DE112015006984B4 - Halbleitervorrichtung und halbleitermodul, das mit derselben versehen ist - Google Patents

Halbleitervorrichtung und halbleitermodul, das mit derselben versehen ist Download PDF

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Abstract

Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000), aufweisend:ein isolierendes Substrat (1, 23, 25);ein Metallmuster (2, 24, 26), welches ein durchgehendes Stück ist und mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats verbunden ist;eine Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43), die mit einer Oberfläche gegenüber dem isolierenden Substrat auf dem Metallmuster verbunden sind, wobeidie Mehrzahl von Schaltelementen in einer Matrix von zwei oder mehr Reihen und zwei oder mehr Spalten auf dem Metallmuster angeordnet ist,jedes der Mehrzahl von Schaltelementen aufweist:eine erste in einer Hauptoberfläche vorgesehene Hauptelektrode, welche mit dem Metallmuster verbunden ist;eine zweite Hauptelektrode (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a), die in der anderen Hauptoberfläche gegenüber der einen Hauptoberfläche vorgesehen ist; undmindestens eine Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b), die in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen ist, undentlang einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen durch mindestens eine Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) elektrisch verbunden sind, wobeientlang der einen Richtung der Reihenrichtung oder der Spaltenrichtung die Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) durch eine Gate-Leitung (9a, 9b) verbunden sind, undentlang der anderen Richtung der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) der benachbart angeordneten Schaltelemente durch die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) verbunden sind, unddie Gate-Leitung (9a, 9b) und die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) einander durch ein Verfahren einer Kreuzung auf mehreren Ebenen kreuzen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und ein Halbleitermodul, das eine Halbleitervorrichtung aufweist, und bezieht sich insbesondere auf eine Anordnung von Schaltelementen, die auf die Halbleitervorrichtung montiert sind.
  • Stand der Technik
  • Herkömmlicherweise wird ein Halbleiterleistungsmodul für eine Leistungssteuerung verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Eine Leistungsvorrichtung wird in einem Halbleiterleistungsmodul verwendet. Als ein Beispiel einer Leistungsvorrichtung wird ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) genannt. Ein-/Ausschalten eines IGBTs wird durch ein Gate-Ansteuerungssignal gesteuert, und ein Hochspannungs- und Hochstrom-Schalten kann ausgeführt werden. Ein Halbleiterleistungsmodul, das einen IGBT aufweist, wird verbreitet für einen Inverter und dergleichen verwendet, der einen Motor oder dergleichen antreibt.
  • Aus US 2004 / 0 248 330 A1 ist ein Halbleitermodul bekannt, welches unabhängig voneinander bedienbare Segmente (Halbleiterelemente) auf einem SiC-Substrat umfasst. Jedes Segment umfasst ein Source-Elektroden-Pad und ein Gate-Elektroden-Pad, die beide an der Hauptoberflächenseite des SiC-Substrats vorgesehen sind, und ein Drain-Elektroden-Pad, das an der Rückseite des SiC-Substrats vorgesehen ist. Das Halbleitermodul umfasst ferner einen Isolationsbereich wie einen Graben oder eine Schottky-Diode zum elektrischen Isolieren der benachbarten Segmente voneinander. Nur die Elektrodenpads und jedes der Segmente, die durch einen Test als konform bestimmt wurden, sind mit den Elektrodenanschlüssen bzw. verbunden.
  • Aus der US 2013 / 0 249 008 A1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, welche umfasst: einen ersten Halbleiterchip, einen zweiten Halbleiterchip, einen Gate-Elektrodenanschluss und ein Chipkissen. Der erste Halbleiterchip weist ein erstes Gate-Elektrodenpad und ein zweites Gate-Elektrodenpad auf, die elektrisch mit dem ersten Gate-Elektrodenpad verbunden sind. Der zweite Halbleiterchip weist ein Gate-Elektrodenpad auf, das über eine Verdrahtung mit dem zweiten Gate-Elektrodenpad verbunden ist. Der Gate-Elektrodenanschluss ist über eine Verdrahtung mit dem ersten Gate-Elektrodenpad des ersten Halbleiterchips verbunden. Das Chipkissen hat eine Chip-Montagefläche zum Montieren des ersten und zweiten Halbleiterchips.
  • Aus der US 2012 / 0 018 741 A1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, welche erste Halbleitervorrichtungen aus Silizium umfasst, wobei die ersten Halbleitervorrichtungen zusammen angeordnet sind, wodurch eine erste Vorrichtungsgruppe gebildet wird, und zweite Halbleitervorrichtungen aus Siliziumkarbid, wobei die zweiten Halbleitervorrichtungen kollektiv angeordnet sind, wodurch eine zweite Gerätegruppe gebildet wird. Die Vorrichtung kann auch einen Verdrahtungsleiter, der die erste Halbleitervorrichtung und die zweite Halbleitervorrichtung verbindet, eine Kühlrippenbasis, die einen darauf gebildeten Vorsprung umfasst, wodurch die von der ersten und zweiten Halbleitervorrichtung erzeugte Wärme abgeführt wird, und unter der zweiten Vorrichtung angeordnete Vorsprünge umfassen. Die Gruppe ist weiter voneinander entfernt als die unter der ersten Gerätegruppe angeordneten Projektionen.
  • Dokumente des Stands der Technik
  • Patentdokumente
  • Patentdokument 1: Offengelegte, japanische Patentanmeldung JP 2013- 12 560 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Eine unter den Anforderungen, die an ein IGBT-Modul gestellt werden, ist eine Erhöhung einer Belastbarkeit eines Nennstroms. Zum Beispiel sollten in einem Fall, in welchem eine Last mit einem Nennstrom 1800 A durch Verwenden eines IGBT-Moduls angesteuert wird, das bei 900 A ausgelegt ist, zwei IGBT-Module, die jeweils bei 900 A ausgelegt sind, für eine Verwendung parallel verbunden werden. Währenddessen ermöglicht, ein IGBT-Modul zu verwenden, das bei 1800 A ausgelegt ist, dass die vorstehende Last durch Verwenden nur eines IGBT-Moduls angesteuert wird, was eine Notwendigkeit eines parallelen Verbindens von IGBT-Modulen für eine Verwendung beseitigt.
  • Um einen Nennstrom eines IGBT-Moduls zu erhöhen, ist es notwendig, die Anzahl von Halbleiterelementen zu erhöhen, welche parallel zu verbinden und auf ein isolierendes Substrat anzubringen sind. Zum Beispiel sind in einer Anordnung, in welcher auf einem isolierenden Substrat drei IGBT-Elemente seitwärts parallel verbunden sind und drei Dioden-Elemente seitwärts parallel verbunden sind, wenn sechs IGBT-Elemente sowie sechs Dioden-Elemente seitwärts angerordnet sind, sechs IGBT-Elemente und sechs Dioden-Elemente enthalten, sodass ein Nennstrom verdoppelt werden kann. Eine solche Anordnung, wie vorstehend erklärt, würde eine Form eines isolierenden Substrats seitwärts sehr lang machen. Dies würde auch eine Form eines Halbleitermoduls seitwärts sehr lang machen. Eine seitwärts lange Form sowohl eines isolierenden Substrats als auch eines Moduls würde eine Schwierigkeit einer merklich verkürzten thermischen Lebensdauer oder dergleichen aufgrund einer Erhöhung einer Beanspruchung bewirken, die aus einer Temperaturänderung oder dergleichen während einer Verwendung eines Moduls resultiert.
  • Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine Erhöhung der Anzahl von Halbleiterelementen, die parallel angebracht sind, ermöglicht und verhindert, dass eine Form eines isolierenden Substrats, auf welches die Halbleiterelemente angebracht sind, seitwärts lang ist, und ein Halbleitermodul zur Verfügung zu stellen, das eine solche Halbleitervorrichtung aufweist.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung macht es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, welche erlaubt, eine Erhöhung der Anzahl von Schaltelementen zu erhalten, und weist einen hohen Nennstrom auf, während verhindert wird, dass ein isolierendes Substrat seitwärts sehr lang ist, und ein Halbleitermodul zu erhalten, das eine solche Halbleitervorrichtung aufweist.
  • Die vorstehenden Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen gesehen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 2 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 3 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 4 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 5 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 6 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform.
    • 8 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform.
    • 9 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.
    • 10 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform.
    • 11 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.
    • 12 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform.
    • 13 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zwölften, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform.
    • 14 ist eine Draufsicht eines Halbleitermoduls und einer Halbleitervorrichtung gemäß einer grundlegenden Technik.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • <Grundlegende Technik>
  • Vor einer Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Technik beschrieben, auf welcher die vorliegende Erfindung basiert. 14 ist eine Draufsicht, die eine interne Struktur eines Halbleitermoduls 30 gemäß der grundlegenden Technik zeigt. Wie in 14 beschrieben, weist das Halbleitermodul 30 in der grundlegenden Technik eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen 10 und 10A und eine Mehrzahl von Metallmustern 24 und 26 auf, welche auf einer Basisplatte 19 angebracht sind.
  • In einem Bereich näher an einer ersten Seite 19a der Basisplatte 19 sind drei Halbleitervorrichtungen 10 angebracht, die die gleiche Konfiguration aufweisen, während sie entlang einer X-Richtung angeordnet sind. Außerdem sind in einem Bereich näher an einer zweiten Seite 19b gegenüber der ersten Seite 19a der Basisplatte 19 drei Halbleitervorrichtungen 10A angebracht, die jeweils eine Anordnung aufweisen, welche symmetrisch zu der Halbleitervorrichtung 10 ist, während sie entlang einer X-Richtung angeordnet sind. Mit anderen Worten sind drei Paare, die jeweils aus den Halbleitervorrichtungen 10 und 10A zusammengesetzt sind, angebracht.
  • Zwischen jeder der Halbleitervorrichtungen 10 und der ersten Seite 19a der Basisplatte 19 ist das Metallmuster 24 angebracht, das auf ein isolierendes Substrat 23 verbunden ist. Außerdem ist zwischen jeder der Halbleitervorrichtungen 10A und der zweiten Seite 19b der Basisplatte 19 das Metallmuster 24 angebracht, das auf ein isolierendes Substrat 23 verbunden ist. Ein unteres Ende einer Gate-Hilfselektrode 27 ist zum Beispiel durch ein Lötmittel mit jedem der Metallmuster 24 verbunden.
  • Außerdem sind auf der Basisplatte 19 die Metallmuster 26, die auf isolierende Substrate 25 verbunden sind, zwischen den Halbleitervorrichtungen 10 und den Halbleitervorrichtungen 10A angebracht, welche jeweils paarweise miteinander angeordnet sind. Ein unteres Ende einer Emitter-Hauptelektrode 29 ist zum Beispiel durch ein Lötmittel mit jedem der Metallmuster 26 verbunden.
  • Nachfolgend wird die Halbleitervorrichtung 10 beschrieben. In der Halbleitervorrichtung 10 ist ein Metallmuster 2 auf ein isolierendes Substrat 1 verbunden. Auf dem Metallmuster 2 sind drei Schaltelemente 31, 32 und 33 entlang einer X-Richtung (eine Reihenrichtung) angeordnet. Außerdem sind drei Diodenelemente 51, 52 und 53 entlang einer X-Richtung jeweils so angeordnet, dass sie relativ zu den Schaltelementen in einer Y-Richtung (eine Spaltenrichtung) platziert sind. Es ist zu beachten, dass die Schaltelemente 31, 32 und 33 zum Beispiel IGBT-Halbleiterelemente sind.
  • Eine erste Hauptelektrode (Kollektor) ist in einer Hauptoberfläche des Schaltelements 31 vorgesehen, und eine zweite Hauptelektrode (Emitter) ist in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen. Außerdem ist eine Gate-Elektrode in der gleichen Oberfläche vorgesehen, wo die zweite Hauptelektrode vorgesehen ist. Die Schaltelemente 32 und 33 weisen die gleiche Anordnung auf wie das Schaltelement 31, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • Eine Anodenelektrode ist in einer Hauptoberfläche des Diodenelements 51 vorgesehen, und eine Kathodenelektrode ist in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen. Die Diodenelemente 52 und 53 weisen die gleiche Anordnung auf wie das Diodenelement 51, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • Die erste Hauptelektrode (nicht gezeigt) des Schaltelements 31 und das Metallmuster 2 sind zum Beispiel durch ein Lötmittel miteinander verbunden. Die Gate-Elektrode ist über eine Gate-Leitung 9a elektrisch mit dem Metallmuster 24 verbunden. Die zweite Hauptelektrode ist über eine Hauptstromleitung 8a elektrisch mit der Anodenelektrode des Diodenelements 51 verbunden. Die Kathodenelektrode (nicht gezeigt) des Diodenelements 51 und das Metallmuster 2 sind zum Beispiel durch ein Lötmittel miteinander verbunden. Die Anodenelektrode des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 sind über eine Hauptstromleitung 8c elektrisch verbunden.
  • Es ist zu beachten, dass eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Schaltelement 32 und dem Diodenelement 52 und eine Verbindungsbeziehung zwischen dem Schaltelement 33 und dem Diodenelement 53 die gleichen sind wie die vorstehend beschriebene Verbindungsbeziehung zwischen dem Schaltelement 31 und dem Diodenelement 51, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • In dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen IGBT-Modul sind auf dem einzelnen isolierenden Substrat 1 drei Schaltelemente seitwärts parallel verbunden, und drei Diodenelemente sind seitwärts parallel verbunden, und achtzehn Schaltelemente und achtzehn Diodenelemente sind in einigen parallelen Anordnungen in dem Halbleitermodul insgesamt angeordnet. In einem Fall, in welchem ein Nennstrom jedes Elements zum Beispiel 50 A ist, weist das Halbleitermodul einen Nennstrom von 900 A auf, welcher eine Summe von jeweiligen Nennströmen von achtzehn Elementen ist, die jeweils einen Nennstrom von 50 A aufweisen.
  • Eine der Anforderungen, die an ein Halbleitermodul gestellt werden, ist eine Erhöhung einer Belastbarkeit eines Nennstroms aus den folgenden Gründen. In einem Fall eines Systems, welches zum Beispiel einen Nennstrom von 1800 A haben muss, während zwei Halbleitermodule für eine Verwendung parallel verbunden sein sollten, wenn jedes der verwendeten Halbleitermodule bei 900 A festgelegt ist, ist ein Halbleitermodul ausreichend, und eine parallele Verbindung ist nicht notwendig, wenn jedes verwendete Halbleitermodul bei 1800 A festgelegt ist.
  • Um einen Nennstrom eines Halbleitermoduls zu erhöhen, ist es erforderlich, die Zahl von Halbleiterelementen zu erhöhen, welche parallel zu verbinden sind. In der grundlegenden Technik sind auf dem einzelnen isolierenden Substrat 1 die drei Schaltelemente 31, 32 und 33 parallel entlang einer X-Richtung angeordnet, und die Diodenelemente 51, 52 und 53 sind jeweils in Serie mit den Schaltelementen angeordnet. Durch ein Vorsehen einer Anordnung, in welcher sechs Schaltelemente seitwärts angeordnet sind und auch sechs Diodenelemente seitwärts angeordnet sind, ist es möglich, einen Nennstrom zu verdoppeln. Dies würde jedoch eine Form sowohl des isolierenden Substrats 1 als auch des Halbleitermoduls 30 seitwärts sehr lang machen, sodass es eine Schwierigkeit einer merklich verkürzten thermischen Lebensdauer oder dergleichen aufgrund einer Erhöhung einer Beanspruchung bewirkt, die aus einer Temperaturänderung oder dergleichen während einer Verwendung eines Halbleitermoduls 30 resultiert. Die nachfolgenden Ausführungsformen könnten die vorstehende Schwierigkeit umgehen.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ist auf das Halbleitermodul 30 (14) anstelle jeder der Halbleitervorrichtungen 10 und 10A, die in der grundlegenden Technik gezeigt sind, angebracht.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist ein isolierendes Substrat 1, ein Metallmuster 2, welches ein durchgehendes Stück ist, sechs Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 und drei Diodenelemente 51, 52 und 53 auf. Es ist zu beachten, dass jedes der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 zum Beispiel ein IGBT ist.
  • Das isolierende Substrat 1 besteht aus SiN, AIN oder dergleichen. Das Metallmuster 2 besteht aus Kupfer, Aluminium oder dergleichen.
  • Das Metallmuster 2 ist auf das isolierende Substrat 1 verbunden. Das isolierende Substrat 1 ist auf eine Basisplatte, nicht gezeigt, verbunden (welche zu der Basisplatte 19 in der grundlegenden Technik korrespondiert). Auf einer Oberfläche des Metallmusters 2, welche sich gegenüber dem isolierenden Substrat 1 befindet, sind die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer Matrix von drei Spalten entlang einer X-Richtung (Reihenrichtung) und zwei Reihen entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet. Jedes der Schaltelemente ist zum Beispiel durch ein Lötmittel mit dem Metallmuster 2 verbunden.
  • Außerdem sind auf dem Metallmuster 2 die Diodenelemente 51, 52 und 53 in einer Linie entlang einer X-Richtung angeordnet. Jedes der Diodenelemente ist zum Beispiel durch ein Lötmittel mit dem Metallmuster 2 verbunden. Außerdem ist ein unteres Ende einer Kollektorhauptelektrode 28 zum Beispiel durch ein Lötmittel mit dem Metallmuster 2 verbunden.
  • Eine erste Hauptelektrode (Kollektor) ist in einer Hauptoberfläche (eine Oberfläche näher an dem isolierenden Substrat 1) des Schaltelements 31 vorgesehen. Die erste Hauptelektrode ist mit dem Metallmuster 2 verbunden. Eine zweite Hauptelektrode 31a (Emitter) ist in der anderen Hauptoberfläche des Schaltelements 31 vorgesehen. Außerdem ist eine Gate-Elektrode 31b in der gleichen Oberfläche vorgesehen, wo die zweite Hauptelektrode 31a vorgesehen ist. Die Gate-Elektrode 31b ist so vorgesehen, dass sie an einer Ecke der anderen Hauptoberfläche des Schaltelements 31 anstößt.
  • Ähnlich sind eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode 32a und eine Gate-Elektrode 32b in dem Schaltelement 32 vorgesehen. Eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode 33a und eine Gate-Elektrode 33b sind in dem Schaltelement 33 vorgesehen. Eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode 41a und eine Gate-Elektrode 41b sind in dem Schaltelement 41 vorgesehen. Eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode 42a und eine Gate-Elektrode 42b sind in dem Schaltelement 42 vorgesehen. Eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode 43a und eine Gate-Elektrode 43b sind in dem Schaltelement 43 vorgesehen.
  • Eine Kathodenelektrode ist in einer Hauptoberfläche (eine Oberfläche näher an dem isolierenden Substrat 1) des Diodenelements 51 vorgesehen. Die Kathodenelektrode ist mit dem Metallmuster 2 verbunden. Eine Anodenelektrode 51a ist in der anderen Oberfläche des Diodenelements 51 vorgesehen. Ähnlich sind eine Kathodenelektrode und eine Anodenelektrode 52a in dem Diodenelement 52 vorgesehen. Eine Kathodenelektrode und eine Anodenelektrode 53a sind in dem Diodenelement 53 vorgesehen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) die jeweiligen Hauptelektroden von benachbarten Elementen über mindestens eine Leitung (eine Hauptstromleitung) elektrisch verbunden. Genauer sind, wie in 1 gezeigt, die zweite Hauptelektrode 31a des Schaltelements 31 und die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 über zwei parallele Hauptstromleitungen 8a elektrisch verbunden. Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 über zwei parallele Hauptstromleitungen 8b elektrisch verbunden. Außerdem sind die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 über zwei parallele Hauptstromleitungen 8c elektrisch verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, die durch die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c entlang einer Y-Richtung, wie vorstehend beschrieben, vorgesehen ist, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und dem Diodenelement 52 vorgesehen. Außerdem ist die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben, zwischen den Schaltelementen 33 und 43 und dem Diodenelement 53 vorgesehen.
  • Wie in 1 gezeigt, sind die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 und das Metallmuster 24 über eine Gate-Leitung 9a elektrisch verbunden. Außerdem sind die Gate-Elektrode 41b des Schaltelements 41 und das Metallmuster 24 über eine Gate-Leitung 9b elektrisch verbunden. Die gleiche Verbindungsbeziehung, die durch die Gate-Leitungen 9a und 9b vorgesehen ist, wie vorstehend beschrieben, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und zwischen den Schaltelementen 33 und 43 vorgesehen.
  • <Wirkungen>
  • Die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist das isolierende Substrat 1, das Metallmuster 2, welches ein durchgehendes Stück ist und mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats 1 verbunden ist, und die Mehrzahl von Schaltelementen 31, 32, 33, 41, 42 und 43, welche mit einer Oberfläche gegenüber dem isolierenden Substrat 1 auf dem Metallmuster 2 verbunden sind, auf, und die Mehrzahl von Schaltelementen ist in einer Matrix von zwei oder mehr Reihen und zwei oder mehr Spalten auf dem Metallmuster 2 angeordnet.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 (1) gemäß der ersten Ausführungsform wird mit der grundlegenden Technik (14) verglichen. Die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist eine Anordnung auf, in welcher eine Anzahl von Schaltelementen um drei größer ausgelegt ist als diejenige in der Halbleitervorrichtung 10 gemäß der grundlegenden Technik. Gemäß der ersten Ausführungsform ist mit Bezug auf die Halbleitervorrichtung 10 der grundlegenden Technik ein Schaltelement zusätzlich nicht entlang einer längeren Seite (entlang einer X-Richtung) des isolierenden Substrats 1 sondern entlang einer kürzeren Seite (entlang einer Y-Richtung) des isolierenden Substrats 1 platziert. Es gilt allgemein, dass, wenn das isolierende Substrat 1 seitwärts länger wird, eine auf ein isolierendes Substrat ausgeübte Beanspruchung aufgrund einer Temperaturänderung während einer Verwendung eines Moduls zunimmt, was eine Schwierigkeit einer merklich verkürzten Lebensdauer oder dergleichen verursacht. Gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Schaltelement zusätzlich entlang einer breitengemäßen Richtung des isolierenden Substrats 1 platziert, was verhindern kann, dass das isolierende Substrat 1 seitwärts sehr lang wird. Deshalb ist es möglich, die Anzahl von Schaltelementen zu erhöhen und die Halbleitervorrichtung 100 mit einem hohen Nennstrom zu erhalten, während verhindert wird, dass das isolierende Substrat 1 seitwärts sehr lang wird.
  • Außerdem weist in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform jedes der Mehrzahl von Schaltelementen 31, 32, 33, 41, 42 und 43 die erste Hauptelektrode, die in einer Hauptoberfläche vorgesehen ist, welche mit dem Metallmuster 2 verbunden ist, die zweite Hauptelektrode 31a, 32a, 33a, 41a, 42a und 43a, die in der anderen Hauptoberfläche gegenüber der einen Hauptoberfläche vorgesehen ist, und mindestens eine Gate-Elektrode 31b, 32b, 33b, 41b, 42b oder 43b, die in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen ist, auf, und jeweilige zweite Hauptelektroden von Schaltelementen, welche benachbart entlang einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung angeordnet sind, sind über mindestens eine Hauptstromleitung 8a oder 8b elektrisch verbunden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform sind die jeweiligen zweiten Hauptelektroden 31a und 41a der Schaltelemente, die benachbart entlang einer Spaltenrichtung (Y-Richtung) (zum Beispiel die Schaltelemente 31 und 41) angeordnet sind, über zwei parallele Hauptstromleitungen 8a verbunden. Eine Leitung so anzuordnen, dass sie jeweilige Hauptelektroden von Schaltelementen verbindet, die benachbart angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben, könnte eine Verdrahtungslänge einer Leitung verkürzen, durch welche ein Hauptstrom fließen soll.
  • Außerdem weist das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen 100 und die Basisplatte 19 auf, auf welche die Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen 100 angebracht ist. Deshalb ist es möglich, die Anzahl von Schaltelementen zu erhöhen und ein Halbleitermodul mit einem hohen Nennstrom zu erhalten, während verhindert wird, dass eine Größe des Halbleitermoduls seitwärts sehr lang wird. Es ist zu beachten, dass das Halbleitermodul jede der nachfolgend in den zweiten bis zwölften Ausführungsformen beschriebenen Halbleitervorrichtungen anstelle der Halbleitervorrichtung 100 einsetzen kann.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 2 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform (1) sind die Gate-Leitungen 9a und 9b mit jeder der Gate-Elektroden 31b, 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 von dem Metallmuster 24 verbunden.
  • In der Halbleitervorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform sind jeweilige Gate-Elektroden von Schaltelementen, welche benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, durch eine Gate-Leitung verbunden. Genauer sind, wie in 2 gezeigt, die Gate-Elektroden 31b und 41b der Schaltelemente 31 und 41, welche benachbart entlang einer Y-Richtung angeordnet sind, durch die Gate-Leitung 9b verbunden. Ähnlich sind die Gate-Elektroden 32b und 42b der Schaltelemente 32 und 42, welche benachbart entlang einer Y-Richtung angeordnet sind, durch die Gate-Leitung 9b verbunden. Ähnlich sind die Gate-Elektroden 33b und 43b der Schaltelemente 33 und 43, welche benachbart entlang einer Y-Richtung angeordnet sind, durch die Gate-Leitung 9b verbunden. Es ist zu beachten, dass die Gate-Leitung 9a und die Gate-Leitung 9b kontinuierlich durch Stitch-Bonding miteinander verbunden sein können, wie in 2 gezeigt, oder alternativ können sich die Gate-Leitung 9a und die Gate-Leitung 9b getrennt voneinander auf jeder der Gate-Elektroden 31b, 32b und 33b befinden.
  • Eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 200 ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 100 (1) gemäß der ersten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform sind entlang einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung jeweilige Gate-Elektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen durch eine Gate-Leitung verbunden.
  • Entsprechend kann in der zweiten Ausführungsform die Anzahl von Gate-Leitungen, die mit dem Metallmuster 24 verbunden sind, reduziert werden. Außerdem kann eine Verdrahtungslänge einer Gate-Leitung reduziert werden. Wegen der Reduzierung der Anzahl von Gate-Leitungen und der Reduzierung einer Länge einer Gate-Leitung können Einschränkungen für eine Richtung einer Verdrahtung oder dergleichen zu der Zeit eines Verbindens einer Gate-Leitung in einem Wire-Bonding erleichtert werden. Außerdem kann wegen der Reduzierung der Anzahl von Gate-Leitungen, die mit dem Metallmuster 24 verbunden sind, eine Fläche des Metallmusters 24 reduziert werden. Als eine Folge dessen kann eine Fläche des isolierenden Substrats 23, mit welchem das Metallmuster 24 verbunden ist, reduziert werden, was eine Reduzierung von Kosten für Materialien ermöglicht.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 3 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 300 gemäß einer dritten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Gemäß der dritten Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von zwei Seiten vorgesehen, welche parallel zu einer Richtung liegen, entlang welcher sich die Hauptstromleitung 8a erstreckt (Y-Richtung). Mit anderen Worten ist die Gate-Elektrode 31b nah bei einem Punkt auf halber Strecke zwischen zwei Seiten orthogonal zu einer X-Richtung vorgesehen. Die Gate-Elektroden 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der anderen Schaltelemente 32, 33, 41, 42 und 43 sind in der gleichen Weise positioniert, wie vorstehend beschrieben.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform sind die jeweiligen zweiten Hauptelektroden 31a und 41a der Schaltelemente 31 und 41, welche benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, durch vier parallele Hauptstromleitungen 8a verbunden. Genauer sind die vier Hauptstromleitungen 8a in einer solchen Weise angeordnet, dass zwei von ihnen in einer a + X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 41b des Schaltelements 41 platziert sind, während die anderen zwei in einer a - X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 41b des Schaltelements 41 platziert sind, und die zwei Leitungen und die anderen zwei Leitungen sind mit Bezug auf die Gate-Elektrode 41b symmetrisch.
  • Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51, welche benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, durch vier parallele Hauptstromleitungen 8b verbunden. Außerdem sind die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 durch vier parallele Hauptstromleitungen 8c verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c entlang einer Y-Richtung vorgesehen, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und dem Diodenelement 52 vorgesehen. Außerdem ist die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben, zwischen den Schaltelementen 33 und 43 und dem Diodenelement 53 vorgesehen.
  • Eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 300 ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 200 (2) gemäß der zweiten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform ist eine Gate-Elektrode (zum Beispiel die Gate-Elektrode 31b) in einem gleichen Abstand von zwei gegenüberliegenden Seiten der anderen Hauptoberfläche vorgesehen, und die zwei gegenüberliegenden Seiten sind parallel zu einer Richtung (das heißt, eine Spaltenrichtung (Y-Richtung)).
  • Deshalb ist gemäß der dritten Ausführungsform sowohl auf einer linken Seite als auch auf einer rechten Seite der Gate-Leitung 9b die gleiche Anzahl von Hauptstromleitungen 8a platziert, und die gleiche Form von Hauptstromleitungen 8a ist ausgebildet. Als eine Folge dessen gleichen Einflüsse auf die Gate-Leitung 9b, welche durch elektromagnetische Induktion aufgrund einer Leitung eines Hauptstroms und elektromagnetische Induktion aufgrund einer Änderung eines Stroms zu einer Zeit einer Unterbrechung auf einer rechten Seite der Gate-Leitung 9b ausgeübt werden, und die gleichen Einflüsse auf einer linken Seite der Gate-Leitung 9b einander aus. Somit ist es möglich, eine Änderung einer Versorgungsspannung, die an eine Gate-Elektrode jedes Schaltelements bereitgestellt wird, und eine Schwankung einer Schaltgeschwindigkeit zu reduzieren. Dies ermöglicht es, die Halbleitervorrichtung 300 zu erhalten, welche verhindert, dass ein Element aufgrund einer Reduzierung einer Toleranz gegenüber einer Unterbrechung und einer Erhöhung eines Kurzschlussstroms beschädigt wird, und ein Halbleitermodul zu erhalten, das die Halbleitervorrichtung 300 aufweist.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 4 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 400 gemäß einer vierten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Gemäß der vierten Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 fast in einer Mitte der anderen Hauptoberfläche des Schaltelements 31 vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Gate-Elektrode 31b in einem Bereich vorgesehen, welcher ein im Wesentlichen zentraler Bereich einer Seite des Schaltelements 31 orthogonal zu einer Richtung der Hauptstromleitungen 8a und 8b ist, und außerdem ein im Wesentlichen zentraler Bereich einer Seite eines IGBT-Elements parallel zu einer Richtung eines Hauptstromleitungsdrahts ist.
  • Die Gate-Elektroden 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der anderen Schaltelemente 32, 33, 41, 42 und 43 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 400 ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 300 (3) gemäß der dritten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen. Außerdem können in der vierten Ausführungsform die gleichen Wirkungen erzielt werden, wie in der dritten Ausführungsform beschrieben.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 5 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 500 gemäß einer fünften, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Gemäß der fünften Ausführungsform sind zwei Gate-Elektroden 31b in dem Schaltelement 31 vorgesehen. Die zwei Gate-Elektroden 31b sind so vorgesehen, dass sie jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten anstoßen. Diesbezüglich sind die zwei gegenüberliegenden Seiten zwei Seiten, die sich entlang einer Richtung (X-Richtung) orthogonal zu einer Richtung erstrecken, entlang welcher sich die Hauptstromleitungen 8a und 8b erstrecken (Y-Richtung). Die Gate-Elektroden 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der anderen Schaltelemente 32, 33, 41, 42 und 43 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Gemäß der fünften Ausführungsform liegen, wie in 5 gezeigt, die jeweiligen Gate-Elektroden 31b und 41b der Schaltelemente 31 und 41, die benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, einander gegenüber. Die gegenüberliegenden Gate-Elektrode 31b und 41b sind über die Gate-Leitung 9b elektrisch verbunden. Die Schaltelemente 32 und 42 und die Schaltelemente 33 und 43 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Gemäß der fünften Ausführungsform sind die zweiten Hauptelektroden 31a und 41a der Schaltelemente 31 und 41, die benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, durch zwei parallele Hauptstromleitungen 8a verbunden. Genauer sind die zwei Hauptstromleitungen 8a in einer solchen Weise angeordnet, dass einer von ihnen in einer a + X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 31b und der Gate-Elektrode 41b platziert ist, während der andere in einer a - X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 31b und der Gate-Elektrode 41b platziert ist, und die zwei Leitungen mit Bezug auf die Gate-Elektrode 31b und die Gate-Elektrode 41b symmetrisch sind.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 500 gemäß der fünften Ausführungsform sind zwei Gate-Elektroden in jedem der Schaltelemente vorgesehen, die Gate-Elektroden sind so vorgesehen, dass sie jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten der anderen Hauptoberfläche anstoßen, und entlang einer Richtung einer Reihenrichtung und einer Spaltenrichtung ist eine Mehrzahl von Schaltelementen so angeordnet, dass jeweilige Gate-Elektroden von Schaltelementen, welche benachbart angeordnet sind, einander gegenüberliegen.
  • Deshalb liegen gemäß der fünften Ausführungsform die jeweiligen Gate-Elektroden 31b und 41b von Schaltelementen, die benachbart angeordnet sind (zum Beispiel Schaltelemente 31 und 41), einander gegenüber, sodass eine Länge der Gate-Leitung 9b, welche die Gate-Elektroden 31b und 41b verbindet, verkürzt werden kann.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 6 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 600 gemäß einer sechsten, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Außerdem ist 7 eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung 600, aufgenommen entlang einer Linie A-A in 6.
  • Wie in 6 gezeigt, sind in der Halbleitervorrichtung 600 zusätzlich zu der Anordnung der Halbleitervorrichtung 500 (5) die zweite Hauptelektrode 31a zwischen den zwei Gate-Elektroden 31b des Schaltelements 31 und die zweiten Hauptelektroden 41a zwischen den zwei Gate-Elektroden 41b des Schaltelements 41 durch die Hauptstromleitung 8a verbunden. Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 41a zwischen den zwei Gate-Elektroden 41 b des Schaltelements 41 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 durch die Hauptstromleitung 8b verbunden. Die Schaltelemente 32 und 42 und das Diodenelement 52, sowie die Schaltelemente 33 und 43 und das Diodenelement 53 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Wie in 7 gezeigt, ist ein Rückseitenmetallmuster 21 des isolierenden Substrats 1 durch ein Lötmittel 20 auf die Basisplatte 19 verbunden, und die Schaltelemente 31 und 41 und das Diodenelement 51 sind durch ein Lötmittel 22 auf einer Vorderseite auf das Metallmuster 2 verbunden. Wie in 7 gezeigt, ist eine Höhe der Hauptstromleitung 8a größer als eine Höhe der Gate-Leitung 9b. Dies kann verhindern, dass die Gate-Leitung 9b und die Hauptstromleitung 8a einander beeinträchtigen, selbst wenn die Leitungen so platziert sind, dass in einer Draufsicht miteinander überlappen.
  • Eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 600 ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 500 (5) gemäß der fünften Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 600 gemäß der sechsten Ausführungsform ist eine zweite Hauptelektrode zwischen zwei Gate-Elektroden in der anderen Hauptoberfläche angeordnet, und die Hauptstromleitungen 8a und 8b sind mit den zweiten Hauptelektroden verbunden.
  • Die Anordnung gemäß der sechsten Ausführungsform einzusetzen ermöglicht eine Erhöhung der Anzahl von Hauptstromdrähten 8a und 8b, sodass eine Stromdichte pro Leitung gesenkt werden kann. Entsprechend kann verhindert werden, dass eine thermische Lebensdauer einer Leitung aufgrund einer Erhöhung von erzeugter Wärme verkürzt wird.
  • In der Halbleitervorrichtung 600 gemäß der sechsten Ausführungsform ist eine Höhe der Hauptstromleitung 8a größer als eine Höhe der Gate-Leitung 9b.
  • Entsprechend beeinträchtigen, selbst wenn die Gate-Leitung 9b und die Hauptstromleitung 8a so platziert sind, dass sie miteinander in einer Draufsicht überlappen, die Leitungen einander nicht. Daher können mehr Hauptstromleitungen 8a platziert werden.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • 8 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 700 gemäß einer siebten Ausführungsform. In der siebten Ausführungsform sind die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 und die Diodenelemente 51, 52 und 53, welche auf das Metallmuster 2 verbunden sind, in der gleichen Weise angeordnet wie in den ersten bis sechsten Ausführungsformen. Gemäß der siebten Ausführungsform sind eine Richtung, entlang welcher sich die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c zum Verbinden von Gate-Elektroden von Schaltelementen erstrecken, und eine Richtung, entlang welcher sich die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c zum Verbinden von zweiten Hauptelektroden von Schaltelementen erstrecken, orthogonal zueinander.
  • Genauer sind, wie in 8 gezeigt, entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) die zweite Hauptelektrode 31a des Schaltelements 31 und die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 über vier parallele Hauptstromleitungen 8a elektrisch verbunden. Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 über vier parallele Hauptstromleitungen 8b elektrisch verbunden. Weiter sind die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 über drei parallele Hauptstromleitungen 8c elektrisch verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c entlang einer Y-Richtung vorgesehen, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und dem Diodenelement 52 vorgesehen. Außerdem ist die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben, zwischen den Schaltelementen 33 und 43 und dem Diodenelement 53 vorgesehen.
  • Wie in 8 gezeigt, sind entlang einer X-Richtung (Reihenrichtung) die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 und das Metallmuster 24 über die Gate-Leitung 9a elektrisch verbunden. Diesbezüglich ist das Metallmuster 24 in einer a - X-Richtung relativ zu dem isolierenden Substrat 1 angeordnet. Außerdem sind die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 und die Gate-Elektrode 32b des Schaltelements 32 über die Gate-Leitung 9b elektrisch verbunden. Außerdem sind die Gate-Elektrode 32b des Schaltelements 32 und die Gate-Elektrode 33b des Schaltelements 33 über die Gate-Leitung 9c elektrisch verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c entlang einer X-Richtung vorgesehen, ist zwischen den Schaltelementen 41, 42 und 43 vorgesehen.
  • Wie in 8 gezeigt, kreuzen gemäß der siebten Ausführungsform die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c und die Hauptstromleitung 8a einander durch ein Kreuzungsverfahren in mehreren Ebenen. Eine solche Kreuzung kann durch eine Höhe der Hauptstromleitung 8a erzielt werden, welche größer ausgelegt ist als eine Höhe jeder der Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c.
  • Außerdem weist gemäß der siebten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 in einer Draufsicht eine Form eines Rechtecks auf. Eine längere Seite der Gate-Elektrode 31b stößt an eine Seite der anderen Oberfläche des Schaltelements 31, welche parallel zu einer X-Richtung liegt (das heißt, eine Richtung, entlang welcher die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c verbunden sind). Die Gate-Elektroden 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der anderen Schaltelemente 32, 33, 41, 42 und 43 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Die vorstehend beschriebene Anordnung für eine Gate-Elektrode einzusetzen, ermöglicht eine Reduzierung einer unwirksamen Fläche einer Gate-Elektrode (eine Fläche, wo eine Gate-Leitung nicht angeschlossen werden kann). Das heißt, eine Fläche einer zweiten Hauptelektrode kann vergrößert werden. Weiter kann außerdem eine unwirksame Fläche jeder der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c (das heißt, eine Fläche, wo eine Hauptstromleitung nicht angeschlossen werden kann) reduziert werden. Somit kann die Anzahl von Hauptstromleitungen, welche an eine zweite Hauptelektrode verbunden werden können, erhöht werden.
  • Es ist zu beachten, dass, während jede der ersten bis sechsten Ausführungsformen ein Beispiel beschrieben hat, in welchem jeweilige Gate-Elektroden von zwei benachbarten Schaltelementen durch eine Gate-Leitung verbunden sind, jeweilige Gate-Elektroden von drei oder mehr Schaltelementen, welche fortlaufend benachbart sind, in der gleichen Weise wie in der siebten Ausführungsform verbunden sein können.
  • Außerdem ist zu beachten, dass, obwohl das Metallmuster 26 in einer a - Y-Richtung relativ zu dem isolierenden Substrat 1 in 8 platziert ist, das Metallmuster 26 in einer a + Y-Richtung relativ zu dem isolierenden Substrat 1 platziert sein kann. In diesem Fall sind die zweiten Hauptelektroden 31a, 32a und 33a der Schaltelemente 31, 32 und 33 durch eine Hauptstromleitung mit dem Metallmuster 26 verbunden.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 700 gemäß der siebten Ausführungsform sind jeweilige Gate-Elektroden von Schaltelementen, die benachbart entlang einer Richtung einer Reihenrichtung und einer Spaltenrichtung angeordnet sind, durch eine Gate-Leitung verbunden, und jeweilige zweite Hauptelektroden von Schaltelementen, die benachbart entlang der anderen Richtung einer Reihenrichtung und einer Spaltenrichtung angeordnet sind, sind durch eine Hauptstromleitung verbunden.
  • Gemäß der siebten Ausführungsform sind eine Richtung, entlang welcher die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c verbunden sind, (Reihenrichtung) und eine Richtung, entlang welcher die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c verbunden sind (Spaltenrichtung), orthogonal zueinander. Dies reduziert Einflüsse einer elektromagnetischen Induktion aufgrund einer Leitung eines Hauptstroms und einer elektromagnetischen Induktion aufgrund einer Änderung eines Stroms zu einer Zeit einer Unterbrechung. Entsprechend können eine Änderung einer Versorgungsspannung, die an einer Gate-Elektrode jedes Schaltelements bereitgestellt wird, und eine Schwankung einer Schaltgeschwindigkeit reduziert werden. Deshalb ist es möglich, die Halbleitervorrichtung 700 zu erhalten, welche verhindert, dass ein Element aufgrund einer Reduzierung einer Toleranz gegenüber einer Unterbrechung und eines Ansteigens eines Kurzschlussstroms beschädigt wird, und ein Halbleitermodul zu erhalten, das die vorstehende Halbleitervorrichtung aufweist.
  • Außerdem weist in der Halbleitervorrichtung 700 gemäß der siebten Ausführungsform eine Gate-Elektrode jedes der Schaltelemente in einer Draufsicht eine Form eines Rechtecks auf, und eine längere Seite einer Gate-Elektrode stößt an eine Seite der anderen Hauptoberfläche eines Schaltelements.
  • Entsprechend ist es, durch ein Ausrichten einer Richtung, entlang welcher sich eine längere Seite einer Gate-Elektrode erstreckt (X-Richtung), und einer Richtung, entlang welcher die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c verbunden sind (Reihenrichtung) aneinander möglich, eine unwirksame Fläche einer Gate-Elektrode (eine Fläche, wo eine Gate-Leitung nicht verbunden werden kann) zu reduzieren. Das heißt, eine Fläche einer zweiten Hauptelektrode kann vergrößert werden. Weiter kann außerdem eine unwirksame Fläche der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c (eine Fläche, wo eine Hauptstromleitung nicht verbunden werden kann) reduziert werden. Somit kann die Anzahl von Hauptstromleitungen, welche mit einer zweiten Hauptelektrode verbunden werden können, erhöht werden.
  • Außerdem kreuzen in der Halbleitervorrichtung 700 gemäß der siebten Ausführungsform die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c und die Hauptstromleitung 8a einander durch ein Verfahren eines Kreuzens in verschiedenen Ebenen.
  • Somit ist es durch ein Festlegen einer Höhe der Hauptstromleitung 8a größer als eine Höhe jeder der Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c möglich, eine Anordnung zu erzielen, in welcher die Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c und die Hauptstromleitung 8a einander durch ein Verfahren eines Kreuzens in verschiedenen Ebenen kreuzen.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 9 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 800 gemäß einer achten Ausführungsform. Gemäß der achten Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 so vorgesehen, dass sie an einer Seite anstößt, die in einer a -X-Richtung platziert ist. Die Gate-Elektroden 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der anderen Schaltelemente 32, 33, 41, 42 und 43 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie vorstehend beschrieben.
  • Entsprechend kann eine Länge der Gate-Leitung 9a zum Verbinden der Gate-Elektrode 31b des Schaltelements 31 und des Metallmusters 24 verkürzt werden. Das heißt, eine kumulative Länge der Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c, welche von dem Metallmuster 24 zu jeder der Gate-Elektroden 33b und 43b gemessen wird, welche am weitesten von dem Metallmuster 24 platziert sind, kann verkürzt werden. Daher wird ein Umfang einer Verwendung einer Gate-Leitung reduziert, sodass Kosten für Materialien einer Gate-Leitung reduziert werden können.
  • Es ist zu beachten, dass eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 800 in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 700 (8) gemäß der siebten Ausführungsform ist, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • 10 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 900 gemäß einer neunten Ausführungsform. Gemäß den ersten bis achten Ausführungsformen sind die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer 3 × 2 Matrix angeordnet, und weiter sind die Diodenelemente 51, 52 und 53 entlang einer Spaltenrichtung angeordnet, sodass sie eine 3 × 1 Matrix bilden. Andererseits sind gemäß der neunten Ausführungsform, wie in 10 gezeigt, die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer 2 × 3 Matrix angeordnet, und die Diodenelemente 51, 52 und 53 sind entlang einer Reihenrichtung angeordnet, sodass sie eine 1 × 3 Matrix bilden.
  • Wie in 10 gezeigt, sind entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) die zweite Hauptelektrode 33a des Schaltelements 33 und die zweite Hauptelektrode 32a des Schaltelements 32 über vier parallele Hauptstromleitungen 8a elektrisch verbunden. Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 32a des Schaltelements 32 und die zweite Hauptelektrode 31a des Schaltelements 31 über vier parallele Hauptstromleitungen 8b elektrisch verbunden. Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 31a des Schaltelements 31 und das Metallmuster 26 über drei parallele Hauptstromleitungen 8c elektrisch verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c entlang einer Y-Richtung vorgesehen, ist durch die Schaltelemente 41, 42 und 43 vorgesehen.
  • Außerdem sind entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) die Anodenelektrode 53a des Diodenelements 53 und die Anodenelektrode 52a des Diodenelements 52 über vier parallele Hauptstromleitungen 8a elektrisch verbunden. Außerdem sind die Anodenelektrode 52a des Diodenelements 52 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 über vier parallele Hauptstromleitungen 8b elektrisch verbunden. Außerdem sind die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 über drei parallele Hauptstromleitungen 8c elektrisch verbunden.
  • Wie in 10 gezeigt, sind entlang einer X-Richtung (Reihenrichtung) die Gate-Elektrode 33b des Schaltelements 33 und das Metallmuster 24 über die Gate-Leitung 9a elektrisch verbunden. Diesbezüglich ist das Metallmuster 24 in einer a - X-Richtung relativ zu dem isolierenden Substrat 1 platziert. Außerdem sind die Gate-Elektrode 33b des Schaltelements 33 und die Gate-Elektrode 43b des Schaltelements 43 über die Gate-Leitung 9b elektrisch verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Gate-Leitungen 9a und 9b entlang einer X-Richtung vorgesehen, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und zwischen den Schaltelementen 31 und 41 vorgesehen.
  • Merkmale der neunten Ausführungsform liegen in einer Einbeziehung von drei Stufen, in jeder von denen jeweilige Gate-Elektroden von zwei benachbarten Schaltelementen fortlaufend verdrahtet sind. In den ersten bis achten Ausführungsformen ist das Metallmuster 24 mit jeder der Gate-Elektroden 33b und 43b, welche am weitesten von dem Metallmuster 24 platziert sind, über drei Gate-Leitungen 9a, 9b und 9c verdrahtet. Andererseits ist gemäß der neunten Ausführungsform das Metallmuster 24 mit jeder der Gate-Elektroden 41b, 42b und 43b, welche am weitesten von dem Metallmuster 24 platziert sind, über zwei Gate-Leitungen 9a und 9b verdrahtet. Entsprechend ist eine kumulative Länge von Gate-Leitungen, welche von dem Metallmuster 24 zu der weitesten Gate-Elektrode gemessen wird, verkürzt, sodass die Halbleitervorrichtung 900 erzielt werden kann, in welcher es nicht wahrscheinlich ist, dass ein Nachteil wie eine Verzögerung einer Gate-Umschaltzeit auftritt.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • 11 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 1000 gemäß einer zehnten Ausführungsform. Gemäß der zehnten Ausführungsform sind die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 und die Diodenelemente 51, 52 und 53 in der gleichen Weise angeordnet wie in der neunten Ausführungsform (10). Außerdem sind gemäß der zehnten Ausführungsform die Gate-Elektroden 31b, 32b, 33b, 41b, 42b und 43b der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in der gleichen Weise positioniert wie in der achten Ausführungsform (9). Eine Anordnung ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der achten Ausführungsform oder der neunten Ausführungsform, und somit ist eine Beschreibung davon weggelassen.
  • Gemäß der zehnten Ausführungsform können beide der gleichen Wirkungen, wie in der achten Ausführungsform beschrieben, und der gleichen Wirkungen, wie in der neunten Ausführungsform beschrieben, erzielt werden.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • 12 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 1100 gemäß einer elften Ausführungsform. Gemäß der elften Ausführungsform sind die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 und die Diodenelemente 51, 52 und 53 in der gleichen Weise angeordnet wie in der dritten Ausführungsform (3).
  • Gemäß der elften Ausführungsform sind die jeweiligen zweiten Hauptelektroden 31a und 41a der Schaltelemente 31 und 41, die benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, über vier parallele Hauptstromleitungen 8a verbunden. Genauer sind die vier Hauptstromleitungen 8a in einer solchen Weise angeordnet, dass zwei von ihnen in einer a + X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 41b des Schaltelements 41 platziert sind, während die anderen zwei in einer a - X-Richtung relativ zu der Gate-Elektrode 41b des Schaltelements 41 platziert sind, und die zwei Leitungen und die anderen zwei Leitungen sind mit Bezug auf die Gate-Elektrode 41b symmetrisch.
  • Außerdem sind die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 und die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51, welche benachbart entlang einer Y-Richtung (Spaltenrichtung) angeordnet sind, über acht parallele Hauptstromleitungen 8b verbunden. Außerdem sind die Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 und das Metallmuster 26 über zehn parallele Hauptstromleitungen 8c verbunden.
  • Die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben und durch die Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c entlang einer Y-Richtung vorgesehen, ist zwischen den Schaltelementen 32 und 42 und den Diodenelementen 52 vorgesehen. Außerdem ist die gleiche Verbindungsbeziehung, wie vorstehend beschrieben, zwischen den Schaltelementen 33 und 43 und dem Diodenelement 53 vorgesehen.
  • Eine Anordnung der Halbleitervorrichtung 1100 ist in anderer Hinsicht als vorstehend beschrieben identisch zu derjenigen der Halbleitervorrichtung 300 (3) gemäß der dritten Ausführungsform, und somit wird eine Beschreibung davon weggelassen.
  • Gemäß der elften Ausführungsform steigt, wie vorstehend beschrieben, die Anzahl von Hauptstromdrähten zum Verbinden jeweiliger zweiter Hauptelektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen zusammen mit einem Fortschreiten in einer Y-Richtung (Spaltenrichtung).
  • Während die Hauptstromleitungen 8a einen Emitterstrom nur für die Schaltelemente 31, 32 oder 33 übertragen, übertragen die Hauptstromleitungen 8b einen Emitterstrom für zwei Elemente der Schaltelemente 31, 32 oder 33 und der Schaltelemente 41, 42 oder 43. Die Hauptstromleitungen 8c übertragen weiter nicht nur einen Emitterstrom für die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 sondern auch einen Anodenstrom für die Diodenelemente 51, 52 und 53. Gemäß der elften Ausführungsform werden Hauptstromleitungen, durch welche höhere Hauptströme fließen, in höheren Anzahlen angeordnet.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 1100 gemäß der elften Ausführungsform steigt die Anzahl von Hauptstromleitungen zum Verbinden jeweiliger zweiter Hauptelektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen mit einem Fortschreiten in einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung.
  • In der Halbleitervorrichtung 1100 gemäß der elften Ausführungsform steigt ein Hauptstrom, der durch eine Hauptstromleitung fließt, mit einem Fortschreiten in einer Y-Richtung (Spaltenrichtung). Entsprechend ist es durch ein Auslegen der Anzahl von Hauptstromleitungen 8b größer als die Anzahl von Hauptstromleitungen 8a und ein Auslegen der Anzahl von Hauptstromleitungen 8c größer als die Anzahl von Hauptstromleitungen 8b möglich, jeweilige Stromdichten all der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c einander im Wesentlichen anzugleichen. Somit kann verhindert werden, dass eine thermische Lebensdauer einer Hauptstromleitung aufgrund einer Erhöhung einer erzeugten Wärme verkürzt wird.
  • <Zwölfte Ausführungsform>
  • 13 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 1200 gemäß einer zwölften, nicht anspruchsgemäßen Ausführungsform. Gemäß der zwölften Ausführungsform sind anders als bei den ersten bis elften Ausführungsformen nur die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer 3 × 2 Matrix auf dem Metallmuster 2 angeordnet. Es ist zu beachten, dass jedes der Schaltelemente zum Beispiel ein IGBT ist, der eine rückwärts leitende Funktion aufweist. Ein IGBT, der eine rückwärts leitende Funktion aufweist, ist ein Element, in welchem eine Freilaufdiode in einem IGBT-Chip enthalten ist. Außerdem ist in einem Fall, in welchem jedes der Schaltelemente ein MOSFET ist, eine parasitäre Diode (Body-Diode) zwischen einer Source und einer Drain des MOSFETs enthalten.
  • Eine Verbindungsbeziehung, die durch die Gate-Leitungen 9a und 9b und die Hauptstromleitung 8a gemäß der zwölften Ausführungsform vorgesehen ist, ist die gleiche wie in der dritten Ausführungsform (3). Die Halbleitervorrichtung 1200 gemäß der zwölften Ausführungsform enthält nicht die Diodenelemente 51, 52 und 53. Daher ist die zweite Hauptelektrode 41a des Schaltelements 41 nicht mit der Anodenelektrode 51a des Diodenelements 51 verbunden, sondern ist über die Hauptstromleitung 8b mit dem Metallmuster 26 verbunden. Die Schaltelemente 42 und 43 sind in der gleichen Weise verbunden, wie vorstehend beschrieben.
  • <Wirkungen>
  • In der Halbleitervorrichtung 1200 gemäß der zwölften Ausführungsform sind nur die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 Halbleiterelemente, die auf dem Metallmuster 2 angeordnet sind, und eine Diode ist in jedem der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 enthalten.
  • Somit weist die Halbleitervorrichtung 1200 gemäß der zwölften Ausführungsform kein Diodenelement auf, sodass eine Länge einer Hauptstromleitung verkürzt werden kann. Entsprechend ist ein Widerstand einer Hauptstromleitung insgesamt reduziert, sodass verhindert werden kann, dass eine thermische Lebensdauer einer Hauptstromleitung aufgrund einer Erhöhung einer erzeugten Wärme verkürzt wird.
  • Es ist zu beachten, dass in den ersten bis zwölften Ausführungsformen ein Durchmesser jeder der Gate-Leitungen 9a und 9b kleiner sein kann als ein Durchmesser jeder der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c. In den ersten bis zwölften Ausführungsformen sind ein Material, die Anzahl und eine Form jeder der Leitungen, die Elektroden verbinden, insbesondere der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c nicht auf diejenigen beschränkt, die in den Zeichnungen gezeigt und vorstehend beschrieben sind. Jeder der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c kann aus dem anderen Material als Aluminium bestehen und kann zum Beispiel ein Kupferdraht sein. Außerdem kann hinsichtlich einer Form einer Leitung jede der Leitungen eine bandartige Leitung sein, die eine Form einer langen schmalen Platte aufweist, oder eine Leitung, die eine Form einer flachen Platte aufweist. Weiter ist es für die Gate-Leitungen 9a und 9b, durch welche ein hoher Strom fließen soll, durch Einsetzen einer Leitung, die einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als derjenige jeder der Hauptstromleitungen 8a, 8b und 8c, möglich, eine Beeinträchtigung zwischen Leitungen einfacher zu verhindern.
  • Es ist zu beachten, dass in den ersten bis zwölften Ausführungsformen hinsichtlich Schaltelementen, für welche kumulative Längen von Gate-Leitungen, welche Gate-Elektroden erreichen, zueinander identisch sind, jeweilige elektrische Charakteristiken davon, welche Schaltgeschwindigkeiten beeinflussen, so festgelegt werden können, dass die Schaltgeschwindigkeiten zueinander identisch sind. Zum Beispiel sind in 1 hinsichtlich der Schaltelemente 31, 32 und 33 jeweilige Längen von Leitungen, die sich von dem Metallmuster 24 zu den Gate-Elektroden 31b, 32b und 33b erstrecken, identisch zueinander. Ähnlich sind hinsichtlich der Schaltelemente 41, 42 und 43 jeweilige Längen von Leitungen, die sich von dem Metallmuster 24 zu den Gate-Elektroden 31b, 32b und 33b erstrecken, identisch zueinander. In diesem Fall sind hinsichtlich der Schaltelemente 31, 32 und 33 jeweilige Charakteristiken von Gate-Schwellenwertspannungen oder Sättigungsspannungen zwischen den Hauptelektroden so festgelegt, dass sie zueinander identisch sind. Ähnlich sind hinsichtlich der Schaltelemente 41, 42 und 43 jeweilige Charakteristiken von Gate-Schwellenwertspannungen oder Sättigungsspannungen zwischen Hauptelektroden so festgelegt, dass sie zueinander identisch sind. Außerdem sind die Diodenelemente 51, 52 und 53 so ausgelegt, dass jeweilige Durchlassspannungsabfälle davon zueinander identisch sind.
  • Entsprechend sind in Schaltelementen, für welche kumulative Längen der Gate-Leitungen 9a und 9b, die Gate-Elektroden erreichen, identisch zueinander sind, selbst wenn ein Widerstand und eine Induktivität jeder der Gate-Leitungen 9a und 9b und ein Widerstand und eine Induktivität jeder der Hauptstromleitungen 8a und 8b hoch sind, jeweilige elektrische Charakteristiken, welche Schaltgeschwindigkeiten der Schaltelemente beeinflussen, identisch zueinander festgelegt, sodass eine Schwankung einer Zeit für ein Schalten in einer Mehrzahl von Schaltelementen reduziert werden kann. Somit kann die Halbleitervorrichtung 100, in welcher eine Reduzierung einer Toleranz gegenüber einem Zusammenbruch reduziert ist, erhalten werden.
  • Außerdem sind in Schaltelementen, für welche kumulative Längen der Gate-Leitungen 9a und 9b, die Elektroden erreichen, identisch zueinander sind, jeweilige Charakteristiken von Gate-Schwellenwertspannungen oder Sättigungsspannungen zwischen Hauptelektroden identisch zueinander festgelegt, sodass eine Variation einer Zeit für ein Schalten reduziert werden kann. Weiter ist es durch ein Auslegen von elektrischen Charakteristiken (Sättigungsspannung, Gate-Schwellenwertspannung) von Schaltelementen, für welche kumulative Längen von Hauptstromleitungen groß sind (Schaltelemente 31, 32 und 33 in 1), geringer als elektrische Charakteristiken von Schaltelementen, für welche kumulative Längen von Hauptstromleitungen klein sind (Schaltelemente 41, 42 und 43 in 1) möglich, eine Variation einer Zeit für ein Schalten in einer Halbleitervorrichtung insgesamt weiter zu reduzieren.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl in den ersten bis zwölften Ausführungsformen eine Mehrzahl von Schaltelementen in einer 3 × 2 (oder 2 × 3) Matrix angeordnet ist, die Anzahl und Anordnung von Schaltelementen nicht auf diejenigen beschränkt sind, die vorstehend beschrieben sind, solange jede der Anzahl von Reihen und der Anzahl von Spalten gleich oder größer als zwei ist.
  • Außerdem ist in jeder der Halbleitervorrichtungen gemäß den ersten bis zwölften Ausführungsformen die gleiche Anzahl von Diodenelementen 51, 52 und 53 als die Anzahl von Reihen oder Spalten in einer Matrix enthalten, und eine Summe von Flächen der anderen Hauptoberflächen der Mehrzahl von Schaltelementen 31, 32, 33, 41, 42 und 43 ist größer als eine Summe von Flächen von oberen Oberflächen der Mehrzahl von Diodenelementen 51, 52 und 53.
  • Somit ist durch ein Auslegen einer Stromdichte eines Diodenelements höher als eine Stromdichte eines Schaltelements möglich, die Anzahl von Diodenelementen kleiner auszulegen als die Anzahl von Schaltelementen. Mit anderen Worten kann eine Summe von Flächen der anderen Hauptoberflächen einer Mehrzahl von Schaltelementen größer ausgelegt werden als eine Summe von Flächen von oberen Oberflächen einer Mehrzahl von Diodenelementen .
  • Es ist zu beachten, dass in den ersten bis zwölften Ausführungsformen jedes der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweisen kann.
  • Außerdem kann in den ersten bis zwölften Ausführungsformen jedes der Diodenelemente 51, 52 und 53 einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweisen.
  • Im Allgemeinen ist, während ein Halbleiterelement, das aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke wie SiC oder GaN besteht, mehr für eine Erhöhung einer Durchbruchspannung oder eine Verwendung unter Hochtemperaturbedingungen geeignet ist als ein aus Silizium bestehendes Halbleiterelement, ein Fehleranteil davon während einer Fertigung höher als derjenige eines aus Silizium bestehenden Halbleiterelements, und ein Fehleranteil davon steigt exponentiell, wenn eine Fläche eines Elements größer wird. Somit ist es mit den Anordnungen gemäß den ersten bis zwölften Ausführungsformen durch ein Anbringen von vielen Halbleiterelementen, die jeweils eine kleine Fläche aufweisen, möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die einen niedrigen Fehleranteil aufweist. Entsprechend sind in einem Fall, in welchem jedes der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke besteht, die ersten bis zwölften Ausführungsformen besonders wirksam. Außerdem kann ein Schaltelement, das aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke besteht, einen Schaltvorgang bei einer hohen Geschwindigkeit ausführen. Das heißt, die ersten bis zwölften Ausführungsformen, in welchen eine Reduzierung einer Toleranz gegenüber einer Unterbrechung aufgrund einer Variation einer Schaltgeschwindigkeit und einem Anstieg einer Temperatur eines Hauptstromleitungsdrahts aufgrund einer Variation einer Zeit einer Hauptstromführung reduziert werden kann, sind besonders wirksam für einen Fall, in welchem die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 aus einem Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke bestehen, und so kann eine Halbleitervorrichtung mit einer verbesserten Zuverlässigkeit und einer verbesserten Lebensdauer erhalten werden.
  • Es ist zu beachten, dass eine Anordnung, in welcher das isolierende Substrat 1 der Halbleitervorrichtung gemäß jeder der Ausführungsformen in einer X- oder Y-Richtung invertiert ist oder um 90 Grad rotiert ist, alternativ eingesetzt werden kann, abhängig von einem Positionsverhältnis zwischen den Metallmustern 24 und 26 und dem isolierenden Substrat 1.
  • Außerdem hat sich die vorstehende Beschreibung mit einem Fall befasst, in welchem das Metallmuster 2, welches eine durchgehendes Stück ist, auf welchem die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer Matrix angeordnet sind, eine Form eines einfachen Rechtecks aufweist. Eine Form des Metallmusters 2 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das heißt, solange ein Teil des Metallmusters 2, wo die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer Matrix angeordnet sind, ein durchgehendes Stück ist, ist eine Form des anderen Teils des Metallmusters 2 nicht auf das in jeder der Ausführungsformen beschränkt.
  • Außerdem ist in jeder der Ausführungsformen außer der vierten Ausführungsform (1 bis 3, 5, 6 und 8 bis 13) beschrieben worden, dass die Gate-Elektroden 31b, 32b, 33b, 41b, 42b und 43b so vorgesehen sind, dass sie an jeweiligen Seiten der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 anstoßen, und außerdem zeigen die Zeichnungen, dass die Gate-Elektroden 31b, 32b, 33b, 41b, 42b und 43b in einer Draufsicht an Teilen von jeweiligen Umrissen der Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 anstoßen. Ein solche Beschreibung ist gegeben worden, um kurz eine Anordnung von Gate-Elektroden zu erklären, und es ist unnötig zu sagen, dass tatsächlich ein Anschlussstrukturbereich zum Erhalten einer Durchbruchspannung um ein Schaltelement herum vorhanden ist, und eine Gate-Elektrode innerhalb des Anschlussstrukturbereichs vorgesehen ist.
  • Weiter kann, obwohl jede der Ausführungsformen einen Fall beschrieben hat, in welchem die Schaltelemente 31, 32, 33, 41, 42 und 43 in einer Matrix angeordnet sind, eine Mehrzahl von Diodenelementen in einer Matrix für eine Anwendung angeordnet sein, in welcher ein kleiner Spannungsabfall in einer Diode erforderlich ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 23, 25:
    isolierendes Substrat,
    2, 24, 26:
    Metallmuster,
    8a, 8b, 8c:
    Hauptstromleitung,
    9a, 9b:
    Gate-Leitung,
    27:
    Gate-Hilfselektrode,
    28:
    Kollektorhauptelektrode,
    29:
    Emitterhauptelektrode,
    30:
    Halbleitermodul,
    31, 32, 33, 41, 42, 43:
    Schaltelement,
    31a, 32a,33a, 41a, 42a, 43a:
    zweite Hauptelektrode,
    31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b:
    Gate-Elektrode,
    51,52, 53:
    Diodenelement,
    51a, 52a, 53a:
    Anodenelektrode,
    10, 10A, 100, 200, 300, 400, 500,600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1120:
    Halbleitervorrichtung

Claims (18)

  1. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000), aufweisend: ein isolierendes Substrat (1, 23, 25); ein Metallmuster (2, 24, 26), welches ein durchgehendes Stück ist und mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats verbunden ist; eine Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43), die mit einer Oberfläche gegenüber dem isolierenden Substrat auf dem Metallmuster verbunden sind, wobei die Mehrzahl von Schaltelementen in einer Matrix von zwei oder mehr Reihen und zwei oder mehr Spalten auf dem Metallmuster angeordnet ist, jedes der Mehrzahl von Schaltelementen aufweist: eine erste in einer Hauptoberfläche vorgesehene Hauptelektrode, welche mit dem Metallmuster verbunden ist; eine zweite Hauptelektrode (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a), die in der anderen Hauptoberfläche gegenüber der einen Hauptoberfläche vorgesehen ist; und mindestens eine Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b), die in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen ist, und entlang einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen durch mindestens eine Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) elektrisch verbunden sind, wobei entlang der einen Richtung der Reihenrichtung oder der Spaltenrichtung die Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) durch eine Gate-Leitung (9a, 9b) verbunden sind, und entlang der anderen Richtung der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) der benachbart angeordneten Schaltelemente durch die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) verbunden sind, und die Gate-Leitung (9a, 9b) und die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) einander durch ein Verfahren einer Kreuzung auf mehreren Ebenen kreuzen.
  2. Halbleitervorrichtung (1100), aufweisend: ein isolierendes Substrat (1, 23, 25); ein Metallmuster (2, 24, 26), welches ein durchgehendes Stück ist und mit einer Hauptoberfläche des isolierenden Substrats verbunden ist; eine Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43), die mit einer Oberfläche gegenüber dem isolierenden Substrat auf dem Metallmuster verbunden sind, wobei die Mehrzahl von Schaltelementen in einer Matrix von zwei oder mehr Reihen und zwei oder mehr Spalten auf dem Metallmuster angeordnet ist, jedes der Mehrzahl von Schaltelementen aufweist: eine erste in einer Hauptoberfläche vorgesehene Hauptelektrode, welche mit dem Metallmuster verbunden ist; eine zweite Hauptelektrode (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a), die in der anderen Hauptoberfläche gegenüber der einen Hauptoberfläche vorgesehen ist; und mindestens eine Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b), die in der anderen Hauptoberfläche vorgesehen ist, und entlang einer Reihenrichtung oder einer Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden von benachbart angeordneten Schaltelementen durch mindestens eine Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) elektrisch verbunden sind, wobei entlang der einen Richtung der Reihenrichtung oder der Spaltenrichtung die Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) durch eine Gate-Leitung (9a, 9b) verbunden sind, und die Anzahl der Hauptstromleitungen (8a, 8b, 8c), die die zweiten Hauptelektroden (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) verbinden, mit einem Fortschreiten in der Reihenrichtung oder der Spaltenrichtung steigt.
  3. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) in einem gleichen Abstand von zwei gegenüberliegenden Seiten der anderen Oberfläche vorgesehen ist, und die zwei gegenüberliegenden Seiten parallel zu der einen Richtung sind.
  4. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) zwei Gate-Elektroden aufweist, welche so vorgesehen sind, dass sie jeweils an den zwei gegenüberliegenden Seiten der anderen Hauptoberfläche anstoßen, und entlang der einen Richtung der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung die Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43) so angeordnet ist, dass die Gate-Elektroden der benachbart angeordneten Schaltelemente einander gegenüberliegen.
  5. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei in der anderen Hauptoberfläche die zweite Hauptelektrode zwischen den zwei Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) platziert ist, und die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) mit der zweiten Hauptelektrode (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) verbunden ist.
  6. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei eine Höhe der Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) größer ist als eine Höhe der Gate-Leitung (9a, 9b).
  7. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei entlang der einen Richtung der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung die Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) durch die Gate-Leitung (9a, 9b) verbunden sind, und entlang der anderen Richtung der Reihenrichtung und der Spaltenrichtung die zweiten Hauptelektroden (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) der benachbart angeordneten Schaltelemente durch die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) verbunden sind.
  8. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gate-Elektrode (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) in einer Draufsicht eine Form eines Rechtecks aufweist, und eine längere Seite der Gate-Elektrode an einer Seite der anderen Hauptoberfläche anstößt.
  9. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Gate-Leitung (9a, 9b) und die Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c) einander durch ein Verfahren einer Kreuzung auf mehreren Ebenen kreuzen.
  10. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in einigen der Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43), für welche kumulative Längen der Gate-Leitungen (9a, 9b), die die Gate-Elektroden (31b, 32b, 33b, 41b, 42b, 43b) erreichen, identisch zueinander sind, jeweilige elektrische Charakteristiken, welche Schaltgeschwindigkeiten der einigen Schaltelemente beeinflussen, so festgelegt sind, dass die Schaltgeschwindigkeiten zueinander identisch sind.
  11. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 10, wobei die elektrischen Charakteristiken eine Gate-Schwellenwertspannung oder eine Sättigungsspannung zwischen Hauptelektroden einschließen.
  12. Halbleitervorrichtung (1100) gemäß Anspruch 1, wobei die Anzahl der Hauptstromleitungen (8a, 8b, 8c), die die zweiten Hauptelektroden (31a, 32a, 33a, 41a, 42a, 43a) der benachbart angeordneten Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) verbinden, mit einem Fortschreiten in der Reihenrichtung oder der Spaltenrichtung steigt.
  13. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Durchmesser der Gate-Leitung (9a, 9b) kleiner ist als ein Durchmesser der Hauptstromleitung (8a, 8b, 8c).
  14. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend die gleiche Anzahl einer Mehrzahl von Diodenelementen wie die Anzahl der Reihen oder der Spalten in der Matrix, wobei die Summe von Flächen der anderen Hauptoberflächen der Mehrzahl von Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43) größer ist als eine Summe von Flächen von oberen Oberflächen der Mehrzahl von Diodenelementen (51a, 52a, 53a).
  15. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei nur die Schaltelemente Halbleiterelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) sind, die auf dem Metallmuster (2, 24, 26) angeordnet sind, und Dioden in den Schaltelementen (31, 32, 33, 41, 42, 43) enthalten sind.
  16. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schaltelemente (31, 32, 33, 41, 42, 43) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweisen.
  17. Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) gemäß Anspruch 14, wobei die Diodenelemente (51a, 52a, 53a) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweisen.
  18. Halbleitermodul (30), aufweisend: eine Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen, von welchen jede die in Anspruch 1 oder 2 genannte Halbleitervorrichtung (700, 800, 900, 1000, 1100) ist; und eine Basisplatte (19), auf welche die Mehrzahl von Halbleitervorrichtungen angebracht ist.
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