DE112015000156T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Hideyo Nakamura
Masafumi Horio
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Eine Induktivität einer Verdrahtung in einer Halbleitervorrichtung für einen mittleren Arm, der in einem dreistufigen Wechselrichter eingesetzt wird, wird verringert.
Die Halbleitervorrichtung umfasst eine erste Leiterplatte (12a), auf der ein erstes Schaltelement (14) und eine erste Diode (15), die invers parallel verbunden sind, angeordnet sind, eine zweite Leiterplatte (12b), auf der ein zweites Schaltelement (16) und eine zweite Diode (17), die invers parallel verbunden sind, angeordnet sind, eine gedruckte Schaltung (18), die gegenüberliegend der ersten Leiterplatte (12a) und der zweiten Leiterplatte (12b) angeordnet ist, und eine Vielzahl von leitenden Pfosten (19 und 20), die das erste Schaltelement (14), das zweite Schaltelement (16), die erste Diode (15), die zweite Diode (17), die erste Leiterplatte (12a) oder die zweite Leiterplatte (12b) und Metallschichten der gedruckten Schaltung (18) elektrisch verbinden. Das erste Schaltelement (14) und das zweite Schaltelement (16) sind in Antiserie verbunden, um einen bidirektionalen Schalter zu bilden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsformen sind mit einer Halbleitervorrichtung verwandt, insbesondere mit einer Halbleitervorrichtung, die einen Leistungs-Halbleiterchip umfasst.
  • Stand der Technik
  • Hocheffiziente und rauscharme Leistungswandler werden für „Power Conditioners” (Leistungs-Konditionierer) für photovoltaische Energieerzeugung, Motorensteuerungen für elektrische Fahrzeuge und dergleichen entwickelt Die Leistungswandler umfassen Wandlereinheiten, die durch Kombinieren von Halbleitervorrichtungen gebildet werden, welche jeweils Halbleiterchips aufweisen.
  • Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode („Insulated-Gate Bipolar Transistors”, IGBT), Leistungs-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) und Freilaufdioden („Free Wheeling Diodes”, FWD) werden als Halbleiterchips in Halbleitervorrichtungen verwendet.
  • 11 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung illustriert.
  • Eine in 11 dargestellte Halbleitervorrichtung 100 umfasst zwei Halbleiterchips 101 und 102. Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst ein isolierendes Substrat 103. Das isolierende Substrat 103 umfasst eine Keramikplatte 103a, eine Leiterplatte 103b, die auf eine Vorderseite (obere Oberfläche in 11) der Keramikplatte 103a geklebt ist, und eine Metallplatte 103c, die auf eine Rückseite (untere Oberfläche in 11) der Keramikplatte 103a geklebt ist.
  • Die Halbleiterchips 101 und 102 sind durch Verwendung von Lot 104 mit der Leiterplatte 103b verbunden und eine Vielzahl äußerer Anschlussklemmen 105 sind durch Verwendung von Lot 104 mit der Leiterplatte 103b verbunden.
  • Ferner ist eine Wärmeabstrahlungsgrundplatte 107 durch Verwendung von Lot 108 mit der Metallplatte 103c verbunden.
  • Die Halbleiterchips 101 und 102 sind durch einen Bonddraht 109 elektrisch verbunden und der Halbleiterchip 102 und die Leiterplatte 103b sind durch den Bonddraht 109 elektrisch verbunden.
  • Ferner sind die Grundplatte 10, das isolierende Substrat 103 und die Halbleiterchips 101 und 102 in einem schachtelförmigen Harzgehäuse 110 mit einem offenen Boden untergebracht. Ferner ist Harz in das Harzgehäuse 110 eingespritzt und ausgehärtet. Hierdurch werden die inneren Komponenten versiegelt.
  • Eine Wechselrichtereinheit wird durch Kombinieren einer Vielzahl von Halbleitervorrichtungen gebildet, die jeweils ähnlich der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung sind. Es wird vorgeschlagen, dass zu diesem Zeitpunkt die Vielzahl von Halbleitervorrichtungen verbunden werden, durch Verbinden ihrer äußeren Anschlussklemmen unter Verwendung einer plattenförmigen Sammelschiene (siehe, zum Beispiel, PTL1).
  • Zitationsliste
  • Patentliteratur
    • PTL1: Internationale Offenlegungsschrift Nr. WO2013/146212 .
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Übrigens wird das Verdrahten bei der herkömmlichen Halbleitervorrichtung 100 unter Verwendung eines dünnen Bonddrahts durchgeführt. Dies erschwert es, die Induktivität der Verdrahtung in der Halbleitervorrichtung 100 zu verringern. Dadurch ist es unmöglich, Schalten mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen.
  • Zusätzlich werden bei der in zum Beispiel PTL1 beschriebenen herkömmlichen Technik plattenförmige Sammelschienen verwendet, um eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen zu verbinden. Dies reduziert die Induktivität der Verdrahtung zwischen den Halbleitervorrichtungen. Jedoch gibt es verschiedene Anforderungen an die Formen der Gehäuse von tatsächlichen Halbleitervorrichtungen. Dadurch wird die Führung der Verdrahtung, die durch Verwendung von Sammelschienen durchgeführt wird, oft komplex. Ferner wird eine Sammelschiene üblicherweise dünner bei Reduktion der Größe einer Halbleitervorrichtung. In vielen Fällen führt dies zu einem Anstieg der Induktivität.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Probleme gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche die Induktivität der Verdrahtung in der Halbleitervorrichtung reduziert, und die auch die Induktivität der äußeren Verdrahtung zwischen der Halbleitervorrichtung und einer weiteren Halbleitervorrichtung reduziert.
  • Lösung der Aufgabe
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Diese Halbleitervorrichtung umfasst ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement, eine erste Diode und eine zweite Diode, eine erste Leiterplatte, auf der das erste Schaltelement und die erste Diode angeordnet sind, eine zweite Leiterplatte, auf der das zweite Schaltelement und die zweite Diode angeordnet sind, eine gedruckte Schaltung, der gegenüberliegend der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist und Metallschichten umfasst und eine Vielzahl leitender Pfosten, die das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, die erste Diode, die zweite Diode, die erste Leiterplatte oder die zweite Leiterplatte und die Metallschichten der gedruckten Schaltung elektrisch miteinander verbinden. Ein bidirektionaler Schalter wird durch invers paralleles Verbinden des ersten Schaltelements und der ersten Diode, invers paralleles Verbinden des zweiten Schaltelements und der zweiten Diode invers parallel und Verbinden des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements in Antiserie über die Vielzahl leitender Pfosten und die Metallschichten gebildet.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Mit der Halbleitervorrichtung, welche die oben beschriebene Struktur hat, wird die Induktivität der Verdrahtung in der Halbleitervorrichtung reduziert und die Induktivität der äußeren Verdrahtung zwischen der Halbleitervorrichtung und einer weiteren Halbleitervorrichtung wird reduziert.
  • Der oben beschriebene Gegenstand sowie weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung erkennbar, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielhaft illustrieren, herangezogen wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 illustriert die grundlegende Struktur einer dreistufigen Wechselrichtereinheit, bei der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform angewendet wird.
  • 2 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters illustriert.
  • 3 ist eine mittige senkrechte Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 4 illustriert ein Beispiel eines Verdrahtungsmusters der Halbleitervorrichtung.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild der Halbleitervorrichtung illustriert.
  • 6 illustriert die Form der Verwendung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 7 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet wird, illustriert.
  • 8 illustriert ein Beispiel eines Verdrahtungsmusters der Halbleitervorrichtung, die den in 7 dargestellten mittleren Armblock bildet.
  • 9 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet wird, illustriert.
  • 10 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform verwendet wird, illustriert.
  • 11 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Struktur einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung illustriert.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsformen werden nun im Detail mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Vielzahl von Ausführungsformen kann, wenn möglich, kombiniert werden.
  • (Erste Ausführungsform)
  • 1 illustriert die grundlegende Struktur einer dreistufigen Wechselrichtereinheit, bei der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform angewendet wird. 2 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters illustriert.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst eine dreistufige Wechselrichtereinheit, bei der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform angewendet wird, eine Gleichstromquelle 1, einen Umwandlungsabschnitt 2 und einen Filterabschnitt 3.
  • Der Umwandlungsabschnitt 2 umfasst einen Kondensator Ca, einen Kondensator Cb, einen Wechselrichter 4 und einen mittleren Armblock 5. Eine Anschlussklemme des Kondensators Ca ist mit der Anschlussklemme P der positiven Elektrode der Gleichstromquelle 1 verbunden und die andere Anschlussklemme des Kondensators Ca ist mit einer Anschlussklemme des Kondensators Cb verbunden. Ferner ist die andere Anschlussklemme des Kondensators Cb mit der Anschlussklemme N der negativen Elektrode der Gleichstromquelle 1 verbunden. Der Wechselrichter 4 ist parallel mit einem Schaltkreis, der eine Reihenschaltung des Kondensators Ca und des Kondensators Cb umfasst, verbunden. Der Wechselrichter 4 umfasst die Transistoren Q1 und Q2 und die Dioden D01 und D02. Der Transistor Q1 und die Diode D01 sind invers parallel verbunden und bilden den oberen Arm des Wechselrichters 4. Zusätzlich sind der Transistor Q2 und die Diode D02 invers parallel verbunden und bilden den unteren Arm des Wechselrichters 4. Ferner sind der obere Arm und der untere Arm in Serie verbunden, um den Wechselrichter 4 zu bilden. In dem Beispiel der 1 werden n-Kanal MOSFETs als Transistoren Q1 und Q2 verwendet. Ein mittlerer Armblock 5 ist zwischen einem mittleren Potentialpunkt M zwischen den Kondensatoren Ca und Cb und einem mittleren Verbindungspunkt U zwischen den Transistoren Q1 und Q2 angeordnet. Der mittlere Armblock 5 ist ein bidirektionaler Schalter, der von Halbleiterelementen gebildet wird.
  • Der mit dem Umwandlungsabschnitt 2 verbundene Filterabschnitt 3 umfasst eine Spule L und einen Kondensator C. Ein Ende der Spule L ist mit dem mittleren Verbindungspunkt U zwischen den Transistoren Q1 und Q2 verbunden und das andere Ende der Spule L ist mit einer Anschlussklemme des Kondensators C verbunden.
  • Diese dreistufige Wechselrichtereinheit klemmt immer eine an den Transistoren Q1 und Q2 des Wechselrichters 4 angelegte Spannung bei der Hälfte einer Spannung E der Gleichstromquelle 1 ein. Dadurch ist eine Ausgangswellenform des Wechselrichters 4 ein Pulsweitenmodulations-(PWM)Puls, der durch Kombinieren von ±E/2 und ±E mit einem Nullpunkt als Mitte erhalten wird. Daher ist eine durch den dreistufigen Wechselrichter erzeugte Wellenform nah an einer Sinuswelle verglichen mit einer Ausgangswellenform einer gewöhnlichen zweistufigen Wechselrichtereinheit. Ferner erhält der Filterabschnitt 3, der dazu verwendet wird, die Ausgangswellenform zu einer Sinuswelle zu machen, eine geringere Größe. Außerdem ist die Breite der Fluktuationen der Spannung zum Zeitpunkt der Schaltoperation der Transistoren Q1 und Q2 halb so groß wie bei einer zweistufigen Wechselrichtereinheit. Dadurch wird ein Schaltverlust oder ein Schaltrauschen der Transistoren Q1 und Q2 reduziert und die Effizienz der Schaltoperation wird verbessert.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird mit dem mittleren Armblock 5 der oben beschriebenen dreistufigen Wechselrichtereinheit verwendet. Wie in 2 dargestellt umfasst der mittlere Armblock 5 gemäß einer ersten Ausführungsform die Transistoren Q11 und Q12, welche IGBTs sind, und die Dioden D11 und D12.
  • Der Emitter, der Kollektor, der zusätzliche Emitter und das Gatter des Transistors Q11 sind mit einer Anschlussklemme E1, einer Anschlussklemme C1/C2, einer Anschlussklemme E1s beziehungsweise einer Anschlussklemme G1 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D11 sind mit der Anschlussklemme E1 beziehungsweise der Anschlussklemme C1/C2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q11 und die Diode Dl1 invers parallel verbunden sind.
  • Der Emitter, der Kollektor, der zusätzliche Emitter und das Gatter des Transistors Q12 sind mit einer Anschlussklemme E2, einer Anschlussklemme C1/C2, einer Anschlussklemme E2s beziehungsweise einer Anschlussklemme G2 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D12 sind mit der Anschlussklemme E2 beziehungsweise der Anschlussklemme C1/C2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q12 und die Diode D12 invers parallel verbunden sind.
  • Die Anschlussklemmen C1/C2 sind in dem mittleren Armblock 5 elektrisch verbunden. Das bedeutet, dass jeweils der Kollektor des Transistors Q11, der Kollektor des Transistors Q12, die Kathode der Diode D11 und die Kathode der Diode D12 mit den Anschlussklemmen C1/C2 verbunden sind. Die Transistoren Q11 und Q12 sind auf diese Weise in Antiserie verbunden.
  • Die Anschlussklemme E1 des mittleren Armblocks 5 ist mit dem mittleren Potentialpunkt M verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kondensatoren Ca und Cb ist, und die Anschlussklemme E2 des mittleren Armblocks 5 ist mit dem mittleren Verbindungspunkt U verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Transistoren Q1 und Q2 ist. Die Anschlussklemmen C1/C2 sind nicht mit einem äußeren Schaltkreis verbunden und werden verwendet, um die innere Verdrahtung, Eigenschaften von Elementen und dergleichen bei der Produktion zu prüfen.
  • Der Transistor Q11 wird von einem Aus-Zustand (nichtleitend) in einen An-Zustand (leitend) geschaltet, indem eine bestimmte Spannung zwischen der Anschlussklemme G1 und der Anschlussklemme E1s angelegt wird. Der Transistor Q12 wird ebenfalls von einem Aus-Zustand in einen An-Zustand geschaltet, indem eine bestimmte Spannung zwischen der Anschlussklemme G2 und der Anschlussklemme E2s angelegt wird.
  • Wenn beide Transistoren Q11 und Q12 in einem Aus-Zustand sind, ergibt sich ein Aus-Zustand zwischen der Anschlussklemme E1 und der Anschlussklemme E2.
  • Ferner, wenn der Transistor Q11 in einem An-Zustand ist und der Transistor Q12 in einem Aus-Zustand ist, ist ein Schaltkreis, der die Diode D12 und den Transistor Q11 in einer Reihenschaltung umfasst, in einem An-Zustand. Daher durchfließt den mittleren Armblock 5 ein Strom in Richtung von der Anschlussklemme E2 zur Anschlussklemme E1.
  • Außerdem, wenn der Transistor Q11 in einem Aus-Zustand ist und der Transistor Q12 in einem An-Zustand ist, ist ein Schaltkreis, der die Diode D11 und den Transistor Q12 in einer Reihenschaltung umfasst, in einem An-Zustand. Daher durchfließt den mittleren Armblock 5 ein Strom in Richtung von der Anschlussklemme E1 zur Anschlussklemme E2.
  • Wie oben beschrieben hat der mittlere Armblock 5 die oben beschriebene Struktur. Daher durchfließt den mittleren Armblock 5 ein Strom in beiden Richtungen, indem einer der Transistoren Q11 und Q12 in einen An-Zustand versetzt wird und der andere in einen Aus-Zustand. Das heißt, dass der mittlere Armblock 5 die Funktion eines bidirektionalen Schalters erfüllt.
  • Als nächstes wird die konkrete Struktur einer Halbleitervorrichtung zum Verwirklichen des mittleren Armblocks 5 mit der oben beschriebenen Schaltkreisstruktur anhand der 3 bis 6 beschrieben.
  • 3 ist eine mittige senkrechte Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. 4 illustriert ein Beispiel eines Verdrahtungsmusters der Halbleitervorrichtung. 4(A) illustriert ein Verdrahtungsmuster einer Leiterplatte. 4(B) illustriert ein Verdrahtungsmuster einer oberen Oberfläche einer gedruckten Schaltung. 4(C) illustriert ein Verdrahtungsmuster einer unteren Oberfläche einer gedruckten Schaltung. Zum besseren Verständnis illustriert 4(C) ein Verdrahtungsmuster, das sichtbar wird, wenn man die gedruckte Schaltung umdreht (das heißt, das Verdrahtungsmuster bei Ansicht durch die obere Oberfläche). 5 ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild der Halbleitervorrichtung illustriert. 6 illustriert die Form der Verwendung der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Eine Halbleitervorrichtung 10 umfasst ein erstes Schaltelement 14, ein zweites Schaltelement 16, eine erste Diode 15, eine zweite Diode 17, eine erste Leiterplatte 12a, eine zweite Leiterplatte 12b, eine gedruckte Schaltung 18 und leitende Pfosten 19 und 20. Die Halbleitervorrichtung 12 umfasst ferner dritte Leiterplatten 12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i und 12j und äußere Anschlussklemmen 21a, 21b, 22a, 22b, 23, 24 und 25. Im Folgenden können die oben genannten dritten Leiterplatten auch kollektiv als dritte Leiterplatten 12c bis 12j bezeichnet werden.
  • Wie in 3 und 4(A) dargestellt umfasst die Halbleitervorrichtung 10 ein erstes isolierendes Substrat 11A und ein zweites isolierendes Substrat 11B, die nebeneinander in horizontaler Richtung angeordnet sind. Das erste isolierende Substrat 11A und das zweite isolierende Substrat 11B umfassen jeweils eine Keramikplatte, die aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und dergleichen besteht und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, eine Leiterplatte, die auf der oben Oberfläche angeordnet ist und eine Metallplatte, die auf der unteren Oberfläche angeordnet ist.
  • Zusätzlich ist die erste Leiterplatte 12a auf der oberen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats 11A angeordnet und eine Metallplatte 13, die dieselbe Dicke hat ist auf der unteren Oberfläche des ersten isolierenden Substrats 11A angeordnet. Ferner ist die zweite Leiterplatte 12b auf der oberen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats 11B angeordnet und eine Metallplatte 13, die dieselbe Dicke hat ist auf der unteren Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats 11B angeordnet. Außerdem sind die dritten Leiterplatten 12c bis 12j auf den oberen Oberflächen des ersten isolierenden Substrats 11A und des zweiten isolierenden Substrats 11B angeordnet. Die erste Leiterplatte 12a, die zweite Leiterplatte 12b und die dritten Leiterplatten 12c bis 12j sind zum Beispiel aus einer Kupferplatte gemacht, die eine Dicke von mehr als oder gleich 0.5 mm und kleiner als oder gleich 1.5 mm aufweist.
  • Das erste Schaltelement 14 und die erste Diode 15 sind auf der ersten Leiterplatte 12a angeordnet. Ferner sind das zweite Schaltelement 16 und die zweite Diode 17 auf der zweiten Leiterplatte 12b angeordnet. Das erste Schaltelement 14 und die erste Diode 15 entsprechen jeweils dem Transistor Q11 und der Diode D11 aus 2. Außerdem entsprechen das erste Schaltelement 16 und die erste Diode 17 jeweils dem Transistor Q12 und der Diode D12 aus 2. Ferner sind das erste Schaltelement 14, die erste Diode 15, das zweite Schaltelement 16 und die zweite Diode 17 separat über den beiden isolierenden Substraten angeordnet. Falls die beiden isolierenden Substrate einstückig hergestellt sind bewirken thermische Spannungen eine signifikante Verformung der isolierenden Substrate. Im Ergebnis können das isolierende Substrat oder Harz brechen oder eine Leiterplatte oder Harz können sich von dem isolierenden Substrat ablösen. Andererseits werden in dieser Ausführungsform die beiden isolierenden Substrate verwendet. Dies verbessert die Zuverlässigkeit.
  • Die gedruckte Schaltung 18 ist über und gegenüberliegend der ersten Leiterplatte 12a und der zweiten Leiterplatte 12b in einem bestimmten Abstand von ihnen angeordnet. Eine Metallschicht mit einem in 4(B) dargestellten Verdrahtungsmuster wird auf der oberen Oberfläche der gedruckten Schaltung 18 gebildet und eine Metallschicht mit einem in 4(C) dargestellten Verdrahtungsmuster wird auf der unteren Oberfläche der gedruckten Schaltung 18 gebildet.
  • Eine bestimmte Metallschicht der gedruckten Schaltung 18 und die erste Leiterplatte 12a, die zweite Leiterplatte 12b oder die dritten Leiterplatten 12c bis 12j sind elektrisch über einen zylindrischen leitenden Pfosten 19 verbunden. Außerdem sind eine bestimmte Metallschicht der gedruckten Schaltung 18 und das erste Schaltelement 14, die erste Diode 15, das zweite Schaltelement 16 oder die zweite Diode 16 elektrisch über einen zylindrischen leitenden Pfosten 20 verbunden. Zusätzlich sind die äußeren Anschlussklemmen 21a, 21b, 22a, 22b, 23, 24 und 25 elektrisch und mechanisch mit der ersten Leiterplatte 12a und den dritten Leiterplatten 12c bis 12j verbunden. Die Komponenten sind unter Verwendung eines leitenden Verbindungsmaterials, wie zum Beispiel Lot oder einem gesinterten Metallmaterial, verbunden.
  • Die erste Leiterplatte 12a, die zweite Leiterplatte 12b, das erste Schaltelement 14, die erste Diode 15, das zweite Schaltelement 16, die zweite Diode 17, die leitenden Pfosten 19 und 20 und die gedruckte Schaltung 18 sind mit einem Harz, wie zum Beispiel einem wärmehärtenden Epoxidharz, bedeckt. Im Ergebnis wird die in 5 dargestellt Halbleitervorrichtung 10 gebildet. Durch Verwenden des Harzes 40 hat die Halbleitervorrichtung 10 fast eine quaderförmige Form. Die Positionen der äußeren Anschlussklemmen 21a und 21b sind bezüglich einer Mittellinie, die sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, symmetrisch angeordnet. Gleichermaßen sind die Positionen der äußeren Anschlussklemmen 22a und 21b bezüglich der Mittellinie, die sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, symmetrisch angeordnet. Die Positionen der äußeren Anschlussklemmen 23 sind bezüglich der Mittellinie, die sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, symmetrisch angeordnet. Die Positionen der äußeren Anschlussklemmen 24 sind bezüglich der Mittellinie, die sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, symmetrisch angeordnet. Die Positionen der äußeren Anschlussklemmen 25 sind bezüglich der Mittellinie, die sich in der longitudinalen Richtung erstreckt, symmetrisch angeordnet.
  • Der elektrische Anschluss der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung 10 wird nun unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • Wie in 4(A) dargestellt, sind das erste isolierende Substrat 11A und das zweite isolierende Substrat 11B nebeneinander in der longitudinalen Richtung der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet.
  • Die erste Leiterplatte 12a und die dritten Leiterplatten 12c, 12d, 12e und 12f sind auf der oberen Oberfläche des ersten isolierenden Substrats 11A angeordnet. Das erste Schaltelement 14 und die erste Diode 15 sind auf der ersten Leiterplatte 12a angeordnet und die beiden äußeren Anschlussklemmen 23 sind mit der ersten Leiterplatte 12a verbunden. Die äußeren Anschlussklemmen 21a, 21b, 22a und 22b sind mit den dritten Leiterplatten 12c, 12d, 12e beziehungsweise 12f verbunden.
  • Die zweite Leiterplatte 12b und die dritten Leiterplatten 12g, 12h, 12i und 12f sind auf der oberen Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats 11B angeordnet. Das zweite Schaltelement 16 und die zweite Diode 17 sind auf der zweiten Leiterplatte 12b angeordnet. Die beiden äußeren Anschlussklemmen 24 sind mit den dritten Leiterplatten 12g beziehungsweise 12h verbunden. Die beiden äußeren Anschlussklemmen 25 sind mit den dritten Leiterplatten 12i beziehungsweise 12f verbunden.
  • Die Form jeweils der ersten Leiterplatte 12a und der zweiten Leiterplatte 12b ist symmetrisch bezüglich einer Mittellinie 41, die sich in einer Richtung erstreckt, in der das erste isolierende Substrat 11A und das zweite isolierende Substrat 11B nebeneinander angeordnet sind. Außerdem sind die Positionen der dritten Leiterplatten 12c und 12d symmetrisch bezüglich zur Mittellinie 41 angeordnet. Gleichermaßen sind die Positionen der dritten Leiterplatten 12e und 12f symmetrisch bezüglich zur Mittellinie 41 angeordnet. Die Positionen der dritten Leiterplatten 12g und 12h sind symmetrisch bezüglich zur Mittellinie 41 angeordnet. Die Positionen der dritten Leiterplatten 12i und 12j sind symmetrisch bezüglich zur Mittellinie 41 angeordnet. Ferner sind das Schaltelement 14, die erste Diode 15, das zweite Schaltelement 16 und die zweite Diode 17 auf der oben genannten Mittellinie 41 angeordnet.
  • Das erste Schaltelement 14 und das zweite Schaltelement 16, die IGBTs sind, haben jeweils eine Emitterelektrode und eine Gatterelektrode an ihrer Vorderseite und eine Kollektorelektrode an ihrer Rückseite. Ferner ist die Kollektorelektrode des ersten Schaltelements 14 elektrisch und mechanisch mit der ersten Leiterplatte 12a verbunden und die Kollektorelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist elektrisch und mechanisch mit der zweiten Leiterplatte 12b verbunden.
  • Darüber hinaus haben die erste Diode 15 und die zweite Diode 17 jeweils eine Anodenelektrode an ihrer Vorderseite und eine Kathodenelektrode an ihrer Rückseite. Außerdem ist die Kathodenelektrode der ersten Diode 15 elektrisch und mechanisch mit der zweiten Leiterplatte 12b verbunden.
  • Die erste Leiterplatte 12a, die zweite Leiterplatte 12b und die dritten Leiterplatten 12c bis 12j haben eine Vielzahl von Verbindungspunkten 12k, an denen sie mit der gedruckten Schaltung 18 über die leitenden Pfosten 19 verbunden sind.
  • Wie in 4(B) dargestellt, sind die Metallschichten 18a, 18b, 18c, 18d, 18e und 18f auf der oberen Oberfläche der gedruckten Schaltung 18 angeordnet. Die Metallschichten 18a, 18b und 18c sind Metallschichten für einen Hauptschaltkreis. Die Metallschichten 18d und 18e sind Metallschichten für einen Gatterschaltkreis. Die Metallschicht 18f ist eine Metallschicht für eine Verbindung mit einer Anschlussklemme.
  • Wie in 4(C) dargestellt, sind die Metallschichten 18g, 18h, 18i, 18j, 18k und 181 auf der unteren Oberfläche der gedruckten Schaltung 18 angeordnet. Die Metallschichten 18g, 18h und 18i sind Metallschichten für den Hauptschaltkreis. Die Metallschicht 18j ist eine Metallschicht für eine Verbindung mit einer Anschlussklemme. Die Metallschichten 18k und 181 sind Metallschichten für einen zusätzlichen Emitter und sind elektrisch mit den Metallschichten 18g beziehungsweise 18i verbunden.
  • Eine Vielzahl von Durchgangslöchern 18m ist in der gedruckten Schaltung 18 angeordnet. Die Positionen der Vielzahl von Durchgangslöchern 18m entsprechen den Positionen der Vielzahl von Verbindungspunkten 12k, der Elektroden des ersten Schaltelements 14, der Elektrode der ersten Diode 15, der Elektroden des zweiten Schaltelements 16 und der Elektrode der zweiten Diode 17. Außerdem sind Durchgangslöcher 18n, deren Positionen den Positionen entsprechen, an denen die äußeren Anschlussklemmen 21a, 21b, 22a, 22b, 23, 24 und 25 angeschlossen sind, in der gedruckten Schaltung angeordnet.
  • Die Kollektorelektrode des ersten Schaltelements 14 ist über die erste Leiterplatte 12a mit den äußeren Anschlussklemmen 23 (Anschlussklemmen C1/C2) verbunden. Die Emitterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit den Metallschichten 18a und 18g der gedruckten Schaltung 18 verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12g (oder die dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 24 (Anschlussklemme E1) verbunden. Die Gatterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18d verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12c mit der äußeren Anschlussklemme 21a (Anschlussklemme G1) verbunden. Eine zusätzliche Emitterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18g verbunden und dann über die Metallschicht 18k, den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12e mit der äußeren Anschlussklemme 22a (Anschlussklemme E1s) verbunden.
  • Die Kathodenelektrode der ersten Diode 15 ist über die erste Leiterplatte 12a mit den äußeren Anschlussklemmen 23 (Anschlussklemmen C1/C2) verbunden. Die Anodenelektrode der ersten Diode 15 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit den Metallschichten 18a und 18g verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12g (oder die dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 24 (Anschlussklemme E1) verbunden.
  • Die Kollektorelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über die zweite Leiterplatte 12b und den leitenden Pfosten 19 mit den Metallschichten 18b und 18h verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die erste Leiterplatte 12a mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemmen C1/C2) verbunden. Das bedeutet, dass die Metallschichten 18b und 18h als eine Brücke fungieren, die getrennt voneinander einen Strompfad des Kollektors zwischen dem ersten isolierenden Substrat 11A und dem zweiten isolierenden Substrat 11B bilden. Die Emitterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit den Metallschichten 18c und 18i verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12i (oder die dritte Leiterplatte 12j) mit der äußeren Anschlussklemme 25 (Anschlussklemme E2) verbunden. Die Gatterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18e verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12d mit der äußeren Anschlussklemme 21b (Anschlussklemme G2) verbunden. Die zusätzliche Emitterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18i verbunden und dann über die Metallschicht 181, den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12f mit der äußeren Anschlussklemme 22b (Anschlussklemme E2s) verbunden.
  • Die Kathodenelektrode der zweiten Diode 17 ist zuerst über die zweite Leiterplatte 12b und den leitenden Pfosten 19 mit den Metallschichten 18b und 18h verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die erste Leiterplatte 12a mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemmen C1/C2) verbunden. Die Anodenelektrode der zweiten Diode 17 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit den Metallschichten 18c und 18i verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12i (oder die dritte Leiterplatte 12j) mit der äußeren Anschlussklemme 25 (Anschlussklemme E2) verbunden.
  • Verdrahtung innerhalb der Halbleitervorrichtung 10 mit der obigen Struktur wird durch die gedruckte Schaltung 18 und die leitenden Pfosten 19 und 20 gebildet. Im Ergebnis sind die Strompfade breit und kurz im Vergleich mit Bonddrähten, wie sie in der konventionellen Halbleitervorrichtung 100 verwendet werden. Daher wird die Induktivität der Verdrahtung deutlich reduziert. Das bedeutet, dass eine Halbleitervorrichtung, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, realisiert wird.
  • Außerdem kann eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 10 auf einfache Weise parallel zueinander verbunden werden, um die Stromkapazität des mittleren Armblocks 5 zu erhöhen. 6(A) illustriert ein Beispiel des mittleren Armblocks 5, dessen Stromkapazität durch Anordnen zweier Halbleitervorrichtungen 10 nebeneinander und Verbinden der beiden parallel zueinander durch Verwenden der Sammelschienen 26, 27 und 28 erhöht ist. Bei der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform sind die beiden äußeren Anschlussklemmen 23 nebeneinander in der seitlichen Richtung der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet. In ähnlicher Weise sind die beiden äußeren Anschlussklemmen 24 nebeneinander in der seitlichen Richtung der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet und die beiden äußeren Anschlussklemmen 25 sind nebeneinander in der seitlichen Richtung der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet. Im Ergebnis sind die äußeren Anschlussklemmen 23 gerade angeordnet, selbst wenn eine Vielzahl von Halbleitervorrichtungen 10 parallel miteinander verbunden ist. In ähnlicher Weise sind die äußeren Anschlussklemmen 24 und die äußeren Anschlussklemmen 25 gerade angeordnet. Daher bietet jede der Sammelschienen 26, 27 und 28 die kürzeste gerade Verdrahtung. Dies verringert nicht nur die Induktivität der Verdrahtung innerhalb der Halbleitervorrichtung 10 sondern auch die Induktivität der Verdrahtung außerhalb der Halbleitervorrichtung 10. Im Ergebnis wird eine Halbleitervorrichtung, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, realisiert.
  • Außerdem, in dem Beispiel der 6(B), sind der Wechselrichter 4 und der in 2 dargestellte mittlere Armblock 5 in Gehäusen mit identischer Form untergebracht und eine Halbleitervorrichtung 4a des Wechselrichters 4 und die Halbleitervorrichtung 10 des mittleren Armblocks 5 sind vereint. Es wird angenommen, dass bei der Halbleitervorrichtung 4a des Wechselrichters 4 äußere Anschlussklemmen nach der Reihenfolge der Gatteranschlussklemmen und zusätzlicher Quellenanschlussklemmen der Transistoren Q1 und Q2, der positiven Elektrodenanschlussklemmen P, der negativen Elektrodenanschlussklemmen N und der mittleren Verbindungspunkte U von unten in 6(B) angeordnet sind Die Halbleitervorrichtung 4a des Wechselrichters 4 und die Halbleitervorrichtung 10 des mittlere Armblocks 5 sind nebeneinander in ihrer seitlichen Richtung angeordnet und durch eine Sammelschiene 29 und eine laminierte Sammelschiene 30 verbunden.
  • Die Sammelschiene 29 verbindet die äußeren Anschlussklemmen 25 (Anschlussklemmen E2) der Halbleitervorrichtung 10 und die mittleren Verbindungspunkte U der Halbleitervorrichtung 4a am kürzesten Abstand. Die laminierte Sammelschiene 30 wird durch Laminieren von vier Metallleitern und isolierender Folien gebildet. Die laminierte Sammelschiene 30 umfasst eine Sammelschiene 30a, die mit den Anschlussklemmen C1/C2 verbunden ist, eine Sammelschiene 30b, die mit den positiven Elektrodenanschlussklemmen P verbunden ist, eine Sammelschiene 30c, die mit den mittleren Potentialpunkten M verbunden ist und eine Sammelschiene 30d, die mit den negativen Elektrodenanschlussklemmen N verbunden ist. Die Sammelschiene 30a ist mit den äußeren Anschlussklemmen 23 der Halbleitervorrichtung 10 verbunden. Die Sammelschiene 30b ist mit den positiven Elektrodenanschlussklemmen P der Halbleitervorrichtung 4a verbunden. Die Sammelschiene 30c ist mit den äußeren Anschlussklemmen 24 der Halbleitervorrichtung 10 verbunden. Die Sammelschiene 30d ist mit den negativen Elektrodenanschlussklemmen N der Halbleitervorrichtung 4a verbunden.
  • Die Halbleitervorrichtung 4a des Wechselrichters 4 und die Halbleitervorrichtung 10 des mittlere Armblocks 5 sind auf diese Weise am kürzesten Abstand durch die Sammelschiene 29 und die laminierte Sammelschiene 30 verbunden. Dies verringert nicht nur die Induktivität der Verdrahtung innerhalb der Halbleitervorrichtung 4a und der Halbleitervorrichtung 10 sondern auch die Induktivität der Verdrahtung außerhalb der Halbleitervorrichtung 4a und der Halbleitervorrichtung 10. Außerdem, da die laminierte Sammelschiene 30, die viele Schichten umfasst, verwendet wird, ist die gegenseitige Induktivität der äußeren Verdrahtung zwischen der Halbleitervorrichtung 4a und der Halbleitervorrichtung 10 ebenfalls verringert. Im Ergebnis wird dreistufige Wechselrichtereinheit, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, bereitgestellt.
  • In der Ausführungsform wird das Beispiel, in dem ein erstes Schaltelement 14, eine erste Diode 15, ein zweites Schaltelement 16 und eine zweite Diode 17 verwendet werden, genommen. Jedoch können in Abhängigkeit der Größenordnung der benötigten Stromkapazität auch eine Vielzahl erster Schaltelemente 14, eine Vielzahl erster Dioden 15, eine Vielzahl zweiter Schaltelemente 16 und eine Vielzahl zweiter Dioden 17 parallel miteinander verbunden werden.
  • Ferner können das erste Schaltelement 14, die erste Diode 15, das zweite Schaltelement 16 und die zweite Diode 17 aus einem Siliziumhalbleiter oder einem Halbleiter mit breitem Bandabstand, wie zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder Diamant, gefertigt sein.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 7 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet wird, illustriert. 8 illustriert ein Beispiel eines Verdrahtungsmusters der Halbleitervorrichtung, die den in 7 dargestellten mittleren Armblock bildet. 8(A) illustriert ein Verdrahtungsmuster einer Leiterplatte, 8(B) illustriert ein Verdrahtungsmuster auf einer oberen Oberfläche einer gedruckten Schaltung und 8(C) illustriert ein Verdrahtungsmuster auf einer unteren Oberfläche der gedruckten Schaltung. Zum besseren Verständnis illustriert 8(C) ein Verdrahtungsmuster, das sichtbar wird, wenn man die gedruckte Schaltung umdreht (das heißt, das Verdrahtungsmuster bei Ansicht durch die obere Oberfläche).
  • Die Komponenten der zweiten Ausführungsform, welche identisch oder äquivalent sind wie jene der ersten Ausführungsform, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und es wird keine detaillierte Beschreibung derselben gegeben.
  • Die Komponenten, welche in einem mittleren Armblock 5a verwendet werden, der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist, sind identisch mit jenen des mittleren Armblocks 5, der eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist. Der mittlere Armblock 5a unterscheidet sich jedoch von dem mittleren Armblock 5 hinsichtlich der Struktur des Schaltkreises. Das heißt, dass die Kollektoren der Transistoren Q11 und Q12 in dem mittleren Armblock 5, der eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ist, verbunden sind. Andererseits sind die Emitter der Transistoren Q11 und Q12 in dem mittleren Armblock 5a, der eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist, verbunden. Details werden nun beschrieben.
  • Der Emitter, der Kollektor, der zusätzliche Emitter und das Gatter des Transistors Q11 sind mit einer Anschlussklemme E1/E2, einer Anschlussklemme C1/C2, einer Anschlussklemme E1s beziehungsweise einer Anschlussklemme G1 verbunden. Die Anode und die Kathode einer Diode D11 sind mit der Anschlussklemme E1/E2 beziehungsweise der Anschlussklemme C1 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q11 und die Diode D11 invers parallel verbunden sind.
  • Der Emitter, der Kollektor, der zusätzliche Emitter und das Gatter des Transistors Q12 sind mit einer Anschlussklemme E1/E2, einer Anschlussklemme C2, einer Anschlussklemme E2s beziehungsweise einer Anschlussklemme G2 verbunden. Die Anode und die Kathode einer Diode D12 sind mit der Anschlussklemme E1/E2 beziehungsweise der Anschlussklemme C2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q12 und die Diode D12 invers parallel verbunden sind.
  • Die Anschlussklemmen E1/E2 sind in dem mittleren Armblock 5a elektrisch verbunden. Das bedeutet, dass jeweils der Emitter des Transistors Q11, der Emitter des Transistors Q12, die Anode der Diode D11 und die Anode der Diode D12 sind mit der Anschlussklemme E1/E2 verbunden. Die Transistoren Q11 und Q12 sind auf diese Weise in Antiserie verbunden.
  • Die Anschlussklemme C1 des mittleren Armblocks 5a ist mit einem mittleren Potentialpunkt M verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kondensatoren Ca und Cb ist, und die Anschlussklemme C2 des mittleren Armblocks 5a ist mit einem mittleren Verbindungspunkt U verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Transistoren Q1 und Q2 ist.
  • Durch die Ausführung gemäß der oben beschriebenen Struktur durchfließt den mittleren Armblock 5a ein Strom in beiden Richtungen, indem einer der Transistoren Q11 und Q12 in einen An-Zustand versetzt wird und der andere in einen Aus-Zustand. Das heißt, dass der mittlere Armblock 5a die Funktion eines bidirektionalen Schalters erfüllt. Dies ist identisch wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Bei einer Halbleitervorrichtung (nicht dargestellt) des mittleren Armblocks 5a sind die Anschlussklemmen, mit denen die äußeren Anschlussklemmen 23, 24 und 25 verbunden sind, verschieden von den Anschlussklemmen, mit denen die äußeren Anschlussklemmen 23, 24 und 25 in der ersten Ausführungsform verbunden sind. Das bedeutet, dass die äußeren Anschlussklemmen 23 mit den Anschlussklemmen E1/E2 verbunden sind, die den Emittern der Transistoren Q11 und Q12 gemeinsam sind, die äußeren Anschlussklemmen 24 mit der Anschlussklemme C1 des Kollektors des Transistors Q11 verbunden ist und die äußere Anschlussklemmen 25 mit der Anschlussklemme C2 des Kollektors des Transistors Q12 verbunden ist.
  • Die Kollektorelektrode eines ersten Schaltelements 14, das dem Transistor Q11 entspricht, ist zuerst über eine erste Leiterplatte 12a und einen leitenden Pfosten 19 mit Metallschichten 18b und 18h verbunden und dann über einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12i (oder eine dritte Leiterplatte 12j) mit der äußeren Anschlussklemme 24 (Anschlussklemme C1) verbunden. Die Emitterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit Metallschichten 18a und 18g verbunden und dann über einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12g (oder eine dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemme E1/E2) verbunden. Die Gatterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit einer Metallschicht 18d verbunden und dann über einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12c mit einer äußeren Anschlussklemme 21a (Anschlussklemme G1) verbunden. Die zusätzliche Emitterelektrode des ersten Schaltelements 14 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18g verbunden und dann über die Metallschicht 18g, eine Metallschicht 18k, einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12e mit einer äußeren Anschlussklemme 22a (Anschlussklemme E1s) verbunden.
  • Die Anodenelektrode einer ersten Diode 15, die der Diode D11 entspricht, ist zuerst über die erste Leiterplatte 12a und den leitenden Pfosten 19 mit den Metallschichten 18b und 18h verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12i (oder die dritte Leiterplatte 12j) mit der äußeren Anschlussklemme 24 (Anschlussklemme C1) verbunden. Die Anodenelektrode der ersten Diode 15 ist zuerst über den leitenden Pfosten 20 mit den Metallschichten 18a und 18g verbunden und dann über den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12g (oder die dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemme E1/E2) verbunden.
  • Die Kollektorelektrode eines zweiten Schaltelements 16, das dem Transistor Q12 entspricht, ist über eine zweite Leiterplatte 12b mit der äußeren Anschlussklemme 25 (Anschlussklemme C2) verbunden. Die Emitterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit einer Metallschicht 18i verbunden und dann über die Metallschicht 18g, den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12g (oder die dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemme E1/E2) verbunden. Die Gatterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit einer Metallschicht 18e verbunden und dann über einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12d mit einer äußeren Anschlussklemme 21b (Anschlussklemme G2) verbunden. Die zusätzliche Emitterelektrode des zweiten Schaltelements 16 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18i verbunden und dann über eine Metallschicht 181, einen leitenden Pfosten 19 und eine dritte Leiterplatte 12f mit einer äußeren Anschlussklemme 22b (Anschlussklemme E2s) verbunden.
  • Die Kathodenelektrode einer zweiten Diode 17, die der Diode D12 entspricht, ist über die zweite Leiterplatte 12b mit der äußeren Anschlussklemme 25 (Anschlussklemme C2) verbunden. Die Anodenelektrode der zweiten Diode 17 ist zuerst über einen leitenden Pfosten 20 mit der Metallschicht 18i verbunden und dann über die Metallschicht 18g, den leitenden Pfosten 19 und die dritte Leiterplatte 12g (oder die dritte Leiterplatte 12h) mit der äußeren Anschlussklemme 23 (Anschlussklemme E1/E2) verbunden.
  • Verdrahtung innerhalb der Halbleitervorrichtung mit der obigen Struktur wird durch eine gedruckte Schaltung 18 und die leitenden Pfosten 19 und 20 gebildet. Dies ist identisch wie bei der ersten Ausführungsform. Im Ergebnis sind die Strompfade breit und kurz im Vergleich mit Bonddrähten, wie sie in der konventionellen Halbleitervorrichtung 100 verwendet werden. Daher wird die Induktivität der Verdrahtung deutlich reduziert. Das bedeutet, dass eine Halbleitervorrichtung, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit ermöglicht, realisiert wird.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 9 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet wird, illustriert.
  • IGBTs werden als Transistoren in dem mittleren Armblock 5 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. In einem mittleren Armblock 5b, der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ist, werden jedoch Leistungs-MOSFETs als Transistoren verwendet. Das bedeutet, dass der mittlere Armblock 5b Transistoren Q21 und Q22, die Leistungs-MOSFETs sind, und Dioden D21 und D22 umfasst. Dementsprechend werden die Komponenten, welche identisch oder äquivalent sind wie jene der ersten Ausführungsform, in der folgenden Beschreibung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und es wird keine detaillierte Beschreibung derselben gegeben.
  • Die Quelle, der Abfluss, die zusätzliche Quelle und das Gatter des Transistors Q21 sind mit einer Anschlussklemme S1, einer Anschlussklemme D1/D2, einer Anschlussklemme S1s beziehungsweise einer Anschlussklemme G1 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D21 sind mit der Anschlussklemme S1 beziehungsweise der Anschlussklemme D1/D2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q21 und die Diode D21 invers parallel verbunden sind.
  • Die Quelle, der Abfluss, die zusätzliche Quelle und das Gatter des Transistors Q22 sind mit einer Anschlussklemme S2, einer Anschlussklemme D1/D2, einer Anschlussklemme S2s beziehungsweise einer Anschlussklemme G2 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D22 sind mit der Anschlussklemme S2 beziehungsweise der Anschlussklemme C1/C2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q22 und die Diode D22 invers parallel verbunden sind.
  • Die Anschlussklemmen D1/D2 sind in dem mittleren Armblock 5b elektrisch verbunden. Das bedeutet, dass jeweils der Abfluss des Transistors Q21, der Abfluss des Transistors Q22, die Kathode der Diode D21 und die Kathode der Diode D22 mit den Anschlussklemmen D1/D2 verbunden sind. Die Transistoren Q21 und Q22 sind auf diese Weise in Antiserie verbunden.
  • Die Anschlussklemme S1 des mittleren Armblocks 5b ist mit einem mittleren Potentialpunkt M verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kondensatoren Ca und Cb ist, und die Anschlussklemme S2 des mittleren Armblocks 5b ist mit einem mittleren Verbindungspunkt U verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Transistoren Q1 und Q2 ist.
  • Daher fungiert der mittlere Armblock 5b als bidirektionaler Schalter, indem einer der Transistoren Q21 und Q22 in einen An-Zustand versetzt wird und der andere in einen Aus-Zustand.
  • Der mittlere Armblock 5b hat dieselbe Struktur wie der mittlere Armblock 5 gemäß der ersten Ausführungsform. Dementsprechend können dieselbe erste Leiterplatte 12a, zweite Leiterplatte 12b und gedruckte Schaltung 18, die in der ersten Ausführungsform dargestellt sind, verwendet werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 10 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel der Struktur eines dreistufigen Wechselrichters, mit dem eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform verwendet wird, illustriert.
  • IGBTs werden als Transistoren in dem mittleren Armblock 5a gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet. In einem mittleren Armblock 5c, der eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform ist, werden jedoch Leistungs-MOSFETs als Transistoren verwendet. Das bedeutet, dass der mittlere Armblock 5c Transistoren Q21 und Q22, die Leistungs-MOSFETs sind, und Dioden D21 und D22 umfasst. Dementsprechend werden die Komponenten, welche identisch oder äquivalent sind wie jene der zweiten Ausführungsform, in der folgenden Beschreibung mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und es wird keine detaillierte Beschreibung derselben gegeben.
  • Die Quelle, der Abfluss, die zusätzliche Quelle und das Gatter des Transistors Q21 sind mit einer Anschlussklemme S1/S2, einer Anschlussklemme D1, einer Anschlussklemme S1s beziehungsweise einer Anschlussklemme G1 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D21 sind mit der Anschlussklemme S1/S2 beziehungsweise der Anschlussklemme D1 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q21 und die Diode D21 invers parallel verbunden sind.
  • Die Quelle, der Abfluss, die zusätzliche Quelle und das Gatter des Transistors Q22 sind mit einer Anschlussklemme S1/S2, einer Anschlussklemme D2, einer Anschlussklemme S2s beziehungsweise einer Anschlussklemme G2 verbunden. Die Anode und die Kathode der Diode D22 sind mit der Anschlussklemme S1/S2 beziehungsweise der Anschlussklemme D2 verbunden. Dies bedeutet, dass der Transistor Q22 und die Diode D22 invers parallel verbunden sind.
  • Die Anschlussklemmen S1/S2 sind in dem mittleren Armblock 5c elektrisch verbunden. Das bedeutet, dass jeweils die Quelle des Transistors Q21, die Quelle des Transistors Q22, die Anode der Diode D21 und die Anode der Diode D22 mit den Anschlussklemmen S1/S2 verbunden sind. Die Transistoren Q21 und Q22 sind auf diese Weise in Antiserie verbunden.
  • Die Anschlussklemme D1 des mittleren Armblocks 5c ist mit einem mittleren Potentialpunkt M verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Kondensatoren Ca und Cb ist, und die Anschlussklemme D2 des mittleren Armblocks 5c ist mit einem mittleren Verbindungspunkt U verbunden, der ein gemeinsamer Verbindungspunkt der Transistoren Q1 und Q2 ist.
  • Daher fungiert der mittlere Armblock 5c als bidirektionaler Schalter, indem einer der Transistoren Q21 und Q22 in einen An-Zustand versetzt wird und der andere in einen Aus-Zustand.
  • Der mittlere Armblock 5c hat dieselbe Struktur wie der mittlere Armblock 5a gemäß der zweiten Ausführungsform. Dementsprechend können dieselbe erste Leiterplatte 12a, zweite Leiterplatte 12b und gedruckte Schaltung 18, die in der ersten Ausführungsform dargestellt sind, verwendet werden.
  • Das Vorangegangene wird nur für die Grundlagen der vorliegenden Erfindung als veranschaulichend betrachtet. Ferner, da zahlreiche Abwandlungen und Änderungen dem Fachmann ohne Weiteres ersichtlich sind, ist es nicht gewünscht, die Erfindung auf exakt die Ausführungen und Anwendungen, die hier beschrieben wurden, zu beschränken und es können entsprechend jegliche geeignete Abwandlungen oder Entsprechungen als unter den Bereich der Erfindung gemäß der folgenden Ansprüche fallend betrachtet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gleichstromquelle
    2
    Umwandlungsabschnitt
    3
    Filterabschnitt
    4
    Wechselrichter
    5, 5a, 5b, 5c
    mittlerer Armblock
    4a, 10
    Halbleitervorrichtung
    11A
    erstes isolierendes Substrat
    11B
    zweites isolierendes Substrat
    12a
    erste Leiterplatte
    12b
    zweite Leiterplatte
    12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12h, 12i, 12j
    dritte Leiterplatte
    12k
    Verbindungspunkt
    13
    Metallplatte
    14
    erstes Schaltelement
    15
    erste Diode
    16
    zweites Schaltelement
    17
    zweite Diode
    18
    gedruckte Schaltung
    18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f, 18g, 18h, 18i, 18j, 18k, 18l
    Metallschicht
    18m, 18n
    Durchgangsloch
    19, 20
    leitender Pfosten
    21a, 21b, 22a, 22b, 23, 24, 25
    äußere Anschlussklemme
    26, 27, 28, 29
    Sammelschiene
    30
    laminierte Sammelschiene
    30a, 30b, 30c, 30d
    Sammelschiene
    40
    Harz

Claims (12)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement; eine erste Diode und eine zweite Diode; eine erste Leiterplatte, auf der das erste Schaltelement und die erste Diode angeordnet sind; eine zweite Leiterplatte, auf der das zweite Schaltelement und die zweite Diode angeordnet sind; eine gedruckte Schaltung, die gegenüberliegend der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte angeordnet ist und Metallschichten umfasst; und eine Vielzahl leitender Pfosten, die das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, die erste Diode, die zweite Diode, die erste Leiterplatte oder die zweite Leiterplatte und die Metallschichten der gedruckten Schaltung elektrisch miteinander verbinden, wobei ein bidirektionaler Schalter ausgebildet wird durch invers paralleles Verbinden des ersten Schaltelements und der ersten Diode; invers paralleles Verbinden des zweiten Schaltelements und der zweiten Diode; Verbinden des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements in Antiserie über die Vielzahl leitender Pfosten und die Metallschichten.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Vielzahl äußerer Anschlussklemmen; und eine Vielzahl dritter Leiterplatten, mit denen eine oder mehrere der Vielzahl äußerer Anschlussklemmen und eine oder mehrere der Vielzahl leitender Pfosten verbunden sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei: eine Form jeweils der ersten Leiterplatte und der zweiten Leiterplatte symmetrisch sind bezüglich einer Mittellinie, die sich in einer Richtung erstreckt, in der die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte nebeneinander angeordnet sind; die Vielzahl dritter Leiterplatten an Positionen angeordnet ist, die symmetrisch bezüglich zur Mittellinie sind; und die Vielzahl äußerer Anschlussklemmen, die dasselbe Potential haben wie das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, die erste Diode oder die zweite Diode mit der Vielzahl dritter Leiterplatten verbunden ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement IGBTs sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Kollektor des IGBT, der auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, und ein Kollektor des IGBT, der auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, elektrisch verbunden sind.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Emitter des IGBT, der auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, und ein Emitter des IGBT, der auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, elektrisch verbunden sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement Leistungs-MOSFETs sind.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Abfluss des Leistungs-MOSFET, der auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, und ein Abfluss des Leistungs-MOSFET, der auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, elektrisch verbunden sind.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei eine Quelle des Leistungs-MOSFET, der auf der ersten Leiterplatte angeordnet ist, und ein Quelle des Leistungs-MOSFET, der auf der zweiten Leiterplatte angeordnet ist, elektrisch verbunden sind.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die erste Leiterplatte in einem ersten isolierenden Substrat enthalten ist; und die zweite Leiterplatte in einem zweiten isolierenden Substrat enthalten ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei: eine Metallplatte auf einer Oberfläche des ersten isolierenden Substrats, die einer Oberfläche gegenüberliegt, in der die erste Leiterplatte enthalten ist; und eine Metallplatte auf einer Oberfläche des zweiten isolierenden Substrats enthalten ist, die einer Oberfläche gegenüberliegt, in der die zweite Leiterplatte enthalten ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei: die erste Leiterplatte, die zweite Leiterplatte, das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, die erste Diode, die zweite Diode, die Vielzahl leitender Pfosten und der gedruckte Schaltkreis von einem quaderförmigen Harz bedeckt sind; und die Vielzahl äußerer Anschlussklemmen in derselben Richtung aus dem quaderförmigen Harz ragen und in einer longitudinalen Richtung des quaderförmigen Harzes angeordnet sind.
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