DE10313917A1

DE10313917A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE10313917A1
Application number: DE2003113917
Authority: DE
Inventors: Katsumi Ishikawa; Takashi Ikimi; Eiichi Toyota; Shigetoshi Okamatsu; Toshiki Kurosu; Mutsuhiro Mori; Ryuichi Saito; Shigeki Sekine; Shuji Kato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: CN1450640A; DE10313917B4; CN100338771C; JP2003303939A

Abstract

Bei einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement (29, 291-294, 411-416, 421-426), einer elektrisch isolierenden Abdeckung (30, 31) auf dem Halbleiter und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Anschluß (21-23), der jeweils elektrisch mit dem Halbleiterelement (29, 291-294, 411-416, 421-426) verbunden ist, weist der erste elektrisch leitende Anschluß (21) einen ersten Anschlußvorsprung auf, der von einer ersten Oberfläche der Abdeckung in einer Vorsprungsrichtung vorsteht und ein erstes Abschlußende und ein erstes Basisende längs der ersten Oberfläche besitzt, und der zweite elektrisch leitende Anschluß (22) weist einen zweiten Anschlußvorsprung auf, der von einer zweiten Oberfläche der Abdeckung in der Vorsprungsrichtung vorsteht und ein zweites Abschlußende und ein zweites Basisende längs der zweiten Oberfläche besitzt, wobei die Abdeckung, gesehen im Schnitt durch die Halbleitervorrichtung längs einer imaginären Ebene, die durch die ersten und zweiten Anschlußvorsprünge verläuft und sich parallel zur Vorsprungsrichtung erstreckt, wenigstens einen Abdeckungsvorsprung (111-115), der in Vorsprungsrichtung bezüglich der ersten und zweiten Oberfläche der Abdeckung höher vorsteht als das erste und das zweite Abschlußende, und eine Abdeckungsnut (121-123) aufweist, deren Boden bezüglich der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung in der Vorsprungsrichtung zurückgenommen ist.

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, einer elektrisch isolierenden Abdeckung auf dem Halbleiter und wenigstens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Anschluß, der jeweils elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist.

Die JP-A-61-263144 beschreibt eine Halbleitervorrichtung, bei der ein elektrisch leitender Anschluß teilweise von einer elektrisch isolierenden Wand umgeben ist. Die JP-U-2- 36281 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einem Vorsprung zwischen elektrisch leitenden Anschlüssen. Die JP-A-1- 144662 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einer Nut zwischen elektrisch leitenden Anschlüssen. Die JP-A-10-84078 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einem Vorsprung und einer Nut zwischen elektrisch leitenden Anschlüssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, einer elektrisch isolierenden Abdeckung auf dem Halbleiter und wenigstens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Anschluß, der jeweils elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, zu schaffen, wobei die elektrischen Isolationseigenschaften zwischen den elektrisch leitenden Anschlüssen und/oder zwischen einem der elektrisch leitenden Anschlüsse und einem geerdeten Abschnitt, mit dem die Halbleitervorrichtung verbunden ist, verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Halbleitervorrichtung gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement, einer elektrisch isolierenden Abdeckung auf dem Halbleiter, und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Anschluß, der jeweils elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden ist, weist der erste elektrisch leitende Anschluß einen ersten Anschlußvorsprung auf, der von einer ersten Oberfläche der Abdeckung in einer Vorsprungsrichtung vorsteht und ein erstes Abschlußende und ein erstes Basisende längs der ersten Oberfläche besitzt, und der zweite elektrisch leitende Anschluß weist einen zweiten Anschlußvorsprung auf, der von einer zweiten Oberfläche der Abdeckung in der Vorsprungsrichtung vorsteht und ein zweites Abschlußende und ein zweites Basisende längs der zweiten Oberfläche besitzt, wobei die Abdeckung, gesehen im Schnitt durch die Halbleitervorrichtung längs einer imaginären Ebene, die durch die ersten und zweiten Anschlußvorsprünge verläuft und sich parallel zur Vorsprungsrichtung erstreckt, wenigstens einen Abdeckungsvorsprung, der bezüglich der ersten und zweiten Oberfläche der Abdeckung höher vorsteht als das erste und das zweite Abschlußende in Vorsprungsrichtung, und eine Abdeckungsnut aufweist, deren Boden bezüglich der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung in der Vorsprungsrichtung zurückgenommen ist, wobei der Abdeckungsvorsprung und/oder die Abdeckungsnut die Kriechstrecke der elektrischen Isolierung und/oder den räumlichen Isolationsabstand zwischen den Anschlüssen und/oder zwischen einem der Anschlüsse und einer elektrisch geerdeten Oberfläche, an der die Halbleitervorrichtung angebracht ist, erhöht, so daß die elektrischen Isolationseigenschaften der Halbleitervorrichtung auch dann ausreichend gut sind, wenn der Abstand zwischen den Anschlüssen und/oder zwischen einem der Anschlüsse und der elektrisch geerdeten Oberfläche gering ist.

Zur Aufrechterhaltung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen dem wenigstens einen Anschluß und der elektrisch geerdeten Oberfläche ist es vorteilhaft, wenn der Boden der Abdeckungsnut von einer äußeren Umfangswand der Abdeckung daran gehindert wird, sich in Vorsprungsrichtung gesehen bis zu einem Abschlußende der Abdeckung zu erstrecken, das heißt wenn die Nut in Vorsprungsrichtung gesehen radial innerhalb der äußeren peripheren Wand der Abdeckung endet. Zur Aufrechterhaltung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen den Anschlüssen ist es vorteilhaft, wenn in Querschnittsrichtung gesehen zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß wenigstens ein Abdeckungsvorsprung und eine Abdeckungsnut vorgesehen sind.

Um den Abstand zwischen den Anschlüssen minimal machen zu können, während die Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen den Anschlüssen aufrechterhalten bleibt, ist es vorteilhaft, wenn sich eine Seitenfläche der Abdeckungsnut und eine Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs längs einer gemeinsamen Ebene erstrecken. Die elektrisch isolierende Abdeckung kann als Hauptkomponente ein elektrisch isolierendes Kunstharz umfassen.

Wenn das erste und das zweiten Abschlußende mit den entsprechenden elektrisch leitenden Elementen in Kontakt kommen können, die elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden werden, steht der Abdeckungsvorsprung in Vorsprungsrichtung bezüglich der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung vorzugsweise bis in eine Höhe vor, die höher ist als die Höhe der elektrisch leitenden Elemente an den ersten und zweiten Abschlußenden. Vorzugsweise erstrecken sich die erste und die zweite Oberfläche der Abdeckung längs einer imaginären Ebene, oder die erste und die zweite Oberfläche der Abdeckung erstrecken sich parallel zueinander.

Zur Erhöhung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung und/oder des räumlichen Isolationsabstandes zwischen den Anschlüssen und/oder zwischen wenigstens einem der Anschlüsse und der elektrisch geerdeten Oberfläche ändert sich vorzugsweise die Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Dickenrichtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung in der Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin, wobei die Änderung der Dicke des Abdeckungsvorsprungs sowohl eine Zunahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin als auch eine Abnahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin umfaßt, so daß die Kriechstrecke für die elektrische Isolierung längs des Abdeckungsvorsprungs erhöht ist. Zur leichteren Herstellung der Vorrichtung umfaßt vorzugsweise, wenn der Abdeckungsvorsprung und die Abdeckungsnut in Dickenrichtung nebeneinanderliegen, der Abdeckungsvorsprung an der ersten Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs, die zur Abdeckungsnut hin zeigt, nur eine Abnahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin, und der Abdeckungsvorsprung umfaßt an der zweiten Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs, die der ersten Seitenfläche in Dickenrichtung gegenüberliegt, sowohl eine Abnahme als auch eine Zunahme in der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin.

Vorzugsweise ist die Höhe des Abdeckungsvorsprungs, der von wenigstens einer der ersten und zweiten Oberflächen der Abdeckung in Vorsprungsrichtung vorsteht, nicht kleiner als der minimale Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß in Richtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung. Vorzugsweise ist die Höhe des vorstehenden Abdeckungsvorsprungs nicht größer als das Dreifache des minimalen Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß.

Zur Verbesserung der elektrischen Isolierung in wenigstens zwei Richtungen, gesehen in Vorsprungsrichtung, ist es vorteilhaft, wenn in einer anderen Schnittansicht der Halbleitervorrichtung längs einer anderen imaginären Ebene, die sich senkrecht zu der ersten imaginären Ebene und parallel zur Vorsprungsrichtung durch einen der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge erstreckt, die Abdeckungsnut derart verläuft, daß die Abdeckungsnut an wenigstens einer der Seiten eines der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge verläuft, und es ist zur Verbesserung der elektrischen Isolierung in wenigstens drei Richtungen, gesehen in Vorsprungsrichtung, vorteilhaft, wenn die Abdeckungsnut derart verläuft, daß sich in einer anderen Schnittansicht der Halbleitervorrichtung längs einer anderen imaginären Ebene, die sich senkrecht zur ersten imaginären Ebene und parallel zur Vorsprungsrichtung durch jeden der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge erstreckt, die Abdeckungsnut an jeder der Seiten jedes der Anschlußvorsprünge vorgesehen ist. Zur Aufrechterhaltung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen wenigstens einem der Anschlüsse und der elektrisch geerdeten Oberfläche ist es vorteilhaft, wenn in Vorsprungsrichtung gesehen der Boden der Abdeckungsnut von einer äußeren Umfangswand der Abdeckung daran gehindert wird, sich bis zu einem der Abschlußenden der Abdeckung zu erstrecken, das heißt wenn in Vorsprungsrichtung gesehen die Nut radial innerhalb der äußeren Umfangswand der Abdeckung endet.

Zur Erhöhung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung und/oder des räumlichen Isolationsabstandes zwischen den Anschlüssen ist es vorteilhaft, wenn in einer Schnittansicht zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß sowohl ein Abdeckungsvorsprung als auch eine Abdeckungsnut vorgesehen sind. Zur wirkungsvollen Erhöhung der Kriechstrecke für die elektrische Isolierung und/oder des räumlichen Isolationsabstandes zwischen den Anschlüssen und/oder zwischen einem der Anschlüsse und der elektrisch geerdeten Oberfläche ist es vorteilhaft, wenn die Breite der Abdeckungsnut nicht kleiner ist als etwa 2 mm.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung.
Fig. 2 eine Schnittansicht der ersten Ausführungsform längs der imaginären Ebene A-A in der Fig. 1.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung in der Halbleitervorrichtung.
Fig. 4 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Halbleitervorrichtung.
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der zweiten Ausführungsform.
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine dritte Ausführungsform der Halbleitervorrichtung,
Fig. 7 eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform längs der imaginären Ebene B-B in der Fig. 6.
Fig. 8 eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform längs der imaginären Ebene C-C in der Fig. 6.
Fig. 9 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung in der dritten Ausführungsform.
Fig. 10 eine Aufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Halbleitervorrichtung,
Fig. 11 eine Schnittansicht der vierten Ausführungsform längs der imaginären Ebene D-D in der Fig. 10.
Fig. 12 eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform längs der imaginären Ebene E-E in der Fig. 10.
Fig. 13 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Halbleitervorrichtung.
Fig. 14 eine Aufsicht auf eine sechste Ausführungsform der Halbleitervorrichtung.
Fig. 15 eine schematische Darstellung einer elektrischen Schaltung in der sechsten Ausführungsform.

Ausführungsform 1

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Halbleitervorrichtung bildet eine metallische Bodenbasisplatte 25 aus Cu, einer Cu-Legierung (zum Beispiel einer Cu-Mo-Legierung oder einer Cu-Cu₂O-Legierung), Al-SiC oder Mo den Boden der Vorrichtung, und durch Löten sind auf elektrisch isolierenden Platten 281 und 282 aus Al₂O₃ oder AlN, die an der metallischen Bodenbasisplatte 25 angebracht sind, Leistungs-Halbleiterelemente 291-294 befestigt, wobei die Halbleiterelemente 291-294 elektrisch mittels Lot mit Leitungen auf den elektrisch isolierenden Platten 281 und 282 verbunden sind. Durch ein thermisch aushärtendes Epoxidharz ist ein Steuerschaltungssubstrat 26, mit dem interne Steueranschlüsse 271-274 elektrisch verbunden sind, auf einem Anschlußblock 31 aus einem elektrisch isolierenden Kunstharz befestigt, und es sind daran mittels Lot ein Wechselstromanschluß 21, ein positiver (P) Gleichstromanschluß 22 und ein negativer (N) Gleichstromanschluß 23 elektrisch angeschlossen.
Der Anschlußblock 31 weist eine flache Oberfläche 13 und Anschlußtafeln 141-143 auf, die von der flachen Oberfläche 13 vorstehen und von deren oberen Oberflächen Teile des Wechselstromanschlusses 21, des positiven (P) Gleichstromanschlusses 22 und des negativen (N) Gleichstromanschlusses 23 vorstehen. Der Wechselstromanschluß 21, der positive (P) Gleichstromanschluß 22, der negative (N) Gleichstromanschluß 23 und die internen Steueranschlüsse 271-274 sind durch Löten mit den Leitungen auf den elektrisch isolierenden Platten 281 und 282 elektrisch verbunden und befestigt, wodurch die Verbindung zu den Leistungs-Halbleiterelementen 291-294 hergestellt wird.
An der metallischen Bodenbasisplatte 25 ist ein elektrisch isolierendes Kunstharzgehäuse 30 angebracht, das den Anschlußblock 31 und die elektrisch isolierenden Platten 281 und 282 umgibt, und der Zwischenraum zwischen der metallischen Bodenbasisplatte 25 und dem Kunstharzgehäuse 30 sowie zwischen dem Anschlußblock 31 und dem Kunstharzgehäuse 30 ist mit einem thermisch aushärtenden Epoxidharz ausgefüllt, um die Einzelteile zu fixieren. Der Raum, der durch das Kunstharzgehäuse 30, den Anschlußblock 31 und die metallische Bodenbasisplatte 25 festgelegt wird und der das Restvolumen neben dem Wechselstromanschluß 21, dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22, dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23, dem Steuerschaltungssubstrat 26 und den internen Steueranschlüssen 271-274 in der Vorrichtung bildet, ist derart mit einem Silikongel gefüllt, daß der Wechselstromanschluß 21, der positive (P) Gleichstromanschluß 22, der negative (N) Gleichstromanschluß 23, das Steuerschaltungssubstrat 26 und die internen Steueranschlüsse 271-274 in der Vorrichtung von dem Silikongel abgedeckt sind, um die elektrischen Isolationseigenschaften der Vorrichtung zu verbessern. Die Öffnung im Anschlußblock 31, durch die das Silikongel in die Vorrichtung eingefüllt wird, wird durch eine Silikonkautschukkappe verschlossen, nachdem der Raum mit dem Silikongel aufgefüllt wurde. Das Kunstharzgehäuse 30 und der Anschlußblock 31 bilden eine elektrisch isolierende Abdeckung für die Leistungs- Halbleiterelemente 291-294.
Wie in der Fig. 2 gezeigt, sind zwischen dem Wechselstromanschluß 21 und dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 ein Abdeckungsvorsprung 111 und eine Abdeckungsnut 121 vorgesehen, und zwischen dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 sind ein Abdeckungsvorsprung 112 und eine Abdeckungsnut 122 vorgesehen. Die Seitenflächen des Abdeckungsvorsprungs und der danebenliegenden Abdeckungsnut verlaufen in einer gemeinsamen Ebene, so daß der Abstand zwischen dem Abdeckungsvorsprung und der danebenliegenden Abdeckungsnut minimal ist. Ein Abdeckungsvorsprung 113 sorgt für die elektrische Isolierung zwischen dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 und den externen Steueranschlüssen 24, und eine Abdeckungsnut 123 sorgt für die elektrische Isolierung zwischen dem Wechselstromanschluß 21 und dem Äußeren der Vorrichtung.
Die Abdeckungsvorsprünge 111-113 erstrecken sich jeweils bis in eine Höhe, die über der Höhe des Wechselstromanschlusses 21, des positiven (P) Gleichstromanschlusses 22 und des negativen (N) Gleichstromanschlusses 23 liegt. Der Boden der Abdeckungsnuten 121-123 liegt jeweils niedriger wie die Grenzen zwischen den oberen Oberflächen der Anschlußtafeln 141-143 des Anschlußblocks 31 und des Wechselstromanschlusses 21, des positiven (P) Gleichstromanschlusses 22 und des negativen (N) Gleichstromanschlusses 23. Die Breite der einzelnen Abdeckungsnuten 121-123 sollte nicht kleiner sein als etwa 2 mm.
Wie in der Fig. 3 gezeigt, wird durch die elektrisch parallel geschalteten IGBT-Leistungs-Halbleiterelemente 291 und 292 die IGBT-Schaltung 411 gebildet, und durch die elektrisch parallel geschalteten IGBT-Leistungs-Halbleiterelemente 293 und 294 wird die IGBT-Schaltung 412 gebildet. Die externen Steueranschlüsse 24 der Befestigungsstruktur sind elektrisch mit einem oberen Gatesteueranschluß 43, einem oberen Emittersteueranschluß 44, einem unteren Gatesteueranschluß 46 und einem unteren Emittersteueranschluß 47 verbunden. Die externen Steueranschlüsse 24 der Befestigungsstruktur können elektrisch auch mit einem oberen Kollektorsteueranschluß und einem unteren Kollektorsteueranschluß verbunden sein. Zwischen den nebeneinanderliegenden externen Steueranschlüssen 24 können Abdeckungsvorsprünge und/oder Abdeckungsnuten ausgebildet sein. Die externen Steueranschlüsse 24 der Befestigungsstruktur können elektrisch ohne das Steuerschaltungssubstrat 26 dazwischen auch direkt mit den internen Steueranschlüssen 271-274 verbunden sein.

Ausführungsform 2

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, können die Abdeckungsvorsprünge 111-113 jeweils Ansätze 151-153 besitzen, die sich in der Richtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung der Abdeckungsvorsprünge 111-113 erstrecken. Die Ansätze 151-153 können mittels Kleber an den Abdeckungsvorsprüngen 111-113 angebracht oder befestigt sein. Die Abdeckungsvorsprünge 111-113 sind höher als die Schrauben 581 und 582, die genügend weit in den Wechselstromanschluß 21, den positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und den negativen (N) Gleichstromanschluß 23 eingeschraubt sind.

Ausführungsform 3

Bei der in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Halbleitervorrichtung befindet sich die metallische Bodenbasisplatte 25 aus Cu, einer Cu-Legierung (zum Beispiel einer Cu-Mo-Legierung oder einer Cu-Cu₂O-Legierung), Al-SiC oder Mo am Boden der Vorrichtung, und durch Löten sind auf elektrisch isolierenden Platten 28 aus Al₂O₃ oder AlN, die an der metallischen Bodenbasisplatte 25 angebracht sind, Leistungs-Halbleiterelemente 29 befestigt, wobei die Halbleiterelemente 29 elektrisch mittels Lot mit Leitungen auf den elektrisch isolierenden Platten 28 verbunden sind.
Mittels Lot sind auf dem Steuerschaltungssubstrat 26, das auf den Anschlußblock 31 mit thermisch aushärtendem Epoxidharz aufgeklebt ist, interne Steueranschlüsse 27 und externe Steueranschlüsse 16 mit Nadelkopfstruktur elektrisch angeschlossen und befestigt. Mittels Lot sind auch der Wechselstromanschluß 21, der positive (P) Gleichstromanschluß 22, der negative (N) Gleichstromanschluß 23 und die internen Steueranschlüsse 271-274 elektrisch an die Leitungen auf den elektrisch isolierenden Platten 28 bzw. an den Leistungs- Halbleiterelementen 29 angeschlossen und befestigt. Das Kunstharzgehäuse 30 ist an der metallischen Bodenbasisplatte 25 befestigt und umgibt den Anschlußblock 31 zusammen mit den elektrisch isolierenden Platten 28. Der Zwischenraum zwischen der metallischen Bodenbasisplatte 25 und dem Kunstharzgehäuse 30 und zwischen dem Anschlußblock 31 und dem Kunstharzgehäuse 30 ist mit dem thermisch aushärtendem Epoxidharz gefüllt, um die Einzelteile zu fixieren. Der Raum, der durch das Kunstharzgehäuse 30, den Anschlußblock 31 und die metallische Bodenbasisplatte 25 festgelegt wird und der das Restvolumen neben dem Wechselstromanschluß 21, dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22, dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23, dem Steuerschaltungssubstrat 26 und den internen Steueranschlüssen 27 der Vorrichtung bildet, ist derart mit einem Silikongel gefüllt, daß der Wechselstromanschluß 21, der positive (P) Gleichstromanschluß 22, der negative (N) Gleichstromanschluß 23, das Steuerschaltungssubstrat 26 und die internen Steueranschlüsse 27 der Vorrichtung von dem Silikongel abgedeckt sind, um die elektrischen Isolationseigenschaften der Vorrichtung zu verbessern. Die Öffnungen 321 und 322 im Anschlußblock 31, durch die das Silikongel in die Vorrichtung eingefüllt wird, werden durch eine Silikonkautschukkappe verschlossen, nachdem der Raum mit dem Silikongel aufgefüllt wurde. Das Kunstharzgehäuse 30 und der Anschlußblock 31 bilden eine elektrisch isolierende Abdeckung für die Leistungs- Halbleiterelemente 29.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, sind der Abdeckungsvorsprung 111 und die Abdeckungsnut 121 zwischen dem Wechselstromanschluß 21 und dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 vorgesehen, und der Abdeckungsvorsprung 112 und die Abdeckungsnut 122 sind zwischen dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 vorgesehen. Die Seitenflächen des Abdeckungsvorsprungs und der danebenliegenden Abdeckungsnut liegen in einer gemeinsamen Ebene, so daß der Abstand zwischen dem Abdeckungsvorsprung und der danebenliegenden Abdeckungsnut minimal ist. Der Abdeckungsvorsprung 113 sorgt für die elektrische Isolierung zwischen den Steueranschlüssen 161-169 und den negativen (N) Gleichstromanschlüssen 231-233.
Die Abdeckungsvorsprünge 111-113 erstrecken sich jeweils bis in eine Höhe, die über der Höhe des Wechselstromanschlusses 21, des positiven (P) Gleichstromanschlusses 22 und des negativen (N) Gleichstromanschlusses 23 liegt, wenn die entsprechenden Schrauben jeweils weit genug in den Wechselstromanschluß 21, den positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und den negativen (N) Gleichstromanschluß 23 eingeschraubt sind. Der Boden der Abdeckungsnuten 121-123 liegt jeweils niedriger wie die Grenzen zwischen den Oberflächen der Anschlußtafeln 131-143 des Anschlußblocks 31 und des Wechselstromanschlusses 21, des positiven (P) Gleichstromanschlusses 22 und des negativen (N) Gleichstromanschlusses 23. Die Breite der einzelnen Abdeckungsnuten 121-123 sollte nicht kleiner sein als etwa 2 mm.
Wie in der Fig. 9 gezeigt, wird durch die elektrisch parallel geschalteten IGBT-Leistungs-Halbleiterelemente 29 jeweils eine Kombination der IGBT-Bauelemente 411-416 mit Freilaufdioden 421-426 gebildet. Die externen Steueranschlüsse 131-139 vom Sockeleinrasttyp sind in jeder stromzuführenden Phase mit dem oberen Gatesteueranschluß 43 (431, 432, 433), dem oberen Emittersteueranschluß 44 (441, 442, 443), dem oberen Kollektorsteueranschluß 45 (451, 452, 453), dem unteren Emittersteueranschluß 46 (461, 462, 463), dem unteren Gatesteueranschluß 47 (471, 472, 473) und dem unteren Kollektorsteueranschluß 48 (481, 482, 483) elektrisch verbunden.
Die einzelnen Abdeckungsvorsprünge 171-178 sind zwischen den benachbarten Steueranschlüssen 161-169 angeordnet. Wie in der Fig. 6 gezeigt, kann jeder der Abdeckungsvorsprünge 111-113 Ansätze 18 aufweisen, die die Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen dem Wechselstromanschluß 21, dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 erhöhen. Die externen Steueranschlüsse 161-169 können direkt und ohne das Steuerschaltungssubstrat 26 dazwischen mit den internen Steueranschlüssen 27 verbunden sein.
Wie in der Fig. 5 gezeigt, ist die Höhe Y des Abdeckungsvorsprungs nicht kleiner als der minimale Abstand X zwischen den benachbarten Anschlüssen, um die elektrische Isolierung dazwischen sicherzustellen. Die Höhe Y ist auch nicht größer als das Dreifache des minimalen Abstandes X, damit an jedem der Anschlüsse weitere elektrische Leitungselemente angebracht werden können.

Ausführungsform 4

Wie in den Fig. 10 bis 12 gezeigt, können die Abdeckungsvorsprünge 111-115 und die Abdeckungsnuten 121-123 zwischen benachbarten Wechselstromanschlüssen 211-213 und zwischen benachbarten Gleichstromanschlüssen 221-223 und 231-233 angeordnet werden.

Ausführungsform 5

Wie in der Fig. 13 gezeigt, bildet ein Leistungsmodul 53 vom Zwei-Pegel-Invertertyp die fünfte Ausführungsform der Halbleitervorrichtung. Das Leistungsmodul 53 ist auf einem Kühlkörper 51 angebracht. Bei dem Leistungsmodul 53 sind der positive (P) Gleichstromanschluß 22 und der negative (N) Gleichstromanschluß 23 längs einer geraden imaginären Linie angeordnet, und die Hauptschaltungsleitungen 561 und 562 sind als Mehrfachleitungen von 1 mm Dicke ausgebildet und verlaufen jeweils vom positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und vom negativen (N) Gleichstromanschluß 23 parallel zu den Abdeckungsvorsprüngen 111 und 112 nach oben. Wenigstens eine der Hauptschaltungsleitungen 561 und 562 kann mit Epoxidharz bedeckt sein, wenn der räumliche Isolationsabstand zwischen den Hauptschaltungsleitungen 561 und 562 und dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 sowie dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 nicht ausreicht. Die Hauptschaltungsleitungen 561 und 562 sind elektrisch mit einem Kondensator 52 verbunden. Der Wechselstromanschluß 21 ist elektrisch über eine Motorleitung 57 mit einem Wechselstrommotor verbunden. In die Anschlüsse 21-23 sind jeweils Schrauben 581-583 eingeschraubt, um die elektrisch leitenden Elemente, zum Beispiel die Hauptschaltungsleitungen 561 und 562, mit den Anschlüssen 21-23 zu verbinden. Von den externen Steueranschlüssen 24 vom Nadelkopftyp mit Sockelrastmechanismus weg erstreckt sich eine Gateleitung 55.

Ausführungsform 6

In den Fig. 14 und 15 ist ein Drei-Pegel-Inverter als fünfte Ausführungsform der Halbleitervorrichtung dargestellt. Der Inverter umfaßt zwei Kondensatoren 521 und 522, die elektrisch in Reihe mit einer Gleichstromquelle geschaltet sind, so daß drei Ausgangsspannungspegel für einen Hochspannungs- Hochleistungs-Inverter erhalten werden. Die Hauptschaltung des Drei-Pegel-Inverters umfaßt zwei Leistungsmodule 531 und 532, ein Diodenmodul 59 und die zwei Kondensatoren 521 und 522. Die Leistungsmodule 531 und 532 und das Diodenmodul 59 sind an einem Kühlkörper 51 angebracht. Die Gateleitung 55 verläuft von der Gateansteuerung 54 zu den externen Steueranschlüssen 16 vom Nadelkopftyp mit Sockelrastmechanismus. Wenigstens eine der Hauptschaltungsleitungen 561-569 kann mit einem thermisch aushärtenden Epoxidharz bedeckt sein, um den räumlichen Isolationsabstand und die Kriechstrecke für die elektrische Isolierung zwischen den Hauptschaltungsleitungen und dem positiven (P) Gleichstromanschluß 22 und dem negativen (N) Gleichstromanschluß 23 aufrechtzuerhalten.

Claims

1. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement (29, 291-294, 411-416, 421-426), einer elektrisch isolierenden Abdeckung (30, 31) auf dem Halbleiter, und mit wenigstens einem ersten und einem zweiten elektrisch leitenden Anschluß (21-23), der jeweils elektrisch mit dem Halbleiterelement (29, 291-294, 411-416, 421-426) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste elektrisch leitende Anschluß (21) einen ersten Anschlußvorsprung aufweist, der von einer ersten Oberfläche der Abdeckung in einer Vorsprungsrichtung vorsteht und ein erstes Abschlußende und ein erstes Basisende längs der ersten Oberfläche besitzt, und daß der zweite elektrisch leitende Anschluß (22) einen zweiten Anschlußvorsprung aufweist, der von einer zweiten Oberfläche der Abdeckung in der Vorsprungsrichtung vorsteht und ein zweites Abschlußende und ein zweites Basisende längs der zweiten Oberfläche besitzt, wobei die Abdeckung, gesehen im Schnitt durch die Halbleitervorrichtung längs einer imaginären Ebene, die durch die ersten und zweiten Anschlußvorsprünge verläuft und sich parallel zur Vorsprungsrichtung erstreckt, wenigstens einen Abdeckungsvorsprung (111-115), der in Vorsprungsrichtung bezüglich der ersten und zweiten Oberfläche der Abdeckung höher vorsteht als das erste und das zweite Abschlußende, und eine Abdeckungsnut (121-123) aufweist, deren Boden bezüglich der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung in Vorsprungsrichtung zurückgenommen ist.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Vorsprungsrichtung gesehen der Boden der Abdeckungsnut nicht bis zum Abschlußende der Abdeckung erstreckt.

3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß in einer Schnittansicht wenigstens ein Abdeckungsvorsprung und wenigstens eine Abdeckungsnut vorgesehen sind.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Seitenfläche der Abdeckungsnut und eine Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs in einer gemeinsamen Ebene erstrecken.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende Abdeckung ein elektrisch isolierendes Kunstharz umfaßt.

6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Abschlußende jeweils mit elektrisch leitenden Elementen in Kontakt kommen können, die elektrisch mit dem Halbleiterelement verbunden werden.

7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckungsvorsprung bezüglich der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung in Vorsprungsrichtung bis in eine Höhe vorsteht, die höher ist als die Höhe der elektrisch leitenden Elemente an den ersten und zweiten Abschlußenden.

8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste und die zweite Oberfläche der Abdeckung in einer imaginären Ebene erstrecken.

9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Oberfläche der Abdeckung parallel verlaufen.

10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Dickenrichtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung in der Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin ändert, und daß die Änderung in der Dicke des Abdeckungsvorsprungs sowohl eine Zunahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin als auch eine Abnahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin umfaßt, so daß die Kriechstrecke der elektrischen Isolierung längs des Abdeckungsvorsprungs erhöht ist.

11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckungsvorsprung und die Abdeckungsnut in Dickenrichtung nebeneinanderliegen, wobei an der ersten Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs, die zur Abdeckungsnut zeigt, bei dem Abdeckungsvorsprung nur eine Abnahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin ausgeführt ist, und wobei an der zweiten Seitenfläche des Abdeckungsvorsprungs, die der ersten Seitenfläche in Dickenrichtung gegenüberliegt, an dem Abdeckungsvorsprung sowohl eine Abnahme als auch eine Zunahme der Dicke des Abdeckungsvorsprungs in Richtung von der ersten und der zweiten Oberfläche der Abdeckung zum Abschlußende des Abdeckungsvorsprungs hin ausgeführt sind.

12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Abdeckungsvorsprungs, der von wenigstens einer der ersten und zweiten Oberflächen der Abdeckung in Vorsprungsrichtung vorsteht, nicht kleiner ist als der minimale Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß in Richtung senkrecht zur Vorsprungsrichtung.

13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Abdeckungsvorsprungs nicht größer ist als das Dreifache des Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß.

14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schnittansicht längs einer weiteren imaginären Ebene, die sich senkrecht zur ersten imaginären Ebene parallel zur Vorsprungsrichtung durch einen der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge erstreckt, die Abdeckungsnut derart verläuft, daß die Abdeckungsnut wenigstens an einer der Seiten bezüglich eines der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge verläuft.

15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Querschnittsansicht längs einer weiteren imaginären Ebene, die sich senkrecht zur ersten imaginären Ebene parallel zur Vorsprungsrichtung durch jeden der ersten und zweiten Anschlußvorsprünge erstreckt, die Abdeckungsnut derart verläuft, daß sich die Abdeckungsnut an jeder der Seiten bezüglich jedes des ersten und zweiten Anschlußvorsprungs befindet.

16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Vorsprungsrichtung gesehen der Boden (13) der Abdeckungsnut nicht bis zu einem Abschlußende der Abdeckung erstreckt.

17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Abdeckungsvorsprung als auch die Abdeckungsnut in einer Schnittansicht zwischen dem ersten und dem zweiten elektrisch leitenden Anschluß angeordnet sind.

18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Abdeckungsnut nicht weniger als 2 mm beträgt.