DE102019208826B4 - Leistungsmodul und Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Leistungsmodul (100), aufweisend:- ein Halbleiterelement (104, 104a, 104b);- ein Substrat (3), auf welchem das Halbleiterelement (104, 104a, 104b) montiert ist;- einen Verbindungsteilbereich, der von einer Anordnung einer Vielzahl von Verdrahtungen (5) gebildet wird;- ein Gehäuse (1), in welchem das Substrat (3) auf einer Seite seiner Bodenfläche angeordnet ist und das Halbleiterelement (104, 104a, 104b) und der Verbindungsteilbereich darin untergebracht sind; und- ein isolierendes Versiegelungsmaterial (4), das in das Gehäuse (1) gefüllt ist, wobei:- die Vielzahl von Verdrahtungen (5), die den Verbindungsteilbereich bilden, in einer Schleifenform in einer gleichen Richtung ausgerichtet ist,- die Vielzahl von Verdrahtungen (5) des Verbindungsteilbereichs so angeordnet ist, dass in einem zentralen Teilbereich ein Anordnungsintervall breiter ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung und in dem zentralen Teilbereich eine Verdrahtungshöhe am höchsten ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung, und- jede der Vielzahl von Verdrahtungen (5) eine Verdrahtungshöhe aufweist, die von dem zentralen Teilbereich in Richtung in einer ersten Richtung schrittweise verringert ist und von dem zentralen Teilbereich auch in Richtung einer zweiten Richtung, die eine entgegengesetzte Richtung der ersten Richtung ist, schrittweise verringert ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsmodul und insbesondere auf ein Leistungsmodul, in welchem eine Ausbildung von Hohlräumen in einem isolierenden Versiegelungsmaterial, das in ein Gehäuse gefüllt wird, unterdrückt wird.
  • Beschreibung des allgemeinen Standes der Technik
  • In einem allgemeinen Leistungsmodul wird eine Schaltung gebildet, indem ein Halbleiterelement und eine Schaltungsstruktur auf einem isolierenden Substrat mit einer Metallverdrahtung oder dergleichen elektrisch verbunden werden. Einhergehend mit der Erhöhung der Dichte und Zuverlässigkeit im Leistungsmodul nimmt die Anzahl von mit dem Halbleiterelement verbundenen Metallverdrahtungen tendenziell zu, und die Anordnungsdichte der Metallverdrahtung hat sich erhöht. Wie in zum Beispiel 9A der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) Veröffentlichungs-Nr. JP 2007- 502 544 A offenbart ist, gibt es daher eine zunehmende Anzahl von Leistungsmodulen, die ein schrittweises Bonden übernehmen, in welchem ein Bonden ausgeführt wird, indem die Bonding-Position schrittweise verschoben wird.
  • Wenn jedoch die Anzahl von Metallverdrahtungen im Leistungsmodul aufgrund einer Diversifizierung der Klassifizierung eines Leistungsmoduls und eines großen Stroms erhöht wird, wird das Verdrahtungsintervall enger, und im isolierenden Versiegelungsmaterial enthaltene Luftblasen werden aus den Spalten der Metallverdrahtungen weniger wahrscheinlich freigesetzt, werden die Blasen unter den Metallverdrahtungen akkumuliert, und letztendlich bleiben die Blasen unter den Metallverdrahtungen als Hohlräume zurück.
  • Die Druckschrift US 2010 / 0 308 457 A1 betrifft eine Halbleitervorrichtung, bei welcher ein Einschaltwiderstand bei der Verdrahtung zwischen einem ersten Elektrodenanschluss und einem zweiten Elektrodenanschluss reduziert ist. Die Halbleitervorrichtung umfasst den ersten Elektrodenanschluss, den zweiten Elektrodenanschluss und mindestens zwei Drähte, die die ersten und zweiten Elektrodenanschlüsse verbinden. Mindestens zwei Drähte sind unter Verwendung eines leitfähigen Klebstoffs in einer Erstreckungsrichtung der Drähte elektrisch miteinander verbunden. Der erste Elektrodenanschluss ist beispielsweise ein Anschluss einer externen Leitungselektrode. Der zweite Elektrodenanschluss ist beispielsweise ein Anschluss einer Source-Elektrode eines MOSFET .
  • Die JP 2011- 159 933 A beschreibt eine Leistungshalbleitervorrichtung, die durch Laminieren und Verbinden von Metallbändern gebildet wird, die bei hoher Temperatur verwendet werden kann und sehr zuverlässig ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Es wird ein Leistungshalbleiterelement auf einer Leiterplatte bereitgestellt und es werden ein erstes und ein zweites Metallband, die jeweils einen rechteckigen Querschnitt haben, auf das Leistungshalbleiterelement laminiert und gebondet. Das erste Metallband wird durch einen ersten Bondbereich und einen zweiten Bondbereich an einer Endseite eines Endes des ersten Bondbereichs und getrennt von einem ersten Bondbereich an das Leistungshalbleiterbauelement gebondet. Das zweite Metallband wird über dem zweiten Bondbereich mit dem ersten Metallband verbunden.
  • Die DE 10 2016 216 702 A1 offenbart einen Verstärker, welcher mit einem Gehäuse, einem Transistor-Chip, der eine Gate-Kontaktstelle und eine Drain-Kontaktstelle aufweist, die länglich ausgebildet sind, wobei der Transistor-Chip in dem Gehäuse vorgesehen ist, und einer Mehrzahl von Drain-Bond-Drähten ausgebildet ist, die mit der Drain-Kontaktstelle verbunden sind, wobei die Mehrzahl von Drain-Bond-Drähten einen ersten äußersten Bond-Draht, der mit einem von zwei Endbereichen der Drain-Kontaktstelle verbunden ist, einen zweiten äußersten Bond-Draht, der mit dem anderen der zwei Endbereiche der Drain-Kontaktstelle verbunden ist, und einen dazwischenliegenden Bond-Draht, der zwischen dem ersten äußersten Bond-Draht und dem zweiten äußersten Bond-Draht eingefügt ist, aufweist, wobei jeder aus der Mehrzahl von Drain-Bond-Drähten länger als 1 mm ist und der erste äußerste Bond-Draht und der zweite äußerste Bond-Draht Schlaufenhöhen aufweisen, die größer sind als eine Schlaufenhöhe, die der dazwischenliegende Bond-Draht aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Leistungsmodul erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einer Leistungsumwandlungsvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Ein Leistungsmodul weist auf ein Halbleiterelement, ein Substrat, auf welchem das Halbleiterelement montiert ist, einen Verbindungsteilbereich, der von einer Anordnung einer Vielzahl von Verdrahtungen gebildet wird, ein Gehäuse, in welchem das Substrat auf einer Seite seiner Bodenfläche angeordnet ist und das Halbleiterelement und der Verbindungsteilbereich darin untergebracht sind; und ein in das Gehäuse gefülltes isolierendes Versiegelungsmaterial, wobei die Vielzahl von Verdrahtungen, den Verbindungsteilbereich bilden, in einer Schleifenform in einer gleichen Richtung ausgerichtet ist, die Vielzahl von Verdrahtungen des Verbindungsteilbereichs so angeordnet ist, dass in einem zentralen Teilbereich ein Anordnungsintervall breiter ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung und in dem zentralen Teilbereich eine Verdrahtungshöhe am höchsten ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung, und jede der Vielzahl von Verdrahtungen eine Verdrahtungshöhe aufweist, die von dem zentralen Teilbereich in Richtung in einer ersten Richtung schrittweise verringert ist und von dem zentralen Teilbereich auch in Richtung einer zweiten Richtung, die eine entgegengesetzte Richtung der ersten Richtung ist, schrittweise verringert ist.
  • Jede Verdrahtungshöhe einer Vielzahl von Verdrahtungen ist so eingerichtet, dass jede der Verdrahtungen eine Höhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht ist; daher entweichen Blasen, die im isolierenden Versiegelungsmaterial unter den Metallverdrahtungen enthalten sind, aus einem Bereich unter den Metallverdrahtungen leicht, und dies unterdrückt eine Ausbildung von Hohlräumen unter Metallverdrahtungen.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Leistungsmodul einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 2 ist eine partielle Draufsicht, die das Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie von oben gesehen, veranschaulicht;
    • 3 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel 1 eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 5 ist ein schematisches Diagramm, das einen Mechanismus einer Entlüftung in einem Entlüftungsaufbau veranschaulicht;
    • 6 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel 2 eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel 2 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 8 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem am Verbindungsteil in einem Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel aus 8 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel aus 8 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 11 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 12 ist eine Querschnittsansicht, die das weitere Beispiel aus 12 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 13 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel eines des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 14 ist eine Draufsicht, die das Beispiel aus 13 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel aus 13 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 16 ist eine Draufsicht, die noch ein anderes Beispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem im Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 17 ist eine Querschnittsansicht, die das Beispiel aus 16 des Entlüftungsaufbaus am Verbindungsteil im Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 18 ist eine Draufsicht, die ein Anwendungsbeispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung zu einem anderen Teilbereich veranschaulicht;
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, die ein Anwendungsbeispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung zu einem anderen Teilbereich veranschaulicht;
    • 20 ist eine Draufsicht, die ein Anwendungsbeispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung zu einem anderen Teilbereich veranschaulicht;
    • 21 ist eine Querschnittsansicht, die ein Anwendungsbeispiel eines Entlüftungsaufbaus an einem Verbindungsteil in einem Leistungsmodul zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung zu einem anderen Teilbereich veranschaulicht; und
    • 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Ausführungsform 1 >
  • 1 ist Querschnittsansicht, die ein Leistungsmodul einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Und 2 ist eine partielle Draufsicht eines Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und ein Versiegelungsharz und dergleichen sind weggelassen. Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Schnitt in der Richtung der Pfeile in der Linie A-B-A in 2 der Querschnitt in 1 ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist im Leistungsmodul 100 ein isolierendes Substrat 3 an die obere Oberfläche einer Basisplatte 101 durch ein Lot (Lot unter dem Substrat) 107b gebondet, und ein Halbleiterelement 104, das ein Schaltelement 104a und eine Freilaufdiode 104b umfasst, ist durch ein Lot 107a an die obere Oberfläche des isolierenden Substrats 3 (Substrat) gebondet. Die Basisplatte 101 ist in einem Öffnungsteilbereich auf der Seite einer Bodenfläche eines Gehäuses 1 untergebracht, von dem die Seite der oberen Oberfläche und die Seite der Bodenfläche Öffnungen sind, und die Basisplatte 101, die die gleiche Form und die gleiche Fläche wie der Öffnungsteilbereich auf der Seite der Bodenfläche aufweist, bildet die Bodenfläche des Gehäuses 1.
  • Das isolierende Substrat 3 ist auf einer oberen Oberfläche eines isolierenden Materials 103d mit einer oberen Leiterstruktur 103a und auf dessen unterer Oberfläche mit einer unteren Leiterstruktur 103e versehen, und das isolierende Material 103d besteht aus zum Beispiel einem keramischen Material wie etwa Harz, Al2O3, AIN und Si3N4. Oder anstelle des isolierenden Substrats 3 kann ein Leiterrahmen verwendet werden, in welchem eine Schaltungsstruktur strukturiert ist.
  • Beispielsweise wird als das Schaltelement 104a des Halbleiterelements 104 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) verwendet. Wenn als das Schaltelement 104a ein Siliziumcarbid-(SiC-)Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwendet wird, kann auch eine SiC-Schottky-Barrierendiode (SBD) als die Freilaufdiode 104b verwendet werden. Ein MOSFET, der aus Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke wie etwa SiC, Ga2O3 und GaN besteht, weist eine hohe Durchbruchspannung und eine hohe zulässige Stromdichte auf; daher stellt solch ein MOSFET verglichen mit einen aus einem Silizium-Halbleitermaterial bestehenden MOSFET eine Verkleinerung sicher; und eine Verkleinerung des Leistungsmoduls wird durch Einbeziehen dieses MOSFET gewährleistet.
  • Das Schaltelement 104a und die Freilaufdiode 104b sind durch das Lot 107a an die obere Leiterstruktur 103a des isolierenden Substrats 3 gebondet, wobei ein Bonding-Material verwendet werden kann, das sinterbare Ag-(Silber-) oder Cu-(Kupfer-)Teilchen enthält. Indem man ein sinterbares Bonding-Material verwendet, kann verglichen mit dem Fall eines Lotbondens die Lebensdauer des Bonding-Teilbereichs verbessert werden. Im Fall einer Verwendung einer Halbleitervorrichtung (SiC-Halbleitervorrichtung), die SiC nutzt, was einen Betrieb bei einer hohen Temperatur ermöglicht, ist eine Verbesserung der Lebensdauer des Bonding-Teilbereichs durch Verwenden des sinterbaren Materials bei einer effektiven Nutzung der Charakteristiken der SiC-Halbleitervorrichtung vorteilhaft.
  • Ein Hauptelektrodenanschluss 2, durch den ein Hauptstrom fließt, ist auf der seitlichen Oberfläche des Gehäuses 1 vorgesehen. Der Hauptelektrodenanschluss 2 erstreckt sich von der seitlichen Oberfläche des Gehäuses 1 zur oberen Oberfläche des Gehäuses 1 und ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuses 1 nach außen freigelegt. Auch ist ein Steueranschluss 21 auf der seitlichen Oberfläche des Gehäuses 1 auf der Seite vorgesehen, wo der Hauptelektrodenanschluss 2 vorgesehen ist, erstreckt sich der Steueranschluss 21 von der seitlichen Oberfläche des Gehäuses 1 zur oberen Oberfläche des Gehäuses 1 und ist auf der oberen Oberfläche des Gehäuses 1 nach außen freigelegt.
  • Im Gehäuse 1 sind die oberen Elektroden 109 des Schaltelements 104a und der Diode 104b, die obere Elektrode 109 und die obere Leiterstruktur 103b der Diode 104b, die obere Leiterstruktur 103b und der Hauptelektrodenanschluss 2 durch eine Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 verbunden. Auch ist eine (nicht dargestellte) Steuerelektrode des Schaltelements 104a über eine Metallverdrahtung 51 mit dem Steueranschluss 21 verbunden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass im Folgenden auf die Anordnung einer Vielzahl von Metallverdrahtungen 5, die die Bauteile verbinden, und Bauteilen als Verbindungsteilbereich verwiesen.
  • Die Basisplatte 101 ist im Gehäuse 1 untergebracht, und das Gehäuse 1 und die Basisplatte 101 sind mit einem Harzklebstoff oder dergleichen aneinander gebondet, so dass das Gehäuse 1 einen Boden und keine Abdeckung oben aufweist. Ein Versiegelungsmaterial 4, wie etwa ein Epoxidharz oder dergleichen, wird von einem Öffnungsteilbereich auf der Seite der oberen Oberfläche des Gehäuses 1 aus eingeführt; dadurch werden die Basisplatte 101, das isolierende Substrat 3, das Halbleiterelement 104 und die Metallverdrahtungen 5 und 51 mit dem isolierenden Versiegelungsmaterial 4 harzverzsiegelt. Es sollte besonders erwähnt werden, dass als das isolierende Versiegelungsmaterial 4 ein Versiegelungsmittel aus Silikon verwendet werden kann.
  • Als die Basisplatte 101 kann hier eine AlSiC-Platte oder eine Cu-Platte, die ein Verbundmaterial ist, verwendet werden. Wenn jedoch das Halbleiterelement 104 verwendet wird, kann, falls das isolierende Substrat 3 eine ausreichende Isolierungseigenschaft und Festigkeit aufweist, der Boden des Gehäuses 1 damit aufgebaut werden, ohne die Basisplatte 101 vorzusehen. Das heißt, die untere Leiterstruktur 103e ist auf der unteren Oberfläche des isolierenden Substrats 3 vorgesehen; demgemäß kann ein Aufbau, in dem die untere Leiterstruktur 103e freigelegt ist, als die Bodenfläche des Gehäuses 1 ausgebildet werden.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird, wenn die Anzahl der Metallverdrahtungen 5 im Leistungsmodul 100 zunimmt, das Anordnungsintervall enger, und im isolierenden Versiegelungsmaterial 4 enthaltene Luftblasen werden aus den Spalten der Metallverdrahtungen 5 weniger wahrscheinlich freigesetzt.
  • <Beispiel eines Entlüftungsaufbaus zur Erläuterung des technischen Hintergrunds>
  • 3 und 4 sind Ansichten zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung, die eine Verdrahtungsanordnung eines Verbindungsteilbereichs mit dem Entlüftungsaufbau, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist, veranschaulichen. 3 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 4 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie C-C in 3.
  • 3 und 4 veranschaulichen einen Verbindungsteilbereich zum Verbinden der Diode 104b auf dem isolierenden Substrat 3 und der oberen Leiterstruktur 103b mit einer Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 mittels Drahtbonden, und, wie in 3 gezeigt ist, ist das Anordnungsintervall der Metallverdrahtungen 5 etwa die Drahtbreite der Metallverdrahtungen 5. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Drahtbreite der Metallverdrahtung 5 etwa 1 mm beträgt und das Anordnungsintervall 1 mm oder enger ist, und, wenn das Gehäuse 1 mit dem isolierenden Versiegelungsmaterial 4 gefüllt ist und der Durchmesser der Blasen im isolierenden Versiegelungsmaterial 4 1 mm bis 3 mm beträgt, entweichen die Blasen nicht aus einem Bereich zwischen den Metallverdrahtungen 5 und werden in den Metallverdrahtungen 5 akkumuliert. Die akkumulierten Blasen können sich ansammeln und verschmelzen, um Blasen mit einem größeren Durchmesser auszubilden.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, ist jedoch eine Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 so angeordnet, dass die Metallverdrahtungen in einer Schleifenform in der gleichen Richtung ausgerichtet sind. Die Höhe der Metallverdrahtungen 5 ist nicht gleich, sondern so eingerichtet, dass jede Metallverdrahtung 5 eine Verdrahtungshöhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht oder verringert ist. In 4 ist die Verdrahtungshöhe in Richtung der linken Seite in der Zeichnung höher. Ein Aufbau, in dem die Metallverdrahtungen 5 so angeordnet sind, dass die Verdrahtungshöhen sich auf diese Weise ändern, ist als Entlüftungsaufbau definiert.
  • Der Mechanismus einer Entlüftung mittels des Entlüftungsaufbaus wird hier unter Bezugnahme auf 5 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 5 ist ein Entlüftungsaufbau, in dem eine Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 so angeordnet ist, dass die Metallverdrahtungen in einer Schleifenform in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, und die Verdrahtungshöhe in Richtung der rechten Seite in der Zeichnung höher ist. Eine Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 ist auf einen Leiter MB mittels Drahtbonden gebondet, und eine Blase BB ist zwischen der Vielzahl geschleifter Metalldrähte 5 und dem Leiter MB vorhanden. Die Größe der Blase BB ist größer als das Anordnungsintervall der Metalldrähte 5; daher kann die Blase BB nicht zwischen den Metallverdrahtungen 5 hindurchgehen. Man beachte, dass die Vielzahl von Metallverdrahtungen 5, die den Leiter MB umfassen, mit dem isolierenden Versiegelungsmaterial bedeckt ist und die Blase BB im isolierenden Versiegelungsmaterial vorhanden ist, jedoch der Zweckmäßigkeit halber das isolierende Versiegelungsmaterial nicht dargestellt ist.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, bewegt sich im Laufe der Zeit die Blase BB, die anfangs auf der Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer niedrigen Verdrahtungshöhe gelegen ist, zur Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer hohen Verdrahtungshöhe, wie durch den Pfeil AR angegeben ist, und entweicht schließlich aus dem Bereich unter den Metallverdrahtungen 5. Dies verhält sich so, da sich die Blase BB aufgrund des Unterschieds in der spezifischen Dichte des isolierenden Versiegelungsmaterials, zum Beispiel 1,9 im Fall von Epoxidharz und 1 im Fall von Luft, was die spezifische Dichte der Blase BB ist, von einer niedrigen Position zu einer hohen Position bewegt. Die Blase BB, die aus einem Bereich unter den Metallverdrahtungen 5 entwichen ist, bewegt sich in einem flüssigen Zustand, vor einem Aushärten, des isolierenden Versiegelungsmaterials nach oben, und die Viskosität des isolierenden Versiegelungsmaterials nimmt zur Zeit einer thermischen Aushärtung ab; dies bewirkt, es sich die Blase BB leicht nach oben bewegt. Aus diesem Grund sammeln sich Blasen im isolierenden Versiegelungsmaterial auf der oberen Oberfläche des in das Gehäuse 1 gefüllten isolierenden Versiegelungsmaterials 4 und werden aus dem isolierenden Versiegelungsmaterial freigesetzt (entlüftet). Dadurch können Blasen im isolierenden Versiegelungsmaterial reduziert werden. In der verwandten Technik war eine Entlüftung, bei der Blasen unter den Metallverdrahtungen 5 entfernt werden, schwierig; jedoch ermöglicht der oben beschriebene Entlüftungsaufbau, dass die Entlüftung, bei der die Blasen unter den Metallverdrahtungen 5 entfernt werden, leicht vollbracht wird. Daher wird sichergestellt, dass ein Zurückbleiben einer Blase unter den Metallverdrahtungen als Hohlraum im gehärteten isolierenden Versiegelungsmaterial verhindert wird, und die Isolierungseigenschaft des Leistungsmoduls 100 ist gewährleistet.
  • <Beispiel 2 eines Entlüftungsaufbaus zur Erläuterung des technischen Hintergrunds>
  • 6 und 7 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung sind Ansichten, die eine Verdrahtungsanordnung mit einem Entlüftungsaufbau, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist, veranschaulichen. 6 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 7 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang der Linie C-C in 6. Man beachte, dass Anordnungspositionen der Metallverdrahtungen 5 und ein Anordnungsintervall und so weiter die Gleichen wie jene in 3 und 4 sind.
  • In dem in 6 veranschaulichten Entlüftungsaufbau ist die Verdrahtungshöhe jeder der Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 derart, dass die Verdrahtungshöhe im zentralen Teilbereich der Verdrahtungsanordnung die niedrigste ist und die Verdrahtungshöhen in Richtung nach links (erste Richtung) und in Richtung nach rechts (zweite Richtung) höher als die Verdrahtungshöhe sind. Daher bewegt sich die unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung zumindest einer der rechten Seite und der linken Seite im Entlüftungsaufbau, entweicht aus einem Bereich unter den Metallverdrahtungen 5 und ist die Entlüftung, in der die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 entfernt wird, gewährleistet.
  • <Beispiel eines erfindungsgemäßen Entlüftungsaufbaus>
  • 8 und 9 sind Ansichten, die die Verdrahtungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Entlüftungsaufbau, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist, veranschaulichen. 8 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 9 ist eine entlang der Linie C-C in 8 genommene Querschnittsansicht. Man beachte, dass Anordnungspositionen der Metallverdrahtungen 5 und ein Anordnungsintervall die Gleichen wie jene in 3 und 4 sind.
  • In dem in 9 veranschaulichten Entlüftungsaufbau ist das Anordnungsintervall im zentralen Teilbereich der Verdrahtungsanordnung breiter als im Rest der Teilbereiche, und die Verdrahtungshöhen sind in Richtung nach links (erste Richtung) und in Richtung nach rechts (zweite Richtung) in der Zeichnung niedriger als die Verdrahtungshöhe.
  • Daher bewegt sich die unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase von zumindest einer der rechten Seite und der linken Seite in Richtung des zentralen Teilbereichs des Entlüftungsaufbaus, entweicht aus einem Bereich unter den Metallverdrahtungen 5 und ist die Entlüftung, in der die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 entfernt wird, gewährleistet.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Spalt im zentralen Teilbereich im Bereich von 1 bis 3 mm festgelegt ist, wobei berücksichtigt wird, dass die Blase einen Durchmesser von 1 bis 3 mm hat.
  • Außerdem kann in dem Fall, in dem zugelassen wird, dass das Anordnungsintervall im zentralen Teilbereich breiter als dasjenige in anderen Teilbereichen der Verdrahtungsanordnung ausgebildet ist, im Gegensatz zu dem in 9 veranschaulichten Entlüftungsaufbau, wie in 10 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist, der Entlüftungsaufbau ein Aufbau sein, in dem die Verdrahtungshöhe von jeder der Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 derart ist, dass die Verdrahtungshöhe im zentralen Teilbereich der Verdrahtungsanordnung die niedrigste ist und die Verdrahtungshöhen in Richtung nach links (erste Richtung) und in Richtung nach rechts (zweite Richtung) höher als die Verdrahtungshöhe sind.
  • Dadurch bewegt sich die unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung zumindest einer der rechten Seite und der linken Seite im Entlüftungsaufbau, entweicht aus einem Bereich unter den Metallverdrahtungen 5 und ist die Entlüftung, in der die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 entfernt wird, gewährleistet. Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Spalt in dem zentralen Teilbereich der Verdrahtungsanordnung breit ist; daher entweicht eine Blase, die unter der Metallverdrahtung 5 nahe dem zentralen Teilbereich der Verdrahtungsanordnung möglicherweise vorhanden ist, aus dem zentralen Teilbereich, und dies verstärkt den Effekt einer Entlüftung.
  • <Weiteres Beispiel eines Entlüftungsaufbaus>
  • 11 und 12 sind Ansichten, die eine erfindungsgemäße Verdrahtungsanordnung veranschaulichen, die einen Entlüftungsaufbau aufweist, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist. 11 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 12 ist eine entlang der Linie C-C in 11 genommene Querschnittsansicht. Man beachte, dass Anordnungspositionen der Metallverdrahtungen 5 und ein Anordnungsintervall die Gleichen wie jene in 3 sind.
  • In dem in 11 veranschaulichten Entlüftungsaufbau ist der zentrale Teilbereich der Verdrahtungsanordnung breiter als der Rest der Teilbereiche, und die Metallverdrahtungen 5 sind so angeordnet, dass sie in der linken Richtung (ersten Richtung) und der rechten Richtung (zweiten Richtung) mit dem zentralen Teilbereich als Grenze schräg geneigt sind. Wie in 12 veranschaulicht ist, ist daher die Verdrahtungshöhe jeder der Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 derart, dass sie als die Verdrahtungshöhe in Richtung nach links und rechts verringert ist, und die Rückseite (die Seite der oberen Leiterstruktur 103b) ist im zentralen Teilbereich breiter als die Vorderseite (die Seite der Diode 104b).
  • Daher entweicht die unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase leicht aus dem zentralen Teilbereich des Entlüftungsaufbaus.
  • <Weiteres Beispiel eines Entlüftungsaufbaus zur Erläuterung des technischen Hintergrunds>
  • 13 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung ist eine Ansicht, die eine Verdrahtungsanordnung veranschaulicht, die einen Entlüftungsaufbau aufweist, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist, und 13 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird.
  • In dem in 13 veranschaulichten Entlüftungsaufbau sind die Bonding-Positionen benachbarter Metallverdrahtungen 5 nacheinander verschoben und einem gestaffelten Zustand gebondet. Ein Bonden im gestaffelten Zustand erleichtert ein Bonden selbst in dem Fall, in dem das Anordnungsintervall noch enger ist, da ein Raum zum Einsetzen eines Bonding-Geräts gewährleistet ist.
  • Wie beispielsweise in 4 veranschaulicht ist, ist die Höhe einer Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 nicht gleich, sondern so eingerichtet, dass jede Metallverdrahtung 5 eine Verdrahtungshöhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht oder verringert ist. Selbst im Fall eines Bondens im gestaffelten Zustand bewegt sich daher eine unter einer Vielzahl schleifenförmiger Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung der Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer hohen Verdrahtungshöhe, und eine Entlüftung wird vollbracht.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind auch in dem Fall des Bondens im gestaffelten Zustand, worin jede Metallverdrahtung 5 eine voneinander verschiedene Verdrahtungshöhe aufweist, Induktivitäten (elektrischer Widerstand) aufgrund der unterschiedlichen Verdrahtungslängen zu ändern. Daher können die Induktivitäten vereinheitlicht werden, indem man eine einheitliche Verdrahtungslänge hat, und ein Auslegen der Schaltung für das Leistungsmodul 100 kann vereinfacht werden.
  • 14 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung ist eine Draufsicht, die den Entlüftungsaufbau veranschaulicht, in dem die Verdrahtungslängen im Fall des Bondens im gestaffelten Zustand einheitlich sind, und 15 ist eine der 4 entsprechende Querschnittsansicht.
  • Wie in 14 und 15 veranschaulicht ist, ist die Länge jeder der Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 in einer Draufsicht so festgelegt, dass die Verdrahtungslänge der Metallverdrahtung 5 mit der niedrigsten Verdrahtungshöhe in der Draufsicht die längste ist und die Verdrahtungslänge der Metallverdrahtung 5 mit der höchsten Verdrahtungshöhe in der Draufsicht die kürzeste ist. Als Folge ist die volle Länge (tatsächliche Verdrahtungslänge) jeder der Metallverdrahtungen 5 einheitlich, so dass die Induktivitäten vereinheitlicht werden können.
  • Ein Variieren der jeweiligen Verdrahtungslängen in Draufsicht gemäß den jeweiligen Verdrahtungshöhen kann auf die Entlüftungsaufbauten der Beispiele 1 bis 4 angewendet werden, und durch Vereinheitlichen der Induktivitäten kann ein Entwurf bzw. eine Auslegung der Schaltung für das Leistungsmodul 100 vereinfacht werden.
  • <Anderes Beispiel eines Entlüftungsaufbaus zur Erläuterung des technischen Hintergrunds>
  • 16 und 17 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung sind Ansichten, die eine Verdrahtungsanordnung veranschaulichen, die einen Entlüftungsaufbau aufweist, damit sich die Blase unter den Metallverdrahtungen 5 nach oben bewegt, wenn das Anordnungsintervall eng ist. 16 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 17 ist eine entlang der Linie C-C in 16 genommene Querschnittsansicht. Man beachte, dass Anordnungspositionen der Metallverdrahtungen 5 und ein Anordnungsintervall die Gleichen wie jene in 3 sind. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die oberen Seiten der Metallverdrahtungen 5 der Zweckmäßigkeit halber in 16 und 17 dick veranschaulicht sind, und die oberen und unteren Metallverdrahtungen 5 tatsächlich die gleiche Dicke aufweisen.
  • 16 und 17 veranschaulichen einen Entlüftungsaufbau einer Doppelverdrahtung, in der die Metallverdrahtungen 5 so angeordnet sind, dass sie in einer Schleifenrichtung einander vertikal überlappen. Wie in 17 veranschaulicht ist, ist die Höhe der Metallverdrahtungen 5 so eingerichtet, dass jede Metallverdrahtung 5 eine Verdrahtungshöhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht oder verringert ist. Als Folge bewegt sich selbst im Fall einer solchen Doppelverdrahtung die unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung der Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer hohen Verdrahtungshöhe und ist die Entlüftung gewährleistet. Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Entlüftungsaufbau nicht auf die oben beschriebene Doppelverdrahtung beschränkt ist, und der Entlüftungssaufbau ist auch auf eine Verdrahtung, welche weiter überlappt ist, wie etwa eine Dreifachverdrahtung anwendbar.
  • <Anwendbares Beispiel eines Entlüftungsaufbaus zu einem anderen Teilbereich zur Erläuterung des technischen Hintergrunds>
  • In dem oben beschriebenen Entlüftungsaufbau kann, obgleich der Verbindungsteilbereich zwischen der Diode 104b und der oberen Leiterstruktur 103b beschrieben wurde, der Entlüftungsaufbau auf einen anderen Verbindungsteilbereich angewendet werden.
  • 18 und 19 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulichen einen Fall, auf den ein Entlüftungsaufbaus angewendet wird, zum Beispiel beim Verbindungsteilbereich zwischen der oberen Leiterstruktur 103b und der anderen oberen Leiterstruktur 103c. 18 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 19 ist eine entlang der Linie C-C in 18 genommene Querschnittsansicht. Die Höhe einer Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 ist so eingerichtet, dass jede Metallverdrahtung 5 eine Höhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht oder verringert ist. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die obere Leiterstruktur 103c in einem Teilbereich liegt, der in der in 2 veranschaulichten Draufsicht nicht gezeigt ist.
  • Wie in 18 und 19 veranschaulicht ist, bewegt sich, indem der Entlüftungsaufbau auf den Fall angewendet wird, in dem Leiterstrukturen auf dem isolierenden Substrat 3 miteinander verbunden sind, eine unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung der Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer hohen Verdrahtungshöhe, und eine Entlüftung wird vollbracht.
  • 20 und 21 zur Erläuterung des technischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung veranschaulichen einen Fall, auf den das Beispiel 1 des Entlüftungsaufbaus angewendet wird, zum Beispiel beim Verbindungsteilbereich zwischen der oberen Leiterstruktur 103b und dem Hauptelektrodenanschluss 2. 20 ist eine partielle Draufsicht des Leistungsmoduls 100, wie es von oben gesehen wird, und 21 ist eine entlang der Linie C-C in 20 genommene Querschnittsansicht. Die Höhe einer Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 ist so eingerichtet, dass jede Metallverdrahtung 5 eine Höhe aufweist, die in eine Richtung in der Anordnung nacheinander schrittweise erhöht oder verringert ist.
  • Wie in 20 und 21 veranschaulicht ist, bewegt sich, indem man den Entlüftungsaufbau auf den Fall anwendet, in dem die Leiterstruktur 103b auf dem isolierende Substrat 3 und der Hauptelektrodenanschluss 2 miteinander verbunden sind, eine unter einer Vielzahl geschleifter Metallverdrahtungen 5 vorhandene Blase in Richtung der Seite der Metallverdrahtung 5 mit einer hohen Verdrahtungshöhe, und eine Entlüftung wird vollbracht.
  • <Anderer Aufbau für eine erfindungsgemäße Entlüftung>
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform 1 entweicht, wenn beispielsweise das Anordnungsintervall der Metallverdrahtungen 5 1 mm oder weniger beträgt und der Durchmesser einer Blase im isolierenden Versiegelungsmaterial 4 1 mm bis 3 mm beträgt, die Blase nicht aus einem Bereich zwischen den Metallverdrahtungen 5; indem man jedoch das Intervall zwischen den Metallverdrahtungen 5 größer als den Durchmesser der Blase festlegt, kann ein Entlüftungsaufbau erhalten werden.
  • Wenn jedoch die Drahtbreite der Metallverdrahtung 5 etwa 1 mm beträgt, scheitert, falls das Verdrahtungsintervall auf etwa 3 mm festgelegt ist, jedoch eine Erhöhung der Verdrahtungsdichte aufgrund einer Diversifizierung der Klassifizierung eines Leistungsmoduls und eines großen Stroms. Durch Erhöhen der Drahtbreite der Metallverdrahtung 5 oder durch Verwenden einer Bondverbindung mit plattenartigen Bändchen wird jedoch der Schmelzstrom pro Verdrahtung so erhöht, dass das Verdrahtungsintervall 1 mm oder mehr beträgt.
  • <Ausführungsform 2>
  • In einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird das Leistungsmodul gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1 auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung angewendet. Im Folgenden wird als Ausführungsform 2 der Fall beschrieben, in dem die Ausführungsform 1 auf einen Dreiphasen-Inverter angewendet wird.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, auf das die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 angewendet wird.
  • Das in 22 veranschaulichte Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromquelle 500, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 und eine Last 700. Die Stromquelle 500 ist eine DC-Stromquelle und stellt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 DC-Leistung bereit. Die Stromquelle 500 kann verschiedene Typen wie etwa ein DC-System, eine Solarzelle, eine Speicherbatterie sein; alternativ dazu kann die Stromquelle 500 eine Gleichrichterschaltung oder einen AC/DC-Wandler enthalten, der mit einem AC-System verbunden ist. Ferner kann die Stromquelle 500 mittels eines DC/DC-Wandlers aufgebaut sein, der vom DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte elektrische Leistung umwandelt.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 ist ein Dreiphasen-Inverter, der mit der Stromquelle 500 und der Last 700 verbunden ist, und wandelt von der Stromquelle 500 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt dann der Last 700 die AC-Leistung bereit. Wie in 22 veranschaulicht ist, enthält die Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 eine Hauptumwandlungsschaltung 601, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln und die AC-Leistung abzugeben, und eine Steuerschaltung 602, um ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 601 an die Hauptumwandlungsschaltung 601 abzugeben.
  • Die Last 700 ist ein Dreiphasen-Motor, der durch von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Last 700 nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt ist und ein Motor ist, der in verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montiert ist; zum Beispiel wird die Last 700 als Motor für die Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Aufzüge oder Klimaanlagen verwendet.
  • Im Folgenden werden Details der Leistungsumwandlungsvorrichtung 600 beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 601 enthält ein Schaltelement und eine Freilaufdiode (nicht veranschaulicht), das Schaltelement wandelt von der Stromquelle 500 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um, indem ein Schalten durchgeführt wird, und stellt diese der Last 700 bereit. Es gibt verschiedene spezifische Schaltungskonfigurationen der Hauptumwandlungsschaltung 601, und die Hauptumwandlungsschaltung 601 gemäß der Ausführungsform 2 ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus, die aus sechs Schaltelementen und sechs Freilaufdioden bestehen kann, von denen jede mit den jeweiligen Schaltelementen umgekehrt parallel verbunden ist. Das Leistungsmodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 wird auf das Leistungsmodul angewendet, das die Hauptumwandlungsschaltung 601 enthält, und eine Vielzahl von Metallverdrahtungen 5 im Leistungsmodul 100 ist unter Ausnutzung des Entlüftungsaufbaus angeordnet. In den sechs Schaltelementen sind für jedes Paar Schaltelemente ein oberer Arm und ein unterer Arm ausgebildet, indem die Schaltelemente in Reihe verbunden sind, und jedes Paar eines oberen Arms und eines unteren Arms bildet je eine Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Und ein Ausgangsanschluss jedes Paars des oberen Arms und unteren Arms, das heißt drei Ausgangsanschlüsse, der Hauptumwandlungsschaltung 601 ist mit der Last 700 verbunden.
  • Die Hauptumwandlungsschaltung 601 enthält auch eine (nicht dargestellte) Ansteuerschaltung, um jedes Schaltelement anzusteuern, und die Ansteuerschaltung kann im Leistungsmodul 100, wie in der Ausführungsform 1 beschrieben, eingebaut sein oder kann eine Konfiguration aufweisen, in der die Ansteuerschaltung getrennt vom Leistungsmodul 100 vorgesehen ist.
  • Die Ansteuerschaltung erzeugt ein Ansteuersignal, um jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 601 anzusteuern und liefert dieses an eine Steuerelektrode des Schaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 601. Konkret gibt gemäß dem Steuersignal von der Steuerschaltung 602, die später beschrieben wird, die Ansteuerschaltung das Ansteuersignal, um jedes Schaltelement in den EIN-Zustand zu versetzen, und das Ansteuersignal, um jedes Schaltelement in den AUS-Zustand zu versetzen, an eine Steuerelektrode jedes Schaltelements ab. Wenn der EIN-Zustand des Schaltelements beibehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das gleich der Schwellenspannung des Schaltelements oder höher ist, während, wenn der AUS-Zustand des Schaltelements beibehalten wird, das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal) ist, das niedriger als der Schwellenwert des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 602 steuert das Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 601, so dass der Last 700 eine gewünschte Leistung bereitgestellt wird. Konkret berechnet auf der Basis der der Last 700 bereitzustellenden Leistung die Steuerschaltung 602 die Zeit (EIN-Zeit), die jedes Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 601 im EIN-Zustand sein soll. Beispielsweise kann die Hauptumwandlungsschaltung 601 mittels einer PWM-Steuerung gesteuert werden, um die EIN-Zeit des Schaltelements gemäß der abzugebenden Spannung zu modulieren. Dann wird zu jedem Zeitpunkt ein Steuerbefehl (Steuersignal) an die Ansteuerschaltung 602 abgegeben, so dass ein EIN-Signal an die Schaltelemente, die im EIN-Zustand sein sollen, abgegeben wird und ein AUS-Signal an die Schaltelemente, die im AUS-Zustand sein sollen, abgegeben wird. Gemäß dem Steuersignal gibt die Ansteuerschaltung 602 das Ein-Signal oder das AUS-Signal als das Ansteuerschaltung an die Steuerelektrode jedes Schaltelements ab.
  • Indem man die Hauptumwandlungsschaltung 601 mit dem Leistungsmodul 100 gemäß der Ausführungsform 1 konfiguriert, ist es möglich, ein Zurückbleiben von Blasen als Hohlräume unter den Metallverdrahtungen 5 im gehärteten isolierenden Versiegelungsmaterial zu unterdrücken. Dadurch werden Probleme der gewährleisteten isolierenden Eigenschaft des Leistungsmoduls und der Leistungsumwandlungsvorrichtung, die das Leistungsmodul enthält, vorher vermieden, und es wird verhindert, dass deren Funktionen geschädigt werden.
  • In der Ausführungsform 2 wurde ein Beispiel beschrieben, in welchem die vorliegende Erfindung auf einen Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus angewendet wird; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen beschränkt und kann auf verschiedene Leistungsumwandlungsvorrichtungen angewendet werden. In der Ausführungsform 2 kann, obgleich eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit zwei Niveaus verwendet wird, jedoch eine Leistungsumwandlungsvorrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus verwendet werden, und, wenn einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird, kann die vorliegende Erfindung auf einen einphasigen Inverter angewendet werden. Falls Leistung einer Gleichstromlast und so weiter bereitgestellt wird, kann die vorliegende Erfindung ebenfalls auf einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler angewendet werden.
  • Außerdem ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen nicht auf den Fall beschränkt, in dem oben beschriebene Last ein Elektromotor ist, und kann auf zum Beispiel ein Stromquellengerät einer Elektroerosionsmaschine, einer Laserbearbeitungsmaschine, einer Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder eines Systems zur kontaktlosen Stromversorgung angewendet werden und kann ferner auch beispielsweise als Leistungskonditionierer für ein System zur Erzeugung photovoltaischer Leistung oder ein Leistungsspeichersystem verwendet werden.

Claims (6)

  1. Leistungsmodul (100), aufweisend: - ein Halbleiterelement (104, 104a, 104b); - ein Substrat (3), auf welchem das Halbleiterelement (104, 104a, 104b) montiert ist; - einen Verbindungsteilbereich, der von einer Anordnung einer Vielzahl von Verdrahtungen (5) gebildet wird; - ein Gehäuse (1), in welchem das Substrat (3) auf einer Seite seiner Bodenfläche angeordnet ist und das Halbleiterelement (104, 104a, 104b) und der Verbindungsteilbereich darin untergebracht sind; und - ein isolierendes Versiegelungsmaterial (4), das in das Gehäuse (1) gefüllt ist, wobei: - die Vielzahl von Verdrahtungen (5), die den Verbindungsteilbereich bilden, in einer Schleifenform in einer gleichen Richtung ausgerichtet ist, - die Vielzahl von Verdrahtungen (5) des Verbindungsteilbereichs so angeordnet ist, dass in einem zentralen Teilbereich ein Anordnungsintervall breiter ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung und in dem zentralen Teilbereich eine Verdrahtungshöhe am höchsten ist gegenüber restlichen Teilbereichen der Anordnung, und - jede der Vielzahl von Verdrahtungen (5) eine Verdrahtungshöhe aufweist, die von dem zentralen Teilbereich in Richtung in einer ersten Richtung schrittweise verringert ist und von dem zentralen Teilbereich auch in Richtung einer zweiten Richtung, die eine entgegengesetzte Richtung der ersten Richtung ist, schrittweise verringert ist.
  2. Leistungsmodul (100) nach Anspruch 1, wobei in Draufsicht die Verdrahtungen (5) so angeordnet sind, dass sie in der ersten Richtung und der zweiten Richtung mit dem zentralen Teilbereich als Grenze schräg geneigt sind.
  3. Leistungsmodul (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Vielzahl von Verdrahtungen (5) des Verbindungsteilbereichs eine Doppelverdrahtung aufweist, in der die Verdrahtungen (5) so angeordnet sind, dass sie in einer Schleifenrichtung einander vertikal überlappen.
  4. Leistungsmodul (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei jede der Vielzahl von Verdrahtungen (5) des Verbindungsteilbereichs so festgelegt ist, dass eine Länge einer Verdrahtung (5) mit einer höchsten Verdrahtungshöhe in Draufsicht am kürzesten ist und eine Länge einer Verdrahtung (5) mit einer niedrigsten Verdrahtungshöhe in Draufsicht am längsten ist, um so eine volle Länge jeder der Vielzahl von Verdrahtungen (5) für vereinheitlichte Induktivitäten einheitlich auszubilden.
  5. Leistungsmodul (100) nach einem der Ansprüche 1 und 2, - welche eine Mehrzahl von Halbleiterelementen (104, 104a, 104b) aufweist, - wobei der Verbindungsteilbereich zumindest einen Teilbereich, der eines der Halbleiterelemente (104, 104a, 104b) und einen Hauptelektrodenanschluss (2) elektrisch verbindet, durch den ein Hauptstrom des Halbleiterelements (104, 104a, 104b) fließt, einen Teilbereich zwischen den Halbleiterelementen (104, 104a, 104b) und einen Teilbereich zwischen den Leiterstrukturen aufweist.
  6. Leistungsumwandlungsvorrichtung, aufweisend: - eine Hauptumwandlungsschaltung (601), die das Leistungsmodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist und dafür konfiguriert ist, eine einzuspeisende Leistung umzuwandeln und abzugeben; und - eine Steuerschaltung (602), die dafür konfiguriert ist, ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung (601) an die Hauptumwandlungsschaltung (601) abzugeben.
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