DE10310809A1 - Leistungshalbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein IGBT (121) und eine Diode (131) sind mit einem Bauelement-Anordnungsabschnitt (111a) eines ersten Anschlußgliedes (111) verbunden und ein Bauelement-Anordnungsabschnitt (112a) eines zweiten Anschlußgliedes (112) ist mit dem IGBT (121) und der Diode (131) verbunden. Weiterhin sind ein IGBT (122) und eine Diode (132) mit dem Bauelement-Anordnungsabschnitt (112a) des zweiten Anschlußgliedes (112) verbunden und ein Bauelement-Anordnungsabschnitt (113a) eines drittten Anschlußgliedes (113) ist mit dem IGBT (122) und der Diode (132) verbunden. Ein Pressspritzgehäuse (141) ist ausgebildet, um die Elemente (121, 122, 131, 132) unterzubringen. Abschnitte zur externen Verbindung (111b, 112b, 113b) der Anschlußglieder (111, 112, 113) sind aus dem Gehäuse herausgeführt. Der/die Bauelement-Anordnungsabschnitt(e) (111a, 113a) des ersten und/oder dritten Anschlussgliedes (111, 113) ist/sind aus dem Gehäuse (141) freiliegend.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitereinrichtung und insbesondere eine Technik, um Drahtverbindungs- und -lösungsprobleme zu beseitigen, die durch die Drahtverbindung hervorgerufen werden.
  • Seit einiger Zeit besteht ein Bedarf an einer verkleinerten und leichtgewichtigen, preiswerten und qualitativ hochwertigen Leistungshalbleitereinrichtung. Obwohl hohe Qualität im allgemeinen teuer ist, ist es wünschenswert, hohe Qualität bei reduzierten Kosten zu gewährleisten.
  • Die 26 und 27 sind eine schematische Draufsicht und ein Querschnitt, die eine Leistungshalbleitereinrichtung 51P nach dem Stand der Technik zeigen. Hierin wird als ein Beispiel für den Stand der Technik die Leistungshalbleitereinrichtung 51P, eine Einphasenstruktur (ein Arm) eines Dreiphasen-Wechselrichters, genommen. Zur Vereinfachung der Darstellung ist in den 26 und 27 ein Gehäusekörper (Harzanteil) weggelassen.
  • In der bekannten Leistungshalbleitereinrichtung 51P sind Metallschichten 152P und 153P, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, an beiden Hauptflächen eines abstrahlenden, isolierenden Substrats 151P, beispielsweise aus Keramik gefertigt, angeordnet. Das isolierende Substrat 151P ist auf eine metallene Abstrahlplatte (nicht gezeigt), beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, mit Lötmetall angebracht.
  • Auf jeder der Metallschichten 152P sind IGBTs 121P und 122P und Freilaufdioden 131P und 132P angeordnet (vier Leistungshalbleiterbauelemente 121P, 122P, 131P und 132P sind auf einer Ebene angeordnet), die in elektrischem Kontakt mit der Metallschicht 152P sind. Drähte 154P, aus Aluminium oder Gold gefertigt, vermitteln die Verbindung zwischen einem Paar von Leistungshalbleiterbauelementen 121P und 131P und zwischen einem weiteren Paar von Leistungshalbleiterbauelementen 122P und 132P. Weiterhin sind die Leistungshalbleiterbauelemente 121P, 122P, 131P und 132P mit der Metallschicht 152P und Anschlüssen 155P und 155PP mit den Drähten 154P verbunden. Die Metallschicht 152P und ein Anschluß 155NP sind miteinander mit den Drähten 154P verbunden. Die Anschlüsse 155NP und 155PP sind mit niedrigem Potential (Stromversorgungs-Bezugspotential) bzw. hohem Potential verbunden.
  • Ein Gehäuse (nicht gezeigt) ist zur Aufnahme der Leistungshalbleiterbauelemente 121P, 122P, 131P und 132P ausgebildet und mit Epoxydharz gefüllt. Zu dieser Zeit werden die Leistungshalbleiterbauelemente 121P, 122P, 131P und 132P in einigen Fällen mit Silicongel versiegelt und das Epoxydharz darauf gefüllt.
  • Bei der bekannten Leistungshalbleitereinrichtung 51P treten folgende, durch die Drähte 154P verursachten Probleme auf.
  • Erstens wird durch einen Bruch des Drahtes 154P nachteilig eine Trennung verursacht. Wenn zum Beispiel die Leistungshalbleitereinrichtung 51P in Automobilen, Motorrädern, Zügen oder dergleichen verwendet wird, bewirken Vibrationen gelegentlich einen Sprung in einem Ansatz- oder Schulterteil eines Drahtes, was zur Trennung führt.
  • Weiterhin bewirkt die Notwendigkeit, Verbindungsanteile der Drähte 154P vorzusehen, zur Vergrößerung der Leistungshalbleitereinrichtung 51P. Weiterhin bewirkt ein Spannungsabfall des Drahtes 154P einen Stromverlust.
  • Es stellt eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung dar, eine Leistungshalbleitereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die keine Drahtverbindungen aufweist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Leistungshalbleitereinrichtung erste bis dritte Anschlußglieder auf, wenigstens ein erstes Leistungshalbleiterbauelement und wenigstens ein zweites Leistungshalbleiterbauelement. Die ersten bis dritten Anschlußglieder beinhalten jeweils einen Bauelement-Anordnungsabschnitt, der erste und zweite Hauptflächen hat, die einander gegenüberliegen. Das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement hat erste und zweite Hauptflächen, die einander gegenüberliegen, und erste und zweite Hauptelektroden, die auf der ersten bzw. zweiten Hauptfläche vorgesehen sind. Das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement hat erste und zweite Hauptflächen, die einander gegenüberliegend, und erste und zweite Hauptelektroden, die auf der ersten bzw. zweiten Hauptfläche vorgesehen sind. Das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement weist die gleiche Struktur auf wie das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement. Die zweite Hauptfläche in dem Bauelement-Anordnungsabschnitt des ersten Anschlußgliedes ist mit der ersten Hauptelektrode des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes verbunden. Die zweite Hauptelektrode des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes ist mit der ersten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnitts des zweiten Anschlußgliedes verbunden. Die zweite Hauptfläche des Bauelemente-Anordnungsanteils des zweiten Anschlußgliedes ist mit der ersten Hauptelektrode des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes verbunden. Die zweite Hauptelektrode des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes ist mit der ersten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnitts des dritten Anschlußgliedes verbunden. Die Leistungshalbleitereinrichtung beinhaltet ferner eine Unterbringung zur Unterbringung des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes und des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes. Die ersten bis dritten Anschlußglieder haben jeweils einen Anteil zur externen Verbindung, der aus der Unterbringung herausgeführt ist.
  • Weil die Anschlußglieder und die Leistungshalbleiterbauelemente alternierend geschichtet sind, wobei sie miteinander verbunden sind, und die Anteile zur externen Verbindung der Anschlußglieder aus der Unterbringung herausgeführt sind, ist es möglich, eine Leistungshalbleitereinrichtung vorzusehen, die keine Drahtverbindungen aufweist. Daher ist es gemäß der Leistungshalbleitereinrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, die Probleme, die durch die Drahtverbindung aufgeworfen werden, zu lösen. Weil eine Herstellungszeit mit zunehmender Anzahl der Drähte (abhängig vom Nennstrom) länger wird, weist weiterhin die Leistungshalbleitereinrichtung der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf, in der die Anschlußglieder und die Leistungshalbleiterelemente miteinander unabhängig vom Nennstrom verbunden sind, und zeigt hierdurch außergewöhnliche Produktivität. Weiterhin gewährleistet eine solche Struktur wie oben diskutiert, bei der die Anschlußglieder und die Leistungshalbleiterbauelemente alternierend geschichtet sind, Verkleinerung. Darüber hinaus ist es möglich, die Kosten zu reduzieren, weil das erste Leistungshalbleiterbauelement und das zweite Leistungshalbleiterbauelement die gleiche Struktur haben und keine Notwendigkeit dafür besteht, ein weiteres Leistungshalbleiterbauelement anderer Struktur zu präparieren.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiter aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 3 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 3-3 der 2;
  • 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Anteils 4, der in der 3 von einer durchbrochenen Linie umgeben ist;
  • 5 ist eine schematische Draufsicht, die eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 6 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 6-6 der 5;
  • 7 ist ein schematischer Querschnitt, der eine dritte Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 8 ist ein schematischer Querschnitt, der eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 9 ist ein schematischer Querschnitt, der eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 10 ist ein schematischer Querschnitt, der eine dritte Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 11 ist ein schematischer Querschnitt, der eine vierte Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 12 ist eine schematische Draufsicht, die eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 13 ist ein schematischer Querschnitt der ersten Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform, entlang der Richtung eines Pfeiles 13 der 12 gesehen;
  • 14 ist ein schematischer Querschnitt der ersten Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform entlang der Richtung eines Pfeiles 14 der 12 gesehen;
  • 15 ist eine schematische Draufsicht, die eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 16 ist ein schematischer Querschnitt, der die zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 17 ist ein schematischer Querschnitt, der eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 18 ist ein schematischer Querschnitt, der eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 19 ist ein schematischer Querschnitt, der eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 20 ist ein schematischer Querschnitt, der eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 21 ist ein schematischer Querschnitt, der eine dritte Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 22 ist ein schematischer Querschnitt, der eine vierte Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 23 ist ein schematischer Querschnitt, der eine erste Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 24 ist ein schematischer Querschnitt, der eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 25 ist ein schematischer Querschnitt, der eine Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer ersten Abwandlung zeigt, die den ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsformen gemein ist;
  • 26 ist eine schematische Draufsicht, die eine Leistungshalbleitereinrichtung nach dem Stand der Technik zeigt; und
  • 27 ist ein schematischer Querschnitt, der die Leistungshalbleitereinrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
  • Zur ersten bevorzugten Ausführungsform
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Leistungshalbleitereinrichtung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in der 1 gezeigt, wird die Leistungshalbleitereinrichtung 50 grob in ein Leistungselementteil 50A und ein Steuerungsteil 50B unterteilt.
  • Hierin wird als ein Beispiel des Leistungselementteiles 50A ein Dreiphasen(Dreiarm)Wechselrichter genommen. Eine Phase, d. h. ein Arm des Wechselrichters besteht aus einem hochseitigen Arm (oberer Arm) und einem niederseitigen Arm (unterer Arm), die miteinander in Serie geschaltet sind.
  • Der niederseitige Arm beinhaltet ein erstes Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement 121 und eine erste Freilaufdiode (hiernach auch einfach als "(erste) Diode" bezeichnet) 131 als jeweilige erste Leistungshalbleiterbauelemente. Ein IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor") wird als ein Beispiel für das erste Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement 121 genommen. Die Diode 131 ist zu dem IGBT 121 in einer Richtung parallelgeschaltet, in der ein Durchlaßstrom zurückkehrt (zirkuliert), mit anderen Worten, anti-parallel geschaltet. Insbesondere sind Emitter bzw. Kollektor des IGBT 121 mit der Anode bzw. Kathode der Diode 131 verbunden.
  • Der hochseitige Arm beinhaltet ein zweites Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement 122 bzw. eine zweite Freilaufdiode (hiernach auch einfach als "(zweite) Diode" bezeichnet) 132 als jeweilige zweite Leistungshalbleiterbauelemente. Ein IGBT wird als Beispiel für das zweite Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement 122 genommen. Wie bei dem niederseitigen Arm sind das IGBT 122 und die Diode 132 anti-parallel geschaltet.
  • Ein Verknüpfungspunkt zwischen dem hochseitigen und dem niederseitigen Arm entspricht einem Ausgangsanschluß. Ein Kollektor des IGBT 122 im hochseitigen Arm ist mit einem hohen Potential P verbunden und der Emitter des IGBT 121 im niederseitigen Arm ist mit einem niedrigen Potential N (hierin das Stromversorgungs-Bezugspotential GND) verbunden.
  • Der Steuerungsanteil 50B beinhaltet einen niederseitigen Steuerungsschaltkreis 160, der mit einem Gate des IGBT 121 verbunden ist, und einen höherseitigen Steuerungsschaltkreis 170, der mit einem Gate des IGBT 122 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung zeigt die 1 nur die Steuerungsschaltkreise 160 und 170 eines Arms. Die Steuerungsschaltkreise 160 und 170 treiben die IGBTs 121 bzw. 122, indem sie diese IGBTs 121 und 122 steuern, um nach einem vorbestimmten zeitlichen Muster an-/abzuschalten. Weiterhin beinhaltet der Steuerungsschaltkreis 160 gelegentlich eine Schutzschaltung des niederseitigen Armes und die Steuerungsschaltung 170 gelegentlich eine Schutzschaltung des höherseitigen Armes. Die Leistungshalbleitereinrichtung 50 ist mit einer treibenden Stromversorgung und einer Steuerungs-/Kommunikationsschaltung außerhalb der Einrichtung verbunden.
  • 2 ist eine schematische Draufsicht (Anordnungsansicht), die die grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 51 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 2 sind einige Elemente als durchsichtig dargestellt, das gleiche gilt für die folgenden Draufsichten. 3 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 3-3 der 2 und 4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Anteils 4, der von der durchbrochenen Linie in der 3 umgeben ist. Die Leistungshalbleitereinrichtung 51 entspricht einem Arm der Leistungshalbleitereinrichtung 50 der 1.
  • Wie in den 2 bis 4 gezeigt, beinhaltet die Leistungshalbleitereinrichtung 51 erste bis dritte Anschlußglieder 111, 112 und 113, die ersten und zweiten IGBTs 121 und 122, die ersten und zweiten Dioden 131 und 132 und eine Preßspritzunterbringung 141.
  • Im einzelnen weist das erste Anschlußglied 111 eine Form auf, bei der ein leitendes Schichtmaterial (mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0.3 bis 0.5 mm), beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt, erste und zweite Hauptflächen 111S und 111T hat, die einander gegenüberliegen. Es ist im wesentlichen, bei Betrachtung von der Seite (oder bei Betrachtung im Querschnitt), in eine L-Form gebogen und ist grob zu unterteilen in zwei Anteile 111a und 111b mit der Biegung (oder Rückenlinie) als einer Trennlinie. Für Zwecke der Diskussion wird hierin angenommen, dass eine Richtung entlang der Rückenlinie des Anschlußgliedes 111 eine erste Richtung D1 ist und Richtungen, bei denen die obengenannten Anteile 111a und 111b von der Rückenlinie ausgehen, eine zweite Richtung D2 bzw. eine dritte Richtung D3 darstellen.
  • In gleicher Weise ist das zweite Anschlußglied 112 ebenfalls aus einem leitendem Schichtmaterial gebildet, welches im wesentlichen in eine L-Form gebogen ist und erste und zweite Hauptflächen 1125 und 112T hat, die zu den obigen ersten bzw. zweiten Hauptflächen 111S und 111T korrespondieren, sowie zwei Anteile 112a und 112b, die zu den obigen Anteilen 111a bzw. 111b korrespondieren. Das dritte Anschlußglied 113 ist ebenfalls aus einem leitenden Schichtmaterial gebildet, das im wesentlichen in eine L-Form gebogen ist, und erste und zweite Hauptflächen 1135 und 113T hat, die zu den obigen ersten und zweiten Hauptflächen 111S bzw. 111T korrespondieren, und zwei Anteile 113a und 113b, die zu den obigen zwei Anteilen 111a bzw. 111b korrespondieren.
  • Ein Halbleiterchip des ersten IGBT 121 hat erste und zweite Hauptflächen 1215 und 121T, die einander gegenüberliegen, und erste und zweite Hauptelektroden 121E und 121F, die auf den Hauptflächen 121S bzw. 121T ausgebildet sind. In gleicher Weise hat ein Halbleiterchip des zweiten IGBT 122 ebenfalls erste und zweite Hauptflächen 122S und 122T, die einander gegenüberliegen, und erste und zweite Hauptelektroden 122E und 122F, die auf den Hauptflächen 122S bzw. 122T ausgebildet sind.
  • Ein Halbleiterchip der ersten Diode 131 weist erste und zweite Hauptflächen 1315 und 131T auf, die einander gegenüberliegen, und erste und zweite Hauptelektroden 131E und 131F, die auf den Hauptflächen 131S bzw. 131T ausgebildet sind. In gleicher Weise hat ein Halbleiterchip der zweiten Diode 132 ebenfalls erste und zweite Hauptflächen 132S und 132T, die einander gegenüberliegen, sowie erste und zweite Hauptelektroden 132E und 132F, die auf den Hauptflächen 132S bzw. 132T ausgebildet sind.
  • Die ersten Hauptelektroden 121E und 131E des ersten IGBT 121 und der ersten Diode 131 sind gemeinsam mit der zweiten Hauptfläche 111T eines Anteils 111a des ersten Anschlußgliedes 111 verbunden, beispielsweise mittels Lötmetall. In diesem Falle sind der IGBT 121 und die Diode 131 in der zweiten Richtung D2 angeordnet und der IGBT 121 ist an der Seite der Rückenlinie angeordnet.
  • Die erste Hauptfläche 112S eines Anteils 112a des zweiten Anschlußgliedes 112 ist so angeordnet, dass sie sich gegenüber eines Anteils 111a des ersten Anschlußgliedes 111 befindet, wobei der IGBT 121 und die Diode 131 zwischen diesen angebracht sind, und die Hauptfläche 112S ist mit den Hauptelektroden 121E und 131E des IGBT 121 und der Diode 131 verbunden. In der Leistungshalbleitereinrichtung 51 ist der andere Anteil 112b des zweiten Anschlußgliedes 112 auf der Seite der Diode 131 angeordnet. Mit anderen Worten, die anderen Anteile 111b und 112b der Anschlußglieder 111 und 112 sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen, wobei der IGBT 121 und die Diode 131 zwischen diesen angeordnet sind, da der IGBT 121 und die Diode 131 zweidimensional angesehen werden.
  • Die ersten Hauptelektroden 122E und 132E des zweiten IGBT 122 und der zweiten Diode 132 sind mit der zweiten Hauptfläche 112T eines Anteils 112a des zweiten Anschlußgliedes 112 verbunden. In der Leistungshalbleitereinrichtung 51 sind die zwei IGBTs 121 und 122 in die dritte Richtung D3 gelagert und die zwei Dioden 131 und 132 in die dritte Richtung D3 gelagert. Mit anderen Worten, die zwei IGBTs 121 und 122 liegen einander gegenüber, wobei der eine Anteil 112a des Anschlussgliedes 112 zwischen diesen angeordnet ist, und die zwei Dioden 131 und 132 liegen einander gegenüber, wobei der gleiche Anteil 112a zwischen diesen angeordnet ist. Auf der anderen Seite liegt der erste IGBT 121 nicht gegenüber zur zweiten Diode 132 in der dritten Richtung D3, wobei der Anteil 112a des zweiten Anschlußgliedes 112 zwischen ihnen angeordnet ist, und in gleicher Weise liegt der zweite IGBT 122 nicht gegenüber der ersten Diode 131 in der dritten Richtung D3.
  • Die erste Hauptfläche 1135 eines Anteils 113a des dritten Anschlußgliedes 113 ist so angeordnet, dass er sich einem Anteil 112a des zweiten Anschlußgliedes 112 gegenüber befindet, wobei der IGBT 122 und die Diode 132 zwischen ihnen angeordnet sind, und die Hauptfläche 113S ist mit der zweiten Hauptelektrode 122E und 132E des IGBT 122 und der Diode 132 verbunden. In der Leistungshalbleitereinrichtung 51 ist der andere Anteil 113b des dritten Anschlußgliedes 113 auf der Seite der IGBTs 121 und 122 angeordnet wie der Anteil 111b des ersten Anschlußgliedes 111.
  • Die Bauelement-Anordnungsabschnitte 111a bis 113a der ersten bis dritten Anschlußglieder 111 bis 113 sind entsprechend einem ebenen Muster der Hauptelektroden 121E, 121F, 122E, 122F, 131E, 131F, 132E und 132E und später zu diskutierender Steuerungselektroden 121G und 122G (siehe 13), falls erforderlich, gemustert.
  • Die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 sind durch die Preßspritzunterbringung 141 versiegelt und in diesem untergebracht. In diesem Falle ist die Preßspritzunterbringung 141 so ausgebildet, daß die Seiten-Flächen und End-Flächen der einen Anteile 111a bis 113a der ersten bis dritten Anschlußglieder 111 bis 113 bedeckt sind. Weiter ist die Preßspritzunterbringung 141 in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 so ausgebildet, daß die erste Hauptfläche 111S des einen Anteils 111a des ersten Anschlußgliedes 111 und die zweite Hauptfläche 113T des einen Anteils 113a des dritten Anschlußgliedes 113 freiliegen kann. Auf der anderen Seite sind wenigstens die End-Seiten-Teile (entfernter von der Krümmung) der anderen Anteile 111b bis 113b der ersten bis dritten Anschlußglieder 111 bis 113 außerhalb der Unterbringung 141 angeordnet. In der Leistungshalbleitereinrichtung 51 stehen drei weitere Anteile 111b bis 113b auf der gleichen Seite in die dritte Richtung D3 vor. Die anderen Anteile 111b bis 113b sind mit anderen externen Einrichtungen oder dergleichen verbunden.
  • Angesichts dieser Struktur werden die Anteile 111a bis 113a der ersten bis dritten Anschlußglieder 111 bis 113 als "Bauelement-Anordnungsabschnitte 111a bis 113a" und die weiteren Anteile 111b bis 113b als "Abschnitte zur externen Verbindung 111b bis 113b" bezeichnet.
  • Wenn der IGBT 121 und die Diode 131 den niederseitigen Arm darstellen, wie in dem Blockdiagramm der 1 gezeigt, ist das erste Anschlußglied 111 mit dem niedrigen Potential N verbunden, das dritte Anschlußglied 113 ist mit dem hohen Potential P verbunden und das zweite Anschlußglied 112 entspricht dem Ausgangsanschluß. In diesem Falle entsprechen die ersten Hauptelektroden 121E und 122E und die zweiten Hauptelektroden 121E und 122E der IGBTs 121 und 122 den Emittern bzw. Kollektoren und die ersten Hauptelektroden 131E bzw. 132E und die zweiten Hauptelektroden 131E und 132E der Dioden 131 und 132 entsprechen den Anoden bzw. den Kathoden.
  • Auf der anderen Seite können in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 der IGBT 121 und die Diode 131 den höherseitigen Arm ausmachen. In diesem Falle entsprechen die ersten Hauptelektroden 121E und 122E bzw. die zweiten Hauptelektroden 121E und 122E der IGBTs 121 und 122 den Kollektoren bzw. den Emittern, und die ersten Hauptelektroden 131E und 132E bzw. die zweiten Hauptelektroden 131E und 132E der Dioden 131 und 132 entsprechen den Kathoden bzw. Anoden. Das erste Anschlußglied 111 ist mit dem hohen Potential P und das dritte Anschlußglied 113 mit dem niedrigen Potential N verbunden.
  • Die Gates oder die Steuerungselektroden der IGBTs 121 und 122 werden später unter Bezugnahme auf die 13 diskutiert.
  • In der Leistungshalbleitereinrichtung 51 sind die Anschlußglieder 111 bis 113 und die Leistungshalbleiterbauelemente (IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132) alternierend gelagert und miteinander verbunden, und die Anteile zur externen Verbindung 111b bis 113b der Anschlussglieder 111 bis 113 sind aus der Unterbringung 141 herausgeführt. Folglich hat die Leistungshalbleitereinrichtung 51 keine Verbindung unter Benutzung der Drähte 154P (siehe 26 und 27). Daher kann die Leistungshalbleitereinrichtung 51 die durch die Verbindung unter Verwendung der Drähte 154P verursachten Probleme lösen.
  • Weil keine Trennungen durch einen Bruch eines Drahtes oder dergleichen verursacht werden, sogar wenn beispielsweise Vibrationen vorliegen, kann eine Produktlebensdauer verlängert werden. Weil keine Notwendigkeit dafür besteht, Verbindungsanteile der Drähte vorzusehen, kann die Leistungshalbleitereinrichtung 51 kleiner ausgelegt sein. Weil ein Kontaktbereich (mit anderen Worten, ein Querschnittsbereich eines Strompfades) mit den Leistungshalbleiterbauelementen 121, 122, 131 und 132 leicht vergrößert werden kann, im Gegensatz zu dem Fall der Verwendung der Drähte 154P, und direkte Verbindungen zwischen den Anschlussgliedern 111 bis 113 und den Leistungshalbleiterbauelementen 121, 122, 131 und 132 die Längen der Zwischenverbindungen wesentlich reduzieren können, ist es in einem Falle der Verwendung der Anschlußglieder 111 bis 113 möglich, den Spannungsabfall und die Drahtinduktivität merklich zu verringern im Vergleich zu dem Fall der Drähte 154P, um die Stromverluste zu reduzieren.
  • Während eine Herstellungszeit länger wird, wenn die Anzahl der Drähte 154P (in Abhängigkeit vom Nennstrom) zunimmt, weist die Leistungshalbleitereinrichtung 51 eine Struktur auf, bei der die Anschlußglieder 111 bis 113 mit den IGBTs 121 und 122 und den Dioden 131 und 132 unabhängig vom Nennstrom verbunden sind, und zeigt deshalb außergewöhnliche Produktivität.
  • Weiterhin gewährleistet die geschichtete Struktur der Anschlußglieder 111 bis 113 und der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132 kleinere Auslegung.
  • In diesem Fall ist es wünschenswert, daß die ersten und zweiten Dioden 131 und 132 Bauelemente oder Halbleiterchips sein sollten, die die gleiche Struktur haben (unter Einschluss beispielsweise einer Struktur für hohe Durchschlagsspannnung). Beispielsweise sind beide Dioden 131 und 132 Vorwärts-Mesa-Dioden oder Rückwärts-Mesa-Dioden. Wenn der gleiche Diodentyp für die Dioden 131 und 132 verwendet wird, besteht keine Notwendigkeit dafür, zwei Dioden verschiedenen Typs zu präparieren und es ist deshalb möglich, die Kosten zu reduzieren. Das gleiche gilt für die ersten und zweiten IGBTs 121 und 122.
  • Weil die Leistungshalbleitereinrichtung 51 keine Verbindung unter Verwendung der Drähte 154P aufweist, besteht keine Notwendigkeit, Unterschiede in der thermischen Expansion zwischen dem Gießharz 141 und dem Draht 154P, den gegenseitigen Kontakt der Drähte 154P beim Giessen oder dergleichen zu beachten. Dies erlaubt flexiblere Auswahl des Gießharzes 141, wodurch beispielsweise die Kosten reduziert werden.
  • Weil die erste Hauptfläche 111S des Bauelement-Anordnungsabschnitts 111a des ersten Anschlußgliedes 111 und die zweite Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnittes 113a des dritten Anschlußgliedes 113 aus dem Gehäuse 141 freiliegend sind, kann die thermische Abstrahlung erhöht werden. Weiterhin kann bei Anordnung einer Hitzesenke beispielsweise an den freiliegenden Flächen 111S und 113T die thermische Abstrahlung weiter erhöht werden (wie hier später diskutiert). Bei erhöhter thermischer Abstrahlung können kleiner ausgelegte IGBTs 121 und 122 und Dioden 131 und 132 verwendet werden (andersherum besteht in einem Falle geringerer Abstrahlung eine Notwendigkeit zur Verwendung eines groß ausgelegten Leistungshalbleiterbauelementes um Aufheizung zu unterdrücken). Folglich kann die Leistungshalbleitereinrichtung 51 kleiner ausgelegt werden. Weiterhin ist es durch Verbindung von Schaltkreiskomponenten oder dergleichen mit den (auf die) freiliegenden Flächen 111S und 113T möglich, kleinere Auslegung, höhere Integration und höheren Durchsatz (Multifunktion) zu gewährleisten.
  • Als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 51 kann eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung 52 der ersten bevorzugten Ausführungsform, die schematisch in der Draufsicht der 5 und dem Querschnitt der 6 gezeigt ist, angewendet werden. 6 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie 6-6 der 5. Speziell können alle drei Anteile zur externen Verbindung 111b bis 113b auf der Seite der IGBTs 121 und 122 vorgesehen werden. Naturgemäß können alle drei Anteile zur externen Verbindung 111b bis 113b auf der Seite der Dioden 131 und 132 vorgesehen werden. Obwohl alle drei externen Anteile zur externen Verbindung 111b bis 113b in derselben Richtung aus der Leistungshalbleitereinrichtung 52 hervor stehen, können diese Anteile zur externen Verbindung in verschiedenen Richtungen hervorstehen, wie eine Leistungshalbleitereinrichtung 62 der 19, wie später diskutiert. Die Leistungshalbleitereinrichtung 52 kann die gleichen Effekte hervorbringen.
  • Weiter kann als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 51 der ersten bevorzugten Ausführungsform eine dritte Leistungshalbleitereinrichtung 53, die schematisch im Querschnitt der 7 gezeigt ist, angewendet werden. Speziell kann eine Anordnung vorliegen, bei der der IGBT 121 und die Diode 131 in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 vertauscht sind. Mit anderen Worten, der erste IGBT 121 liegt gegenüber zur zweiten Diode 132 in der dritten Richtung D3, wobei der Bauelement-Anordnungsabschnitt 112a des zweiten Anschlußgliedes 112 zwischen ihnen angeordnet ist, und die erste Diode 131 liegt gegenüber dem zweiten IGBT 122 in der dritten Richtung D3, wobei der Bauelement-Anordnungsabschnitt 112a sich zwischen ihnen befindet. Natürlich können der IGBT 122 und die Diode 132 vertauscht werden, oder eine solche Umplazierung kann in der Leistungshalbleitereinrichtung 52 vorgenommen werden.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 53 bringt dieselben Effekte wie die Leistungshalbleitereinrichtung 51 hervor und weist darüberhinaus den folgenden Effekt auf: Da der Bereich, in dem die zwei IGBTs 121 und 122 einander gegenüberliegen, wobei das zweite Anschlußglied 122 sich zwischen ihnen befindet, verkleinert werden kann oder diese IGBTs nicht so gelagert sind, dass das zweites Anschlussglied 122 sich zwischen ihnen befindet, ist es speziell möglich, thermische Interferenz zwischen diesen IGBTs 121 und 122 zu reduzieren oder eliminieren. Daher ist es möglich, die Aufheizung der IGBTs 121 und 122 zu unterdrücken und entsprechend die Aufheizung der Leistungshalbleitereinrichtung 53 zu unterdrücken.
  • Zur zweiten bevorzugten Ausführungsform
  • 8 ist ein schematischer Querschnitt, der eine grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 54 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Wie aus dem Vergleich der 3 und 8 ersehen werden kann, hat die Leistungshalbleitereinrichtung 54 eine Struktur, in der in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 das Pressspritzgehäuse 141 durch ein Pressspritzgehäuse 142 ersetzt ist.
  • Im einzelnen ist das Pressspritzgehäuse 142 ausgebildet, um die erste Hauptfläche 111S des Bauelement-Anordnungsabschnitts 111a des ersten Anschlußgliedes 111 zu bedecken, während die zweite Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnitts 113a des dritten Anschlußgliedes 113 freiliegend bleibt. In diesem Fall ist das Pressspritzgehäuse 142 grob in die oben diskutierte Pressspritzunterbringung 141 und einen weiteren isolierenden Abschnitt 142a zu unterteilen. Der isolierende Abschnitt 142a liegt gegenüber dem IGBT 121 und der Diode 131, wobei der Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 sich zwischen ihnen befindet, und wobei der isolierende Abschnitt 142a sich in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 1115 des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a und des Preßspritzgehäuses 141 befindet.
  • Alternativ kann anstatt des isolierenden Abschnittes 142a ein isolierender Film 143a an dem Preßspritzgehäuse 141 angebracht sein, wie in der zweiten Leistungshalbleitereinrichtung 55 der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in dem schematischen Querschnitt der 9 gezeigt ist. Speziell besteht die Unterbringung 143 aus dem oben diskutierten Preßspritzgehäuse 141 und dem isolierenden Film 143a, der wie der obige isolierende Abschnitt 142a angeordnet ist.
  • Weiterhin kann anstelle des obigen isolierenden Abschnittes 142a ein isolierendes Substrat (oder isolierendes Abschnitt) 151, beispielsweise aus Keramik gefertigt, verwendet werden, wie in einer dritten Leistungshalbleitereinrichtung 56 der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in dem schematischen Querschnitt der 10 gezeigt ist. Speziell hat die Leis tungshalbleitereinrichtung 56 eine Struktur, in der das isolierende Substrat 151 mit Metallschichten 152 und 153 zusätzlich in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 vorgesehen ist.
  • Im einzelnen sind die Metallschichten 152 und 153, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium (mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0.3 bis 0.5 mm) gefertigt, an den oberen und unteren Hauptflächen des isolierenden Substrats 151 angeordnet. Wenn das isolierende Substrat 151 keramisch ist, werden die Metallschichten 152 und 153 mit diesem beispielsweise mittels Lötsilber (Silber zum Löten) verbunden. Die Metallschicht 152 ist mit der ersten Hauptfläche 111S des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 verbunden. In diesem Fall liegt das isolierende Substrat 151 gegenüber dem IGBT 121 und der Diode 131, wobei der Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 sich zwischen diesen befindet.
  • Ein Preßspritzgehäuse 144 der Leistungshalbleitereinrichtung 56 hat eine Struktur, bei der das Preßspritzgehäuse 141 sich weiterhin zum isolierenden Substrat 151 erstreckt, und ist ausgebildet, um das isolierende Substrat 151 an den Anschlußgliedern 111 bis 113 zu befestigen.
  • Der isolierende Abschnitt 142a, der isolierende Film 143a und das isolierende Substrat 151 kann auf der Seite des dritten Anschlußgliedes 113 vorgesehen sein (siehe ein Preßspritzgehäuse 145 der 19, wie unten diskutiert), oder kann auf beiden Seiten des ersten und dritten Anschlußgliedes 111 und 113 vorgesehen sein (siehe ein Preßspritzgehäuse 146 der 21, wie unten diskutiert). Der isolierende Abschnitt 142a oder dergleichen kann bei den oben diskutierten Leistungshalbleitereinrichtungen 52 und 53 zur Anwendung kommen.
  • Weil der isolierende Abschnitt 142a, der isolierende Film 143a und das isolierende Substrat 151 den Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 und/oder den Bauelement-Anordnungsabschnitt 113a des dritten Anschlußgliedes 113 nach außen isolieren können, kann der Installationsort der Leistungshalbleitereinrichtungen 54 bis 56 im Vergleich zu der vorher diskutierten Leistungshalbleitereinrichtung 51 oder dergleichen flexibler gewählt werden (siehe die fünfte bevorzugte Ausführungsform, die weiter unten diskutiert wird).
  • Weiterhin kann durch Ausbildung des isolierenden Substrats 151 aus einem Material hervorragender Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Keramik, das isolierende Substrat 151 als Abstrahlungsplatte verwendet werden. Speziell kann die Leistungshalbleitereinrichtung 56, versehen mit dem obigen isolierenden Substrat 151, die thermische Abstrahlung im Vergleich zur Abstrahlung der Leistungshalbleitereinrichtungen 54 und 55, die den isolierenden Abschnitt 142a und den isolierenden Film 143a als einen Teil des Preßspritzgehäuses 142 aufweisen, erhöhen.
  • Als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 56 kann eine vierte Leistungshalbleitereinrichtung 57 der zweiten bevorzugten Ausführungsform, die in Form eines schematischen Querschnittes in 11 gezeigt ist, angewendet werden. Im einzelnen wird die Metallschicht 152, die sich in Kontakt mit dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a der obigen Leistungshalbleitereinrichtung 56 befindet, als Bauelement-Anordnungsabschnitt in der Leistungshalbleitereinrichtung 57 verwendet. Mit anderen Worten, ein erstes Anschlußglied 110 der Leistungshalbleitereinrichtung 57 besteht aus einem Bauelement-Anordnungsabschnitt, der aus der Metallschicht 152 (hiernach auch als "Bauelement-Anordnungsabschnitt 152" bezeichnet) und dem Abschnitt zur externen Verbindung 111b gebildet ist, und der Abschnitt zur externen Verbindung 111b ist mit der Metallschicht 152 mittels Lötmetall oder dergleichen verbunden, um auf dem isolierenden Substrat 151 zu stehen. In diesem Falle ist die Metallschicht 152 ausgebildet, um eine Dicke von beispielsweise 0.3 bis 0.5 mm aufzuweisen und ist mit einem Muster wie der Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 versehen. Weiterhin befindet sich in der Leistungshalbleitereinrichtung 57 das isolierende Substrat 151 in Kontakt mit dem ersten Anschlußglied 110.
  • Es versteht sich von selbst, daß dieses erste Anschlußglied 110 bei den Leistungshalbleitereinrichtungen 52 und 53 der ersten bevorzugten Ausführungsform Anwendung finden kann.
  • Zur dritten bevorzugten Ausführungsform
  • 12 ist ein schematischer Querschnitt, der eine grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 58 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die 13 und 14 sind schematische Querschnitte der Leistungshalbleitereinrichtung 58 mit Blickrichtungen entlang der Richtungen der Pfeile 13 bzw. 14 der 12.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 58 beinhaltet einen Arm der Leistungshalbleitereinrichtung 50 und der Steuerungsschaltungen 160 und 170 für diesen Arm, in dem Blockdiagramm der 1 gezeigt, und weist eine Struktur auf, in der das isolierende Substrat 151 mit den Metallschichten 152 und 153 in der Leistungshalbleitereinrichtung 57 der 11 sich in die dritte Richtung D3 erstreckt und die Steuerungsschaltungen 160 und 170 auf der Erstreckung in die dritte Richtung D3 gelagert sind.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 58 zeigt einen Fall, bei dem der Abschnitt zur externen Verbindung 111b des ersten Anschlussgliedes 110 sich ein wenig entfernt von einer Kante der Metallschicht 152 befindet. Zur Vereinfachung der Darstellung zeigt die 12 das isolierende Substrat 151 nicht.
  • In der Leistungshalbleitereinrichtung 58 ist ein isolierendes Substrat 161, beispielsweise aus Keramik oder Glasepoxyd gefertigt, an dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 152 des ersten Anschlußgliedes 110 angeordnet, wie auch der IGBT 121 und die Diode 131.
  • Auf dem isolierenden Substrat 161 ist auf der Seite, die dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 152 gegenüberliegt, wobei das isolierende Substrat 161 sich zwischen diesen befindet, ein Schaltungsmuster 162 ausgebildet. Wenn in diesem Falle das isolierende Substrat 161 keramisch ist, wird das Schaltungsmuster 162 beispielsweise aus Lötsilber ausgebildet (wobei dieses verwendet wird, um die Metallschichten 152 und 153 mit dem isolierenden Substrat 151, welches, wie oben diskutiert, aus Keramik gefertigt ist, zu verbinden). Wenn das isolierende Substrat 161 Glasepoxyd ist, wird das Schaltungsmuster 162 beispielsweise aus Kupfer ausgebildet. Um das Schaltungsmuster 162 auszubilden, wird eine durchgehende Schicht, beispielsweise aus Lötsilber, auf dem isolierenden Substrat 161 ausgebildet. Sodann wird ein Ätzverfahren durchgeführt, um ein vorgegebenes Muster zu erhalten.
  • Weiterhin wird ein IC-Chip 163 für Steuerungsschaltungen auf dem isolierenden Substrat 161 angebracht und mit dem Schaltungsmuster 162 beispielsweise mittels Lötmetall verbunden. Obwohl aus Gründen der einfachen Darstellung nicht gezeigt, sind Bauelemente und weitere Schaltungsmuster 162, die mit den Elementen verbunden sind, auf dem isolierenden Substrat 161 angeordnet. Mit anderen Worten, der IC-Chip 163 für Steuerungsschaltungen, Schaltungskomponenten, die nicht gezeigte Elemente enthalten, und die Schaltungsmuster 162 machen den Steuerungsschaltkreis 160 aus.
  • Das Schaltungsmuster 162 ist elektrisch mit dem Gate oder einer Steuerungselektrode 121G des IGBT 121 über einen Zwischenanschluß 165, beispielsweise aus einem Metallstück gefertigt, verbunden. Obwohl 13 schematisch einen Fall zeigt, bei dem die Steuerungselektrode 121G auf der zweiten Hauptfläche 121T des IGBT 121 (siehe 4) vorgesehen ist, ist dann, wenn die Steuerungselektrode 121G auf der ersten Hauptfläche 121S (siehe 4) vorgesehen ist, einige Überlegung notwendig betreffend beispielsweise die Form des Zwischenanschlusses 165. Alternativ kann ein Fall vorliegen, bei dem beispielsweise die Metallschicht 152 ein Muster aufweist, um die Positionen, an denen die Elektroden 121E und 121G verbunden sind, vorzusehen, wobei diese nicht in Kontakt miteinander stehen, und der Zwischenanschluß 165 wird mit einer Position für die Steuerungselektrode 121G verbunden.
  • Ein Ende eines Steuerungsschaltkreisanschlusses 164 ist mit dem Schaltungsmuster 162 durch Löten oder Schweißen verbunden, und das andere Ende des Steuerungsschaltkreisanschlusses 164 steht aus dem Pressspritzgehäuse 144 vor.
  • Eine isolierende Schicht 169, beispielsweise aus Glasepoxyd gefertigt, ist auf dem isolierenden Substrat 161 angeordnet und bedeckt den IC-Chip 163 und das Schaltungsmuster 162. Ein isolierendes Substrat 171 ist so an der isolierenden Schicht 169 angeordnet, dass es sich gegenüber dem isolierenden Substrat 161 befindet, wobei die isolierende Schicht 169 zwischen ihnen angeordnet ist.
  • Ein Schaltungsmuster 172 zur Ausbildung des Steuerungsschaltkreises 170 und ein IC-Chip 173 für den Steuerungsschaltkreis sind auf einer Hauptfläche des isolierenden Substrats 171 angeordnet (gegenüberliegend einer Hauptfläche, die sich in Kontakt mit der obigen isolierenden Schicht 169 befindet) wie das Schaltungsmuster 162 und der IC-Chip 163, und das Schaltungsmuster 172 ist mit der Steuerungselektrode 122G des IGBTs 122 durch einen Zwischenanschluß 175 verbunden. Ein Steuerungsschaltkreisanschluss 174 ist entsprechend dem obigen Steuerungsschaltkreisanschluss 164 angeordnet und mit dem Schaltungsmuster 172 verbunden. Die Lagebeziehung der Steuerungselektrode 122G des IGBTs 122 und des Schaltungsmusters 172 in der dritten Richtung D3 wird durch Steuerung der Dicke der isolierenden Schicht 169 (die Größe in der dritten Richtung D3) gesteuert, um die Verbindung mit dem Zwischenanschluß 175 zu gewährleisten.
  • Die Steuerungsschaltkreise 160, 170 oder dergleichen sind in einem Preßspritzgußgehäuse 144 untergebracht.
  • Die Hochleistungs-Leistungshalbleitereinrichtung 58 (IPM, „Intelligent Power Module") mit den Steuerungsschaltkreisen 160 und 170 sowie die Leistungshalbleiterbauelemente 121, 122, 131 und 132 bringen ebenfalls die vorher diskutierten Effekte hervor.
  • Da insbesondere die Schaltungsmuster 162 und 172 bei Verwendung des Lötsilbers dünn ausgebildet sein können (z. B. 0.1 mm oder weniger), ist es möglich, Abweichungen der Schaltkreiskomponenten, wie etwa der IC-Chips 163 und 173, beim Erstellen der Steuerungsschaltkreise 160 und 170 zu reduzieren. Der Grund hierfür ist der folgende: Wenn die Schaltungsmuster 162 und 172 dick oder hoch sind, fallen die Schaltkreiskomponenten neben die Schaltungsmuster 162 und 172, sogar wenn die Schaltkreiskomponenten nur leicht deplaziert sind, was leicht eine signifikante Abweichung bewirkt. Im Gegensatz hierzu bewirken die dünnen Schaltungsmuster 162 und 172 unter Verwendung des Lötsilbers nicht leicht eine solche signifikante Abweichung. Weiterhin können die dünnen Schaltungsmuster 162 und 172 einen Herstellungsfehler, wie etwa eine Lötbrücke, reduzieren.
  • Da weiterhin die dünnen Schaltungsmuster 162 und 172 eine feine Musterung erlauben (mit Musterbreiten von beispielsweise 0.1 mm oder weniger), ist es möglich, die Integration der Steuerungsschaltkreise 160 und 170 zu erhöhen.
  • 15 ist eine schematische Draufsicht, die eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung 59 gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Leistungshalbleitereinrichtung 59 entspricht der Leistungshalbleitereinrichtung 50, die in dem Blockdiagramm der 1 gezeigt ist, insbesondere beinhaltet sie drei Arme und die Steuerungsschaltkreise 160 und 170 für die Arme.
  • Im einzelnen beinhaltet die Leistungshalbleitereinrichtung 59 im wesentlichen drei Leistungshalbleitereinrichtungen 58, die in den 12 bis 14 gezeigt sind, mit einer Struktur, bei der die isolierenden Substrate 151 (siehe 13) mit den Metallschichten 152 und 153 der drei Leistungshalbleitereinrichtungen 58 zusammengebracht sind. Mit anderen Worten, die drei Leistungshalbleitereinrichtungen 58 teilen sich ein einziges isolierendes Substrat 151 mit den Metallschichten 152 und 153 und teilen sich dement sprechend den Bauelement-Anordnungsabschnitt 152 des ersten Anschlußgliedes 110.
  • Weiterhin hat die Leistungshalbleitereinrichtung 59 ein isolierendes Glied 181, beispielsweise aus Harz gefertigt, für jede Leistungshalbleitereinrichtung 58, d. h. für jeden Arm. Das isolierende Glied 181 hält kollektiv eine Mehrzahl von Steuerungsschaltkreisanschlüssen 164 und 174 so, dass die Steuerungsschaltkreisanschlüsse 164 und 174 nicht in gegenseitigen Kontakt kommen. Genauer gesagt bilden das isolierende Glied 181 und die Steuerungsschaltkreisanschlüsse 164 und 174 eine Multianschluß-Verbinderstruktur oder einen Verbinder 180. Wie im Querschnitt der 16 gezeigt, ist das isolierende Glied 181 an dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 152 des ersten Anschlußgliedes 110 durch beispielsweise Klebung befestigt und hierdurch unterstützt.
  • In diesem Fall kann das isolierende Glied 181 durch Auftragen flüssigen oder pastenartigen Harzes auf die Anschlüsse 164 und 174, die bereits mit den Schaltungsmusterern 162 und 172 verbunden sind, und Aushärten des Harzes gebildet werden. Alternativ kann ein kommerziell erhältlicher Verbinder als Verbinder 180, mit den Anschlüssen 164 und 174 versehen, verwendet werden. Weiterhin kann, anders als in dem Falle der 15, ein einzelnes isolierendes Glied 181 für die drei Leistungshalbleitereinrichtungen 58, d. h. die drei Arme, vorgesehen werden.
  • Weil das isolierende Glied 181 des Verbinders 180 an dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 152 des ersten Anschlußgliedes 110 befestigt ist, wie oben ausgeführt, sind die Anschlüsse 164 und 174 an dem ersten Anschlußglied 110 befestigt. Hierdurch ist es möglich, in Bezug auf Vibrationen oder externe Kräfte die Anschlüsse 164 und 174 im Vergleich zu einer Ausführung ohne isolierendes Glied 181 stärker vorzusehen. Dies erlaubt die Reduzierung von Problemen wie etwa einem Bruch der Anschlüsse 164 und 174.
  • Wie bei den Leistungshalbleitereinrichtungen 58 und 59 können die Steuerungsschaltkreise 160 und 170 und der Verbinder 180 in den vorher diskutierten Leistungshalbleitereinrichtungen 51 bis 56 vorgesehen werden.
  • Zur vierten bevorzugten Ausführungsform
  • 17 ist ein schematischer Querschnitt, der eine grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 60 gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Leistungshalbleitereinrichtung 60 weist im wesentlichen die bereits diskutierten Leistungshalbleitereinrichtungen 51 (siehe 3) und Wärmesenken 191 und 192 auf.
  • Im Einzelnen beinhaltet die Leistungshalbleitereinrichtung 60 das erste Anschlußglied 111 der bereits diskutierten Leistungshalbleitereinrichtung 51, das nicht gekrümmt ist. Mit anderen Worten, das erste Anschlußglied 111 der Leistungshalbleitereinrichtung 60 weist eine streifenartige Form auf. In der ersten Hauptfläche 111S des ersten Anschlußgliedes 111 (siehe 4) geht der Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a zusammenhängend ohne jeden Absatz in den Abschnitt zur externen Verbindung 111b über. Das gleiche gilt für die zweite Hauptfläche 111T des ersten Anschlußgliedes 111.
  • Die Wärmesenke 191 ist so angeordnet, dass sie in vollständigem Kontakt mit der ersten Hauptfläche 111S des ersten Anschlußgliedes 111 steht. Das Abschnitt zur externen Verbindung 111b des ersten Anschlussgliedes 111 ist mit einer Gewindebohrung 111c versehen und das erste Anschlussglied 111 ist an der Wärmesenke 191 mit einem Außengewinde (oder Bolzen) 116c befestigt, der in die Gewindebohrung 111c eingefügt wird. Obwohl in Bezug auf die Gewindebohrung 111c und Gewindebohrungen 112c und 113c, die weiter unten diskutiert werden, u. U. kein Gewindeschneiden durchgeführt wird, erlaubt Gewindeschneiden stärkere Befestigung. Das erste Anschlußglied 111 kann an der Wärmesenke 191 durch Löten, Ultraschall-Bonden, Hartlöten, Schweißen, Verbindung mittels Klebstoff oder dergleichen, zusätzlich zu oder anstelle des Außengewindes befestigt werden.
  • Weiterhin wird auf der zweiten Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnitts 113a des dritten Anschlußgliedes 113 (siehe 4) die rippenartige Wärmesenke 192 durch Löten, Ultraschall-Bonden, Hartlöten, Schweißen, Verbindung mittels Klebstoff oder dergleichen verbunden.
  • Anders als im Falle der 17 kann anstelle der rippenartigen Wärmesenke 192 eine blockartige Wärmesenke verbunden werden, oder die Wärmesenke 191 wird durch eine rippenartige Wärmesenke ersetzt.
  • In der Leistungshalbleitereinrichtung 60 können die Wärmesenken 191 und 192 als Teil einer Schaltung oder einer Verbindung verwendet werden (siehe die sechste bevorzugte Ausführungsform, die weiter unten besprochen wird), obwohl, wenn die leitenden Wärmesenken 191 und 192, beispielsweise aus Kupfer gefertigt, verwendet werden, die Wärmesenken 191 und 192 leitend (elektrisch leitend) sein können oder nicht.
  • Die Abschnitte zur externen Verbindung 112b und 113b der zweiten und dritten Anschlußglieder 112 und 113 sind mit Gewindebohrungen 112c und 113c versehen. Die zweiten und dritten Anschlußglieder 112 und 113 sind an den Gliedern 512 und 513 anderer Einrichtungen mittels Außengewinden 117c und 118c befestigt, die in die Gewindebohrungen 112c bzw. 113c eingefügt sind. In diesem Falle kann die Befestigung ohne jede zusätzliche Schraubenmutter durchgeführt werden (die Gewindebohrungen 112c und 113c dienen als Muttern), in dem Gewinde in die Gewindebohrungen 112c und 113c geschliffen werden. In der bekannten Leistungshalbleitereinrichtung werden Verbindungen mit anderen Einrichtungen über Verbinder vorgenommen.
  • Unter Verwendung der gesamten ersten Hauptfläche 111S erlaubt es das streifenartige erste Anschlußglied 111, die Wärmesenke 191 vorzusehen, die größer ist als die diejenige, die an dem ersten Anschlußglied 111, welches in einer L-Form gebogen ist, vorgesehen ist (siehe 3).
  • Unter Berücksichtigung dieses Punktes kann als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 60 eine zweite Leistungshalbleitereinrichtung 61 der vierten bevorzugten Ausführungsform, die schematisch in dem Querschnitt der 18 gezeigt ist, angewendet werden. Speziell wird ein streifenartiges Glied ebenfalls als das dritte Anschlussglied 113 in der Leistungshalbleitereinrichtung 61 verwendet. In der zweiten Hauptfläche 113T des dritten Anschlußgliedes 113 (siehe 4) verläuft der Bauelement-Anordnungsabschnitt 113a zusammenhängend und ohne jeden Absatz zum Abschnitt zur externen Verbindung 113b. Dasselbe gilt für die erste Hauptfläche 1135 des dritten Anschlußgliedes 113. Dies erlaubt es, die Wärmesenke 192 nicht nur an dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 113a sondern ebenso an dem Abschnitt zur externen Verbindung 113b anzuordnen. Mit anderen Worten, die Wärmesenke 192, die größer ist als diejenige der Leistungshalbleitereinrichtung 60 der 17, kann verwendet werden.
  • In der bekannten Leistungshalbleitereinrichtung ist die Gewindebohrung zur Befestigung der Wärmesenke innerhalb eines Gehäuses vorgesehen. Im Gegensatz hierzu wird die Wärmesenke 191 unter Verwendung der Gewindebohrung 111c des ersten Anschlussgliedes 111 in den Leistungshalbleitereinrichtungen 60 und 61 befestigt. Dies erlaubt die verkleinerte Auslegung des Gehäuses 141 und Kostenreduktion in Bezug auf die Materialien.
  • Weiterhin ist es möglich, die Form der Anschlußglieder und die Anordnung der Wärmesenken der vierten bevorzugten Ausführungsform für die Leistungshalbleitereinrichtungen 52 und dergleichen anzuwenden.
  • Zur fünften bevorzugten Ausführungsform
  • Wie für die zweite bevorzugte Ausführungsform diskutiert, erlaubt es die Isolierung beispielsweise des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 von außerhalb mit dem isolierenden Abschnitt 142a und dergleichen, die Installationsorte der Leistungshalbleitereinrich tungen 54 bis 57 flexibler auszuwählen. In der fünften bevorzugten Ausführungsform wird eine Leistungshalbleitereinrichtung diskutiert, die im Hinblick auf diesen Punkt ausgelegt ist.
  • 19 ist ein schematischer Querschnitt, der eine grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 62 gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Leistungshalbleitereinrichtung 62 beinhaltet im wesentlichen eine Abwandlung der vorher diskutierten Leistungshalbleitereinrichtung 54 (siehe 8) als Basiskomponente und beinhaltet ferner eine leitende Wärmesenke 193 mit einer Aussparung 193a, in die die Basiskomponente eingefügt wird.
  • Im Einzelnen weist die Leistungshalbleitereinrichtung 62 eine Struktur auf, als eine Basiskomponente, in der die Abschnitte zur externen Verbindung 111b bis 113b der ersten bis dritten Anschlussglieder 111 bis 113 in der Leistungshalbleitereinrichtung 54 der 8 auf der gleichen Seite angebracht sind wie in der Leistungshalbleitereinrichtung 52 der 6. In der Leistungshalbleitereinrichtung 62 hat das zweite Anschlussglied 112 eine streifenartige Form und die ersten und dritten Anschlußglieder 111 und 113 haben im wesentlichen L-Formen, die zu entgegengesetzten Seiten gebogen sind. Die zweiten und dritten Anschlußglieder 112 und 113 sind so außerhalb der Aussparung 193a angeordnet, dass sie nicht in Kontakt mit der Wärmesenke 193 sind.
  • Ein Pressspritzgehäuse 145 der Leistungshalbleitereinrichtung 62 entspricht im wesentlichen der Preßspritzunterbringung 142 der 8, aber der isolierende Abschnitt 142a ist dafür vorgesehen, um in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnittes 113a des dritten Anschlußgliedes 113 (siehe 4) zu sein. Die erste Hauptfläche 111S des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 (siehe 4) ist aus dem Pressspritzgehäuse 145 herausgelegt.
  • Die Basiskomponente wird in die Aussparung 193a der Wärmesenke 193 eingefügt, wobei die Basiskomponente in Kontakt mit der Wärmesenke 193 in der Aussparung 193a ist und die Abschnitte zur externen Verbindung 111b, 112b, 113b der Anschlussglieder 111, 112 und 113 aus der Aussparung 193a herausragen. Umgekehrt hat die Aussparung 193a ein solches Ausmaß, dass sie die Basiskomponente entsprechend der obigen Bedingung unterbringen kann. In diesem Fall hat die Aussparung 193a eine solche Tiefe um die Leistungshalbleiterbauelemente, d. h. die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132, insgesamt aufzunehmen.
  • Der isolierende Abschnitt 142a des Pressspritzgehäuses 145 ist in Kontakt mit der Wärmesenke 193 innerhalb der Aussparung 193a. Weil der isolierende Abschnitt 142a den Bauelement-Anordnungsabschnitt 113a des dritten Anschlußgliedes 113 bedeckt, ist das dritte Anschlußglied 113 von der leitenden Wärmesenke 193 innerhalb der Aussparung 193a isoliert.
  • Die erste Hauptfläche 1115 des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 (siehe 4) ist innerhalb der Aussparung 193a freiliegend und steht in Kontakt mit der leitenden Wärmesenke 193 innerhalb der Aussparung 193a. Die erste Hauptfläche 111S des Abschnittes zur externen Verbindung 111b des ersten Anschlussgliedes 111 steht in Kontakt mit der Wärmesenke 193 außerhalb der Aussparung 193a. Genauer gesagt ist das erste Anschlußglied 111 zu einer L-Form gebogen, so daß dessen gesamte erste Hauptfläche 111S in Kontakt mit der Wärmesenke 193 treten kann. In diesem Fall ist das erste Anschlußglied 111 mit der Wärmesenke 193 in einer Weise verbunden, dass sie gleiches Potential haben. Die Basiskomponente ist an der Wärmesenke 193 über die Gewindebohrung 111c des ersten Anschlußgliedes 111 befestigt.
  • Die Aussparung 193a hat eine kegelige Form, die näher zu ihrem Boden schmaler wird. Die Basiskomponente ist ebenfalls kegelförmig entsprechend der kegeligen Form der Aussparung 193a ausgebildet. Spezifisch sind die Formen des Preßspritzgehäuses 145 und des ersten Anschlußgliedes 111 so ausgelegt, daß die Querschnittsfläche der Basiskomponente zu den Enden der Bauelemente-Anordnungsabschnitte 111a, 112a und 113a (auf den Seiten, die von den Abschnitten zur externen Verbindung 111b, 112b und 113b weiter entfernt sind) kleiner werden. Diese Kegelform erlaubt die leichte Einfügung der Basiskomponente in die Aussparung 193a.
  • In der Leistungshalbleitereinrichtung 62 sind die Dioden 131 und 132 an einer unteren Seite der Aussparung 193a in der Wärmesenke 193 angeordnet und die IGBTs 121 und 122 sind an einer offenen Seite der Wärmesenke 193 angeordnet.
  • In der Leistungshalbleitereinrichtung 62 sind die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 von der Wärmesenke 193 umgeben. Spezifisch liegen die jeweiligen Seiten-Flächen der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132 ebenfalls gegenüber der Wärmesenke 193 in der Leistungshalbleitereinrichtung 62, während die unterschiedlichen Wärmesenken 191 und 192 an den ersten und dritten Anschlußgliedern 111 bzw. 113 in den vorher diskutierten Leistungshalbleitereinrichtungen 60 und 61 der 17 und 18 vorgesehen sind. Weil die Anzahl der Flächen der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132, die sich gegenüber zu der Wärmesenke 193 befinden, größer ist als die in den Leistungshalbleitereinrichtungen 60 und 61 der 17 und 18, nimmt die thermische Abstrahlung zu. In diesem Falle weist die Leistungshalbleitereinrichtung 62 mit der kleineren Wärmesenke 13 die gleiche thermische Abstrahlungscharakteristik auf wie die Leistungshalbleitereinrichtungen 60 und 61 der 17 und 18. Weil aufgrund der vergrößerten thermischen Abstrahlung die kleiner ausgelegten Leistungshalbleiterbauelemente 121, 122, 131 und 132 herangezogen werden können, kann die Leistungshalbleitereinrichtung 62 kleiner ausgelegt werden.
  • Die Aussparung 193a kann leicht durch Abtragung der Wärmesenke 193 ausgebildet werden. Alternativ kann die Aussparung 193a durch Zusammenfügen einer Mehrzahl von Wärmesenken ausgebildet werden. In diesen Fällen vereinfacht die Ausbildung der Aussparung 193a durch Abtragung die Struktur und Herstellung der Leistungshalbleitereinrichtung 62 wie auch diejenige der Wärmesenke 193.
  • Die Anordnungspositionen der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132 können vertauscht werden. Spezifisch sind die IGBTs 121 und 122 an der Unterseite der Aussparung 193a der Wärmesenke 193 und die Dioden 131 und 132 an deren offener Seite angeordnet, wie bei einer zweiten Leistungshalbleitereinrichtung 63 der fünften bevorzugten Ausführungsform, die schematisch im Querschnitt in der 20 gezeigt ist.
  • In dieser Leistungshalbleitereinrichtung 63 ist, da die IGBTs 121 und 122 sich gegenüber dem Boden der Aussparung 193a der Wärmesenke 193 befinden, die Oberfläche der IGBTs 121 und 122, die sich gegenüber der Wärmesenke 193 befindet, größer als diejenige der Dioden 131 und 132. Weil die IGBTs 121 und 122 im Allgemeinen einen höheren Heizwert als die Dioden 131 und 132 haben, ist es möglich, im Ganzen gute thermische Abstrahlung in der Leistungshalbleitereinrichtung 63 zu erzielen. Weiterhin kann dieser Effekt zu einem gewissen Grad dadurch erzielt werden, daß nur einer der IGBTs 121 und 122 an der Unterseite der Aussparung 193a (siehe die Leistungshalbleitereinrichtung 53 der 7) angeordnet wird.
  • Als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 62 kann eine dritte Leistungshalbleitereinrichtung 64 der fünften bevorzugten Ausführungsform, die im schematischen Querschnitt in der 21 gezeigt ist, angewendet werden. Spezifisch sind in der Leistungshalbleitereinrichtung 64 sowohl die erste Hauptfläche 111S des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 und die zweite Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnittes 113a des dritten Anschlußgliedes 113 durch ein Pressspritzgehäuse 146 bedeckt. Die Bauelement-Anordnungsabschnitte 111a und 113a der ersten und dritten Anschlußglieder 111 und 113 stehen nicht in Kontakt mit der Wärmesenke 193 innerhalb der Aussparung 193a.
  • Das Preßspritzgehäuse 146 der Leistungshalbleitereinrichtung 64 ist kegelförmig ausgebildet.
  • Auch in der Leistungshalbleitereinrichtung 64 nimmt die thermische Abstrahlung wie bei der Leistungshalbleitereinrichtung 62 zu, weil die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 von der Wärmesenke 193 umgeben sind, und die Wärmesenke 193 kann kleiner ausgelegt werden.
  • Weil das erste Anschlußglied 111 innerhalb der Aussparung 193a der Wärmesenke 193 in den Leistungshalbleitereinrichtungen 62 und 63 freiliegt, können die Leistungshalbleitereinrichtungen 62 und 63 die thermische Abstrahlung im Vergleich zu der Leistungshalbleitereinrichtung 64, in der ein Gießharz zwischen dem ersten Anschlußglied 111 und der Wärmesenke 193 vorliegt, vergrößern. Das gleiche gilt für den Fall, dass das dritte Anschlussglied 113 freiliegt.
  • Als eine Abwandlung der Leistungshalbleitereinrichtung 62 kann eine vierte Leistungshalbleitereinrichtung 65 der fünften bevorzugten Ausführungsform angewendet werden, die im schematischen Querschnitt in der 22 gezeigt ist. Spezifisch hat in der Leistungshalbleitereinrichtung 65 eine leitende Wärmesenke 194 eine Aussparung 194a, die eine größere Öffnung als die obige Aussparung 193a hat, und eine Blattfeder 201 ist in einem Zwischenraum zwischen der Aussparung 194a und der Basiskomponente vorgesehen. Weil die Aussparung 194a eine größere Öffnung aufweist als die oben diskutierte Aussparung 193a, zeigt 22 einen Fall, bei dem die Aussparung 194a und die Basiskomponente nicht kegelförmig sind.
  • Die Blattfeder 201 befindet sich in Kontakt mit dem Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 und der Wärmesenke 194 (einer Seitenfläche der Aussparung 194a) innerhalb der Aussparung 194a. Die Elastizität der Blattfeder 201 bewirkt, daß die Basiskomponente, genauer gesagt ein Preßspritzgehäuse 147 an dem dritten Anschlussglied 113, gegen die Wärmesenke 194 gepreßt wird. Die Basiskomponente kann hierdurch an der Wärmesenke 194 befestigt werden. Die Blattfeder 201 kann lediglich in den Zwischenraum in der Aussparung 194a eingefügt werden oder kann mit der ersten Hauptfläche 111S (siehe 4) des Bauelement-Anordnungsabschnittes 111a des ersten Anschlußgliedes 111 beispielsweise durch Löten oder Schweißen verbunden werden. Wenn die Blattfeder 201 von vorneherein mit dem ersten Anschlussglied 111 verbunden ist, kann die Basiskomponente während des Herstellungsprozesses der Leistungshalbleitereinrichtung 65 leicht in die Aussparung 194a eingefügt werden.
  • In diesem Falle erlaubt es die Verwendung der Blattfeder 201, aus leitendem Material wie etwa Metall hergestellt, der Wärmesenke 194, sich über die Blattfeder 201 in einer Weise in Kontakt mit dem ersten Anschlußglied 111 zu befinden, dass sie gleiches Potential haben. Im Gegensatz hierzu kann eine isolierende Blattfeder 201 verwendet werden, wenn das erste Anschlußglied 111 sich in Kontakt mit der Wärmesenke 194 außerhalb der Aussparung 194a befindet.
  • In jedem Falle erlaubt die Verwendung der Blattfeder 201, aus einem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit als derjenigen von Luft (wie etwa Metall) hergestellt, effizienten Wärmetransport der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132 zu der Wärmesenke 194. Infolgedessen erhöht sich die thermische Abstrahlung im Vergleich zu einem Fall ohne die Blattfeder 201.
  • In diesem Falle kann, sogar wenn die Blattfeder 201 auf der Seite des dritten Anschlußgliedes 113 vorgesehen wird, die obige Wirkung und der Effekt der Befestigung der Elemente und Verbesserung der thermischen Abstrahlung erzielt werden. Daher bewirkt eine Kombination der Blattfeder 201 und der Basis wie der Leistungshalbleitereinrichtung 64 der 21, bei der beide, das erste und das dritte, Anschlussglieder 111 und 113 durch das Preßspritzgehäuse 146 bedeckt sind, ebenfalls den gleichen Effekt.
  • Es versteht sich von selbst, daß anstelle der Blattfeder 201 verschiedene elastische Körper, wie etwa ein Federring, zur Anwendung kommen können.
  • In den Leistungshalbleitereinrichtungen 64 und 65 können die Anordnungspositionen der IGBTs 121 und 122 und der Dioden 131 und 132 wie in der Leistungshalbleitereinrichtung 63 der 20 vertauscht werden.
  • Weiterhin kann das erste Anschlußglied 111 und/oder das dritte Anschlußglied 113 durch den weiter oben diskutierten isolierenden Film 143a der 9 und das isolierende Substrat 151 der 10 von der Wärmesenke 194 isoliert werden. Weiterhin können die Steuerungsschaltkreise 160 und 170 an den Leistungshalbleitereinrichtungen 62 bis 65 wie an der Leistungshalbleitereinrichtung 58 der 12 und der Leistungshalbleitereinrichtung 59 der 15 angebracht werden.
  • Zur sechsten bevorzugten Ausführungsform
  • 23 ist ein schematischer Querschnitt, der die grundlegende Struktur einer ersten Leistungshalbleitereinrichtung 66 gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Leistungshalbleitereinrichtung 66 hat im wesentlichen eine Struktur, die diejenige der Leistungshalbleitereinrichtung 61 der 18 und einen Glättungskondensator 211 kombiniert.
  • Im Einzelnen sind in der Leistungshalbleitereinrichtung 66 das erste und dritte Anschlußglied 111 und 113 jeweils aus einem streifenartigen Material gefertigt und so angeordnet, daß die Abschnitte zur externen Verbindung 111b und 113b sich in der dritten Richtung D3 zueinander entgegengesetzt befinden können. Der Glättungskondensator 211 ist zwischen die Abschnitte zur externen Verbindung 111b und 113b der ersten und dritten Anschlußglieder 111 und 113 eingelegt. Eine erste Elektrode 211E des Glättungskondensators 211 befindet sich in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche 111T des Abschnittes zur externen Verbindung 111b des ersten Anschlussgliedes 111. Eine zweite Elektrode 211E des Glättungskondensa tors 211 befindet sich in Kontakt mit der ersten Hauptfläche 113S des Abschnittes zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlussgliedes 113. Der Glättungskondensator 211 ist hierdurch mit den ersten und dritten Anschlußgliedern 111 und 113 elektrisch verbunden. Die erste Elektrode 211E und die zweite Elektrode 211E des Glättungskondensators 211 liegen einander gegenüber, wobei der Kondensatorkörper zwischen ihnen angeordnet ist.
  • Der Glättungskondensator 211 ist an den ersten und dritten Anschlußgliedern 111 und 113 durch Löten der ersten Elektrode 211E und der zweiten Elektrode 211E an die zweite Hauptfläche 111T und die erste Hauptfläche 113S befestigt oder ist unter Verwendung der Gewindebohrungen 111c und 113c befestigt.
  • Durch Auslegen der Länge des Abschnittes zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlussgliedes 113 auf eine Länge, die kürzer ist als diejenige des Abschnittes zur externen Verbindung 111b des ersten Anschlussgliedes 111 und Verschieben der Positionen der Gewindebohrungen 111c und 113c ist es beispielsweise möglich, die Wärmesenke 191 und den Glättungskondensator 211 kontinuierlich aus der gleichen Richtung zu verschrauben, wobei hierdurch die Produktivität erhöht wird. Weiterhin ist es durch Anordnen der ersten und dritten Anschlußglieder 111 und 113 in der Weise, daß die Gewindebohrungen 111c und 113c in vertikaler Richtung ausgebildet werden können, und durch Verschrauben der Anschlussglieder möglich, die Notwendigkeit zu umgehen, während des Verschraubungsvorganges gleichzeitig die Schrauben 116c und 118c, den Glättungskondensator 211 und die Wärmesenken 191 und 192 und dergleichen zu unterstützen. Dadurch wird die Produktivität erhöht. Die Leistungshalbleitereinrichtung 61 der 18 bewirkt ebenfalls diese Effekte der Erhöhung der Produktivität.
  • Die weiteren Bestandteile der Leistungshalbleitereinrichtung 66 sind die gleichen wie diejenigen der Leistungshalbleitereinrichtungen 51 und 61.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 66 erlaubt es, den Glättungskondensator 211 zwischen den ersten und dritten Anschlußgliedern 111 und 113 in Schaltung vorzusehen, ohne dass irgendein Draht verwendet wird. Daher ist es möglich, durch Anbringen des Glättungskondensators 211 die Probleme zu lösen, die durch Drahtverbindungen hervorgerufen werden (wobei die Probleme dieselben wären, wie diejenigen, die beim Stand der Technik durch Verbindungen unter Verwendung der Drähte 154P hervorgerufen werden). Weiterhin, da der Glättungskondensator 211 zwischen den ersten und dritten Anschlußgliedern 111 und 113 eingelegt ist, ist es möglich, den Glättungskondensator 211 fixiert gegen Vibrationen oder externe Kräfte anzubringen.
  • 24 ist ein schematischer Querschnitt, der eine grundlegende Struktur einer zweiten Leistungshalbleitereinrichtung 67 gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Leistungshalbleitereinrichtung 67 weist im wesentlichen eine Struktur auf, bei der in der oben diskutierten Leistungshalbleitereinrichtung 62 der 19 zusätzlich der Glättungskondensator 211 vorgesehen ist.
  • Spezifisch ist in der Leistungshalbleitereinrichtung 67 der Abschnitt zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlussgliedes 113 so angeordnet, dass dessen zweite Hauptfläche 113T der Wärmesenke 193 gegenüberliegen kann. Die Wärmesenke 193 ist leitfähig und der Glättungskondensator 211 ist zwischen der Wärmesenke 193 und dem Abschnitt zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlussgliedes 113 angeordnet. In diesem Falle befindet sich die erste Elektrode 211E des Glättungskondensators 211 in Kontakt mit der Wärmesenke 193 und die zweite Elektrode 211E des Glättungskondensators 211 befindet sich in Kontakt mit der zweiten Hauptfläche 113T des Abschnittes zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlußgliedes 113. Der Glättungskondensator 211 ist beispielsweise durch Löten oder Verschrauben befestigt. Der Glättungskondensator ist hierdurch elektrisch mit der Wärmesenke 193 und dem dritten Anschlußglied 113 verbunden.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtung 67 bewirkt ebenfalls die gleichen Effekte wie die Leistungshalbleitereinrichtung 66.
  • Weiterhin kann der Glättungskondensator 211 vorgesehen werden, wenn die Abschnitte zur externen Verbindung 111b und 113b der ersten und dritten Anschlußglieder 111 und 113 einander gegenüberliegen oder der Abschnitt zur externen Verbindung 113b des dritten Anschlussgliedes 113 der leitenden Wärmesenke 193 oder 194 gegenüberliegt. Mit anderen Worten, der Glättungskondensator 211 kann auch mit den vorher diskutierten Leistungshalbleitereinrichtungen 51, 53 bis 59 und 63 bis 65 verbunden werden. Weiterhin kann der Glättungskondensator 211, durch Verkürzen der Länge des Abschnittes zur externen Verbindung 112b des zweiten Anschlussgliedes 112 oder Entwerfen von Schaltungsmustern für die Verbindung, auch zwischen den ersten und dritten elastischen Gliedern 111 und 113 sogar der Leistungshalbleitereinrichtung 52 der 6 geschaltet werden.
  • Zur ersten Abwandlung, die den ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsformen gemein ist
  • Obwohl die Leistungshalbleitereinrichtungen 51 bis 67 in der ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsform jeweils das Pressspritzgehäuse aufweisen, kann eine gehäuseartige Unterbringung, die im vorhinein gegossen wird, verwendet werden. Eine Leistungshalbleitereinrichtung, bei der diese Art von Unterbringung verwendet wird, kann die gleichen Effekte bewirken. In der vorliegenden Abwandlung wird im Folgenden als ein Beispiel eine Leistungshalbleitereinrichtung 68 diskutiert, die eine Struktur aufweist, bei der das Pressspritzgehäuse 141 in der Leistungshalbleitereinrichtung 51 (siehe die 2 und 3) durch eine gehäuseartige Unterbringung ersetzt ist. 25 ist ein schematischer Querschnitt, der die grundlegende Struktur der Leistungshalbleitereinrichtung 68 darstellt.
  • Ein Gehäuse 148, welches eine gehäuseartige Unterbringung der Leistungshalbleitereinrichtung 68 ist, ist ein Rahmen mit Öffnungen, dessen Größe so ausgelegt ist, um die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 unterzubringen. Das Gehäuse 148 ist aus einem isolierenden Material wie etwa Harz gefertigt. In der Leistungshalbleitereinrichtung 68 ist das Bauelement-Anordnungsabschnitt 111a des ersten Anschlußgliedes 111 so angeordnet, um eine Öffnung des Rahmens zu überdecken und das erste Anschlußglied 111 ist durch Einpressformen in dem isolierenden Gehäuse 148 ausgebildet. Die zweiten und dritten Anschlussglieder 112 und 113 sind an dem isolierenden Gehäuse 148 beispielsweise mit Schrauben befestigt.
  • Das isolierende Gehäuse 148 ist mit einem isolierenden Füllmaterial 149 gefüllt, wie etwa Epoxydharz oder Silicongel, und die in dem isolierenden Gehäuse 148 untergebrachten IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 sind hierdurch versiegelt. Weiterhin kann ein Gehäuse vorliegen, bei dem die IGBTs 121 und 122 und die Dioden 131 und 132 mit Silicongel bedeckt sind und Epoxydharz auf das Silicongel gefüllt ist. In diesem Falle entspricht die Zweischichten-Struktur bestehend aus Silicongel und dem Epoxydharz dem isolierenden Füllmaterial 149. In diesem Falle besteht die gehäuseartige Unterbringung aus dem isolierenden Gehäuse 148 oder dem isolierenden Gehäuse 148 und dem isolierenden Füllmaterial 149. Das isolierende Füllmaterial 149 ist an der zweiten Hauptfläche 113T des Bauelement-Anordnungsabschnittes 113a des dritten Anschlußgliedes 113 angeordnet und dient als ein isolierender Abschnitt, das dem IGBT 122 und der Diode 132 gegenüberliegt, wobei sich der Bauelement-Anordnungsabschnitt 113a dazwischen befindet.
  • Zur zweiten Abwandlung, die den ersten bis sechsten bevorzugten Ausführungsformen gemein ist
  • Obwohl die Leistungshalbleitereinrichtungen 51 bis 68 jeweils die zwei ersten Leistungshalbleiterbauelemente 121 und 131 und die zwei zweiten Leistungshalbleiterbauelemente 122 und 132 aufweisen, wird, wenn beispielsweise Dioden als die ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelemen te verwendet werden, ein Diodenmodul als die Leistungshalbleitereinrichtung erstellt. Weiterhin können drei oder mehr Elemente sowohl für das erste als auch das zweite Leistungshalbleiterbauelement verwendet werden.
  • Die Leistungshalbleitereinrichtungen 51 bis 68 können für eine Motorsteuerung verwendet werden, wie etwa die Leistungshalbleitereinrichtung 50 der 1. Oder sie können für einen Inverter von einer Klimaanlage oder dergleichen oder für ein Leistungsmodul verwendet werden, welches für eine NC-Steuerung oder dergleichen verwendet wird.
  • Obwohl die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen ihren Aspekten erläuternd und nicht einschränkend zu verstehen. Es versteht sich daher, daß zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne daß der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Claims (15)

  1. Leistungshalbleitereinrichtung (51–68), die folgendes aufweist: erste bis dritte Anschlussglieder (111, 112, 113, 110), die jeweils einen Bauelement-Anordnungsabschnitt (111a, 112a, 113a, 152) aufweisen, der einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen (111S, 111T, 112S, 112T, 113S, 113T) hat; mindestens ein erstes Leistungshalbleiterbauelement (121, 131) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen (121S, 121T, 1315, 131T) und ersten bzw. zweiten Hauptelektroden (121E, 121F, 131E, 131F), die an den ersten bzw. zweiten Hauptflächen vorgesehen sind; und mindestens ein zweites Halbleiterbauelement (122, 132) mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Hauptflächen (122S, 122T, 132S, 132T) und ersten bzw. zweiten Hauptelektroden (122E, 122F, 132E, 132F), die an den ersten bzw. zweiten Hauptflächen vorgesehen sind, wobei das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement die gleiche Struktur wie das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement aufweist, die zweite Hauptfläche in dem Bauelement-Anordnungsabschnitt des ersten Anschlussgliedes mit der ersten Hauptelektrode des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes verbunden ist, die zweite Hauptelektrode des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes mit der ersten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnittes des zweiten Anschlussgliedes verbunden ist, die zweite Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnittes des zweiten Anschlussgliedes mit der ersten Hauptelektrode des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes verbunden ist, und die zweite Hauptelektrode des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes mit der ersten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnittes des dritten Anschlussgliedes verbunden ist, und die Leistungshalbleitereinrichtung weiterhin ein Gehäuse (141 bis 149) zur Unterbringung des mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelementes und des mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelementes aufweist, wobei die ersten bis dritten Anschlussglieder jeweils einen Abschnitt zur externen Verbindung (111b, 112b, 113b) aufweisen, das aus dem Gehäuse herausgeführt ist.
  2. Leistungshalbleitereinrichtung (51–68) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement ein erstes Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement (121) mit ersten und zweiten Hauptelektroden und eine erste Freilaufdiode (131), die anti-parallel zu dem ersten Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement geschaltet ist, das die erste und zweite Hauptelektrode hat, aufweist und das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement ein zweites Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement (122) mit den ersten und zweiten Hauptelektroden und eine zweite Freilaufdiode (132), die anti-parallel zu dem zweiten Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement geschaltet ist, das die erste und zweite Hauptelektrode hat, aufweist.
  3. Leistungshalbleitereinrichtung (51–63, 65–68) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass mindestens eine Hauptfläche (1115, 113T) von der ersten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnittes in dem ersten Anschlussglied und der zweiten Hauptfläche des Bauelement-Anordnungsabschnittes in dem dritten Anschlussglied aus dem Gehäuse freigelegt ist.
  4. Leistungshalbleitereinrichtung (60, 61, 66) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet,dass die mindestens eine Hauptfläche zusammenhängend ohne Absatz an den Abschnitt zur externen Verbindung anschließt.
  5. Leistungshalbleitereinrichtung (54–59, 62–65, 67, 68) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen isolierenden Abschnitt (142a, 143a, 151), der so angeordnet ist, dass er dem mindestens einen ersten Leistungshalbleiterbauelement gegenüberliegt, wobei das erste Anschlussglied sich dazwischen befindet, und/oder so angeordnet ist, dass er dem mindestens einen zweiten Leistungshalbleiterbauelement gegenüberliegt, wobei das dritte Anschlussglied sich dazwischen befindet.
  6. Leistungshalbleitereinrichtung (53) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement der zweiten Freilaufdiode gegenüberliegt, wobei das zweite Anschlussglied sich dazwischen befindet, und das zweite Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement der ersten Freilaufdiode gegenüberliegt, wobei das zweite Anschlussglied sich dazwischen befindet.
  7. Leistungshalbleitereinrichtung (58, 59) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Steuerungsschaltungen (160, 170) für das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement und das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement, die jeweils oberhalb des Bauelement-Anordnungsabschnittes des ersten oder dritten Anschlussgliedes angeordnet sind, wobei die Steuerungsschaltungen jeweils ein Schaltungsmuster (162, 172) aus Lötsilber und eine Schaltungskomponente (163, 173), die mit dem Schaltungsmuster verbunden ist, aufweisen.
  8. Leistungshalbleitereinrichtung (59) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Verbinder (180) mit Anschlüssen (164, 174), verbunden mit den Steuerungsschaltungen, befestigt an dem ersten oder dritten Anschlussglied.
  9. Leistungshalbleitereinrichtung (60–67) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der ersten bis dritten Anschlussglieder weiterhin eine Gewindebohrung (111c, 112c, 113c) in dem Abschnitt zur externen Verbindung aufweist.
  10. Leistungshalbleitereinrichtung (62–65, 67), gekennzeichnet durch die Leistungshalbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die eine Basiskomponente darstellt, und eine Wärmesenke (193, 194) mit einer Aussparung (193a, 194a), wobei die Basiskomponente in die Aussparung so eingefügt ist, dass das mindestens eine erste Leistungshalbleiterbauelement und das mindestens eine zweite Leistungshalbleiterbauelement in der Aussparung angeordnet sind.
  11. Leistungshalbleitereinrichtung (62, 63, 65, 67) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eines der ersten und dritten Anschlussglieder aus dem Gehäuse in die Aussparung freigelegt ist.
  12. Leistungshalbleitereinrichtung (63) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Leistungshalbleitereinrichtung nach Anspruch 2, die eine Basiskomponente darstellt, und eine Wärmesenke (193, 194) mit einer Aussparung (193a, 194a), wobei die Basiskomponente in die Aussparung eingefügt ist und das erste Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement und/oder das zweite Schaltungs-Leistungshalbleiterbauelement relativ zu der ersten Freilaufdiode und/oder der zweiten Freilaufdiode auf der Seite eines Bodens der Aussparung angeordnet ist/sind.
  13. Leistungshalbleitereinrichtung (65) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, gekennzeichnet durch ein elastisches Teil (201), das zwischen der Basiskomponente und einer seitlichen Oberfläche der Aussparung angeordnet ist und in Kontakt mit dieser steht, mit einer thermischen Leitfähigkeit, die größer ist als diejenige von Luft.
  14. Leistungshalbleitereinrichtung (67) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenke leitend ist und das erste oder dritte Anschlussglied mit der Wärmesenke in einer Weise verbunden ist, dass sie gleiches Potential haben, während das dritte oder erste Anschlussglied sich nicht in Kontakt mit der Wärmesenke befindet, und die Leistungshalbleitereinrichtung weiterhin einen Glättungskondensator (211) aufweist, der zwischen dem Abschnitt zur externen Verbindung des ersten oder dritten Anschlussgliedes und der Wärmesenke angeordnet und mit diesen elektrisch verbunden ist.
  15. Leistungshalbleitereinrichtung (66) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Glättungskondensator (211), der zwischen dem Abschnitt zur externen Verbindung des ersten Anschlussgliedes und dem Abschnitt zur externen Verbindung des dritten Anschlussgliedes gelagert und mit diesen elektrisch verbunden ist.
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