DE102022111100A1 - Halbleitervorrichtung, Halbleitermodul und Leistungsumwandlungseinrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung, Halbleitermodul und Leistungsumwandlungseinrichtung Download PDF

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Koichi Masuda
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Abstract

Die Aufgabe besteht darin, eine Technik bereitzustellen, die die Leistungseffizienz einer Halbleitervorrichtung verbessern kann. Die Halbleitervorrichtung weist erste bis sechste Parallelschaltungskörper auf, die jeweils ein Halbleiter-Schaltelement und eine zum Halbleiter-Schaltelement antiparallel geschaltete Diode aufweisen. Zumindest einer der Spannungsabfälle des zweiten Parallelschaltungskörpers und des dritten Parallelschaltungskörpers ist kleiner als ein Spannungsabfall von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers, des vierten Parallelschaltungskörpers, des fünften Parallelschaltungskörpers und des sechsten Parallelschaltungskörpers.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, ein Halbleitermodul und eine Leistungsumwandlungseinrichtung.
  • Beschreibung der Hintergrundtechnik
  • In den letzten Jahren wurden beispielsweise die Schaltung in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2015/049743 und die Schaltung mit aktiver Neutralpunktklemmung (I-Typ ANPC; engl.: Active Neutral-Point-Clamped) vorgeschlagen, um die Energieeffizienz (Leistungseffizienz) eines Dreistufen-Inverters zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In einem dreistufigen Inverter muss jedoch die Leistungseffizienz zur weiteren Reduzierung des Energieverlusts höher eingerichtet werden.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Technik bereitzustellen, die eine Erhöhung der Leistungseffizienz sicherstellt.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält die Halbleitervorrichtung einen ersten Parallelschaltungskörper, einen zweiten Parallelschaltungskörper, einen dritten Parallelschaltungskörper, einen vierten Parallelschaltungskörper, einen fünften Parallelschaltungskörper und einen sechsten Parallelschaltungskörper, die jeweils ein Halbleiter-Schaltelement und eine zum Halbleiter-Schaltelement antiparallel geschaltete Diode aufweisen, worin der erste Parallelschaltungskörper, der zweite Parallelschaltungskörper, der dritte Parallelschaltungskörper und der vierte Parallelschaltungskörper in dieser Reihenfolge von einem ersten Anschluss mit einem ersten Potential zu einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Potential, das niedriger als das erste Potential ist, in Reihe geschaltet sind, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Parallelschaltungskörper und dem dritten Parallelschaltungskörper mit einem AC-Anschluss verbunden ist, der fünfte Parallelschaltungskörper und der sechste Parallelschaltungskörper in dieser Reihenfolge von einem Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Parallelschaltungskörper und dem zweiten Parallelschaltungskörper zu einem Verbindungsabschnitt zwischen dem dritten Parallelschaltungskörper und dem vierten Parallelschaltungskörper in Reihe geschaltet sind, der Verbindungsabschnitt zwischen dem fünften Parallelschaltungskörper und dem sechsten Parallelschaltungskörper mit einem dritten Anschluss mit einem dritten Potential verbunden ist, das kleiner als das erste Potential und größer als das zweite Potential ist, und zumindest einer von Spannungsabfällen des zweiten Parallelschaltungskörpers und des dritten Parallelschaltungskörpers kleiner als ein Spannungsabfall von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers, des vierten Parallelschaltungskörpers, des fünften Parallelschaltungskörpers und des sechsten Parallelschaltungskörpers ist.
  • Die Leistungseffizienz der Halbleitervorrichtung kann verbessert werden.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht; und
    • 3 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden hierin Ausführungsformen mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die in jeder der folgenden Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind beispielhaft, und nicht alle Merkmale sind erforderlich. In der unten vorgenommenen Beschreibung sind ferner ähnliche Komponenten mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern in einer Vielzahl von Ausführungsformen bezeichnet und werden vorwiegend unterschiedliche Komponenten beschrieben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Die Halbleitervorrichtung in 1 ist eine dreistufige Schaltung mit aktiver Neutralpunktklemmung (ANPC), die einen ersten Parallelschaltungskörper 1, einen zweiten Parallelschaltungskörper 2, einen dritten Parallelschaltungskörper 3, einen vierten Parallelschaltungskörper 4 und einen fünften Parallelschaltungskörper 5 und einen sechsten Parallelschaltungskörper 6 aufweist.
  • Der erste Parallelschaltungskörper 1 weist eine Halbleiter-Schaltelement Tr1 und eine Diode Di1 auf. Obgleich das Halbleiter-Schaltelement Tr1 in 1 ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ist, ist es nicht darauf beschränkt und kann ein anderes Halbleiter-Schaltelement wie etwa ein MOSFET übernommen werden. Obgleich die Diode Di1 in 1 eine PN-Übergangsdiode ist, ist sie nicht darauf beschränkt und kann eine andere Diode wie etwa eine Zener-Diode oder eine Schottky-Barrierendiode sein. In der ersten Ausführungsform umfasst das Material des Halbleiter-Schaltelements Tr1 und der Diode Di1 Silizium (Si).
  • Die Diode Di1 ist zum Halbleiter-Schaltelement Tr1 antiparallel geschaltet. Das heißt, wie in 1 veranschaulicht ist, sind, wenn das Halbleiter-Schaltelement Tr1 ein Halbleiter-Schaltelement vom P-Kanal-Typ ist, die Kathode und Anode der Diode Di1 mit dem Kollektor bzw. dem Emitter des Halbleiter-Schaltelements Tr1 verbunden.
  • Der zweite Parallelschaltungskörper 2 bis einschließlich der sechste Parallelschaltungskörper 6 weisen ähnlich dem ersten Parallelschaltungskörper 1 jeweils die Halbleiter-Schaltelemente Tr2 bis Tr6 und die Dioden Di2 bis Di6 auf.
  • Der erste Parallelschaltungskörper 1, der zweite Parallelschaltungskörper 2, der dritte Parallelschaltungskörper 3 und der vierte Parallelschaltungskörper 4 sind in dieser Reihenfolge vom Hochpotential-Anschluss P zum Niederpotential-Anschluss N in Reihe geschaltet. Der Hochpotential-Anschluss P ist ein erster Anschluss mit einem ersten Potential, und der Niederpotential-Anschluss N ist ein zweiter Anschluss mit einem zweiten Potential, das niedriger als das erste Potential ist. Der Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Parallelschaltungskörper 2 und dem dritten Parallelschaltungskörper 3 ist mit einem AC-Anschluss AC verbunden.
  • Der fünfte Parallelschaltungskörper 5 und der sechste Parallelschaltungskörper 6 sind in dieser Reihenfolge vom Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Parallelschaltungskörper 1 und dem zweiten Parallelschaltungskörper 2 zum Verbindungsabschnitt zwischen dem dritten Parallelschaltungskörper 3 und dem vierten Parallelschaltungskörper 4 in Reihe geschaltet. Der Verbindungsabschnitt zwischen dem fünften Parallelschaltungskörper 5 und dem sechsten Parallelschaltungskörper 6 ist mit einem Zwischenanschluss C verbunden. Der Zwischenanschluss C ist ein dritter Anschluss mit einem Potential, das kleiner als das erste Potential des Hochpotential-Anschlusses P und größer als das zweite Potential des Niederpotential-Anschlusses N ist.
  • Als Nächstes wird in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erregungspfad des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 beschrieben.
  • Wenn ein Strom vom Hochpotential-Anschluss P zum AC-Anschluss AC fließt, fließt der Strom durch das Halbleiter-Schaltelement Tr1 und das Halbleiter-Schaltelement Tr2. Wenn ein Strom vom AC-Anschluss AC zum Hochpotential-Anschluss P fließt, fließt der Strom durch die Diode Di2 und die Diode Di1.
  • Wenn ein Strom vom Zwischenanschluss C zum AC-Anschluss AC fließt, fließt der Strom durch die Diode Di5 und das Halbleiter-Schaltelement Tr2. Wenn ein Strom vom AC-Anschluss AC zum Zwischenanschluss C fließt, fließt der Strom durch die Diode Di2 und das Halbleiter-Schaltelement Tr5.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist die Erregungsfrequenz des zweiten Parallelschaltungskörpers 2, der mit dem AC-Anschluss AC verbunden ist, (entsprechend dem Erregungsverhältnis) höher als jene des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5. In Anbetracht dessen ist in der ersten Ausführungsform der Spannungsabfall des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 so konfiguriert bzw. eingerichtet, dass er kleiner als jeder der Spannungsabfälle des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 ist.
  • Hier wird angenommen, dass Vcesat die Einschalt- bzw. Ein-Spannung des Halbleiter-Schaltelements (Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung) ist, wenn der vorbestimmte Strom fließt, und VF die Ein-Spannung der Diode ist, wenn der vorbestimmte Strom fließt (das heißt die Durchlassspannung). Der Spannungsabfall des Halbleiter-Schaltelements entspricht der Vcesat des Halbleiter-Schaltelements, und der Spannungsabfall der Diode entspricht der VF der Diode.
  • Die Feststellung der Beziehung, dass der Spannungsabfall des zweiten Parallelschaltungskörpers 2, der oben beschrieben wurde, kleiner als die Spannungsabfälle des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 ist, bedeutet, dass in Vcesat und VF die folgenden Beziehungen (1) und (2) eingerichtet sind. (1) Die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements Tr2 ist kleiner als die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements Tr1 und die VF der Diode Di5. (2) Die VF der Diode D2 ist kleiner als die VF der Diode Di1 und die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements Tr5.
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform, in der der Spannungsabfall die obige Beziehung erfüllt, kann der Leitungsverlust im Erregungspfad des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 reduziert werden; daher kann die Leistungseffizienz verbessert werden.
  • Ähnlich ist die Erregungsfrequenz des dritten Parallelschaltungskörpers 3, der mit dem AC-Anschluss AC verbunden ist, höher als jene von sowohl dem vierten Parallelschaltungskörper 4 als auch dem sechsten Parallelschaltungskörper 6. In Anbetracht dessen ist in der ersten Ausführungsform der Spannungsabfall des dritten Parallelschaltungskörpers 3 so eingerichtet, dass er kleiner als jeder der Spannungsabfälle des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 ist. Gemäß der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform kann der Leitungsverlust im Erregungspfad des dritten Parallelschaltungskörpers 3, des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 reduziert werden; daher kann die Leistungseffizienz verbessert werden.
  • Die Betriebsmuster des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 entsprechen den Betriebsmustern des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des dritten Parallelschaltungskörpers 3 bzw. des sechsten Parallelschaltungskörpers. Daher entspricht die Erregungsfrequenz des zweiten Parallelschaltungskörpers 2, die höher als die Erregungsfrequenz des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 ist, der Erregungsfrequenz des zweiten Parallelschaltungskörpers 2, die höher als die Erregungsfrequenz des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 ist. Deshalb ist der Spannungsabfall des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 so eingerichtet, dass er kleiner als jeder der Spannungsabfälle des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 ist.
  • Die obigen Ausführungen zusammenfassend sind in der ersten Ausführungsform die beiden Spannungsabfälle des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 kleiner als der Spannungsabfall jedes einzelnen des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6. Gemäß solch einer Konfiguration kann der Leitungsverlust reduziert werden und kann die Leistungseffizienz der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
  • Die obigen Ausführungen erweiternd kann die Konfiguration übernommen werden, in der zumindest einer der Spannungsabfälle des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 kleiner als der Spannungsabfall von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 wird. Selbst mit solch einer Konfiguration kann in einem gewissen Maße der gleiche Effekt wie bei der obigen Konfiguration erhalten werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Man beachte, dass in 2 die Veranschaulichung der Gate-Verdrahtung und dergleichen weggelassen ist, um die Zeichnung nicht zu verkomplizieren. Im Folgenden werden vorwiegend die Teile der zweiten Ausführungsform beschrieben, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
  • In 2 sind das Halbleiter-Schaltelement Tr1 und das Halbleiter-Schaltelement Tr5 einander im Wesentlichen gleich, und das Halbleiter-Schaltelement Tr2 weist zwei Halbleiter-Schaltelemente Tr2a und Tr2b (entsprechend zwei Halbleiter-Schaltelementen Tr1) auf, die parallel geschaltet sind. Ähnlich sind die Diode Di1 und die Di5 einander im Wesentlichen gleich und weist die Diode Di2 zwei Dioden Di2a, Di2b (entsprechend zwei Dioden Di1) auf, die parallel geschaltet sind.
  • Das heißt, in 2 ist die Chip-Fläche des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 annähernd doppelt so groß wie die Chip-Fläche des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und ist größer als jede der Chip-Flächen des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5. Gemäß solch einer Konfiguration wird die in der ersten Ausführungsform beschriebene Konfiguration, das heißt eine Konfiguration, in der der Spannungsabfall des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 kleiner als der Spannungsabfall des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 eingerichtet ist, realisiert. Indem man die Chip-Fläche des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 verhältnismäßig groß macht, kann ferner die Wärmeabstrahlfläche des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 vergrößert werden. Indem man die Chip-Flächen des ersten Parallelschaltungskörpers 1 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 verhältnismäßig klein macht, wird unterdrückt, dass die Größe der gesamten Halbleitervorrichtung groß wird.
  • Außerdem kann zumindest eine der Chip-Flächen des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 größer als die Chip-Fläche von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 sein. Selbst mit solch einer Konfiguration kann in einem gewissen Maße der gleiche Effekt wie bei der obigen Konfiguration erhalten werden. Beispielsweise wird die Konfiguration, in der zumindest einer der Spannungsabfälle des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 kleiner als der Spannungsabfall von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 wird, realisiert.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass der Spannungsabfall des ersten Parallelschaltungskörpers 1 bis einschließlich des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 nicht basierend auf den Flächen des ersten Parallelschaltungskörpers 1 bis einschließlich des sechsten Parallelschaltungskörpers 6, sondern auf der Störstellenkonzentration des ersten Parallelschaltungskörpers 1 bis einschließlich des sechsten Parallelschaltungskörpers konfiguriert werden kann, um die obige Beziehung zu erfüllen.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Im Folgenden werden hierin vorwiegend die Teile der dritten Ausführungsform beschrieben, die sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen unterscheiden. In der dritten Ausführungsform betragen die Spannungsabfälle von jedem der Halbleiter-Schaltelemente Tr2 und Tr3 und der Dioden Di2 und Di3 von jedem des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 1,8 V oder weniger.
  • Wenn die Schaltfrequenz des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 eine niedrige Frequenz wie etwa 60 Hz ist, wird das Verhältnis des Leitungsverlusts zum Schaltverlust dominant. In Anbetracht dessen, dass gemäß der Konfiguration der dritten Ausführungsform das Element mit einem verhältnismäßig niedrigen Spannungsabfall verwendet wird, kann man die Reduzierung des Leitungsverlusts erwarten.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 3 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht. Im Folgenden werden vorwiegend die Teile der vierten Ausführungsform beschrieben, die sich von der zweiten Ausführungsform unterscheiden.
  • In 3 weist der zweite Parallelschaltungskörper 2 rückwärts leitende IGBTs (RC-IGBT) 2a und 2b von 3 als das Halbleiter-Schaltelement Tr2 und die Diode Di2 auf. Der RC-IGBT 2a entspricht dem Halbleiter-Schaltelement Tr2a und der Diode Di2a von 2, und der RC-IGBT 2b entspricht dem Halbleiter-Schaltelement Tr2b und der Diode Di2b von 2.
  • Gemäß solch einer Konfiguration wird, indem der RC-IGBT für den zweiten Parallelschaltungskörper 2 verwendet wird, der die Ausgangsstufe der dreistufigen ANPC-Schaltung mit einer verhältnismäßig großen Anzahl an Elementen ist, eine Steigerung der Flächeneffizienz der Halbleitervorrichtung wie etwa eine Reduzierung der Anzahl an Chips und eine Verkleinerung der Schaltungsstruktur sichergestellt. Außerdem kann eine Verdrahtung (zum Beispiel ein Aluminiumdraht), die den zweiten Parallelschaltungskörper 2 und die Schaltungsstruktur des AC-Anschlusses AC verbindet, integriert werden. Indem man die RC-IGBTs 2a und 2b verwendet, die eine bidirektionale Erregung der Verdrahtung ermöglichen, kann außerdem die Temperaturschwankung der Verdrahtung reduziert werden; daher kann man die Verlängerung der Leistungszyklus-Lebensdauer erwarten.
  • Die obigen Ausführungen erweiternd kann zumindest einer des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 einen RC-IGBT als Halbleiter-Schaltelement und Diode aufweisen. Selbst mit solch einer Konfiguration kann in einem gewissen Maße der gleiche Effekt wie bei der obigen Konfiguration erhalten werden.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • Im Folgenden werden hierin vorwiegend die Teile der fünften Ausführungsform beschrieben, die sich von den ersten bis vierten Ausführungsformen unterscheiden. In der fünften Ausführungsform umfasst ein Material des Halbleiter-Schaltelements und/oder der Diode von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des vierten Parallelschaltungskörpers 4, des fünften Parallelschaltungskörpers 5 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 einen Halbleiter mit breiter Bandlücke. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke umfasst beispielsweise Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN), Diamant und dergleichen.
  • Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der den Halbleiter mit breiter Bandlücke nutzenden fünften Ausführungsform die Reduzierung des Verlusts wie etwa des Schaltverlusts sichergestellt.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • Im Folgenden werden hierin vorwiegend die Teile der sechsten Ausführungsform beschrieben, die sich von den ersten bis fünften Ausführungsformen unterscheiden. In der sechsten Ausführungsform ist in Bezug auf die Diode und das Halbleiter-Schaltelement, die in zumindest einem des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 enthalten sind, die Ein-Spannung, wenn ein vorbestimmter Strom der Diode fließt, kleiner als die Ein-Spannung, wenn der vorbestimmte Strom des Halbleiter-Schaltelements fließt. Das heißt, in Bezug auf die Diode und das Halbleiter-Schaltelement, die in zumindest einem des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 enthalten sind, ist die dem Durchlassspannungsabfall der Diode entsprechende VF kleiner als die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements, mit dem die Diode verbunden ist. Um die VF der Diode kleiner als die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements einzurichten, wird beispielsweise die effektive Fläche der Diode größer als die effektive Fläche des Halbleiter-Schaltelements gemacht.
  • Gemäß der sechsten Ausführungsform wie oben beschrieben ist die VF der Diode kleiner als die Vcesat des Halbleiter-Schaltelements; daher ist die Leistungseffizienz bei dem Betrieb, bei dem die Diodencharakteristik dominant ist, wie etwa dem regenerativen Betrieb, verbessert.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • Im Folgenden werden hierin vorwiegend die Teile der siebten Ausführungsform beschrieben, die sich von den ersten bis sechsten Ausführungsformen unterscheiden. Das Halbleitermodul gemäß der siebten Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen und ein Gehäuse. Ein Gehäuse ist beispielsweise ein Harzgehäuse und bedeckt einen Satz des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 oder einen Satz des dritten Parallelschaltungskörpers 3, des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform wie oben beschrieben können der Widerstand und die Induktivität des Gehäuses unterdrückt werden, indem der Strompfad, wo der Strom und die zeitliche Änderung (dl/dt) des Stroms in der Schaltung auftreten, mit einem Gehäuse bedeckt wird.
  • Man beachte, dass das Halbleitermodul ein den Satz des ersten Parallelschaltungskörpers 1, des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des fünften Parallelschaltungskörpers 5 bedeckendes erstes Gehäuse und ein den Satz des dritten Parallelschaltungskörpers 3, des vierten Parallelschaltungskörpers 4 und des sechsten Parallelschaltungskörpers 6 bedeckendes zweites Gehäuse aufweisen kann. Ferner wird in der Konfiguration, in der ein RC-IGBT für zumindest einen des zweiten Parallelschaltungskörpers 2 und des dritten Parallelschaltungskörpers 3 wie in der vierten Ausführungsform verwendet wird, die Flächeneffizienz wie oben beschrieben verbessert; daher wird eine Abdeckung mit einem Gehäuse erleichtert.
  • <Achte Ausführungsform>
  • Im Folgenden werden hierin vorwiegend die Teile der achten Ausführungsform beschrieben, die sich von den ersten bis siebten Ausführungsformen unterscheiden. Die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der achten Ausführungsform ist beispielsweise ein Inverter und ein Wandler und weist die Halbleitervorrichtungen gemäß den ersten bis siebten Ausführungsformen auf. Gemäß solch einer Konfiguration wird eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit verbesserter Leistungseffizienz realisiert.
  • Die Ausführungsformen und die Modifikationen können kombiniert werden, und die Ausführungsformen und die Modifikationen können geeignet modifiziert oder weggelassen werden.
  • Während die Offenbarung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
  • 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
    • WO 2015/049743 [0002]

Claims (8)

  1. Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen ersten Parallelschaltungskörper (1), einen zweiten Parallelschaltungskörper (2), einen dritten Parallelschaltungskörper (3), einen vierten Parallelschaltungskörper (4), einen fünften Parallelschaltungskörper (5) und einen sechsten Parallelschaltungskörper (6), die jeweils ein Halbleiter-Schaltelement (Tr1 bis Tr6) und eine zum Halbleiter-Schaltelement antiparallel geschaltete Diode (Di1 bis Di6) aufweisen, wobei der erste Parallelschaltungskörper (1), der zweite Parallelschaltungskörper (2), der dritte Parallelschaltungskörper (3) und der vierte Parallelschaltungskörper (4) in dieser Reihenfolge von einem ersten Anschluss (P) mit einem ersten Potential zu einem zweiten Anschluss (N) mit einem zweiten Potential, das niedriger als das erste Potential ist, in Reihe geschaltet sind, ein Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Parallelschaltungskörper (2) und dem dritten Parallelschaltungskörper (3) mit einem AC-Anschluss (AC) verbunden ist, der fünfte Parallelschaltungskörper (5) und der sechste Parallelschaltungskörper (6) in dieser Reihenfolge von einem Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten Parallelschaltungskörper (1) und dem zweiten Parallelschaltungskörper (2) zu einem Verbindungsabschnitt zwischen dem dritten Parallelschaltungskörper (3) und dem vierten Parallelschaltungskörper (4) in Reihe geschaltet sind, der Verbindungsabschnitt zwischen dem fünften Parallelschaltungskörper (5) und dem sechsten Parallelschaltungskörper (6) mit einem dritten Anschluss (C) mit einem dritten Potential, das kleiner als das erste Potential ist und größer als das zweite Potential ist, verbunden ist und zumindest einer von Spannungsabfällen des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des dritten Parallelschaltungskörpers (3) kleiner als ein Spannungsabfall von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers (1), des vierten Parallelschaltungskörpers (4), des fünften Parallelschaltungskörpers (5) und des sechsten Parallelschaltungskörpers (6) ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei zumindest eine von Chip-Flächen des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des dritten Parallelschaltungskörpers (3) größer als eine Chip-Fläche von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers (1), des vierten Parallelschaltungskörpers (4), des fünften Parallelschaltungskörpers (5) und des sechsten Parallelschaltungskörpers (6) ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungsabfälle von jedem der Halbleiter-Schaltelemente (Tr2, Tr3) und der Dioden (Di2, Di3) von jedem des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des dritten Parallelschaltungskörpers (3) 1,8 V oder weniger betragen.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest einer des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des dritten Parallelschaltungskörpers (3) einen RC-IGBT als das Halbleiter-Schaltelement (Tr2, Tr3) und die Diode (Di2, Di3) aufweist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Material von zumindest einem des Halbleiter-Schaltelements (Tr1, Tr4, Tr5, Tr6) und der Diode (Di1, Di4, Di5, Di6) von zumindest einem des ersten Parallelschaltungskörpers (1), des vierten Parallelschaltungskörpers (4), des fünften Parallelschaltungskörpers (5) und des sechsten Parallelschaltungskörpers (6) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Bezug auf das Halbleiter-Schaltelement (Tr2, Tr3) und die Diode (Di2, Di3), die in zumindest einem des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des dritten Parallelschaltungskörpers (3) enthalten sind, eine Ein-Spannung, wenn ein vorbestimmter Strom der Diode (Di2, Di3) fließt, kleiner ist als eine Ein-Spannung, wenn der vorbestimmte Strom des Halbleiter-Schaltelements (Tr2, Tr3) fließt.
  7. Halbleitermodul, aufweisend: die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6; und ein Gehäuse, das einen Satz des ersten Parallelschaltungskörpers (1), des zweiten Parallelschaltungskörpers (2) und des fünften Parallelschaltungskörpers (5) oder einen Satz des dritten Parallelschaltungskörpers (3), des vierten Parallelschaltungskörpers (4) und des sechsten Parallelschaltungskörpers (6) bedeckt.
  8. Leistungsumwandlungseinrichtung, aufweisend: die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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