DE102016212032A1 - Halbleitermodul - Google Patents

Halbleitermodul Download PDF

Info

Publication number
DE102016212032A1
DE102016212032A1 DE102016212032.8A DE102016212032A DE102016212032A1 DE 102016212032 A1 DE102016212032 A1 DE 102016212032A1 DE 102016212032 A DE102016212032 A DE 102016212032A DE 102016212032 A1 DE102016212032 A1 DE 102016212032A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor
semiconductor chip
drain plate
semiconductor module
front side
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016212032.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Inaba
Yoshinari Ikeda
Katsumi Taniguchi
Daisuke Kimijima
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE102016212032A1 publication Critical patent/DE102016212032A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
    • H01L23/49833—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers the chip support structure consisting of a plurality of insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/528—Geometry or layout of the interconnection structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/074—Stacked arrangements of non-apertured devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H01L29/1608—Silicon carbide
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/061—Disposition
    • H01L2224/0618—Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/06181—On opposite sides of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
    • H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
    • H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
    • H01L2225/06589—Thermal management, e.g. cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102—Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025—Semiconducting materials
    • H01L2924/1026—Compound semiconductors
    • H01L2924/1027—IV
    • H01L2924/10272—Silicon Carbide [SiC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Abstract

In einem Halbleitermodul sind zweite Halbleiter-Chips (Dioden) näher an einem laminierten Substrat als erste Halbleiter-Chips (MOSFET) angeordnet. Wenn ein Steuersignal, das den Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips (MOSFET) zugeführt wird, ausgeschaltet wird, fließt elektrischer Strom, der durch eine Spannung von den Source-Anschlüssen zu einer Drain-Platte erzeugt wird, hauptsächlich durch die zweiten Halbleiter-Chips (Dioden).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die hier besprochene Ausführungsform betrifft ein Halbleitermodul.
  • 2. Allgemeiner Stand der Technik
  • Als eine Art von Halbleitervorrichtungen werden Halbleitermodule, die jeweils mit einer Vielzahl von Halbleiterelementen (Schaltelementen), wie etwa einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und einem Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), versehen sind, weitgehend verwendet. Beispielsweise wird das Schalten, Umwandeln oder eine andere Funktion umgesetzt, indem diese Halbleitermodule parallel geschaltet werden. Unter diesen Halbleitermodulen weisen nicht isolierte Halbleitermodule, die keine isolierende Funktion darin aufweisen, im Vergleich zu isolierten Halbleitermodulen eine geringe Induktivität in der internen Verdrahtung auf.
  • Ein nicht isoliertes Halbleitermodul weist einen Gate-Anschluss und einen Source-Anschluss auf seiner oberen Oberfläche und einen Drain-Anschluss auf seiner unteren Oberfläche auf. Zudem sind Gate- und Source-Leiter zusammen auf der oberen Oberfläche angeordnet, ein Drain-Leiter ist auf der unteren Oberfläche angeordnet, und diese Leiter sind von den oberen und unteren Seiten aus quetschverbunden, so dass das Halbleitermodul nach außen hin elektrisch verbunden ist (siehe beispielsweise die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 07-312410 ).
  • Als Materialien für die Schaltelemente werden Halbleitermaterialien mit breitem Bandabstand, wie etwa Siliziumcarbid, anstelle von Silizium verwendet. Diese Materialien ermöglichen es den Schaltelementen, über eine gewisse Hochspannungsbeständigkeit zu verfügen und ein schnelles Schalten zu erreichen.
  • Bei einem Schaltelement, das aus einem Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand hergestellt wird, wird eine Body-Diode (parasitäre Diode) intern in dem Schaltelement gebildet. Wenn das Schaltelement von Ein auf Aus geschaltet wird, wird eine Rückwärtsspannung angelegt, so dass elektrischer Strom durch die Body-Diode fließt. Daher nimmt für den Fall, dass ein derartiges Schaltelement in dem Halbleitermodul verwendet wird, wie in der japanischen Patent-Auslegeschrift 07-312410 offenbart, der Einschaltwiderstand des Schaltelements zu. Dadurch wird das Schaltelement erhitzt und verschlechtert sich, und somit können sich die Kennzeichen des Halbleitermoduls verschlechtern.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme erdacht, und eine Aufgabe derselben besteht darin, ein Halbleitermodul bereitzustellen, das die Verschlechterung eines Schaltelements, das aus einem Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand hergestellt wird, minimiert.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Halbleitermodul bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Drain-Platte, die eine Vorderseite und eine Rückseite, die elektrischen Strom empfängt, der von außen zugeführt wird, aufweist; ein laminiertes Substrat, das eine Isolierplatte und eine Platine umfasst und auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei die Isolierplatte, die eine Vorderseite und eine Rückseite, die mit der Drain-Platte zusammengefügt ist, aufweist, wobei die Platine auf der Vorderseite der Isolierplatte angeordnet ist; einen ersten Halbleiter-Chip, der eine Gate-Elektrode und eine Source-Elektrode auf einer Vorderseite des ersten Halbleiter-Chips und eine Drain-Elektrode auf einer Rückseite des ersten Halbleiter-Chips aufweist und auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei der erste Halbleiter-Chip ein Schaltelement umfasst, das aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand hergestellt wird, wobei die Drain-Elektrode mit der Drain-Platte elektrisch verbunden ist; einen zweiten Halbleiter-Chip, der eine Anode auf einer Vorderseite des zweiten Halbleiter-Chips und eine Kathode auf einer Rückseite des zweiten Halbleiter-Chips aufweist und zwischen dem ersten Halbleiter-Chip und dem laminierten Substrat auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiter-Chip ein Diodenelement umfasst, wobei die Kathode mit der Drain-Platte elektrisch verbunden ist; ein Verbindungselement, das konfiguriert ist, um die Source-Elektrode des ersten Halbleiter-Chips und die Platine elektrisch zu verbinden und um die Anode des zweiten Halbleiter-Chips und die Platine elektrisch zu verbinden; und einen Source-Anschluss, der auf der Platine angeordnet ist und konfiguriert ist, um den elektrischen Strom, der von dem ersten Halbleiter-Chip gesteuert wird, nach außen abzugeben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht eines Halbleitermoduls gemäß einer Ausführungsform;
  • 2A und 2B Querschnittsansichten des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform;
  • 3 die Bestückung von Kühlleitungen des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform;
  • 4A und 4B, 5, 6A und 6B, und 7 bis 9 die Konfiguration des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform;
  • 10 eine Schaltungsanordnung, die durch das Halbleitermodul der Ausführungsform gebildet wird;
  • 11A und 11B jeweils, wie elektrischer Strom in dem Halbleitermodul der Ausführungsform fließt;
  • 12 eine Schaltungsanordnung, die durch ein Halbleitermodul als Referenzbeispiel gebildet wird; und
  • 13 wie elektrischer Strom in dem Halbleitermodul fließt, als Referenzbeispiel.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird nun eine Ausführungsform mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen sich die gleichen Bezugszeichen überall auf die gleichen Elemente beziehen, ausführlich beschrieben.
  • Es wird ein Halbleitermodul einer Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben.
  • 1 ist eine Draufsicht eines Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform. 2A und 2B sind Querschnittsansichten des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform. Genauer gesagt ist 2A ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y1 aus 1 gesehen, und 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X-X aus 1 gesehen.
  • 3 bildet die Bestückung von Kühlleitungen des Halbleitermoduls der Ausführungsform ab. 3 ist eine Draufsicht des Halbleitermoduls 100 und bildet die Positionen von ersten und zweiten Halbleiter-Chips 410 und 420 und Nuten 201 und 202, die auf einer Drain-Platte 200 bereitgestellt werden, gestrichelt ab. Die Positionen der Kühlleitungen 813 und 823, die in einer Kühlvorrichtung 800 bereitgestellt werden, sind ebenfalls gestrichelt abgebildet.
  • Wie in 1, 2A und 2B abgebildet, weist das nicht isolierte Halbleitermodul 100 die Drain-Platte 200 und ein laminiertes Substrat 310 und erste und zweite Halbleiter-Chips 410 und 420, die auf der Vorderseite der Drain-Platte 200 angeordnet sind, auf. Jeder erste Halbleiter-Chip 410 umfasst einen MOSFET, und jeder zweite Halbleiter-Chip 420 umfasst eine Diode. In der Rückseite der Drain-Platte 200 sind die Nuten 201 und 202 quer über die Drain-Platte 200 gebildet. Die ersten und zweiten Halbleiter-Chips 410 und 420 sind in Randbereichen der Vorderseite der Drain-Platte 200, auf der anderen Seite der Nuten 201 und 202, angeordnet.
  • Das laminierte Substrat 310 wird durch schichtweises Anordnen einer Metallplatte 311, einer Isolierplatte 312, einer Gate-Platine 313a und einer Platine 313b gebildet.
  • Zudem weist das Halbleitermodul 100 Leiterplatten 500 und leitfähige Stützstifte 511 bis 515, die als Verbindungselemente zum elektrischen Verbinden der ersten Halbleiter-Chips 410, der zweiten Halbleiter-Chips 420 und des laminierten Substrats 310 dienen, auf. Ein Gate-Anschluss 330 ist auf der Gate-Platine 313a angeordnet, und ein Paar Source-Anschlüsse 320 ist auf der Platine 313b angeordnet. Bei dieser Verbindung ist ein Gate-Kontakt 610, der aus einem leitfähigen elastischen Element hergestellt wird, mit dem Gate-Anschluss 330 über eine Gate-Stütze 620 verbunden.
  • Die Seiten der Halbleitermodule 100, die wie zuvor konfiguriert sind, sind mit einem Gehäuse 700 abgedeckt, und der obere Teil des Halbleitermoduls 100 ist mit einem Deckel 600 abgedeckt, der eine Öffnung 601 und Löcher 602 aufweist. Der Gate-Kontakt 610 und die Source-Anschlüsse 320 werden aus der Öffnung 601 freigelegt, und die Löcher 602 sind auf die Schraubenlöcher 322 der Source-Anschlüsse 320 ausgerichtet.
  • Ferner ist die Kühlvorrichtung 800 auf der Rückseite der Drain-Platte 200 des Halbleitermoduls 100 angeordnet. Die Kühlvorrichtung 800 wird aus einem Metall mit guter Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer, hergestellt. Die Kühlvorrichtung 800 weist die eingebauten Kühlleitungen 813 und 823 auf, wie in 3 abgebildet. Kühlwasser wird in die Kühlleitungen 813 und 823 durch die Einlässe 811 und 821 eingeführt und aus den Auslässen 812 und 822 abgelassen. Die Kühlleitungen 813 und 823 sind unter den ersten und zweiten Halbleiter-Chips 410 und 420 anhand einer Zusammensetzung positioniert, um die ersten und zweiten Halbleiter-Chips 410 und 420 abzukühlen.
  • Bei dem obigen Halbleitermodul 100 ist die positive Elektrode einer externen Energiequelle (nicht abgebildet) mit der Rückseite der Kühlvorrichtung 800 verbunden, und die negative Elektrode der externen Energiequelle ist mit den Kontaktflächen 323 der Source-Anschlüsse 320 verbunden. Zudem ist in dem Halbleitermodul 100 ein externer Steueranschluss (nicht abgebildet) mit dem Gate-Kontakt 610 verbunden, und ein Steuersignal wird von dem externen Steueranschluss dem Gate-Kontakt 610 zugeführt.
  • Der Fluss von elektrischem Strom in diesem Fall wird später ausführlich beschrieben.
  • Nachstehend wird jeder Teil des Halbleitermoduls 100 mit Bezug auf 4A bis 9 beschrieben.
  • 4A bis 9 bilden die Konfiguration des Halbleitermoduls gemäß der Ausführungsform ab.
  • In dieser Hinsicht ist 4B eine Querschnittsansicht, die entlang der Strichpunktlinie Y3-Y3 aus 4A gesehen ist. 6A ist eine Ansicht, die von einem Pfeil A aus 5 aus gesehen ist, und 6B ist eine Ansicht, die von einem Pfeil B aus 5 aus gesehen ist.
  • 8 bildet eine Gate-Verdrahtungsebene 520 ab, die auf der Vorderseite der Leiterplatten 500 gebildet ist. 9 bildet eine Source-Verdrahtungsebene 530 ab, die auf der Rückseite der Leiterplatten 500 gebildet ist.
  • Wie in 4A und 4B abgebildet, wird die Drain-Platte 200 aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie etwa Kupfer, hergestellt, und die Nuten 201 und 202 sind quer über die Drain-Platte 200 auf der Rückseite der Drain-Platte 200 gebildet.
  • Das laminierte Substrat 310 ist an den mittleren Teil der Vorderseite der Drain-Platte 200 zwischen den Nuten 201 und 202 gelötet. Das laminierte Substrat 310 umfasst die Metallplatte 311, die Isolierplatte 312, die Gate-Platine 313a, die in dem mittleren Teil der Vorderseite der Isolierplatte 312 angeordnet ist, und die Platine 313b, welche die Gate-Platine 313a umgibt. Daher bewahren die Gate-Platine 313a und Platine 313b die Isoliereigenschaft.
  • Jeder erste Halbleiter-Chip 410 umfasst einen Leistungs-MOSFET, der aus Siliziumcarbid angefertigt wird, wobei es sich um einen Halbleiter mit breitem Bandabstand handelt. Zusammen mit der Fertigung des Leistungs-MOSFET aus Siliziumcarbid wird eine Body-Diode (parasitäre Diode) zusammen mit dem Leistungs-MOSFET in dem ersten Halbleiter-Chip 410 intern gebildet. Daher ist in dem ersten Halbleiter-Chip 410 die Body-Diode zu dem Leistungs-MOSFET antiparallel geschaltet. Eine Drain-Elektrode ist auf der Rückseite (der Drain-Platte 200 zugewandt) des ersten Halbleiter-Chips 410 gebildet, und eine Source-Elektrode und eine Gate-Elektrode sind auf der Vorderseite des ersten Halbleiter-Chips 410 gebildet. Mit Bezug auf die Body-Diode dient die Rückseite des ersten Halbleiter-Chips 410 als Kathode, und die Vorderseite des ersten Halbleiter-Chips 410 dient als Anode. Zudem sind diese ersten Halbleiter-Chips 410 beispielsweise linear in zwei Reihen entlang des Randes auf der Vorderseite der Drain-Platte 200 angeordnet. Jede Reihe umfasst zehn Chips. Die ersten Halbleiter-Chips 410 sind an die Drain-Platte 200 gelötet, so dass die Drain-Elektroden mit der Drain-Platte 200 elektrisch verbunden sind.
  • Jeder zweite Halbleiter-Chip 420 umfasst eine Diode. Eine Kathode wird auf der Rückseite (der Drain-Platte 200 zugewandt) des zweiten Halbleiter-Chips 420 gebildet, und eine Anode wird auf der Vorderseite des zweiten Halbleiter-Chips 420 gebildet. Diese zweiten Halbleiter-Chips 420 sind zwischen den ersten Halbleiter-Chips 410 und dem laminierten Substrat 310 auf der Vorderseite der Drain-Platte 200 angeordnet. Beispielsweise ähnlich wie die ersten Halbleiter-Chips 410 sind die zweiten Halbleiter-Chips 420 linear in zwei Reihen angeordnet, von denen jede zehn Chips umfasst. Die zweiten Halbleiter-Chips 420 sind an die Drain-Platte 200 gelötet, so dass die Kathoden mit der Drain-Platte 200 elektrisch verbunden sind.
  • In dieser Hinsicht sind die ersten und zweiten Halbleiter-Chips 410 und 420 in Randbereichen der Drain-Platte 200 auf der anderen Seite der Nuten 201 und 202 angeordnet. Zudem wird eine Zusammensetzung auf die Randbereiche der Rückseite der Drain-Platte 200 auf der anderen Seite der Nuten 201 und 202 aufgetragen, um die Kühleffizienz zu verbessern.
  • Dann wird ein Paar Source-Anschlüsse 320 auf der Platine 313b des laminierten Substrats 310 angeordnet, wie in 5, 6A und 6B gezeigt, und wird damit elektrisch verbunden. Jeder Source-Anschluss 320 ist säulenförmig und weist eine abgestufte Oberfläche 321 mit einem Schraubenloch 322 und einer Kontaktfläche 323 auf, an die eine externe Verbindungsklemme angeschlossen werden soll.
  • Zudem ist der Gate-Anschluss 330 an der Gate-Platine 313a des laminierten Substrats 310 gelötet, um damit elektrisch verbunden zu sein. Der Gate-Anschluss 330 weist ein Eingriffsloch 331 auf, mit dem die zuvor beschriebene Gate-Stütze 620 in Eingriff steht.
  • Das Paar Source-Anschlüsse 320 und der Gate-Anschluss 330 sind auf dem laminierten Substrat 310 linear angeordnet.
  • Wie in 7 bis 9 abgebildet, sind die ersten Halbleiter-Chips 410 und die zweiten Halbleiter-Chips 420 dann mit dem laminierten Substrat 310 (Gate-Platine 313a und Platine 313b) über Verbindungselemente (Leiterplatten 500 und leitfähige Stützstifte 511 bis 515) elektrisch verbunden.
  • Die Gate-Verdrahtungsebene 520 ist auf der Vorderseite der Leiterplatten 500 gebildet, insbesondere wie in 8 abgebildet. Die Gate-Verdrahtungsebene 520 stellt eine elektrische Verbindung zwischen den leitfähigen Stützstiften 514 und den leitfähigen Stützstiften 511 bereit. Zudem sind die leitfähigen Stützstifte 514 mit der Gate-Platine 313a elektrisch verbunden, und die leitfähigen Stützstifte 511 sind mit den Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) elektrisch verbunden. Darüber hinaus ist die Gate-Verdrahtungsebene 520 mit dem Gate-Anschluss 330 über die Gate-Platine 313a elektrisch verbunden. Daher ist der Gate-Anschluss 330 mit den Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 über die obigen Elemente elektrisch verbunden.
  • Zudem ist die Source-Verdrahtungsebene 530 auf der Rückseite der Leiterplatten 500 gebildet, insbesondere wie in 9 abgebildet. Die Source-Verdrahtungsebene 530 stellt eine elektrische Verbindung zwischen den leitfähigen Stützstiften 515, den leitfähigen Stützstiften 512 und den leitfähigen Stützstiften 513 bereit. Zudem sind die leitfähigen Stützstifte 515 mit der Platine 313b elektrisch verbunden, und die leitfähigen Stützstifte 512 sind mit den Source-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) elektrisch verbunden, und die leitfähigen Stützstifte 513 sind mit den Anoden der zweiten Halbleiter-Chips 420 (Dioden) elektrisch verbunden. Darüber hinaus ist die Source-Verdrahtungsebene 530 mit den Source-Anschlüssen 320 über die Platine 313b elektrisch verbunden. Daher sind die Source-Anschlüsse 320, die Source-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 und die Anoden der zweiten Halbleiter-Chips 420 miteinander über die obigen Elemente elektrisch verbunden.
  • Der Rand des obigen Halbleitermoduls 100 ist mit dem Gehäuse 700 abgedeckt, wie in 1, 2A und 2B abgebildet. Zudem ist der Deckel 600 oben angebracht, so dass die Source-Anschlüsse 320 und der Gate-Anschluss 300 aus der Öffnung 601 des Deckels 600 freigelegt sind, und die Löcher 602 des Deckels 600 sind auf die Schraubenlöcher 322 der Source-Anschlüsse 320 ausgerichtet. Zudem steht die Gate-Stütze 620, an welcher der Gate-Kontakt 610 angebracht ist, mit dem Eingriffsloch 331 des Gate-Anschlusses 330 in Eingriff. Somit wird das Halbleitermodul 100 hergestellt. Zudem ist die Kühlvorrichtung 800 an der Rückseite der Drain-Platte 200 angebracht, wie in 3 abgebildet.
  • Nachstehend wird eine Schaltungsanordnung des hergestellten Halbleitermoduls 100 mit Bezug auf 10 beschrieben.
  • 10 bildet eine Schaltungsanordnung ab, die durch das Halbleitermodul der Ausführungsform gebildet wird.
  • Wie in 10 abgebildet, ist in dem Halbleitermodul 100 eine Diode 421 (ein zweiter Halbleiter-Chip 420) zu einem MOSFET 411 (einem ersten Halbleiter-Chip 410) antiparallel geschaltet. Zudem ist eine Body-Diode 412, die in dem ersten Halbleiter-Chip 410 intern gebildet ist, zu dem MOSFET 411 antiparallel geschaltet.
  • Nachstehend wird ein Fluss von elektrischem Strom in dem Halbleitermodul 100 mit Bezug auf 11A und 11B beschrieben.
  • 11A und 11B bilden jeweils ab, wie elektrischer Strom in dem Halbleitermodul der Ausführungsform fließt.
  • 11A und 11B bilden weder das Gehäuse 700 noch den Deckel 600 ab, sondern bilden eine Konfiguration bezüglich des Flusses von elektrischem Strom ab. 11A und 11B sind Querschnittsansichten, die entlang der Strichpunktlinie Y2-Y2 aus 1 gesehen ist. 11A bildet gestrichelt ab, wie elektrischer Strom fließt, wenn die Gates der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) eingeschaltet sind. 11B bildet gestrichelt ab, wie elektrischer Strom fließt, sofort nachdem die Gates der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) ausgeschaltet wurden.
  • In dem Halbleitermodul 100 ist die positive Elektrode einer externen Energiequelle (nicht abgebildet) mit der Rückseite der Kühlvorrichtung 800 verbunden, und die negative Elektrode der externen Energiequelle ist mit den Kontaktflächen 323 der Source-Anschlüsse 320 verbunden. Elektrischer Strom, der durch die Kühlvorrichtung 800 zugeführt wird, tritt in den mittleren Teil der Rückseite der Drain-Platte 200 zwischen die Nuten 201 und 202 ein, die in der Rückseite der Drain-Platte 200 gebildet sind. Dies ist der Fall, weil eine Kühlzusammensetzung auf die Randbereiche der Rückseite der Drain-Platte 200 auf der anderen Seite der Nuten 201 und 202 aufgetragen wird, so dass diese Randbereiche der Rückseite nicht elektrisch leitfähig sind. Zudem ist in •dem Halbleitermodul 100 ein externer Steueranschluss (nicht abgebildet) mit dem Gate-Kontakt 610 verbunden, und ein Steuersignal wird von dem externen Steueranschluss in den Gate-Kontakt 610 eingegeben.
  • Wenn ein Steuersignal von dem externen Steueranschluss, der mit dem Gate-Kontakt 610 verbunden ist, zugeführt wird, wird das Steuersignal in die Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) über den Gate-Anschluss 330, die Gate-Platine 313a, die leitfähigen Stützstifte 514, die Gate-Verdrahtungsebene 520 der Leiterplatten 500 und die leitfähigen Stützstifte 511 eingegeben.
  • Nun tritt der elektrische Strom, der durch die Kühlvorrichtung 800 zugeführt wird, in den mittleren Teil (zwischen den Nuten 201 und 202) der Rückseite der Drain-Platte 200 ein, wie in 11A abgebildet. Dann fließt der elektrische Strom in Richtung auf den Rand der Drain-Platte 200, wobei er das laminierte Substrat 310 umgeht. Die zweiten Halbleiter-Chips 420 (Dioden) weisen jeweils eine Kathode auf ihrer Rückseite (der Drain-Platte 200 zugewandt) und eine Anode auf ihrer Vorderseite auf. Daher tritt der elektrische Strom, der in Richtung auf den Rand der Drain-Platte 200 fließt, nicht in die zweiten Halbleiter-Chips 420 (Dioden) ein, sondern tritt in die Drain-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) ein. Bei den ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) tritt der elektrische Strom in die Drain-Elektroden ein, weil sich die Gate-Elektroden im Einschaltzustand befinden, und dann tritt der elektrische Strom (Source-Strom) aus der Source-Elektrode aus, die auf der Vorderseite gebildet ist. Der elektrische Strom, der somit aus den ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) austritt, wird von den Source-Anschlüssen 320 über die leitfähigen Stützstifte 512, die Source-Verdrahtungsebene 530 der Leiterplatten 500, die leitfähigen Stützstifte 515 und die Platine 313b nach außen abgegeben.
  • Wenn dann das Steuersignal, das den Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) zugeführt wird, ausgeschaltet wird, kehrt die Spannung von der Drain-Platte 200 zu den Source-Anschlüssen 320 ihre Richtung in dem Halbleitermodul 100 um. D. h. es wird eine Spannung von den Source-Anschlüssen 320 zu der Drain-Platte 200 angelegt, und daher beginnt der elektrische Strom, in Rückwärtsspannungsrichtung zu fließen, wie in 11B abgebildet. Genauer gesagt fließt der elektrische Strom von den Source-Anschlüssen 320 durch die Source-Verdrahtungsebene 530 der Leiterplatten 500 über die Platine 313b und die leitfähigen Stützstifte 515, sofort nachdem die Gates der ersten Halbleiter-Chips 410 ausgeschaltet wurden.
  • Es sei zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform die zweiten Halbleiter-Chips 420 näher an dem laminierten Substrat 310 (stromaufwärtige Seite des elektrischen Stroms) als die ersten Halbleiter-Chips 410 angeordnet sind. Daher tritt der elektrische Strom, der durch die Source-Verdrahtungsebene 530 der Leiterplatten 500 fließt, hauptsächlich in die zweiten Halbleiter-Chips 420 (Dioden 421) und nicht in die Body-Dioden 412 der ersten Halbleiter-Chips 410 ein.
  • Daher ist es möglich, den elektrischen Strom, der in die ersten Halbleiter-Chips 410 eintritt, zu reduzieren. Wenn der elektrische Strom, der in die ersten Halbleiter-Chips 410 eintritt, reduziert wird, tritt entsprechend weniger elektrischer Strom in die Body-Dioden 412 der ersten Halbleiter-Chips 410 ein. Dies führt zu einer Reduzierung der Hitzegenerierung der ersten Halbleiter-Chips 410 und somit zu einer Minimierung der Verschlechterung der Kennzeichen des Halbleitermoduls 100.
  • Für den Fall, dass der Widerstand der Dioden 421 der zweiten Halbleiter-Chips 420 kleiner als derjenige der Body-Dioden 412 der ersten Halbleiter-Chips 410 ausgelegt ist, ist es zudem einfach, den elektrischen Strom, der durch die Source-Verdrahtungsebene 530 fließt, zu den zweiten Halbleiter-Chips 420 fließen zu lassen. Daher erreicht dieser Fall eine viel bessere Wirkung.
  • Als Referenzbeispiel zum Vergleich mit dem obigen Halbleitermodul 100 wird nachstehend ein Halbleitermodul, das ohne die zweiten Halbleiterelementen 420 (Dioden) konfiguriert ist, mit Bezug auf 12 und 13 beschrieben.
  • Dieses Halbleitermodul ist nicht mit den zweiten Halbleiter-Chips 420 (Dioden) versehen, doch die andere Konfiguration desselben ist die gleiche wie die Konfiguration des Halbleitermoduls 100 (1 bis 3). Nachstehend wird die Konfiguration des Halbleitermoduls mit den gleichen Bezugszeichen beschrieben, wie sie zuvor verwendet wurden, und die gleiche Erklärung entfällt.
  • 12 bildet eine Schaltungsanordnung, die durch ein Halbleitermodul gebildet wird, als Referenzbeispiel ab. 13 bildet als Referenzbeispiel ab, wie elektrischer Strom in dem Halbleitermodul fließt.
  • Ähnlich wie 11B ist 13 eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y2-Y2 aus 1 gesehen. In dieser Figur sind ein Gehäuse 700, der Deckel 600 und dergleichen nicht abgebildet, und nur eine Teilkonfiguration bezüglich eines Flusses des elektrischen Stroms ist abgebildet. Zudem bildet 13 strichpunktiert ab, wie elektrischer Strom fließt, sofort nachdem die Gates der ersten Halbleiter-Chips 410 ausgeschaltet wurden.
  • In der Schaltungsanordnung des Halbleitermoduls des Referenzbeispiels ist eine Body-Diode 412 zu einem MOSFET 411 antiparallel geschaltet, wie in 12 abgebildet.
  • Wenn bei diesem Halbleitermodul des Referenzbeispiels ein Steuersignal, das den Gate-Elektroden der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) zugeführt wird, ausgeschaltet wird, kehrt die Spannung von einer Drain-Platte 200 zu den Source-Anschlüssen 320 ihre Richtung um. D. h. wie in 13 abgebildet, beginnt der elektrische Strom, in der Rückwärtsspannungsrichtung zu fließen. Der gesamte elektrische Strom von den Source-Anschlüssen 320 tritt in die Body-Dioden 412 der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) über eine Platine 313b, die leitfähigen Stützstifte 515 und eine Source-Verdrahtungsebene 530 der Leiterplatten 500 ein. Der gesamte elektrische Strom, der in die ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) eintritt, fließt durch die Body-Dioden 412, so dass sich die ersten Halbleiter-Chips 410 erhitzen und sich somit die Kennzeichen des Halbleitermoduls verschlechtern.
  • Dagegen ist das Halbleitermodul 100 der Ausführungsform in der Lage, den elektrischen Strom zu reduzieren, der durch die Body-Dioden 412 fließt, die in den ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) gebildet sind. Dies reduziert die Hitzegenerierung der ersten Halbleiter-Chips 410 (MOSFET) und minimiert somit die Verschlechterung der Kennzeichen des Halbleitermoduls 100.
  • Die offenbarte Technik ermöglicht es, die Verschlechterung der Kennzeichen des Halbleitermoduls zu minimieren.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 07-312410 [0003, 0005]

Claims (9)

  1. Halbleitermodul, umfassend: eine Drain-Platte, die eine Vorderseite und eine Rückseite, die elektrischen Strom empfängt, der von außen zugeführt wird, aufweist; ein laminiertes Substrat, das eine Isolierplatte und eine Platine umfasst und auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei die Isolierplatte eine Vorderseite und eine Rückseite, mit der Drain-Platte zusammengefügt, aufweist, wobei die Platine auf der Vorderseite der Isolierplatte angeordnet ist; einen ersten Halbleiter-Chip, der ein Schaltelement umfasst, das aus einem Halbleiter mit breitem Bandabstand hergestellt wird und eine Gate-Elektrode und eine Source-Elektrode auf einer Vorderseite des ersten Halbleiter-Chips und eine Drain-Elektrode auf einer Rückseite des ersten Halbleiter-Chips aufweist und auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei die Drain-Elektrode mit der Drain-Platte elektrisch verbunden ist; einen zweiten Halbleiter-Chip, der ein Diodenelement umfasst und eine Anode auf einer Vorderseite des zweiten Halbleiter-Chips und eine Kathode auf einer Rückseite des zweiten Halbleiter-Chips umfasst und zwischen dem ersten Halbleiter-Chip und dem laminierten Substrat auf der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist, wobei die Kathode mit der Drain-Platte elektrisch verbunden ist; ein Verbindungselement, das konfiguriert ist, um die Source-Elektrode des ersten Halbleiter-Chips und die Platine elektrisch zu verbinden und die Anode des zweiten Halbleiter-Chips und die Platine elektrisch zu verbinden; und einen Source-Anschluss, der auf der Platine angeordnet ist und konfiguriert ist, um den elektrischen Strom, der durch den ersten Halbleiter-Chip gesteuert wird, nach außen abzugeben.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei der erste Halbleiter-Chip eine Body-Diode umfasst, die zu dem Schaltelement antiparallel geschaltet ist.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 2, wobei ein Widerstand von der Anode zu der Kathode in dem zweiten Halbleiter-Chip kleiner als ein Widerstand der Body-Diode des ersten Halbleiter-Chips ist.
  4. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei eine Spannung von dem Source-Anschluss zu der Drain-Platte angelegt wird, wenn ein Steuersignal, das der Gate-Elektrode des ersten Halbleiter-Chips zugeführt wird, von EIN auf AUS geschaltet wird.
  5. Halbleitermodul nach Anspruch 4, wobei ein elektrischer Strom von dem Source-Anschluss durch die Anode des zweiten Halbleiter-Chips über die Platine und das Verbindungselement fließt.
  6. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei: der elektrische Strom, der von außen zugeführt wird, in einen mittleren Teil der Rückseite der Drain-Platte eintritt; und das laminierte Substrat in einem mittleren Teil der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet ist.
  7. Halbleitermodul nach Anspruch 6, wobei: der erste Halbleiter-Chip mehrfach bereitgestellt wird, wobei die ersten Halbleiter-Chips in zwei Reihen entlang eines Randes der Vorderseite der Drain-Platte angeordnet sind; und der zweite Halbleiter-Chip mehrfach bereitgestellt wird, wobei die zweiten Halbleiter-Chips in zwei Reihen zwischen dem laminierten Substrat und den ersten Halbleiter-Chips angeordnet sind.
  8. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement eine Leiterplatte und leitfähige Stützstifte, die an der Leiterplatte befestigt sind, umfasst.
  9. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement aus Siliziumcarbid hergestellt wird.
DE102016212032.8A 2015-08-13 2016-07-01 Halbleitermodul Withdrawn DE102016212032A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-159813 2015-08-13
JP2015159813A JP6701641B2 (ja) 2015-08-13 2015-08-13 半導体モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016212032A1 true DE102016212032A1 (de) 2017-02-16

Family

ID=57908268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016212032.8A Withdrawn DE102016212032A1 (de) 2015-08-13 2016-07-01 Halbleitermodul

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9590622B1 (de)
JP (1) JP6701641B2 (de)
CN (1) CN106449608A (de)
DE (1) DE102016212032A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6202195B2 (ja) * 2014-04-14 2017-09-27 富士電機株式会社 半導体装置
US11277932B2 (en) * 2017-04-21 2022-03-15 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
JP7155990B2 (ja) 2018-12-17 2022-10-19 株式会社デンソー 半導体モジュール
JP7413720B2 (ja) * 2019-10-28 2024-01-16 富士電機株式会社 半導体モジュール
WO2021152021A1 (en) 2020-01-30 2021-08-05 Abb Power Grids Switzerland Ag Free configurable power semiconductor module

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07312410A (ja) 1994-03-24 1995-11-28 Fuji Electric Co Ltd 平形半導体スイッチの並列接続構造

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0666411B2 (ja) * 1987-11-06 1994-08-24 富士電機株式会社 平形半導体装置
JP3228021B2 (ja) * 1994-09-13 2001-11-12 富士電機株式会社 インバータユニット及びインバータ装置
JP3512306B2 (ja) * 1996-11-20 2004-03-29 富士電機システムズ株式会社 二つの導体の導通接触構造
JP2007234690A (ja) * 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
DE102009046258B3 (de) * 2009-10-30 2011-07-07 Infineon Technologies AG, 85579 Leistungshalbleitermodul und Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls
JP5575816B2 (ja) * 2010-01-25 2014-08-20 シャープ株式会社 複合型半導体装置
JP5525917B2 (ja) * 2010-05-27 2014-06-18 ローム株式会社 電子回路
JP5995435B2 (ja) * 2011-08-02 2016-09-21 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP5893369B2 (ja) 2011-12-05 2016-03-23 ローム株式会社 半導体装置
JP5915350B2 (ja) * 2012-04-19 2016-05-11 富士電機株式会社 パワー半導体モジュール
JP6028676B2 (ja) * 2013-05-21 2016-11-16 住友電気工業株式会社 炭化珪素半導体装置
JP2015185700A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 サンケン電気株式会社 半導体装置
JP6330436B2 (ja) * 2014-04-01 2018-05-30 富士電機株式会社 パワー半導体モジュール
JP6344197B2 (ja) * 2014-10-30 2018-06-20 富士電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07312410A (ja) 1994-03-24 1995-11-28 Fuji Electric Co Ltd 平形半導体スイッチの並列接続構造

Also Published As

Publication number Publication date
US20170047923A1 (en) 2017-02-16
JP6701641B2 (ja) 2020-05-27
JP2017038020A (ja) 2017-02-16
US9590622B1 (en) 2017-03-07
CN106449608A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2356894B1 (de) Stromrichtermodul mit gekühlter verschienung
DE102016212032A1 (de) Halbleitermodul
DE102016219118A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102012218579A1 (de) Niederinduktives kondensatormodul und leistungssystem mit niederinduktivem kondensatormodul
DE102011088322B4 (de) VERBINDUNGSSYSTEM ZUM ELEKTRISCHEN ANSCHLIEßEN ELEKTRISCHER GERÄTE, LEISTUNGSHALBLEITERMODULSYSTEM, VERFAHREN ZUM VERBINDEN EINES ELEKTRISCH LEITENDEN ERSTEN ANSCHLUSSES UND EINES ELEKTRISCH LEITENDEN ZWEITEN ANSCHLUSSES, UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
DE102017213288B4 (de) Halbleitermodul, Halbleitervorrichtung und elektrische Leistungsvorrichtung
DE112018001927T5 (de) Halbleiterbauelement
DE102014101591A1 (de) Leistungstransistoranordnung und damit versehene Baugruppe
DE102018208437A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102013109592B3 (de) Leistungshalbleitereinrichtung
DE102017120747B4 (de) SMD-Gehäuse mit Oberseitenkühlung und Verfahren zu seiner Bereitstellung
EP1764832B1 (de) Bondverbindung für Leistungshalbleiterbauelemente
DE102016223651A1 (de) Halbleitermodul und halbleitervorrichtung
DE102013215588A1 (de) Leiterplattenanordnung, Steuervorrichtung für ein Kühlerlüftermodul und Verfahren
DE112009004661T5 (de) Stromversorgungsvorrichtung
DE112018002547T5 (de) Schaltungsvorrichtung
EP1825511A1 (de) Halbleiterschaltmodul
DE112016007205T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE19963883A1 (de) Leistungshalbleiter-Gehäuse
AT515440B1 (de) Elektrische Bauteilanordnung
DE112015004738T5 (de) Halbleitermodul
DE102018220949A1 (de) Halbleitervorrichtung
EP2006910A2 (de) Leistungselektronikmodul
DE102014116793B4 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls
DE102014107271B4 (de) Halbleitermodul

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee