DE112017001953B4 - Isolierendes Substrat und Halbleitervorrichtung, die dieses verwendet - Google Patents

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Abstract

Isolierendes Substrat, das Folgendes umfasst:
eine Wärmeableitschicht (10);
eine Drahtschicht (30), auf der ein Draht (32) gebildet ist, wobei der Draht (32) mit einem ersten und mit einem zweiten Schaltungselement verbunden ist; und
eine Isolierschicht (20), die zwischen der Drahtschicht (30) und der Wärmeableitschicht elektrisch isoliert,
wobei ein Teil der Drahtschicht (30) als eine Steuersignal-Schaltungsschicht gebildet ist, die ein Steuersignal zu dem ersten und zu dem zweiten Schaltungselement fortpflanzt, und wobei ein Teil der Steuersignal-Schaltungsschicht als eine Widerstandsschicht (36) gebildet ist, die einen Eingangswiderstandswert erhöht, wenn das erste und das zweite Schaltungselement das Steuersignal empfangen,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Schaltungselement und/oder das zweite Schaltungselement einen Anschluss für elektrische Leistung aufweisen, der elektrische Leistung ausgibt, und
wobei als ein Teil der Drahtschicht eine Spule (37) gebildet ist, wobei die Spule (37) den Anschluss für elektrische Leistung umgebend angeordnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein isolierendes Substrat.
  • Stand der Technik
  • Leistungshalbleiterelemente wie etwa ein IGBT (Isolierschicht-Bipolartransistor), ein Leistungs-MOSFET-Transistor (Leistungs-Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) oder ein MOSGTO (MOS-Abschaltthyristor) sind allgemein bekannt. Diese Leistungshalbleiterelemente steuern elektrische Leistung durch Eingeben eines Signals zum Steuern des Elements in ein Gate, um das Element ein-/auszuschalten.
  • Das Gate des Leistungshalbleiterelements ist mit einem Draht verbunden, der auf einem isolierenden Substrat gebildet ist. Über den Draht wird ein Steuersignal in das Gate eingegeben. Falls mehrere Leistungshalbleiterelemente mit dem Draht parallelgeschaltet sind, wird üblicherweise angenommen, dass diese Leistungshalbleiterelemente gleichzeitig ein/ausgeschaltet werden. Allerdings wird der elektrische Strom an einem Halbleiterelement, das vor den anderen Elementen einschaltet, oder an einem Halbleiterelement, das beim Schalten in den ausgeschalteten Zustand verzögert, konzentriert, falls eine Schaltgeschwindigkeit irgendeines dieser Leistungshalbleiterelement von der anderer verschieden ist. Die Lebensdauer eines solchen Elements wird dann wahrscheinlicher verringert oder ein solches Element wird wahrscheinlicher defekt.
  • Die Schaltzeit des Halbleiterelements wird erhöht, falls der Gate-Widerstandswert erhöht wird, und die Schaltzeit des Halbleiterelements wird verringert, falls der Gate-Widerstandswert verringert wird. Somit kann durch Erhöhen des Gate-Widerstandswerts die Schaltgeschwindigkeit in der Weise eingestellt werden, dass die Differenz der Ein/Aus-Zeit zwischen Elementen verringert wird. In einigen Fällen ist zusätzlich zu dem Gate-Widerstandswert des Halbleiterelements zwischen dem Draht und dem Gate-Anschluss ein Gate-Widerstandsbauelement vorgesehen, das als ein Chipbauelement gebildet ist, so dass die Schaltzeiten jedes Halbleiterelements nicht wegen des Schwankungsbereichs des Gate-Widerstandswerts in dem Halbleiterelement erheblich variieren.
  • Die im Folgenden aufgeführte Patentliteratur 1 beschreibt eine Technik zum Einstellen des Gate-Widerstandswerts. In der Patentliteratur 1 ist ein Teil des mit einer Gate-Elektrode verbundenen Anschlusses mit einem Material gebildet, das einen hohen spezifischen Widerstand besitzt, und wird eine Schnittflächengröße dieses Teils oder eine Länge dieses Teils eingestellt, wodurch der Gate-Widerstandswert eingestellt wird. Die im Folgenden aufgeführte Patentliteratur 2 beschreibt ein Konfigurationsbeispiel, bei dem auf einem gesinterten Substrat, auf dem eine Glaspulvermasse und eine Metallmasse gesintert sind, eine Stapelstruktur gebildet ist.
  • Die gattungsbildende Patentliteratur PTL 3 betrifft eine Halbleiterbaugruppe mit einer Aufhänge Einheit, einen kastenförmigen Harzgehäuse, einer Leiterplatte, mindestens einem Schaltelement, das auf der Leiterplatte vorgesehen ist, einer Signalanschlussplatte und einem Widerstand, der zwischen der Steuerelektrode und der Signalanschlussplatte elektrisch angeordnet ist. Der Widerstand weist eine Isolatorplatte auf und eine elektrische Verbindung zwischen der Steuerelektrode und der Widerstandsschicht wird hergestellt, indem eine Drahtleitung unmittelbar zwischen die Steuerelektrode und die erste Elektrodenschicht gebondet wird.
  • Liste der Entgegenhaltungen
  • Patentliteratur
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In der in der Patentliteratur 1 beschriebenen Technik ist es möglich, den Schwankungsbereich der Schaltzeit durch Erhöhen des Gate-Widerstandswerts des Leistungshalbleiterelements einzustellen. Andererseits wird der Verlust wegen des Gate-Widerstandswerts ebenfalls erhöht, was ein Problem verursacht, dass der gesamte elektrische Wirkungsgrad des Systems verringert wird.
  • Die vorliegende Offenbarung wird im Licht des obigen technischen Problems gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein isolierendes Substrat zu schaffen, das eine Wirkung eines Schaltungselements (wie etwa eines Leistungshalbleiterelements) auf den elektrischen Wirkungsgrad unterdrücken kann, während die Schaltgeschwindigkeiten zwischen Schaltungselementen angeglichen werden.
  • Lösung des Problems
  • In einem isolierenden Substrat gemäß dieser Offenbarung ist ein Teil einer Drahtschicht als eine Steuersignal-Schaltungsschicht gebildet und ist ein Teil der Steuersignal-Schaltungsschicht als eine Widerstandsschicht gebildet, die einen Eingangswiderstandswert erhöht, wenn ein Schaltungselement ein Steuersignal empfängt.
  • Die Aufgabe wird durch ein isolierendes Substrat gemäß der Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausbreitungsformen der Erfindung.
  • Die Widerstandsschicht kann als Teil eines Signaldrahts, der einen Signalfortpflanzungsweg für die Steuersignal-Schaltungsschicht bildet, einteilig mit dem Signaldraht gebildet sein.
  • Die Steuersignal-Schaltungsschicht kann mit einem Material, das Siliciumoxid enthält, gebildet sein, und
    die Widerstandsschicht kann mit einem Material, das ein Metalloxid enthält, gebildet sein.
  • Die Steuersignal-Schaltungsschicht kann mit einem Material, das eine Keramik enthält, gebildet sein, und
    die Widerstandsschicht kann mit einem Material, das ein Metalloxid enthält, gebildet sein.
  • Eine Differenz zwischen einem Eingangswiderstandswert des ersten Schaltungselements und einem Eingangswiderstandswert des zweiten Schaltungselements kann kleiner als eine Differenz zwischen Widerstandswerten von Abschnitten von Signaldrähten, die einen Signalfortpflanzungsweg der Steuersignal-Schaltungsschicht außer der Widerstandsschicht bilden, sein.
  • Die Widerstandsschicht kann einen Widerstandswert aufweisen, der veranlasst, dass der Eingangswiderstandswert des ersten Schaltungselements derselbe wie der Eingangswiderstandswert des zweiten Schaltungselements ist.
  • Das erste Schaltungselement und/oder das zweite Schaltungselement können einen Anschluss für elektrische Leistung aufweisen, der elektrische Leistung ausgibt, und
    als ein Teil der Drahtschicht kann eine Spule gebildet sein, wobei die Spule den Anschluss für elektrische Leistung umgebend angeordnet ist.
  • Innerhalb der Steuersignal-Schaltungsschicht kann ein Signaldraht gebildet sein, der das Steuersignal fortpflanzt, und
    der Signaldraht kann bei einem Abschnitt gebildet sein, der entlang einer Stapelrichtung der Wärmeableitschicht, der Isolierschicht und der Drahtschicht mit dem ersten und mit dem zweiten Schaltungselement überlappt.
  • Das erste und das zweite Schaltungselement können mit der Steuersignal-Schaltungsschicht parallel zueinander elektrisch verbunden sein.
  • Die Isolierschicht kann mit einem Keramikmaterial gebildet sein.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß dieser Offenbarung umfasst das erste und das zweite Schaltungselement, die auf dem isolierenden Substrat gebildet sind,
    wobei das erste und das zweite Schaltungselement als Halbleiterelemente konfiguriert sind.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Mit dem isolierenden Substrat gemäß dieser Offenbarung ist es möglich, eine Verringerung des elektrischen Wirkungsgrads wegen erhöhten Gate-Widerstandswerts zu unterdrücken, während die Schaltgeschwindigkeiten zwischen Schaltungselementen angeglichen werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines herkömmlichen isolierenden Substrats darstellt.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines isolierenden Substrats 1 gemäß einer Ausführungsform 1 darstellt.
    • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Innenstruktur einer Steuersignal-Eingangsschaltung 31 darstellt.
    • 4 ist eine Innenansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Halbleiterelement 40 auf dem isolierenden Substrat 1 implementiert ist.
    • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Teil des isolierenden Substrats 1 gemäß einer Ausführungsform 2 darstellt.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Implementierungsbeispiel einer Spule 37 darstellt.
    • 7 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Einheitszellenabschnitts eines Umsetzers 100 elektrischer Leistung gemäß einer Ausführungsform 3 darstellt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • <Hinsichtlich herkömmlicher isolierender Substrate>
  • Im Folgenden werden zunächst zur leichten Verständlichkeit dieser Offenbarung eine Konfiguration eines herkömmlichen isolierenden Substrats und sein technisches Problem beschrieben. Daraufhin wird eine Konfiguration eines isolierenden Substrats gemäß dieser Offenbarung beschrieben.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines herkömmlichen isolierenden Substrats darstellt. Das isolierende Substrat ist ein isolierendes Substrat, das mit einem Halbleiterelement 40 bestückt ist. Das Halbleiterelement 40 ist z. B. ein Halbleiterelement, das elektrische Leistung umsetzt. Das Halbleiterelement 40 kann durch Eingeben eines Steuersignals über einen Gate-Anschluss 42 gesteuert werden. Der Anschluss 41 ist ein Anschluss, der elektrische Leistung ausgibt.
  • Das isolierende Substrat enthält eine Wärmeableitschicht 10, eine Isolierschicht 20 und eine Drahtschicht 30. Auf der Drahtschicht 30 ist eine Steuersignal-Eingangsschaltung 31a gebildet. Die Steuersignal-Eingangsschaltung 31a enthält einen Draht 32a. Über den Draht 32a und einen Bonddraht 33 wird ein Steuersignal in den Gate-Anschluss 42 eingegeben. Alle Halbleiterelemente 40 sind mit der Steuersignal-Eingangsschaltung 31a zueinander parallelgeschaltet.
  • Ferner kann die Steuersignal-Eingangsschaltung 31a an dem Draht 32a einen Widerstand 34 enthalten, um die Schaltgeschwindigkeiten zwischen jedem der Halbleiterelemente 40 anzugleichen. Der Widerstand 34 ist z. B. ein chipartiges unabhängiges elektrisches Bauelement.
  • Falls der Widerstand 34 ein Chipbauelement ist, das als ein Fertigprodukt vorgesehen ist, ist es schwierig, die Widerstandswerte jedes der Widerstände 34 einzeln zu verfeinern. In einigen Fällen kann dann als der Widerstand 34 ein Widerstand gewählt werden, der einen hohen Widerstandswert besitzt, um eine Differenz der Schaltgeschwindigkeiten zwischen jedem der Halbleiterelemente 40 unter ein zu ignorierendes Niveau zu unterdrücken. Dies ist so, da ein hoher Widerstandswert die Schaltgeschwindigkeit verringert und dadurch die Differenz der Schaltgeschwindigkeiten in einen Bereich, der verhältnismäßig ignoriert werden kann, unterdrückt.
  • In solchen Fällen entsteht allerdings ein technisches Problem, dass ein elektrischer Gesamtwirkungsgrad des Systems, das die Halbleiterelemente 40 enthält, verringert wird. Außerdem ist es notwendig, eine Implementierungsflächengröße zum Bereitstellen von Chipbauelementen einzuhalten. Sie beschränkt die Gesamtgröße des isolierenden Substrats 1. Außerdem ist der Draht 32a langgestreckt und sein Widerstandswert somit weiter erhöht, wenn eine solche Implementierungsflächengröße sichergestellt ist.
  • Anstatt den chipartigen Widerstand 34 zu verwenden, kann ein Teil des Gate-Anschlusses mit einem Material gebildet sein, das einen hohen spezifischen Widerstand besitzt, und kann eine Länge oder Breite des Materialabschnitts eingestellt werden und kann dadurch der Widerstandswert eingestellt werden. Um den Widerstandswert zu erhöhen, ist es in solchen Fällen notwendig, den Widerstandsabschnitt zu verlängern oder die Breite zu verringern. Falls die Gate-Länge selbst verlängert wird, wird die Gesamtgröße des isolierenden Substrats ebenfalls erhöht. Es ist dann notwendig, die Anschlüsse z. B. zu einer Spiralform zu biegen, wodurch die Gate-Anschlusslänge unterdrückt wird. Außerdem ist es nicht erwünscht, die Gate-Anschlussbreite zu verringern, da das Verringern der Gate-Anschlussbreite die Starrheit des Anschlusses verringern kann und die Zuverlässigkeit des Gate-Anschlusses oder des Verbindungsanschlusses wegen thermischer Belastungen verringert werden kann. Ferner ist es notwendig, die Schaltfrequenz zu erhöhen, um das Schalten des Halbleiterelements 40 fein zu steuern. Allerdings kann das Erhöhen der Anschlusslänge oder das Verringern der Anschlussbreite eine Erhöhung der Induktivität von Drähten verursachen, was es erschwert, das Halbleiterelement 40 bei Hochfrequenz fein zu steuern.
  • Im Licht des Obigen versucht diese Offenbarung, eine Implementierungsflächengröße des Widerstandsabschnitts, der außerhalb des Halbleiterelements vorgesehen ist, dadurch, dass der Widerstandswert zum Einstellen der Schaltgeschwindigkeit einteilig mit dem Draht gebildet wird, zu unterdrücken. Außerdem versucht diese Offenbarung, die Widerstandsschicht, nachdem sie gebildet worden ist, zu verarbeiten, um den Widerstandswert fein einzustellen, indem die Widerstandsschicht als ein Teil des Drahts gebildet wird.
  • <Ausführungsform 1>
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines isolierenden Substrats 1 gemäß einer Ausführungsform 1 darstellt. Auf einer Oberfläche der Isolierschicht 20 ist die Wärmeableitschicht 10 gebildet und auf einer weiteren Oberfläche der Isolierschicht 20 sind die Drahtschichten 30a und 30b gebildet. Die Isolierschicht 20 besitzt eine Rolle zum elektrischen Isolieren zwischen der Wärmeableitschicht 10 und den Drahtschichten 30a, 30b. Ein Teil der Drahtschichten 30a und 30b sind als eine Steuersignal-Eingangsschaltung 31 gebildet. Die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 enthält einen Draht 32 und einen Verbindungsanschluss 35. Der Verbindungsanschluss 35 ist ein Anschluss zum Verbinden des Drahts 32 mit dem Halbleiterelement 40 (siehe 4). Die Isolierschicht 20 kann unter Verwendung von Keramikmaterialien wie etwa z. B. Al2O3, AlN oder Si3N4 gebildet werden.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Innenstruktur der Steuersignal-Eingangsschaltung 31 darstellt. Ein Teil des Drahts 32 ist als eine Widerstandsschicht 36 gebildet. Dadurch, dass ein Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 in der Weise eingestellt wird, dass die Widerstandswerte (der Eingangswiderstandswert in Bezug auf die Gate-Elektrode) zwischen einer Schaltung, die ein Steuersignal an die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 ausgibt, und den Gate-Elektroden jedes der Halbleiterelemente 40 zueinander gleich sind, ist es möglich, die Schaltgeschwindigkeiten zwischen jedem der Halbleiterelemente 40 anzugleichen. Ein Gate-Anschluss 42 ist ein Anschluss, der die Gate-Elektrode in dem Halbleiterelement 40 mit außerhalb des Elements verbindet. Der Widerstandswert zwischen der Gate-Elektrode und dem Gate-Anschluss 42 ist ausreichend klein und kann somit ignoriert werden.
  • Beim Bilden der Steuersignal-Eingangsschaltung 31: wird auf der Isolierschicht 20 eine Masse angeordnet, die Glaspulver enthält; wird auf die Glaspulvermasse eine Metallmasse (z. B. eine Masse, in der Cu oder Ag mit Glaspulvern gemischt ist) gedruckt, um den Draht 32 zu bilden; wird auf die Metallmasse eine Metalloxidmasse (z. B. eine Masse, die RuO2 und Glaspulver enthält) gedruckt, um die Widerstandsschicht 36 zu bilden. Daraufhin werden die Isolierschicht 20/die Glaspulvermasse/die Metallmasse/die Metalloxidmasse zusammen gesintert. Dementsprechend ist es möglich, die Isolierschicht 20 und die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 einteilig zu bilden.
  • In dem Prozess zum Sintern der Isolierschicht 20 und der Steuersignal-Eingangsschaltung 31 werden das Glaspulver/das Metall (der Draht 32)/das Metalloxid (die Widerstandsschicht 36), die die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 bilden, ebenfalls einteilig gebildet. Dementsprechend wird die Widerstandsschicht 36 als ein Teil des Drahts 32 einteilig mit dem Draht 32 gebildet. Somit ist es nicht notwendig, zusätzlich einen als ein Chipbauelement konfigurierten Widerstand vorzusehen.
  • Wenn der Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 fein eingestellt wird, wird zunächst, wie in 3 gezeigt ist, die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 gebildet, ohne die Widerstandsschicht 36 zu bedecken. Dadurch, dass die Länge der Widerstandsschicht 36 oder die Breite der Widerstandsschicht 36 unter Verwendung wie etwa einer Laserverarbeitung eingestellt wird, ist es daraufhin möglich, den Widerstandswert fein einzustellen. Falls der Draht 32 oder der Widerstand 36 bedeckt werden soll, ist es möglich, den Draht 32 und die Widerstandsschicht 36, wie in 2 gezeigt ist, dadurch, dass Glaspulvermassen auf dem Substrat angeordnet werden, nachdem fein eingestellt worden ist, und dass das Substrat erneut gesintert wird, zu bedecken.
  • Ein erwünschtes Material des Glaspulvers ist ein Material, das auf einem Keramiksubstrat zum Bilden der Isolierschicht 20 gestapelt werden kann und daraufhin gesintert werden kann. Beispiele eines solchen Materials können jene sein, die Siliciumoxid enthalten, wie etwa (a) ein Glaspulver, das SiO2, B2O3 und ein Alkalimetalloxid enthält, (b) ein Glaspulver, das SiO2, B2O3, Al2O3 und ein Erdalkalimetalloxid enthält, (c) ein Glaspulver, das SiO2, B2O3 und ein Erdalkalimetalloxid enthält, (d) ein Glaspulver, das SiO2, B2O3, ZrO2 und ein Alkalimetalloxid enthält, (e) ein Glaspulver, das SiO2, ein Alkalimetalloxid und ein Erdalkalimetalloxid enthält.
  • 4 ist eine Innenansicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Halbleiterelement 40 auf dem isolierenden Substrat 1 implementiert ist. Zur Erläuterung zeigt die Figur einen Zustand, in dem Teile von Bauelementen entfernt sind, so dass die Innenstruktur zu sehen ist. Dieses Beispiel zeigt eine Implementierung, bei der eine Stapelstruktur der Wärmeableitschicht 10/der Isolierschicht 20/der Drahtschichten 30a und 30b, die in 2-3 gezeigt ist (einschließlich des Bauelements 31), mit einer Stapelstruktur der Wärmeableitschicht 10/der Isolierschicht 20/der Drahtschicht 30 (ohne das Bauelement 31, einschließlich des Halbleiterelements 40) überlappt ist.
  • Der Draht 32 ist über den Verbindungsanschluss 35 mit dem Gate-Anschluss 42 verbunden. Um den Draht 32 ist eine Schicht gebildet, die durch Sintern von Glaspulvern gebildet ist, wodurch die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 als eine Schicht, die einen Teil der Drahtschichten 30a und 30b bildet, gebildet ist. Der Glasabschnitt um den Draht 32 hat eine Rolle, den Draht 32 von den Drahtschichten (30a, 30b) auf beiden Seiten des Drahts 32 zu isolieren. Der Anschluss 41 ist mit den Drahtschichten 30a und 30b elektrisch verbunden. Der Anschluss 41 gibt über die Drahtschichten 30a und 30b elektrische Leistung aus.
  • Der Draht 32 ist in der Stapelrichtung des isolierenden Substrats 1 mit zwei angrenzenden Halbleiterelementen 40 überlappend gebildet. Mit anderen Worten, der Draht 32 ist die gegenüberliegenden Seiten zweier angrenzender Halbleiterelemente 40 kreuzend angeordnet. Dementsprechend sind die zwei Halbleiterelemente in 4 im Vergleich mit der Struktur, bei der die Steuersignal-Eingangsschaltung 31, wie in 1 gezeigt ist, zwischen zwei Halbleiterelementen 40 angeordnet ist, näher beieinander angeordnet. Somit kann die Länge des Drahts 32 kürzer als in 1 sein. Somit kann die Gesamtgröße des isolierenden Substrats 1 kleiner sein und kann der Wert des elektrischen Widerstands des Drahts 32 unterdrückt werden.
  • Ein Bondmittel zum Verbinden zwischen dem Gate-Anschluss 42 und dem Verbindungsanschluss 35 und zum Verbinden zwischen dem Anschluss 41 und den Drahtschichten 30a, 30b kann etwa wie folgt sein: (a) Lötmittel unter Verwendung wie etwa von Sn, Ag, Cu, In, Sb oder Pb; (b) Bondmaterialien unter Verwendung nanoskaliger Partikel wie etwa Ag, Cu, Au oder Ni; (c) Oxide von Ag-Partikeln, Cu-Partikeln oder Ni-Partikeln in Submikrometergröße.
  • Die Steuersignal-Eingangsschaltung kann unter Verwendung eines Materials, das Keramikpulver enthält, gebildet werden. Zum Beispiel können in der Konfiguration der Ausführungsform 1 anstelle von Glaspulvern Aluminiumoxidpulver verwendet werden. Allerdings ist es erwünschter, wie in der Ausführungsform 1 Glaspulvermassen und Metallmassen zu verwenden, da es möglich ist, die Steuersignal-Schaltungsschicht durch gleichzeitiges Ausführen des Sinterprozesses zu bilden, um die Schaltungsschicht stabil zu bilden.
  • Beim Vergleich mit der Differenz des Widerstandswerts zwischen Signaldrähten (ausschließlich der Widerstandsschicht), die den Signalfortpflanzungsweg der Steuersignal-Schaltungsschicht bilden, ist es vorteilhafter, wenn die Differenz zwischen den Eingangswiderständen des Schaltungselements so klein wie möglich ist. Zum Beispiel ist es besser, wenn die Differenz zwischen einem Eingangswiderstandswert eines ersten der Halbleiterelemente 40 und einem Eingangswiderstandswert eines zweiten der Halbleiterelemente 40 so weit wie möglich kleiner als eine Differenz zwischen einem Widerstandswert des mit dem ersten der Halbleiterelemente 40 verbundenen Signaldrahts und einem Widerstandswert des Signaldrahts des zweiten der Halbleiterelemente 40 ist. Dementsprechend wird der Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 in der Ausführungsform 1 in der Weise eingestellt, dass die Widerstandswerte zwischen einer Schaltung, die ein Steuersignal an die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 ausgibt, und den Gate-Elektroden jeder der Halbleiterelemente 40 näherungsweise zueinander gleich sind.
  • <Ausführungsform 1: Zusammenfassung>
  • In dem isolierenden Substrat 1 gemäß der Ausführungsform 1 ist die Widerstandsschicht 36 als ein Teil des Drahts 32 einteilig mit dem Signalfortpflanzungsweg gebildet. Der spezifische Widerstand der mit Metalloxiden gebildeten Widerstandsschicht 36 ist ausreichend groß und der Widerstandswert zum Einstellen der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterelements 40 kann mit kleiner Größe implementiert werden. Somit ist es möglich, eine Zunahme der Größe des isolierenden Substrats 1 zu unterdrücken.
  • In dem isolierenden Substrat 1 gemäß der Ausführungsform 1 ist es nicht notwendig, den Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 zu erhöhen, um die Drahtlänge zu erhöhen oder um die Drahtbreite zu verringern. Somit ist es möglich, den Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 auf einen gewünschten Wert zu konfigurieren, ohne unnötig die Drahtinduktivität zu erhöhen, was die Steuergenauigkeit beeinträchtigt.
  • <Ausführungsform 2>
  • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Teil des isolierenden Substrats 1 gemäß einer Ausführungsform 2 dieser Offenbarung darstellt. In der Ausführungsform 2 ist innerhalb der Drahtschicht 30b eine Spule 37 zum Messen eines durch die Drahtschicht 30b gehenden elektrischen Stroms gebildet. Die Spule 37 ist als ein Draht gebildet, der den Anschluss 41 umgibt, während die Isolation erhalten ist. Die Spule 37 kann durch einen ähnlichen Prozess wie den zum Bilden der Steuersignal-Eingangsschaltung 31 gebildet werden.
  • Wenn durch den Anschluss 41 ein elektrischer Strom fließt, wird in der Spule 37 ein weiterer elektrischer Strom induziert. Die Spule 37 ist mit der Steuersignal-Eingangsschaltung 31 verbunden. Dadurch, dass über die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 der in der Spule 37 fließende elektrische Strom erfasst wird, ist es möglich, den in dem Anschluss 41 fließenden elektrischen Strom zu messen. Da die Spule 37 in der Nähe des Anschlusses 41 angeordnet ist, der das Messziel ist, ist es möglich, die Messgenauigkeit zu erhöhen und die Steuergenauigkeit des Halbleiterelements 40 im Vergleich z. B. zum Erfassen des elektrischen Stroms von dem Anschluss 41 über eine Anschlussleitung zu verbessern.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Implementierungsbeispiel der Spule 37 darstellt. Es ist nicht immer notwendig, die Spule 37 für jedes der Halbleiterelemente 40 vorzusehen. Die Spule 37 kann nur für einen Teil der Halbleiterelemente 40 vorgesehen sein. 6 zeigt ein Beispiel, in dem die Spule 37 bei zwei diagonal zueinander positionierten Halbleiterelementen 40 vorgesehen ist. Dadurch, dass die Entfernung zwischen den Spulen 37 erhöht ist, ist es möglich, die Störung zwischen den Spulen 37 zu unterdrücken und die Messgenauigkeit zu erhalten.
  • <Ausführungsform 3>
  • 7 ist eine schematische Darstellung, die eine Konfiguration eines Einheitszellenabschnitts eines Umsetzers 100 elektrischer Leistung gemäß einer Ausführungsform 3 dieser Offenbarung darstellt. Der Umsetzer 100 elektrischer Leistung ist eine Vorrichtung wie etwa z. B. ein Wechselrichter, ein Umsetzer oder ein Netzschutzgerät. Der Umsetzer 100 elektrischer Leistung enthält das isolierende Substrat 1 aus 4, das in einer der Ausführungsformen 1-2 beschrieben ist, die Wärmeableitrippe 110 und einen Glättungskondensator 120. Das in dem isolierenden Substrat 1 aus 4 implementierte Halbleiterelement 40 ist z. B. ein Element, das unter Verwendung von Schaltvorrichtungen elektrische Gleichstromleistung in elektrische Wechselstromleistung umsetzt. Durch Verwendung des isolierenden Substrats 1 gemäß den Ausführungsformen 1-2 ist es möglich, den Konversionswirkungsgrad des Umsetzers 100 elektrischer Leistung zu verbessern.
  • <Änderung dieser Offenbarung>
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene geänderte Beispiele. Zum Beispiel sind die oben erwähnten Ausführungsformen zum leichten Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben worden und brauchen nicht alle hier beschriebenen Elemente enthalten zu sein.
  • In den obigen Ausführungsformen ist ein Beispiel gezeigt, in dem das Metalloxid zum Bilden der Widerstandsschicht 36 RuO2 ist. Alternativ können andere Metalloxide genutzt werden. Zum Beispiel kann IrO2 oder RhO2 genutzt werden. Ferner kann ein Gemisch aus Ag/Pd genutzt werden. Außer den Obigen können Gold, Platin, Palladium, Silber oder Kupfer gemischt werden, um genutzt zu werden. Beim Bilden der Widerstandsschicht 36 wird eine Masse, in der (a) diese Metalloxide oder Metallpulver, (b) Zusatzstoffe wie etwa CuO, V2O5, MnO2, TiO2 und (c) Glas gemischt sind, als Teil der Steuersignal-Eingangsschaltung 31 gedruckt und wird sie daraufhin zusammen mit der Isolierschicht 20 gesintert.
  • In den obigen Ausführungsformen kann z. B. eine Siliciumnitridkeramik als Material für die Isolierschicht 20 verwendet werden. Als ein Material für die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 kann ein Material genutzt werden, das eine sich thermisch ausdehnende Keramik ist, deren Wärmeausdehnungskoeffizient näher an dem der Isolierschicht 20 ist und die an die Isolierschicht 20 gebondet werden kann. Der Wärmeausdehnungskoeffizient α eines Siliciumnitrid-Keramiksubstrats ist näherungsweise 3 (ppm/K). Somit kann für die Steuersignal-Eingangsschaltung 31 ein Material genutzt werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient α näherungsweise bei oder unter 10 (ppm/K) liegt.
  • Die obigen Ausführungsformen beschreiben die Laserverarbeitung als ein Verfahren zum Einstellen des Widerstandswerts der Widerstandsschicht 36. Zum Einstellen des Widerstandswerts können andere Verfahren genutzt werden. Zum Beispiel kann die Kombination von Materialien eingestellt werden. Für die Widerstandsschicht 36 kann z. B. ein Material wie etwa (a) nur RuO2, (b) ein Gemisch aus Siliciumnitrid und RuO2 genutzt werden, (c) kann zusätzlich zu (a), (b) Silber zugegeben werden. Es ist möglich, den Widerstandswert der Widerstandsschicht 36 durch Ändern der Kombination oder Zusammensetzung des Materials einzustellen. Ferner kann ein gewünschter Widerstandswert durch Einstellen der Größe oder des spezifischen Widerstands der Widerstandsschicht 36 implementiert werden.
  • In den obigen Ausführungsformen ist ein Beispiel gezeigt, in dem das Halbleiterelement 40 auf dem isolierenden Substrat 1 implementiert ist. Wenn auf dem isolierenden 1 Substrat andere Schaltungselemente als das Halbleiterelement 40 implementiert sind, ist es durch Nutzung der Konfiguration gemäß dieser Offenbarung möglich, den Gate-Widerstandswert in Bezug auf diese Schaltungselemente anzugleichen, um die Betriebsgenauigkeit zu verbessern.
  • In den obigen Ausführungsformen ist der Umsetzer 100 elektrischer Leistung als ein Beispiel der Vorrichtung, die das isolierende Substrat 1 umfasst, gezeigt. Dadurch, dass das isolierende Substrat 1 gemäß dieser Offenbarung in anderen Typen von Halbleitervorrichtungen genutzt wird, ist es möglich, den Betriebswirkungsgrad des Halbleiterelements 40 zu verbessern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    isolierendes Substrat
    10:
    Wärmeableitschicht
    20:
    Isolierschicht
    30:
    Drahtschicht
    30a,
    30b: Drahtschicht
    31:
    Steuersignal-Eingangsschaltung
    31a:
    Steuersignal-Eingangsschaltung
    32:
    Draht
    32a:
    Draht
    33:
    Bonddraht
    34:
    Widerstand
    35:
    Verbindungsanschluss
    36:
    Widerstandsschicht
    37:
    Spule
    40:
    Halbleiterelement
    41:
    Anschluss
    42:
    Gate-Anschluss
    100:
    Umsetzer elektrischer Leistung
    110:
    Wärmeableitrippe
    120:
    Glättungskondensator

Claims (10)

  1. Isolierendes Substrat, das Folgendes umfasst: eine Wärmeableitschicht (10); eine Drahtschicht (30), auf der ein Draht (32) gebildet ist, wobei der Draht (32) mit einem ersten und mit einem zweiten Schaltungselement verbunden ist; und eine Isolierschicht (20), die zwischen der Drahtschicht (30) und der Wärmeableitschicht elektrisch isoliert, wobei ein Teil der Drahtschicht (30) als eine Steuersignal-Schaltungsschicht gebildet ist, die ein Steuersignal zu dem ersten und zu dem zweiten Schaltungselement fortpflanzt, und wobei ein Teil der Steuersignal-Schaltungsschicht als eine Widerstandsschicht (36) gebildet ist, die einen Eingangswiderstandswert erhöht, wenn das erste und das zweite Schaltungselement das Steuersignal empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltungselement und/oder das zweite Schaltungselement einen Anschluss für elektrische Leistung aufweisen, der elektrische Leistung ausgibt, und wobei als ein Teil der Drahtschicht eine Spule (37) gebildet ist, wobei die Spule (37) den Anschluss für elektrische Leistung umgebend angeordnet ist.
  2. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Widerstandsschicht (36) als Teil eines Signaldrahts, der einen Signalfortpflanzungsweg für die Steuersignal-Schaltungsschicht bildet, einteilig mit dem Signaldraht gebildet ist.
  3. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Steuersignal-Schaltungsschicht mit einem Material, das Siliciumoxid enthält, gebildet ist, und die Widerstandsschicht (36) mit einem Material, das ein Metalloxid enthält, gebildet ist.
  4. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Steuersignal-Schaltungsschicht mit einem Material, das eine Keramik enthält, gebildet ist, und die Widerstandsschicht (36) mit einem Material, das ein Metalloxid enthält, gebildet ist.
  5. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen einem Eingangswiderstandswert des ersten Schaltungselements und einem Eingangswiderstandswert des zweiten Schaltungselements kleiner als eine Differenz zwischen Widerstandswerten von Abschnitten von Signaldrähten, die einen Signalfortpflanzungsweg der Steuersignal-Schaltungsschicht außer der Widerstandsschicht (36) bilden, ist.
  6. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Widerstandsschicht (36) einen Widerstandswert aufweist, der veranlasst, dass der Eingangswiderstandswert des ersten Schaltungselements derselbe wie der Eingangswiderstandswert des zweiten Schaltungselements ist.
  7. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei innerhalb der Steuersignal-Schaltungsschicht ein Signaldraht gebildet ist, der das Steuersignal fortpflanzt, und wobei der Signaldraht bei einem Abschnitt gebildet ist, der entlang einer Stapelrichtung der Wärmeableitschicht (10), der Isolierschicht (20) und der Drahtschicht (30) mit dem ersten und mit dem zweiten Schaltungselement überlappt.
  8. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Schaltungselement mit der Steuersignal-Schaltungsschicht parallel zueinander elektrisch verbunden sind.
  9. Isolierendes Substrat nach Anspruch 1, wobei die Isolierschicht (20) mit einem Keramikmaterial gebildet ist.
  10. Halbleitervorrichtung, die umfasst: das isolierende Substrat nach einem der Ansprüche 1-9; und das erste und das zweite Schaltungselement, die auf dem isolierenden Substrat (1) gebildet sind, wobei das erste und das zweite Schaltungselement als Halbleiterelemente konfiguriert sind.
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