DE102019211221A1 - Leistungs-Halbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren und Leistungsumwandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Aufgabe besteht darin, eine Technologie vorzusehen, die imstande ist, die Zuverlässigkeit einer Leistungs-Halbleitervorrichtung zu erhöhen. Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung umfasst. ein Substrat (1), das eine isolierende Schicht (1a) und ein Schaltungsmuster (1b) umfasst, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind; ein Leistungs-Halbleiterelement (2), das mit dem Schaltungsmuster (1b) elektrisch verbunden ist; und einen Elektrodenanschluss (3) mit einem abgedünnten Teilbereich (3b), der einen geschweißten Teilbereich (3a) enthält, der mittels eines Faserlasers an das Schaltungsmuster (1b) geschweißt wird. Eine Dicke des Schaltungsmusters (1b) beträgt nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,5 mm, und eine Dicke des abgedünnten Teilbereichs (3b) des Elektrodenanschlusses (3) beträgt nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als dase Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters (1b).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungs-Halbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung.
  • Beschreibung des allgemeinen Standes der Technik
  • Laserschweißen wird manchmal für Leistungs-Halbleitervorrichtungen wie etwa ein ein Leistungs-Halbleiterelement enthaltendes Leistungsmodul verwendet, um eine Verbindung zwischen einem auf die Oberfläche eines isolierenden Substrats gesetzten Schaltungsmuster und einem Elektrodenanschluss zu verstärken. Beispielsweise schlägt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H7-94845 eine Technologie vor, um zumindest einen Teilbereich einer Spitze eines Elektrodenanschlusses wie etwa einer Zuleitung mehr als die anderen Teilbereiche abzudünnen und den abgedünnten Teilbereich zu verschweißen. Da solch eine Technologie eine zufriedenstellende thermische Leitfähigkeit in der Schweißung erzielt, erhöht die Schweißung die Stärke der Verbindung, was somit eine Erhöhung der Zuverlässigkeit und eine Erhöhung der Produktivität mit der verkürzten Schweißzeit zur Folge hat.
  • Ein übermäßiges Abdünnen des Elektrodenanschlusses verursacht jedoch ein Problem einer Schwächung der mechanischen Festigkeit des Elektrodenanschlusses selbst. Obgleich ein übermäßiges Verdicken des Elektrodenanschlusses die mechanische Festigkeit des Elektrodenanschlusses selbst erhöht, kann ein Hochenergielaser zum Verbinden des dicken Elektrodenanschlusses und des Schaltungsmusters ein Problem eines Bruchs in der isolierenden Schicht unter dem Schaltungsmuster erzeugen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Probleme ersonnen, und die Aufgabe besteht darin, eine Technologie vorzusehen, die imstande ist, die Zuverlässigkeit einer Leistungs-Halbleitervorrichtung zu erhöhen.
  • Eine Leistungs-Halbleitervorrichtung umfasst: ein Substrat, das eine isolierende Schicht und ein Schaltungsmuster umfasst, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind; ein Leistungs-Halbleiterelement, das mit dem Schaltungsmuster elektrisch verbunden ist; und einen Elektrodenanschluss mit einem abgedünnten Teilbereich, der einen geschweißten Teilbereich enthält, der mittels eines Faserlasers an das Schaltungsmuster geschweißt wird, wobei eine Dicke des Schaltungsmusters nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,5 mm beträgt und eine Dicke des abgedünnten Teilbereichs des Elektrodenanschlusses nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als das Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters beträgt.
  • Somit kann die Zuverlässigkeit der Leistungs-Halbleitervorrichtung erhöht werden.
  • 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.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur einer relevanten Halbleitervorrichtung schematisch veranschaulicht;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 schematisch veranschaulicht;
    • 3 veranschaulicht ein Ergebnis einer Untersuchung der Ablöse- bzw. Haftfestigkeit und Variationen in der Tiefe eines geschweißten Teilbereichs;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2 schematisch veranschaulicht;
    • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 schematisch veranschaulicht;
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 schematisch veranschaulicht; und
    • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems zeigt, für das die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 verwendet wird.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Bevorzugte Ausführungsform 1]
  • Bevor eine Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird eine für diese Leistungs-Halbleitervorrichtung relevante Halbleitervorrichtung (worauf im Folgenden als „relevante Halbleitervorrichtung“ verwiesen wird) beschrieben.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur der relevanten Halbleitervorrichtung schematisch veranschaulicht. Die relevante Halbleitervorrichtung umfasst ein Substrat 1 wie etwa ein isolierendes Substrat, ein Leistungs-Halbleiterelement 2 und einen Elektrodenanschluss 3.
  • Das Substrat 1 umfasst ein isolierendes Substrat 1a und ein Schaltungsmuster 1b, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die isolierende Schicht 1a enthält zum Beispiel eine Keramik und ein Harz. Das Schaltungsmuster 1b enthält zum Beispiel ein leitfähiges Material wie etwa ein Metall. Obgleich nicht veranschaulicht, sind die Schaltungsmuster 1b durch zum Beispiel einen Aluminiumdraht elektrisch verbunden.
  • Das Leistungs-Halbleiterelement 2 ist auf dem Schaltungsmuster 1b durch ein Lot, das nicht veranschaulicht ist, so angeordnet, dass es mit dem Schaltungsmuster 1b elektrisch verbunden ist. Das Leistungs-Halbleiterelement 2 ist beispielsweise ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT).
  • Der Elektrodenanschluss 3 ist beispielsweise eine durch Biegen eines plattenförmigen Materials geschaffene Zuleitung. Während ein Endteilbereich des Elektrodenanschlusses 3 mit dem Schaltungsmuster 1b in Kontakt ist, ermöglicht ein Bestrahlen der dem Schaltungsmuster 1b entgegengesetzten Seite mit einem Laserstrahl, dass der Elektrodenanschluss 3 an das Schaltungsmuster 1b geschweißt wird.
  • Die oben erwähnte Struktur wird mit einer Baugruppe wie etwa einem Gehäuse, das nicht veranschaulicht ist, zusammen mit einem Versiegelungsmaterial wie etwa einem Gel zum Schützen der Struktur abgedeckt, was nicht veranschaulicht ist,.
  • Der Elektrodenanschluss 3 der relevanten Halbleitervorrichtung ist verhältnismäßig dick. Ein Hochenergielaser ist notwendig, um den Elektrodenanschluss 3 und das Schaltungsmuster 1b zu verschweißen. Obgleich der Hochenergielaser den Elektrodenanschluss 3 und das Schaltungsmuster 1b verschweißen kann, kann der Hochenergielaser die isolierende Schicht 1a brechen, wobei ein geschweißter Teilbereich 3a wie in 1 veranschaulicht nach unten verläuft. Dagegen nimmt, wenn der Elektrodenanschluss 3 dünn ist, die mechanische Festigkeit des Elektrodenanschlusses 3 selbst ab. Folglich kann die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 solch ein Problem wie im Folgenden beschrieben lösen.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 schematisch veranschaulicht. Unter den Bestandteilen gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 werden die gleichen oder ähnlichen Bestandteile, wie jene, die oben beschrieben wurden, die gleichen Bezugszeichen aufweisen, und die verschiedenen Bestandteile werden vorwiegend beschrieben.
  • Der Elektrodenanschluss 3 weist einen abgedünnten Teilbereich 3b auf. Dieser abgedünnte Teilbereich 3b enthält den geschweißten Teilbereich 3a, der durch einen Laser an das Schaltungsmuster 1b geschweißt wird. Der Laser zum Durchführen solch einer Schweißung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 ist ein Faserlaser mit einer überlegenen Strahlqualität. Der Faserlaser kann winzige Flächen stabil verschweißen und kann auch eine Schweißung durchführen, selbst wenn das Schaltungsmuster 1b aus beispielsweise einem feuerfesten Material wie etwa Kupfer (Cu) und Aluminium (AI) besteht.
  • Die Ablöse- bzw. Haftfestigkeit und Variationen in der Tiefe des geschweißten Teilbereichs 3a wurden hier in solch einer Struktur untersucht. 3 veranschaulicht das Ergebnis. Die durchgezogene Linie gibt die Haftfestigkeit an, wohingegen die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie die Variationen in der Tiefe des geschweißten Teilbereichs 3a angibt. Die horizontale Achse in FIG: 3 repräsentiert ein Verhältnis der Dicke des Elektrodenanschlusses 3 zur Dicke des Schaltungsmusters 1b. Wenn die Dicke des Schaltungsmusters 1b nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,5 mm beträgt, wurde ein Ergebnis ähnlich dem in 3 veranschaulichten erhalten.
  • Wir haben festgestellt, dass die untere schraffierte Fläche in 3 eine unzureichende Haftfestigkeit, eine mangelhafte Stromkapazität und eine hohe Wahrscheinlichkeit einer kurzen Lebensdauer zeigt. Wir haben auch festgestellt, dass die obere schraffierte Fläche in 3 weite Variationen im geschweißten Teilbereich 3a und eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung der isolierenden Schicht 1a zeigt. Eine Dicke des abgedünnten Teilbereichs 3b des Elektrodenanschlusses 3 beträgt hier nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als das Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters 1b gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1.
  • [Fazit der bevorzugten Ausführungsform 1]
  • Da der Faserlaser mit einer überlegenen Strahlqualität auf die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 angewendet wird, kann er winzige Flächen stabil verschweißen und auch eine Schweißung durchführen, selbst wenn das Schaltungsmuster 1b aus einem feuerfesten Material besteht. Die Dicke des abgedünnten Teilbereichs 3b des Elektrodenanschlusses 3 gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 beträgt nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als das Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters 1b. Folglich kann man eine Erhöhung der Haftfestigkeit, eine Vermeidung der mangelhaften Stromkapazität und der Verringerung der Lebensdauer und eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung der isolierenden Schicht 1a erwarten. Folglich kann die Zuverlässigkeit der Leistungs-Halbleitervorrichtung erhöht werden.
  • [Modifikationen]
  • Obgleich das Material zum Die-Bonden zwischen dem Leistungs-Halbleiterelement 2 und dem Schaltungsmuster 1b gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 ein Lot ist, ist es nicht auf ein solches beschränkt, sondern kann ein gesintertes Verbindungsmaterial sein, das Ag-(Silber-)Teilchen oder Cu-(Kupfer-)Teilchen enthält. Die Struktur, die das gesinterte Verbindungsmaterial als Material zum Die-Bonden enthält, kann die Lebensdauer eines Verbindungsteilbereichs zwischen dem Leistungs-Halbleiterelement 2 und dem Schaltungsmuster 1b mehr als die Struktur erhöhen, die als das Material zum Die-Bonden das Lot enthält.
  • Obwohl das Leistungs-Halbleiterelement 2 ein IGBT gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 ist, ist es nicht auf einen solchen beschränkt. Das Leistungs-Halbleiterelement 2 kann beispielsweise den IGBT, einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), eine Freilaufdiode (FWD) und/oder eine Schottky-Barrierendiode (SBD) einschließen.
  • Obwohl das Leistungs-Halbleiterelement 2 auf dem Schaltungsmuster 1b gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 angeordnet ist, ist es nicht darauf beschränkt. Das Leistungs-Halbleiterelement 2 muss nur mit dem Schaltungsmuster 1b elektrisch verbunden sein, und beispielsweise kann ein anderes leitfähiges Material zwischen dem Leistungs-Halbleiterelement 2 und dem Schaltungsmuster 1b angeordnet sein.
  • [Bevorzugte Ausführungsform 2]
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Unter den Bestandteilen gemäß der bevorzugten Ausführungsform 2 werden die gleichen oder ähnliche Bestandteile wie jene, die oben beschrieben wurden, die gleichen Bezugsziffern aufweisen, und die verschiedenen Bestandteile werden vorwiegend beschrieben.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform 2 beträgt die Dicke des Elektrodenanschlusses 3 mit Ausnahme des abgedünnten Teilbereichs 3b nicht weniger als 0,6 und nicht mehr als 2,0 mm, und das Leistungs-Halbleiterelement 2 enthält SiC (Siliziumcarbid), das ein Halbleiter mit breiter Bandlücke ist. Der Elektrodenanschluss 3 mit einer verhältnismäßig großen Querschnittsfläche in solch einer Struktur ermöglicht, dass ein hoher Strom durch das Leistungs-Halbleiterelement 2 fließt. SiC mit einer überlegenen Wärmebeständigkeit ermöglicht auch, dass der hohe Strom durch die Leistungs-Halbleitervorrichtung 2 fließt. Als Folge kann man eine Miniaturisierung der Baugruppe oder der Leistungs-Halbleitervorrichtung 2 erwarten.
  • Obgleich der Halbleiter mit breiter Bandlücke in der oben erwähnten Beschreibung SiC ist, ist er nicht darauf beschränkt. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke kann beispielsweise Galliumnitrid (GaN) oder Diamant sein.
  • [Bevorzugte Ausführungsform 3]
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung (eines Elektrodenanschlusses) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Unter den Bestandteilen gemäß der bevorzugten Ausführungsform 3 werden die gleichen oder ähnliche Bestandteile wie jene, die oben beschrieben wurden, die gleichen Bezugsziffern aufweisen, und die verschiedenen Bestandteile werden vorwiegend beschrieben.
  • Der abgedünnte Teilbereich 3b ist gemäß der bevorzugten Ausführungsform 3 in einer Draufsicht in der Form identisch mit dem geschweißten Teilbereich 3a. Mit anderen Worten besteht in einer Draufsicht der abgedünnte Teilbereich 3b nur aus dem geschweißten Teilbereich 3a. Obgleich der abgedünnte Teilbereich 3b im Beispiel von 5 nicht in der Peripherie des Elektrodenanschlusses 3 ausgebildet ist, weist der Elektrodenanschluss 3 eine Aussparung 3c mit dem Boden, der der abgedünnte Teilbereich 3b ist, auf.
  • Da nur der geschweißte Teilbereich 3a, der ein Laser-Verbindungsteilbereich im Elektrodenanschluss 3 ist, in der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 3 dünn ist, kann man eine Erhöhung der Spannungswiderstandsfähigkeit und der Zuverlässigkeit der Verbindung über jene gemäß der bevorzugten Ausführungsform 1 hinaus erwarten. Da die Stromkapazität der Leistungs-Halbleitervorrichtung erhöht werden kann, kann man eine Miniaturisierung der Baugruppe oder der Leistungs-Halbleitervorrichtung erwarten.
  • [Bevorzugte Ausführungsform 4]
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil einer Struktur einer Leistungs-Halbleitervorrichtung (eines Elektrodenanschlusses) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung schematisch veranschaulicht. Unter den Bestandteilen gemäß der bevorzugten Ausführungsform 4 werden die gleichen oder ähnliche Bestandteile wie jene, die oben beschrieben wurden, die gleichen Bezugsziffern aufweisen, und die verschiedenen Bestandteile werden vorwiegend beschrieben.
  • Die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 4 enthält zusätzlich zu der Struktur gemäß der bevorzugten Ausführungsform 3 ein leitfähiges Material 3d, das in die Aussparung 3c eingebettet ist. Das leitfähige Material 3d enthält beispielsweise eine Cu-Paste und/oder eine Ag-Paste. Die in 6 veranschaulichte Struktur wird durch beispielsweise Schweißen des abgedünnten Teilbereichs 3b an das Schaltungsmuster 1b durch den Laser und anschließendes Einbetten des leitfähigen Materials 3d in der Aussparung 3c gebildet.
  • Die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 4 kann im Wesentlichen die Querschnittsfläche des Elektrodenanschlusses 3, wodurch ein Strom fließt, vergrößern. Da ein hoher Strom durch die Leistungs-Halbleitervorrichtung fließen kann, kann man eine Miniaturisierung der Baugruppe oder der Leistungs-Halbleitervorrichtung erwarten.
  • [Bevorzugte Ausführungsform 5]
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die eine Hauptumwandlungsschaltung enthält, die die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 4 enthält. Obgleich die oben beschriebenen Leistungs-Halbleitervorrichtungen nicht auf spezifische Leistungsumwandlungsvorrichtungen beschränkt sind, wird die bevorzugte Ausführungsform 5 eine Verwendung der Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 4 für einen Dreiphasen-Inverter beschreiben.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems veranschaulicht, für das die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 verwendet wird.
  • Das in 7 veranschaulichte Leistungsumwandlungssystem umfasst eine Stromversorgung 100, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 und eine Last 300. Die Stromversorgung 100, welche eine DC-Stromversorgung ist, stellt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 100 kann eine von verschiedenen Stromversorgungen einschließlich eines DC-Systems, einer Solarbatterie und einer wiederaufladbaren Batterie oder einer Gleichrichterschaltung sein, die mit einem AC-System und einem AC/DC-Wandler verbunden ist. Die Stromversorgung 100 kann einen DC/DC-Wandler enthalten, der die von einem DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200, welche ein Dreiphasen-Inverter ist, der zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschaltet ist, wandelt die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in die AC-Leistung um, um der Last 300 die AC-Leistung bereitzustellen. Wie in 7 veranschaulicht ist, enthält die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 eine Hauptumwandlungsschaltung 201, die die DC-Leistung in die AC-Leistung umwandelt, und eine Steuerschaltung 203, die an die Hauptumwandlungsschaltung 201 ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 201 abgibt.
  • Die Last 300 ist ein Dreiphasen-Elektromotor, der durch die von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine spezifische Nutzung beschränkt, sondern ist ein an verschiedene Arten elektrischer Einrichtungen montierter Elektromotor. So wird die Last 300 als ein Elektromotor für beispielsweise einen Hybridwagen, einen Elektrowagen, ein Schienenfahrzeug, einen Lift oder ein Klimaanlagengerät verwendet.
  • Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 wird im Folgenden im Detail beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält Schaltelemente und Freilaufdioden (nicht dargestellt). Die Hauptumwandlungsschaltung 201 wandelt die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung durch Schalten der Schaltelemente in die AC-Leistung um und stellt dann der Last 300 die AC-Leistung bereit. Die spezifische Schaltungskonfiguration der Hauptumwandlungsschaltung 201 ist eine von verschiedenen Arten. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 ist eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann sechs Schaltelemente und sechs Freilaufdioden, die mit den jeweiligen Schaltelementen antiparallel verbunden sind, umfassen. Zumindest eines der Schaltelemente und der Freilaufdioden der Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält eine Ansteuerschaltung 202, für die die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 4 verwendet wird. Die sechs Schaltelemente bilden drei Paare oberer und unterer Arme, wobei in je einem Paar davon die beiden Schaltelemente seriell miteinander verbunden sind. Die drei Paare oberer und unterer Arme bilden die jeweiligen Phasen (U-Phase, V-Phase und W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Paare oberer und unterer Arme, d.h. drei Ausgangsanschlüsse, der Hauptumwandlungsschaltung 201 sind mit der Last 300 verbunden.
  • Die Ansteuerschaltung 202 erzeugt Ansteuersignale zum Ansteuern der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 und liefert die Ansteuersignale an Steuerelektroden der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201. Konkret gibt die Ansteuerschaltung 202 das Ansteuersignal zum Schalten jedes der Schaltelemente in einen EIN-Zustand und das Ansteuersignal zum Schalten des Schaltelements in einen AUS-Zustand an eine Steuerelektrode des Schaltelements gemäß dem Steuersignal von der Steuerschaltung 203, die später beschrieben werden soll, ab. Wenn das Schaltelement in dem EIN-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (EIN-Signal), das höher als eine oder gleich einer Schwellenspannung des Schaltelements ist. Wenn das Schaltelement in dem AUS-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal (AUS-Signal), das niedriger als die Schwellenspannung des Schaltelements ist.
  • Die Steuerschaltung 203 steuert die Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201, um der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitzustellen. Konkret berechnet die Steuerschaltung 203 eine Zeit (EIN-Zeit), wann jedes der Schaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 in den EIN-Zustand eintreten muss, basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 203 die Hauptumwandlungsschaltung 201 steuern, indem eine Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerung zum Modulieren der EIN-Zeit der Schaltelemente gemäß der abzugebenden Spannung durchgeführt wird. Die Steuerschaltung 203 gibt dann eine Steueranweisung (Steuersignal) an die in der Hauptumwandlungsschaltung 201 enthaltene Ansteuerschaltung 202 ab, so dass zu jedem Zeitpunkt die Ansteuerschaltung 202 das EIN-Signal an das Schaltelement abgibt, das in den EIN-Zustand eintreten muss, und das AUS-Signal an das Schaltelement abgibt, das in den AUS-Zustand eintreten muss. Die Ansteuerschaltung 202 gibt gemäß diesem Steuersignal das EIN-Signal oder das AUS-Signal als das Ansteuersignal an die Steuerelektrode jedes der Schaltelemente ab.
  • Da die Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 4 als zumindest eines der Schaltelemente und der Freilaufdioden der Hauptumwandlungsschaltung 201 verwendet, kann die Zuverlässigkeit erhöht werden.
  • Obgleich die bevorzugte Ausführungsform 5 das Beispiel beschreibt, in dem die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsformen 1 bis 4 für den Dreiphasen-Inverter mit den beiden Niveaus verwendet wird, ist die bevorzugte Ausführungsform 5 nicht darauf beschränkt, sondern kann für verschiedene Leistungsumwandlungsvorrichtungen verwendet werden. Obgleich die bevorzugte Ausführungsform 5 die Leistungs-Halbleitervorrichtung gemäß einer der bevorzugten Ausführungsform 1 bis 4 als die Leistungsumwandlungsvorrichtung mit den beiden Niveaus beschreibt, kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung drei oder mehr Niveaus aufweisen. Die Leistungs-Halbleitervorrichtungen können für einen einphasigen Inverter verwendet werden, wenn die Leistung einer einphasigen Last bereitgestellt wird. Ausführungsformen können hierin auch für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden, wenn die Leistung beispielsweise einer DC-Last bereitgestellt wird.
  • Die Last der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform 5 ist nicht auf den Elektromotor wie oben beschrieben beschränkt. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung kann auch als eine Stromversorgungsvorrichtung beispielsweise einer Elektroerosionsmaschine, einer Laserstrahlmaschine, einer Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder eines Systems zur kontaktlosen Leistungseinspeisung verwendet werden und kann ferner als ein Leistungskonditionierer, beispielsweise eines Solarenergiesystems oder eines Systems zur Speicherung von Elektrizität, genutzt werden.
  • Ausführungsformen und Modifikationen können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung frei kombiniert und geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
  • 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 H794845 [0002]

Claims (7)

  1. Leistungs-Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat (1), das eine isolierende Schicht (1a) und ein Schaltungsmuster (1b) umfasst, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind; ein Leistungs-Halbleiterelement (2), das mit dem Schaltungsmuster (1b) elektrisch verbunden ist; und einen Elektrodenanschluss (3) mit einem abgedünnten Teilbereich (3b), der einen geschweißten Teilbereich (3a) enthält, der mittels eines Faserlasers an das Schaltungsmuster (1b) geschweißt ist, wobei eine Dicke des Schaltungsmusters (1b) nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,5 mm beträgt, und eine Dicke des abgedünnten Teilbereichs des Elektrodenanschlusses (3) nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als das Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters (1b) beträgt.
  2. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke des Elektrodenanschlusses (3) mit Ausnahme des abgedünnten Teilbereichs (3b) nicht weniger als 0,6 und nicht mehr als 2,0 mm beträgt, und das Leistungs-Halbleiterelement (2) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke enthält.
  3. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der abgedünnte Teilbereich (3b) in einer Draufsicht in der Form mit dem geschweißten Teilbereich (3a) identisch ist.
  4. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektrodenanschluss (3) eine Aussparung (3c) mit einem Boden aufweist, welche der abgedünnte Teilbereich (3b) ist, und die Leistungs-Halbleitervorrichtung ferner ein in der Aussparung eingebettetes leitfähiges Material (3d) aufweist.
  5. Leistungs-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei das leitfähige Material (3d) zumindest eine Cu-Paste und/oder eine Ag-Paste enthält.
  6. Leistungsumwandlungsvorrichtung (200), umfassend: eine Hauptumwandlungsschaltung (201), die die Leistungs-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 enthält, wobei die Hauptumwandlungsschaltung (201) eine eingespeiste Leistung umwandelt; und eine Steuerschaltung (203), die an die Hauptumwandlungsschaltung (201) ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung (201) abgibt.
  7. Verfahren zum Herstellen einer Leistungs-Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten eines Substrats (1), das eine isolierende Schicht (1a) und ein Schaltungsmuster (1b) umfasst, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind; elektrisches Verbinden eines Leistungs-Halbleiterelements (2) mit dem Schaltungsmuster (1b); und Schweißen eines abgedünnten Teilbereichs (3b) eines Elektrodenanschlusses (3) an das Schaltungsmuster (1b) mittels eines Faserlasers, wobei eine Dicke des Schaltungsmusters (1b) nicht weniger als 0,2 und nicht mehr als 0,5 mm beträgt, und eine Dicke des abgedünnten Teilbereichs des Elektrodenanschlusses (3) nicht weniger als das Einfache und nicht mehr als das Zweifache der Dicke des Schaltungsmusters (1b) beträgt.
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