DE102017201499A1

DE102017201499A1 - Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102017201499A1
Application number: DE102017201499.7A
Authority: DE
Inventors: Hayato Nakano; Hideyo Nakamura
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2017-09-14
Also published as: US20170263535A1; JP6672908B2; JP2017163016A; CN107180822A; CN107180822B; US10170395B2

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitermodul 10A, ein Halbleitermodul 10B, das eine niedrigere Schaltspannungsschwelle als das Halbleitermodul aufweist, und Sammelschienen 331 und 32 umfasst, die das Halbleitermodul 10A und das Halbleitermodul 10B mit einem Sammelanschluss parallel schalten. Das Halbleitermodul 10B ist an einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene 32 verbunden, an dem die Induktivität bezüglich des Sammelanschlusses höher als die des Halbleitermoduls 10A ist. Das Halbleitermodul 10B mit der niedrigen Schwellenspannung wird schneller EIN-geschaltet als das erste Halbleitermodul 10A mit der hohen Schwellenspannung für die Eingabe einer gemeinsamen Schaltspannung, kann jedoch das Ansteigen des Stroms aufgrund der hohen Induktivität der Sammelschiene 32 begrenzen, wodurch das Einschränken des Stromungleichgewichts ermöglicht wird.

Description

HINTERGRUND
1. TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitervorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung.
2. VERWANDTE TECHNIK
In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Leistungshalbleitermodulen (einfach als „Halbleitermodule”) bezeichnet Fortschritte gemacht, in die Halbleiterelemente der nächsten Generation, etwa Verbindunghalbleiterelemente eingebaut sind, die Siliciumcarbid-(SiC-)Verbindungshalbleiterelemente und dergleichen umfassen. Ein SiC-Element weist im Vergleich zu einem herkömmlichen Silicium-(Si-)Halbleiterelement eine hohe Stehspannung auf, da es eine hohe elektrische Isolationsdurchschlagsfeldstärke aufweist, und es ist möglich, ein Miniatur-Halbleitermodul zu verwirklichen, das bei hoher Geschwindigkeit arbeiten kann und einen hohen Wirkungsgrad aufweist, da es möglich ist, die Störstellendichte zu erhöhen und die aktive Schicht dünner zu machen.
Das Halbleitermodul kann eine Sammelschiene verwenden, wie in Patentschrift 1 offenbart, oder verwendet Verdrahtung, wie beispielsweise in Patentschrift 2 offenbart, um mehrere Module parallel zu schalten und dadurch eine hohe Kapazität, d. h. einen starken Strom zu verwirklichen.
Patentschrift 1: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2014-236150
Patentschrift 2: Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2003-142689
Die Miniaturisierung von Halbleiterelementen der nächsten Generation macht jedoch Fortschritte, und die Induktivität von Leitern, die Halbleitermodule parallel schalten, wie eine Sammelschiene oder Verdrahtung, wird im Vergleich zur internen Induktivität der Halbleitermodule größer. Dementsprechend tritt aufgrund von Abweichungen der Induktivitäten der Sammelschienen, Verdrahtung und dergleichen für jedes Halbleitermodul ein Stromungleichgewicht auf, etwa eine Abweichung der transienten Eigenschaften der Stromausgabe von jedem Halbleitermodul, beispielsweise der Anstiegszeit, des Maximalstroms und dergleichen. Bis vor Kurzem konnte bewirkt werden, dass eine Sammelschiene eine niedrige Induktivität aufweist, indem zwei Ausgangsleitungen eines Halbleitermoduls (die weiter unten beschriebene P-Leitung und N-Leitung) nahe aneinander angeordnet wurden, d. h. durch Verwendung gegenseitiger Induktivität. Jedoch tritt aufgrund der Abweichung der Induktivität vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu jedem Modul und dem Halbleiterelement in jedem Modul, verursacht durch die Unterschiede der Strompfade für jedes Halbleitermodul, auch in einem solchen Fall das gleiche Stromungleichgewicht auf. Da ein Halbleiterelement der nächsten Generation bei hoher Geschwindigkeit arbeitet, besteht ein Problem darin, dass das Stromungleichgewicht ein Ungleichgewicht zwischen den Schaltgeschwindigkeiten der Halbleitermodule verursacht, und Belastung auf das Halbleiterelement in einem vorgegebenen Modul konzentriert wird, wodurch die Zuverlässigkeit aller Module vermindert wird.
KURZDARSTELLUNG
(Punkt 1)
Eine Halbleitervorrichtung kann Folgendes umfassen: ein erstes Halbleitermodul; ein zweites Halbleitermodul, in dem ein zweites Halbleiterelement untergebracht ist, das eine Schaltspannungsschwelle aufweist, die niedriger als eine Schaltspannungsschwelle eines ersten Halbleiterelements des ersten Halbleitermoduls ist; und eine Sammelschiene, die jeweilige externe Anschlüsse des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls mit einem Sammelanschluss parallel schaltet, wobei das zweite Halbleitermodul mit einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene verbunden sein kann, an dem eine Induktivität eines Strompfads zu dem Sammelanschluss größer als eine Induktivität eines Strompfads von einem Verbindungspunkt des ersten Halbleitermoduls zu dem Sammelanschluss ist.
(Punkt 2)
Das zweite Halbleitermodul kann mit einem Verbindungspunkt verbunden sein, an dem eine Gesamtheit einer Induktivität zwischen dem Verbindungspunkt des zweiten Halbleitermoduls und dem Sammelanschluss auf der Sammelschiene und einer Induktivität eines Strompfads zum zweiten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul größer als eine Gesamtheit einer Induktivität zwischen dem Anschlusspunkt des ersten Halbleitermoduls und dem Sammelanschluss auf der Sammelschiene und einer Induktivität eines Strompfads zu dem ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul ist.
(Punkt 3)
Das erste Halbleitermodul kann mehrere der ersten Halbleiterelemente umfassen, die an einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene parallel geschaltet sind, das zweite Halbleitermodul kann mehrere zweite Halbleiterelemente umfassen, die an einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene parallel geschaltet sind, und ein Durchschnittswert oder ein höchster Wert der Schaltspannungsschwellen der mehreren der zweiten Halbleiterelemente kann niedriger als ein Durchschnittswert oder ein höchster Wert der Schaltspannungsschwellen der mehreren der ersten Halbleiterelemente sein.
(Punkt 4)
Eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Umschaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, kann gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule ermittelt werden.
(Punkt 5)
Wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, kann die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule 10 nH betragen.
(Punkt 6)
Die Halbleitervorrichtung kann ferner Folgendes umfassen: eine weitere Sammelschiene, die mit einem weiteren Sammelanschluss mit einem weiteren externen Anschluss von jedem aus dem ersten Halbleitermodul und dem zweiten Halbleitermodul parallel geschaltet ist, wobei die Sammelschiene und die weitere Sammelschiene so angeordnet sein können, dass Abschnitte davon, in denen Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, einander entgegengesetzt angeordnet sind.
(Punkt 7)
Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte 1 bis 6 kann Folgendes umfassen: Messen der Schaltspannungsschwelle von jedem Halbleiterelement, das in mehreren der Halbleitermodule untergebracht ist; Wählen eines ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, aus den mehreren Halbleiterelementen und Wählen eines zweiten Halbleiterelements mit einer niedrigeren Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen; Verbinden des ersten Halbleitermoduls mit einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene; und Verbinden des zweiten Halbleitermoduls mit einen Verbindungspunkt auf der Sammelschiene, an dem eine Induktivität bezüglich des Sammelanschlusses höher als die des ersten Halbleitermoduls ist.
(Punkt 8)
Das Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung kann Folgendes umfassen: Zusammensetzen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls; Messen der Induktivitäten vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; und Bestimmen einer Differenz, die zwischen den Schaltspannungsschwellen der Halbleiterelemente zugelassen werden kann, gemäß einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule.
(Punkt 9)
Eine Halbleitervorrichtung kann Folgendes umfassen: ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, die jeweils ein erstes Halbleiterelement, das zwischen einem ersten externen Anschluss und einem zweiten externen Anschluss verbunden ist, und ein zweites Halbleiterelement umfassen, das zwischen dem zweiten externen Anschluss und einem dritten externen Anschluss verbunden ist; eine erste Sammelschiene, die den ersten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den ersten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem ersten Sammelanschluss parallel schaltet; eine zweite Sammelschiene, die den zweiten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den zweiten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem zweiten Sammelanschluss parallel schaltet; und eine dritte Sammelschiene, die den dritten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den dritten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem dritten Sammelanschluss parallel schaltet; wobei das erste Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweisen kann, als das erste Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls, das zweite Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweisen kann, als das zweite Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls, eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul sein kann, und eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls höher als eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls sein kann.
(Punkt 10)
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom ersten Sammelanschluss zu den jeweiligen ersten Halbleiterelementen ermittelt werden kann, und eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom dritten Sammelanschluss zu den jeweiligen zweiten Halbleiterelementen ermittelt werden kann.
(Punkt 11)
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei, wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom ersten Sammelanschluss zu den jeweiligen ersten Halbleiterelementen 10 nH betragen kann, und wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom dritten Sammelanschluss zu den jeweiligen zweiten Halbleiterelementen 10 nH betragen kann.
(Punkt 12)
Die erste Sammelschiene und die dritte Sammelschiene können so angeordnet sein, dass Abschnitte davon, in denen Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, einander entgegengesetzt angeordnet sind.
(Punkt 13)
Das erste Halbleitermodul und das zweite Halbleitermodul können jeweils mehrere der ersten Halbleiterelemente und der zweiten Halbleiterelemente umfassen, die mehreren ersten Halbleiterelemente des ersten Halbleitermoduls können eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweisen als die mehreren ersten Halbleiterelemente des zweiten Halbleitermoduls, und die mehreren zweiten Halbleiterelemente des ersten Halbleitermoduls können eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweisen als die mehreren zweiten Halbleiterelemente des zweiten Halbleitermoduls.
(Punkt 14)
Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach einem der Punkte 9 bis 13 kann Folgendes umfassen: Messen der Schaltspannungsschwelle von jedem Halbleiterelement, das in mehreren der Halbleitermodule untergebracht ist; aus den mehreren Halbleiterelementen Wählen eines ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und eines zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, eines ersten Halbleiterelements mit einer niedrigeren Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen, und eines zweiten Halbleiterelements mit einer höheren Schaltspannungsschwelle als das zweite Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen; Verbinden des ersten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der dritten Sammelschiene; und Verbinden des ersten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der dritten Sammelschiene, wobei eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads zum zweiten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul gemacht werden kann, und eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls höher als eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls gemacht werden kann.
(Punkt 15)
Das Herstellungsverfahren für die Halbleitervorrichtung kann Folgendes umfassen: Zusammensetzen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls; Messen der Induktivitäten von den Sammelanschlüssen der ersten Sammelschiene und der dritten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; Ermitteln einer Differenz zwischen den Schaltspannungsschwellen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements, gemäß einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der ersten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; und Ermitteln einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der dritten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule und einer Differenz zwischen den Schaltspannungsschwellen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements.
(Punkt 16)
Eine Halbleitervorrichtung kann Folgendes umfassen: ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, die jeweils eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen einem ersten externen Anschluss und einem zweiten externen Anschluss verbunden ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung umfassen, die zwischen dem zweiten externen Anschluss und einem dritten externen Anschluss verbunden ist; eine erste Sammelschiene, die den ersten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den ersten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem ersten Sammelanschluss parallel schaltet; eine zweite Sammelschiene, die den dritten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den dritten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem zweiten Sammelanschluss parallel schaltet, wobei die erste Halbleitervorrichtung des ersten Halbleitermoduls eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweisen kann, als die erste Halbleitervorrichtung des zweiten Halbleitermoduls, die zweite Halbleitervorrichtung des ersten Halbleitermoduls eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweisen kann, als die zweite Halbleitervorrichtung des zweiten Halbleitermoduls, und eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul sein kann.
(Punkt 17)
Ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Punkt 16 kann Folgendes umfassen: Messen der Schaltspannungsschwelle der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung, die in jedem der mehreren Halbleitermodule enthalten sind; aus den mehreren Halbleitermodulen Wählen eines ersten Halbleitermoduls und Wählen eines zweiten Halbleitermoduls, in dem die erste Halbleitervorrichtung eine niedrigere Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleitermodul aufweist, und die zweite Halbleitervorrichtung ein höhere Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleitermodul aufweist; Verbinden des ersten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der zweiten Sammelschiene; und Verbinden des ersten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der zweiten Sammelschiene, wobei eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul gemacht werden kann.
Die Kurzdarstellung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1A eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
1B eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem Zustand, in dem das Halbleitermodul und die Sammelschiene auseinandergezogen sind.
2A eine äußere Konfiguration eines Halbleitermoduls.
2B eine innere Konfiguration eines Halbleitermoduls.
3 eine Schaltungskonfiguration eines Halbleitermoduls.
4 eine Konfiguration einer Sammelschiene und des Drucksubstrats.
5 eine Schaltungskonfiguration der Halbleitervorrichtung.
6 einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung.
7A eine Messposition für die Induktivitäten der Sammelschiene (N-Leitung).
7B Messergebnisse und Simulationsergebnisse für die Induktivitäten der Sammelschiene (N-Leitung).
8A eine Messposition für die Induktivitäten der Sammelschiene (P-Leitung).
8B Messergebnisse und Simulationsergebnisse für die Induktivitäten der Sammelschiene (P-Leitung).
9A ein Beispiel für Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests (Messergebnisse für den höchsten Drain-Strom, die höchste Gate-Source-Spannung und die höchste Drain-Source-Spannung, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist und wenn das Leiten von Elektrizität AUS ist) für die Halbleitervorrichtung in der die Halbleitermodule die optimale Anordnung aufweisen.
9B ein Beispiel für Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests (Messergebnisse für die transienten Eigenschaften, einschließlich des Drain-Stroms und der Drain-Source-Spannung, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist) für die Halbleitervorrichtung, in der die Halbleitermodule die optimale Anordnung aufweisen.
10A ein Beispiel für Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests (Messergebnisse für den höchsten Drain-Strom, die höchste Gate-Source-Spannung und die höchste Drain-Source-Spannung, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist und wenn das Leiten von Elektrizität AUS ist) für die Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
10B ein Beispiel für Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests (Messergebnisse für die transienten Eigenschaften, einschließlich des Drain-Stroms und der Drain-Source-Spannung, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist) für die Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel.
11 eine Beziehung zwischen dem höchsten Spitzenstrom und der Schwellenspannung eines Halbleitermoduls.
12 die Beziehung zwischen der Abweichung der Schwellenspannungen der parallel geschalteten Halbleitermodule und der Abweichung der Induktivitäten der Sammelschienen.
13 eine Schaltungskonfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Abwandlung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachstehend werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. The Ausführungsformen schränken die Erfindung gemäß den Ansprüchen nicht ein und alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind für Mittel, die von Aspekten der Erfindung vorgesehen sind, nicht unbedingt wesentlich.
1A und 1B zeigen eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform (1B zeigt einen Zustand, in dem das Halbleitermodul und die Sammelschiene auseinandergezogen sind). Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst die Halbleitermodule 10A bis 10D, die Sammelschienen 31 bis 33 und ein Drucksubstrat 34, um ein Ungleichgewicht der Stromausgaben aus den jeweiligen Halbleitermodulen einzuschränken, indem die Parallelanordnung der Halbleitermodule aufgrund der Eigenschaften der Halbleitermodule, die von den Sammelschienen verbunden werden, und der Induktivitäten der Sammelschienen optimiert wird.
Die Halbleitervorrichtung 100 wird verwendet, indem sie als Wechselrichter einbezogen wird, der einer Phase des Motors, beispielsweise einer U-Phase in einem externen Gerät oder System entspricht (als „externes Gerät oder dergleichen” bezeichnet und in den Zeichnungen nicht gezeigt), beispielsweise eine Wechselrichtervorrichtung, die einen Motor antreibt und gemäß einem Steuersignal von dem externen Gerät, etwa einer Schaltspannung, arbeitet. In der Halbleitervorrichtung 100 werden die Positionen, an denen die Halbleitermodule 10A bis 10D jeweils bezüglich der Sammelschienen 31 bis 33 angeordnet sind, als die Plätze P1 bis P4 bezeichnet. Die Plätze P1 bis P4 sind unter den Sammelschienen 31 bis 33 in X-Richtung angeordnet.
In dieser Patentschrift ist der Begriff „verbinden” nicht ausdrücklich eingeschränkt, und umfasst die Bedeutung eines elektrischen Verbundenseins auf eine Weise, das Leiten von Elektrizität ermöglicht.
Jedes der Halbleitermodule 10A bis 10D ist eine Schaltvorrichtung, die eine Schaltspannung empfängt und Strom ausgibt, d. h. Elektrizität leitet. Hier weist jedes der Halbleitermodule 10A bis 10D eine eindeutige Schwellenspannung auf und empfängt eine Schaltspannung, die höher als oder gleich wie die Schwellenspannung ist, um Elektrizität zwischen zwei externen Anschlüssen zu leiten, oder empfängt eine Schaltspannung, die niedriger als die Schwellenspannung ist, um das Leiten von Elektrizität zu stoppen. (Stattdessen kann jedes der Halbleitermodule 10A bis 10D eine Schaltspannung empfangen, die niedriger als die Schwellenspannung ist, um Elektrizität zwischen zwei externen Anschlüssen zu leiten, oder eine Schaltspannung empfangen, die höher als oder gleich wie die Schwellenspannung ist, um das Leiten von Elektrizität zu stoppen). Die Halbleitermodule 10A bis 10D sind in X-Richtung an den jeweiligen Plätzen P1 bis P4 parallel angeordnet und werden von den weiter unten beschriebenen Sammelschienen 31 bis 33 parallel geschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform sind beispielhaft vier Halbleitermodule parallel angeordnet, die Anzahl der Halbleitermodule ist jedoch nicht auf vier beschränkt und kann eine beliebige Anzahl sein, die größer als eins ist.
Jedes der Halbleitermodule 10A bis 10D umfasst einen oder mehrere (in diesem Fall zwei) von jedem aus einem externen Anschluss 16, einem externen Anschluss 17 und einem externen Anschluss 18 und umfasst auch einen oder mehrere (in diesem Fall vier) externe Anschlüsse 19. Hier umfasst das Halbleitermodul 10A zwei externe Anschlüsse 17 (17A ₁ und 17A ₂) und zwei externe Anschlüsse 18 (18A ₁ und 18A ₂). Das Halbleitermodul 10B umfasst zwei externe Anschlüsse 17 (17B ₁ und 17B ₂) und zwei externe Anschlüsse 18 (18B ₁ und 18B ₂). Das Halbleitermodul 10C umfasst zwei externe Anschlüsse 17 (17C ₁ und 17C ₂) und zwei externe Anschlüsse 18 (18C ₁ und 18C ₂). Das Halbleitermodul 10D umfasst zwei externe Anschlüsse 17 (17D ₁ und 17D ₂) und zwei externe Anschlüsse 18 (18D ₁ und 18D ₂). Ausführliche Konfigurationen des Halbleitermoduls 10A bis 10D werden weiter unten beschrieben.
The Sammelschienen 31 bis 33 sind Leiter, die die Halbleitermodule 10A bis 10D mit jedem Sammelanschluss parallel schalten. Die Sammelschienen 31 bis 33 sind in Y-Richtung parallel angeordnet und weisen jeweils eine Längsrichtung in X-Richtung auf. Die Sammelschiene 31 mit dem Paar externer Anschlüsse 18 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D, d. h. den externen Anschlüssen 18A ₁, 18A ₂, 18B ₁, 18B ₂, 18C ₁, 18C ₂, 18D ₁ und 18D ₂ verbunden. In der Schaltungskonfiguration der Halbleitervorrichtung 100 wird der Abschnitt, der von der mit diesen externen Anschlüssen verbundenen Sammelschiene 31 gebildet wird, auch als P-Leitung, d. h. positiver Anschluss, bezeichnet. Die Sammelschiene 32 ist mit dem Paar externer Anschlüsse 17 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden, d. h. den externen Anschlüssen 17A ₁, 17A ₂, 17B ₁, 17B ₂, 17C ₁, 17C ₂, 17D ₁ und 17D ₂. In der Schaltungskonfiguration der Halbleitervorrichtung 100 wird der Abschnitt, der von der mit diesen externen Anschlüssen verbundenen Sammelschiene 32 gebildet wird, auch als N-Leitung, d. h. negativer Anschluss, bezeichnet. Die Sammelschiene 33 mit dem Paar externer Anschlüsse 16 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden. In der Schaltungskonfiguration der Halbleitervorrichtung 100 wird der Abschnitt, der von der mit diesen externen Anschlüssen verbundenen Sammelschiene 33 gebildet wird, auch als U-Leitung bezeichnet. Die ausführliche Konfiguration der Sammelschienen 31 bis 33 wird weiter unten beschrieben.
Das Drucksubstrat 34 ist ein Substrat, das mit den Halbleitermodulen 10A bis 10D verbunden ist, ein Steuersignal eingibt, das von dem externen Gerät oder dergleichen an jedes Halbleitermodul gesendet wird, und eine Ausgabesignalausgabe von jedem Halbleitermodul an das externe Gerät oder dergleichen ausgibt. Das Drucksubstrat 34 ist auf der –Y-Seite der Sammelschiene 31 angeordnet, weist eine Längsrichtung auf, die sich in X-Richtung erstreckt, und ist mit den vier externen Anschlüssen 19 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden. Die ausführliche Konfiguration des Drucksubstrats 34 wird weiter unten beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung 100 kann ferner ein Gehäuse umfassen (nicht gezeigt), das die Halbleitermodule 10A bis 10D, die Sammelschienen 31 bis 33 und das Drucksubstrat 34 von oben bedeckt, um diese Komponenten darin unterzubringen.
2A bzw. 2B zeigen eine äußere Konfiguration und eine innere Konfiguration eines Halbleitermoduls 10. 2B zeigt eine Konfiguration des Halbleitermoduls 10A im Schnitt entlang der in 2A gezeigten Bezugslinie BB. Das Halbleitermodul 10A umfasst einen Körper 11, Substrate 12a und 12b, Halbleiterelemente 13a und 13b, leitfähige Pfosten 14a und 14b, ein Verdrahtungssubstrat 15, externe Anschlüsse 16 bis 18 und externe Anschlüsse 19.
Der Körper 11 ist ein abdichtendes Element, in dem alle Konfigurationskomponenten des Halbleitermoduls 10A untergebracht sind, wobei die oberen Enden der externen Anschlüsse 16 bis 19 über den Körper 11 hervorstehen und die unteren Oberflächen der Substrate 12a und 12b in der gleichen Oberfläche wie die untere Oberfläche des Körpers 11 freiliegen. Der Körper 11 ist so ausgebildet, dass er eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweist, wobei die Längsrichtung die Y-Richtung ist, wobei Formen unter Verwendung eines wärmehärtenden Harzes wie beispielsweise Epoxidharz verwendet wird.
Hier sind an beiden Enden des Körpers 11 in Y-Richtung ein abgestufter Abschnitt 11a, der bei Ansicht von oben eine im Wesentlichen halbkreisförmige Form aufweist, und ein Loch 11b ausgebildet, das in Z-Richtung durch den abgestuften Abschnitt 11a dringt. Durch Einsetzen einer Befestigungsvorrichtung, etwa einer Schraube, von oben in jedes Loch 11b kann das Halbleitermodul 10A am äußeren Gerät oder dergleichen befestigt werden.
Außerdem sind ein konkaver Abschnitt 11c, der sich in Y-Richtung erstreckt, in der Mitte der oberen Oberfläche des Körpers 11 und drei zylinderförmige konvexe Abschnitte 16s bis 18s und ein zylinderförmiger konvexer Einkernabschnitt 19s in Y-Richtung auf jeder aus einer Seite und einer anderen Seite des konkaven Abschnitts 11c in X-Richtung so ausgebildet, dass der konkave Abschnitt 11c dazwischenliegt. Die externen Anschlüsse 16 bis 18 stehen jeweils von den oberen Oberflächen der konvexen Abschnitte 16s bis 18s nach oben hervor, und zwei externe Anschlüsse 19 stehen von der oberen Oberfläche von jedem konvexen Abschnitt 19s hervor.
Die Substrate 12a und 12b sind Elemente, auf denen Halbleiterelemente ausgeführt sind, und als Substrat 12a und 12b kann beispielsweise ein DCB-(Direct Copper Bonding-)Substrat, ein AMB-(Active Metal Blazing-)Substrat oder dergleichen verwendet werden.
Das Substrat 12a umfasst eine isolierende Leiterplatte 12a ₁ und Schaltungsschichten 12a ₂ und 12a ₃. Die isolierende Leiterplatte 12a ₁ ist ein plattenförmiges Element, das aus einem isolierenden Keramikmaterial wie beispielsweise Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid gebildet wird. Die Schaltungsschichten 12a ₂ und 12a ₃ sind jeweils auf der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der isolierenden Leiterplatte 12a ₁ vorgesehen, wobei beispielsweise ein leitendes Metall wie Kupfer oder Aluminium verwendet wird. Die Schaltungsschicht 12a ₂ umfasst ein Verdrahtungsmuster, das mit den Halbleiterelementen verbunden ist.
Das Substrat 12b umfasst eine isolierende Leiterplatte 12b ₁ und Schaltungsschichten 12b ₂, 12b ₃ und 12b ₄. Die isolierende Leiterplatte 12b ₁ und die Schaltungsschichten 12b ₂ und 12b ₃ sind jeweils auf die gleiche Weise ausgebildet wie die isolierende Leiterplatte 12a ₁ und die Schaltungsschichten 12a ₂ und 12a ₃ des Substrats 12a. Die Schaltungsschicht 12b ₄ ist zusammen mit der Schaltungsschicht 12b ₂ auf der oberen Oberfläche der isolierenden Leiterplatte 12b ₁ vorgesehen, wobei beispielsweise ein leitendes Metall wie Kupfer oder Aluminium verwendet wird.
Die Halbleiterelemente 13a und 13b sind Schaltelemente, die aus einem Verbindungshalbleiter wie beispielsweise SiC hergestellt sind, und als Halbleiterelemente 13a und 13b können ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), ein vertikaler Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder dergleichen verwendet werden, die sowohl auf der vorderen Oberfläche als auch auf der hinteren Oberfläche eine Elektrode aufweisen. Die Halbleiterelemente 13a und 13b sind nicht auf vertikale Elemente beschränkt und können horizontale Elemente sein, bei denen Elektroden nur auf der vorderen Oberfläche vorgesehen sind. Die Halbleiterelemente 13a und 13b sind jeweils auf den Substraten 12a und 12b ausgeführt.
Wenn die Halbleiterelemente 13a und 13b MOSFETs (oder IGBTs) sind, umfasst die vordere Oberfläche eine Source-Elektrode (Emitterelektrode) und eine Gate-Elektrode und die hintere Oberfläche eine Drain-Elektrode (Kollektorelektrode). Die Halbleiterelemente 13a und 13b sind über die hinteren Oberflächen des Halbleiterelements jeweils auf den Substraten 12a und 12b fixiert, indem die Drain-Elektroden (oder Kollektorelektroden) mit einem Bondingmaterial wie Lot jeweils mit den Schaltungsschichten 12a ₂ und 12b ₂ verbunden werden.
Die leitfähigen Pfosten 14a und 14b sind leitende Elemente, die jeweils zwischen den Halbleiterelementen 13a und 13b und dem Verdrahtungssubstrat 15 vorgesehen sind, um dazwischen Elektrizität zu leiten, und sind unter Verwendung eines leitenden Metalls wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium in Säulenform ausgebildet. Die leitfähigen Pfosten 14a und 14b sind jeweils auf den Halbleiterelementen 13a und 13b eingerichtet und mit diesen verbunden, wobei ein Bondingmaterial wie Lot an den unteren Enden der leitfähigen Pfosten 14a und 14b verwendet wird, und die oberen Enden der leitfähigen Pfosten 14a und 14b sind mit dem Verdrahtungsmuster auf dem Verdrahtungssubstrat 15 mittels Lot, Wachs oder Dichtmasse verbunden.
Die leitfähigen Pfosten 14a (14b) umfassen drei Pfosten. Zwei dieser drei Pfosten sind auf der Source-Elektrode des Halbleiterelements 13a (13b) oder einer Elektrode eingerichtet, die mit dem Halbleiterelement 13a (13b) verbunden ist, und sind mit dem Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 verbunden. Der verbleibende eine Pfosten ist auf der Gate-Elektrode des Halbleiterelements 13a (13b) oder einer Elektrode eingerichtet, die mit dem Halbleiterelement 13a (13b) verbunden ist, und ist mit dem Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 verbunden.
Das Verdrahtungssubstrat 15 ist ein Substrat, das die Elektroden der Halbleiterelemente 13a und 13b mit den externen Anschlüssen 16 bis 19 verbindet, und umfasst eine isolierende Leiterplatte (nicht gezeigt) und eine Schaltungsschicht (nicht gezeigt), die ein Verdrahtungsmuster aufweist, das auf der vorderen Oberfläche davon ausgebildet ist. Ein starres Substrat, das aus einem Glas-Epoxid-Material oder dergleichen ausgebildet ist, oder ein flexibles Substrat, das beispielsweise aus Polyimid-Material oder dergleichen ausgebildet ist, kann als isolierende Leiterplatte verwendet werden. In der isolierenden Leiterplatte sind mehrere Durchgangslöcher (nicht gezeigt) vorgesehen, die durch die leitfähiger Pfosten 14a und 14b und die externen Anschlüsse 16 bis 18 treten. Die Schaltungsschicht ist auf der vorderen Oberfläche der isolierende Leiterplatte vorgesehen, wobei ein leitfähiges Metall wie Kupfer oder Aluminium verwendet wird.
Das Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 verbindet die leitfähigen Pfosten 14a und 14b, die mit den Gate-Elektroden der Halbleiterelemente 13a und 13b verbunden sind, mit einem externen Anschluss 19; verbindet den leitfähigen Pfosten 14a, der mit der Quellenelektrode des Halbleiterelements 13a verbunden ist, mit den externen Anschlüssen 16, und verbindet den leitfähigen Pfosten 14b, der mit der Source-Elektrode des Halbleiterelements 13b verbunden ist, mit den externen Anschlüssen 17.
Die externen Anschlüsse 16 bis 18 sind Anschlüsse zum Leiten von Stromausgabe von den Halbleiterelementen 13a und 13b und Ausgeben dieses Stroms an außerhalb des Halbleitermoduls 10A. Die externen Anschlüsse 16 bis 18 sind als zylinderförmige Säulen oder quadratische Säulen unter Verwendung eines leitfähigen Metalls wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium ausgebildet.
Die externen Anschlüsse 16 umfassen zwei Anschlüsse, sind auf der Schaltungsschicht 12b ₂ des Substrats 12b eingerichtet, erstrecken sich nach oben durch Löcher (nicht gezeigt) im Verdrahtungssubstrat 15, und stehen aus den konvexen Abschnitten 16s auf der oberen Oberfläche des Körpers 11 hervor. Die externen Anschlüsse 16 sind mit der Drain-Elektrode des Halbleiterelements 13b über die Schaltungsschicht 12b ₂ und mit der Source-Elektrode des Halbleiterelements 13a über das Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 und den leitfähigen Pfosten 14a verbunden und wirken als Ausgabeanschlüsse.
Die externen Anschlüsse 17 umfassen zwei Anschlüsse, d. h. die externen Anschlüsse 17A ₁ und 17A ₂, sind auf der Schaltungsschicht 12b ₄ des Substrats 12b eingerichtet, erstrecken sich nach oben durch Löcher (nicht gezeigt) im Verdrahtungssubstrat 15, und stehen aus den konvexen Abschnitten 17s auf der oberen Oberfläche des Körpers 11 hervor. Die externen Anschlüsse 17 sind mit der Source-Elektrode des Halbleiterelements 13b über das Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 und den leitfähigen Pfosten 14b verbunden und wirken als Source-Anschlüsse.
Die externen Anschlüsse 18 umfassen zwei Anschlüsse, d. h. die externen Anschlüsse 18A ₁ und 18A ₂, sind auf der Schaltungsschicht 12a ₂ des Substrats 12a eingerichtet, erstrecken sich nach oben durch Löcher (nicht gezeigt) im Verdrahtungssubstrat 15, und stehen aus den konvexen Abschnitten 18s auf der oberen Oberfläche des Körpers 11 hervor. Die externen Anschlüsse 18 sind mit der Drain-Elektrode des Halbleiterelements 13a über die Schaltungsschicht 12a ₂ verbunden und wirken als Drain-Anschlüsse.
Die externen Anschlüsse 19 sind Anschlüsse zum Eingeben eines Steuersignals an die Halbleiterelemente 13a und 13b von außerhalb des Halbleitermoduls 10A. Die externen Anschlüsse 19 sind jeweils in Form von zylinderförmigen Säulen unter Verwendung eines leitfähigen Metalls wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium auf die gleiche Weise ausgebildet, wie die externen Anschlüsse 16 bis 18.
Die externen Anschlüsse 19 umfassen vier Anschlüsse, sind auf dem Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 eingerichtet und stehen aus den konvexen Abschnitten 19s auf der oberen Oberfläche des Körpers 11 hervor. Mindestens ein Anschluss aus den vier externen Anschlüssen 19 ist mit den Gate-Elektroden des Halbleiterelements 13a und 13b über das Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 und die leitfähigen Pfosten 14a und 14b verbunden und wirken als Gate-Anschluss.
3 zeigt eine Schaltungskonfiguration eines Halbleitermoduls 10A. In dem Halbleitermodul 10A sind die Halbleiterelemente 13a und 13b zwischen den externen Anschlüssen 18 und 17 über die Schaltungsschichten 12a ₂ und 12b ₂, die leitfähigen Pfosten 14a und 14b, das Verdrahtungsmuster des Verdrahtungssubstrats 15 und den externer Anschluss 16 in Reihe geschaltet. Die Halbleiterelemente 13a und 13b werden durch Eingeben des Steuersignals (ein darin enthaltenes Schaltsignal) an jede Gate-Elektrode über den externen Anschluss 19 EIN- und AUS-geschaltet und leiten Strom oder stoppen das Leiten von Elektrizität von den externen Anschlüssen 18 zu den externen Anschlüsse 16 oder von den externen Anschlüssen 16 zu den externen Anschlüssen 17.
Die Halbleitermodule 10B bis 10D sind auf die gleiche Weise wie das Halbleitermodul 10A konfiguriert.
Die Halbleitermodule 10A bis 10D gemäß der vorhanden Ausführungsform umfassen jeweils zwei Halbleiterelemente 13a und 13b, die in Reihe angeordnet sind, die Anzahl der Halbleiterelemente ist jedoch nicht auf 2 begrenzt und kann stattdessen 1 oder 3 oder mehr betragen. Außerdem können mehrere Halbleiterelemente in einem einzigen Modul parallel angeordnet sein.
4 zeigt eine Konfiguration der Sammelschienen 31 bis 33 und des Drucksubstrats 34.
Die Sammelschiene 31 ist aus der Seitenansicht in L-Form unter Verwendung eines leitfähigen Metalls wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium ausgebildet. Die Sammelschiene 31 umfasst einen Körperabschnitt 31a, einen Bondingabschnitt 31b und einen Anschlussabschnitt 31c. Der Körperabschnitt 31a ist ein Abschnitt zum Leiten von Elektrizität zwischen einem Anschluss, der an den Bondingabschnitt 31b und dem Anschlussabschnitt 31c gebondet ist. Der Körperabschnitt 31a steht in der Z-Richtung mit einer Längsrichtung in X-Richtung. Der Bondingabschnitt 31b ist ein Abschnitt, der eine Kante aufweist, die mit der unteren Kante des Körperabschnitts 31a verbunden ist, und eine andere Kante, die sich vom Körperabschnitt 31a in die –Y-Richtung biegt. Im Bondingabschnitt 31b sind acht Löcher 31b ₀ ausgebildet, wobei zwei dieser Löcher an jeder Position einem der Plätze P1 bis P4 entsprechen, die als Verbindungspunkte zum Verbinden mit den externen Anschlüssen 18 dienen. Der Anschlussabschnitt 31c ist ein Abschnitt, der sich in +Z-Richtung von der oberen Kante des Körperabschnitts 31a erstreckt. Der Anschlussabschnitt 31c weist eine Breite auf, die ausreichend geringer als die langgestreckte Länge des Körpers 11 ist, und ist am oberen Ende des Körperabschnitts 31a vorgesehen, der direkt über dem Platz P2 angeordnet ist. Eine kreisförmige Öffnung 31c ₀ ist in der Mitte des Anschlussabschnitts 31c ausgebildet.
Die Sammelschiene 31 mit dem Paar externer Anschlüsse 18 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D, d. h. den externen Anschlüssen 18A ₁, 18A ₂, 18B ₁, 18B ₂, 18C ₁, 18C ₂, 18D ₁ und 18D ₂ verbunden. Auf den Halbleitermodulen 10A bis 10D tritt jedes Paar externer Anschlüsse 18 durch jeweils zwei der acht Löcher 31b ₀ des Bondingabschnitts 31b und kommt mit dem Bondingabschnitt 31b an der oberen Oberfläche von jedem Paar konvexer Abschnitte 18s in Kontakt, um die Sammelschiene 31 zu tragen. In diesem Zustand sind die externen Anschlüsse 18 mit dem Bondingabschnitt 31b über ein Bondingmaterial wie Lot oder beispielsweise durch Laserstrahlschweißen gebondet. Auf diese Weise ist der Anschlussabschnitt 31c mit den externen Anschlüssen 18 (die als Drain-Anschlüsse fungieren) des Halbleitermoduls 10A bis 10D verbunden, um als Sammelanschluss zu wirken.
Die Sammelschiene 32 ist auf die gleiche Weise wie die Sammelschiene 31 konfiguriert und umfasst einen Körperabschnitt 32a, einen Bondingabschnitt 32b und einen Anschlussabschnitt 32c. Der Körperabschnitt 32a steht in der Z-Richtung mit einer Längsrichtung in X-Richtung. Der Bondingabschnitt 32b weist eine Kante auf, die mit einer unteren Kante des Körperabschnitts 32a verbunden ist, und eine andere Kante, die sich vom Körperabschnitt 32a in die +Y-Richtung biegt. Im Bondingabschnitt 32b sind acht Löcher 32b ₀ ausgebildet, wobei zwei dieser Löcher an jeder Position einem der Plätze P1 bis P4 entsprechen, die als Verbindungspunkte zum Verbinden mit den externen Anschlüssen 17 dienen. Der Anschlussabschnitt 32c ist am oberen Ende des Körperabschnitts 32a vorgesehen, der direkt über dem Platz P3 angeordnet ist. Eine kreisförmige Öffnung 32c ₀ ist in der Mitte des Anschlussabschnitts 32c ausgebildet.
Die Sammelschiene 32 ist so angeordnet, dass sich der Bondingabschnitt 32b auf der +Y-Seite erstreckt, und befindet sich nahe an der Sammelschiene 31 auf der +Y-Seite, und eine Oberfläche des Körperabschnitts 32a liegt einer Oberfläche des Körperabschnitts 31a der Sammelschiene 31 gegenüber. Hier, in der Halbleitervorrichtung 100, fließt der Strom für die Sammelschiene 31 und 32 in entgegengesetzter Richtung, d. h. der Strom fließt vom Anschlussabschnitt 31c nach unten (–Z-Richtung) zum Bondingabschnitt 31b in der Sammelschiene 31 und fließt vom Bondingabschnitten 32b nach oben (+Z-Richtung) zum Anschlussabschnitt 32c in der Sammelschiene 32, oder der Strom fließt vom Anschlussabschnitt 32c nach unten (–Z-Richtung) zum Bondingabschnitt 32b in der Sammelschiene 32 und fließt vom Bondingabschnitt 31b nach oben (+Z-Richtung) zum Anschlussabschnitt 31c in der Sammelschiene 31. Daher werden die Selbst-Induktivitäten der Sammelschienen 31 und 32 durch gegenseitige Induktivität reduziert.
Die Sammelschiene 32 ist mit dem Paar externer Anschlüssen 17 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden, d. h. den externen Anschlüssen 17A ₁, 17A ₂, 17B ₁, 17B ₂, 17C ₁, 17C ₂, 17D ₁ und 17D ₂. Auf den Halbleitermodulen 10A bis 10D tritt jedes Paar externer Anschlüsse 17 durch jeweils zwei der acht Löcher 32b ₀ des Bondingabschnitts 32b und kommt mit dem Bondingabschnitt 32b an der oberen Oberfläche von jedem Paar konvexer Abschnitte 17s in Kontakt, um die Sammelschiene 32 zu tragen. In diesem Zustand sind die externen Anschlüsse 17 mit dem Bondingabschnitt 32b über ein Bondingmaterial wie Lot oder beispielsweise durch Laserstrahlschweißen gebondet. Auf diese Weise ist der Anschlussabschnitt 32c mit den externen Anschlüssen 17 (die als Source-Anschlüsse fungieren) des Halbleitermoduls 10A bis 10D verbunden, um als Sammelanschluss zu wirken.
Die Sammelschiene 33 ist auf die gleiche Weise wie die Sammelschiene 31 konfiguriert und umfasst einen Körperabschnitt 33a, einen Bondingabschnitt 33b und einen Anschlussabschnitt 33c. Der Körperabschnitt 33a steht in der Z-Richtung mit einer Längsrichtung in X-Richtung. Der Bondingabschnitt 33b ist ein Abschnitt, der eine Kante aufweist, die mit der unteren Kante des Körperabschnitts 33a verbunden ist, und eine andere Kante, die sich vom Körperabschnitt 33a in die –Y-Richtung biegt. Im Bondingabschnitt 33b sind acht Löcher 33b ₀ ausgebildet, wobei zwei dieser Löcher an jeder Position einem der Plätze P1 bis P4 entsprechen, die als Verbindungspunkte zum Verbinden mit den externen Anschlüssen 16 dienen. Der Anschlussabschnitt 33c ist am oberen Ende des Körperabschnitts 33a vorgesehen, der direkt über dem Platz P4 angeordnet ist. Eine kreisförmige Öffnung 33c ₀ ist in der Mitte des Anschlussabschnitts 33c ausgebildet. Die Sammelschiene 33 ist auf die gleiche Weise wie die Sammelschiene 31 konfiguriert, mit der Ausnahme, dass die Position des Anschlussabschnitts 33c unterschiedlich ist, und der Bondingabschnitt 33b so angeordnet ist, dass er sich zur –Y-Seite auf der +Y-Seite der Sammelschiene 32 erstreckt.
Die Sammelschiene 33 ist mit dem Paar externer Anschlüsse 16 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden. Auf den Halbleitermodulen 10A bis 10D tritt jedes Paar externer Anschlüsse 16 durch jeweils zwei der acht Löcher 33b ₀ des Bondingabschnitts 33b und kommt mit dem Bondingabschnitt 33b auf der oberen Oberfläche von jedem Paar konvexer Abschnitte 16s in Kontakt, um die Sammelschiene 33 zu tragen. In diesem Zustand sind die externen Anschlüsse 16 mit dem Bondingabschnitt 33b beispielsweise durch Laserstrahlschweißen gebondet. Auf diese Weise wird der Anschlussabschnitt 33c mit den externen Anschlüssen 16 (die als die Ausgabeanschlüsse wirken) der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden, um als Sammelanschluss zu wirken.
Das Drucksubstrat 34 umfasst eine isolierende Leiterplatte (nicht gezeigt), die eine Längsrichtung in X-Richtung aufweist, und eine Schaltungsschicht (nicht gezeigt), die ein Verdrahtungsmuster aufweist, das auf der vorderen Oberfläche davon ausgebildet ist. Ein starres Substrat, das aus einem Glas-Epoxid-Material ausgebildet ist, oder ein flexibles Substrat, das beispielsweise aus Polyimid-Material oder dergleichen ausgebildet ist, kann als isolierende Leiterplatte verwendet werden. In der isolierenden Leiterplatte sind sechzehn Löcher 34 ₀ ausgebildet. Eine Schaltungsschicht ist auf der vorderen Oberfläche der isolierende Leiterplatte vorgesehen, wobei ein leitfähiges Metall wie Kupfer oder Aluminium verwendet wird.
Das Drucksubstrat 34 ist mit dem Satz aus vier externen Anschlüsse 19 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden. Auf den Halbleitermodulen 10A bis 10D tritt jeder Satz aus vier externen Anschlüssen 19 durch jeweils vier der sechzehn Löcher 34 ₀ ist mit der oberen Oberfläche von jedem Paar konvexer Abschnitte 19s in Kontakt, um die das Drucksubstrat 34 zu tragen. In diesem Zustand sind die externen Anschlüsse 19 mit dem Drucksubstrat 34 über ein Bondingmaterial wie beispielsweise Lot gebondet. Auf diese Weise können Steuersignale, die Schaltspannungen umfassen, vom externen Gerät oder dergleichen in die Halbleiterelemente 13a und 13b in den Halbleitermodulen 10A bis 10D über das Verdrahtungsmuster auf dem Drucksubstrat 34 eingegeben werden.
5 zeigt die Schaltungskonfiguration der Halbleitervorrichtung 100, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, insbesondere die Parallelschaltungskonfiguration der Halbleitermodule 10A bis 10D unter Verwendung der Sammelschienen 31 bis 33. Die Sammelschiene 31 weist Parasitärinduktivitäten L11 bis L14 zwischen dem Anschlussabschnitt 31c und entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 31b auf, mit dem die Paare externer Anschlüsse 18 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden sind, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, d. h. den externen Anschlüssen 18A ₁ und 18A ₂, 18B ₁ und 18B ₂, 18C ₁ und 18C ₂ sowie 18D ₁ und 18D ₂. Die Sammelschiene 32 weist Parasitärinduktivitäten L21 bis L24 zwischen dem Anschlussabschnitt 32c und entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 32b auf, mit dem die Paare externer Anschlüsse 17 von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden sind, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, d. h. den externen Anschlüssen 17A ₁ und 17A ₂, 17B ₁ und 17B ₂, 17C ₁ und 17C ₂ sowie 17D ₁ und 17D ₂.
Durch Ausdrücken der Induktivitäten der Sammelschienen 31 und 32 unter Verwendung der Induktivitäten L11 bis L14 und L21 bis L24 wird die Halbleitervorrichtung 100 als eine Schaltung ausgedrückt, in der die Induktivitäten L11 und L21 in Reihe angeordnet sind und in das Halbleitermodul 10A eingefügt sind, die Induktivitäten L12 und L22 sind in Reihe angeordnet und in das Halbleitermodul 10B eingefügt, die Induktivitäten L13 und L23 sind in Reihe angeordnet und in das Halbleitermodul 10C eingefügt, die Induktivitäten L14 und L24 sind in Reihe angeordnet und in das Halbleitermodul 10D eingefügt, und jede dieser Reihe von Induktivitäten ist zwischen dem Anschlussabschnitt 31c der Sammelschiene 31 und dem Anschlussabschnitt 32c der Sammelschiene 32 parallel angeordnet.
6 zeigt den Ablauf eines Herstellungsverfahrens für die Halbleitervorrichtung 100.
In Schritt S1 wird eine Schwellenspannung V_th für die Schaltspannung für jedes der Halbleiterelemente 13a und 13b gemessen, die in den Halbleitermodulen 10A bis 10D ausgeführt sind.
Die Schwellenspannung V_th des Halbleiterelements 13a und 13b wird beispielsweise folgendermaßen gemessen. Eine Spannung von beispielsweise 20 V (d. h. eine Drain-Source-Spannung V_DS) wird zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode eines Halbleiterelements angelegt und das Fließen eines ein Stroms von beispielsweise 18 mA (d. h. ein Drain-Strom I_D) wird verursacht. In diesem Zustand wird die Spannung auf der Seite der Drain-Elektrode (d. h. eine Drain-Spannung V_D) gemessen, während auf die Gate-Elektrode eine schrittweise zunehmende Spannung (d. h. eine Gate-Spannung) angelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Drain-Spannung V_D an einer Gate-Spannung ab, die gleich der Schwellenspannung ist. Durch Ermitteln der Gate-Spannung, bei der die Drain-Spannung V_D abfällt, wird die Schwellenspannung V_th für jedes der Halbleiterelemente 13a und 13b erhalten.
As ein Beispiel wird angenommen, dass die erhaltenen Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13a, die in den Halbleitermodulen 10A bis 10D ausgeführt sind, jeweils 3,51 V, 3,30 V, 2,96 V und 2,89 V betragen. Außerdem wird angenommen, dass die erhaltenen Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13b, die in den Halbleitermodulen 10A bis 10D ausgeführt sind, jeweils 2,89 V, 2,96 V, 3,30 V und 3,51 V betragen.
In Schritt S2 werden die Induktivitäten der Sammelschienen 32 und 31 gemessen.
7A zeigt eine Messposition für die Induktivitäten der Sammelschiene 32, die die N-Leitung bildet. Die Induktivitäten werden zwischen dem Anschlussabschnitt 32c, der als der Sammelanschluss verwendet wird, und entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 32b gemessen, mit denen die externen Anschlüsse 17 (in der Zeichnung mittels gestrichelter Linien gezeigt) der Halbleitermodule 10A bis 10D an den Plätzen P1 bis P4 verbunden sind, an denen die Halbleitermodule 10A bis 10D angeordnet sind. Die Parasitärinduktivitäten L21 bis L24 zwischen dem Anschlussabschnitt 32c und den entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 32b, mit denen die externen Anschlüsse 17 der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden sind, werden gemäß dem Durchschnitt der Induktivitäten erhalten, die an den beiden Verbindungspunkten gemessen werden, die jedem der Plätze P1 bis P4 entsprechen.
Jede Induktivität wird beispielsweise durch Anlegen einer stufenweisen Spannung zwischen dem Anschlussabschnitt 32c der Sammelschiene 32 und einem Verbindungspunkt auf dem Bondingabschnitt 32b erhalten, wobei gleichzeitig die Veränderung des Stroms im Zeitablauf gemessen wird, der zwischen dem Anschlussabschnitt 32c und dem Bondingabschnitt 32b fließt, und der erhaltene Wert der Veränderung im Zeitablauf durch den Wert der angelegten Spannung dividiert wird. Alternativ kann die Induktivität durch tatsächliches Messen anhand eines Impedanzanalysators oder dergleichen oder durch eine Berechnung anhand einer elektromagnetischen Feldsimulation oder dergleichen erhalten werden.
7B zeigt ein Beispiel für Messergebnisse für die Induktivitäten L21 bis L24 in der Sammelschiene 32, die die N-Leitung bildet. In der Zeichnung werden Ergebnisse, die anhand einer Simulation erhalten wurden, zusammen mit den Messergebnissen gezeigt. Die Messergebnisse (oder Simulationsergebnisse) für die Induktivitäten L21 bis L24 sind mittels schwarz ausgefüllter Symbole (oder leerer weißer Symbole) für die Induktivitätswerte gezeigt, die für jedes Paar von Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 32b erhalten werden, die den Plätzen P1 bis P4 entsprechen, und mittels einer durchgezogenen Linie (oder gestrichelten Linie) für die Induktivitätswerte, die aus den Durchschnitten dieser Werte erhalten werden. Die erhaltenen Induktivitäten L21 bis L24 betragen jeweils 11,8 nH, 7,4 nH, 3,9 nH und 1,9 nH, und es wurde festgestellt, dass eine Beziehung von L21 > L22 > L23 > L24 eingerichtet ist und dass in der Induktivität eine Schiefe von ΔL vorliegt, die ein Maximum von ca. 13 nH beträgt.
8A zeigt eine Messposition für die Induktivitäten der Sammelschiene 31, die die P-Leitung bildet. Die Induktivitäten werden zwischen dem Anschlussabschnitt 31c, der als der Sammelanschluss verwendet wird, und entsprechenden Paaren von Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 31b gemessen, mit denen die externen Anschlüsse 18 (in der Zeichnung mittels gestrichelter Linien gezeigt) der Halbleitermodule 10A bis 10D an den Plätzen P1 bis P4 verbunden sind, an denen die Halbleitermodule 10A bis 10D angeordnet sind. Die Parasitärinduktivitäten L11 bis L14 zwischen dem Anschlussabschnitt 31c und den entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 31b, mit denen die externen Anschlüsse 18 der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden sind, werden gemäß dem Durchschnitt der Induktivitäten erhalten, die an den beiden Verbindungspunkten gemessen werden, die jedem der Plätze P1 bis P4 entsprechen.
Die Induktivitäten können auf die oben beschriebene Weise gemessen werden.
8B zeigt ein Beispiel für Messergebnisse für die Induktivitäten L11 bis L14 in der Sammelschiene 31, die die P-Leitung bildet. In der Zeichnung werden Ergebnisse, die anhand einer Simulation erhalten wurden, zusammen mit den Messergebnissen gezeigt. Die Messergebnisse und Simulationsergebnisse für die Induktivitäten L11 bis L14 werden auf die gleiche Weise wie in 7B gezeigt. Es wurde festgestellt, dass eine Beziehung von L11 < L12 < L13 < L14 unter den Induktivitäten L11 bis L14 eingerichtet ist, und dass in der Induktivität eine Schiefe ΔL vorliegt, die ein Maximum von ca. 14 nH beträgt.
In Schritt S3 werden die Halbleitermodule zusammengesetzt, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform wird aufgrund der Induktivitäten L21 bis L24 der Sammelschiene 32 (N-Leitung) und der Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13b der Halbleitermodule 10A bis 10D eine Wahl darüber vorgenommen, in welchem der Halbleitermodule 10A bis 10D ein Halbleiterelement mit einer niedrigen Schwellenspannung V_th als jedes der an den Plätzen P1 bis P4 angeordneten Halbleitermodule mit einer hohen Induktivität zusammengesetzt wird. Auf die gleiche Weise wird aufgrund der Induktivitäten L11 bis L14 der Sammelschiene 31 (P-Leitung) und der Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13a der Halbleitermodule 10A bis 10D eine Wahl darüber vorgenommen, in welchem der Halbleitermodule 10A bis 10D ein Halbleiterelement mit einer niedrigen Schwellenspannung V_th als jedes der an den Plätzen P1 bis P4 angeordneten Halbleitermodule mit einer hohen Induktivität zusammengesetzt wird, und die Halbleitermodule 10A bis 10D werden zusammengesetzt.
In Schritt S4 werden die Halbleitermodule 10A bis 10D, die für die Plätze P1 bis P4 zusammengesetzt wurden, mit den Sammelschienen 31 bis 33 parallel geschaltet. Die Halbleitermodule 10A bis 10D werden an den Plätzen P1 bis P4 jeweils gemäß der in Schritt S3 ermittelten optimalen Anordnung angeordnet, und die externen Anschlüsse 18 bis 16 werden an den Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt 31b bis 33b der Sammelschienen 31 bis 33 verbunden.
Außerdem wird das Drucksubstrat 34 ist mit den externen Anschlüssen 19 der Halbleitermodule 10A bis 10D verbunden, und die Halbleitermodule 10A bis 10D, die Sammelschienen 31 bis 33 und das Drucksubstrat 34 werden von dem Gehäuse (nicht gezeigt) von oben bedeckt, um darin untergebracht zu werden. Auf diese Weise wird die Herstellung der Halbleitervorrichtung 100 abgeschlossen.
9A und 9B zeigen beispielhafte Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests für die Halbleitervorrichtung 100, in dem die Halbleitermodule 10A bis 10D die wie oben beschriebene optimale Anordnung aufweisen. In dem Stromungleichgewichtstest wurde in der in 3 gezeigten Schaltungskonfiguration eine Gleichstromquelle zwischen den externen Anschlüssen 18 und den externen Anschlüssen 17 angeschlossen, eine Spule wurde zwischen den externen Anschlüsse 18 und den externen Anschlüssen 16 angeschlossen und eine allgemeine Zerhackerschaltung wurde verwendet, um das Leiten von Elektrizität der Halbleiterelemente 13b EIN und AUS zu schalten. Im Stromungleichgewichtstest werden für jeden aus dem Zustand des Leitens von Elektrizität AUS (OFF) und dem Zustand des Leitens von Elektrizität EIN (ON) transiente Eigenschaften, einschließlich des Drain-Stroms Id, der Gate-Source-Spannung Vgsp und der Drain-Source-Spannung Vdsp (nur wenn das Leiten von Elektrizität AUS ist), von jedem der Halbleitermodule 10A bis 10B gemessen. Der höchste Wert des Drain-Stroms Id, der höchste Wert der Gate-Source-Spannung Vgsp und der höchste Wert der Drain-Source-Spannung Vdsp (nur wenn das Leiten von Elektrizität AUS ist) der Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, sind in der in 9A gezeigten Tabelle zusammengestellt. 9B zeigt die transiente Eigenschaften, einschließlich des Drain-Stroms Id und der Drain-Source-Spannung Vdsp der Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist.
Wie aus 9B ersichtlich, werden durch EIN-Schalten des Leitens von Elektrizität an einem Zeitpunkt von 200 ns (Eingabe der Schaltspannung bedeutet ein EIN-Signal) die Drain-Source-Spannungen Vdsp der Halbleitermodule 10A bis 10D (P1 bis P4) vom EIN-Spannungswert jeweils monoton schwächer und erreichen nahezu Null, nachdem eine Zeit von 2000 ns verstrichen ist. Im Gegensatz dazu steigt, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist, der Drain-Strom Id der Halbleitermodule 10A bis 10D (P1 bis P4) gemäß den jeweiligen Induktivitäten in den Strompfaden vom Sammelanschluss der Sammelschiene 32 zu den Halbleitermodulen 10A bis 10D plötzlich an, wodurch ein Überschwingen verursacht wird, und danach wiederholen sich diese geringen Fluktuationen im Drain-Strom Id und der Drain-Strom Id wird bei verschiedenen Strommengen gesättigt, die von den EIN-Widerständen der jeweiligen Module bestimmt werden. Hier ist der Wert des höchsten Drain-Stroms (auch als ein höchster Spitzenstrom bezeichnet), der das Überschwingen begleitet, 84 A, 112 A, 94 A bzw. 128 A für die Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, was eine Schwankung des Drain-Stroms im transienten Zustand der Halbleitermodule 10A bis 10D von 44 A anzeigt.
10A und 10B zeigen als Vergleichsbeispiel beispielhafte Ergebnisse eines Stromungleichgewichtstests für eine Halbleitervorrichtung 100, in der die Halbleitermodule 10A bis 10D keine optimale Anordnung aufweisen. In dem Vergleichsbeispiel sind die Halbleitermodule 10A bis 10D, die eine hohe Schwellenspannung V_th aufweisen, auf eine hohe Induktivität aufgrund der Induktivitäten L21 bis L24 der Sammelschiene 32 (N-Leitung) und der Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13b der Halbleitermodule 10A bis 10D ausgewählt, wodurch eine Anordnung angewendet wird, die das Stromungleichgewicht maximiert. Der höchste Wert des Drain-Stroms Id, der höchste Wert der Gate-Source-Spannung Vgsp und der höchste Wert der Drain-Source-Spannung Vdsp (nur wenn das Leiten von Elektrizität AUS ist) der Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, sind in der in 10A gezeigten Tabelle zusammengestellt. 10B zeigt die transiente Eigenschaften, einschließlich des Drain-Stroms Id und der Drain-Source-Spannung Vdsp der Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist.
Wie aus 10B ersichtlich, werden durch EIN-Schalten des Leitens von Elektrizität an einem Zeitpunkt von 200 ns (Eingabe der Schaltspannung bedeutet ein EIN-Signal) die Drain-Source-Spannungen Vdsp der Halbleitermodule 10A bis 10D (P1 bis P4) vom EIN-Spannungswert jeweils monoton schwächer und erreichen nahezu Null, nachdem eine Zeit von 2000 ns verstrichen ist. Im Gegensatz dazu steigt, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist, der Drain-Strom Id der Halbleitermodule 10A bis 10D (P1 bis P4) gemäß den Induktivitäten in der Sammelschiene plötzlich an, wodurch ein Überschwingen verursacht wird, und danach wiederholen sich diese geringen Fluktuationen im Drain-Strom Id und der Drain-Strom Id wird bei verschiedenen Strommengen gesättigt, die von den EIN-Widerständen der jeweiligen Module bestimmt werden. Hier ist der Wert des höchsten Drain-Stroms (auch als ein höchster Spitzenstrom bezeichnet), der das Überschwingen begleitet, 61 A, 93 A, 125 A bzw. 149 A für die Halbleitermodule 10A bis 10D, die jeweils an den Plätzen P1 bis P4 angeordnet sind, was eine Schwankung des Drain-Stroms im transienten Zustand der Halbleitermodule 10A bis 10D von 88 A anzeigt.
Die gleichen wie die oben beschriebenen Ergebnisse werden für die Stromabweichung, die sich auf die Halbleiterelemente 13A bezieht, wobei die optimale Anordnung verwendet wird, für jede Induktivität eines Strompfads von dem Sammelanschluss der Sammelschiene 31 (P-Leitung) an die Halbleitermodule der 10A bis 10D erhalten.
Dementsprechend wird durch Optimieren der Anordnung der Halbleitermodule auf eine Weise, dass die Halbleiterelemente in einem zweiten Halbleitermodul, die eine niedrigere Schwellenspannung als die Halbleiterelemente in einem ersten Halbleitermodul aufweisen, an einem Verbindungspunkt verbunden werden, an dem die Induktivität zwischen dem Anschlussabschnitt und dem zweiten Halbleitermodul größer ist, als zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Verbindungspunkt des ersten Halbleitermoduls auf der Sammelschiene, aufgrund der Induktivität der Sammelschiene und der Schwellenspannung der Halbleiterelemente im Halbleitermodul das zweite Halbleitermodul, das aus den Halbleiterelementen zusammengesetzt ist, die eine niedrige Schwellenspannung aufweisen, schneller EIN-geschaltet als das erste Halbleitermodul, das aus den Halbleiterelementen zusammengesetzt ist, die gemäß der Eingabe einer gemeinsamen Schaltspannung eine hohe Schwellenspannung aufweisen, das Ansteigen des Drain-Stroms wird jedoch durch die hohe Induktivität der Sammelschiene begrenzt, und das erste Halbleitermodul wird langsamer als das zweite Halbleitermodul EIN-geschaltet, fördert jedoch das Ansteigen des Drain-Stroms aufgrund der niedrigen Impedanz der Sammelschiene, wodurch es möglich wird, die Abweichung des höchsten Spitzenstroms, d. h. des Stromungleichgewichts, zu minimieren, wenn das Leiten von Elektrizität EIN-geschaltet ist.
Wenn auch das Leiten von Elektrizität AUS ist, erfährt der Drain-Strom der Halbleitermodule Abweichungen des niedrigsten Werts, d. h. Stromungleichgewicht, die von einem Unterschwingen verursacht wird, mit der optimalen Anordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es jedoch möglich, das Stromungleichgewicht so zu minimieren, dass die Drain-Stromabweichung für das in 10A gezeigte Vergleichsbeispiel 57 A beträgt, und die Drain-Stromabweichung für die in 9A gezeigte optimale Anordnung 46 A beträgt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die optimale Anordnung der Halbleitermodule 10A bis 10D aufgrund der Induktivitäten L11 bis L14 und L21 bis L24 der Sammelschiene 31 (P-Leitung) und der Sammelschiene 32 (N-Leitung) ermittelt. Außerdem kann die optimale Anordnung aufgrund der Gesamtinduktivität ermittelt werden, die die Induktivitäten L1 bis L4 (die Induktivitäten von den externen Anschlüssen 18 zu den Halbleiterelementen 13a (nicht gezeigt)) beziehungsweise die Induktivitäten L5 bis L8 (die Induktivitäten von den externen Anschlüssen 17 zu den Halbleiterelementen 13b (nicht gezeigt)) in den Halbleitermodulen 10A bis 10D berücksichtigt, beispielsweise die Induktivitäten L11 + L1 bis L14 + L4 für die Sammelschiene 31 (P-Leitung) und die Induktivitäten L21 + L5 bis L24 + L8 für die Sammelschiene 32 (N-Leitung). Auf diese Weise kann das Stromungleichgewicht weiter eingeschränkt werden.
11 zeigt eine Beziehung zwischen der Schwellenspannung eines Halbleiterelements und dem höchsten Wert (d. h. dem höchsten Spitzenstrom) des Drain-Stroms, der durch das Halbleitermodul, das diese Schwellenspannung aufweist, geleitet wird, für die Induktivität der Sammelschiene. Diese Beziehung kann erhalten werden, indem der Stromungleichgewichtstest mit den Halbleiterelementen in den Halbleitermodulen 10A bis 10D durchgeführt wird, die Schwellenspannungen (entsprechende Schwellenspannungen von 3,51 V, 3,30 V, 2,96 V und 2,98 V) aufweisen, die an den Verbindungspunkten (entsprechend den Induktivitäten von 2 nH, 4 nH, 7,5 nH und 12 nH) am Bondingabschnitt 31b der Sammelschiene 31 (P-Leitung) verbunden sind, die den Plätzen P1 bis P4 entsprechen. Der höchste Spitzenstrom verhält sich so, dass er bezüglich der Schwellenspannung für jeden Induktivitätswert linear abnimmt. Um die höchsten Spitzenströme bei 100 A einheitlich zu machen, ist es hier nur notwendig Halbleiterelemente so zu wählen, dass das Halbleiterelement am Platz P1 (das einer Induktivität von 2 nH entspricht) eine Schwellenspannung von 3,7 V aufweist, das Halbleiterelement am Platz P2 (das einer Induktivität von 4 nH entspricht) eine Schwellenspannung von 3,4 V aufweist, das Halbleiterelement am Platz P3 (das einer Induktivität von 7,5 nH entspricht) eine Schwellenspannung von 3,1 V aufweist, und das Halbleiterelement am Platz P4 (das einer Induktivität von 12 nH entspricht) eine Schwellenspannung von 2,5 V aufweist. Es muss angemerkt werden, dass eine Abweichung der Schwellenspannungen der Halbleitermodule von 1,7 V benötigt wird.
12 zeigt die Beziehung zwischen der Abweichung der Schwellenspannungen der parallel geschalteten Halbleitermodule und der Abweichung der Induktivitäten der Sammelschienen. Diese Beziehung wird aus der Beziehung zwischen dem höchsten Spitzenstrom und der Schwellenspannung der Halbleitermodule für die Induktivitäten der in 11 gezeigten Sammelschienen erhalten. Beispielsweise wird für eine Induktivitätsabweichung von 10 nH in der Sammelschiene 32 eine Schwellenspannungsabweichung von 1,7 V in den Halbleitermodulen benötigt, um einen einheitlichen höchsten Spitzenstrom von 100 A zu erreichen, wodurch eine Kurve der ersten Ordnung erzielt wird, die durch den Ursprung verläuft.
Wenn die Anzahl der parallel geschalteten Halbleitermodule erhöht wird, werden die Verbindungspunkte, mit denen die Halbleitermodule verbunden sind, über einen weiteren Bereich der Sammelschienen verteilt und die Induktivitätsabweichung wird größer, und daher ist es notwendig in den Halbleitermodulen mehrere Halbleiterelemente mit einer großen Abweichung der Schwellenspannung zu verwenden, d. h. mit signifikant unterschiedlichen Schwellenspannungen, um das Stromungleichgewicht einzuschränken. In der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorhanden Ausführungsform, sind vier Halbleitermodule 10A bis 10D mit der Sammelschiene 31 parallel angeordnet, die eine Induktivitätsabweichung von 10 nH aufweisen. Aus 12 ist ersichtlich, dass die Schwellenspannungsabweichung der Halbleiterelemente 13a der Halbleitermodule 10A bis 10D, die zum Einschränken des Stromungleichgewichts notwendig ist, 1,8 V beträgt. Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, dass es anhand der Sammelschiene 31 möglich ist, maximal neun Halbleitermodule parallel zu schalten, wenn Halbleiterelemente mit Schwellenspannungen von 1,5 V bis 6,5 V hergestellt werden können.
Die vorliegende Ausführungsform umfasst einen oberen Arm und einen unteren Arm in jedem Halbleitermodul (2 in 1), jedoch können selbst, wenn nur ein Arm enthalten ist (1 in 1), die Schwellenspannungen der Halbleiterelemente, die in den Halbleitermodulen zusammengesetzt werden sollen, bezüglich der Induktivitätswerte für den Induktivitätswert der Sammelschiene 31 (P-Leitung) bezüglich jedes Halbleitermoduls ausgewählt werden, um das Zusammensetzen mit der optimalen Anordnung auszuführen.
13 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Halbleitervorrichtung 110 gemäß einer Abwandlung. Die Halbleitervorrichtung 110 ist auf die gleiche Weise wie die oben beschriebene Halbleitervorrichtung 100 konfiguriert, mit der Ausnahme, dass die Halbleitervorrichtung 110 zwei Halbleitermodule 10A und 10B umfasst, und zwischen diesen Modulen eine Last W angeschlossen ist. Daher wird auf ausführliche Beschreibungen von Konfigurationen verzichtet, die mit den Konfigurationen in der Halbleitervorrichtung 100 identisch sind oder diesen entsprechen.
Die Halbleitervorrichtung 110 umfasst ferner die Halbleitermodule 10A und 10B, die Sammelschienen 35 und 36, die Verdrahtung 37 und das Drucksubstrat (nicht gezeigt). Die Halbleitervorrichtung 110 wird als Wechselrichter verwendet, der einer Phase (z. B. einer W-Phase) eines Motors in einer Wechselrichtervorrichtung entspricht, die einen Motor antreibt.
Die Halbleitervorrichtung 110 wird verwendet, indem sie in ein externes Gerät oder dergleichen (nicht gezeigt) einbezogen wird, und arbeitet gemäß einer Schaltspannung oder dergleichen oder gemäß einem Steuersignal von dem externen Gerät oder dergleichen. In der Halbleitervorrichtung 110 sind Positionen, an denen die Halbleitermodule 10A und 10B bezüglich der Sammelschienen 35 und 36 angeordnet sind, die Plätze P1 und P2.
Die Halbleitermodule 10A und 10B sind auf die gleiche Weise wie die oben beschriebenen Halbleitermodule konfiguriert. Jedes der Halbleitermodule 10A und 10B weist eine eindeutige Schwellenspannung auf und empfängt eine Schaltspannung, die höher als oder gleich wie die Schwellenspannung ist, um Elektrizität zu leiten, oder empfängt eine Schaltspannung, die niedriger als die Schwellenspannung ist, um das Leiten von Elektrizität zu stoppen. Die Halbleitermodule 10A und 10B sind jeweils an den Plätzen P1 und P2 angeordnet und anhand der unten beschriebenen Sammelschienen 35 und 36 parallel geschaltet.
Die Sammelschienen 35 und 36 sind auf die gleiche Weise wie die oben beschriebenen Sammelschienen 31 und 32 konfiguriert und schalten die Halbleitermodule 10A und 10B mit Sammelanschlüssen 35c und 36c davon parallel. Die Sammelschiene 35 ist mit jedem Paar externer Anschlüsse 18 in jedem der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden. Die Sammelschiene 36 ist mit jedem Paar externer Anschlüsse 17 in jedem der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden. Die Sammelschienen 35 und 36 erzielen gegenseitige Induktivität, indem Körperabschnitte davon einander entgegengesetzt und nahe aneinander angeordnet sind.
In der Sammelschiene 35 treten Parasitärinduktivitäten L11 und L12 zwischen dem Anschlussabschnitt 35c und den entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt auf, an denen die externen Anschlüsse 18 der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden sind. In der Sammelschiene 36 treten Parasitärinduktivitäten L21 und L22 zwischen dem Anschlussabschnitt 36c und den entsprechenden Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt auf, an denen die externen Anschlüsse 17 der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden sind.
Die Verdrahtung 37 ist ein Leiter, der die Last W zwischen den Halbleitermodulen 10A und 10B verbindet und verbindet das Paar externer Anschlüsse 16 von jedem der Halbleitermodule 10A und 10B jeweils mit einem Ende und einem anderen Ende der Last W.
Das Drucksubstrat (nicht gezeigt) ist ein Substrat, das mit den Halbleitermodulen 10A und 10B verbunden ist und Steuersignale eingibt, die vom externen Gerät oder dergleichen an die Halbleitermodule 10A und 10B gesendet werden. Das Drucksubstrat (nicht gezeigt) ist mit dem Satz aus vier externen Anschlüssen 19 von jedem der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden. Hier sind die Gate-Elektroden der in dem Halbleitermodul 10A enthaltenen Halbleiterelemente 13a und 13b mit den externen Anschlüssen 19a und 19b aus den externen Anschlüssen 19 verbunden, und die Gate-Elektroden der im Halbleitermodul 10B enthaltenen Halbleiterelemente 13a und 13b sind mit den externen Anschlüssen 19c und 19d aus den externen Anschlüssen 19 verbunden.
Die Halbleitervorrichtung 110 empfängt ein Steuersignal vom externen Gerät oder dergleichen (nicht gezeigt) und gibt die in dem Steuersignal enthaltene Schaltspannung in jedes der in den Halbleitermodulen 10A und 10B enthaltenen Halbleiterelemente 13a und 13b über die externen Anschlüsse 19a bis 19d ein. Infolgedessen werden das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10A und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10B EIN-geschaltet, und Strom wird nach rechts zur Last W entlang eines ersten Strompfads geleitet, d. h. über die Induktivität L11 der Sammelschiene 35 und die Induktivität L22 der Sammelschiene 36. Außerdem werden das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10B und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10A EIN-geschaltet, und Strom wird nach links zur Last W entlang eines zweiten Strompfads geführt, d. h. über die Induktivität L12 der Sammelschiene 35 und die Induktivität L21 der Sammelschiene 36.
In der Halbleitervorrichtung 110, die die oben beschriebene Konfiguration aufweist, ist die Summe der Induktivität L11 der Sammelschiene 35 und der Induktivität L22 der Sammelschiene 36 so eingestellt, dass sie kleiner als die Summe der Induktivität L12 der Sammelschiene 35 und der Induktivität L21 der Sammelschiene 36 ist. In diesem Fall werden die beiden Halbleitermodule 10A und 10B so ausgewählt, dass die Schwellenspannung des Halbleiterelements 13a des Halbleitermoduls 10A höher als die Schwellenspannung des Halbleiterelements 13a des Halbleitermoduls 10B ist, und die Schwellenspannung des Halbleiterelements 13b des Halbleitermoduls 10A niedriger als die Schwellenspannung des Halbleiterelements 13b des Halbleitermoduls 10B ist, und diese Halbleitermodule 10A und 10B sind zwischen den Sammelschienen 35 und 36 parallel geschaltet.
Die Halbleitervorrichtung 110 kann gemäß dem Ablauf des in 6 gezeigten Herstellungsverfahrens hergestellt werden.
In Schritt S1 wird eine Schwellenspannung V_th für die Schaltspannung für jedes der Halbleiterelemente 13a und 13b gemessen, die in den Halbleitermodulen 10A bis 10B ausgeführt sind. Die Einzelheiten zu den Messverfahren der Schwellenspannung werden oben beschrieben.
In Schritt S2 werden die Induktivitäten der Sammelschienen 35 und 36 gemessen. Die Einzelheiten zu dem Messvorgang der Induktivitäten werden oben beschrieben.
In Schritt S3 werden die Halbleitermodule zusammengesetzt, die jeweils an den Plätzen P1 und P2 angeordnet sind. In der vorliegenden Abwandlung wird aufgrund der Induktivitäten L11 und L12 der Sammelschiene 35, der Induktivitäten L21 und L22 der Sammelschiene 36 und der Schwellenspannungen V_th der Halbleiterelemente 13a und 13b der Halbleitermodule 10A und 10B eine Wahl darüber vorgenommen, in welchem der Halbleitermodule 10A und 10B ein Halbleiterelement mit einer geeigneten Schwellenspannung V zusammengesetzt wird, sodass das Halbleiterelement mit einer niedrigen Schwellenspannung in einem Strompfad mit einer hohen Induktivität angeordnet ist, und die Halbleitermodule 10A und 10B werden zusammengesetzt.
In der vorliegenden Abwandlung ist die Induktivität des ersten Strompfads durch die Summe L11 + L22 der Induktivität L11 der Sammelschiene 35 und der Induktivität L22 der Sammelschiene 36 vorgesehen, die Induktivität des zweiten Strompfads ist durch die Summe L12 + L21 der Induktivität L12 der Sammelschiene 35 und der Induktivität L21 der Sammelschiene 36 vorgesehen, und L11 + L22 < L12 + L21, wie oben beschrieben. Daher wird, wenn das Halbleitermodul 10A am Platz P1 angeordnet werden soll, das Halbleiterelement 10A zusammengesetzt und als Halbleitermodul 10B, das am Platz P2 angeordnet wird, wird ein Halbleitermodul zusammengesetzt, das ein Halbleiterelement 13a, das eine niedrigere Schwellenspannung als das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10A aufweist, und ein Halbleiterelement 13b umfasst, das eine höhere Schwellenspannung als das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10A aufweist.
In Schritt S4 werden die Halbleitermodule 10A und 10B, die für die Plätze P1 und P2 zusammengesetzt wurden, mit den Sammelschienen 31 und 32 parallel geschaltet. Die Halbleitermodule 10A und 10B sind gemäß der in Schritt S3 ermittelten optimalen Anordnung jeweils an den Plätzen P1 und P2 angeordnet, und die externen Anschlüsse 18 und 17 sind an den Verbindungspunkten auf dem Bondingabschnitt von jeder Sammelschiene 35 und 36 verbunden.
Außerdem ist die Last W zwischen den externen Anschlüssen 16 der Halbleitermodule 10A und 10B über die Verdrahtung 37 verbunden, und das Drucksubstrat (nicht gezeigt) ist mit den externen Anschlüssen 19 der Halbleitermodule 10A und 10B verbunden, und die Halbleitermodule 10A und 10B, die Sammelschienen 35 und 36 und das Drucksubstrat 34 werden von dem Gehäuse (nicht gezeigt) von oben bedeckt, um darin untergebracht zu werden. Auf diese Weise wird die Herstellung der Halbleitervorrichtung 110 abgeschlossen.
Auf diese Weise werden das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10A und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10B, die eine hohe Schwellenspannung aufweisen und im ersten Strompfad positioniert sind, langsamer EIN-geschaltet als das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10B und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10A, die eine niedrigere Schwellenspannung aufweisen und im zweiten Strompfad für die Eingabe eines gemeinsamen Schaltstroms positioniert sind, jedoch wird ein Anstieg des geleiteten Stroms durch die niedrige Induktivität L11 + L22 des ersten Strompfads gefördert. Außerdem werden das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10B und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10A, die eine niedrige Schwellenspannung aufweisen und im zweiten Strompfad positioniert sind, schneller EIN-geschaltet als das Halbleiterelement 13a des Halbleitermoduls 10A und das Halbleiterelement 13b des Halbleitermoduls 10B, die eine hohe Schwellenspannung aufweisen und im ersten Strompfad für die Eingabe eines gemeinsamen Schaltstroms positioniert sind, jedoch wird ein Anstieg des geleiteten Stroms durch die hohe Induktivität L12 + L21 des zweiten Strompfads eingeschränkt. Auf diese Weise kann die Abweichung des höchsten Spitzenstroms, d. h. das Stromungleichgewicht, minimiert werden, wenn das Leiten von Elektrizität EIN ist.
In der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und der Halbleitervorrichtung 110 gemäß der Abwandlung, umfasst jedes der Halbleitermodule 10A bis 10D ein Paar Halbleiterelektroden 13a und 13b, jedoch können beispielsweise stattdessen die Halbleiterelemente 13a zwischen den externen Anschlüssen 18 und 16 in Reihe und/oder parallel geschaltet sein, und die Halbleiterelemente 13b können zwischen den externen Anschlüssen 16 und 17 in Reihe und/oder parallel geschaltet sein. In diesem Fall kann die Schwellenspannung der Halbleiterelemente, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind durch den Durchschnitt oder die höchste Schwellenspannung unter den Schwellenspannungen der einzelnen Elemente gekennzeichnet sein.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen zu den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Aus dem Umfang der Ansprüche ist auch ersichtlich, dass die Ausführungsformen, zu denen solche Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügt wurden, in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
The Arbeitsabläufe, Verfahren, Schritte und Stufen von jedem Prozess, der von einem Gerät, System, Programm und Verfahren durchgeführt wird, die in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen gezeigt sind, können in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „zuvor”, „bevor” oder dergleichen gekennzeichnet ist und solange die Ausgabe von einem vorhergehenden Prozess nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen anhand von Begriffen wie „zuerst” oder „als nächstes” beschrieben wird, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
Liste der Bezugsnummern

10A–10D: Halbleitermodul, 11: Körper, 11a: abgestufter Abschnitt, 11b: Loch, 11c: konkaver Abschnitt, 12a, 12b: Substrat, 12a1, 12b1: isolierende Leiterplatte, 12a2, 12b2, 12a3, 12b3: Schaltungsschicht, 13a, 13b: Halbleiterelement, 14a, 14b: leitfähige Pfosten, 15: Verdrahtungssubstrat, 16, 17 (17A1, 17A2, 17B1, 17B2, 17C1, 17C2, 17D1, 17D2), 18 (18A1, 18A2, 18B1, 18B2, 18C1, 18C2, 18D1, 18D2), 19 (19a, 19b, 19c, 19d): externer Anschluss, 16s, 17s, 18s, 19s konvexer Abschnitt, 31: Sammelschiene, 31a: Körperabschnitt, 31b: Bondingabschnitt, 31b ₀: Loch, 31c: Anschlussabschnitt, 31c ₀: Öffnung, 32: Sammelschiene, 32a: Körperabschnitt, 32b: Bondingabschnitt, 32b ₀: Loch, 32c: Anschlussabschnitt, 32c ₀: Öffnung, 33: Sammelschiene, 33a: Körperabschnitt, 33b: Bondingabschnitt, 33b ₀: Loch, 33c: Anschlussabschnitt, 33c ₀: Öffnung, 34: Drucksubstrat, 340: Loch, 35: Sammelschiene, 35c: Anschlussabschnitt, 36: Sammelschiene, 36c: Anschlussabschnitt, 37: Verdrahtung, 100, 110: Halbleitervorrichtung, P1–P4: Platz

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 2014-236150 [0003]
JP 2003-142689 [0003]

Claims

Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes Halbleitermodul; ein zweites Halbleitermodul, in dem ein zweites Halbleiterelement untergebracht ist, das eine Schaltspannungsschwelle aufweist, die niedriger als eine Schaltspannungsschwelle eines ersten Halbleiterelements des ersten Halbleitermoduls ist; und eine Sammelschiene, die die jeweiligen externen Anschlüsse des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls mit einem Sammelanschluss parallel schaltet, wobei das zweite Halbleitermodul mit einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene verbunden ist, an dem eine Induktivität eines Strompfads zu dem Sammelanschluss größer als eine Induktivität eines Strompfads von einem Verbindungspunkt des ersten Halbleitermoduls zu dem Sammelanschluss ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Halbleitermodul mit einem Verbindungspunkt verbunden ist, an dem eine Gesamtheit einer Induktivität zwischen dem Verbindungspunkt des zweiten Halbleitermoduls und dem Sammelanschluss auf der Sammelschiene und einer Induktivität eines Strompfads zum zweiten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul größer als eine Gesamtheit einer Induktivität zwischen dem Anschlusspunkt des ersten Halbleitermoduls und dem Sammelanschluss auf der Sammelschiene und einer Induktivität eines Strompfads zu dem ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Halbleitermodul mehrere der ersten Halbleiterelemente umfasst, die an einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene parallel geschaltet sind, das zweite Halbleitermodul mehrere zweite Halbleiterelemente umfasst, die an einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene parallel geschaltet sind, und die Schaltspannungsschwellen der mehreren der zweiten Halbleiterelemente in einem Durchschnittswert oder einem Höchstwert niedriger als die Schaltspannungsschwellen der mehreren der ersten Halbleiterelemente sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Umschaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule ermittelt wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule 10 nH beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner Folgendes umfasst: eine weitere Sammelschiene, die mit einem weiteren Sammelanschluss mit einem weiteren externen Anschluss von jedem aus dem ersten Halbleitermodul und dem zweiten Halbleitermodul parallel geschaltet ist, wobei die Sammelschiene und die weitere Sammelschiene so angeordnet sind, dass Abschnitte davon, in denen Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, einander entgegengesetzt angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das Folgendes umfasst: Messen der Schaltspannungsschwelle von jedem Halbleiterelement, das in mehreren der Halbleitermodule untergebracht ist; Wählen eines ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, aus den mehreren Halbleiterelementen und Wählen eines zweiten Halbleiterelements mit einer niedrigeren Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen; Verbinden des ersten Halbleitermoduls mit einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene; und Verbinden des zweiten Halbleitermoduls mit einem Verbindungspunkt auf der Sammelschiene, an dem eine Induktivität bezüglich des Sammelanschlusses höher als die des ersten Halbleitermoduls ist.
Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: Zusammensetzen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls; Messen von Induktivitäten vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; und Bestimmen einer Differenz, die zwischen den Schaltspannungsschwellen der Halbleiterelemente zugelassen werden kann, gemäß einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule.
Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, die jeweils ein erstes Halbleiterelement, das zwischen einem ersten externen Anschluss und einem zweiten externen Anschluss verbunden ist, und ein zweites Halbleiterelement umfassen, das zwischen dem zweiten externen Anschluss und einem dritten externen Anschluss verbunden ist; eine erste Sammelschiene, die den ersten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den ersten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem ersten Sammelanschluss parallel schaltet; eine zweite Sammelschiene, die den zweiten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den zweiten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem zweiten Sammelanschluss parallel schaltet; und eine dritte Sammelschiene, die den dritten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den dritten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem dritten Sammelanschluss parallel schaltet, wobei das erste Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweist, als das erste Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls, das zweite Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweist, als das zweite Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls, eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul ist, und eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls höher als eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom ersten Sammelanschluss zu den jeweiligen ersten Halbleiterelementen ermittelt wird, eine Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, gemäß einer Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom dritten Sammelanschluss zu den jeweiligen zweiten Halbleiterelementen ermittelt wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des ersten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom ersten Sammelanschluss zu den jeweiligen ersten Halbleiterelementen 10 nH beträgt, und wenn die Differenz zwischen der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und der Schaltspannungsschwelle des zweiten Halbleiterelements, das im zweiten Halbleitermodul untergebracht ist, 1,8 V beträgt, die Differenz zwischen Induktivitäten von Strompfaden vom dritten Sammelanschluss zu den jeweiligen zweiten Halbleiterelementen 10 nH beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste Sammelschiene und die dritte Sammelschiene so angeordnet sind, dass Abschnitte davon, in denen Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt, einander entgegengesetzt angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das erste Halbleitermodul und das zweite Halbleitermodul jeweils mehrere der ersten Halbleiterelemente und der zweiten Halbleiterelemente umfassen, die mehreren ersten Halbleiterelemente des ersten Halbleitermoduls eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweisen als die mehreren ersten Halbleiterelemente des zweiten Halbleitermoduls, und die mehreren zweiten Halbleiterelemente des ersten Halbleitermoduls eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweisen als die mehreren zweiten Halbleiterelemente des zweiten Halbleitermoduls.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, das Folgendes umfasst: Messen der Schaltspannungsschwelle von jedem Halbleiterelement, das in mehreren der Halbleitermodule untergebracht ist; aus den mehreren Halbleiterelementen Wählen eines ersten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, und eines zweiten Halbleiterelements, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, eines ersten Halbleiterelements mit einer niedrigeren Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen, und eines zweiten Halbleiterelements mit einer höheren Schaltspannungsschwelle als das zweite Halbleiterelement, das im ersten Halbleitermodul untergebracht ist, um es im zweiten Halbleitermodul unterzubringen; Verbinden des ersten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der dritten Sammelschiene; und und Verbinden des ersten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der dritten Sammelschiene, wobei eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum ersten Halbleiterelement im ersten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads zum zweiten Halbleiterelement im zweiten Halbleitermodul gemacht wird, und eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des ersten Halbleitermoduls höher als eine Induktivität eines Strompfads vom dritten Sammelanschluss zum zweiten Halbleiterelement des zweiten Halbleitermoduls gemacht wird.
Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, das ferner Folgendes umfasst: Zusammensetzen des ersten Halbleitermoduls und des zweiten Halbleitermoduls; Messen von Induktivitäten von den Sammelanschlüssen der ersten Sammelschiene und der dritten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; Ermitteln einer Differenz zwischen den Schaltspannungsschwellen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements, die in den jeweiligen Halbleitermodulen untergebracht sind, gemäß einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der ersten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule; und Ermitteln einer Differenz zwischen den Induktivitäten vom Sammelanschluss der dritten Sammelschiene zu den Verbindungspunkten der jeweiligen Halbleitermodule und einer Differenz zwischen den Schaltspannungsschwellen des ersten Halbleiterelements und des zweiten Halbleiterelements, die in den jeweiligen Halbleitermodulen untergebracht sind.
Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes Halbleitermodul und ein zweites Halbleitermodul, die jeweils eine erste Halbleitervorrichtung, die zwischen einem ersten externen Anschluss und einem zweiten externen Anschluss verbunden ist, und eine zweite Halbleitervorrichtung umfassen, die zwischen dem zweiten externen Anschluss und einem dritten externen Anschluss verbunden ist; eine erste Sammelschiene, die den ersten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den ersten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem ersten Sammelanschluss parallel schaltet; eine zweite Sammelschiene, die den dritten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und den dritten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls mit einem zweiten Sammelanschluss parallel schaltet, wobei die erste Halbleitervorrichtung des ersten Halbleitermoduls eine höhere Schaltspannungsschwelle aufweist als die erste Halbleitervorrichtung des zweiten Halbleitermoduls, die zweite Halbleitervorrichtung des ersten Halbleitermoduls eine niedrigere Schaltspannungsschwelle aufweist als die zweite Halbleitervorrichtung des zweiten Halbleitermoduls, und eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul ist.
Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, das Folgendes umfasst: Messen der Schaltspannungsschwelle der ersten Halbleitervorrichtung und der zweiten Halbleitervorrichtung, die in jedem der mehreren Halbleitermodule enthalten sind; aus den mehreren Halbleitermodulen Wählen eines ersten Halbleitermoduls und Wählen eines zweiten Halbleitermoduls, in dem die erste Halbleitervorrichtung eine niedrigere Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleitermodul aufweist, und die zweite Halbleitervorrichtung eine höhere Schaltspannungsschwelle als das erste Halbleitermodul aufweist; Verbinden des ersten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des ersten Halbleitermoduls mit der zweiten Sammelschiene; und Verbinden des ersten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der ersten Sammelschiene und Verbinden des dritten externen Anschlusses des zweiten Halbleitermoduls mit der zweiten Sammelschiene, wobei eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul niedriger als eine Induktivität eines Strompfads vom ersten Sammelanschluss zum zweiten Sammelanschluss durch die erste Halbleitervorrichtung im zweiten Halbleitermodul und die zweite Halbleitervorrichtung im ersten Halbleitermodul gemacht wird.