DE112017001071T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Takeshi Tokuyama
Akira Matsushita
Tokihito Suwa
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Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

Es besteht das Problem, dass die Zuverlässigkeit der Isolation abgesenkt wird. Eine Länge L2 von einer Mitte P einer Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt eines Isolierelements 333 ist derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L1 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt eines vorstehenden Abschnitts 307a eines Grundelements 307 ist. Mit anderen Worten, eine Grund-Endfläche 308 des Umfangskantenabschnitts des vorstehenden Abschnitts 307a ist in Bezug auf eine Isolierelement-Endfläche 336 des Umfangskantenabschnitts des Isolierelements 333 auf einer Innenseite angeordnet. Ferner bilden die Isolierelement-Endfläche 336 des Isolierelements 333 und eine Leiterschicht-Endfläche 344 der Leiterschicht an derselben Position eine Endfläche. Da die Grund-Endfläche 308 des Umfangskantenabschnitts des vorstehenden Abschnitts 307a auf diese Weise in Bezug auf die Isolierelement-Endfläche 336 des Umfangskantenabschnitts des Isolierelements 333 auf der Innenseite angeordnet ist, kann ein Isolationsabstand sichergestellt werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung.
  • Hintergrundgebiet
  • Einige Halbleitervorrichtungen führen eine Leistungsumsetzungsfunktion durch, um eine Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung oder eine Wechselstromleistung in eine Gleichstromleistung umzusetzen.
  • Als eine derartige Halbleitervorrichtung offenbart PTL 1 eine Erfindung einer Leistungsumsetzungsvorrichtung, die einen oder mehrere Halbleiterchips, einen oder mehrere Leiter, die mit den Halbleiterchips verbunden sind, ein Keramiksubstrat, auf dem die Halbleiterchips und die Leiter angebracht sind, eine Grundplatte, auf der das Keramiksubstrat angebracht ist, und einen Lüfter enthält, wobei zwischen der Grundplatte und dem Lüfter eine Isolierplatte eingebettet ist und der Lüfter mit Masse verbunden ist, um die Isolationsfestigkeit zu verbessern. Ferner offenbaren PTL 2 und PTL 3 Erfindungen, die einen Leiterrahmen, in dem mehrere Halbleiterelemente mit einer Oberfläche gebondet sind, eine erste Isolierschicht, die auf der anderen Oberfläche des Leiterrahmens angeordnet ist, eine metallische Grundplatte, die eine Oberfläche aufweist, mit der der Leiterrahmen über die erste Isolierschicht verbunden ist, und eine zweite Isolierschicht, die auf der anderen Oberfläche der metallischen Grundplatte angeordnet ist, um die Isolationseigenschaften zu verbessern, enthalten.
  • Entgegenhaltungsliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: JP 2012-244750 A
    • PTL 2: JP 2013-229534 A
    • PTL 3: JP 2013-229535 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technische Problemstellung
  • In den Halbleitervorrichtungen, die in PTL2 und PTL 3 beschrieben sind, liegt die zweite Isolierschicht zu einer Außenseite der metallischen Grundplatte frei und weist somit das Problem auf, dass ihre Isolation aufgrund der Absorption von Feuchtigkeit und von thermischer Belastung weniger zuverlässig ist als jene der ersten Isolierschicht.
  • Lösung der Problemstellung
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Halbleiterelement, eine Leiterplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist, ein aus Metall hergestelltes Grundelement, das der Leiterplatte zugewandt ist und eine Außenseite der Halbleitervorrichtung bildet, und ein Isolierelement, das zwischen der Leiterplatte und dem Grundelement angeordnet ist, wobei das Isolierelement derart gebildet ist, dass es eine Leiterschicht aufweist, die zwischen einer ersten Isolierschicht und einer zweiten Isolierschicht eingebettet ist, eine Kapazitätsschaltung zwischen der ersten Isolierschicht und der Leiterplatte bildet und eine Kapazitätsschaltung zwischen der zweiten Isolierschicht und dem Grundelement bildet, wobei das Grundelement einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement und dem Grundelement gebildet ist, wobei der vorstehende Abschnitt in Richtung des Isolierelements vorsteht, und eine Länge von einer Mitte der Leiterschicht bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements, das die Leiterschicht enthält, derart gebildet ist, dass sie länger als eine Länge von der Mitte der Leiterschicht bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts des Grundelements ist.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung geschaffen werden, die die Isolationseigenschaften zuverlässig sicherstellen kann.
  • Figurenliste
    • 1(A) und 1(B) sind eine perspektivische Außenansicht und eine perspektivische Einzelteilansicht eines Halbleiterleistungsmoduls.
    • 2(A) und 2(B) sind eine perspektivische Einzelteilansicht, die einen Vorgang des Zusammenbauens einer internen Verdrahtung des Halbleiterleistungsmoduls veranschaulicht, und ein Schaltungsdiagramm, das eine interne Schaltung veranschaulicht.
    • 3(A), 3(B), 3(C) und 3(D) sind eine Querschnittsansicht, die einen Vorgang des Zusammenbauens des Halbleiterleistungsmoduls veranschaulicht, und eine Querschnittsansicht, eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine untere Draufsicht, die eine interne Struktur veranschaulichen.
    • 4(A), 4(B), 4(C) und 4(D) sind eine Einzelteil-Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Verfahrens des Druckbondens eines Isolierelements, eine Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Verfahrens des Bildens einer äußeren Form des Isolierelements, eine Querschnittsansicht, die eine Struktur des Isolierelements veranschaulicht, und eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine genaue Struktur des Isolierelements veranschaulicht.
    • 5(A) und 5(B) sind ein Diagramm zum Beschreiben einer Spannungsteilungswirkung des Halbleiterleistungsmoduls und ein Schaltungsdiagramm zum Beschreiben der Spannungsteilungswirkung.
    • 6(A), 6(B) und 6(C) veranschaulichen eine zweite Ausführungsform und sind eine Querschnittsansicht, eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine untere Draufsicht eines Halbleiterleistungsmoduls.
    • 7(A), 7(B), 7(C) und 7(D) veranschaulichen eine dritte Ausführungsform und sind eine Einzelteil-Querschnittsansicht, eine Querschnittsansicht, eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine untere Draufsicht eines Halbleiterleistungsmoduls.
    • 8(A), 8(B) und 8(C) veranschaulichen eine vierte Ausführungsform und sind eine Einzelteil-Querschnittsansicht, eine Querschnittsansicht und eine untere Draufsicht eines Halbleiterleistungsmoduls.
    • 9 ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht eines Halbleiterleistungsmoduls, die eine fünfte Ausführungsform veranschaulicht.
    • 10 ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht eines Halbleiterleistungsmoduls, die eine sechste Ausführungsform veranschaulicht.
    • 11(A) und 11(B) sind ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht und eine untere Draufsicht eines Halbleiterleistungsmoduls, die eine siebte Ausführungsform veranschaulichen.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • (Erste Ausführungsform)
  • Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung auf ein Halbleiterleistungsmodul angewendet wird. 1(A) ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild eines Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht. 1(B) ist eine perspektivische Einzelteilansicht, die einen Vorgang des Zusammenbauens des Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht.
  • Wie in 1(B) veranschaulicht ist, wird ein Dichtungskörper 302, der ein Halbleiterleistungselement enthält, von beiden Seiten durch die Isolierelemente 333 eingebettet. Die Isolation zwischen den Anschlüssen der Verdrahtung, die aus dem Halbleiterleistungselement herausgeleitet sind, wird durch eine Anschlussformmasse 317 sichergestellt, und eine Anschlussform 316 wird gebildet. Ein Zustand, in dem das Halbleiterleistungsmodul 300 zusammengebaut ist, ist in 1(A) veranschaulicht. Der Dichtungskörper 302 und die Isolierelemente 333 sind in einer Aufnahme 306 eines Gehäuses 304 aufgenommen und sind durch ein zweites Dichtungsharz 349 abdichtend befestigt. Eine O-Ring-Rille 312 ist in einem Außenumfangsabschnitt einer Aufnahmeöffnung der Aufnahme 306 gebildet. Ein O-Ring ist an der O-Ring-Rille 312 befestigt, und das Halbleiterleistungselement ist an einem wasserabweisenden Gehäuse (nicht veranschaulicht) befestigt, während der O-Ring komprimiert wird. Die Rippen 305 sind auf beiden Seiten des Gehäuses 304 vorgesehen und führen die Wärme ab, die durch das Halbleiterleistungselement erzeugt wird. Die Rippe 305 ist z. B. aus einem Element gebildet, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist wie etwa ein Verbundmaterial aus Cu, einer Cu-Legierung, Cu-C oder Cu-CuO oder ein Verbundmaterial aus AI, einer Al-Legierung, AlSiC oder Al-C. Ein Wechselstromanschluss 320D des Leistungsmoduls, um mit einer Wechselstrombusschiene, einer Reaktanzspule und dergleichen verbunden zu sein, die eine Wechselrichterschaltung (nicht veranschaulicht) bilden, ein positiver Gleichstromanschluss 315D des Leistungsmoduls, um mit einem Kondensator und dergleichen verbunden zu sein, der die Wechselrichterschaltung bildet, und ein negativer Gleichstromanschluss 319D des Leistungsmoduls stehen aus dem Halbleiterleistungsmodul 300 vor. Ferner stehen ein Signalverbindungsanschluss 327U des oberen Zweigs und ein Signalverbindungsanschluss 327L des unteren Zweigs zum Steuern und Schützen des Halbleiterleistungselements in derselben Richtung wie der positive Gleichstromanschluss 315D des Leistungsmoduls und der negative Gleichstromanschluss 319D des Leistungsmoduls aus dem Halbleiterleistungsmodul 300 vor.
  • 2(A) ist eine perspektivische Einzelteilansicht, die einen Vorgang des Zusammenbauens der internen Verdrahtung des Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht, und ist ein Schaltungsdiagramm, das eine äquivalente Schaltung veranschaulicht, die 2(A) entspricht. Ein IGBT 328 und eine Diode 156, die eine Schaltung des oberen Zweigs bilden, die das Halbleiterleistungselement ist, sind durch die Metallbondmaterialien 331 derart gebondet, dass sie durch die Leiterplatten 315 und 318 des oberen Zweigs eingebettet sind, wie in 2(A) veranschaulicht ist. Ebenso sind ein IGBT 330 und eine Diode 166, die eine Schaltung des unteren Zweigs bilden, die das Halbleiterleistungselement ist, durch die Metallbondmaterialien 331 derart gebondet, dass sie durch die Leiterplatten 319 und 320 des unteren Zweigs eingebettet sind. Die Schaltung des oberen Zweigs und die Schaltung des unteren Zweigs sind an einem Zwischenverbindungsabschnitt 329 durch die Metallbondmaterialien 331 derart gebondet, dass sie eine Reihenschaltung des oberen und des unteren Zweigs bilden.
  • Wie in 2(B) veranschaulicht ist, enthält die Schaltung des oberen Zweigs den IGBT 328 und die Diode 156, und der positive Gleichstromanschluss 315D des Leistungsmoduls ist mit der Leiterplatte 315 des oberen Zweigs verbunden. Ferner enthält die Schaltung des unteren Zweigs den IGBT 330 und die Diode 166, und der negative Gleichstromanschluss 319D des Leistungsmoduls ist mit der Leiterplatte 319 des unteren Zweigs verbunden. Die Leiterplatte 318 des oberen Zweigs und die Leiterplatte 320 des unteren Zweigs sind am Zwischenverbindungsabschnitt 329 verbunden. Ferner ist die Leiterplatte 320 des unteren Zweigs mit dem Wechselstromanschluss 320D des Leistungsmoduls verbunden. Eine Gate-Elektrode des IGBT 328 der Schaltung des oberen Zweigs ist mit einem der Signalverbindungsanschlüsse 327U des oberen Zweigs verbunden, und eine Emitter-Elektrode des IGBT 328 der Schaltung des oberen Zweigs ist mit einem weiteren der Signalverbindungsanschlüsse 327U des oberen Zweigs verbunden. Eine Gate-Elektrode des IGBT 330 der Schaltung des unteren Zweigs ist mit einem der Signalverbindungsanschlüsse 327L des unteren Zweigs verbunden, und eine Emitter-Elektrode des IGBT 330 der Schaltung des unteren Zweigs ist mit einem weiteren der Signalverbindungsanschlüsse 327L des unteren Zweigs verbunden. Die IGBT 328 und 330, die Dioden 156 und 166 und die Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 sind mit einem Dichtungsharzmaterial abdichtend befestigt, um den Dichtungskörper 302 zu bilden, der in 1(B) veranschaulicht ist.
  • Als das Dichtungsharz, das für den Dichtungskörper 302 verwendet wird, kann z. B. ein Harz auf der Grundlage von Novolak, eines polyfunktionellen Harzes oder eines Biphenyl-Epoxidharz-Typs verwendet werden, und Keramiken wie etwa SiO2, Al2O3, AlN oder BN, ein Gel, Gummi und dergleichen sind enthalten, und es wird bewirkt, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient näherungsweise gleich jenem der Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 ist. Als ein Ergebnis kann ein Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Elementen verkleinert werden, und eine thermische Belastung, die mit dem Temperaturanstieg in einer Anwendungsumgebung erzeugt wird, wird vermindert. Daher kann die Lebensdauer des Halbleiterleistungsmoduls 300 verlängert werden.
  • 3(A) ist eine Querschnittsansicht, die einen Vorgang des Zusammenbauens des Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht, und ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A in 1(B) aufgenommen ist. 3(B) ist eine Querschnittsansicht, die eine interne Struktur des Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht, und ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie B-B in 1(A) aufgenommen ist. 3(C) ist eine Querschnittsansicht, die eine genaue Struktur des Halbleiterleistungsmoduls 300 veranschaulicht, und ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts C in 3(B). 3(D) ist eine Draufsicht des Halbleiterleistungsmoduls 300 und ist eine untere Draufsicht aus einer Richtung D in 3(B) betrachtet.
  • Wie in 3(A) veranschaulicht ist, sind die IGBT 328 und 330 über die Metallbondmaterialien 331 mit den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 gebondet, um den Dichtungskörper 302 zu bilden. Die Isolierelemente 333 sind auf einer Außenseite des Dichtungskörpers 302 vorgesehen. Das Isolierelement 333 enthält eine Leiterschicht 334, die zwischen einer ersten Isolierschicht 335a und einer zweiten Isolierschicht 335b gestapelt ist. Die Leiterschicht 334, die auf der unteren Seite in 3(A) veranschaulicht ist, ist durch einen Schlitzabschnitt 339 geteilt, damit sie einem Spalt zwischen der Leiterplatte 315 und der Leiterplatte 320 entspricht. Ebenso ist die Leiterschicht 334, die auf der oberen Seite in 3(A) veranschaulicht ist, durch einen Schlitzabschnitt 339 geteilt, damit sie einem Spalt zwischen der Leiterplatte 318 und der Leiterplatte 319 entspricht.
  • Wie in 3(B) veranschaulicht ist, ist der Dichtungskörper 302 über die Isolierelemente 333 zwischen den Grundelementen 307 des Gehäuses 304 abdichtend befestigt, um das Halbleiterleistungsmodul 300 zu bilden. Das Gehäuse 304,das das Grundelement 307 enthält, bildet eine Außenseite des Halbleiterleistungsmoduls 300 und ist aus Metall hergestellt. Auf diese Weise sind die Leiterschichten 334 der Isolierelemente 333 jeweils den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 zugewandt. Ferner ist ein verbleibender Raum des Gehäuses 304 mit einem zweiten Dichtungsharz 349 gefüllt, um die Absorption von Feuchtigkeit und eine thermische Belastung der Isolierelemente 333 zu unterdrücken.
  • Als das Dichtungsharz, das für das zweite Dichtungsharz 349 verwendet wird, kann z. B. ein Harz auf der Grundlage von Novolak, eines polyfunktionellen Harzes oder eines Biphenyl-Epoxidharz-Typs verwendet werden, und Keramiken wie etwa SiO2, Al2O3, AlN oder BN, ein Gel, Gummi und dergleichen sind enthalten, und es wird bewirkt, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient näherungsweise gleich jenem des Gehäuses 304 ist. Als ein Ergebnis kann ein Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Elementen verkleinert werden, und eine thermische Belastung, die mit dem Temperaturanstieg in einer Anwendungsumgebung erzeugt wird, wird vermindert. Daher kann die Lebensdauer des Halbleiterleistungsmoduls 300 verlängert werden. Als das Metallbondmaterial 331 wird z. B. ein weiches Hartlötmaterial (Lötmittel) auf der Grundlage einer Sn-Legierung, ein hartes Hartlötmaterial wie etwa eine AI-Legierung oder eine Cu-Legierung oder ein metallisches, gesintertes Material unter Verwendung von metallischen Nanoteilchen oder Mikroteilchen verwendet.
  • 3(C) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Abschnitts C in 3(B). Im Grundelement 307 ist in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 ein tischförmiger, vorstehender Abschnitt 307a gebildet, der in Richtung des Isolierelements 333 vorsteht. Außerdem ist eine Länge L2 von einer Mitte P der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L1 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Mit anderen Worten, eine Grund-Endfläche 308 des Umfangskantenabschnitts des vorstehenden Abschnitts 307a ist in Bezug auf eine Isolierelement-Endfläche 336 des Umfangskantenabschnitts des Isolierelements 333 auf einer Innenseite angeordnet. Ferner bilden die Isolierelement-Endfläche 336 des Isolierelements 333 und eine Leiterschicht-Endfläche 344 der Leiterschicht 334 an derselben Position eine Endfläche. Da die Grund-Endfläche 308 des Umfangskantenabschnitts des vorstehenden Abschnitts 307a auf diese Weise in Bezug auf die Isolierelement-Endfläche 336 des Umfangskantenabschnitts des Isolierelements 333 auf einer Innenseite angeordnet ist, ist ein Isolationsabstand zwischen der Leiterschicht 334 und dem Grundelement 307 sichergestellt. Die Positionsbeziehung zwischen der Grund-Endfläche 308, der Isolierelement-Endfläche 336, der Leiterschicht-Endfläche 344 und den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 ist in 3(D) veranschaulicht. Wie in 3(D) veranschaulicht ist, ist die Grund-Endfläche 308 auf der Innenseite der Isolierelement-Endfläche 336 angeordnet, und die Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 sind auf der Innenseite der Leiterschicht-Endfläche 344 angeordnet.
  • 4(A) ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht zum Beschreiben eines Verfahrens des Druckbondens des Isolierelements 333. Wie in 4(A) veranschaulicht ist, wird das Isolierelement 333 geformt, indem die Leiterschicht 334 zwischen die erste Isolierschicht 335a und die zweite Isolierschicht 335b gestapelt wird, die durch ein Isoliermaterial gebildet sind, und für die gestapelten Schichten ein Thermokompressionsbonden in einem Vakuumzustand durchgeführt wird.
  • Nachdem das Isolierelement 33 durch das Thermokompressionsbonden geformt worden ist, werden mit einer Stanzform M oder dergleichen beide Enden abgeschnitten, wie in 4(B) veranschaulicht ist. Es sei erwähnt, dass die Leiterschicht 334 durch den Schlitzabschnitt 339 geteilt ist. Anschließend werden die Formen und Abmessungen des Isolierelements 333 geformt und fertiggestellt, wie in 4(C) veranschaulicht ist. Eine genaue, vergrößerte Ansicht eines Umfangsabschnitts E der Isolierelement-Endfläche 336 des Isolierelements 333 ist in 4(D) veranschaulicht. Wie in 4(D) veranschaulicht ist, kann die Isolierelement-Endfläche 336 aufgrund des Abschneidens mit der Stanzform M oder dergleichen einen Riss 340 und einen Grat 341 aufweisen. In diesem Fall tritt ein Kurzschluss auf, wenn die Leiterschicht 334 mit dem Grundelement 307 in Kontakt gelangt, und die Isolationsleistung wird vermindert. Jedoch ist in der vorliegenden Ausführungsform die Leiterschicht-Endfläche 344 der Leiterschicht 334 auf derselben Ebene wie die Isolierelement-Endfläche 336 angeordnet, wie in 3(C) veranschaulicht ist. Außerdem ist die Grund-Endfläche 308 des Umfangskantenabschnitts des vorstehenden Abschnitts 307a in Bezug auf die Isolierelement-Endfläche 336 des Umfangskantenabschnitts des Isolierelements 333 auf der Innenseite angeordnet. Daher kann der Isolationsabstand zwischen der Leiterschicht 334 und dem Grundelement 307 sichergestellt werden, und die Isolationsleistung kann verbessert werden.
  • 5(A) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht zum Beschreiben einer Spannungsteilungswirkung des Halbleiterleistungsmoduls 300. 5(B) ist ein Schaltungsdiagramm zum Beschreiben der Spannungsteilungswirkung des Halbleiterleistungsmoduls 300. Zur Zeit des Betriebs des Halbleiterleistungsmoduls 300 wird zum Zeitpunkt eines Schaltvorgangs eine Stoßspannung auf eine Gleichstromspannung eines Wechselrichtersystems aufgebracht, und eine maximale Spannung zum Betriebszeitpunkt erreicht nahezu eine Stehspannung des Halbleiterleistungselements. Zu diesem Zeitpunkt wird zwischen dem Isolierelement 333 und dem Gehäuse 304 ein Wert nahe an diesem Spannungswert angelegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die angelegte Spannung durch die Leiterschicht 334 geteilt, und eine Spannung, die an die erste Isolierschicht 335a und die zweite Isolierschicht 335b angelegt wird, kann verringert werden. Zum Beispiel sind dann, wenn die Dicken und die Dielektrizitätskonstanten der ersten Isolierschicht 335a und der zweiten Isolierschicht 335b auf beiden Oberflächenseiten der Leiterschicht 334 einander gleich sind, die Kapazitäten 338 der ersten Isolierschicht 335a und der zweiten Isolierschicht 335b einander gleich, und die Spannung, die an die erste Isolierschicht 335a und die zweite Isolierschicht 335b angelegt werden soll, kann auf die Hälfte der Spannung verringert werden, die an das Isolierelement 333 angelegt werden soll. Als ein Ergebnis kann dann, wenn im Inneren der ersten Isolierschicht 335a und der zweiten Isolierschicht 335b ein Hohlraum 337 vorhanden ist, die Spannung, die an den Hohlraum 337 angelegt wird, ebenfalls verringert werden. Daher wird eine Entladungsspannung des Hohlraums 337 verbessert, und eine Entladungsauslösespannung des Isolierelements 333 kann verbessert werden. Wenn dieser Zustand durch eine äquivalente Schaltung veranschaulicht wird, wird die äquivalente Schaltung eine Schaltung, die gebildet wird, indem die Kapazitäten 338 in äquivalenter Weise zwischen jeder der Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 und einem Massepotential verbunden werden, wenn das Gehäuse 304 auf dem Massepotential liegt, wie in 5(B) veranschaulicht ist.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • 6(A), 6(B) und 6(C) sind Diagramme, die eine zweite Ausführungsform veranschaulichen. 6(A) ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterleistungsmoduls 300, 6(B) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts F in 6(A), und 6(C) ist eine untere Draufsicht von 6(A) aus einer Richtung D betrachtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist in einer Endfläche eines Grundelements 307 ein vertiefter Grundabschnitt 309 vorgesehen, wie in 6(B) veranschaulicht ist. Dieser Punkt unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, die in 3(B) veranschaulicht ist, und die anderen Komponenten weisen gleichartige Konfigurationen auf. Mit dem vorgesehenen, vertieften Grundabschnitt 309 ist eine Endfläche 309a des vertieften Grundabschnitts des Grundelements 307 in Bezug auf eine Isolierelement-Endfläche 336 auf einer Innenseite angeordnet, wie in 6(B) veranschaulicht ist. Mit anderen Worten, indem der vertiefte Grundabschnitt 309 vorgesehen ist, wird im Grundelement 307 in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 ein tischförmiger, vorstehender Abschnitt 307a gebildet, der in Richtung eines Isolierelements 333 vorsteht.
  • 6(C) veranschaulicht die Positionsbeziehung zwischen der Endfläche 309a des vertieften Grundabschnitts, der Isolierelement-Endfläche 336 und den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320. Eine Länge L3 von einer Mitte P einer Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 ist derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L4 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zur Endfläche 309a des vertieften Grundabschnitts des Grundelements 307 ist, das heißt, die Länge L3 ist derart gebildet, dass sie länger als die Länge L4 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a ist. Mit andern Worten, die Isolierelement-Endfläche 336 und eine Endfläche 344 der Leiterschicht sind in Richtung einer Außenseite größer positioniert als die Endfläche 309a des vertieften Grundabschnitts, wobei ein Isolationsabstand sichergestellt werden kann und die Isolationsleistung verbessert werden kann. Ferner sind die Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 auf einer Innenseite der Isolierelement-Endfläche 336 angeordnet.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • 7(A), 7(B), 7(C) und 7(D) sind Diagramme, die eine dritte Ausführungsform veranschaulichen. 7(A) ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht eines Halbleiterleistungsmoduls 300, 7(B) ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterleistungsmoduls 300, 7(C) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts G in 7(B), und 7(D) ist eine untere Draufsicht von 7(B) aus einer Richtung D betrachtet.
  • Wie in 7(A) und 7(B) veranschaulicht ist, ist ein Isolierelement 333 in dieselbe Anzahl von Isolierelementen wie die Anzahl der Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 unterteilt, und die mehreren unterteilten Isolierelemente 333 sind jeweils angeordnet, indem sie den mehreren Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 zugewandt sind. Außerdem weist das Grundelement 307 einen vertieften Abschnitt 310 auf, der einer Spaltposition, an der die mehreren unterteilten Isolierelemente 333 aneinander angrenzen, zugewandt gebildet ist. Die anderen Konfigurationen sind gleichartig wie jene in der zweiten Ausführungsform. Wie in 7(C) veranschaulicht ist, befinden sich eine Leiterschicht-Endfläche 344 und eine Isolierelement-Endfläche 336 auf derselben Ebene, und eine Endfläche 310a des vertieften Abschnitts des vertieften Abschnitts 310 ist in Bezug auf die Isolierelement-Endfläche 336 des Isolierelements 333 auf einer Innenseite angeordnet. Mit dem vertieften Abschnitt 310 sind im Grundelement 307 in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 zwei tischförmige, vorstehende Abschnitte 307a gebildet, die in Richtung des Isolierelements 333 vorstehen.
  • Wie in 7(D) veranschaulicht ist, ist eine Länge L6 von einer Mitte P einer Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L5 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann ein Isolationsabstand sichergestellt werden, und eine Isolationsleistung kann verbessert werden, und ein Schlitzabschnitt 339, der in 4(B) veranschaulicht ist, wird durch die Unterteilung des Isolierelements 333 unnötig, und ein Herstellungsprozess kann vereinfacht werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • 8(A), 8(B) und 8(C) sind Diagramme, die eine vierte Ausführungsform veranschaulichen. 8(A) ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht eines Halbleiterleistungsmoduls 300, 8(B) ist eine Querschnittsansicht des Halbleiterleistungsmoduls 300, und 8(C) ist eine untere Draufsicht von 8(B) aus einer Richtung D betrachtet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Schlitzabschnitt 339, der in 3(A) veranschaulicht ist, in einer Leiterschicht 334 eines Isolierelements 333 nicht vorgesehen, wie in 8(A) veranschaulicht ist. Dieser Punkt unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform, die in 3(A) veranschaulicht ist, jedoch weisen die anderen Komponenten gleichartige Konfigurationen auf. Es sei erwähnt, dass 8(B) einen Fall veranschaulicht, bei dem die Form eines Grundelements 307 gleichartig wie jene der ersten Ausführungsform ist. Jedoch kann die Form des Grundelements 307 eine gleichartige Konfiguration wie jene der zweiten Ausführungsform aufweisen. Im Grundelement 307 ist in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 ein tischförmiger, vorstehender Abschnitt 307a gebildet, der in Richtung des Isolierelements 333 vorsteht. 8(C) veranschaulicht eine Positionsbeziehung zwischen einer Endfläche 308 des vorstehenden Abschnitts 307a, einer Isolierelement-Endfläche 336 und den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320. Eine Länge L8 von einer Mitte P der Leiterschicht 334 bis zur Isolierelement-Endfläche 336, die ein Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 ist, ist derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L7 von der Mitte P der Leiterschicht 334 bis zur Endfläche 308 des vorstehenden Abschnitts 307a ist, die ein Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in der Leiterschicht 334 des Isolierelements 333 kein Schlitzabschnitt 339 vorgesehen, und somit kann ein Herstellungsprozess vereinfacht werden.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • 9 ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht eines Halbleiterleistungsmoduls 300, die eine fünfte Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 9(A) veranschaulicht ist, ist ein Schlitzabschnitt 339, der in 3(A) veranschaulicht ist, in einer Leiterschicht 334 eines Isolierelements 333 nicht vorgesehen. Ferner sind zwei Leiterschichten 334 des Isolierelements 333 gestapelt, wobei dazwischen eine Isolierschicht eingebettet ist. Die anderen Komponenten weisen gleichartige Konfigurationen wie jene in der ersten Ausführungsform auf. Es sei erwähnt, dass die Form eines Grundelements 307 die Form in 3(B) sein kann, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, oder die Form in 6(A) sein kann, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Isolationsleistung weiter verbessert, und ein Herstellungsprozess kann vereinfacht werden, da die Leiterschichten 334 in zwei Schichten gestapelt sind.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • 10 ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 10 veranschaulicht ist, sind in Abschnitten, die den Leiterplatten 318 und 320 zugewandt sind, die ein Wechselstrompotential aufweisen, Leiterschichten 334 der Isolationselemente 333 vorgesehen und sind in Abschnitten, die den Leiterplatten 319 und 315 zugewandt sind, nicht vorgesehen. In einem Grundelement 307 ist in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 ein tischförmiger, vorstehender Abschnitt 307a gebildet, der in Richtung des Isolierelements 333 vorsteht. Es sei erwähnt, dass die Form des Grundelements 307 die Form sein kann, die in 6(A) veranschaulicht ist, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Eine Beziehung zwischen dem Isolierelement 333, das den Leiterplatten 318 und 320 zugewandt ist, die das Wechselstrompotential aufweisen, und dem Grundelement 307 ist wie folgt. Das heißt, eine Länge von einer Mitte der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 ist derart gebildet, dass sie länger als eine Länge von der Mitte der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Die anderen Komponenten weisen gleichartige Konfigurationen wie jene in der ersten Ausführungsform auf. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Isolationsleistung verbessert, und ein Herstellungsprozess kann vereinfacht werden, da die Leiterschicht 334 an einem Ort vorgesehen ist, an dem eine Stehspannung erforderlich ist.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • 11(A) und 11(B) veranschaulichen ein Halbleiterleistungsmodul 300, das eine Struktur einer siebten Ausführungsform veranschaulicht, und 11(A) ist eine Einzelteil-Querschnittsansicht, und 11(B) ist eine untere Draufsicht. Wie in 11(A) veranschaulicht ist, sind die Isolierelemente 333 unterteilt und jeweils den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 zugewandt angeordnet. Ferner sind die Leiterschichten 334 der Isolierelemente 333 in Abschnitten vorgesehen, die den Leiterplatten 318 und 320 zugewandt sind, die ein Wechselstrompotential aufweisen, und sind in Abschnitten, die den Leiterplatten 319 und 315 zugewandt sind, nicht vorgesehen. Das Grundelement 307 ist in einem Mittenabschnitt eines Grundelements 307 mit einem vertieften Abschnitt 310 versehen. Im Grundelement 307 ist in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 ein tischförmiger, vorstehender Abschnitt 307a gebildet, der in Richtung des Isolierelements 333 vorsteht. Es sei erwähnt, dass die Form des Grundelements 307 die Form sein kann, die in 6(A) veranschaulicht ist, die in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist. Eine Beziehung zwischen den Isolierelementen 333, die den Leiterplatten 318 und 320 zugewandt sind, die das Wechselstrompotential aufweisen, und dem Grundelement 307 ist in 11(B) veranschaulicht. Das heißt, eine Länge L10 von einer Mitte P einer Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333 ist derart gebildet, dass sie länger als eine Länge L9 von der Mitte der Leiterschicht 334 bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Isolationsleistung verbessert, und ein Herstellungsprozess kann vereinfacht werden, da die Leiterschicht 334 an einem Ort vorgesehen ist, an dem eine Stehspannung erforderlich ist.
  • Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen können die folgenden Funktionen und Wirkungen erhalten werden. (1) Das Halbleiterleistungsmodul 300 enthält die Halbleiterelemente (den IGBT 328 und die Diode 156), die Leiterplatten 315, 318, 319 und 320, die mit den Halbleiterelementen verbunden sind, das aus Metall hergestellte Grundelement 307, das den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 zugewandt ist und die Außenseite des Halbleiterleistungsmoduls 300 bildet, und das Isolierelement 333, das zwischen den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 und dem Grundelement 307 angeordnet ist, wobei das Isolierelement 333 derart gebildet ist, dass es die Leiterschicht 334 aufweist, die zwischen der ersten Isolierschicht 335a und der zweiten Isolierschicht 335b eingebettet ist, die Kapazitätsschaltung zwischen der ersten Isolierschicht 335a und den Leiterplatten 315, 318, 319 und 320 gebildet ist, die Kapazitätsschaltung zwischen der zweiten Isolierschicht 335b und dem Grundelement 307 gebildet ist, wobei das Grundelement 307 im Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement 333 und dem Grundelement 307 den tischförmigen, vorstehenden Abschnitt 307a aufweist, der in Richtung des Isolierelements 333 vorsteht, und die Länge von der Mitte der Leiterschicht 334 bis zum Umfangskantenabschnitt des Isolierelements 333, das die Leiterschicht 334 enthält, derart gebildet ist, dass sie länger als die Mitte der Leiterschicht 334 bis zum Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts 307a des Grundelements 307 ist. Dadurch kann das Halbleiterleistungsmodul 300 geschaffen werden, das die Isolationseigenschaften zuverlässig sicherstellen kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt und kann eine Konfiguration aus einer Kombination der oben beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner sind andere Formen, die innerhalb der technischen Idee der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden, ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, es sei denn, die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden beeinträchtigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 300
    Halbleiterleistungsmodul
    304
    Gehäuse
    305
    Rippe
    307
    Grundelement
    307a
    vorstehender Abschnitt
    315, 318, 319, 320:
    Leiterplatte
    333
    Isolierelement
    334
    Leiterschicht
    335a
    erste Isolierschicht
    335b
    zweite Isolierschicht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012244750 A [0003]
    • JP 2013229534 A [0003]
    • JP 2013229535 A [0003]

Claims (5)

  1. Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleiterelement; eine Leiterplatte, die mit dem Halbleiterelement verbunden ist; ein aus Metall hergestelltes Grundelement, das der Leiterplatte zugewandt ist und eine Außenseite der Halbleitervorrichtung bildet; und ein Isolierelement, das zwischen der Leiterplatte und dem Grundelement angeordnet ist, wobei das Isolierelement derart gebildet ist, dass es eine Leiterschicht aufweist, die zwischen einer ersten Isolierschicht und einer zweiten Isolierschicht eingebettet ist, zwischen der ersten Isolierschicht und der Leiterplatte eine Kapazitätsschaltung bildet und zwischen der zweiten Isolierschicht und dem Grundelement eine Kapazitätsschaltung bildet, das Grundelement einen vorstehenden Abschnitt aufweist, der in einem Kontaktabschnitt zwischen dem Isolierelement und dem Grundelement gebildet ist, wobei der vorstehende Abschnitt in Richtung des Isolierelements vorsteht, und eine Länge von einer Mitte der Leiterschicht bis zu einem Umfangskantenabschnitt des Isolierelements, das die Leiterschicht enthält, derart gebildet ist, dass sie länger als eine Länge von der Mitte der Leiterschicht bis zu einem Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts des Grundelements ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere Leiterplatten vorgesehen sind, die mehreren Halbleiterelementen entsprechen, und mehrere Leiterschichten vorgesehen sind, die den mehreren Leiterplatten zugewandt sind.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein vertiefter Abschnitt im Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts im Grundelement vorgesehen ist und die Länge von einer Mitte der Leiterschicht bis zum Umfangskantenabschnitt des Isolierelements, das die Leiterschicht enthält, derart gebildet ist, dass sie länger als eine Länge von der Mitte der Leiterschicht bis zu dem vertieften Abschnitt des Grundelements ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Isolierelement in dieselbe Anzahl der Isolierelemente wie eine Anzahl der mehreren Leiterplatten unterteilt ist und mehrere der unterteilten Isolierelemente jeweils den mehreren Leiterplatten zugewandt angeordnet sind, und ein vertiefter Abschnitt im Grundelement gebildet ist, der einer Spaltposition zugewandt ist, an der die mehreren unterteilten Isolierelemente aneinander grenzen.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Isolierelement in dieselbe Anzahl der Isolierelemente wie eine Anzahl der mehreren Leiterplatten unterteilt ist und die mehreren unterteilten Isolierelemente den Leiterplatten von den mehreren Leiterplatten zugewandt angeordnet sind, die ein Wechselstrompotential aufweisen, und eine Länge bis zum Umfangskantenabschnitt des Isolierelements, das der Leiterplatte zugewandt angeordnet ist, die das Wechselstrompotential aufweist, derart gebildet ist, dass sie länger als die Länge bis zum Umfangskantenabschnitt des vorstehenden Abschnitts des Grundelements ist.
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