DE112012006429T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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c/o Mitsubishi Electric Corp. Miyamoto Noboru
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Abstract

Eine Trennwand (1) in Gitterform bildet mehrere Aufnahmeabschnitte (2). Mehrere Schaltungsblöcke, die einen Halbleiterblock (4) und einen Anschlussgrundblock (5) enthalten, werden in einem Zustand, in dem sie in den Aufnahmeabschnitten (2) aufgenommen sind, elektrisch miteinander verbunden, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden. Der Halbleiterblock (4) ist durch Bedecken eines IGBT (7) mit einem Isoliermaterial (8) gebildet. Ein Kollektor des IGBT (7) ist über eine Metallplatte (11) mit einer Elektrode (12) verbunden. Die Elektrode (12) ist von einem Innenabschnitt des Isoliermaterials (8) zu einer Seitenoberfläche des Isoliermaterials (8) herausgeführt. Ein Anschlussgrundblock (5) enthält einen Leistungsanschluss (15), mit dem eine externe Leistungsverdrahtung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem IGBT (7) elektrisch verbunden ist, und ein Schraubenloch (16), in das eine Schraube zum Befestigen der Leistungsverdrahtung eingeführt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die eine komplizierte Leistungshalbleiterschaltung leicht ausbilden kann.
  • Stand der Technik
  • Eine normale Ansteuerschaltung für Leistungs-IGBTs ist eine Brückenstruktur wie etwa eine 2-in-1-Struktur, in der IGBTs und FWDs auf der Seite des oberen Arms und auf der Seite des unteren Arms angebracht sind. Allerdings werden Ansteuerschaltungen, auf die irgendwelche normalen Halbbrückenschaltungen nicht angewendet werden können, z. B. Ansteuerschaltungen für SR-Motoren, die keinen Seltenerdmagneten oder dergleichen verwenden, in praktische Verwendung genommen (siehe z. B. Patentliteratur 1). Außerdem ist eine Technik zum Ausbilden einer Halbleiterschaltung durch Anordnen von Blockelementen mit elektrischen Schaltungen zwischen Teilungselementen, die in Gitterform angeordnet sind, vorgeschlagen worden (siehe z. B. Patentliteratur 2).
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: japanisches offengelegtes Patent Nr. 11-191995
    • Patentliteratur 2: japanisches offengelegtes Patent Nr. 2005-260018
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Falls eine ungewöhnlich komplizierte Leistungshalbleiterschaltung wie etwa die in der Patentliteratur 1 offenbarte durch Kombinieren mehrerer Halbleitermodule gebildet wird, werden die Verbindungen zwischen den Halbleitermodulen kompliziert. Die in der Patentliteratur 2 offenbarte Technik setzt ohne Beachtung der Verbindung mit einer externen Hochspannungsleistungsversorgung die Integration einer Niederspannungsleistungsversorgung wie etwa einer Trockenbatterie voraus und kann somit auf eine Leistungshalbleiterschaltung nicht angewendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wobei eine Aufgabe von ihr ist, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, eine komplizierte Leistungshalbleiterschaltung leicht auszubilden.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
  • Eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung enthält: eine Trennwand in Gitterform, die mehrere Aufnahmeabschnitte bildet; und mehrere Schaltungsblöcke, die in einem Zustand, in dem sie in den Aufnahmeabschnitten aufgenommen sind, elektrisch miteinander verbunden werden, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden, wobei die Schaltungsblöcke wenigstens einen Halbleiterblock und einen Anschlussgrundblock enthalten, der Halbleiterblock ein Halbleiterelement, ein Isoliermaterial, das das Halbleiterelement bedeckt, und eine Elektrode, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist und aus dem Isoliermaterial herausgeführt ist, enthält und der Anschlussgrundblock einen Leistungsanschluss, mit dem eine externe Leistungsverdrahtung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem Halbleiterelement elektrisch verbunden ist, und ein Schraubenloch, in das eine Schraube zum Befestigen der Leistungsverdrahtung eingeführt ist, enthält.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine komplizierte Leistungshalbleiterschaltung leicht auszubilden.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Stromlaufplan, der eine Leistungshalbleiterschaltung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie I-II in 2.
  • 4 ist eine Schnittansicht, die einen Montagezustand der in 3 gezeigten Vorrichtung zeigt.
  • 5 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die in 7 gezeigte Vorrichtung montiert wird.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Anhand der Zeichnungen wird eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieselben Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre wiederholte Beschreibung kann weggelassen sein.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist ein Stromlaufplan, der eine Leistungshalbleiterschaltung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Schaltung ist eine Ansteuerschaltung für einen SR-Motor. In der Ansteuerschaltung sind Transistoren Tr1 bis Tr6 in dieser Reihenfolge mit Dioden D1 bis D6 in Reihe geschaltet. Diese Komponenten sind mit einer Leistungsversorgung mit einer Hochspannung verbunden.
  • 2 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Vorrichtung ist die in 1 von der Strichlinie umgebene Schaltung gebildet. 3 ist eine Schnittansicht längs der Linie I-II in 2. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Montagezustand der in 3 gezeigten Vorrichtung zeigt.
  • Eine Trennwand 1 in Gitterform bildet mehrere Aufnahmeabschnitte 2. Unter der Trennwand 1 ist ein Kühler 3 angeordnet. Schaltungsblöcke, die einen Halbleiterblock 4, einen Anschlussgrundblock 5 und einen Sammelschienenblock 6 enthalten, werden in einem Zustand, in dem sie in den Aufnahmeabschnitten 2 aufgenommen sind, elektrisch miteinander verbunden, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden. Die äußere Form des Schaltungsblocks ist eine quadratische Form, die der Einheitsgittergröße der Aufnahmeabschnitte 2 entspricht.
  • Der Halbleiterblock 4 ist durch Bedecken eines Isolierschicht-Bipolartransistors (IGBT) 7 mit einem Isoliermaterial 8 gebildet. Der IGBT 7 ist an einem Kühlelement 9 angebracht, wobei eine Isolierlage 10 und eine Metallplatte 11 dazwischenliegen.
  • Der Kollektor des IGBT 7 ist über die Metallplatte 11 mit einer Elektrode 12 verbunden und der Emitter des IGBT 7 ist mit einer Elektrode 13 verbunden. Die Elektroden 12 und 13 sind von den Innenabschnitten des Körpers aus Isoliermaterial 8 zu den Seitenoberflächen des Körpers aus Isoliermaterial 8 herausgeführt.
  • Der Anschlussgrundblock 5 enthält einen Isolierblock 14 und einen Leistungsanschluss 15, der an einem Isolierblock 14 vorgesehen ist. Die externe Leistungsverdrahtung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem IGBT 7 ist mit dem Leistungsanschluss 15 elektrisch verbunden. In dem Isolierblock 14 ist ein Schraubenloch 16 vorgesehen, in das eine Schraube zum Befestigen der Leistungsverdrahtung eingeführt ist.
  • Der Sammelschienenblock 6 ist durch Bedecken einer Sammelschiene 17, d. h. eines Leiters, mit einem Isoliermaterial 18 gebildet. Zwei Enden der Sammelschiene 17 sind zu den Seitenoberflächen des Körpers aus Isoliermaterial 18 herausgeführt. Außerdem sind weitere Schaltungsblöcke wie etwa einer, der durch Bedecken einer Diode mit einem Isoliermaterial gebildet ist, einer, der durch Bedecken eines Kondensators mit einem Isoliermaterial gebildet ist, und einer, der durch Bedecken einer Induktionsspule mit einem Isoliermaterial gebildet ist, die nicht dargestellt sind, verwendet.
  • An den Wandoberflächen der mehreren Aufnahmeabschnitte 2 sind jeweils Wandoberflächenelektroden 19 vorgesehen. Zwischen jedem angrenzenden Paar von Aufnahmeabschnitten 2 sind die Wandoberflächenelektroden 19 durch eine durch die Trennwand 1 vorgesehene Durchgangselektrode 20 elektrisch miteinander verbunden. Die Elektrode 12 in dem Halbleiterblock 4 wird in dem Zustand, in dem der Halbleiterblock 4 in dem Aufnahmeabschnitt 2 aufgenommen ist, mit den Wandoberflächenelektroden 19 in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden. Der Leistungsanschluss 15 in dem Anschlussgrundblock 5 wird in dem Zustand, in dem der Anschlussgrundblock 5 in dem Aufnahmeabschnitt 2 aufgenommen ist, mit der Wandoberflächenelektrode 19 in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden. Dadurch wird der Leistungsanschluss 15 in dem Anschlussgrundblock 5 mit dem Kollektor des IGBT 7 in dem Halbleiterblock 4 elektrisch verbunden.
  • Durch Kombinieren und Aufnehmen verschiedener Schaltungsblöcke in dem Aufnahmeabschnitt 2, um sie wie oben beschrieben elektrisch zu verbinden, kann selbst eine komplizierte Schaltung leicht gebildet werden. Über den Anschlussgrundblock 5 kann eine elektrische Verbindung mit einer äußeren Hochspannungsleistungsversorgung hergestellt werden, was somit die Anwendung auf eine Leistungshalbleiterschaltung ermöglicht. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform eine komplizierte Leistungshalbleiterschaltung leicht gebildet werden.
  • Außerdem ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterblocks 4 ein Verbinder vorgesehen, um über ein Kommunikationskabel eine Verbindung mit einer Steuerschaltung zum Steuern des IGBT 7 herzustellen. Auf diese Weise kann eine notwendige Steuerschaltung für mehrere Halbleiterblöcke 4 in einem wunschgemäß gewählten Zustand verbunden werden. Durch Bereitstellen eines Lichtempfangsabschnitts in dem Halbleiterblock 4 kann eine Verbindung mit der Steuerschaltung mittels optischer Kommunikation hergestellt werden. Auf diese Weise können zwischen der Niederspannungsseite und der Hochspannungsseite leicht eine Isolation und eine Trennung erzielt werden.
  • Ausführungsform 2
  • 5 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Kühler 3 weist einen Kühlmediumkanal 21 auf, durch den ein Kühlmedium wie etwa Wasser geht. Das Kühlelement 9 (die Rippen), das mit dem IGBT 7 in dem Halbleiterblock 4 thermisch verbunden ist, steht von einer unteren Oberfläche des Körpers des Isoliermaterials 8 vor. In dem Zustand, in dem der Halbleiterblock 4 in dem Aufnahmeabschnitt 2 aufgenommen ist, wird das Kühlelement 9 in dem Halbleiterblock 4 mit dem Kühlmediumkanal 21 verbunden, um ein Kühlsystem zu bilden. Mit dieser Anordnung kann der IGBT 7 in dem Halbleiterblock 4 effizient gekühlt werden.
  • Ausführungsform 3
  • 6 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Höhe des Halbleiterblocks 4 ist niedriger als die Höhen der anderen Schaltungsblöcke eingestellt und auf dem Halbleiterblock 4 ist ein Steuersubstrat 22 zur Steuerung des IGBT 7 angeordnet. Eine Druckplatte 23 drückt das Steuersubstrat 22 über ein Eingriffselement 24 wie etwa eine Feder oder Gummi gegen den Halbleiterblock 4. Die Druckplatte 23 ist mit Schrauben 25 an der Trennwand 1 befestigt.
  • Auf einer oberen Oberfläche des Körpers aus Isoliermaterial 8 in dem Halbleiterblock 4 ist eine Steuerelektrode 26 angeordnet, die mit dem Gate des IGBT 7 elektrisch verbunden ist. Auf einer Rückfläche des Steuersubstrats 22 ist eine Ausgangselektrode 27 in der Weise vorgesehen, dass sie der Steuerelektrode 26 zugewandt ist.
  • Die durch die Druckplatte 23 gedrückte Ausgangselektrode 27 auf dem Steuersubstrat 22 ist mit der Steuerelektrode 26 auf dem Steuersubstrat 22 in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden. Außerdem kann eine thermische Verbindung zwischen dem Halbleiterblock 4 und dem Kühler 3 sichergestellt werden. Somit können eine elektrische Verbindung und eine thermische Verbindung integrierend sichergestellt werden. Im Ergebnis ist die Montageleichtigkeit verbessert.
  • Ausführungsform 4
  • 7 ist eine Schnittansicht, die eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. 8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die in 7 gezeigte Vorrichtung montiert wird. Ein Halbleiterblock 28 und ein Halbleiterblock 29 sind durch einen Sammelschienenblock 30 elektrisch miteinander verbunden, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden.
  • Der Sammelschienenblock 30 ist durch Bedecken einer Sammelschiene 31 mit einem Isoliermaterial 32 gebildet. Mit zwei Enden der Sammelschiene 31 sind zwei Stifte 33 bzw. 34, die aus dem Körper aus Isoliermaterial 32 nach unten vorstehen, elektrisch verbunden.
  • Der Halbleiterblock 28 ist durch Bedecken eines IGBT 7 mit einem Isoliermaterial 35 gebildet. Die Einführungselektroden 36 und 37 mit Einführungslöchern in einer oberen Oberfläche des Körpers aus Isoliermaterial 35 sind mit dem Emitter bzw. mit dem Kollektor des IGBT 7 elektrisch verbunden.
  • Der Halbleiterblock 29 ist durch Bedecken einer Diode 38 mit einem Isoliermaterial 39 gebildet. Die Einführungselektroden 40 und 41 mit Einführungslöchern in einer oberen Oberfläche des Körpers aus Isoliermaterial 39 sind mit der Katode bzw. mit der Anode der Diode 38 elektrisch verbunden.
  • Der Stift 33 des Sammelschienenblocks 6 ist in die Einführungselektrode 36 in dem Halbleiterblock 28 eingeführt und elektrisch mit ihr verbunden. Der Stift 34 ist in die Einführungselektrode 40 in dem Halbleiterblock 29 eingeführt und elektrisch mit ihr verbunden. Dadurch sind der Emitter des IGBT 7 in dem Halbleiterblock 28 und die Katode der Diode 38 in dem Halbleiterblock 29 elektrisch miteinander verbunden.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind verschiedene Halbleiterblöcke durch Sammelschienenblöcke 6 kombiniert und elektrisch miteinander verbunden, sodass eine komplizierte Leistungshalbleiterschaltung leicht gebildet werden kann, obgleich keine Aufnahmeabschnitte wie in Ausführungsform 1 vorgesehen sind. Außerdem können die Verbindungspunkte durch Kombinieren von Sammelschienenblöcken 6 mit verschiedenen Verdrahtungsrichtungen leicht geändert werden.
  • Beschreibung von Bezugszeichen
    • 1 Trennwand; 2 Aufnahmeabschnitt; 3 Kühler; 4 Halbleiterblock (Schaltungsblock); 5 Anschlussgrundblock (Schaltungsblock), 7 IGBT (Halbleiterelement); 8 Isoliermaterial; 9 Kühlelement; 12 Elektrode; 15 Leistungsanschluss; 16 Schraubenloch; 19 Wandoberflächenelektrode; 21 Kühlmediumkanal; 22 Steuersubstrat; 23 Druckplatte; 26 Steuerelektrode; 27 Ausgangselektrode; 28, 29 Halbleiterblock; 30 Sammelschienenblock; 31 Sammelschiene; 32 Isoliermaterial (erstes Isoliermaterial); 33, 34 Stift; 35, 39 Isoliermaterial (zweites Isoliermaterial); 36, 37, 40, 41 Einführungselektrode; 38 Diode (Halbleiterelement)

Claims (5)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine Trennwand in Gitterform, die mehrere Aufnahmeabschnitte bildet; und mehrere Schaltungsblöcke, die in einem Zustand, in dem sie in den Aufnahmeabschnitten aufgenommen sind, elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden, wobei die Schaltungsblöcke wenigstens einen Halbleiterblock und einen Anschlussgrundblock enthalten, der Halbleiterblock ein Halbleiterelement, ein Isoliermaterial, das das Halbleiterelement bedeckt, und eine Elektrode, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist und aus dem Isoliermaterial herausgeführt ist, enthält, und der Anschlussgrundblock einen Leistungsanschluss, mit dem eine externe Leistungsverdrahtung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem Halbleiterelement elektrisch verbunden ist, und ein Schraubenloch, in das eine Schraube zum Befestigen der Leistungsverdrahtung eingeführt ist, enthält.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Wandoberflächenelektroden umfasst, die jeweils auf den Wandoberflächen der Aufnahmeabschnitte angeordnet sind und zwischen jedem angrenzenden Paar von Aufnahmeabschnitten elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die Elektrode in dem Halbleiterblock in einem Zustand, in dem der Halbleiterblock in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen ist, mit der Wandoberflächenelektrode in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden ist, und der Leistungsanschluss in dem Anschlussgrundblock in einem Zustand, in dem der Anschlussgrundblock in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen ist, mit der Wandoberflächenelektrode in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Kühler umfasst, der unter der Trennwand angeordnet ist und einen Kühlmediumkanal aufweist, durch den sich ein Kühlmedium bewegt, wobei der Halbleiterblock ferner ein Kühlelement enthält, das mit dem Halbleiterelement thermisch verbunden ist und von einer unteren Oberfläche des Isoliermaterials vorsteht, und das Kühlelement in dem Halbleiterblock in einem Zustand, in dem der Halbleiterblock in dem Aufnahmeabschnitt aufgenommen ist, mit dem Kühlmediumkanal verbunden ist, um ein Kühlsystem zu bilden.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: ein Steuersubstrat, das auf dem Halbleiterblock angeordnet ist und das Halbleiterelement steuert; und eine Druckplatte, die das Steuersubstrat gegen den Halbleiterblock drückt, wobei der Halbleiterblock ferner eine Steuerelektrode enthält, die auf einer oberen Oberfläche des Isoliermaterials angeordnet ist und mit einem Steueranschluss des Halbleiterelements elektrisch verbunden ist, und eine durch die Druckplatte gedrückte Ausgangselektrode auf dem Steuersubstrat mit der Steuerelektrode auf dem Steuersubstrat in Kontakt gebracht und elektrisch verbunden ist.
  5. Halbleitervorrichtung, die umfasst: mehrere Sammelschienenblöcke, die eine Sammelschiene, ein erstes Isoliermaterial, das die Sammelschiene bedeckt, und zwei Stifte, die mit zwei Enden der Sammelschiene jeweils elektrisch verbunden sind und von dem ersten Isoliermaterial nach unten vorstehen, enthalten; und mehrere Halbleiterblöcke, die durch die Sammelschienenblöcke elektrisch miteinander verbunden sind, um eine Leistungshalbleiterschaltung zu bilden, wobei jeder Halbleiterblock ein Halbleiterelement, ein zweites Isoliermaterial, das das Halbleiterelement bedeckt, und eine Einführungselektrode, die ein Einführungsloch in eine obere Oberfläche des zweiten Isoliermaterials besitzt und mit dem Halbleiterelement elektrisch verbunden ist, enthält, und die Stifte der Sammelschienenblöcke in die Einführungselektroden in den Halbleiterblöcken eingeführt und elektrisch mit ihnen verbunden sind.
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