DE112017007185B4

DE112017007185B4 - Elektronisches Modul und Leistungsmodul

Info

Publication number: DE112017007185B4
Application number: DE112017007185.2T
Authority: DE
Inventors: Jun TOMISAWA; Akinori Nishizawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2037-11-09
Also published as: JP6745972B2; US10985719B2; CN110383474B; CN110383474A; US20200274505A1; DE112017007185T5; WO2018163507A1; JPWO2018163507A1

Abstract

Elektronisches Modul (1), das Folgendes aufweist:- einen ersten bestimmten Leiter (CE1);- eine erste Isolierschicht (IL3);- eine erste Verdrahtungsschicht (WL2), die eine erste Fühlerelektrode (E15) aufweist; und- einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11), der mit der ersten Fühlerelektrode (E15) verbunden ist, wobei die erste Fühlerelektrode (E15) einem ersten Bereich des ersten bestimmten Leiters (CE1) über die erste Isolierschicht (IL3) hinweg gegenüberliegt und mit dem ersten Bereich eine erste Kapazität (C11) bildet, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) ausgebildet ist, um eine Spannung entsprechend der ersten Kapazität (C11) auszugeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Modul und ein Leistungsmodul mit einer Fehlererkennung.
STAND DER TECHNIK
Es ist bekannt, dass das Abschälen einer Schicht in einer Stapelstruktur, die in einem elektronischen Modul enthalten ist, stattfinden kann. So beschreibt beispielsweise die Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2014 - 053 344 A (Patentdokument 1), dass sich ein Chip-Kontakt von einem Halbleiterchip bei Wiederholung von Temperaturanstieg und -abfall (Temperaturzyklus) lösen kann.
Das Patentdokument 2 offenbart eine CV-Wandlerschaltung 20 mit einem Eingangsanschluss, der elektrisch mit einer beweglichen Elektrode 13 eines kapazitiven Sensors 10 verbunden ist.
Das Patentdokument 3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur und ein Betriebsverfahren. Die Struktur umfasst (i) eine dielektrische Schicht, (ii) eine untere Kondensatorplatte und eine elektrisch leitende Leitung auf der dielektrischen Schicht, (iii) eine obere Kondensatorplatte auf der unteren Kondensatorplatte, (iv) einen Zwischenraumbereich und (v) eine Lötkugel auf der dielektrischen Schicht. Die dielektrische Schicht enthält eine obere Fläche, die eine Bezugsrichtung senkrecht zur oberen Fläche definiert. Die obere Kondensatorplatte überlappt die untere Kondensatorplatte in der Bezugsrichtung. Der Zwischenraum befindet sich zwischen der unteren Kondensatorplatte und der oberen Kondensatorplatte. Der Spaltbereich enthält kein flüssiges oder festes Material. Die Lötkugel ist elektrisch mit der elektrisch leitenden Leitung verbunden. Die obere Kondensatorplatte ist zwischen der dielektrischen Schicht und der Lötkugel angeordnet.
Das Patentdokument 4 offenbart ein integriertes elektromechanisches Mikrosystem, bei dem eine Mikromaschine, die unter Verwendung einer Fertigungstechnologie für eine integrierte Halbleiterschaltung gebildet wird, und eine integrierte Halbleiterschaltung auf einem Halbleitersubstrat gebildet werden. Die Mikromaschine umfasst: (a) einen abgedichteten Hohlraum, der durch Entfernen eines Teils eines zwischen den Verbindungen gebildeten Zwischenschichtdielektrikums gebildet wird; und (b) eine in dem Hohlraum gebildete mechanische Struktur, wobei der Hohlraum unter Verwendung einer Technologie zum Bilden einer Verbindung eines MOSFETs gebildet wird und unter Verwendung der Technologie zum Bilden einer Verbindung eines MOSFETs abgedichtet wird.
STAND DER TECHNIK

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2014 - 053 344 A
Patentdokument 2: US 2005 / 0 016 273 A1
Patentdokument 3: US 2010 / 0 203 655 A1
Patentdokument 4: US 2006 / 0 205 106 A1

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Einige elektronische Module, wie Leistungsmodule, haben mit großen Leistungen zu tun. Daher kann ein solches elektronisches Modul während des Betriebs erheblich Wärme erzeugen. Wenn sich eine Schicht abschält, wird die Wärmeleitung am abgeschälten Bereich der Schicht gestört. Die im elektronischen Modul erzeugte Wärme wird weniger wahrscheinlich aus dem elektronischen Modul abgeführt, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das elektronische Modul ausfällt.
Die vorliegende Erfindung soll ein in einem elektronischen Modul aufgetretenes Abschälen/Ablösen erfassen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit den unabhängigen Ansprüchen 1 und 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 angegeben.
Das elektronische Modul nach der vorliegenden Erfindung weist einen ersten bestimmten Leiter, eine erste Isolierschicht, eine erste Verdrahtungsschicht und einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler auf. Die erste Verdrahtungsschicht weist eine erste Fühlerelektrode auf. Der Kapazitäts-Spannungs-Wandler ist mit der ersten Fühlerelektrode verbunden. Die erste Fühlerelektrode steht über die erste Isolierschicht einem ersten Bereich des ersten bestimmten Leiters gegenüber und bildet mit diesem ersten Bereich eine erste Kapazität. Der Kapazitäts-Spannungs-Wandler ist ausgebildet, um eine Spannung entsprechend der ersten Kapazität auszugeben.
Effekt der Erfindung
Da sich der bestimmte Leiter von der Isolierschicht löst, ändert sich die Kapazität, die zwischen der Fühlerelektrode und dem der Fühlerelektrode gegenüberliegenden Bereich des bestimmten Leiters gebildet wird. Die Kapazitätsänderungen werden als Änderungen an einem Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst. Mit dem elektronischen Modul der vorliegenden Erfindung kann das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht anhand der Spannungsausgabe des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 1 ist;
2 ist ein Querschnitt durch das Leistungsmodul entlang der II-II-Linie der 1;
3 ist ein Bild, das ein Elektroden-Abschälen im Leistungsmodul von 1 zeigt;
4 ist ein Bild mit einem Stapel, in dem zwei Elektroden und eine Isolierschicht in Z-Achsenrichtung gestapelt sind;
5 ist ein Bild, das die Konfiguration eines Kondensators zeigt, der zwischen den beiden in 4 dargestellten Elektroden gebildet ist;
6 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung, die Kapazitätsänderungen des in 5 dargestellten Kondensators erfasst;
7 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung zum Erfassen des Abschälens einer gemeinsamen Kollektorelektrode von der in 3 dargestellten Isolierschicht;
8 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung zur Erfassung des Abschälens der Isolierschicht von einem Kühlkörpersubstrat, dargestellt in 3;
9 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 2 ist;
10 ist ein Querschnitt durch das Leistungsmodul, entlang der X-X-Linie in 9;
11 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 3 ist;
12 ist ein Querschnitt durch das Leistungsmodul, entlang der XII-XII-Linie in 11;
13 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung zum Erfassen des Abschälens einer gemeinsamen Kollektorelektrode von einer Isolierschicht gemäß 12;
14 ist ein Bild, das die gemeinsame Kollektorelektrode zeigt, bei der beide Seiten in X-Achsenrichtung im Leistungsmodul 1 gemäß 2 abgeschält sind;
15 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 4 ist;
16 ist ein Querschnitt durch das Leistungsmodul, entlang der XVI-XVI-Linie der 15;
17 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung zum Erfassen des Abschälens eines Endes einer gemeinsamen Kollektorelektrode in X-Achsenrichtung von einer Isolierschicht, dargestellt in 16;
18 ist ein Schaltplan der Fehlererkennungsschaltung zum Erfassen des Abschälens des anderen Endes der gemeinsamen Kollektorelektrode in X-Achsenrichtung von der Isolierschicht, dargestellt in 16;
19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß Ausführungsform 5 zeigt, und
20 ist ein Bild, das eine funktionelle Konfiguration eines Leistungsmoduls gemäß einer Variation der Ausführungsform 5 und einer externen Bestimmungsschaltung zeigt;

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um auf ähnliche oder korrespondierende Teile in den Zeichnungen zu verweisen, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Ausführungsform 1
1 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls 1, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 1 ist. 2 ist ein Querschnitt des Leistungsmoduls 1, entlang der II-II-Linie der 1. Wie in 1 und 2 dargestellt, weist das Leistungsmodul 1 Leistungselemente PE1, PE2, Isolierschichten IL1, IL2 und IL3, Verdrahtungsschichten WL1, WL2, Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, CV21 und ein Kühlkörpersubstrat HS1 auf. Die Isolierschichten IL2, IL3, dargestellt in 2, sind in 1 nicht dargestellt, um die Lesbarkeit der auf den Verdrahtungsschichten angeordneten Elektroden zu erleichtern.
Das Kühlkörpersubstrat HS1, die Isolierschicht IL1, die Verdrahtungsschicht WL1, die Isolierschicht IL2, die Verdrahtungsschicht WL2 und die Isolierschicht IL3 sind in Z-Achsenrichtung in der aufgeführten Reihenfolge gestapelt. Das Kühlkörpersubstrat HS 1 entspricht einem bestimmten Leiter nach der vorliegenden Erfindung.
Die Verdrahtungsschicht WL1 weist die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, CV21, Elektroden E11, E12, E13, E14, E21, E22, E23, E24 und Zuleitungen LN11, LN12, LN13, LN14, LN21, LN22, LN23, LN24 auf. Die Elektroden E11 bis E14 sind an Zuleitungen LN11 bis LN14 angeschlossen. Die Zuleitungen LN11 bis LN14 sind über die nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11 verbunden. Die Elektroden E21 bis E24 sind an Zuleitungen LN21 bis LN24 angeschlossen. Die Zuleitungen LN21 bis LN24 sind über die nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV21 verbunden. Die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11 und CV21 haben den gleichen Schaltungsaufbau.
Die Elektroden E11, E14, E21, E24 stehen dem Kühlkörpersubstrat HS1 über die Isolierschicht IL1 gegenüber. Die Elektroden E11, E14, E21, E24 entsprechen jeweils einer Fühlerelektrode nach der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden E11, E14, E21, E24 sind auf der Außenumfangsseite des Kühlkörpersubstrats HS1 und nicht auf dem zentralen Bereich davon angeordnet. Die Elektroden E11 und E14 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E11 und die Fläche der Elektrode E14 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich. Die Elektroden E21 und E24 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E21 und die Fläche der Elektrode E24 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich groß.
Die Elektroden E12, E13, E22, E23 entsprechen jeweils einer Kondensatorelektrode nach der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden E12 und E13 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E12 und die Fläche der Elektrode E13 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich groß. Die Elektroden E22 und E23 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E22 und die Fläche der Elektrode E23 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich groß.
Die Verdrahtungsschicht WL2 beinhaltet Elektroden E15, E16, E25, E26 und Zuleitungen LN15, LN16, LN25, LN26. Die Elektroden E15, E16, E25, E26 entsprechen jeweils der Fühlerelektrode nach der vorliegenden Erfindung.
Die Elektroden E15 und E16 sind an die Zuleitungen LN15 bzw. LN16 angeschlossen. Die Zuleitungen LN15 und LN16 sind über eine nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11 verbunden. Die Elektroden E15 und E16 stehen den Elektroden E12 und E13 über eine Isolierschicht IL2 gegenüber. Die Elektroden E15 und E16 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E15 und die Fläche der Elektrode E16 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich groß.
Die Elektroden E25 und E26 sind an die Zuleitungen LN25 bzw. LN26 angeschlossen. Die Zuleitungen LN25 und LN26 sind über eine nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV21 verbunden. Die Elektroden E25 und E26 stehen den Elektroden E22 und E23 über die Isolierschicht IL2 gegenüber. Die Elektroden E25 und E26 sind symmetrisch um die Symmetrieachse (nicht dargestellt) parallel zur X-Achse angeordnet. Die Fläche der Elektrode E25 und die Fläche der Elektrode E26 in Draufsicht aus der Richtung der Z-Achse sind ungefähr gleich groß.
Die Leistungselemente PE1 und PE2 sind auf der Isolierschicht IL3 angeordnet. Das Leistungselement PE1 beinhaltet einen Halbleiterschalter IG1, eine Diode D1 und eine gemeinsame Kollektorelektrode CE1. Der Halbleiterschalter IG1 und die Diode D1 sind auf einer gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 angeordnet. Das Leistungselement PE2 beinhaltet einen Halbleiterschalter IG2, eine Diode D2 und eine gemeinsame Kollektorelektrode CE2. Der Halbleiterschalter IG2 und die Diode D2 sind auf der gemeinsamen Kollektorelektrode CE2 angeordnet. Der Halbleiterschalter IG1, IG2 beinhalten jeweils einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Die gemeinsamen Kollektorelektroden CE1, CE2 entsprechen jeweils dem bestimmten Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Elektroden E15 und E16 stehen über die Isolierschicht IL3 gegenüber der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1. Eine Kapazität ist zwischen der Elektrode E15 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E15 gebildet. Eine Kapazität ist zwischen der Elektrode E16 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E16 gebildet.
Die Elektroden E25 und E26 stehen über die Isolierschicht IL3 gegenüber der gemeinsamen Kollektorelektrode CE2. Eine Kapazität ist zwischen der Elektrode E25 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE2 gegenüber der Elektrode E25 gebildet. Eine Kapazität ist zwischen der Elektrode E26 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE2 gegenüber der Elektrode E26 gebildet.
Im Leistungsmodul 1, wie z.B. in 3 dargestellt, kann die gemeinsame Kollektorelektrode CE1 von der Isolierschicht IL3 oder die Isolierschicht IL1 vom Kühlkörpersubstrat HS1 aufgrund von Temperaturzyklen abgeschält werden. Das Leistungsmodul 1 kann große Leistungen erbringen und damit deutlich Wärme erzeugen. Wenn also ein Abschälen, wie in 3 dargestellt, stattfindet, wird die Wärmeleitung am abgeschälten Bereich gestört. Die im Leistungsmodul 1 erzeugte Wärme wird weniger wahrscheinlich aus dem Leistungsmodul 1 abgeführt, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass das Leistungsmodul 1 ausfällt.
In dieser Situation nimmt die Kapazität, die durch die über die Isolierschicht einander gegenüberstehende Elektroden gebildet wird, ab, wenn sich eine der beiden Elektroden von der anderen abschält, und das Leistungsmodul 1 erfasst das Auftreten des Abschälens. Im Folgenden wird ein Mechanismus zum Erfassen des Abschälens nach der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben.
4 ist ein Bild mit einem Stapel 10, in dem Elektroden E1, E2 und eine Isolierschicht II,10 in Z-Achsrichtung gestapelt sind. Wie in 4 dargestellt, hat der Stapel 10 eine quaderförmige Form. Im Stapel 10 sind die Elektrode E1, die Isolierschicht II,10 und die Elektrode E2 in Z-Achsenrichtung in der aufgeführten Reihenfolge gestapelt. Die Elektroden E1 und E2 stehen einander über die Isolierschicht IL10 gegenüber und bilden einen Kondensator C10. In 4 schält sich die Elektrode E2 von der Isolierschicht IL10 ab.
5 ist ein Bild, das den Kondensator C10 darstellt, der zwischen den Elektroden E1 und E2 gebildet ist, wie in 4 dargestellt. Wie in 5 dargestellt, beinhaltet der Kondensator C10 die Kondensatoren C1, C2, C3. In 5 entsprechen die Kondensatoren C1 und C2 den Kapazitäten, die zwischen den abgeschälten Teilen der Elektrode E2 gegenüberliegend der Elektrode E1 gebildet werden. Der Kondensator C3 entspricht einer zwischen den Elektroden E1 und E2 gebildeten Kapazität, bei der es zu keinem Abschälen kommt. Wie in 5 dargestellt, sind die Kondensatoren C1 und C2 in Reihe angeordnet. Der Kondensator C3 ist parallel zu den in Reihe angeordneten Kondensatoren C1 und C2 angeordnet.
Angenommen, der Stapel 10 sei im Vakuum angeordnet und die Dielektrizitätskonstante für das Vakuum sei ε0. Angenommen, die Dielektrizitätskonstante für die Isolierschicht IL10 sei ε1. Angenommen, die Länge (Breite) des Stapels 10 in X-Achsenrichtung sei a1, die Länge (Tiefe) des Stapels 10 in Y-Achsenrichtung sei b1, die Breite eines abgeschälten Bereichs (Risses) des Stapels 10 sei a2, die Länge (Dicke) der Isolierschicht IL10 in Z-Achsenrichtung sei t1, und der maximale Abstand (Schälbetrag) zwischen der Elektrode E2 und der Isolierschicht IL10 sei d1. Die Kapazitäten an den Kondensatoren C1 bis C3 werden jeweils durch die folgenden Gleichungen (1) bis (3) dargestellt: $C_{1} = \frac{ε_{0} a_{2} b_{1}}{d_{1}} log \frac{d_{1} + 2 f_{1}}{- d_{1} + 2 f_{1}}$
$C_{2} = \frac{ε_{1} ε_{0} a_{2} b_{1}}{t_{1}}$
$C_{3} = \frac{ε_{0} ε_{1} (a_{1} - a_{2})}{t_{1}}$
Wenn der Schälbetrag d1 im Vergleich zur Dicke t1 der Isolierschicht IIL 10 (d1 < t1) sehr klein ist, ist die Kapazität des Kondensators C1 nahezu Null. In diesem Fall spiegelt sich das Abschälen der Elektrode E2 von der Isolierschicht II,10 nicht in Kapazitätsänderungen im Kondensator C10 wider. Da jedoch der Betrag d1 des Abschälens etwas zunimmt, erscheint das Abschälen der Elektrode E2 von der Isolierschicht IL10 als Kapazitätsänderung des Kondensators C1. Wenn beispielsweise die Breite a1 1e-2 (1,0 × 10^-2), die Tiefe b1 5e-3 (5,0 × 10^-3), der Schälbetrag d1 1e-6 (1,0 × 10^-6) und die Breite a2 des Risses 1e-3 (1,0 × 10^-3) beträgt, variiert die Kapazität von C10 um etwa 0,03%, da die Elektrode E2 von der Isolierschicht IL10 abgezogen wird. Beträgt das S/N-Verhältnis zwischen einem Kapazitäts-Spannungs-Wandler, in den die Kapazität des Kondensator C10 eingegeben wird, und einem Analog-Digital-Wandler nach dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler etwa 70 dB, kann die durch das Abschälen der Elektrode E2 verursachte Abweichung des Kondensators C10 ermittelt werden.
6 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung MD10, die Kapazitätsänderungen des in 5 dargestellten Kondensators C10 erkennt. Wie in 6 dargestellt, weist die Fehlererkennungsschaltung MD10 einen einzelnen Differenzverstärker SD1, einen Kondensator C100 und einen Schalter SW10 auf.
Der Differenzverstärker SD1 hat eine invertierende Eingangsklemme, die an den Kondensator C10 angeschlossen ist. Konkret ist die Elektrode E1 in 4, die im Kondensator C10 enthalten ist, an die invertierende Eingangsklemme des Differenzverstärkers SD1 angeschlossen. Der Differenzverstärker SD1 verfügt über eine nicht invertierende Eingangsklemme, über die eine Referenzspannung Vref zugeführt wird.
Der Kondensator C100 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme des Differenzverstärkers SD1 und einem Ausgangsanschluss Vout des Differenzverstärkers SD1 angeordnet. Der Schalter SW10 ist parallel zum Kondensator C100 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss Vout des Differenzverstärkers SD1 angeordnet. Der Schalter SW 10 schaltet zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C100 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW10 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C100 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Wenn der Stapel 10 kein Abschälen aufweist, wird die elektrische Ladung Vref im Kondensator C10 gespeichert. Angenommen, ein Abschälen ist, wie in 4 dargestellt, im Stapel 10 aufgetreten und die Kapazität des Kondensators C10 ist um ΔC gesunken. Dann entsteht eine elektrische Überladung (ΔC - Vref), die nicht im Kondensator C10 gespeichert werden kann, was zu einem zeitlichen Spannungsanstieg an der invertierenden Eingangsklemme des Differenzverstärkers SD1 führt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers SD1 sinkt und die Spannung über dem Kondensator C100 steigt, so dass die überschüssige elektrische Ladung im Kondensator C100 gespeichert werden kann. Mit anderen Worten nimmt die Kapazität des Kondensators C10 ab, wenn das Abschälen im Stapel 10 stattfindet. Dadurch sinkt auch die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers SD1.
Die in 6 dargestellte Fehlererkennungsschaltung MD10 kann das Abschälen der Elektrode E2 von der Isolierschicht IL10 des Stapels 10 als Abnahme der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers SD1 wahrnehmen. So kann beispielsweise die Fehlererkennungsschaltung MD 10 mit einer Mikrosteuerung (nicht dargestellt) den Minimalwert (Peak) der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers SD1 über einen bestimmten Zeitraum erfassen und feststellen, dass ein Abschälen stattgefunden hat, wenn der Peak unter einen Schwellenwert fällt. Die Fehlererkennungsschaltung MD 10 kann auch das Auftreten von Abschälen durch AM (Amplitudenmodulation) unter Verwendung einer Hüllkurve der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers SD1 oder durch Halten des Spitzenwerts bestimmen.
Der Mechanismus der Erfassung des Abschälens nach der vorliegenden Erfindung wurde in 6 mit einem einzigen Differenzverstärker beschrieben. Die Abtastung des Abschälens nach der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, sofern eine Schaltungsstruktur vorgesehen ist, in der eine überschüssige elektrische Ladung durch eine Abnahme der Kapazität an dem an den Differenzverstärker angeschlossenen Kondensator erzeugt wird und die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers sinkt, um die überschüssige elektrische Ladung in einem anderen Kondensator zu speichern. Die Schaltungsstruktur kann auch durch einen Volldifferenzverstärker realisiert werden.
Ein Volldifferenzverstärker gibt an zwei Ausgangsanschlüsse Ausgangssignale aus, die gegenphasig sind. Eine Signalamplitude, die doppelt so hoch ist wie die eines einzelnen Differenzverstärkers, kann durch die Differenzbildung der beiden Ausgangssignale erreicht werden. Mit anderen Worten, die Schwankungen der Ausgangsspannung durch das Auftreten von Abschälen sind bei einem Volldifferenzverstärker größer als bei einem einzelnen Differenzverstärker. Selbst wenn das Abschälen nicht von einem einzelnen Differenzverstärker erfasst werden kann, kann es daher mit einem Volldifferenzverstärker erfasst werden. So wird in der Ausführungsform 1 das Abschälen mit einem Volldifferenzverstärker erfasst.
7 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung MD1 zur Erfassung des Abschälens der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 der Isolierschicht IL3, dargestellt in 3. Wie in 7 dargestellt, weist die Fehlererkennungsschaltung MD 1 die variablen Kondensatoren C11, C12, einen Volldifferenzverstärker FD1, Kondensatoren C13, C14 und Schalter SW11, SW12 auf.
Der variable Kondensator C11 ist zwischen einer Kollektor-Elektrode (gemeinsame Kollektorelektrode CE1) des Halbleiterschalters IG1 und einer invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD1 angeordnet. Der variable Kondensator C12 ist zwischen der Kollektor-Elektrode des Halbleiterschalters IG1 und der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD1 angeordnet.
Der Kondensator C13 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V1p des Volldifferenzverstärkers FD1 angeschlossen. Der Schalter SW11 ist parallel zum Kondensator C13 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V1p des Volldifferenzverstärkers FD1 angeschlossen. Der Schalter SW11 wechselt irgendwann in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C13 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW11 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C13 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Der Kondensator C14 ist zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V1n des Volldifferenzverstärkers FD1 angeordnet. Der Schalter SW12 ist parallel zum Kondensator C14 zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V1n des Volldifferenzverstärkers FD1 angeordnet. Wenn der Schalter SW12 in einen leitenden Zustand wechselt, wird die im Kondensator C14 gespeicherte elektrische Ladung zurückgesetzt. Der Schalter SW12 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C14 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 7 entspricht der variable Kondensator C11 der zwischen der Elektrode E15 und dem der Elektrode CE1 gegenüberliegenden Bereich des gemeinsamen Kollektors gebildeten Kapazität. Die Elektrode E15 ist an die invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD1 angeschlossen. Der variable Kondensator C12 entspricht der zwischen der Elektrode E16 und dem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E16 gebildeten Kapazität. Die Elektrode E16 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD1 angeschlossen.
Der Kondensator C13 entspricht einer zwischen den Elektroden E15 und E12 gebildeten Kapazität. Die Elektrode E12 ist an den Ausgangsanschluss V1p des Volldifferenzverstärkers FD1 angeschlossen. Der Kondensator C14 entspricht einer zwischen den Elektroden E16 und E13 gebildeten Kapazität. Die Elektrode E13 ist mit dem Ausgangsanschluss V1n des Volldifferenzverstärkers FD1 verbunden.
Der Volldifferenzverstärker FD1 und die Schalter SW11, SW12 in 7 sind im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11 in 1 implementiert.
8 ist ein Schaltplan der Fehlererkennungsschaltung MD2 zur Erfassung des Abschälens der Isolierschicht IL1 vom Kühlkörpersubstrat HS1, dargestellt in 3. Wie in 8 dargestellt, weist die Fehlererkennungsschaltung MD2 variable Kondensatoren C21, C22, einen Volldifferenzverstärker FD2, Kondensatoren C23, C24 und Schalter SW21, SW22 auf.
Der variable Kondensator C21 ist zwischen dem Kühlkörpersubstrat HS1 und der invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD2 angeordnet. Der variable Kondensator C22 ist zwischen dem Kühlkörpersubstrat HS1 und der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD2 angeordnet.
Der Kondensator C23 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V2p des Volldifferenzverstärker FD2 angeordnet. Der Schalter SW21 ist parallel zum Kondensator C23 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V2p des Volldifferenzverstärkers FD2 angeordnet. Der Schalter SW21 wechselt irgendwann in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C23 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW21 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C23 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Der Kondensator C24 ist zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V2n des Volldifferenzverstärkers FD2 angeordnet. Der Schalter SW22 ist parallel zum Kondensator C24 zwischen der nicht-invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V2n des Volldifferenzverstärkers FD2 angeordnet. Der Schalter SW22 wechselt irgendwann in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C24 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW22 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C24 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die 3 und 8 entspricht der variable Kondensator C21 der zwischen der Elektrode E11 und einem Bereich des Kühlkörpersubstrats HS1 gegenüber der Elektrode E11 gebildeten Kapazität. Die Elektrode E11 ist an die invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD2 angeschlossen. Der variable Kondensator C22 entspricht einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E14 und einem Bereich des Kühlkörpersubstrats HS1 gegenüber der Elektrode E14 gebildet wird. Die Elektrode E14 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD2 angeschlossen.
Der Volldifferenzverstärker FD2, die Kondensatoren C23, C24 und Schalter SW21, SW22, dargestellt in 8, sind im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, dargestellt in 1, implementiert.
Die Ausführungsform 1 wurde mit Bezug auf den Fall beschrieben, dass der im Leistungselement enthaltene Halbleiterschalter einen IGBT beinhaltet und das Abschälen der Kollektor-Elektrode des IGBT von der Isolierschicht erfasst wird. Der Halbleiterschalter kann einen FET (Field Effect Transistor) beinhalten. In diesem Fall entspricht die Drain-Elektrode des FET dem bestimmten Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß dem elektronischen Modul von Ausführungsform 1 kann das Abschälen der Drain-Elektrode von der Isolierschicht erfasst werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem elektronischen Modul von Ausführungsform 1 das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt unter Bezugnahme auf einen Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung eines Volldifferenzverstärkers im elektronischen Modul von Ausführungsform 1 eine hochpräzise Erfassung des Abschälens des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt, verglichen mit der Verwendung eines einzelnen Differenzverstärkers. Darüber hinaus kann gemäß dem elektronischen Modul von Ausführungsform 1 das Abschälen von jeweils zwei bestimmten Leitern erfasst werden.
Ausführungsform 2
In Ausführungsform 1 können sowohl das Abschälen der gemeinsamen Kollektorelektrode von der Isolierschicht als auch das Abschälen der Isolierschicht vom Kühlkörpersubstrat erfasst werden. Die Ausführungsform 1 wurde also mit Bezug auf den Fall beschrieben, dass das Abschälen von jeweils zwei bestimmten Leitern erfasst werden kann. Die Ausführungsform 2 wird mit Bezug auf das Erfassen der Ablösung von nur einem von zwei bestimmten Leitern beschrieben.
9 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls 2, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 2 ist. 10 ist ein Querschnitt des Leistungsmoduls 2, entlang der X-X-Linie der 9. Die Konfiguration des Leistungsmoduls 2, dargestellt in 9 und 10, weist keine Isolierschichten IL2, IL3, Elektroden E12, E13, E15, E16, E22, E23, E25, E26 und Zuleitungen LN12, LN13, LN15, LN16, LN22, LN23, LN25, LN26 aus der Konfiguration des Leistungsmoduls 1, dargestellt in 1 und 2 auf und beinhaltet Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV12, CV22, anstelle der Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, CV21, bzw. CV21.
Leistungselemente PE1, PE2 sind auf der Isolierschicht IL1 angeordnet. Volldifferenzverstärker FD2, Kondensatoren C23, C24 und Schalter SW21, SW22, wie in 8 dargestellt, sind in dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV12 implementiert. Die Fehlererkennungsschaltung MD2, dargestellt in 8, wird im Leistungsmodul 2 gebildet und die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV12 und CV22 haben den gleichen Schaltungsaufbau.
Im Leistungsmodul 2, dargestellt in 9 und 10, wird das Abschälen der Isolierschicht IL1 vom Kühlkörpersubstrat HS1 von der Fehlererkennungsschaltung MD2 erfasst, während das Abschälen der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 von der Isolierschicht nicht erfasst wird. Dies ermöglicht es dem Leistungsmodul 2 jedoch, eine geringere Anzahl von Isolierschichten und eine geringere Anzahl von Elektroden zu haben, als das in 1 dargestellte Leistungsmodul 1, was eine Reduzierung der Herstellungskosten sowie eine Größenreduzierung und Profilreduzierung wie in 10 im Vergleich zum Leistungsmodul 1 ermöglicht.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß dem elektronischen Modul von Ausführungsform 2 das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt unter Bezugnahme auf einen Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des Volldifferenzverstärkers nach dem elektronischen Modul von Ausführungsform 2 eine hochpräzise Erfassung des Abschälens des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt, verglichen mit der Verwendung eines einzelnen Differenzverstärkers. Darüber hinaus können beim elektronischen Modul von Ausführungsform 2 die Herstellungskosten reduziert und im Vergleich zu Ausführungsform 1 auch eine Verkleinerung und Profilreduzierungen erreicht werden.
Ausführungsform 3
Die Ausführungsform 1 wurde mit Bezug auf den Fall beschrieben, dass die Kondensatorelektrode, die im Kondensator in der Fehlererkennungsschaltung enthalten ist, außerhalb des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers angeordnet ist. Die Ausführungsform 3 wird mit Bezug auf die Implementierung eines in einer Fehlererkennungsschaltung enthaltenen Kondensators in einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler beschrieben.
11 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls 3, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 3 ist. 12 ist ein Querschnitt des Leistungsmoduls 3, entlang der XII-XII-Linie der 11. Die in 11 und 12 dargestellte Konfiguration des Leistungsmoduls 3 beinhaltet keine Isolierschicht, IL3, Elektroden E15, E16, E25, E26 und Zuleitungen LN15, LN16, LN25, LN26 aus der in 1 und 2 dargestellten Konfiguration des Leistungsmoduls 1, weist aber Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV13, CV23, anstelle der Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, CV21 bzw. CV21 in 1 auf. Die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV13 und CV23 haben den gleichen Schaltungsaufbau.
Leistungselemente PE1, PE2 sind auf der Isolierschicht IL2 angeordnet. Elektroden E12 und E13 befinden sich gegenüber der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 über der Isolierschicht IL2. Zwischen der Elektrode E12 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E12 wird eine Kapazität gebildet. Zwischen der Elektrode E13 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E13 wird ebenfalls eine Kapazität gebildet.
13 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung MD3 zur Erfassung des Abschälens der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 von der Isolierschicht IL2, dargestellt in 12. Wie in 13 dargestellt, beinhaltet die Fehlererkennungsschaltung MD3 variable Kondensatoren C31, C32, einen Volldifferenzverstärker FD3, Kondensatoren C33, C34 und Schalter SW31, SW32.
Der variable Kondensator C31 ist zwischen einer Kollektor-Elektrode eines Halbleiterschalters IG1 und einer invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD3 angeordnet. Der variable Kondensator C32 ist zwischen der Kollektor-Elektrode des Halbleiterschalters IG1 und einer nichtinvertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD3 angeordnet.
Der Kondensator C33 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V3p des Volldifferenzverstärkers FD3 angeschlossen. Der Schalter SW31 ist parallel zum Kondensator C33 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V3p des Volldifferenzverstärkers FD3 angeordnet. Der Schalter SW31 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C33 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW31 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C33 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Der Kondensator C34 ist zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V3n des Volldifferenzverstärkers FD3 angeordnet. Der Schalter SW32 ist parallel zum Kondensator C34 zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V3n des Volldifferenzverstärkers FD3 angeordnet. Der Schalter SW32 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C34 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW32 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C34 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die 12 und 13 entspricht der variable Kondensator C31 einer zwischen der Elektrode E12 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E12 gebildeten Kapazität. Die Elektrode E12 wird an die invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD3 angeschlossen. Der variable Kondensator C32 entspricht einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E13 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E13 gebildet ist, wobei die Elektrode E13 an die nichtinvertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD3 angeschlossen ist.
Der Volldifferenzverstärker FD3, die Kondensatoren C33, C34 und Schalter SW31, SW32, dargestellt in 12, sind im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV13, dargestellt in 11, implementiert. Die Fehlererkennungsschaltung MD2 zur Erfassung des Abschälens der Isolierschicht IL3 vom Kühlkörpersubstrat HS1, ist im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV13 gebildet.
Im Leistungsmodul 3 sind die Anzahl der Isolierschichten und die Anzahl der Elektroden geringer als die im Leistungsmodul 1 in 1, da die Kondensatoren C33, C34 im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV13 implementiert sind. Damit können die Herstellungskosten für das Leistungsmodul 3 im Vergleich zum Leistungsmodul 1 reduziert und auch die Größenreduzierung und Profilreduzierung erreicht werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 3 das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt unter Bezugnahme auf einen Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des Volldifferenzverstärkers verglichen mit der Verwendung eines einzelnen Differenzverstärkers bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 3 eine hochpräzise Erfassung des Abschälens des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt. Bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 3 kann das Abschälen von jeweils zwei bestimmten Leitern erfasst werden. Darüber hinaus können bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 3 die Herstellungskosten reduziert und Verkleinerungen und Profilreduzierungen im Vergleich zum elektronischen Modul nach Ausführungsform 1 erreicht werden.
Ausführungsform 4
Die Ausführungsform 1 wurde mit Bezug auf zwei Fühlerelektroden beschrieben, die einem bestimmten Leiter entsprechen. Bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 1 ändert sich, wenn sich der Abstand zwischen jeder Fühlerelektrode und dem bestimmten Leiter durch das Abschälen der Fühlerelektrode vom bestimmten Leiter ändert, die zwischen der Fühlerelektrode und dem bestimmten Leiter gebildete Kapazität, und somit kann das Abschälen erfasst werden. Es kann jedoch schwierig sein, das Abschälen in begrenzten Fällen zu erfassen, wenn die Abstandsänderung zwischen der einen Elektrode und dem bestimmten Leiter und die Abstandsänderung zwischen der anderen Elektrode und dem bestimmten Leiter im Wesentlichen gleich sind.
14 ist ein Bild, das die gemeinsame Kollektorelektrode CE1 mit beidseitig abgeschälten Seiten in X-Achsenrichtung im Leistungsmodul 1 gemäß 2 zeigt. Wenn In 14 die Abstandsänderung zwischen gemeinsamer Kollektorelektrode CE1 und der Elektrode E15 durch das Abschälen der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 von der Elektrode E15 und die Abstandsänderung zwischen gemeinsamer Kollektorelektrode CE1 und der Elektrode E16 durch das Abschälen der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 von der Elektrode E16 im Wesentlichen gleich sind, dann sind die Kapazitätsänderung des variablen Kondensators C11 und die Kapazitätsänderung des variablen Kondensators C12 in 7 im Wesentlichen gleich. Auch bei Auftreten des Abschälens ändert sich die Spannungsdifferenz zwischen der invertierenden Eingangsklemme und der nicht invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD1 kaum. Somit gibt es auch beim Volldifferenzverstärker FD1 nur eine geringe Änderung der Ausgangsspannung. Wie in 14 dargestellt, kann es schwierig sein, diese Ablösung durch das elektronische Modul gemäß Ausführungsform 1 zu erfassen, wenn sich beide Seiten des bestimmten Leiters in gleichem Maße ablösen.
Nun wird Ausführungsform 4 mit Bezug auf die Verwendung von vier Fühlerelektroden beschrieben, die linear für einen bestimmten Leiter angeordnet sind. In Ausführungsform 4 werden zwei Fühlerelektroden verwendet, um das Abschälen einer Seite eines bestimmten Leiters zu erfassen, und zwei weitere Fühlerelektroden, um das Abschälen der anderen Seite des bestimmten Leiters zu erfassen. Bei dem elektronischen Modul von Ausführungsform 4 kann sogar das Abschälen der beiden Seiten des bestimmten Leiters in ähnlichem Maße erfasst werden.
15 ist eine perspektivische Außenansicht eines Leistungsmoduls 4, das ein Beispiel für ein elektronisches Modul nach Ausführungsform 4 ist. 16 ist ein Querschnitt des Leistungsmoduls 4, entlang der XVI-XVI-Linie der 15. Das in 15 und 16 dargestellte Leistungsmodul 4 beinhaltet keine Isolierschicht IL3, Elektroden E15, E16, E25, E25, E26 und Zuleitungen LN15, LN16, LN25, LN26 aus der Konfiguration des Leistungsmoduls 1 in 1 und 2. Im Leistungsmodul 4 sind Elektroden E121, E122, E131, E132, E132, statt der Elektroden E12 und E13 im Leistungsmodul 1, und Elektroden E221, E222, E231, E232, E232, statt der Elektroden E22 und E23 im Leistungsmodul 1 vorgesehen. Das Leistungsmodul 4 weist neben der Konfiguration des Leistungsmoduls 1 auch Zuleitungen LN122, LN132, LN222, LN232 auf und im Leistungsmodul 4 werden die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV11, CV21 in 1 durch Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV14, CV24 ersetzt.
Leistungselemente PE1, PE2 sind auf der Isolierschicht IL2 angeordnet. Die Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV14 und CV24 haben den gleichen Schaltungsaufbau.
Die Elektroden E122, E132 sind zwischen den Elektroden E121 und E131 in X-Achsrichtung angeordnet. Die Elektroden E121, E122, E132, E131 sind in der aufgeführten Reihenfolge in X-Achsrichtung linear angeordnet. Die Elektroden E121, E122, E132, E131 sind an Zuleitungen LN12, LN122, LN132, LN131 angeschlossen. Die Zuleitungen LN12, LN122, LN132, LN13 sind über eine nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV14 verbunden.
Die Elektroden E222, E232 sind zwischen den Elektroden E221 und E231 in X-Achsrichtung angeordnet. Die Elektroden E221, E222, E232, E231 sind in der aufgeführten Reihenfolge in X-Achsrichtung linear angeordnet. Die Elektroden E221, E222, E232, E231 sind mit den Zuleitungen LN22, LN222, LN232, LN23 verbunden. Die Zuleitungen LN22, LN222, LN232, LN23 sind über eine nicht dargestellte Verdrahtung mit dem Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV24 verbunden.
Unter Bezugnahme auf 16 stehen die Elektroden E121, E122, E132, E131 der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 über die Isolierschicht IL2 gegenüber. Zwischen der Elektrode E121 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E121 wird eine Kapazität gebildet. Zwischen der Elektrode E122 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E122 wird eine Kapazität gebildet. Zwischen der Elektrode E132 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E132 wird eine Kapazität gebildet. Zwischen der Elektrode E131 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E131 wird eine Kapazität gebildet.
17 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung MD41 zum Erfassen des Abschälens eines Endes der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 von der Isolierschicht IL2 in X-Achsrichtung, dargestellt in 16. Wie in 17 dargestellt, beinhaltet die Fehlererkennungsschaltung MD41 variable Kondensatoren C411, C412, einen Volldifferenzverstärker FD41, Kondensatoren C413, C414 und Schalter SW411, SW412. Der variable Kondensator C411 ist zwischen einer Kollektor-Elektrode eines Halbleiterschalters IG1 und einer invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD41 angeordnet. Der variable Kondensator C412 ist zwischen der Kollektor-Elektrode des Halbleiterschalters IG1 und einer nichtinvertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD41 angeordnet.
Der Kondensator C413 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V41p des Volldifferenzverstärkers FD41 angeschlossen. Der Schalter SW411 ist parallel zum Kondensator C413 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V41p des Volldifferenzverstärkers FD41 angeordnet. Der Schalter SW411 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C413 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW411 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C413 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Der Kondensator C414 ist zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V41n des Volldifferenzverstärkers FD41 angeschlossen. Der Schalter SW412 ist parallel zum Kondensator C414 zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V41n des Volldifferenzverstärkers FD41 angeordnet. Der Schalter SW412 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C414 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW412 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C414 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die 16 und 17 entspricht der variable Kondensator C411 einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E121 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E121 gebildet wird. Die Elektrode E121 ist an die invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD41 angeschlossen. Der variable Kondensator C412 entspricht einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E122 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E122 gebildet wird. Die Elektrode E122 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD41 angeschlossen.
18 ist ein Schaltplan einer Fehlererkennungsschaltung MD42 zum Erfassen des Abschälens des anderen Endes der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 der Isolierschicht II,2 in X-Achsrichtung, dargestellt in 16. Wie in 18 dargestellt, weist die Fehlererkennungsschaltung MD42 variable Kondensatoren C421, C422, einen Volldifferenzverstärker FD42, Kondensatoren C423, C424 und Schalter SW421, SW422 auf.
Der variable Kondensator C421 ist zwischen einer Kollektor-Elektrode des Halbleiterschalters IG1 und einer invertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD42 angeordnet. Der variable Kondensator C422 ist zwischen der Kollektor-Elektrode des Halbleiterschalters IG1 und einer nichtinvertierenden Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD42 angeordnet.
Der Kondensator C423 ist zwischen der invertierenden Eingangsklemme und einem Ausgangsanschluss V42p des Volldifferenzverstärkers FD42 angeschlossen. Der Schalter SW421 ist parallel zum Kondensator C423 zwischen der invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V42p des Volldifferenzverstärkers FD42 angeordnet. Der Schalter SW421 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C423 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW421 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C423 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Der Kondensator C424 ist zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V42n des Volldifferenzverstärkers FD42 angeschlossen. Der Schalter SW422 ist parallel zum Kondensator C424 zwischen der nicht invertierenden Eingangsklemme und dem Ausgangsanschluss V42n des Volldifferenzverstärkers FD42 angeordnet. Der Schalter SW422 wechselt zu irgendeinem Zeitpunkt in einen leitenden Zustand, der die im Kondensator C424 gespeicherte elektrische Ladung zurücksetzt. Der Schalter SW422 kann aufgrund eines Taktsignals periodisch in den leitenden Zustand wechseln, um die im Kondensator C424 gespeicherte elektrische Ladung zurückzusetzen.
Unter Bezugnahme auf die 16 und 18 entspricht der variable Kondensator C421 einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E131 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E131 gebildet wird. Die Elektrode E131 wird an die invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD42 angeschlossen. Der variable Kondensator C422 entspricht einer Kapazität, die zwischen der Elektrode E132 und einem Bereich der gemeinsamen Kollektorelektrode CE1 gegenüber der Elektrode E132 gebildet wird. Die Elektrode E132 ist an die nicht invertierende Eingangsklemme des Volldifferenzverstärkers FD42 angeschlossen.
Der Volldifferenzverstärker FD41, die Kondensatoren C413, C414 und die Schalter SW411, SW412, dargestellt in 17, sind im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV14, dargestellt in 15, implementiert. Der Volldifferenzverstärker FD42, die Kondensatoren C423, C424 und die Schalter SW421, SW422, wie in 18 dargestellt, sind in den Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV14 implementiert. Im Leistungsmodul 4 wird eine Fehlererkennungsschaltung MD2 zur Erfassung des Abschälens der Isolierschicht IL1 vom Kühlkörpersubstrat HS1, dargestellt in 8, gebildet.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem elektronischen Modul von Ausführungsform 4 das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt unter Bezugnahme auf einen Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst werden. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung des Volldifferenzverstärkers im elektronischen Modul von Ausführungsform 4 verglichen mit der Verwendung eines einzelnen Differenzverstärkers eine hochpräzise Erfassung des Abschälens des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt. Mit dem elektronischen Modul von Ausführungsform 4 kann das Abschälen von jeweils zwei bestimmten Leitern erfasst werden. Mit dem elektronischen Modul von Ausführungsform 4 können die Herstellungskosten reduziert und Verkleinerungen und Profilreduzierungen im Vergleich zum elektronischen Modul nach Ausführungsform 1 erreicht werden. Darüber hinaus kann mit dem elektronischen Modul von Ausführungsform 4 sogar das Abschälen beider Seiten eines bestimmten Leiters in ähnlichem Maße erfasst werden.
Ausführungsform 5
In Ausführungsform 5 wird ein Leistungsmodul mit dem elektronischen Modul nach den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben. 19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine funktionale Konfiguration eines Leistungsmoduls 5 gemäß Ausführungsform 5 darstellt. Wie in 19 dargestellt, weist das Leistungsmodul 5 ein elektronisches Modul 50 und eine Bestimmungsschaltung 500 auf.
Die Schaltungsstruktur des elektronischen Moduls 50 entspricht der in 6 dargestellten Fehlererkennungsschaltung MD10. Der Schalter SW10, der Kondensator C10 und der Differenzverstärker SD1 sind im Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV51 implementiert. Die Schaltungsstruktur des elektronischen Moduls 50 kann die in 7, 8, 13, 17 und 18 dargestellten Schaltungsstrukturen aufweisen.
Die Bestimmungsschaltung 500 empfängt eine Ausgangsspannung vom Kapazitäts-Spannungs-Wandler CV51, um den Zustand des elektronischen Moduls 50 zu bestimmen. Befindet sich das elektronische Modul 50 in einem anormalen Zustand, gibt die Bestimmungsschaltung 500 ein Stoppsignal an einen Halbleiterschalter IG1 aus, um das elektronische Modul 50 zu stoppen.
Die Ausführungsform 5 wurde mit Bezug auf die Aufnahme der Bestimmungsschaltung in das Leistungsmodul beschrieben. Die Bestimmungsschaltung muss nicht in das Leistungsmodul aufgenommen werden. 20 ist ein Bild, das eine funktionelle Konfiguration eines Leistungsmoduls 5A gemäß einer Variation von Ausführungsform 5 und einer externen Bestimmungsschaltung 500 zeigt. Wie in 20 dargestellt, kann die Bestimmungsschaltung 500 extern zum Leistungsmodul 5A angeordnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei dem Leistungsmodul von Ausführungsform 5 die Verschlechterung des elektronischen Moduls bestimmt werden, indem das Abschälen des bestimmten Substrats von der Isolierschicht und umgekehrt unter Bezugnahme auf einen Spannungsausgang des Kapazitäts-Spannungs-Wandlers erfasst wird.

Claims

Elektronisches Modul (1), das Folgendes aufweist: - einen ersten bestimmten Leiter (CE1); - eine erste Isolierschicht (IL3); - eine erste Verdrahtungsschicht (WL2), die eine erste Fühlerelektrode (E15) aufweist; und - einen Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11), der mit der ersten Fühlerelektrode (E15) verbunden ist, wobei die erste Fühlerelektrode (E15) einem ersten Bereich des ersten bestimmten Leiters (CE1) über die erste Isolierschicht (IL3) hinweg gegenüberliegt und mit dem ersten Bereich eine erste Kapazität (C11) bildet, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) ausgebildet ist, um eine Spannung entsprechend der ersten Kapazität (C11) auszugeben.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 1, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) Folgendes aufweist: - einen ersten Differenzverstärker (FD1) mit einer ersten Eingangsklemme, einer zweiten Eingangsklemme und einem ersten Ausgangsanschluss (V1p), wobei der erste Differenzverstärker (FD1) ausgebildet ist, um an den ersten Ausgangsanschluss (V1p) eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Eingangsklemme und der zweiten Eingangsklemme auszugeben; und - einen ersten Kondensator (C13), der zwischen der ersten Eingangsklemme und dem ersten Ausgangsanschluss (V1p) angeschlossen ist, wobei die erste Verdrahtungsschicht (WL2) an die erste Eingangsklemme angeschlossen ist.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 2, wobei die erste Verdrahtungsschicht (WL2) weiterhin eine zweite Fühlerelektrode (E16) aufweist, die erste Fühlerelektrode (E15) an die erste Eingangsklemme angeschlossen ist, die zweite Fühlerelektrode (E16) mit der zweiten Eingangsklemme verbunden ist, wobei die zweite Fühlerelektrode (E16) einem zweiten Bereich des ersten bestimmten Leiters (CE1) über die erste Isolierschicht (IL3) hinweg gegenüberliegt und mit dem zweiten Bereich eine Kapazität (C12) bildet, der erste Differenzverstärker (FD1) ferner einen zweiten Ausgangsanschluss aufweist, wobei der erste Differenzverstärker (FD1) ausgebildet ist, um an den ersten Ausgangsanschluss (V1p) die Spannungsdifferenz als erstes Signal auszugeben, und an den zweiten Ausgangsanschluss (V1n) die Spannungsdifferenz als zweites Signal auszugeben, das mit dem ersten Signal gegenphasig ist, und der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) weiterhin einen zweiten Kondensator (C14) aufweist, der zwischen der zweiten Eingangsklemme und dem zweiten Ausgangsanschluss (V1n) angeordnet ist.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 3, der ferner Folgendes aufweist: - eine zweite Isolierschicht (IL2); und - eine zweite Verdrahtungsschicht (WL1), die eine erste Kondensator-Elektrode (E12) und eine zweite Kondensatorelektrode (E13) aufweist, wobei die erste Kondensator-Elektrode (E12) den ersten Kondensator (C13) mit der ersten Fühlerelektrode (E15) über die zweite Isolierschicht (IL2) bildet, wobei die erste Kondensator-Elektrode (E12) mit dem ersten Ausgangsanschluss (V1p) verbunden ist, und wobei die zweite Kondensator-Elektrode (E13) den zweiten Kondensator (C14) mit der zweiten Fühlerelektrode (E16) über die zweite Isolierschicht (IL2) bildet, wobei die zweite Kondensator-Elektrode (E13) mit dem zweiten Ausgangsanschluss (V1n) verbunden ist.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) weiterhin Folgendes aufweist: einen ersten Schalter (SW11), der parallel zum ersten Kondensator (C13) zwischen der ersten Eingangsklemme und dem ersten Ausgangsanschluss (V1p) angeordnet ist; und einen zweiten Schalter (SW12), der parallel zum zweiten Kondensator (C14) zwischen der zweiten Eingangsklemme und dem zweiten Ausgangsanschluss (V1n) angeordnet ist.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 3, der ferner Folgendes aufweist: - einen zweiten bestimmten Leiter (HS1); - eine zweite Isolierschicht (IL1); und - eine zweite Verdrahtungsschicht (WL1), die eine dritte Fühlerelektrode (E11) und eine vierte Fühlerelektrode (E14) aufweist, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) weiterhin Folgendes aufweist: - einen zweiten Differenzverstärker (FD2) mit einer dritten Eingangsklemme, einer vierten Eingangsklemme, einem dritten Ausgangsanschluss (V2p) und einem vierten Ausgangsanschluss (V2n), wobei der zweite Differenzverstärker (FD2) ausgebildet ist, um an den dritten Ausgangsanschluss (V2p) eine Spannungsdifferenz zwischen der dritten Eingangsklemme und der vierten Eingangsklemme als drittes Signal auszugeben und an den vierten Ausgangsanschluss (V2n) die Spannungsdifferenz als viertes Signal auszugeben, das phasenverkehrt zum dritten Signal ist; - einen dritten Kondensator (C23), der zwischen der dritten Eingangsklemme und dem dritten Ausgangsanschluss (V2p) angeschlossen ist; und - einen vierten Kondensator (C24), der zwischen der vierten Eingangsklemme und dem vierten Ausgangsanschluss (V2n) angeschlossen ist, wobei - die dritte Fühlerelektrode (E11) mit der dritten Eingangsklemme verbunden ist, wobei die dritte Fühlerelektrode (E11) über die zweite Isolierschicht (IL1) einem dritten Bereich des zweiten bestimmten Leiters (HS1) gegenüberliegt und mit dem dritten Bereich eine dritte Kapazität (C21) bildet, und - die vierte Fühlerelektrode (E14) mit der vierten Eingangsklemme verbunden ist, wobei die vierte Fühlerelektrode (E14) einem vierten Bereich des zweiten bestimmten Leiters (HS1) über die zweite Isolierschicht (IL1) gegenüberliegt und mit dem vierten Bereich eine vierte Kapazität (C22) bildet.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 3, wobei die erste Verdrahtungsschicht (WL2) weiterhin eine dritte Fühlerelektrode (E11) und eine vierte Fühlerelektrode (E14) aufweist, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) weiterhin Folgendes aufweist: einen zweiten Differenzverstärker (FD2) mit einer dritten Eingangsklemme, einer vierten Eingangsklemme, einem dritten Ausgangsanschluss (V2p) und einem vierten Ausgangsanschluss (V2n), wobei der zweite Differenzverstärker (FD2) ausgebildet ist, um an den dritten Ausgangsanschluss (V2p) eine Spannungsdifferenz zwischen der dritten Eingangsklemme und der vierten Eingangsklemme als drittes Signal auszugeben und an den vierten Ausgangsanschluss (V2n) die Spannungsdifferenz als viertes Signal auszugeben, das phasenverkehrt zum dritten Signal ist; einen dritten Kondensator (C23), der zwischen der dritten Eingangsklemme und dem dritten Ausgangsanschluss (V2p) angeschlossen ist; und einen vierten Kondensator (C24), der zwischen der vierten Eingangsklemme und dem vierten Ausgangsanschluss (V2n) angeschlossen ist, wobei die dritte Fühlerelektrode (E11) mit der dritten Eingangsklemme verbunden ist, wobei die dritte Fühlerelektrode (E11) über die erste Isolierschicht (IL3) hinweg einem dritten Bereich des ersten bestimmten Leiters (CE1) gegenüberliegt und mit dem dritten Bereich eine dritte Kapazität (C21) bildet, und die vierte Fühlerelektrode (E14) mit der vierten Eingangsklemme verbunden ist, wobei die vierte Fühlerelektrode (E14) einem vierten Bereich des ersten bestimmten Leiters (CE1) über die erste Isolierschicht (IL3) hinweg gegenüberliegt und mit dem vierten Bereich eine vierte Kapazität (C22) bildet, und wobei die zweite Fühlerelektrode (E16) und die dritte Fühlerelektrode (E11) zwischen der ersten Fühlerelektrode (E15) und der vierten Fühlerelektrode (E14) angeordnet sind.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV11) weiterhin Folgendes aufweist: - einen dritten Schalter (SW21), der parallel zum dritten Kondensator (C23) zwischen der dritten Eingangsklemme und dem dritten Ausgangsanschluss (V2p) angeordnet ist; und - einen vierten Schalter (SW22), der parallel zum vierten Kondensator (C24) zwischen der vierten Eingangsklemme und dem vierten Ausgangsanschluss (V2n) angeordnet ist.
Elektronisches Modul (1) nach Anspruch 2, wobei eine Referenzspannung an die zweite Eingangsklemme angelegt wird.
Leistungsmodul (5), das Folgendes aufweist: - ein elektronisches Modul (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und - eine Bestimmungsschaltung (500), die ausgebildet ist, um die Spannung vom Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV51) zu empfangen, um einen Zustand des elektronischen Moduls (50) zu bestimmen, wobei die Bestimmungsschaltung (500) das elektronische Modul (50) stoppt, wenn der Zustand des elektronischen Moduls (50) nicht normal ist.
Leistungsmodul (5A), das Folgendes aufweist: - ein elektronisches Modul (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei - der Kapazitäts-Spannungs-Wandler (CV51) die Spannung an eine externe Bestimmungsschaltung (500) ausgibt und - die Bestimmungsschaltung (500) die Spannung empfängt, um einen Zustand des elektronischen Moduls (50) zu bestimmen, und das elektronische Modul (50) stoppt, wenn der Zustand des elektronischen Moduls (50) abnormal ist.