schaltung (40) versehen ist, wobei der erste Elektrodenanschluss (1) an einer Position angeordnet ist, an der die erste Richtung (A1) die zweite Richtung (A2) kreuzt, wobei der vierte Elektrodenanschluss (4), der fünfte Elektrodenanschluss (5) und der sechste Elektrodenanschluss (6) AC-Ausgangsanschlüsse oder AC-Eingangsanschlüsse sind, wobei der erste Elektrodenanschluss (1) entweder ein Anodenanschluss oder ein Kathodenanschluss ist, wobei mindestens einer von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) der andere von dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss ist, wobei der zweite Elektrodenanschluss (2) elektrisch von dem dritten Elektrodenanschluss (3) isoliert ist; und elektrisches Verbinden von mindestens einem von dem zweiten Elektrodenanschluss (2) und dem dritten Elektrodenanschluss (3) mit der internen Schaltung (40).
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