DE112015006817T5 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Ein Invertersteuerungselement (710, 750) arbeitet mit einem Leistungszufuhrpotential, welches einem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (711, 751) zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern eines Inverterschaltelements (51-56) auszugeben. Ein Bremssteuerungselement (810) arbeitet mit einem Leistungszufuhrpotential, welches einem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (811) zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern eines Bremsschaltelements (59) auszugeben. Eine erste Metallkomponente (151) weist eine Mehrzahl von aus einem Vergussharz (300) vorragenden Vorsprüngen auf, wird mit einem in dem Vergussharz (300) eingebetteten Teil durch das Vergussharz (300) gestützt und ist mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (711, 751) und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (811) jeweils elektrisch verbunden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, welche eine Inverterschaltung und eine Bremsschaltung aufweist.
  • Stand der Technik
  • Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2015-65339 (Patentdokument 1) offenbart ein Konverter-Inverter-Brems- (CIB) Leistungsmodul, welches eine Konverterschaltung, eine Inverterschaltung und eine Bremsschaltung umfasst. Dieses Leistungsmodul umfasst: eine Mehrzahl von Kontaktstellen; ein Inverterschaltelement, ein Konverterschaltelement, ein Bremsschaltelement und eine auf der Mehrzahl von Kontaktstellen montierte integrierte Schaltung; eine Mehrzahl von Leitungen, welche über entsprechende Drähte mit dem Inverterschaltelement, dem Konverterschaltelement, dem Bremsschaltelement und der integrierten Schaltung verbunden sind; und ein Vergussharz, welcher einen Teil der Mehrzahl von Leitungen, das Inverterschaltelement, das Konverterschaltelement, das Bremsschaltelement und die integrierte Schaltung bedeckt und nicht den übrigen Teil der Mehrzahl von Leitungen bedeckt. Das Vergussharz wird durch ein sogenanntes Spritzpressverfahren geformt.
  • Dokumente zum Stand der Technik
  • Patentdokumente
  • Patentdokument 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2015-65339
  • Kurzbeschreibung
  • Von der Erfindung zu lösende Probleme
  • Gemäß dem in der Patentanmeldung beschriebenen Verfahren wurden die Leitungen (Metallteile) leicht verformt, wenn sie einer Kraft von einem Harz ausgesetzt wurden, welches mit dem Spritzpressverfahren in eine Form gegossen wurde. Folglich konnten die Leitungen leicht umgeordnet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um solche Probleme zu lösen und hat eine Aufgabe, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, in welcher eine Metallkomponente mit hoher Genauigkeit in einem Vergussharz angeordnet werden kann.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens ein Inverterschaltelement, ein Bremsschaltelement, mindestens ein Invertersteuerungselement, ein Bremssteuerungselement, ein Vergussharz und eine erste Metallkomponente auf. Das Inverterschaltelement ist ein Schaltelement, welches in einer Inverterschaltung enthalten ist. Das Bremsschaltelement ist ein Schaltelement, welches in einer Bremsschaltung enthalten ist. Das Invertersteuerungselement weist einen Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss auf und arbeitet mit einem Leistungszufuhrpotential, welches dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern des Inverterschaltelements auszugeben. Das Bremssteuerungselement weist einen Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss auf und arbeitet mit einem Leistungszufuhrpotential, welches dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern des Bremsschaltelements auszugeben. Das Vergussharz dichtet das Inverterschaltelement, das Bremsschaltelement, das Invertersteuerungselement und das Bremssteuerungselement ab. Die erste Metallkomponente weist eine Mehrzahl von Vorsprüngen auf, welche aus dem Vergussharz vorragen, wird von dem Vergussharz durch einen in dem Vergussharz eingebetteten Teil gestützt und ist mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss jeweils elektrisch verbunden.
  • Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste Metallkomponente gemeinsam für die elektrische Verbindung mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss vorgesehen. Mit einer Mehrzahl von aus dem Vergussharz vorragenden Vorsprüngen kann die erste Metallkomponente durch das Fixieren dieser Vorsprünge beim Formen des Vergussharzes stabil gehalten werden. Daher kann die Metallkomponente in dem Vergussharz mit einer höheren Genauigkeit angeordnet werden, als in dem Fall, in welchem eine Mehrzahl von Metallkomponenten, welche jeweils einen einzigen Vorsprung aufweisen, für die elektrische Verbindung mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss vorgesehen ist.
  • Die Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des vorliegenden Verfahrens werden durch die folgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
    • 2 ist ein Schaltungsdiagramm, welches den Aufbau der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
    • 3 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau von Metallteilen in 1 schematisch darstellt.
    • 4 ist eine partielle Schnittansicht, welche einen Prozess in einem Verfahren zum Herstellen der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
    • 5 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
    • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, welches den Aufbau der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
    • 7 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau von Metallteilen in 5 schematisch darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • [Ausführungsform 1]
  • [Aufbau]
  • 1 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau eines intelligenten Leistungsmoduls 900 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß Ausführungsform 1 schematisch darstellt. Die punktierte Linie in 1 zeigt nur eine Außenkante eines Vergussharzes 300 an. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, welches den Aufbau des intelligenten Leistungsmoduls 900 schematisch darstellt. 3 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau von Metallkomponenten 150 des intelligenten Leistungsmoduls 900 in der gleichen Ansicht wie 1 schematisch darstellt. 3 ist schraffiert, um das Betrachten der Zeichnung zu erleichtern.
  • Wie in 2 dargestellt weist das intelligente Leistungsmodul 900 eine Konverterschaltung 600, eine Inverterschaltung 700 und eine Bremsschaltung 800 als einen Schaltungsaufbau auf. Das intelligente Leistungsmodul 900 weist speziell eine Mehrzahl von den Metallkomponenten 150 (3), welche als Leitungen und Kontaktstellen fungieren, das Vergussharz 300, Bonding-Drähte 200 und eine Mehrzahl von auf den Metallkomponenten 150 montierten elektrischen Teilen, welche als die Kontaktstellen fungieren. Das Vergussharz 300 dichtet diese elektrischen Teile ab. Das Vergussharz 300 dichtet ebenfalls die Metallkomponenten 150 teilweise ab. Freiliegende Teile der Metallkomponenten 150, welche nicht von dem Vergussharz 300 abgedichtet werden, fungieren als externe Anschlüsse des intelligenten Leistungsmoduls 900. Die Metallkomponenten 150 weisen eine erste Metallkomponente 151 auf, welche durch das Vergussharz 300 teilweise abgedichtet ist und als eine Leitung fungiert. Die Metallkomponenten 150 weisen ebenfalls eine zweite Metallkomponente 152 auf, welche durch das Vergussharz 300 teilweise abgedichtet ist und als eine Leitung und als Kontaktstellen fungiert.
  • Das intelligente Leistungsmodul 900 weist Konverterdioden 41 bis 46 als in der Konverterschaltung 600 enthaltene elektrische Teile auf. Freiliegende Teile der in der Konverterschaltung 600 enthaltenen Metallkomponenten 150 bilden externe AC-Eingabeanschlüsse 33 bis 35, einen externen Positiv-Ausgabeanschluss 1 und einen externen Negativ-Ausgabeanschluss 2. Eine von den Konverterdioden 41 bis 46 gebildete Konverterbrücke wandelt Dreiphasen-AC-Spannungen, welche den externen AC-Eingabeanschlüssen 33 bis 35 eingegeben werden, in DC-Spannungen um, welche von dem externen Positiv-Ausgabeanschluss 1 und dem externen Negativ-Ausgabeanschluss 2 ausgegeben werden.
  • Das intelligente Leistungsmodul 900 umfasst als in der Inverterschaltung 700 enthaltene elektrische Teile eine integrierte Niederspannungs-Inverterschaltung (LVIC) 710 (Invertersteuerungselement), eine integrierte Hochspannungs-Inverterschaltung (HVIC) 750 (Invertersteuerungselement), Bipolartransistoren mit isolierter Gate (IGBTs) 51 bis 56 (Inverterschaltelemente), Freilaufdioden 61 bis 64, Bootstrap-Dioden 71 bis 73 und Bootstrap-Widerstände 81 bis 83. Die Inverter-LVIC 710 und die Inverter-HVIC 750 sind Antriebs-ICs zum Antreiben entsprechend einer Unterseite und einer Oberseite der Inverterschaltung 700. Die Inverter-LVIC 710 und die Inverter-HVIC 750 sind auf der zweiten Metallkomponente 152 (3) als Kontaktstellen montiert. Der IGBT 51 und die Freilaufdiode 61 bilden einen Arm. Jeweils die IGBTs 52 bis 56 und die Freilaufdioden 62 bis 66 bilden fünf zusätzliche Arme. Die insgesamt sechs Arme bilden eine Dreiphasen-Brückenschaltung. Freiliegende Teile der in der Inverterschaltung 700 enthaltenen Metallkomponenten 150 bilden einen externen Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23, einen externen Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24, externe Unterseitensteuerungs-Eingabeanschlüsse 16 bis 18, externe Oberseitensteuerungs-Eingabeanschlüsse 13 bis 15, externe Negativ-Verbindungsanschlüsse 25 bis 27, externe AC-Ausgabeanschlüsse 28 bis 30, einen externen Positiv-Eingabeanschluss 31 und andere externe Anschlüsse 7 bis 12 und 19 bis 22.
  • Das intelligente Leistungsmodul 900 umfasst als in der Bremsschaltung 800 enthaltene elektrische Teile eine Bremssteuerungs-IC 810 (Bremssteuerungselement) 810, einen IGBT 59 (Bremsschaltelement) und eine Diode 69. Die Bremssteuerungs-IC 810 ist auf der zweiten Metallkomponente 152 (3) als eine Kontaktstelle montiert. Freiliegende Teile der in der Bremsschaltung 800 enthaltenen Metallkomponenten 150 bilden einen externen Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6, einen externen Bremseinheitssteuerungs-Masseanschluss 4, einen externen Bremssteuerungs-Eingabeanschluss 5, einen externen Bremsanschluss 32 und einen externen Brems-Masseanschluss 3.
  • Die Inverter-LVIC 710 umfasst einen LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711 (Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss), einen LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712 (Invertersteuerungssystem-Masseanschluss), LVIC-Invertersteuerungs-Eingabeanschlüsse 721 bis 723, LVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschlüsse 741 bis 743 und andere Elementanschlüsse 730. Ein Referenzpotential eines dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711 zugeführten Leistungszufuhrpotentials wird dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712 zugeführt. Die Inverter-LVIC 710 arbeitet mit dem Leistungszufuhrpotential, welches dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711 zugeführt wird, um Gate-Signale zum Steuern der IGBTs 51 bis 53 (Inverterschaltelemente) von den LVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschlüssen 741 bis 743 jeweils auszugeben.
  • Die Inverter-HVIC 750 umfasst einen HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 (Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss), einen HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752 (Invertersteuerungssystem-Masseanschluss), HVIC-Invertersteuerungs-Eingabeanschlüsse 764 bis 766, HVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschlüsse 784 bis 786, Offset-Ausgabeanschlüsse 794 bis 796, Antriebsleistungszufuhranschlüsse 771 und Antriebsleistungszufuhr-Masseanschlüsse 772. Ein Referenzpotential eines dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 zugeführten Leistungszufuhrpotentials wird dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752 zugeführt. Die Inverter-HVIC 750 arbeitet mit dem Leistungszufuhrpotential, welches dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 zugeführt wird, um Gate-Signale zum Steuern der IGBTs 54 bis 56 (Inverterschaltelemente) von den HVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschlüssen 784 bis 786 jeweils auszugeben.
  • Die Bremssteuerungs-IC 810 umfasst einen Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811, einen Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812, einen Bremssteuerungssystem-Eingabeanschluss 829 und einen Bremssteuerungs-Ausgabeanschluss 839. Ein Referenzpotential eines dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 zugeführten Leistungszufuhrpotentials wird dem Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812 zugeführt. Die Bremssteuerungs-IC 810 arbeitet mit dem Leistungszufuhrpotential, welches dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 zugeführt wird, um ein Gate-Signal zum Steuern des IGBT 59 (Bremsschaltelement) von dem Bremssteuerungs-Ausgabeanschluss 839 auszugeben.
  • Das Vergussharz 300 dichtet die IGBTs 51 bis 56 und 59, die Inverter-LVIC 710, die Inverter-HVIC 750 und die Bremssteuerungs-IC 810 ab. Das Vergussharz 300 dichtet ebenfalls die Metallkomponenten 150 teilweise ab.
  • Die erste Metallkomponente 151 wird durch das Vergussharz 300 mit einem in dem Vergussharz 300 eingebetteten Teil gestützt. Die erste Metallkomponente 151 ist mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 jeweils elektrisch verbunden. Genauer ausgedrückt ist die erste Metallkomponente 151 über den Bonding-Draht 200 innerhalb des Vergussharzes 300 mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 jeweils elektrisch verbunden. Die erste Metallkomponente 151 umfasst eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz 300 vorragenden Vorsprüngen, welche den externen Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 und den externen Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 bilden.
  • Die zweite Metallkomponente 152 wird durch das Vergussharz 300 mit einem in dem Vergussharz 300 eingebetteten Teil gestützt. Die zweite Metallkomponente 152 ist mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752 und dem Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812 jeweils elektrisch verbunden. Genauer ausgedrückt ist die zweite Metallkomponente 152 durch den Bonding-Draht 200 innerhalb des Vergussharzes 300 mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752 und dem Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812 elektrisch verbunden. Die zweite Metallkomponente 152 weist eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz 300 vorragenden Vorsprüngen auf, welche den externen Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 und den externen Bremseinheitssteuerungs-Masseanschluss 4 bilden.
  • Die Bonding-Drähte 200 werden zum Bilden einer Verdrahtung mit den Metallkomponenten 150 in der in 2 dargestellten Schaltung verwendet. Die Bonding-Drähte 200 umfassen den Bonding-Draht 200, welcher den LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711, den HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 und den Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 mit der ersten Metallkomponente 151 elektrisch verbindet. Gemäß Ausführungsform 1 ist die erste Metallkomponente 151 nur mit dem Vergussharz 300 und den Bonding-Drähten 200 in dem Vergussharz 300 in Kontakt.
  • [Herstellungsverfahren]
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des intelligenten Leistungsmoduls 900 im Folgenden beschrieben.
  • Zuerst wird eine gebrannte Metallkomponente 150P mit einem Rahmen 50f (4), welcher mit jeder der Metallkomponenten 150 verbunden ist, präpariert. Die gebrannte Metallkomponente 150P soll letztendlich die Metallkomponente 150 (3) sein. Die vorgenannten elektrischen Teile sind auf der Metallkomponente 150 in der gebrannten Metallkomponente 150P montiert. Die Bonding-Drähte 200 sind auf der Metallkomponente 150 gebildet, auf welcher die elektrischen Teile montiert sind.
  • Daraufhin wird eine Form 1000 mit einer unteren Form 1001 und einer oberen Form 1002 für das Spritzpressverfahren präpariert. Die Form 1000 umfasst eine Aussparung 1100 zwischen der unteren Form 1001 und der oberen Form 1002.
  • Als nächstes werden die Metallkomponenten 150 durch Aufeinanderschichten der Rahmen 50f und der Teile, welche letztendlich externe Anschlüsse der Metallkomponenten 150 in den gebrannten Metallkomponenten 150P sein sollen innerhalb der Aussparung 1100 zwischen der unteren Form 1001 und der oberen Form 1002 aufgehängt. Insbesondere werden ein Ende und das andere Ende der ersten Metallkomponente 151 durch Fixieren eines Teils, welcher der externe Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 ( 4) sein soll und eines Teils, welcher der externe Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 (nicht in 4 dargestellt) sein soll, durch die Form 1000 aufgehängt.
  • Als nächstes wird ein Harz in die Aussparung 1100 gespritzt. Das Vergussharz 300 wird dementsprechend geformt. Hierbei können die Metallkomponenten 150 versehentlich verformt werden, wenn sie einer von dem eingespritzten Harz verursachten Kraft ausgesetzt werden. Insbesondere werden manche der Metallkomponenten 150, welche in der Aussparung 1100 aufgehängt und durch die Form 1000 an nur einem Teil gestützt werden, leicht verformt. Manche der Metallkomponenten 150, welche durch die Form 1000 an einer Mehrzahl von Teilen gestützt werden, werden hingegen kaum verformt. Die erste Metallkomponenten 151 wird nicht nur durch den Teil, welcher der externe Bremseinheitsteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 (4) sein soll, sondern auch von dem Teil, welcher der externe Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 (nicht in 4 dargestellt, siehe 3) sein soll, gestützt. Daher wird die erste Metallkomponente 151 kaum verformt, wenn das Vergussharz 300 pressgespritzt wird. Dementsprechend kann die erste Metallkomponente 151 in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit angeordnet werden.
  • Als nächstes wird ein durch das Spritzpressverfahren erhaltenes Zwischenprodukt aus der Form 1000 genommen. Daraufhin werden die Rahmen 50f geschnitten, um entfernt zu werden. Das intelligente Leistungsmodul 900 wird dementsprechend erhalten.
  • [Vorteile]
  • Gemäß Ausführungsform 1 ist die erste Metallkomponente 151 (1) gemeinsam für die elektrische Verbindung mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 (2) vorgesehen. Die erste Metallkomponente 151 umfasst den externen Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 und den externen Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 als die Mehrzahl von aus dem Vergussharz 300 vorragenden Vorsprüngen. Beim Spritzpressverfahren zum Formen des Vergussharzes 300 (4) kann die erste Metallkomponente 151 durch Fixieren dieser Vorsprünge stabil gehalten werden. Im Gegensatz zu dem Fall, in welchem eine Mehrzahl von Metallkomponenten, welche jeweils einen einzigen Vorsprung aufweisen, für die elektrische Verbindung mit dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 811 vorgesehen ist, kann die erste Metallkomponente 151 in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit als eine der Metallkomponenten 150 angeordnet werden.
  • Die erste Metallkomponente 151, welche nur mit dem Vergussharz 300 und den Bonding-Drähten 200 in dem Vergussharz 300 in Kontakt ist, wird unmittelbar bevor der Vergussharz 300 geformt wird im Wesentlichen nur durch die Vorsprünge der ersten Metallkomponente 151 gehalten. Da externe Kräfte die Bonding-Drähte 200 leicht verformen, tragen die Bonding-Drähte 200 nicht wesentlich zum Halten der ersten Metallkomponente 151 bei. Hierbei erfordert das Formen des Vergussharzes 300 insbesondere, dass verhindert wird, dass die erste Metallkomponente 151 durch dessen Verformung umgeordnet wird. Gemäß Ausführungsform 1 kann eine solche Umordnung wie vorstehend beschrieben wirksam verhindert werden.
  • Obwohl die erste Metallkomponente 151 nur mit dem Vergussharz 300 und den Bonding-Drähten 200 in dem Vergussharz 300 in Ausführungsform 1 in Kontakt ist, kann die erste Metallkomponente 151 mit anderen Aufbauten wie etwa einem Aufbau zur Verbesserung von Wärmeleitfähigkeit in Kontakt sein. Eine Harzschicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des Vergussharzes 300 kann als ein solcher Aufbau verwendet werden. Da die Starrheit der Harzschicht relativ gering ist, trägt die Harzschicht nicht viel zur stabilen Anordnung der ersten Metallkomponente 151 beim Spritzpressverfahren bei. Daher ist die Verwendung der ersten Metallkomponente 151, welche mit einer hohen Genauigkeit angeordnet werden kann, in solchen Fällen vorteilhafter.
  • Die zweite Metallkomponente 152 weist ähnlich der ersten Metallkomponente 151 ebenfalls eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz 300 vorragenden Vorsprüngen auf. Dementsprechend kann die zweite Metallkomponente 152 auch in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit angeordnet werden.
  • Der externe Bremseinheitsteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 und der externe Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 werden durch die erste Metallkomponente 151 in dem Vergussharz 300 kurzgeschlossen. Der externe Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 und der externe Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 können jeweils der Inverterschaltung 700 und der Bremsschaltung 800 (2) entsprechend Leistung zuführen. Mit anderen Worten ermöglicht bloß eine Verbindung zu einem externen Anschluss, dass die Inverterschaltung 700 und die Bremsschaltung 800 (2) mit Leistung versorgt werden. Daher ist es möglich, auszuwählen, ob der externe Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 6 oder der externe Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss 23 bei der Herstellung einer Einrichtung (nicht dargestellt), auf welcher das intelligente Leistungsmodul 900 montiert werden soll, verwendet wird, um für die Verdrahtung um das intelligente Leistungsmodul 900 oder für die Anordnung der Teile geeignet zu sein. Dementsprechend wird die Flexibilität bei dem Entwurf der Verdrahtung um das intelligente Leistungsmodul 900 oder der Anordnung der Teile verbessert.
  • Gemäß Ausführungsform 1 wird die erste Metallkomponente 151 gemeinsam für die elektrische Verbindung mit jedem von dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711 in dem Invertersteuerungselement 710 und dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 in der Inverter-HVIC 750 verwendet. Dies beseitigt die Notwendigkeit für das Bereitstellen von Metallkomponenten abgesehen von der ersten Metallkomponente 151, welche in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit angeordnet werden kann und welche als eine Metallkomponente für die elektrische Verbindung mit jedem von dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 711 in dem Invertersteuerungselement 710 und dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss 751 in der Inverter-HVIC 750 fungiert. Daher können, auch wenn die Anzahl der Invertersteuerungselemente größer als eins ist, Metallkomponenten in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit angeordnet werden.
  • [Ausführungsform 2]
  • 5 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau eines intelligenten Leistungsmoduls 900V (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß Ausführungsform 2 schematisch darstellt. Die punktierte Linie in 5 zeigt nur eine Außenkante des Vergussharzes 300 an. 6 ist ein Schaltbild, welches den Aufbau des intelligenten Leistungsmoduls 900V schematisch darstellt. 7 ist eine Draufsicht, welche einen Aufbau von Metallkomponenten 150 des intelligenten Leistungsmoduls 900V in der gleichen Ansicht wie in 5 schematisch darstellt. 7 ist schraffiert, um das Betrachten der Zeichnung zu vereinfachen.
  • Das intelligente Leistungsmodul 900V umfasst die Metallkomponenten 150V (7) als einen Ersatz für die Metallkomponenten 150 (3). Die Metallkomponenten 150V umfassen eine zweite Metallkomponente 152V als einen Ersatz für die zweite Metallkomponente 152. Die zweite Metallkomponente 152V wird durch das Vergussharz 300 mit einem in dem Vergussharz 300 eingebetteten Teil gestützt. Die zweite Metallkomponente 152V ist mit jedem von dem LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712, dem HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752, dem Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812 und einem Emitter-Anschluss des IGBT 59 (Masseseite der Bremsschaltung 800) elektrisch verbunden. Die zweite Metallkomponente 152 umfasst eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz 300 vorragenden Vorsprüngen, welche den externen Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 und den externen Brems-Masseanschluss 3 bilden. Mit diesem Aufbau wird die Bremsschaltung 800 an der zweiten Metallkomponente 152V in dem Vergussharz 300 geerdet. Die zweite Metallkomponente 152V weist im Gegensatz zur zweiten Metallkomponente 152 keinen externen Bremseinheitssteuerungs-Masseanschluss 4 (3) auf.
  • Da die Aufbauten abgesehen von den obigen nahezu die gleichen wie die gemäß Ausführungsform 1 sind, bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder die entsprechenden Elemente und die Beschreibung dieser wird nicht wiederholt.
  • Gemäß Ausführungsform 2 umfassen die Vorsprünge der Metallkomponente 152V aus dem Vergussharz 300 zwei Vorsprünge des externen Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 und des externen Brems-Masseanschluss 3, welcher ein externer Anschluss der Bremsschaltung 800 ist. Dementsprechend kann die zweite Metallkomponente 152V ähnlich der zweiten Metallkomponente 152 (Ausführungsform 1) auch in dem Vergussharz 300 mit hoher Genauigkeit angeordnet werden.
  • Der LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 712, der HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss 752, der Bremssteuerungssystem-Masseanschluss 812 und der Emitter-Anschluss des IGBT 59 werden ebenfalls von der zweiten Metallkomponente 152V in dem Vergussharz 300 gemäß Ausführungsform 2 kurzgeschlossen. Der externe Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 und der externe Brems-Masseanschluss 3 können jeweils der Inverterschaltung 700 und der Bremsschaltung 800 (2) das Referenzpotential entsprechend zuführen. Der externe Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 und der externe Brems-Masseanschluss 3 ermöglichen jeweils ebenfalls, dass die Bremsschaltung 800 geerdet wird. Daher ist es möglich, auszuwählen, ob der externe Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss 24 oder der externe Bremsen-Masseanschluss 3 bei der Herstellung einer Einrichtung (nicht dargestellt), auf welcher das intelligente Leistungsmodul 900V montiert werden soll, verwendet wird, um für die Verdrahtung um das intelligente Leistungsmodul 900V oder die Anordnung von Teilen geeignet zu sein. Dementsprechend wird die Flexibilität bei dem Entwurf der Verdrahtung um das intelligente Leistungsmodul 900V oder der Anordnung der Teile verbessert.
  • Die zweite Metallkomponente 152V umfasst nicht den externen Bremseinheitssteuerungs-Masseanschluss 4 (1, Ausführungsform 1), was daher auf die Eliminierung des externen Bremseinheitssteuerungs-Masseanschlusses 4 in dem intelligenten Leistungsmodul 900V hinweist. Daher kann die Anzahl der externen Anschlüsse des intelligenten Leistungsmoduls 900V verringert werden. Das intelligente Leistungsmodul 900V kann dementsprechend miniaturisiert werden.
  • Obwohl jede der Ausführungsformen Anwendung der IGBTs als Schaltelemente beschreibt, können andere Halbleiterschaltelemente wie etwa ein Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MISFET) verwendet werden.
  • Ausführungsformen können innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung frei kombiniert und angemessen modifiziert oder weggelassen werden. Obwohl diese Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die Beschreibung in allen Aspekten illustrativ und beschränkt die Erfindung nicht. Daher werden zahlreiche Modifikationen, welche veranschaulicht wurden, innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung ausgearbeitet.
  • Erklärung der Bezugszeichen
  • 1 externer Positiv-Ausgabeanschluss, 2 externer Negativ-Ausgabeanschluss, 3 externer Bremsen-Masseanschluss, 4 externer Bremseinheitssteuerungs-Masseanschluss, 5 externer Bremssteuerungs-Eingabeanschluss, 6 externer Bremseinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss, 7-12, 19-22 externer Anschluss, 13-15 externer Oberseitensteuerungs-Eingabeanschluss, 16-18 externer Unterseitensteuerungs-Eingabeanschluss, 23 externer Invertereinheitssteuerungs-Leistungszufuhranschluss, 24 externer Invertereinheitssteuerungs-Masseanschluss, 25-27 externer Negativ-Verbindungsanschluss, 28-30 externer AC-Ausgabeanschluss, 31 externer Positiv-Eingabeanschluss, 32 externer Bremsanschluss, 33-35 externer AC-Eingabeanschluss, 41-46 Konverterdiode, 50f Rahmen, 51-56 IGBT (Inverterschaltelement), 59 IGBT (Bremsschaltelement), 61-66 Freilaufdiode, 69 Diode, 71-73 Bootstrap-Diode, 81-83 Bootstrap-Widerstand, 150, 150V Metallkomponente, 150P gebrannte Metallkomponente, 151 erste Metallkomponente, 152, 152V zweite Metallkomponente, 200 Bonding-Draht, 300 Vergussharz, 600 Konverterschaltung, 700 Inverterschaltung, 710 Inverter-LVIC (Invertersteuerungselement), 711 LVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss, 712 LVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss, 721-723 LVIC-Invertersteuerungs-Eingabeanschluss, 730 Elementanschluss, 741-743 LVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschluss, 750 Inverter-HVIC (Invertersteuerungselement), 751 HVIC-Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss, 752 HVIC-Invertersteuerungssystem-Masseanschluss, 764-766 HVIC-Invertersteuerungs-Eingabeanschluss, 771 Antriebsleistungszufuhranschluss, 772 Antriebsleistungszufuhr-Masseanschluss, 784-786 HVIC-Invertersteuerungs-Ausgabeanschluss, 794-796 Offset-Ausgabeanschluss, 800 Bremsschaltung, 810 Bremssteuerungs-IC (Bremssteuerungselement), 811 Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss, 812 Bremssteuerungssystem-Masseanschluss, 829 Bremssteuerungs-Eingabeanschluss, 839 Bremssteuerungs-Ausgabeanschluss, 900, 900V intelligentes Leistungsmodul (Leistungshalbleitervorrichtung), 100 Form, 1001 untere Form, 1002 obere Form, 1100 Aussparung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2015065339 [0002, 0003]

Claims (5)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (900, 900V), aufweisend: mindestens ein Inverterschaltelement (51-56), welches ein in einer Inverterschaltung (700) enthaltenes Schaltelement ist; ein Bremsschaltelement (59), welches ein in einer Bremsschaltung (800) enthaltenes Schaltelement ist; mindestens ein Invertersteuerungselement (710, 750), welches einen Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (711, 751) aufweist, wobei das Invertersteuerungselement mit einem Leistungszufuhrpotential arbeitet, welches dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern des Inverterschaltelements auszugeben; ein Bremssteuerungselement (810), welches einen Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss (811) aufweist, wobei das Bremssteuerungselement mit einem Leistungszufuhrpotential arbeitet, welches dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, um ein Signal zum Steuern des Bremsschaltelements (59) auszugeben; ein Vergussharz (300), welches das Inverterschaltelement, das Bremsschaltelement, das Invertersteuerungselement und das Bremssteuerungselement abdichtet; und eine erste Metallkomponente (151), welche eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz vorragenden Vorsprüngen aufweist, wobei die erste Metallkomponente durch das Vergussharz mit einem in dem Vergussharz eingebetteten Teil gestützt wird und mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss jeweils elektrisch verbunden ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (900, 900V) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Invertersteuerungselement eine Mehrzahl von Invertersteuerungselementen (710, 750) aufweist, welche jeweils den Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss aufweisen und die erste Metallkomponente mit jedem von den Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschlüssen (711, 751), welche in der Mehrzahl von Inversteuerungselementen enthalten sind, elektrisch verbunden ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (900, 900V) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend einen Bonding-Draht (200), welcher die erste Metallkomponente mit dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss und dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss jeweils verbindet, wobei die erste Metallkomponente nur mit dem Vergussharz und den Bonding-Drähten in dem Vergussharz in Kontakt ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (900, 900V) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Invertersteuerungselement einen Invertersteuerungssystem-Masseanschluss (712, 752) aufweist, welchem ein Referenzpotential des Leistungszufuhrpotentials, welches dem Invertersteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, zugeführt wird und das Bremssteuerungselement einen Bremssteuerungssystem-Masseanschluss (812) aufweist, welchem ein Referenzpotential des Leistungszufuhrpotentials, welches dem Bremssteuerungssystem-Leistungszufuhranschluss zugeführt wird, zugeführt wird, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner eine zweite Metallkomponente (152, 152V) umfasst, welche eine Mehrzahl von aus dem Vergussharz vorragenden Vorsprüngen aufweist, wobei die zweite Metallkomponente von dem Vergussharz mit einem in dem Vergussharz eingebetteten Teil gestützt wird und mit dem Invertersteuerungssystem-Masseanschluss und dem Bremssteuerungssystem-Masseanschluss jeweils elektrisch verbunden ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (900V) nach Anspruch 4, wobei die Bremsschaltung an der zweiten Metallkomponente (152V) in dem Vergussharz geerdet ist.
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