DE112015002001T5 - Halbleitermodul - Google Patents

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Abstract

Ein Halbleitermodul umfasst obere Arme (51, 53, 55) und untere Arme (52, 54, 56) für drei Phasen, Wärmesenken (11, 12), eine hauptstromkreisseitige Stromschiene, eine ausgangsanschlussseitige Stromschiene, einen Steueranschluss (14) und einen Harzgussformabschnitt (18). Die ausgangsanschlussseitige Stromschiene umfasst U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten (133–135), welche über eine Isolierungsschicht (130) entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, und U- bis W-Anschlüsse (13c–13e), welche jede von der U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten und eine Last elektrisch verbinden. Eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten ist eingestellt, eine gerade Zahl zu sein.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist auf der am 25. April 2014 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-91148 basiert, deren Inhalt durch Bezugnahme Bestandteil hiervon ist.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul, welches ein Halbleiterschaltelement beinhaltet.
  • STAND DER TECHNIK
  • Patentliteratur 1 schlägt einen Aufbau vor, welcher einen Einfluss von Rauschen in einem Leistungs-Stromrichter, der ein Halbleitermodul beinhaltet, reduzieren kann. Der Leistungs-Stromrichter hat einen Aufbau, welcher Eingangs- und Ausgangsanschlüsse und einen Kontaktanschluss, die von dem Halbleitermodul herausgezogen sind, in den kürzesten Abständen mit einem Steuersubstrat verbindet. Dementsprechend sind eine Induktivität eines Hauptstromkreises, die die Eingangs- und die Ausgangsanschlüsse passiert (Hauptstromkreisinduktivität), und eine Steueranschlusspfadinduktivität, die den Steueranschluss passiert, reduziert, und der Einfluss von Rauschen ist reduziert.
  • Jedoch werden bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Halbleitermodul ein Abstand zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen und ein Abstand zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen und dem Steueranschluss nicht berücksichtigt, obgleich der Abstand zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen und dem Steuersubstrat und der Abstand zwischen dem Steueranschluss und dem Steuersubstrat eingestellt sind, die kürzesten zu sein. Wenn zum Beispiel ein Abstand zwischen einem positiven Elektrodenanschluss und einem negativen Elektrodenanschluss, die ein Hauptanschluss werden, welcher einem Eingangsanschluss zum Durchführen einer Stromeingabe bei den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen entspricht, nimmt die Hauptstromkreisinduktivität zu. Wenn außerdem ein Abstand zwischen dem Hauptanschluss und einem Wechselstromeingangsanschluss zum Verbinden mit einer Last wie beispielsweise einem Motor, welcher dem Ausgangsanschluss bei den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen entspricht, lang ist, wird dieser Pfad eine Rauschquelle. Wegen der oben beschriebenen Faktoren ist eine Reduktion einer Induktivität eines langen Strompfads zum Bereitstellen von Energie an die Last ungenügend, und ein mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb assoziierter plötzlicher Anstieg kann nicht beschränkt werden. Wenn außerdem zum Beispiel Abstände zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen und dem Steueranschluss kurz sind, kann ein plötzlicher Anstieg eine Fehlfunktion zum Beispiel ein Einschalten und Ausschalten eines Halbleiterschaltelements durch einen Fehler verursachen (nachstehend als ein fehlerhaftes Ein und ein fehlerhaftes Aus bezeichnet).
  • STAND-DER-TECHNIK-LITERATUR
  • PATENTLITERATUR
    • Patentliteratur 1: JP 2012-157161 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleitermodul bereitzustellen, welches eine Induktivität reduzieren kann, um einen mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb assoziierten plötzlichen Anstieg zu begrenzen und eine Fehlfunktion eines Halbleiterschaltelements zu begrenzen.
  • Ein Halbleitermodul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet obere Arme und untere Arme für drei Phasen, Wärmesenken, eine hauptstromkreisseitige Stromschiene, eine ausgangsanschlussseitige Stromschiene, einen Steueranschluss und einen Harzgussformabschnitt. Jeder der oberen Arme und der unteren Arme umfasst einen Halbleiterchip, in welchem ein Halbleiterschaltelement ausgebildet ist, und der Halbleiterchip hat eine Stirnfläche und eine Rückfläche. Die Wärmesenken sind jeweils an der Stirnfläche und der Rückfläche des Halbleiterchips in jedem der oberen Arme und der unteren Arme angeordnet.
  • Die hauptstromkreisseitige Stromschiene bildet einen Hauptstromkreis, welcher eine Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht, einen Positive-Elektrode-Anschluss, eine Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht und einen Negative-Elektrode-Anschluss umfasst. Die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht ist mit Positive-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den oberen Armen verbunden. Der Positive-Elektrode-Anschluss verbindet die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht und eine Positive-Elektrode-Seite einer externen Energiequelle elektrisch. Die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht ist über eine Isolierungsschicht entgegengesetzt zu der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht angeordnet und ist mit Negative-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den unteren Armen verbunden. Der Negative-Elektrode-Anschluss ist elektrisch mit der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht verbunden.
  • Die ausgangsanschlussseitige Stromschiene umfasst eine Ausgangsverdrahtungsschicht und einen Ausgangsanschluss. Die Ausgangsverdrahtungsschicht ist mit Negative-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den oberen Armen und Positive-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den unteren Armen verbunden, um mit mittleren Potenzialpunkten der oberen Arme und der unteren Arme verbunden zu sein. Der Ausgangsanschluss verbindet die Ausgangsverdrahtungsschicht und eine Last elektrisch.
  • Der Steueranschluss wird eine Signalleitung der Halbleiterschaltelemente. Der Harzgussformabschnitt bedeckt die oberen Arme und die unteren Arme, während er eine Oberfläche von jeder der Wärmesenken, einen zu dem Positive-Elektrode-Anschluss und dem Negative-Elektrode-Anschluss benachbarten Endabschnitt der hauptstromkreisseitigen Stromschiene, einen zu dem Ausgangsanschluss benachbarten Endabschnitt der ausgangsanschlussseitigen Stromschiene und einen Endabschnitt des Steueranschlusses freilegt.
  • Die Ausgangsverdrahtungsschicht beinhaltet eine U-Phasen-Verdrahtungsschicht, eine V-Phasen-Verdrahtungsschicht und eine W-Phasen-Verdrahtungsschicht, welche mit dem mittleren Potenzialpunkt des oberen Arms und des unteren Arms in jeder der drei Phasen verbunden sind. Die U-Phasen-Verdrahtungsschicht, die V-Phasen-Verdrahtungsschicht und die W-Phasen-Verdrahtungsschicht sind über eine Isolierungsschicht entgegengesetzt zueinander angeordnet. Der Ausgangsanschluss beinhaltet einen U-Anschluss, einen V-Anschluss und einen W-Anschluss, welche elektrisch jede von der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht und die Last verbinden. Eine Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht ist eingestellt, eine gerade Zahl zu sein.
  • Auf diese Weise ist in dem Halbleitermodul die Übereinander-angeordnete-Schichten-Anzahl der U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten eingestellt, eine gerade Anzahl zu sein. Dementsprechend kann eine Induktivität des Halbleitermoduls reduziert werden, ein mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb assoziierter plötzlicher Anstieg kann reduziert werden und eine Fehlfunktion der Halbleiterschaltelemente kann begrenzt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher werden, welche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gemacht ist. In den Zeichnungen ist:
  • 1 ein Stromkreisdiagramm eines Drei-Phasen-Inverterstromkreises, welcher in einem Halbleitermodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Halbleitermoduls;
  • 3 eine perspektivische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, bei welchem beide Oberflächen des Halbleitermoduls durch Kühlvorrichtungen eingepfercht sind;
  • 4 eine perspektivische Explosionsansicht von Komponenten des Halbleitermoduls;
  • 5 ein Bestückungsplan des Halbleitermoduls von oben;
  • 6 eine perspektivische Ansicht einer Mehrschichtverdrahtungsstromschiene;
  • 7A eine in einer Pfeilrichtung von VIIA-VIIA in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7B eine in einer Pfeilrichtung von VIIB-VIIB in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7C eine in einer Pfeilrichtung von VIIC-VIIC in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7D eine in einer Pfeilrichtung von VIID-VIID in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7E eine in einer Pfeilrichtung von VIIE-VIIE in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7F eine in einer Pfeilrichtung von VIIF-VIIF in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7G eine in einer Pfeilrichtung von VIIG-VIIG in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7H eine in einer Pfeilrichtung von VIIH-VIIH in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7I eine in einer Pfeilrichtung von VIII-VIII in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7J eine in einer Pfeilrichtung von VIIJ-VIIJ in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 7K eine in einer Pfeilrichtung von VIIK-VIIK in 6 gesehene Querschnittsansicht;
  • 8 ein von VIII-VIII in 2 gesehene Querschnittsansicht;
  • 9A eine Querschnittsansicht, welche einen Fluss von elektrischen Strömen an einer Position zeigt, wo eine Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht und eine Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht übereinander angeordnet sind, wenn das Halbleitermodul verwendet wird;
  • 9B eine Querschnittsansicht, welche einen Fluss von elektrischen Strömen an einer Position zeigt, wo U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten in einen übereinander angeordneten Aufbau geformt sind, wenn das Halbleitermodul verwendet wird;
  • 10 ein Stromkreisdiagramm, welches einen Betrieb des Drei-Phasen-Inverterstromkreises zeigt;
  • 11 ein Schwingungsverlaufsdiagramm von elektrischen Strömen Iu, Iv, Iw, welche zu jeweiligen Phasen des Drei-Phasen-Inverterstromkreises fließen;
  • 12 eine perspektivische Ansicht eines übereinander angeordneten Aufbaus von leitfähigen Schichten, die als ein Probekörper verwendet werden;
  • 13 eine Grafik, welche ein Ergebnis eines Untersuchens einer Änderung einer Induktivität in Bezug auf eine Änderung einer Größe von jedem Abschnitt eines übereinander angeordneten Aufbaus der leitfähigen Schichten zeigt;
  • 14A eine Querschnittsansicht eines übereinander angeordneten Aufbaus von U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten, welche als ein Probekörper verwendet werden;
  • 14B eine Querschnittsansicht eines übereinander angeordneten Aufbaus von U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten, welche als ein Probekörper verwendet werden;
  • 14C eine Querschnittsansicht eines übereinander angeordneten Aufbaukörpers von U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten, welche als ein Probekörper verwendet werden;
  • 15A eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens von Induktivitäten zu einem Zeitpunkt (6) in 11 unter Verwendung der in 14A bis 14C gezeigten Probekörper zeigt;
  • 15B eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens von Induktivitäten zu einem Zeitpunkt (2) in 11 unter Verwendung der in 14A bis 14C gezeigten Probekörper zeigt;
  • 15C eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens von Induktivitäten zu einem Zeitpunkt (4) in 11 unter Verwendung der in 14A bis 14C gezeigten Probekörper zeigt;
  • 16A ein Stromkreisdiagramm, welches einen Zustand eines Reihenarmkurzschlusses zeigt;
  • 16B ein Stromkreisdiagramm, welches einen Zustand eines Ausgangskurzschlusses zeigt;
  • 17A eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens von Selbstinduktivitäten L1, L2 in Bezug auf einen Abstand Ls1 zeigt;
  • 17B eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens einer gegenseitigen Induktivität M12 in Bezug auf den Abstand Ls1 zeigt;
  • 18 eine perspektivische Ansicht eines Probekörpers, der für die Untersuchung in 17A und 17B verwendet wird;
  • 19A eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens von Selbstinduktivitäten L1, L2 in Bezug auf einen Abstand Ls2 zeigt;
  • 19B eine Grafik, welche Ergebnisse eines Untersuchens einer gegenseitigen Induktivität M12 in Bezug auf den Abstand Ls1 zeigt;
  • 20 eine perspektivische Ansicht eines Probekörpers, welcher für die Untersuchung in 19A und 19B verwendet wird;
  • 21 ein einfaches Modelldiagramm eines Stromkreises, auf welchen ein Brückenstromkreis J3, welcher von einem Halbleitermodul gebildet wird, angewendet wird; und
  • 22 ein Zeitablaufdiagramm, welches einen Zustand bei einem Schalten eines Halbleiterschaltelements J1 in dem Brückenstromkreis J3 zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Bevor Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, werden Umstände davon, wie die Erfinder zu der vorliegenden Erfindung gekommen sind, beschrieben werden, indem ein Fall erläutert wird, bei welchem ein Halbleitermodul als ein Drei-Phasen-Inverterstromkreis verwendet wird.
  • Als ein in 21 gezeigtes einfaches Modell umfasst der Drei-Phasen-Inverterstromkreis Brückenstromkreise J3, in welchen eine parallele Verbindung eines Halbleiterschaltelements J1 wie beispielsweise eines IGBTs und einer Freilaufdiode (nachstehend als FWD bezeichnet) J2 für jeden eines oberen Arms und eines unteren Arms für drei Phasen vorgesehen sind. Der Drei-Phasen-Inverterstromkreis ist mit einer Last J4 wie beispielsweise einem Motor verbunden, beinhaltet einen Glättungskondensator J5 parallel zu dem oberen Arm und dem unteren Arm und treibt die Last J4 durch Energieversorgung von einer Gleichstromenergiequelle J6 an. Insbesondere schaltet der Inverterstromkreis die Halbleiterschaltelemente J1 in dem oberen Arm und dem unteren Arm ein und aus, um einen von der Gleichstromenergiequelle J6 bereitgestellten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln, und versorgt die Last J4 mit dem Wechselstrom. Ein hochseitiger Anschluss (ein Positive-Elektrode-Anschluss) in dem oberen Arm und ein niedrigseitiger Anschluss (ein Negative-Elektrode-Anschluss) in dem unteren Arm in dieser Figur entspricht Eingangsanschlüssen der Eingangs- und der Ausgangsanschlüsse in Patentliteratur 1. Außerdem entspricht ein Ausgangsanschluss, welcher eine Stromversorgung an die Last J4 durchführt, einem Wechselstromeingangsanschluss in Patentliteratur 1, und ein Gate-Anschluss des Halbleiterschaltelements J1, welches für jeden der Arme vorgesehen ist, entspricht einem Steueranschluss von Patentliteratur 1.
  • Ein Drain-Source-Strom Ids, eine Drain-Source-Spannung Vds und ein Schaltverlust Esw, wenn die Stromversorgung an der Last J4 durchgeführt wird, sind in 22 gezeigt.
  • In der oben beschriebenen Stromkreiskonfiguration wird eine Kurzschlussschleife des oberen Arms und des unteren Arms, welche durch den Pfeil in 21 gezeigt ist, gebildet. Wenn das Schaltelement J1 in dem unteren Arm von Ein zu Aus geschaltet wird, tritt eine dl/dt-Änderung in der Kurzschlussschleife auf.
  • Wie in 22 gezeigt, wird eine Überspannung ΔVsur beim Schalten erzeugt. Die Überspannung ΔVsur wird durch den folgenden mathematischen Ausdruck angegeben. In dem folgenden mathematischen Ausdruck gibt L eine Induktivität der Kurzschlussschleife an. ΔVsur = L·dl/dt (Math. 1)
  • Die Überspannung ΔVsur tendiert in den letzten Jahren dazu, wegen einer Förderung eines großen Stroms und einer hohen Schaltgeschwindigkeit zuzunehmen. Ein Überspannungsschutz ist realisierbar, wenn eine Elementüberschlagsspannung eingestellt wird, hoch zu sein. Jedoch nimmt ein Ein-Widerstand, der in einer Wechselwirkungsbeziehung ist, zu, und eine Zunahme eines stationären Verlusts wird verursacht. Außerdem gibt es Erfordernisse, den Schaltverlust Esw zu reduzieren und eine Vorrichtungsgröße zu reduzieren, und eine Verbesserung von dl/dt und eine hohe Frequenz sind notwendig, um die Erfordernisse zu erfüllen. Somit ist eine Reduktion bei einer Induktivität der Kurzschlussschleife notwendig, um dl/dt ohne Erhöhen der Überspannung ΔVsur zu verbessern.
  • Insbesondere ist es notwendig, eine Hauptstromkreisinduktivität zu reduzieren, wenn ein Pfad, welcher durch die oberen und unteren Arme verläuft und zu dem Glättungskondensator J5 zurückkehrt, wie durch den Pfeil in 21 gezeigt, als ein Hauptstromkreis eingestellt ist, und eine Ausgangsanschlussinduktion, welche ein Stromversorgungspfad zu der Last J4 ist, zu reduzieren. In dem Hauptstromkreis werden die oberen und unteren Arme so gesteuert, dass sie bei einer Invertersteuerung nicht gleichzeitig eingeschaltet werden. Jedoch, weil ein Oberer- und Unterer-Arm-Kurzschluss von dem Gesichtspunkt einer dl/dt-Änderung beim Schalten auftritt, wird eine große Überspannung erzeugt, wenn die Induktivität des Hauptstromkreises, der eine Obere- und Untere-Kurzschlussschleife wird, groß ist. An dem Ausgangsanschluss arbeitet der Steuerstromkreis so, dass er einen elektrischen Strom des Inverters unterbricht, wenn eine Abnormität in dem Motor auftritt. Wenn jedoch eine Induktivität eines Ausgangsanschlussabschnitts groß ist, wird der Ausgangsanschlussabschnitt eine Rauschquelle und verursacht eine Fehlfunktion des Steuerstromkreises. Deshalb ist es notwendig, die Ausgangsanschlussinduktivität ebenso wie die Hauptstromkreisinduktivität zu reduzieren.
  • Deshalb ist es im Lichte der oben beschriebenen Punkte eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Induktivität eines Halbleitermoduls zu reduzieren und ein Halbleitermodul bereitzustellen, welches eine mit einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb assoziierte Überspannung begrenzen kann und eine Fehlfunktion eines Halbleiterschaltelements begrenzen kann.
  • Das Folgende beschreibt Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen. In jedem der folgenden Ausführungsbeispiele werden die gleichen oder entsprechende Teile beschrieben werden, wobei sie mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
  • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Das Folgende beschreibt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, als ein Anwendungsbeispiel eines Halbleitermoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ein Halbleitermodul, welches einen Drei-Phasen-Inverterstromkreis umfasst, der zum Beispiel einen Drehstrommotor ansteuert, beschrieben werden.
  • Als Erstes wird mit Bezug auf 1 eine Ausgestaltung eines Drei-Phasen-Inverterstromkreises 1, der in dem Halbleitermodul beinhaltet ist, beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt, steuert der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 einen Drehstrommotor als eine Last 3 basierend auf einer Gleichstromenergiequelle (externe Energiequelle) 2 an. Der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 ist parallel mit einem Glättungskondensator 4 verbunden, um eine konstante Energiequellenspannung zu bilden, indem eine Welligkeit beim Schalten reduziert wird und ein Einfluss von Rauschen begrenzt wird.
  • Der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 hat eine Ausgestaltung, in welcher reihenverbundene obere und untere Arme 51–56 parallel für drei Phasen verbunden sind. Der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 legt jedes der Mittelpotenziale zwischen den oberen Armen 51, 53, 55 und den unteren Armen 52, 54, 56 an jede einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase des Drehstrommotors als der Last 3 an, während der Reihe nach geschaltet wird. Insbesondere umfasst jeder der oberen und unteren Arme 51–56 ein Halbleiterschaltelement 51a–56a wie beispielsweise ein IGBT und ein MOSFET und einen Gleichrichter (einseitig leitendes Element) 51b–56b wie beispielsweise eine FWD für einen Rückflussstrom. Ein-Aus-Zustände der Halbleiterschaltelemente 51a–56a von jeder der Phasen werden so gesteuert, dass der Drehstrommotor mit Drehströmen versorgt wird, welche unterschiedliche Periodendauern haben. Dementsprechend kann der Drehstrommotor angesteuert werden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind Halbleiterchips, in welchen die Halbleiterschaltelemente 51a–51f und die Gleichrichter 51b–56b, die entsprechend sechs obere und untere Arme 51–56 bilden, die den Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 bilden, ausgebildet sind, modularisiert, um integriert zu werden. Das heißt, der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 ist als das Halbleitermodul ausgebildet, welches einen 6-in-1-Aufbau hat, in welchem sechs Arme integriert sind.
  • Als Nächstes wird ein detaillierter Aufbau des Halbleitermoduls, welches den Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 umfasst, der die oben beschriebene Stromkreiskonfiguration hat, mit Bezug auf 2 bis 6 beschrieben werden.
  • Ein in 2 gezeigtes Halbleitermodul 6 umfasst Halbleiterchips 10, eine obere Wärmesenke 11, eine untere Wärmesenke 12, eine Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13, in welcher verschiedene Anschlüsse und Verdrahtungen integriert sind, Steueranschlüsse 14, Elementrelaiselektroden 15 und Platten 16, 17, wie in 4 gezeigt. Bei den oben beschriebenen Komponenten sind der Halbleiterchip 10, der Steueranschluss 14, die Elementrelaiselektrode 15 und die Platten 16, 17 als ein Komponentenblock für einen Arm gesetzt, und sechs Komponentenblöcke sind vorgesehen. Die sechs Komponentenblöcke sind mit der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 durch die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 eingepfercht und sind von einem Harzgussformabschnitt 18 bedeckt. Auf diese Weise ist das Halbleitermodul 6 als ein plattenförmiges Element ausgestaltet, welches eine vorbestimmte Dicke hat, wie in 2 gezeigt. Beide Seiten in der Dickenrichtung des Halbleitermoduls 6 sind durch Kühlvorrichtungen 19 eingepfercht, so dass das Halbleitermodul 6 die Last 3 ansteuert, während Wärme abgegeben wird. Kühlrohre, welche Kühlmittelpassagen bilden, die nicht gezeigt sind, sind jeweils in Durchgangslöcher 19a eingefügt, die an zwei Punkten von jeder der Kühlvorrichtungen 19 vorgesehen sind. Dementsprechend werden die Kühlvorrichtungen 19 gekühlt, und dadurch wird das Halbleitermodul 6 mit einer effizienten Kühlung verwendet.
  • Das Folgende beschreibt einen detaillierten Aufbau des Halbleitermoduls. Obwohl detaillierte Aufbauten der Komponentenblöcke für sechs Arme, welche von dem Harzgussformabschnitt 18 bedeckt sind, leicht unterschiedlich voneinander sind, sind Grundstrukturen ähnlich. Als Erstes wird jede der Komponenten, welche die Grundstrukturen der von dem Harzgussformabschnitt 18 bedeckten Komponentenblöcke bilden, beschrieben werden.
  • Die in 4 gezeigten Halbleiterchips 10 haben Stirnflächen und Rückflächen, und die Halbleiterschaltelemente 51a–56a und die Gleichrichter 51b–56b, welche die oberen Arme 51, 53, 55 und die unteren Arme 52, 54, 56 bilden, sind in den Halbleiterchips 10 ausgebildet. Zum Beispiel werden die Halbleiterchips 10 unter Verwendung von Halbleitersubstraten wie beispielsweise Si, SiC, GaN als Basissubstraten gebildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterschaltelemente 51a–56a und die Gleichrichter 51b–56b als vertikale Elemente ausgebildet, welche elektrischen Strom in einer vertikalen Richtung des Substrats fließen lassen. Verschiedene Elektroden (Pads) sind auf den Stirnflächen und den Rückflächen der Halbleiterchips 10 ausgebildet, und elektrische Verbindungen werden über die Elektroden ermöglicht. In einem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Rückfläche von jedem der Halbleiterchips 10 elektrisch und physisch mit einer Stirnfläche der unteren Platte 17 über ein Verbindungsmaterial 20 verbunden, welches aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial wie beispielsweise einem Lötmittel oder einem Ag-gesinterten Material hergestellt ist. Eine Rückfläche der unteren Platte 17 ist mit einer unteren Wärmesenke 12 über ein Verbindungsmaterial 21 verbunden, welches aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial wie beispielsweise einem Lötmittel oder einem Ag-gesinterten Material hergestellt ist.
  • Die Stirnfläche des Halbleiterchips 10 ist mit der Elementrelaiselektrode 15, die zum Beispiel aus Cu, Al oder Fe als einem Basismaterial hergestellt ist, über ein Verbindungsmaterial 22 verbunden, welches aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial wie beispielsweise einem Lötmittel oder einem Ag-gesinterten Material hergestellt ist. Ferner ist die Elementrelaiselektrode 15 elektrisch und physisch mit der Rückfläche der oberen Platte 16 über ein Verbindungsmaterial 23 verbunden, welches aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial wie beispielsweise einem Lötmittel oder einem Ag-gesinterten Material hergestellt ist. Die obere Platte 16 ist mit der oberen Wärmesenke 11 über ein Verbindungsmaterial 24 verbunden, welches aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial wie beispielsweise einem Lötmittel oder einem Ag-gesinterten Material hergestellt ist.
  • Durch den oben beschriebenen Aufbau ist jeder der Halbleiterchips 10 von der oberen Wärmesenke 11 und der unteren Wärmesenke 12 eingepfercht.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Halbleiterchip 10 einen Aufbau, in welchem Elemente, welche jeden der Arme 51–56 bilden, wie beispielsweise die Halbleiterschaltelemente 51a–56a und die Gleichrichter 51b–56b, zusammen in einem Chip ausgebildet sind. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und Elemente, welche jeden der Arme 51–56 bilden, wie beispielsweise die Halbleiterschaltelemente 51a–56a und die Gleichrichter 51b–56b, können in unterschiedlichen Chips ausgebildet sein.
  • Jede der oberen Wärmesenke 11 und der unteren Wärmesenke 12 entspricht einer Wärmesenke und ist aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial hergestellt, welches hauptsächlich zum Beispiel Cu, Al oder Fe umfasst. Eine Oberfläche von jeder der oberen Wärmesenke 11 und der unteren Wärmesenke 12 liegt den Halbleiterchips 10 gegenüber, und die andere Oberfläche ist von dem Harzgussformabschnitt 18 freigelegt, wie in 2 gezeigt. Die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 sind von den Halbleiterchips 10 isoliert, weil die oberen Wärmesenken 16 und die unteren Wärmesenken 17 teilweise aus Isolierungsmaterialien hergestellt sind. Weil jedoch die oberen Wärmesenken 16, die unteren Wärmesenken 17 und die Elementrelaiselektroden 15 aus den leitfähigen Hochtemperaturmaterialien hergestellt sind, können die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 Wärme von den Halbleiterchips 10 mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit abgeben. Insbesondere sind die Stirnfläche der oberen Wärmesenke 11 und die Rückfläche der unteren Wärmesenke 12, d. h. beide von den Oberflächen, an welchen die Halbleiterchips 10 angeordnet sind, entgegengesetzte Oberflächen, von dem Harzgussformabschnitt 18 freigelegt, und die Wärme wird von dem freigelegten Abschnitt abgegeben.
  • Die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 ist ein Abschnitt, welcher verschiedene Verdrahtungen und verschiedene Anschlüsse in dem Halbleitermodul 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 aus einem plattengeformten und stabgeformten Element hergestellt und ist so angeordnet, dass sie zwischen den Halbleiterchips 10, welche die oberen Arme 51, 53, 55 der jeweiligen Phasen bilden, und den Halbleiterchips 10, welche die unteren Arme 52, 54, 56 bilden, hindurchkommt. Zum Beispiel umfasst die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine positive-Elektrode-seitige Verdrahtung, welche die oberen Arme 51, 53, 55 und einen Pluspol der Gleichstromenergiequelle 2 verbindet, und eine negative-Elektrode-seitige Verdrahtung, welche die unteren Arme 52, 54, 56 und einen Minuspol der Gleichstromenergiequelle 2 verbindet, und eine Ausgangsverdrahtung, welche jeden der Arme 51–56 und die Last 3 verbindet. Außerdem umfasst die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 verschiedene Verbindungsanschlüsse 13a–13e zum Verbinden von Verdrahtungen mit der Gleichstromenergiequelle 2 und der Last 3. Die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 ist ein Abschnitt, welcher ein Hauptmerkmal der vorliegenden Anmeldung bildet. Ein detaillierter Aufbau der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 wird später beschrieben werden.
  • Die Steueranschlüsse 14 sind Signalanschlüsse, welche verschiedene Signalleitungen wie beispielsweise Gate-Verdrahtungen der Halbleiterschaltelemente 51a–56a bilden. Zum Beispiel sind die Steueranschlüsse 14 elektrisch mit Elektroden verbunden, welche über Bonding-Drähte 25 mit den Gates der Halbleiterschaltelemente 51a–56a verbunden sind, welche auf den Stirnflächen der Halbleiterchips 10 gebildet sind (siehe 4). Von den Halbleiterchips 10 entgegengesetzte Endabschnitte der Steueranschlüsse 14 sind von dem Harzgussformabschnitt 18 freigelegt, wie in 2 gezeigt, und eine Verbindung mit einer externen Vorrichtung wird über die freigelegten Abschnitte durchgeführt. In 4 werden die Steueranschlüsse 14 auf solch eine Weise beschrieben, dass die Steueranschlüsse 14 in einem Leiterplatinenzustand integriert sind und auch mit der unteren Wärmesenke 12 integriert sind. Jedoch werden die Steueranschlüsse 14 geteilt, wenn es ein endgültiges Produkt wird, und jede der Signalleitungen wird ein unabhängiger Zustand.
  • Die Elementrelaiselektroden 15 sind Elemente, welche elektrisch mit der oberen Platte 16 verbunden sind, während die zu den Halbleiterchips 10 benachbarten Oberflächen der Elementrelaiselektroden 15 elektrisch mit den Elektroden an den Stirnflächen der Halbleiterchips 10 verbunden sind. Die Elementrelaiselektroden 15 sind so vorgesehen, dass sie einen Raum bilden, in welchem die Bonding-Drähte 25 zwischen den Halbleiterchips 10 und der oberen Platte 16 angeordnet sind. Die Elementrelaiselektroden 15 sind aus einem leitfähigen Hochtemperaturelement hergestellt, welches hauptsächlich zum Beispiel Cu umfasst.
  • Die oberen Platten 16 halten eine Funktion eines Isolierens der Halbleiterchips 10 und der oberen Wärmesenke 11 her, während die zu den Halbleiterchips 10 benachbarten Oberflächen der oberen Platten 16 elektrisch mit den Elektroden auf den Stirnflächen der Halbleiterchips 10 über die Elementrelaiselektroden 15 verbunden sind. In ähnlicher Weise halten die unteren Platten 17 eine Funktion eines Isolierens der Halbleiterchips 10 und der unteren Wärmesenke 12 her, während die zu den Halbleiterchips 10 benachbarten Oberflächen der unteren Platten 17 elektrisch mit den Elektroden auf den Rückflächen der Halbleiterchips 10 verbunden sind.
  • Die zu den Halbleiterchips 10 benachbarten Oberflächen der oberen Wärmesenken 16 und der unteren Wärmesenken 17 sind aus einem leitfähigen Hochtemperaturmaterial hergestellt, welches Cu oder Al als ein Basismaterial beinhaltet, um eine thermische Leitfähigkeit zusätzlich zu einer elektrischen Verbindung zu erhöhen. Schichten der oberen Wärmesenken 16 und der unteren Wärmesenken 17, welche auf von den zu den Halbleiterchips 10 benachbarten Oberflächen entgegengesetzten Seiten angeordnet sind, sind zum Beispiel aus einem anorganischen oder organischen Isolierungsmaterial hergestellt, um eine thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, während isoliert wird. Zum Beispiel können die oberen Wärmesenken 16 und die unteren Wärmesenken 17 durch Kleben von leitfähigen Platten, die Cu als ein Basismaterial beinhalten, an beiden Oberflächen eines keramischen Isolierungskörpers wie beispielsweise Si3N4, AlN oder Al2O3 gebildet werden. Die oberen Wärmesenken 16 und die unteren Wärmesenken 17 können auch durch Kleben einer Cu-Platte, auf welche eine Isolierungsfolie geklebt ist, und einer Klebefolie, welche eine Isolierungsklebefunktion hat, mit einer Die-Bond-Platte, die aus einem leitfähigen Material wie beispielsweise Cu hergestellt ist, gebildet werden.
  • Durch die oben beschriebene Ausgestaltung sind die oberen Platten 16 mit Stirnflächenelektroden der Halbleiterschaltelemente 51a–56a (zum Beispiel Sourcen von MOSFETs oder Emittern von IGBTs) und ersten Elektroden der Gleichrichter 51b–56b (zum Beispiel Anoden von FWDs) verbunden. Außerdem sind die oberen Platten 16 auch elektrisch mit Elektroden verbunden, welche in der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 enthalten sind. In gleicher Weise sind die unteren Platten 17 mit Rückflächenelektroden der Halbleiterschaltelemente 51a–56a (zum Beispiel Drains von MOSFETs oder Kollektoren von IGBTs) und zweiten Elektroden der Gleichrichter 51b–56b (zum Beispiel Kathoden von FWDs) verbunden. Außerdem sind die unteren Platten 17 auch mit Elektroden verbunden, die in der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 enthalten sind. Somit bilden die oberen Wärmesenken 16 und die unteren Wärmesenken 17 einen Teil der positive-Elektrode-seitigen Verdrahtung, der negative-Elektrode-seitigen Verdrahtung und der Ausgangsverdrahtung in Bezug auf jeden der Arme 51–56.
  • Wie oben beschrieben, sind die Stirnfläche der oberen Wärmesenke 11 und die Rückfläche der unteren Wärmesenke 12, d. h. die von den Oberflächen, an welchen die Halbleiterchips 10 angeordnet sind, entgegengesetzten Oberflächen, von dem Harzgussformabschnitt 18 freigelegt, und die Wärme wird von dem freigelegten Abschnitt abgegeben. Diese Wärmesenkungsebenen sind in Kontakt mit den Kühlvorrichtungen 19, wie in 3 gezeigt. Weil jedoch die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 von den Halbleiterchips 10 durch die obere Wärmesenke 16 und die untere Wärmesenke 17 isoliert sind, kann eine Erzeugung einer Stromleckage zu einer Außenseite durch die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 verhindert werden.
  • Der Harzgussformabschnitt 18 ist ein Abdichtungsharz, welcher durch Füllen eines Harzes in ein Formwerkzeug gebildet wird, nachdem die oben beschriebenen Komponenten in dem Formwerkzeug angeordnet sind, und hat zum Beispiel eine viereckige Plattenform. Der Harzgussformabschnitt 18 ist aus einem Harz hergestellt, das eine Isolierungseigenschaft hat und einen linearen Ausdehnungskoeffizienten und ein Young-Modul hat, welches niedriger als leitfähige Abschnitte wie beispielsweise die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 ist. Zum Beispiel kann der Harzgussformabschnitt 18 hauptsächlich aus einem organischen Harz wie beispielsweise einem Epoxid oder Silikon hergestellt sein. Die Enden der Steueranschlüsse 14 und beide Enden der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 sind von Seiten der viereckigen Plattenform des Harzgussformabschnitts 18 freigelegt, um elektrisch mit externen Vorrichtungen verbunden zu werden. Insbesondere sind die Steueranschlüsse 14 der oberen Arme 51, 53, 55 und die Steueranschlüsse 14 der unteren Arme 52, 54, 56 von zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts 18, der die viereckige Plattenform hat, d. h. zu entgegengesetzten Richtungen den Harzgussformabschnitt 18 einpferchend freigelegt. Außerdem sind die beiden Enden der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 jeweils von zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts 18, der die viereckige Plattenform hat, d. h. zu entgegengesetzten Richtungen den Harzgussformabschnitt 18 einpferchend freigelegt. Außerdem sind die obere Wärmesenke 11 und die untere Wärmesenke 12 jeweils von Stirn- und Rückflächen der viereckigen Plattenform freigelegt, so dass die Wärme exzellent abgegeben werden kann.
  • Insbesondere wird jeder der oben beschriebenen Teile an der Stirnfläche der unteren Wärmesenke 12 in einem Leiterplatinenzustand montiert, zu welchem die Steueranschlüsse 14 integriert werden. Nachdem die Halbleiterchips 10 und die Steueranschlüsse 14 elektrisch mit Bonding-Drähten 25 verbunden sind, wird die obere Wärmesenke 11 darauf montiert. Diese sind in diesem Zustand in dem Formwerkzeug angeordnet, und das Harz wird in das Formwerkzeug eingespritzt und geformt, um den Harzgussformabschnitt 18 zu bilden. Weil der Harzgussformabschnitt 18 Abschnitte abgesehen von freigelegten Abschnitten der Steueranschlüsse 14 und der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 zusätzlich zu den Oberflächen der oberen Wärmesenke 11 und der unteren Wärmesenke 12 abdeckt, sind die Halbleiterchips 10 und Ähnliches geschützt.
  • Das Halbleitermodul 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat den oben beschriebenen Aufbau. Als Nächstes wird ein detaillierter Aufbau der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 mit Bezug auf 6, 7A bis 7K beschrieben werden.
  • Wie oben beschrieben, bildet die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 die verschiedenen Verdrahtungen und die verschiedenen Anschlüsse des Halbleitermoduls 6 und wird durch Übereinanderanordnen einer Vielzahl von leitfähigen Schichten gebildet, während isolierende Schichten eingepfercht werden. In einem Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wie in 6 gezeigt, wird die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von einem plattengeformten und einem stabgeformten Element, das eine Längsrichtung hat, in einer Richtung gebildet. Wie in 2 gezeigt, sind ein Ende und das andere Ende der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 jeweils von den zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts 18, der die ungefähr viereckige Form hat, freigelegt.
  • Wie in 6 gezeigt, sind an dem einen Ende der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 ein Positive-Elektrode-Anschluss 13a, welcher die oberen Arme 51, 53, 55 und den Pluspol der Gleichstromenergiequelle 2 verbindet, und ein Negative-Elektrode-Anschluss 13b, welcher die unteren Arme 52, 54, 56 und den Minuspol verbindet, gebildet. An dem anderen Ende der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 sind ein U-Anschluss 13c, ein V-Anschluss 13d und ein W-Anschluss 13e, welche Ausgangsanschlüssen entsprechen, die mittlere Potenzialpunkte der oberen und unteren Arme 51–56 von jeder der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase und die Last 3 verbinden, vorgesehen. Der Positive-Elektrode-Anschluss 13a, der Negative-Elektrode-Anschluss 13b, der U-Anschluss 13c, der V-Anschluss 13d, der W-Anschluss 13e sind von dem Harzgussformabschnitt 18 freigelegt, wie in 2 gezeigt. Durch die oben beschriebene Ausgestaltung ist das Halbleitermodul 6 elektrisch mit der Gleichstromenergiequelle 2 und dem Glättungskondensator 4 über den Positive-Elektrode-Anschluss 13a und den Negative-Elektrode-Anschluss 13b verbunden. Außerdem sind elektrische Verbindungen mit der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase des Drehstrommotors als der Last 3 über den U-Anschluss 13c, den V-Anschluss 13d und den W-Anschluss 13e vorgesehen.
  • Wie in 7A gezeigt, wird der Positive-Elektrode-Anschluss 13a von einem Durchgangsloch 13ac gebildet. An einer inneren Wand und einer Peripherie eines Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 13ac sind ein durchdringender innerer Abschnitt 13aa und ein leitfähiger Oberflächenschichtabschnitt 13ab, welche zum Beispiel aus einer Cu-Metallisierung hergestellt sind, ausgebildet. Der durchdringende innere Abschnitt 13aa in dem Positive-Elektrode-Anschluss 13a ist mit einer Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 verbunden, welche einen Mehrschichtaufbau hat, der von internen Schichtleitern gebildet wird, die übereinander angeordnet sind, während sie durch Isolierungsschichten 130 eingepfercht sind. Die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 bildet Verdrahtungen, welche mit positiven Elektroden 137a–137c (siehe 7G bis 7H) verbunden sind, welche mit der hohen Seite von jedem der oberen Arme 51, 53, 55 verbunden sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 zwei. Wenn eine Dicke t einer Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a auf 0,5 eingestellt ist, ist eine Dicke t der anderen Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b zum Beispiel auf 0,25 eingestellt, was eine Hälfte der Dicke t der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a ist.
  • Wie in 7B gezeigt, wird der Negative-Elektrode-Anschluss 13b von einem Durchgangsloch 13bc gebildet. An einer inneren Wand und einer Peripherie eines Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 13bc sind ein durchdringender innerer Abschnitt 13ba und ein leitfähiger Oberflächenschichtabschnitt 13bb ausgebildet, welche zum Beispiel aus einer Cu-Metallisierung hergestellt sind. Der durchdringende innere Abschnitt 13ba in dem Negative-Elektrode-Anschluss 13b ist mit einer Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 verbunden, welche einen Mehrschichtaufbau hat, der von internen Schichtleitern gebildet wird, die übereinander angeordnet sind, während sie von Isolierungsschichten 130 eingepfercht sind. Die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 bildet Verdrahtungen, welche mit negativen Elektroden 139a–139c (siehe 7I bis 7K) verbunden sind, welche mit der niedrigen Seite von jedem der unteren Arme 52, 54, 56 verbunden sind. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 zwei. Wenn eine Dicke t einer Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a auf 0,25 eingestellt ist, ist eine Dicke t der anderen Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b zum Beispiel auf 0,5 eingestellt, welches ein Doppeltes der Dicke t der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a ist.
  • Die oben beschriebene Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und die oben beschriebene Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 sind an dem einen Ende der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 auf solch eine Weise angeordnet, dass die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a, die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a, die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b, die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b in dieser Reihenfolge von einer Oberfläche zu der anderen Oberfläche der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 angeordnet sind. Somit sind die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a und die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b, welche eine gleiche Dicke haben, von der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b, welche eine gleiche Dicke haben, eingepfercht.
  • Wie in 7C gezeigt, ist der U-Anschluss 13c von einem Durchgangsloch 13cc gebildet. An einer inneren Wand und einer Peripherie eines Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 13cc sind ein durchdringender innerer Abschnitt 13ca und ein leitfähiger Oberflächenschichtabschnitt 13cb gebildet, welche zum Beispiel aus einer Cu-Metallisierung hergestellt sind. Der durchdringende innere Abschnitt 13ca in dem U-Anschluss 13c ist mit einer U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 verbunden, welche aus internen Schichtleitern gebildet ist, die übereinander angeordnet sind, während sie von den Isolierungsschichten 130 eingepfercht sind. Die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 bildet eine Verdrahtung, welche mit dem mittleren Potenzialpunkt der oberen und unteren Arme 51, 52 der U-Phase und dem U-Anschluss 13c verbunden ist. Die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 ist eins, und die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 hat eine Dicke von 0,5. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 von demselben internen Leiter gebildet wie die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a.
  • Wie in 7D gezeigt, ist der V-Anschluss 13d von einem Durchgangsloch 13dc gebildet. An einer inneren Wand und einer Peripherie eines Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 13dc sind ein durchdringender innerer Abschnitt 13da und ein leitfähiger Oberflächenschichtabschnitt 13db gebildet, welche zum Beispiel aus einer Cu-Metallisierung hergestellt sind. Der durchdringende innere Abschnitt 13da in dem V-Anschluss 13d ist mit einer V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 verbunden, welche aus internen Schichtleitern gebildet ist, die übereinander angeordnet sind, während sie von den Isolierungsschichten 130 eingepfercht sind. Die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 bildet eine Verdrahtung, welche mit dem mittleren Potenzialpunkt der oberen und unteren Arme 53, 54 der V-Phase und dem V-Anschluss 13d verbunden ist. Die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 ist eins, und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 hat eine Dicke von 0,5. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 von demselben internen Leiter gebildet wie die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b.
  • Wie in 7E gezeigt, ist der W-Anschluss 13e von einem Durchgangsloch 13ec gebildet. An einer inneren Wand und einer Peripherie eines Öffnungsabschnitts des Durchgangslochs 13ec sind ein durchdringender innerer Abschnitt 13ea und ein leitfähiger Oberflächenschichtabschnitt 13eb gebildet, welche zum Beispiel aus einer Cu-Metallisierung hergestellt sind. Der durchdringende innere Abschnitt 13ea in dem W-Anschluss 13e ist mit W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 verbunden, welche einen Mehrschichtaufbau haben, der von internen Schichtleitern gebildet ist, die übereinander angeordnet sind, während sie von den Isolierungsschichten 130 eingepfercht sind. Die W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 bilden eine Verdrahtung, welche mit dem mittleren Potenzialpunkt der oberen und unteren Arme 55, 56 der W-Phase und dem W-Anschluss 13e verbunden ist. Die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 ist zwei, und die W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 pferchen die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 ein. Jede der W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 hat eine Dicke von 0,25. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a von demselben internen Leiter wie die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a gebildet, und die andere W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b ist von demselben internen Leiter wie die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b gebildet.
  • Die oben beschriebenen U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 sind an dem anderen Ende der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 in solch einer Weise angeordnet, dass die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a, die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133, die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134, die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b in dieser Reihenfolge von der einen Oberfläche zu der anderen Oberfläche der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 angeordnet sind. Somit sind die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134, welche eine gleiche Dicke haben, von der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b, welche eine gleiche Dicke haben, eingepfercht.
  • Wie in 7F gezeigt, ist auf der Seite des Positive-Elektrode-Anschlusses 13a und des Negative-Elektrode-Anschlusses 13b einer Vorderseite des Papiers an einer mittleren Position in der Längsrichtung der in 6 gezeigten Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine U-Elektrode 136a an der einen Oberfläche (der Stirnfläche) ausgebildet, und die positive Elektrode 137a ist an der anderen Oberfläche (der Rückfläche) ausgebildet.
  • Die U-Elektrode 136a entspricht einer von ersten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die U-Elektrode 136a von einer Oberflächenelektrodenschicht 136aa, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 136ab, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die U-Elektrode 136a ist elektrisch mit der unteren Seite des oberen Arms 51 der U-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Rückfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10a des oberen Arms 51 zugehörig ist, elektrisch mit der U-Elektrode 136a über ein Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10a des oberen Arms 51 elektrisch mit der U-Elektrode 136a über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Die positive Elektrode 137a ist elektrisch mit der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die positive Elektrode 137a von einer Oberflächenelektrodenschicht 137aa, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 137ab, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der anderen Oberfläche zu der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10a des oberen Arms 51 zugehörig ist, elektrisch mit der positiven Elektrode 137a (nicht in 4 gezeigt) über ein Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10a des oberen Arms 51 elektrisch mit der positiven Elektrode 137a über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Wie in 7G gezeigt, ist an der Vorderseite des Papiers an der mittleren Position in der Längsrichtung der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine V-Elektrode 136b an der einen Oberfläche ausgebildet, und die positive Elektrode 137b ist an der anderen Oberfläche ausgebildet.
  • Die V-Elektrode 136b entspricht einer von den ersten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die V-Elektrode 136b von einer Oberflächenelektrodenschicht 136ba, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 136bb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die V-Elektrode 136b ist elektrisch mit der niederen Seite des oberen Arms 53 der V-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Rückfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10c des oberen Arms 53 zugehörig ist, elektrisch mit der V-Elektrode 136b über das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10c des oberen Arms 53 elektrisch mit der V-Elektrode 136b über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Die positive Elektrode 137a ist elektrisch mit der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die positive Elektrode 137b von einer Oberflächenelektrodenschicht 137ba, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 137bb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der anderen Oberfläche zu der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10c des oberen Arms 53 zugehörig ist, elektrisch mit der positiven Elektrode 137b (nicht in 4 gezeigt) über das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10c des oberen Arms 53 elektrisch mit der positiven Elektrode 137a über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Wie in 7H gezeigt, ist auf der Seite des U-Anschlusses 13c, des V-Anschlusses 13d und des W-Anschlusses 13e der Vorderseite des Papiers an der Mittelposition in der Längsrichtung der in 6 gezeigten Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine W-Elektrode 136c an der einen Oberfläche ausgebildet und die positive Elektrode 137a ist an der anderen Oberfläche ausgebildet.
  • Die W-Elektrode 136c entspricht einer von ersten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die W-Elektrode 136c von einer Oberflächenelektrodenschicht 136ca, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 136cb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die W-Elektrode 136c ist elektrisch mit der niederen Seite des oberen Arms 55 der W-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Rückfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10e des oberen Arms 55 zugehörig ist, elektrisch mit der W-Elektrode 136c über das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10e des oberen Arms 55 elektrisch mit der W-Elektrode 136c über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Die positive Elektrode 137c ist elektrisch mit der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die positive Elektrode 137c von einer Oberflächenelektrodenschicht 137ca, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 137cb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der anderen Oberfläche zu der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10e des oberen Arms 55 zugehörig ist, elektrisch mit der positiven Elektrode 137c (nicht in 4 gezeigt) über das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10e des oberen Arms 55 elektrisch mit der positiven Elektrode 137c über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Wie in 7I gezeigt, ist auf der Seite des Positive-Elektrode-Anschlusses 13a und des Negativen-Elektrode-Anschlusses 13b der Rückseite des Papiers an der mittleren Position in der Längsrichtung der in 6 gezeigten Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine U-Elektrode 138a an der anderen Oberfläche (der Rückfläche) ausgebildet, und die negative Elektrode 139a ist an der einen Oberfläche (der Stirnfläche) ausgebildet.
  • Die U-Elektrode 138a entspricht einer von zweiten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die U-Elektrode 138a von einer Oberflächenelektrodenschicht 138aa, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 138ab, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der anderen Oberfläche zu der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die U-Elektrode 136a ist elektrisch mit der hohen Seite des unteren Arms 52 der U-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10b des unteren Arms 52 zugehörig ist, elektrisch mit der U-Elektrode 138a (nicht gezeigt in 4) über das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10b des unteren Arms 52 elektrisch mit der U-Elektrode 138a über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Die negative Elektrode 139a ist elektrisch mit der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die negative Elektrode 139a von einer Oberflächenelektrodenschicht 139aa, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 139ab, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10b des unteren Arms 52 zugehörig ist, elektrisch mit der negativen Elektrode 139a über das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10b des unteren Arms 52 elektrisch mit der negativen Elektrode 139a über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Wie in 7G gezeigt, ist auf der Rückseite des Papiers an der mittleren Position in der Längsrichtung der in 6 gezeigten Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 eine V-Elektrode 138b auf der anderen Oberfläche ausgebildet, und die negative Elektrode 139b ist auf der einen Oberfläche ausgebildet.
  • Die V-Elektrode 138b entspricht einer der zweiten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die V-Elektrode 138b von einer Oberflächenelektrodenschicht 138ba, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 138bb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die V-Elektrode 138b ist elektrisch mit der hohen Seite des unteren Arms 54 der V-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10d des unteren Arms 54 zugehörig ist, elektrisch mit der V-Elektrode 138b (nicht in 4 gezeigt) über das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10d des unteren Arms 54 elektrisch mit der V-Elektrode 138b über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Die negative Elektrode 139b ist elektrisch mit der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die negative Elektrode 139b von einer Oberflächenelektrodenschicht 139ba, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 139bb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10d des unteren Arms 54 zugehörig ist, elektrisch mit der negativen Elektrode 139b über das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10d des unteren Arms 54 elektrisch mit der negativen Elektrode 139b über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Wie in 7K gezeigt, ist an der Seite des U-Anschlusses 13c, des V-Anschlusses 13d und des W-Anschlusses 13e der Rückseite des Papiers an der mittleren Position in der Längsrichtung der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13, die in 6 gezeigt ist, eine W-Elektrode 138c an der anderen Oberfläche ausgebildet, und die negative Elektrode 139a ist an der einen Oberfläche ausgebildet.
  • Die W-Elektrode 138c entspricht einer von zweiten Ausgangselektroden und ist elektrisch mit der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die W-Elektrode 138c von einer Oberflächenelektrodenschicht 138ca, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 138cb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der anderen Oberfläche zu der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Die W-Elektrode 138c ist elektrisch mit der hohen Seite des unteren Arms 56 der W-Phase verbunden. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der unteren Platte 17, welche dem Halbleiterchip 10f des unteren Arms 56 zugehörig ist, elektrisch mit der W-Elektrode 138c (nicht in 4 gezeigt) über das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Dementsprechend ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10f des unteren Arms 56 elektrisch mit der W-Elektrode 138c über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden.
  • Die negative Elektrode 139c ist elektrisch mit der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die negative Elektrode 139c von einer Oberflächenelektrodenschicht 139ca, welche eine rechteckige obere Oberflächenform hat, und einer Blinddurchkontaktierung 139cb, welche die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von der einen Oberfläche zu der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a durch die Isolierungsschicht 130 durchdringt, gebildet. Insbesondere ist, wie in 4 gezeigt, die Stirnfläche der oberen Platte 16, welche dem Halbleiterchip 10f des unteren Arms 56 zugehörig ist, elektrisch mit der negativen Elektrode 139c über das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Dementsprechend ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10f des unteren Arms 56 elektrisch mit der negativen Elektrode 139c über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 wird durch den oben beschriebenen Aufbau gebildet. Verdrahtungsabschnitte des Drei-Phasen-Inverterstromkreises 1 werden unter Verwendung der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 gebildet, und in dem Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 enthaltene Komponenten werden elektrisch verbunden. Zum Beispiel ist, wie in 8 gezeigt, in der V-Phase die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10c des oberen Arms 53 elektrisch mit der V-Elektrode 136b über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden. Außerdem ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10c des oberen Arms 53 elektrisch mit der positiven Elektrode 137b über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Außerdem ist die Rückflächenelektrode des Halbleiterchips 10d des unteren Arms 54 elektrisch mit der V-Elektrode 138b über das Verbindungsmaterial 20, die untere Platte 17 und das Verbindungsmaterial 27 verbunden. Ferner ist die Stirnflächenelektrode des Halbleiterchips 10d des unteren Arms 54 elektrisch mit der negativen Elektrode 139b über das Verbindungsmaterial 22, die Elementrelaiselektrode 15, das Verbindungsmaterial 23, die obere Platte 16 und das Verbindungsmaterial 26 verbunden.
  • Auf diese Weise sind bei einem Querschnitt eines Schneidens der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 in einer Breitenrichtung (ein Querschnitt in 8) die V-Elektrode 136b und die V-Elektrode 138b auf einer Diagonalen angeordnet, und die positive Elektrode 137b und die negative Elektrode 139b sind auf der anderen Diagonalen angeordnet. Dann sind die V-Elektrode 136b und die V-Elektrode 138b elektrisch über die interne Schichtverdrahtung verbunden, die Stirnflächen und die Rückflächen der Halbleiterchips 10c, 10d der oberen und unteren Arme 53, 54 können so angeordnet sein, dass sie in die gleichen Richtungen weisen. Auf diese Weise sind die Komponenten des Halbleitermoduls 6 elektrisch über die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 verbunden. Obgleich die V-Phase in 8 als ein Beispiel genommen ist, haben die U-Phase und die W-Phase einen ähnlichen Querschnittsaufbau.
  • Bei der wie oben beschrieben ausgebildeten Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 sind eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der internen Schichtleiter, die die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131, die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 bilden, eine gerade Zahl. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 einen Vier-Schichten-Aufbau. Das heißt, in einem Fall eines Ansteuerns des Drehstrommotors muss eine Verdrahtungsschicht von jeder der Phasen, welche mit den drei Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase verbunden ist, von einer Schicht gebildet sein. Weil jedoch die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten eine ungerade Zahl wird, sind die W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 in zwei Schichten aufgeteilt, so dass die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten eine gerade Zahl wird. Dann sind die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 zwischen den in zwei Schichten aufgeteilten W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 angeordnet.
  • Außerdem sind bei den internen Schichtleitern die Dicken von zwei äußeren Schichten eingestellt, die gleichen zu sein, während die Dicken der zwei inneren Schichten eingestellt sind, die gleichen zu sein. Dementsprechend ist die Gesamtdicke der W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 dazu gebracht, den Dicken der W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135 und der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 zu entsprechen, so dass Widerstandswerte, wenn elektrischer Strom in den W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135, der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 fließt, angenähert sind, selbst wenn die W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135 in zwei Schichten geteilt sind. Jedoch kann wegen eines Aufteilens in zwei Schichten der Widerstandswert der W-Phase größer als die Widerstandswerte der U-Phase und der V-Phase sein. In solch einem Fall muss die Gesamtdicke der W-Phase größer sein als die Dicken der U-Phase und der V-Phase, um den Widerstandswert zu reduzieren. Das heißt, die Gesamtdicke ist nicht immer gemacht, zu entsprechen.
  • Jede der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 muss von einer Schicht gebildet sein. Jede der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 ist jedoch in zwei Schichten aufgeteilt, um einen Vier-Schichten-Aufbau gemäß der Anzahl der übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 zu haben. Wegen des oben beschriebenen Aufbaus können Wirkungen eines Reduzierens der Hauptstromkreisinduktivität und der Ausgangsanschlussinduktivität, eines Begrenzens einer Überspannung aufgrund eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs und eines Begrenzens einer Fehlfunktion der Halbleiterschaltelemente erreicht werden. Das Folgende beschreibt Gründe zum Erhalten der oben beschriebenen Wirkungen mit Bezug auf experimentelle Ergebnisse und Ähnliches.
  • Bei der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13, welche den oben beschriebenen Aufbau hat, haben im Wesentlichen die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 den geschichteten Aufbau, und die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 sind zwischen den W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135, die in zwei Schichten aufgeteilt sind, angeordnet. Außerdem haben die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 einen geschichteten Aufbau.
  • In dieser Ausgestaltung fließen zum Beispiel, wie durch Pfeile in 9A gezeigt, an einer Position, wo die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 übereinander angeordnet sind, elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen in den Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und den Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132, wenn das Halbleitermodul 6 verwendet wird. Insbesondere fließt, in den Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131, 2/3 des gesamten elektrischen Stroms Ir in der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a, und 1/3 des gesamten elektrischen Stroms Ir fließt in der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b. In den Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 fließt 1/3 des gesamten elektrischen Stroms Ir in der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a, und 2/3 des gesamten elektrischen Stroms Ir fließt in der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b. Somit sind in dem Hauptstromkreis, welcher an den Hauptanschlüssen als dem Positive-Elektrode-Anschluss 13a und dem Negative-Elektrode-Anschluss 13b vorbeikommt, Richtungen von abgelenkten elektrischen Strömen entgegengesetzt zueinander, Magnetflüsse wirken entgegen und eine gegenseitige Induktivität wird reduziert. Dann wird der elektrische Strom nach außen getragen, während die Beziehung gehalten wird. Dementsprechend kann die Hauptstromkreisinduktivität reduziert werden.
  • In ähnlicher Weise fließen, wie durch die Pfeile in 9B gezeigt, an einer Position, wo die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 den übereinander angeordneten Aufbau haben, elektrische Ströme in den Verdrahtungsschichten in entgegengesetzten Richtungen. Insbesondere sind in dem Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1, welcher den Drehstrommotor als die Last 3 ansteuert, wie in 10 gezeigt, elektrische Ströme, die entsprechend in der U-Phase bis zu der W-Phase des Drehstrommotors fließen, als Iu, Iv, Iw eingestellt. In diesem Fall ist, wenn ein Stromwert, der in den Relaispunkt des Drehstrommotors fließt, als positiv angegeben ist, und ein Stromwert, der aus dem Relaispunkt herausfließt, als negativ angegeben ist, Iu + Iv + Iw = 0 zu allen Zeitpunkten erfüllt, und Ein-Aus-Zustände der Arme 51–56 werden so gesteuert, dass Wechselstromwellenformen gezogen werden, wie in 11 gezeigt.
  • Zum Beispiel zeigen die Pfeile A1, A2 in 10 Flüsse von elektrischen Strömen zum Zeitpunkt (2) in 11. Zum Zeitpunkt (2) ist der untere Arm 56 der W-Phase eingeschaltet, während die oberen Arme 51, 53 der U-Phase und der V-Phase eingeschaltet sind, und die anderen Arme 52, 54, 55 sind ausgeschaltet.
  • Bei dem Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 zum Ansteuern des Drehstrommotors ist ein Modus eines Betriebs in drei Modi klassifiziert. In dem ersten Modus ist, während zwei der oberen Arme 51, 53, 55 eingeschaltet sind, einer der unteren Arme 52, 54, 56, der dem anderen der oberen Arme 51, 53, 55 entspricht, welcher nicht eingeschaltet ist, eingeschaltet (Zeitpunkte (6), (2), (4) in 11). In dem zweiten Modus sind, während einer der oberen Arme 51, 53, 55 eingeschaltet ist, zwei der unteren Arme 52, 54, 56, welche den anderen zwei der oberen Arme 51, 53, 55 entsprechen, die nicht eingeschaltet sind, eingeschaltet (Zeitpunkte (1), (3), (5) in 11). In dem dritten Modus ist, während einer der oberen Arme 51, 53, 55 eingeschaltet ist, einer der unteren Arme 52, 54, 56, welcher dem anderen der oberen Arme 51, 53, 55 entspricht, welcher nicht einschaltet ist, eingeschaltet (Zeitpunkt (7) in 11). Der Drei-Phasen-Inverterstromkreis 1 steuert den Drehstrommotor durch Schalten dieser Modi an, und die elektrischen Ströme Iu, Iv, Iw zeichnen Wechselstromwellenformen der ersten bis dritten Phasen (Phasen 1–3), bei welchen Phasen um 120° zueinander verschoben sind.
  • Wenn dann elektrische Ströme, die in den Relaispunkt des Drehstrommotors fließen, und elektrische Ströme, die aus dem Relaispunkt des Drehstrommotors fließen, betrachtet werden, fließen elektrische Ströme in allen der ersten bis dritten Phasen in entgegengesetzten Richtungen (siehe 9B). Somit kann eine Induktivität eines großen Strompfads zum Versorgen der Last 3 mit dem elektrischen Strom reduziert werden.
  • Um die Wirkungen der geschichteten Leiter zu bestätigen, sind hier Probekörper, die einen Zwei-Schichten-Aufbau haben, in welchem leitfähige Schichten 28a, 28b entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, während ein Raum dazwischen vorgesehen ist, und Enden der leitfähigen Schichten 28a, 28b durch einen Verbindungsabschnitt 28c, welcher aus einem Leiter gemacht ist, verbunden sind, vorbereitet. Dann wird ein elektrischer Strom bereitgestellt, so dass er von einem Ende der leitfähigen Schicht 28a fließt, den Verbindungsabschnitt 28c, der an dem anderen Ende vorgesehen ist, durchläuft und ein Ende der leitfähigen Schicht 28b entgegengesetzt zu dem Verbindungsabschnitt 28c durchläuft. Dann ein Fall, wo eine Dicke t, eine Länge L, eine Breite W und ein Raum Sp von jeder der leitfähigen Schichten 28a, 28b und dem Verbindungsabschnitt 28c vorbestimmte Werte sind, als Referenzwerte eingestellt sind und Induktivitäten der Probekörper untersucht werden, während die Dicke t, die Länge L, die Breite W und der Raum Sp geändert werden. Insbesondere sind die Referenzwerte der Dicke t, der Länge L, der Breite W und des Raums Sp auf 1 eingestellt, und die Induktivitäten der Probekörper werden untersucht, während ein Verhältnis von einem der Werte zu 0,1, 0,2, 0,5, 1,0, 2,0, 5,0 geändert wird und die anderen Werte auf den Referenzwerten beibehalten werden. Als ein Ergebnis werden die in 13 gezeigten Ergebnisse erhalten.
  • Wie in dieser Figur gezeigt, nimmt die Induktivität zu, wenn die Länge L oder die Dicke t zunimmt. Obgleich es natürlich ist, dass die gegenseitige Induktivität in Abhängigkeit von der Länge L zunimmt, kann es verstanden werden, dass die Induktivität zunimmt, wenn die Dicke t zunimmt, und die Induktivität reduziert werden kann, wenn die Breite W zunimmt. Von diesem kann es gesagt werden, dass es effektiver ist, die Breite W zu erhöhen als die Dicke t zu erhöhen, um die Induktivität in einem Fall zu reduzieren, wo Querschnittsbereiche von Abschnitten, wo ein elektrischer Strom durchkommt, die gleichen sind.
  • Dann sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 in Plattenformen ausgebildet, welche entgegengesetzt zueinander sind, und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 sind auch zueinander entgegengesetzten Plattenformen ausgebildet. Somit wird, wie oben beschrieben, ein Aufbau bereitgestellt, in welchem eine Dimension der Breite W größer als die Dicke t ist, und die Induktivität kann reduziert werden.
  • Außerdem wird auch in einem Fall, wo die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 in den Vier-Schichten-Aufbau wie das vorliegende Ausführungsbeispiel geformt sind, nicht einen Zwei-Schichten-Aufbau, der in 12 ist, die oben beschriebene Wirkung eines Reduzierens der Induktivität bestätigt. Wie das vorliegende Ausführungsbeispiel wird eine Wirkung eines Reduzierens einer Induktivität für einen Fall ausgewertet, wo Dicken von zwei äußeren Schichten von internen Schichtleitern auf 0,5 in Bezug auf Dicken 1 von zwei inneren Schichten eingestellt sind.
  • Insbesondere wird eine Änderung einer Induktivität für drei in 14A bis 14C gezeigte Aufbauten untersucht. In 14A sind die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 in einen Drei-Schichten-Aufbau geformt. In 14B sind, wie das vorliegende Ausführungsbeispiel, die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a, die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133, die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134, die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b in Reihenfolge angeordnet, um einen Vier-Schichten-Aufbau zu bilden. In 14C sind die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133, die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a, die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b, die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 in Reihenfolge angeordnet, um einen Vier-Schichten-Aufbau zu bilden. Für jeden der Aufbauten wird eine Änderung der Induktivität zu jedem der Zeitpunkte (2), (4), (6) in 11 untersucht. Eine Änderung wegen einer induktiven Last des Motors ist weggelassen. Als ein Ergebnis werden in 15A bis 15C gezeigte Ergebnisse erhalten. Die Länge L, die Breite W, die Dicke t von jeder der Verdrahtungsschichten sind auf die Referenzwerte eingestellt, welche in 12 beschrieben sind, und die Dicken der W-Phasen-Verdrahtungsschichten 135, 135b, die in zwei Schichten geteilt sind, sind auf 1/2 der Dicken t der U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133 und der V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134 eingestellt.
  • Wie von 15A bis 15C bekannt, ist im Wesentlichen, wenn große Ströme entgegengesetzter Richtung zwischen benachbarten Verdrahtungsschichten fließen, ein Magnetflussentgegenwirkungseffekt groß, und dadurch wird die Induktivität klein. Zum Beispiel in 15C sind die Induktivitäten Luv, Lwu in dem Aufbau in 14A groß, während beide Induktivitäten Luv, Lvw in dem Aufbau in 14A niedrig sind. In dem Aufbau in 14A arbeitet der Magnetflussentgegenwirkungseffekt voraussichtlich in einem Fall, wo ein großer elektrischer Strom (Verhältnis 1,0) in der V-Phase in der mittleren Schicht fließt (eingepferchte Position). Jedoch in einem Fall, wo ein großer elektrischer Strom (Verhältnis 1,0) an beiden Enden in die U-, W-Phasen fließt, ist der Magnetflussentgegenwirkungseffekt weniger wahrscheinlich, zu arbeiten. Deshalb ist es schwierig, die Induktivität in irgendeinem Phasenzustand nur durch einfaches Übereinanderanordnen der Verdrahtungsschichten zu reduzieren. In dem Aufbau in 14C sind die Induktivitäten von Lvu und Luv in 15B, 15C hoch. Somit hängt die Induktivitätsreduktionswirkung selbst in Vier-Schichten-Aufbauten von Übereinanderanordnungswegen ab.
  • Verglichen damit wird in 14B die Induktivitätsreduktionswirkung durch Verwendung des Vier-Schichten-Aufbaus und des optimalen Übereinanderanordnungsweges das Maximum. Die Induktivitäten werden bei allen Zeitpunkten und allen elektrischen Strompfaden klein, und die Änderungsmengen sind klein. Weil die durch die elektrischen Ströme, die getrennt fließen, erzeugten Magnetflüsse klein sind, wird als ein Ergebnis die gegenseitige Induktivität M ebenfalls klein.
  • Auf diese Weise kann der Vier-Schichten-Aufbau die Induktivität reduzieren, und ähnlich zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann ein Aufbau, in welchem eine der in zwei Schichten aufgeteilten Verdrahtungsschichten (z. B. die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135a), eine andere Verdrahtungsschicht (z. B. die U-Phasen-Verdrahtungsschicht 133), eine andere Verdrahtungsschicht (z. B. die V-Phasen-Verdrahtungsschicht 134) und die andere der in zwei Schichten aufgeteilten Verdrahtungsschichten (z. B. die W-Phasen-Verdrahtungsschicht 135b) in Reihenfolge angeordnet sind, besonders die Induktivität reduzieren. Dementsprechend kann die Ausgangsanschlussinduktivität des Elektrischer-Strom-Versorgungspfads zu der Last 3 unter Verwendung der U- bis W-Anschlüsse 13c–13e als Ausgangsanschlüsse reduziert werden.
  • Zum Beispiel werden wegen eines fehlerhaften Ein durch einen Defekt eines Ansteuerstromkreises, der das Halbleitermodul 6 von außen ansteuert, oder unerwartetes Rauschen, wie durch den Pfeil in 16A gezeigt, die oberen und unteren Arme 51–56 in der gleichen Phase zu der gleichen Zeit eingeschaltet, und ein Reihenarmkurzschluss, der einen Kurzschlusspfad nicht durch die Last 3 bildet, kann erzeugt werden. In diesem Fall wird, weil ein exzessiver elektrischer Strom fließt, wenn Kurzschlüsse der oberen und unteren Arme 51–56 auftreten, wenn die Hauptstromkreisinduktivität groß ist, eine exzessive Überspannung (Rauschen) erzeugt, und eine weitere Fehlfunktion oder Defekt kann verursacht werden.
  • Außerdem kann wegen eines dielektrischen Durchschlags der induktiven Last 3, wie durch den Pfeil in 16B gezeigt, ein Ausgangskurzschluss, der einen Kurzschlusspfad irgendwo vor dem Durchlaufen durch die Last 3 bildet, auftreten. In diesem Fall kann, obgleich die oberen und unteren Arme 51–56 normal angesteuert werden, weil ein elektrischer Strom fließt, ohne durch die Last 3 zu laufen, ein exzessiver elektrischer Strom in einer ähnlichen Weise wie bei dem Reihenarmkurzschluss erzeugt werden. Eine fixierte Zeit wird benötigt, bevor der exzessive elektrische Strom in dem Ansteuerstromkreis des Halbleitermoduls 6 detektiert wird und die oberen und unteren Arme 51–56 ausgeschaltet werden, und wenn die Ausgangsanschlussinduktivität groß ist, verursacht ein erzeugter Magnetfluss (Rauschen) eine Fehlfunktion des Ansteuerstromkreises, und als ein Ergebnis wird ein Ausfall der Halbleiterschaltelemente 51a–56a verursacht.
  • Auf der anderen Seite können in dem Halbleitermodul 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Hauptstromkreisinduktivität und die Ausgangsanschlussinduktivität reduziert werden. Daher kann, weil die Hauptstromkreisinduktivität reduziert wird, eine Erzeugung eines exzessiven plötzlichen Anstiegs begrenzt werden, wenn ein Reihenarmkurzschluss auftritt, und eine weitere Fehlfunktion oder Defekt kann begrenzt werden. Außerdem kann, weil die Ausgangsanschlussinduktivität reduziert ist, eine Fehlfunktion des Ansteuerstromkreises wegen des Magnetflusses (Rauschens), der erzeugt wird, wenn ein Ausgangsanschlusskurzschluss auftritt, begrenzt werden, und die Halbleiterschaltelemente 51a–56a können vor einem Ausfall geschützt werden.
  • Ferner sind in dem Halbleitermodul 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 in den übereinander angeordneten Aufbau geformt und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 sind in den übereinander angeordneten Aufbau geformt, indem der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 verwendet wird. Außerdem sind die Steueranschlüsse 14 der oberen Arme 51, 53, 55 und die Steueranschlüsse 14 der unteren Arme 52, 54, 56 von zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts 18, der in die viereckige Plattenform geformt ist, freigelegt. Dann sind die beiden Enden der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von den anderen zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts 18, der in die viereckige Plattenform geformt ist, freigelegt, so dass die Steueranschlüsse 14 und die beiden Enden der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 auf Abständen gehalten sind.
  • Somit kann, verglichen mit einem Fall, in welchem die Steueranschlüsse 14, die Positive- und Negative-Elektrode-Anschlüsse 13a, 13b und die U- bis W-Anschlüsse 13c–13e seitlich angeordnet sind, ein Rauschen zwischen der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13, in welcher ein großer Strom fließt, und den Steueranschlüssen 14, die verschiedene Signale übertragen, reduziert werden. Das Folgende beschreibt hierüber mit Bezug auf 17 bis 20.
  • 17A und 17B zeigen Ergebnisse eines Untersuchens einer Induktivität, wenn Leistungsanschlüsse 29a, 29b, in welchen ein großer elektrischer Strom fließt, entgegengesetzt zueinander in einer vertikalen Richtung angeordnet sind und ein Abstand Ls1 zwischen den Leistungsanschlüssen 29a, 29b und Steueranschlüssen 29c geändert wird, wie in 18 als ein Probekörper gezeigt. In 17A gibt L1 eine Selbstinduktivität der Leistungsanschlüsse 29a, 29b (der Hauptstromkreisinduktivität entsprechend) an, und L2 gibt eine Selbstinduktivität der Steueranschlüsse 29c als Signalleitungen an. Außerdem gibt M12 in 17B eine gegenseitige Induktivität der Leistungsanschlüsse 29a, 29b und der Steueranschlüsse 29c an.
  • Wie von diesen Figuren deutlich wird, ist die Selbstinduktivität L1, welche eine Rauschquelle wird, klein, weil die Leistungsanschlüsse 29a, 29b übereinander angeordnet sind. Außerdem ist ein Einfluss, selbst wenn die Leistungsanschlüsse 29a, 29b benachbart zu den Steueranschlüssen 29c angeordnet sind, klein. Dies bedeutet, dass, weil ein Magnetfluss auf einem L1-Pfad durch Übereinanderanordnen der Leistungsanschlüsse 29a, 29b klein wird, eine induzierte elektromotorische Kraft eines L2-Pfads weniger wahrscheinlich ist, erzeugt zu werden. Somit ist die gegenseitige Induktivität M12 als deren Index klein, und der Einfluss auf die Steueranschlüsse 20c ist klein, selbst wenn die Leistungsanschlüsse 29a, 29b benachbart zu den Steueranschlüssen 29c angeordnet sind.
  • 19A und 19B zeigen ein Ergebnis eines Untersuchens einer Induktivität, wenn die Leistungsanschlüsse 29a, 29b, in welchen ein großer elektrischer Strom fließt, in einem Abstand angeordnet sind, um als ein Probekörper nicht einander gegenüberzuliegen, und ein Abstand Ls2 zwischen den Leistungsanschlüssen 29a, 29b und den Steueranschlüssen 20c geändert wird, wie in 20 als ein Probekörper gezeigt. L1, L2 in 19A und M12 in 19B sind ähnlich zu denjenigen in 17A und 17B.
  • Wie von diesen Figuren klar ist, ist, weil die Leistungsanschlüsse 29a, 29b nicht übereinander angeordnet sind, die Selbstinduktivität L1, welche eine Rauschquelle wird, groß. Außerdem ist ein Einfluss groß, wenn die Leistungsanschlüsse 29a, 29b benachbart zu den Steueranschlüssen 29c angeordnet sind. Auf der anderen Seite ist, weil die Leistungsanschlüsse 29a, 29b nicht übereinander angeordnet sind, auch die gegenseitige Induktivität M12 groß, und der Einfluss auf die Steueranschlüsse 29c ist groß, wenn die Leistungsanschlüsse 29a, 29b benachbart zu den Steueranschlüssen 29c angeordnet sind. Somit wird, wenn ein Zustand, in welchem ein großer Strom mit den Leistungsanschlüssen 29a, 29b eingeschaltet und ausgeschaltet wird, auftritt, eine unbeabsichtigte elektromotorische Kraft in dem Ansteuerstromkreis erzeugt und eine Fehlfunktion wird verursacht.
  • Um die Induktivität zu reduzieren, ist es effektiv, jede der Komponenten der Positive-Elektrode-Verdrahtung und jede der Komponenten der Negative-Elektrode-Verdrahtung durch parallele Leiter auszubilden, so dass elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen in der positiven Elektrode und der negativen Elektrode fließen. Dementsprechend tritt ein magnetisches Versetzen zwischen der Positive-Elektrode-Verdrahtung und der Negative-Elektrode-Verdrahtung auf, und die Induktivität kann reduziert werden.
  • Bei dem Halbleitermodul 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 in den geschichteten Aufbau geformt und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 sind in den geschichteten Aufbau geformt durch Verwendung der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13. Dadurch kann die Selbstinduktivität, welche die Rauschquelle wird, reduziert werden, der Einfluss auf die Steueranschlüsse 14 wird reduziert und eine Fehlfunktion des Ansteuerstromkreises zum Ansteuern des Halbleitermoduls 6 kann begrenzt werden.
  • Zusätzlich dazu, dass der Einfluss auf die Steueranschlüsse 14 durch den übereinander angeordneten Aufbau reduziert werden kann, sind die Steueranschlüsse 14 und die beiden Enden der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13 von den vier Seiten des Harzgussformabschnitts 18 herausgezogen. Somit können diese Komponenten entfernt voneinander gehalten werden, und eine Fehlfunktion des Ansteuerstromkreises zum Ansteuern des Halbleitermoduls 6 kann weiter begrenzt werden.
  • (Andere Ausführungsbeispiele)
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann geeignet modifiziert werden.
  • Zum Beispiel sind in einem Fall, wo alle der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132, die den Hauptstromkreis bilden, in zwei Schichten geteilt sind und die Dicken der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b auf 1 eingestellt sind, die Dicken der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a auf 0,5 eingestellt. Dies ist jedoch nur ein Beispiel, und es ist ein Ziel, die Anzahl der übereinander angeordneten Schichten einzustellen, eine gerade Zahl zu sein. Somit sind die Dicken der Schichten optional. Zum Beispiel können in einem Fall, wo die Dicken der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131a und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132b auf 1 eingestellt sind, die Dicken t der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131b und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132a auf 0,6 eingestellt sein. Es ist jedoch bevorzugt, Querschnittsbereiche von Abschnitten in den U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135, in welchen elektrische Ströme durchkommen, einzustellen, die gleichen zu sein. Somit ist es in einem Fall, wo die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 durch dieselbe interne Schichtverdrahtung wie die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 gebildet sind, bevorzugt, die Dicken des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels einzustellen.
  • Außerdem sind in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 in den Vier-Schichten-Aufbau geformt, während die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschichten 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschichten 132 in den Vier-Schichten-Aufbau geformt sind. Weil jedoch die Anzahl an übereinander angeordneten Schichten nur eine gerade Zahl sein muss, kann zum Beispiel jede der U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 in zwei Schichten aufgeteilt sein, so dass die Gesamtanzahl von übereinander angeordneten Schichten sechs ist. In diesem Fall kann zum Beispiel ein Aufbau, in welchem die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 in Reihenfolge übereinander angeordnet sind, eingesetzt werden.
  • Außerdem wird die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene 13, in welcher eine hauptstromkreisseitige Stromschiene, welche die Positive- und Negative-Elektrode-Anschlüsse 13a, 13b, die Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht 131 und die Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht 132 bildet, und eine ausgangsanschlussseitige Stromschiene, welche die U- bis W-Anschlüsse 13c–13e und die U-Phasen- bis W-Phasen-Verdrahtungsschichten 133–135 bildet, integriert sind, als ein Beispiel genommen. Jedoch können die hauptstromkreisseitige Stromschiene und die ausgangsanschlussseitige Stromschiene durch separate Stromschienen gebildet sein.
  • In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Modus, in welchem die Positive-Elektrode-Seite der Gleichstromenergiequelle 2, die die externe Energiequelle wird, und der Positive-Elektrode-Anschluss 13a und die Negative-Elektrode-Seite der Gleichstromenergiequelle 2 und der Negative-Elektrode-Anschluss 13b direkt verbunden sind. Jedoch ist der Positive-Elektrode-Anschluss 13a ein Anschluss, an welchen eine Spannung von der externen Energiequelle angelegt wird, und der Negative-Elektrode-Anschluss 13b ist ein Anschluss, der an einen niedrigen Potenzialpunkt angeschlossen wird. Daher kann ein Element wie beispielsweise ein Widerstand zwischen dem Positive-Elektrode-Anschluss 13a und der externen Energiequelle oder dem Negative-Elektrode-Anschluss 13b und dem Massepotenzialpunkt vorgesehen sein.

Claims (10)

  1. Halbleitermodul umfassend: obere Arme (51, 53, 55) und untere Arme (52, 54, 56) für drei Phasen, wobei jeder der oberen Arme und der unteren Arme einen Halbleiterchip aufweist, in welchem ein Halbleiterschaltelement (51a–56a) ausgebildet ist, wobei der Halbleiterchip eine Stirnfläche und eine Rückfläche hat; Wärmesenken (11, 12), welche jeweils an der Stirnfläche und der Rückfläche des Halbleiterchips in jedem der oberen Arme und der unteren Arme angeordnet sind; eine hauptstromkreisseitige Stromschiene, welche einen Hauptstromkreis bildet, der eine Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht (131), die mit Positive-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den oberen Armen verbunden ist, einen Positive-Elektrode-Anschluss (13a) zum elektrischen Verbinden der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht und einer Positive-Elektrode-Seite einer externen Energiequelle (2), eine Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht (132), welche entgegengesetzt zu der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht über eine Isolierungsschicht (130) angeordnet ist und mit Negative-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den unteren Armen verbunden ist, und einen Negative-Elektrode-Anschluss (13b) zum elektrischen Verbinden mit der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht aufweist; eine ausgangsanschlussseitige Stromschiene, welche eine Ausgangsverdrahtungsschicht, die mit Negative-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den oberen Armen und Positive-Elektrode-Seiten der Halbleiterchips in den unteren Armen verbunden ist, um mit mittleren Potenzialpunkten der oberen Arme und der unteren Arme verbunden zu sein, und einen Ausgangsanschluss, der elektrisch mit der Ausgangsverdrahtungsschicht und einer Last verbunden ist, aufweist; einen Steueranschluss (14), der eine Signalleitung der Halbleiterschaltelemente wird; und einen Harzgussformabschnitt (18), der die oberen Arme und die unteren Arme bedeckt, während er eine Oberfläche von jeder der Wärmesenken, einen zu dem Positive-Elektrode-Anschluss und dem Negative-Elektrode-Anschluss benachbarten Endabschnitt der hauptstromkreisseitigen Stromschiene, einen zu dem Ausgangsanschluss benachbarten Endabschnitt der ausgangsanschlussseitigen Stromschiene und einen Endabschnitt des Steueranschlusses freilegt, wobei die Ausgangsverdrahtungsschicht eine U-Phasen-Verdrahtungsschicht (133), eine V-Phasen-Verdrahtungsschicht (134) und eine W-Phasen-Verdrahtungsschicht (135), die elektrisch mit dem mittleren Potenzialpunkt des oberen Arms und des unteren Arms in jeder der drei Phasen verbunden sind, aufweist, wobei die U-Phasen-Verdrahtungsschicht und die V-Phasen-Verdrahtungsschicht und die W-Phasen-Verdrahtungsschicht entgegengesetzt zueinander über eine Isolierungsschicht (130) angeordnet sind, der Ausgangsanschluss einen U-Anschluss (13c), einen V-Anschluss (13d) und einen W-Anschluss (13e), die elektrisch jede der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht und die Last verbinden, aufweist, und eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht eingestellt ist, eine gerade Zahl zu sein.
  2. Halbleitermodul gemäß Anspruch 1, wobei die ausgangsanschlussseitige Stromschiene und die hauptstromkreisseitige Stromschiene in eine Mehrschichtverdrahtungsstromschiene (13) integriert sind.
  3. Halbleitermodul gemäß Anspruch 2, wobei eine Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht die gleiche ist wie die Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht.
  4. Halbleitermodul gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Anzahl von übereinander angeordneten Schichten der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht vier ist und eine von der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht in zwei Schichten aufgeteilt ist.
  5. Halbleitermodul gemäß Anspruch 4, wobei eine andere Verdrahtungsschicht zwischen den Verdrahtungsschichten, die in zwei Schichten aufgeteilt sind, angeordnet ist.
  6. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der zu dem Positive-Elektrode-Anschluss und dem Negative-Elektrode-Anschluss benachbarte Endabschnitt der hauptstromkreisseitigen Stromschiene und der zu dem Ausgangsanschluss benachbarte Endabschnitt der ausgangsanschlussseitigen Stromschiene von entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts freigelegt sind.
  7. Halbleitermodul gemäß Anspruch 6, wobei der Harzgussformabschnitt eine viereckige Plattenform hat, der zu dem Positive-Elektrode-Anschluss und dem Negative-Elektrode-Anschluss benachbarte Endabschnitt der hauptstromkreisseitigen Stromschiene und der zu dem Ausgangsanschluss benachbarte Endabschnitt der ausgangsanschlussseitigen Stromschiene von zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts freigelegt sind und ein Endabschnitt des Steueranschlusses in den oberen Armen und ein Endabschnitt des Steueranschlusses in den unteren Armen von den anderen zwei entgegengesetzten Seiten des Harzgussformabschnitts freigelegt sind.
  8. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei jede der U-Phasen-Verdrahtungsschicht, der V-Phasen-Verdrahtungsschicht und der W-Phasen-Verdrahtungsschicht so ausgestaltet ist, dass eine Breite größer als eine Dicke ist.
  9. Halbleitermodul gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Halbleiterchips in den oberen Armen und die Halbleiterchips in den unteren Armen so angeordnet sind, dass die Stirnflächen in eine gleiche Richtung weisen und die Rückflächen in eine gleiche Richtung weisen, und die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene angeordnet ist, zwischen den Halbleiterchips in den oberen Armen und den Halbleiterchips in den unteren Armen durchzukommen.
  10. Halbleitermodul gemäß Anspruch 9, wobei die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene von einem plattengeformten und stabgeformten Element gebildet ist, welches sich von dem zu dem Positive-Elektrode-Anschluss und dem Negative-Elektrode-Anschluss benachbarten Endabschnitt zu dem Ausgangsanschluss und in einer Breitenrichtung erstreckt, die eine Längsrichtung der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene schneidet, auf einer Oberfläche der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene eine erste Ausgangselektrode (136a–136b), welche elektrisch mit Stirnflächenelektroden, die an den Stirnflächen der Halbleiterchips in den oberen Armen angeordnet sind, und der Ausgangsverdrahtungsschicht verbunden ist, und eine negative Elektrode (139a–139c), welche elektrisch mit Stirnflächenelektroden, die an den Stirnflächen der Halbleiterchips in den unteren Armen angeordnet sind, und der Negative-Elektrode-Verdrahtungsschicht verbunden ist, ausgebildet sind, an der zu der einen Oberfläche der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene entgegengesetzten anderen Oberfläche eine positive Elektrode (137a–137c), welche elektrisch mit Rückflächenelektroden, die an den Rückflächen der Halbleiterchips in den oberen Armen angeordnet sind, und der Positive-Elektrode-Verdrahtungsschicht verbunden ist, und eine zweite Ausgangselektrode (138a–138c), welche mit Rückflächenelektroden, die an den Rückflächen der Halbleiterchips in den unteren Armen angeordnet sind, und der Ausgangsverdrahtungsschicht verbunden ist, ausgebildet sind, und in einem Querschnitt, welcher die Mehrschichtverdrahtungsstromschiene, die in das plattengeformte und stabgeformte Element geformt ist, in der Breitenrichtung schneidet, die erste Ausgangselektrode und die zweite Ausgangselektrode auf einer Diagonalen angeordnet sind und elektrisch in der Mehrschichtverdrahtungsstromschiene verbunden sind und die positive Elektrode und die negative Elektrode auf der anderen Diagonalen angeordnet sind.
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