DE102016215889A1 - Halbleitervorrichtung, intelligentes Leistungsmodul und Leistungswandlervorrichtung - Google Patents

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    • H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es einfach macht, eine Spezifikation eines Treibens eines Leistungshalbleiterelements oder ein Steuern eines Schutzbetriebs davon zu ändern. Die Halbleitervorrichtung weist ein Leistungshalbleiterelement, einen Hauptelektrodenanschluss des Leistungshalbleiterelements, einen Sensorabschnitt, der ein Signal aussendet, das zu einem physikalischen Zustand des Leistungshalbleiterelements korrespondiert, einen Sensorsignalanschluss, der mit dem Sensorabschnitt verbunden ist, einen Treiberanschluss, der eine Leistung zum Treiben des Leistungshalbleiterelements bereitstellt, und ein Gehäuse, welches das Leistungshalbleiterelement, den Hauptelektrodenanschluss, den Sensorabschnitt, den Sensorsignalanschluss und den Treiberanschluss aufnimmt, auf, und der Sensorsignalanschluss und der Treiberanschluss sind so vorgesehen, dass sie von außerhalb des Gehäuses anschließbar sind.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, ein intelligentes Leistungsmodul und eine Leistungswandlervorrichtung und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung und ein intelligentes Leistungsmodul und eine Leistungswandlervorrichtung, welche dieselbe verwenden.
  • Stand der Technik
  • Ein IPM (intelligent power module, intelligentes Leistungsmodul) ist allgemein mit einem Leistungshalbleiterelement wie einem IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), einem MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und einer FWDi (Freilauf- oder Reflux-Diode) ausgestattet. Das IPM weist außerdem eine Funktion zum Steuern eines Treibens des Leistungshalbleiterelements auf. Weiter ist das IPM auch mit einem Sensorabschnitt versehen, der Informationen über eine Temperatur, einen Stromwert oder dergleichen des Leistungshalbleiterelements sendet. Das IPM ist mit einer Funktion des Schützens des Leistungshalbleiterelements von einer Überhitzung, einem Überstrom oder dergleichen ausgestattet, welche von dem Sensorabschnitt gesendete Signale verwendet. Das IPM, das somit mit der Treiber-Steuerfunktion und der Schutzfunktion für die Leistungshalbleitervorrichtung ausgestattet ist, wird umhüllt und für einen inversen Wandlerabschnitt oder dergleichen einer Inverter-Vorrichtung verwendet (siehe z.B. die offengelegte, japanische Patentanmeldung Nr. 6-303778 ).
  • In dem herkömmlichen IPM sind das Leistungshalbleiterelement, der Sensorabschnitt, die Treiber-Steuerschaltung und die Schutzbetriebssteuerschaltung für das Leistungshalbleiterelement integriert in dem Gehäuse untergebracht. Aus diesem Grund muss, wenn die Spezifikation für die Steuerung des Treibens oder des Schutzbetriebs geändert wird, die Spezifikation für jedes IPM geändert werden, was zeitaufwändig ist.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung ist implementiert worden, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es einfach macht, eine Spezifikation für eine Steuerung des Treibens oder des Schutzbetriebs eines Leistungshalbleiterelements zu ändern.
  • Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein IPM zur Verfügung zu stellen, das die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Es ist eine dritte Aufgabe, der vorliegenden Erfindung, eine Leistungswandlervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Halbleitervorrichtung oder das IPM gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
  • Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitervorrichtung ein Leistungshalbleiterelement, einen Hauptelektrodenanschluss des Leistungshalbleiterelements, einen Sensorabschnitt, der ein Signal aussendet, das zu einem physikalischen Zustand des Leistungshalbleiterelements korrespondiert, einen Sensorsignalanschluss, der mit dem Sensorabschnitt verbunden ist, einen Treiberanschluss, der eine Leistung zum Treiben des Leistungshalbleiterelements bereitstellt; und ein Gehäuse auf, welches das Leistungshalbleiterelement, den Hauptelektrodenanschluss, den Sensorabschnitt, den Sensorsignalanschluss und den Treiberanschluss aufnimmt, wobei der Sensorsignalanschluss und der Treiberanschluss so vorgesehen sind, dass sie von außerhalb des Gehäuses anschließbar sind.
  • Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlicher.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung und eines Steuersubstrats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines IPMs darstellt, das aus der Halbleitervorrichtung und dem Steuersubstrat gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm des IPMs, das aus der Halbleitervorrichtung und dem Steuersubstrat gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
  • 4 stellt einen Zustand dar, in welchem das Schaltungsidagramm der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von dem Schaltungsdiagramm des Steuersubstrats getrennt ist.
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm des Sensorabschnitts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht des IPMs, das aus der Halbleitervorrichtung und dem Steuersubstrat gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8A ist eine Querschnittsansicht, die einen Verdrahtungsabstand zwischen dem Steuersubstrat und dem Leistungshalbleiterelement in einem Zustand zeigt, in welchem ein vergleichendes Beispiel der Halbleitervorrichtung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 8B ist eine Querschnittsansicht, die einen Verdrahtungsabstand zwischen dem Steuersubstrat und dem Leistungshalbleiterelement in einem Zustand zeigt, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 9A ist eine Querschnittsansicht, die einen Isolationsabstand des Treiberanschlusses und des Sensorsignalanschlusses in dem Zustand zeigt, in welchem das vergleichende Beispiel der Halbleitervorrichtung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 9B ist eine Querschnittsansicht, die einen Isolationsabstand des Treiberanschlusses und des Sensorsignalanschlusses in dem Zustand zeigt, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Steuersubstrat verbunden sind.
  • 13 und 14 sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 15A zeigt einen Zustand, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Lötmittel mit dem Steuersubstrat verbunden ist.
  • 15B zeigt einen Zustand, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung über einen Steckverbinder mit dem Steuersubstrat verbunden ist.
  • 15C ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Steuersubstrat verbunden ist.
  • 16 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 18A ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bis zu der Höhe des oberen Oberflächenteils des Gehäuses mit einem Versiegelungsharz gefüllt ist.
  • 18B ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bis zu der Höhe eines oberen Endes der Anschlussbuchse mit einem Versiegelungsharz gefüllt ist.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist eine Draufsicht einer Leistungswandlervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Identischen oder korrespondierenden Komponenten werden identische Bezugszeichen zugewiesen, und eine mehrfache Beschreibung kann weggelassen sein.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 30 und eines Steuersubstrats 32 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Halbleitervorrichtung 30 ist ein Gehäuse 36 auf einer Basisplatte 34 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses 36 ist ein Verdrahtungsmuster 38 durch ein Lötmittel 40 mit der Basisplatte 34 verbunden. Ein isolierendes Substrat 42 ist auf einer oberen Oberfläche des Verdrahtungsmusters 38 angeordnet. Ein Verdrahtungsmuster 44 ist auf einer oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 42 angeordnet. Ein Leistungshalbleiterelement 46 und ein Sensorabschnitt 47 sind durch ein Lötmittel 48 mit einer oberen Oberfläche des Verdrahtungsmusters 44 verbunden. Der Sensorabschnitt 47 sendet ein Signal, das zu einer Temperatur des Leistungshalbleiterelements 46 korrespondiert, und ein Signal, das zu einem durch das Leistungshalbleiterelement fließenden Strom korrespondiert, aus.
  • Innerhalb des Gehäuses 36 sind ein Sensorsignalanschluss 200, ein Treiberanschluss 220 und ein Hauptelektrodenanschluss 56 außerhalb des isolierenden Substrats 42 angeordnet. Ein bestimmter Abstand ist zwischen dem Sensorsignalanschluss 200, dem Treiberanschluss 220, dem Hauptelektrodenanschluss 56 und dem isolierenden Substrat 42 vorgesehen. Obwohl der Sensorsignalanschluss 200, der Treiberanschluss 220 und der Hauptelektrodenanschluss 56 jeder in einer Mehrzahl vorgesehen sind, sind sie hier als ein Anschluss beschrieben, da diese Anschlüsse in 1 miteinander überlappen. Der Sensorsignalanschluss 200 ist mit dem Sensorabschnitt 47 verbunden. Der Treiberanschluss 220 stellt eine Leistung zum Treiben des Leistungshalbleiterelements 46 bereit. Das Leistungshalbleiterelement 46 und der Hauptelektrodenanschluss 56 sind über Leistungsverdrahtungs-Bond-Drähte 58 verbunden. Das Leistungshalbleiterelement 46, der Sensorsignalanschluss 200 und der Treiberanschluss 220 sind über einen Signalverdrahtungs-Bond-Draht 60 verbunden.
  • Das Steuersubstrat 32 ist mit einer gedruckten Leiterplatte 62 versehen. Die gedruckte Leiterplatte 62 ist mit einem externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschluss 64, einer integrierten Schaltung 66 und einem Steuerschaltungsteil 68 auf einer oberen Oberfläche davon versehen.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines IPMs 70 darstellt, das aus der Halbleitervorrichtung 30 und dem Steuersubstrat 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut ist. Das Steuersubstrat 32 ist auf der Halbleitervorrichtung 30 angeordnet. Die Halbleitervorrichtung 30 und das Steuersubstrat 32 sind über den Sensorsignalanschluss 200 und den Treiberanschluss 220 verbunden. Das IPM 70 ist durch weiteres Platzieren einer Abdeckung 72 auf dem Steuersubstrat 32 aufgebaut.
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm des IPMs 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Obwohl in 1 der Einfachheit wegen nur ein Leistungshalbleiterelement 46 beschrieben ist, kann in der vorliegenden Erfindung eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen 46 vorgesehen sein. 3 zeigt ein Schaltungsdiagramm in einem Fall, in welchem es sieben Leistungshalbleiterelemente 46 gibt.
  • Hierbei wird angenommen, dass die sieben Leistungshalbleiterelemente 46 die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 sind. In 1 ist der Sensorabschnitt 47 für das Leistungshalbleiterelement 46 vorgesehen, wogegen in 3 die Sensorabschnitte 47-1 bis 47-7 jeweils für die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 vorgesehen sind. Die integrierte Schaltung 66 ist in 1 vorgesehen, wogegen in 3 sieben integrierte Schaltungen 66-1 bis 66-7 vorgesehen sind. In 3 korrespondieren Widerstände 68-1 bis 68-7 zu dem vorstehend genannten Steuerschaltungsteil 68. Es ist zu beachten, dass ein Kondensator ebenfalls als das Steuerschaltungsteil 68 angeordnet sein kann.
  • In 3 sind die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 IGBTs. Die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-6 sind so verbunden, dass sie eine Drei-Phasen-Inverter-Schaltung bilden. P, U, V, W, N und B, die an einem rechten Ende des in 3 gezeigten Schaltungsdiagramms angeordnet sind, korrespondieren zu den vorstehend genannten Hauptelektrodenanschlüssen 56. P bezeichnet eine Inverter-Leistungsversorgung, N bezeichnet eine Inverter-Masse, U, V und W bezeichnen Inverter-Ausgänge.
  • Das Leistungshalbleiterelement 46-7 ist vorgesehen, um ein Potential zwischen P und N daran zu hindern, aufgrund eines regenerativen Stroms anzusteigen, wenn der Inverter verlangsamt. B ist eine Kollektor-Elektrode des Leistungshalbleiterelements 46-7. Die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 sind jedes mit einer FWDi versehen.
  • Sensorabschnitte 47-1 bis 47-7 sind aus Temperatursensorabschnitten 72-1 bis 72-7 und Stromsensorabschnitten 74-1 bis 74-7 aufgebaut. Die Temperatursensorabschnitte 72-1 bis 72-7 senden Signale aus, die zu Temperaturen der Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 korrespondieren. Die Stromsensorabschnitte 74-1 bis 74-7 senden Signale aus, die zu Strömen korrespondieren, welche durch die Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 fließen.
  • Die integrierten Schaltungen 66-1 bis 66-7 sind jede mit VCC, Fo, IN, GND, OUT, OT und SC als Anschlüssen versehen. VCC ist ein Leistungsversorgungsanschluss. Fo ist ein Fehlerausgangsanschluss. IN ist ein Eingangsanschluss der Treibersignale der Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7. GND ist ein Referenz-Leistungsversorgungsanschluss. OUT ist ein Anschluss zum Steuern eines Treibens des Leistungshalbleiterelements und mit Gate-Anschlüssen der Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 verbunden. OT ist ein Steueranschluss mit einer Schutzfunktion gegen ein Überhitzen und ist mit den Temperatursensorabschnitten 72-1 bis 72-7 verbunden. SC ist ein Steueranschluss mit einer Schutzfunktion gegen einen Überstrom und mit den Stromsensorabschnitten 74-1 bis 74-7 verbunden. Weiter ist SC über Widerstände 68-1 bis 68-7 mit GND verbunden.
  • VUP1, VVP1, VWP1, VN1, UFo, VFo, WFo, Fo, UP, VP, WP, UN, VN, WN, Br, VUPC, VVPC, VWPC und VNC, die an einem linken Ende des in FIG. gezeigten Schaltungsdiagramms angeordnet sind, korrespondieren zu vorstehend genannten externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschlüssen 64. VUP1, VVP1, VWP1 und VN1 sind Leistungsversorgungsanschlüsse und jeweils mit den VCC-Anschlüssen der integrierten Schaltungen 66-1 bis 66-7 verbunden. Ufo, VFo, WFo und Fo sind Fehlerausgangsanschlüsse und mit den Fo-Anschlüssen der integrierten Schaltungen 66-1 bis 66-7 verbunden. UP, VP, WP, UN, VN, WN und Br sind Eingangsanschlüsse von Treibersignalen der Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-7 und jeweils mit den IN-Anschlüssen der integrierten Schaltungen 66-1 bis 66-7 verbunden. VUPC, VVPC, VWPC und VNC sind Referenz-Leistungsversorgungsanschlüsse und jeweils mit den GND-Anschlüssen der integrierten Schaltungen 66-1 bis 66-7 verbunden.
  • 4 stellt einen Zustand des IPMs 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar, in welchem das Schaltungsdiagramm der Halbleitervorrichtung 30 von dem Schaltungsdiagramm des Steuersubstrats 32 getrennt ist. Ein Schaltungsdiagramm 80 ist das Schaltungsdiagramm der Halbleitervorrichtung 30 und ein Schaltungsdiagramm 82 ist das Schaltungsdiagramm des Steuersubstrats 32. In dem Schaltungsdiagramm 80 korrespondiert ein Anschluss G zu dem Treiberanschluss 220. Andererseits korrespondieren Anschlüsse A, K und S zu dem Sensorsignalanschluss 200. Ein Anschluss E ist ein Referenz-Leistungsversorgungsanschluss. Eine Schaltung des IPMs 70 ist durch Verbinden der Anschlüsse G, A, K, S und E mit ihren jeweiligen Anschlüssen G, A, K, S und E des Schaltungsdiagramms 82 aufgebaut.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl die Widerstände 68-1 bis 68-7 in 3 und 4 auf der Seite des Steuersubstrats 32 angeordnet sind, die Widerstände 68-1 bis 68-7 auf der Seite der Halbleitervorrichtung 30 angeordnet sein können.
  • 5 ist ein anderes Beispiel des Schaltungsdiagramms des Sensorabschnitts 47 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zur Vereinfachung sind von den in 3 und 4 gezeigten Drei-Phasen-Inverter-Schaltungen Teile der Leistungshalbleiterelemente 46-1 bis 46-4 in 5 extrahiert. Obwohl in 3 und 4 die Temperatursensorabschnitte 72-1 bis 72-7 und die Stromsensorabschnitte 74-1 bis 74-7 als die Sensorabschnitte 47-1 bis 47-7 aufgebaut sind, kann außerdem ein Spannungssensorabschnitt 90, der ein Signal aussendet, das zu einer an jeden Abschnitt der Halbleitervorrichtung 30 angelegten Spannung korrespondiert, weiter vorgesehen sein.
  • Der Spannungssensorabschnitt 90 ist mit einem ersten Spannungssensorabschnitt 92, einem zweiten Spannungssensorabschnitt 94 und einem dritten Spannungssensorabschnitt 96 versehen. Der erste Spannungssensorabschnitt 92 sendet ein Signal aus, das zu einer Kollektor-Emitter-Spannung zwischen den Leistungshalbleiterelementen 46-1 bis 46-4 korrespondiert. Der zweite Spannungssensorabschnitt 94 sendet ein Signal aus, das zu einer Spannung korrespondiert, die an beide Enden eines Shunt-Widerstands 98 angelegt wird, welcher auf der Verdrahtung angebracht ist. Der dritte Spannungssensorabschnitt 96 sendet ein Signal aus, das zu einer Spannung zwischen P und N korrespondiert. Es ist zu beachten, dass der Shunt-Widerstand 98 nicht angebracht zu sein braucht. In diesem Fall sendet der zweite Spannungssensorabschnitt 94 ein Signal aus, das zu einer zwischen zwei Punkten der Verdrahtung angelegten Spannung korrespondiert.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht des IPMs 70, das in der vorliegenden Ausführungsform aus der Halbleitervorrichtung 30 und dem Steuersubstrat 32 aufgebaut ist. Die Halbleitervorrichtung 30 und das Steuersubstrat 32 sind über den Sensorsignalanschluss 200 und den Treiberanschluss 220 verbunden. Beispiele des Verfahrens des Verbindens des Sensorsignalanschlusses 200, des Treiberanschlusses 220 und des Steuersubstrats 32 schließen Löten, Verbinden unter Verwendung eines Steckverbinders, Ultraschallverbinden und Schweißen ein.
  • Mit dem herkömmlichen IPM sind das Leistungshalbleiterelement, der Sensorabschnitt und die Treibersteuerschaltung und die Schutzbetriebssteuerschaltung des Leistungshalbleiterelements integriert in einem Gehäuse untergebracht. Mit dem IPM werden Spezifikationen der Treibersteuerschaltung und der Schutzbetriebssteuerschaltung häufig geändert. In der herkömmlichen Anordnung müssen jedoch, wenn die Spezifikationen dieser Steuerschaltungen geändert werden, die Spezifikationen für jedes IPM geändert werden, und eine lange Entwicklungszeit wird benötigt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Halbleitervorrichtung 30 und das Steuersubstrat 32 getrennt ausgelegt, und das Steuersubstrat 32 kann unabhängig entworfen werden. Aus diesem Grund braucht, wenn die Spezifikationen des Treiber- und Schutzbetriebs geändert werden, nur das Steuersubstrat 32 geändert zu werden. Deshalb können die Spezifikationen verglichen mit einem Fall, in welchem die Spezifikationen für jedes IPM geändert werden, einfacher geändert werden. Weiter kann, da das Steuersubstrat 32, welches die Spezifikation häufig ändert, unabhängig ausgelegt ist, die Halbleitervorrichtung 30 standardisiert werden. Deshalb ist es möglich, die Entwicklungszeit zu verkürzen.
  • Weiter kann, da die Halbleitervorrichtung 30 und das Steuersubstrat 32 in der vorliegenden Ausführungsform unabhängig ausgelegt sind, die Halbleitervorrichtung 30 von einer Benutzerseite gesehen allein verwendet werden. In der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der Sensorsignalanschluss 200 und der Treiberanschluss 220 so vorgesehen, dass sie von außerhalb des Gehäuses 36 anschließbar sind. Aus diesem Grund kann der Benutzer die Steuerschaltung unter Verwendung des Sensorsignalanschlusses 200 und des Treiberanschlusses 220 frei gestalten.
  • Weiter muss der Benutzer in dem Fall des herkömmlichen IPMs eine Vorrichtung auf der Benutzerseite passend zu den feststehenden IPM-Anschlüssen gestalten. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Benutzer jedoch das Steuersubstrat 32 frei gestalten. Aus diesem Grund kann der Benutzer den externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschluss 64 oder dergleichen des IPMs frei anordnen. Deshalb verbessert sich der Freiheitsgrad der Gestaltung der Vorrichtung auf der Benutzerseite.
  • Wenn der Benutzer das Halbleitermodul verwendet, auf welchem nur das Leistungshalbleiterelement angebracht ist, kann der Benutzer den Sensorabschnitt, die Treibersteuerschaltung und die Schutzbetriebssteuerschaltung frei gestalten. Hierbei ist der Sensorabschnitt vorzugsweise nah bei dem Leistungshalbleiterelement angeordnet, um eine Hochgeschwindigkeitsreaktion zu erzielen. Wenn der Benutzer jedoch den Sensorabschnitt vorsieht, kann es schwierig sein, den Sensorabschnitt aufgrund von Gestaltungsvorgaben näher an dem Leistungshalbleiterelement anzuordnen. Aus diesem Grund kann ein zuverlässiger Schutzbetrieb nicht erreicht werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 30 ist mit dem Sensorabschnitt 47 versehen. Aus diesem Grund ermöglicht ein Fall, der die Halbleitervorrichtung 30 verwendet, verglichen mit einem Fall, der das Halbleitermodul verwendet, auf welchem nur das Leistungshalbleiterelement angebracht ist, eine zuverlässige Kontrolle über den Schutzbetrieb und das Treiben.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Nachfolgend wird ein Anschlussaufbau der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 7 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie durch einen Pfeil 100 gezeigt, der Sensorsignalanschluss 200 und der Treiberanschluss 220 innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet. Weiter sind, wie durch einen Pfeil 102 gezeigt, obere Enden des Sensorsignalanschlusses 200 und des Treiberanschlusses 220 an Positionen niedriger als ein oberes Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36 angeordnet.
  • 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem ein vergleichendes Beispiel der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Steuersubstrat 32 verbunden sind. Die in 8A gezeigte Halbleitervorrichtung 30 ist mit einem Sensorsignalanschluss 201 und einem Treiberanschluss 221 versehen, die in einer Seitenfläche des Gehäuses 36 eingelassen sind. Obere Enden des Sensorsignalanschlusses 201 und des Treiberanschlusses 221 sind höher als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36 angeordnet. Ein Pfeil 106 zeigt einen Verdrahtungsabstand zwischen dem Steuersubstrat 32 und dem Leistungshalbleiterelement 46.
  • Im Gegensatz dazu ist 8B eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem die Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und das Steuersubstrat 32 verbunden sind. Ein Pfeil 108 zeigt einen Verdrahtungsabstand zwischen dem Steuersubstrat 32 und dem Leistungshalbleiterelement 46. Wenn der Pfeil 108 mit dem Pfeil 106 in 8A verglichen wird, ist der Verdrahtungsabstand zwischen dem Steuersubstrat 32 und dem Leistungshalbleiterelement 46 in der vorliegenden Ausführungsform kürzer.
  • Ein Verkürzen des Verdrahtungsabstands von dem Steuersubstrat 32 zu dem Leistungshalbleiterelement 46 hat einen Effekt eines Reduzierens einer Impedanz, eines Reduzierens von Störsignalen von außen und eines Erhöhens der Reaktionszeit. Deshalb ist es möglich, eine Kontrolle über ein Treiben und den Schutzbetrieb des Leistungshalbleiterelements 46 zu sichern.
  • 9A ist eine schematische Darstellung, die einen Isolationsabstand zwischen dem Sensorsignalanschluss 201, dem Treiberanschluss 221 und der Außenseite des Gehäuses 36 unter Verwendung eines Pfeils 110 in dem vorstehend genannten vergleichenden Beispiel zeigt. 9B ist eine schematische Darstellung, die einen Isolationsabstand zwischen dem Sensorsignalanschluss 200, dem Treiberanschluss 220 und der Außenseite des Gehäuses 36 unter Verwendung eines Pfeils 112 in der vorstehend genannten vorliegenden Ausführungsform zeigt.
  • Wenn der Pfeil 112 mit dem Pfeil 110 in 9A verglichen wird, ist der Isolationsabstand zwischen dem Sensorsignalanschluss 200, dem Treiberanschluss 220 und der Außenseite des Gehäuses 36 in der vorliegenden Ausführungsform größer. Deshalb ist es möglich, eine Spannungsfestigkeit zu sichern.
  • Zweite Ausführungsform
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem die Halbleitervorrichtung 30 und das Steuersubstrat 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbunden sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 30 mit einem Sensorsignalanschluss 202 und einem Treiberanschluss 222 versehen. Wie durch einen Pfeil 114 gezeigt, sind obere Enden des Sensorsignalanschlusses 202 und des Treiberanschlusses 222 höher angeordnet als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ragen obere Enden des Sensorsignalanschlusses 202 und des Treiberanschlusses 222 aus dem Gehäuse 36 hervor. Aus diesem Grund kann das Steuersubstrat 32 an einer Stelle angeordnet sein, die von der Stelle direkt über der Halbleitervorrichtung 30 abweicht. Weiter kann die Größe des Steuersubstrats 32 größer ausgelegt sein als das Gehäuse. Deshalb verbessert sich der Freiheitsgrad der Gestaltung und der Größe des Steuersubstrats 32.
  • Dritte Ausführungsform
  • 11 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einer Mehrzahl von Sensorsignalanschlüssen 203 und Treiberanschlüssen 223 versehen wie in dem Fall der ersten Ausführungsform. Obere Enden von einigen der Sensorsignalanschlüsse 203 und Treiberanschlüsse 223 sind niedriger angeordnet als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36 und obere Enden von einigen dieser Anschlüsse sind höher angeordnet als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36. Hierbei sind in 11, da die Sensorsignalanschlüsse 203 und die Treiberanschlüsse 223 miteinander überlappen, nur zwei der Anschlüsse beschrieben.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Zustands, in welchem zwei Steuersubstrate 120 und 121 mit der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbunden sind. Um eine Impedanz zu reduzieren, wird eine Schaltung, für welche ein Verdrahtungsabstand zu dem Leistungshalbleiterelement 46 verkürzt werden muss, auf dem ersten Steuersubstrat 120 angebracht. Weiter wird eine Schaltung, für welche es wünschenswert ist, einen Freiheitsgrad der Gestaltung für eine externe Verbindung bereitzustellen, auf dem zweiten Steuersubstrat 121 angebracht.
  • Von den Sensorsignalanschlüssen 203 und den Treiberanschlüssen 223 ist einer, der mit dem ersten Steuersubstrat 120 verbunden ist, so vorgesehen, dass ein oberes Ende davon niedriger angeordnet ist als das obere Oberflächenteil 104. Von den Sensorsignalanschlüssen 203 und den Treiberanschlüssen 223 ist einer, der mit dem zweiten Steuersubstrat 121 verbunden ist, so vorgesehen, dass ein oberes Endes davon höher angeordnet ist als das obere Oberflächenteil 104. Deshalb ist das erste Steuersubstrat 120 innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet. Das zweite Steuersubstrat 121 ist über dem Gehäuse 36 angeordnet. Deshalb kann in der vorliegenden Ausführungsform eine Mehrzahl von Steuersubstraten 120 und 121 mit der Halbleitervorrichtung 30 verbunden sein. Aus diesem Grund ist es möglich, sowohl eine Reduzierung einer Impedanz als auch eine Verbesserung des Freiheitsgrads der Gestaltung zu erzielen. Weiter ermöglicht eine Verbesserung des Freiheitsgrads der Gestaltung, die Größe der Vorrichtung auf der Benutzerseite zu reduzieren.
  • Vierte Ausführungsform
  • 13 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 30 mit einem Sensorsignalanschluss 204 und einem Treiberanschluss 224 versehen. Ein Teil oder der gesamte Sensorsignalanschluss 204 und der Treiberanschluss 224 sind aus einem Presspassanschluss 123 aufgebaut.
  • 14 ist eine Querschnittsansicht, insbesondere wenn die Sensorsignalanschlüsse 204 und die Treiberanschlüsse 224 in der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, deren obere Enden innerhalb des Gehäuses 36 angeordnet sind und deren obere Enden niedriger angeordnet sind als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36, extrahiert sind. Somit ist es, wenn die Sensorsignalanschlüsse 204 und die Treiberanschlüsse 224 innerhalb der Gehäuses 36 untergebracht sind, verglichen mit dem Fall, in welchem diese Anschlüsse aus der oberen Oberfläche des Gehäuses 36 hervorragen, schwieriger, das Steuersubstrat 32 anzuschließen. Die vorliegende Ausführungsform zeigt hohe Wirkungen, wenn der in 14 gezeigte Sensorsignalanschluss 204 und der Treiberanschluss 224 innerhalb des Gehäuses 36 untergebracht sind. Dies wird nachfolgend unter Verwendung von 15C gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 15A und 15B gemäß einem vergleichenden Beispiel beschrieben.
  • 15C ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die in 14 gezeigte Halbleitervorrichtung 30 mit dem Steuersubstrat 32 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind der Sensorsignalanschluss 204 und der Treiberanschluss 224 aus dem Presspassanschluss 123 aufgebaut. Der Presspassanschluss 123 kann durch Presspassen des Presspassanschlusses 123 in eine Durchgangsbohrung verbunden werden, die in dem Steuersubstrat 32 vorgesehen ist. Aus diesem Grund ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Sensorsignalanschluss 204, den Treiberanschluss 224 und das Steuersubstrat 32 einfach zu verbinden. Weiter beseitigt der Presspassanschluss 123 die Notwendigkeit eines Verbindungsmediums wie eines Lötmittels während der Verbindung. Deshalb ist es möglich, den Platz des Steuersubstrats 32 einzusparen.
  • 15A zeigt ein vergleichendes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Halbleitervorrichtung 30 mit dem Steuersubstrat 32 verbunden ist. In 15A sind ein Sensorsignalanschluss 200 und ein Treiberanschluss 220 und das Steuersubstrat 32 durch ein Lötmittel 122 verbunden. Der Sensorsignalanschluss 200 und der Treiberanschluss 220 sind innerhalb der Gehäuses 36 angeordnet, und obere Enden derselben sind niedriger angeordnet als das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36. In diesem Fall ist eine Verbindung durch ein Lötmittel schwierig und in einer Produktivität unbefriedigend.
  • 15B zeigt ein anderes vergleichendes Beispiel der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Halbleitervorrichtung 30 mit dem Steuersubstrat 32 verbunden ist. In 15B sind der Sensorsignalanschluss 200, der Treiberanschluss 220 und das Steuersubstrat 32 über einen Steckverbinder 124 verbunden. Die Verwendung des Steckverbinders 124 ermöglicht eine Verbindung. Es ist jedoch notwendig, einen Platz zur Verfügung zu stellen, an welchem der Steckverbinder 124 auf dem Steuersubstrat 32 angebracht ist. Deshalb ist es schwierig, einen Platz in dem Steuersubstrat 32 einzusparen. Weiter verursacht ein Vorhandensein einer Verdrahtung innerhalb des Steckverbinders 124, dass der Verdrahtungsabstand länger wird.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 16 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 30 mit einem Sensorsignalanschluss 205 versehen, der ein aus dem Verdrahtungsmuster 44 extrahiertes Signal ausgibt. Der Sensorsignalanschluss 205 ist über den Signalverdrahtungs-Bond-Draht 60 mit dem Verdrahtungsmuster 44 verbunden. Das Leistungshalbleiterelement 46 ist auf dem Verdrahtungsmuster 44 angebracht. Gemäß dem Verdrahtungsmuster 44 kann ein Signal zum Beispiel von der Unterseite des Leistungshalbleiterelements 46 extrahiert werden.
  • Aus diesem Grund kann mit dem Sensorsignalanschluss 205, der mit dem Steuersubstrat 32 verbunden ist, das Steuersubstrat 32 ein Signal von einer Stelle extrahieren, an der es schwierig ist, einen Kontakt von der Oberflächenseite des Leistungshalbleiterelements 46 herzustellen. Deshalb ist es möglich, wenn das IPM 70 aus der Halbleitervorrichtung 30 und dem Steuersubstrat 32 gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgebaut ist, die Schutzfunktion zu verbessern.
  • Insbesondere wenn das Leistungshalbleiterelement 46 ein IGBT ist, wird die Unterseite des Leistungshalbleiterelements 46 ein Kollektor. Aus diesem Grund ist das Verdrahtungsmuster 44 mit dem Kollektor verbunden. Deshalb wird das Verdrahtungsmuster 44 ein Sensorabschnitt, der ein Signal aussendet, das zu einem Potential des Kollektors korrespondiert. Aus diesem Grund kann das IPM 70 mit einer Schutzfunktion versehen werden, die zu dem Kollektor-Potential korrespondiert.
  • Es ist zu beachten, dass in dem vorstehenden Beispiel ein Signal durch das Verdrahtungsmuster 44 von der Unterseite des Leistungshalbleiterelements 46 extrahiert wird und das Signal durch den Sensorsignalanschluss 205 an das Steuersubstrat 32 gesendet wird, aber dies ist nicht ausschließend. Das über das Verdrahtungsmuster zu dem Steuersubstrat 32 gesendete Signal kann jedes Signal sein, das sich auf einen Zustand des Leistungshalbleiterelements 46 bezieht.
  • Sechste Ausführungsform
  • 17 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 30 mit einem Sensorsignalanschluss 206 und einem Treiberanschluss 226 versehen. Der Sensorsignalanschluss 206 und der Treiberanschluss 226 sind aus einer Anschlussbuchse 125 aufgebaut. Weiter weist ein oberes Ende der Anschlussbuchse 125 die gleiche Höhe auf wie das obere Oberflächenteil 104 des Gehäuses 36.
  • 18A ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand darstellt, in welchem die Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Versiegelungsharz 126 bis zu der Höhe des oberen Oberflächenteils 104 des Gehäuses 36 gefüllt ist. Die Anschlussbuchse 125 kann durch Einführen eines Verbindungsteils an der Seite des Steuersubstrats 32 in die Anschlussbuchse 125 mit dem Steuersubstrat 32 verbunden werden. Aus diesem Grund kann die Anschlussbuchse 125 vorgesehen sein, ohne aus der oberen Oberfläche des Gehäuses 36 hervorzuragen. Deshalb ist es möglich, ein Brechen und/oder Biegen des Sensorsignalanschlusses 206 und des Treiberanschlusses 226 während eines Zusammenbaus zu verhindern.
  • 18B ist eine Modifikation der vorliegenden Ausführungsform. Obere Enden des Sensorsignalanschlusses 206 und des Treiberanschlusses 226 können niedriger angeordnet sein als die Höhe des oberen Oberflächenteils 104 des Gehäuses 36. Durch Einsetzen der Anschlussbuchse 125 für den Sensorsignalanschluss 206 und den Treiberanschluss 226 ist es möglich, obere Oberflächen des Versiegelungsharzes 126 und den Anschluss auszurichten. Deshalb ist es möglich, ein Brechen und/oder Biegen des Sensorsignalanschlusses 206 und des Treibersignalanschlusses 226 während eines Zusammenbaus zu verhindern.
  • Siebte Ausführungsform
  • 19 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform sind ein Sensorsignalanschluss 207 und ein Treiberanschluss 227 auf dem Verdrahtungsmuster 44 angeordnet. Gemäß der Anordnung der vorliegenden Ausführungsform können der Sensorsignalanschluss 207 und der Treiberanschluss 227 verglichen mit der ersten Ausführungsform näher an das Leistungshalbleiterelement 46 gebracht werden. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Impedanz zu reduzieren und eine Hochgeschwindigkeitsreaktion zu erzielen. Weiter verbessert dies den Freiheitsgrad der Position, an welcher der Sensorsignalanschluss 207 und der Treiberanschluss 227 extrahiert werden. Auf diese Weise verbessert sich der Freiheitsgrad der Gestaltung des Steuersubstrats 32. Es ist außerdem möglich, den Platz zum Anordnen von Anschlüssen zu reduzieren, die in der Peripherie des isolierenden Substrats 42 vorgesehen sind, und dadurch die Größe der Halbleitervorrichtung 30 zu reduzieren.
  • Achte Ausführungsform
  • 20 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Innere des Gehäuses 36 mit einem Versiegelungsharz 126 gefüllt. Beispiele des Verfahrens des Füllens beinhalten eine direkte Vergussanordnung, welche eine innere Verdrahtung mit einem unelastischen Harz versiegelt, und Füllen mit einem Spritzgussharz. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Halbleitervorrichtung 30 mit dem Sensorsignalanschluss 204 und dem Treiberanschluss 224 versehen. Der Sensorsignalanschluss 204 und der Treiberanschluss 224 sind aus dem Presspassanschluss 123 aufgebaut.
  • Durch Füllen des Inneren des Gehäuses 36 mit dem Versiegelungsharz 126 verbessert sich die Festigkeit der Halbleitervorrichtung 30. Weiter verbessert sich eine Zuverlässigkeit/Lebensdauer durch festes Anbringen des Leistungshalbleiterelements 46, des Leistungsverdrahtungs-Bond-Drahts 58 und des Signalverdrahtungs-Bond-Drahts 60. Wenn der Presspassanschluss 123 mit dem Steuersubstrat 32 verbunden ist, wird eine Kraft auf den Anschluss ausgeübt. In diesem Fall müssen Verankerungen des Sensorsignalanschlusses 204 und des Treiberanschlusses 224 fest angebracht werden. Gleichzeitig ist ein Füllen mit dem Versiegelungsharz 126 besonders wirksam.
  • Obwohl der Sensorsignalanschluss 204 und der Treiberanschluss in der vorliegenden Ausführungsform aus dem Presspassanschluss 123 aufgebaut sind, können auch Anschlüsse vorgesehen sein, die andere Formen aufweisen.
  • Neunte Ausführungsform
  • 21 ist eine Draufsicht einer Leistungswandlervorrichtung 134 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Leistungswandlervorrichtung 134 ist mit der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der ersten bis achten Ausführungsform und zwei IPMs 70 versehen, welche die Halbleitervorrichtung 30 und vier Drei-Phasen-Inverter 130 verwenden. Ein von einem Benutzer bereitgestelltes Steuersubstrat 132 ist mit der Halbleitervorrichtung 30 verbunden. Die Halbleitervorrichtung 30, die IPMs 70 und die Drei-Phasen-Inverter 130 sind mit einer Sammelschiene 136 verbunden. Die Leistungswandlervorrichtung 134 bildet eine Inverter-Vorrichtung.
  • Gemäß der herkömmlichen Anordnung erfordert ein Implementieren einer gewünschten Gestaltung eine komplizierte Führung der Sammelschiene 136. Solch eine Führung der Sammelschiene 136 erhöht jedoch eine Induktivität. Eine erhöhte Induktivität führt zu einer Erhöhung einer Stoßspannung. Andererseits erfordert ein Hinzufügen einer Dämpfungsschaltung, um die Stoßspannung zu unterdrücken, einen Platz zum Unterbringen der Dämpfungsschaltung, was ein Verkleinern der Leistungswandlervorrichtung 134 verhindert.
  • Ein Verwenden der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der ersten bis achten Ausführungsform für die Leistungswandlervorrichtung 134 verbessert den Freiheitsgrad der Gestaltung der Steuersubstrate 32 und 132. Weiter ist es möglich, da die Steuersubstrate 32 und 132 unabhängig von der Halbleitervorrichtung 30 gestaltet werden können, die externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschlüsse 64 der Steuersubstrate 32 und 132 frei anzuordnen. Aus diesem Grund verbessert sich mit der Leistungswandlervorrichtung 134, die mit der Halbleitervorrichtung 30 und dem IPM 70, welches die Halbleitervorrichtung 30 verwendet, ausgestattet ist, der Freiheitsgrad der Gestaltung der Vorrichtung. Deshalb ist es möglich, die Leistungshalbleitervorrichtung 134 zu verkleinern.
  • Herkömmlicherweise ist die Anzahl an Leistungshalbleiterelementen 46, die auf der Leistungswandlervorrichtung 134 angebracht werden können, aufgrund von Gestaltungsvorgaben beschränkt. Ein Verwenden der Halbleitervorrichtung 30 oder des IPMs 70, welches die Halbleitervorrichtung 30 verwendet, verbessert jedoch den Freiheitsgrad der Gestaltung. Aus diesem Grund ist es möglich, die Anzahl an Leistungshalbleiterelementen 46 zu erhöhen, die auf der Leistungswandlervorrichtung 134 angebracht werden können. Deshalb ist es möglich, Funktionen der Leistungswandlervorrichtung 134 zu verbessern.
  • Es ist zu beachten, dass die Leistungswandlervorrichtung 134 zusätzlich zu der Inverter-Vorrichtung eine Wandlervorrichtung, ein Servo-Verstärker oder eine Leistungsversorgungseinheit sein kann.
  • Zehnte Ausführungsform
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Leistungshalbleiterelement 46, das für die Halbleitervorrichtung 30, das IPM 70 und die Leistungswandlervorrichtung 134 gemäß der ersten bis neunten Ausführungsform vorgesehen ist, aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke ausgebildet. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist Siliziumkarbid, ein auf Galliumnitrid basierendes Material oder Diamant.
  • Da der Halbleiter mit breiter Bandlücke geringe Verluste während eines Hochgeschwindigkeitsschaltens und eine hohe Temperaturfestigkeit aufweist, wird der Halbleiter mit breiter Bandlücke häufiger für Hochfrequenz-, Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen verwendet, als er unter Bedingungen verwendet wird, die in Silizium-Vorrichtungen gebraucht werden. Aus diesem Grund ist eine erhöhte Stoßspannung ein Problem gewesen.
  • Wie vorstehend beschrieben, verbessert ein Verwenden der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der ersten bis achten Ausführungsform den Freiheitsgrad der Gestaltung. Deshalb ist es möglich, die Sammelschiene 136 und die Dämpfungsschaltung geeignet anzuordnen. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Stoßspannung in der Halbleitervorrichtung 30, dem IPM 70 und der Leistungswandlervorrichtung 134, die aus dem Halbleiter mit breiter Bandlücke ausgebildet sind, zu unterdrücken.
  • Ein Problem mit dem Halbleiter mit breiter Bandlücke ist, dass es große Abstrahlstörsignale von dem Halbleiter mit breiter Bandlücke gibt. Mit der Halbleitervorrichtung 30 gemäß der dritten und vierten Ausführungsform ist es möglich, die Halbleitervorrichtung 30 durch Trennen von dem Steuersubstrat 32 zu gestalten. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass das Steuersubstrat 32 durch Abstrahlstörsignale von dem Halbleiter mit breiter Bandlücke beeinträchtigt wird.
  • Es ist zu beachten, dass die in 3, 4 und 5 gezeigte FWDi aus dem Halbleiter mit breiter Bandlücke ausgebildet sein kann.
  • Offenbar sind angesichts der vorstehenden Lehren viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es soll deshalb verstanden werden, dass innerhalb des Gültigkeitsumfangs der angehängten Ansprüche die Erfindung anders als ausdrücklich beschrieben ausgeführt werden kann.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit dem Leistungshalbleiterelement und dem Sensorabschnitt versehen. Der Treiberanschluss des Leistungshalbleiters und der Sensorsignalanschluss, der mit dem Sensorabschnitt verbunden ist, sind so vorgesehen, dass sie von außerhalb des Gehäuses anschließbar sind. Das IPM wird durch Anschließen des Steuersubstrats an die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert. Das Steuersubstrat steuert ein Treiben und einen Schutzbetrieb des Leistungshalbleiterelements. Die Halbleitervorrichtung und das Steuersubstrat sind über den Sensorsignalanschluss und den Treiberanschluss verbunden. Da die Halbleitervorrichtung und das Steuersubstrat getrennt ausgelegt sind, ist es möglich, das Steuersubstrat unabhängig zu gestalten. Aus diesem Grund ist es, wenn die Spezifikation eines Treibens und eines Schutzbetriebs geändert werden, nur notwendig, das Steuersubstrat zu verändern. Deshalb kann die Spezifikation verglichen mit einem Fall, in welchem die Spezifikation für jedes IPM geändert wird, einfacher geändert werden.
  • Zusammengefasst bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es einfach macht, eine Spezifikation eines Treibens eines Leistungshalbleiterelements oder ein Steuern eines Schutzbetriebs davon zu ändern. Die Halbleitervorrichtung weist ein Leistungshalbleiterelement, einen Hauptelektrodenanschluss des Leistungshalbleiterelements, einen Sensorabschnitt, der ein Signal aussendet, das zu einem physikalischen Zustand des Leistungshalbleiterelements korrespondiert, einen Sensorsignalanschluss, der mit dem Sensorabschnitt verbunden ist, einen Treiberanschluss, der eine Leistung zum Treiben des Leistungshalbleiterelements bereitstellt, und ein Gehäuse, welches das Leistungshalbleiterelement, den Hauptelektrodenanschluss, den Sensorabschnitt, den Sensorsignalanschluss und den Treiberanschluss aufnimmt, auf, und der Sensorsignalanschluss und der Treiberanschluss sind so vorgesehen, dass sie von außerhalb des Gehäuses anschließbar sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 30
    Halbleitervorrichtung
    32
    Steuersubstrat
    34
    Basisplatte
    36
    Gehäuse
    38
    Verdrahtungsmuster
    40
    Lötmittel
    42
    isolierendes Substrat
    44
    Verdrahtungsmuster
    46, 46-1–46-7
    Leistungshalbleiterelement
    47, 47-1–47-7
    Sensorabschnitt
    48
    Lötmittel
    56
    Hauptelektrodenanschluss
    58
    Leistungsverdrahtungs-Bond-Draht
    60
    Signalverdrahtungs-Bond-Draht
    62
    gedruckte Leiterplatte
    64
    externer Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschluss
    66, 66-1–66-7
    integrierte Schaltung
    68, 68-1–68-7
    Steuerschaltungsteil
    70
    intelligentes Leistungsmodul, IPM
    72
    Abdeckung
    72-1–72-7
    Temperatursensorabschnitt
    74-1–74-7
    Stromsensorabschnitt
    80, 82
    Schaltungsdiagramm
    90
    Spannungssensorabschnitt
    92
    erster Spannungssensorabschnitt
    94
    zweiter Spannungssensorabschnitt
    96
    dritter Spannungssensorabschnitt
    98
    Shunt-Widerstand
    100, 102
    Pfeil
    104
    Oberflächenteil
    106, 108, 110, 112, 114
    Pfeil
    116
    Überstand Sensorsignalanschluss gegenüber Gehäuse
    118
    Überstand Gehäuse gegenüber Sensorsignalanschluss
    120, 121
    Steuersubstrat
    122
    Lötmittel
    123
    Presspassanschluss
    124
    Steckverbinder
    125
    Anschlussbuchse
    126
    Versiegelungsharz
    130
    Drei-Phasen-Inverter
    132
    Steuersubstrat
    134
    Leistungswandlervorrichtung
    136
    Sammelschiene
    200–207
    Sensorsignalanschluss
    220–224, 226, 227
    Treiberanschluss
    VUP1, VVP1, VWP1, VN1
    Leistungsversorgungsanschluss
    VUPC, VVPC, VWPC, VNC
    Referenz-Leistungsanschlüsse
    UFo, VFo, WFo, Fo
    Fehlerausgangsanschluss
    UP, VP, WP, UN, VN, WN, Br
    Eingangsanschlüsse
    G
    Treiberanschluss
    A, K, S
    Sensorsignalanschluss
    E
    Referenz-Leistungsanschluss
    P
    Inverter-Leistungsversorgung
    N
    Inverter-Masse
    U, V, W
    Inverter-Ausgang
    B
    Kollektor-Elektrode
  • 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 6-303778 [0002]

Claims (16)

  1. Halbleitervorrichtung (30), aufweisend: ein Leistungshalbleiterelement (46, 46-1–46-7); einen Hauptelektrodenanschluss (56) des Leistungshalbleiterelements (46, 46-1–46-7); einen Sensorabschnitt (47, 47-1–47-7), der ein Signal aussendet, das zu einem physikalischen Zustand des Leistungshalbleiterelements korrespondiert; einen Sensorsignalanschluss (200–207), der mit dem Sensorabschnitt (47, 47-1–47-7) verbunden ist; einen Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227), der eine Leistung zum Treiben des Leistungshalbleiterelements (46, 46-1–46-7) bereitstellt; und ein Gehäuse (36), welches das Leistungshalbleiterelement (46, 46-1–46-7), den Hauptelektrodenanschluss (56), den Sensorabschnitt (47, 47-1–47-7), den Sensorsignalanschluss (200 – 207) und den Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) aufnimmt, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) so vorgesehen sind, dass sie von außerhalb des Gehäuses (36) anschließbar sind.
  2. Halbleitervorrichtung (30) gemäß Anspruch 1, wobei der physikalische Zustand eine Temperatur ist.
  3. Halbleitervorrichtung (30) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der physikalische Zustand ein Strom ist.
  4. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der physikalische Zustand eine Spannung ist.
  5. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) innerhalb des Gehäuses (36) angeordnet sind und obere Enden des Sensorsignalanschlusses (200–207) und des Treiberanschlusses (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) niedriger angeordnet sind als ein oberes Oberflächenteil des Gehäuses (36).
  6. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei obere Enden des Sensorsignalanschlusses (200–207) und des Treiberanschlusses (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) höher angeordnet sind als ein oberes Oberflächenteil des Gehäuses (36).
  7. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sensorsignalanschluss (200 – 207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) einen Anschluss, dessen oberes Ende niedriger angeordnet ist als ein oberes Oberflächenteil des Gehäuses (36), und einen Anschluss, dessen oberes Ende höher angeordnet ist als das obere Oberflächenteil des Gehäuses (36), aufweisen.
  8. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) einen Anschluss aufweist, der ein Signal ausgibt, das von einem Verdrahtungsmuster (44) extrahiert ist, auf welchem das Leistungshalbleiterelement (46, 46-1–46-7) angebracht ist.
  9. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) auf einem Verdrahtungsmuster (44) angeordnet sind.
  10. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Leistungshalbleiterelement (46, 46-1–46-7) aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke ausgebildet ist.
  11. Halbleitervorrichtung (30) gemäß Anspruch 10, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke Siliziumkarbid, ein auf Galliumnitrid basierendes Material oder Diamant ist.
  12. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) einen Presspassanschluss (123) aufweisen.
  13. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Sensorsignalanschluss (200–207) und der Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) Anschlussbuchsen (125) sind.
  14. Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Innere des Gehäuses (36) mit einem Versiegelungsharz (126) gefüllt ist.
  15. Intelligentes Leistungsmodul (70), aufweisend: die Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14; und ein Steuersubstrat (132), das mit dem Sensorsignalanschluss (200–207) und dem Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) verbunden ist, wobei das Steuersubstrat (132) aufweist: einen externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschluss (64); und eine integrierte Schaltung (66, 66-1–66-7), und die integrierte Schaltung (66, 66-1–66-7) mit dem externen Eingangs-/Ausgangssteuersignalanschluss (64), dem Sensorsignalanschluss (200–207) und dem Treiberanschluss (220, 221, 222, 223, 224, 226, 227) verbunden ist und gemäß einem Signal, welches von dem Sensorsignalanschluss ausgegeben wird, ein Treiben des Leistungshalbleiterelements (46, 46-1–46-7) steuert und einen Schutzbetrieb des Leistungshalbleiterelements (46, 46-1–46-7) steuert.
  16. Leistungswandlervorrichtung (134), welche die Halbleitervorrichtung (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 oder das intelligente Leistungsmodul (70) gemäß Anspruch 15 aufweist.
DE102016215889.9A 2015-08-28 2016-08-24 Halbleitervorrichtung, intelligentes Leistungsmodul und Leistungswandlervorrichtung Active DE102016215889B4 (de)

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