DE112014007279B4 - Halbleitervorrichtung und Leistungsumsetzungsvorrichtung, die diese verwendet - Google Patents
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Abstract
Halbleitervorrichtung, die umfasst:
ein Halbleiterelement; und
eine Schichtstruktur, die eine erste Harzschicht, eine zweite Harzschicht und eine dritte Harzschicht enthält, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, um eine auf einer Seite des Halbleiterelements angeordnete Hauptelektrode zu bedecken,
wobei die Schichtstruktur einen ersten Bereich (201) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht und einen zweiten Bereich (202) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht enthält, wobei die beiden Bereiche um die Mitte des Halbleiterelements angeordnet sind,
wobei zumindest ein Teil des zweiten Bereichs (202) näher zu der Mitte des Halbleiterelements als der erste Bereich (201) angeordnet ist,
die erste Harzschicht durch Photolithographie gemustert ist und
eine Begrenzung von zumindest einem Teil des zweiten Bereichs (202) als Muster für die Bilderkennung im Konfektionierungsprozess verwendet wird.
ein Halbleiterelement; und
eine Schichtstruktur, die eine erste Harzschicht, eine zweite Harzschicht und eine dritte Harzschicht enthält, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, um eine auf einer Seite des Halbleiterelements angeordnete Hauptelektrode zu bedecken,
wobei die Schichtstruktur einen ersten Bereich (201) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht und einen zweiten Bereich (202) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht enthält, wobei die beiden Bereiche um die Mitte des Halbleiterelements angeordnet sind,
wobei zumindest ein Teil des zweiten Bereichs (202) näher zu der Mitte des Halbleiterelements als der erste Bereich (201) angeordnet ist,
die erste Harzschicht durch Photolithographie gemustert ist und
eine Begrenzung von zumindest einem Teil des zweiten Bereichs (202) als Muster für die Bilderkennung im Konfektionierungsprozess verwendet wird.
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und auf einen Leistungsumsetzer, der die Halbleitervorrichtung enthält, und insbesondere auf eine Hochspannungshalbleitervorrichtung und auf einen Hochspannungsleistungsumsetzer, der die Hochspannungshalbleitervorrichtung enthält.
- Stand der Technik
- Hochspannungshalbleitervorrichtungen, die PN-Dioden, Schottky-Dioden (SBDs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs), Isolierschichtbipolartransistoren (IGBTs) enthalten, werden umfassend verwendet. Diese Hochspannungshalbleitervorrichtungen sind aus Silicium, SiC oder GaN (Galliumnitrid) hergestellt. Diese Hochspannungshalbleitervorrichtungen sind in Leistungshalbleitermodulen enthalten, um Hochspannungsleistungsumsetzer zu bilden. Eine Hochspannungshalbleitervorrichtung enthält einen Feldbegrenzungsbereich in der Nähe der oberen Oberfläche des Halbleiterelements und eine Harzschicht wie etwa eine Polyimidschicht auf der oberen Oberfläche, um die Sperrspannung zu stabilisieren.
- PTL 1 offenbart eine Technik zum Bilden einer Schichtstruktur aus Harz in dem Bereich in der Nähe eines SiC-Elements, um die Sperrspannung zu stabilisieren.
- PTL 2 offenbart eine Technik zum Bilden einer Schichtstruktur aus Harz in einer mit Harz gekapselten elektronischen Schaltung.
- PTL 3 offenbart eine Technik zum Bilden einer Schichtstruktur aus Harz in einem Halbleiterspeicherelement.
- Liste der Entgegenhaltungen
- Patentliteratur
-
- PTL 1:
JP 2013-191716 A - PTL 2: JP H08- 88 298 A
- PTL 3:
JP S58- 93 359 A - Zusammenfassung der Erfindung
- Technisches Problem
- Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben in den obigen Halbleitervorrichtungen mit den Schichtstrukturen aus Harz zum Stabilisieren der Sperrspannung die folgenden Probleme festgestellt. Die Probleme können die Verbesserung der Produktivität in der Herstellung der Halbleitervorrichtungen verhindern.
- Herkömmliche Strukturen der Halbleitervorrichtungen können die Genauigkeit der Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess verschlechtern. Insbesondere wenn die Schichtstruktur aus Harz die dicke zweite obere Schicht der Halbleitervorrichtung aufweist, wird die Begrenzung der Harzschicht unbestimmt, was die Genauigkeit der Bilderkennung stark verschlechtern kann.
- Bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen mit den Schichtstrukturen aus Harz zum Stabilisieren der Sperrspannung ist es notwendig, eine Technik zum Verbessern der Genauigkeit der Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess zu schaffen, um die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zu verbessern.
- Lösung des Problems
- Um die obigen Probleme zu lösen, einhält die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterelement und eine Schichtstruktur, die eine erste Harzschicht, eine zweite Harzschicht und eine dritte Harzschicht enthält, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, um die auf einer Seite des Halbleiterelements angeordneten Hauptelektroden zu bedecken. Die Schichtstruktur enthält um die Mitte des Halbleiterelements einen Bereich mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht und einen Bereich mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht.
- Der Leistungsumsetzer der vorliegenden Erfindung enthält ein Paar Gleichstromanschlüsse und wenigstens einen Wechselstromanschluss, wobei deren Anzahl gleich der Phasenanzahl des Wechselstroms ist, mehrere Halbleiterschaltelemente, die jeweils mit einem der Gleichstromanschlüsse und mit einem der Wechselstromanschlüsse verbunden sind, und mehrere Dioden, die jeweils zu einem der Halbleiterschaltelemente parallelgeschaltet sind. Die Halbleiterschaltelemente und/oder die Dioden sind die Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Erfindung.
- Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
- Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Sperrspannung stabilisieren und die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen verbessern.
- Figurenliste
-
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls, das die Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform (Beispiel 1) der vorliegenden Erfindung enthält. -
2 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform (Beispiel 1) der vorliegenden Erfindung. -
3 ist eine Querschnittsansicht von2 entlang der LinieA-A' ; -
4 ist eine Querschnittsansicht von2 entlang der LinieB-B' . -
5 ist ein Graph, der die Stärke des Stroms zeigt, der in einem Bonddraht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform (Beispiel 1) der vorliegenden Erfindung fließt. -
6 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform (Beispiel 2) der vorliegenden Erfindung. -
7 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform (Beispiel 3) der vorliegenden Erfindung. -
8 ist eine Querschnittsansicht von7 entlang der LinieC-C' . -
9 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer geänderten Ausführungsform der dritten Ausführungsform (Beispiel 3) der vorliegenden Erfindung. -
10 ist ein Stromlaufplan, der den Leistungsumsetzer in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform (Beispiel 4) der vorliegenden Erfindung repräsentiert. -
11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls, das die Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform (Beispiel 5) der vorliegenden Erfindung enthält. -
12 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform (Beispiel 5) der vorliegenden Erfindung. -
13 ist ein Stromlaufplan, der den Leistungsumsetzer in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform (Beispiel 6) der vorliegenden Erfindung repräsentiert. - Beschreibung von Ausführungsformen
- Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleiterelement und eine Schichtstruktur mit einer ersten Harzschicht, einer zweiten Harzschicht und einer dritten Harzschicht, die in dieser Reihenfolge in der Weise angeordnet sind, dass sie die auf einer Seite des Halbleiterelements angeordneten Hauptelektroden bedecken. Die Schichtstruktur enthält um die Mitte des Halbleiterelements einen Bereich mit einer ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht und einen Bereich mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht.
- Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Beispiele beschrieben.
- Beispiel 1
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls100 , das die Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform (Beispiel 1) der vorliegenden Erfindung enthält. Das Leistungshalbleitermodul100 enthält eine Strahlungsbasis121 , eine Keramikleiterplatte109 , eine Freilaufdiode101 , ein Schaltelement102 , externe Ausgangsanschlüsse118 und119 und ein Modulgehäuse120 . Die Keramikleiterplatte109 weist auf einer Seite ein Verdrahtungsmuster110 , das mit der Freilaufdiode101 und mit dem Schaltelement102 verbunden ist, und ein Verdrahtungsmuster111 , das mit dem externen Ausgangsanschluss109 verbunden ist, auf; und weist auf der anderen Seite ein Metallmuster113 , das mit der Strahlungsbasis121 verbunden ist, auf. Das Metallmuster113 ist über eine Verbindungsschicht108 , die aus Lötmittel oder einer gesinterten Metallmasse hergestellt ist, mit der Strahlungsbasis121 verbunden. Das Verdrahtungsmuster110 ist über eine Verbindungsschicht107 , die aus Lötmittel oder einer gesinterten Metallmasse hergestellt ist, mit der Freilaufdiode101 und mit dem Schaltelement102 verbunden. Der externe Ausgangsanschluss118 , der mit einer positiven Elektrode verbunden werden soll, ist mit dem Verdrahtungsmuster110 verbunden und der externe Ausgangsanschluss119 , der mit einer negativen Elektrode verbunden werden soll, ist mit dem Verdrahtungsmuster111 verbunden. Die externen Ausgangsanschlüsse118 und119 sind aus dem Modulgehäuse120 herausgezogen, um mit einer anderen Vorrichtung verbunden zu werden. - Die Freilaufdiode
101 und das Schaltelement102 sind mit dem Verdrahtungsmuster111 verbunden, das über Bonddrähte106 auf der Seite, die der mit dem Verdrahtungsmuster110 verbundenen Seite gegenüberliegt, mit dem externen Außenanschluss119 verbunden ist. - Das Modulgehäuse
120 ist an der Strahlungsbasis121 befestigt und mit einer Harzschicht105 gefüllt. Die Harzschicht105 ist z. B. aus einem Silicongel hergestellt. - Die Strukturen des Halbleiterchips und der Harzschicht werden nun z. B. hinsichtlich der Freilaufdiode
101 beschrieben. Obgleich die Freilaufdiode101 eine Silicium-PiN-Diode sein kann, ist die Freilaufdiode101 in diesem Beispiel eine SiC-SBD. Das Folgende kann auf andere Dioden anderer Materialien oder mit anderen Strukturen oder auf das Schaltelement102 (wie etwa einen Silicium-IGBT, einen Silicium-MOSFET, einen SiC-MOSFET und einen SiC-Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET)) angewendet werden. -
2 ist eine Draufsicht der Freilaufdiode101 .3 ist eine schematische Querschnittsansicht von2 entlang der LinieA-A' und4 ist eine schematische Querschnittsansicht von2 entlang der LinieB-B' . Die Struktur der Freilaufdiode101 wird nun anhand von3 ausführlich beschrieben. Die Freilaufdiode101 enthält eine Katodenelektrode116 , die mit der Verbindungsschicht107 verbunden ist, eine Anodenelektrode114 , eine Hilfselektrode115 und eine Halbleiterschicht304 . Die Halbleiterschicht304 enthält einen n+-Bereich302 auf der Katodenelektrode116 , einen n-Bereich304 , der auf dem n+-Bereich302 angeordnet ist und eine niedrigere Störstellenkonzentration als der n+-Bereich302 aufweist, einen Feldbegrenzungsbereich305 , der in dem n-Bereich 301 angeordnet ist und die obere Oberfläche der Halbleiterschicht304 bildet, und einen n+-Bereich303 , auf dem die Hilfselektrode115 angeordnet ist. Der n+-Bereich303 fungiert als eine Kanalsperre am Ende der Halbleiterschicht304 , um den Leckverlust des Felds jenseits des n+-Bereichs303 zu verhindern. - Wie oben beschrieben wurde, bildet der Feldbegrenzungsbereich
305 die obere Oberfläche der Halbleiterschicht304 und umgibt die Anodenelektrode. In dieser Ausführungsform enthält der Feldbegrenzungsbereich einen p+++-Bereich 306 mit einer höchsten Störstellenkonzentration, einen p++-Bereich 307 mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als der p+++-Bereich 306 und einen p+-Bereich 308 mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als der p++-Bereich 307, die in dieser Reihenfolge in der Richtung von der Anodenelektrode114 zu der Hilfselektrode115 angeordnet sind, was die Feldkonzentration wirksam verhindern kann. Ein Feldbegrenzungsring (FLR) als ein Feldbegrenzungsbereich kann die Feldkonzentration ebenfalls wirksam verhindern. - Es wird nun die obere Struktur der Freilaufdiode
101 über der Halbleiterschicht304 beschrieben. Auf dem Feldbegrenzungsbereich305 und auf dem n+-Bereich303 ist eine anorganische Schicht117 angeordnet. Die anorganische Schicht117 ist allgemein aus einer Siliciumoxidschicht (einer SiO2-Schicht) hergestellt. - Auf der anorganischen Schicht
117 sind in dieser Reihenfolge eine untere Harzschicht103 , eine mittlere Harzschicht104 und eine obere Harzschicht105 angeordnet. Die anorganische Schicht117 , die untere Harzschicht103 , die mittlere Harzschicht104 und die obere Harzschicht105 sind aus den folgenden Materialien hergestellt, so dass die Differenz zwischen der relativen Dielektrizitätskonstante der anorganischen Schicht117 und der relativen Dielektrizitätskonstante der oberen Harzschicht105 klein ist und sowohl die relativen Dielektrizitätskonstanten der unteren Harzschicht103 und der mittleren Harzschicht104 in dem Bereich der relativen Dielektrizitätskonstante der oberen Harzschicht105 zu der relativen Dielektrizitätskonstante der anorganischen Schicht117 liegen, was die Änderungen der Dielektrizitätskonstanten beschränkt und die Wirkungen der Ansammlung von Ladungen beschränkt. Dies stabilisiert die Sperrspannung. Wenn die anorganische Schicht117 eine Siliciumoxidschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 4,1 ist, ist die untere Harzschicht103 aus einem Polyimid (mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,9) hergestellt, ist die mittlere Harzschicht104 aus einem Polyetheramid (mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 3,2) hergestellt und ist die obere Harzschicht105 aus einem Silicongel (mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,7) hergestellt. Die mittlere Harzschicht104 ist aus einem Polyamidimid, aus einem Polyetheramidimid oder aus einer Mischung dieser Materialien hergestellt. In Übereinstimmung mit den durch die Erfinder festgestellten Ergebnissen sollte die mittlere Harzschicht104 vorzugsweise eine Dicke von 50 µm oder mehr aufweisen, um die Sperrspannung zu stabilisieren, wenn das Leistungshalbleitermodul100 eine Nennspannung von 3,3 kV hat. Die untere Harzschicht103 wird durch Photolithographie gemustert, während die mittlere Harzschicht104 durch Beschichtung mit einem Spender gebildet wird, um die Harzdicke zum Stabilisieren der Sperrspannung sicherzustellen. - Anhand von
2 wird nun die Anordnung der Freilaufdiode101 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in2 gezeigt ist, enthält die Freilaufdiode101 einen Bereich mit der anorganischen Schicht117 , der unteren Harzschicht103 , der mittleren Harzschicht104 und der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, Bereiche202 und203 mit der anorganischen Schicht117 , der unteren Harzschicht103 und der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, einen Bereich204 mit der anorganischen Schicht117 , der mittleren Harzschicht104 und der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, einen Bereich205 mit der Anodenelektrode114 und der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, und einen Drahtbondungsbereich206 . Ein Bereich mit der Anodenelektrode114 , der anorganischen Schicht117 , der unteren Harzschicht103 und der mittleren Harzschicht104 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, und ein Bereich mit der Hilfselektrode115 , der anorganischen Schicht117 , der unteren Harzschicht103 und der mittleren Harzschicht104 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, sind in2 weggelassen. - Wie beschrieben ist, sind die untere Harzschicht
103 , die mittlere Harzschicht104 und die obere Harzschicht105 in dieser Reihenfolge geschichtet. Nachdem die mittlere Harzschicht104 durch Beschichten mit einem Spender in dem Konfektionierungsprozess gebildet worden ist, wird die Begrenzung der mittleren Harzschicht104 (die Begrenzung zwischen dem Bereich204 und dem Bereich205 in2 ) unbestimmt, was die Genauigkeit der Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess verschlechtern kann und die Produktivität verringern kann. Dies tritt insbesondere in einem Drahtbondungsschritt in dem Konfektionierungsprozess auf. In dem Drahtbondungsprozess findet eine Bilderkennung für die Positionierung statt. - Um dies zu verhindern, enthält die Freilaufdiode
101 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Bereich202 , um die Bilderkennung zu ermöglichen, nachdem die mittlere Harzschicht104 gebildet worden ist, wie in2 gezeigt ist. Wie in4 oder in der schematischen Querschnittsansicht aus2 entlang der LinieB-B' gezeigt ist, enthält der Bereich202 die untere Harzschicht103 und die obere Harzschicht105 direkt in Kontakt miteinander ohne die mittlere Harzschicht104 dazwischen. Da die untere Harzschicht103 durch Photolithographie gemustert wird, ist die Begrenzung zwischen dem Bereich202 und dem Bereich204 deutlich. Die deutliche Begrenzung zwischen dem Bereich202 und dem Bereich205 kann in dem Drahtbondungsschritt in dem Konfektionierungsprozess als ein Muster für die Bilderkennung verwendet werden, was die Genauigkeit der Bilderkennung verbessern kann, um die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zu verbessern. - Auf der Grundlage der Ergebnisse der Erfinder wird nun ein erwünschter Flächenprozentsatz S des Bereichs der unteren Harzschicht
103 in Kontakt mit der oberen Harzschicht105 in dem von der mittleren Harzschicht104 umgebenen Bereich beschrieben.5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Flächenprozentsatz S und der Stärke des in einem Bonddraht fließenden Stroms zeigt. In5 zeigt die vertikale Achse die Stärke des in einem Bonddraht fließenden Stroms im Vergleich zu dem Nennstrom des Bonddrahts. Wie in5 gezeigt ist, nimmt der in einem Bonddraht fließende Strom zu, während der Flächenprozentsatz S zunimmt, was die Gesamtzahl der Bonddrähte der Freilaufdiode101 verringert. Wenn der Flächenprozentsatz S 50 % übersteigt, übersteigt der in dem Bonddraht fließende Strom den Nennstrom des Bonddrahts. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Erfinder sollte der Flächenprozentsatz S vorzugsweise 1 % übersteigen, um die Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess zu ermöglichen. Somit liegt der erwünschte Flächenprozentsatz S in dem Bereich von 1 % bis 50 %. - Diese Ausführungsform kann die Sperrspannung mit der Schichtstruktur der Harzschichten stabilisieren und die Genauigkeit der Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess verbessern, um die Produktivität bei der Herstellung der Halbleitervorrichtungen zu verbessern.
- Beispiel 2
-
6 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform (Beispiel 2) der vorliegenden Erfindung. - Dieses Beispiel enthält den Bereich
202 mit der anorganischen Schicht117 , der unteren Harzschicht103 und der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge in jeder der vier Ecken des Bereichs205 mit der Anodenelektrode104 und mit der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, geschichtet sind. Die schematische Querschnittsansicht aus6 entlang der LinieA-A' ist dieselbe wie in3 und die schematische Querschnittsansicht aus6 entlang der LinieB-B' ist dieselbe wie in4 . Das Anordnen der Bereiche202 in den vier Ecken des von der mittleren Harzschicht104 umgebenen Bereichs erweitert den Bereich205 mit der Anodenelektrode114 und mit der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, was die Anzahl der Bonddrähte erhöhen kann. Dies kann die Kapazität der Halbleitervorrichtung erhöhen. - Dieses Beispiel kann die Kapazität der Halbleitervorrichtung erhöhen sowie ähnlich vorteilhafte Wirkungen wie im Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung erzielen.
- Beispiel 3
-
7 ist eine Draufsicht der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten Ausführungsform (Beispiel 3) der vorliegenden Erfindung. - In diesem Beispiel ist der Bereich
202 mit der anorganischen Schicht117 , mit der unteren Harzschicht103 und mit der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, von dem Bereich204 mit der anorganischen Schicht117 , mit der mittleren Harzschicht104 und mit der oberen Harzschicht105 , die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, getrennt. Die schematische Querschnittsansicht aus7 entlang der LinieA-A' ist dieselbe wie in3 . Wie in8 oder in der schematischen Querschnittsansicht aus7 entlang der LinieC-C' gezeigt ist, ist die untere Harzschicht103 in der Nähe der Mitte des Halbleiterchips geteilt. Der getrennte Bereich204 zeigt ein charakteristisches Muster, das die Genauigkeit der Bilderkennung in dem Konfektionierungsprozess verbessern kann, um die Produktivität zu verbessern. Wie in9 gezeigt ist, kann der Bereich202 in Form eines Kreuzes ähnlich vorteilhafte Wirkungen erzielen. - Dieses Beispiel kann die Produktivität weiter verbessern sowie ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie im Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung erzielen.
- Beispiel 4
-
10 ist ein Stromlaufplan, der den Leistungsumsetzer in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform (Beispiel 4) der vorliegenden Erfindung repräsentiert. - Dieses Beispiel ist ein Dreiphasenwechselrichter, der ein Paar Gleichstromanschlüsse
404 und405 , drei Wechselstromanschlüsse406 ,407 und408 enthält, deren Anzahl gleich der Phasenanzahl des Wechselstroms ist. Der Dreiphasenwechselrichter enthält sechs Schaltelemente403 (wie etwa Silicium-IGBTs), die jeweils mit einem der Gleichstromanschlüsse und mit einem der Wechselstromanschlüsse verbunden sind. Außerdem ist jedes Schaltelement mit einer Freilaufdiode402 (wie etwa einer SiC-SBD) antiparallel geschaltet. Die Anzahl der Schaltelemente403 und der Freilaufdioden402 ist zwei oder mehr und wird in Abhängigkeit von der Phasenanzahl des Wechselstroms, von der Leistungskapazität des Leistungsumsetzers oder von der Sperrspannung oder von der Stromkapazität eines einzelnen Schaltelements403 bestimmt. - Jedes Schaltelement
403 und jede Freilaufdiode402 setzt die Gleichstromleistung, die von einer Gleichstromleistungsquelle401 in die Gleichstromanschlüsse404 und405 eingespeist wird, in die Wechselstromleistung um, die von den Wechselstromanschlüssen406 ,407 und408 ausgegeben wird. Jeder Wechselstromausgangsanschluss ist mit einem Motor409 einer asynchronen Maschine oder einer synchronen Maschine verbunden, so dass der Motor409 durch die Wechselstromleistung, die von jedem abwechselnden Anschluss für die Drehung zugeführt wird, mit Leistung versorgt wird. - Dieses Beispiel wendet die Halbleitervorrichtungen in Übereinstimmung mit einer der obigen ersten bis dritten Ausführungsformen und mit der geänderten Ausführungsform auf die Schaltelemente
403 und/oder auf die Freilaufdioden402 an, was die Sperrspannung stabilisieren kann, um die Zuverlässigkeit des Wechselrichters zu verbessern. - Dieses Beispiel ist ein Wechselrichter, wobei die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung aber auf andere Leistungsumsetzer wie etwa auf einen Umsetzer und auf einen Zerhacker angewendet werden kann. In diesen Leistungsumsetzern können ähnlich vorteilhafte Wirkungen erhalten werden.
- Beispiel 5
-
11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Leistungshalbleitermoduls500 , das die Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform (Beispiel 5) der vorliegenden Erfindung enthält. - Dieses Beispiel enthält einen MOSFET als ein Schaltelement
502 und eine Körperdiode, die als eine Freilaufdiode in dem Schaltelement502 enthalten ist. -
12 ist eine Draufsicht des Schaltelements502 . Das Schaltelement502 enthält eine Gate-Anschlussfläche601 . Die schematische Querschnittsansicht aus12 entlang der LinieA-A' ist dieselbe wie die in3 und die schematische Querschnittsansicht aus12 entlang der LinieB-B' ist dieselbe wie in4 . Das Schaltelement502 eines MOSFET kann einen niedrigen Verlust erzielen. - Dieses Beispiel kann einen niedrigen Verlust erzielen sowie ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in dem Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung erzielen.
- Beispiel 6
-
13 ist ein Stromlaufplan, der den Leistungsumsetzer in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform (Beispiel 6) der vorliegenden Erfindung repräsentiert. - Abgesehen davon, dass dieses Beispiel die Schaltelemente
703 von MOSFETs und die Freilaufdioden702 von Körperdioden enthält, die in den Schaltelementen703 enthalten sind, ist dieses Beispiel dasselbe wie Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung. - Die Schaltelemente
703 der MOSFETs können einen niedrigen Verlust erzielen, um den Wirkungsgrad des Leistungsumsetzers zu verbessern. - Dieses Beispiel kann einen hohen Wirkungsgrad des Leistungsumsetzers erzielen sowie ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung erzielen.
- Die Halbleiterschichten der obigen Beispiele die entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen aufweisen. Die Halbleitermaterialien für die Halbleitervorrichtungen können andere Halbleiter mit breiter Bandlücke wie etwa GaN oder Silicium als das in den obigen Beispielen verwendete SiC sein.
- Bezugszeichenliste
-
- 100, 500
- Leistungshalbleitermodul
- 101
- Freilaufdiode
- 102, 502
- Schaltelement
- 103
- untere Harzschicht
- 104
- mittlere Harzschicht
- 105
- obere Harzschicht
- 106
- Bonddraht
- 107, 108
- Verbindungsschicht
- 109
- Keramikleiterplatte
- 110, 111
- Verdrahtungsmuster
- 112
- Keramikisolierplatte
- 113
- Metallmuster
- 114
- Anodenelektrode
- 115
- Hilfselektrode
- 116
- Katodenelektrode
- 117
- anorganische Schicht
- 118, 119
- externer Ausgangsanschluss
- 120
- Modulgehäuse
- 121
- Strahlungsbasis
- 201
- Bereich mit einer anorganischen Schicht, einer unteren Harzschicht, einer mittleren Harzschicht und einer oberen Harzschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind
- 202, 203
- Bereich mit einer anorganischen Schicht, einer unteren Harzschicht und einer oberen Harzschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind
- 204
- Bereich mit einer anorganischen Schicht, einer mittleren Harzschicht und einer oberen Harzschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind
- 205
- Bereich mit einer Anodenelektrode und einer oberen Harzschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind
- 206
- Drahtbondungsbereich
- 301
- n-Bereich
- 302,303
- n+-Bereich
- 304
- Halbleiterschicht
- 305, 306, 307, 308
- Feldbegrenzungsbereich
- 401
- Gleichstromleistungsquelle
- 402
- Freilaufdiode
- 403
- Schaltelement
- 404, 405
- Gleichstromanschluss
- 406, 407, 408
- Wechselstromanschluss
- 409
- Motor
- 601
- Gate-Anschlussfläche
Claims (15)
- Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Halbleiterelement; und eine Schichtstruktur, die eine erste Harzschicht, eine zweite Harzschicht und eine dritte Harzschicht enthält, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, um eine auf einer Seite des Halbleiterelements angeordnete Hauptelektrode zu bedecken, wobei die Schichtstruktur einen ersten Bereich (201) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht und einen zweiten Bereich (202) mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht enthält, wobei die beiden Bereiche um die Mitte des Halbleiterelements angeordnet sind, wobei zumindest ein Teil des zweiten Bereichs (202) näher zu der Mitte des Halbleiterelements als der erste Bereich (201) angeordnet ist, die erste Harzschicht durch Photolithographie gemustert ist und eine Begrenzung von zumindest einem Teil des zweiten Bereichs (202) als Muster für die Bilderkennung im Konfektionierungsprozess verwendet wird.
- Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei der Bereich mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht von dem Bereich mit der ersten Harzschicht in Kontakt mit der zweiten Harzschicht getrennt ist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei auf den Bereich der ersten Harzschicht in Kontakt mit der dritten Harzschicht 1 % bis 50 % des von der dritten Harzschicht umgebenen Bereichs entfallen. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 , wobei unter der ersten Harzschicht eine anorganische Schicht aus SiO2 angeordnet ist und wobei die dritte Harzschicht aus einem Silicongel hergestellt ist, und wobei die beiden relativen Dielektrizitätskonstanten der ersten Harzschicht und der zweiten Harzschicht gleich oder größer als eine relative Dielektrizitätskonstante der dritten Harzschicht und gleich oder kleiner als die relative Dielektrizitätskonstante der anorganischen Schicht sind. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 4 , wobei die erste Harzschicht aus einem Polyimid hergestellt ist und die zweite Harzschicht aus einem Material oder mehreren hergestellt ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem Polyamidimid, aus einem Polyetheramidimid und aus einem Polyetheramid besteht. - Halbleitervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei ein Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement eine breitere Bandlücke als Silicium aufweist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 6 , wobei das Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement SiC ist. - Halbleitervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei das Halbleiterelement eine Diode ist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 8 , wobei ein Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement eine breitere Bandlücke als Silicium aufweist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 9 , wobei das Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement SiC ist. - Halbleitervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , wobei das Halbleiterelement ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) ist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 11 , wobei ein Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement eine breitere Bandlücke als Silicium aufweist. - Halbleitervorrichtung nach
Anspruch 12 , wobei das Halbleitergrundmaterial für das Halbleiterelement SiC ist. - Leistungsumsetzer, der umfasst: ein Paar Gleichstromanschlüsse; wenigstens einen Wechselstromanschluss, wobei deren Anzahl gleich der Phasenanzahl des Wechselstroms ist; mehrere Halbleiterschaltelemente, die jeweils mit einem der Gleichstromanschlüsse und mit einem der Wechselstromanschlüsse verbunden sind; und mehrere Dioden, die jeweils zu einem der Halbleiterschaltelemente parallelgeschaltet sind, wobei die Halbleiterschaltelemente und/oder die Dioden die Halbleitervorrichtungen in Übereinstimmung mit einem der
Ansprüche 1 bis5 sind. - Leistungsumsetzer, der umfasst: ein Paar Gleichstromanschlüsse; wenigstens einen Wechselstromanschluss, wobei deren Anzahl gleich der Phasenanzahl des Wechselstroms ist; und mehrere Halbleiterschaltelemente, die jeweils mit einem der Gleichstromanschlüsse und mit einem der Wechselstromanschlüsse verbunden sind, wobei die Halbleiterschaltelemente die Halbleitervorrichtungen nach
Anspruch 11 sind und wobei jedes Halbleiterschaltelement eine Körperdiode enthält.
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